KR102175565B1 - 용융도금강판의 산화방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 강판 폭의 변화에 효율적으로 대응할 수 있음과 동시에 실링박스 내부의 산소농도를 낮게 관리할 수 있는 용융도금강판의 산화방지장치에 관한 것으로, 이는 도금조를 통과한 강판을 둘러싸고, 불활성 가스로 불활성 분위기를 형성하며, 강판의 통판을 위한 출입구가 형성된 실링박스; 상기 실링박스의 출입구에 인접하게 설치되어 상기 강판의 폭에 따라 상기 출입구의 개방면적을 조절하는 가변차폐부; 및 상기 가변차폐부에 설치되어 상기 출입구를 적어도 부분적으로 실링하는 가변실링부를 포함한다.

Description

용융도금강판의 산화방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING OXIDIZATION OF HOT DIP PLATED STEEL SHEET}

본 발명은, 예를 들어 연속용융아연 도금공정에서 고내식 도금강판을 제조할 때 발생하는 용융도금강판의 산화성 표면결함을 방지할 수 있는 용융도금강판의 산화방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 용융도금강판은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 납(Pb) 등이 단독 혹은 2종 이상 혼합되거나, 여기에 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등이 적정 농도로 첨가되어 있는 용융상태의 도금욕에서 강판을 통과시키는 방법으로 제조한 도금강판을 말한다.

용융도금강판을 제조할 경우는 강판의 표면에 부착된 용융금속이 응고되는 시점에 대기 중의 산소와 반응하게 됨으로써 도금층 표면에 산화피막이 생성하게 된다. 이 산화피막은 용융금속의 응고속도 및 응고특성을 불균일하게 하여 도금층에 갖가지 결함들을 유발하게 되는데, 특히 흐름무늬나 수염무늬, 레인마크 등과 같은 표면결함을 발생시켜 제품의 균일성, 평활성 및 광택도를 저하시킨다.

특히, 마그네슘, 티타늄, 알루미늄과 같이 강산화성 물질이 첨가된 아연계 도금욕에서는 산화피막의 생성 정도가 심해진다. 이에 따라, 강판의 내식성 및 미관의 향상을 위하여 표면을 도장하는 경우에, 미려하고 선영성이 우수한 도장면을 확보하기 어렵게 되었다.

이러한 단점을 해결하기 위해, 도금욕에서 인양된 강판의 도금부착량을 제어할 때에 대기중에 노출된 상태에서 기존의 공기를 사용한 에어와이핑 대신 질소가스를 사용한 와이핑을 실시하는 방법을 통해서, 아연의 산화반응을 감소시켜 보다 표면품질이 향상된 용융도금강판을 제조하는 기술이 실용화되고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제1419585호에서는, 도금욕 상에 실링박스(Sealing Box)를 설치하고 실링박스 내부의 와이핑 노즐을 통해 질소를 투입함으로써 실링박스 내 분위기를 비산화성 분위기로 유지하여 도금층 표면에 산화피막이 형성되지 않게 하고 있다.

하지만, 종래의 실링박스는 통판이 가능하도록 강판의 이송통로를 구비하고 있으나, 강판 폭의 변화에 효율적으로 대응할 수 없는 문제점을 가지고 있다.

이에 본 발명은, 강판 폭의 변화에 효율적으로 대응할 수 있음과 동시에 실링박스 내부의 산소농도를 낮게 관리할 수 있는 용융도금강판의 산화방지장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치는, 도금조를 통과한 강판을 둘러싸고, 불활성 가스로 불활성 분위기를 형성하며, 강판의 통판을 위한 출입구가 형성된 실링박스; 상기 실링박스의 출입구에 인접하게 설치되어 상기 강판의 폭에 따라 상기 출입구의 개방면적을 조절하는 가변차폐부; 및 상기 가변차폐부에 설치되어 상기 출입구를 적어도 부분적으로 실링하는 가변실링부를 포함하고, 상기 가변차폐부는, 상기 실링박스의 출입구를 차폐하도록 이동 가능하게 설치된 차폐판; 상기 차폐판에 연결된 이송부; 및 상기 이송부에 연결되어 이송부를 구동하는 구동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 강판 폭의 변화에 효율적으로 대응할 수 있음과 동시에 실링박스 내부의 산소농도를 낮게 관리할 수 있어, 용융도금강판의 산화성 표면결함을 방지할 수 있고, 이로써 용융도금강판의 표면품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치가 적용되는 용융도금장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치를 도시한 평면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치의 작동상태를 도시한 도면들이다.

이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 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 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치가 적용되는 용융도금장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

용융도금장치는, 용융금속(2)이 수용된 도금조(1); 이 도금조에서 상측으로 인출되는 강판(S)에 와이핑 가스(4)를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프(3); 이 가스나이프로부터 이격되고서 강판이 이송되는 상측 영역을 둘러싸도록 구비된 프레임(5); 및 가스나이프와 프레임을 포위하고서 도금조의 탕면을 주변 대기와 격리시키는 실링박스(10)를 포함하고 있다.

예를 들어 연속용융아연 도금공정에서 강판(S)은, 열처리로(미도시)에서 소둔처리된 후 스나우트(Snout, 6)를 통해 용융금속(2)이 채워진 도금조(1)로 진입하게 되며, 도금조 안에 있는 싱크 롤(Sink Roll, 7)을 통해 방향이 전환되어 상부로 진행하게 된다.

싱크 롤(7)의 상부에는 스테빌라이저 롤(Stabilizer Roll, 8) 및 콜렉터 롤(Corrector Roll, 9)이 있고, 이들 롤은 강판(S)의 전면과 이면을 밀어주면서 장력(Tension)에 의한 강판의 반곡 및 진동을 억제하는 역할을 하게 된다.

도금조(1)에 침적된 후 도금조를 빠져나올 때 강판(S)의 표면에는 용융금속(2)이 부착되고, 용융금속의 도금두께는 도금조의 상부에 설치된 가스나이프(3)에 의해 분사되는 와이핑 가스(4)로 조절될 수 있다.

가스나이프(3)는 한 쌍으로 구비되어, 강판(S)의 일측면과 타측면의 도금부착량을 조절할 수 있다.

이러한 가스나이프(3)는 가스공급관(미도시)에 의해 프레임(5)과 연결될 수 있는데, 이 프레임은 강판(S)이 이송되는 가스나이프의 상측 영역을 둘러싸게 된다.

와이핑 가스(4)는 프레임(5)과 가스공급관을 통해 가스나이프(3)로 공급될 수 있다. 이러한 와이핑 가스로는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스가 사용될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치를 도시한 평면도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치의 작동상태를 도시한 도면들이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치는, 도금조(1)를 통과한 강판(S)을 둘러싸고, 불활성 가스로 불활성 분위기를 형성하며, 강판의 통판을 위한 출입구(11)가 형성된 실링박스(10); 이 실링박스의 출입구에 인접하게 설치되어 강판의 폭에 따라 출입구의 개방면적을 조절하는 가변차폐부(20); 및 이 가변차폐부에 설치되어 출입구를 적어도 부분적으로 실링하는 가변실링부(30)를 포함하고 있다.

실링박스(10)는 전술한 바와 같이, 가스나이프(3)와 프레임(5)을 포위하고서 도금조(1)의 탕면을 주변 대기와 격리시킬 수 있다. 이러한 실링박스는 강판(S)이 수직하게 통판할 수 있도록 최소한의 면적으로 형성된 출입구(11)만 남기고, 다른 모든 공간은 차폐된다. 또한, 실링박스와 도금조의 탕면 사이는 실링부재(미도시)에 의해 밀폐된다.

실링박스(10)로 인하여 형성된 밀폐공간에는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 주입함으로써, 잔존 산소농도를 낮추어 불활성 분위기, 즉 무산화 분위기를 형성할 수 있다. 또한, 실링박스 내 밀폐공간의 무산화 분위기를 유지하기 위하여, 가스나이프(3)는 와이핑 가스(4)로서 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 지속적으로 분사한다.

실링박스(10)의 출입구(11)는, 강판(S)이 수직하게 통판할 때 강판의 도금층에 흠집이 생기지 않도록 하기 위해 강판과 닿지 않게 강판의 단면적보다는 큰 개구면적을 갖도록 형성된다.

이러한 출입구(11)는 강판 폭의 변화에 대응하기 위하여 실링박스(10)의 전폭(강판의 폭방향과 평행한 방향의 전체 길이)에 걸쳐 연장하도록 형성될 수 있으며, 이러한 경우에 여유공간이 확보될 수 있으므로 모든 강판 폭에 대해 대응이 가능하게 된다.

후술하는 가변차폐부(20)의 차폐판(21)도 마찬가지로 강판(S)과 닿지 않게 이동되도록 조정된다.

가변차폐부(20)는 강판(S)의 폭방향 양쪽 선단의 바깥쪽에 각각 위치하도록 구비된다. 이러한 가변차폐부는, 실링박스(10)의 출입구(11)를 차폐하도록 이동 가능하게 설치된 차폐판(21); 이 차폐판에 연결된 이송부(22); 및 이 이송부에 연결되어 이송부를 구동하는 구동부(23)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치에서, 차폐판(21)은 접었다 펼칠 수 있는 자바라 형태로 형성될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않고 평판으로 형성되어도 된다. 다만, 자바라 형태의 차폐판은 설비의 설치공간을 절감할 수 있는 장점이 있어 바람직하다.

이러한 차폐판(21)의 크기는 실제로 제조되는 강판(S)의 크기를 고려할 때, 최대 길이(강판의 폭방향과 평행한 방향의 길이)는 대략 1000mm가 바람직하다. 또한, 강판과 가스나이프(3) 사이의 간격 또는 실링박스(10)의 출입구(11)의 폭(강판의 두께방향과 평행한 방향의 길이)을 고려할 때, 차폐판의 최소 폭(강판의 두께방향과 평행한 방향의 길이)은 대략 300mm가 바람직하다.

이송부(22)는 선택적으로 리니어 모션 가이드로 구현될 수 있다. 이러한 이송부는, 실링박스(10)의 출입구(11)에 인접하면서 실링박스의 폭방향(강판의 폭방향과 평행한 방향)으로 연장하여 설치되고, 일측에 연결된 구동부(23)의 구동력을 통해 정역방향으로 회전하는 볼트축(24); 및 차폐판(21)에 연결되고, 볼트축과 나사결합하여 볼트축을 따라 왕복이동하는 너트부(26)가 구비된 이동블록(25)을 포함할 수 있다.

구동부(23)는 정역회전이 가능한 구동모터일 수 있다. 이로써, 구동부의 회전 구동에 의해 볼트축(24)이 회전되면 볼트축에 나사결합한 너트부(26)의 작용에 의해 이동블록(25)과 차폐판(21)이 직선 왕복이동하게 된다.

이동블록(25)은 적어도 차폐판(21)의 일측 선단에 고정되게 연결될 수 있다. 너트부(26)는 관통공의 형태로 이동블록과 일체로 형성되거나, 별도로 만들어진 후 이동블록에 견고하게 부착될 수 있다.

차폐판(21)은 볼트축(24)의 위 또는 아래에 위치할 수 있다. 선택적으로, 차폐판이 자바라 형태인 경우에, 도면들에 도시된 바와 같이 차폐판에는 볼트축이 관통할 수 있도록 형성된 삽입공(27)이 형성될 수 있다. 이러한 삽입공은 볼트축의 직경보다 여유있게 큰 구경을 갖거나 타원형으로 형성될 수 있다.

추가로, 가변차폐부(20)는 볼트축(24)과 평행하게 연장하여 설치된 적어도 하나의 가이드레일(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 이동블록(25)에는 안내홀(미도시)이 형성되고, 이 안내홀은 가이드레일에 끼워져, 이동블록 및 차폐판(21)이 원활히 이동될 수 있게 된다.

한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 차폐판(21)과 연결된 2개의 이송부(22)가 실링박스(10)의 출입구(11)의 양측에 하나씩 배치될 때, 이송부(22)와 구동부(23) 사이에는 동력전달부(40)가 개재될 수 있다.

이러한 동력전달부(40)는, 구동부(23)로서 구동모터가 채용된 경우에, 측부기어박스(41), 연결축(42), 및 중앙기어박스(43)를 포함할 수 있다.

측부기어박스(41)는 2개가 배치되며, 구동부(23)와 함께 실링박스(10)의 외부에 있는 별도의 지지부(12) 상에 설치될 수 있다. 이 측부기어박스는 이송부(22), 보다 구체적으로는 볼트축(24)에 연결된다.

또한, 중앙기어박스(43)는 구동부(23)의 회전축에 연결된다.

2개의 연결축(42)은 각각 일단이 측부기어박스(41)에 연결되고, 타단이 중앙기어박스(43)에 연결될 수 있다. 이와 같은 연결축은 예를 들어 양단부에 베벨기어, 웜기어 등과 같은 제1기어가 형성되고, 이에 따라 각 이송부(22)의 볼트축(24)의 단부와, 구동부(23)의 회전축의 단부에는 각각 베벨기어, 웜휠 등과 같은 제2기어가 형성될 수 있다.

따라서, 하나의 구동부(23), 즉 구동모터에 의해 실링박스(10)의 출입구(11)의 양측에 각각 배치된 2개의 이송부(22)를 동시에 연동시켜 작동시킬 수 있다.

여기서, 이송부(22)와 구동부(23) 및 동력전달부(40)의 구성, 연결관계 및 작동관계 등은 전술된 예에 한정되지 않는다.

예를 들어, 차폐판(21) 또는 이 차폐판에 연결된 이동블록(25)이 왕복이동 가능하도록 구동력을 제공하는 이송부(22)와 구동부(23)로는, 작동로드를 갖춘 유체압 실린더 등과 같은 임의의 액츄에이터가 적용되어도 무방하다.

또한, 동력전달부 없이 복수의 구동부(23)가 복수의 이송부(22)에 각각 연결되는 구성이어도 된다.

또, 동력전달부 없이 단일한 구동부(23)가 차폐판(21)의 측방 일측에 구비된 이송부(22)에 연결되면, 차폐판의 측방 타측에는 가이드레일이 배치되어 이동블록(25)을 안내할 수도 있다.

가변실링부(30)는, 차폐판(21)의 단부 또는 이동블록(25)에 고정되고, 차폐판의 폭방향과 평행하게 연장하며, 일측으로 가스 분사를 위한 슬릿(32)이 형성된 노즐(31)을 구비할 수 있다.

이러한 노즐(31)의 타측은 강판(S)의 도금층 산화를 방지하기 위해 질소나 아르곤 등과 같은 고압의 불활성 가스를 공급하는 공급배관(33)과 연결될 수 있다. 강판 폭에 맞추어 차폐판(21)의 위치 또는 그 연장 길이가 가변되므로, 이에 대응할 수 있도록 공급배관도 주름관, 혹은 섬유, 고무, 수지 등과 같은 재질의 플렉시블 튜브(Flexible Tube)를 사용하는 것이 좋다.

이로써, 노즐(31)과 공급배관(33)은, 차폐판(21) 또는 이동블록(25)이 강판 폭의 변화에 대응하여 이동할 때 함께 이동하여 그 위치가 가변될 수 있다.

노즐(31)로부터 분사된 슬릿 제트는 강판(S)의 폭방향으로 분사되면서, 적어도 차폐판(21)과 강판의 폭방향 선단 사이에 공기역학적 실링 격막을 형성한다.

전술한 바와 같이, 가변차폐부(20)의 차폐판(21)은 강판(S)의 폭방향 선단과의 간섭을 피하기 위하여 강판의 폭방향 선단에 닿지 않게 소정의 간격을 두도록 그 위치가 조정될 필요가 있다. 하지만, 강판 및 강판의 선단에 있는 도금층 표면에 산화피막이 형성되는 것을 방지하기 위해서는 이 틈새에 대한 실링도 요구된다.

이에 따라, 노즐(31)로부터 분사된 슬릿 제트에 의한 실링 격막은 차폐 영역에 무산화 분위기를 조성하여 외부 유동이 차폐 영역으로 침투하거나, 혹은 반대로 차폐 영역의 내부 유동이 그 밖으로 유출되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화방지장치의 작동에 대해 간략히 설명한다.

도금조(1)를 통과하여 용융금속(2)이 부착된 강판(S)은 가스나이프(3)를 통해 분출되는 와이핑 가스(4)에 의해 와이핑되어 도금부착량이 조절된다. 분출된 와이핑 가스는 실링박스(10) 내에서 불활성 분위기를 형성하므로 도금층의 표면에 산화피막이 형성되지 않게 한다.

통과하는 강판(S)의 폭에 따라, 구동부(23)를 작동시켜 차폐판(21)을 이동시키는데, 강판의 양측 선단이 차폐판에 접촉되지 않는 한도 내에서 실링박스(10)의 출입구(11)를 최대한으로 차단하도록 차폐판(21)의 위치를 조정한다.

이에 따라, 실링박스(10)의 출입구(11)가 갖는 개구면적을 조절할 수 있다.

특히, 차폐판(21)이 접었다 펼칠 수 있는 자바라 형태인 경우에, 강판(S)의 폭이 좁으면 차폐판은 구동부(23)와 이송부(22)의 구동에 의해 강판의 선단 쪽으로 진행하는 반면, 강판의 폭이 넓으면 차폐판은 반대방향으로 진행하면서 강판의 선단에 맞춰 소정의 간격을 두도록 그 위치가 조정된다.

더불어, 가변실링부(30)의 노즐(31)로부터 분사된 슬릿 제트는 강판(S)의 폭방향으로 분사되면서, 적어도 차폐판(21)과 강판의 폭방향 선단 사이에 공기역학적 실링 격막을 형성하여, 외부 유동이 차폐 영역으로 침투하거나, 반대로 차폐 영역의 내부 유동이 그 밖으로 유출되는 것을 방지한다.

따라서, 본 발명의 산화방지장치에 의하면, 강판 폭의 변화에 효율적으로 대응할 수 있음과 동시에 실링박스 내부의 산소농도를 낮게 관리할 수 있어, 용융도금강판의 산화성 표면결함을 방지할 수 있고, 이로써 용융도금강판의 표면품질을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 실링박스 11: 출입구
20: 가변차폐부 21: 차폐판
22: 이송부 23: 구동부
30: 가변실링부 31: 노즐
32: 공급배관 40: 동력전달부

Claims (11)

1. 도금조를 통과한 강판을 둘러싸고, 불활성 가스로 불활성 분위기를 형성하며, 강판의 통판을 위한 출입구가 형성된 실링박스;
   상기 실링박스의 출입구에 인접하게 설치되어 상기 강판의 폭에 따라 상기 출입구의 개방면적을 조절하는 가변차폐부; 및
   상기 가변차폐부에 설치되어 상기 출입구를 적어도 부분적으로 실링하는 가변실링부
   를 포함하고,
   상기 가변차폐부는,
   상기 실링박스의 출입구를 차폐하도록 이동 가능하게 설치된 차폐판;
   상기 차폐판에 연결된 이송부; 및
   상기 이송부에 연결되어 이송부를 구동하는 구동부
   를 포함하는 산화방지장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 출입구는 상기 실링박스의 전폭에 걸쳐 연장하도록 형성된 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 차폐판은 접었다 펼칠 수 있는 자바라 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 이송부는,
   상기 실링박스의 출입구에 인접하면서 상기 실링박스의 폭방향으로 연장하여 설치되고, 일측에 연결된 상기 구동부의 구동력을 통해 회전하는 볼트축; 및
   상기 차폐판에 연결되고, 상기 볼트축과 나사결합하여 상기 볼트축을 따라 왕복이동하는 너트부가 구비된 이동블록
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 가변차폐부는, 상기 볼트축과 평행하게 연장하여 설치된 적어도 하나의 가이드레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 차폐판과 연결된 2개의 이송부가 상기 실링박스의 출입구에 인접하게 배치될 때, 상기 이송부와 상기 구동부 사이에는 동력전달부가 개재된 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 동력전달부는,
   상기 이송부에 각각 연결된 2개의 측부기어박스;
   상기 구동부의 회전축에 연결된 중앙기어박스; 및
   각각 일단이 상기 측부기어박스에 연결되고, 타단이 상기 중앙기어박스에 연결된 2개의 연결축
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 연결축은 양단부에 제1기어가 형성되고,
   상기 이송부의 단부와 상기 구동부의 회전축의 단부에는 제2기어가 형성된 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
   
10. 제5항에 있어서,
    상기 가변실링부는, 상기 차폐판의 단부 또는 상기 이동블록에 고정되고, 상기 차폐판의 폭방향과 평행하게 연장하며, 일측으로 가스 분사를 위한 슬릿이 형성된 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 노즐의 타측에는, 불활성 가스를 공급하는 공급배관이 연결된 것을 특징으로 하는 산화방지장치.
    
    

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