KR101535117B1 - 용융아연도금포트의 싱크롤 축수부에 대한 용사층 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연도금포트의 싱크롤의 슬리브에 용사를 접합하는 방법으로서, 싱크롤의 롤축의 양 단부에 각각 슬리브를 제공하는 단계, 슬리브의 외주면에 끼워지는 내경을 갖는 원통관 형상의 용사를 제공하는 단계, 용사를 슬리브의 외주면에 끼우는 단계, 및 용사의 슬리브에 대한 접합 강도를 용사의 길이 방향을 따라서 다르게 변화시키면서 용사를 슬리브에 대해 레이저 융착시키는 단계를 포함한다.

Description

용융아연도금포트의 싱크롤 축수부에 대한 용사층 형성 방법{METHOD FOR FORMING CLADDING ON SINK ROLL SHAFT IN HOT DIP GALVANIZING POT}

본 발명은 용융아연도금포트의 싱크롤에 관한 것이고, 구체적으로는 싱크롤의 내마모성을 증가시키기 위하여 싱크롤 축수부의 슬리브 상에 용사층을 형성하는 방법에 관한 것이다.

용융아연도금은 적당한 온도로 가열한 강판을 용융아연이 담겨있는 포트에 담금으로써 강판의 표면에 아연이 부착되게 함으로써 이루어진다. 용융아연도금포트에 담겨있는 용융아연에 내에 잠겨 있는 싱크롤에 의해서 강판의 스트립이 용융아연도금포트 내로 인입된 다음 그 방향이 변경되어 용융아연도금포트 외부로 인출되는 것에 의해 강판에 대한 용융아연도금 작업을 연속적으로 행할 수 있다.

용융아연도금포트에 설치되는 싱크롤은 약 450℃의 용융아연에 잠겨 있는 특수한 환경으로 인해 베어링에 의한 지지가 불가능하여 롤축의 슬리브와 슬리브를 감싸는 부시 간의 미끄럼 마찰에 의해 회전 가능하게 지지되고 있는 실정이다.

일반적으로는 슬리브의 내마모성보다 부시의 내마모성이 우수한데, 싱크롤이 지속적으로 구동됨에 따라 슬리브와 부시, 특히 상대적으로 내마모성이 약한 슬리브가 지속적으로 마모된다. 그 결과, 슬리브와 부시 간의 갭이 넓어지면 싱크롤의 진동이 증가하여 도금 품질에 불량이 발생된다. 따라서, 슬리브와 부시 간의 갭이 소정치 이상으로 넓어지면 싱크롤을 교체하고 있다.

이에, 도 1에 도시된 바와 같이, 싱크롤(1)의 슬리브(2) 외주면에 용사층(cladding)(3)을 형성하고 있다. 슬리브(2)의 외주면을 레이저로 가열하여 용융시키면서 슬리브(2)의 용융된 외주면 상에 분말 소재를 분사하여 슬리브(2)의 외주면 상에 피막을 형성하는 공정을 용사라고 하는데, 이와 같은 용사에 의해 형성된 피막을 보통 용사층(3)이라 한다. 이러한 용사층은 슬리브(2)보다는 내마모성이 우수한 재질로 만들어지며, 롤축의 축방향을 따라 동일한 외경으로 슬리브(2)의 외주면 상에 대략 원통형으로 형성된다. 이러한 용사층(3)에 의해 싱크롤(1)의 슬리브(2)의 내마모성이 보강됨으로써 싱크롤(1)의 수명이 증가될 수 있다.

그러나, 싱크롤(1)의 구동 시에 강판을 지지하기 위한 장력 등에 의해서 롤축에 지속적으로 벤딩(bending) 압력이 가해지는 데, 이러한 벤딩 압력으로 인한 응력은, 도 2에 도시된 바와 같이, 특히 용사층(3)의 축방향 중앙부에 집중되는 경향이 있다. 용사층(3)의 중앙부에 가해지는 응력은 용사층(3)의 슬리브(2)에 대한 접합 강도보다 크고, 이에 따라 용사층(3)의 중앙부가 파괴되어 슬리브(2)로부터 탈락하는 현상이 발생된다. 이러한 탈락 현상은 용사층(3)의 중앙부에서부터 용사층(3)의 양측 단부를 향해 점점 확산되는데, 벤딩 압력으로 인한 응력이 거의 작용하지 않는 용사층(3)의 양단부에서는 용사층(3)의 탈락 현상이 발생하지 않는다.

이와 같이, 용사층(3)이 점점 탈락되어 용사층(3)과 부시 간의 마찰 면적이 좁아지게 되면 부시가 국부적으로 마모되면서 싱크롤(1)의 구동성이 저하되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 싱크롤의 구동 시에 슬리브 상의 용사층에 가해지는 응력으로 인한 용사층의 부분 탈락 및 이에 따른 부시의 국부적인 마모를 방지할 수 있도록 용융아연도금포트의 싱크롤에 용사층을 형성하는 방법을 제공하는 데에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용융아연도금포트의 싱크롤 축수부의 슬리브에 용사층을 형성하는 방법은 싱크롤의 축수부에 슬리브를 제공하는 단계, 싱크롤을 회전시키는 동시에 싱크롤의 축방향을 따라 슬리브의 미리 정해진 일측에서 타측까지 가면서 레이저를 이용하여 슬리브의 외주면을 가열하여 용융시키고 용융된 슬리브의 외주면에 분말로 된 용사층 소재를 분사하여 접합시키는 과정을 반복해서 행함으로써 슬리브의 외주면 상에 용사층을 형성하는 단계, 및 용사층 소재가 접합된 슬리브를 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 용사층을 형성하는 단계에서 슬리브에 대한 용사층의 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정한다.

바람직하게는, 슬리브에 대한 용사층의 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정하는 것은 슬리브 외주면의 용사층이 형성될 부분의 단면 두께가 싱크롤의 축방향을 따라 변하도록 형성된 슬리브를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 대안적으로는, 슬리브에 대한 용사층의 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정하는 것은 싱크롤의 축방향을 따라 슬리브의 일측에서 타측으로 가면서 레이저의 출력을 변화시키는 것에 의해 이루어질 수도 있다.

바람직하게는, 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도를 용사층의 축방향을 따르는 중앙부에서 가장 크고 양단부에서 가장 작게 설정할 수 있다.

바람직하게, 벤딩 압력에 의해 용사층에 가해지는 응력이 용사층의 최대 접합 강도보다 큰 부분에서는 용사층의 접합 강도를 최대 접합 강도로 설정할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 용사층이 냉각된 후에 용사층의 표면을 연마하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 싱크롤의 지속적인 구동에 따라 용사층, 특히 용사층의 축방향으로 중앙부와 양단부에 각기 다른 응력이 가해지더라도 종래와 같이 용사층의 중앙부만 탈락하지 않고 용사층 전체가 한 번에 탈락하게 되므로, 종래와 같이 좁은 범위로 잔류하는 용사층의 양단부에 의해 부시가 국부적으로 마모되어 싱크롤의 구동성이 저하되는 문제가 발생되지 않는다.

또한, 용사층가 탈락한 후에도 슬리브와 부시가 접촉하여 미끄럼 마찰을 하게 되므로 싱크롤을 계속 사용할 수 있어 싱크롤의 수명을 연장할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 용융아연도금포트의 싱크롤의 용사층를 도시한 부분 단면도이다.
도 2는 벤딩 압력에 의해 용사층에 가해지는 응력 분포와 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 방법에 따라 용융아연도금포트의 싱크롤 축수부의 슬리브에 용사층을 형성한 경우에 있어서의 벤딩 압력에 의해 용사층에 가해지는 응력 분포와 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도를 나타낸 그래프이다.
도 4a 내지 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 방법을 단계적으로 도시한 부분 단면도들이다.
도 5는 본 발명의 방법을 일 실시예에 따른 방법을 실시하기 위한 슬리브의 형상의 다른 예를 도시한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 레이저를 이용하여 슬리브 상에 용사층을 형성할 때 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정함으로써 싱크롤의 지속적인 구동에 따른 벤딩 압력에 의해 용사층에 가해지는 응력이 한계치를 초과하는 경우에 용사층 전체가 슬리브로부터 한 번에 탈락하도록 한 것에 그 특징이 있다.

구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연도금포트의 싱크롤 축수부의 슬리브에 용사층을 형성하는 방법은, 싱크롤의 축수부에 슬리브를 제공하는 단계와, 싱크롤을 회전시키는 동시에 싱크롤의 축방향을 따라 슬리브의 미리 정해진 일측에서 타측까지 가면서 레이저를 이용하여 슬리브의 외주면을 가열하여 용융시키고 용융된 슬리브의 외주면에 분말로 된 용사층 소재를 분사하여 접합시키는 과정을 반복해서 행함으로써 슬리브의 외주면 상에 용사층을 형성하는 단계와, 용사층 소재가 접합된 슬리브를 냉각시키는 단계를 포함하되, 용사층을 형성하는 단계에서 슬리브에 대한 용사층의 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정한다.

싱크롤의 구동 시에 용사층에 가해지는 응력 분포는 용사층의 중앙부에서 크고 용사층의 양단부에서 작다. 따라서, 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도는 용사층의 길이 방향, 즉 싱크롤의 축방향으로 그 중앙부에서 가장 크고 양단부에서 가장 작게 설정된다. 구체적으로는, 용사층의 중앙부에 가해지는 큰 응력에 의해서 용사층의 중앙부가 탈락할 때에 중앙부에 비해 작은 응력을 받는 용사층의 양단부도 함께 탈락하도록 용사층의 길이 방향에 따른 접합 강도를 다르게 설정하는 것이다.

도 3은 본 발명에 따라 설정된 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도 분포를 용사층에 가해지는 응력 분포와 비교하여 나타낸 그래프이다. 도 3과 같은 분포를 가지도록 접합 강도를 설정하는 것에 의해서, 용사층의 각 부분에 가해지는 응력이 다르더라도 각 부분에서 그 응력에 대항하여 버티는 내구력이 용사층의 전 부분에서 동일한 시점에 그 한계에 이르게 될 수 있다. 이에 따라, 용사층이 부분 별로 국부적으로 탈락하지 않고 전체가 한 번에 탈락하게 된다. 이는 용사층이 중앙부에서부터 부분적으로 탈락함에 따라 잔존하는 용사층에 의해 부시가 국부적으로 마모되는 종래의 문제점을 해결할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 용사층 전체가 슬리브로부터 한 번에 탈락하게 되면 탈락한 용사층 대신 슬리브가 그 자체로서 부시와 미끄럼 마찰되게 되는데, 슬리브와 부시가 접촉되는 면 전체가 고르게 마찰되게 되므로 역시 부시의 국부적인 마모를 방지할 수 있게 된다. 용사층의 길이 방향에 따른 구체적인 접합 강도는 실험을 통해 용이하게 결정할 수 있다.

도 3에 나타난 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도 분포를 실현하기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 슬리브의 형상을 변경하는 방법을 사용한다. 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도는 레이저의 출력이 동일한 경우에는 레이저를 조사하는 레이저 헤드와 슬리브 외주면 간의 거리에 따라 달라진다는 것이 알려져 있다. 즉, 레이저의 출력을 동일하게 해서 용사층 소재 분말을 슬리브에 용사시킬 때, 레이저 헤드와 슬리브 외주면 사이의 간격이 작으면 형성된 용사층 부분의 슬리브에 대한 접합 강도가 커지고, 반대로 레이저 헤드와 슬리브 외주면 사이의 간격이 크면 형성된 용사층 부분의 슬리브에 대한 접합 강도는 작아진다.

이와 같은 사실에 기반하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 용사층 형성 방법에서는, 싱크롤의 축수부에 슬리브를 제공하는 단계에서 슬리브의 형상을, 도 4a에 도시된 바와 같이, 용사층이 형성되는 부분의 단면 두께가 싱크롤의 축방향을 따라 변화하도록 형성한다. 구체적으로는, 도 3에 도시된 바와 같은 접합 강도 분포를 실현하기 위하여, 제공되는 슬리브의 용사층이 형성되는 부분이 싱크롤의 축방향을 따라 그 중앙부에서는 종래와 동일한 두께를 가지는 반면에 그 양단부에서는 두께가 얇아지게 만곡된 형상을 가진다. 대안적으로는, 도 5에 도시된 바와 같이, 슬리브의 용사층이 형성되는 부분의 양단부가 계단식으로 이루어질 수도 있다. 바람직하게는, 싱크롤(1)의 구동 시에 벤딩 압력에 의해서 용사층(3)에 가해지는 응력이 용사층(3)의 최대 접합 강도보다 큰 부분에서는 슬리브(2)의 단면 두께를 최대 접합 강도에 맞추어서 일정하게 한다.

이와 같은 형상으로 이루어진 슬리브(2)를 싱크롤(1)의 축수부 상에 마련한 후에, 레이저 장비의 레이저 헤드를 슬리브의 일측에서 타측까지 이동시키면서 레이저를 슬리브의 외주면에 조사하여 슬리브의 외주면을 용융시키고, 레이저 헤드의 옆에 부착되어 레이저 헤드와 함께 이동하는 분사 장치로부터 분말 상태의 용사층 소재를 용융된 슬리브의 외주면 상에 분사하여 접합시킨다. 슬리브의 용사층 형성부의 원주면 전체에 대해 용사가 이루어지도록, 레이저 헤드가 슬리브의 일측에서 타측까지 이동하는 동안 슬리브를 포함한 싱크롤이 일정한 속도로 회전된다. 이와 같은 과정을 거치면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 용사층(3)이 슬리브(2) 상에 슬리브(3)의 형상과 동일하게 형성된다.

슬리브(2)와 용사층(3)이 냉각되어 용사층(3)이 슬리브(2)에 완전히 접합된 후에, 용사층(3)의 표면 전체가 부시와 균일하게 접촉될 수 있도록 용사층(3)을 도 4c에 도시된 것과 같은 형상으로 연마하여 용사층의 형성을 완료한다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면, 싱크롤(1)의 지속적인 구동에 따라 용사층(3), 특히 용사층(3)의 축방향 중앙부(3a)와 양단부(3b)에 각기 다른 응력이 가해지더라도, 용사층(3)의 양단부(3b)에서의 슬리브(2)에 대한 접합 강도가 중앙부(3a)에서의 접합 강도보다 낮기 때문에, 응력이 한계치에 이르러 용사층(3)의 중앙부(3a)가 탈락되는 즈음에서 중앙부(3a)보다 접합 강도가 낮은 양단부(3b)도 중앙부(3a)와 함께 탈락하게 된다. 이와 같이, 용사층(3)이 그 전체로서 한 번에 탈락하게 되면, 종래와 같이 좁은 범위로 잔류하는 용사층(3)의 양단부(3b)에 의해 부시가 국부적으로 마모되어 싱크롤(1)의 구동성이 저하되는 문제가 발생되지 않는다.

또한, 종래에는 위와 같은 문제 때문에 싱크롤(1)에 용사층(3)의 중앙부(3a)의 탈락에 의한 진동이 발생하는 것을 감지하면 곧바로 싱크롤(1)을 교체하였지만, 본 발명에 의하면 용사층(3)이 탈락하더라도 슬리브(2)와 부시가 접촉하여 미끄럼 마찰을 하게 되므로 용사층(3)을 미적용한 상태와 유사해진다. 이 상태에서 슬리브(2)와 부시 간의 갭이 허용치를 초과할 때까지는 용사층(3)이 탈락한 후에도 싱크롤(1)을 계속 사용할 수 있고, 이에 따라 싱크롤(1)의 수명을 실질적으로 연장시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서는 용사층(3)이 형성되는 슬리브(2)의 부분의 형상을 그 단면 두께가 싱크롤(1)의 축방향을 따라 다르게 한 슬리브(2)를 제공함으로써 용사층(3)의 슬리브(2)에 대한 접합 강도를 축방향으로 다르게 변화시켰다. 그러나, 본 발명의 대안적인 예에서는 제공되는 슬리브(2)의 형상을 변경하는 대신에 분말 상태의 용사층 소재를 슬리브(2)에 접합시키는 데 사용되는 레이저의 출력을 변화시키는 것에 의해 실시할 수도 있다.

즉, 레이저 헤드가 슬리브(2)의 일측에서 타측까지 이동하면서 레이저 빔을 슬리브(2)의 외주면에 조사하게 되는데, 용사층(3)의 위치에 따른 접합 강도가 도 3에 도시된 분포를 이루도록 레이저 헤드가 이동하는 동안 슬리브(2)의 위치에 따른 레이저 빔의 출력을 변화시킨다. 이와 같은 방법에 의해서도 용사층(3)의 슬리브(2)에 대한 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라, 즉 용사층(3)의 길이 방향으로 변화시킬 수 있고, 이에 따라 앞서 설명한 용사층(3)의 단면 두께를 변화시켜서 접합 강도 분포를 변화시키는 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 다양하게 본 발명을 개조, 변형 또는 응용하여 실시할 수 있을 것이다.

1: 싱크롤 2: 슬리브
3: 용사층 3a: 용사층의 중앙부
3b: 용사층의 단부

Claims (6)

1. 용융아연도금포트의 싱크롤 축수부의 슬리브에 용사층을 형성하는 방법으로서,
   싱크롤의 축수부에 슬리브를 제공하는 단계;
   싱크롤을 회전시키는 동시에 싱크롤의 축방향을 따라 슬리브의 미리 정해진 일측에서 타측까지 가면서 레이저를 이용하여 슬리브의 외주면을 가열하여 용융시키고 용융된 슬리브의 외주면에 분말로 된 용사층 소재를 분사하여 접합시키는 과정을 반복해서 행함으로써 슬리브의 외주면 상에 용사층을 형성하는 단계; 및
   용사층 소재가 접합된 슬리브를 냉각시키는 단계를 포함하며,
   상기 용사층을 형성하는 단계에서 슬리브에 대한 용사층의 접합 강도를 싱크롤의 축방향을 따라 다르게 설정하되, 슬리브 외주면의 용사층이 형성될 부분의 단면 두께가 싱크롤의 축방향을 따라 변하도록 형성된 슬리브를 제공하여 용사층의 슬리브에 대한 접합 강도를 용사층의 축방향을 따르는 중앙부에서 가장 크고 양단부에서 가장 작게 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   벤딩 압력에 의해 용사층에 가해지는 응력이 용사층의 최대 접합 강도보다 큰 부분에서는 용사층의 접합 강도를 최대 접합 강도로 설정하는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서,
   용사층이 냉각된 후에 용사층의 표면을 연마하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

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