KR100470656B1

KR100470656B1 - 금속판 진동 방지장치

Info

Publication number: KR100470656B1
Application number: KR10-2000-0050083A
Authority: KR
Inventors: 김호영; 윤민수
Original assignee: 주식회사 포스코; 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2005-03-07
Also published as: KR20020017029A

Abstract

본 발명은 금속판 진동 방지장치에 관한 것으로, 본 발명의 금속판 진동 방지장치는, 양단에서 롤러에 의해 지지되면서 이동되는 길이가 긴 금속판에 대한 두께방향의 진동을 방지하는 장치에 있어서, 상기 금속판이 통과하는 소정위치에서, 상기 금속판을 중심으로 하여 상기 금속판과 제1 거리(d1)를 유지되고 서로 일정한 제2 거리(d2)를 두고 설치된 2개 이상의 코일 권취 구조물; 상기 각 코일권취 구조물에 금속판의 길이방향에 수직인 방향으로 권취되어 서로 연결된 2개 이상의 권취코일을 포함하고, 상기 각 권취코일은 서로 동일한 방향으로 권취된 코일부; 및 상기 코일부 양단에 접속하고, 직류전원을 발생시켜 상기 코일부에 직류전류를 제공하는 직류전원 발생장치를 포함하며, 이와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 양단에서 롤러로 지지되는 박판(두께가 얇은 금속판)을 연속적으로 도금 또는 도장하는 공정에서 금속판의 두께방향 진동을 억제시키는 힘을 금속판에 비접촉식으로 제공하도록 함으로서, 이동하면서 진동하는 금속판의 두께방향 진폭을 감소시킬 수 있는 것이다.

Description

금속판 진동 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING VIBRATION OF IRON PLATE}

본 발명은 금속판 진동 방지장치에 관한 것으로, 특히 양단에서 롤러로 지지되는 박판(두께가 얇은 금속판)을 연속적으로 도금 또는 도장하는 공정에서 금속판의 두께방향 진동을 억제시키는 힘을 금속판에 비접촉식으로 제공하도록 함으로서, 이동하면서 진동하는 금속판의 두께방향 진폭을 감소시키도록 한 금속판 진동 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로, 두께가 얇은 금속판(또는 강판)을 연속적으로 도금하거나 도장하는 공정, 예를들어 철강공정의 "연속 용융아연 도금 공정(continuous galvanizing line)", "연속 용융 알루미늄 도금공정(continuous aluminizing line)", "연속도장공정(continuous roll coating line)"등에서 금속판을 지지, 구동하기 위해 양단에 롤러가 위치한다. 강판에 도금에 도금층이 건조되어서 지지하는 롤러등과 접촉해도 도금표면이 아무런 해가 없도록 하기 위해서 도금 또는 도장하는 구간의 롤러 간격은 수십미터에 이른다.

이와같이 금속판의 두께가 얇고 지지 간격이 멀고 또한 금속판 자체가 초당 수 미터의 속도로 이송되는 상황에서, 금속판의 두께방향 진동은 도3a-도3c에 도시한 바와같은 진동형상을 보이는데, 이 진동은 도금 또는 도장 두께 편차를 초래시키거나 물결무늬를 형성하여 제품의 가치를 떨어뜨리는 주된 원인이 된다.

이러한 진동을 억제하는 종래의 방법으로는 도금 또는 도장하는 구간의 적절한 위치에, 롤러를 설치하거나 영구자석이나 전자석을 설치하는 방법들이 시도되었다.

롤러를 설치하는 방법(터치 롤(touch roll)이라 부름)은 진동을 감소시키는 가장 좋은 방법이지만, 도금 또는 도장층이 충분히 건조된 상태가 되어야 하므로 그 설치위치가 도금 또는 도장 위치로부터 충분한 거리가 확보되어야 한다. 현실적으로 충분한 거리확보가 되지 않으므로 이를 적용할 경우에는 금속판의 이송속도를 줄여야 하는등 공정의 생산성을 하락시키는 문제가 초래되어 일부 도금 공정에서만 사용되고 있다.

또한, 금속판의 측면에 영구 자석을 설치(에지 마그네트(edge magnet)라 부름)하여 강판이 자속선과 어긋날 경우에 자속선과 동일한 방형으로 강판이 위치하려는 모멘트를 이용하는 다른 종래의 방법이 제안되어 시행되었지만 영구자석의 자장이 유효한 영역이 짧아서 그 효과를 별로 얻지 못하고 있다.

그리고, 전자석을 금속판의 폭방향 적절한 위치에 설치하여 자장의 인력으로 금속판의 사행과 진동방지를 달성하려는 또 다른 종래 방법이 제안되었으나, 이러한 배치에서 자장의 인력은 오히려 금속판의 진동을 더 조장할 수 있다. 이를 해결하기 위해, 금속판의 위치를 측정하여 이에따라 금속판 주위의 자장강도를 조절하는 방법도 제안되었으나 측정-제어간의 경과시간, 장치의 신뢰도등의 문제로 실제 적용은 어려운 것으로 알려져 있다.

위에서 설명한 바와같이, 종래에 여러 가지의 방법이 제안되었지만, 이러한 기존의 방법들에 의하면, 두께가 얇고 길이가 긴 금속판이 양단에 롤러로 지지되면서 이동하는 동안에, 생산성을 떨어뜨리지 않으면서 금속판의 두께 방향 진동을 억제하는데 한계가 있으며, 이와같이 금속판의 두께 방향으로 진동이 발생하는 경우에는 도금 또는 도장 두께편차를 초래시키며, 또한, 불균일한 도금 또는 도장으로 인하여 금속판의 표면에 물결무늬를 형성시켜 금속판의 제품 가치를 떨어뜨리는 문제점이 있었던 것이다. 이러한 도금공정이나 도장공정에서는 공정 특성상 지지 구동되는 롤러등의 진동 발생원을 제거할 수 없다는 문제점도 있었던 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 양단에서 롤러로 지지되는 박판(두께가 얇은 금속판)을 연속적으로 도금 또는 도장하는 공정에서 금속판의 두께방향 진동을 억제시키는 힘을 금속판에 비접촉식으로 제공하도록 함으로서, 이동하면서 진동하는 금속판의 두께방향 진폭을 감소시키도록 한 금속판 진동 방지장치를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 도금 또는 도장공정에서의 양질의 금속판 제품을 획득할 수 있도록 하는 금속판 진동 방지장치를 제공하는데 있다.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명의 금속판 진동 방지장치는, 양단에서 롤러에 의해 지지되면서 이동되는 길이가 긴 금속판에 대한 두께방향의 진동을 방지하는 장치에 있어서, 상기 금속판이 통과하는 소정위치에서, 상기 금속판을 중심으로 하여 상기 금속판과 제1 거리(d1)를 유지되고 서로 일정한 제2 거리(d2)를 두고 설치된 2개 이상의 코일 권취 구조물; 상기 각 코일권취 구조물에 금속판의 길이방향에 수직인 방향으로 권취되어 서로 연결된 2개 이상의 권취코일을 포함하고, 상기 각 권취코일은 서로 동일한 방향으로 권취된 코일부; 및 상기 코일부 양단에 접속하고, 직류전원을 발생시켜 상기 코일부에 직류전류를 제공하는 직류전원 발생장치를 포함함을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 금속판 진동 방지장치에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명에 참조된 도면에서 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성요소들은 동일한 부호를 사용할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 금속판 진동 방지장치의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 금속판 진동 방지장치는 양단에서 롤러에 의해 지지되면서 이동되는 길이가 긴 금속판에 대한 두께방향의 진동을 방지하는 장치로서, 이 장치는 금속판(1)이 통과하는 소정위치에서, 금속판(1)을 중심으로 하여 금속판(1)과 제1 거리(d1)를 유지되게 설치된 각 코일권취 구조물(CTa,CTb)에 권취한 코일(2a,2b)을 포함하는 코일부(2)와, 상기 코일부(2)의 코일(2a,2b) 양단에 접속하고, 직류전원을 발생시켜 상기 코일부(2)에 직류전류를 제공하는 직류전원 발생장치(3)를 포함한다.

상기 코일권취 구조물에 권취된 각 코일은 금속판의 길이방향에 수직으로 권취하고, 상기 코일권취 구조물에 권취된 각 코일은 일정한 제2 거리(d2)를 두고 설치된 2개 이상의 구조물에 권취되며, 여기서, 상기 코일권취 구조물은 2개 이상으로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 도 1에 도시한 바와같이 2개의 코일권취 구조물을 포함하고 있다. 상기 각 코일권취 구조물에 권취된 코일은 서로 연결하여 구성한다.

상기 각 코일권취 구조물(CT1,CTb)에 권취된 각 코일(2a,2b)간의 제2 거리(d2)는 금속판(1)과 코일간의 제1 거리(d1)에 근접한 거리이며, 바람직하게는 금속판(1)에서의 전기장의 강도를 가장 강하게 하기 위해서 금속판(1)과 각 코일간의 제1 거리(d1)에 해당하는 거리이다.

그리고, 상기 코일권취 구조물(CTa,CTb)에 권취되는 코일(2a,2b) 각각은 동일한 방향으로 권취한다.

도 2a-2c는 체적력의 작용방향을 설명도이고, 도 3a-3c는 양단에서 롤러로 지지되는 금속판의 진동형상 예시도이다. 그리고, 도 4는 본 발명의 장치에 의한 금속판의 진동 계측결과 그래프이다.

이와같이 구성된 본 발명의 장치에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

본 발명은 양단에서 롤러로 지지되는 박판(두께가 얇은 금속판)을 연속적으로 도금 또는 도장하는 공정에서, 금속판(1)이 이동되는 동안에 상기 금속판(1)의 두께방향으로 진동이 발생되는데, 이때 금속판(1)의 두께방향 진동에 반대방향으로 작용하는 힘(체적력)을 상기 금속판(1)에 비접촉식으로 제공하여 금속판의 두께방향 진동을 방지할 수 있는 것이며, 이에따라 도금공정이나 도장공정에서 균일한 금속판을 획득할 수 있도록 한 것이다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명을 설명하면, 먼저, 도 1에 도시한 직류전원 발생장치(3)에서 직류전원을 발생시켜 코일권취 구조물(CTa)에 대략 25턴(turns)으로 권취된 코일(2a)로 전류(I)를 제공하면, 이 전류(I)는 코일(2a)을 따라 흐르고, 이 코일(2a)에 흐른 뒤, 대략 500mm 정도인 거리(d2)만큼 떨어진 코일(2a)에 연결된 다른 코일권취 구조물(CTb)에 권취된 코일(2b)에도 전류가 흐르게 된다. 이때 최대 전류는 1300[A]가 되도록 하였다.

이때, 상기 코일(2a,2b) 각각은 도 1에 도시한 바와같이, 상기 금속판(1)의 길이방향에 수직인 방향, 즉 금속판(1)의 폭방향으로 권취되는데, 이 코일(2a,2b)은 서로 동일한 방향으로 권취되어 자기장 강도를 크게 하며, 이때 도 2a에 도시한 바와 같이 코일(2a,2b) 각각에 흐르는 전류(I)에 의해 자기장(B)이 발생되는데, 여기서 자기장의 방향은 플레밍의 오른나사법칙에 의해 금속판(1)의 길이방향으로 형성되며, 이 자기장내의 자속선의 방향은 금속판의 진행방향과 평행한 방향으로 된다.

이와같이 자기장이 형성되어 있는 상태에서, 금속판(1)이 이동중에 두께방향으로 진동이 발생하여 금속판(1)이 두께방향으로 속도()로 움직이면 도 2c에 도시한 바와같이 금속판(1)에는 유도전류가 하기 수학식1에 보인 바와같이 발행하는데, 이때 유도전류()의 방향은 플레밍의 오른손 법칙에 따라 상기 자기장()에 수직한 방향이고, 코일에 흐르는 전류()와는 반대방향이다.

여기서, 는 금속판의 전기전도도이고, 상기 수학식1을 이용하면, 상기 자기장에서 전류가 흐르면 힘(체적력,)이 하기 수학식 2에 보인 바와같이 발생되는데, 이때 체적력()의 방향은 플레밍의 왼손법칙에 따르며, 도 2b에 도시한 바와같이, 유도전류()와 전기장 강도()의 평면에 수직하는 방향이다.

여기서, 체적력()은 금속판의 두께방향 속도()에 비례하고, 자기장 강도()의 제곱에 비례하며, 상기 체적력()의 작용방향은 항상 금속판 진동인 두께방향 속도()의 반대방향으로, 결국, 금속판의 진동에 대해서는 댐핑(damping)역할을 한다.

한편, 금속판이 강판처럼 강자성체이면, 외부의 자기장()에 따라 금속판이 자화(magnetization)된다. 이때 자화된 금속판은 항상 자속선과 평행하게 위치하려는 경향이 있으므로, 진동등에 의해 강판이 자속선과 임의의 각도(θ)를 이루게 되면, 그에 따라 강판에는 자속선과 강판이 이루는 각도(θ)를 영으로 만들려는 회전 모멘트()가 발생하는데, 이 회전모멘트()는 하기 수학식 3으로 표현된다.

여기서, χ는 금속판의 자화율(magnetic susceptibility)이고, μo(=4π×10^-7)는 자유공간 투자율(free space permeability)이다.

이를 강판의 용융도금 공정에 적용하면, 500℃ 강판의 물성치인 전기전도도(σ=2×10⁶[1/Ωm]), 자화율(χ~10³), 자유공간 투자율을 이용한다. 상기 체적력과 회전 모멘트는 각각 F=-2×10⁶B²w[N/m³]이고, C=10¹⁰/4π×B²θ[N.m/m³]이므로, 자기장 강도(B=200[G])에서 단위 체적당 금속판의 진동속도에 기인한 복원력은 F=-800w[N/m³]가 된다. 이때 기울어짐에 대한 복원 모멘트는 C~10⁶/π.θ[N.m/m³]으로 계산되는데, 대략 8[m] 길이의 금속판을 자기력선과 동일한 방향으로 유지할 수 있음을 알 수 있다.

이에따라, 금속판(1)의 진동인 두께방향 속도()에 반대방향으로 체적력()이 발생되므로, 상기 금속판(1)의 두께 방향으로 발생되는 진동은 본 발명에 의한 체적력()에 의해 억제되는 것이다.

도 4는 본 발명의 장치에 의한 금속판의 진동 계측결과 그래프로서, 도 4를 참조하면, 본 발명에 의한 금속판 진동 방지장치에 의하면, 이동중인 금속판의 진동이 현저하게 감소되었음을 활 수 있다.

상술한 바와같은 본 발명에 따르면, 양단에서 롤러로 지지되는 박판(두께가 얇은 금속판)을 연속적으로 도금 또는 도장하는 공정에서 금속판의 두께방향 진동을 억제시키는 힘을 금속판에 비접촉식으로 제공하도록 함으로서, 이동하면서 진동하는 금속판의 두께방향 진폭을 감소시키도록 하는 특별한 효과가 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 금속판 진동 방지장치의 구성도이다.

도 2a-2c는 체적력의 작용방향을 설명도이다.

도 3a-3c는 양단에서 롤러로 지지되는 금속판의 진동형상 예시도이다.

도 4는 본 발명의 장치에 의한 금속판의 진동 계측결과 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속판 2a,2b : 코일

3 : 직류전원 발생장치

Claims

양단에서 롤러에 의해 지지되면서 이동되는 길이가 긴 금속판에 대한 두께방향의 진동을 방지하는 장치에 있어서,

상기 금속판이 통과하는 소정위치에서, 상기 금속판을 중심으로 하여 상기 금속판과 제1 거리(d1)를 유지되고 서로 일정한 제2 거리(d2)를 두고 설치된 2개 이상의 코일 권취 구조물;

상기 각 코일권취 구조물에 금속판의 길이방향에 수직인 방향으로 권취되어 서로 연결된 2개 이상의 권취코일을 포함하고, 상기 각 권취코일은 서로 동일한 방향으로 권취된 코일부; 및

상기 코일부 양단에 접속하고, 직류전원을 발생시켜 상기 코일부에 직류전류를 제공하는 직류전원 발생장치를 포함함을 특징으로 하는 금속판 진동 방지장치.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 각 코일권취 구조물에 권취된 각 코일간의 제2 거리(d2)는

상기 금속판과 각 코일간의 제1 거리(d1)에 해당하는 거리임을 특징으로 하는 금속판 진동 방지장치.
삭제