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[국내논문] 구형 부스바를 이용한 전해연마액의 폐산 폐기물 감소를 위한 공정 최적화
Process Optimization for Reduction of Waste Acids of Electropolishing Solution using Round Bus Bar 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.8, 2016년, pp.722 - 727  

김수한 (광운대학교 화학공학과) ,  조재훈 (한국생산기술연구원 그린공정소재그룹) ,  박철환 (광운대학교 화학공학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

Keyword

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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.
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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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참고문헌 (14)

  1. H. T. Yeom, J. S. Lee, Plating and surface treatment, pp. 77-119, Moonyeondang, 1999. 

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  3. A. P. Davis, C. Bernstein, P. M. Gietka, Waste minimization in electropolishing: Process control, Proc. of 27th Mid-Atlantic Industrial Waste Conference: Hazardous and Industrial Wastes, pp. 62-71, 1995. 

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  5. J. A. Ghani, I. A. Choudhury, H. H. Hassan, "Application of Taguchi method in the optimization of end milling parameters", Journal of Materials Processing Technology, vol. 145, no. 1, pp. 84-92, 2002. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0924-0136(03)00865-3 

  6. F. Nazneen, P. Galvin, D. W. Arrigan, M. Thompson, P. Benvenuto, G. Herzog, "Electropolishing of medical-grade stainless steel in preparation for surface nano-texturing", Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 16, no. 4, pp. 1389-1397, 2012. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s10008-011-1539-9 

  7. D. Landolt, "Fundamental aspects of electropolishing", Electrochimica Acta, vol. 32, no. 1, pp. 1-11, 1987. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/0013-4686(87)87001-9 

  8. E. S. Lee, "Machining characteristics of the electropolishing of stainless steel(STS316L)", The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, vol. 16, no. 8, pp. 591-599, 2000. DOI: http://dx.doi.org/10.1007/s001700070049 

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  11. M. Nalbant, H. Gokkaya, G. Sur. "Application of Taguchi method in the optimization of cutting parameters for surface roughness in turning", Materials & design, vol. 28, no. 4, pp. 1379-1385, 2007. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.matdes.2006.01.008 

  12. Y. W. Cho, M. K. Park, "The parameter optimization decision of surface roughness using Taguchi method", Journal of the Society of Korea Industrial and Systems Engineering, Vol 21, no. 46, pp. 221-227, 1998. 

  13. J. E. Chung J. K. Ahn, "A Study of robust design of FCM gasket using Taguchi method", Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, vol. 14, no. 7, pp. 3177-3183, 2013. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2013.14.7.3177 

  14. Y. S. Kim, K. S. Chang, "Impact toughness improvement of an undercarriage track shoe using the Taguchi orthogonal array experiment", Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, vol. 16, no. 3, pp. 1611-1619, 2015. 

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