산세과정


산세이론

폐산 회수 설비는 원료 성분인 금속염과 증기의 열가수분해 반응을 이용한 방법으로 SPRAY ROASTING PROCESS 와 FLUIDIZED BED PROCESS로 구분됩니다.

열연강판의 Strip 산화피막(Scale) 및 불순물을 화학적(물리적)으로 제거하는 것이 산세라고 합니다.
산세를 함으로 냉연제품 표면의 미관을 향상 시킬 수 있고 도금.도장성을 좋게하여 우수한 품질을 얻을 있기 때문에 냉연공정에서 필수적으로 거치게 됩니다.
열연강판의 산화피막은 FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃의 3종류의 산화철 층이 형성 되어있고 대부분이 FeO 층으로 전체 산화물 중 95%를 점유하고 있습니다.
이중 FeO 냉각시 4FeO ↔ α-Fe + Fe₃O₄ 와 같이 공석변태를 일으켜 Fe와 Fe₃O₄의 미립자가 산재하게 됩니다.

 

[ SCALE층의 산화 상태 ]

 

일반적으로 표면 Scale을 제거하는 방법에는 기계적으로는 Shoot Blast법과 Bending Roll법이 있고 화학적 방법으로는 염산 산세, 황산 산세,불초산 산세,Alkali 용융염법 등이 있습니다.
산세폐액 처리방법은 1950년경까지 전해질을 질산액으로 용해,가열 및 산화 시키는 질산 산화법이 사용되어 오다가 황하철강을 원료로 하여 열분해 시키는 배소법이 등장하게 되었고 그후 황산철을 이용한 방법이 개발되었는데 이는 티타늄 제조공장의 부생 황산철 또는 철강의 황산 산세 폐액을 처리하는 과정에 있어 다량의 SiO2 및 SO3 Gas가 발생하여 수세시 미분해 황산철이 침출되어 산성폐수가 배출되는 공해문제가 심각하게 되었습니다.
이러한 환경 공해 및 산세폐액의 정제공정등의 문제로 인하여 철강공장의 산세는 1965년대에 들어 황산 산세로부터 염산 산세법으로 바꾸기 시작하여 현재는 철강 산세 라인의 약 90%가 염산 산세법을 채택하고 있습니다.

 
 

1. 염산산세
대표적인 산세방법으로 냉연공장의 약 90% 이상이 이 방법을 사용하고 있습니다.
염산과 Scale 표면 층과의 반응속도가 빨라 표면 층으로 부터 FeO층까지 쉽게 용해되며 Fe와 반응은 산화철 보다 늦게 일어나는 것이 특징 입니다.
산세 Tank에서의 화학적 반응식

Fe₂O₃+ 6HCl = 2FeCl₃+ 3H₂O
Fe₃O₄+ 8HCl = FeCl₂+ 2FeCl₃+ 4H₂O
FeO + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑
2FeCl₃ + Fe = 3FeCl₂(환원 반응)

상기 반응에 의해서 생성된 FeCl₂ 수용액이 폐산의 주성분이고 대기중의 산소와 반응하여 일부는 FeCl₃로 변화됩니다.

 

2. 황산산세
Fe2O3,Fe3O4와의 반응보다는 FeO와의 반응에서 산세가 진행됨으로 Strip이 산세 Tank에 들어가기 전에 필수적으로 기계적 균열을 주어 Fe₂O₃나 Fe₃O₄층 사이로 황산이 침투하기 좋도록 해 주어야 합니다.
침투된 황산은 FeO층 및 Fe와 반응해서

FeO + H₂SO₄ = FeSO₄+ H₂O
Fe + H₂SO₄ = FeSO₄+ H₂ ↑

이때 발생되는 H2 Gas의 분출력에 의해 Fe₂O₃,Fe₃O₄,Scale이 기계적으로 떨어짐과 동시에 산화철은 용해하기 쉬운 철분으로 환원되어 용해됩니다.

Fe₂O₃+ 3H₂ = 2Fe + 3H₂O
Fe₂O₃+ 4H₂ = 3Fe + 4H₂O

그러므로 황산산세의 경우에는 FeO층이 접하고 있는 비율이 중요한 인자이며 열연 사상 온도에 의한 냉각 속도에 따라 산세에 직접 영향을 미치며 지철의 손상이 심하고 가격이 비싸며 폐황산 처리의 어려움 등으로 인해 현재는
거의 사용하고 있지 않습니다.

 

3. 혼산 산세
질산과 불산이 일정한 비율로 섞여있는 산을 말하며 STS산세공정에 사용합니다.

Me + 4HNO₃→ Me(NO₃)₃+ NO₃(Gas) + 2H₂O
Me(NO₃)₃+3HF → MeF₃+ 3HNO₃
Me + 0.7HNO₃+ 3HF → MeF₃+ NO(Gas) + 2H₂O

SLAB가 열연 공정을 거쳐 발생된 Coil은 겉의 Scale에 의해 검게 보여 Black Coil이라고 합니다.
이 Black Coil을 소둔시켜 Coil 표면의 Scale을 황산과 혼산을 이용해 제거해 White Coil로 만드는 공정입니다.

 

4. Alkali 용융염법
500℃ 전후의 고온에서 사용하고 Scale 자체의 열팽창 차이에 의해 균열이 생기면 수세과정에서 일부는 제거되고 잔존 Scale은 산세에서 제거하는 특수한 방법입니다.