JP2018517845A

JP2018517845A - エアーナイフ

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Publication number: JP2018517845A
Application number: JP2017562276A
Authority: JP
Inventors: チャン−ウンチ、; ヨン−フンクォン、; ヨン−チェチョン、
Original assignee: Posco Co Ltd
Current assignee: Posco Holdings Inc
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2016-06-03
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2036-06-03
Also published as: EP3305937A4; CN108012548A; KR20160142936A; WO2016195437A1; US20180171461A1; KR101696072B1; US10472711B2; EP3305937A1; JP6537634B2

Abstract

本発明の一実施例は、エアーナイフのノズルリップを鋼板の幅方向のたわみに対応して変形させ、空気の噴射量を調節する構造を改善させて周辺機器による干渉を避けるとともに、現場作業及び維持保守の問題も解決するためのものであって、本発明の一側面によるエアーナイフは、鋼板の幅に対応して気体を噴射するように提供されるノズル本体と、上記ノズル本体の出口の上部又は下部のうち少なくともいずれか一方に設置され、上記気体が噴射される出口の断面積が小さくなるように傾いて延長されるノズルリップと、上記ノズルリップの一側に提供され、上記ノズルリップが上記鋼板の幅方向にたわみ、他のノズルリップとの間の間隔が可変するよう回転モーメントを発生させる少なくとも一つのモーメント発生ユニットと、を含む。

Description

本発明は、エアーナイフに関するものであり、より詳細には、めっき素材の幅方向のたわみに対応してめっき量が均一に形成されるようにしたエアーナイフに関するものである。

一般に、製鉄所で生産される鉄鋼製品としては鋼板製品が代表的に知られている。かかる鋼板は、製造された後、別の後処理を行うことなく出荷され、販売される場合もあるが、様々な後処理工程により製品の品質を向上させる作業を行う場合もある。

このような後処理工程としては、鋼板の表面腐食を防止すべくめっき処理するめっき工程が代表的に挙げられる。

めっき工程では、鋼板を溶融めっき液に浸漬させた後、鋼板に付着した溶融めっき液が、高圧の空気を噴射するエアーナイフを通過するようにして鋼板表面に付着しているめっき量を制御している。

ところで、エアーナイフを通過する過程で鋼板が幅方向にたわむという変形が生じる可能性がある。その結果、鋼板に付着しているめっき量にバラツキが発生する。

そこで、従来技術として、韓国特許出願第１０−２０００−００８００４２号に、エアーナイフのノズルギャップ調節装置及びその方法が開示されている。この技術では、鋼板の幅方向のたわみによる影響を除去するための方案として、エアーナイフの幅方向への空気の供給を異ならせてエアーナイフのギャップを調節している。

従来は、エアーナイフのギャップを調節するために、電動モータとボールねじ機構が用いられた多数のエアーナイフノズルリップギャップ制御器で構成されるギャッププロファイル制御装置を用いていた。

しかし、従来用いられた技術は、エアーナイフのノズルリップを制御するための駆動装置が巨大であり、ノズルリップを変形するために設置した変位機構が操業の妨げとなり、装置の維持、保守が容易ではなく使用上不便であった。そのため、鋼板の幅方向のたわみに対応して空気量を調節することができるよう改善されたエアーナイフが求められているのが実情である。

本発明は、エアーナイフのノズルリップを鋼板の幅方向のたわみに対応して変形させ、空気の噴射量を調節する構造を改善させて周辺機器による干渉を避けるとともに、現場作業や維持保守の問題も解決することを目的とする。

本発明の一側面によるエアーナイフは、鋼板の幅に対応して気体を噴射するように提供されるノズル本体と、上記ノズル本体の出口の上部又は下部のうち少なくともいずれか一方に設置され、上記気体が噴射される出口の断面積が小さくなるように傾いて延長されるノズルリップと、上記ノズルリップの一側に提供され、上記ノズルリップが上記鋼板の幅方向にたわみ、且つ他のノズルリップとの間の間隔が可変するよう回転モーメントを発生させる少なくとも一つのモーメント発生ユニットと、を含む。

また、上記モーメント発生ユニットは、上記ノズルリップの表面に直接又はブラケットを介して幅方向に設置されるアクチュエータを含むことができる。

また、上記アクチュエータは、上記ノズルリップの表面又は上記ブラケットの一側に一端が設置される作動ロッドと、上記作動ロッドの他端が伸び縮みできるよう連結されて、上記ノズルリップの他の一側表面又は上記ブラケットの一端に設置される油圧シリンダー、空圧シリンダー又は電気シリンダーと、を含むことができる。

また、上記モーメント発生ユニットは、上記ノズルリップの幅方向両端部の外側表面に提供され、上記ノズルリップの少なくとも一方の端部に回転モーメントを発生させることで上記ノズルリップがたわむようにすることができる。

また、上記モーメント発生ユニットは、上記ノズルリップの両端部に発生する各回転モーメントを互いに逆方向に発生させることで、上記ノズルリップの両端部が同一の方向に曲げ変形できるよう誘導することができる。

また、上記モーメント発生ユニットは、上記ノズルリップの両端部に発生する各回転モーメントを互いに同一の方向に発生させることで、上記ノズルリップの両端部が逆方向に曲げ変形できるよう誘導することができる。

本発明の一実施例によると、鋼板のたわみに対応して噴射される空気の圧力を調節してめっき量を均一に調節することができ、設置スペースを最小化して周辺機器による干渉を最小限に抑えることができる。さらに、維持及び保守の側面においても貢献することができる。

本発明の一実施例によるエアーナイフを有する連続めっき設備を示した簡略図である。本発明の一実施例によるエアーナイフが、たわむ鋼板に向かって空気を噴射する状態を示した斜視図である。本発明の一実施例によるエアーナイフを示した斜視図である。本発明の一実施例によるエアーナイフの断面図である。本発明の一実施例によるエアーナイフの一部を分離して示した斜視図である。本発明の一実施例によるエアーナイフの一部を分離して示した斜視図である。鋼板の幅方向においてたわみが発生した場合のめっき付着状態を示した図である。鋼板とエアーナイフとの間の距離、及びエアーナイフのノズルリップ間隔に対するめっき付着量の実験結果を示したグラフである。（ａ）から（ｅ）は、本発明の一実施例によるエアーナイフのノズルリップのたわみ形状を簡単に示した図である。

以下では、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。しかしながら、本発明の実施形態は様々な他の形態に変形されることができ、本発明の範囲は以下で説明する実施形態に限定されない。したがって、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張されることがあり、図面上の同一の符号で示される要素は同一の要素である。

図１は本発明の一実施例によるエアーナイフを有する連続めっき設備を示した簡略図であり、図２は本発明の一実施例によるエアーナイフが、たわむ鋼板に向かって空気を噴射する状態を示した斜視図である。また、図３は本発明の一実施例によるエアーナイフを示した斜視図であり、図４は本発明の一実施例によるエアーナイフの断面図であり、図５及び図６は本発明の一実施例によるエアーナイフの一部を分離して示した斜視図である。

図１〜図６を参照すると、本実施例によるエアーナイフ５０は、溶融めっき液が付着している鋼板Ｓの表面に向かって高圧の空気を噴射してめっき量を調節するために活用されることができる。

鋼板Ｓは溶融めっき液が保存されるめっき槽１０に浸漬される。また、シンクロール１２、及び鋼板Ｓを案内するガイドロール１４を経て移動する過程で、上記鋼板Ｓの表面に溶融めっき液が付着することができる。かかる鋼板Ｓは、シンクロール１２及びガイドロール１４を経て移動する過程で、エアーナイフ５０から噴射される高圧の空気によって過剰な溶融めっき液が除去されることができる。

エアーナイフ５０は、鋼板Ｓに付着した溶融めっき液を調節するために、鋼板Ｓと直交する方向に空気を噴射するように設置されることができる。また、エアーナイフ５０は、性能を向上させるために、空気を斜めに噴射するように設置するか、又は斜めに設置される他のエアーナイフ５０をさらに備えることもできる。

かかるエアーナイフ５０は、鋼板Ｓの幅に対応して気体を噴射するように提供されるノズル本体５２を含むことができる。ノズル本体５２は、一側から高圧、高温の空気が供給されることができ、上記空気を鋼板Ｓに噴射して鋼板Ｓの表面に付着しているめっき液を除去することができる。

また、ノズル本体５２の出口の上部又は下部のうち少なくともいずれか一方に一対のノズルリップ５４が設置されることができる。

本実施例では、ノズルリップ５４が、ノズル本体５２の出口の上部及び下部の両方に設置されるように説明しているが、ノズルリップ５４の設置形態は限定されず、様々な形態に変形することができる。一例として、ノズルリップ５４を、ノズル本体５２の出口の上部及び下部のいずれか一方にのみ設置できることは言うまでもない。本明細書では、ノズルリップ５４が出口の上部及び下部の両方に設置された実施例を準用してノズルリップ５４の作用を説明する。そのため、ノズルリップ５４がノズル本体５２の出口の上部及び下部のいずれか一方にのみ設置される実施例については詳細に説明しない。

ここで、ノズルリップ５４は、ノズル本体５２の出口の断面積を小さくすることで空気の噴射圧力を高めることができるよう提供される。このため、一対のノズルリップ５４は、気体が噴射される出口の断面積を小さくすることができるよう、互いの端部が鋼板Ｓに向かって傾いて延長されることができる。

一方、ノズルリップ５４の一側には、ノズルリップ５４に回転モーメントを発生させる少なくとも一つのモーメント発生ユニット６０が設置されることができる。

すなわち、モーメント発生ユニット６０は、一対のノズルリップのうちいずれか一方のノズルリップが鋼板の幅方向にたわみ、他方のノズルリップとの間の間隔が可変するように回転モーメントを発生させることができる。

本実施例において、モーメント発生ユニット６０は、一対のノズルリップ５４の一側に設置されることができ、好ましくは、一対のノズルリップ５４の幅方向両側端部の外側表面に設置されることができる。

一例として、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端部に発生する各回転モーメントを互いに逆方向に発生させ、ノズルリップ５４の両端部が同一の方向に曲げ変形できるように誘導することができる。

すなわち、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端部に互いに逆方向に回転モーメントを発生させることで、ノズルリップ５４を幅方向に対して凹又は凸にたわむようにすることができる。

本実施例において、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の表面に直接設置されるアクチュエータ６２を含むことができる。また、アクチュエータ６２のサイズや形などに応じて、アクチュエータ６２を設置するためのブラケット６６ａ、６６ｂを含むこともできる。

一例として、アクチュエータ６２は、ノズルリップ５４に外側表面の一端が設置される作動ロッド６３と、この作動ロッド６３が伸び縮みできるように連結されて、ノズルリップ５４の他の一側表面に設置されるシリンダー６４と、を含むことができる。好ましくは、作動ロッド６３及びシリンダー６４の端部はそれぞれ、ノズルリップ５４の外側表面に設置されるブラケット６６ａ、６６ｂに回転可能に設置されることができる。これにより、ノズルリップ５４に発生する回転モーメントにより、ノズルリップ５４がたわむ場合にもアクチュエータ６２がノズルリップ５４に安定的に結合維持されることができる。

シリンダー６４としては、油圧又は空圧によって伸び縮みする油圧シリンダー６４又は空圧シリンダー６４を用いることができる。その他にも、電磁石、モータなどを用いる電気シリンダー６４を使用することもできる。

また、本実施例において、ノズルリップ５４、例えば、上部のノズルリップ５４は、モーメント発生ユニット６０によって発生する曲げ変形により幅方向にたわむようになる。これにより、上部のノズルリップ５４と、上部のノズルリップ５４と相対し、一対のノズルリップ５４をなす下部のノズルリップ５４との間隔が異なるようになり、それに応じてノズルリップ５４間の空間を介して空気が噴射される断面積も異なるようになる。

一例として、図５に示すように、エアーナイフ５０では、モーメント発生ユニット６０のシリンダー６４が作動ロッド６３を膨張させると、ノズルリップ５４の両側端部５４ａ、５４ｂに対して幅方向の外側に回転する回転モーメントＭ１が発生するようになる。これにより、上部のノズルリップ５４及び下部のノズルリップ５４は、中央部５４ｃが凸状であり、両側端部５４ａ、５４ｂは凹状である凸レンズ状に変わることができる。

このように、ノズルリップ５４は、中央部５４ｃが凸状、両側端部５４ａ、５４ｂが凹状に形成されるため、エアーナイフ５０の中央における空気の噴射量が増加し、両側における空気の噴射量は減少することができる。

一方、図６に示すように、エアーナイフ５０では、モーメント発生ユニット６０のシリンダー６４が作動ロッド６３を収縮させると、ノズルリップ５４の両側端部５４ａ、５４ｂに対して幅方向の内側に回転する回転モーメントＭ２が発生するようになる。これにより、上部のノズルリップ５４及び下部のノズルリップ５４は、中央部が凹状であり、両側端部が凸状である凹レンズ状に変わることができる。

このように、ノズルリップ５４が、中央部５４ｃは凹状、両側端部５４ａ、５４ｂは凸状に形成される場合、エアーナイフ５０の中央における空気の噴射量が減少し、両側における空気の噴射量は増加することができる。

ここで、空気の噴射量は、空気の噴射圧と比例関係にあり、空気の噴射量又は噴射圧に応じて付着しためっき液を除去する能力が向上することができる。つまり、空気の噴射量又は噴射圧を調節することでめっき量の厚さを制御することができる。

図７は鋼板の幅方向においてたわみが発生した場合のめっき付着状態を示した図である。

図７を参照すると、鋼板Ｓの幅方向にたわみがなく平坦な場合は、鋼板Ｓの全幅に対するエアーナイフ５０と鋼板Ｓとの間隔が同一であることが好ましく、めっき作業を行った後の鋼板Ｓの上下面のそれぞれに対するめっき付着量が均一になることができる。

すなわち、エアーナイフ５０と鋼板Ｓとの間隔が同一である場合には、鋼板Ｓの幅方向に対して同一の空気量が噴射される。これにより、過剰な溶融めっき液を除去する鋼板Ｓの表面までの距離も同一であるため、鋼板Ｓの表面から過剰な溶融めっき液を除去する圧力も同一に形成されることができる。

一方、鋼板Ｓは、溶融めっき時の鋼板Ｓの移動を案内するシンクロール１２や、ガイドロール１４などのロールによる鋼板Ｓの内部残留応力により、鋼板Ｓの幅方向に対してたわみが発生する可能性がある。

この際、溶融めっき過程における鋼板Ｓの幅方向に発生するたわみは、鋼板Ｓの上部面を形成する部分の中央部が鋼板Ｓの下部面を形成する方向に凸状に形成される場合が頻繁に発生する。

また、鋼板Ｓが幅方向にたわむ場合、鋼板Ｓの幅方向におけるエアーナイフ５０と鋼板Ｓとの間隔が異なって表れる場合もある。

この際、鋼板Ｓは円弧状にたわんでいるため、鋼板Ｓの上部面中央部と鋼板Ｓの上面側に配置されたエアーナイフ５０ａとの間の距離Ｌ１１が最大となり、鋼板Ｓのエッジとエアーナイフ５０ａとの間の距離Ｌ１２が最小となる。

このような距離分布では、鋼板Ｓの下面側に配置されたエアーナイフ５０ｂとの間の距離が逆となり得る。すなわち、鋼板Ｓと鋼板Ｓの下面側に配置されたエアーナイフ５０ｂとの間の距離Ｌ２１が最小となり、エアーナイフ５０ｂと鋼板Ｓのエッジとの間の距離Ｌ２２が最大となる円弧状の分布を有するようになる。

このように、鋼板Ｓの上面又は下面とエアーナイフ５０との距離の不均一が原因で、同一量の空気がエアーナイフ５０から全幅にわたって噴射されても、鋼板Ｓの面では過剰めっきを除去する空気の圧力に差異が出るようになる。その結果、図７から分かるように、鋼板Ｓの上部面中央部では付着しているめっき量が最大となり、下部面では逆に付着しているめっき量が最小となる。

また、図７を参照すると、鋼板Ｓとエアーナイフ５０のノズルリップ５４との間の距離と、この際に付着するめっき量との間の関係が分かる。

この際、鋼板面とエアーナイフ５０のノズルリップ５４との間の距離が大きいほど鋼板Ｓに残っているめっき付着量が多くなることを確認できる。

一方、鋼板Ｓにたわみが形成される場合には、めっき作業では、目標とするめっき量が付着されるようにするために、基準位置を、鋼板Ｓの上部から最小めっき量Ｃ１が形成される鋼板Ｓのエッジに移動させる。そして、鋼板Ｓの下部に最小めっき量Ｃ２が形成される鋼板Ｓの中央部を基準位置として定めてめっきを行うようになる。その結果、鋼板Ｓの上部面ではエッジ、鋼板Ｓの下部面では中央部のみが目標めっき量に到達し、残りの部分では目標めっき量よりも多くの過剰めっき量が形成される。かかる過剰めっきは、貴重且つ有限な資源である溶融めっき液を無駄にする経済的損失をもたらし、加熱による合金化反応で表面を成形する合金化めっき鋼では、過剰めっきされる部分と中央めっき部分とで表面合金化の違いを誘発して製品の表面品質を低下させる要因となっている。また、鋼板Ｓの一部が過剰めっきされ、他の部分は目標めっき量に達していない場合、未めっきが原因で仕様外製品が作られ、経済的な損失をもたらし、需要者の信頼性を低下させるおそれがある。

図８は鋼板とエアーナイフとの間の距離、及びエアーナイフのノズルリップ間隔に対するめっき付着量の実験結果を示したグラフである。

図８は鋼板Ｓとエアーナイフ５０のノズルとの間の距離別に、ノズル間隔の差が数百μｍである二つのノズル間のめっき付着量の差を示す。図８のラインからはノズル間隔が大きいほど過剰な溶融めっき液を除去する能力も大きいことが分かる。

ここで、Ｘ１及びＸ２は、空気の圧力がＰ１である場合であって、Ｘ１のノズル間隔はＨ１であり、Ｘ２のノズル間隔はＨ２である。この際、ノズル間隔はＨ２がＨ１に比べてさらに大きい（Ｈ２＞Ｈ１）。これにより、ノズル間隔が大きいほど、空気量が増加し、めっき付着量をさらに下げることができることを確認できる。

また、Ｘ３及びＸ４は、空気の圧力がＰ２である場合であって、Ｘ３のノズル間隔はＨ１であり、Ｘ２のノズル間隔はＨ２である。この際、ノズル間隔はＨ２がＨ１に比べてさらに大きい（Ｈ２＞Ｈ１）。これにより、圧力をＰ１からＰ２に増加した場合にも、ノズル間隔が大きいほど、空気量が増加し、めっき付着量をさらに下げることができることが分かる。

つまり、現場などにおける鋼板Ｓのたわみサイズは、数百μｍから数ｍｍまで観測されているが、このサイズに応じてプロファイルされた回転モーメントを発生させ、エアーナイフ５０から噴射される空気量を調節することができる。

本実施例のエアーナイフ５０は、鋼板Ｓの幅方向のたわみに対応して、過剰な溶融めっき液を除去する能力を均一にできるように、噴射される空気量を調節することができる。

このため、エアーナイフ５０は、ノズルリップ５４に提供されるモーメント発生部を用いてノズルリップ５４間の間隔を調節するとともに、鋼板Ｓのたわみ程度に応じて、ノズルリップ５４間の間隔を調節して空気量、及びそれに伴う空気圧を調節することができる。

したがって、本実施例のエアーナイフ５０は、空気量の調節に応じて過剰なめっき液を鋼板Ｓの幅方向に対して均一に除去することができる。

一般に、現場で設置されるエアーナイフ５０のノズルリップ５４は、鋼板Ｓに向かって延長された方向の長さが５０〜２００ｍｍ、厚さは５〜１５ｍｍ、鋼板Ｓの幅方向の長さが２，０００〜２，５００ｍｍ程度の細長い板状を有する梁の形態で製造される。

このように細長い板状の梁に対して１０ｋｇ程度の力が加えられる場合には、最大１０〜２０ｍｍの曲げ変形を得ることができることを確認できる。実際現場で用いられるエアーナイフ５０のノズル間の間隔は１〜２ｍｍの範囲である。ここに、数百μｍの拡張又は縮小の変動のみならず、過剰な溶融めっき液の除去能力に影響を与えるに十分な空気量の変動を加えることができる。

一方、本実施例において、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端部に発生する各回転モーメントを互いに逆方向に発生させ、ノズルリップ５４の両端部を、図９（ａ）及び図９（ｂ）のように、対称の凸状又は凹状に変形するように説明しているが、他にも様々な形態にノズルリップ５４を変形することも可能である。

一例として、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端部に発生する回転モーメントの大きさを異ならせて発生させることも可能である。

このように、モーメント発生ユニット６０は、図９（ｃ）のように、ノズルリップ５４の両端部に発生する回転モーメントの大きさを異ならせて発生させる場合、ノズルリップ５４がたわむ形状を異ならせることができる。すなわち、ノズルリップ５４において最も多く変形する位置を、中央部から所定距離離れるようにすることも可能である。

これは、鋼板Ｓが移動する過程で片側に偏向して移動する場合、エアーナイフ５０のノズルリップ５４がたわむ形状を鋼板Ｓの位置に応じて異ならせて調節することができることを意味する。これにより、鋼板Ｓが偏向して移動する場合にも、めっき量を均一に調節することができるようになる。

また、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端部に発生する各回転モーメントを互いに同一の方向に発生させることも可能である。これにより、ノズルリップの両端部が非対称、例えば、逆方向にたわみ変形できるように誘導することも可能である。

すなわち、図９（ｄ）のように、モーメント発生ユニット６０は、ノズルリップ５４の両端の回転モーメントを互いに同一の方向に発生させることにより、ノズルリップ５４の両端が互いに逆方向に曲げ変形して、波状のような形状に変形させることができる。

また、モーメント発生ユニット６０は、図９（ｅ）のように、上部のノズルリップ５４がたわむ形状と、下部のノズルリップ５４がたわむ形状とを逆に変形させることも可能である。

本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野の通常の知識を有する者にとっては自明である。

上述のように、本発明は、鋼板の表面腐食を防止すべくめっき処理するめっき工程に有用である。

Claims

鋼板の幅に対応して気体を噴射するように提供されるノズル本体と、
前記ノズル本体の出口の上部又は下部のうち少なくともいずれか一方に設置され、前記気体が噴射される出口の断面積が小さくなるように傾いて延長されるノズルリップと、
前記ノズルリップの一側に提供され、前記ノズルリップが前記鋼板の幅方向にたわみ、且つ他のノズルリップとの間の間隔が可変するよう回転モーメントを発生させる少なくとも一つのモーメント発生ユニットと、
を含む、エアーナイフ。
前記モーメント発生ユニットは、前記ノズルリップの表面に直接又はブラケットを介して幅方向に設置されるアクチュエータを含む、請求項１に記載のエアーナイフ。
前記アクチュエータは、
前記ノズルリップの表面又は前記ブラケットの一側に一端が設置される作動ロッドと、
前記作動ロッドの他端が伸び縮みできるよう連結されて、前記ノズルリップの他の一側表面又は前記ブラケットの一端に設置される油圧シリンダー、空圧シリンダー又は電気シリンダーと、を含む、請求項２に記載のエアーナイフ。
前記モーメント発生ユニットは、前記ノズルリップの幅方向両端部の外側表面に提供され、前記ノズルリップの少なくとも一方の端部に回転モーメントを発生させることで前記ノズルリップがたわむようにする、請求項１から３のいずれか一項に記載のエアーナイフ。
前記モーメント発生ユニットは、前記ノズルリップの両端部に発生する各回転モーメントを互いに逆方向に発生させることで、前記ノズルリップの両端部が同一の方向に曲げ変形できるよう誘導する、請求項４に記載のエアーナイフ。
前記モーメント発生ユニットは、前記ノズルリップの両端部に発生する各回転モーメントを互いに同一の方向に発生させることで、前記ノズルリップの両端部が逆方向に曲げ変形できるよう誘導する、請求項４に記載のエアーナイフ。