KR101421783B1 - 가상전극을 이용한 전기 도금 장치 - Google Patents

Abstract

간단한 설비만으로도 역전계 및 역도금 현상을 방지할 수 있는 가상전극을 이용한 전기 도금 장치가 소개된다.
본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치는, 도금조(40) 상부 내측에 설치되는 상부 수평셀(10); 도금조(40) 하부 내측에 설치되는 하부 수평셀(20); 및 상기 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20) 사이를 통과하는 강판(s)의 폭이 상기 상, 하부 수평셀(10,20)의 폭보다 좁아 발생하는 역전계 및 역도금 현상을 방지할 수 있도록 그 일단은 상기 도금조 내벽에 고정 설치되고 그 타단은 상기 상, 하부 수평셀(10,20)의 일단 사이를 수직 방향으로 연결하는 가상의 수직 라인 상에 위치하며, 그 타단은 뾰족하게 형성된 가상전극(30)을 포함한다.

Description

가상전극을 이용한 전기 도금 장치 {ELECTRO PLATING EQUIPMENT USING VIRTUAL CATHODE}

본 발명은 가상전극을 이용한 전기 도금 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 가상 전극을 이용하여 하부 수평셀에 발생되는 역전계 및 역도금 현상을 방지한 가상전극을 이용한 전기 도금 장치에 관한 것이다.

일반적으로 제철 공정 중의 하나인 전기 도금 공정은 도금 용액을 전기, 화학적으로 분해, 결합시켜 냉연 강판 표면에 아연(Zn)의 도막을 형성하는 방식으로 진행된다.

이러한 전기 도금 공정은, 필수적으로 양극(anode)과, 5%의 H₂SO₄ + Zn 도금용액 및 음극 성질을 갖는 강판 사이에 전기, 화학적 작용이 발생됨으로써 진행된다.

즉, 이는 양극에서 음극으로 전류가 흐르는 과정에서 형성되는 전류 밀도에 의해 도금 용액 내부의 금속 양이온인 Zn이 이동하여 음극 성질의 강판 표면에 도금됨으로써 진행되는 것이다.

이러한 전기 도금 공정을 이용하여 대량의 도금 강판을 생산해내기 위해 전지 도금 공정은 연속적으로 진행되어야 하고, 이를 위해 전기 도금 공정에서는 수평셀 구조를 사용하는 것이 일반적이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 전기 도금용 수평셀은 상,하부 모두 양극 성질을 띄는 바, 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3) 사이로, 음극 성질을 띄는 강판(S)이 이송된다.

대량 생산을 위한 연속적인 공정 진행을 위해서, 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3) 사이를 통과하는 강판(S)은 고속으로 이송되며, 이에 대응하기 위해 전기 도금용 수평셀은 연속적으로 10개 이상 구비되어 연속 전기 도금 공정을 가능케 한다.

이러한 과정에서 양극을 띄는 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3) 사이, 정중앙 지점을 통과하는 강판(S)은 자기 중량 내지 텐션 제어 마진 등으로 하부가 조금 처진 상태로 이송되는 것이 일반적인 바, 이로 인해 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3)에 동일한 전압을 인가하여도 상부 수평셀(1)이 하부 수평셀(3)보다 더 큰 전압이 걸리게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상부 수평셀(1)에 15V의 전압이 인가되는 경우, 하부 수평셀(3)에서는 12V의 전압이 관측되는 것이 일반적이다.

이러한 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3) 사이의 전압차는 그 사이를 통과하는 강판(S)이 존재할 때는 강판(S)이 음극 역할을 하기 때문에 전기 도금 공정 진행에 아무런 문제를 발생시키지 않지만, 강판의 폭이 좁아져 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3)이 직접 마주보게 되는 경우 하부 수평셀(3)이 상부 수평셀(1)보다 낮은 전위를 갖게 되는 바, 상대적 음극 현상이 일어나게 된다.

이러한 상대적 음극 현상은, 도금 용액의 아연(Zn) 양이온 이동을 하부 수평셀(3)로 유도하는 전기적 힘(Electro force)으로 작용하며, 이때 아연(Zn) 양이온 및 수소 양이온이 동시에 이동, 결과적으로 하부 수평셀(3) 표면에 전극 역전 현상(bi-polar effect)를 일으켜, 아연(Zn)이 하부 수평셀(3)에 도금되는 역도금 현상을 유발시킨다.

이러한 역전계 및 역도금 현상은 수소 이온 침투 및 금속 고착을 유발, 이로 인해 양극 소재인 하부 수평셀(3) 표면을 심각하게 손상시키는 바, 그 사용 수명을 저하시키는데, 특히 표면 보호층인 이리듐(IrO₂)층의 용해 증가는 양극 소재인 하부 수평셀(3)의 수명을 더욱 단축시키게 된다.

또한, 이러한 역전계 및 역도금 현상에 따라 하부 수평셀(3)에 고착된 아연(Zn)은, 음극으로 작용하는 강판(S) 표면의 아연(Zn) 도금층보다 부착력이 취약하므로, 강판(S)의 폭이 협폭에서 광폭으로 다시 변화하여 하부 수평셀(3)이 다시 양극 역할을 하게 되거나, 용액의 순환 압력이 증가하게 되면, 재용해 및 박리 현상이 발생되며, 이는 강판(S)의 상부측에서 강판을 음극으로 유지시키는 금속 소재의 전도용 롤(conduction roll,5, 도 1참조)의 표면에 끼어 dent 결함을 발생시킨다.

이와 같이, 종래 수평셀 구조에서는 도금 대상인 강판(S)의 폭 변화에 따라 양극이 서로 마주보게 되는 경우, 즉, 상부 수평셀(1)과 하부 수평셀(3) 사이에 강판(S)이 존재하지 않는 경우가 발생되고, 이는 전기 도금 공정에서 상당히 불안정한 조건을 생성시켜 강판(S) 표면이 움푹 파이는 덴트(dent) 결함을 유발하는 바, 품질을 저하시키는 것은 물론, 하부 수평셀(3)의 수명을 단축시키는 문제점이 있었다.

현재, 이러한 문제를 해결하기 위하여, 강판의 폭 변화시 강판이 존재하지 않는 영역의 불안정성 해소를 위하여 빈 공간을 가려주면서 강판의 폭 변화에 따라 가동되는 엣지 마스크(edge mask,7, 도 1참조) 설비를 사용하고 있다.

일본공개실용신안 제1994-25363호 및 일본공개특허 제1996-158093호에는 전기 도금 공정에서 사용되는 엣지 마스크 설비가 개시되어 있다.

일본공개실용신안 제1994-25363호에 개시된 전기도금용 에지 마스킹 장치는, 전류 밀도가 높아 아연 석출량이 많은 스트립의 엣지부에 전류 집중이 일어나지 않도록 스트립의 폭에 따라 그 위치가 변화되어 항상 스트립 에지에 과잉 아연 도금이 일어나지 않도록 제어하는 장치이다.

또한, 일본공개특허 제1996-158093호에는 개시된 수평형 연속 전해 처리 장치는, 강판의 양측 엣지부에 형상이 다양한 에지 마스크를 설치하여, 도금 전류를 차단하는 장치이다.

그러나, 이러한 엣지 마스크 설비들은 그 소재가 전도성 소재가 아니므로 전기적인 문제를 해결하는데는 한계가 있으며, 이동 중인 강판의 측면에 근접하여야 하므로 강판과의 충돌 가능성이 존재하는 문제점이 있었다.

또한, 일본공개실용신안 제1994-25363호 및 일본공개특허 제1996-158093호의 경우, 강판 양측 엣지부에 과도금이 발생되는 것을 방지하기 위한 것인 바, 여전히 강판 내지 엣지 마스크가 개재되지 않고, 상부 수평셀 및 하부 수평셀이 직접 마주보고 있는 상태에서의 하부 수평셀에 발생되는 역전계 및 역도금 현상은 여전히 문제로 남아 있다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

일본공개실용신안 제1994-25363 일본공개특허 제1996-158093호

본 발명은 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위해 전도성 소재로 고정식으로 설치되는 가상전극을 이용하여 하부 수평셀에 발생되는 역전계 및 역도금 현상을 방지함으로써, 도금 강판의 품질을 개선하는 것은 물론, 하부 수평셀의 수명을 연장할 수 있는 가상전극을 이용한 전기 도금 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 가상전극을 이용한 전기 도금 장치는, 도금조 상부 내측에 설치되는 상부 수평셀; 도금조 하부 내측에 설치되는 하부 수평셀; 및 상기 상부 수평셀 및 하부 수평셀 사이를 통과하는 강판의 폭이 상기 상, 하부 수평셀의 폭보다 좁아 발생하는 역전계 및 역도금 현상을 방지할 수 있도록 그 일단은 상기 도금조 내벽에 고정 설치되고 그 타단은 상기 상, 하부 수평셀의 일단 사이를 수직 방향으로 연결하는 가상의 수직 라인 상에 위치하며, 그 타단은 뾰족하게 형성된 가상전극을 포함한다.

삭제

상기 상부 수평셀과 하부 수평셀은 양극을 띄고, 상기 도금용액은 H₂SO₄ + Zn 의 조성을 가지며, 상기 가상전극은 상기 상, 하부 수평셀에 대하여 절대적 기준 전압점으로서 음극으로 작용하는 것을 특징으로 한다.

상기 가상전극의 일측은 상기 도금조에 일 측면에 접지되고, 타측은 상기 강판과 비접촉되는 것을 특징으로 한다.

상기 가상전극은 상기 상, 하부 수평셀 사이에 그 폭 방향으로 가상의 센터 라인을 설정하였을 때, 상기 가상의 센터 라인 상에 위치하는 것을 특징으로 한다.

삭제

본 발명은 상기한 기술적 구성으로 인해 연속 공정으로 진행되는 전기 도금 공정에서 아래와 같은 다양한 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 양극으로 작용하는 수평셀에 발생하는 역전계 및 역도금 현상을 방지할 수 있는 이점이 있다.

둘째, 역전계 및 역도금 현상을 방지함으로써, 수평셀의 수명을 연장할 수 있는 이점이 있다.

셋째, 수평셀에 고착된 도금이 재용해 내지 박리되어 금속 소재의 전도용 롤에 끼여 발생되는 제품의 dent 결함을 방지할 수 있는 이점이 있다.

넷째, 전도성 소재의 가상전극을 사용함으로써, 비전도성 소재의 엣지 마스크에 비하여 전기적 문제 해결 능력이 향상되며, 비가동식으로 고정 설치되므로 강판과의 충돌 가능성이 감소하여 조업 효율이 증가되는 이점이 있다.

다섯째, 그 구조가 단순하여 기존의 수평셀 구조를 변경 및 개조할 필요가 전혀 없으며, 설치 공정 및 부품이 극히 단순하므로 설치시 비용, 시간을 절약할 수 있는 이점이 있므며, 설치 이후 유지 보수 과정도 매우 단순하므로, 기존 공정 및 조업 방법 등의 변화없이 제품 생산이 가능하다는 이점이 있다.

도 1은 전기 도금용 수평셀의 구조도,
도 2는 전기 도금용 수평셀의 양극 표면에 발생되는 역도금 현상의 발생 과정을 나타낸 모식도,
도 3은 본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치의 개요도,
도 4는 본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치의 구성도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 가상전극을 이용한 전기 도금 장치를 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치는, 상부 수평셀(10), 하부 수평셀(20), 이러한 상, 하부 수평셀(10,20) 사이를 통과하면서 상, 하부 수평셀(10,20) 및 도금용액과 전기, 화학적 반응을 통해 도금되는 강판(S) 및 가상전극(30)을 포함한다.

상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20) 사이를 통과하는 강판(S)은 자기 중량 내지 텐션 제어 마진 등으로 하부가 조금 처진 상태로 이송되는데, 이로 인해 상부 수평셀(10)과 하부 수평셀(20) 사이에는 약 3V의 전압차가 발생된다.

이러한 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20)은 모두 양극 성질을 가지며, 상, 하부 수평셀(10,20) 사이를 통과하는 강판(S)은 음극 기능을 하게 된다.

강판(S)의 폭이 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20)의 폭보다 좁게 형성되는 경우, 상, 하부 수평셀(10,20)은 서로 직접 마주보게 되는 바, 상부 수평셀(10)보다 낮은 전위를 갖는 하부 수평셀(20)에 역전계 및 역도금 현상이 발생되는데, 이를 방지하기 위해 전도성 소재의 가상전극(30)이 설치된다.

이러한 가상전극(30)은 양극 성질을 갖는 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20)에 대하여 기준 전위점을 형성하는 바, 가상음극(Pseudo-negative electrode)의 기능을 한다. 즉, 이러한 가상전극(30)은 양극으로서 작용하는 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20) 사이의 전위차를 극복하기 이한 수단으로서 정전계 음극으로서 작용하는 것이다.

반면, 강판(S)의 경우, 도금의 대상이 되는 것으로, 전류가 흘러가는 음극, 즉, 동적전계 음극이 된다. 이는 양극인 상부 수평셀(10)과 하부 수평셀(20)에서 강판(S)을 통해 전류가 흘러가는 경로가 형성됨을 의미하며, 실제로 도금용 전원의 전류 소통 결로로 작용한다.

본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치에 있어서, 가상전극(30)은 비구동식으로 설치되는 바, 상, 하부 수평셀(10,20)이 내장되고, 도금용액이 충진되는 도금조(40)의 일측에 고정 설치된다. 가상전극(30)은 움직이지 않고, 고정되기 때문에 강판(S)과 충돌 가능성이 배제되어 조업상 효율이 향상되는 이점이 있다.

도금용액은 필요에 따라 다양하게 적용할 수 있는 바, 아연 도금을 위해서는5%의 H₂SO₄ + Zn 의 조성을 갖는 도금 용액을 사용할 수 있다.

가상전극(30)의 일측은 도금조(40)의 일 측면에 접지되고, 그 타측은 강판(S)과 비접촉되는 바, 상, 하부 수평셀(10,20)에 대하여 절대적 기준 전압점(reference zero voltage point, 가상음극)으로서 기능을 하게 된다.

가상전극(30)은 상, 하부 수평셀(10,20) 사이를 폭 방향으로 양분하는 가상의 센터 라인(C)을 설정하였을 때, 이 가상의 센터 라인(C) 상에 위치하는 것이 바람직하며, 다양한 폭을 갖는 강판(S)이 통과할 때, 강판(S)과의 간섭 내지 충돌 가능성을 배제하기 위해 가상전극(30)의 타측은 상, 하부 수평셀(10,20) 사이에 형성된 간격 내측으로 침범하지 않도록 형성하는 것이 바람직하다.

이렇듯, 기준 전압점으로 작용하는 가상전극(30)은 상, 하부 수평셀(10,20) 사이에 형성된 약 3V의 전위차에 의한 역전계 현상 및 역도금 현상을 해결할 수 있는 핵심적인 구성으로서의 기능을 한다.

또한, 가상전극(30)의 끝단에 뾰족하게 엣지부(32)를 형성함으로써, 도금 용액 중의 아연(Zn)이 집중적으로 고착될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 가상전극을 이용한 전기 도금 장치는 가동부가 전혀 필요없는 비가동식 구조물로서, 도금조(40)의 측면부에 고정 설치되는 바, 기존의 수평셀 구조를 변경 및 개조할 필요가 전혀 없으며, 설치 공정 및 부품이 극히 단순하므로 설치시 비용, 시간을 절약할 수 있는 이점이 있다. 또한, 설치 이후 유지 보수 과정도 매우 단순하므로, 기존 공정 및 조업 방법 등의 변화없이 제품 생산이 가능하다는 이점이 있다.

본 발명은 특정한 실시 예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

10 : 상부 수평셀 20 : 하부 수평셀
30 : 가상전극 32 : 엣지부
40 : 도금조
S : 강판 C : 가상의 센터 라인

Claims (6)

1. 도금조(40) 상부 내측에 설치되는 상부 수평셀(10);
   도금조(40) 하부 내측에 설치되는 하부 수평셀(20); 및
   상기 상부 수평셀(10) 및 하부 수평셀(20) 사이를 통과하는 강판(s)의 폭이 상기 상, 하부 수평셀(10,20)의 폭보다 좁아 발생하는 역전계 및 역도금 현상을 방지할 수 있도록 그 일단은 상기 도금조 내벽에 고정 설치되고 그 타단은 상기 상, 하부 수평셀(10,20)의 일단 사이를 수직 방향으로 연결하는 가상의 수직 라인 상에 위치하며, 그 타단은 뾰족하게 형성된 가상전극(30)을 포함하는, 가상전극을 이용한 전기 도금 장치.
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 상부 수평셀(10)과 하부 수평셀(20)은 양극을 띄고, 상기 도금조 내부에 담긴 도금용액은 H₂SO₄ + Zn 의 조성을 가지며, 상기 가상전극(30)은 상기 상, 하부 수평셀(10,20)에 대하여 절대적 기준 전압점으로서 음극으로 작용하는 것을 특징으로 하는, 가상전극을 이용한 전기 도금 장치.
   
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 가상전극(30)의 일측은 상기 도금조(40)에 일 측면에 접지되고, 타측은 상기 강판(S)과 비접촉되는 것을 특징으로 하는, 가상전극을 이용한 전기 도금 장치.
   
5. 청구항 1 및 청구항 3 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가상전극(30)은 상기 상, 하부 수평셀(10,20) 사이에 그 폭 방향으로 가상의 센터 라인(C)을 설정하였을 때, 상기 가상의 센터 라인(C) 상에 위치하는 것을 특징으로 하는, 가상전극을 이용한 전기 도금 장치.
   
6. 삭제

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