KR101321998B1 - 강판의 산화피막 제거시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일측면인 강판의 산화피막 제거시스템은, 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(Power supply); 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 강판에 플라즈마를 조사하여 강판의 산화피막을 제거하는 플라즈마 발생기(Plasma generator); 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 상기 인가된 전압의 위상을 변환하여 공급하는 전압신호 변환부(Signal converter); 및 상기 전압신호 변환부로부터 위상제어된 전압을 인가받고, 상기 강판에 상기 위상제어된 전압을 공급하며, 상기 플라즈마 발생기와 대향된 전도롤(Conducting roll)을 포함할 수 있다.

Description

강판의 산화피막 제거시스템{SYSTEM OF DELETING OXIDE LAYER OF STEEL SHEET}

본 발명은 강판의 산화피막 제거시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 강판에 인가된 전압 신호의 위상을 제어하여 대기압에서 플라즈마의 세기를 증폭시킴으로써, 제조공정상 강판의 표면에 형성될 수 있는 산화피막을 용이하게 제거하는 산화피막 제거시스템에 관한 것이다.

일반적으로 강판의 제조공정상 강판의 표면에 산화피막이 용이하게 형성된다. 이는 강판에 포함된 다양한 원소들과 대기 중에 포함된 산소가 높은 온도에서 반응하여, 강판의 표면에 산화피막을 형성하는 것이다.

이와 같이 강판 표면에 산화피막 등이 존재하는 경우에는, 강판의 표면보호, 내구성 향상 및 의장성 부여 등의 다양한 목적을 위해 도금을 실시할 경우 도금층과 강판과의 밀착력에 악영향을 주는바, 이와 같은 강판 표면의 불순물이나 산화피막 등은 반드시 제거되어야 하는 것으로 보고되고 있다. 따라서, 이와 같은 산화피막 등을 제거하기 위해 강판 표면에 대한 다양한 제거 공정이 행해지고 있다.

이러한 산화피막의 제거방법 중에서는 도금공정을 실시하기 전 플라즈마를 이용하여 강판의 표면에 형성된 산화피막을 제거하는 방법이 있다. 주로 이온과 같은 플라즈마 파티클을 산화피막층에 충돌시켜(Bombardment) 물리적으로 제거하는 방법이다. 이러한 공정에서는 플라즈마 내의 이온의 속도가 매우 중요한 요소로 작용하게 된다.

그러나 진공 상태가 아닌 대기압에서는 플라즈마의 밀도가 높아지면서 이온이나 전자가 서로 충돌하지 않고 진행할 수 있는 거리(Mean free path)가 극히 짧아지게 된다. 이와 같은 현상은 이온이 전기장에 의해 가속되어 산화피막의 제거에 효과적인 에너지를 갖게 하는데 방해 요소로 작용하게 된다.

또한, 종래의 제트 타입 토치(Jet Type Torch) 구조는 플라즈마를 발생시키기 위한 전기장의 방향이 플라즈마를 강판에 적용하려는 전기장의 방향과 일치하지 않아서 주어진 전기장의 세기에 비해 플라즈마의 세기(Intensity)가 충분하지 않았다.

특히, 이와 같이 플라즈마 세기가 약한 경우에 흔히 산화피막의 제거 효과가 현저하게 저하된다. 구체적으로 강판의 폭방향으로 균일한 산화피막 제거에 어려움을 초래하고 이로 인해 불균일 도금 현상이 발생할 가능성이 존재하게 된다. 따라서, 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 강판표면의 산화피막을 제거하기 위한 시스템에 관한 것으로서, 전력 신호의 위상을 제어하여 플라즈마의 세기를 증폭시킴으로써, 강판의 표면에 형성될 수 있는 산화피막을 용이하게 제거하여 도금성을 향상시키기 위한 강판의 산화피막 제거시스템을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일측면에 의한 강판의 산화피막 제거시스템은, 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(Power supply); 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 강판에 플라즈마를 조사하여 강판의 산화피막을 제거하는 플라즈마 발생기(Plasma generator); 상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 상기 인가된 전압의 위상을 변환하여 공급하는 전압신호 변환부(Signal converter); 및 상기 전압신호 변환부로부터 위상제어된 전압을 인가받고, 상기 강판에 상기 위상제어된 전압을 공급하며, 상기 플라즈마 발생기와 대향된 전도롤(Conducting roll)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 전압신호 변환부는 전파정류회로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 플라즈마 발생기에 양의 신호가 인가될 때, 상기 강판에 음의 신호가 인가되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 플라즈마 발생기에 음의 신호가 인가될 때, 상기 강판에 동일한 크기의 음의 신호가 인가되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 전도롤은 상기 전압신호 변환부로부터 인가받은 전압 신호를 상기 강판에 동일한 신호로 인가하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 플라즈마 발생기에 의하여 발생된 플라즈마는 상기 강판 표면의 폭방향을 기준으로, 균일하게 형성될 수 있다.

본 발명의 일측면에 의하면, 강판의 표면을 플라즈마를 이용하여 산화피막 제거시 플라즈마 발생기와 강판 사이의 전기장을 종래보다 증폭시킬 수 있으며, 이를 통하여, 플라즈마의 세기를 2배이상 증가시켜, 강판 표면에 존재하는 산화피막을 보다 용이하게 제거할 수 있다.

또한, 플라즈마 발생기의 신호가 왜란에 의하여 흔들리더라도 음의 신호가 동기화되어 있으므로, 항상 일정한 전기장의 세기를 유지할 수 있다.

또한, 강판의 폭방향을 기준으로 균등한 세기의 플라즈마 조사가 가능하여, 강판의 폭방향을 기준으로 동일한 수준의 산화피막을 용이하게 제거할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예인 산화피막 제거시스템에 관한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 관한 것으로서, 강판과 플라즈마 발생기를 나타내는 상세 모식도이다.
도 3은 플라즈마 발생기의 전압 인가 신호 파형이다.
도 4는 강판의 전압 인가 신호 파형이다.
도 5(a)는 종래예로서, 플라즈마 발생기와 강판 사이의 전기장의 크기를 나타낸 그래프이다.
도 5(b) 본 발명의 일실시예로서, 플라즈마 발생기와 강판 사이의 전기장의 크기를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 강판의 도금공정시 발생하는 미도금현상을 해결하기 위하여, 강판 표면에 형성된 산화피막을 제거하기 위한 방안을 연구하였고, 전압신호 위상을 제어하여, 플라즈마 발생기와 강판에 인가된 신호를 적절히 제어함으로써, 플라즈마의 세기를 증폭시킬 수 있음을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.

플라즈마는 일반적으로 기체가 더 큰 에너지를 받았을 때, 상태전이와는 다른 이온화된 입자들이 만들어지게 되며, 이때 양이온과 음이온의 총 전하수는 거의 같아지고, 이러한 상태가 전기적으로 중성을 띄는 플라즈마 상태라고 한다. 본 발명의 일측면에 따르면, 상기 플라즈마의 세기를 증가시켜, 플라즈마 파티클이 더 큰 에너지를 갖고 강판의 산화피막에 조사되어 효과적으로 산화피막을 제거할 수 있다.

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.

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.

도 1은 본 발명의 일실시예인 산화피막 제거시스템을 나타내는 개략도이고, 도 2는 강판과 플라즈마 발생기를 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 상기 산화피막 제거시스템은 전원 공급부(Power supply)(1)를 포함할 수 있다. 상기 전원 공급부(1)는 교류전원의 입력 및 출력을 담당하는 역할을 한다.

상기 전원 공급부(1)에서 출력된 교류전압은 플라즈마 발생기(Plasma generator)(2)에 입력된다. 입력된 전압에 의하여 플라즈마가 발생되며, 상기 발생된 플라즈마(플라즈마 파티클(6))는 강판(5)에 조사되어, 강판의 산화피막을 제거한다. 상기 발생된 플라즈마는 상기 플라즈마 발생기(2)와 강판(5) 사이에 걸리는 전기장에 의하여 그 세기가 제어된다. 이 때, 플라즈마 발생기(2)로서 대기압 플라즈마 제트 타입 토치를 이용할 수 있다. 다만, 이러한 플라즈마 토치에 한정되는 것은 아니며, 플라즈마를 공급할 수 있는 장치는 어느 것이라도 이용이 가능하다.

상기 전원 공급부(1)로부터 출력된 교류 전압은 전압신호 변환부(Signal converter)(3)에 입력되고, 상기 전압신호 변환부(3)는 상기 인가된 전압의 위상을 변환하여 출력한다. 상기 전압신호 변환부(3)로부터 위상제어된 전압은 상기 전도롤(Conducting roll)(4)로 인가된다. 상기 강판(5)은 상기 전도롤(4) 외주면의 일부에 접지되며, 전도롤의 회전에 의하여 이동되어, 상기 전도롤(4)에 인가된 전압 신호는 동일하게 상기 강판(5)에 인가될 수 있다.

교류 전원은 시간에 따라 그 크기와 방향이 주기적으로 변한다. 교류 전압이 상기 플라즈마 발생기(2)로 입력되면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 전압의 입력 신호는 주기를 갖는 사인파의 형태를 나타낸다. 즉, 플라즈마 발생기(2)에서 조사되는 플라즈마 파티클(6)은 인가되는 전압의 위상에 따라서 음의 위상과 양의 위상을 교차로 갖는다.

반면에, 상기 강판(5)에 인가된 전압의 신호은, 도4에 나타낸 바와 같이, 엣지부분을 제외하고, 음의 신호를 갖는다. 엣지부분은 양의 신호가 음의 신호로 변환되는 순간으로서, 본 발명의 전압신호 변환부(3)에 의하여 양의 신호는 동일한 크기의 음의 신호로 변환되고, 음의 신호는 유지된다.

이러한 전압신호 변환부(3)는 이러한 효과를 나타낼 수 있는 장치라면, 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 다만, 상기 전압신호 변환부(3)는 전파정류회로를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 플라즈마 발생기(2)에 양의 신호가 인가될 때, 상기 강판(5)에는 음의 신호가 인가되는 것이 바람직하다. 따라서, 플라즈마 파티클(6)은 상기 플라즈마 발생기(2)와 상기 강판(5) 사이에 발생된 전기장에 의하여 가속되어, 에너지가 증폭되어, 종래의 플라즈마 세기와 비교하여 최대 2배이상의 세기로 상기 강판(5)의 산화피막을 제거할 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 발생기(2)에 음의 신호가 인가될 때, 상기 강판(5)에 동일한 크기의 음의 신호가 인가되는 것이 바람직하다. 종래에는 플라즈마 발생기에 음의 신호가 인가될 때, 양의 신호가 인가될 때의 방향과 반대방향의 전기장이 형성되어 상기 플라즈마 파티클(6)의 가속도가 현저히 떨어져 상기 강판의 산화피막 제거효과가 저하되었다.

그러나, 본 발명의 일측면에 따르면, 상기 플라즈마 발생기(2)에 음의 신호가 인가될 때, 강판에도 동일한 크기의 음의 신호가 인가되므로, 상기 플라즈마 발생기(2)와 상기 강판(5) 사이에 역방향의 전기장이 발생되지 아니하여, 상기 플라즈마 파티클(6)의 에너지를 크게 저하시키지 않는다.

이러한 현상은 도 3 내지 도 5를 통하여 확인할 수 있다. 도3에는 상기 플라즈마 발생기(2)에 인가된 전압의 위상 변화를 나타내었고, 도4에는 상기 강판(5)에 인가된 전압의 위상 변화를 나타내었다. 또한, 도5(a)는 종래의 플라즈마 발생기와 강판 사이의 전기장의 크기를 나타낸 그래프이며, 도5(b)는 본 발명의 플라즈마 발생기(2)와 강판(5) 사이에 걸리는 전기장의 크기를 나타낸 그래프이다.

플라즈마 발생기(2)에 양의 위상이 걸릴 때, 강판(5)의 전압 위상은 음의 위상을 나타내어 전기장을 최대 2배 정도 증폭시킬 수 있으며, 플라즈마 발생기(2)의 전압 위상이 양의 신호에 음의 신호로 바뀌더라도 강판(5)의 전압 위상이 양의 신호로 바뀌지 아니하여 역방향의 전기장이 유도되지 않아서 플라즈마의 극성 입자가 가속되는 방향을 일정하게 유지할 수 있으며, 이러한 사이클이 반복되어, 상술한 바와 같이, 본 발명의 일측면은, 전원 공급부에서 공급되는 전력을 증가시키지 않고 위상만 제어함으로써 플라즈마의 세기를 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 플라즈마 발생기(2)에서 발생된 플라즈마 파티클(6)은 상기 강판(5)으로 조사되고, 이를 통하여, 강판(2)의 표층부에는 또 다른 플라즈마 방전(second discharge)이 유도되게 된다. 이러한 효과로 인하여, 전기장에 의해 가속되는 이온 및 전자의 에너지를 강판의 수직 방향으로 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 발생되는 플라즈마의 라디칼(radical) 및 여기종(excited species)의 발생을 확대시켜 궁극적으로 강판의 표면에 형성된 산화피막을 효율적으로 제거함으로써, 강판(2)의 표면을 개질시킬 수 있고 후공정인 도금공정시 도금성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

이러한 제거시스템을 이용하는 경우, 상술한 바와 같이 플라즈마의 세기를 증폭시킬 수 있으며, 이를 통하여 충분한 플라즈마 세기를 유지함으로써, 강판(2)의 폭방향으로 균일하게 강판(2)의 표면에 존재하는 산화피막을 용이하게 제거할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니한다. 첨부된 청구범위에 의해 권리범위를 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1: 전원 공급부(Power supply),
2: 플라즈마 발생기(Plasma generator),
3: 전압신호 전환부(Signal converter),
4: 전도롤(Conducting roll),
5: 강판,
6: 플라즈마 파티클,
7: 전기장.

Claims (6)

1. 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(Power supply);
   상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 강판에 플라즈마를 조사하여 강판의 산화피막을 제거하는 플라즈마 발생기(Plasma generator);
   상기 전원 공급부로부터 공급된 교류 전압을 인가받고, 상기 인가된 전압의 위상을 변환하여 공급하는 전압신호 변환부(Signal converter); 및
   상기 전압신호 변환부로부터 위상제어된 전압을 인가받고, 상기 강판에 상기 위상제어된 전압을 공급하며, 상기 플라즈마 발생기와 대향된 전도롤(Conducting roll)을 포함하고, 상기 플라즈마 발생기에 양의 신호가 인가될 때, 상기 강판에 음의 신호가 인가되며, 상기 플라즈마 발생기에 음의 신호가 인가될 때, 상기 강판에 동일한 크기의 음의 신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 강판의 산화피막 제거시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 전압신호 변환부는 전파정류회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 강판의 산화피막 제거시스템.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 전도롤은 상기 전압신호 변환부로부터 인가받은 전압 신호를 상기 강판에 동일한 신호로 인가하는 것을 특징으로 하는 강판의 산화피막 제거시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 플라즈마 발생기에 의하여 발생된 플라즈마는 상기 강판 표면의 폭방향을 기준으로, 균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 강판의 산화피막 제거시스템.

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