KR100399226B1 - 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성 억제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융금속 도금시 금속분진 생성 억제방법에 관한 것으로, 특히, 용융아연도금, 합금화 용융아연도금, 용융알루미늄도금, 용융아연-알루미늄 합금도금 등의 용융금속 도금시 스나우트(Snout) 내부에서 금속분진의 생성을 억제하여 제품 표면의 박리(flaking), 미도금(bare spot), 표면결함(surface defects)을 방지하기 위한 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진의 생성을 억제하기 위한 방법에 관한 것으로, 용융금속 도금설비의 환원소둔로와 포트(pot)를 연결하는 부위로서 피도금물을 도금욕이 수용된 포트로 인입시키는 부위인 스나우트 내부에서 금속분진이 생성되는 것을 억제하기 위하여 수소:수증기의 비를 4:1 미만으로 하고 또한 수증기의 함량이 이슬점으로 -40℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 스나우트내로 분위기 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성을 억제하기 위한 방법을 제공하며, 상기 수증기 함량이 이슬점으로 -30℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 스나우트에 분위기 가스를 주입하는 것이 바람직하며, 스나우트내로 주입되는 분위기 가스는 수증기나, 수증기를 포함한 불활성가스 또는 이들을 혼합하여 이루어진 가스이다.
Description
본 발명은 용융금속 도금시 금속분진 생성 억제방법에 관한 것으로, 특히, 용융아연도금, 합금화 용융아연도금, 용융알루미늄도금, 용융아연-알루미늄 합금도금 등의 용융금속 도금시 스나우트 내부에서 금속분진의 생성을 억제하여 제품 표면의 박리, 미도금, 표면결함을 방지하기 위한 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진의 생성을 억제하기 위한 방법에 관한 것이다.
용융금속 도금방법으로는 센지미어(Sendizimir) 방식으로 도금하는 것이 일반적으로 시행되고 있는데, 높은 온도의 수소 환원 분위기에서 소둔 열처리를 실시함으로써 피도금물 표면의 산화피막을 환원하고 표면을 활성화시킨 후, 피도금물을 용융금속의 도금욕에 침적하여 수초간 통과시킨 다음 각종 가스 노즐을 이용하여 도금 부착량을 조정하여 용융금속 도금강판을 제조하는 것이다.
그런데, 이러한 용융금속 도금을 실시하기 위한 도금설비중 스나우트(Snout) 영역은 환원 분위기를 유지하는 환원소둔로와 용융금속이 담겨진 포트(Pot)를 연결하는 영역으로 분위기 가스는 소둔로와 연결되어 있어 환원성 분위기를 나타내고,또한, 액체상의 용융금속이 환원 분위기에 노출되며, 피도금물이 용융금속 안으로 침적되는 구간이다.
일반적으로 스나우트에서는 흑회색의 금속분진이 발생되고 있어서 금속분진이 피도금물과 함께 용융금속으로 침적되어 결국 표면에 결함을 일으키는 원인이 되는데, 금속분진은 용융금속이 증발하여 생성된 것으로 스나우트의 외벽에 응축되어 점차로 누적되며, 누적량이 많아져서 더 이상 견딜 수 없을 때, 혹은 밀도가 0.02g/㎠로 매우 가벼워서 가스의 흐름에 변동이 있거나 혹은 미세한 진동이 있을시에는 용융금속 표면으로 떨어지게 된다.
또한, 금속분진은 고체금속 및 금속산화물로 구성되어 있는 것으로 분석결과 확인되었고, 금속분진이 용융온도 이상에서 액체금속으로 용해되지 않는 것으로 보아 표면이 금속산화물로 덮여있는 것으로 알려져 있다.
금속분진이 스나우트 내부의 용융금속 표면에 떨어져서 피도금물과 함께 침적되면, 금속분진이 부착된 부분에서는 피도금물과 용융금속간에 합금층이 형성되지 않아서 박리(flaking) 혹은 미도금(bare spot)이 되기도 하고, 금속분진이 미세하게 분리되어 피도금물과 함께 침적되면 금속분진이 용융금속 도금층속에 혼재되어 있고 응고과정에서 미세한 요철 혹은 미세한 주름이 생겨서 표면결함을 일으킨다.
이와 같이 금속분진은 용융금속 도금과정에서 도금 제품 표면에서 박리(flaking) 혹은 미도금(bare spot) 혹은 표면결함(surface defects)을 일으키게 되므로 바랍직스럽지 못하다.
이와 같은 도금 제품 표면에서 금속분진에 의해 발생하는 박리(flaking), 미도금(bare spot) 및 표면결함(surface defects)을 방지하기 위한 관련기술로서 보스톤(Boston)등의 미국특허 제4557953호와 미치(Mitch)등의 미국특허 제4557952호가 있다.
보스톤(Boston)등의 미국특허 제4557953호는 아연 또는 아연합금이 철기재(ferrous base) 금속스트립 위의 열 침지코팅(hot dip coating)으로 사용되는 연속적인 아연도금 라인(Line)의 스나우트에서 용융아연의 증발을 조절하거나 제거하는 방법에 관한 것으로써, 스나우트내의 분위기로 아연증기에 대해서 산화성이지만 스트립에 대해서는 비산화성을 유지하도록 수소:수증기의 비가 4:1 이상이 되도록 분위기 가스중의 수소의 최소 함량을 엄격히 규정하고 있다.
한편, 미치(Mitch)등의 미국특허 제4557952호는, 철기(ferrous base) 금속스트립 위에 열침지(hot dip) 아연기재 코팅처리를 하는 다듬질(finishing) 방법에 관한 것으로, 수소:수증기의 비가 4∼6:1이 되고 0.3부피% 이상인 고노점(high dew point) 분위기를 코팅실내에 형성시켜 밀폐코팅실내 아연증기의 형성을 조절하는 기술이나, 스트립이 용융도금욕으로부터 취출되는 공정인 다듬질(finishing) 설비가 포함된 밀폐코팅실내에서 아연증기가 형성되는 것을 조절하는 기술인 점에서 차이가 있다.
이와 같이, 상기 공지기술은 분위기 가스를 조절하여 아연증기 형성을 조절하는 것에 관한 것이지만, 여전히 도금 제품 표면에서 금속분진에 의해 박리, 미도금 및 표면결함이 발생할 수밖에 없으며, 스트립이 취출되는 분위기에 관련될 뿐으로 스트립을 도금욕에 침적시키기 위해 인입시키는 부위의 분위기에 관한 본발명과는 완전히 다른 것이다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 용융금속 도금 과정에서 스나우트내에서 박리 혹은 미도금 혹은 표면결함을 일으키는 금속분진의 생성을 억제하는 용융도금방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 용융금속 도금시, 도금설비의 환원소둔로와 포트를 연결하는 부위로서 피도금물을 도금욕이 수용된 포트로 인입시키는 부위인 스나우트 내부에서 금속분진이 생성되는 것을 억제하기 위하여 수소:수증기의 비를 4:1 미만으로 하고 또한 수증기의 함량이 이슬점으로 -40℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 스나우트내로 분위기 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성을 억제하기 위한 방법을 제공한다.
본 발명에서 스나우트내로 주입되는 분위기 가스는 수증기(water vapor)나, 수증기를 포함한 불활성가스, 또는 이들을 혼합하여 이루어진 가스이다.
이하에서는 양호한 실시예와 관련하여 본 발명을 상세히 설명한다.
통상적인 용융금속 도금공정에서 스나우트(Snout)는 소둔로와 공간적으로 연결되어 있고, 혹은 스나우트에 실롤(Seal Roll)등의 차폐장치가 설치되어 있어도 소둔로와 공간적으로, 가스분위기적으로 완전히 차단되어 있지 않다.
또한 소둔로는 환원분위기를 유지하고 있는데, 피도금물의 표면에 잔존하는 철산화물을 환원하여 피도금물의 표면을 활성화하고, 또한 기계적인 재질을 확보하기 위해서 고온으로 열처리할때도 피도금물이 산화되지 않도록 환원분위기를 유지하며, 통상적으로 질소99∼70%, 수소1∼30%, 그외 불순물 가스로서 수증기, 아르곤, 메탄등이 극미량 포함되어 있다.
따라서 인위적으로 분위기 가스를 제조하여 주입하지 않으면 스나우트의 분위기는 소둔로와 거의 같은 가스분위기를 나타내며, 이때 이슬점은 통상적으로 -40℃∼-70℃를 나타내고 있다.
본 발명에서 스나우트내의 분위기를 수소:수증기의 비를 4:1미만으로 하고, 또한 스나우트 분위기내에 수증기의 함량을 이슬점으로 -40℃ 보다 높고 -5℃ 미만으로 유지하기 위해서는 수증기나, 수증기를 포함한 불활성가스(바람직하게는 질소가스 혹은 아르곤가스), 또는 이들을 혼합하여 스나우트로 주입한다.
주입위치는 스나우트의 어떤 위치에서도 주입할 수 있으나, 바람직하게는 용융금속 표면과 가까울수록, 스나우트의 양쪽에서 같은 유량을 주입하는 것이 좋다.
본 발명에서는 스나우트에서 금속분진의 생성을 억제하기 위해서 수증기의 함량을 이슬점으로 -40℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 하여야 한다.
여러종류의 이슬점을 변경하면서 금속분진을 조사한 실험결과에 의하면, -40℃ 이상의 이슬점 온도에서부터 금속분진이 급격히 감소하며, 바람직하게는 -30℃이상이면 금속분진을 양호하게 억제할 수 있다. 그러나 -5℃ 이상이면 도금밀착성이 불량해지기 시작한다.
또한 본 발명에서는 스나우트내의 분위기로 수소:수증기의 비를 4:1 미만으로 구성하고 있다.
상기 설명한 미국특허 제4557953에서는 수소:수증기의 비를 4:1 이상으로 규정하고 있는데, 이것은 열역학적 이론에 근거한 것으로써, 스나우트내의 분위기가 수소:수증기의 비로 최소 4:1을 유지하면 아연증기(zinc vapor)에 대해서는 산화성이지만 스트립에 대해서는 비산화성으로 유지되는 조건으로 제시하고 있다. 즉, 수소:수증기의 비를 규정하는 것은 스트립이 산화되지 않도록 하는 조건이며, 스트립의 산화를 이토록 엄격하게 억제하는 이유는 스트립과 용융아연 간에 젖음성(Wettability)이 나빠서 미도금되는 결함을 유발하기 때문인 것으로 이해된다. 바꾸어 말하면, 미국특허 제4557953호에서 제시하는 수소:수증기의 비가 4:1 미만이면 용융금속 제품에서 도금박리 혹은 미도금등의 결함이 생겨서 제품화가 불가능함을 의미한다.
그러나 본 발명자들이 수차례의 실험을 실시한 결과, 수소:수증기의 비가 4:1미만에서도 금속분진이 발생되지 않고, 또한 도금강판의 표면에 도금박리 혹은 미도금 등의 결함이 생기지 않음을 알게 되었다.
미국특허에서 제시하고 있는 철기 금속스트립은 산화되지 않으면서 용융금속표면은 산화되는 열역학적 조건인 수소:수증기의 비가 4:1에 미치지 못할 때도 금속분진이 생기지 않는 이유로써, 열역학적인 계산은 반응평형으로 유지되는 상태에서 유도된 값이므로 실제로 고속으로 움직이는 철기 금속스트립에서는 동일하게 적용될 수 없을 정도로 큰 편차가 있는 것으로 이해되며, 또한 철기 금속스트립과 수증기에서 유리된 산소와 반응이 이루어진다해도 스나우트의 길이가 통상적으로 10미터 내외이므로 반응에 노출되는 시간이 극히 짧아서 스트립 표면에 철산화물의 두께가 극히 얇게 형성되어 용융금속 도금과정에서 용융아연과 스트립 간에 젖음성을 해지지 않은 수 있기 때문인 것으로 이해된다.
또한, 본 발명에서 스나우트의 분위기 조건에 산소함량을 규정하지 않은 것은 금속분진의 발생 여부에 영향을 미치지 않는 것으로 확인되었기 때문이며, 본 발명에서는 주입가스에서 인위적으로 산소를 포함시키지 않으며, 극미량의 산소는 질소가스에 불가피하게 포함된 불순물이다.
또한, 용융금속 도금시 도금용 금속은 용융하여 도금할 수 있는 모든 금속으로써, 대표적인 도금은 용융아연 도금, 합금화 용융아연-알루미늄 합금도금(갈판(Galfan), 갈바륨(Galvalume)), 용융알루미늄 도금, 턴(Turne) 도금 등을 들 수 있다.
또한 용융금속 도금의 피도금물은 모든 철 및 비철 금속, 이들의 철 및 비철 금속의 합금, 혹은 비금속등이 포함될 수 있다.
이하에서는 실시예와 관련하여 본 발명을 구체적으로 설명한다.
실시예
두께 0.3∼0.7mm, 폭 800∼1234mm인 강판 스트립에 대해, 라인속도 120∼170mm으로 작업되는 용융도금 라인에서, 이슬점(Dew Point) 제어장치를 이용하여 인위적으로 분위기 가스 상태를 조절하여 스나우트로 주입하였다. 이때 분위기를 조절하기 위해서 이슬점 제어장치로 들어가는 원료가스인 질소가스의 상태는이슬점 -70℃ 이하, 불가피하게 포함된 산소는 5ppmv 이하이며, 최종적으로 스나우트로 주입하기 위해 준비된 질소가스의 상태는 이슬점 -50∼0℃이며, 스나우트로 분위기 가스를 주입한 다음 스나우트 내부에서 생성되는 금속분진을 육안으로 관찰하고 채취하여 평가하고, 또한 도금 밀착성을 평가하는 방법으로서 록포밍(lock forming)테스트를 실시하였고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
그 결과 발명예1내지 5에서 알 수 있는 바와 같이, 이슬점 -40℃ 이상부터 금속분진발생의 억제 효과가 나타나기 시작하며, 이슬점 -5℃ 이상에서는 도금밀착성이 불량하였다. 또한 수소 및 산소의 함량에 따른 변화는 관찰되지 않았다.
| 실시예 | 스나우트내의 분위기 가스 상태 | 금속분진발생량(육안관찰) | 도금제품의밀착성 | 비 고 | ||||
| 수증기 | 수소함량(ppmv) | 수소/수증기비율 | 산소함량(ppmv) | |||||
| 이슬점(℃) | 함량(ppmv) | |||||||
| 비교예1 | -67 | 4 | 95000 | 23750 | 3.5 | ×× | ○ | 통상라인조건 |
| 비교예2 | -50 | 39 | 100 | 2.5 | 3.4 | × | ○ | |
| 발명예1 | -40 | 127 | 500 | 3.9 | 3.4 | △ | ○ | |
| 발명예2 | -30 | 376 | 1000 | 2.6 | 3.6 | ◎ | ○ | |
| 발명예3 | -20 | 1021 | 1100 | 1.1 | 3.2 | ◎ | ○ | |
| 발명예4 | -10 | 2566 | 1000 | 0.4 | 3.5 | ◎ | ○ | |
| 발명예5 | -5 | 3964 | 1200 | 0.3 | 3.4 | ◎ | △ | |
| 비교예3 | 0 | 6025 | 1300 | 0.2 | 3.8 | ◎ | × | |
| 종래예1 | -50 | 39 | 25500 | 654 | 3.2 | × | ○ | |
| 종래예2 | -40 | 127 | 26000 | 205 | 3.5 | △ | ○ | |
| 종래예3 | -30 | 376 | 24700 | 66 | 3.5 | ◎ | ○ | |
| 종래예4 | -20 | 1021 | 28500 | 28 | 3.7 | ◎ | ○ | |
| 종래예5 | -10 | 2566 | 23400 | 9 | 3.7 | ◎ | ○ | |
| 종래예6 | -5 | 3964 | 29700 | 7 | 3.8 | ◎ | △ | |
| 종래예7 | 0 | 6025 | 22200 | 3.7 | 3.3 | ◎ | × |
스나우트에서 발생되는 금속분진을 채취하고 육안으로 관찰하여 평가시, 다음과 같은 기준으로 평가하였다.
◎ : 전혀 발생되지 않음
○ : 극히 미량 발생되어 결함발생에 영향없음
△ : 약간 발생되고 결함발생을 유발함
× : 상당량이 발생되고 결함발생함
×× : 발생량이 많아서 결함이 다발함.
도금밀착성 평가는, 제품을 채취후, 이를 록포밍 테스트기를 이용하여 가공하고, 가공된 모서리를 육안으로 평가하고 그 정도를 다음과 같은 기준으로 평가하여 이루어졌다.
○ : 가공부의 모서리에서 도금박리가 없어 밀착성이 양호함
△ : 가공부의 모서리에서 도금박리가 극히 일부 발생됨
× : 도금제품의 도금면에 미도금(bare spot)이 발생되어 제품가치가 없음
이상과 같이 본 발명에 의하면, 가스 분위기를 인위적으로 조절하여 스나우트내로 주입하여 수소:수증기의 비를 4:1 미만으로 하고, 또한 수증기 함량을 이슬점으로 -40℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 스나우트내 분위기를 형성함으로써, 스나우트에서 금속분진의 발생을 억제하는 기술을 제공하고, 또한 용융금속 도금과정에서 금속분진에 의해 유발되던 제품 표면의 박리, 미도금 혹은 표면결함의 발생을 억제할 수 있는 효과와 더나아가서 GI강판의 표면품질을 한단계 향상시키는 효과가 기대된다.
Claims (3)
- 용융금속 도금시, 도금설비의 환원소둔로와 포트를 연결하는 부위로서 피도금물을 도금욕이 수용된 포트로 인입시키는 부위인 스나우트 내부에서 금속분진이 생성되는 것을 억제하기 위하여 수소:수증기의 비를 4:1 미만으로 하고 또한 수증기의 함량이 이슬점으로 -40℃ 이상 -5℃ 미만이 되도록 스나우트내로 분위기 가스를 주입하는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성을 억제하기 위한 방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 스나우트내로 주입되는 분위기 가스는 수증기나, 수증기를 포함한 불활성가스 또는 이들을 혼합하여 이루어진 가스인 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성을 억제하기 위한 방법.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR10-1999-0040460A KR100399226B1 (ko) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성 억제방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-1999-0040460A KR100399226B1 (ko) | 1999-09-20 | 1999-09-20 | 용융금속 도금설비의 스나우트내 금속분진 생성 억제방법 |
Publications (2)
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| KR100399226B1 true KR100399226B1 (ko) | 2003-09-22 |
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ID=19612290
Family Applications (1)
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| KR100883496B1 (ko) * | 2002-07-02 | 2009-02-16 | 주식회사 포스코 | 아연도금강판의 표면결함 저감방법 |
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- 1999-09-20 KR KR10-1999-0040460A patent/KR100399226B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
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