KR101294887B1 - Atmospheric pressure plasma degreasing apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 대기압 플라즈마 탈지 장치에 관한 것으로, 상기 대기압 플라즈마 탈지 장치는, 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 가스공급부에 의해 공급되는 가스의 일부를 물에 통과시킨 후 유량제어부로 공급하는 습도조절부; 상기 가스공급부로부터 직접 공급되는 가스와 상기 습도조절부에 의해 공급되는 가스를 혼합하는 유량제어부; 상기 유량제어부로부터 혼합된 가스를 공급받아 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 플라즈마노즐; 및 플라즈마 발생을 위한 전력을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구현될 수 있다.The present invention relates to an atmospheric plasma degreasing apparatus, the atmospheric plasma degreasing apparatus, the gas supply unit for supplying a gas for plasma generation; A humidity control unit for supplying a part of the gas supplied by the gas supply unit to water and then supplying it to the flow rate control unit; A flow rate control unit for mixing the gas supplied directly from the gas supply unit with the gas supplied by the humidity control unit; A plasma nozzle which receives the mixed gas from the flow control unit and supplies a gas for plasma generation; And it may be implemented to include a power supply for supplying power for plasma generation.
Description
본 발명은 대기압 플라즈마 탈지 장치에 관한 것으로서, 특히 저온 플라즈마를 이용하여 강판의 탈지 공정을 수행함에 있어 가스의 습도를 조절함으로써 플라즈마의 화학적 탈지 능력을 극대화시킬 수 있는 대기압 플라즈마 탈지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an atmospheric plasma degreasing apparatus, and more particularly, to an atmospheric pressure plasma degreasing apparatus capable of maximizing chemical degreasing capability of plasma by controlling the humidity of a gas in performing a degreasing process of a steel sheet using a low temperature plasma.
냉연 강판의 친환경 탈지 공정을 위해 대기압 플라즈마를 적용하는 기술이 제안되었다.A technique for applying atmospheric pressure plasma for an environmentally friendly degreasing process of cold rolled steel sheets has been proposed.
대기압 플라즈마는 온도에 따라 저온 플라즈마(Non-thermal plasma)와 고온 플라즈마(Thermal plasma)로 구분될 수 있다.Atmospheric pressure plasma may be classified into non-thermal plasma and high temperature plasma according to temperature.
저온 플라즈마는 불활성 가스로 고전압을 이용해서 발생시키지만 낮은 전류로 인해 전체적인 전력 소모가 적고 아크(Arc)가 적어서 넓은 면적에서 안정적으로 동작시킬 수 있다. 그러나, 저온 플라즈마는 적어도 수 십 mpm(meters per minute) 이상 되는 철강 공정의 빠른 공정 속도에 대응해서 충분한 탈지 능력을 보이지 못한다는 단점이 있다.Low temperature plasma is generated using high voltage as an inert gas, but low current consumes less power overall and less arc, so it can be operated stably in a large area. However, the low temperature plasma has a disadvantage in that it does not exhibit sufficient degreasing capacity in response to the fast process speed of the steel process of at least several tens of mpm (meters per minute) or more.
반면, 플라즈마 토치(Torch)와 같은 고온 플라즈마는 빠른 공정 속도에 대응한 탈지가 가능하지만 예상치 못한 아크의 발생으로 제품 표면에 결함을 유발할 가능성이 있다. 또한, 플라즈마 토치는 적어도 수 백 와트 이상의 전력을 사용하므로, 폭 1000 mm 이상의 강판을 탈지하고자 할 때 수 십 개 이상의 플라즈마 토치를 배열하여 사용하게 되면 소모 전력으로 인해 유지 비용이 상승한다는 단점이 있다.On the other hand, high temperature plasma, such as a plasma torch, can degrease at high processing speeds, but may cause defects on the surface of the product due to unexpected arcing. In addition, since the plasma torch uses at least a few hundred watts or more of power, there is a disadvantage in that maintenance costs increase due to power consumption when dozens or more of plasma torchs are arranged and used to degrease a steel plate of 1000 mm or more in width.
따라서, 당해 기술분야에서는 종래의 대기압 플라즈마를 이용한 탈지 공정의 단점을 해결하기 위한 방안이 요구되고 있다.Therefore, there is a need in the art for a solution to the disadvantages of the conventional degreasing process using atmospheric pressure plasma.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 실시형태는 대기압 플라즈마 탈지 장치를 제공한다. 상기 대기압 플라즈마 탈지 장치는, 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 가스공급부; 상기 가스공급부에 의해 공급되는 가스의 일부를 물에 통과시킨 후 유량제어부로 공급하는 습도조절부; 상기 가스공급부로부터 직접 공급되는 가스와 상기 습도조절부에 의해 공급되는 가스를 혼합하는 유량제어부; 상기 유량제어부로부터 혼합된 가스를 공급받아 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 플라즈마노즐; 및 플라즈마 발생을 위한 전력을 공급하는 전원공급부를 포함하여 구현될 수 있다.
In order to solve the said subject, one Embodiment of this invention provides an atmospheric pressure plasma degreasing apparatus. The atmospheric pressure plasma degreasing device, the gas supply unit for supplying a gas for plasma generation; Humidity control unit for passing a portion of the gas supplied by the gas supply unit to the water and supplying to the flow rate control unit; A flow rate control unit for mixing the gas supplied directly from the gas supply unit with the gas supplied by the humidity control unit; A plasma nozzle which receives the mixed gas from the flow control unit and supplies a gas for plasma generation; And it may be implemented to include a power supply for supplying power for plasma generation.
또한, 상기 대기압 플라즈마 탈지 장치는, 발생된 플라즈마 내의 OH 라디칼의 강도를 측정하는 분광계; 및 상기 분광계에 의해 측정된 OH 라디칼의 강도를 상기 유량제어부로 전달하는 피드백루프를 더 포함하여 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 유량제어부는 상기 피드백루프를 통해 전달된 OH 라디칼의 강도를 이용하여 상기 혼합된 가스의 습도가 상기 OH 라디칼의 강도가 최대가 되는 습도로 유지되도록 혼합되는 가스의 양을 조절할 수 있다.
In addition, the atmospheric plasma degreasing apparatus, the spectrometer for measuring the intensity of the OH radicals in the generated plasma; And a feedback loop for transmitting the intensity of the OH radicals measured by the spectrometer to the flow control unit. In this case, the flow rate control unit may adjust the amount of the gas to be mixed so that the humidity of the mixed gas is maintained at a humidity at which the intensity of the OH radical is maximum by using the intensity of the OH radicals transmitted through the feedback loop. .
또한, 상기 대기압 플라즈마 탈지 장치는, 상기 플라즈마노즐의 위치를 조절하여 상기 플라즈마노즐과 스트립 사이의 거리를 소정 간격으로 유지시키는 노즐제어부를 더 포함할 수 있다.
In addition, the atmospheric pressure plasma degreasing device may further include a nozzle control unit for adjusting the position of the plasma nozzle to maintain the distance between the plasma nozzle and the strip at a predetermined interval.
또한, 상기 대기압 플라즈마 탈지 장치는, 상기 가스공급부의 가스공급단과 상기 유량제어부 사이, 그리고 상기 가스공급부의 가스공급단과 상기 습도조절부 사이에 각각 연결되어 공급되는 가스의 양을 측정하는 제 1 및 제2 유량계를 더 포함할 수 있다.
In addition, the atmospheric pressure plasma degreasing device, the first and second measuring the amount of the gas supplied between the gas supply end and the flow rate control unit of the gas supply unit, and between the gas supply end and the humidity control unit of the gas supply unit, respectively; It may further include a flow meter.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것이 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.In addition, the means for solving the above-mentioned problems are not all enumerating the features of the present invention. Various features of the present invention and the advantages and effects thereof may be understood in more detail with reference to the following specific embodiments.
저온 플라즈마를 이용하여 강판의 탈지 공정을 수행함에 있어 가스의 습도를 조절함으로써 플라즈마의 화학적 탈지 능력을 극대화시킬 수 있는 대기압 플라즈마 탈지 장치가 제공될 수 있다.In performing the degreasing process of a steel plate using a low temperature plasma, an atmospheric pressure plasma degreasing apparatus capable of maximizing chemical degreasing capability of a plasma may be provided by controlling the humidity of a gas.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 대기압 플라즈마 탈지 장치의 구성도, 그리고
도 2는 가스의 습도에 따른 플라즈마 내의 OH 라디칼 강도를 나타내는 그래프이다.1 is a configuration diagram of an atmospheric pressure plasma degreasing device according to an embodiment of the present invention, and
2 is a graph showing the OH radical intensity in the plasma according to the humidity of the gas.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. In the following detailed description of the preferred embodiments of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. In the drawings, like reference numerals are used throughout the drawings.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to "include" an element means that it may include other elements, rather than excluding other elements, unless specifically stated otherwise.
플라즈마는 물리적 및 화학적 작용과 열에 의해서 압연유와 같은 유기물을 CO2와 H2O로 분해한다. 여기서, 물리적 작용은 플라즈마 내에 존재하는 이온이 전기장에 의해 가속되어 강판 표면에 부딪히면서 일어나는 충돌(Bombardment)을 의미하고, 화학적 작용은 플라즈마 내의 반응성이 강한 활성 산소 종(Reactive oxygen Species; ROS), 산화 질소 종(Nitric Oxide Species; NOS) 등에 의해 유기물을 분해, 재합성하는 작용을 의미한다.Plasma decomposes organic substances such as rolled oil into CO 2 and H 2 O by physical and chemical action and heat. Here, the physical action refers to a collision caused by the ions present in the plasma accelerated by the electric field and hit the surface of the steel sheet, and the chemical action refers to highly reactive reactive oxygen species (ROS) and nitrogen oxides in the plasma. It refers to the action of decomposing and resynthesizing organic substances by Nitric Oxide Species (NOS).
본 발명에서는, 고온 플라즈마의 과도한 열을 사용하지 않고 저온 플라즈마를 이용하여 강판의 탈지 공정을 수행함에 있어, 가스의 습도를 조절하여 반응성이 강한 라디칼의 발생을 증가시킴으로써 플라즈마의 화학적 탈지 능력을 극대화시키는 기술을 제안한다.
In the present invention, in performing the degreasing process of the steel sheet using the low temperature plasma without using excessive heat of the high temperature plasma, by controlling the humidity of the gas to increase the generation of reactive radicals to maximize the chemical degreasing capacity of the plasma Suggest a technique.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 대기압 플라즈마 탈지 장치의 구성도이다.1 is a configuration diagram of an atmospheric pressure plasma degreasing device according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 대기압 플라즈마 탈지 장치(100)는 가스공급부(110), 제1 및 제2 유량계(121, 122), 습도조절부(130), 유량제어부(140), 플라즈마노즐(150), 노즐제어부(160), 분광계(170), 전원공급부(180) 및 피드백루프(190)를 포함하여 구성될 수 있다.
1, the atmospheric pressure
가스공급부(110)는 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하기 위한 것으로, 플라즈마 발생을 위해 예를 들어 아르곤, 헬륨 등과 같은 불활성 가스와 공기(Air) 등을 공급할 수 있다.
The
제1 및 제2 유량계(121, 122)는 각각 가스공급부(110)의 가스 공급단과 유량제어부(140) 사이, 그리고 가스공급부(110)의 가스 공급단과 습도조절부 (130) 사이에 연결되어 공급되는 가스의 양을 측정한다.
The first and
습도조절부(130)는 플라즈마 발생을 위한 가스의 습도를 조절하기 위한 것으로, 이를 위해 가스공급부(110)에서 공급되는 가스의 일부를 물(H2O)에 통과시킨 후 유량제어부(140)로 공급한다.
유량제어부(140)는 가스공급부(110)로부터 직접 공급되는 가스와 가스공급부(110)에 의해 공급되어 습도조절부(130)를 통과한 가스를 혼합함으로써 플라즈마 발생을 위한 가스의 습도가 조절되도록 한다. 이때, 유량제어부(140)는 혼합된 가스의 습도가 탈지 효과를 최대화할 수 있는 최적의 습도로 유지될 수 있도록 혼합되는 가스의 양을 적절하게 조절할 수 있다.The flow
발생된 플라즈마는 가스의 습도에 따라 플라즈마 내에 존재하는 활성종의 강도가 달라진다. 도 2는 가스의 습도에 따른 플라즈마 내의 OH 라디칼 강도를 나타내는 그래프로, 도 2에 도시된 바와 같이, 가스의 습도가 변화함에 따라 발생되는 OH 라디칼의 강도가 달라지며 특정 습도(보통 H2O의 농도가 수 백 ppm일 때)에서 OH 라디칼의 강도가 가장 커지게 된다. 따라서, 발생되는 OH 라디칼의 강도를 최대로 할 수 있는 최적의 습도를 찾고 이를 유지할 수 있도록 설정해 주면 탈지 효과를 최대화할 수 있다.
The generated plasma has an intensity of active species present in the plasma depending on the humidity of the gas. FIG. 2 is a graph showing the intensity of OH radicals in the plasma according to the humidity of the gas. As shown in FIG. 2, the intensity of the OH radicals generated as the humidity of the gas varies, and the specific humidity (usually H 2 O of At concentrations of several hundred ppm), the intensity of the OH radical is greatest. Therefore, it is possible to maximize the degreasing effect by finding and maintaining the optimum humidity that can maximize the intensity of the OH radicals generated.
플라즈마노즐(150)은 유량제어부(140)로부터 습도가 조절된 가스를 공급받아 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급한다.
The plasma nozzle 150 receives a gas whose humidity is controlled from the
노즐제어부(160)는 플라즈마노즐(150)의 위치를 조절하여 플라즈마 노즐(150)과 스트립 사이의 거리를 일정하게 유지하기 위한 것으로, 센서와 모터를 이용하여 구현될 수 있다.The
플라즈마 제트는 스트립과의 거리에 따라서 OH 라디칼의 발생량이 달라지고 라디칼의 지속 시간이 극히 짧아서 바로 재결합되므로, 플라즈마 노즐(150)과 스트립 사이의 거리(d)를 5~20 mm 이내로 일정하게 유지해야 할 필요가 있다. Plasma jets recombine immediately because the amount of OH radicals is generated and the duration of radicals is extremely short depending on the distance to the strip, so the distance d between the plasma nozzle 150 and the strip must be kept within 5 to 20 mm. Needs to be.
따라서, 노즐제어부(160)를 통해 플라즈마노즐(150)의 위치를 조절하여 플라즈마 노즐(150)과 스트립 사이의 거리를 일정하게 유지할 수 있도록 하는 것이다.
Therefore, the
분광계(170)는 발생된 플라즈마 내의 OH 라디칼의 강도를 측정하기 위한 것으로, 분광학적인 방법으로 OH 라디칼의 강도를 측정한다.The
분광계(170)에 의해 측정된 OH 라디칼의 강도는 피드백루프(190)를 통해 유량제어부(140)로 전달되고, 유량제어부(140)는 전달된 OH 라디칼의 강도를 이용하여 플라즈마 발생을 위한 가스의 습도가 최적의 습도로 유지될 수 있도록 혼합되는 가스의 양을 조절할 수 있다.
The intensity of the OH radicals measured by the
전원공급부(180)는 플라즈마 발생을 위한 전력을 공급하기 위한 것으로, 예를 들어, 수 백 ns 내지 수 백 μs의 폭(Width)을 갖는 펄스, 수 십 kHz, RF(13.56 MHz), 900 MHz나 2.45 GHz와 같은 마이크로파 등을 사용할 수 있다.
The
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 냉연 강판의 탈지를 위해 연구되고 있는 저온 플라즈마와 고온 플라즈마의 단점을 보완하고 장점을 살려서 강판의 탈지 공정의 속도를 유지하면서도 강판의 표면에 결함을 유발시키지 않을 수 있다. 즉, 저온 플라즈마를 이용하면서 탈지 능력을 극대화할 수 있고 고온 플라즈마를 발생시키기 위한 높은 전력을 필요로 하지 않으므로 동작이 안정적이도 유지 비용도 낮출 수 있게 된다.
According to the present invention as described above, to compensate for the disadvantages of the low-temperature plasma and high-temperature plasma being studied for degreasing the cold-rolled steel sheet to take advantage of the advantages can not cause defects on the surface of the steel sheet while maintaining the speed of the steel sheet degreasing process have. That is, it is possible to maximize the degreasing ability while using a low-temperature plasma and do not require high power to generate a high-temperature plasma, so that the operation is stable and the maintenance cost can be lowered.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 대기압 플라즈마 탈지 장치
110: 가스공급부
121, 122: 유량계
130: 습도조절부
140: 유량제어부
150: 플라즈마노즐
160: 노즐제어부
170: 분광계
180: 전원공급부
190: 피드백루프100: atmospheric plasma degreasing device
110: gas supply unit
121, 122: flow meter
130: humidity control unit
140: flow control unit
150: plasma nozzle
160: nozzle control unit
170: spectrometer
180: Power supply
190: feedback loop
Claims (5)
상기 가스공급부에 의해 공급되는 가스의 일부를 물에 통과시킨 후 유량제어부로 공급하는 습도조절부;
상기 가스공급부로부터 직접 공급되는 가스와 상기 습도조절부에 의해 공급되는 가스를 혼합하는 유량제어부;
상기 유량제어부로부터 혼합된 가스를 공급받아 플라즈마 발생을 위한 가스를 공급하는 플라즈마노즐;
플라즈마 발생을 위한 전력을 공급하는 전원공급부;
발생된 플라즈마 내의 OH 라디칼의 강도를 측정하는 분광계; 및
상기 분광계에 의해 측정된 OH 라디칼의 강도를 상기 유량제어부로 전달하는 피드백루프를 포함하는 대기압 플라즈마 탈지 장치.
A gas supply unit supplying gas for plasma generation;
Humidity control unit for passing a portion of the gas supplied by the gas supply unit to the water and supplying to the flow rate control unit;
A flow rate control unit for mixing the gas supplied directly from the gas supply unit with the gas supplied by the humidity control unit;
A plasma nozzle which receives the mixed gas from the flow control unit and supplies a gas for plasma generation;
A power supply unit supplying power for plasma generation;
A spectrometer for measuring the intensity of OH radicals in the generated plasma; And
Atmospheric pressure plasma degreasing apparatus comprising a feedback loop for transmitting the intensity of the OH radicals measured by the spectrometer to the flow control unit.
상기 유량제어부는 상기 피드백루프를 통해 전달된 OH 라디칼의 강도를 이용하여 상기 혼합된 가스의 습도가 상기 OH 라디칼의 강도가 최대가 되는 습도로 유지되도록 혼합되는 가스의 양을 조절하는 대기압 플라즈마 탈지 장치.
3. The method of claim 2,
The flow rate control unit uses an intensity of the OH radicals transmitted through the feedback loop to adjust the amount of gas mixed so that the humidity of the mixed gas is maintained at a humidity at which the intensity of the OH radicals is maximum. .
상기 플라즈마노즐의 위치를 조절하여 상기 플라즈마노즐과 스트립 사이의 거리를 소정 간격으로 유지시키는 노즐제어부를 더 포함하는 대기압 플라즈마 탈지 장치.
3. The method of claim 2,
And a nozzle control unit for adjusting the position of the plasma nozzle to maintain a distance between the plasma nozzle and the strip at a predetermined interval.
상기 가스공급부의 가스공급단과 상기 유량제어부 사이, 그리고 상기 가스공급부의 가스공급단과 상기 습도조절부 사이에 각각 연결되어 공급되는 가스의 양을 측정하는 제 1 및 제2 유량계를 더 포함하는 대기압 플라즈마 탈지 장치.3. The method of claim 2,
Atmospheric pressure plasma degreasing further comprising first and second flow meters for measuring the amount of gas supplied between the gas supply end of the gas supply unit and the flow rate control unit, and between the gas supply end and the humidity control unit, respectively. Device.
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