초록 ▼

스테인레스강의 산세공정에서 발생되는 NOx는 주요 공해관리물질로서, 국내외 스테인레스강 제조업계에서는 NOx의 처리기술의 개발에 관심이 집중되고 있다. 특히 기존의 NOx 처리설비의 운전 및 관리에 어려움이 많고, 또한, 스테인레스강의 수요가 급증하는 추세에 있기 때문에 기존의 처리설비로는 곤란하며, 처리폐수중의 질소성분 은 그대로 배출되고 있는 실정이다. 이러한 문제의 근원적 해결방안을 개발한다는 것은 매우 중요하며, 이러한 측면에서의 본 연구는 스테인레스강의 산세공정에 대한 대표적 청정기술로서, 향후 GR 등의 대비하여 크게 주

스테인레스강의 산세공정에서 발생되는 NOx는 주요 공해관리물질로서, 국내외 스테인레스강 제조업계에서는 NOx의 처리기술의 개발에 관심이 집중되고 있다. 특히 기존의 NOx 처리설비의 운전 및 관리에 어려움이 많고, 또한, 스테인레스강의 수요가 급증하는 추세에 있기 때문에 기존의 처리설비로는 곤란하며, 처리폐수중의 질소성분 은 그대로 배출되고 있는 실정이다. 이러한 문제의 근원적 해결방안을 개발한다는 것은 매우 중요하며, 이러한 측면에서의 본 연구는 스테인레스강의 산세공정에 대한 대표적 청정기술로서, 향후 GR 등의 대비하여 크게 주목받을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구는 스테인레스강의 산세공정에서 NOx 발생을 근원적으로 억제하고, 표면처리 효과도 우수한 청정 산세기술을 개발하는 데 목적이 있다. 1) 혼산중의 질산농도보다 불산농도가 산세시 NOx 발생에 보다 큰 영향을 주었으며, 각각의 농도를 1% 농도를 증가시켰을 때의 NOx 증가량을 비교하면 질산의 경우는 분산 에 비해 12%∼28% 정도에 불과하였다. 또한 산세용액 온도는 높을수록 NOx 생성이 증 가 하였는데, 30℃에서의 NOx 생성량은 55℃ 경우의 약 24% 정도로 낮게 발생하였다. 2) 산세과정에서 과산화수소를 투입할 경우, 투입량이 증가할수록 descale성은 실조업 에서는 무시할 정도로 적은 폭으로 감소하였으며 과산화수소 투입량이 7.2×10/SUP -4/M에서 0.72 M로 1000배 증가함에 따라, descale량은 1.58mg/㎠에서 1.18mg/㎠로 적게 감소하였다. 이때 산세시간은 약 30초 정도 길어졌다. 3) 산세하기 전에 산세용액에 과산화수소를 투입하는 경우에 있어서는 과산화수소 투 입량이 2.84 × 10/SUP -4/M일 때 79%의 최대 NOx 저감효과가 나타났으며 그 이상의 범위에서는 더 이상 NOx 감소율은 증가하지 않았다. 4) 산세용액중의 금속이온 농도가 증가함에 따라 descale속도는 거의 직선적으로 감소 하였으며, 일정 농도 이상이 되면 불산이온과 결합하여 침전물이 생성되고, 산세속도 도 서서히 감소함을 보였다. 5) 산세반응기에 의한 현장 모의시험에서 산세용액 조건을 현장과 동일하게 두고 산세 시간을 120초로 했을 경우, descal정도, 백색도, 광택도, 조도의 측면에서 현장생산재 와 동일한 수준의 표면품질을 확보할 수 있었다. 6) 신 산세용액과 약 2.5g/l의 sludge가 존재하는 산세용액에 대하여 용액저장시 발생 하는 NOx량은 55℃ 에서 70ppm과 600ppm 정도이고, 용액 순환시에는 약 250ppm과 1600ppm므로 상당히 큰 차이를 보였다. 7) 산세시간을 30초에서 120초로 4배 증가시킨 경우와, 산세반응기에 투입되는 용액 의 유속이 13.3 l/min에서 40 l/min로 3배 증가시킨 경우의 NOx발생량은 두 경우 모 두 약 7500 ppm에서 13000 ppm므로 약 2배 증가하는 거의 동일한 경향을 보였다. 8) 연속산세시험에서 NOx가 약 17000ppm 정도 일정하게 생성하였으며, 산세중에는 NO 가 99%이상차지하였으나 산세중단후 검출되는 NOx는 NO와 NO₂약 1:1 비율로 나타 났다. 또한 신 산세용액과 상당량의 금속이온과 sludge을 함유한 산세용액에 대한 연속산세 시험에서 NOx량은 거의 동일한 수준으로 발생하였다. 9) 연속산세시험에서 과산화수소를 산세반응 직후에 연속적으로 1.6 cc/min 이상의 유량으로 투입함으로서 약 98% 이상 NOx 생성이 억제되었으며, 과산화수소 투입후 백 색도, 광택도, 조도 descle성 등의 표면품질을 조사한 결과, 투입하지 않을 경우보다 오히려 양호한 것으로 나타났다. 10) 질산 전해산세시험에 있어서 용액조건을 현장과 동일하게 했을 경우 전류 8A, 산 세 시간 240초 산세조건에서 현장생산제의 표면품질과 동등한 수준으로 나타났다. 또한 산세시간을 120초에서 240초로 2배 증가시킴에 따라 NOx발생량도 약 2500 ppm 에서 4500 ppm므로 약 2배 증가하였다. 11) 연??단후 검출되는 NOx는 NO와 NO₂의 조성비는 약 1:1이였다. 12) 240초, 8A의 전해산세 조건으로 고정한 후, 산세용액의 유속을 0에서 2.75cc/min 로 변화시켰을 때 NOx 발생량은 5500 ppm에서 약 2500 ppm므로 감소하였다. 또한 1.5cc/min의 유량으로 과산화수소를 연속적으로 투입하는 경우에 발생되는 NOx량은 약 5500 ppm에서 50 ppm으로 약 90%이상감소되는 효과가 있었다. 13) 전해산세시험에서 과산화수소를 투입하더라도 백색도, 광택도, 표면조도, 표면외 관 등의 표면품질은 열화되지 않았다.

Abstract ▼

Nox is primarily composed of nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO₂). Both NO and NO₂ are considered a serious air pollutants. NOx is emitted in a variety of different processes. In the steel making industry, NOx is mainly emitted from processes where nitric acid is an oxidant, as in metal surf

Nox is primarily composed of nitric oxide (NO) and nitrogen dioxide (NO₂). Both NO and NO₂ are considered a serious air pollutants. NOx is emitted in a variety of different processes. In the steel making industry, NOx is mainly emitted from processes where nitric acid is an oxidant, as in metal surface cleaning or metal dissolution. A number of methods can control emissions of NOx gases from these processes and can be categorized as follows; Nox can be treated at the discharge site; by elimination of nitric acid from the process; and by suppression of NOx at the source (Clean Technology). The in-line depression of Nox emission (the third category) from stainless steel pickling process is the purpose of this research. At first, to identify the conventional process of stainless steel pickling by mixed acid, we investigated the descaling rate and NOx and sludge formation rate at various pickling conditions. Thereafter, NOx emission characteristics at the actual process line were identified and reduction effect of NOx emission by injection of hydrogen peroxide (H₂O₂) were also investigated while monitoring the surface quality of the product. The electrolytic pickling with a nitric acid solution was also tried with the same purpose and procedures as mentioned above. The results are as follows: 1) Hydrofluoric acid (HF) concentration in the mixed acid affected more severely (approximately 5 times) on the NOx emission than nitric acid (HNO₃). Against 1% increase of each acid, NOx emission was approximately 5 times higher in the case of hydrofluoric acid addition than that in the nitric acid addition. As to temperature effect, NOx emission at 30℃ was much less than at 50℃. 2) In the case of the hydrogen peroxide addition, descaling rate decreased from 1.58 mg/㎠ to 1.18 mg/㎠ as the hydrogen peroxide is increased thousand fold. And this is the negligible effect on descaling ability. 3) When the hydrogen peroxide was added before pickling process, NOx emission was decreased by 79% when amount of H₂O₂ is 2.8 x 10/SUP -4/ M. And further increase of hydrogen peroxide addition did not affect on NOx emission. 4) Descaling rate was decreased almost linearly according to the increase of metal ion concentration. However, metal fluoride precipitation was observed at above a certain metal ion concentration and then descaling rate decreased slowly. 5) In the small scale simulation of the actual line, test sample showed the same quality as the actual product with respect to descaling rate, whiteness, glossiness, and roughness, when pickling condition was the same as in the actual line and pickling time was 120 seconds. 6) When the developed pickling solution with 2.5g/L sludge stored at 55℃, NOx was emitted a concentration range from 70 to 600 ppm, spontaneously. On the other hand, the circulation of this solution showed 3 times higher NOx emission, approximately. 7) The NOx emission was increased almost twice from 7500 to 13000 ppm in both cases of the pickling time was increased 4 times from 30 to 120 seconds and the solution flow rate was increased 3 times from 13.3 to 40 L/min. 8) In the continuous pickling test, NOx was emitted constantly by 17000 ppm. During the pickling process, NO was highly dominant (99%) composition of NOx, however the pickling was stopped, NOx was composed of equal amount of NO and NO₂. The NOx emission in the pickling process using a newly developed pickling solution showed almost the same tendency of the previous case, though the solution contained high concentration of sludge and metal ions. 9) When the hydrogen peroxide was injected with a flow rate of 1.6 cc/min at the end of the continuous pickling process, NOx emission was greatly reduced (98%). Furthermore the whiteness, glossiness, roughness, and descaling rate of the sample surface was also enhanced. 10) In the electrolytic pickling process, the same pickling efficiency as in the actual line could be obtained when 8A current was applied to the same pickling solution for 240 seconds. In the case of twice pickling time condition, NOx emission was increased about 2 times from 2500 to 4500 ppm. 11) During the electrolytic pickling test, Nox was emitted constantly by 5500 ppm and the composition of NOx was the same in the mixed acid pickling process. 12) When the flow rate of the pickling solution was increased from 0 to 2.75 cc/min, NOx emission was reduced from 5500 to 2500 ppm. And the continuous injection of the hydrogen peroxide (1.5 cc/min) decreased 90% of the NOx emission from 5500 to 50 ppm. 13) Hydrogen peroxide addition in the electrolytic pickling process did not affect the whiteness, glossiness roughness and appearance of the sample surface.

목차 Contents

• 제1절 서론...13
• 제2절 이론적 고찰...16
• 제3절 실험방법...34
• 제4절 결과 및 고찰...50
• 제5절 결론...204
• Reference...207