KR100215387B1 - 이동하는금속스트립의연속코팅방법및장치 - Google Patents
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Abstract
금속 스트립(4)이 100 내지 210℃의 예열 온도로 상승되도록 예열로(5)를 통과한 후, 페인트 조성물의 스트립위에 배치되도록 10 내지 100Kpascals의 접촉 압력으로 스트립(4)에 대하여 본질적으로 용매가 없는 페인트 조성물의 고체 블럭에 압력을 가하는 코팅 애플리케이터(6)를 통과하고, 그 후에 액체층(13)을 다듬질하고 펼치며 두께를 보정하는 롤형의 다듬질 장치(18)를 통과하고, 다시 층을 열경화시키는 경화로(8) 및 최후로 담금질바스(9)를 통과하여 연속적으로 코팅된다.
Description
제 1 도는 본 발명에 의한 연속 스트립코팅 제조라인의 개략적인 측면도이다.
제 2 도는 제 1 도의 공급 및 다듬질 장비의 개략적인 확대도이다.
제 3 도는 제 2 도와 유사한 또다른 다듬질 장비의 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
4. (금속) 스트립 5. 예열로
6. 애플리케이터 7. 다듬질
8. 경화로 9. 담금질바스
10. 가이드 11. (페인트 조성물)블럭
12. 스러스터(thrustor) 13. 액체층
15, 20. 보정롤 16. 와이어
[발명의 분야]
본 발명은 유기적인 중합물질로 형성된 장식적이고 그리고/또는 보호적인 필름(막)코팅을 가진 이동하는 기판상의 금속 스트립의 대규모적이며 연속적인 코팅에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 빌딩 클래드판(cladding sheets), 캐비넷, 차체 및 다른 많은 판형 금속 제품이 생산에 출발물질로 사용되는 예비 페인팅된 금속 스트립의 압연 다듬질 금속 생산에 적용할 수 있는 것이다.
대부분의 이러한 생산공정에서, 코팅은 중합물질, 색소 및 불활성 초벌 페인트 성분이 용매에 포함된 액체상 페인트가 사용된다. 페인트 성분은 용매가 자연적으로나 또는 가열에 의하여 증발함에 따라서 스트립상에 필름(막)형태로서 남겨진다. 필름을 형성하는 중합물질이 열가소성이 물질이면 용매가 제거됨에 따라서 실제적으로 공정이 완료된다. 중합물질이 열경화성의 물질이면 필름을 경화시키기 위하여 교차 결합의 효과를 얻기 위한 추가적인 가열과정이 필요하다.
대규모의 공장에서는 부수적으로 발생되는 환경에 유해한 대량의 용매를 저장, 취급하고 특히 회수하는데에는 많은 주의를 요하며 만족스러운 작업환경을 위해서는 값비싼 장비가 요구된다.
다른 방법으로서 소위 건조 분말(dry-powder)코팅 공정을 사용하는 방법이 알려져 있다. 간단히 말하면, 이 공정은 정전기적으로 하전된 페인트 조성물의 건조입자를 반대 전하로 하전된 코팅될 물건에 스프레이하는 과정과, 그 후에 필름을 형성하기 위하여 그리고 필요하며 필름을 가열경화시키기 위하여 분말층을 가열하는 과정을 포함한다. 이 공정에는 용매가 불필요하지만, 분말을 사용하면 스트립의 속도에 영향을 주는등 여러가지 제약때문에 연속적인 스트립코팅에는 적당하지 않다. 또한 분말코팅은 바람직한 스트립 금속의 두께보다 본질적으로 두껍다.
그러므로, 본 발명의 목적은 고속의 연속적인 코팅의 사용에 적합하며, 용매를 회수할 필요없는 코팅방법을 제공하는데 있다.
액체상 코팅조성물을 사용하는 종래 방식의 또다른 단점은 폐기물의 발생과 더욱 중요한 것은 하나의 코팅에서 다른 색을 가지거나 다르게 코팅되는 생산품에 적합하게 다른 코팅으로 교환하는데 관련되는 시간의 지연문제이다. 이러한 개조에 있어서 코팅물질과 접촉되는 파이프, 펌프, 애플리케이터(applicator) 및 다른 모든 장비들을 종전에 사용하던 것에 의하여 새로운 코팅이 오염되는 것을 방지하기 위해서 말리고 청소하여야할 필요가 있다. 따라서 생산 가동시간이 길어지므로 소량 주문시에는 탄력성있게 대처할 수 없으며 결과적으로 완제품의 재고가 많아진다.
접수된 각각의 주문에 따라서 생산계획을 세우는 것이 바람직하지만, 본 발명의 다른 목적은 이상적인 상태에 도달하도록 개조시간이 충분히 적은 연속적인 스트립 코팅 방법을 제공하는데 있다.
[발명의 요약]
상기한 바와같이 본 발명의 목적은 본질적으로 용매가 필요없는 코팅 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은 연속적이고 고속의 스트립 코팅 밀(mill)에서 사용하는 것이 적합하며, 하나의 코팅으로부터 원하는 다른 코팅으로의 개조시간을 단축시킨다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 이동하는 스트립에 대하여 본질적으로 용매가 없으며 중합체에 기초한 페인트 조성물인 매우 고른 내용물의 고체 블럭을 프레스하여 스트립에 액체상의 페인트 조성물층을 제공하며 이러한 공정중에 스트립은 스트립에 인접한 블럭의 표면층을 연화시키며, 그 위에 있는 액상층을 제거할 수 있을 정도로 뜨겁다.
실험에 의하여, 열가소성 중합체에 기초한 페인트 조성물은, 실온에서 비점착성(non-tacky)고체이면, 실제로 사용되는 스트립의 사용온도에서 저점착성 액체로 환원되는 시간이 오래 소요되므로 부적합하다는 사실이 발견되었다. 이에 반하여, 비교적 낮은 유리 전이(glass transition)온도를 갖는 열경화성 중합체에 기초한 조성물은, 교차 결합에 의하여 본질적으로 점성이 증가되기 전에 형성된 액체층을 평탄하게 하면(매끄럽게 하면), 만족할만하게 실행된다.
그러므로 본 발명은 본질적으로 용매가 없으며, 열경화성 중합체에 기초한 페인트 조성물의 중합체의 유리 전이 온도보다 높은 온도로 스트립을 예열(pre-heating)하는 단계와, 스트립위의 블럭으로부터 페인트 조성물의 액체층을 제거하도록 블럭과 스트립사이에 충분한 압력이 가해지는 동안에 예열된 스트립에 대하여 페인트 조성물의 고체 블럭을 유지하는 단계, 상기 층을 평탄하게 하는 단계 및 그후에 스트립위에 열경화성 점착성 코팅을 생성하기 위하여 경화시키기 위한 온도로 평탄화된 층을 재가열하는 단계를 포함하는 이동하는 금속스트립에 연속적으로 코팅하는 방법이다.
본 발명은 또한 예정된 수송선을 따라서 상기 스트립을 운반하는 수단을 포함하는 본 발명의 방법을 달성하기 위한 장치, 상기 수송선을 따라서 운반되는 연속되는 상기 스트립을 처리하는 것으로서, 스트립을 예정된 가열 온도로 예열하기 위한 예열로, 페인트 조성물의 고체 블럭을 유지하고 예열된 스트립과 블럭을 접촉시키기 위한 코팅 애플리케이터(이것에 의하여 페인트 조성물의 액체층은 스트립에 공급된다), 스트립위의 한면을 본질적으로 평탄하게 하는 다듬질 수단, 그리고 상기의 평탄화된 층을 스트립위에서 점착성 코팅으로 만들기 위하여 경화 온도로 재가열하는 경화로를 포함하는 또 다른 장치로 구성된다.
예를들어, 블럭과 스트립사이의 압력은 완료된 페인트의 코팅에 대하여 액체층이 본질적으로 일정한 두께가 되도록 하는 임계값(critical value)으로 유지된다. 다른 예에서는 형성된 액체층이 요구되는 것보다 어느 정도 두꺼우면 액체층을 요구하는 두께로 보정하는 대신에 다듬질 하는 것이 효과적이다.
[바람직한 구체예의 설명]
제 1 도 및 2 도에 도시된 바와 같은 본 발명의 구체예에 따라서 연속적으로 코팅될 금속 스트립(4)은 예열로(5), 코팅 애플리케이터(6), 다듬질 장치(7), 경화로(8) 및 담금질바스(9)를 순차적으로 통과한다.
예시된 장치는 연속되는 전기도금라인의 집약된 최종부분이 될 수 있다. 그러나 대개는 감겨진 스트립이 장치된 언-코일러(un-coiler)(도시되지 않음)로부터 공급된다. 담금질바스(bath)(9)를 통과한 코팅된 스트립은 종래의 리-코일러(re-coiler)에 의하여 회수되며, 그리고 라인은 스트립의 장력을 유지하기 위한 수단이나 어큐물레이터등과 같은 종래의 부속물이 적당할 것이다.
공급되는 스트립(4)은 최종적으로 코팅하기에 적합하도록 예열된다. 즉 스트립은 평평하게 되고, 깨끗하게 닦여지며, 그리고 초벌칠이 가해진다. 모든 이러한 동작은 종래에 수단에 의하여 달성된다. 특히, 일반적인 용매에 기초한 초벌용 조성물을 사용하여 스트립을 초벌칠 할 수 있다. 여기에서 액체 초벌 코팅을 가진 스트립은 용매를 제거하고 초벌 코팅을 경화시키기 위하여 종래의 경화로를 통과한다. 초벌 코팅은 매우 얇아서 3 내지 20μ(마이크론)의 범위에 있으며, 약 5μ이 바람직하다. 따라서 여기에 사용되는 용매는 매우 적은 양이다. 대신으로서, 초벌코팅은 그 자체를 본 발명에 의한 방법 또는 장치를 사용하여 할 수 있다.
초벌 코팅된 스트립은 적어도 페인트 조성물의 고체 블럭을 녹이는데 요구되는 온도에 근접한 온도에서 일차 경화로부터 나온다. 사실상, 스트립은 일차스테이션에서 최종 코팅스테이션까지 직접적으로 진행하도록 설치되며 일차로는 스트립의 적당한 온도에서 경화로를 떠날 수 있도록 제어된다. 그러나 대개는 초벌 코팅된 스트립은 바람직하게는 130℃ 내지 210℃의 범위내의 온도를 유지하기 위하여 제공된 예열로(5)를 통과하며, 그 후에 코팅 애플리케이터(6)로 이송된다.
코팅 애플리케이터(6)는 페인트 조성물 블럭(11)의 위치를 정하는 슈트 또는 가이드(10) 및 블럭(11)을 스트립(4)과 접촉하도록 가이드(10)를 통과시키는 기압식이나 다른 방식의 스러스터(thrustor)(12)를 포함한다.
블럭(11)과 접촉하고 있는 스트립(4)은 블럭내의 중합체 물질의 유리 전이 온도보다 뜨거우므로, 따라서 블럭의 하부층은 연속적으로 용해되며, 비교적 비-균등한 액체층(13)으로서 스트립에 의하여 제거된다. 용해 비율은 스트립이 이동하는 방향에서 블럭과 스트립의 접촉 길이, 코팅 조성물, 스트립 온도 및 스트립 이동속도등을 포함하는 여러가지 요인에 의하여 제어된다. 실험에 의하여 상기한 모든 요인등이 일정하면, 이것은 이러한 요인에 의하여 설정된 절대적인 제한 범위내의 정상적인 작동 상태하에서 일정하며(예를들면, 스트립 온도가 유리 전이 온도 이하이면 용융되지 않는다. 또는 스트립 이동속도가 과도하거나 접촉 거리가 매우 짧으면 거의 용융되지 않으며 그리고 액체 코팅은 필연적으로 매우 얇게 되거나 누덕 누덕 기운것처럼 될 것이다).
액체층(13)의 두께는 블럭과 스트립 사이의 압력에 달려 있다. 이러한 범위내에서, 압력이 증가하면 액체층(13)의 두께도 증가하며, 그리고 입력이 감소하면 액체층(13)의 두께로 감소한다는 사실이 발견되었다.
주어진 조건하에서 시행착오법에 의하여 적당한 압력값을 결정할 수 있다. 구체예에서와 같이 스러스터(12) 내부의 작동 공기압은 일정하게 유지되거나 또는 블럭(11)의 소모됨에 따라서 점차적으로 증가하여 블럭의 중량손실을 보상하고 블럭과 스트립 사이의 압력이 실질적으로 일정하도록 유지한다.
예를들어, 100℃ 내지 210℃ 범위내의 스트립온도, 20 내지 200m/m(meter/min) 범위내의 스트립이동속도, -10 내지 40℃범위내의 유리 전이 온도를 갖는 중합체 수지에 기초한 페인트 조성물 및 30 내지 300mm 범위내의 접촉 길이에 대하여서 페인트 블럭과 스트립 사이의 적당한 압력 범위(원하는 페인트 두께에 의존)는 10 내지 100킬로파스칼(kpascals)이다.
블럭(11)은 높은 순도를 가진 열경화성 중합체에 기초한 페인트 조성물일 수 있으며, 여기에서 중합체는 스트립을 예열하기 위한 작동온도보다 다소 낮은 유리 전이 온도를 갖는다. 적당한 중합체는 폴리에스터, 실리콘 변성 폴리에스터, 에폭시, 아크릴, 멜라민-포름알데히드 및 우레탄 수지 그리고 이것들의 혼합물등을 포함한다.
따라서, 스트립(4)위에 형성된 페인트 조성물의 액체층(13)은 그후에 다듬질 장치(7)에 의하여 평탄해지고 일정 두께로 고정된다. 다듬질 장치(7)는 스트립(4)을 지지하는 금속 지지롤(14), 탄력성있는 보정롤(15) 및 이탈 방지를 위하여 각 스트립(4)의 모서리에 하나씩 배치된 와이어(16)를 포함한다. 롤(14)의 회전함에 따라서 그것의 표면 속도는 본질적으로 스트립(4)의 표면속도와 동일하며, 스트립과 접촉되는 부분은 스트립과 동일 방향으로 이동한다. 보정롤(15)의 표면 속도가 스트립의 표면속도의 약 10~20% 범위인 것 이외에는 보정롤(15)도, 롤(14)과 동일하며 롤 사이의 압력이 낮게 유지되면 여분의 코팅(13)이 17에서 생겨난다.
보정롤(15)은 러버 코팅롤이 될 수 있다. 일례로 이것은 금속코어에 열방지 실리콘이나 또는 다른 러버를 씌운 약 20mm 두께의 표면층을 포함한다. 이 러버는 45 내지 65, 정확히하면 45의 소어 경도(Shore Hardness)A를 갖는다.
따라서 다듬질 장치(7)는 전진 이동하며 하나의 롤을 가진, 다듬질 부재라고할 수 있다.
블럭(11)은 스트립(4)보다 폭이 약간 작은 것이 바람직하며, 따라서 스트립의 협소한 모서리의 마진은 스트립이 롤(14, 15)의 닙(nip)에 들어감에 따라서 층(13)을 자유롭게 통과할 수 있다. 그후에 이 롤들은 스트립의 전장(全長)에 걸쳐 액체층을 펼친다. 그리고 동시에 그것의 평균 두께를 경미하게 감소한다. 이렇게 감소함에 따라서 롤은 원하는 다듬질된 코팅을 생산하고, 그리고 펼치는 작용에 의하여 스트립의 단위 길이당 스트립위에 있는 액체의 체적은 두께의 감소에도 불구하고 롤 사이를 통과한 전후에 있어서 본질적으로 동일하다. 이것은 용융 비율을 조정가능하게 하여서 롤(14, 15)의 닙의 전두에서 발생하는 여분의 코팅 물질의 과도한 파편이나 제조되는 코팅의 두께가 모자라지 않고 전체 길이에 걸쳐 이 과정이 연속적으로 진행된다.
다듬질 장치(7)를 스트립이 통과하면서 스트립위에 예정된 두께의 다듬질 코팅이 된다.
블럭(11)에서 본질적으로 용매가 사용되지 않지만 페인트를 가열함에 따라서 소량의 휘발성 물질이 생길 수 있으며, 따라서 제 1도에 도시된 것과 같은 연기 제거수단인 후드(18)를 장치(7)에 설치할 수 있다.
다듬질 장치(7)로부터 나온 코팅된 스트립은 경화로(8)를 통과한다. 여기에서 코팅은 220 내지 270℃의 온도로 가열되어 경화된다.
경화된 코팅 및 스트립은 바스(9)를 통과하며 담금질되거나 또는 되감기 위하여 실온으로 냉각된 후 공정이 완료된다.
제 3도는 다른 다듬질 장치를 도시한 것이다. 이것은 금속지지롤(18),탄성 애플리케이터(19) 및 금속 보정롤(20)을 포함한다.
모든 롤은 제 3 도에 도시된 화살표 방향으로 회전한다.
그리고 롤(18, 19)사이의 압력은 상대적으로 높다. 이 장치는 다음과 같이 동작한다. (제 2도의 코팅(13)에 상응하는)코팅(21)은 이미 설명된 바와같은 새로운 블럭 용융(melt-off)형 애플리케이터에 의하여 스트립위에 배치된다. 이 코팅은 용이하게 롤(18, 19)의 닙 사이를 통과할 수 없다. 그리고 본질적으로 롤(19)에 의하여 픽-업된다. 롤(19)에 픽-업된 코팅은 그후에 롤(19, 20)의 닙을 통과함에 따라서 보정롤(20)에 의하여 두께가 조정되고 다듬질된다. 다듬질된 코팅은 그후에 롤(19)에 의하여 이동된다. 그리고 대부분 롤 애플리케이터에 의한 종래의 액체 코팅과 같은 방법으로 스트립에 적용된다. 애플리케이터 롤(19)의 표면속도는 스트립이동속도의 70 내지 130%이며, 보정롤(20)의 표면속도는 애플리케이터 롤(19)의 속도의 10 내지 20% 범위가 바람직하다.
따라서 제 3 도의 장치는 역동작, 이중롤 다듬질 장치라고 할 수 있다.
본 발명에 의한 코팅 과정에서 사용가능한 순동작, 단일롤 또는 역동작, 이중롤 다듬질 장치의 다른 구체예에서는, 단일 지지롤(14, 18)은 약간 상향 및 하향의 롤(15 또는 19)의 경우와 같이 각각 위치한 두 개의 격리된 지지롤에 위하여 대체될 수 있다. 이렇게 하여 스트립과 롤(15 또는 19) 사이에 탄성이 생기며, 애플리케이터의 용융 비율에서의 변화에 대한 장치의 민감성을 줄인다.
또다른 구체예에서, 약간 낮은 정도의 표면 처리정도가 허용되면 상기의 롤형, 다듬질 장치는 하나 또는 두개의 지지롤 및 단순하며 고정된 보정날(blade)로 대체될 수 있다.
Claims (20)
- 본질적으로 용매가 없는 열경화성 중합체에 기초한 페인트 조서물의 중합체의 유리전이온도 이상의 예열온도로 스트립을 가열하고, 스트립 블럭으로부터 페인트 조성물의 액체층을 제거하도록 블럭과 스트립 사이에 충분한 압력이 가해지는 동안에 예열된 스트립에 대하여 상기 페인트 조성물의 고체블럭을 유지하고, 상기 층을 다듬질하고, 그리고 스트립 위에 열경화성 점착 코팅을 생성하기 위하여 상기 다듬질된 층을 경화 온도로 재가열하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 중합체가 폴리에스터, 실리콘변성폴리에스터, 에폭시, 아크릴, 멜라민-포름알데히드 또는 우레탄 수지 중의 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 블럭의 폭이 스트립의 폭보다 좁으며 따라서 블럭으로부터 제거되는 액체층의 폭도 마찬가지로 스트립의 폭보다 적으며, 그리고 상기 층을 다듬질하는 단계가 스트립의 전장(全長)에 걸쳐 이것을 펼치는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층을 다듬질하는 단계가 순동작, 단일 롤 다듬질 장치에 의한 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 층을 다듬질하는 단계가 역동작, 이중 롤 다듬질 장치에 의한 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스트립 및 상기 열경화성 코팅을 담금질하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 예열온도가 100℃ 내지 210℃ 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 스트립이 20 내지 200m/m의 범위내의 속도로 이동하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 유리전이온도가 -10℃ 내지 40℃의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 스트립이 이동하는 방향에서 블럭과 스트립의 접촉 길이가 30 내지 300mm의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 스트립과 블럭 사이의 압력이 10 내지 100킬로파스칼(kilopascals) 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 경화온도가 220℃ 내지 270℃의 범위내에 있는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅방법.
- 상기 스트립을 예정된 이송라인을 따라서 이송하는 수단을 포함하는 상기 제 1 항에 따른 방법을 달성하는 장치, 본질적으로 상기 이송라인을 따라 이동되는 상기 스트립을 처리하는 것으로서 미리 지정된 예열온도로 스트립을 예열하기 위한 예열로, 페인트 조성물의 고체 블럭을 붙잡고 블럭을 예열된 스트립과 접촉시키는 코팅 애플리케이터(이것에 의하여 페인트 조성물의 액체층이 스트립에 공급된다), 상기 액체층을 스트립의 일면 위로 본질적으로 균질하게 펼치는 다듬질 수단, 그리고 상기의 균질하게 펼쳐진 층을 경화온도로 재가열하여 스트립 위에 점착성 코팅을 생성하는 경화로를 포함하는 또 다른 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 코팅 애플리케이터가 상기 블럭과 스트립 사이의 접촉 압력을 본질적으로 일정하게 유지하기 위한 스러스트 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 층을 다듬질 수단이 순동작, 단일 롤 다듬질 장치에 의한 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 다듬질 장치의 단일롤의 표면 이동 속도가 스트립 이동 속도의 10 내지 20% 범위내인 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서, 상기 다듬질 수단이 역동작, 이중롤 다듬질 장치인 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 17 항에 있어서, 다듬질 장치의 애플리케이터롤의 표면이동속도가 스트립 이동속도의 70 내지 130% 범위내이며, 보정롤의 표면이동속도가 애플리케이터롤의 이동속도의 10 내지 205 범위내인 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 15 항에 있어서, 상기 다듬질 장치가 스트립 지지용의 두 개의 격리된 지지롤을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동하는 금속 스트립의 연속 코팅장치.
- 제 1 항에 따른 방법에 의하여 제조된 코팅된 금속 스트립.
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