KR0146887B1 - 폭방향 스팡글 균일도 및 표면광택도가 우수한 미니스팡글 형성장치 - Google Patents

폭방향 스팡글 균일도 및 표면광택도가 우수한 미니스팡글 형성장치

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Abstract

본 발명은 용융아연 도금강판의 미니 스팡글 형성장치 및 그 방법에 관한 것으로써, 촉 방향 스팡글 균일도 및 표면 광택도가 우수한 용융아연 도금강판의 미니 스팡글을 간단하게 형성시킬 수 있는 미니 스팡글 형성장치 및 그 방법을 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본 발명은 용융아연 도금강판의 미니 스팡글을 형성하는 장치에 있어서, 개별적으로 제어가능한 다수개의 노즐(41)이 길이 및 폭방향으로 일정한 간격을 갖고 형성되어 용액 및 공기를 분사하도록 구성되어 스팡글을 미세화하는 분사장치(40);상기 분사 장치(40)의 하부에 부착되어 도금강판의 폭 방향온도분포를 측정하도록 구성되는 제1온도 측정장치(60);상기 분사 장치(40)의 하부에 설치되어 용융아연 도금강판(1)이 상기 분사장치(40)에 도입되기 전에 도금강판의 폭 방향 및 길이 방향(일정면적 부위)의 온도 분포를 측정하도록 구성되는 제2온도 측정장치(50);상기 분사장치(40)를 상, 하로 이동시키도록 구성되는 구동장치;및 상기 제1온도 측정장치(60)에서 측정된 온도데이타를 받아 강판의 온도중 최저 온도값(T1)을 선정하고, 이 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족하는지 여부를 판정하여 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족할 때까지 상기 구동장치를 구동시키고, 또한, 상기 제2온도 측정장치(50)에서 측정된 온도데이타를 받아 강판온도중 최저온도값(T2) 및 이 최저온도값(T2)을 기준으로 하는 온도편차(ΔT)를 구하고, 이 최저온도값(T2) 및 온도편차(ΔT)를 이용하여 작동노즐(42)을 연속적으로 선정하도록 구성되는 비교연산제어장치(70)를 포함하는 폭 방향 스팡글 균일도 및 표면 광택도가 우수한 미니 스팡글 형성장치 및 이를 이용하여 미니 스팡글을 형성하는 방법을 그 요지로 한다.

Description

폭방향 스팡글 균일도 및 표면광택도가 우수한 미니 스팡글 형성장치
제1도는 본 발명에 부합되는 미니 스팡글 형상장치의 일례를 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명에 부합되는 분사장치의 노즐 배치도.
제3도는 본 발명에 따라 작동노즐을 선정하는 과정을 설명하기 위한 모식도.
제4도는 본 발명에 따라 미니 스팡글을 형성하는 방법을 나타내는 플로우 챠트.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
40 : 분사장치 41 : 노즐
42 : 작동노즐 50 : 제2온도 측정장치
60 : 제1온도 측정장치 70 : 비교연산 제어장치
80 : 구동장치
본 발명은 용융아연 도금강판의 미니 스팡글 형성장치에 관한 것으로써, 보다 상세하게는, 폭 방향 균일도 및 표면 광택도가 우수한 용융아연 도금강판의 미니 스팡글의 형성장치에 관한 것이다.
용융아연 도금강판은 용융아연에 침적한 후 대기중에서 서냉하면 아연의 결정이 수지(dendrite)상으로 발달하여 스팡글이라는 꽃모양의 아연 결정이 형성하게 된다. 그러나, 최근 용융아연 도금강판이 자동차, 가전제품 등에 사용되기 시작하면서 이 스팡글이 도장후 외관을 저해시키기 때문에 미니 스팡글 또는 제로 스팡글의 용융아연 도금강판이 강력히 요망되고 있다.
이러한 결점을 해소하기 위하여 여러가지 스팡글 미세화 방법이 제안되어 사용되고 있으나 강판이 용융아연욕에 침적되어 도금된 후 강판의 용융아연이 응고되기 전에 미니 스팡글 형성장치에서 냉각능력이 강한 각종 염류를 첨가한 수용액을 분사하는 수용액 분사식 미니 스팡글 제조방법이 경제적이고 공정이 간단하기 때문에 최근에 널리 사용되고 있다.
이 스팡글의 생성상태(크기) 및 표면 광택도는 용융아연 도금후 용융아연층의 분사 위치, 냉각속도와 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있다. 일례로 아연층의 냉각속도가 느린 경우는 아연 결정이 성장하여 스팡글이 조대화되고 제품의 광택이 떨어지며, 역으로 냉각속도가 빠른 경우도 표면성장이 조대하게 되어 같은 형태로 광택을 잃게 된다.
따라서, 스팡글이 미세하면서도 표면 광택이 우수한 제품을 얻기 위해서는 그 냉각속도 및 분사위치를 정확하게 제어할 필요가 있다. 즉 아연도금된 강판이 응고되기 직전에 안개화된 분사용액으로 급냉시키는 것이 스팡글 미세화 및 표면 광택도가 가장 우수하게 나타난다.
그러나, 아연도금된 강판이 도금후 아연융점(약 419℃)까지 서냉되는 동안에 강판 폭방향에서 냉각효율이 다르기 때문에 강판의 폭 방향 온도 편차가 발생하게 된다. 일반적으로, 강판의 양(兩)에지(edge)부가 빨리 냉각된다. 이 때문에 도금강판이 아연욕위에서 공냉되는 경우 폭 중앙부가 최적의 온도일때에 양에지부는 온도가 낮게 되는 凸형의 온도분포를 나타내게 된다. 그러나 소재의 두께 및 도금부착량, 소재의 입욕온도, 도금욕온도, 에지부가열, 중앙부 냉각등의 외부조건에 따라 위의 경우와 반대인 凹형이나 한쪽 에지부는 온도가 높고 한쪽 에지부는 온도가 낮은 사선형 그리고 폭 방향으로 온도편차가 연속적으로 반복되는 파형등의 온도분포를 나타내게 된다. 이때 에지부와 중앙부의 온도편차는 여러가지 외부조건에 따라 변하기 때문에 일정하지 않으나 일반적으로 5-10℃ 정도이다.
따라서, 분사노즐이 일직선으로 배치된 통상의 미니 스팡글 형성장치로는 용융아연 도금강판의 폭방향 스팡글 편차를 방지할 수 없으며 동시에 표면광택이 우수한 미니 스팡글 용융아연 도금강판을 얻는 것이 불가능하다.
이와같은 강판 폭방향으로의 온도편차에 의한 미니 스팡글재의 스팡글 편차발생 방지를 위한 종래의 방법으로는 1) 일본국 특허공개 소 48-84038호에 나타난 것처럼 냉각속도가 빠른 양에지부만을 재가열하여 응고속도를 균일하게 하여 스팡글 편차를 방지하는 방법, 2) 일본 특개소 56-158859호와 같이 아연욕 위의 브로잉박스(blowing box, 여기서는 미니 스팡글 장치)를 강판의 양에지부에서는 도금욕에 가까이, 중앙부에서는 도금욕에서부터 멀어지게 하는 비직선적 배치방법, 3) 일본 특개평 2-298248호에서와 같이 표면 온도검출장치를 통하여 시야에 들어오는 표면 온도분포가 凸형(또는 凹형)의 온도분포를 형성하는 경우 가열수단의 에지부 버너와 중앙부의 냉각수단 노즐에 의해서 가열 및 냉각(凹형에서는 역으로)을 행한 다음, 미니 스팡글 장치의 분사위치는 온도 검출장치의 측정점의 온도에 기초하여 온도기준선으로부터 연산하여 정하는 방법, 4) 일본 특개평 5-247616호와 같이 양에지부를 가열하고 그 후 용융아연 도금강판의 폭방향 표면 온도를 일정하게 한 후 온도 측정장치로 아연이 응고하기 직전의 온도에서 아연 분말이나 분사용액을 분사하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 상기한 종래방법들은 다음과 같은 문제점이 있다.
상기 일본국 특허 공개소 48-84038호에서와 같이 에지부를 재가열하는 것은 에너지적으로 불리하고 합금층의 이상발달등을 가져와서 아연도금의 밀착 불량을 발생시킬 위험이 있다.
또한, 상기 일본 특개소 56-158859호에 제시되어 있는 방법은 폭방향의 온도분포가 凸형 및 凹형의 경우에만 스팡글 균일화가 가능하나 작업조건 변화에 따라 폭방향의 온도분포가 파형등으로 원래의 폭방향의 온도편차보다 더 크고 복잡한 형상의 응고선을 형성할 경우에는 대처하기 불가능하다. 또한 단순히 노즐 위치의 고저차를 발생시키기 때문에 노즐 상호간의 수두압이 변동하므로 수량등과 함께 수두압을 조절하지 않으면 안된다.
또한, 상기 일본 특개평 2-298249호에 제시된 방법은 凸부 온도 분포의 교정에 있어 버너 박스의 에지부의 버너와 중앙부의 냉각매체 분사노즐을 사용하는 경우 이들의 상쇄작용에 의해서 정확한 온도 조절이 불가능하고 파형의 온도분포로 나타내게 된다. 또한 온도 검출장치의 측정위치와 분사위치간에는 일정한 거리가 있기 때문에 온도검출기의 측정점을 기준선으로 계산하는 경우는 도금 부착량 편차, 강판의 두께, 라인스피드(line speed) 등의 외부조건 변화는 온도 측정점과 분사위치와의 거리에 비례하여 영향이 크고 또한 복잡하여 분사위치 설정을 정확하게 설정하는 것이 곤란하다.
또한, 상기 일본 특개 소 56-158859호의 경우에는 에지부를 가열하여 응고선을 일정하게 하기 때문에 성에너지면에 역행할 뿐만 아니라 합금층의 이상발달을 초래할 수 있는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 제안된 것으로써, 폭방향 스팡글 균일도 및 표면광택도가 우수한 용융아연 도금강판의 미니 스팡글을 간단하게 형성시킬 수 있는 미니 스팡글 형성장치를 제공하고자 하는데, 그 목적이 있다.
본발명은 용융아연 도금강판의 미니 스팡글을 형성하는 장치에 있어서, 개별적으로 제어 가능한 다수개의 노즐이 길이 및 폭방향으로 일정한 간격을 갖고 형성되어 용액 및 공기를 분사하도록 구성되어 스팡글을 미세화하는 분사장치;
상기 분사 장치의 하부에 부착되어 도금강판의 폭 방향온도분포를 측정하도록 구성되는 제1온도 측정장치;
상기 분사 장치의 하부에 설치되어 용융아연 도금강판이 상기 분사장치에 도입되기 전에 도금강판의 폭 방향 및 길이 방향(일정면적 부위)의 온도 분포를 측정하도록 구성되는 제2온도 측정장치;
상기 분사장치를 상, 하로 이동시키도록 구성되는 구동장치; 및
상기 제1온도 측정장치에서 측정된 온도데이타를 받아 강판의 온도 중 최저 온도값(T1)을 선정하고, 이 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족하는지 여부를 판정하여 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족할 때까지 상기 구동장치를 구동시키고, 또한, 상기 제2온도 측정장치에서 측정된 온도 데이타를 받아 강판 온도중 최소 온도값(T2) 및 온도 편차(ΔT)를 구하고, 이 최소 온도값(T2) 및 온도 편차(ΔT)와 응고속도(K)의 상한 관계식을 이용하여 작동노즐을 연속적으로 선정하도록 구성되는 비교연산 제어장치를 포함하는 폭 방향 스팡글 균일도 및 표면 광택도가 우수한 미니 스팡글 형성장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 미니 스팡글 형성장치를 이용하여 미니 스팡글을 형성하는 방법에 있어서,
용융아연 도금강판이 분사장치에 도입되기 전에 제1온도 측정장치에 의해서 분사장치의 하부에서 도금강판의 폭 방향의 온도분포를 측정하는 단계;
상기한 강판 온도데이타 중 최저 온도값(T1)을 선정하고, 이 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도 범위를 만족할 때가 기분사 장치를 상, 하로 이동시켜 위치시키는 단계;
상기와 같이 위치된 분사장치의 하부에서 강판의 폭방향 및 길이 방향(일정면적 부위)의 온도분포를 제2온도 측정장치에 의해 측정하는 단계;
상기와 같이 측정된 강판온도 데이타 중 최소 온도값(T2) 및 최소 온도값(T2)을 기준으로 하는 온도편차(ΔT)를 구하는 단계;및
상기 최소 온도값(T2)에 해당되는 강판부위가 분사장치의 최하부 노즐라인과 일치될 때 최하부 노즐 라인중 상기 최소 온도값을 갖는 강판부위에 해당되는 노즐을 작동시켜 공기 및 용액을 안개 상태로 분사한 다음, 상기 최소 온도값 이상의 온도를 갖는 강판 부위에 해당되는 노즐의 작동개시 시점과 상기에서 구한 온도편차(ΔT)와의 상관 관계식에 의하여 작동노즐을 연속적으로 선정하여 공기 및 용액을 안개상태로 분사하여 스팡글을 미세화하는 단계를 포함하여 구성되는 폭방향 스팡글 균일도 및 표면광택도가 우수한 미니 스팡글 형성방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 미니 스팡글 형성장치(100)는 제1도에 나타난 바와 같이, 분사장치(40), 제2온도측정장치(50), 제1온도 측정장치(60), 비교연산 제어장치(70) 및 구동장치(80)를 포함하여 구성된다.
상기 분사장치(40)에는, 제2도에 나타난 바와 같이, 개별적으로 제어가능한 다수개의 노즐(41)이 길이 및 폭방향으로 일정간격을 갖고 형성되어 있으며, 이 노즐(41)은 용액 및 공기를 분사하도록 구성되어 있다.
즉, 상기 노즐(41)은 종래와 같은 도금 강판의 에지부 가열이나 중앙부 냉각과 같은 전처리 공정을 거치지 않고서도 폭 방향 및 길이 방향의 온도편차를 보정할 수 있도록 강판의 길이 및 폭 방향에 대응되게 일정한 간격으로 배치되어 있다.
그리고, 강판에 분사되는 용액 및 공기는 개별적으로 분사 노즐에 공급되며, 이렇게 하므로써 위치변화에 따른 수두 압차 발생이 방지된다.
또한, 각 노즐(41)의 작동이 개별적으로 제어됨으로써, 도금강판의 폭방향 및 길이 방향의 온도편차에 대응하는 노즐만이 작동되어 용융아연의 응고선을 따라 용액이 분사될 수 있게 된다.
상기 제2온도 측정장치(50)는 용융아연 도금되고 부착량이 조정된 도금강판(1)이 분사장치(40)에 도입되기 전에 폭 방향 및 길이 방향(일정한 면적)의 도금 강판의 온도분포를 측정하도록 구성되는 것으로써, 스캔형 적외선 방사온도계가 바람직하다.
상기 제2온도 측정장치(50)에는 측정한 도금강판의 폭 방향 및 길이 방향의 온도편차를 히스토그램 방식으로 온도 분포를 나타내주는 2차원 화상처리장치(51)를 구비시키는 것이 바람직하다.
상기 제1온도 측정장치(60)는 분사장치(40)의 하부에 일정한 간격으로 부착되어 도금강판의 폭 방향 온도분포를 측정하는 것으로써, 파이로 메타(point pyoro meter)가 바람직하다.
제1도에는 제1온도 측정장치(60)의 수가 3개로 표시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 가능한 일정한 간격으로 많이 설치하는 것이 유리하다.
상기 제1온도 측정장치(60)에는 측정된 온도를 작업자가 볼 수 있도록 표시하고 동시에 그 데이타를 비교연산 제어장치(70)에 전송하도록 구성되는 온도표시장치(61)를 구비시키는 것이 바람직하다.
상기 비교연산 제어장치(70)는 상기한 제2온도 측정장치(50) 및 제1온도 측정장치(60)에서 측정된 온도 측정값들을 비교연산하여 분사장치(40)의 적정위치 설정 지시 및 분사장치(40)의 작동노즐 선정 및 분사지시를 하도록 구성된다.
즉, 상기 비교연산 제어장치(70)는 상기 제1온도 측정장치(60)에서 측정된 온도 데이타를 받아 강판의 온도 중 최저 온도값(T1)를 선정하고, 이 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족하는지 여부를 판정하여 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족할 때까지 상기 구동장치(80)를 구동시켜 분사장치(40)를 강판의 길이 방향으로 이동시키며 또한, 상기 제2온도 측정장치(50)에서 측정된 온도데이타를 받아 강판온도중 최소 온도값(T2)과 최소 온도값(T2)을 기준으로 하는 온도편차(ΔT)를 구하고, 이 최소 온도값(T2) 및 온도편차(ΔT)를 이용하여 작동노즐을 연속적으로 선정하도록 구성된다.
상기 구동장치(80)는 상기한 비교연산 제어장치(70)로부터 신호를 받아 상기 분사 장치(40)를 상·하 즉, 강판의 길이방향으로 이동시키도록 구성된다.
제1도에서, 미설명 부호 2는 아연도금욕, 3은 가스와이핑 장치를 나타낸다.
이하, 상기와 같이 구성된 미니 스팡글 형성장치(제1도)를 이용하여 미니 스팡글을 형성하는 방법에 대하여 설명한다.
분사장치(40)의 하부에 설치되어 있는 다수개의 제1온도 측정장치(60)인 파이로 메타로 도금강판의 현재의 위치에서 강판의 표면온도를 측정하고, 그 전기적 신호를 온도표시장치(61)에서 변환하여 온도를 표시함과 동시에 그 측정값을 비교연산 제어장치(70)에 입력한다.
비교연산 제어장치(70)에서는 상기한 온도데이타를 받아 다수의 제1온도 측정 장치(60)의 측정 온도값 중 최저 온도값(T1)이 선정되고, 그 값이 425±2℃의 온도범위를 만족할 때까지 구동장치(80)를 구동시켜 분사장치(40)를 강판의 길이방향을 따라 이동하여 분사장치(40)의 하부의 온도가 아연의 응고온도보다 3~6℃ 정도 높은 지점에 분사장치(40)를 위치시킨다.
다음에, 제2온도 측정장치(50)인 적외선 방사 온도계에서 도금강판의 폭 방향 및 길이 방향의 온도분포를 측정하고, 그 전기적인 신호를 2차원 화상처리장치(51)에서 변환하여 작업자가 도금강판의 폭방향으로의 온도분포를 확인할 수 있도록 히스토그램으로 나타내고 동시에 이 데이타가 비교연산 제어장치(70)에 입력되어 비교연산된 다음 제3도(a) 및 (b)에서와 같이, 이에 대응하는 분사장치(40)의 작동노즐(42)을 연속적으로 선정하여 작동시키고, 용액 및 공기를 노즐에서 혼합시켜 안개 상태로 분사시킨다.
제3도(a)는 도금강판(1)의 중앙부의 표면온도가 양에지부 보다 높은 凸형의 폭 방향온도 편차를 나타내는 경우, (b)는 양에지부의 온도가 중앙부보다 높은 凹형의 폭 방향 온도편차를 나타내는 경우에 대한 작동노즐의 선정을 설명하기 위한 모식도이다.
비교연산 제어장치에 의해 작동노즐을 선정하는 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 제2온도 측정장치(50)에 의해서 측정된 강판온도 데이타를 받아 최소 온도값(T2) 및 온도편차(ΔT)를 구하고,
상기 최소 온도값(T2)에 해당되는 강판부위가 분사장치(40)의 최하부 노즐라인과 일치될 때 최하부 노즐라인 중 상기 최소 온도값을 갖는 강판부위에 해당되는 노즐을 작동시켜 공기 및 용액을 안개 상태로 분사한다.
이어서, 상기 최소 온도값(T2) 이상의 온도를 갖는 강판 부위에 해당되는 노즐의 작동개시 시점과 상기에서 구한 온도편차(ΔT)와의 상관관계식에 의하여 작동노즐을 연속적으로 선정하여 공기 및 용액을 안개상태로 분사하므로써 스팡글을 미세화시키게 된다.
상기한 노즐의 작동 개시 시점과 온도편차(ΔT)와의 상관관계식은 다음과 같이 표시될 수 있다.
노즐의 작동개시시점=ΔT/K
(여기서 ΔT=(TX-T2), T2: 제2측정 온도 장치에서 측정된 온도값 중 최소 온도, TX: T2위치에서 부터 일정거리 만큼 떨어진 위치의 온도, k:상수)
상기에서 제2온도 측정장치(50)의 위치는 가능한 분사장치(40)쪽으로 가까이 위치하는 것이 아연의 응고선의 모양과 가장 유사한 온도분포곡선을 얻을 수 있기 때문에 유리하며, 보다 바람직하게는 제2온도 측정장치(50)를 제1온도 측정장치(60)와 같이 분사장치(40)에 부착하여 동시에 구동되도록 하는 것이다.
상기한 미니 스팡글 형성방법에 대한 플로우 챠트가 제4도에 나타나 있다.
그리고, 위에서는 제1온도 측정장치(60)로써 파이로메타를, 제2온도 측정장치(50)로써, 적외선 방사온도계를 사용한 것에 대하여 설명했지만, 본 말명은 이에 국한되는 것은 아니라 상술한 바와같이 본 발명은 소재 두께별, 소재 온도별, 도금부 착량별, 도금욕 온도별, 에지부 가열 및 중앙부 냉각유무등과 같은 외부조건 변화에 의해서 발생하는 폭방향의 온도편차에 관계없이 용액을 적시에 분사하는 것이 가능하기 때문에 폭 방향으로 스팡글이 균일하고 동시에 고광택의 미니 스팡글 용융아연 도금강판을 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있는 것이다.

Claims (1)

  1. 용융아연 도금강판의 미니 스팡글을 형성하는 장치에 있어서, 개별적으로 제어가능한 다수개의 노즐(41)이 길이 및 폭방향으로 일정한 간격을 갖고 형성되어 용액 및 공기를 분사하도록 구성되어 스팡글을 미세화하는 분사장치(40);상기 분사 장치(40)의 하부에 부착되어 도금강판의 폭 방향 온도분포를 측정하도록 구성되는 제1온도 측정장치(60);상기 분사장치(40)의 하부에 설치되어 용융아연 도금강판(1)이 상기 분사장치(40)에 도입되기 전에 도금강판의 폭 방향 및 길이 방향(일정 면적 부위)의 온도 분포를 측정하도록 구성되는 제2온도 측정장치(50);상기 분사장치(40)를 상·하로 이동시키도록 구성되는 구동장치(80);및 상기 제1온도 측정장치(60)에서 측정된 온도데이타를 받아 강판의 온도 중 최저 온도값(T1)을 선정하고, 이 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족하는지 여부를 판정하여 최저 온도값(T1)이 425±2℃의 온도범위를 만족할 때까지 상기 구동장치(80)를 구동시키고, 또한, 상기 제2온도 측정장치(50)에서 측정된 온도데이타를 받아 강판온도 중 최소 온도값(T2) 및 이 최소 온도값(T2)을 기준으로 하는 온도편차(ΔT)를 구하고, 이 최소 온도값(T2) 및 온도편차(ΔT)를 이용하여 작동노즐(42)을 연속적으로 선정하도록 구성되는 비교연산 제어장치(70)를 포함하는 폭 방향 스팡글 균일도 및 표면 광택도가 우수한 미니 스팡글 형성장치.
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