초록 ▼

1. 연구개발의 목적 및 필요성
본 연구의 최종목표는 질산을 사용하지 않는 경제적이고 독자적인 스테인레스강의 산세용액을 개발하고 개발된 산세용액의 실용화를 통하여 환경오염 저감 확인 및 제품 품질과 경제성을 정밀 평가함을 목표로 한다. 1차년도 연구목표는 질산을 사용하지 않는 독자적인 스테인레스강의 산세용액을 개발하고 개발된 산세용액의 성능평가 및 강종별 최적 산세조건 도출이며, 2차년도 연구목표는 개발된 산세액의 현장 시험생산 및 산세용액 자동제어 시스템개발을 통한 상업화 기술로서의 기본요건 확보이다.
연구의 필요성을

1. 연구개발의 목적 및 필요성
본 연구의 최종목표는 질산을 사용하지 않는 경제적이고 독자적인 스테인레스강의 산세용액을 개발하고 개발된 산세용액의 실용화를 통하여 환경오염 저감 확인 및 제품 품질과 경제성을 정밀 평가함을 목표로 한다. 1차년도 연구목표는 질산을 사용하지 않는 독자적인 스테인레스강의 산세용액을 개발하고 개발된 산세용액의 성능평가 및 강종별 최적 산세조건 도출이며, 2차년도 연구목표는 개발된 산세액의 현장 시험생산 및 산세용액 자동제어 시스템개발을 통한 상업화 기술로서의 기본요건 확보이다.
연구의 필요성을 살펴보면, 스테인레스 업계의 기존 산세액은 질산과 불산을 사용하는데, 질산의 사용으로 인하여 대기중의 NOx 발생과 수질로의 질산성 질소의 배출로 환경오염문제가 심각하며, 이의 처리를 위한 비용이 년간 수 억원에서 수 십억원 씩 소요되고 있다. 또한 NOx 및 총질소의 배출은 자연환경의 피해와 생태계 파괴의 원인이 되고 있으며, 2003년 1월부터 전국적으로 배출수내 총 질소 규제가 시작되었으며, 2005년부터는 NOx 규제도 현행 200ppm에서 80ppm으로 대폭 강화되어 기업의 환경부담금의 비중이 더욱 커지게 되어 질산을 사용하지 않는 국산 무질산 산세기술의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
2. 연구개발 내용 및 결과
본 연구는 스테인레스강의 산세시에 질산을 사용함으로써 발생하는 대기중의 NOx 및 배출수중의 질산성 질소 문제를 사전에 예방하고자 하는 무질산 산세용액의 개발에 관한 것으로서, 새로운 국산 무질산 산세용액의 개발과 개발 산세액의 평가 및 실용화 가능성에 대한 연구를 수행하고자 하였다. 1차년도에서는 무질산 산세액 개발, 과산화수소 안정제 개발, 산세용액 관리방법 및 강종별 산세조건 도출 등의 연구를 수행하였으며, 2차년도에서는 개발산세액의 현장적용 실험과 산용액 관리 방법 및 전체 기술의 package화애 대한 연구를 수행하여 종합적으로 다음과 같은 결과를 얻었다.
1) 무질산 산세액의 기본 조성은 불산, 염산, 과산화수소 및 과수 안정제와 inhibitor로 구성되어져 있으며, 이러한 조성은 기존의 질산.불산에 비해 산세성, 제품 품질 및 폐수처리에 있어서 동등이상의 성과를 나타내었다.
2) 무질산 산세용액의 경제성을 좌우하는 과산화수소의 안정제를 독자적으로 개발하여 특허출원하였으며, 안정화 과수를 제조하는 방법으로 안정제를 과수에 과용해하여 희석하는 방법으로 제조할 수 있음을 밝혔다.
3) 과산화수소의 안정제로는 phenylurea 및 4-hydroxy benzoicacid의 혼합사용이 가장 유리하였으며, 철이온 20g/L가 용해된 상태에서 약 280분의 과산화수소 반감기를 얻을 수 있었으며, 이는 안정제 없을 경우 대비 약 20배 이상 의 안정화 효과가 있는 것이다.
4) 산세 첨가제로 소재의 pitting을 방지하는 inhibitor 성분의 NaMoO$_4$는 불산-염산-과산화수소 산세액의 부동태 영역의 확대로 안정된 산세가 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하였으며, 일부 계면활성제는 산세품질의 균일성에 좋은 효과가 있었다.
5) 현장적용 실험은 파이프 생산업체인 동신SNT, 미주제강, 성원파이프 등과 현장실험을 수행하였고, 평철 제조업체인 배명금속, 판재 생산업체인 화창광업 및 대한특수강에서도 현장실험을 실시하여 모두 양호한 산세품질을 얻을 수 있었다.
6) 산세용액 자동화 사례조사에서는 Henkel 사의 Lineguard 시스템을 조사하였으며, 일본의 특허 기술을 조사하여 본 연구에서 응용 가능성을 타진하였으며, 독자적으로도 유리산도 분석과 산화환원전위 측정에 의한 자동화 연구의 가능성을 살펴보았다.
7) 산농도 자동분석기를 이용한 산세실험을 통해 불산-염산-과수 산세액에서의 산 소모는 불산소모가 대부분이며, 염산은 과산화수소가 고갈되었을 경우에만 소모되었다. 또한 산분석기는 불산농도를 매우 정밀하게 조절할 수 있는 것으로 나타났으며, 15분에 한번씩 연속적으로 분석이 가능하였다.
8) 개발된 산세액은 제품의 종류별로 pipe, 평철 및 앵글, 선재, 판재에 대하여 최적조건을 도출하였으며, 각각의 경우 필요한 설비보완, 폐수처리 영향까지를 고려한 package화를 완성하였다.
9) 최종적으로 개발기술의 경제성을 평가하여 보았으며, 단위면적당의 산세비용은 234원/m$^{2}$으로 기존 산세액 대비 약 20%, 제품 톤당으로는 14300원/톤 pipe 수준으로 기존 대비 약 25%의 산세비용 증가가 있었으나, 질산 사용에 의한 NOx 및 총질소 처리비용이 소요되지 않으므로 전체 경제성은 기존대비 우수한 것으로 나타났다.
10) 이상의 결과를 통하여 스테인레스강의 산세공정에 있어 질산을 사용하지 않는 산세액을 개발함으로써, NOx 및 총질소 발생과 같은 환경문제를 전혀 유발하지 않는 완전한 청정산세기술을 국내 최초로 확보하게 되었다.

Abstract ▼

The nitric acid has an important role of passivation and high quality product for stainless steel. On the other hand, nitric acid is a source of high concentrated NOx evolution in gas stream and total nitrogen in wastewater stream. Therefore, the objective of this study is to develop a novel nitric

The nitric acid has an important role of passivation and high quality product for stainless steel. On the other hand, nitric acid is a source of high concentrated NOx evolution in gas stream and total nitrogen in wastewater stream. Therefore, the objective of this study is to develop a novel nitric acid free pickling process for stainless steel.
The scopes of first year study were development of basic composition of nitric acid free pickling solution, stabilizing of hydrogen peroxide (alternative agent for nitric acid), automatic management of pickling conditions, optimization of pickling condition for several types of product. In the second year, we performed large scale field test with developed pickling solution and packaged the technology for main products and finally, considered the economics. Concludingly, the following results were obtained from this study.

목차 Contents

• 보고서 초록 ...2
• 표지 ...4
• 제출문 ...5
• 요약문 ...6
• SUMMARY ...10
• CONTENTS ...12
• 목차 ...15
• 제1장 서 론 ...18
• 제1절 연구의 필요성 ...18
• 제2절 연구개발의 목표 ...22
• 1. 연구개발의 최종 목표 ...22
• 2. 연차별 연구개발 목표 ...22
• 제3절 연구개발 내용 및 범위 ...23
• 1. 1차년도 연구내용 및 범위 ...23
• 2. 2차년도 연구 내용 및 범위 ...29
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...31
• 제1절 국외 기술개발 현황 ...31
• 1. 일본특허 ...33
• 2. 미국 및 세계 특허 ...44
• 제2절 국내 기술개발 현황 ...55
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...60
• 제1절 이론적 고찰 ...60
• 1. 스테인레스강의 표면 이론 ...60
• 2. 스테인레스강의 산세 공정 ...67
• 3. 스테인레스강의 부동태화 ...73
• 제2절 재료 및 방법 ...76
• 1. 스테인레스 시편 및 사용된 시약 ...76
• 2. 산세제품의 표면 품질 및 산화피막 분석 ...76
• 3. 용액 분석 ...77
• 4. 회분식 산세실험 ...77
• 5. Pilot 산세실험 ...78
• 6. 과산화수소 안정제효과 실험 ...81
• 7. Potentio Stat 실험 ...82
• 제3절 1차년도 연구결과 및 고찰 ...84
• 1. 무질산 산세액 개발 및 평가 ...84
• 2. 과산화수소 안정제개발 ...111
• 3. 산세용액 성능평가 방법 확립 ...121
• 4. 개발 산세액의 산세특성 평가 ...125
• 5. 강종별 최적 산세조건 도출 ...134
• 제4절 2차 년도 연구결과 및 고찰 ...138
• 1. 현장적용 업체 선정 ...138
• 2. 산세용액 자동화 사례조사 및 연구 ...140
• 3. 첨가제조성 최적화 및 상품화 formulation ...143
• 4. 안정화 과수 제조방법 및 안정성 평가 ...146
• 5. 산세용액 자동화장치제작 및 실험 ...156
• 6. 자동화장치에 의한 Pilot 산세 실험 ...163
• 7. 적용업체 산세조건 조사 및 운전자료 수집 ...171
• 8. 현장 적용실험 실시 ...172
• 9. Package 설계를 위한 강종별 Pilot 산세실험 ...189
• 10. 기술의 경제성 분석 ...192
• 제5절 결론 ...196
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외 기여도 ...199
• 제1절 연구개발목표 달성도 ...199
• 제2절 대외 기여도 ...200
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...203
• 제6장 참고문헌 ...205