KR0112513Y1 - 연속전기도금 공정에서 하부 도금액 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉간압연 등의 강대에 연속적으로 전기도금을 실시하는 공정에 있어서 도금반응에서 한계전류밀도를 상승시키기 위해 도금액을 분사하는 하부 도금액분사장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 강대를 이송시키며 전류가 통전되는 통전률의 폭보다 크고, 양극대의 폭보다 작은 분사폭을 갖는 하부 도금액분사장치를 제공하므로서 강대의 양단에 충분한 상태의 유속을 유지시켜 고전류밀도 도금시에 도금층이 균일하여 품질이 안정되고, 양단에 발생되는 에지버어닝(Edge Burning)을 감소시키므로서 생산성을 향상시키는 연속 전기도금 공정에서 하부 도금액 분사장치에 관한 것이다.

Description

연속전기도금 공정에서 하부 도금액 분사장치

제1도는 일반적인 연속 전기도금 공정의 구성도.

제2도는 연속 전기도금 공정에서 양극대와 통전롤 사이의 도금액 흐름도

(a)도는 도금액분사장치가 없는 경우의 도금액 흐름도.

(b)도는 상부 도금액분사장치가 있는 경우의 도금액 흐름도.

(c)도는 상부, 하부 도금액분사장치가 있는 경우의 도금액 흐름도.

제3도는 일반적인 도금액 분사장치 구성도.

제4도는 종래의 하부 도금액분사장치 구성도.

제5도는 본 고안에 의한 하부 도금액분사장치 구성도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 전해조 2 : 통전롤

3 : 강대 4 : 양극대

5 : 오버플로우덱 6 : 통전롤축

7 : 상부 도금액분사장치 8,20 : 하부 도금액분사장치

9,21 : 유입구 10,22 : 원통부

11,23 : 분사구 후단접속부

본 고안은 냉연압연 등의 강대에 연속적으로 전기도금을 실시하는 공정에 있어서, 도금반응에서 한계전류밀도를 상승시키기 위해 도금액을 분사하는 하부 도금액분사장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 강대를 이송시키며 전류가 통전되는 통전롤의 폭보다 크고, 양극대의 폭보다 작은 분사폭을 갖는 하부 도금액분사장치를 제공하므로서 강대의 양단에 충분한 상태의 유속을 유지시켜 고전류밀도 도금시에 도금층이 균일하여 품질이 안정되고, 양단에 발생되는 에지버어닝(Edge Burning)을 감소시키므로써 생산성을 향상시키는 연속 전기도금 공정에서 하부 도금액분사장치에 관한 것이다. 일반적으로 전기도금에 있어서 제품의 품질과 함께 가장 중요한 항목은 바로 생산성에 있다. 즉, 단위시간당 제품의 생산능력이라 할 수 있으며, 이를 위해서는 단위 시간당 가해주는 전기량을 증가시켜야 하지만 이는 단순히 정류기의 용량을 증가시킨다고 이루어지는 것이 아니며, 전류밀도가 어느 임계치까지는 정상적인 도금반응이 이루어지지만, 임계치 이상이 되면 정상적인 도금반응이 일어나지 않으며, 이러한 임계치의 전류밀도를 '한계전류밀도'라 한다. 상기의 '한계전류밀도'는 엄밀한 의미로 음극과 도금액 계면에서 금속이온의 농도가 '0'이 되는 전류밀도를 의미하며, 이는 도금액으로부터 확산에 의해 공급되는 금속이온들이 음극과 도금액의 계면에 도달하면 즉시 환원이 되기 때문에 확산반응속도와 전하이동속도의 차이에 의해 전극계면에서의 금속이온 농도가'0'이 되는 것이다. 따라서, 한계전류밀도에 도달하면 더 이상 전압을 높이더라도 도금전류는 증가하지 않으며, 가스발생 등의 부반응이 일어나게 되므로 정상적인 도금반응이 일어나지 못한다. 이러한 한계전류밀도는 도금의 종류, 도금조의 구조, 도금조건 등에 따라서 크게 영향을 받으며, 전체적인 반응의 을속단계는 도금액으로부터 금속이온이 공급되는 확산단계이며, 이 단계의 반응속도를 증가시키는 것이 전체적인 전기도금 반응을 활성화시키는 것이 된다.

그러나, 공업적인 의미의 연속 전기도금 공정에서는 그 정의가 약간 다르다. 즉, 연속 전기도금 공정에서는 강대가 연속적으로 이동하고, 그 이동의 반대방향으로 도금액을 분사시켜주는 분사장치가 있기 때문에 학술적인 의미에서의 한계전류밀도는 상당히 높게 된다. 그러나, 강대의 폭방향의 도금상태를 비교하면 강대의 양단에 전류의 집중현상에 의해서 다른 부위에 비해 높은 전류밀도가 부여되는 상태가 되며, 그로 인하여 정상적인 도금층이 형성되지 못하고 표면이 검게 변색되거나 밀착성이 거의 없는 도금층이 형성되게 되며, 이러한 현상을 에지 버어닝(Edge Burnnig)이라 한다. 따라서, 연속 전기도금 공정에서는 강대의 양측단에 발생된 에지 버어닝의 폭의 크기에 의해서 한계전류밀도를 판단하게 되며, 통상의 검사기준은 발생된 에지 버어닝의 폭이 1㎜미만은 정상적인 상태로 판정하게 되며, 1㎜이상일 경우에는 한계전류밀도를 초과한 것으로 판단하여 전류투입량을 조정하게 된다. 그러므로, 연속전기도금 공정에서는 에지 버어닝의 폭이 최소화 될 수 있는 한계전류밀도의 상승방안이 요구되어 진다. 한계전류밀도를 상승시키는 방안으로는 도금액 중의 금속이온농도를 증가시키는 방안이 있으며, 도금액의 온도를 높이거나, 전도성이 좋은 이온을 선택하는 등의 도금조건을 조정하는 방안이 제안되어 있으나, 이는 도금성을 고려할 때 곧 한계에 도달하게 되므로 지속적인 효과가 없으므로, 실제에서 가장 보편적으로 사용되고 있는 방안으로 도금액의 교반을 증가시켜서 금속이온을 음극과 도금액 계면으로 보다 많이 공급해주는 방안이 널리 사용되고 있다. 이러한 도금액 교반방법을 연속전기도금 공정에 적용한 것이 바로 도금액 분사방법이 있으며, 이를 첨부된 제1도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도금액이 담겨져 있으며 양측단에 오버플로우덱(5)이 구비되는 전해조(1)의 상측으로 양단에 강대(3)의 감김부와 풀림부를 구성하고, 중앙에는 상기 전해조(1)에 일부 담겨지며 통전롤축(6)을 중심으로 회전하되, 전류가 통전되는 통전롤(2)을 구비하여, 상기 강대(3)가 감겨져 이동되도록 구성한다. 그리고, 상기 통전롤(2)에 감겨져 이동되는 강대(3)의 하측으로는 양극대(4)를 구비하여 상기 강대(3)와 양극대(4) 사이에 도금액이 유동되도록 구성하되, 상기 양극대(4)의 상측과 하단에 상부분사장치(7)와 하부분사장치(8)를 구비하여 상기 통전롤(2)의 회전방향과 반대되는 방향으로 도금액을 분사하도록 구성한다. 따라서, 상기 상부분사장치(7)와 하부분사장치(8)가 상기 강대(3)가 이동하는 방향의 반대방향으로 도금액을 강하게 분사해 주므로서 음극과 도금액 계면에 형성되는 확산층의 두께를 감소시키고, 금속이온의 공금을 원활하게 해준다. 즉, 제2도에서와 같이 연속 전기도금 공정에서 양극대와 통전롤 사이의 도금액 흐름은, 도금액분사장치가 없는 경우에는 제2도의 (가)도에서와 같이 통전롤(2)과 도금액이 닿기 시작하는 부위에서부터 상기 통전롤(2)을 따라서 움직이는 도금액의 흐름이 발생되며, 도면에서 점으로 나타낸 것과 같이 도금액이 통전롤(2)의 회전과 같은 방향으로 움직이는 영역이 점차 두꺼워져 도금액과 강대(3)간의 상대유속의 흐름이 적게되어 한계전류밀도가 매우 낮게되며, 제2도의 (나)도에서와 같이 상부분사장치(7)만을 설치한 경우에는 상부에서 분사된 도금액이 상기 통전롤(2)과 함께 움직이는 도금액의 두께를 일부 감소시키는 효과가 있으나, 강대(3)와 도금액간의 진정한 의미의 상대유속을 부여하기에는 미흡하며, 제2도의 (다)도에서와 같이 상부와 하부에서 분사되는 도금액이 통전롤(2)과 함께 움직이는 도금액 층을 감소시킴과 동시에 강대(3)에 상대유속의 효과를 부여하게 된다. 상기 도금액분사장치(7,8)의 효과적인 분사를 위해서는 본 출원인이 특허출원 제93-23956호에서 제안한 바와 같이 도금액분사장치를 제3도에서와 같이 도금액이 유입되는 유입구(9)와 유입된 도금액의 압력이 수평방향으로 평활되도록 원통형으로 구성된 원통부(10)를 통해서 분사구(11)로 분사되도록 도금액분사장치(7,8)를 구성하므로서 수평방향으로 균일한 분사력을 갖도록 하는 것이 가능하다. 또한, 유럽특허등록 제0,246,175호에서와 같이 강대(3)의 이동방향이 바뀌어도 적용할 수 있는 하부분사장치가 제안되어 있다. 그러나, 그동안 제안된 방식은 상기 도금액분사장치에 의해서 통전롤의 회전방향과 반대되는 방향으로 강대에 도금액을 분사하는 방법에 대하여 언급하고 있으며, 이를 위하여 제4도에서와 같이 통전롤축(6)을 중심으로 회전하는 통전롤(2)에 감겨져 이동하는 강대(3)의 폭보다 크며 상기 통전롤(2)의 폭보다는 작도록 하부분사장치(8)의 분사구(11)를 구성하였다. 그러나 하부분사장치(8)에서 분사되는 도금액의 분사폭이 통전롤(2)의 폭보다 좁은 경우에는 통전롤(2)의 양단에서 상기 통전롤(2)을 따라서 돌게 되는 도금액의 층이 형성되며, 그 층이 점차 두꺼워 지면서 점차 통전롤(2)의 중심방향으로 확대되어 지므로 강판(3)의 양측 단부에는 분사효과가 반감되어 낮은 전류에서도 에지 버어닝이 발생되는 문제점이 있다. 본 고안은 상기와 같은 문제점을 극복하기 위하여 하부분사장치의 분사폭을 적정하게 구성하므로서 강대에 상대유속을 균일하고 지속적으로 유지하도록 하여 연속 전기도금 공정에서 제품의 품질을 높이며, 생산성을 향상시키는 하부 도금액분사장치를 제공함에 그 목적이 있다. 본 고안은 상기 목적을 달성하기 위하여, 도금액이 담겨지며 양측단에 오버플로우덱이 구비되는 전해조와, 상기 전해조의 상측에 위치하며 양단에 감김부와 풀림부가 연결되는 강대와, 상기 전해조에 일부 담겨져 통전롤축을 중심으로 회전하고 전류가 통전되며 상기 강대가 감겨져 이동되는 통전롤과, 상기 통전롤에 감겨져 이동되는 강대의 하측에 위치하는 양극대와, 상기 강대와 양극대 사이에서 도금액이 역류되도록 상기 양극대의 상측과 하단에 상부 도금액분사장치와 하부 도금액분사장치를 구비하는 연속 전기도금 공정에 있어서, 상기 하부 도금액분사장치는 도금액이 유입되는 유입구와, 유입된 분사액의 압력을 수평방향으로 균일하게 하는 원통부와, 상기 원통부에 연결되어 도금액을 분사하되 분사폭이 상기 통전롤의 폭보다 넓으며, 상기 양극대의 폭보다 좁도록 구성되는 분사구로 구성됨을 특징으로 하는 연속 전기도금 공정에서의 하부 도금액분사장치를 마련함에 의한다.

이하, 본 고안을 첨부된 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

제5도는 본 고안에 의한 하부 도금액분사장치 구성도이며, 도면에서 20은 하부 도금액분사장치, 21은 유입구, 22는 원통부, 23은 분사구를 각각 나타낸다.

연속 전기도금 공정은 도금액이 담겨지며 양측단에 오버플로우덱(5)이 구비되는 전해조(1)의 상측으로 위치하는 감김부와 풀림부에 강대(3)의 양단이 연결되어 이동되며, 상기 전해조(1)의 중앙부에는 통전롤축(6)을 중심으로 회전하고 전류가 통전되며 상기 강대(3)가 감겨져 이동되는 통전롤(2)이 일부 담겨져 위치하고, 상기 통전롤(2)에 감겨져 이동되는 강대(3)의 하측에는 양극대(4)가 위치하고 있으며, 상기 강대(3)와 양극대(4) 사이에서 도금액이 역류되도록 하기 위하여 상기 양극대(4)의 상측과 하단에 상부분사장치(7)를 구비하도록 구성한다. 그리고, 하부분사장치는 도금액이 유입되는 유입구(21)와, 유입된 분사액의 압력을 수평방향으로 균일하게 하는 원통부(22)와, 상기 원통부(22)에 연결되어 도금액을 분사하는 분사구(23)로 구성하되, 상기 분사구(23)의 분사폭이 상기 통전롤(2)의 폭보다 넓으며, 상기 양극대(4)의 폭보다 좁도록 구성한다.

상기와 같이 구성되는 본 고안의 작동과정을 설명하면, 하부 도금액분사장치(20)의 도금액 분사폭이 통전롤(2)보다 크도록 분사구(23)를 구성하므로서 분사된 도금액이 상기 통전롤(2)의 양단에 도금액이 함께 회전되는 것을 막아주게 되므로 도금액분사장치의 분사효과를 높이게 된다. 만약, 상기 구성에 있어서 상기 하부 도금액분사장치(20)의 분사구(23)를 양극대보다 크게 구성하는 경우에는 분사된 도금액이 통전롤(2)과 양극대(4) 사이의 공간에서 빠져나오게 되어 분사력을 감소시키게 되므로 분사효과를 감소시키게 된다. 따라서, 분사구(23)의 폭이 통전롤(2)보다는 넓으며 양극대(4)보다는 좁도록 구성하는 것이 바람직하다. 이하, 실시예를 통하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하나의 전해조(1)에 하부 도금액분사장치의 분사폭을 달리하여 동일한 조건으로 각각의 환경에서 연속 전기도금 공정을 수행한 후에 강대(3)를 잘라서 양단에 형성된 에지 버어닝을 발생폭을 측정하였다. 즉, 통전롤(2)의 폭을 1860㎜로 고정하고, 양극대(4)의 폭을 2100㎜로 고정시킨 후에 하부 도금액분사장치(20)의 분사구(23) 간격을 6㎜로 구성하되 분사폭을 각각 1700㎜, 1900㎜, 2100㎜로 제작하여 실험1,2,3을 수행하였으며, 도금액의 분사량을 80m3/hr로, 도금부착량을 40g/m2으로 설정한 상태에서 강대(3)의 이동속도를 60,90,120A/dm인 조건 1,2,3으로 변경하여 각각의 실험을 실시하였으며, 실험에 의해서 도금되어진 강대(3)의 에지 버어닝의 폭을 측정하였으며, 그 결과 표1의 측정값을 얻었다.

상기에서와 같이 본 고안의 조건에 따라 분사구(23)의 폭이 통전롤(2)보다 넓고, 양극대(4)의 폭보다 좁은 실험2의 결과가 가장 우수함을 알 수 있다.

이상 설명된 바와 같이 본고안은 강대를 이송시키며 전류가 통전되는 통전롤의 폭보다 크고, 양극대의 폭보다 작은 분사폭을 갖는 하부 도금액분사장치를 제공하므로서 강대의 양단에 충분한 상태의 유속을 유지시켜 고전류밀도 도금시에 도금층이 균일하여 품질이 안정되고, 양단에 발생되는 에지버어닝(Edge Burning)을 감소시키므로서 생산성을 향상시키는 효과를 얻는 것이다.

Claims (1)

1. 도금액이 담겨지며 양측단에 오버플로우덱(5)이 구비되는 전해조(1)와, 상기전해조(1)의 상측에 위치하며 양단에 감김부와 풀림부가 연결되는 강대(3)와, 상기전해조(1)에 일부 담겨져 통전롤축(6)을 중심으로 회전하고 전류가 통전되며 상기강대(3)가 감겨져 이동되는 통전롤(2)과, 상기 통전롤(2)에 감겨져 이동되는 강대(3)의 하측에 위치하는 양극대(4)와, 상기 강대(3)와 양극대(4) 사이에서 도금액이 역류되도록 상기 양극대(4)의 상측과 하단에 상부 도금액분사장치(7)와 하부 도금액분사장치를 구비하는 연속 전기도금 공정에 있어서, 상기 하부 도금액분사장치(20)는 도금액이 유입되는 유입구(21)와, 유입된 분사액의 압력을 수평방향으로 균일하게 하는 원통부(22)와, 상기 원통부(22)에 연결되어 도금액을 분사하되 분사폭이 상기 통전롤(2)의 폭보다 넓으며, 상기 양극대(4)의 폭보다 좁도록 구성되는 분사구(23)로 구성됨을 특징으로 하는 연속 전기도금 공정에서의 하부 도금액분사장치.