KR101482314B1 - 산세정이 우수한 열연강판의 산세방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열연강판의 산세방법에 관한 것으로, 열연강판에 염산용액을 접촉한 뒤 생성된 염화철용액(Ⅱ)에 염소가스를 부가함으로써 3가 철이온(Fe³⁺)이 생성되어 스케일과 빠르게 반응하는 열연강판의 산세방법을 제공한다.
산세력이 상이한 열연강판의 산세방법에 있어서는, 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판에 대하여 상기의 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 열연강판의 산세장치에 있어서, 열연강판이 위치하며 염산용액이 담지되는 산탱크 및 상기 염산용액에 염소가스를 부가하는 염소공급장치를 포함하는 열연강판의 산세장치를 제공한다.
본 발명을 통해, 열연강판의 산세속도를 30% 향상시킬 수 있으며, 산세력이 상이한 복수 개의 열연강판에 대해 산세를 행하는 경우, 산세속도의 변화를 줄여 안정적인 산세조업이 가능하도록 한다.

Description

산세정이 우수한 열연강판의 산세방법 및 장치{The method and apparatus for efficient pickling of hot rolled steel}

본 발명은 열연강판의 산세 방법 및 산세 장치에 관한 것이며, 특히 실리콘 및 망간이 포함된 고급강판이나 전기강판 등 난산세 강판의 제조 공정에서 생성된 산화물 스케일을 효율적으로 제거하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

강판의 제조 공정에 있어서, 여러가지 목적으로 강판 표면의 세정이 행해지고 있다. 예를 들어, 도금이나 도장 전의 강판의 세정이나, 열연 강판의 산세에 의한 스케일 제거(탈스케일) 등을 들 수 있다. 탈스케일에 관해서는, 통상 강판은 열처리되어 압연되는 과정에서 강판의 표면에 스케일이 생성되므로, 이를 제거하지 않으면 안된다. 즉, 상기 스케일은 후공정의 냉간 압연 시에 압연 롤에 말려 들어가 강판 표면의 손상 원인으로 되는 일이 많기 때문에, 스케일 제거는 필요 불가결한 공정으로 되어 있다.

종래의 스케일 제거에 관해서는, 복수의 산성 용액 중에 강판을 침지하고 연속으로 통과시켜, 산세를 제거하는 경우가 많다. 그런데, 최근에는 실리콘 및 망간의 함량이 증대된 고장력 강판 및 전기강판의 생산량이 증가함에 따라 산세공정의 생산능력 향상이 필요한 실정이다. 특히 이러한 고급강판은 표면과 스케일 사이에 실리콘이 포함되어 있어, 상기의 종래 스케일 제거방법으로 제거 시 일반 강판에 비해 제거하는 시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이로 인해, 기존의 산세공정은 고급강판의 스케일 제거를 위해 산세속도를 낮추어 작업하고 있어, 생산량의 저하를 가져오고 있는 상황이다.

고급강판의 스케일을 일반강판의 스케일 제거와 동일한 산세속도로 제거하기 위해서는 반응속도를 향상시켜야 한다. 스케일과 염산의 반응속도를 향상시키기 위해서는 염산의 온도 또는 염산 농도를 증가시켜야 한다. 그런데, 염산의 온도가 증가할 경우 염산이 증발하여 염산 흄으로 많이 발생되어 일정 온도 이상 증가가 어려운 상황이고, 염산 농도가 증가할 경우 반응시간을 단축시킬 수 있으나, 염산량 소모가 많아지기 때문에 경제적인 이유로 일정 농도 이상 증가시키지 않고 있어서 기존 방법으로 고급강판의 산세속도를 증가시키기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 산세정이 우수한 산세설비 및 방법에 관한 것으로, 실리콘 및 망간을 많이 함유하고 있는 고급강판 또는 전기강판 등의 스케일을 일반강판과 동일한 산세속도로 제거하기 위해서 반응속도를 향상시키는 방법 및 그 설비를 제공한다.

본 발명의 일 구현 예에 따르면, 열연강판의 산세방법에 있어서,

열연강판을 염산용액에 접촉하여 하기 식(1)과 같은 반응에 의해 염화철용액(Ⅱ)을 생성하고, 상기 염화철용액(Ⅱ)에 염소가스를 부가하여 하기 식(2)와 같은 반응에 의해 3가 철이온(Fe³⁺)을 포함하는 염화철용액(Ⅲ)을 생성하고, 상기 3가 철이온(Fe³⁺)과 상기 열연강판의 스케일의 철이 하기 식(3)과 같이 반응하여 염화철용액(Ⅱ)을 생성하여, 상기 스케일을 제거하는 열연강판의 산세방법을 제공한다.

FeO(스케일) + 2HCl → 2FeCl₂ + H₂O (1)

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ (2)

2FeCl₃ + Fe(스케일) → 3FeCl₂ (3)

상기 염산용액은 온도가 80-85℃일 수 있다.

상기 염화철용액(Ⅱ)은 농도가 5~9 wt/%일 수 있다.

상기 염소가스는 상기 염산용액에 유량을 0.3-1kg/min으로 부가할 수 있다.

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 산세력이 상이한 복수 개의 열연강판의 산세방법에 있어서, 복수의 열연강판을 염산용액에 접촉하여 하기 식(1)과 같은 반응에 의해 염화철용액(Ⅱ)을 생성하고, 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판에만 염소가스를 부가한 염화철용액(Ⅱ)을 접촉하여 하기 식(2)와 같은 반응에 의해 3가 철이온(Fe³⁺)을 포함하는 염화철용액(Ⅲ)을 생성하고, 상기 3가 철이온(Fe³⁺)과 상기 열연강판의 스케일의 철이 하기 식(3)과 같이 반응하여 염화철용액(Ⅱ)을 생성하여, 상기 스케일을 제거하는 열연강판의 산세방법을 제공한다.

FeO(스케일) + 2HCl → 2FeCl₂ + H₂O (1)

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ (2)

2FeCl₃ + Fe(스케일) → 3FeCl₂ (3)

상기 염산용액은 온도가 80-85℃일 수 있다.

상기 염화철용액(Ⅱ)은 농도가 5~9 wt/%일 수 있다.

상기 염소가스는 상기 염산용액에 유량을 0.3-1kg/min으로 부가할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현 예에 따르면, 열연강판의 산세장치에 있어서, 열연강판이 위치하며 염산용액이 담지되는 산탱크; 및 상기 염산용액에 염소가스를 부가하는 염소공급장치를 포함하는 열연강판의 산세장치를 제공한다.

상기 염산용액은 80-85℃로 가열하여 공급할 수 있다.

상기 가열은 가열장치에 의해 수행될 수 있다.

상기 가열장치는 열교환기일 수 있다.

상기 산 탱크는 하나 또는 두 개 이상의 복수 개일 수 있다.

상기 산 탱크는 염산용액의 온도를 유지하기 위한 순환 탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 염소공급장치는 공급하는 염소가스의 유량을 조절하기 위해 가스 유량계를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 열연강판의 산세력과 무관하게, 즉, 실리콘 및 망간의 함유량이 높은 고급강판이나 전기강판 등 산세가 잘 되지 않는 난산세 강판을 산세하는 공정에서 염산용액에 염소가스를 반응시킴으로써, 스케일과 염산의 반응을 향상시켜 산세속도를 증가시킬 수 있다. 또한, 산세력이 상이한 열연강판을 일반강과 혼합하여 산세하는 공정에서도 상대적으로 산세력이 낮은 난산세 열연강판에만 염소가스가 반응된 염산용액을 투입함으로써 강종에 따른 산세속도의 변화를 줄여 안정적인 산세조업이 가능하도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 산세설비를 도시한 도면이다.

일반적으로 철강, 구리 합금과 같은 금속을 고온으로 가열하였을 때 표면에 산화물층이 형성되며 이를 스케일이라 한다. 철강을 예로 들면 담금질, 어닐링 등의 열처리를 하기 위해 가열할 때 스케일이 발생하고, 보통 Fe₂O_{3 ,} Fe₃O_{4 ,} FeO의 3층 구조를 이룬다. 이때 상기의 스케일을 제거하지 않으면, 후공정의 냉간 압연 시 압연 롤에 말려 들어가 강판 표면의 손상 원인이 되는 일이 많기 때문에, 스케일 제거는 필요 불가결한 공정으로 되어 있다.

본 발명은 열연강판의 스케일을 제거함에 있어서, 산세속도가 향상되어 스케일 제거의 효율이 향상된 산세방법 및 산세장치에 관한 것이다. 산세력이 동일한 복수의 열연강판에 대해 산세 공정을 행하는 경우, 산세속도를 향상시켜 열연강판의 스케일 제거 효율을 향상시킬 수 있다. 반면, 산세력이 상이한 복수의 열연강판에 대해 산세 공정을 행하는 경우, 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판의 산세속도를 향상시켜 산세력과 무관하게 일정한 속도로 열연강판의 스케일을 제거할 수 있다.

본 발명의 일구현 예에 따르면 열연강판의 산세방법을 제공한다. 보다 구체적으로는, 스케일을 포함한 열연강판에 염산용액을 접촉하여 반응시키면 하기 식(1)과 같은 반응에 의해 염화철용액(Ⅱ) 및 물이 생성된다. 상기 생성된 염화철용액(Ⅱ)에 염소가스를 부가하여 하기 식(2)와 같은 반응에 의해 3가 철이온(Fe³⁺)을 포함하는 염화철용액(Ⅲ)이 생성된다. 상기 3가 철이온(Fe³⁺)은 차수가 3차로, 산화력이 매우 커서 스케일의 철과 하기 식(3)과 같이 빠른 속도로 반응하여 스케일의 철(Fe)을 2가 철이온(Fe²⁺)으로 산화시켜 염화철용액(Ⅱ)이 생성되며, 결국 스케일이 제거된다.

FeO(스케일) + 2HCl → 2FeCl₂ + H₂O (1)

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ (2)

2FeCl₃ + Fe(스케일) → 3FeCl₂ (3)

본 발명의 다른 구현 예에 따르면, 산세력이 상이한 복수 개의 열연강판의 산세방법을 제공한다. 구체적으로는, 복수의 열연강판을 염산용액에 접촉하여 하기 식(1)과 같은 반응에 의해 염화철용액(Ⅱ)이 생성된다. 그 후, 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판에만 염소가스를 부가한 염화철용액(Ⅱ)을 접촉하여 하기 식(2)와 같은 반응에 의해 3가 철이온(Fe^{3 +})을 포함하는 염화철용액(Ⅲ)이 생성된다. 3가 철이온(Fe^{3 +})은 상기한 바와 같이, 산화력이 매우 큰 이온으로 스케일의 철과 하기 식(3)과 같은 반응을 하여, 염화철용액(Ⅱ)를 생성하며, 스케일이 빠른 속도로 제거된다.

FeO(스케일) + 2HCl → 2FeCl₂ + H₂O (1)

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ (2)

2FeCl₃ + Fe(스케일) → 3FeCl₂ (3)

본 발명은 산세력이 상이한 복수의 열연강판에 대해 산세를 행하는 경우, 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판, 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 실리콘 및 망간의 함유량이 높은 고급강판과 같이 난산세강판에 대하여만 염산용액으로 산세 후, 염소가스를 부가하여 스케일의 철과 빠르게 반응시킴으로써 산세력이 상이하더라도 산세되는 열연강판의 산세속도를 일치시켜 안정적인 산세조업이 가능하도록 한다.

상기 열연강판에 공급되는 염산용액의 온도는 80-85℃인 것이 가장 바람직하다. 염산용액의 온도가 높을수록 스케일과의 반응속도가 빨라지므로, 염산용액의 온도가 80℃ 미만인 경우 반응속도가 느려 산세효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 반면, 염산용액의 온도가 85℃를 초과하는 경우 염산 흄이 발생되어, 산세 제거를 위해 필요한 염산용액의 양 이상으로 공급해주어야 하므로, 역시 산세효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

상기 염소가스가 공급되는 염화철용액(Ⅱ)의 농도는 5~9wt%인 것이 가장 바람직하다. 농도가 5wt% 미만인 경우, 염소가스를 부가하여도 생성되는 3가 철이온(Fe^{3 +})의 발생량이 적어 반응속도가 느려질 수 있고, 염화철용액(Ⅱ)의 농도가 9wt/%를 초과하기 위해서는 과량의 염산을 열연강판에 공급해야 하며, 상기 염화철용액(Ⅱ)과 반응시키는 염소가스의 유량도 많아져야 하므로 경제적인 점에서 문제가 있을 수 있다.

상기 식(2)에서 염화철용액(Ⅱ)에 부가되는 염소가스는 유량이 0.3-1kg/min인 것이 가장 바람직하다. 유량이0.3kg/min 미만인 경우, 열연강판과 반응속도가 느려 산세효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, 염소가스의 유량이 1kg/min를 초과하는 경우, 염소가스가 염화철용액(Ⅱ)과 제대로 반응이 일어나지 않을 수 있으며, 염소가스의 과량으로 원하지 않는 부가적 반응이 발생되는 문제가 생길 수 있다.

본 발명의 산세방법을 실시함에 있어서, 이에 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어, 4개의 산 탱크에 염산용액을 담지한 뒤, 산세하기 위한 열연강판을 연속적으로 공급하는 경우, 2번째 산 탱크에서 상기 열연강판에 염산용액이 접촉되어 생성된 염화철용액(Ⅱ)의 농도가 5~9 wt%에 다다른 경우, 염소가스를 0.3-1kg/min의 유량으로 주입하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 4개의 산 탱크에 어디에도, 혹은 복수의 산 탱크에 염소가스를 주입함으로써 3가 철이온(Fe^{3 +})을 생성하여 빠른 속도로 열연강판의 산세를 수행할 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현 예는 산세속도를 향상시킨 열연강판의 산세장치에 관한 것으로, 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 열연강판의 산세장치를 개략적으로 도시한 것으로, 이를 참조하여 이하 설명한다.

본 발명은 열연강판의 산세장치에 있어서, 열연강판이 위치하며 염산용액이 담지되는 산 탱크(2~5) 및 상기 염산용액에 염소가스를 부가하는 염소공급장치(11)를 포함하는 열연강판(1)의 산세장치를 제공한다.

상기 산 탱크(2~5)는 상기 열연강판(1)의 스케일 제거반응이 연속적으로 일어나는 곳으로, 산세를 하기 위한 열연강판(1)은 산이 담지된 산 탱크(2~5)에 연속적으로 공급된다. 열연강판이 산에 접촉한 뒤에는 염소가스를 주입하여 반응성이 높은 3가 철이온(Fe³⁺)을 발생시켜 스케일 제거 속도를 높이기 위해 상기 염소공급장치(11)를 통하여 상기 열연강판과 염산용액이 반응하여 생성된 염화철용액(Ⅱ)에 염소가스를 부가할 수 있다.

상기 산 탱크(2~5)는 하나 또는 두 개 이상의 복수 개 일 수 있으며, 바람직하게는 4개의 산 탱크(2~5)를 구비할 수 있다. 산 탱크(2~5)에 공급되는 열연강판(1)이 염산용액 및 염소가스와의 반응을 통해 스케일이 제거되는 데에는 약 24초 내지 26초의 시간이 소요될 수 있다. 상기의 시간이 소요되는 동안 스케일 제거반응이 완료되기 위해서는 열연강판(1)이 4개의 산 탱크(2~5)를 이동할 수 있다. 따라서, 4개의 산 탱크(2~5)를 구비하여 열연강판(1)을 연속적으로 이동시키면, 스케일이 제거된 열연강판(1)이 산 탱크를 모두 통과하기 전에 스케일 제거반응이 완료되어 안정적으로 산세장치를 수행할 수 있다.

상기 산 탱크(2~5)에 담지되는 염산용액은 80-85℃로 가열하여 공급하는 것이 바람직하다. 염산용액의 온도가 80℃ 미만인 경우 반응속도가 느려 산세효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있다. 단, 염산용액의 온도가 높을수록 스케일과의 반응속도가 빨라지지만 85℃를 초과하는 경우 염산 흄이 발생되어, 산세제거를 위해 필요한 염산용액의 양 이상으로 공급해주어야 하므로, 역시 산세효율이 떨어지는 문제점이 있을 수 있다.

본 발명의 열연강판의 산세장치는 염산용액을 상기의 온도 범위까지 가열하기 위해 가열장치를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 가열장치는 열교환기(6a~6d)가 바람직하다.

또한, 본 발명은 산 탱크(2~5)에 담지되는 염산용액의 온도를 유지하기 위해 순환 탱크(7~10)를 더 포함할 수 있다. 유지되는 염산용액의 온도는 상기한 바와 같이 80-85℃가 바람직하며, 상기 순환 탱크(7~10)에서 염산용액을 가열장치에 반복적으로 순환시킴으로써 산세반응 동안 염산용액의 온도를 상기 범위로 유지하여 산 탱크에 공급할 수 있다.

상기 염소공급장치(11)는 공급되는 염소가스의 유량을 조절하기 위해 가스 유량계(12)를 더 포함할 수 있다. 이때, 공급되는 염소가스의 유량은 유량이 0.3-1kg/min인 것이 가장 바람직하다. 유량이 0.3kg/min 미만인 경우, 열연강판(1)과 반응속도가 느려 산세효율이 떨어지는 문제가 있을 수 있으며, 염소가스의 유량이 1kg/min를 초과하는 경우, 염소가스가 염화철용액(Ⅱ)과 제대로 반응이 일어나지 않을 수 있으며, 염소가스의 과량으로 원하지 않는 부가적 반응이 발생되는 문제가 생길 수 있다.

1: 열연강판
2: #1산 탱크
3: #2산 탱크
4: #3산 탱크
5: #4산 탱크
6a~6d: 열교환기
7: #1 순환 탱크
8: #2 순환 탱크
9: #3 순환 탱크
10: #4 순환 탱크
11: 염소공급장치
12: 가스 유량계

Claims (12)

1. 삭제
2. 산세력이 상이한 복수 개의 열연강판의 산세방법에 있어서,
   복수 개의 열연강판을 염산용액에 접촉하여 하기 식(1)과 같은 반응에 의해 농도가 5~9 wt%인 염화철용액(Ⅱ)을 생성하여 스케일을 제거하고,
   상대적으로 산세력이 낮은 열연강판에만, 생성된 5~9 wt% 농도의 염화철용액(Ⅱ)에 염소가스를 부가하여 하기 식(2)와 같은 반응에 의해 3가 철이온(Fe³⁺)을 포함하는 염화철용액(Ⅲ)을 생성하고, 상기 염화철용액(Ⅲ) 내 3가 철이온(Fe³⁺)과 상기 상대적으로 산세력이 낮은 열연강판의 스케일의 철이 하기 식(3)과 같이 반응하여 염화철용액(Ⅱ)을 생성하여 스케일을 제거하며,
   산세력이 상이한 복수 개의 열연강판에 대하여 일정한 속도로 산세를 수행하는 열연강판의 산세방법.
   FeO(스케일) + 2HCl → 2FeCl₂ + H₂O (1)
   2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃ (2)
   2FeCl₃ + Fe(스케일) → 3FeCl₂ (3)
3. 제2항에 있어서, 상기 염산용액은 온도가 80~85℃인 열연강판의 산세방법.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서, 상기 염소가스는 상기 염산용액에 유량을 0.3~1kg/min으로 부가하는 열연강판의 산세방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제

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