본 연구에서는 전류효율 향상을 통하여 전해연마 공정 중 발생하는 폐산 폐기물 발생량을 감소시키고자 하였다. 구형 부스바와 Taguchi 기법을 이용하여 전해연마 공정의 최적 조건을 도출하였다. 전해연마 공정 중 전류효율에 영향을 미치는 제어인자로 전류밀도, 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량을 선택하였다. 각 제어인자에 대하여 3수준을 고려하여 직교 배열표를 작성하여 실험을 수행하였다. Taguchi 기법에 따라 망대특성SN비를 산출한 결과 전류밀도가 가장 큰 영향을 미치고 전해연마 시간이 가장 적은 영향을 미치는 것을 확인하였다. 폐산 폐기물 발생량을 최소화할 수 있는 최적 조건은 전류밀도 $45A/dm^2$,전해연마 시간 4 min, 전해액 온도 $65^{\circ}C$, 유량 7 L/min였다. 분산분석 결과 전류밀도, 전해액 온도, 유량이 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다. 구형 부스바 사용으로 접촉 면적 및 접촉력 증가로 전류효율이 향상되어 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있었다. 부스바의 형태(선 접점 부스바, 반구형 면 접점 부스바, 구형 면 접점 부스바)에 따른 전류효율의 영향과 관련한 비교 연구가 향후 진행될 예정이다.
본 연구에서는 전류효율 향상을 통하여 전해연마 공정 중 발생하는 폐산 폐기물 발생량을 감소시키고자 하였다. 구형 부스바와 Taguchi 기법을 이용하여 전해연마 공정의 최적 조건을 도출하였다. 전해연마 공정 중 전류효율에 영향을 미치는 제어인자로 전류밀도, 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량을 선택하였다. 각 제어인자에 대하여 3수준을 고려하여 직교 배열표를 작성하여 실험을 수행하였다. Taguchi 기법에 따라 망대특성 SN비를 산출한 결과 전류밀도가 가장 큰 영향을 미치고 전해연마 시간이 가장 적은 영향을 미치는 것을 확인하였다. 폐산 폐기물 발생량을 최소화할 수 있는 최적 조건은 전류밀도 $45A/dm^2$,전해연마 시간 4 min, 전해액 온도 $65^{\circ}C$, 유량 7 L/min였다. 분산분석 결과 전류밀도, 전해액 온도, 유량이 신뢰수준 95%에서 유의함을 확인하였다. 구형 부스바 사용으로 접촉 면적 및 접촉력 증가로 전류효율이 향상되어 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있었다. 부스바의 형태(선 접점 부스바, 반구형 면 접점 부스바, 구형 면 접점 부스바)에 따른 전류효율의 영향과 관련한 비교 연구가 향후 진행될 예정이다.
In this study, we attempted to reduce the generation of waste acids in the electropolishing process by improving the current efficiency. The optimum conditions of the electropolishing process when using the round bus bar were determined by the Taguchi method. The current density, polishing time, ele...
In this study, we attempted to reduce the generation of waste acids in the electropolishing process by improving the current efficiency. The optimum conditions of the electropolishing process when using the round bus bar were determined by the Taguchi method. The current density, polishing time, electrolyte temperature and flow rate were selected as the control factors for the current efficiency in the electropolishing process. An orthogonal array was created by considering three levels for each factor and experiments were carried out. The larger-the-better SN ratios were calculated by the Taguchi method. The current density was the most important factor affecting the current efficiency and the polishing time was the least important one. The optimum conditions to minimize the generation of waste acids were a current density of $45A/dm^2$, polishing time of 4 min, electrolyte temperature of $65^{\circ}C$ and flow rate of 7 L/min. The results of the ANOVA confirmed that the effects of the current density, electrolyte temperature and flow rate are significant at the 95% confidence level. The increase in the contact area and contact force afforded by using the round bus bar improved the current efficiency which, in turn, reduced the amount of waste acids generated. Further research is planned to investigate the effect of the type of bus bar on the current efficiency.
In this study, we attempted to reduce the generation of waste acids in the electropolishing process by improving the current efficiency. The optimum conditions of the electropolishing process when using the round bus bar were determined by the Taguchi method. The current density, polishing time, electrolyte temperature and flow rate were selected as the control factors for the current efficiency in the electropolishing process. An orthogonal array was created by considering three levels for each factor and experiments were carried out. The larger-the-better SN ratios were calculated by the Taguchi method. The current density was the most important factor affecting the current efficiency and the polishing time was the least important one. The optimum conditions to minimize the generation of waste acids were a current density of $45A/dm^2$, polishing time of 4 min, electrolyte temperature of $65^{\circ}C$ and flow rate of 7 L/min. The results of the ANOVA confirmed that the effects of the current density, electrolyte temperature and flow rate are significant at the 95% confidence level. The increase in the contact area and contact force afforded by using the round bus bar improved the current efficiency which, in turn, reduced the amount of waste acids generated. Further research is planned to investigate the effect of the type of bus bar on the current efficiency.
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문제 정의
본 연구에서는 전해연마 대상물(스테인레스 스틸 튜브)에 전류를 공급하는 부스바로 구형 면접점 부스바를 사용하여 전류효율을 높이고 전기사용량을 감소시켜 폐산 폐기물 발생량을 감소시키고자 하였다. 구형 면접점 부스바는 선접점 부스바나 반구형 면접점 부스바와 달리 접촉 면적이 크고, 접촉력이 강한 부스바이다(Fig.
가설 설정
금속을 전착하여 제거하는 방법은 철의 전착이 어렵고, pH가 낮아 효과적이지 않다[3]. 전해연마 시간을 줄여 과도하게 용해되는 금속을 감소시키는 방법은 전해연마액의 노화를 늦추어 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있다. 이 방법은 전해연마 시 전기량을 감소시키는 방법으로 전류효율을 향상시키면 더 효과적이다.
1과 같이 튜브 둘레 전체면과 접촉하고 양쪽에서 부스바를 조일 수 있도록 되어 있다. 구형 부스바는 선접점 부스바 및 반구형 부스바에 비하여 접촉 면적 및 접촉력이 큰 부스바이다. 전해연마에 사용된 정류기는 15 V, 300 A(구수중전기)의 용량을 가지고 있다.
제안 방법
전류효율 향상으로 폐산 폐기물 발생량을 감소시키고, 품질손실비용을 줄이기 위하여 현장에서 많이 사용하는 Taguchi 기법을 이용하여 최적 공정 조건을 도출하고자 하였다[5]. 전해연마에 영향을 미치는 제어인자로 전류밀도, 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량을 선정하고 3수준 직교배열표를 작성하여 실험을 수행하였다
전해연마에서는 품질 특성치가 표면거칠기 개선율이며, 값이 크면 좋으므로 손실함수 중 망대특성으로 SN 비 값을 구하였다. 망대특성 SN비는 다음 식(1)으로 구할 수 있다[13,14].
표면거칠기 개선율에 영향을 미치는 인자에는 여러 가지가 있으나, 본 실험에서는 전류밀도, 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량을 선정하였다. 직교배열표 내측 배열에는 제어인자와 각 수준을 배치하고, 외측 배열에는 신뢰성을 높이기 위하여 3회 반복실험을 배치하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 전해연마액은 85% 인산(동양제철화학), 98% 황산(한화케미칼), EP-2(오쿠노 케미칼), DIW(deionized water)로 구성되었다. 스테인레스 스틸 튜브를 전해연마하기 위한 장치는 Fig.
이론/모형
1과 같이 튜브 둘레 전체면과 접촉할 수 있으며, 조임쇠를 사용하여 접촉력을 강화시킨 부스바이다. 전류효율 향상으로 폐산 폐기물 발생량을 감소시키고, 품질손실비용을 줄이기 위하여 현장에서 많이 사용하는 Taguchi 기법을 이용하여 최적 공정 조건을 도출하고자 하였다[5]. 전해연마에 영향을 미치는 제어인자로 전류밀도, 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량을 선정하고 3수준 직교배열표를 작성하여 실험을 수행하였다
Table 1은 실험에 적용한 제어인자 및 수준을 나타낸 표이다. 본 연구는 4개 제어인자에 대한 3수준 표준형 직교배열표 L9(34)를 이용하여 실험을 수행하였다.
튜브 내면 전해연마 후 DIW로 튜브를 세척하고 N2 가스로 건조한 후 클린룸에서 표면거칠기를 측정하였다. 표면거칠기는 일본 Mitutoyo사의 모델 175로 측정하고 전해연마 전․후의 표면거칠기를 이용하여 표면거칠기 개선율을 계산하였다.
본 연구에서 전해연마액 폐산 폐기물 발생량을 감소시키기 위하여 구형 부스바와 Taguchi 기법을 이용하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
성능/효과
본 연구에서 구형 부스바 적용 시 최적 조건인 전류밀도 및 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량은 각각 45 A/dm2, 4 min, 65 ℃, 7 L/min이며, 전해연마 시 10,800 C/dm2의 전기가 소모된다. 구형 부스바 적용 전 선접점 부스바에서 전류밀도 및 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량은 각각 55 A/dm2, 6 min, 60 ℃, 7 L/min이며, 전해연마 시 19,800 C/dm2의 전기가 소모된다.
구형 부스바 적용 전 선접점 부스바에서 전류밀도 및 전해연마 시간, 전해액 온도, 유량은 각각 55 A/dm2, 6 min, 60 ℃, 7 L/min이며, 전해연마 시 19,800 C/dm2의 전기가 소모된다. 따라서 구형 부스바를 적용한 최적 조건에서 전류효율 향상에 따른 전기량 감소로 전해연마 시 폐산 폐기물 발생량의 저감이 가능하다. 본 연구에서 전기사용량을 감소시킨 것은 접촉 면적 확대 및 접촉력 강화로 전기 접촉 저항 감소에 따른 전류효율 향상 때문이다.
본 연구에서 전기사용량을 감소시킨 것은 접촉 면적 확대 및 접촉력 강화로 전기 접촉 저항 감소에 따른 전류효율 향상 때문이다. 전류효율 향상으로 전해연마 시 최적 수준조합에서 전기량과 관계된 전류밀도와 전해연마 시간이 모두 유의한 영향을 미칠 것으로 예상되었다. 그러나 Table 4의 SN비 주반응표나 Table 6의 분산분석표에서 전해연마 시간은 SN비에 가장 적은 영향을 미치고 표면거칠기 개선율에 유의하지 않음을 보였다.
1) Taguchi 기법에 따라 망대특성 SN비를 산출한 결과 전류밀도가 가장 큰 영향을 미치고, 상대적으로 전해연마 시간이 가장 작은 영향을 미치는 것을 확인하였다.
2) 망대특성 SN비에 대한 분산분석을 한 결과 전류밀도, 전해액 온도, 유량이 신뢰수준 95% 에서 유의함을 확인하였다.
3) 폐산 폐기물 발생량을 최소로 할 수 있는 최적 조건은 전류밀도 45 A/dm2, 전해연마 시간 4 min, 전해액 온도 65 ℃, 유량 7 L/min였다.
4) 구형 부스바 사용 시 접촉 면적 및 접촉력 증가로 전류효율이 향상되어 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있었다.
5) Taguchi 기법과 직교배열표를 이용하여 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있는 최적 조건을 구하는데 소요되는 시간과 비용의 축소가 가능하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
기계연마에 비해 전해연마가 가지는 장점은 무엇인가?
전해연마는 금속 표면 가공법의 일종으로 여러 산업 분야에 사용되고 있다. 전해연마는 금속 표면 거칠기를 개선시켜 표면을 매끄럽게 하는 가공법으로 기계연마 시 발생하는 부식 유발 물질인 비결정질 층을 생성하지 않으므로 기계연마에 비하여 내식성이 더 강하다[1,2]. 일정한 품질을 가지는 스테인레스 스틸(STS) 튜브 및 파이프를 제조하기 위해서는 전해연마에 사용하는 전해연마액의 관리가 매우 중요하다.
전해연마액 폐산 폐기물 감소를 위해 금속을 전착하여 제거하는 방법의 단점은 무엇인가?
전해연마액 폐산 폐기물을 감소시키고 장시간 사용하기 위한 방법으로 전해연마액 중에 용해되어 있는 금속을 전착하여 제거하는 방법과 전해연마 시 전해연마 시간을 줄여 과도하게 용해되는 크롬, 철, 니켈의 양을 줄이는 방법이 있다[3]. 금속을 전착하여 제거하는 방법은 철의 전착이 어렵고, pH가 낮아 효과적이지 않다[3]. 전해연마 시간을 줄여 과도하게 용해되는 금속을 감소시키는 방법은 전해연마액의 노화를 늦추어 폐산 폐기물 발생량을 감소시킬 수 있다.
전해연마란 무엇인가?
전해연마는 금속 표면 가공법의 일종으로 여러 산업 분야에 사용되고 있다. 전해연마는 금속 표면 거칠기를 개선시켜 표면을 매끄럽게 하는 가공법으로 기계연마 시 발생하는 부식 유발 물질인 비결정질 층을 생성하지 않으므로 기계연마에 비하여 내식성이 더 강하다[1,2]. 일정한 품질을 가지는 스테인레스 스틸(STS) 튜브 및 파이프를 제조하기 위해서는 전해연마에 사용하는 전해연마액의 관리가 매우 중요하다.
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