KR101312520B1 - 용융도금용 가스 와이핑 장치 - Google Patents

용융도금용 가스 와이핑 장치 Download PDF

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Abstract

고압가스의 와이핑시 발생되는 충돌음 및 음향에너지에 의한 도금강판의 표면 결합을 방지하고 와이핑의 소음을 저감할 수 있는 용융도금용 가스 와이핑 장치가 소개된다.
이 용융도금용 가스 와이핑 장치는 선단에 립부를 갖는 와이핑본체와, 와이핑본체 내에 장착되어 상기 와이핑본체의 립부를 통해 고압가스를 분사하는 노즐유닛과, 와이핑본체의 립부에 형성되는 흡입구와, 흡입구를 통해 상기 고압가스의 분사에 따른 부유입자를 흡입하기 위해, 흡입구에 연통되게 연결되는 흡입유닛을 포함하여 구성된다.

Description

용융도금용 가스 와이핑 장치{GAS WIPING APPARATUS FOR MOLTEN ZINC PLATING}
본 발명은 용융도금용 가스 와이핑 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스의 와이핑시 발생되는 충돌음 및 음향에너지를 흡수하여 도금강판의 표면결함을 방지하고, 소음을 저감할 수 있는 용융도금용 가스 와이핑 장치에 관한 것이다.
일반적으로 용융아연도금강판은 냉연강판 또는 열연강판을 용융아연욕조에 담가서 그 표면에 아연피막을 도포하여 제조된다. 강판을 도금하기 위한 도금설비 및 가스 와이핑 장치는 "가스 와이핑 장치(특허공개공보 : 10-2011-0054250)"에서 공지되어 있다.
예컨대, 도 1에서 도시한 바와 같이, 페이오프 릴(Pay Off Reel)에서 풀린 강판(냉연강판)(S)은 용접기와 루퍼를 거쳐 열처리된 후, 스나우트와 아연도금욕조(30)를 통과하면서 용융아연(Z)이 강판(S)의 표면에 부착되어 진행되고, 이때, 아연도금욕조상의 가스 와이핑 장치(10)에서 강판 표면에 가스를 분사하고, 강판의 아연 부착량을 적절하게 깍아지게 하여 강판의 아연도금 두께를 조절한다.
그리고 강판은 냉각설비와 이송롤들을 거쳐, 도금 부착량 측정기(20)를 통과하면서 도금 부착량이 측정되고, 측정된 도금 부착량은 피이드백되어 가스 와이핑 장치(10)의 가스 토출 압력이나, 강판(S)과 가스 와이핑 장치간 간격(거리) 등을 조정하여 강판의 도금 부착량을 조절한다. 여기서, 미설명 부호인 40과 50은 강판을 통판시키고 강판의 텐션 등을 조정하는 싱크롤(sink roll)과 스테빌라이징 롤(stabiling roll)이다.
특히, 도 2a 내지 2b에 도시한 바와 같이, 종래 가스 와이핑 장치(10)는, 가스 토출구(12)를 형성하는 갭(H)이 형성된 상,하부 립(13)(14)으로 구성된 장치 노즐부(11)가 장치 본체(15)(쳄버)에 플랜지(F) 형태로 조립되고, 장치 본체(15)에는 고압가스 공급관(16)이 연결되고, 장치본체와 장치 노즐부의 내부에는 가스 유동을 균일하게 하거나 이물을 제거하는 정류판(17)과 메쉬망(18) 등이 더 설치될 수 있다.
따라서, 장치 노즐부(11)의 가스 토출구(12)를 통하여 분사되는 고압가스의 와이핑 제트(J)가 도금강판(S)의 표면에 충돌하면, 제트는 강판의 표면을 따라 상,하 방향으로 이동하면서 강판의 표면에서 벽면 제트(Wall Jet)(J)를 형성하고, 이 벽면 제트(J)는 용융아연 도금층(Z)의 표면을 따라서 빠른 속도로 이동하면서 강판 표면에 부착된 용융 아연 도금층(Z)을 깍아 내리고, 이를 통하여 강판의 도금 부착량이 결정된다. 이때, 도금 부착량을 제어하기 위해 와이핑 압력은 약 10~80kPa 범위에서 사용된다.
그런데 이러한 종래 기술의 경우, 고압가스는 가스 와이핑 장치의 가스 토출구를 통하여 분사된 후, 도금강판의 표면과 충돌할 때 파찰음 형태의 고강도 소음(충돌음)이 발생되는데, 이 충돌음은 강판으로부터 상류방향으로 전파하여 가스 와이핑 장치의 몸체에 반사된 후, 강판 표면에 부착된 용융도금층에 강한 외력을 가함에 따라, 체크무늬 형태의 표면결함을 발생시켰다. 또한, 충돌음은 고강도의 음향 에너지를 가지므로, 충돌음에 노출시 조업자의 청각장애를 유발시키고, 고압가스의 와이핑시 발생되는 소용돌이 형태의 와류는 부유 아연입자를 강판표면에 재부착시켜 표면결함을 유발시키는 등의 문제를 야기하였다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 고압가스의 와이핑시 충돌음 및 음향에너지에 의한 도금강판의 표면 결합을 방지하고 와이핑의 소음을 저감할 수 있는 용융도금용 가스 와이핑 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치는, 와이핑본체, 노즐유닛, 흡입구 및 흡입유닛을 포함한다. 와이핑본체는 선단에 립부가 마련되고, 노즐유닛은 상기 와이핑본체 내에 장착되어 상기 와이핑본체의 립부를 통해 고압가스를 분사하고, 흡입구는 상기 와이핑본체의 립부에 형성되고, 흡입유닛은 상기 흡입구를 통해 상기 고압가스의 분사에 따른 부유입자를 흡입하기 위해, 상기 흡입구에 연통되게 연결된다.
바람직하게, 본 발명은 상기 고압가스의 분사시 발생되는 음향주파수를 흡수하기 위해 상기 와이핑본체의 립부에 장착되는 흡음재를 더 포함한다.
바람직하게, 본 발명은 상기 흡입구를 따라 이동 가능하게 설치되는 셔터와, 상기 흡입구의 선택적으로 개폐를 위해 상기 셔터에 구동 연결되는 구동모터를 더 포함한다.
바람직하게, 상기 흡입유닛은 와이핑본체의 흡입유로를 통해 상기 흡입구와 연통되게 연결되어 상기 부유입자를 흡입하기 위한 흡입 압력을 제공하는 블로워와, 상기 흡입유로 상에 배치되어 상기 흡입 압력을 제어하는 제어밸브를 포함한다.
바람직하게, 상기 흡음재는 와이핑본체의 상측 립부에 설치되는 상측 흡음판과, 와이핑본체의 하측 립부에 설치되는 하측 흡음판을 포함한다.
바람직하게, 상기 와이핑본체의 흡입유로에는 상기 흡입된 미세아연 입자를 필터링하기 위한 미세필터가 마련된다.
바람직하게, 상기 흡입유로에는 흡입구, 미세필터 및 제어밸브가 순차적으로 배치된다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 현저한 효과가 구현될 수 있다.
첫째, 본 발명은 와이핑본체의 흡입구를 통해 고압가스의 와이핑시 발생되는 와류와 미세 아연입자들을 흡입함으로써, 체크무늬 형태의 표면 결함을 미연에 방지할 수 있다는 이점이 있다.
둘째, 본 발명은 와이핑본체의 립부에 흡음재를 부착함으로써, 고압가스의 와이핑시 발생되는 강력한 음향주파수 흡수하여 소음 발생을 저감시킬 수 있다는 이점이 있다.
도 1a는 일반적인 강판의 아연도금공정을 도시한 개략도.
도 2a는 종래 가스 와이핑 장치를 도시한 구성도.
도 2b는 종래 가스 와이핑 장치의 노즐을 통한 고압가스의 와이핑시 와이핑 제트가 도금강판 표면의 용융 아연 도금층에 충돌되는 상태를 도시한 상태도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치를 도시한 측단면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치를 도시한 측단면도.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 주요 구성을 분해하여 도시한 분해 사시도.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치에서 고압가스의 와이핑시 발생되는 와이핑 소음영역의 변화 추이를 도시한 그래프.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치에서 와이핑 간격에 따른 음향주파스의 강도 차이를 도시한 그래프.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 셔터 작동 전,후 상태를 도시한 상태도.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치는, 고압가스의 와이핑시 발생되는 와류와 미세 아연입자들을 흡입하여 강판의 표면 결함을 방지하는 구성(제1 실시예)과, 고압가스의 와이핑시 발생되는 강력한 음향주파수 흡수하여 소음 발생을 저감하는 구성(제2 실시예)과, 미세 아연입자가 흡입되는 와이핑본체의 흡입구를 선택적으로 개폐하는 구성(제3 실시예)을 제공한다. 이들 각각의 구성은 서로 독립하여 작용되거나, 서로 종속되어 작용될 수도 있으나, 본 명세서에서는 서로 종속되는 경우들을 일 실시예로 하여 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 측단면을 나타낸 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 실시예에 따른 본 발명은, 크게 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구 및 흡입유닛(300)을 포함하여 이루어진다.
구체적으로, 와이핑본체(100)는 선단에 흡입구(120)가 형성된 립부(110)를 갖는 상부본체(100a) 및 하부본체(100b)로 구성되며, 이들 상부본체(100a) 및 하부본체(100b)의 사이 공간에는 노즐유닛(200)이 마련되는 내부공간이 형성되고, 해당 내부공간에는 흡입유닛(300)을 통해 부유입자의 흡입이 이루어지는 흡입유로(101)가 형성된다.
본 실시예에서는 와이핑본체(100)의 내부공간 중에서 와이핑본체(100)와 노즐유닛(200)의 사이 공간에 흡입유로(101)를 형성하였으나, 이 와이핑본체(100)에는 흡입구(120)와 연통되는 관(pipe) 형태의 흡입유로(101)가 별도로 형성될 수도 있을 것이다.
노즐유닛(200)은 강판 표면을 향해 고압가스의 분사가 이루어지는 구성으로, 선단에 와이핑본체(100)의 립부(110)와 대향되게 배치되어 고압가스의 분사가 이루어지는 가스 토출구(201)가 형성된 상부노즐(210a) 및 하부노즐(210b)과, 이들 상부노즐(210a) 및 하부노즐(210b)의 후단에 결합되는 노즐본체(220)와, 고압가스의 공급을 위해 노즐본체(220)에 후단에 연결되는 고압가스 공급관(230)과, 노즐본체(220)의 내부에 설치되어 가스 유동을 균일하게 하기 위한 정류판(240)으로 구성된다.
즉, 고압가스 공급관(230)을 통해 고압가스가 공급되면, 고압가스는 노즐본체(220)의 가스 토출구(201)를 통해 도금강판(S)의 표면에 충돌된다. 이때, 강판의 표면에서 형성된 벽면 제트는 용융아연 도금층의 표면을 따라 빠른 속도로 이동하면서 강판 표면에 부착된 용융 아연 도금층을 깍아 내리게 된다.
흡입유닛(300)은 와이핑본체(100)의 흡입구(120)에 연통되게 연결되어 고압가스의 분사로 인해 발생된 부유입자를 흡입한다. 이를 구현하기 위해, 흡입유닛(300)은 블로워(310) 및 제어밸브(320)로 구성된다.
흡입유닛(300)의 블로워(310)는 부유입자를 흡입하기 위한 흡입 압력을 제공하는 것으로, 연결배관을 매개로 와이핑본체(100)의 흡입유로(101) 연통되게 연결되고, 제어밸브(320)는 흡입유로(101) 상에 배치되어 흡입유로(101)의 이동 유량을 조절함으로써, 흡입구(120)에서의 흡입 압력을 제어한다. 물론, 블로워(310)의 작동세기를 조절하여 흡입구(120)에서의 흡입 압력을 조절할 수도 있으며, 이때, 흡입유로(101)에 마련된 제어밸브(320)는 불필요하다.
여기서, 와이핑본체(100)의 흡입유로(101)에는 흡입된 미세아연 입자를 필터링하기 위한 미세필터(530)가 마련되고, 이 흡입구(120), 미세필터(530) 및 제어밸브(320)는 순차적으로 배치된다.
따라서, 블로워(310)의 작동에 의해 와이핑본체(100)의 흡입구(120)에서 흡입 압력이 발생되면, 고압가스의 분사에 의해 발생된 부유입자는 흡입구(120)를 통해 흡입되고, 흡입구(120)로 흡입된 부유입자는 미세필터(530)를 통해 부유입자 중에서 아연입자를 걸러낼 수 있다. 이때, 흡입구(120)의 흡입 압력은 제어밸브(320)를 통해 조절된다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 측단면을 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 주요 구성을 분해하여 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 본 발명은, 크게 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120), 흡입유닛(300) 및 흡음재(400)를 포함하여 이루어진다. 여기서, 이들 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120) 및 흡입유닛(300) 구성은 제1 실시예에서 설명한 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120) 및 흡입유닛(300) 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
다만, 와이핑본체(100)의 립부(110)에는 음향주파수를 흡수하기 위한 흡음재(400)가 마련된다. 이 흡음재(400)는 립부(110)의 상면에 체결볼트(401)를 통해 부착되는 상측 흡음판(410)과, 립부(110)의 하면에 체결볼트(401)를 통해 부착되는 하측 흡음판(420)으로 이루어진다. 이들 상측 및 하측 흡음판(410),(420)는 립부(110)의 외부 형태에 따라 복수의 흡음판으로 구성될 수 있다. 본 실시예에서 사용되는 흡음재(400)의 두께는 5~20mm로 구성된다.
이와 같이, 와이핑본체(100)의 립부(110)에는 이를 감싸는 복수의 흡음재(400)가 마련됨으로써, 고압가스의 와이핑시 강력한 음향주파수가 발생되더라도, 흡음재(400)가 이를 흡수하여 소음 발생을 저감시킬 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치에서 고압가스의 와이핑시 발생되는 와이핑 소음영역의 변화 추이를 나타낸 그래프이고, 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치에서 와이핑 간격에 따른 음향주파스의 강도 차이를 나타낸 그래프이다.
예컨대, 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명이 적용되지 아니한 종래 기술의 경우에는, 소음영역이 2개 발생되며 최대 102dB 수준의 소음이 발생되나, 본 발명이 적용된 경우에는, 소음영역이 1개로 줄어들며 소음 또한 85dB 수준으로 감소되었다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 음향주파수가 나타나는 주요구간은 가스 와이핑 장치로부터 도금강판(S)까지의 거리가 4~8mm일 경우이며, 흡음재(400)를 적용하는 본 발명은 흡음재(400)를 적용하는 않는 종래 기술에 비하여 음향 주파수 강도가 15% 가량 저하된 것으로 확인되었다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 용융도금용 가스 와이핑 장치의 셔터 작동 전,후 상태를 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 제3 실시예에 따른 본 발명은, 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120), 흡입유닛(300), 흡음재(400), 셔터(510) 및 구동모터(520)를 포함하여 구성된다. 이들 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120) 및 흡입유닛(300) 구성은 제1 및 제2 실시예에서 설명한 와이핑본체(100), 노즐유닛(200), 흡입구(120), 흡입유닛(300) 및 흡음재(400) 구성과 동일하다.
다만, 제3 실시예에서는 제1 및 제2 실시예와 달리, 흡입구(120)를 개폐하기 위한 셔터(510)와, 셔터(510)를 이동시키기 위한 구동모터(520)가 더 마련된다.
셔터(510)는 흡입구(120)를 따라 흡입구(120)의 폭방향으로 이동 가능하게 설치되는 구조로, 구동모터(520)의 작동에 따라 흡입구(120)를 개방하거나 폐쇄하는데, 특히, 흡입유닛(300)을 작동하지 않는 경우에는 흡입구(120)를 폐쇄함으로써, 아연입자와 같은 불순물이 흡입유로(101)를 통해 와이핑본체(100)의 내부로 유입되는 것을 방지한다. 이렇게 이들 셔터(510) 및 구동모터(520)는 흡입유닛(300)의 작동 여부에 따라 흡입구(120)를 개방하거나 폐쇄한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 와이핑본체의 흡입구를 통해 고압가스의 와이핑시 와류와 미세 아연입자들을 흡입하여 체크무늬 형태의 표면 결함을 미연에 방지하고, 와이핑본체의 립부에 흡음재를 부착하여 고압가스의 와이핑시에 발생되는 강력한 음향주파수 흡수하여 소음 발생을 저감시킬 수 있는 등의 우수한 장점을 갖는다.
상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100 :와이핑본체 101 :흡입유로
110 :립부 120 :흡입구
200 :노즐유닛 300 :흡입유닛
310 :블로워 320 :제어밸브
400 :흡음재 410 :상측 흡음판
420 :하측 흡음판 510 :셔터
520 :구동모터 530 :미세필터

Claims (7)

  1. 선단에 립부(110)를 갖는 와이핑본체(100);
    상기 와이핑본체(100) 내에 장착되어 상기 와이핑본체(100)의 립부(110)를 통해 가스를 분사하는 노즐유닛(200);
    상기 와이핑본체(100)의 립부(110)와 상기 노즐유닛(200) 사이에 형성되는 흡입구(120);
    상기 가스의 분사에 따른 부유입자를 흡입하기 위해, 상기 흡입구(120)에 연통되게 연결되는 흡입유닛(300);
    상기 흡입구(120)를 개폐하는 셔터(510); 및
    상기 셔터(510)에 구동연결되는 구동모터(520);를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가스의 분사시 발생되는 음향주파수를 흡수하기 위해, 상기 와이핑본체(100)의 립부(110) 외주면에 부착되는 흡음재(400)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 흡입유닛(300)은 와이핑본체(100)의 흡입유로(101)를 통해 상기 흡입구(120)와 연통되게 연결되어 상기 부유입자를 흡입하기 위한 흡입 압력을 제공하는 블로워(310)와, 상기 흡입유로(101) 상에 배치되어 상기 흡입 압력을 제어하는 제어밸브(320)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 와이핑본체(100)는 상부본체(100a)와 하부본체(100b)로 구성되며,
    상기 흡음재(400)는 상기 상부본체(100a)에 장착되는 상측 흡음판(410)과, 상기 하부본체(100b)에 장착되는 하측 흡음판(420)을 포함하는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 와이핑본체(100)의 흡입유로(101)에는 아연입자를 필터링하기 위한 미세필터(530)가 마련되는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 흡입유로(101)에는 흡입구(120), 미세필터(530) 및 제어밸브(320)가 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 용융도금용 가스 와이핑 장치.
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