KR100236175B1 - 이온선택성 전극을 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알칼리 탈지공정에서 알카리의 농도를 측정 및 제어하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 알카리 탈지공정에서 알카리의 농도를 측정 및 제어하는 방법은 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정시스템을 사용하여 나트륨 이온의 농도만을 측정함으로서, 연속탈지공정의 알카리농도를 신속정확하게 자동측정하고 제어할 수 있는 것이다.

Description

이온선택성 전극을 사용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법

제1도는 본 발명에 따른 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정시스템의 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 농도측정시스템을 이용한 각 수산화나트륨농도의 동적 응답그래프.

제3도는 본 발명에 따른 수산화나트륨 농도변화에 대한 응답전위의 검량그래프.

제4도는 본 발명에 따른 알카리용액 온도변화에 대한 응답전위의 검량그래프.

제5도는 본 발명에 따른 알카리 탈지공정 자동화를 위한 흐름도.

제6도는 본 발명에 의한 방법과 종래방법을 이용한 탈지용액 농도측정 및 제어결과를 비교한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1: 이온선택성 전극(Ion-selective electrode)

2: 기준전극(Reference electrode) 3: 플로셀(Flow cell)

4: 온도센서 5: 용액배출구

6: 시료주입구 7: 완충액공급라인

8: 알카리용액공급라인 9: 완충액정량펌프

10: 알카리용액 정량펌프 11: 완충용액탱크

12: 알카리용액 탱크 13: 알카리원액 공급라인

14: 물 공급라인 15: 용액배출구

16: SSR보드 17: 디지탈출력보드

18: 시스템제어기 19: A/D변환기

20: 시그날 컨디션어 21: 흐름주입식 농도측정시스템

본 발명은 알카리 탈지공정에서 알카리의 농도를 측정 및 제어하는 방법에 관한 것으로, 특히 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정시스템을 사용하여 나트륨 이온의 농도만을 측정함으로서, 연속탈지공정의 알카리농도를 신속정확하게 자동측정하고 제어하도록하는 이온선택성 전극을 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 연속탈지 처리를 실시한다.

탈지용액은 주로 수산화나트륨, 탄산나트륨, 규산나트륨계 및 인산나트륨계등의 알칼리 염을 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 주요변수로는 알칼리 용액의 농도, 액위, 온도 및 유동량등이 있다. 이 중에서 알칼리 용액의 농도는 소재의 탈지성 및 침식문제 등을 고려하여 연속 표면처리성이 우수하도록 적정 범위로 설정하여 관리하는데 용액의 배출, 증발 묻어나감, 농도변화 및 오염문제로 보충,교제등의 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 자동화 관리 시스템의 채용이 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 문제는 측정기구의 정확한 감지값을 사용하여 컴퓨터에 프로그램되어 있는 제어법칙에 따라서 최종 제어요소인 제어밸브, 변속펌프 및 가열기 등을 작동시킴으로써 주용변수들에 대한 자동제어가 가능하게된다. 알칼리 탈지공정의 자동제어 대상중 가장 핵심은 용액의 알칼리 농도를 어느 정도 신속하고 정확하게 측정할 수 있느냐이며, 공정 자동화의 성패를 좌우하는 요소라고 할 수 있다.

기존의 알칼리 농도측정은 주로 중화 적정법을 사용하여 측정하고 있으나, 이는 분석용액 채취 및 알칼리 농도 분석에 소요되는 시간이 길고 작업량이 과중되는 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 못한다. 한편, 알칼리 용액의 전도를 측정하여 농도로 환산하는 방법이 있는데, 용액 전도도계의 전극에서 발생하는 전위에 의하여 전도도를 측정한 후 다시 농도로 환산하는 방법이다.

그러나 전도도계의 응답 전위는 용액의 전도도 변화에 따라 선형관계를 보이지 않고 있으며, 용액의 전도도가 증가할수록 응답전위의 변화가 완만해져 특정 농도변화 범위에서 신호가 밀집됨으로써 결국 측정오차를 유발하게 되는 문제점이 있다. 또한 알칼리 용액내에 이온성 첨가물 및 오염물이 함유된 경우는 그 함유정도에 따라서 측정된 전도도값이 변하게 되므로 탈지용액의 알칼리 농도를 정확하게 측정하기가 어렵다. 따라서, 이렇게 측정된 전도도값을 농도로 환산한다 할지라도 측정오차가 포함되어 있기 때문에 탈지용액의 알칼리 농도를 정확하게 측정 및 제어하기는 어렵다.

한편 이온선택성 전극(Ion-Seletive Electrode)은 용액내에 존재하는 특성성분의 이온성 물질에만 반응함으로써, 주로 용액내에 미량 존재하는 특정원소의 성분분석이 사용되고 있다.

그러나, 특정성분의 농도가 높아질 경우에는 이온선택성 전극의 응답전위값이 점차 포화되어 그 기능을 발휘하지 못하는 경우가 있는데, 예를들어 나트륨 이온선택성 전극의 응답전위값은 탈지용액의 수산화나트륨 농도가 1% 이상에서는 이미 포화되므로 탈지공정의 주요 농도 관리범위인 1-10%에서는 농도측정이 불가능하다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정시스템을 사용하여 나트륨 이온의 농도만을 측정함으로서, 연속탈지공정의 알칼리농도를 신속정확하게 자동측정하고 제어하도록하는 이온선택성 전극을 사용한 탈지공정의 알칼리농도 자동측정 및 제어방법을 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 온도센서, SSR보드, 디지탈출력보드, 시스템제어기, A/D변환기, 시그날 컨디션어을 포함하는 흐름주입식 농도측정시스템을 이용한 탈지공정의 알칼리농도 자동측정 및 제어방법에 있어서, 기준전극과, 이온선택성전극을 설치하고, 이 이온선택성전극에 플로셀을 설치하며, 완충액정량펌프와 알칼리용액 정량펌프를 제어하여 완충용액탱크와 알카리용액 탱크로부터 일정유량의 완충액과, 일정유랑의 알카리용액을 각각 시료주입구로 연속적으로 공급하도록하는 제1단계; 상기 제1단계에서의 연속적인 알카리용액의 공급에 따라 이온선택성전극에서 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 특징으로 한다.

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

제1도는 본 발명의 이온선택성 전극을 이용한 흐름주입식 농도측정 시스템의 개략 구조도이다. 본 농도분석 시스템(21)은 이온선택성 전극(1)에 플로셀(flow cell) (3)을 만들어 일정유량의 완충액(7)을 공급하면서, 시료 주입구(6)를 통하여 일정유량의 알칼리 용액을 연속적으로 공급하여 통과시킬 때 이온선택성 전극(1)에서 발생하는 전위를 응답신호로 감지하는 것이다. 이때 이온선택성 전극(1)으로 공급되는 알칼리 용액과 완충액(7)의 공급비는 1:0.1에서 1:1000 의 범위이면 가능하나 제어하고자 하는 알칼리 용액의 농도와 이온센서의 용량에 따라서 약간의 차이가 있으므로 알칼리 농도에 대한 응답신호가 안정하고 전위차가 가능한 큰 범위의 적합한 비율을 선택하여 일정하게 공급하는 것이 바람직하다.

상기 완충액(7)의 공급비가 알칼리 용액(8)과 비교해서 0.1배 이하인 경우는 응답신호가 불안정하여 효과가 없고, 1000 매 이상인 경우는 알칼리 농도차에 대한 응답전위차가 감소하는 문제와 완충액(7)의 소모량이 증가하는 문제가 있으므로, 상기 완충액(7)의 공급비는 알칼리 용액(8)과 비교해서 0.1-1000 배로 제한하는 것이 바람직하다.

또한, 완충액(7)으로는 물을 사용하여도 무방하지만 보다 안정한 응답신호를 얻기 위하여는 아미노하이드록시메틸기(Amino-hydroxymethly) 및 아미노하이드록시에틸기(Amino-hydroxyethyl)등을 갖는 트리스-완충액(Tris-buffer)이나 기타 상용되고 있는 완충액을 1종 또는 2종 이상 물에 용해하여 공급할 수 있다. 상기 완충액(7)의 농도가 0.001wt% 이하에서는 신호의 안정성에 미치는 완충액(7)의 효과가 거의 없고, 10wt% 이상에서는 난용성 첨가물의 과잉존재로 용액의 안정성이 저하하므로, 상기 완충액(7)의 농도는 0.001-10wt% 로 제한하는 것이 바람직하다.

(실시예)

탈지용액의 알칼리 농도변화에 대한 이온센서의 응답전위가 선형성을 보일 수 있도록 하기 위하여 제1도와 같은 흐름주입식 농도측정 시스템(21)을 구성하였다. 이때 탈지용액은 알칼리 탈지공정에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 수산화나트륨 용액을 예로써 이용하였으며 각 농도의 표준용액을 제조하여 알칼리 농도검량식과 온도보정식을 구하고자 하였다.

또한 완충액(7)으로는 0.1wt%의 아미노하이드록시 메틸기를 함유한 트리스용액을 사용하였다. 우선 알칼리 용액의 농도 변화에 대한 응답전위 변화를 관찰하기 위하여 상기한 농도측정 시스템(21)의 이온선택성 전극(1) 온도 알칼리 용액과 완충액(7)의 비율을 1:1, 온도를 20℃ 로 일정하게 유지한 조건에서 각 수산화나트륨 농도의 표존용액을 0%부터 10% 까지 1% 씩 증가하여 공급하면서 이온센서의 응답신호를 관찰한 결과를 제2도에 나타내었다.

이를 통해서 볼 때 농도가 단계적으로 증가함에 따라 전위도 단계적으로 증가함을 볼 수 있다. 또한 제2도에서는 신호의 안정성과 균일성을 관찰하기 위하여 각 농도에 대하여 매 5초 간격으로 약 100초 동안 연속적으로 응답전위를 측정하였는 바, 각 농도에 대한 전위값이 거의 일정하여 신호의 안정성이 우수하였다.

제3도는 제2도의 단계적 응답전위를 수산화나트륨 농도변화에 따라 검량화한 결과로서, 농도변화에 대한 응답전위의 검량선은 하기식(1)과 같으며, 응답전위는 수산화나트륨 농도에 대수적으로 비례하여 선형성을 보이고 있는데, 이것은 이온선택성 전극(1)의 응답전위가 용액의 농도변화에 대하여 Nernst 식을 따르기 때문임을 알 수 있다.

응답전위(mV) = 1914 × log[NaOH](w%) - 1343 ..........(1)

제4도는 이온선택성 전극(1)의 온도영향을 보정하기 위하여 수산화나트륨 6%의 용액을 25에서 45℃ 까지 서서히 가열시키면서 전의 변화를 관찰한 결과로서, 응답전위의 온도의존성은 하기식(2)과 같이 1차적으로 비례하여 선형성을 보이고 있다.

응답전위(mV) = 12.478 × T(℃) - 57.308 ...............(2)

따라서, 흐름주입식 농도측정 시스템(21)상에서 이온센서를 사용하여 용액전도도 측정에서 발생하는 전위값을 연속적으로 감지함으로써 컴퓨터에 프로그램되어 있는 (1)식 및 (2) 식과 제5도와 같은 간단한 제어법칙에 따라서 제어밸브 및 변속펌프등을 작동시킴으로써 탈지용액의 알칼리 농도를 연속적으로 측정 및 제어 할 수 있다.

제6도는 본 발명의 이온선택성 전극(1)을 이용한 흐름주입식 방법과 종래의 전도도계 방법을 사용하여 연속 용융아연 도금공장에서 알칼리 용액(8)의 농도를 연속적으로 측정 및 제어하면서 4분 간격으로 알칼리 용액(8)을 채취하여 중화 적정법으로 그 농도를 분석하여 비교한 결과이다.

그 결과 본 발명은 신호의 안정과 균일성이 우수하며, 알칼리 농도를 제어목표 농도로부터 ±0.2wt% 이내로 관리가 가능하였다.

한편 종래 방법은 응답전위값이 불안정하고 알칼리 용액(8)의 농도가 제어목표로 농도로부터 비교적 큰 편차를 보이고 있다. 이때 기존 방식은 흐름 주입식 농도측정 시스템(21)을 사용하지 않은 채, 이온센서를 사용하여 알칼리 용액에서 발생하는 전위에 의한 전도도값을 농도로 환산하여 나타낸 값이기 때문에 제1도에서와 같이 이온선택성 전극(1)의 응답 전위가 알칼리용액의 농도와 선형관계를 보이지 않을 뿐만 아니라, 특정 농도범위에서 응답전위가 완만해지므로써 측정오차가 발생하므로 기존의 방법으로는 정확한 농도측정 및 제어가 어렵다는 것을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이온선택성 전극(1)을 사용한 흐름주입식 농도측정 시스템(21)상에서 알칼리 용액(8)과 완충액(7)을 일정비율로 공급하여 이온선택성 전극(1)의 응답 전위가 포화되는 현상을 없앰으로써, 기타 이온성 첨가물질의 존재에도 구애받지 않고 나트륨 이온의 농도만을 측정하여 연속 탈지공정의 알칼리 농도를 신속하고 정확하게 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 (4)

1. 온도센서(4), SSR보드(16), 디지탈출력보드(17), 시스템제어기(18), A/D변환기(19), 시그날 컨디션어(20)을 포함하는 흐름주입식 농도측정시스템을 이용한 탈지공정의 알카리농도 자동측정 및 제어방법에 있어서, 기준전극과, 이온선택성전극을 설치하고, 이 이온선택성전극(1)에 플로셀(3)을 설치하며, 완충액정량펌프(9)와 알카리용액 정량펌프(10)를 제어하여 완충용액탱크(11)와 알카리용액 탱크(12)로부터 일정유량의 완충액과, 일정유랑의 알카리용액을 각각 시료주입구(6)로 연속적으로 공급하도록하는 제1단계; 상기 제1단계에서의 연속적인 알카리용액의 공급에 따라 이온선택성전극(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 알카리 농도를 연속적으로 자동측정하고 제어하는 제4단계; 로 이루어짐을 특징으로하는 이온선택성 전극을 사용한 탈지공정의 알칼리농도 자동측정 및 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 이온 선택성 전극(1)으로 공급되는 알칼리 용액(7)과 완충액(7)의 공급비는 1:0.1에서 1:1000의 범위인 것을 특징으로 하는 탈지공정의 알칼리 농도 자동 측정 및 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 완충액(7)은 물, 아미노하이드록시메틸기(Amino-htdroxymethly) 및 아미노하이드록시에틸기(Amino-hydroxyethyl)등을 갖는 트리스용액(Tris-solution) 그리고 기타 사용되고 있는 완충액(7)을 1종 또는 2종 이상 물에 용해하여 공급하는 것을 특징으로 하는 탈지공정의 알칼리 농도 자동 측정 및 제어방법.
4. 제3항에 있어서, 완충액(7)은 농도가 0.001-10wt% 로 물에 용해하여 사용하는 것을 특징으로하는 탈지공정의 알칼리 농도 자동 측정 및 제어방법.