KR100815810B1 - 용융도금욕조내 도금액 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

Abstract

강판의 용융금속 도금시 도금욕조에 충진된 도금액(용융금속)을 효과적이고 균일하게 냉각시키는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치 및 냉각방법을 제공한다.

상기 용융도금욕조내 도금액 냉각장치는, 강판의 연속도금을 위한 도금액이 충진된 도금욕조에 구비되되 도금욕조에 인입되는 강판의 일측 또는 양측에 배치되는 도금액 흡입노즐을 포함하여 상기 도금액을 순환시키는 도금액 순환수단; 및, 상기 도금액 순환수단과 연계되고 도금욕조의 내부 또는 외부에 배치되면서 상기 순환 도금액을 냉각시키는 도금액 냉각수단을 포함하고, 상기 도금액 순환수단의 흡입노즐은, 도금욕조와 연계된 스나우트와 도금조 롤 사이로 도금액의 강판 인입 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 도금액 온도상승이나 온도 불안정에 따른 드로스 등의 이물질 발생을 저감시키고 도금반응성을 균일하게 함으로서 도금강판의 도금품질을 향상하여 궁극적으로 고품질의 도금강판 제조를 가능하게 하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

연속용융도금, 도금강판, 도금액, 도금액 냉각장치, 강판 인입온도

Description

용융도금욕조내 도금액 냉각장치 및 냉각방법{Apparatus and Method for Cooling Hot Dip Galvanizing Bath}

도 1은 강판의 연속도금시 도금욕조에 충진된 도금액의 열평형 관계를 도시한 개략도

도 2는 인입 강판에 의한 도금액 온도 증가 상태를 도시한 그래프

도 3은 도금액의 온도 증가시 발생되는 문제를 설명하기 위한 예시도

도 4는 본 발명에 따른 용융도금욕조내 도금액 냉각장치를 도시한 구성도

도 5는 다른 형태의 본 발명에 따른 용융도금욕조내 도금액 냉각장치를 도시한 구성도

도 6은 도금욕조내 도금액 온도상태를 도시한 것으로서,

(a)는 도금액 온도분포를 도시한 예시도

(b)는 도금욕조내 위치별 강판의 3차원 온도분포를 도시한 예시도

도 7은 시간에 따른 도금액의 평균온도 변화추이를 나타낸 그래프

도 8은 도 4의 본 발명 도금액 냉각장치의 다른 변형예를 도시한 구성도

도 9는 본 발명을 적용한 경우의 도금액 온도 변화를 나타낸 그래프

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1,1'.... 용융도금욕조내 도금액 냉각장치

10.... 도금액 순환수단 12,12'.... 도금액 흡입노즐

14.... 도금액 순환관 30,30'.... 도금액 냉각수단

32,32'.... 열교환기 34,34',36,36'.... 냉각매체 관

100.... 도금강판 110.... 스나우트

120.... 도금욕조 122.... 도금액

P.... 펌프 T.G.... 온도 측정기

본 발명은 연속 도금되는 강판이 인입되는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이며, 보다 상세히는 도금욕조에 충진된 도금액에 인입되는 강판에 의한 도금액의 온도 상승을 방지하는 것은 물론, 특히 도금액 온도를 균일하게 유지함으로써, 도금 반응성을 개선하고, 도금액 온도상승이나 온도 불안정에 따른 드로스 등의 이물질 발생을 저감하여 도금강판의 도금 품질을 향상시키는 도금액 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것이다.

강판 특히, 냉연강판 표면에 특정 용융금속 예를 들어, 용융아연 등을 도금하는 도금 강판은 강판의 내식성 등이 우수한 것은 물론, 그 외관도 미려하다.

특히, 근래에 들어 이와 같은 도금강판은 전자제품이나 자동차용 강판으로 사용되면서 보다 고품질의 도금강판 제조에 대한 기술개발이 집중되고 있다.

예를 들어, 도 1에서 도시한 바와 같이, 페이 오프 릴(Pay Off Reel)에서 풀린 코일강판(100)은 용접기와 입측 루퍼를 거쳐 열처리로에서 연속적으로 열처리되고, 스나우트(snout)(110)를 거쳐 융용아연 등의 도금액(122)이 충진된 도금욕조(120)를 통과하면서 강판의 도금이 수행된다.

그리고, 도금욕(120)내의 도금조 롤들을 통과한 강판(100)은 도금액 탕면직상부에 대향 배치된 가스 와이핑 장치인 에어 나이프(130)를 통과하면서 강판의 도금량이 조정된다.

이때, 도면에서 미설명 부호인 124,124'는 도금조 롤로서 구체적으로는 싱크롤(sink roll)과 스태빌라이징 롤(stabilizing roll)이다.

한편, 도금욕조(120)에는 도금액의 온도를 일정하게 유지시키기 위한 가열장치(140) 예를 들어, 가스버너, 전기히터 혹은 유도가열기 등의 가열장치(140)가 구비된다.

그런데, 도 1에서 도시한 바와 같이, 도금액(122)으로 들어오는 입열량은 상기 가열장치(140)에 의한 가열량(화살표 'H2')과 통상 도금액의 온도 보다 높은 온도로 인입되는 강판(100)으로 부터 도금액에 전달되는 입열량(화살표 'H1')이다.

반대로, 도금액(122)에서 빠져 나가는 발열량은 도금욕조(120)의 3방향 벽체(화살표 'C2') 및 도금액 탕면을 통한 전도, 대류 및 복사 등에 의한 냉각량(화살표 'C1')이다.

한편, 상기 가열장치(140)가 유도가열기인 경우, 가열을 정지하면 유도가열 기 내부에서 도금액(용융금속)이 응고하고, 이와 같은 응고된 도금액은 재 통전시 열팽창하여 유도가열기의 파열을 초래하기 때문에, 통상 유도가열기는 최소한의 가열상태를 유지한다.

그런데, 강판의 도금액 인입 상태(온도조건)에 따라 도금액의 온도가 급속히 상승한다.

예를 들어, 도 2에서는 시간이 경과함에 따른 도금액 온도 분포를 그래프로 도시하고 있는데, 인입되는 강판의 두께 및 폭의 증가나 강판의 라인속도(도금욕조를 통과하는 속도)가 증가되는 경우에도 도금액의 온도가 급속하게 상승됨을 알 수 있다.

다만, 강판에 계속 부착되는 용융금속을 보충하기 위한 고체 금속괴(예를 들어 Zn Ingot)를 도금욕조에 투입하는 경우, 도 2에서 도시한 바와 같이, 투입된 고체 금속괴의 온도 상승과 용해에 따른 열량 흡열로 인하여 도금액 온도는 하강되지만, 이와 같은 온도 하강은 강판의 연속 인입에 따른 도금액의 온도 상승폭을 보상하기에는 부족하다.

따라서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 앞에서 설명한 바와 같이, 도금액의 자연 발열량(C1,C2)만으로는 인입강판의 두께나 폭이 증가되거나, 도금액 보다 높은 온도로 인입되는 강판의 라인속도 증가폭 만큼의 도금액 온도 상승을 보상 억제하는 것은 불가능하기 때문에, 적절한 도금액 냉각수단이 필요한 것이다.

도금욕조 벽체나 도금액 수면을 통하여 발열되는 자연발열량 만으로는 도금액 온도상승을 억제할 수 없고, 결국 도금강판의 생산성에 직접적인 영향을 미치는 도금강판의 라인속도는 도금액의 온도가 가능한 한 상승하지 않는 범위내로 제한받게 된다.

결국, 도금액 온도를 최소한 적정하게 유지시키거나 효과적으로 냉각시키지 않는 다면, 이는 강판 라인속도의 제한으로 이어 지고, 도금 강판의 생산량이 제한되게 된다.

한편, 도 1에서와 같이, 도금액으로의 입열량(H1,H2)이 도금액의 발열량(C1,C2)보다 많게 되면 도금액 온도가 상승하는 것은 물론, 도금액 온도가 불균일하게 된다.

즉, 다음의 도 6a를 참조하면, 도금액 온도인 455℃ 보다 높은 온도로 인입되는 강판(100)으로 인해, 강판의 인입 지점에서 도금조 롤(124)(싱크롤)과 강판 인접부사이에서 과열된 도금액은 강판 진행에 의한 유동에 의하여 도금욕조 내부로 퍼져나가면서 도금액 온도분포를 불균일하게 함을 알 수 있다.

한편, 최근에는, 용융도금설비(예를 들어 용융아연 도금설비)의 경우에는 고속화와 더불어 자동차용 강판 등에 사용되도록 도금강판의 폭이나 두께가 증대되는 추세이고, 강판의 인입 온도가 증가되어 이에 따른 입열량(도 1의 H1)이 증대되고 있는 추세이다.

또는, 도금강판의 제조 공정상, 용융금속의 강판 부착성(도금성)을 높이기 위하여 의도적으로 강판의 도금액 인입 온도(입욕 온도)를 통상의 온도보다 대략 20 ~ 70 ℃ 정도 높여서 조업하는 경우도 종종 있다.

예를 들어, 망간, 실리콘 등의 고합금 고강도 강판의 경우에는 원소들의 표 면농화에 기인하여 도금성이 열화되며, 강판의 인입 온도를 500℃ 이상으로 상승시키는 경우 오히려 도금성을 개선시키는 것으로 알려져 있다.

따라서, 인입 강판(100)의 온도가 증가하면할수록, 도금액으로의 입열량(H1)은 증가하고, 이에 따라 도금액 냉각량(C1)보다 입열량(H1)이 많게 되면서, 도금액 온도 상승을 억제하거나 도금액 온도를 균일하게 유지하는 것이, 강판 도금조업시 매우 중요한 인자가 되는 추세이다.

지금까지 알려진 통상적인 도금액의 온도를 낮추는 방법은, 인입강판의 온도를 낮추거나, 라인속도를 늦추어서 강판에 의한 입열량(H1)을 감소시키는 것에 불과하였다.

그런데, 도금액 온도 상승시 또는 온도가 일정하지 않을 때에는, 인입강판의 라인속도 제한에 의한 생산량 및 생산성 저하가 야기되고, 드로스 발생 등에 의한 도금 품질 저하와 포트롤 수명 단축등의 문제가 발생하는 것이다.

예를 들어, 도금액 온도가 불균일하거나 편차가 크면, 도금액 예를 들어, 용융아연중 철의 용해도 차이로 인해 도금액중에서 철과 아연 혹은 철과 알루미늄의 반응 생성물인 드로스(dross) 발생량을 증대시키는 원인이 된다.

이와 같은 드로스는 도금액에서 부유하거나 도금욕조의 바닥에 퇴적되거나, 또는 탕면으로 부상하여 강판의 표면결함을 유발시키는 것은 물론, 용융금속 즉, 용융아연의 활용성에도 영향을 미친다.

따라서, 도금액의 온도를 균일하게 유지하는 것은 매우 중요한 기술로서 강판의 도금욕 인입조건의 제한을 해소하고 도금품질 및 생산성 향상, 드로스 발생 저감 등을 위하여 도금욕을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 수단을 갖추는 것은 필수적이며, 앞으로 그 필요성은 더욱 증대할 것으로 예상된다.

한편, 이와 같은 문제를 해소하기 위한 종래의 다른 도금액 냉각기술은 일본 특개소 61-87858, 일본 실개평 2-361등에서 개시되고 있는데, 도금욕조에 냉각용 용기를 띄우고 용기내에 냉각수를 공급하여 도금욕을 냉각시키는 기술이다.

그러나, 이와 같은 냉각기술은 냉각용 용기의 하면을 통해서 냉각되기 때문에 도금액의 냉각 효율이 적고 냉각용 용기의 면적이 커야 하는 문제가 있었다.

또는, 일본 실개평 2-136055, 일본 특개 2000-256815 등에서는 용융 도금액에 다수의 U자형 냉각관을 침지시켜 냉각관 내부로 냉각수를 순환시킴으로서 냉각하는 냉각기술이 제시되고 있다.

그러나, 이경우 냉각수가 통과하는 과정에서 냉매가 증발하여 냉각효율이 시간이 지날수록 저하되고, U 자관이 용융금속에 의해 막히거나 파단하는 경우 냉각수가 용융금속에 침입하여 증기폭발을 발생시킬 우려가 매우 높은 것이다.

그리고, 일본 특개 2004-346382 에서는 상기 특허들의 문제점을 해소하도록 이중 냉각관에 의해 냉각효율을 증대시키고 방호관 및 패쇄 방지관을 설치하여 냉각수가 도금액(용융금속)중으로 유출되는 것을 방지하는 기술이 제시되고 있으나, 실제로는 냉각관의 구조가 복잡하고, 냉각수압을 조절하는 것이 필요한 여러 다른 문제점들이 있었다.

이와 같은 일본 공개특허 또는 실용에서 개시된 도금액 냉각장치는, 도금욕조내에 설치되어야 하는 것은 물론, 냉각용기 혹은 냉각관의 주변에서 우선적으로 국부적인 냉각이 이루어지기 때문에 강판주변의 도금액 온도과열에 신속하게 대응하는 것이나 도금액 온도분포를 균일하게 유지하는 것은 어려운 것이었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 그 목적 측면은, 용융도금욕조내 도금액의 온도 상승을 방지하고, 온도를 일정하게 유지하는 것을 가능하게 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서 본 발명은,
강판의 연속도금을 위한 도금액이 충진된 도금욕조에 구비되되 도금욕조에 인입되는 강판의 일측 또는 양측에 배치되는 도금액 흡입노즐을 포함하여 상기 도금액을 순환시키는 도금액 순환수단; 및,
상기 도금액 순환수단과 연계되고 도금욕조의 내부 또는 외부에 배치되면서 상기 순환 도금액을 냉각시키는 도금액 냉각수단;
을 포함하고,
상기 도금액 순환수단의 흡입노즐은, 도금욕조와 연계된 스나우트와 도금조 롤 사이로 도금액의 강판 인입 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치를 제공한다.

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또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 도금액이 충진된 도금욕조에 인입되는 강판 양측에서 도금액을 흡입하고, 상기 흡입된 도금액을 열교환기에서 냉각한 후 도금욕조로 재순환시키어 인입 강판에 의하여 온도 상승된 도금액을 냉각시키도록 구성되되,
상기 도금액은 도금욕조와 연계된 스나우트와 도금조 롤사이의 영역에 배치된 흡입노즐을 통하여 흡입되고, 냉각 후 도금욕조로 재순환되는 용융도금욕조내 도금액 냉각방법를 제공한다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명은 도금욕조(zinc bath)에 충진된 도금액 예를 들어, 용융아연도금액의 온도를 냉각시키는 장치과 그 냉각방법을 제공하는 데에 특징이 있다.

한편, 도금욕조내 도금액의 온도는 다음에 도 6에서 다시 상세하게 설명하듯이, 도금액 온도 보다 높은 온도의 강판이 연속하여 인입되기 때문에 지속적으로 상승되게 된다.

그런데, 이와 같이 도금액의 온도가 과도하게 상승되는 경우, 다음과 같은 문제들이 발생된다.

예를 들어, 도 3의 'A' 부분에서는, Fe-Al 반응성 불균일로 합금화 반응 불균일이 발생되고, Fe 용출 증대로 드로스 발생량이 증대되고, 스나우트(110)에서의 아연재(Zn Ash) 발생량이 증가하고, 이는 강판 도금 결함으로 이어 진다.

그리고, 도 3의 'B'부분에서는, Fe 용해도 변동 유발로 드로스(dross) 발생량이 증대되어 표면 결함으로 이어지고, 특히 바닥측 드로스가 과다 발생함에 따라, 아연 원단위를 증가시키는 다른 문제도 야기시킨다.

마지막으로, 도 3의 'C' 부분에서는, 도금조 롤 주변의 드로스 체류나 구동부 퇴적이 발생되어 강판의 진행 방향을 변경하는 싱크롤의 구동성 불량이나 도금욕조의 도금액에 침지되는 싱크롤, 스태빌라이징 롤 등의 사용수명을 단축시키는 등의 여러 문제점을 야기시킨다.

따라서, 도금욕조내의 도금액 예를 들어, 아연도금인 경우 용융아연의 온도를 일정하게 유지시키되 적어도 일정 온도 이상으로 과도하게 상승되는 것을 억제 하는 것이 도금품질이나 설비 내구성 측면에서 중요한 것이다.

이에 따라, 본 발명의 구성요지는, 강판의 도금욕 인입온도가 도금욕조내 도금액 온도보다 높아, 연속도금시 도금욕조에 연속 인입되는 강판 온도에 의하여 도금액 온도가 상승되는 경우, 도금액의 온도가 가장 먼저 상승되는 강판 인입영역의 도금액을 흡입하여 강제 순환하고, 그 과정에서 열교환을 통하여 냉각하고, 냉각된 도금액을 다시 도금욕조에 배출시키어 도금액 온도 상승 억제는 물론, 도금욕조내 도금액 온도를 전반적으로 균일하게 유지하는 것에 있다.

한편, 본 발명의 도금액 냉각장치는 도금액을 순환 냉각시키는 방식이기 때문에, 도금액 온도 제어에 더하여, 적어도 냉각장치의 흡입수단이 배치된 강판 부근에서는 도금액 유동성을 증대시키는 다른 이점도 제공한다.

예를 들어, 강판의 도금액 인입부인 스나우트와 도금조 롤(싱크롤)사이에서 도금액 흡입에 따른 강판 표면의 도금액 유동성을 증대시킴으로써, 강판과 도금액의 반응성을 향상시키게 할 수 도 있다.

그리고, 도금욕조의 강판 인입부에서 도금액의 유동성을 크게하고, 도금액의 흡입 순환에 따라 강판과 도금욕간의 온도차를 크게 하면, 강판과 도금욕 계면에서 균일하고 치밀한 금속간 화합물이 형성되어 도금밀착성 등의 도금특성을 개선시키는 것은 알려져 있다.

본 발명의 도금액 냉각장치는 도금액의 순환 냉각 방식이므로, 그 순환 과정에서 이물질을 걸려내도록 하여, 도금액 청정성도 양호하게 유지시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명의 바람직한 실시예를 구체적으로 설명하면 다음과 같으며, 다만, 종래기술과 동일한 도금욕조, 욕조내 설비, 스나우트, 강판 등의 구성은 종래기술과 동일한 부호로 나타내었다.

먼저, 도 4 및 도 5에서는 본 발명에 따른 용융도금욕조내 도금액 냉각장치(1)의 제 1,2 실시예를 도시하고 있다.

즉, 본 발명의 도금액 냉각장치(1)는, 크게 강판(100)의 연속도금을 위한 도금액(122)이 충진된 도금욕조(120)내에 구비되고, 인입 강판(100)에 의해 온도 상승된 도금액을 순환시키는 도금액 순환수단(10) 및, 상기 도금액 순환수단(10)과 연계 구비되면서 상기 도금욕조의 내부 또는 외부에 배치되어 순환 도금액을 냉각시키는 도금액 냉각수단(30)을 포함하여 구성된 것에 그 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 용융도금욕조내 도금액 냉각장치(1)는, 강판의 연속도금라인 예를 들어 대표적인 것으로 아연을 강판(100)의 표면에 도금하는 용융아연 연속도금라인(Continuous Galvanizing Line)(CGL)에서 강판이 연속적으로 인입되고 도금조 롤(싱크롤(124)과 스태빌라이징롤(124'))들을 거쳐 도금액 탕면 직상부의 에어나이프(130)로서 도금량이 조정되는 도금욕조(120)내의 도금액 냉각에 관련된 것이다.

한편, 앞에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 장치는 도금액 순환수단(10)을 통하여 도금액을 순환시키면서 냉각수단(30)을 통하여 냉각시킨후, 도금욕조로 다시 배출시키는 형태이므로, 도금욕조의 어느 위치에서 도금액을 흡입시키는 가의 흡입 위치가 중요하다.

결론적으로는, 본 발명의 도금액 냉각장치(1)의 도금액 흡입노즐(12)은 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 강판(100)이 도금욕조에 인입되는 스나우트(110)와 강판 진행을 수직으로 전환시키는 싱크롤(124)사이의 영역(도 8의 'X ' 영역 참조)에 배치되는 것이 가장 이상적이다.

한편, 이와 같은 흡입노즐의 특정 영역 배치 이유는 다음과 같다.

도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 강판의 연속용융 도금라인(CGL)에서는 스나우트(110)를 지나 도금욕조(120)내 도금액(122)에 인입되는 강판의 초기 인입 영역에서 강판(100)의 온도가 도금액(122)의 온도보다 높은 경우, 가열된 강판(100)이 도금액 탕면(스나우트 하단부내)을 통과하는 순간부터 강판(100)의 열이 도금액(122)으로 전달된다.

즉, 강판(100)이 가지고 있던 과잉 열들은 도금액(122)으로 전달되고, 이와 같은 열 전달은 강판(100)이 싱크롤(124)과 스태빌라이징 롤(124')을 거쳐 도금액 탕면위의 에어나이프로 빠져나가는 시점까지 지속되고, 결국 강판 인출영역(도 8의 'Y' 영역 참조)에서는 열을 빼앗긴 강판(100)의 온도와 도금액(122)의 온도는 유사한 수준이 된다.

즉, 도 6a 에서 도시한 바와 같이, 높은 온도의 강판(100)이 연속적으로 도금욕조(120)의 도금액(122)으로 인입되기 때문에, 강판 인입 초기영역 즉, 스나우트(110)에서 포트롤 즉 싱크롤(124)사이의 인입 강판의 인접부에서 국부적으로 도금액(122)의 온도가 가장 높게 된다.

이때, 인입 강판(100)의 인접부의 온도는 462℃ 인데 반하여, 주변의 온도 는 456℃,457℃ 로 낮다.

또한, 도 6b에서 도시한 바와 같이, 480℃의 온도로 인입한 강판(100)은 도금액으로의 열전달이 지속적으로 발생되면서, 강판이 도금욕조내로 진행함에 따라 온도가 떨어져 강판 출측에서의 온도는 도금액 온도와 거의 같아짐을 알 수 있다.

따라서, 강판(100)으로 부터 도금액(122)으로 열전달이 가장 우선적으로 일어나는 영역인 스나우트(110)내의 도금액 탕면에서 부터 싱크롤(124)사이의 영역에 냉각장치의 흡입노즐(12)을 배치하는 것이 도금액으로 유입되는 강판의 과잉 열량을 우선적으로 냉각할 수 있어 가장 바람직한 것이다.

이 경우, 강판으로 부터의 과잉 열량이 도금액 전체로 퍼져나가지 않도록 조절한다면, 도금액 온도증가를 매우 효과적으로 제어할 수 있을 것이고, 특히 강판 인접부에서 발생하는 국부적인 도금액 과열도 효율적으로 억제할 수 있게 할 것이다.

한편, 도 7에서는, 일예로서 용융아연 도금욕조의 용량이 약 200톤, 도금욕 초기 온도가 455℃에서 같은 크기의 강판이 각각 470℃, 480℃, 490℃, 500℃의 도금액 인입온도를 가지고 연속적으로 도금액을 통과하는 경우, 시간에 따라 도금액의 온도 변화를 도시하고 있다.

즉, 도 7에서와 같이, 강판의 도금액 인입 온도가 높아지면 높아 질수록, 도금액 온도도 지속적으로 상승하는 것을 알 수 있고, 특히 실제 강판의 도금조업에서는 강판의 칫수, 라인속도 및 도금액 인입온도가 항상 변화하기 때문에 도금액 온도를 일정하게 유지하는 것이 어렵고, 특히 강판의 도금액 인입 온도를 강판의 조성특성을 위하여 임의로 앞에서 설명한 통상의 온도 455℃ 보다 더 높여서 조업하는 경우에는 도금액 온도의 변동폭이 더 증가하게 될 것이다.

다음, 본 발명의 도금액 냉각장치(1)의 상기 도금액 순환수단과 냉각수단에 대하여 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 도금액 냉각장치(1)에서 상기 도금액 순환수단(10)은, 상기 인입 강판(100)의 양측에 대향 배치되는 도금액 흡입노즐(12) 및, 상기 흡입노즐(12)과 상기 도금액 냉각수단(30)간에 연계되어 냉각된 도금액(122)을 도금욕조에 순환 배출시키는 도금액 순환관(14)를 포함하여 구성된다.

따라서, 앞에서 설명한 바와 같이, 강판의 인입 초기 영역인 스나우트(110)와 포트롤(싱크롤)(124)사이에 인입 강판의 양측에 대향 배치된 도금액 흡입노즐(12)을 통하여 강판 양측에서 강판으로 부터의 열전달이 가장 많이 발생되는 도금액(122)은 흡입노즐(12)을 통하여 강판 양측에서 흡입되고, 상기 도금액 순환관(14)을 통하여 순환되되, 상기 냉각수단(30)을 거치면서 온도가 낮아지고, 이후 다시 도금욕조(120)로 배출되는 것이다.

결국, 도금액의 온도가 가장 높은 영역에서 지속적으로 흡입된 도금액은 냉각수단을 거쳐 다시 도금욕조로 순환 배출되기 때문에, 도금액이 인입 강판의 도금시 지속적으로 온도가 상승되는 것이 억제될 수 있다.

다음, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 다음에 상세하게 설명하는 도금액 냉각수단(30)과 연계되는 상기 도금액 순환관(14)은, 도금액 냉각수단(30)을 통 과하거나 그 입측에 연결되는 제 1 순환관(14a) 및. 상기 제 1 순환관(14a)과 연결되거나 상기 도금액 냉각수단 출측에 연결되고 적어도 출구는 도금욕조(120)내에 위치되는 제 2 순환관(14b)을 포함하여 구성될 수 있다.

이때, 도 4 및 도 5의 본 발명의 냉각장치(1)(1')는 냉각수단(30)(30')의 열교환기(32)(32')를 도금욕조 외부에 배치하거나 도금욕조내 도금액에 침지시킨 형태에서 차이가 있다.

예를 들어, 도 4의 제 1 실시예의 본 발명의 상기 도금액 냉각수단(30)은, 도금액(122)이 흐르는 순환관(14)이 내부를 통과하는 열교환기(32) 및, 상기 열교환기에 각각 연결된 냉각매체 공급 및 배출관(34)(36)을 포함한다.

반대로, 도 5의 제 2 실시예의 본 발명의 도금액 냉각장치(1')에서, 상기 도금액 냉각수단(30')은, 도금액(122)이 내부에 공급 배출되는 열교환기(32') 및, 상기 열교환기(32')를 통과하는 냉각매체관(34')(36')을 포함하여 구성되어 있다.

따라서, 도 4의 경우에는 흡입노즐(12)에 연결된 순환관(14)의 제 1 순환관(14a)이 냉각수단(30)의 열교환기(32) 내부에 유로를 구현하면서 통과하고, 적어도 도금욕조(120)내로 출구가 배치되는 순환관(14)의 제 2 순환관(14b)이 상기 제 1 순환관과 일체로 연결되어 있다.

이때, 열교환기(32)의 냉각매체 공급관(34)을 통하여 열교환기내부로 공급된 냉각매체 예를 들어, 냉각수, 미스트(mist) 또는 냉각가스에 의하여 제 1관을 통하여 흐르는 도금액이 냉각되고, 이때 열 전달된 냉각매체는 배출관(36)을 통하여 열교환기에서 배출된다.

다음, 도 5의 경우에는, 냉각수단(30')의 열교환기(32')가 도금액에 침지된 상태에서 그 내부로 냉각매체관(34')(36') 즉, 냉각매체인 냉각수, 미스트 또는 냉각가스가 흐르는 열교환기 인입 냉각매체관(34')과 배출 냉각매체관(36')이 통과하는 열교환기(32')의 내부로 흡입노즐(12)과 열결된 순환관(14)의 제 1 순환관(14a)을 통하여 도금액이 공급되어 냉각되고, 냉각된 도금액은 출구가 적어도 도금욕조(120)내에 위치되는 순환관(14)의 제 2 순환관(14b)을 통하여 배출된다.

따라서, 도 4 및 도 5의 본 발명의 도금액 냉각장치(1)(1')들은 냉각 구조에서만 차이가 있을뿐, 스나우트와 싱크롤 사이의 강판 초기 인입영역에서 강판 양측에서 도금액을 흡입노즐(12)로 흡입 순환시키면서 냉각수단의 열교환기를 통하여 도금액을 냉각시키고, 이 냉각한 도금액을 다시 도금욕조(120)내로 배출시키고, 이와 같은 도금액 순환 냉각을 지속적으로 수행하고, 이경우 도금욕조내 도금액의 냉각이 원활하게 수행되게 된다.

이때, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 도금액 냉각장치에서 상기 순환관(14)의 제 1 순환관(14a)에는 도금액 강제 순환을 위한 적어도 하나의 펌프(P)가 구비되어 있다.

이와 같은 펌프는 도금액 순환량을 결정하므로, 그 양정 능력을 조절하면 쉽게 도금액 순환속도나 순환량을 조정할 있는데, 예를 들어 펌프의 임펠러 회전 속도를 조절하는 것으로 구현될 수 있다.

이때, 상기 도금액 순환수단(10)의 흡입노즐(12)은, 스나우트에서 싱크롤로 진행되는 강판의 표면 양측으로 소정길이(도 8의 'D') 이격 배치되는 것이 바람직 하고, 이와 같은 강판(100)과의 간격 'D'가 조정되면 도금액의 흡입량이 조절될 수 있다.

즉, 앞에서 설명한 바와 같이, 펌프(P)의 양정 능력을 조절하는 것에 더하여, 상기 흡입노즐과 강판 간의 간격(D)도 흡입량을 조절하는 것을 가능하게 한다.

더하여, 앞에서 설명한 바와 같이, 이와 같은 본 발명의 흡입노즐(12)은 진행되는 강판의 양측에 배치되어 인접 도금액을 흡입하면서 강판 인입부에서의 도금액 유동성을 향상시킨다.

다음, 도 8은 도 4의 본 발명 도금액 냉각장치(1)의 변형예를 도시하고 있는데, 상기 흡입노즐(12)중 하나에 연계되어 도금액을 흡입 순환시키되 적어도 도금욕조의 강판 인출 영역 'Y' 를 향하는 다른 흡입노즐(12')을 더 포함하는 것에 특징이 있다.

동시에, 도 8에서 도시한 바와 같이, 흡입노즐(12)과 냉각수단(30)의 열교환기(32)사이에 연결되는 순환관(14)의 제 1 순환관(14a)에 구비되는 필터수단(F)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 도 8에서, 강판의 초기 인입 영역인 'X' 영역에서는 실제 조업시 스나우트내 도금액 탕면에서 발생되는 아연재(zinc ash)가 강판 인입 영역에 낙하될 수 있고, 강판의 탕면 인출영역인 'Y'에서는 도금액의 대기 접촉에 의한 산화물 등이 발생될 수 있다.

따라서, 이와 같은 아연재나 산화물 등의 이물질은 도금강판 표면에 부착되면서 여러 표면 결함으로 이어지나, 본 발명의 도금액 냉각장치(1)는 도금액을 흡 입하여 순환 냉각시키는 구조이므로, 각각의 흡입노즐(12)(12')을 통하여 상기 'X','Y'영역에서 도금액을 흡입하면 이물들이 같이 흡입되면서 필터수단(F)에서 걸러지고, 따라서 청정 도금액 즉, 보다 청정한 용융아연이 도금에 사용될 수 있어 도금강판의 품질을 향상시킬 수 있게 할 것이다.

다음, 도 8에서는, 본 발명인 도금액 냉각장치(1)의 냉각 제어 구현을 나타내고 있다.

예를 들어, 장치 제어부(C)를 더 포함하고, 상기 제어부에 도금액 온도 측정기(TG)와 상기 도금액 냉각수단의 냉각매체관에 구비된 냉각매체 공급량 제어밸브(V) 및, 도금액 순환수단의 순환관에 구비된 펌프모터(P)가 각각 전기적으로 연결하면 전반적인 도금액의 냉각제어가 구현될 수 있다.

스나우트의 도금액 탕면측에 배치된 도금액 온도 측정기(TG)를 통하여 도금액 온도를 측정하고, 그 측정값이 제어부(C)에 전달되면, 제어부에서는 이 온도 측정값을 토대로, 전기적으로 연결된 순환관 펌프(P)와 냉각매체 공급관(34)의 전기 작동 밸브(V)들의 작동을 제어하여 도금액의 최적 냉각 제어를 구현한다.

또한, 냉각수단(30)의 열교환기(32)에서는 제 2순환관(14b)을 통하여 도금욕조로 배출되는 도금액의 냉각열량을 조절하여 도금액 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

이경우, 열교환기(32)로 공급 분사되는 냉각수나 미스트 량을 밸브로 조절함으로써, 도금액에 필요한 냉각열량을 조절할 수 있다.

또는, 열교환기(32)의 냉각수량은 일정하게 유지한 상태에서는, 앞에서 설명 한 바와 같이, 순환되는 도금액 유량을 펌프(P)로서 가변시키어 도금액 온도를 제어할 수 있다.

그리고, 도 4 및 도 5의 본 발명의 도금액 냉각장치(1)(1')는 냉각수단의 열교환기를 도금욕조 외부 또는 내부에 설치하는 것을 구분하여 도시하였는데, 도금욕조(120)내의 설치 공간, 필요한 최대 냉각열량, 냉각방식 또는 열교환기의 형태 등에 따라 적절하게 선택하면 된다.

이때, 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 본 발명의 장치 제어부(C)에는 도금욕조(120)에 구비되어 강판의 도금에 적정하게 온도를 유지하도록 도금액을 가열하는 가열장치(140)와 전기적으로 연결되는 것도 바람직하다.

이경우, 도금액이 도금에 적정한 온도를 유지시킨 다는 전제하에서, 도금액의 온도를 일정하게 제어유지하는 데에 상기 가열장치가 제어된다.

따라서, 지금까지 설명한 냉각장치를 통한 본 발명의 도금액 냉각방법을 정리하면, 도금액이 충진된 도금욕조에 인입되는 강판 양측에서 도금액을 흡입하고 도금욕조의 내부 또는 외부에 배치된 열교환기를 거쳐 도금욕조로 냉각된 도금액을 순환 배출시키어 인입 강판에 의하여 가열된 도금액을 냉각시키는 것이다.

이때, 상기 도금욕조내 도금액의 온도를 측정하고, 열교환기를 거쳐 도금욕조로 냉각 배출되는 도금액의 순환량을 제어하고, 열교환기에서의 냉각매체량을 조절하여 도금욕조내 도금액 온도를 일정하게 유지하는 냉각제어의 구현도 가능하다.

이하, 지금까지 설명한 본 발명의 용융도금욕조내 도금액 냉각장치를 사용하는 연속 용융아연도금의 실시예를 설명한다.

(실시예 1)

먼저, 강판의 연속 아연도금 공정으로, 도금욕조의 도금액 충진 용량이 200톤이고, 도금액 초기 온도는 455℃ 인 상태에서, 두께 1.0mm, 폭 1200mm 의 강판을 100mpm의 라인속도로 연속적으로 도금하는 경우, 다음의 표 1과 도 9의 그래프에서는 도금액에 인입된 강판의 도금액 인입 온도 변화와 본 발명의 도금액 냉각장치를 적용한 결과를 나타내었다.

구 분	도 9의 냉각조건
	그래프 번호	to 이후 강판의 도금액 인입 온도(℃)	t1 이후 도금액 흡입량 (kg/sec)	냉각수 량
종래예	100a	465	-	-
	100b	480	-	-
본발명예	100c	480	25	3 liter/min
	100d	480	25	8 liter/min
	100e	480	25	12 liter/min

이때, 상기 표 1 및 도 9에서와 같이, 그래프 번호 100a는 강판의 도금액 인입조건이 도금액 열평형 상태에 있는 것을 나타낸 것으로, 도금액은 초기 온도 455℃를 그대로 유지한다.

이와 같은 열평형 상태에서, 강판(100)의 두께, 폭, 도금액 인입 온도, 혹은 라인속도가 증가하면 강판으로 부터의 도금액의 열전달 즉, 입열량이 증가하게 되어 도금액의 온도는 서서히 상승하게 된다.

예를 들어, 그래프 100b은 일정시점(t0) 이후 강판의 도금액 인입 온도가 480℃ 로 높아진 경우로서 도금액 온도가 지속적으로 증가하는 경향을 나타낸다.

다음, 강판의 도금액 인입 온도가 480℃를 유지한 상태에서, 그래프 100c -100e는 본 발명에 해당하는 것으로, 냉각장치의 냉각수단 흡입노즐을 통하여 도금액을 초당 25kg의 양으로 흡입하고, 열교환기(32)에서 냉각수를 분사량을 단계적으로 차이를 둔 경우의 시간 당 온도 상승 추이를 나타낸 것이다.

따라서, 도 9에서 알 수 있듯이, 본 발명에 해당하는 그래프 100c-100e의 경우 도금액의 온도 상승폭이 상당히 완화되는 것을 알 수 있고, 냉각수량을 증대시키면 도금액 온도가 460℃를 유지하여 도금액 냉각효과가 가장 큼을 알 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1과 동일한 도금욕조(120)에서 강판의 두께와 폭이 각각 1.2 mm, 1600 mm 이며, Mn, Si 함량이 높은 고강도강판을 도금액 인입 온도를 500℃로 하고, 라인 속도를 각각 60 mpm, 90 mpm, 120 mpm 으로 변화시킨 경우, 도금액 온도를 460℃로 유지시키기 위하여 본 발명의 도금액 냉각장치를 적용하였다.

라인속도	도금액 흡입량	냉각수량
60 m/min	30 kg/sec	42 liter/㎡-min
90 m/min	60 kg/sec	110 liter/㎡-min
120 m/min	80 kg/sec	190 liter/㎡-min

상기 표 2에서 알 수 있듯이, 강판의 도금욕조 인입 속도(라인속도)의 증가에 따라 도금액 흡입노즐과 연결된 순환관 상의 펌프(P)를 통한 도금액 흡입량을 증가시키고, 냉각수단인 열교환기에서의 냉각매체인 냉각수량을 증가시킨 결과, 도금액의 온도를 460℃로 일정하게 유지하는 것이 가능하였다.

따라서, 본 발명의 용융도금욕조내 도금액 냉각장치의 경우, 강판의 도금액 인입 온도가 높아도 도금액 온도를 일정하게 유지할 수 있어, 알려진 바와 같이 강판과 도금액간의 부착성이나 반응성을 향상시키어, Mn, Si 함량이 높은 고강도강판의 경우에도 도금밀착성 불량이나 미도금 결함을 감소시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 도금액 냉각장치는 도금성 향상에도 영향을 미치게 한다.

결국, 도금강판 생산시 지금까지는 강판 라인속도를 높이면 생산성을 높일 수 있으나, 이경우 도금욕조내 도금액 온도가 상승되어 여러 파생 문제들을 야기시키어 강판 라인 속도의 증가가 아려웠지만, 본 발명의 도금액 냉각장치의 경우에는 강판의 두께나 폭, 입욕온도, 라인속도가 변화하여 도금액 온도를 증가시키는 경우 에도 도금액 냉각능이 우수하여 도금액 온도를 일정하게 유지하는 것을 가능하게 한다.

이와 같이 본 발명인 용융금속 도금액 냉각장치 및 냉각방법에 의하면, 도금액 보다 고온으로 침지되는 강판 주변의 과열된 도금액(용융금속)을 흡입, 순환 및 냉각하여 도금욕조로 재 순환 공급함으로써, 도금반응성을 균일하게 하고, 도금액 온도를 균일하게 유지하고, 또한 도금욕조내 도금액 온도편차도 최소화하여 강판의 연속용융도금 조업에서 가장 기본이 되는 도금액 온도의 안정화를 도모할 수 있다.

따라서, 도금품질의 향상으로 우수한 품질의 도금강판을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 도금조업시 문제가 되는 도금액 온도 불균일에 의한 드로스 발생량도 최소화할 수 있게 한다.

특히, 강판의 폭, 두께 또는 라인속도를 증대시키어도 도금액 온도상승을 억제할 수 있어 궁극적인 도금강판 생산성을 높이게 한다.

그리고, 강판의 도금액 인입 온도를 비롯한, 인입 조건 범위를 보다 다양하고 폭 넓게 변화할 수 있으며, 특히 Mn, Si 등의 함량이 높은 고강도강판의 도금성 향상에 효과적이다.

마지막으로, 우선 도금액을 흡입하고 순환 과정에서 냉각시키어 도금욕조로 재 순환 공급하는 방식이므로, 드로스 등의 이물 제거도 가능하게 할 것이다,

본 발명은 지금까지 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (14)

1. 강판의 연속도금을 위한 도금액이 충진된 도금욕조에 구비되되 도금욕조에 인입되는 강판의 일측 또는 양측에 배치되는 도금액 흡입노즐을 포함하여 상기 도금액을 순환시키는 도금액 순환수단; 및,

   상기 도금액 순환수단과 연계되고 도금욕조의 내부 또는 외부에 배치되면서 상기 순환 도금액을 냉각시키는 도금액 냉각수단;

   을 포함하고,

   상기 도금액 순환수단의 흡입노즐은, 도금욕조와 연계된 스나우트와 도금조 롤 사이로 도금액의 강판 인입 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 도금액 순환수단은, 상기 흡입노즐과 상기 도금액 냉각수단 및 도금욕조 사이에 연계되어 냉각된 도금액을 도금욕조로 재순환시키는 도금액 순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 도금액 순환관은,

   상기 도금액 냉각수단을 통과하거나 연결되는 제 1 순환관; 및.

   상기 제 1 순환관과 연결되거나 상기 도금액 냉각수단 출측에 연결되고, 적 어도 출구는 도금욕조내에 위치되는 제 2 순환관;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 도금액 냉각수단은, 도금액이 흐르는 순환관이 내부를 통과하고 도금욕조 외부에 위치된 열교환기; 및,

   상기 열교환기에 각각 연결된 냉각매체 공급 및 배출관;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 도금액 냉각수단은, 연결된 순환관을 통하여 도금액이 내부에 공급 배출되고 도금욕조 내부에 배치된 열교환기; 및,

   상기 열교환기를 통과하는 냉각매체관;

   을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 순환관의 제 1,2 순환관중 적어도 하나에는 도금액 강제 순환과 도금액 순환량을 제어하는 펌프가 구비된 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 상기 도금액 순환수단의 흡입노즐은, 강판 양측에 대칭되어 배치되고, 강판과의 간격 조정을 통하여 도금액 흡입량을 조정하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
9. 제 2항 또는 제 8항에 있어서, 도금액을 추가로 흡입 순환시키면서 적어도 도금욕조의 강판 인출 영역을 향하는 다른 흡입노즐을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
10. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 순환관에 구비된 필터수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
11. 제 1항 내지 제 3항중 어느 하나의 항에 있어서, 장치 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부에는 도금액 온도 측정기와, 상기 도금액 냉각수단의 냉각매체관에 구비된 냉각매체의 열교환기 공급량 제어밸브 및, 도금액 순환수단의 순환관에 구비된 펌프가 각각 전기적으로 연계되어 도금액의 냉각제어를 구현토록 구성된 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각장치.
12. 도금액이 충진된 도금욕조에 인입되는 강판 양측에서 도금액을 흡입하고, 상기 흡입된 도금액을 열교환기에서 냉각한 후 도금욕조로 재순환시키어 인입 강판에 의하여 온도 상승된 도금액을 냉각시키도록 구성되되,

    상기 도금액은 도금욕조와 연계된 스나우트와 도금조 롤사이의 영역에 배치된 흡입노즐을 통하여 흡입되고, 냉각 후 도금욕조로 재순환되는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각방법.
13. 제 12항에 있어서, 상기 도금액은, 상기 흡입노즐을 통하여 흡입된 후 흡입노즐과 연계된 열교환기에서 냉각되어 도금욕조로 재순환되는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각방법.
14. 제 12항 또는 제 13항에 있어서, 상기 도금욕조내 도금액의 온도를 측정하고, 이 측정 값을 토대로 장치 제어부에서 열교환기를 거쳐 도금욕조로 냉각 순환되는 도금액 순환량을 연계된 펌프를 통하여 조정하며, 상기 열교환기에서의 냉각매체 공급량을 상기 제어부와 연계된 밸브를 조정하여 도금액 냉각을 제어하여, 도금욕조내 도금액 온도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 용융도금욕조내 도금액 냉각방법.

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