KR100217853B1 - 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법은 응답신간이 빠르고 신호값이 안정한 전도도계를 사용하여 흐름주입식시스템상에서 탈지 용액의 응답전위가 알카리농도에 대해서 직선비례적인 검량과 온도보정량을 구한 다음, 이를 이용하여 응답이 신속하고 재현성이 용이할 뿐만아니라, 제어목표에 대한 오차를 대폭적으로 줄일 수 있는 것이다.

Description

전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법

제1도는 종래 전도도계전극의 용액전도도 변화에 대한 응답전위의 변화를 보이는 그래프.

제2도는 본 발명에 따른 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정시스템의 구성도.

제3도는 본 발명에 따른 농도측정시스템을 이용한 각 수산화나트륨농도의 등적 응답그래프.

제4도는 본 발명에 따른 수산화나트륨 농도변화에 대한 응답전위의 검량그래프.

제5도는 본 발명에 따른 알카리용액 온도변화에 대한 응답전위의 검량그래프.

제6도는 본 발명에 따른 알카리 탈지공정 자동화를 위한 흐름도.

제7도는 본 발명과 종래의 전도도계를 이용한 탈지용액 농도측정 및 제어결과를 비교한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전도도 전극 2 : 플로셀(Flow cell)

3 : 온도센서 4 : 용액배출구

5 : 시료주입구 6 : 완충액공급라인

7 : 알카리용액공급라인 8 : 완충액정량펌프

9 : 알카리용액 정량펌프 10 : 완충용액탱크

11 : 알카리용액 탱크 12 : 알카리원액 공급라인

13 : 물 공급라인 14 : 용액배출구

15 : SSR보드 16 : 디지탈출력보드

17 : 시스템제어기 18 : A/D변환기

29 : 시그날 컨디션어 20 : 흐름주입식 농도측정시스템

본 발명은 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 관한 것으로, 특히 응답신간이 빠르고 신호값이 안정한 전도도계를 사용하여 흐름주입식시스템상에서 탈지용액의 응답전위가 알카리농도에 대해서 직선비례적인 검량과 온도보정량을 구한 다음, 이를 이용하여 응답이 신속하고 재현성이 용이할 뿐만아니라, 제어목표에 대한 오차를 대표적으로 줄일 수 있도록하는 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉간압연된 강판의 표면에는 압연유, 그리이스, 철분등의 각종 오염물질이 부착되어 있으며, 이를 제거하여 연속 표면처리용 강판의 청정성을 확보함으로서 도금 및 도장의 밀착성 불량과 각종 표면결함을 방지하기 위하여 연속 탈지처리를 실시한다.

탈지용액은 주로 수산화나트륨, 탄산나트륨, 규산나트륨계 및 인산나트륨계 등의 알칼리염을 사용하고 있으며 여기에 계면활성제, 킬레이트제, 유화 및 분산제등의 첨가제를 소량 첨가하여 탈지효과를 높이기도 한다. 한편 탈지용액의 대부분은 계속적으로 재사용되므로 시간이 경과함에 따라 용액오염 및 슬러지가 증가하여 탈지능이 저하되고 분사노즐의 막힘현상등이 발생하기도 한다.

탈지공정의 주요빈수로는 알칼리용액의 농도, 액위, 온도 및 유동량등이 있다. 이 중에서 알칼리 용액의 농도는 소재의 탈지성 및 침식문제등을 고려하여 연속 표면 처리성이 우수하도록 적정 범위로 설정하여 관리하는데 용액의 배출, 증발, 묻어나감, 농도변화 및 오염문제로 보충, 교체등의 빈번한 조정이 필요하다.

최근 성력화 및 작업성 향상을 위한 공정 자동화와 탈지성 균일화를 위해 탱크내의 농도, 온도 및 액위를 일정하게 유지하면서 탈지용액의 분사량, 순환량, 배출량, 보충량등을 최적조건으로 제어할 수 있는 탈지공정 자동화관리 시스템의 채용이 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 문제는 측정기구의 정확한 감지값을 사용하여 컴퓨터에 프로그램되어 있는 제어법칙에 따라서 최종 제어요소인 제어밸브, 변속펌프 및 가열기등을 작동시킴으로써 주요변수들에 대한 자동제어가 가능하게 된다. 알칼리 탈지공정의 자동 제어대상중 가장 핵심은 용액의 알칼리 농도를 어느 정도 신속하고 정확하게 측정할 수 있느냐 이며, 공정자동화의 성패를 좌우하는 요소라고 할 수 있다.

기존의 알칼리 농도 측정은 주로 중화 적정법을 사용하여 측정하고 있으나, 이는 분석용액 채취 및 알칼리 농도 분석에 소요되는 시간이 길고 작업량이 가중되는 문제점이 있다.

최근에는 온라인 자동적정 시스템을 사용하여 용액의 채취와 농도분석을 자동으로 실시하기도 하지만 분석시간이 약 10분 이상이나 소요되기 때문에 탈지공정의 알칼리 농도를 자동 제어하기에는 적합하지 못하다. 한편 알칼리 용액의 전도도를 측정하여 농도로 환산하는 방법이 있는데, 용액 전도도계의 전극에서 발생하는 전위에 의하여 전도도를 측정한 후 다시 농도로 환산하는 방법이다. 이는 전해질 용액에서 농도가 증가할수록 전도도가 증가하는 원리를 이용한 것으로 전도도계의 전극은 응답이 아주 빠르므로 용액 농도분석에 소요되는 시간은 체 5초도 걸리지 않는다는 장점이 있다.

그러나 특정 농도변화 범위에서 전도도의 변화값이 완만해지기 때문에 농도측정의 오차를 유발하게 되는데 이에 대하여 제1도를 통하여 보충설명한다. 제1도는 전도도계(Hanna instruments, HI8033)를 사용하여 알칼리 용액의 전도도 변화에 대한 응답전위 변화를 관찰한 그림이다. 그 결과 전도도계의 응답전위는 용액의 전도도 변화에 따라 선형관계를 보이지 않고 있으며, 용액의 전도도가 증가할수록 응답전위의 변화가 완남해져 특정 농도변화 범위에서 신호가 밀집됨으로써 결국 측정오차를 유발하게 된다. 따라서 이렇게 측정된 전도도 값을 농도로 환산한다 할지라도 측정오차가 포함되어 있는 문제점이 있기 때문에 탈지용액의 알칼리 농도를 정확하게 측정 및 제어하기는 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 응답신간이 빠르고 신호값이 안정한 전도도계를 사용하여 흐름주입식시스템상에서 탈지용액의 응답전위가 알카리농도에 대해서 직선비례적인 검량과 온도보정량을 구한 다음, 이를 이용하여 응답이 신속하고 재현성이 용이할 뿐만아니라, 제어목표에 대한 오차를 대폭적으로 줄일 수 있도록하는 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 온도센서, SSR보드, 디지탈출력보드, 시스템제어기, A/D변환기, 시그날 컨디션어를 포함하는 흐름 주입식 농도측정시스템을 이용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 있어서, 전도도 전극을 설치하고, 이 전도도 전극에 플로셀을 설치하며, 완충액정량펌프와 알카리용액 정량펌프를 제어하여 완충용액탱크와 알카리용액 탱크로부터 일정유량의 완충액과, 일정유량의 알카리용액을 각각 시료주입구로 연속적으로 공급하도록 하는 제1단계; 상기 제1단계에서의 연속적인 알카리용액의 공급에 따라 전도도 전극에서 발생하는 전위를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 전위를 사용하여 내장된 프로그램에 따라 농도검량과 온도보정량을 구하는 제3단계; 상기 제3단계에서 구한 농도검량과 온도보정량 이용하여 탈지공정의 알카리농도를 연속적으로 자동측정하고 제어하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로한다.

이하, 본 발명에 따른 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

제2도는 본 발명의 전도도계를 이용한 흐름 주입식 농도측정 시스템(20)의 개략 구조도이다. 본 농도측정 시스템(20)은 전도도 전극(1)에 플로셀(flow cell)(2)를 만들어 일정유량의 물을 완충액(6)으로 공급하면서, 시료 주입구(5)를 통하여 일정 유량의 알칼리 용액(7)을 연속적으로 공급하여 통과시킬 때 전도도 전극(1)에서 발생하는 전위를 응답신호로 감지하는 것이다. 이때 전도도 전극(1)으로 공급되는 알칼리 용액(7)과 완충액(6)의 공급비는 1:0.1 에서 1:1000 의 범위이면 가능하나 제어하고자 하는 알칼리 용액(11)의 농도와 전도도계의 용량에 따라서 약간의 차이가 있으므로 알칼리 농도에 대한 응답전위가 선형성을 나타내는 범위의 적합한 비율을 선택하여 일정하게 공급하는 것이다.

상기 완충액(6)의 공급비가 알칼리 용액(7)과 비교해서 0.1배 이하인 경우는 응답전위의 밀집현상을 감소시키는 효과가 없고, 1000 배 이상인 경우는 알칼리 농도에 대한 응답전위가 우수한 선형성을 나타내지만 농도차에 대한 응답전위차가 감소하는 문제와 폐수량이 증가하는 문제가 있으므로 상기 완충액의 공급비는 알칼리 용액보다 0.1-1000 배로 제한하는 것이 바람직하다.

탈지용액(11)의 알칼리 농도변화에 대한 전도도계의 응답전위가 선형성을 보일 수 있도록 하기 위하여 제2도와 같은 흐름 주입식 농도측정 시스템(20)을 구성하였다. 이때 탈지용액(11)은 알칼리 탈지공정에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 수산화나트륨 용액을 예로써 이용하였으며 각 농도의 표준용액을 제조하여 알칼리 농도검량식과 온도보정식을 구하고자 하였다.

우선 알칼리 용액의 농도변화에 대한 응답전위 변화를 관찰하기 위하여 상기한 농도측정 시스템(20)의 전도도 전극(1)으로 알칼리 용액(7)과 완충액(6)의 비율을 1:100, 온도를 20℃ 로 일정하게 유지한 조건에서 각 수산화나트륨 농도의 표준용액을 0% 부터 10% 까지 1% 씩 증가하여 공급하면서 전도도계의 응답신호를 관찰한 결과를 제3도에 나타내었다. 이를 통해서 볼 때 농도가 단계적으로 증가함에 따라 전위도 단계적으로 증가하며 각 농도차에 대한 응답전위차가 약 23㎷ 씩 발생하였다.

또한 제3도에서는 신호의 안정성과 균일성을 관찰하기 위하여 각 농도에 대해서 매 5초 간격으로 약 500초 동안 연속적으로 응답전위를 측정하였는 바, 각 농도에 대한 전위값이 거의 일정하여 신호의 안정성이 우수하였다.

제4도는 제3도의 단계적 응답전위를 수산화나트륨 농도변화에 따라 검량화한 결과로서, 농도변화에 대한 응답전위의 검량선은 ① 식과 같으며, 응답전위는 수산화나트륨 농도에 1차적으로 비례하여 선형성을 보이고 있는데, 이는 흐름 주입식 농도 측정 시스템(20)에 의한 본 실험의 100배 희석범위가 적합하였음을 말해주고 있다.

제5도는 전도도 전극의 온도영향을 보정하기 위하여 수산화나트륨 6% 의 용액을 10℃ 에서 40℃ 까지 서서히 가열시키면서 전위변화를 관찰한 결과로서, 응답전위의 온도의존성은 ②식과 같이 1차적으로 비례하여 선형성을 보이고 있다.

이는 본 실험범위 내에서 온도가 증가할수록 저농도 용질이온의 평균운동 에너지가 온도에 비례적으로 증가하므로 전해질 전도체의 전도도도 비례하여 증가하기 때문이며 전도도의 온도선형성을 말해준다.

따라서, 흐름주입식 농도측정 시스템(20)상에서 전도도계를 사용하여 용액 전도도 측정에서 발생하는 전위 값을 연속적으로 감지함으로써 컴퓨터에 프로그램 되어 있는 ①식 및 ②식과 제6도와 같은 간단한 제어법칙에 따라서 제어밸브 및 변속펌프 등을 작동시킴으로써 탈지용액(11)의 알칼리 농도를 연속적으로 측정 및 제어할 수 있다.

제7도는 본 발명과 종래의 탈지용액 자동농도 관리 방법을 사용하여 연속용융 아연 도금 공장에서 알칼리 용액(11)의 농도를 연속적으로 측정 및 제어하면서 4분 간격으로 알칼리 용액(7)을 채취하여 중화 적정법으로 그 농도를 분석한 결과이다. 이 결과 본 발명은 신호의 안정성과 균일성이 우수하며, 알칼리 농도를 제어목표 농도로 부터 -0.1(w%) 이내로 관리가 가능하였다.

한편 종래 방법은 응답전위값이 불안정하고 알칼리 용액의 농도가 제어목표로 농도로 부터 비교적 큰 편차를 보이고 있다. 이때 기존 방식은 흐름 주입식 농도측정시스템(20)을 사용하지 않은 채, 전도도계를 사용하여 알칼리 용액에서 발생하는 전위에 의한 전도도 값을 농도로 환산하여 나타낸 값이기 때문에 제1도에서와 같이 전도도 전극의 응답전위가 알칼리 용액의 농도와 선형관계를 보이지 않을 뿐만 아니라, 특정 농도범위에서 응답전위가 완만해짐으로써 측정오차가 발생하므로 기존의 방법으로는 정확한 농도측정 및 제어가 어렵다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와같이, 본 발명은 전도도계를 사용한 흐름주입식 시스템상에서 알칼리 용액과 완충액을 일정비율로 공급하여 전도도 전극의 응답전위가 알칼리 농도에 대하여 직선 비례적인 검량식과 온도보정식을 나타낼 수 있도록 함으로써, 기존 적정법의 시간이 길게 소요되는 문제점과 전도도계의 응답전위의 변화가 용액 농도 변화에 대하여 선형성을 보이지 않고 완만하여 측정오차가 발생되는 문제점을 동시에 해결하여, 응답시간이 5초 이하로 빠르고 신호가 안정하며 제어목표 농도로 부터 =0.1wt% 이내의 오차범위로 탈지공정의 알칼리 농도를 연속적으로 자동 측정 및 제어하는데 효과가 있다.

이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (2)

1. 온도센서(3), SSR보드(15), 디지탈출력보드(16), 시스템제어기(17), A/D변환기(18), 시그날 컨디션어(19)을 포함하는 흐름주입식 농도측정시스템을 이용한 탈지 공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 있어서, 전도도 전극(1)을 설치하고, 이 전도도 전극(1)에 플로셀(2)을 설치하며, 완충액정량펌프(8)와 알카리용액 정량펌프(9)를 제어하여 완충용액탱크(10)와 알카리용액탱크(11)로부터 일정유량의 완충액과, 일정유량의 알카리용액을 각각 시료주입구(5)로 연속적으로 공급하도록하는 제1단계; 상기 제1단계에서의 연속적인 알카리용액의 공급에 따라 전도도 전극(1)에서 발생하는 전위를 측정하는 제2단계; 상기 제2단계에서 측정된 전위를 사용하여 내장된 프로그램에 따라 농도검량과 온도보정량을 구하는 제3단계; 상기 제3단계에서 구한 농도검량과 온도보정량 이용하여 탈지공정의 알카리농도를 연속적으로 자동측정하고 제어하는 제4단계로 이루어짐을 특징으로하는 전도도계를 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 전도도전극(1)으로 공급되는 알칼리 용액(7)과 완충액(6)의 공급비는 1:0.1 에서 1:1000 의 범위인 것을 특징으로 하는 탈지공정의 알칼리 농도 자동 측정 및 제어방법.