KR20010056274A

KR20010056274A - 정전기력을 이용한 아연분말의 부분유동제어장치 및 그제어방법

Info

Publication number: KR20010056274A
Application number: KR1019990057663A
Authority: KR
Inventors: 정원철; 김황식
Original assignee: 이구택; 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1999-12-14
Filing date: 1999-12-14
Publication date: 2001-07-04
Also published as: KR100425600B1

Abstract

본 발명은 아연도금공정에서 사용되는 아연분말을 부분 유동시키는 장치에 있어서, 아연도금된 강판에 분사되는 아연분말의 분사량과 분사된 아연분말의 분포밀도가 균일하도록 아연분말을 부분 유동시키는 장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 아연분말을 분사하는 벤츄리(15)와, 벤츄리(15)에 고압의 기체를 공급하는 기체공급수단(11, 14)과, 아연분말을 수용하는 탱크(19) 및, 벤츄리(15)에 연결되어 하부에 위치한 탱크(19)의 내부로 연장된 분말흡입관(17)을 구비한 아연분말 부분유동장치에 있어서, 상기 탱크(19)의 내부에는 아연분말(18)이 흘러내릴 수 있는 기울기를 가진 진동판(20)과, 상기 진동판(20)을 진동시키는 초음파진동장치(22)와, 상기 분말흡입관(17)의 끝단부에 설치되는 구 형태의 고전압 전극(24) 및, 상기 고전압 전극(24)과 소정의 거리만큼 이격되어 상기 진동판(20)을 따라 흘러내린 아연분말(18)을 수용하는 분말전극(23)을 포함하며, 상기 고전압 전극(24)과 상기 분말전극(23) 사이에서 발생하는 전계에 의해 아연분말을 부분 유동시키는 아연분말 부분유동장치가 제공된다.

Description

정전기력을 이용한 아연분말의 부분유동제어장치 및 그 제어방법{Control apparatus for Zn powder fluidization using electrostatic force and its method}

본 발명은 아연도금과정에서 아연분말을 아연도금된 강판에 분사시키기 위해 아연분말을 부분 유동시키는 장치에 관한 것이며, 특히, 분사되는 아연분말의 분사량과 분사된 아연분말의 분포밀도가 균일하게 분사할 수 있도록 전계를 형성시키는 아연분말 부분유동장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 용융된 아연이 수용된 아연포트(Zn Pot)를 강판이 지나면서 강판에는 아연도금이 이루어진다. 이 때, 용융된 아연이 응고되는 속도에 따라 아연도금강판은 제로 스팽글, 미니 스팽글, 레귤러 스팽글 등으로 나누어지는데, 이는 응고되는 아연의 결정립 성장의 크기에 따라 결정된다.

한편, 제로 스팽글이나 미니 스팽글의 아연도금강판을 생산하기 위해서는 아연의 결정립 성장을 억제하여야 하는데, 결정립 성장을 억제하기 위해서 응고하는 아연에 냉각속도를 증가시키거나, 또는 결정립의 핵이 되는 아연분말을 응고하는 아연에 분사시켜 결정립의 성장을 억제한다.

도 1은 종래의 기술에 따른 아연분말 부분유동장치의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 아연분말을 분사시키는 벤츄리(15)의 하부에는 아연분말(18)을 수용하는 아연분말탱크(19)가 설치된다. 그리고, 벤츄리(15)의 후단에는 이송기체배관(14)이 연결되고 이송기체배관(14)의 끝단부에는 가스탱크(11)가 연결되어 있다. 그리고, 벤츄리(15)의 하부방향으로는 분말흡입관(17)이 연결되고 분말흡입관(17)의 하단부는 아연분말탱크(19)의 내부로 연장되어 있다. 그리고, 가스탱크(11)로부터 연장된 이송기체배관(14)에는 유동기체배관(16)이 연결되어 있고, 이런 유동기체배관(16)의 끝단부는 아연분말탱크(19)의 내부로 연장되어 있다.

그리고, 이송기체배관(14)과 유동기체배관(16)에는 각각 플로우미터(12, 13)가 설치되어 있어 각 배관(14, 16)을 따라 이동하는 기체의 양과 속도를 조절한다.

한편, 가스탱크(11)로부터 고압의 기체가 이송기체배관(14)을 통해 벤츄리(15)의 전방으로 분사되면, 분말흡입관(17)의 끝단부에서는 기압차에 의해 벤츄리(15) 쪽으로 흡입력이 발생하게 된다. 이와 동시에, 유동기체배관(16)을 통해 고압의 기체의 일부가 아연분말탱크(19)의 내부로 유입되며, 이런 유입된 기체에 의해 아연분말탱크(19) 내부에 수용된 아연분말(18)은 유동하게 된다. 따라서, 유동하는 아연분말(18)은 분말흡입관(17)을 통해 벤츄리(15)로 상승하게 되며 고압의 기체에 의해 벤츄리(15) 전방을 분사된다.

그러나, 아연분말(18)을 흡입하기 위해서는 분말흡입관(17)이 적재된 아연분말(18) 내에 박혀 있어야 하는데, 아연분말(18)은 쌓일 때 기울기가 크기 때문에, 부분유동에 의해 아연분말탱크(19)로부터 상승하는 아연분말(18)은 공동화되기 쉽고, 이 경우에 이송기체와 유동기체의 조절에 의해 아연분말(18)의 분사량의 조절이 어렵게 된다. 그리고, 일정량이 빠져나간 후에는, 분말흡입관(17)의 하단 주위에 쌓인 아연분말(18)이 무너지면서 다시 부분유동이 일어나는 현상이 반복된다. 이런 현상은 아연분말(18) 분출시의 맥동현상으로 나타나서, 강판표면에 아연분말의 균일한 도포가 이루어지지 않게 된다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 고전압 전극과 분말 전극 사이에 발생하는 전압 및 전류를 이용하여 벤츄리에서 분사되는 아연분말의 양을 균일하고 일정한 분포밀도를 가지도록 분사할 수 있는 아연분말 부분유동장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 기술에 따른 아연분말 부분유동장치의 개략도이고,

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치의 개략도이며,

도 3은 도 2에 도시된 아연분말 부분유동장치의 작동관계를 나타낸 블록도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

11 : 가스탱크 12, 13 : 플로우미터

14 : 이송기체배관 15 : 벤츄리

16 : 유동기체배관 17 : 분말흡입관

18 : 아연분말 20 : 진동판

23 : 분말전극 24 : 고전압 전극

31, 32 : 전압센서 33 : 전류센서

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 아연분말을 분사하는 벤츄리와, 벤츄리에 고압의 기체를 공급하는 기체공급수단과, 아연분말을 수용하는 탱크 및, 벤츄리에 연결되어 하부방향으로 탱크의 내부로 연장된 분말흡입관을 구비한 아연분말 부분유동장치에 있어서, 상기 탱크의 내부에는 아연분말이 흘러내릴 수 있는 기울기를 가진 진동판과, 상기 진동판을 진동시키는 초음파진동장치와, 상기 분말흡입관의 끝단부에 설치되는 구 형태의 고전압 전극 및, 상기 고전압 전극과 소정의 거리만큼 이격되어 상기 진동판을 따라 흘러내린 아연분말을 수용하는 분말전극을 포함하며, 상기 고전압 전극과 상기 분말전극 사이에서 발생하는 전계에 의해 아연분말이 유동하는 아연분말 부분유동장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 탱크 내에 수용된 아연분말이 부분 유동하도록 하는 아연분말 부분유동장치의 제어방법에 있어서, 상기 탱크 내에 설치된 고전압 전극과 분말전극 사이의 극간거리와, 분사하고자 하는 아연분말의 크기와, 상기 고전압 전극과 상기 분말전극에 인가시키는 전압치와, 아연분말의 분사량 및, 인가할 허용전류치를 설정하는 단계와, 상기 극간거리와 상기 아연분말의 크기 및 상기 인가전압치를 수학식 4에 의해 계산하는 단계와, 상기 아연분말의 분사량과 상기 인가할 허용전류치를 수학식 5에 의해 계산하는 단계와, 측정된 전류치가 허용전류치보다 큰지를 비교 판단하는 단계와, 상기 측정된 전류치가 허용전류치보다 클 경우에는 전압강하치를 계산하는 단계와, 상기 계산된 전압강하치를 출력하고 초기화되는 단계 및, 상기 측정된 전류치가 허용전류치보다 같거나 작을 경우에는 초기화되는 단계를 포함하는 아연분말 부분유동장치의 제어방법이 제공된다.

아래에서, 본 발명에 따른 정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치의 개략도이며, 도 3은 도 2에 도시된 아연분말 부분유동장치의 작동관계를 나타낸 블록도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 벤츄리(15)의 후단에는 이송기체배관(14)이 연결되어 있고 이송기체배관(14)의 끝단부는 가스탱크(11)에 연결되어 있으며, 이송기체배관(14)에는 플로우미터(12)가 설치되어 벤츄리(15)를 통해 분사되는 기체의 압력을 제어한다.

그리고, 벤츄리(15)의 하부방향으로는 분말흡입관(17)이 분말탱크(19)의 내부로 연장되어 있어 벤츄리(15)의 기압차에 의해 아연분말(18)이 상부로 이동할 수 있도록 한다.

정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치의 아연분말탱크(19)의 내부에는 아연분말(18)이 흘러내리도록 기울기를 가진 진동판(20)과, 진동판(20)에 진동을 가하는 초음파진동장치(22)가 설치된다. 그리고, 분말흡입관(17)의 하단부에는 구형태의 고전압 전극(24)이 위치하고, 이런 고전압 전극(24)의 원주를 따라 일정한 거리만큼 이격되어 고전압 전극(24)의 중간하부를 감싸는 분말전극(23)이 설치된다. 이런 분말전극(23)에는 진동판(20)을 따라 흘러내린 아연분말(18)이 쌓이게 된다.

또한, 고전압 전극(24)에 가해지는 고전압을 측정하기 위해 고전압 전극(24)에 연결된 케이블(26)에는 전압센서(31,32)가 설치되어 있다. 그리고, 또한, 분말전극(23)에 흐르는 전류를 측정하기 위해 분말전극(23)에 연결된 케이블(26)에는 전류센서(33)가 설치되어 있다.

한편, 고전압의 발생 및 제어를 위한 고전압발생장치(25)가 고전압 전극(24)에 연결된 케이블(26)의 끝단부에 설치되어 있다.

이상과 같이 구성된 정전기력을 이용한 아연분말의 부분유동제어장치의 제어방법의 작동에 대하여 상세히 설명하겠다.

아연분말(18)은 초음파진동장치(22)의 진동에 의해 진동하는 진동판(20)의 기울기를 따라 분말전극(23)의 안쪽으로 흘러 내려온다. 한편, 이렇게 분말전극(23)의 안쪽에 위치한 아연분말(18)은 분말전극(23)에 쌓여서 분말전극(23)의 극성과 같은 극성으로 하전된다. 하전된 아연분말(18)은 고전압 전극(24)과 분말전극(23) 사이에 형성된 전계를 따라 중력을 이기고 고전압 전극(24) 쪽으로 이동하는데, 아연분말(18)에 작용하는 정전기력과 중력과의 관계는 수학식 1과 같다.

F_Zn= F_E- M*g = q*E - M*g

여기에서, F_Zn은 고전압 전극과 분말전극의 사이에 쌓인 아연분말에 작용하는 전체 힘이고, F_E는 하전된 아연분말에 작용하는 전계의 세기 E와 하전량 q의 곱한 힘이며, M*g는 중력에 힘으로써 M은 아연분말의 입자의 질량이고, g는 중력가속도이다.

한편, 분말전극(23) 위에 쌓여진 아연분말(18) 입자가 하전되는 하전량 q는 수학식 2와 같이 나타낼 수 있고, 아연분말(18)이 중력을 이기고 부상하는 경우는 F_Zn> 0 인 경우로서, 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

q = (2επ³VR²)/3L

qE = qV/L > Mg

여기에서, q는 하전량이고, V는 고전압 전극과 분말전극 사이의 전위차이고, r은 고전압 전극의 중심과 분말전극의 사이의 거리이고, R은 아연분말의 반경, L은 고전압 전극과 분말전극의 사이의 거리이며, ε은 전극간에 존재하는 기체매질의 유전율이다.

상기 수학식 2와 수학식 3으로부터 아연분말(18)의 부상의 임계전압을 수학식 4에 의해 계산된다.

Vc = root( 3L²Mg/2π³εR²)

한편, 고전압 전극(24)에서 분말전극(23)으로 흐르는 전류는 수학식 5로 나타낼 수 있다.

I = N×q/t

여기에서 I는 전류값이고, N은 아연분말의 개수이며, t는 시간이다.

상기의 수학식들을 바탕으로 아연분사량에 따른 정전기의 제어방법을 도 3에 도시된 각 단계별로 상세히 설명한다.

고전압 전극(24)과 분말전극(23)의 극간거리를 설정하고(S1), 분사하고자 하는 아연분말(18)의 크기를 설정한다(S2). 수학식 4를 이용하여 초기 인가전압치를 설정하고(S3), 아연분말(18)의 분사량을 설정하고(S4), 수학식 5를 이용하여 인가하여야 할 허용전류치를 설정한다(S5).

그리고, 인가전압과 극간거리 및 아연분말(18)의 크기로부터 하전량을 계산하고(S6), 계산된 하전량과 설정된 인가전류량 및 아연분말(18)의 분사량으로부터 출력할 전류량을 계산한다(S7). 그리고, 전류센서(33)에서 측정된 아연분말(18)의 분사량에 따른 실재전류치와 허용전류치의 범위를 비교한다(S8). 여기에서, 아연분말(18)의 분사량에 따른 실재전류치가 허용전류치 이내이면, 복귀하여(S11) 다시 초기화 상태로 전이하고, 범위를 초과하면, 전압강하치를 계산한다(S9).

그리고, 전압계산치를 출력한 후에(S10), 복귀하여(S11) 초기화 단계로 전이한다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치 및 그 제어방법에 따르면, 아연분말을 부분유동을 시키는 방법에 있어서 고전압 전극과 분말전극 사이의 전압 및 전류를 제어하여, 유동양을 연속적으로 일정하게 유지함으로써, 아연분말 분출시의 맥동현상을 효과적으로 방지할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 정전기력을 이용한 아연분말 부분유동장치 및 그 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims

아연분말을 분사하는 벤츄리와, 벤츄리에 고압의 기체를 공급하는 기체공급수단과, 아연분말을 수용하는 탱크 및, 벤츄리에 연결되어 하부에 위치한 탱크의 내부로 연장된 분말흡입관을 구비한 아연분말 부분유동장치에 있어서,

상기 탱크의 내부에는 아연분말이 흘러내릴 수 있는 기울기를 가진 진동판과,

상기 진동판을 진동시키는 초음파진동장치와,

상기 분말흡입관의 끝단부에 설치되는 구 형태의 고전압 전극 및,

상기 고전압 전극과 소정의 거리만큼 이격되어 상기 진동판을 따라 흘러내린 아연분말을 수용하는 분말전극을 포함하며,

상기 고전압 전극과 상기 분말전극 사이에서 발생하는 전계에 의해 아연분말이 유동하는 것을 특징으로 하는 아연분말 부분유동장치.
탱크내에 수용된 아연분말이 부분 유동하도록 하는 아연분말 부분유동장치의 제어방법에 있어서,

상기 탱크 내에 설치된 고전압 전극과 분말전극 사이의 극간거리와, 분사하고자 하는 아연분말의 크기와, 상기 고전압 전극과 상기 분말전극에 인가시키는 전압치와, 아연분말의 분사량 및, 인가할 허용전류치를 설정하는 단계와,

상기 극간거리와 상기 아연분말의 크기 및 상기 인가전압치를 식 1에 의해계산하는 단계와,

상기 아연분말의 분사량과 상기 인가할 허용전류치를 식 2에 의해 계산하는 단계와,

측정된 전류치가 허용전류치보다 큰지를 비교 판단하는 단계와,

상기 측정된 전류치가 허용전류치보다 클 경우에는 전압강하치를 계산하는 단계와,

상기 계산된 전압강하치를 출력하고 초기화되는 단계 및,

상기 측정된 전류치가 허용전류치보다 같거나 작을 경우에는 초기화되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연분말 부분유동장치의 제어방법.

식 1은 Vc = root( 3L²Mg/2π³εR²)이고, 식 2는 I = N×q/t이며,

여기에서, q는 하전량이고, V는 고전압 전극과 분말전극 사이의 전위차이고, r은 고전압 전극의 중심과 분말전극의 사이의 거리이고, R은 아연분말의 반경이고, L은 고전압 전극과 분말전극의 사이의 거리이며, ε은 전극간에 존재하는 기체매질의 유전율이다.