KR100388236B1 - 전기주석도금설비의주석용융처리공정에있어서강대의균일급속냉각을위한냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주석도금된 강대를 그 도금 주석의 용융온도 이상으로 가열하여 미려한 도금표면외관을 이루어내고 또 소지 철과 주석의 합금화반응에 의해 FeSn₂합금층을 형성시켜 내식성을 더욱 개선하기 위한 주석 용융 처리 공정에서 냉각 스테인과 같은 표면결함발생을 효과적으로 방지할 수 있는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명은 전기 주석 도금공정에서 주석 도금후 표면의 주석을 용융 처리한 강대(1)를 냉각시키는 장치에 있어서, 상기 강대(1)가 통과하는 냉각조(2) 상부에 부상하여 고정 설치되는 대향유속채널(4)과, 상기 대향유속채널(4)의 내부에 설치되면서 상기 강대(1)의 양면에 설치되는 수중분사노즐(3)과, 상기 수중분사노즐(3)과 연관 설치되어 상기 강대(1)의 주행방향과 반대방향으로 냉각수를 분사하도록 상기 대향유속채널(4)의 내부에 형성되는 냉각수 유로(4a)와, 상기 수중분사노즐(3)로부터 분사된 냉각수를 흡입하여 배출하도록 상기 대향유속채널(4) 하부에 배관 설치되는 흡입관(5)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치를 제공한다.

Description

전기주석도금설비의 주석용융처리 공정에 있어서 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치

본 발명은 얇은 강대(Thin Steel Strip)에 주석을 전기도금하는 설비에 있어서, 도금된 강대를 그 도금주석의 용융온도 이상으로 가열하여 용융주석이 그 표면장력으로 고루 퍼지도록 하는 것에 의해 미려한 표면외관을 확보하고, 또 소지 철과 주석의 합금화반응에 의해 FeSn₂합금층을 형성시켜 내식성을 더욱 개선하기 위한 주석 용융처리 공정에서 다발하는 표면결함을 방지하는 전기주석도금설비의 주석용융처리 공정에 있어서 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 표면의 도금 주석이 용융된 강대가 냉각수와 균일 접촉을 할 수 있도록 하며, 냉각수의 유량 제어에 의해 강대와 냉각수가 접촉되어 냉각이 시작되는 위치와 상대 유속을 용이하게 제어할 수 있도록 함으로써 강대의 불균일 냉각에 의해 발생하는 냉각 스테인(Quench Stain)과 같은 표면결함을 효과적으로 방지하는데 사용될 수 있다.

용기용으로 사용되는 주석 도금강판의 제조공정에 있어서 산성의 도금용액 중에서 전기 도금된 주석 도금층은 치밀하지 못하고 광택도도 떨어지기 때문에 도금 후 통전가열 또는 유도가열에 의해 도금된 강대를 주석의 용융온도인 232℃ 이상으로 가열한 다음 다시 냉각시키는 주석 용융처리(Reflow Treatment 또는 Flow Brightening Treatment)를 하게 된다.

이러한 처리에 의해 주석 도금강판은 보다 미려한 표면을 갖게 되고, 소지 철과 주석의 합금화반응에 의해 형성된 FeSn₂합금에 의해 더욱 높은 내식성을 나타낼 수 있다.

이 공정에서 표면의 주석이 용융된 강대와 냉각수가 접촉할 때 강대 표면에서의 냉각수 비등에 의해 여러 가지 형태의 표면결함이 발생하게 된다. 이러한 결함 중 가장 널리 알려져 있는 것은 냉각 스테인(Quench Stain)으로서, 이는 주변부보다 광택도가 떨어지는 반점 또는 불연속 무늬가 형성되는 외관 결함이다.

냉각 스테인의 발생이 방지되도록 균일냉각을 얻기 위한 방법은 주석 용융처리공정에서 주석 도금강판을 가열하는 방법에 따라 다소 다르게 사용되고 있다. 유도가열에 의해 주석 도금강판을 가열하는 설비에서는 수중 분사 노즐을 사용하지 않거나 하부면 쪽에만 수중 분사 노즐을 배치하는 것이 대부분이다.

이에 비하여 통전가열에 의해 주석 도금강판을 가열하는 설비에서는 상부 및 하부면 쪽 모두 1조 이상의 수중 분사노즐을 사용한다. 수중 분사 노즐의 사용목적은 용융된 주석 도금강판과 냉각수와의 접촉 열전달시 냉각수의 비등에 의한 열전달을 균일화하기 위함이다.

수중분사노즐의 사용할 때 균일 냉각조건을 얻기 위하여 분사되는 냉각수의 온도를 균일하게 제어하는 방법, 수중분사노즐의 위치를 제어하는 방법, 수중분사노즐의 각도를 변경하는 방법, 수중분사노즐의 형상 개선, 또는 칸막이판의 설치방법 등이 제안되어 있다.

본 발명자들은 주석 용융처리 공정에 대한 열해석 및 냉각실험을 통하여 표면의 주석이 용융된 강판이 냉각수와의 접촉에 의해 냉각되는 속도와 표면의 주석이 응고 완료되는 거리는 냉각수의 온도와 주석 도금강판 및 냉각수의 상대 유속에 따라 변화하지만, 통상적인 작업조건일 경우 대략 150∼200mm 이내에서 강대표면의 용융된 주석의 응고가 완료되는 것을 확인하였다. 수중 분사노즐의 사용할 때 가장 어려운 점은 폭방향으로 균일한 유속 분포를 얻기 어렵다는 점인데, 그 가장 큰 요인은 냉각조 내의 수중회전롤(Sink Roll)과 냉각조의 형상에 의한 유동 양상의 교란이라고 할 수 있다. 이러한 측면에서 종래에 제안되어 있는 방법들 중 수중 칸막이판의 설치방법은 다른 방법들보다 좀더 진일보한 방법으로 판단된다.

그러나, 수중회전롤 때문에 나타나는 상부면과 하부면의 유동 양상의 차이는 이러한 칸막이판의 설치만으로는 해결할 수 없으며, 강판의 두께와 주석 도금량의 차이에 따른 냉각조건의 유연한 변화도 기대할 수 없다.

칸막이판의 사용과 병행하여 수중 분사 노즐의 위치를 제어하거나 수중 분사 노즐의 각도를 변경하는 방법도 사용할 수 있으나, 이러한 방법은 냉각조 내에 장치의 설치 및 운용이 까다롭다는 단점이 있다.

상기한 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명은 보다 간단한 방법으로 주석 도금강판의 상부면과 하부면에 동일한 냉각조건을 부여할 수 있으며, 상대유속을 쉽게 조절할 수 있고 냉각 개시점의 조절이 가능한 더욱 개선된 전기주석도금설비의 주석용융처리 공정에 있어서 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치의 전체 구성개요도,

도 2는 본 발명에 따른 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치 요부 상세도,

도 3은 냉각공정의 열전달 양상에 미치는 조업속도 및 냉각수 온도의 영향을 나타낸 그래프.

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1:강대 2:냉각조 3:수중분사노즐 4:대향유속채널

5:흡입관 6:물넘침조절판 7:수중회전롤 8:누름롤

9:통전롤 10:펌프 11:가변주파수 인버터 12:가변속도 모터

13:열교환기

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기 주석 도금공정에서 주석 도금후 표면의 주석을 용융처리한 강대를 냉각시키는 장치에 있어서, 상기 강대가 통과하는 냉각조 상부에 부상하여 고정 설치되는 대향유속채널과, 상기 대향유속채널의 내부에 설치되면서 상기 강대의 양면에 설치되는 수중분사노즐과, 상기 수중분사노즐과 연관 설치되어 상기 강대의 주행방향과 반대방향으로 냉각수를 분사하도록 상기 대향유속채널의 내부에 형성되는 냉각수 유로와, 상기 수중분사노즐로부터 분사된 냉각수를 흡입하여 배출하도록 상기 대향유속채널 하부에 배관 설치되는 흡입관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일급속냉각을 위한 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 수중분사노즐이 이를 통하여 분사되는 냉각수의 양이 조절되도록 가변속도 모터에 의하여 작동하는 원심펌프와 연관되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치를 제공하게 되며,

또한, 본 발명은 상기 수중분사노즐이 이를 통하여 분사되는 냉각수의 온도조절을 위하여 열교환기와 연관되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치를 제공하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 구성을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 표면의 주석이 용융된 강판이 냉각수에 입수되어 냉각되는 과정에 미치는 여러 인자에 대하여 열전달 해석과 모사 실험장치를 통해 조사하였다. 도 3은 본 발명자들의 열전달 해석 결과의 하나로서, 강판의 냉각은 대략적으로 210℃ 까지는 냉각수의 막비등(Film Boiling)에 의해 비교적 완만하게 이루어지다가 그 이하의 온도에서는 보다 빠르게 냉각이 이루어짐을 확인하였다.

또한, 강대에 투입되는 가열전류가 적절하게 제어되는 경우 강판의 두께 및속도에 따른 냉각 양상의 차이는 거의 없으나 냉각수의 온도 영향이 크게 나타나며, 냉각수의 상대 유속도 같은 정도로 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

이러한 열전달 해석 결과로부터, 본 발명자들은 표면의 주석이 용융된 강판이 냉각수에 입수될 경우 수온 85℃ 이하이고 냉각수의 유속이 강대의 주행방향와 반대로 유지되기만 하면, 대략 표면으로부터 200mm 이내에서 주석의 응고가 완료되는 것으로 분석하였다. 이에 따라, 본 발명자들은 표면의 용융 주석이 응고되는 초기 냉각조건을 균일하게 제어하는 것이 냉각 스테인의 방지에 가장 중요하다고 판단하여, 강대의 폭방향으로 냉각수의 균일 접촉이 유지될 수 있으며, 냉각수의 유속이 강대의 주행 방향과 반대로 유지될 수 있는 대향 유속 시스템(Counterflow System)을 가지는 냉각장치를 완성하였다.

도 1은 본 발명이 적용된 장치의 전체 구성개요도이며, 도 2는 상기 장치중 요부의 상세 구성도이다.

여기에 도시된 바와 같이 본 발명의 장치는 주석이 도금된 강대(1)가 입수되는 냉각조(2) 상부에 부상하여 대향유속채널(4)이 고정 설치되며,

상기 대향유속채널(4)의 내부에는 상기 강대(1)의 양면에 설치되도록 한 쌍의 수중분사노즐(3)이 하향으로 냉각수를 분사하도록 설치되어 있다.

또한, 상기 수중분사노즐(3)과 연관 설치되어 이로부터 하향 분사된 냉각수를 상기 강대(1)의 주행방향과 반대방향으로 분사하도록 상기 대향유속채널(4)의 내부에 유선형으로 냉각수 유로(4a)가 설치되어 있으며,

상기 수중분사노즐(3)로부터 분사되어 유로(4a)를 따라 분사된 냉각수를 흡입하여 배출하도록 상기 대향유속채널(4) 하부에 흡입관(5)이 배관 설치되어 있으며,

상기 흡입관(5)은 원심펌프(10)와 가변속도 모터(12)에 연결되어 분사된 냉각수를 순환시키도록 구성된다.

또한, 상기 냉각조(2) 내에는 물 높이를 조절하기 위하여 일측에 물넘침 조절판(6)이 설치되어 있으며,

상기 수중분사노즐(3)은 열교환기(13)와 연관 설치됨으로써 상기 냉각조(2) 내의 온도 및 수중분사노즐(3)을 통해 분사되는 냉각수의 온도를 필요에 따라 각각 제어될 수 있도록 하였다.

이는 수중분사노즐(3)을 통하여 냉각수가 분사되기 전에 열교환기(13)를 거치도록 구성함으로써 냉각조(2)로부터 흡입되어 열교환기(13)를 거쳐 순환하는 냉각수의 온도를 조절 할 수 있도록 구성한 것이다.

즉, 냉각조(2)를 순환하는 냉각수는 열교환기(13)의 뜨거운 쪽에 해당하므로 이를 냉각하기 위한 차가운 냉각수의 유량을 증가시키면 열교환기(13) 출구에서의 순환 냉각수 온도가 보다 낮아지고, 반대로 차가운 냉각수의 유량을 감소시키면 열교환기 출구에서의 순환 냉각수 온도가 높아지게 됨으로써 냉각조(2)의 수온과 순환하는 냉각수의 수온은 별도로 조절하는 것이 가능하게 되는 것이다.

또한, 상기 수중분사노즐(3)을 통해 분사되는 유량은 상기 흡입관(5)과 연결된 원심펌프(10)와 가변속도 모터(12) 및 가변주파수 인버터(11)에 의해 조절될 수 있도록 구성하였다.

즉, 가변속도 모터는 인버터로부터 출력되는 주파수에 따라 회전수가 가변되므로 이에 의하여 구동되는 원심펌프의 유량이 증감되며,

상기 원심펌프로부터 분사되는 냉각수의 유량이 증가하면 강대와 접촉하는 수면의 높이가 높아지고, 반대로 유량이 감소되면 강대와 접촉하는 수면의 높이가 낮아지므로 강대와 냉각수의 초기 접촉점을 임의로 조절할 수 있는 것이다.

여기에서 도면부호 7은 수중회전롤, 8은 누름롤, 9는 통전롤, 13은 열교환기를 각각 나타낸다.

상기 본 발명의 냉각장치는 대향유속채널(4)이 칸막이 형태로 이루어져 있어 이를 통해 분사되는 냉각수가 냉각조(2) 내의 냉각수 유동의 영향을 받지 않기 때문에 기존의 냉각 시스템과 달리 강대(1)의 전후면에 동일한 냉각 조건을 부여할 수 있는 특징이 있다.

또한, 기존의 수중분사노즐과 달리 본 발명의 수중분사노즐(3)을 통해 분사된 냉각수가 일정한 폭을 갖는 유로를 따라 흐르기 때문에 폭 방향으로 균일한 유속분포를 얻기가 용이하다.

강대(1)와 노즐(3)로부터의 냉각수가 접촉을 시작하는 냉각선의 위치는 냉각수의 분사량을 조절하여 제어할 수 있으며, 냉각수의 온도는 열교환기(13)에 의해 냉각조의 온도와 다르게 유지할 수 있어 주석도금 강판의 두께 및 도금량에 따른 냉각조건을 다양하게 변화시킬 수 있다.

[실시예]

본 발명의 장치를 설치한 주석 용융공정 모사 실험장치를 이용하여 냉각 스테인이 발생하기 쉬운 0.3∼0.5mm 두께의 면당 도금량 2.8mg/m²/side 이하의 박도금재에 대하여 조업속도 변화에 대응한 실험을 실시하였다.

주석 용융공정 모사 실험장치는 최대폭 300mm, 최대속도 300mpm 까지의 실공정을 모사할 수 있게 한 장치로서, 냉각 스테인 발생정도는 육안으로 평가하였다. 주석 용융처리를 위한 주석 도금강판은 PSA 도금액을 사용한 순환 전기도금셀(Circulating Cell)에서 폭 130mm , 길이 250mm로 제작 후 PSA 4g/ℓ, Sn 2g/ℓ 용액에 침적처리 및 건조하여 준비하였다.

다음 표 1은 각 실험조건에 따른 냉각 스테인 발생정도의 결과를 요약한 것이다.

[표 1]

본 장치를 사용한 주석 용융공정 모사실험결과

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명은 전기주석도금강판의 생산공정에서 다발하는 냉각 스테인의 발생을 방지하기 위하여 표면의 용융된 주석 도금층의 균일 냉각조건을 부여할 수 있도록 구성된 장치로서, 본 장치를 사용할 경우 강판의 양면 모두 판폭 방향으로 균일한 냉각 조건을 부여할 수 있고 두께 및 도금량의 변화에 따라 적절한 조업범위를 설정할 수 있어 냉각 스테인 발생이 없는 우수한 품질의 도금강판을 얻어낼 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 전기 주석 도금공정에서 주석 도금후 표면의 주석을 용융처리한 강대(1)를 냉각시키는 장치에 있어서,

   상기 강대(1)가 통과하는 냉각조(2) 상부에 부상하여 고정 설치되는 대향유속채널(4)과,

   상기 대향유속채널(4)의 내부에 설치되면서 상기 강대(1)의 양면에 설치되는 수중분사노즐(3)과,

   상기 수중분사노즐(3)과 연관 설치되어 상기 강대(1)의 주행방향과 반대방향으로 냉각수를 분사하도록 상기 대향유속채널(4)의 내부에 형성되는 냉각수 유로(4a)와,

   상기 수중분사노즐(3)로부터 분사된 냉각수를 흡입하여 배출하도록 상기 대향유속채널(4) 하부에 배관 설치되는 흡입관(5)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 수중분사노즐(3)은 이를 통하여 분사되는 냉각수의 양이 조절되도록 가변속도 모터(12)에 의하여 작동하는 원심펌프(10)와 연관되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을위한 냉각장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 수중분사노즐(3)은 이를 통하여 분사되는 냉각수의 온도조절을 위하여 열교환기(13)와 연관되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전기주석도금설비의 주석용융처리공정에 있어서 강대의 균일 급속냉각을 위한 냉각장치.