선형 격자형 스케일 기본 사항: 알아야 할 모든 것
간단한 유리 표면으로 공작 기계의 정밀도를 끌어올린다고 상상해 보세요. 선형 격자 저울이 바로 그 역할을 수행하여 미세한 선을 매우 정확한 측정값으로 변환합니다. 이 기사에서는 어떻게 이러한...
강철이 어떻게 칙칙하고 녹슨 표면에서 반짝이는 깨끗한 마감으로 변신하는지 궁금한 적이 있나요? 스틸 피클링은 이 놀라운 변화의 핵심 공정입니다. 이 글에서는 노련한 기계 엔지니어가 스틸 피클링의 비밀을 공개하며 금속 표면 처리의 세계를 흥미롭게 들여다봅니다. 산세 공정의 과학적 원리와 다양한 산업에서 중요한 역할을 하는 산세 공정에 대해 알아보세요.
최근 환경 보호 기관의 규제 조치로 인해 금속 가공 산업 내 산세 작업에 대한 조사가 강화되었습니다. 엄격한 환경 기준을 충족하지 못하는 시설과 가공 공장은 폐쇄 명령을 받거나 시정 조치를 의무적으로 이행해야 하는 상황에 직면했습니다. 이러한 감독 강화로 인해 산세 공정과 그 환경적 영향에 대한 업계 이해관계자들의 우려가 확산되고 있습니다.
금속 기판에서 표면 산화물과 불순물을 제거하는 데 필수적인 산세 공정에는 전통적으로 강산과 유해 화학 물질이 사용됩니다. 이러한 물질은 적절하게 관리하지 않으면 환경 및 건강에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다. 주요 우려 영역은 다음과 같습니다:
이러한 과제에 대응하기 위해 업계에서는 보다 지속 가능한 절임 기술 및 관행으로 전환하고 있습니다. 이 분야의 혁신은 다음과 같습니다:
산세척은 산성 용액을 사용하여 금속 표면에서 산화철 스케일(녹 및 밀 스케일)을 화학적으로 제거하는 금속 제조의 중요한 표면 처리 공정입니다. 이 프로세스에는 특정 농도, 온도 및 노출 시간으로 세심하게 제어된 산 용액에 금속을 담그는 과정이 포함됩니다. 산은 산화물 층과 반응하여 이를 용해시키고 깨끗한 금속 표면을 남깁니다.
산세척에 일반적으로 사용되는 산에는 염산(HCl), 황산(H2SO4), 인산(H3PO4)이 있으며, 금속 종류와 원하는 표면 마감에 따라 각각 선택됩니다. 산 농도, 수조 온도, 침지 시간 등 공정 파라미터를 정밀하게 조절하여 효과적인 스케일 제거를 보장하는 동시에 비금속 손실을 최소화하고 일부 합금에서 수소 취성을 유발할 수 있는 과잉 산세를 방지할 수 있습니다.
산세척은 코팅 접착력을 높이고 전반적인 제품 품질과 내식성을 향상시키기 때문에 도금, 도장 또는 추가 제작과 같은 후속 공정을 위해 금속 표면을 준비하는 데 필수적입니다.
산세는 금속 제조에서 중요한 표면 처리 공정으로, 주로 금속 표면에서 산화물, 스케일, 불순물을 제거하는 데 사용됩니다. 산세 방법의 분류는 몇 가지 요소에 따라 분류할 수 있습니다:
1. 산성 유형별:
- 황산(H2SO4) 절임
- 염산(HCl) 절임
- 질산(HNO3) 절임
- 불화수소산(HF) 절임
산의 선택은 처리하는 금속에 따라 다릅니다. 예를 들어
2. 공작물 형상 기준:
- 와이어 피클
- 단조 피클
- 시트/접시 절임
- 스트립 스틸 피클
- 튜브/파이프 절임
각 형상은 산 순환, 침지 시간 및 취급 방법에서 고유한 문제를 안고 있습니다.
3. 장비 구성별:
- 배치 탱크 산세
- 반연속 피클
- 연속 피클 라인
- 스프레이 피클
- 타워(수직) 피클
장비 선택은 생산량, 재료 치수, 원하는 처리량에 따라 달라집니다. 연속 라인은 시트 및 스트립의 대량 생산에 자주 사용되는 반면, 배치 공정은 다양하거나 소규모 생산에 더 적합할 수 있습니다.
4. 프로세스 기술별:
- 기존 침수 절임
- 전해 절임
- 중성 전해 절임(NEP)
- 난기류 피클
- 고온 산성 재생(HTAR) 절임
고급 절임 기술은 효율성을 개선하고 환경에 미치는 영향을 줄이며 표면 품질을 향상하는 것을 목표로 합니다.
적절한 산세 방법을 선택하려면 재료 구성, 표면 상태, 생산 요건, 환경 규제, 비용 효율성 등의 요소를 고려해야 합니다. 최신 산세 작업은 자동 제어 시스템, 산 회수 장치, 흄 스크러버를 통합하여 공정을 최적화하고 환경에 미치는 영향을 최소화하는 경우가 많습니다.
산화철 스케일 제거는 기계적, 화학적, 전기화학적 세 가지 주요 방법을 통해 수행할 수 있습니다. 각 방법은 뚜렷한 장점을 제공하며 스케일 특성, 기판 재질 및 원하는 표면 마감에 따라 다양한 용도에 적합합니다.
기계적 방법:
화학적 방법:
화학적 석회질 제거제는 반응성 물질을 사용하여 산화철 스케일을 녹이거나 느슨하게 합니다. 일반적인 화학 약품에는 다음이 포함됩니다:
화학 약품의 선택은 스케일 구성, 기본 금속 및 환경적 고려 사항에 따라 달라집니다. 과도한 공격으로부터 기본 금속을 보호하기 위해 억제제를 추가하는 경우가 많습니다.
전기 화학적 방법:
전해 산세라고도 하는 전기 화학적 석회질 제거는 화학적 공정과 전기적 공정을 결합합니다:
이 방법은 화학적 산세척만 하는 것보다 스케일 제거 속도가 빠르고 단단히 부착된 스케일 층에 더 효과적일 수 있습니다.
각 제거 방법에는 장점과 한계가 있습니다. 스케일 두께, 기판 재료 특성, 생산량, 환경 규제, 원하는 표면 마감 등의 요인에 따라 선택이 달라집니다. 산업 응용 분야에서 최적의 결과를 얻기 위해 여러 가지 방법을 조합하여 사용하는 경우가 많습니다.
현재 전 세계에서 강철을 산세하는 방법은 크게 세 가지가 있습니다:
일체형 스틸 피클은 가장 원시적이고 간단한 피클 방법입니다.
코일을 열 필요가 없다는 것이 특징입니다.
와이어 코일 전체 또는 느슨하게 감긴 코일 스틸 코일 를 절인 다음 수영장에 띄워 세척합니다.
절임의 품질이 좋지 않고 생산 효율이 낮으며 특히 환경 오염을 유발하기 때문에 적극적으로 제거되고 있습니다.
연속 절임은 일종의 고수익, 고품질, 빠른 개발이 가능한 절임 방법입니다.
장치에 용접기와 루퍼 장치가 장착되어 있어 코일을 교체해도 공정 섹션이 멈추지 않아 장치의 연속 작동을 보장합니다.
그러나 장치가 길고 장비가 복잡하며 투자 비용이 많이 듭니다.
연속 피클링 라인에는 연속 수평 피클링 장치와 연속 타워 피클링 장치라는 두 가지 주요 유형이 있습니다.
반연속 절임은 단품 및 연속 절임과 비교하여 상대적인 개념입니다.
용접기(또는 재봉틀과 같은 간단한 용접기)와 대용량 루퍼를 설치할 필요가 없으므로 코일을 교체할 때는 기계를 멈춰야 합니다.
이 방법은 200,000~900,000 t/a 생산에 가장 적합합니다.
그림 1 푸시풀 절임 장치의 생산 라인 레이아웃 다이어그램
그림 2 완전 연속 산세 장치의 생산 라인 레이아웃 다이어그램
사람들의 생활 수준이 향상됨에 따라 더 깨끗한 환경에 대한 요구가 증가하고 있습니다. 이러한 요구를 충족하기 위해 철 산화물을 제거하기 위한 고효율, 무공해, 우수한 품질을 갖춘 새로운 기술과 생산 라인이 끊임없이 등장하고 있습니다.
2013년 7월 20일, 타이위안 철강 그룹의 열연 공장 생산 라인에서 롤 프리 피클링 코일이 압연되면서 중국 최초의 철강 코일 표면 피클링 프리 처리 라인이 공식적으로 생산에 투입되었습니다.
과거에는 강철 표면 처리 코일을 산세와 기름칠을 통해 완성해야 했기 때문에 생산 비용이 많이 들고 환경오염을 유발하며 폐기물 처리 문제가 발생했습니다.
새로 개발된 무산세 처리 라인은 새로운 EPS 처리 기술을 사용하여 강철 코일의 산세 과정을 없애고 폐기물 발생을 없애며 모든 매체를 재활용하고 강철 코일의 표면을 더 깨끗하고 내식성을 높입니다.
EPS 특허 기술은 SCS 기술을 기반으로 개발되었습니다. 기본 원리는 밀폐된 공간에서 EPS 가공을 위한 특수 장치를 사용하는 것입니다. 강판의 상하 표면에 강재와 물로 만든 혼합물인 EPS 작업 매질을 분사하고, 일정한 분사력으로 강판 표면의 산화물이나 스케일을 산화물이 남지 않게 제거합니다.
따라서 강판의 표면을 매끄럽고 깨끗하게 만들 수 있으며, 이를 "녹색" 표면이라고 합니다.
산세는 금속 표면의 스케일을 화학적으로 제거하는 과정이므로 화학적 산세라고도 합니다. 스트립 표면에 형성된 스케일(Fe203, Fe304, Fe0)은 모두 물에 녹지 않는 알칼리성 산화물입니다. 금속을 산 용액에 담그거나 표면에 산 용액을 뿌리면 이러한 염기성 산화물은 산과 함께 일련의 화학적 변화를 겪습니다.
그림 3 산화철 스케일의 구조
탄소 구조용 강철 또는 저합금 강철 표면의 스케일은 느슨하고 다공성이며 균열이 있습니다. 또한 스케일은 산세 장치의 스트립과 함께 반복적으로 구부러지고 곧게 펴지고 운반되어 기공 균열을 더욱 증가시키고 확장합니다.
따라서 산성 용액은 산화철 스케일과 화학적으로 반응하는 동시에 균열과 기공을 통해 강철의 기본 철과도 반응합니다. 즉, 산세 초기에는 산화철 스케일, 금속 철, 산성 용액 사이에 세 가지 종류의 화학 반응이 있습니다.
염산(HCl)은 우수한 성능 특성으로 인해 산업 분야에서 황산(H2SO4)을 능가하는 현대 금속 가공의 주요 산세 매체로 부상했습니다.
HCl 절임은 뚜렷한 이점을 제공합니다:
이러한 요인으로 인해 철강 제조, 자동차, 항공우주 분야를 비롯한 다양한 금속 가공 산업에서 염산 산세가 널리 채택되고 있습니다. 그러나 염산과 H2SO4 산세 중 어떤 것을 선택할지는 여전히 특정 용도의 요구 사항, 재료 구성, 현지 환경 규제에 따라 달라질 수 있습니다.
이 상온 녹 제거제는 철 표면의 녹과 산화를 빠르게 제거하며 탈지 특성도 가지고 있습니다. 구성 및 작동 조건은 다음과 같습니다:
참고: 식염은 탄소강, 크롬강, 크롬니켈강에 대한 H2SO4의 부식 작용을 제어하고 먼지 억제제 역할도 합니다.
산성 미스트를 방지하려면 10% 미스트 억제제를 추가하세요.
이 녹 제거 솔루션은 빠르게 작동하며 실온에서 녹을 제거하는 데 10분 이상 걸리지 않습니다. 먼지 및 재 억제제 덕분에 금속 표면이 깨끗해지고 산세 후 회백색 표면이 나타납니다.
고무로 라이닝된 200m, Φ200mm~300mm 강관을 취급하는 정유소에서는 먼저 이 녹 제거제를 사용하여 내부 배관 녹 제거 작업을 수행했으며, 그 효과가 매우 뛰어났습니다. 모든 고무 라이닝이 검사를 통과했습니다.
탄소강 워터 쿨러에 부식 방지 코팅을 적용하기 전에 녹을 제거하기 위해 절임해야 합니다. 세척 용액 구성은 다음과 같습니다(질량 분율):
절임 과정: 실온에서 30~60분간 절인 후 중성이 될 때까지 물로 헹굽니다. 마지막으로 인산염 처리 또는 패시베이션을 실시합니다. 이 공식은 수냉식 열교환기의 녹 제거를 위해 국내에서 널리 사용되며 코팅 결과가 좋습니다.
녹 제거 프로세스: 30~50°C의 온도에서 1시간 동안 녹을 제거한 후 pH 값이 7이 될 때까지 물로 헹굽니다. 마지막으로 30~40°C의 온도에서 아질산나트륨 10% 용액을 사용하여 30분 동안 부동태화하여 녹이 슬지 않도록 합니다.
녹 제거 프로세스: 40~50°C의 온도에서 15~16분간 녹을 제거한 후 물로 헹굽니다. 이 포뮬러는 주로 고합금 강철의 녹 제거에 적합합니다.
절임 과정: 녹 제거 용액을 85~95°C로 가열하고 2~3분간 피클하여 녹을 제거합니다. 이 포뮬러는 주로 정밀 부품, 베어링 등에서 가벼운 녹을 제거하는 데 적합합니다.
녹 제거 솔루션 작동 조건: 녹 제거 온도 80~90°C, 녹 제거 시간 10~20분.
산업의 발전과 함께 '투인원' 기름 제거 및 녹 제거, '쓰리인원' 기름 제거, 녹 제거, 인산염 또는 부동태화 다기능 녹 제거제가 등장했습니다.
녹 제거 프로세스: 실온에서 2~10분간 절임 녹 제거 후 중성이 될 때까지 물로 헹구고 마지막으로 녹 방지 처리를 실시합니다.
그 공식은 다음 표에 나와 있습니다:
표 1 녹 제거 솔루션 공식
| 원재료 이름 | 콘텐츠 1% | 이름 용서 | 콘텐츠/% |
| 인산이 수소 나트륨 아질산나트륨 중탄산나트륨 | 3.5 6.2 1 | 글리세롤 물 | 1.6 87.7 |
이 녹 방지 솔루션은 강력한 녹 방지 기능을 가지고 있지만 녹 방지 시간이 상대적으로 짧아 공정 간 녹 방지에 적합합니다.
"3-in-1" 탈지, 녹 제거 및 패시베이션(또는 인산염 처리) 솔루션은 도장 전 금속 장비 처리에 적합하여 탈지, 녹 제거 및 패시베이션(또는 인산염 처리)의 목적을 달성할 수 있습니다. 그러나 스케일이 많고 녹반이 심한 경우에는 적합하지 않습니다.
"3-in-1" 탈지, 녹 제거 및 패시베이션 구성:
작업 조건은 녹 제거 온도 85°C, 녹 제거 시간 2~2분입니다.
"3-in-1" 탈지, 녹 제거 및 인산염 용액 구성:
작업 조건은 85°C의 온도와 2~3분의 시간입니다.
"4-in-1" 탈지, 녹 제거, 인산염 처리 및 패시베이션 솔루션의 구성은 다음 표에 나와 있습니다.
| "포인원" 포뮬러/(g/L) | 녹 제거 온도/°C | 녹 제거 시간/분 | ||||
| 재료 이름 | 1# | 2# | 1# | 2# | 1# | 2# |
| 인산(80% 함량) | 110~180 | 110 | 50~60 | 55~65 | 25 | 5~15 |
| 산화 아연 | 30~50 | 25 | ||||
| 질산 아연 | 150~170 | 150 | ||||
| 염화마그네슘 | 15~30 | 3 | ||||
| 칼륨 타르타르산염 | 0.2~0.4 | 5 | ||||
| 암모늄 몰리브덴산염 | 0.8~1.2 | 1 | ||||
| 나트륨 도데실 황산염 | 20~40 | 30 | ||||
| 망간 인산염 | / | 10 | ||||
| 중크롬산 칼륨 | / | 0.2~0.3 | ||||
| 물 | 잔여 | 잔여 | ||||
공식 2#를 예로 들어 일정량의 산화 아연을 용기에 붓고 증류수와 함께 페이스트로 만듭니다. 저으면서 투명한 인산이수소아연으로 녹을 때까지 인산을 첨가합니다. 증류수로 전체 부피의 2/3까지 희석한 다음 계산된 양의 질산아연, 염화마그네슘, 인산, 타르타르산, 중크롬산칼륨을 추가합니다. 녹을 때까지 저어준 후 작은 용기에 녹인 몰리브덴산 암모늄 용액을 두 번에 나누어 넣고 골고루 저어줍니다. 마지막으로 601 세정제를 추가하고 전체 부피로 희석합니다.
601 세정제는 음이온 계면 활성제로 침투성과 습윤성이 우수하고 물에 쉽게 용해되고 내산성, 내열성이 있으며 금속 이온과 반응하지 않으므로 용매에서 매우 안정적이며 기름 제거에 사용됩니다. "4-in-one"의 인산염 처리 과정은 일반적인 인산염 처리 원리와 동일합니다. 기름 제거와 녹 제거가 동시에 발생하며 인산은 철에 담그는 효과가있어 강철 표면에 조밀 한 인산염 필름을 형성합니다. 몰리브덴산 암모늄과 중크롬산 칼륨은 부동태화제 역할을 합니다.
"4-in-1" 처리 용액의 유리 산도는 17~25점, 총 산도는 170~220점, 유리 산도와 총 산도의 비율은 (1:7)~(1:10)입니다.
0.1mol/L NaOH 표준 용액을 사용하여 10mL의 인산염 용액을 적정합니다. 페놀프탈레인을 지표로 사용하는 경우, 소비된 NaOH 밀리리터는 총 산도의 "포인트" 수입니다. 메틸 오렌지를 지표로 사용하는 경우, 소비된 NaOH 밀리리터는 유리 산도의 "포인트" 수입니다.
금색 및 무지개 색상의 강철 부품은 직접 처리할 수 있습니다. 유분 오염이 심각한 경우 OP 유화제를 추가하여 오염 제거 능력을 향상시킬 수 있습니다. 청색 산화물 스케일이있는 강철 부품은 산화물 스케일이 너무 두껍기 때문에이 방법으로 처리 할 수 없습니다. 이 방법으로 용해할 수 있는 스케일의 양은 7~10g/m²입니다.
"4-in-one"으로 처리된 강철 부품의 표면에는 아연, 철, 마그네슘과 같은 금속의 불용성 인산염으로 이루어진 얇은 막이 형성됩니다. 이 필름은 보호 특성을 가지고 있으며 페인트를 흡착하여 페인트 필름의 접착력을 향상시키고 보호 기능을 향상시킬 수 있습니다.
다음으로 산화물 스케일 제거에 적합한 두 가지 "4-in-1" 탈지, 녹 제거, 인산염 처리 및 부동 태화 용액 공식을 소개합니다.
첫 번째 공식의 과정은 다른 공식보다 더 복잡합니다. 두 단계로 나뉩니다. 첫 번째 단계는 기름과 녹(산화물 스케일)을 제거하는 것이고(공식은 표 1 참조), 두 번째 단계는 인산염 처리와 패시베이션 처리입니다(공식은 표 2 참조). 기름과 녹을 제거한 후에는 먼저 물로 헹궈야 한다는 점에 유의하세요. 물이 중성이 되면 인산염 처리 및 패시베이션 처리를 수행할 수 있습니다.
표 1 기름과 녹(산화물 스케일) 제거 공식
| 기름 및 녹 제거 포뮬러 | 기름 및 녹 제거 솔루션의 작업 조건 | ||
| 성분 | 콘텐츠 | 녹 제거 온도 /°C | 녹 제거 시간 /분 |
| 산업용 황산(상대 밀도 1.84) | 60~65mL/L | 75~85 | 5~20 |
| 티오우레아 | 5~7g/L | ||
| 도데실벤젠설포네이트 나트륨 | 20~50mL/L | ||
| 물 | 잔여 | ||
참고: 산화물 스케일이 두꺼우면 황산의 양을 늘릴 수 있습니다.
표 2 인산염 및 패시베이션 솔루션 공식
| 인산화 및 패시베이션 포뮬레이션 | 인산화 및 패시베이션 작업 조건 | ||
| 재료 | 농도/(g/L) | 인산염 온도 /°C | 인산화 시간 /분 |
| 인산 | 58 | 65~75 | |
| 산화 아연 | 15 | ||
| 질산 아연 | 200 | ||
| 인산이크롬산수소(중크롬산칼륨으로 계산) | 0.3~0.4 | ||
| 티타늄 황산염 산화물(용접에 필요하지 않음) | 0.1~0.3 | ||
| 타르타르산 | 5 | ||
| 나트륨 도데실 황산염 | 15mL | ||
| OP 유화제 | 15mL | ||
| 물 | 잔여 | ||
참고: 총 산도 대비 유리 산도의 비율: (1:12) ~ (1:18)
인산염 처리 프로세스 매개변수: 인산염 용액을 물과 1:1로 희석하여 사용하고, 처리 시간은 15~30분, 처리 온도는 10~60°C, 총 산도는 200~250포인트를 유지합니다.
건조 시간: 24시간 동안 자연 건조하거나 120°C에서 30~60분 동안 건조합니다. 인산염 필름의 외관은 짙은 회색이고 필름은 조밀하게 결정화되고 연속적이며 균일합니다. 인산염 필름 두께는 5 ~ 8μm이고 접착력은 등급 I이며 내 충격성은 500N-cm입니다. 황산구리 낙하 테스트> 150S; 염화나트륨 용액 담금 테스트> 8 시간; 실내 녹 방지 (T20 ° C RH86%) > 60 일. 인산염 필름의 외관은 짙은 회색입니다.
산성 산세 페이스트를 사용하여 녹을 제거할 수 있습니다. 권장 도포 두께는 1~2mm, 양은 2~3kg/m²이며, 총 녹 제거 시간은 60분입니다. 녹 제거 후 물로 헹굽니다.
마지막으로 아세트산과 암모니아 용액을 섞은 물로 닦아내면 녹이 슬지 않습니다. 산 세척 페이스트의 공식은 다음과 같습니다(표를 참조하세요):
표 3 녹 방지 산성 산세 페이스트 공식
| 300g 수량당 /g | 300g 수량당 /g | ||
| 산업용 염산(30% 농도) | 4.3 | 1.2 | 1% |
| 인산(상대 밀도 17) | 18.6 | 0.2 | / |
| 산업용 황산(상대 밀도 1.84) | 40.3 | 5.5 | 5.33% |
| 헥사메틸렌테트라민 | 0.8 | 0.1 | 0.10% |
| 벤토나이트(120#) 또는 규조토, 황토 | 200 | 200 | 7.60% |
| 옥살산 | / | / | 0.07% |
| 석면 울 | / | / | 6.50% |
| 물 | 36 | 93 | 잔여 |
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