KR100511513B1 - 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법 - Google Patents
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Abstract
강판을 도금조에서 용융아연도금하는 단계; 에어나이프가 상기 아연도금된 강판의 도금량을 조절하는 단계; 상기 도금량이 조절된 강판을 합금화로에서 합금화 열처리하는 단계; 상기 열처리된 강판을 냉각하는 단계; 색도계, 광택도계 및 포토센서가 상기 강판의 폭방향으로 이동하면서 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 각각 측정하여 그 결과를 중앙제어컴퓨터로 전송하는 단계; 및 상기 측정된 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 기초로 상기 중앙제어컴퓨터가 강판 폭방향 철함량을 계산하고, 강판 에지부의 철함량이 강판 중심부의 철함량보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 에어나이프와 합금화로 사이에 있는 에지 버너를 가동하여 철함량의 부족한 강판 에지부 부분을 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 강판 에지부의 적절한 온도 제어를 통해 강판 폭방향으로 균일한 온도를 부여하여 합금화 품질이 균일한 제품을 확보하는 것이 가능하게 된다.
Description
본 발명은 자동차용 강판등에 사용되는 아연-철 합금도금강판(이하 GA강판)의 제조방법 및 그 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연속식 용융아연도금 냉연강판의 제조에 있어 합금화 열처리시 통상적으로 나타나는 강판 에지부 온도 급강하에 따른 에지부 합금화 불량을 방지하는 방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것이다.
GA강판은 도장성 및 도장후 내식성이 우수하여 최근 건자재용, 가전용 및 자동차용 강판으로 그 수요가 급증하고 있다. GA 강판은 일반적으로 연속 용융아연도금 공정에서 도금된 강판을 합금화 열처리하여 제조된다. 보다 구체적으로 설명하자면, 소지 강판에 1차로 아연도금을 형성하고, 에어나이프에서 도금량을 조절한 다음, 연속하여 약 470∼560℃의 온도 범위에서 가열하면, 소지철의 철성분과 도금층의 아연 성분이 상호 확산되어 δ1상, ζ상, Γ상 등의 Fe-Zn계 금속간 화합물이 성장하여 합금화용융아연도금층이 형성됨으로써 GA 강판이 제조된다.
이렇게 제조된 GA 강판은 스폿용접성, 도장후 내식성 및 도장 밀착성이 우수한 품질특성이 있다. 그러나, 상기 합금화 처리를 하는 과정에서, 강판이 합금화로(이하 GA로)에 진입하기 전에 강판 에지부의 판온이 중앙부 보다 판온이 급강하하여 미합금화가 발생하게 되는데, 상기 미합금화된 강판은 철함량이 적고 가공시 도금층이 연하여 프레스 가공 도중 도금층이 밀리는 플레이킹(FLAKING) 현상이 발생되는 문제가 있다. 통상 도금층의 철 농도가 감소함에 따라 ζ상이 두껍게 되며 이에 비례하여 플레이킹성도 열화되고, 반대로 내파우더링성은 향상되는데, 이는 철농도가 높을 때 생기는 Γ상의 두께가 감소하기 때문이다.
더욱이, 에어나이프가 도금량을 조절하는 과정에서, 강판 에지부는 에어 와류로 인해 중앙부에 비해 도금량이 적게 깎이게 되므로 도금량이 중앙부보다 많게 되고 철함량은 적게 된다. 이렇게 도금량이 많은 경우 적절한 철함량을 확보하기 위해서는 도금량이 적은 경우보다 합금화 열처리 온도가 높거나 열처리 시간이 길게 요구된다.
따라서, GA강판의 제조시 강판 에지부를 온도 강하분만큼 보상하는 기술이 매우 중요하다. 이를 위한 종래의 기술로는 대한민국 실용신안공개 제1997-39068호 "합금화 아연 도금 강판의 에지부 보열 장치"가 있다. 이는 도금후 합금화 열처리로 사이에 외기와의 접촉을 차단하고 보온을 위해 버너로 강판 표면 전체를 가열하는 기술이다. 그러나, 이 기술은 첫째, 강판 에지만 선택적으로 가열하지 못하여 에너지 낭비가 많으며 둘째, 강판 전체면을 가열하기 때문에 에지부의 온도 강하 문제를 근본적인 해결 방안은 아니며 셋째, 에어나이프와 합금화로 사이에 보열 대차가 위치하고 있어 도금조에서 발생된 결함을 작업자가 검사하지 못하는 단점이 있다.
현재 대부분의 GA 강판 제조공정에서는, 합금화 열처리 온도를 전체적으로 상향시켜 강판 에지부에 나타나는 미합금화를 방지하고 있으나, 이럴 경우 강판 중앙부는 과합금화가 발생하여 철 함량이 높아져 가공성이 취약한 Γ상의 두께가 두꺼워지고 또한 내파우더링성이 나빠지게 된다. 더욱이, 고장력강과 같이 소지 강판이 인, 규소등 특정 성분이 많이 있는 경우는 합금화 자체가 어렵기 때문에 합금화 처리 온도를 높이는 경우가 불가피한데, 이럴 경우 에지부 미합금화 및 중앙부 과합금화 현상이 두드러지게 나타난다.
또한, 합금화 상태를 판단하는데 있어서, 정상적인 GA 강판 표면의 고유 색상은 어두우면서 철 성분 때문에 광택이 나타나는 닥크브라이트(DARK BRIGHT)이나, 미합금화된 경우 미색을 띠므로 백색도가 증가하는데, 이러한 합금화 상태는 통상적으로 운전자가 표면색상을 보고 합금화 품질을 판단하였기 때문에 작업자에 따라 절대등급의 신뢰도가 떨어지며 품질 편차가 발생하는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것이다.
따라서, 본 발명은 에지부 철함량 감소시 에지버너의 가동과 보열대차를 가동시켜 적정 온도로 강판 에지부 온도를 보상시킴으로써 강판 폭방량 합금화 편차를 최소화하는 GA 강판의 에지부 미합금화 방지 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 GA강판에 있어서 표면을 색도계에 의한 백색도를 측정하고, 광택도계에 의한 표면 광택도를 측정함으로써 자동으로 철함량의 정도를 분석하여 반복시험에도 신뢰성과 재현성을 가지는 GA 강판의 에지부 미합금화 방지 방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법은, 강판을 도금조에서 용융아연도금하는 단계; 에어나이프가 상기 아연도금된 강판의 도금량을 조절하는 단계; 상기 도금량이 조절된 강판을 합금화로에서 합금화 열처리하는 단계; 상기 열처리된 강판을 냉각하는 단계; 색도계, 광택도계 및 포토센서가 상기 강판의 폭방향으로 이동하면서 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 각각 측정하여 그 결과를 중앙제어컴퓨터로 전송하는 단계; 및 상기 측정된 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 기초로 상기 중앙제어컴퓨터가 강판 폭방향 철함량을 계산하고, 강판 에지부의 철함량이 강판 중심부의 철함량보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 에어나이프와 합금화로 사이에 있는 에지 버너를 가동하여 철함량의 부족한 강판 에지부 부분을 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의거 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 종래의 합금화 열처리 과정을 도시한 것으로, 먼저 도금조(2)에서 강판(1)에 아연도금을 실시한 후, 에어나이프(3)에 의해 도금량이 제어된 다음, 어느 정도 응고된 도금층의 합금화를 위해 상기 에어나이프(3)로부터 약 3m 정도 떨어진 위치에 있는 합금화로(4)에 상기 아연도금된 강판(1)을 진입시켜 합금화열처리가 된다. 이어서, 에어냉각대(23)에서 상기 강판(1)을 냉각한 후 톱롤(21)을 향해 강판(1)이 계속 전진한다.
그러나, 상기 종래의 방법으로는, 이미 설명하였듯이, 합금화 열처리시 도금조(2)에서 합금화 열처리로(4)까지 강판이 진입하는 동안, 자연적으로 강판 에지부에서는 중앙부에서보다 강판의 온도가 더 많이 떨어진다. 또한, 에어나이프(3)에 의해 도금량이 조절되는 과정에서, 에지부의 도금량이 중앙부보다 많게 된다. 따라서, 강판 에지부는 중앙부에 비해 아연 및 철 성분의 확산이 적게 이루어져 철함량이 적게 나타나는 미합금화 현상이 발생한다.
도 2는 상기 강판 에지부의 미합금화를 방지하는 본 발명에 따른 아연-철 합금도금강판의 제조장치를 도시한 구성도로서, 백색도 및 광택도 측정장치 및 미합금화된 강판 에지부를 에지 버너에 의해 가열하고 온도 보상이된 강판을 보온 유지시켜 주는 보열 대차가 개략적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 강판(1)이 도금조(2)에서 용융도금이 되고 에어나이프(3)에서 도금량이 제어되고 난 후, GA로(25)에서 합금화 열처리된다. 본 발명에 따른 상기 GA로(25)의 중앙부에는 수평방향으로 복수의 버너(26)가 배열되어 있으며, 양 에지부에는 강판의 진입과 함께 유입되는 외기의 차단을 위해 화염의 토출 방향을 30∼60도 하향 유지하도록 버너(27)가 배열되어 있다.
GA로(25)에서 합금화 열처리된 강판(1)은 에어냉각대(23)를 거쳐 연속적으로 색도계(5)나 광택도계(6)와 같은 철함량 측정장치를 향해 전진하게 된다. 여기서, 상기 색도계(5) 및 광택도계(6)는 완성된 GA 강판 에지부에서의 철함량을 측정할 수 있도록 강판의 폭방향으로 이동할 수 있게 설계되는데, 색도계(5)는 합금층의 백색도를 측정하고, 광택도계(7)는 표면 광택도를 측정하며, 상기 색도계(5)와 광택도계(6) 사이에는 강판 폭을 감지하는 포토 센서(7)가 위치하게 된다. 상기 색도계(5), 광택도계(6) 그리고 포토센서(7)는 일체형으로 정션 박스(9)내에 들어 있으며, 모터(10) 및 이동 부재(11)에 의해 강판 폭방향으로 이동하고 스피드 콘트롤러(12)에 의해 이동속도 및 이동거리가 제어된다.
도 3은 합금화 열처리된 강판상에 색도계(5)를 이용하여 나타나는 백색도와 철함량의 관계를 분석한 결과로서, 백색도와 철함량은 일정한 반비례 관계식에 의해 예측이 가능하다는 것을 알 수 있으며, 이로부터 강판 폭방향 철함량을 검출하게 된다. 도 4는 마찬가지로 합금화 열처리된 강판상에 광택도계를 투시하여 이때 표시되는 광택도와 철함량과의 관계를 분석한 결과로서, 광택도와 철함량은 비례 관계가 있다는 것을 알 수 있으며, 이로부터 재차 강판 폭방향 철함량을 검출하게 된다.
상기 색도계(5) 및 광택도계(6)로부터 얻은 데이터는 중앙제어컴퓨터(13)로 전송된다. 데이터를 받은 중앙제어컴퓨터(13)는 측정된 백색도 및 광택도 값으로부터 철 함량을 환산하여 철함량의 미달여부를 판단한다. 이 때, 상기 백색도 및 광택도는 도금량 및 강판의 조도 등에 따라 다르게 나타날 수 있으므로 철함량 검량선이 적절히 조정될 필요가 있다. 만약 철함량이 미달된다면, 중앙제어컴퓨터(13)는 철함량이 어느 정도 미달되는지를 계산하고, 상기 색도계(5), 광택도계(6) 및 포토 센서(7)가 고정된 정션 박스(9)는 미합금화된 에지부에 멈추게 되며, 포토 센서(7)로부터의 데이터를 기초로 철함량이 미달되는 강판의 위치를 계산한다. 그런 다음, 중앙제어컴퓨터(13)는 에지 버너(14)에 가열 명령을 내리고 온도 보상을 위해 필요한 연료 및 에어를 공급하여 강판 에지부를 가열시키게 된다.
에어나이프(3)와 GA로(25) 사이에 위치하는 에지버너(14)는 상기 중앙제어컴퓨터(13)의 제어에 따라 모터(19) 및 이동부재(20)에 의해 강판의 폭방향으로 이동하여 강판 에지부의 온도 강하를 보상하기 위해 강판의 에지부를 가열한다. 이 때, 중앙제어컴퓨터(13)는 강판 에지부의 미합금화된 부분을 정상화시키는데 필요한 에지버너(14)의 열량 및 화염 분사폭을 결정하여, 공급압력계(15) 및 오토 밸브(17)를 통해 제공되는 연료 및 에어를 제어함으로써, 상기 에지버너(14)의 가열 온도를 제어한다.
그런 다음, 중앙제어컴퓨터(13)는 색도계(5) 및 광택도계(6)를 통해 합금화도를 재차 분석하고, 그 결과로부터 품질에 대한 등급을 최종 판정하게 된다. 도금강판의 철함량 미달 및 미달 폭이 색도계(5), 광택도계(6) 및 포토센서(7)에 의해 다시 검출되면 중앙제어컴퓨터(13)는 에지 버너(14)에 가동 지시를 내리며, 부족한 철함량 보상을 위해 필요한 열량으로 강판 에지부를 가열하게 된다. 이렇게 강판 온도 보상이 완료된 도금강판은 다시 색도계 및 광택도계에 의해 철함량의 보상 정도를 재측정하고 그 데이터를 중앙제어컴퓨터에 전송하여 품질 등급 평가를 최종 판정하게 된다.
한편, 연속하여 보상된 온도를 포함하여 강판 폭방향 온도가 균일하게 유지될 수 있도록 합금화 열처리로(25)에 진입하기 전에 보열대차(도시되지 않음)를 마련할 수 있다. 상기 보열대차는 내부가 내화벽돌로 축조되어 단열효과가 뛰어나므로 강판이 합금화열처리로(25)까지 진입시 균일한 온도가 유지될 수 있다.
실시예
본 발명의 효과 확인을 위해 목표 도금부착량 60 g/㎡ 및 도금층내 철성분 합금화도를 11％로 하여 표 1과 같은 방법으로 용융도금 및 합금화 열처리를 실시하였다.
| 버너 용량 | 크기 | 타입 | 화염의 크기 | 사용연료 |
| 2.8 X 105 kcal/Hr | 500L X 60W X 300H | 직화식 | 60ΦX 300L | COG(COKE OVEN GAS) |
이 때, 두께 1.0mm, 폭 930mm 크기의 시험 강판을 소재로 20회 반복 용융도금 및 합금화열처리를 한 후, 강판 폭방향 온도 및 철함량 분포를 분석하였고, 2차로 소재를 용융도금한 후 에지버너를 가동 및 합금화열처리를 하여, 결과적인 강판 폭방향 철함량 분포를 도 5에 나타내었다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 1차 합금화 열처리시에는 강판 에지부로부터 65mm 지점까지 강판 에지부에서의 온도가 강판 중앙대비 50∼120℃ 정도 낮게 나타나면서 철함량도 2∼5％ 정도 떨어지는 현상이 나타나는 반면, 이후 본 발명의 직화식 에지버너를 선택하여 강판 에지부를 용융도금후 재가열시킨 결과, 양쪽 에지부에서도 목표 철함량의 확보가 가능하였다. 또한, 본 실시예에서는 수평 방향으로 나열되어 있는 버너중 양쪽 에지부 버너의 화염 토출 방향을 30∼60도로 하향함으로써 외기의 진입을 최소화 하였다.
본 발명에 의하면, 강판 에지부의 적절한 온도 제어를 통해 강판 폭방향으로 균일한 온도를 부여하여 합금화 품질이 균일한 제품을 확보하는 것이 가능하게 된다. 또한, 강판의 합금화 여부를 판정하기 위한 수단으로 표면 백색도 및 광택도를 측정하여 도금층의 철함량과 이들 백색도 및 광택도와의 상관 관계를 기초로 합금화 불량부를 판단하게 되므로, 객관적이고 신뢰성 있는 품질 판단을 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 의해 제조된 강판은 표면 색상이 균일하고 재질 품질 편차가 없어 가공성도 우수하게 되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 아연-철 합금도금강판의 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 에지 가열장치를 포함하는 아연-철 합금도금강판의 제조장치의 개략적인 구성도이다.
도 3은 아연-철 합금도금강판의 철함량과 백색도와의 상관도이다.
도 4는 아연-철 합금도금 강판의 철함량과 광택도와의 상관도이다.
도 5는 본 발명을 적용한 도금강판의 폭방향 합금화 편차를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따라 아연-철 합금도금강판을 제조하는 공정을 도시하는 흐름도이다.
♠도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ♠
1......강판 2........도금조
3......에어나이프 4, 25.....GA로
5......색도계 6.........광택도계
7......포토센서 13........중앙제어컴퓨터
14.....에지버너 23........에이프런
Claims (4)
- 강판을 도금조에서 용융아연도금하는 단계;에어나이프가 상기 아연도금된 강판의 도금량을 조절하는 단계;상기 도금량이 조절된 강판을 합금화로에서 합금화 열처리하는 단계;상기 열처리된 강판을 냉각하는 단계;색도계, 광택도계 및 포토센서가 상기 강판의 폭방향으로 이동하면서 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 각각 측정하여 그 결과를 중앙제어컴퓨터로 전송하는 단계; 및상기 측정된 백색도, 광택도 및 폭방향 거리 데이터를 기초로 상기 중앙제어컴퓨터가 강판 폭방향 철함량을 계산하고, 강판 에지부의 철함량이 강판 중심부의 철함량보다 낮은 것으로 판단되면, 상기 에어나이프와 합금화로 사이에 있는 에지 버너를 가동하여 철함량의 부족한 강판 에지부 부분을 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 합금화로의 중앙부의 버너는 수평방향으로 배열되어 있으며, 양쪽 에지부의 버너는 강판의 진입과 함께 유입되는 외기의 차단을 위해 화염의 토출 방향을 30∼60도 하향 유지하도록 배치된 것을 특징으로 하는, 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 중앙제어컴퓨터는 공급압력계 및 오토 밸브를 통해 제공되는 연료 및 에어의 량을 조절하여 상기 에지버너의 열량 및 화염 분사폭을 제어하는 것을 특징으로 하는, 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 에지버너에 의해 온도 보상된 강판이 상기 열처리로에 진입하기 전까지 강판의 폭방향 온도가 균일하게 유지될 수 있도록, 내부가 내화벽돌로 축조된 보열대차를 상기 열처리로와 에지버너 사이에 설치한 것을 특징으로 하는, 지에이 강판의 철함량 편차 균일화 방법.
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