KR100372730B1 - 편면아연도금강판제조방법및제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 일면에만 도금층이 형성된 편면아연도금강판 제조장치에 관한 것으로서, 도금조 내부 일측에는 제 1 고전압 발생기 및 제 2 고전압 발생기에 각각 연결된 제 1 대전전극 및 제 2 대전전극이 이송되는 강판의 일면에 대응하도록 위치하고, 제 1 대전전극 및 제 2 대전전극 사이에는 강판의 일면을 향하여 아연 분말을 분사하는 분사 노즐이 설치되고, 도금조 내부의 다른 일면에는 강판의 양 엣지부와 대응되는 접지된 아연 분말 제거판이 설치되며, 제 2 대전전극과 강판 사이에는 어느 한 극성의 전기장이 형성되고, 제 1 대전전극에는 이와 동일한 극성의 전압이 인가된다. 이러한 장치를 이용한 편면도금강판 제조방법은 도금조 내를 통과하는 강판의 일면과 제 2 대전전극 사이에 어느 한 극성의 전기장을 형성하는 단계와, 강판의 일면에 아연분말을 분사하는 단계와, 강판의 일면에 대응하는 상태로 설치된 제 1 대전전극을 제 2 대전전극과 강판 사이에 형성된 전기장과 동일한 극성의 전압으로 대전시키는 단계와, 도금이 완료된 강판을 재가열하는 단계로 이루어진다.

Description

편면 아연도금 강판 제조방법 및 제조장치

본 발명은 편면 아연도금강판 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 특히 스트립형태의 강판 일면에는 도금층을 형성하고 다른 일면은 도금되지 않은 철 표면을 갖는 편면 아연도금강판의 제조방법 그 제조장치에 관한 것이다.

최근에, 자동차 및 가전제품의 고급화 및 고내식화의 요구에 따라 강판에 대한 수요가의 요구는 더욱 엄격해지고 있으며, 특히 자동차 및 가전기기 메이커에서는 자동차 및 가전기기의 미려한 외관과 함께 제품에 녹이 발생하지 않는 방청성을 요구하고 있다.

한편, 자동차 수요가들이 요구하는 특성들로는 인산염처리성, 가공성, 도장후 표면외관, 용접성 및 치핑(chipping) 내성 등의 특성이 요구되고 있다. 특히, 외판용 강판의 앙면 중에서 외부로 노출된 외면의 경우는 도막 부풀음 현상을 의미하는 표면부식성이 억제되어야 하고, 내면에서는 구멍부식성이 억제되어야 한다.

이러한 요구 특성 중에서 강판의 내구멍 부식성은 아연도금층에 의해 향상될 수 있지만 나머지 특성들은 냉연강판이 도금강판에 비해 우수한 특성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서, 강판의 양면 중에 한면은 아연도금되고 다른 한면은 도금처리되지 않은 편면도금강판을 차체 및 가전기기의 외판으로 사용하고 철 표면이 외부로 향하게 하면 수요가가 요구하는 특성들을 모두 만족시킬 수 있다.

전기도금법 및 용융도금 방법에 의해 편면 아연 도금강판을 제조하는 기술이 공지되어 있다. 전기도금법으로는 카로젤(carosel) 공정이 있다. 이 공정에서, 강판이 원통형태의 콘덕터롤에 밀착되어 감겨진 상태로 콘덕터 롤이 회전하는 과정에서 도금이 이루어지므로 도금용액과 접촉한 면에만 도금이 이루어진다. 그러나 상술한 카로젤 공정에서는 도금과정 중에 비도금면에 도금용액의 중요한 구성원소인 염산이온이 흡착될 수밖에 없다. 따라서, 도금강판을 장기간 저장할 경우에는 이 염소 이온에 의해 상기 도금강판의 비도금면에 녹이 발생할 위험이 대단히 높게 된다.

용융 도금법에 의해 편면도금강판을 생산하는 방법으로는, 1) 도금 후에 한면을 전해법 혹은 기계적 연삭에 의해 제거하는 방법과, 2) 용융도금 전에 강판의 한면에 물 유리 등의 물질을 미리 도포한 후에 용융 도금욕에 강판을 침적하여 상기 도포면에 용융아연이 부착되는 것을 방지하는 방법과, 3) 강판의 한면만 용융도금 욕면에 접촉시키는 방법과, 4) 용융아연을 롤 코팅 등의 방법에 의해 한면에만 도포하는 방법 등이 제시되어 왔다.

이러한 방법들에 있어서, 1) 및 2)의 방법은 도금 후에 한면의 도금층을 제거하는 것이 매우 번거롭고, 이를 제거하는데 매우 큰 노력이 필요한 문제점이 있다. 또한, 상기 3) 및 4)의 방법에서는 한면만 도금층을 부착시키기 위해서 매우 큰 주의가 필요하며, 또한 도금부착량을 조절하는데 어려운 문제점이 있다.

이러한 이유로 인하여, 용융도금에 의해 편면도금을 생산하는 방법은 1970년대 말에서 80년대 중반까지 여러 가지 기술이 개발되었지만, 이러한 종래 기술은 도금강판 제조가 복잡하고 작업관리가 어려운 문제점이 있어 현재는 거의 수행되지 않고 있다.

본 발명은 편면도금강판을 제조하는 과정에서 발생하는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 강판의 표면상태가 양호하고 높은 도금효율을 얻을 수 있는 편면도금강판 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 편면 아연도금강판 제조장치의 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 또 다른 형태의 편면 아연도금강판 제조장치 구성도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

4 : 아연분말 제거판

5-1, 5-1 : 대전전극

7 : 분사노즐

8-1, 8-2, 13 : 고전압 발생기

12 : 강판

상술한 목적을 실현하기 위하여, 본 발명에 따르면 편면 도금강판 제조장치는 도금조 내부 일측에는 제1고전압 및 제2고전압 발생기에 연결된 제1대전전극 및제2대전전극 사이에서 강판의 일면을 향하여 아연분말을 분사하는 분사노즐이 설치되고, 상기 도금조 내부의 다른 일측면에는 상기 강판의 양엣지부에 대응되는 접지된 아연분말 제거판이 설치되어, 상기 제2대전전극과 강판 사이에는 어느 한 극성의 전기장이 형성되며, 상기 제1대전즌극은 상기 제2대전전극과 강판 사이에 형성된 전기장과 동일한 극성으로 대전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제2대전전극과 강판 사이에는 10㎸/m 내지 1000㎸/m 이하의 세기를 갖는 전기장이 형성되며, 제1대전전극에는 1㎸ 내지 50㎸의 전압이 대전되며, 아연분말 제거판은 제3고전압발생장치와 연결되고 제1대전전극과는 다른 극성을 갖는 100㎸ 이하의 전압으로 대전된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 편면 도금강판 제조방법은 도금조 내를 통과하는 강판의 일면과 제2대전전극 사이에 어느 한 극성의 전기장을 형성하는 단계와, 상기 강판의 일면에 아연분말을 분사하는 단계와, 상기 강판의 일면에 대응하는 상태로 설치된 제1대전전극을 상기 전기장의 극성과 동일한 극성의 전압으로 대전시키는 단계와, 도금이 완료된 강판을 재가열하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 편면 아연도금강판 제조장치의 구성도로서, 소둔로에서 인출된 강판(12)은 제1디플렉터 롤(11; deflector roll)에 의하여 방향이 전환된 상태로 도금조(2) 내부 및 재가열로(3) 내부를 순차적으로 통과하게 된다.

도금조(2)의 일측에는 제2고전압 발생기(8-2)에 연결된 제2대전전극(5-2)이이송되는 강판(12)의 일면(예를 들어, 강판의 전면)에 대응하도록 위치하며, 제2대전전극(5-2) 하부에는 아연 분말 분사 노즐(7)이 위치한다. 이 분사 노즐(7) 내부 또는 선단에는 제 1 고전압 발생기(8-1)에 연결된 제 1 대전전극(5-1)이 장착된다.

한편, 도금조(2)의 또다른 일측, 즉 대전전극(5-2) 및 분사노즐(7)과 마주보는 위치에는 아연 분말 제거판(4)이 설치되며, 이 아연 분말 제거판(4)은 강판(12)의 다른 일면(예를 들어, 강판의 후면)에 대응된다. 특히, 아연 분말 제거판(4)은 접지되어 있으며, 강판(12)의 양 엣지부와 대응되도록 설치된다.

도 1에 도시된 바와 같이 도금조(2) 내에서 강판(12)은 제 2 대전전극(5-2)과 아연 분말 제거판(4) 사이를 통과하게 된다. 이상과 같은 편면 아연도금강판 제조장치를 이용하여 편면 아연도금강판을 제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

무산화 분위기의 도금조(2) 내부를 강판(12)이 통과하는 과정에서 제2고전압 발생장치(8-2)에 연결된 제 2 대전전극(5-2)과 강판(12) 사이에는 10㎸/m 내지 1000㎸/m의 세기를 갖는 플러스(+) 혹은 마이너스(-)의 극성의 전기장이 형성된다. 또한 아연분말 저장조(10)에 담겨진 아연분말이 질소가스[아연분말 저장조와 연결된 질소가스 배관(9)을 통하여 공급됨]와 함께 아연분말 분사노즐(7)을 통해 강판(12)의 일면(전면)으로 분사된다.

한편, 제2대전 전극(5-2) 하부에 위치하는 제1대전전극(5-1; 상기 분사노즐의 내부 또는 상기 분사노즐 선단에 장착된 상태임)이 연결된 제1고전압 발생기(8-1)는 제2대전전극(5-2)에 인가되는 극성과 동일한 극성을 갖는 고전압을 발생시켜 제1대전전극(5-1)을 1㎸ 내지 50㎸의 전압으로 대전시킨다. 이후, 도금조(2)에서인출된 강판(12; 일면에 아연 분말이 부착된 상태임)은 재가열처리조(3)에서 420℃ 내지 600℃ 의 온도하에서 재가열된다.

도 2는 본 발명에 따른 또 다른 형태의 편면 아연도금강판 제조장치 구성도로서, 도 1과는 달리 아연분말 제거판(4)에 제 3 고전압 발생장치(13)를 연결하였으며, 제1대전전극(5-1)을 분사노즐(7) 하부에 설치하였다. 제3고전압 발생기(13)와 연결된 아연분말 제거판(4)은 제2대전전극(5-2)과 반대극성을 갖는 100㎸이하의 전압으로 대전된다.

이상과 같은 공정을 거치는 과정에서 강판에서 발생되는 현상을 설명하면 다음과 같다.

아연분말 분사노즐(7)을 통하여 분사된 아연 분말이 단순히 질소가스에 의해 강판(12) 표면까지 유동할 때 높은 부착효율로 강판(2) 표면에 균일하게 부착되기가 곤란하다. 특히, 강판(12)의 온도가 저온일 때는 물리적인 흡착력 이외의 다른 힘이 작용하지 않기 때문에 아연 분말의 부착효율은 더욱 낮아진다. 한편, 강판(12)의 온도가 아연의 용융온도보다 높을 때는 강판(12)과 충돌한 아연분말은 강판(12)이 갖고 있는 잠열에 의해 용융되고 강판과의 합금화 반응에 의해 도금층이 형성될 수 있지만 상기 아연분말은 단순히 가스와 함께 유동하므로 도금층이 불균일해질 위험이 상당히 크다.

그러나, 본 발명에서와 같이 아연분말을 정전대전시킬 경우에는 물리적인 흡착력 이외에도 전기적 인력이 작용하여 부착효율은 크게 향상된다. 이때, 아연분말의 부착효율은 전기장의 세기 및 아연 분말이 갖고 있는 전하량에 의해 결정된다.

따라서, 제2대전전극과 강판 사이의 전기장의 세기가 10㎸/cm 이하일 때는 전기장의 세기가 너무 작아 부착효율 및 균일성 향상효과가 충분하지 않으며, 1000㎸/cm 이상에서는 전기장이 너무 세게 되어 공간절연이 파괴되어 아크가 발생할 위험이 크게 된다.

이때, 제2대전전극(5-2)에 인가된 전기의 극성은 플러스(+)극성 또는 마이너스(-) 극성 모두 문제가 없고, 마이너스(-)극성일 때 아연분말의 부착효율은 증가하지만 이때는 도금조(2)의 분위기 가스중의 산소가 강판(12)쪽으로 이동하게 되어 강판이 산화될 위험이 증가하여 분위기 가스에 포함되어 있는 산소를 완전히 제거시켜줄 필요가 있다. 한편, 플러스(+)극성의 경우 아연분말의 부착효율은 마이너스(-)극성보다 적지만 강판이 산화될 위험이 감소하는 장점이 있다.

분사된 아연분말은 강판(12)과 제 2 대전전극(5-2) 사이에 형성된 전기장을 통과하면서 정전대전되고, 이 전기장에 의해 강판에 대한 아연분말의 부착이 촉진된다.

편면 도금강판을 생산하기 위해서는 비도금면에는 아연 분말이 부착되지 않아야 하지만 강판에 부착되지 못하고 도금조 내에 부유되어 있는 아연분말이 비도금면에 부착할 위험이 증가한다. 특히, 전기장에서는 랩 어라운드(wrap around) 효과에 의하여, 강판의 비도금면에서 양 엣지부분에 부착할 위험이 크다.

본 발명에서는 이를 해결하기 위하여, 아연분말제거판(4)을 강판(12)의 양 엣지에 평행하게 적당한 거리로 이격시켜 설치한 후 아연분말제거판(4)을 전기적으로 접지시키거나(도 1 상태) 혹은 제 2 대전전극(5-2)과 반대의 극성을 갖는 100㎸이하의 전압으로 대전시키면(도 2 상태) 도금조(2)내에 비산된 아연분말이 강판(1) 뒷면에 부착되기 전에 아연분말제거판(4)에 먼저 부착되어 제거된다.

이때, 아연분말제거판(4)에 제2대전전극(5-2)과 동일한 극성의 전기를 대전시키면 아연 분말이 강판(12)의 비도금면에 부착되는 것이 촉진되며, 아연분말 제거판(4)이 100㎸이상으로 대전되면 제2대전전극(5-2)과 아연분말 제거판(4) 사이에 형성된 전기장에 의하여 강판(12) 표면으로의 아연분말 부착효율이 감소하게 된다.

한편, 상술된 바와 같이 아연 분말을 정전대전시켜 도금할 때, 아연 분말이 제2대전전극(5-2)에 의해 형성된 전기장의 영향을 받기 전에 제2대전전극(5-2)과 동일한 극성의 전하를 갖도록 미리 대전시키면 아연 분말들이 갖게되는 전하량이 증가하므로 아연의 부착효율은 더욱 향상된다. 이때, 인가된 전압이 1㎸이하인 경우에는 효과가 없고 50㎸ 이상에서는 더 이상의 전압을 증가시켜도 상술된 효과가 현저하게 나타나지 않는다.

상술된 장치 및 방법에 의하여 아연분말이 부착된 강판(12)을 재가열 처리조(3)에서 재가열 처리함으로써 강판의 일면(예를 들어, 전면)에는 도금층이 형성된다. 이때, 강판의 온도가 420℃ 이하인 경우에는 아연 분말이 도금층으로 변화되지 못하고, 600℃이상의 온도인 경우에는 아연-철 합금층이 성장하여 도금밀착성이 불량해지므로, 재가열 처리조(3)에서 강판은 420℃~600℃ 온도로 유지되도록 재가열된다.

[실시예]

본 발명을 하기 실시예를 통하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

폭이 10cm인 강판에 대해 표 1 및 표 2의 조건하에서 연속적으로 도금처리하였으며, 노즐을 통해 분사된 아연 분말의 90%가 강판의 하면에 부착되도록 강판을 5m/sec의 속도로 이동시켜며, 이때 강판 표면의 m²당 100g의 아연분말이 부착되도록 아연 분말의 공급량을 설정한다.

[표 1]

[표 2]

상기 표 1 및 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 실시예 및 비교예는 비도금면과 도금면의 균일성 및 아연의 부착효율 측면에서 평가하였다. 이때, 비도금면의 상태는 아연분말이 비도금면의 양 엣지에 2㎜이하로 부착되어 있으면 "○", 그 이상이면 "×"로 표시하였다. 도금면의 상태는 도금부착량 편차가 10% 이하로 균일하면 "○", 10% 이상 20% 이하이면 "△", 그리고 그 이상이거나 도금층의 형성이 불량하면 "×"로 표시하였다. 도금 효율은 분사된 아연분말중에서 도금면에 부착된 아연 분말의 양이 90% 이상이면 "○", 50% 내지 90%이면 "△", 그리고 50% 미만이면 "×"로 표시하였다.

따라서, 상기 표 1의 비교예에 나타난 바와 같이, 본 발명에서 한정한 범위를 벗어난 조건에서는 비도금면상태, 도금면 상태 및 도금효율 측면에서 1가지 이상의 불량한 결과가 나타나서 만족스러운 결과를 얻지 못하였다. 그리고, 본 발명의 한정범위를 만족하는 상기 표 2의 실시예에서는 모두 만족한 결과를 얻었다.

이상과 같이, 본 발명에 따르면 강판의 표면상태가 양호하고 일면에 높은 도금효율을 얻을 수 있어 편면 도금강판을 쉽게 생산할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 소둔로에서 인출된 강판이 도금조 내부 및 재가열로 내부를 순차적으로 통과하는 동안 상기 강판의 일면만을 도금처리하기 위한 편면 아연도금강판 제조 장치에 있어서,

   상기 도금조 내부 일측에는 제1고전압 발생기 및 제2고전압 발생기에 각각 연결된 제1대전전극 및 제2대전전극이 이송되는 강판의 일면에 대응하도록 위치하고,

   상기 제1대전전극과 제2대전전극 사이에는 강판의 전면을 향하여 아연분말을 분사하는 분사 노즐이 설치되고,

   상기 도금조 내부의 타측면에는 상기 강판 후면의 양 엣지부와 대응하도록 아연 분말 제거판이 설치되며,

   상기 제2대전전극과 강판 사이에는 어느 한 극성의 전기장이 형성되고, 상기 제1대전전극은 제2대전전극과 강판 사이에 형성된 전기장과 동일한 극성의 전압으로 대전되는 것을 특징으로 하는 편면 아연도금강판 제조장치.
2. 편면 도금강판 제조방법에 있어서,

   도금조 내를 통과하는 강판의 일면과 제2대전전극 사이에 어느 한 극성의 전기장을 형성하는 단계와,

   상기 강판의 전면에 아연분말을 분사하는 단계와,

   상기 강판의 전면에 대응하는 상태로 설치된 제 1 대전전극을 상기 전기장과 동일한 극성의 전압으로 대전시키는 단계와,

   도금이 완료된 강판을 재가열하는 단계를 포함하는 편면 아연도금 강판 제조방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2대전전극과 강판 사이에 형성된 전기장은 10㎸/m 내지 200㎸/m 이고, 상기 제1대전전극에는 1㎸ 내지 50㎸의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 편면 도금강판 제조방법.
4. 제 2 항에 있어서,

   상기 도금조 내부의 상기 제1대전전극 및 제2대전전극과 마주보는 위치에는 상기 강판 후면의 양 엣지부와 대응되게 아연분말 제거판을 설치하고, 상기 아연분말 제거판은 상기 제1대전전극과는 다른 극성을 갖는 100㎸ 이하의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 편면 도금강판 제조방법.