KR100340638B1

KR100340638B1 - 고품위아연도금강판의합금화열처리장치

Info

Publication number: KR100340638B1
Application number: KR1019970071438A
Authority: KR
Inventors: 이재영; 조뇌하; 심장섭; 천시열; 코우조우 와다; 에쯔로우 히라이; 카쭈야 쯔루사끼; 아사하라 유우지
Original assignee: 이구택; 주식회사 포스코; 마스다 노부유키; 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 1997-12-20
Filing date: 1997-12-20
Publication date: 2002-07-18
Also published as: KR19990051997A

Abstract

본 발명은 유도가열장치를 사용하고 있는 도금강판의 합금상의 형성에 필요한 적정한 가열온도을 공급하는 가열로의 강판 온도를 정확히 알 수 있는 수단을 갖춘 아연도금강판의 합금화 처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적달성을 위한 본 발명은 유도가열코일을 이용한 합금화 열처리장치에 있어서, 고주파가열장치의 임피던스에서 가열로내의 강판의 온도를 측정하고, 이 온도를 기초로 피드백에 의한 가열량을 제어하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

고품위 아연도금강판의 합금화 열처리장치{A heating apparatus for alloying galvanized strip}

본 발명은 고품위 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아연도금의 합금상 형성을 위한 유도가열의 가열량을 용이하게 제어할 수 있는 합금화 열처리장치에 관한 것이다.

연속식 용융아연도금강판의 합금화처리장치는 도2에 도시된 것처럼, 강판(1)에 아연도금을 실시하는 아연도금조(2)의 상부에 설치되어 있다. 즉, 아연도금조(2)의 상부에는 와이핑(wiping)장치(3), 가열로(4), 유지로(5) 및 냉각대(6)가 설치되어 있다. 상기 아연도금조(2)를 통과한 강판(1)은 와이핑장치(3)에서 소정의 도금 부착이 제어된 후, 가열로(4), 유지로(5), 및 냉각대(6)를 포함한 합금화열처리장치를 통과하는 과정에서 합금화가 이루어진다.

이같이 합금화처리가 실시되는 아연도금강판은 일반의 아연도금강판에 비하여, 용접성, 가공성, 도장성뿐만아니라 내식성이 우수하기 때문에 특별히 도금 밀착성과 프레스성형성을 동시에 모두 확보해야하기 때문에, 이상적인 아연합금상의 조성을 얻을 필요가 있다.

도금 밀착성은 가공시에 파우더링(powdering)이라고 불리는 도금 분말상의 박리를 방지하기 때문에 중요하며, 프레스성은 습동(摺動, sliding)저항이 작은 합금상을 얻음으로서 성형하중을 저감하기 위해서, 각각 중요한 품질 인자로 되고 있다. 즉, 합금화 처리후 강판표면은 도3에 표시한 것처럼, 습동저항이 큰 ζ상 및 파우더링성을 노화시키는 Γ상을 억제하고, δ₁상을 주체로 하는 도금강판을 구성해야 한다.

합금상의 구성은 가열, 유지 및 냉각 싸이클에 의해서 결정되며, 도4에 표시한 것 처럼, 각 단계별로 다음과 같이 적정 조건으로 설정함이 필요하다. 즉,

(1) 가열의 경우 ζ억제를 위해 급속가열을 행하고,

(2) ζ상 억제를 위해서 최저온도 T₁이상에서 유지 시간 t₁이상으로 유지하는 한편 Γ상 억제를 위해 최고온도 T₂이하에서 유지 시간 t₂이하로 각각 적정 유지온도와 시간관리가 필요하다. 또한,

(3) 냉각의 경우 ζ억제를 위해 급속냉각이 필요하다.

상기의 조건으로, 급속가열을 하게되면, 정도(精度)가 좋은 가열온도(=유지온도)을 얻는 수단으로서 유도가열이 적당한 것으로 알게 되었다. 이를 위해 각종의 합금화용 유도가열장치가 제안(일본 특허출원平3-58716호, 특허출원平3-35866호, 특허출원平4-124920호)되고 있다. 구체적으로, 아연도금강판의 합금상을 형성하는 가열 열처리 싸이클을 얻는 수단으로서, 유도가열방식의 가열로가 이용되고 있는데, 도5에 이러한 유도가열 전원의 회로 구성예를 나타내었다. 즉, 상기 유도가열 전원은 솔레노이드코일(solenoid coil)(7)의 가운데서 피가열재(8)를 통과시키고, 상기 솔레노이드코일(7)에 주파수가 수 KHz인 고주파전류를 흘려보내면, 피가열재(8)의 중심으로 흐르는 과전류에 의해 피가열재(8)이 가열된다. 이러한 유도가열에 있어서 피가열재(8)의 판폭 방향의 폐열량분포 및 온도분포는 피가열재의 재질판폭 및 유도가열주파수에 의해 변화한다. 유도가열 전원의 주파수는 가열코일과 콘덴서의 공진 주파수에 거의 동기되어 운전되고 있다. 따라서 가열코일에 흐르는 고주파전류의 주파수는 공진용 콘덴서의 용량과 상기 솔레노이드코일의 인덕턴스에 의해 결정된다. 상기 솔레노이드코일의 인덕턴스는 코일의 형상 및 권수에 의해 결정된다. 반면에 적정한 유지온도(T₁-T₂)와 유지시간(t₁-t₂)는 도금부착량에 따라 그리고 강판의 종류에 따라 변화한다. 정도가 좋은 가열량과 가열온도 및 유지온도를 얻기 위해서는 강판온도를 고정도로 측정하는 것이 필요하다.

한편, 종래의 합금화 열처리장치에서는 적정한 온도조건을 얻기 위해서 도2에 표시한 것처럼 가열로(4)와 유지로(5)의 사이에 온도계(9)를 설치하여 가열로을 통과시킨 강판의 온도를 측정한다. 그리고, 측정한 강판의 온도에 따라 적정온도가 얻어지도록 가열량을 조정한다. 또한, 도2에 도시된 냉각대(6)의 출측의 강판의 합금상을 합금화도(10)을 이용하여 측정하고, 이 결과에 의해 적정한 합금상을 얻도록 가열량을 조정한다. 구체적으로 강판온도를 측정하는 수단으로서, 종래의 합금화 열처리장치에서는 도2의 온도계에 방사온도계 등을 사용했다.

그러나, 합금화로의 출측에서 강판표면이 백색-은색으로 되는 때에는 방사 온도계에 의해 정확한 온도의 측정이 가능하지만 강판표면이 흑색으로 되는 때에는 방사 온도계에 의해 정확한 온도의 측정이 불가하다. 이 때문에 정도가 좋은 가열온도를 얻는 것이 곤란하게 되고, 적정한 합금상의 형성이 곤란하게 되는 문제가 생기게 되었다. 더욱이, 아연도금강판의 합금화 상태는 냉각후 합금화도계(10)으로 측정되지만, 가열로(4)로 부터 떨어져 있기 때문에 피드백(feed back)제어를 한데도 늦어지고, 이에 따라 부적절한 가열온도에서 아연도금강판이 제조될 가능성이 있다. 이에 따라 본 발명은 아연도금강판의 합금화 열처리장치에서는 가열로(4)의 온도측정과 그 측정온도를 기본으로 가열량을 제어하는 것이 필요하다.

따라서, 본 발명은 상기의 종래 기술에 비추어보면, 유도가열장치를 사용한 아연도금강판의 합금상의 형성시 가열로의 강판온도를 정확히 알 수 있음은 물론 적정한 합금화상의 형성에 필요한 적정한 가열온도로 제어할 수 있는 아연도금강판의 합금화 열처리장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

도1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 장치의 구성도

도2는 일반적인 연속식 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 관한 개략 구성도

도3은 이상적인 합금화 아연도금강판의 표면구조를 설명하기 위한 모식도

도4는 아연도금강판의 적정 합금화 열처리 조건을 표시한 특성도

도5는 종래기술에 관한 유도가열장치를 표시하는 회로구성도

도6은 도5의 등가회로도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1.....강판 2.....아연도금조

3.....와이핑(wiping)장치 4.....가열로

5.....유지로 6.....냉각대

7.....솔레노이드코일(solenoid coil) 8.....피가열재

9.....온도계 10.....합금화도계

11...고주파전원 12...임피던스측정계

13...임피던스제어계

상기 목적을 달성하는 본 발명은 유도가열코일을 사용한 합금화 열처리장치에 있어서,

가열장치의 임피턴스로부터 가열장치내의 피가열재의 온도를 측정하는 임피던스측정계; 상기 측정된 온도를 이용하여 고주파 전원공급계의 임피던스를 피드백제어하는 임피던스 제어계; 및 상기 임피던스 제어계의 임피던스값에 의해 가열량을 조절하여 고주파 전류를 공급하는 고주파 전원공급계; 를 포함하여 구성되는 합금화 열처리장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 도금조로부터 인입된 강판의 도금량을 조절하는 와이핑장치; 상기 와이핑장치에 의해 도금량이 조절되어 통과되는 강판을 가열하는 가열로; 상기 가열로에 의해 가열된 강판을 일정온도로 균열처리하는 유지로; 및 균열처리된 강판을 냉각시키는 냉각대; 를 포함하는 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 있어서,

상기 가열로내에 발생되는 임피던스로부터 내부에 통과되는 강판의 온도를 측정하는 임피던스측정계; 상기 임피던스 측정계에 의해 측정된 강판의 온도와 목표 온도를 비교하여 임피던스값을 제어하는 임피던스 제어계; 상기 임피던스 제어계의 제어된 임피던스값에 의해 가열로에 고주파 전류를 보내는 고주파 전원을 포함하여 구성되는 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명한다.

본 발명에 의하면 고주파 전원에서 본 부하측의 임피던스을 측정하여 피가열재의 저항율을 계산하여, 그 물성치를 기본으로 정확한 피가열재의 온도의 검지가 가능하고, 정확한 온도를 얻을 수 있는 가열온도의 제어가 가능하다.

종래의 아연합금화 열처리장치는 도2에 표시한 것처럼, 온도계(9)로서 방사 온도계 등을 이용하기 때문에 방사온도계의 특성에서 부터, 측정대상으로 되는 표면색이 흑색에서는 적정한 온도를 측정하는 것이 어렵고, 이에 따라 합금화에 필요한 적당한 가열온도에 설정하는 것이 곤란하다. 이것에 대해서 본 발명의 열처리장치는 도1에 도시된 바와 같이, 고주파전원(11)에서 본 과부하측의 임피던스를 측정하여, 그 임피던스값으로부터 강판온도를 계산하고, 가열량을 조정하는 제어방식이다. 이때 가열로(4)에서 유도가열의 장치구성은 도5의 형태로 되어진다. 이 장치의 등가회로는 도6에 표시한 것과 같다. 도6의 출력전원에서 과부하인피턴스는 수학식1과 같다.

여기서, 저항 R은 코일의 저항성분(Rc)와 피가열재의 저항성분(Rw)로 나누는 것이 가능하여 수학식2로 나타내진다,

R~=~R SUB { c~ } +~R SUB { w } ~~~~~~~~

코일의 저항성분(Rc)와 저항성분(Rw)는 주파수(f), 투자율(μ), 저항율(ρ), 상대투자율(P, relative magnetic permeability), 코일권수(N), 판두께(t_w), 후판의 단면적(A_w)에 의해 수학식3 및 수학식4로 나타낼 수 있다.

여기서 각주파수ω에 대해 δ_w및 Q(열량, heat amount)는 각각 수학식5, 수학식6으로 표현할 수 있다.

비례정수k를 이용한 수학식4는 수학식7로 나타낼 수 있다.

저항률 ρ는 온도의 계수이다. 유도가열에서 피가열재의 온도가 상승하는 경우 피가열재의 저항은 수학식7과 같이 변한다.

따라서, 수학식1에서 표현되는 임피턴스는 피가열재의 온도(T)의 계수로서 비례정수(k₂)를 이용한 수학식8로 나타낼 수 있다.

Z~=~k SUB { 2 } F(T)

여기서, F는 주파수(frequency)

수학식8에서 고주파전원(11)으로부터 부하측의 임피던스를 측정하는 것으로서, 가열로내의 강판온도를 알 수 있다. 수학식8에서 얻은 강판온도에 따라 가열로의 전력제어를 행하면 합금화에 매우 적당한 가열온도를 얻을 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시예를 도1에 표시하여 설명한다. 본 실시예는 연속 용융아연도금강판에 적용하면 보다 바람직하다. 즉, 아연도금조(2)의 상단에 와이핑장치(3), 가열로(4), 유지로(5) 및 냉각대(6)가 밑에서부터 차례로 배열되어 있고, 아연도금조(2)를 통과하는 강판(1)은 표면에 아연을 부착시켜, 와이핑장치(3)에 의해 소정의 도금부착량이 제어된 후, 가열로(4), 유지로(5) 및 냉각대(6)를 포함한 합금화 열처리장치를 통과하는 과정에서 도금상의 합금화가 진행된다.

여기서, 가열로(4)로서는 급속가열 또는 정도가 좋은 가열온도를 얻기 위해서, 예를들면 도5에 표시한 유도가열식의 가열로가 사용될 수 있다. 더구나, 본 실시예에서는 유도가열로(4)에 고주파전원(11)과 임피던스측정계(12)가 접촉되어 있다. 고주파전원(11)은 유도가열로(4)에 전력을 공급하고, 과전류에 의해 피가열재인 강판(1)을 가열하는 것이다. 이러한 일련의 제어과정은 임피던스제어계(13)에서 행해진다. 상기 임피던스측정계(12)는 고주파전원(11)에서 보여진 부하측의 임피던스를 측정하는 장치로 이와 같이 측정된 임피던스와 피가열재인 강판(1)의 온도와의 관계식(8)에 나타내어졌다. 상기 임피던스제어계(13)은 측정된 임피던스를 기초로 하여, 상기식(8)에 따라 강판(1)의 온도를 구하고, 이 온도가 함금화에 필요한 적정한 가열온도로 되기 위해서 고주파전원(11)을 제어한다. 본 실시예에서 고주파 가열로의 임피던스로부터 가열로내의 강판온도를 측정하여 피드백(feed back) 제어를 함으로써 강판(1)의 색채에 의존하지 않고 정확한 온도측정이 가능하고, 이것을 기본으로 가열온도를 설정하여 적정한 합금상 형성이 가능하다. 물론 본 실시예는 연속식 용융아연도금강판의 합금화 열처리장치에 적용한 것이기 때문에 본 발명은 이것으로 한정하지 않는다. 예를 들어서, 유도가열코일을 사용한 가열장치에 있어서, 고주파 가열장치의 임피던스로부터 피가열물의 온도를 측정하는 것이 가능하고, 넓게 일반적으로 적용할 수 있다.

이상, 실시형태를 기본으로 상세히 설명한 것처럼, 본 발명의 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 따르면, 유도가열로내의 강판온도를 정도가 좋게 측정이 가능하여 품질이 우수한 아연강판을 제조할 수 있으며, 또한 이러한 본 발명의 장치는 고주파가열장치의 임피던스로부터 피가열물의 온도를 측정하여 피가열물의 온도를 정도가 좋게 제어하는 일반적인 유도가열장치에도 폭 넓게 적용할 수 있다.

Claims

유도가열코일을 사용한 합금화 열처리장치에 있어서,

가열로의 임피턴스로부터 가열로내의 강판온도를 측정하는 임피던스측정계; 상기 측정된 온도를 이용하여 고주파전원의 임피던스를 피드백 제어하는 임피던스 제어계; 및 상기 임피던스 제어계에 의해 가열량을 조절하는 고주파 전원을 포함함을 특징으로 하는 아연도금강판의 합금화 열처리장치
도금조로부터 인입된 강판의 도금량을 조절하는 와이핑장치(3); 상기 와이핑장치(3)에 의해 도금량이 조절되어 통과되는 강판을 가열하는 가열로(4); 상기 가열로(4)에 의해 가열된 강판을 일정온도로 균열처리하는 유지로(5); 및 균열처리된 강판을 냉각시키는 냉각대(6); 를 포함하는 아연도금강판의 합금화 열처리장치에 있어서,

상기 가열로(4)내에 발생되는 임피던스로부터 내부에 통과되는 강판의 온도를 측정하는 임피던스측정계(12); 상기 임피던스 측정계(12)에 의해 측정된 강판의 온도와 목표 온도를 비교하여 임피던스값을 제어하는 임피던스 제어계(13); 상기 임피던스 제어계(13)의 제어된 임피던스값에 의해 가열로(4)에 고주파 전류를 보내는 고주파 전원(11)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 아연도금강판의 합금화 열처리장치
제2항에 있어서, 상기 가열로는 유도코일을 사용한 가열장치임을 특징으로 하는 합금화 열처리장치