KR101153615B1 - 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치 및 방법 - Google Patents

용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 폭방향 도금량 제어 장치는 강판의 폭방향 형상을 인식하는 강판 형상 인식기; 상기 강판 형상 인식기로부터 인식된 폭방향 형상에 따라 각각 다른 압력 설정치를 부여하여 각각 폭방향 도금량을 제어하는 다수의 폭방향 노즐; 상기 인식된 폭방향 형상에 따라 상기 각 폭방향 노즐에 부여되는 각각의 압력 설정치를 계산하는 계산기; 및 상기 계산기에서 계산된 각 압력 설정치에 따라 상기 각 폭방향 노즐로 유입되는 압력을 각각 제어하는 압력 제어기를 포함하여 폭방향 노즐의 도금량을 제어함으로써, 반곡에 의한 폭방향의 도금량 오차를 신속히 교정하여 폭방향의 도금량 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
Figure R1020080135023
용융도금공정, 폭방향 도금량 제어, 강판, 에어나이프, 압력 제어기, 계산기, 형상 인식기, 폭방향 노즐, 압력 제어 밸브.

Description

용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치 및 방법{Apparatus and Method for controlling dip coating weight of width direction in hot dip coating process}
본 발명은 용융도금 도금량 제어 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 연속 용융도금공정에서 에어나이프의 압력이나 에어나이프와 강판간의 간격을 조정하여 강판에 붙는 도금량 제어하는 용융도금 공정에서 강판의 반곡에 의해 발생하는 폭방향의 도금량을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 강판의 내식성 등을 향상시키고 외관을 미려하게 하기 위하여 강판의 표면에 도금을 실시한다.
최근에는 도금공정이 특수한 목적에 사용되는 자동차 강판 등을 생산하는 공정에서 상당히 중요한 작업공정으로 분류되고 있다. 이러한 도금공정의 대표적인 방법으로는 용융 도금액에 저장된 욕조에 강판을 통과시키면서 아연을 강판에 부착시켜 도금을 행하는 용융 도금공정 등이 있다. 이러한 연속 도금 공정에서 도금 욕조를 통화한 강판의 수직방향으로 설치된 분사노즐(에어나이프)로부터 나오는 공기 와 같은 기체의 분사압력을 조정하거나 노즐과 강판과의 간격을 제어하므로 강판에 부착되는 도금량을 제어할 수 있다.
연속 도금공정에서는 강판을 연속적으로 도금하기 위하여 치수가 서로 다른 강판을 용접하여 연속적으로 도금한다. 이때, 강판의 목표 도금량은 수요자에 따라 다르므로 강종 및 목표 도금량이 크게 변동될 경우 이에 따라 목표 도금량을 얻기 위한 분사노즐의 분사압력과 강판과 분사노즐 간의 거리를 조정해야 한다. 이때, 분사압력이나 분사노즐의 위치제어가 적합하지 못할 경우, 도금량은 목표 도금량에 미달되거나 또는 과도하게 도금되는 현상이 발생하게 된다.
도금량을 제어하는 종래의 제어 방법으로 용융도금 강판의 폭방향의 도금량을 제어하는 기술이 있는데, 이러한 방법은 와이핑 노즐 직상단에 레이저 거리계를 이용하여 강판의 형상을 검출하고, 검출치로부터 강판의 반곡량을 산출하고, 해당 반곡량을 최소화하기 위해 미리 설정한 싱크롤의 수평방향 이동량과 반곡과의 관계를 모아서 해당 싱크롤을 수평방향으로 이동시켜 강판 폭방향의 도금량 편차를 최소화하는 방법이다.
이와 같은 종래의 제어 방법은 반곡을 잡기 위해 싱크롤(반곡교정롤)을 움직일 경우, 싱크롤의 이동 여부에 따라서 강판의 패스라인 위치가 달라져서 강판 전면 및 후면의 도금량이 목표치에 벗어나게 되는 문제점이 있다. 즉, 첨부된 도 1에 도시된 바와 같이, 초기 패스라인의 위치가 L1이었다면 싱크롤(반곡 교정롤)(20)의 수평적인 이동에 의해 강판의 패스라인이 L1에서 L2로 변하게 되고, 에어나이프(30a, 30b)와 강판간의 간격은 전면부에서는 더 커지게 되고, 후면부에서는 더 작아지게 된다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 싱크롤의 위치를 이동하지 않고, 기존의 길이방향 도금량을 제어하기 위한 노즐 상부에 폭방향의 다수의 노즐 및 노즐의 압력을 제어하는 밸브 및 밸브 제어 장치를 구현하고, 반곡의 형상에 따라 각각의 폭방향 노즐의 압력을 제어하여 폭방향 도금량 오차를 제어하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치는, 강판의 폭방향 형상을 인식하는 강판 형상 인식기; 상기 강판 형상 인식기로부터 인식된 폭방향 형상에 따라 각각 다른 압력 설정치를 부여하여 각각 폭방향 도금량을 제어하는 다수의 폭방향 노즐; 상기 인식된 폭방향 형상에 따라 상기 각 폭방향 노즐에 부여되는 각각의 압력 설정치를 계산하는 계산기; 및 상기 계산기에서 계산된 각 압력 설정치에 따라 상기 각 폭방향 노즐로 유입되는 압력을 각각 제어하는 압력 제어기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치에서의 폭방향 도금량 제어 방법은, 강판의 폭방향 형상을 인식하는 단계; 상기 인식된 폭방향 형상에 따라 강판의 폭방향 배열된 다수의 폭방향 노즐에 대한 압력 설정치를 폭방향 노즐 별로 각각 계산하는 단계; 및 상기 계산된 각 압 력 설정치를 상기 각 폭방향 노즐에 부여하여 상기 폭방향의 도금량을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 폭방향 노즐 별로 계산된 압력 설정치를 각 폭방향 노즐에 부여하여 압력을 제어함으로써, 패스라인 변화에 따른 전면 및 후면 도금량 오차가 발생되지 않으며, 반곡에 의한 폭방향의 도금량 오차를 신속히 교정하여 폭방향의 도금량 오차를 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
우선, 본 발명의 실시예에 따른 용융도금공정에서 폭방향 도금량을 제어하기 위한 장치의 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.
상기 도 2를 참조하면, 강판 형상 인식기(110), 계산기(120), 압력 제어기(130), 에어 나이프(30)의 다수의 노즐(180)(N1 내지 N7)(140), 공압원(150), 제 1 압력 제어 밸브(161), 다수의 제2 압력 제어 밸브(162)(V1 내지 V7), 다수의 압력 게이지(170) 및 배관(180)으로 구성될 수 있다.
상기 강판 형상 인식기(110)는 강판의 형상(반곡)을 인식한다.
상기 계산기(110)는 반곡의 형태에 따라 각 노즐(180)의 압력의 설정치를 계산하고, 계산된 설정치를 압력 제어기(162)로 전달하여 압력 제어기(130)로 하여금 제2 압력 제어 밸브들(162)에 압력 제어 신호를 부여할 수 있도록 한다. 상기 압력 설정치의 계산은 하기 방법 설명에서 구체적으로 설명하기로 한다.
상기 다수의 노즐(140)(N1 내지 N7)은 강판의 폭방향으로 배열되며, 각각의 노즐의 챔버 압력은 상기 압력 제어기(130)의 제어 신호에 따라 구동되는 상기 압력 제어 밸브(162)를 통해 제어 된다.
상기 공압원 압력 제어 밸브(161)는 상기 공압원(140)에서 발생되는 압력을 제어 한다.
상기 압력 제어밸브들(162)(V1~V7)은 상기 각 노즐(N1~N7)에 연결된 배관(180) 상에 형성되어 상기 각 노즐(V1~V7)에 연결된 배관(180)의 압력을 각각 조절한다.
상기 다수의 압력 게이지(170)는 상기 각 노즐(N1~N7)에 대응되어 형성되며, 상기 각 폭향 노즐(N1 내지N7)에 연결된 배관(180)을 통해 유입되는 압력을 각각 측정하고, 측정된 결과값을 상기 압력 제어기(130)로 전송한다.
그러면 이와 같은 구조를 갖는 폭방향 도금량 제어 장치에서 폭방향 도금량 을 제어하기 위한 방법에 대해 설명하기로 한다.
우선, 폭방향 도금량 제어 장치는 강판의 폭방향 형상을 인식하고, 상기 인식된 폭방향 형상에 따라 강판의 폭방향 배열된 다수의 폭방향 노즐에 대한 압력 설정치를 폭방향 노즐 별로 각각 계산한다.
예를 들어, 폭방향 형상 인식기(120)에서 인식된 폭방향의 반곡의 형상이 첨부된 도 3에 도시된 바와 같으면, 폭방향 L/2 위치에서의 반곡량, L/2+L 위치에서의 반곡량, L/2+2L 위치에서의 반곡량, L/2+3L 위치에서의 반곡량 데이터를 읽어와서 각각의 노즐의 압력 설정치를 계산한다. 이러한 각 노즐의 압력 설정치 계산을 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, L은 폭방향 한 개의 폭을 나타낸다.
제1 폭방향 노즐(N1)에 강판이 걸쳐 있는 경우, 폭방향 형상 인식기(120)로부터 인식된 형상의 반곡량이 S1이라고 하면, 첨부된 도 4에 도시된 바와 같은 전면부 노즐 N1_t의 압력 설정치 P1_t는 하기 <수학식 1>을 이용하여 계산한다.
Figure 112008089508631-pat00001
상기 <수학식 1>에서 두 번째 항은 하기 <수학식 2>와 같은 도금량 예측식으로부터 유도될 수 있다. 상기 <수학식 1>에서 α는 조정계수를 나타내며, G는 강판과 에어나이프(30)의 간격을 나타낸다.
Figure 112008089508631-pat00002
상기 <수학식 2>에서 Cw는 도금량 예측치[g/m2], V는 강판의 이송속도[mpm], S는 강판과 에어나이프(노즐)간 거리[mm], P는 에어나이프의 챔버 압력[Kpa](에어나이프 압력 설정치)을 나타내며, a, b, c는 상기 도금량 예측식의 파라미터를 나타낸다. 상기 <수학식 2>를 통해 간격 변화에 대한 도금량 변화를 계산하면, 하기 <수학식 3>을 얻을 수 있다.
Figure 112008089508631-pat00003
또한, 상기 <수학식 2>에서 압력 변화에 대한 도금량 변화를 예측하면 하기 <수학식 4>와 같다.
Figure 112008089508631-pat00004
상기 <수하식 3>과 상기 <수학식 4>로부터 하기 <수학식 5>을 도출해낼 수 있다.
Figure 112008089508631-pat00005
따라서 강판의 간격 변화에 의해 발생한 도금량 오차를 압력으로 제어하기 위한 압력 제어량(P)은 하기 <수학식 6>을 통해 계산할 수 있다.
Figure 112008089508631-pat00006
이에 따라 전면부 폭방향 노즐 N1_t의 압력 설정치 P1_t는 하기 <수학식 7>을 이용하여 계산할 수 있다.
Figure 112008089508631-pat00007
즉, 전면부의 N개의 각 폭방향 노즐(Ni_t: N1_t 내지 N7_t)의 압력 설정치(Pi_t: P1_t 내지 P7_t)를 하기 <수학식 8>을 통해 계산할 수 있다. 여기서 Si는 폭방향 i에서의 측정된 반곡량, P는 에어나이프 압력 설정치를 나타낸다.
Figure 112008089508631-pat00008
그런 다음 폭방향 도금량 제어 장치는 상기 <수학식 8>을 통해 계산된 각 압력 설정치를 각 폭방향 노즐(N1 내지 N7)에 부여하여 상기 폭방향의 도금량을 제어한다. 즉, 폭방향 도금량 제어 장치는 계산기(110)에서 계산된 상기 각 압력 설정치를 압력 제어기(130)로 전송하면, 압력 제어기(130)는 각 폭방향 노즐(N1 내지 N7)에 대한 배관(180)에 설치된 각 압력 제어 밸브(V1 내지 V7)로 제어 신호를 발생한다. 이에 따라 압력 제어 밸브(V1 내지 V7)는 각각 수신한 제어 신호에 따라 유입되는 압력을 조절한다. 이로 인해 각 폭방향 노즐(N1 내지 N7)에서는 조절되어 유입되는 압력을 인해 도금량을 제어할 수 있게 된다.
이와 같은 수학식들을 이용하여 전면부의 N개의 노즐에 대한 각각의 압력 설정치를 계산하고, 첨부된 도 6에 도시된 바와 같은 후면부도 상술한 바와 같은 전면부의 계산 방식으로 설정치를 계산한다. 이때, 폭방향 노즐의 압력에 의해 도금량 평균치가 낮아지게 된다.
따라서 폭방향 압력에 의해 발생된 길이 방향의 도금량 변화를 폭방향 압력 평균치로부터 계산한다. 여기서 전면부의 각각의 노즐 압력에 대한 폭방향 압력 평균치는 하기 <수학식 9>을 이용하여 구할 수 있다. 이에 따라 폭방향 제어 장치는 이렇게 계산된 폭방향 압력 평균치를 길이 방향 도금량 제어를 위한 에어나이프 설정 압력에 가미하여 폭방향 도금량을 위한 평균적인 폭방향의 도금량 변화를 보상한다. 이러한 폭방향 압력 평균치는 주기적 또는 상기 각 폭방향 노즐의 압력 설정치를 계산한 다음 각 압력 설정치를 이용하여 계산함으로써 폭방향의 도금량 오차를 교정한다.
Figure 112008089508631-pat00009
상기 <수학식 9>에서 N은 폭방향의 노즐 개수를 나타낸다. 상기 <수학식 9>을 통해 계산된 평균치(Pa)는 길이방향 도금량 제어를 위한 에어나이프(30)의 설정 압력에 반영한다. 즉, 길이방향 에어나이프 압력 설정치 P는 길이방향 도금량을 맞추기 위한 설정량(Ps)에 폭방향 도금량 오차를 위해 가미된 평균적인 압력 상승량인 폭방향 압력 평균치(Pa)를 빼줌(P=Ps-Pa)으로써 구할 수 있다. 이에 따라 패스라인 변화에 따른 반곡에 의한 폭방향의 도금량 오차를 신속히 교정하여 폭방향 도금량 오차를 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 싱크롤 변화에 따른 패스라인의 변화를 도시한 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 폭방향 위치별 반곡 형상을 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어나이프 전면부 압력 설정량을 도시한 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 에어나이프 후면부 압력 설정량을 도시한 도면.

Claims (11)

  1. 강판의 폭방향 형상을 인식하는 강판 형상 인식기;
    상기 강판 형상 인식기로부터 인식된 폭방향 형상에 따라 각각 다른 압력 설정치를 부여하여 각각 폭방향 도금량을 제어하는 다수의 폭방향 노즐;
    상기 인식된 폭방향 형상에 따라 상기 각 폭방향 노즐에 부여되는 각각의 압력 설정치를 계산하는 계산기; 및
    상기 계산기에서 계산된 각 압력 설정치에 따라 상기 각 폭방향 노즐로 유입되는 압력을 각각 제어하는 압력 제어기를 포함하며,
    상기 계산기는 상기 계산된 각 압력 설정치를 이용하여 폭방향의 도금량 오차를 교정하기 위한 폭방향 압력 평균치를 계산함을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 제어기로부터 발생되는 제어 신호에 따라 상기 각 폭방향 노즐에 부여되는 압력을 조절하는 다수의 압력 제어 밸브;
    상기 각 폭방향 노즐에 부여되는 압력을 각각 측정하여 측정된 압력값을 상기 압력 제어기로 전송하는 다수의 압력 게이지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 다수의 폭방향 노즐에 부여되는 압력을 제공하는 공압원; 및
    상기 공압원으로부터의 압력을 조절하기 위한 공압원 압력 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 계산기는 길이방향 도금량을 맞추기 위한 설정량(Ps)에서 상기 계산된 폭방향 압력 평균치(Pa)를 빼줌으로써 에어 나이프 압력 설정치(P)를 구함을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치.
  7. 강판의 폭방향 형상을 인식하는 단계;
    상기 인식된 폭방향 형상에 따라 강판의 폭방향 배열된 다수의 폭방향 노즐에 대한 압력 설정치를 폭방향 노즐 별로 각각 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 각 압력 설정치를 상기 각 폭방향 노즐에 부여하여 상기 폭방향의 도금량을 제어하는 단계;
    상기 계산된 각 압력 설정치를 이용하여 폭방향 압력 평균치를 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 폭방향 압력 평균치를 이용하여 폭방향의 도금량 오차를 교정하는 단계를 포함하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치에서의 폭방향 도금량 제어 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 계산된 각 압력 설정치는 길이방향 도금량 맞추기 위한 설정량(Ps)에서 폭방향 압력 평균치(Pa)를 뺀 값임을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치에서의 폭방향 도금량 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 제7항에 있어서,
    상기 폭방향 압력 평균치는 "
    Figure 112011029275157-pat00021
    "의 식에 따라 계산되며, 여기서 Pi는 폭방향 i에서의 압력 설정치, N은 폭방향 노즐 개수를 나타냄을 특징으로 하는 용융도금공정에서의 폭방향 도금량 제어 장치에서의 폭방향 도금량 제어 방법.
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