KR102004971B1 - 용융도금강판의 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연도금강판을 제조함에 있어서 용융상태의 도금층을 고효율로 냉각시키기 위한 용융도금강판의 제조방법 및 장치에 관한 것으로
용융도금강판의 제조공정에 있어서 도금층을 고효율로 냉각시킴으로서 피팅 결함, 드롭마크 결함 및 선상의 빗살무늬 결함이 없는 표면이 미려한 용융아연도금강판을 안정적으로 얻을 수 있는 용융아연도금 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있고,
도금포트(1), 가스와이핑장치(2), 냉각챔버(4)로 구성되는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서, 상기 냉각챔버(4)는 냉각챔버구동장치(10)에 의해 상하로 구동하며, 이온풍을 발생하는 이온풍발생장치(5)와 용액을 분사하는 용액무화부(6)를 구비하는 용융아연도금강판의 제조장치를 특징으로 한다

Description

용융도금강판의 제조방법 및 장치{Manufacturing method and apparatus for galvanized steel sheet}

본 발명은 용융아연도금강판을 제조함에 있어서 용융상태의 도금층을 고효율로 냉각시키기 위한 용융도금강판의 제조방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 도금강판 표면의 결함 발생을 최소화하여 표면이 미려한 용융아연도금강판을 안정적으로 생산할 수 있는 용융도금강판의 제조방법 및 장치에 관한 것이다.

용융도금강판은 용융 도금욕조를 강판이 통과한 후에, 강판 표면에 과도하게 부착된 용융상태의 도금액을 목표 도금량이 되도록 에어나이프를 이용하여 잉여의 용융 도금액을 제거 한 후에 냉각 장치로 강판을 냉각시켜서 제조된다.

이때 도금 부착량이 많은 경우에 냉각속도가 느리게 되면 강판 표면에 도 1에서 예시한 선상 빗살 무늬 결함이 발생하게 되어 외관이 불량하게 된다. 도금부착량이 많을수록, 또한 강판의 두께가 두꺼울수록 냉각 속도가 느려지므로 발생할 가능성이 높다.

상기 빗살무늬 선상 결함을 감소시키기 위해서는 도금층을 빨리 응고시켜야 하며, 이를 위해 고효율의 냉각장치가 필요하다.

도금층 냉각 장치에 있어서 고전압을 사용하는 공지기술은 다음과 같다.

미국특허 4500561 (1985.2.19) 및 특허 공개 특2000-0045528 은 전기장을 형성하고 형성된 전기장에 의해 액적을 강판 표면에 부착시키는 방법에 대한 것으로 도금층의 스팽글을 미세화 시키는 것을 목적으로 한다. 용융상태의 도금층에 액적을 분사할 때 도 2의 피팅 마크 결함이 발생하기 쉽다. 즉 피팅마크는 분사된 액적이 용융상태의 아연도금과 충돌하여 발생하는 도금층 의 파임 흠으로서, 강판의 온도가 높을수록 발생 가능성이 높아지게 된다.

공개특허 특2001-0061451은 고전압이 인가된 다수 와이어로 이루어진 대전전극 사이를 수용액 액적이 관통한 후에 강판에 부착되는 방법에 대한 것이다. 이 경우는 액적이 대전전극을 통과하는 과정 중에 불가피하게 대전전극에 수용액 액적이 충돌하게 되어, 와이어에 큰 물방울이 맺히게 되고, 이것이 와이어로 부터 떨어져 나와 강판 표면에 묻게 되면 드롭 마크 결함이 발생될 가능성이 높다.

공개특허 10-2006-0076214는 스팽글이 없는 용융아연도금강판, 그 제조 방법 및 이에 사용되는 장치에 대한 것으로, 강판을 향해 분사된 수용액 액적이 메쉬형태의 고전압 대전전극을 관통한 후에 강판에 부착되게 장치를 구성하여, 분사효율을 높이는 방법에 대한 것이다. 또한 이 경우도 공개특허 특2001-0061451에서와 같이 드롭 마크 결함은 해결되지 못한다. 또한 상기 발명에서는 도금층이 응고되기 직전에 분사되어야 한다고 기재되어 있으나 구체적인 방법이 제시되지 않았다.

일반적으로는 연속 용융도금공정에서는 비접촉식 광온도계를 설치하여 강판의 온도를 측정한다. 광온도계를 이용할 때는 측정대상 물체의 정확한 방사율을 설정해야만 온도를 정확히 측정할 수 있다. 설정된 방사율이 잘못 되면 측정 오차는 커지게 된다.

도금층이 응고되면 상변화가 일어나므로 방사율 값은 변화될 수 밖에 없다. 또한 에어 와이핑 조건, 응고후의 도금 표면 상태등에 의해서도 방사율 값이 변화되므로, 광온도계를 이용하여 도금층의 응고가 일어나는 온도 영역에서 강판온도를 정확히 측정하는 것은 매우 어렵다.

공개특허 10-2006-0076214에서는 도금층이 응고되기 직전에 용액을 분사해야 한다고 기재되어 있으나, 상기의 이유로 인해 실제 생산에서 안정적으로 제품을 생산하기 어려울 수 있다. 작업자의 경험에 의존하게 되면 품질 편차가 발생할 수 있다.

등록특허 10-1778457 도금강판 후행냉각장치 및 이를 포함하는 장치에 대한 것으로 후행 바디 유닛 설비에 냉각수 분사 유닛에 일체형으로 대전 유닛이 설치되어 있어서 냉각수에 대전을 부여하는 장치에 대한 것이다. 상기 특허에서는 분사 노즐과 대전설비가 일체형으로 되어 있어 전기 누전의 위험이 있고, 누전되면 고전압 사용 효과가 감소되는 문제가 있다.

즉, 용융아연도금강판을 제조함에 있어서, 도금층의 냉각속도를 느리게 하면 빗살무늬 결함이 발생하고, 냉각속도를 빠르게 하면 피팅마크, 드롭마크 등의 결함이 발생되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여는 도금층이 응고되기 직전에 냉각액이 분사되는 것이 바람직 하다. 그러나 이 응고영역을 정확히 측정하는 것이 곤란하여 작업자의 경험에 의존할 수 밖에 없고 이에 따라 제품의 불량이 높아지는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 용융도금강판의 제조공정에 있어서 도금층을 고효율로 냉각시킴으로서 피팅 결함, 드롭마크 결함 및 선상의 빗살무늬 결함이 없는 표면이 미려한 용융아연도금강판을 안정적으로 얻을 수 있는 용융아연도금 제조장치 및 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

강판의 도금영역에서 도금층을 응고시키기 위한 냉각 챔버를 도금층이 응고되는 지점에 정확하게 위치시키고, 이를 위해 강판 온도에 따라 냉각수단을 이동하며, 냉각효율을 높이기 위하여 냉각챔버 외부의 공기를 내부로 취입하고, 용액무화부의 용액분사를 다양한 각도에서 행하는 것을 특징으로 하며, 구체적인 내용은 다음과 같다.

본 발명의 제조장치는

도금포트(1), 가스와이핑장치(2), 냉각챔버(4)로 구성되는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서, 상기 냉각챔버(4)는 냉각챔버구동장치(10)에 의해 상하로 구동하며, 이온풍을 발생하는 이온풍발생장치(5)와 용액을 분사하는 용액무화부(6)를 구비하는 것을 특징으로 한다,

또한, 상기 용융아연도금강판의 제조장치는,

상기 냉각챔버(4)의 상,하단부에 각각 설치되는 광온도계(8)와, 상기 이온풍발생장치(5) 후단에 설치되어 공기를 취입하는 공기취입장치(7)와, 상기 가스와이핑장치(2)와 냉각챔버(4) 사이에 설치되는 버텀쿨러(3) 와, 상기 냉각챔버구동장치(10)의 상하구동 및 상기 버텀쿨러(3)의 풍량을 제어하기 위한 제어부(12)가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하며,

상기 냉각챔버(4)의 길이는 강판의 진행속도를 기준으로 냉각챔버 통과시간이 최소 1초 이상이 되게 하여 도금층의 응고가 시작되어 응고가 종료될 수 있는 냉각능력을 가지며,

상기 이온풍발생장치(5)는 고전압발생장치(16)와 연결되는 고전압대전전극으로 이루어지되, 상기 고전압대전전극은 와이어(15)와 지지대(14)로 구성되며,

상기 와이어(15)는 강판 진행방향으로 다수 설치되며, 끝단이 강판을 향해 있는 바늘(17)이 형성되어 있으며,

상기 용액무화부(6)는 상기 이온풍발생장치(5)의 상단 또는 하단에 설치되며, 용액분사노즐(11)과 용액공급장치(9)로 구성되며,

상기 용액분사노즐(11)은 강판 진행방향으로 2열 이상 설치되며,

상기 광온도계(10)는 동일한 방사율 값을 가지며,

상기 공기취입장치(7)는 상기 이온풍발생장치(5)의 후방에 설치되며, 상기 냉각챔버 외부의 공기를 내부로 공급하기 위한 공기토출구를 구비하고, 상기 공기토출구와 강판 사이의 거리는 강판과 대전전극 사이의 2배보다 큰 값을 가지며,

상기 버텀쿨러(3)는 슬리트노즐(18)을 구비하되, 상기 슬리트노즐(18)은 강판의 넓은 면을 향해 1열 혹은 2열 이상 설치되며,

상기 제어부(12)는 상기 광온도계(8)에서 측정된 온도와 제어부에 입력된 도금층의 온도를 비교하여 상기 냉각챔버의 상하구동 및 상기 버텀쿨러의 송풍량을 제어하는 것을 특징으로 한다,

본 발명의 제조방법은,

강판이 도금포트(1)를 통과하면서 강판 표면에 도금층을 형성하고, 가스와이핑장치를 통과하면서 상기 도금층의 두께를 조절하고, 냉각챔버를 통과하면서 도금층을 냉각시키는 용융아염도금강판의 제조방법에 있어서,

상기 냉각챔버에서의 도금층 냉각은 이온풍발생장치에서 발생하는 이온풍 및 용액무화부에서 분사되는 분사용액에 의하여 이루어지되, 상기 냉각챔버는 광온도계로 측정한 도금층의 온도에 따라 그 위치가 조정되는 것을 특징으로 하며,

상기 도금층의 냉각은 상기 도금포트(1)와 상기 가스와이핑장치(2) 사이에 설치된 버텀쿨러(3)에서 송풍되는 공기에 의해 냉각이 더 이루어지며,

상기 도금층의 냉각은 상기 이온풍발생장치(5)의 후방에 설치되는 공기취입장치(7)에서 공급되는 공기에 의해 상기 이온풍의 유속을 증가시킴으로서 수행되며,

상기 강판이 상기 냉각챔버 내로 들어올 때의 온도는 419 ℃ 이상이고, 냉각챔버를 빠져나갈 때의 온도는 418℃ 이하이며,

상기 이온발생장치에서 발생되는 이온풍은 직류고전압에 펄스고전압을 중첩시켜 발생되는 것이고,

상기 용액무화부에서 분사되는 용액은 용액분사노즐에서 분사되는 공기의 분사압력이 1~5kg/cm² 이고, 용액의 분사압력은 0~4kg/cm²이고, 분사된 액적 중 크기가 100um 이하인 것이 99% 이상이며, 평균 액적의 크기가 30~60um 이며,

상기 냉각챔버의 위치 조정은, Tpt-Tpb <20℃ 이면서 Tpb>Ts 및 Tpt>Ts 이거나, Tpb<Ts 및 Tpt>Ts 일 경우, 냉각챔버가 하부로 이동하고,

Tpt-Tpb>20℃ 이면서 Tpb<Tl 이며 Tl<Tpt<Ts 일 경우, 냉각챔버가 상부로 이동하고,

Tpt-Tpb>20℃ 이면서 Tpb<Tl 이며 Tpt>Ts 일 경우, 냉각챔버의 위치가 고정되는 것을 특징으로 하며,

또한, 상기 버텀쿨러에서 송풍되는 공기는,

Tpt-Tpb<20℃ 이면서 Tpb>Ts 및 Tpt>Ts 이거나, Tpb <Ts 및 Tpt>Ts 일 경우, 버텀쿨러의 풍량이 감소하고,

Tpt-Tpb>20℃ 이면서 Tpb < Tl이고, Tl<Tpt <Ts일 경우, 버텀쿨러의 풍량이 증가하고,

Tpt-Tpb>20℃ 이면서 Tpb<Tl 이고, Tpt>Ts 일 경우, 버텀쿨러의 풍량이 고정되는 것을 특징으로 한다.

여기에서 T_pt는냉각챔버 상부에 설치된 광온도계에서 측정된 온도이고,

T_pb는 냉각 챔버 하부에 설치된 광온도계에서 측정된 온도이고,

Tl는 제어부에 입력된 용융 상태 도금층의 기준온도이고,

Ts는 제어부에 입력된 고체 상태 도금층의 기준온도를 의미한다.

본 발명에 따르면, 표면결함의 발생을 최소화할 수 있어 표면품질이 우수한 용융도금강판을 제조하는 것이 가능하다.

도 1 용융도금층 표면의 빗살무늬 결함 예를 나타내는 사진
도 2 용융도금층 표면의 피팅 마크 결함 예를 나타내는 사진
도 3 본발명 도금장치의 개념도
도 4 본 발명 이온풍 발생 장치의 와이어 타입 대전전극 전면도
도 5 본 발명 이온풍 발생장치의 바늘 타입 대전전극 전면도
도 6 본 발명의 직류 및 펄스 고전압 사용효과를 나타낸 그래프
도 7 본 발명의 고전압 사용에 따른 용액 분사 효율 향상 예를 나타낸 도표
도 8 용융도금 후의 강판 온도를 측정한 결과치 (광온도계 방사율 0.093 설정)
도 9 용융도금 후의 강판 온도를 측정한 결과예 (광온도계 방사율 0.12 설정)
도10. 냉각 챔버의 위치별 광온도계의 온도 측정 값 예
도11. 본 발명의 버텀 쿨러의 3차원 개략도
도 12 방사율 설정값이 0.12일때 냉각 챔버 상하부 구동 제어 로직
(Ts>Tl인 경우)
도 13 방사율 설정값이 0.12일때 버텀쿨러 풍량 제어 로직(Ts>Tl인 경우)

본 발명은 도3에 기재된 것과 같은 용융도금공정에 있어서 소둔로에서 열처리된 강판이 도금포트(1)에 침적된 후 포트를 통과하고, 가스와이핑(2) 장치에 의해 도금부착량이 조절된 후에 상부에 있는 진행되는 경로중에 설치되는 도금층 냉각장치에 있어서

냉각 챔버(4), 챔버 상하 이동 장치(10) 및 버텀 쿨러(3)로 구성되며,

냉각 챔버(4)는 이온 풍 발생치(5)와 용액을 분사하는 용액 무화부(6)로 구분되며, 냉각 챔버의 냉각 능력은 도금층의 응고가 시작되어 응고가 종료될 수 있는 냉각 능력을 갖는다.

이온풍 발생장치(5)는 도4 혹은 도5에 예시한 바와 같은 고전압 대전전극을 포함한다. 대전전극은 지지대 (14)에 의해 고정되며, 강판의 넓은 면과 마주보며 강판 폭 방향으로 평행하게 설치된 다수의 와이어(15) 혹은 지지대에 고정되어 그 끝이 끝 단이 강판을 향해 있는 다수의 바늘(17)이 강판 폭 방향 평행하게 열을 지어 있으며, 바늘의 끝이 강판의 넓은 면을 향해 고정되어 있다. 와이어 혹은 바늘의 열은 강판의 진행 방향으로 1열 혹은 2열 이상 구성되며, 최대전압이 -10~-60 kV 세기의 고전압을 공급할 수 있는 고전압 발생기(16)에 연결되어 있다.

대전전극에 전기를 인가하면 대전전극에서 코로나 방전이 일어나서 이온풍이 발생하며, 이온풍의 방향은 강판을 향하게 되어, 강판은 이온 풍에 의해 냉각된다.

이온풍은 공기 중에서 코로나 방전이 일어나면, 전기에너지의 1~2% 가 기체입자의 운동에너지로 변환되어 공기의 흐름이 발생한다. 즉, 코로나 방전시 방출된 이온들이 공기분자의 충돌을 통하여 공기 분자들도 이온들과 같은 방향으로 이동하게 되고, 이러한 공기분자들의 운동이 모여 최종적으로 송풍력으로 이용되는 것이다.

이온풍의 냉각 효과를 증가시키기 위하여 공기를 냉각챔버의 외부로 부터 냉각챔버로 내부로 공급하기 위해서 공기 취입장치(7)이 부착될 수 있다. 공기 취입장치(7)로부터 강판을 향해 공기를 취입하면 강판을 향한 공기의 흐름이 증가하게 되어 대전전극에서 발생한 이온풍의 유속이 증가되어 냉각에 효과적이다.

공기취입장치는 대전 전극 후방에 설치되며, 강판과 공기 취입장치와의 거리는 강판과 대전전극과의 거리의 2배 보다 커야 한다. 공기 취입 장치의 거래가 2배 보다 작게 되면 이온풍이 강판을 향하지 않게 되어 냉각 효과가 감소되는 문제가 발생한다.

공기 취입 장치(7)는 공기 취입구가 강판 폭방향으로 평행하게 위치하며 1개 혹은 2개 이상의 슬리트 타입 노즐이 사용 가능하다. 또한 본 발명의 공기취입 장치로서 회전 모터 및 회전팬에 의해 강판을 향해 공기의 유동을 일으키는 장치도 사용 가능하다.

이온풍 발생장치(5)의 상단 혹은 하단 혹은 상단 및 하단에는 용액 무화부(6)가 설치된다. 용액 무화부는 대전전극과 강판 사이의 공간으로 용액을 분사하되, 대전전극을 관통하지 않도록 분사 각도가 조절된 다수의 용액 분사 노즐(11)로 구성된다. 즉, 용액 무화부는 2개 이상의 용액 분사 노즐(11)이 강판 폭방향으로 수평되게 정렬되어 있는 노즐단이 1열 혹은 2열 이상이 수직 방향으로 구성될 수 있다.

코로나 대전전극의 상단 혹은 하단 혹은 상단 및 하단에 설치되어 용액을 분사하는 용액무화부(6)의 용액 분사 노즐은 대전전극과 강판 사이의 공간으로 용액을 분사하되, 대전전극과 접촉 혹은 관통하지 않는 각도로 용액을 분사하게 된다. 분사된 용액 액적이 대전전극과 접촉 혹은 관통하지 않도록 분사 방향을 조절함으로써 용액이 대전전극에 맺혀서 큰 물방울로 성장한 후에 강판 표면에 부착되는 드롭 마크 결함을 방지할 수 있다.

또한 강판과 대전전극 사이의 공간으로 분사된 수용액 액적은 이온풍에 의해 강판을 향하여 이동하게 되어 냉각 효과가 더욱 증가하게 된다.

용액분사장치에 있어서 분사 노즐(11)이 2열 이상일 경우에 각 노즐의 분사의 분사되는 각도가 강판 진행방향에 대하여 0도에서 45도 이내에 있으며, 각 노즐 열의 용액 분사 각도는 다를 수 있다.

본 발명의 용액 분사 노즐(11)에 있어서 공기의 분사압력은 1~5 kgf/cm²이며, 싸이펀의 원리에 의해 용액을 분사하되 액적 중 크기가 100 μm이하인 것이 99% 이상인 노즐이면 사용이 가능하다.

또한 본 발명의 냉각장치에 사용되는 용액 분사 노즐에 있어서 공기의 분사압력은 1~5 kgf/cm² 이고, 용액의 분사압력은 1~4 kgf/cm²의 범위를 갖으며 분사된 액적 중 크기가 100 μm이하인 것이 99% 이상인 가압식 분사노즐도 사용이 가능하다. 크기가 100 μm 이하인 것이 99 % 보다 적게 되면 큰 액적들에 의해 피팅 마크가 발생할 위험이 증가하게 된다. 용액분사에 필요한 용액 가압장치 및 용액 저장탱크는 특별한 제약없이 일반적인 가압식 용액 분사에 사용되는 것이면 충분하다.

본 발명자들의 실험에 의하면 고전압의 세기가 증가할수록 강판 표면으로 향한 이온풍의 세기가 증가하여 강판에 부착되는 액적의 부착효율은 증가하게 된다. 또한 이온풍에 의해 강판에 부착되는 수용액 액적의 양이 증가하여 냉각 효과가 커진다.

본 발명에서 이온풍을 발생시키기 위한 전압으로 대전전극에 -2~- 60 kV세기의 고전압을 인가하면 대전전극으로부터 강판을 향한 이온풍이 발생된다.

전압의 세기가 -2kV 미만일 때는 이온풍을 일으키기 위하여 강판과 대전전극를 매우 근접시켜야 하므로 냉각 장치 설계에 어려움이 있다.

피크 고전압이 -60 kV 이상이면 장치를 절연시키는데 비용이 증가되는 문제가 있다. 또한 직류전원만을 사용해도 통상의 조건에서 이온풍 발생에 문제가 없지만 경우에 따라서 전극표면의 돌기와 같은 요철부에 민감하게 반응하여 부분 방전되는 문제가 발생할 수 있어 이온풍의 발생이 불균일 해질 가능성이 있다.

이온풍을 발생시키기 위한 고전압으로 -1~-30 kV 의 직류 고전압에 -1~-30 kV를 펄스 형태의 고전압을 중첩하여 사용하면 보다 안정적인 이온풍을 발생 시킬 수 있다. 즉, 직류 전기에 펄스전기를 중첩하여 사용하면 전극 표면에 고르게 방전전류를 형성하여 이온풍의 유속이 안정되게 유지되는 효과가 있다.

또한 펄스 고전압 만을 사용할 때는 필요한 전류를 모두 공급하기에는 펄스고전압 발생장치가 커져야 하는 문제가 있다. 직류 고전압에 펄스 고전압을 중첩하여 사용함으로써 펄스 고전압 장치의 크기를 줄일 수가 있다.

펄스전원을 직류전원에 중첩하여 사용할 때의 효과를 도 6에 나타내었다. 이온풍 세기는 대전전극에서 방출된 이온의 양에 의해 결정되므로 인가 고전압 변화 시 강판과 대전전류 사이에 흐르는 전류량을 측정하면 이온풍의 세기를 간접적으로 측정이 가능하다. 직류 고전압을 사용하였을 때는 50 kV의 전압세기에서 방전 전류량은 4 mA 정도 였다. 직류 전압 16 kV에 주파수가 20 Hz인 고전압을 사용할 경우에는 peak 전압이 40 kV 에서 방전 전류량은 17 mA로 직류 전압만을 사용했을 경우보다 방전전류량은 4배 이상 증가하였고, 이로 부터 이온풍의 유속을 증가시키는데 직류전압에 펄스 고전압을 사용하는 것이 보다 효과적임을 알수가 있다.

펄스전원은 펄스 발생빈도(주파수), 인가시간(펄스폭)으로 특성 지어진다. 본 발명에서 제안하는 펄스 고전압의 특성은 발생 주기가 10~1000회/초이며, 펄스 전기의 폭이 10~100 ms이면 충분하다.

도7은 본 발명의 장치를 사용하여 강판을 냉각시킬때 고전압을 인가함에 따른 액적이 강판에 부착효율이 향상되는 효과를 측정하기 위하여 고전압이 변화될 때 강판 표면 1mm²의 면적당 부착된 액적의 개수를 측정한 예이다. 고전압의 세기가 -30 kV에서 -40 kV로 증가함에 따라 액적의 개수는 60에서 80개로 증가하였다. 펄스 폭 100 μs, 펄스 발생빈도 100 Hz이며 펄스 고전압의 피크 전압이 -15 kV 인 펄스 고전압을 직류 고전압 -30 kV에 중첩하여 인가하여 총 피크 전압이 -45 kV인 경우는 부착된 액적의 개수가 130개로서 직류 전원 -40 kV를 인가하였을 때보다 펄스전원을 중첩하여 사용한 경우 액적의 부착효과가 60 % 향상되었다.

이상으로부터 본 발명에서 제안하는 직류 전기에 펄스전기를 중첩시킨 전기를 사용하므로써 이온풍의 유속을 증가시킴과 동시에 대전전극과 강판 사이의 공간으로 분사된 수용액 액적들이 강판에 부착되는 부착효율을 증가시켜 냉각챔버의 냉각능력이 증가되는 효과가 있다.

상기 냉각장치에 의해 선상형의 빗살 무늬 결함을 감소시키기 위해서는 강판이 냉각장치를 강판이 통과하는 동안에 응고가 시작되어 끝나게 하는 것이 좋다. 즉, 통상 알루미늄이 0.2~0.3 중량 % 포함된 용융 아연의 경우는 약 419~418 ^oC에서 응고가 이루어지므로, 냉각 챔버를 통과할 때 상기의 온도 범위가 되게 하는 것이 좋다. 즉, 강판이 냉각챔버 내로 들어올 때 온도가 418 ℃이하 이거나, 냉각 챔버를 빠져나올때 419℃이상이 되면 본 발명의 효과가 감소하게 된다.

도금포트에서 빠져나온 강판이 상부로 진행될 때 용융 상태의 도금층이 응고되는 높이는 도금욕에 침적되는 강판 온도, 도금포트 온도, 강판 두께, 도금부착량 및 공장 내 공기 온도 등에 따라 변화되며, 강판 두께가 두꺼울수록, 도금량이 많을수록, 도금포트 온도가 높을수록 응고지점은 도금 포트로 부터 높아지게 된다. 따라서 냉각챔버의 상부 하부에 여유 공간이 있게하고, 동력 발생 모터로 냉각 챔버를 용융도금층이 응고되는 높이로 이동 시키면 보다 효과적이다.

도금강판을 생산 중에 응고지점을 작업자의 경험으로 찾는 것은 매우 번거롭고, 도금층의 품질 차이가 발생할 위험이 크므로, 용융도금공정에서는 비접촉식 광온도계를 설치하여 강판의 온도를 측정하여 냉각챔버를 상하로 이동시킨다.

강판 온도를 광온도계로 정확하게 측정하기 위해서는 측정대상 물체의 정확한 방사율을 아는 것이 중요하나, 불명확한 점이 많다. 예를 들면, 일반적으로 용융아연도금층의방사율 값은 0.23, 경면 연마된 아연의 방사율은 0.05로 알려져 있으나, 도금공정에서 실제 방사율을 측정해보면 0.09~0.12 사이의 값으로 측정되기도 한다. 이는 방사율이 도금층의 상태에 따라 변화되기 때문이며 광온도계로 강판 온도를 측정할때 측정오차는 불가피하게 발생한다.

도 8은 강판의 온도를 측정한 첫번째 예시이다. 도 8은 두께가 1 mm 인 강판을 알루미늄이 0.22% 포함된 용융아연욕조에 침적한 후에 아연도금부착량이 양면합계가 140 g/m2 되도록 조정한 후에 시간 경과에 따라 강판온도를 측정한 결과이다. 도8의 (1)는 열전대로 측정한 예이며, 도8의 (2)는 방사율이 0.093으로 설정된 광온도계로 측정한 결과이다.

강판에 피복된 열전대로 측정한 강판의 온도는 측정원리상 실제 강판 온도이다. 광온도계로 온도를 측정할 때 강판온도가 419 ℃이상에서는 열전대로 측정한 실제 강판온도 유사하게 변화되지만, 도금층의 응고가 시작되는 온도인 419 ℃이하에서는 광온도계의 온도 측정값은 급격하게 낮아져서 열전대로 측정한 실제 온도값과 큰 차이가 있다.

도 9는 강판의 온도를 측정한 또 다른 예이다. 도 9는 두께가 1.2 mm 인 강판을 알루미늄이 0.22% 포함되며, 온도가 440 ℃ 인 용융아연욕조에 침적한 후에 아연 도금부착량이 양면합계가 140 g/m² 되도록 조정한 후에 시간 경과에 따라 강판온도를 측정한 예이다. 도9의 (1)는 열전대로 측정한 예이며, 도9의 (2)는 방사율이 0.12으로 설정된 광온도계로 측정한 결과이다.

열전대로 측정한 도9의 (1) 로 부터 도금 부착량을 조절한 후 실제 강판온도는 약 435℃이며, 응고는 419 ℃도에서 일어나며, 응고가 끝나면 강판의 온도는 하락한다. 그러나 광온도계에서는 도금부착량을 조절한 후의 강판온도는 330 ℃도이며, 응고가 종료된 후에는 약 380 ℃로 증가하였다.

도 8 및 도 9에서 광온도계로 측정한 온도값과 열전대로 측정한 실제 온도 값과의 차이가 나는 이유는 아연도금층의 방사율이 용융상태에서와 고체상태일 때 변화되기 때문이다. 따라서 광온도계로 측정한 온도값을 기준으로 냉각챔버를 상하 구동하는 것은 제품의 품질이 불균일해질 가능성이 매우 높다.

본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해 냉각 챔버를 상하로 구동시키는 새로운 방법을 제안한다.

본 발명에서는 광온도계의 기능은 정확한 강판온도를 측정하는데 있는 것이 아니라, 도금층의 응고반응이 일어나는 정확한 응고지점을 찾는데 그 목적이 있다.

즉, 아연도금층의 응고에 전후의 방사율 차이에 의해 광온도계에서 측정된 온도값의 오차가 크게 나타나게 되며, 이 지점이 도금층이 응고되는 지점이 된다.

본 발명에서는 도 3에 예시한 바와 같이 냉각 챔버의 상 및 하부에 광온도계(10)가 각각 1개 혹은 2개 이상 설치되며, 광온도계들은 0.04 이상 0.30 사이 범위에서 동일한 방사율 값으로 설정된다.

본 발명에서는 냉각 챔버 내에서 도금층의 응고가 시작되어 응고가 종료될 수 있는 냉각 능력을 가지고 있으므로, 냉각 챔버로 진입할 때의 강판의 방사율과 냉각 챔버를 빠져 나올 때의 강판의 방사율은 차이가 발생하게 된다. 이러한 방사율의 변화에 의해 실제 강판 온도는 크게 차이가 나지 않아도 상부와 하부의 광온도계에서 측정된 온도값이 크게 나게 된다. 따라서 상부 및 하부에 위치한 광온도계에서 측정된 온도차이가 큰 지점을 찾으면, 그 위치가 응고가 일어나는 지점이 된다.

상기의 현상을 이용하여 도1의 구동모터 제어부(12)를 구성하면 작업자의 개입 없이 자동으로 냉각 챔버를 상하 구동시킬 수 있다.

보다 상세히 구동 모터제어부(12)의 제어 원리를 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 상부에 설치된 광온도계에서 측정된 온도 값, T_pt과 하부에 설치된 파이로 메터에서 측정된 온도 값, T_pb 이 최소 20도 이상 차이가 나는 구간에 냉각 챔버가 위치하도록 상하 구동장치를 작동시키는 제어부(12)와 냉각챔버 상하 구동장치(10)로 구성된 것이 특징인 냉각 장치를 포함한다.

상부 광온도계에서 측정된 온도값을 Tpt 및 하부 광온도계에서 측정 된 온도값을 Tpb로 했을 때 Tpt-Tpb가 20도 이상 차이가 나면 도금층의 응고는 냉각챔버내에서 시작되고 끝나는 것을 의미한다.

본 발명에서 제안하는 냉각챔버의 상하 구동제어 방법을 광온도계의 방사율을 0.12를 설정한 경우를 도 10를 이용하여 설명하면 다음과 같다.

연속용융도금 라인에서 도금 포트 (1)를 나온 강판은 상부로 진행하게 되며 냉각되어 온도가 감소된다. 그러나 광온도계의 방사율을 0.12로 설정할 때는 오히려 온도가 증가하는 것으로 측정될 수 있다. 즉 도금층이 용융상태에서는 340 ℃ 보다 낮게 측정되며, 응고가 종료된 경우는 380 ℃ 이상으로 측정된다. 따라서 도10으로부터 용융상태를 나타내는 기준 온도값 Tl 은 340 ℃, 응고상태를 나타내는 기준 온도값 Ts는 380 ℃로 설정할 수 있다.

도10의 (3-1)은 냉각 챔버 위치가 낮아서 도금층이 용융된 상태로 냉각챔버를 통과하는 경우를 나타낸다. 이때 Tpt-Tpb 값은 20 ℃ 이하이며, Tpb1 및 Tpt1값은 340도 보다 낮게 측정된다. 이때는 냉각챔버를 상부로 이동시켜야 한다.

도 10의 (3-3)은 본 발명에서 제안하는 높이보다 높은 곳에 위치한 냉각 챔버를 나타낸다. 즉, 이 경우는 냉각챔버를 통과하기 전에 이미 도금층이 응고된 경우를 나타낸다. 이때 Tpt3-Tpb3 값은 10 ℃ 보다 작으며, Tpb1및 Tpt1값 은 380 ℃ 보다 높게 측정된다. 이때는 냉각챔버를 하부로 이동시켜야 한다.

도 10 (3-2)은 본 발명에서 제안하는 높이에 위치한 냉각 챔버를 나타낸다. 즉, 이 경우는 강판이 냉각챔버를 통과하는 동안에 도금층의 응고가 이루어진 경우를 나타낸다. 이때 Tpt2-Tpb2 값은 약 40 ℃ 정도로 나타내며, Tpb2 < Tl 이며 Tpt2 > Ts 의 조건을 만족하게 된다. 이때는 냉각챔버를 상하로 이동시킬 필요가 없다.

도 11에 기재된 내용을 참고로하여 제어로직을 구성하면 다음과 같다. .

도 12는 광온도계로 강판의 온도를 측정할때 응고후의 온도가 용융상태일때 보다 온도가 높게 나타났을 경우에 냉각챔버를 상부 혹은 하부로 이동시키기 위한 제어로직 예이다.

즉, Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpb 및 Tpt가 Ts보다 크면 냉각챔버를 하부로 이동시킨다.
하부로 이동시켜서 Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpb 가 Ts보다 작거나 , Tpt가 Ts보다 크면 냉각챔버를 하부로 더 이동시킨다.

Tpt-Tpb 가 20 도 보다 커지고, Tpb 가 Tl보다 작고, Tpt가 Ts와 Tl의 사이에 있게되면 냉각 챔버가 너무 많이 하부로 이동한 것을 의미하며 이 경우 냉각챔버를 상부로 이동시킨다.

Tpt-Tpb 가 20 도 보다 커지고, Tpb 가 Tl보다 작고, Tpt가 Ts보다 커지게 되면 응고가 냉각챔버 내에서 이루어지는 것을 의미하며 이경우는 냉각챔버위치를 고정하여 강판을 냉각시킨다.

또한 냉각 챔버의 위치를 고정하고, 냉각 챔버와 에어 나이프 사이에 위치한 도 3의 버텀 쿨러 (3)의 풍량을 조절하여 도금층의 응고를 냉각챔버내에서 일어나게 할 수 있다.

도 13는 광온도계로 강판의 온도를 측정할 때 응고후의 온도가 용융상태일 때 보다 온도가 높게 나타났을 경우에 버텀쿨러의 풍량을 조절하기 위한 제어로직 예이다.

버텀쿨러의 풍량을 조절하여 제어로직을 나타낸다.
Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpb 및 Tpt가 Ts보다 크면 버텀쿨러 풍량을 감소시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpb 가 Ts보다 작거나, Tpt가 Ts보다 크면 버텀쿨러 풍량을 감소시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 보다 커지고, Tpb 가 Tl보다 작고 , Tpt가 Ts와 Tl의 사이 에 있게 되면 버텀 쿨러의 풍량을 증가시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 보다 커지고, Tpb 가 Tl보다 작고, Tpt가 Ts보다 커지면 응고가 냉각챔버 내에서 이루어지는 것을 의미하며 이 경우는 버텀쿨러의 풍량을 유지한다.

또한 광온도계의 방사율을 0.093으로 설정하여 도 8과 같이 Tl>Ts의 온도측정결과가 얻어질 경우에 제어로직을 구성하면 다음과 같다. .

도 14는 광온도계로 강판의 온도를 측정할때 응고후의 온도 Ts가 용융상태일때 보다 온도 Tl가 낮게 나타났을 경우에 냉각챔버를 상부 혹은 하부로 이동시키기 위한 제어로직 예이다.

즉, T_pt-T_pb가 20 도 이하이고, T_pb 및 T_pt가 Tl보다 크면 냉각챔버를 하부로 이동시킨다. 하부로 이동시켜서 T_pb-T_pb가 20 도 이하이고, T_pb 가 Tl보다 낮으나, T_pt가 Tl보다 크면 냉각챔버를 하부로 더 이동시킨다. T_pb-T_pb가 20 도 보다 커지고, T_pb 가 Ts보다 작고, T_pt가 Ts와 Tl의 사이에 있게되면 냉각 챔버가 너무 많이 하부로 이동한 것을 의미하며 이경우 냉각챔버를 상부로 이동시킨다. T_pb-T_pb가 20 도 보다 커지고, T_pb 가 Ts보다 작고, T_pt가 Tl보다 커지게 되면 응고가 냉각챔버 내에서 이루어지는 것을 의미하며 이경우는 냉각챔버위치를 고정하여 강판을 냉각시킨다.

또한 냉각 챔버의 위치를 고정하고, 냉각 챔버와 에어 나이프 사이에 위치한 도 3의 버텀 쿨러 (3)의 풍량을 조절하여 도금층의 응고를 냉각챔버내에서 일어나게 할 수 있다.

도 15는 광온도계로 강판의 온도를 측정할때 응고후의 온도 Ts가 용융상태일때 보다 온도 Tl가 낮게 나타났을 경우에 버텀쿨러의 풍량을 조절하기 위한 제어로직 예이다.

즉, Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpb 및 Tpt 가 Tl보다 크면 버텀쿨러의 풍량을 증가시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 이하이고, Tpt가 Tl보다 낮으나,Tpb 가 Tl보다 크면 버텀쿨러의 풍량을 더욱 증가시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 보다 커지고, Tpt 가 Ts보다 작고, Tpb가 Ts와 Tl의 사이에 있게 되면 버텀쿨러의 풍량을 지나치게 증가시킨 것으로 이 경우 버텀쿨러의 풍량을 감소시킨다. Tpt-Tpb가 20 도 보다 커지고, Tpt 가 Ts보다 작고, Tpb가 Tl보다 커지게 되면 응고가 냉각챔버 내에서 이루어지는 것을 의미하며 이 경우는 버텀쿨러의 풍량을 유지한다.

도 12도, 도 13, 도 14 및 도 15에 기재된 " Tpt-Tpb의 기준값" , Tl 및 Ts의 기준 온도는 방사율 설정값 혹은 파이로메타의 특성에 따라 변화될 수 있지만 제어로직의 구성원리는 동일하다.

또한 방사율이 0.04이상 0.3 이하의 범위내에서 임의의 값으로 설정
될 경우 " Tpt-Tpb의 기준값" 은 20 정도로 설정될 수 있다.

또한 Tl 및 Ts값은 도금층의 상태를 육안으로 확인하면서, 응고전후
에 광온도계에서 측정되는 온도값을 기준으로 설정하면 된다. " Tpt-Tpb 의 기준값" 및 Tl 및 Ts값은 한번 설정되면 광온도계가 고장나기 전에는 변경할 필요가 없다.

1: 도금포트, 2: 가스와이핑 장치, 3: 버텀쿨러 4: 냉각챔버, 5: 이온풍 발생장치, 6: 용액 무화부, 7: 공기 취입장치, 8: 파이로메타, 9: 용액 공급장치, 10: 냉각챔버 상하 구동장치, 11: 용액 분사 노즐, 12: 제어부, 13: 강판, 14: 지지대 15: 와이어, 16: 고전압 발생장치, 17: 대전전극 바늘, 18: 슬릿 타입 노즐
Tpt: 냉각챔버 상부에 설치된 광온도계에서 측정된 온도
Tpb: 냉각 챔버 하부에 설치된 광온도계에서 측정된 온도
Tl: 제어부에 입력된 용융 상태 도금층의 기준온도
Ts: 제어에 입력된 고체 상태 도금층의 기준온도

Claims (18)

1. 도금포트(1), 가스와이핑장치(2), 버텀쿨러(3), 냉각챔버(4), 제어부(12)로 구성되는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서,
   상기 냉각챔버(4)는,
   상기 냉각챔버(4)의 상,하단부에 각각 설치되는 방사율 값이 0.04~0.30의 범위 내에서 동일한 방사율 값을 가지는 광온도계와(8),
   상기 냉각챔버(4)를 상하로 구동하도록 된 냉각챔버구동장치(10)와,
   상기 냉각챔버(4) 내에서 강판의 폭 방향으로 평행하게 설치된 다수의 와이어(15)가 지지대(14)와 연결되어 있는 고전압대전전극으로 이루어져 이온풍을 발생시키는 이온풍발생장치(5)와,
   상기 이온풍발생장치(5)의 후방에 설치되어 이온풍발생장치에 공기를 취입하는 공기취입장치(7)와,
   강판의 폭 방향으로 용액을 분사하는 용액무화부(6)를 구비하며,
   상기 제어부(12)는,
   상기 냉각챔버구동장치(10)의 상하구동 및 상기 버텀쿨러(3)의 풍량을 제어하기 위한 제어로직을 구비하는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조장치
   
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 와이어(15)는 끝단이 강판의 폭 방향을 향하도록 다수의 바늘(17)이 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조장치
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 용액무화부(6)는 상기 이온풍발생장치(5)의 상단 또는 하단에 설치되며, 강판 진행방향으로 2열 이상 설치되는 용액분사노즐(11)과, 용액공급장치(9)로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조장치
   
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 공기취입장치(7)는 상기 이온풍발생장치(5)의 후방에 설치되며, 상기 냉각챔버(4) 외부의 공기를 내부로 공급하기 위한 공기토출구를 구비하고, 상기 공기토출구과 강판 사이의 거리는 강판과 대전전극 사이의 2배보다 큰 값을 갖는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조장치
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 버텀쿨러(3)는 슬리트노즐(18)을 구비하되, 상기 슬리트노즐(18)은 강판의 넓은 면을 향해 1열 혹은 2열 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 제조장치
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(12)는 상기 광온도계(8)에서 측정된 온도와 제어부에 입력된 도금층의 온도를 비교하여 상기 냉각챔버의 상하구동 및 상기 버텀쿨러의 송풍량을 제어하는 것에 특징이 있는 용융아연도금강판의 제조장치
    
    
    
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