KR100928979B1 - 주석도금공정의 콤비네이션 리플로우 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소의 도금공정중 주석도금공정에서 통전가열과 유도가열을 혼합한 콤비네이션 리플로우의 제어방법에 관한 것이다.

본 발명은 선행코일과 후행코일이 임의의 속도로 이송되고 있을 때 용접점을 트래킹하여 각 코일의 승온에 필요한 열량을 계산하고, 통전롤러간 천이구간에서 통전가열기의 전류계산오차에 의한 목표온도 변동을 억제할 수 있도록 유도가열기에서는 전력보상량을 산정하며, 이를 바탕으로 선후행코일의 자유로운 편성시에도 리플로우의 목표온도 변동을 억제하도록 전력량 배분량을 변화시키는 제어방법을 제공함에 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 통전롤러 투입전력의 부족분을 일정구간에 대해 유도가열기로부터 연산하여 보상함으로써 목표온도의 변동을 억제하고, 이 구간내에서의 발생가능한 합금량의 과부족 및 표면 품질결함을 방지할 수 있게 된다.

Description

주석도금공정의 콤비네이션 리플로우 제어방법{CONTROL METHOD FOR COMBINATION REFLOW BRIGHTENING OF TIN PLATING PROCESS}

도 1은 종래 통전 리플로우의 제어에 의한 코일간 전류제어 방식을 보인 타이밍도,

도 2는 본 발명을 설명하기 위한 콤비네이션 리플로우설비의 개략적인 구성도,

도 3은 본 발명에 따른 스트립의 입측통전롤로부터 거리별 승온패턴을 보인 그래프,

도 4는 본 발명에 따라 후물재-박물재 순서로 코일이 천이되는 경우 코일간 리플로우 전력의 분배제어방식을 설명하는 타이밍도,

도 5는 본 발명에 따라 박물재-후물재 순서로 코일이 천이되는 경우 코일간 리플로우 전력의 분배제어방식을 설명하는 타이밍도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1....입측통전롤러 2....출측통전롤러

3....머플퍼니스 4....스트립

5....유도가열기 6....급냉탱크

7....쵸크코어코일
11.....후물재-박물재순 코일의 리플로우 제어시 투입전열량 변화 12.....박물재-후물재순 코일의 리플로우 제어시 투입전열량 변화

본 발명은 제철소의 도금공정중 주석도금공정에서 통전가열과 유도가열을 혼합한 콤비네이션 리플로우의 제어방법에 관한 것이다.

통상, 전기주석도금 공정을 거친 소재는 합금층을 형성하고, 용접성과 내식성 및 광택성등을 높이기 위해 리플로우 멜팅(reflow melting) 과정을 거치게 되는데 이러한 과정은 통전롤러간의 스트립에 전류를 흘리는 통전가열의 형태나 혹은 통전롤러간에 유도가열기를 추가하여 주석의 용융점이상으로 가열시킨 후 급속냉각시키는 것과 같은 형태로 이루어지고 있다.

특히, 연연속공정 형태의 도금라인은 코일형태의 소재를 처리하게 되고, 다양한 소재규격의 코일을 용접하여 제공함으로써 도금공정에서 연속처리가 가능하게 되었으며, 콤비네이션 리플로우 공정에서는 두 개의 통전롤러간 스트립을 이송하고 승온에 필요한 열량을 통전가열기와 유도가열기간에 부하배분에 따라 통전롤러에 전류를 투입하고 유도가열기엔 해당량의 전력을 투입하여 가열시키는데 이때 통전가열기에 투입되는 전류의 양은 처리대상인 소재의 크기, 즉 단면적과 이송속도에 따라 결정되게 된다.

그런데, 이러한 통전롤러간에는 수십미터의 스트립이 놓이게 되며, 코일 단면적이 바뀔 때 즉, 선행소재와 후행소재간 크기가 달라질 때에 두 개의 통전롤러간에 선후행 소재의 용접점이 놓이게 되는 경우 통전가열에 소요되는 전류의 제어 에 난점이 생기게 된다.

종래에는 통전 리플로우의 제어에 의한 코일간 전류제어방식중 일예를 보인 도 1에서와 같이, 입측 통전롤러(1DCR)과 출측 통전롤러(2CDR) 사이에서 목표온도(To)까지 도달하기 위하여 필요한 선행코일의 소요전력량(Q_before)과 후행코일의 소요전력량(Q_after)이 차이나는 경우 제어 변경시점은 1CDR 또는 2CDR에서 이산적으로 발생하게 되며, 이때 통전롤러간에 코일용접점이 통과하는 동안은 목표온도에 도달하지 못하는 현상이 발생하게 되는데 이는 표면 품질불량 또는 합금량 미달 등의 문제를 초래하는 원인이 된다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 연속도금공정중 리플로우 과정에서 선행코일과 후행코일이 동시에 공존하는 천이구간에서의 소재변동에 따른 임피던스가 변동하더라도 적절한 전력량 배분하여 투입함으로써 목표온도의 변동을 억제하여 고품위의 표면 품질을 갖는 제품을 양산할 수 있도록 한 주석도금공정의 콤비네이션 리플로우 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명은 선행코일과 후행코일이 임의의 속도로 이송되고 있을 때 용접점을 트래킹하여 각 코일의 승온에 필요한 열량을 계산하고, 통전롤러간 천이구간에서 통전가열기의 전류계산오차에 의한 목표온도 변동을 억제할 수 있도록 유도가열기 에서는 전력보상량을 산정하며, 이를 바탕으로 선후행코일의 자유로운 편성시에도 리플로우의 목표온도 변동을 억제하도록 전력량 배분량을 변화시키는 제어방법을 그 구성상의 특징으로 한다.

이하에서는, 첨부도면에 의거하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 콤비네이션 리플로우설비의 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명 설비에 의한 스트립의 입측통전로에서부터 거리별 승온패턴을 보인 그래프이다.

본 발명의 대상 공정인 전기주석도금의 리플로우 설비구성은 도 2에 나타낸 형태가 통상적이다.

즉, 입측통전롤러(1)와 출측통전롤러(2) 사이에 머플퍼니스(muffle furnace)(3)가 있어서 스트립(4)의 온도를 보존하는 역할을 하며 입수 직전에 급승온되어 목표온도에 이르도록 하는 유도가열기가 있고 이후 급냉탱크(6)가 있어서 도금된 주석이 용융된 상태에서 급냉될 수 있도록 구성된다.

그리고, 교류전원을 투입하는 입출측통전롤러(1,2)의 경우 이들 사이에 전류가 집중될 수 있도록 통전롤러(1,2)들의 외부에는 쵸크코어코일(choke core coil)(7)을 구비하게 된다.

대표적인 콤비네이션 리플로우 방식의 입측통전롤러(1)에서 급냉탱크(6)까지의 온도 승온패턴은 도 3의 그래프와 같다.

인입된 스트립(4)은 입측통전롤러(1)에서부터 가열되기 시작하여 급냉탱크(6)로 입수되기 직전에 목표온도(To)까지 도달하도록 소재 정보와 스트립 (4)의 이송속도에 맞추어 적정한 전력이 투입되도록 하는데 투입량 산정은 다음 소요전력량(Q) 식으로부터 구할 수 있다.

(소요전력량식)

여기에서, Q: 소요전력량, v:라인스피드(mpm), T_AVG:입측롤러전온도와 목표온도간 평균온도, ΔT:승온 온도, C1,C2:계수, A:스트립 단면적이다.

산정된 소요전력량(Q)은 통전가열기와 유도가열기로 부하배분되며 다음식과 같이 산정된다.

통전가열기 투입전력량(Q_CH)=f·Q

유도가열기 투입전력량(Q_IN)=(1-f)·Q·η

여기서, f(0~1):통전가열과 유도가열기간 부하배분율, η:유도가열기의 효율이다.

동일 소재에 대해서는 스트립(4)의 이송속도만이 소요전력량 및 투입전력을 변동시키는 요소가 되는데, 만일 소재의 사이즈가 변동하는 경우에는 소요전력량을 변동적으로 연산해야 한다.

도 4와 도 5의 타이밍도는 이에 대한 상세한 제어방법을 나타낸다.

선행코일과 후행코일의 사이즈가 다를 경우, 코일간 연결부인 용접점이 통전 롤러(1,2)를 통과할 때 스트립(4)에 의한 전기저항은 일정하지 않게 되고 선형적으로 변동하게 된다.

통전가열기의 투입전류는 소재의 전기저항을 연산하여 승온에 필요한 전력량에 상응하는 전류를 통전시킴으로써 가능한데 소재가 다른 즉, 전기저항이 다른 두 소재의 용접점이 통전롤러(1,2) 사이에 위치할 때 통전가열기의 투입전류를 변동하게 되면 후물재의 경우 목표온도에 미달하게 되고 박물소재의 경우는 과승온되어 용접점 전후의 일부소재 구간에서 리플로우의 불량이 발생하게 된다.

그러므로, 통전가열기의 전력량 변경은 통전롤러(1,2) 사이에 용접점이 위치하게 될 때 항상 전기저항이 큰 박물재를 위주로 행하도록 한다.

이것은 통전가열기의 전류에 의해 소재변경구간에서 과승온되는 것을 방지하기 위함이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 선행코일이 후물재이고 후행코일이 박물재인 경우 용접점이 상기 입측통전롤러(1)를 통과하는 순간 변경시키고 도 5에 도시한 바와 같이, 선행코일이 박물재이고 후행코일이 후물재인 경우 선행코일이 출측통전롤러(2)를 완전히 통과한 이후에 투입전력량을 Q_{before_CH}에서부터 Q_{after_CH}로 변경하게 된다.

통전가열기와 달리 유도가열기(5)의 소재변경에 의한 투입전력량 변화는 용접점이 유도가열기(5)에 진입하기 시작할 때 즉각 Q_{before_IH}에서부터 Q_{after_IH}로 변경한다.

이때, 통전롤러(1,2) 사이의 용접점이 통과하는 천이구간에서 후물재에 대해서는 승온에 필요한 전력이 부족하게 되는데 유도가열기(5)에서 이 구간동안은 용접점 이송정보에 따라 유도가열기(5)에서 보상하게 되며 전력보상량은 다음식과 같다.

전력보상량(Q_compen)=｜Q_{after_CH} - Q_{before_CH}｜
(여기에서, Q_compen 는 전력보상량, Q_{before_CH}, Q_{after_CH} 는 각각 입출측 통전롤러에서의 투입전력량)

용접점이 통전롤러(1,2) 사이를 완전히 빠져나갈때 까지의 리플로우에 투입하는 변동 전기저항에 무관하게 용접점 트래킹에 의한 천이구간내에 위치한 소재구간에 있어서 전력보상량을 연산하여 전기저항과 무관하게 작동되는 유도가열기(5)에 의해 전력량을 보상함으로써 급냉탱크(6)로 입수하기 직전의 목표온도(To)가 소재 규격이 다른 인접 코일이 천이구간을 지날 때에도 일정하게 유지될 수 있게 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 의한 단면적이 다른 인접 코일간 용접부가 통전롤러 사이를 통과할 때 용접점 트래킹에 의한 스트립 저항과 소요전력량이 변동될 때 통전가열기의 전력량은 저항이 일정한 구간에서 변경시키고 유도가열기의 전력량 변경은 통전롤러 사이에서 이루어지게 하며 통전롤러 투입전력의 부족분은 일정구간에 대해서 유도가열기에서 연산하여 보상함으로써 목표온도의 변동을 억제하고 이 구간내에서의 발생가능한 합금량의 과부족 및 표면 품질결함을 방지할 수 있게 된다.

Claims (1)

1. 전기주석도금 공정의 콤비네이션 리플로우 공정에 있어,

   선행코일과 후행코일의 연결부인 용접점을 트래킹하여 각 코일의 승온에 필요한 소요전력량을 하기 식(1)에 의해 계산하여 하기 식(2)에 의해 통전가열기와 유도가열기에 배분하고, 유도가열기에서 하기 식(3)에 의해 통전롤러간의 통전가열기의 전력보상량을 연산하여 보상제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 주석도금공정의 콤비네이션 리플로우 제어방법.

   (1)

   

   (여기에서, Q:소요전력량, v:라인스피드(mpm), T_AVG:입측롤러전온도와 목표온도간 평균온도, ΔT:승온 온도, C1,C2:계수, A:스트립 단면적)

   (2)

   통전가열기 투입전력량(Q_CH)=f·Q

   유도가열기 투입전력량(Q_IN)=(1-f)·Q·η

   (여기에서, f(0~1):통전가열과 유도가열기간 부하배분율, η:유도가열기의 효율)

   (3)

   전력보상량(Q_compen)=｜Q_{after_CH} - Q_{before_CH}｜

   (여기에서, Q_compen는 전력보상량, Q_{before_CH}, Q_{after_CH} 는 각각 입출측 통전롤러에서의 투입전력량)

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