KR100513773B1 - 강판의 연속도금방법 및 이에 사용되는 도금장치 - Google Patents

강판의 연속도금방법 및 이에 사용되는 도금장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융금속을 강판에 연속적으로 도금하는 방법에 관한 것으로, 그 목적은 용융금속을 입자화하여 낙하시켜 입자상태 또는 미립자로 하여 기체상태로 만들어 강판에 부착시켜 도금부착량의 편차가 적고 도금밀착성이 우수한 도금방법 및 이 방법에 적용될 수 있는 도금장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 강판의 온도 혹은 도금조내 분위기의 온도를 도금금속의 융점이상으로 조정하여, 비산화성분위기의 도금조내로 강판을 인입하는 단계;
상기 도금조내에서 용융도금금속을 미립자로 낙하시켜 강판에 부착하거나 또는 용융금속의 증발을 유도하여 증발된 도금금속기체 또는 도금금속기체상과 미증발 미립자를 이송강판에 부착하는 단계;를 포함하여 이루어지는 강판의 도금방법에 관한 것을 그 기술적요지로 한다.

Description

강판의 연속도금방법 및 이에 사용되는 도금장치{Method for continuous coating steel sheet and apparatus used therein}
본 발명은 용융금속을 입자화하여 강판에 연속적으로 도금하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속을 입자상태 또는 입자상과 기체상이 혼합된 상태로 만들어 강판표면에 균일하게 부착시킬 수 있는 도금방법과 이에 이용되는 도금장치에 관한 것이다.
강판에 아연 또는 아연계 합금 등을 도금한 도금강판은, 내식성이 우수하여 자동차 차체용 강판, 가전기기의 판재용 및 건축용 강판으로 많이 사용되고 있다. 이들 도금강판은 [1] 전기도금, [2] 용융도금방법이 주로 적용되어 제조되고 있다.
[1] 전기도금법은 냉간압연한 강판을 상소둔(batch annealing) 혹은 연속소둔하여 기계적인 성질을 확보한 후에 아연이온을 함유한 도금액중에서 전기도금하여 도금층을 얻는 방법이다. 이 방법에서는 열처리에 의해서 얻어진 강판의 기계적성질이 도금과정 중에 변화되지 않는 장점이 있고, 또한 강판에 가해진 전기량에 따라 도금부착량이 변화되므로 부착량을 정확히 조절할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 전기도금법은 도금부착량이 증가할수록 필요한 전기량이 많아지므로 후도금재의 경우 생산성이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 도금속도는 한계 전류밀도에 의해 제약을 받으므로 생산성을 향상시키기 위해서는 도금조의 길이가 길어져야 하는데, 이는 설비비의 부담이 되고 있다.
[2] 용융도금방법은 소둔후 동일설비에서 도금을 하므로 전기도금에 비해 강판제조비용이 적게 들고 후도금이 가능한 장점이 있지만 다음과 같은 문제점이 있다. 용융아연욕에 침적된 싱크롤(sink roll) 및 가이드롤은 용융아연에 의해 부식되기 때문에 주기적으로 교체해 주어야 하며, 라인속도가 빨라질수록 용융아연의 저항이 증가하게 되어 싱크롤은 강판과 동기되어 움직이지 못하고 슬립이 발생하여 강판표면에 스크래치 등의 결함이 유발될 위험이 증대한다. 또한, 라인속도를 증가하거나 혹은 도금부착량이 얇아질수록 에어와이핑(air wiping)시 아연의 스프래쉬(splash)가 증대되어 드로스(dross) 발생량이 증가하는 문제점이 있다. 그리고, 표면에 부착된 아연이 응고하기 위해서는 어느 정도의 냉각시간이 소요되므로 강판의 통판속도가 분당 최대 200m 전후로 제한된다. 또한, 도금부착량의 조절이 어려워 편면당 도금부착량이 40g/㎡이하의 경우는 제조가 곤란한 문제점이 있다.
최근 [1][2]의 도금방법의 문제를 개선하기 위한 새로운 도금방법으로서, [3] 유동상태의 분말을 이용한 도금방법, [4] 초음파진동에 의한 입자 도금방법, [5] 진공증착방법 등이 개발되어 실제 적용을 위한 연구가 진행되고 있다.
[3] 유동상태의 아연분말을 이용한 도금방법으로는, 대한민국 특허출원 97-54877호에 제시되어 있는 방법을 대표적인 예로 들 수 있다. 이 방법은 가스에 의해 아연분말을 부유시켜 유동상태로 만들고 이 유동상태의 아연분말을 정전기를 띠도록 하여 어스된 강판에 부착시켜 균일한 아연도금층을 형성하는 기술이다. 이 방법은 비교적 균일한 도금층을 두껍게 형성할 수 있는 혁신적인 기술이나, 가스분사에 의해 아연분말을 이송하므로 아연분말의 운동속도가 매우 빨라 정전대전의 효과가 미약하게 되므로, 아연분말이 강판에 이상적으로 균일하게 부착되지 못하고 부착효율도 다소 떨어지는 단점이 있다.
[4] 초음파진동에 의한 금속입자 도금방법으로는, 일본 공개특허공보 소63-14848호에 제시되어 있는 방법을 예로 들 수 있다. 이 방법은 도 1에 나타난 바와 같이, 용기(5)에 수용된 용융도금금속(6)내로 초음파진동자(7)를 침적한채 초음파진동을 부여하여 분무공(5a)에 의해 용융도금금속을 분무하여 강판(1)표면에 부착피복시키는 기술이다. 적절하게 조절된 진폭과 주파수로 진동중인 물체에 액체를 접촉시키면 액체는 미립화될 수 있으며, 이것의 원리는 잘 알려져 있다. 용융금속도 초음파기와 접촉하게 되면 초음파기의 진동이 용융도금금속에 전달되어 용융도금금속은 미립화될 수 있다(저자 Oleg V. Abramov, 제목: High Intensity Ultrasonics, 98년). 이때 제조된 분말의 크기는 초음파 주파수, 액체의 표면장력 및 액체의 밀도에 비례한다. 초음파에 의한 미립화 특징은 사용된 에너지의 80%이상이 미립화에 소모되고 나머지 20%이하만이 운동에너지로 변환되므로 초음파진동에 의해 생성된 미립자는 운동 속도가 매우 느려 1∼10cm/sec 정도 밖에 되지 않는다. 이러한 느린 속도로 운동하는 입자를 강판에 부착시킬 경우 가스 유동의 변화와 같은 외부로부터 주어지는 작은 힘에 의해 입자의 운동방향이 쉽게 변화되는 문제점이 있다. 특히 강판의 온도가 분위기 온도보다 높을 경우에는 강판으로부터 발생하는 상승기류가 입자의 부착을 방해하며, 또한 강판이 고속으로 움직일 경우 강판을 따라 발행한 가스의 흐름이 입자의 부착을 방해한다. 따라서 이 방법은 도금하고자 하는 강판의 온도가 높거나, 강판의 이송속도가 빠른 철강업체의 도금라인에는 적용하는데 어려움이 많다. 또한, 도금조내에서 강판 폭방향으로의 불균일한 입자의 분포는 도금 불균일로 나타나므로 균일한 도금품질을 얻는 데는 매우 많은 노력이 필요하다.
[5] 진공증착방법은, 진공상태의 도금조내에서 용융금속 보관조의 금속을 증발시키고 증발된 금속기체상을 강판에 응축시키는 진공증착 방법이다. 이 방법은 진공상태에서 용융금속을 증발시킴으로써 빠른 증발속도를 얻을 수 있고, 균일한 도금층을 얻는 것이 가능하지만 도금조를 진공상태로 만들기 위한 실링 및 진공배기 설비가 필요하므로 설비구성이 복잡해지는 문제가 있다.
이상의 [3][4][5]의 도금방법은 나름대로 전기도금방법과 용융도금방법의 문제를 개선하고는 있으나, 상기한 단점으로 인해 제조가 어렵고 제품가격이 냉연강판에 비해 훨씬 비싸서 수요가에게 경제적으로 큰 부담을 주는 문제점이 있었다.
이에 본 발명자들은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 연구를 행하고 그 결과에 근거하여 본 발명을 제안하게 된 것으로, 본 발명은 용융금속을 입자화하여 입자상태 또는 미립자로 하여 기체상태와 미증발 미립자의 혼합상태로 만들어 강판에 부착시켜 품질이 우수한 강판을 손쉽게 제조할수 있는 도금방법 및 이 방법에 적용될 수 있는 도금장치를 제공하는데, 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 금속입자 연속도금방법은,
비산화성 분위기의 도금조내에 용융도금금속을 입자화하여 낙하시키는 단계;
상기 낙하되는 금속입자를 "+" 또는 "-"로 대전시켜 정전기를 띠도록 하면서 반대극성으로 어스되어 이송되는 강판에 부착하는 단계;
상기 강판에 부착된 금속입자는 강판을 도금금속의 융점이상으로 가열하여 도금조내로 인입하거나 또는 도금조로 인출되는 강판을 도금층의 융점이상으로 재가열하여 도금층으로 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 금속기체를 포함한 연속도금방법은,
도금금속의 융점이상이고 740℃이하의 온도를 갖는 비산화성분위기의 도금조내로 관계식 3을 만족하는 강판을 인입하는 단계;
[관계식 3]
강판의 온도-10℃≤도금조내 분위기가스의 온도
상기 도금조내에서 용융도금금속을 미립자로 낙하시켜 증발된 도금금속기체 또는 도금금속기체와 미증발 미립자를 이송강판에 부착하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성된다.
또한, 본 발명의 도금장치는,
강판을 도금조내부로 통과시켜 연속도금하는 장치에 있어서,
내부에서 용융금속이 입자화되어 낙하되면서 대전되고, 대전된 금속이 이송되는 강판에 부착되어 도금층이 형성되도록 구성되는 도금조;
상기 도금조의 하부에 설치되어 상기 도금층이 형성된 강판을 냉각하는 냉각대;를 포함하고,
상기 도금조에는 용융금속을 입자화하여 낙화시키는 입자화장치 및 낙하되는 금속입자를 대전시켜 강판에 부착하기 위한 대전전극 그리고, 도금조의 일단에는 비산화성가스 공급구가 그 타단에는 분위기가스 배기구가 구비되어 구성된다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 용융도금금속을 금속입자로 만들어 전기적인 힘으로 강판에 부착시키거나 또는 용융도금금속을 금속기체와 미증발 입자상으로 만들어 강판 표면에 응축시켜 도금층을 만드는 도금방법 그리고, 이들 방법에 이용되는 도금장치로 구성되는데, 이들을 나누어 설명한다.
[6] 금속입자의 연속도금방법
본 발명에서는 금속입자를 강판에 부착시키는 힘으로 전기적 인력을 사용한다. 도금조내에서의 유동은 불균일 하지만 강판표면에 균일한 전기장의 형성은 매우 손쉽고, 또한 조정도 매우 용이하다. 따라서 입자의 운동이 전기장에 의해 지배 받도록 하면 균일한 부착이 가능하다. 본 발명에 따라 도금조내에서 입자의 운동을 전기장의 지배에 두기 위해서는 미립화시에 입자가 갖게 되는 운동속도를 느리게 하는 것이 중요하다. 이러한 의미에서 초음파 미립화 방법은 미립화시 입자의 운동속도가 매우 느리므로 매우 유용하게 이용될 수 있다. 즉, 미립화시 입자의 운동에너지는 매우 작지만, 전기적 인력에 의해 입자는 강판표면에 손쉽게 부착될 수 있다. 또한 미립화시 입자의 운동속도가 느릴수록 도금층의 균일성에는 유리하다.
입자와 강판사이에 전기적 인력을 작용시키는 방법은 다음과 같다.
금속입자를 “+” 또는 “-”로 대전된 대전전극과 반대극성으로 어스된 강판 사이를 통과시키면 금속입자는 전기적으로 대전되며 입자와 강판 사이에 전기적인력이 작용하여 입자가 강판에 부착된다. 이때, 대전전압이 커질수록 입자부착효율 및 균일성은 증대되므로, “+” 또는 “-”극성으로 최소한 1 kV 이상의 전압으로 대전되어야 한다. 대전전압이 1kv미만의 경우에는 효과가 너무 미약하다. 인가전압의 최대 상한 값은 주어진 작업 조건에서 대전전극과 강판사이에 전기스파크가 발생하지 않는 전압으로 제한된다. 즉 대전전극과 강판 사이의 거리가 멀고 대전전극과 도금조 사이의 절연 처리가 멀수록 최대 인가전압은 증가할 수 있다. 전극과 강판사이의 거리가 약 1 m 정도이고 대전전극과 도금조가 통상적인 고전압 절연처리될 경우 150kv 이하에서는 전기 스파크 문제가 없지만, 그 이상의 전압에서는 절연파괴가 일어나 전기스파크가 발생할 위험이 높아져 작업에 위험이 뒤따른다. 물론 대전전극과 강판과의 거리를 보다 멀게 하고 보다 완벽하게 절연처리를 하면 더 높은 전압에서도 전기 스파크를 방지할 수 있지만 비용이 많이 드는 문제가 있다.
인가 전압의 최대 상한 값을 증가시키는 또 다른 방법으로 직류전압에 펄스전압을 인가하는 방법이 있다. 펄스 고전압 인가시는 가해준 펄스의 피크 전압 만큼 전압상승 및 감소가 순간적으로 반복되므로써 절연파괴가 발생하기 전에 전압이 감소되고, 또 다시 전압이 상승되는 과정을 반복하면서 직류 전압만을 사용하였을 때 보다 더욱 높은 전압을 인가할수 있다. 이 방법은 펄스 고전압 발생장치의 가격이 비싸서 경제적으로 다소 불리할 수 있지만 더욱 높은 전압을 손쉽게 인가할 수 있게 되어 보다 높은 입자의 부착 효율과 도금층의 균일성을 얻을 수 있다. 이때, “+” 혹은 “-” 극성의 1kv 이상의 직류에 동일극성을 갖는 펄스형태의 전압이 부가한다. 실험에서 펄스 고전압의 효과가 나타나는 펄스의 특성은 전압은 1kv이상이며, 주파수 10Hz이상 1kHz이하, 펄스폭이 10-9초 이상 10-2초 이하가 적합한 것으로 나타났다. 직류전압 및 피크전압이 +1kv 혹은 -1kv미만이거나, 펄스폭이 10-9초 미만 10-2초 이상이면 펄스 고전압의 효과가 거의 없었다. 펄스 고전압 장치는 높은 전압을 인가할 수 있으면 좋지만, 가격이 비싸지는 문제점이 있다. 펄스의 피크전압이 + 혹은 - 120 kV 이하이면서 상기의 펄스 특성을 가지면 만족할만한 성능을 얻을 수 있어 적당하다.
본 발명에서 용융도금금속을 입자를 만드는 방법은 다음과 같다.
진동중인 초음파기에 의해 용융금속의 미립화가 일어날 수 있다. 이때 미립화는 용융금속의 표면장력 및 밀도에 의해 영향을 받지만 초음파 주파수에 의해 입자크기를 조절할 수 있다. 실험결과 입자화된 용융금속의 크기가 200㎛ 이하이면 본 발명의 목적을 달성할수 있었으며, 이러한 의미에서 초음파기의 주파수는 10kHz이상이 되어야 한다. 주파수가 10 kHz 이하에서는 200㎛ 이상의 아연 입자가 발생하여 불균일한 도금층이 얻어질 가능성이 있다.
본 발명에서 단위시간당 미립화 되어야 용융금속의 필요량은 아래 식 1로 표시된다.
[관계식 1]
단위 시간에 미립화 되어야할 용융금속량 (gram/sec) =
도금부착량(g/m2) x 강판폭(m)x 강판이동속도(m/sec) x 부착효율
식 1로부터 강판의 이동속도, 강판폭, 강판 도금속도가 증가할수록 필요한 용융금속의 양은 증가되며, 부착효율을 증가시키므로 미립화되어야 할 용융금속의 량을 감소시킬 수 있다. 이러한 측면에서도 정전대전에 의한 부착효율 의 향상은 중요하다.
초음파 미립화에 있어서 입자 발생량은 용융금속의 점도, 비중 및 표면장력 등에 의해 차이가 있으나, 초음파 주파수에 의해서도 결정된다. 초음파 미립화시 단위 초음파 발생면적 및 단위 시간당 미립화되는 분말의 양과 초음파의 진동수는 아래 식 2의 관계를 갖는다. 여기서 초음파 발생면적은 초음파기에서 끝단 즉 용융금속과 접촉을 하여 미립화가 일어나는 면을 말한다.
[관계식 2]
미립화 속도(부피/((혼의 미립화 발생면적)*초)) = A*주파수(-2/3)
여기서 A는 물질 및 기기에 의해 결정되는 비례 상수
식 2에서 알 수 있듯이, 주파수가 증가하면 미립화되는 양은 감소된다. 또한, 상기 식은 초음파 발생에서 미립화가 일어나는 면의 단위 면적에 대한 것으로 총 미립화된 입자의 양을 많게 하기 위해서는 가능한 한 초음파 발생면적을 넓게 하는 것이 바람직하나, 최대 면적은 초음파의 파장에 의해 결정된다. 즉 주파수가 낮을수록 미립화 발생면적을 넓게 할수 있어 한 개의 초음파 장치에서 더 많은 양의 용융금속을 미립화할 수 있어 경제적으로 유리하다. 그러나 발생된 입자의 크기를 비교하면 초음파 주파수가 증가할수록 입자의 크기는 작아지므로 더욱 균일한 도금층을 형성할수 있는 잇점이 있다. 이상을 고려하면 적정 초음파 주파수는 적용설비의 규모, 제품의 생산 품질 및 경제적인 여건을 고려하여 정해지며, 철강업체에서는 10 kHz 이상 1 MHz 이하가 적당하다.
초음파기에 의해 용융금속을 미립화 하여 전기장을 통과시키는 방법은 다음과 같다.
첫 번째 방법은, 초음파기에 연결된 진동판 표면에 용융 금속을 연속적으로 일정량 공급하고, 진동판을 초음파 진동시켜 입자화하는 것이다. 일례로, 도 2에 나타난 바와 같이, 용해로(100)에서 도금금속을 용해하여 도금조내부와 연결된 용해로의 공급관(101)을 통해 경사지게 설치되어 초음파진동이 인가되는 진동판(211)에 유입하는 것이다. 용융도금금속이 진동판(211)에 유입되면 입자화되고 중력에 의하여 도금조 하부로 낙하된다. 이 방법은 용융도금금속의 공급량을 도금두께를 감안하여 조절할 수 있기 때문에 도금금속입자의 발생량이 조절되어 도금부착량의 조절이 가능하다는 장점이 있다.
두 번째 방법은, 도 3과 같이 도금조내에 수용된 도금욕조(215)의 용융금속에 초음파발생기의 선단부(혼)를 침지하고, 용융금속에 초음파진동을 가해 입자화하여 분사하면서 낙하시키는 것이다. 초음파 발생기의 혼에 의해 용융금속이 입자화되는 과정을 상세히 나타내는 것이 도 3(b)(c)이다. 이 방법에서는 혼의 선단면 형상이 중요하며, 이런 혼의 길이는 사용되는 초음파주파수에 의해 결정된다. 혼의 선단은 도 3(b)에서와 같이, 도금욕조에 침지될 때 용융도금금속의 탕면과의 각도가 90°미만이 되도록 위치시킨다. 실험 결과 혼에 의해 용융도금금속의 입자는 혼의 선단면에 수직한 방향으로 분사되었다. 따라서, 용융도금금속의 탕면과 혼의 선단면의 각도가 90°이상이 되면 생성된 금속입자의 분사각도는 도금욕조의 안쪽측면을 향하게 되어 도금욕조의 안쪽측면에 입자가 축적된다. 이를 방지하기 위해서는 용융도금금속의 탕면과 혼의 선단면이 각도는 90°미만이 되는 것이 좋으며, 보다 바람직하게는 45°이상이면서 90°미만이 좋다. 이 방법에서 일정한 분사조건을 얻기 위해서는 침적깊이를 항상 일정하게 하는 것이 바람직하다. 이를 위해 도금욕조(215)에는 용융금속은 항상 일정한 수위를 유지하는 것이 필요하다.
또한, 초음파발생기에서 입자가 분무되는 거리를 약 0.5-1m로 유지하는 경우에 분무한 도금금속입자가 강판에 직접 부착되지 못하도록 강판과 혼의 거리는 약 1m정도를 유지하면 충분하다. 이 방법에서 목적하는 도금부착량을 얻기 위해서 초음파의 주파수를 조정하거나 또는, 도 3(c)와 같이 강판의 폭방향 및 길이방향으로 다수의 초음파 발생기를 설치하여 초음파발생기의 작동개수를 조절하거나 정전대전 전압을 조절하거나 이들을 병행하여 행할 수 있다.
초음파진동에 의해 용융도금금속을 입자화하는 방법과는 달리, 도 4에 나타난 바와 같이, 가압식분사노즐을 이용하여 용융도금금속을 상방향으로 분사하면 도금금속 입자로 만들 수 있다. 이때, 상방향으로 분사된 도금금속 입자는 강판 혹은 도금조 내부에 직접 부착되지 않게 낙하시키면서 대전되도록 한 다음에 강판에 부착하는 것이 좋다. 이를 위해 분사각은 60∼90°로 하는 것이 바람직하다. 분사각이 90°를 초과하는 경우 노즐은 강판을 향하게 되지 않고 도금조 벽체를 향하게 되어 상부로 분사된 입자가 중력에 의해 낙하할 때 대전전극 강판 사이를 통과하지 못하고 대전전극과 벽체 사이를 통과하기 때문에 정전대전되지 못하여 강판에 입자가 부착되지 못한다. 또한 60°이하가 되면 분사된 입자가 중력에 의해 낙하되기 전에 직접 강판에 부착될 가능성이 있다. 이 경우 입자의 부착상태가 불균일해져 결과적으로 불균일한 도금층이 생성될 위험이 있다. 이상의 노즐각의 필요조건으로부터 분사노즐과 강판의 거리도 충분히 유지하여 도금금속입자가 강판에 직접 부착하지 않도록 하는 것이 좋으며, 실험에 의하면 약 2m이상 유지하는 것이 바람직하다.
이상의 초음파 미립화 방법에 의해 제조된 미립자는 미립화된 후 중력에 의해 낙하하게 된다. 또한 가압식 분사노즐에 의해 위로 분사된 입자는 분사압에 의해 상부로 분사되면 정점에 도달된 후 다시 중력에 의해 하부로 낙하된다. 이때 강판과 대전전극 사이에 형성된 전기장을 통과하므로써 정전대전되고, 강판과의 전기적 인력이 작용하여 입자는 강판에 부착된다.
높이가 5m 도금조내를 입자가 낙하할 때 도금조 바닥에 도달될 때 까지 소요되는 시간을 측정하면 1㎛ 크기의 입자는 2.5x104 초, 10㎛는 230 초, 100 ㎛는 3.7초, 200㎛이상에서는 약 3 초가 소요된다. 작은 입자일수록 시간이 많이 소요되는 것은 기체의 의한 마찰력(drag force) 및 부력에 의해 종점 속도(Terminal velocity) 가 느려지기 때문이다. 따라서 작은 입자일수록 도금조내 체류되는 시간이 길어지므로 정전대전되어 강판에 부착되기 용이해지지만 정전대전 및 강판의 부착과정이 1초~2초 내에 이루어 지므로 200 ㎛ 입자의 경우도 강판 부착에 문제가 없다.
본 발명에서는 금속입자로 제조할 수 있는 단일 금속 혹은 금속계에 적용이 가능하나, 융점이 1000℃ 이하의 도금 금속을 적용하는 것이 바람직하다. 예를 들면 Zn, Al, Pb, Sn, Sb, Mg의 단독 또는 이들의 혼합한 합금을 사용할수 있다. 보다 구체적인 예로서, 순수한 Zn중에 0.12 ~0.2 % Al를 함유하도록 하면 계면에 밀착성이 좋은 알루미늄-철화합물이 먼저 생성되어 양호한 도금밀착성을 얻을 수 있다. 80 % 납-20 % 주석 합금도금과 알루미늄이 5 % 이상 함유된 아연-알루미늄 합금도금도 대표적인 예이다. 또는 여기에 Ni, Cr, Co, Fe, Mn 등 고융점 금속을 1종 혹은 2종이상 혼합하여 5%미만으로 첨가할 때는 도금층의 경도를 향상시킬 수 있다. 고융점 금속이 5%이상의 경우에는 용융점이 높아서 입자로 만들기가 어렵기 때문이다.
금속입자에 의한 연속도금방법에서 도금조내 분위기는 강판표면이 산화되지 않도록 비산화성분위기(환원성분위기 포함)를 유지하여 도금밀착성을 확보한다. 통상의 냉연강판 제조용 혹은 용융도금강판 제조용 연속소둔설비에서 사용되는 분위기 가스의 조성을 가지면 강판이 산화되지 않고 강판을 가열할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 본 발명의 제한조건을 충분히 만족시킨다.
본 방법에서는 강판온도 및 분위기 온도중 어느 하나 이상을 용융도금금속의 용융점 이상을 유지하는 것이 바람직하다. 두개의 온도가 모두 용융도금금속의 용융점 이하이면 금속입자는 강판에 부착되지만 도금층이 형성되지 않는다. 이 경우 도금층으로 만들기 위해 도금후 재가열처리가 필요하다. 또한 아연과 같이 증기압이 높은 금속을 도금에 이용할 경우 분위기 온도가 높으면 입자의 증발이 많이 일어날 수 있다. 이 경우에는 뒤에 언급하는 [금속기체를 포함한 도금 방법]을 이용하는 것이 금속기체상을 외부로 배출시키지 않고 도금에 이용할수 있어 편리할 수 있다. 이 방법에서는 강판의 온도가 분위기 온도보다 낮아야 하는 제약조건이 발생한다.
도금조에서 인출되는 도금강판을 적당히 재가열처리하는 경우에는 도금층과 강판이 합금화반응이 일어나서 철합금의 도금층이 생성되므로 더욱 다양한 제품을 생산할 수 있는 장점이 있다. 적정한 재가열 처리조건은 도금층의 종류에 의해 결정된다. 아연계 도금금속의 경우 상기 온도를 약 600℃이하로 하는 것이 바람직하다. 재가열 처리시간은 1초이상 20초이상의 시간동안 행한다. 1초미만 동안 재가열처리를 하면 합금화반응이 거의 일어나지 않아 목적으로하는 철 합금 도금층을 얻는 것이 곤란하며, 20초 이상처리하면 합금화반응이 너무 많이 일어나서 대개의 경우 도금층의 박리가 일어날 위험이 있다.
도금조에서 인출되는 도금강판을 재가열처리의 유무에 상관없이 300℃이하로 냉각하는 것이 바람직하다. 도금층의 온도가 300℃이상의 상태로 도금설비의 롤에 접촉하게 되면 도금층의 박리가 발생하여 제품결함이 발생할 위험이 있다.
[ 7 ] 금속기체를 포함한 연속도금방법
용융도금금속의 증기를 이용한 방법으로 진공증착방법이 있다. 이 방법에서는 도금에 필요한 증발량을 얻기 위하여 용융도금금속을 한정된 증발면적을 갖는 욕조에서 도금조의 압력을 낮추어서 증발속도를 증가시켜야 하는데, 이를 위해서는 진공설비가 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 용융도금금속의 증발량은 증발속도 및 표면적에 비례하는 것에 착안하여, 용융금속의 표면적을 증가시켜 증발을 촉진시키므로 특별한 진공설비 없이도 기체를 도금에 이용할 수 있다는 연구결과를 토대로 한 것이다. 즉 한 변의 길이가 1m인 입방체를 쪼개어 100㎛의 입자로 만들면 표면적은 10,000배 증가하며, 10㎛가 되면 표면적은 100,000배 증가하여 증발속도는 각각 10,000배, 100,000배 증가한다. 따라서 통상의 대기압에서 용융금속의 증발속도가 느리더라도 용융금속을 입자화하면 단위시간당 매우 많은 양이 증발된다.
이 방법에서는 도금조의 온도는 용융도금금속의 용융온도 이상이 필요하다. 용융금속의 융점이하에서는 미립자가 고체로 되어 거의 증발이 일어나지 않게 된다. 도금조 온도는 높을수록 증발속도가 증가하여 유리하지만 730℃를 초과하는 경우에는 분위기 가스에 의해 강판이 가열되어 기계적인 성질이 변할 염려가 있다.
본 발명에서 미립화된 입자의 증발은 도금조내를 중력에 의해 낙하하는 과정중에 증발한다. 또한, 입자의 증발에는 입자의 크기를 감소시키는 것과 입자의 운동속도를 느리게 하여 가능한 한 오랜 시간동안 도금조 내에 부유시키는 것이 좋다. 미립화된 입자의 운동은 중력 및 미립자화 입자가 갖게 되는 기계적인 힘에 의해 영향을 받는데, 초음파 미립화시 입자가 갖게 되는 운동에너지가 매우 적으므로 거의 중력만이 작용하며 낙하운동을 하게된다. 상기 가압식 분사노즐에 의해서도 미립자를 만들어 증발시킬 수 있다. 이 방법에서는 입자는 1~3m/sec 정도 빠른 속도로 분사되지만 입자의 운동은 포물선을 그리게 되므로 입자가 정점에 도달된 후에는 중력에 의해 하강하게 되므로, 입자의 낙하 거동은 초음파 미립화 경우와 동일하다
전술한 바와 같이, 작은 입자일수록 도금조내 체류되는 시간이 길어지므로 용융도금금속의 단위 무게당 표면적도 넓어지기 때문에 증발이 촉진되어 완전히 증발되기 용이해진다.
본 발명에 따라 금속기체를 연속도금할때에, 강판의 온도가 도금조의 온도 보다 높으면 증발된 기체가 강판 표면에 응축되지 못하므로, 금속 기체상이 강판표면에 응축되어 도금층으로 되기 위해서는 강판의 온도와 분위기 온도가 아래의 관계식 3을 만족하여야 한다. 이는 실험에 의하여 얻어진 것이다. 강판의 온도와 도금조의 온도차이가 10℃ 이내일 경우에는 기체상이 도금층으로 변화되는 속도가 느려지는 문제가 있다.
[관계식 3]
강판의 온도-10℃≤도금조내 분위기가스의 온도
경우에 따라서 입자의 크기가 크거나 도금조의 길이가 짧아 충분한 증발시간을 가지기 곤란한 경우는 미증발 입자가 기체상과 함께 존재할 수 있다. 이 경우 미증발 입자상을 정전대전시키면 전기적 인력에 의해 함께 강판에 부착시키므로써 도금층을 형성시키는 것이 가능하다. 미립자를 전기적 인력에 의해 강판에 부착시키기 위하여 정전대전시 대전전극과 강판사이에 형성된 전기장에 의해 금속 기체상도 함께 강판을 향한 확산이 촉진하여 더욱 효율적으로 기체상을 강판에 응축시키는 효과를 나타낸다. 따라서 정전대전기술은 미립자가 완전증발되어 기체상만을 도금에 이용될 때도 효과적으로 적용될수 있다.
이상 입자의 크기의 영향을 고려하면 초음파 주파수가 증가할수록 입자의 크기는 작아지므로 기체의 증발이 용이하게 되어 도금층의 균일성을 향상시킬수 있는 잇점이 있지만 적정초음파 주파수는 적용설비의 규모, 제품의 생산 품질 및 경제적인 여건에 따라 달라진다. 초음파기의 조건은 ‘[6] 금속입자의 연속도금방법’과 동일하다.
필요에 따라 도금조 내에서 가스의 흐름의 최적화시키기 위하여 별도의 비산화성 혹은 환원성 가스의 취입도 가능하다.
기체상을 포함한 도금방법에서는 Al, Pb, Sb, Sn, Mg, Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 1종 또는 2종이상을 혼합하여 1중량% 미만으로 하고 나머지는 아연으로 하는 것이 바람직하다. 아연의 비율이 99%이상에서는 아연은 충분히 증발될 수 있지만, 비율이 99% 미만이 되면 아연입자 중에 포함된 다른 금속들이 아연의 증발을 방해하여 증발속도가 느리게 되어 부착효율이 저하하는 문제점이 있다. 대전전극을 이용하는 경우에는 용융금속의 조성에 대한 제약이 적다. 이 경우에, 용융금속은 Zn, Al, Pb, Sb, Sn, Mg의 1종 또는 2종이상으로 할 수 있으며, Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 고융점 금속의 그룹에서 선택된 1종이상:0.01-5%와, 나머지 Zn, Al, Pb, Sb, Sn, Mg의 저융점그룹에서 선택된 1종이상으로 조성될 수 있다.
[8] 도금장치
본 발명의 도금장치의 대표적인 예가 도 2, 도 3, 도 4에 제시되어 있다. 본 발명의 도금장치는, 이송되는 강판에 도금층을 형성하는 도금조(200)와 이 도금조로부터 인출되는 강판의 도금층을 냉각하기 위한 냉각대(300)로 구성된다. 도금조에는 냉각대의 반대쪽에 강판을 가열하기 위한 가열로(14)가 설치될 수 있으며, 도금조와 냉각대의 사이에는 도금조에 연결되어 재가열 열처리로(400)로가 설치될 수 있다.
본 발명의 도금장치는 도 2, 도 3, 도 4에 나와 있듯이, 강판을 목적하는 온도로 승온하기 위한 열처리로로서 가열로(14)가 있는데, 이 가열로내에는 강판의 진행방향을 전환하기 위한 디프렉터롤(11)이 설치되어 있다. 상기 도금조(200)는 비산화성분위기를 유지할 수 있도록 상부의 가열로(14) 그리고, 하부의 냉각대(300) 또는 재가열 열처리로(400)에 실링장치(12)가 부착되다.
이러한 도금조(200)의 내부에는 용융금속을 입자화하여 낙하시키는 입자화장치(210A, 210B, 210C)와 낙하되는 금속입자를 대전시켜 강판에 부착하기 위한 대전전극(220)이 구비된다. 그리고, 도금조의 일단에는 분위기가스 공급구(231)가 타단에는 배기구(232)가 설치되어 도금조에 비산화성(환원성 포함)가스 분위기가 되도록 한다. 이와 같이 도금조내에 공급가스와 배기가스의 흐름을 조정하여 대전된 금속입자의 흐름을 조절함으로써 균일한 도금층의 형성을 도모할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 공급되는 가스를 일정한 온도로 가열시키기 위한 가스가열장치(미도시)가 설치될 수 있다.
상기 대전전극(220)은 상기 입자화장치의 하측에 설치되어 이송되는 강판과 대전전극 사이로 낙하되는 금속입자를 대전시킨다. 상기 전극(220)은 고전압발생기(221)에 연결되어 있다. 또한, 정전대전 전극의 형태는 강판 폭방향으로 균일한 자기장을 형성할 수 있는 와이어, 칼날 및 터널형태의 것 모두 같은 효과를 나타낸다 통상적인 철강업체의 도금강판제조에는 강판 진행방향으로의 길이가 3m에서 5m 정도 이내이면 적당하다.
상기 도금조(200)내의 입자화장치(210A, 210B, 210C)는 도 2, 도 3, 도 4와 같이 여러 가지 유형이 가능하며 이를 도면을 참조하여 설명한다.
[8-1] 도 2의 입자화장치(210A)는 고주파발생기(214)에 의해 발생된 고주파의 전기적에너지를 진동자의 압축, 팽창운동에 의해 초음파진동을 발생시키는 초음파부여수단(212, 213)과 이 초음파부여수단에 의해 발생한 초음파진동이 인가되어 유입되는 용융도금금속을 입자화하는 진동판(211)으로 구성된다. 상기 초음파부여수단은 초음파발생기(213)와 초음파발생혼(212)으로 구성된다. 또한, 상기 진동판(211)은 공급관(101)의 하부에서 그 표면으로 유입되는 용융도금금속을 입자화하고 이 입자를 대전전극과 이송되는 강판(10)사이로 낙하시키도록 경사지게 설치된다. 이와 같이, 용융금속이 입자화하는 원리는 캐피러리웨이브 작용에 의한 것이다. 진동판(211)과 강판(10)의 거리는 약 1m이상 유지하는 것이 바람직한데, 이는 초음파진동에 의해 미립화된 입자가 강판에 직접 부착되는 것을 방지하기 위한 것이다. 도 2의 입자화장치(210A)를 이용하는 경우에는 도금조 외부에 설치된 용해로(100)에서 도금금속을 용해하여 도금조내부와 연결된 공급관(101)을 통해 용융도금금속을 진동판(211)에 유입시킨다. 공급관 일측에는 용융도금금속의 유입량을 조절하기 위한 밸브(102)가 구비된다.
[8-2] 도 3의 입자화장치는 초음파발생기(210B)로서, 도금조(200)의 도금욕조(215)내에 수용된 용융도금금속에 선단부 즉, 혼(212)이 접촉되어 용융도금금속을 입자화하는 것이다. 이때 경사지게 가공된 선단면을 갖는 초음파혼에서의 진동폭이 가장 큰 부위를 용액에 접촉시키면 음압 차이의 효과에 의해 혼의 용액과 접촉하지 않은 다른 부위까지 용융금속의 젖음현상이 발생하면서 미립화가 발생한다.이 초음파발생기(210B)는 전원공급장치(214)에 의해 전원을 공급받는데, 도 3(b)와 같이, 강판의 폭방향으로 다수개 설치될 수 있다. 초음파발생기의 혼과 강판의 거리는 약 1m이상 유지하는 것이 바람직한데, 이는 초음파진동에 의해 미립화된 입자가 강판에 직접 부착되는 것을 방지하기 위한 것이다. 용융도금금속을 효과적으로 입자화 또는 금속기체로 증발시키기 위해서 초음파발생기와 도금욕조(215)는 도금조내의 상측에 설치하는 것이 좋다. 초음파발생기는 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 선단부가 도금욕조에 비스듬히 침지된다.
상기 도금욕조에는 용융도금금속이 일정한 수위를 유지하도록 상기 도금욕조(215)에 연결된 배관을 통해 용융도금금속을 공급하는 용융금속 저장조(100)가 설치된다. 용융금속의 수위를 일정하게 조절하는 또 다른 방법이 가능하다. 도 3(d)와 같이, 공급되는 용융금속의 양을 미립화되는 양 보다 많게 하여, 용융금속을 오버플로우 되게 하고 초음파 혼의 끝단을 오버플로우 되는 용융금속에 접촉시키는 방법이다. 오버플로우되는 용융금속은 저장조(215)로 유입되게 한다.
도 3(d)에서 251은 드레인배관, 253은 공급관, P는 펌프이다.
[8-3] 도 4의 입자화장치는 가압식분사노즐(210C)로서, 용융도금금속을 노즐을 통해 분사하여 입자화시킨다. 이 가압식분사노즐은 가능한 도금조내 하측에 설치하여 용융도금금속을 상방향으로 분사하여 낙하시킨다. 분사각은 60∼90。가 바람직하며, 용융도금금속을 금속기체로 증발시키는 경우에는 거의 강판에 평행하게 상방향으로 분사하는 것이 바람직하다. 또한, 분사된 입자가 강판에 직접 부착되지 않게 분사노즐과 강판과의 거리를 충분히 유지할 필요가 있으며, 약 2m정도의 거리를 유지하면 충분하다. 가압식분사노즐의 분사압은 1㎏/㎠이상으로 하여 용융도금금속을 1∼200㎛의 미립자로 만든다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
초음파 진동수에 따라 제조되는 입자의 평균크기를 조사하여 도 5에 나타내었다. 도 5에서 확인할 수 있듯이, 초음파에너지에 의해 용융아연을 입자화할 수 있으며, 초음파 진동수의 조정에 의해 목적하는 입도의 금속입자를 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 6에는 정전대극에 인가된 전압에 따라 아연분말의 부착효율을 측정한 것으로, 1kV미만의 전압에서는 부착효율이 40%미만으로 매우 낮았지만 전압이 증가할수록 부착효율은 향상되며, 120kV이상에서는 전기 스파크가 간혹 발생하였다. 이는 전극과 강판사이의 거리가 약 50cm일 때 측정한 것으로, 전극과 강판사이의 거리를 약 1m 유지하면 150kv의 전압을 공급할 수 있다.
[실시예 2]
분당 30m의 속도로 이동하는 두께 0.8mm, 폭 300mm의 스트립형 냉연강판을 본 발명에서 제안하는 방법으로 도금을 실시하였다. 도금조의 분위기 가스는 질소 및 수소가스를 혼합하여 사용하였고, 용융금속의 불순물량은 0.003%이하였다. 각 조건의 효과는 미립자의 부착효율(미립화된 용융금속의 양과 도금부착된 양 사이의 비율) 및 도금품질로 평가하였다. 도금품질은 도금 밀착성 및 표면외관을 종합하여 나타내었다. 표면외관은 육안 검사로 하였고 밀착성 평가는 45℃ 벤딩 테스트시 박리된 정도를 나타내었다. 그 결과를 표 1, 표 2에 나타내었다.
구분 용융금속의 조성 도금조내 분위기 온도(℃) 강판온도(℃) 초음파진동수(kHz) 입자크기(㎛) 고전압(kV) 부착효율(%) 도금품질
비교예 101 99.8Zn-0.2Al 410 410 20 80 90 99 ×
102 99.8Zn-0.2Al 740 410 20 80 90 99 △
103 95.5Zn-4.5Al 420 400 44 30 0.8 20
104 80Pb-20Sn 20 500 120 10 20 98 ×
105 45Zn-55Al 740 300 44 30 150 99.99 -
106 98.9Zn-0.12Al 460 400 44 30 160 스파크 △
107 93.88Zn-0.12Al-6Cr 730 600 44 30 50 99 △
108 91.8Zn-0.2Al-9Ni 730 600 44 30 50 99 △
109 94.8Zn-0.2Al-3Co-2Fe 730 600 44 30 50 99 △
110 99.12Zn-0.12Al 450 400 8 250 80 99.99 ○
111 99Zn-1Al 400 600 28 50 DC120 99.99 ○
112 99.12Zn-0.12Al 420 500 28 50 DC30, 펄스 100 99.99 ○
113 95.5Zn-4.5Al 350 500 44 30 DC1, 펄스 1 95 ○
114 80Pb-20Sn 300 500 120 10 20 98 ○
115 45Zn-55Al 730 700 44 30 150 99.99 ○
116 99.98Zn-0.12Al 460 500 1000 <1 50 99.99 ○
117 98.98Zn-0.12Al-1Cr 730 600 44 30 50 99 ○
118 96.8Zn-0.2Al-3Ni 730 500 44 30 DC150,펄스 120 99.99 ○
119 98.9Zn-0.2Al-0.3Co-0.6Fe 730 500 44 30 10 99 ○
120 99.0Zn-0.8Co-0.2Al 30 600 44 30 30 98 ○
121 99.75Zn-0.2Al-0.05Sb 460 500 44 30 30 98 ○
122 99.1Zn-0.9Ni 400 600 1000 1 1 99.99 ○
분위기온도와 강판온도가 용융금속의 용융점 보다 낮은 경우 (비교예 101, 104)는 도금층의 형성되지 않았다. 분위기온도가 용융금속의 용융점 보다 높은 경우(비교예 102, 105) 및 강판온도가 용융금속의 용융점 보다 높은 경우(비교예 103) 도금층과 강판의 합금화가 많이 진행되어 도금밀착성이 불량하였다. 전압이 낮은 경우(비교예 103)는 부착효율이 20%로 낮았으며, 전압이 150kV 이상인 경우(106)는 대전전극과 강판사이에 전기스파크가 발생하였다.
고융점금속은 Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 1종 또는 2종이상을 혼합한 용융금속의 입자를 사용한 경우(비교예 107, 108 및 109) 는 초음파 미립화가 잘 되지 않고 도금층의 품질도 불량하였다. 또한 입자크기가 250㎛로 큰 경우 (비교예 110)는 도금층이 균일하지 않았다. 그러나, 본 발명의 제시한 방법(발명예 111~122)으로 도금한 경우는 모두 부착효율이 95%이상으로 만족스러운 부착효율을 나타내었으며, 도금층의 품질도 균일하였다.
구분 용융도금금속의 조성 도금조내 분위기 온도(℃) 강판온도(℃) 초음파진동수(Hz) 입자크기(㎛) 고전압(kV) 부착효율(%) 균일성
비교예 201 99Zn-1Al 460 470 28 50 0 0 -
202 98Zn-2Al 600 595 28 50 0 30 -
203 98.5Zn-1.5Al 460 350 1000 <1 0 90 ○
204 98.9Zn-1.1Sn 460 350 1000 <1 0 90 ○
205 98.9Zn-1.1Mg 740 350 44 30 0 70 △
206 98.9Zn-0.2Pb 460 350 44 30 0 60 ○
207 98.9Zn-1.1Mn 740 250 44 30 0 70 △
208 98.9Zn-1.2Ni 650 400 44 30 0 80 ○
209 98.9Zn-1.2Pb 460 350 44 30 0 90 ○
210 98.98Zn-0.9Co-0.12Al 460 450 44 30 0 40 ○
211 98.9Zn-0.95Al-0.15Sb 460 350 44 30 0 70 ○
212 99.8Zn-0.2Al-1.0Mg 730 350 8 250 0 40 ○
발명예 213 99.1Zn-0.9Al 460 350 28 50 0 99 ○
214 99.18Zn-0.12Al-0.7Sb 500 250 28 50 0 99.99 ○
215 99.8Zn-0.12Al-0.08Mg 460 350 1000 <1 0 99.99 ○
216 99.1Zn-0.9Sn 420 350 1000 <1 0 99 ○
217 100Zn 730 350 44 30 0 99.99 ○
218 100Zn 730 250 10 200 +40 95 ○
219 99.1Zn-0.9Mn 650 250 44 30 0 99.99 ○
220 99.1Zn-0.9Ni 650 400 44 30 0 97 ○
221 99.9Zn-0.1Pb 460 350 44 30 0 98 ○
222 99.1Zn-0.7Co-0.2Al 700 450 44 30 0 98 ○
223 99.75Zn-0.2Al-0.05Sb 460 350 44 +100 0 98 ○
224 99.1Zn-0.9Ni 730 350 1000 +30 0 97 ○
강판의 온도가 분위기 온도 보다 높고 정전대전하지 않은 경우(비교예 201)와 온도차이가 10℃ 미만의 경우(비교예 202)에는 도금층이 형성되지 않거나 부착효율이 매우 낮았다. 아연중에 Al, Pb, Sb, Sn, Mg, Ni, Cr, Co, Fe, Mn을 1종 혹은 2종이상을 혼합하여 중량비로 1% 보다 많이 있는 경우(비교예 203~211) 입자가 완전히 증발하지 않아서 부착효율이 95% 보다 적었다. 특히 분위기 온도가 730℃ 보다 높은 경우(비교예 207)는 도금층도 균일하지 않은 현상이 관찰되었다. 입자크기가 250㎛ 보다 큰 경우(비교예212) 는 초음파 주파수가 8 kHz로 소음이 매우 심했으며, 부착효율도 낮았다. 그러나, 본 발명에 따라 도금한 경우는 만족스러운 부착효율이 나타내며, 도금층의 품질도 우수하였다.
[실시예 3]
재가열 및 냉각후의 강판온도의 영향을 조사하여 표 3에 나타내었다.
구분 용융도금금속의 조성 도금조내 분위기 온도와 시간 냉각후 온도(℃) 도금밀착성
비교예 301 99.12Zn-0.12Al - 350 ×
302 99.12Zn-0.12Al 600℃/25sec 300 ×
발명예 303 99.12Zn-0.12Al 400℃/20sec 300 ○
304 100Zn 600℃/1sec 300 ○
305 99.12Zn-0.121Al 550℃/10sec 300 ○
표 3에서 알 수 있듯이, 냉각후 온도가 350℃인 비교예 301의 경우 디프렉트롤에 아연이 부착되어 도금밀착성이 불량하였으며, 재가열 온도가 높고 시간이 긴 비교예 302의 경우 도금밀착성이 불량하였다. 그러나, 본 발명에서 제안한 방법으로 도금한 발명예(303, 304, 305)의 경우는 재가열처리에 의해 아연과 철의 합금화 반응이 발생하여 아연-철 합금도금층이 생성되었으며, 제조된 도금층의 밀착성도 우수하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 종래의 도금방법에 비해 손쉽게 도금할 수 있으면서도 도금밀착성이 우수한 도금방법 및 이에 실시될 수 있는 도금장치를 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 초음파진동을 이용한 도금장치의 개략도
도 2, 도 3, 도 4는 본 발명에 부합되는 도금장치의 개략도.
도 5는 초음파진동수에 따른 입자의 크기변화를 나타내는 그래프
도 6은 정전대전 전극에 인가된 전압에 따른 금속입자의 부착효율을 나타내는 그래프
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1, 10..... 강판 3, 14.....가열로
100.....용해로 또는 용융금속 저장조 200..... 도금조
201.....용융도금금속 202..... 도금금속입자
7, 210.....입자화 장치
215..... 도금욕조 220..... 대전전극
300.....냉각대 400..... 재가열로

Claims (17)

  1. 강판을 비산화성분위기의 도금조내로 인입하여 연속도금하는 방법에 있어서,
    상기 도금조내에서 용융도금금속을 초음파 또는 가압식분사노즐에 의해 입자화하여 낙하시키는 단계;
    상기 낙하되는 금속입자를 "+" 또는 "-"로 대전시켜 정전기를 띠도록 하면서 반대극성으로 어스되어 이송되는 강판에 부착하는 단계;
    상기 강판에 부착된 금속입자는 강판을 도금금속의 융점이상으로 가열하여 도금조내로 인입하거나 또는 도금조로 인출되는 강판을 도금층의 융점이상으로 재가열하여 도금층으로 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 강판의 연속도금방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 대전 전압은 (-)혹은 (+)극성으로 1kV∼150kv의 직류고전압 또는, 1kv∼70kv의 직류전압과 이 직류전압과 동일극성으로 1kv∼120kv의 피크전압과 10∼1kHz의 주파수 10-9∼10-2초의 펄스폭을 갖는 펄스전압이 인가됨을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 용융금속은 Zn, Al, Pb, Sn, Sb, Mg의 단독 또는 혼합한 합금이거나 또는 여기에 Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 그룹에서 선택된 1종이상:5%미만이 함유된 합금임을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 도금조에서 인출되는 도금강판은 400∼600℃의 온도에서 1초이상 20초이하의 시간동안 재가열처리한 다음 300℃이하로 냉각하거나 또는, 바로 300℃이하로 냉각함을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 용융도금금속의 입자화는,
    상기 도금조내에 경사지게 설치되어 초음파에 의해 진동하는 진동판에 용융도금금속을 유입하여 입자로 만드는 방법, 또는 상기 도금조내에 수용된 도금욕조의 용융금속에 초음파발생기의 선단부를 45∼90°의 각도로 침지하여 용융도금금속에 초음파진동을 가하여 입자로 만드는 방법, 또는, 60∼90°의 분사각을 갖는 가압식분사노즐로 용융도금금속을 상방향으로 분사하여 입자로 만드는 방법중에서 하나의 방법으로 행함을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 초음파진동은 10∼1MHz임을 특징으로하는 강판의 연속도금방법.
  7. 도금금속의 융점이상이고 740℃이하의 온도를 갖는 비산화성분위기의 도금조내로 관계식 3을 만족하는 강판을 인입하는 단계;
    [관계식 3]
    강판의 온도-10℃≤도금조내 분위기가스의 온도
    상기 도금조내에서 용융도금금속을 미립자로 낙하시켜 증발된 도금금속기체 또는 도금금속기체와 미증발 미립자를 이송강판에 부착하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 강판의 연속도금방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 낙하하는 도금금속의 미립자는 "+" 또는 "-"로 대전시켜 정전기를 띠도록 하면서 반대극성으로 어스되어 이송되는 강판에 부착함을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 대전 전압은 (-)혹은 (+)극성으로 1kV∼150kv의 직류고전압이거나 또는, 1kv∼70kv의 직류전압과, 이 직류전압과 동일극성으로 1kv∼120kv의 피크전압과 10∼1kHz의 주파수 10-9∼10-2초의 펄스폭을 갖는 펄스전압이 인가됨을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 용융금속은 Al, Pb, Sb, Sn, Mg, Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 그룹에서 선택된 1종이상:1%미만과 나머지 Zn으로 조성됨을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 용융금속은 Zn, Al, Pb, Sb, Sn, Mg의 1종 또는 2종이상이거나 또는, 여기에 Ni, Cr, Co, Fe, Mn의 고융점 금속의 그룹에서 선택된 1종이상:0.01-5%로 조성됨을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  12. 제 7항에 있어서, 상기 도금조에서 인출되는 도금강판은 400∼600℃의 온도에서 1초이상 20초이하의 시간동안 재가열처리한 다음 300℃이하로 냉각하거나 또는, 바로 300℃이하로 냉각함을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  13. 제 7항내지 제 12항중 어느 한항에 있어서, 상기 용융도금금속은 도금조내에 경사지게 설치되어 10khz∼1Mhz의 초음파에 의해 진동하는 진동판에 유입하여 1∼200㎛의 미립자로 만듬을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  14. 제 7항내지 제 12항중 어느 한항에 있어서, 상기 용융도금금속은 도금조내에 수용하고 초음파발생기의 혼을 45∼90°의 각도로 침지하여 10khz∼1Mhz의 초음파진동을 가하여 1∼200㎛의 미립자로 만듬을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  15. 제 7항 내지 제 12항중 어느 한항에 있어서, 상기 용융도금금속은 60∼90°의 분사각을 갖는 가압식분사노즐로 1kg/㎠이상의 분사압으로 상방향으로 분사하여 1∼200㎛의 미립자로 만듬을 특징으로 하는 강판의 연속도금방법.
  16. 강판을 도금조내부로 통과시켜 연속도금하는 장치에 있어서,
    내부에서 용융금속이 입자화되어 낙하되면서 대전되고, 대전된 금속이 이송되는 강판에 부착되어 도금층이 형성되도록 구성되는 도금조;
    상기 도금조의 하부에 설치되어 상기 도금층이 형성된 강판을 냉각하는 냉각대;를 포함하고,
    상기 도금조에는 용융금속을 입자화하여 낙화시키는 초음파 또는 가압식 분사노즐의 입자화장치 및 낙하되는 금속입자를 대전시켜 강판에 부착하기 위한 대전전극 그리고, 도금조의 일단에는 비산화성가스 공급구가 그 타단에는 분위기가스 배기구가 구비되어 구성되는 강판의 도금장치.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 입자화장치는 상기 도금조내에 설치된 도금욕조의 용융금속에 선단부가 침지되어 초음파를 부여하여 용융금속을 입자화하여 낙하시키는 초음파발생기임을 특징으로 하는 도금장치.
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