KR20010057267A - 용융아연 도금조의 애쉬 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연 도금공정에서 스나우트(2)의 내부에서 발생하는 아연 애쉬(6)를 보다 효과적으로 배출하여 도금 강판의 품질을 가일층 향상시키도록 할 수 있는 장치의 제공에 관한 것으로, 특히 전자기력을 이용하여 애쉬(6)를 배출하는 선형유도펌프(7)에서 발생하는 자기장을 효율적으로 이용할 수 있도록 선형유도펌프(7)의 구조를 개선한 용융아연 도금조의 애쉬 배출 장치에 관한 것이다.

본 발명은 용융아연 도금공정에 있어서 선형유도펌프(7)에 의한 이동 자기장에 기인하는 전자기력을 이용하여 스나우트(2) 내부에 존재하는 애쉬(6)를 배출하는 장치로서, 상기 선형유도펌프(7)를 곡면형상의 측면 단면형상을 가지도록 구성하고, 이 선형유도펌프(7)의 고정자 철심(10)을 슬롯이 없는 구조로 구성한 것을 특징으로 하는 용융아연 도금조의 애쉬 배출 장치를 제공한다.

Description

용융아연 도금조의 애쉬 배출장치 {IMPROVED ELECTROMAGNETIC ASH EXTRACTOR FOR GALVANIZING PROCESS}

본 발명은 용융아연 도금공정에서 도금대상 강판의 도금욕중으로의 인입을 안내하는 스나우트(snout) 내부에 발생하는 아연 애쉬(Zn ash)를 스나우트 외부로 배출하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 전자기장을 이용함으로써 도금공정이 진행되는 동안 용융 도금조 스나우트 내부의 애쉬를 효과적으로 배출할 수 있는 장치에 관한 것이다.

도1은 본 발명이 적용되는 용융아연 도금장치의 구성개요도로서, 강판(1)이 스나우트(2)를 통해 용융아연(3)이 수용되어 있는 도금조(4) 내부로 진입하고 싱크롤(5)을 거쳐 도금조(4)를 빠져 나가는 과정이 도시되어 있다.

이와 같은 용융아연 도금공정에서 스나우트(2)의 내부에서는 아연이 기화되어 스나우트(2)의 내벽에 붙은 후 다시 응고되어서 생기는 아연 애쉬(6)가 발생하게 된다. 이러한 애쉬(6)가 용융아연 위에 떨어지면 도금 과정에서 강판(1)의 표면에 부착됨으로써 도금 강판(1)의 품질을 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 된다. 스나우트(2) 내부에 존재하는 애쉬(6)는 도금공정이 진행되는 동안에는 제거하기 곤란하므로 지속적으로 문제를 야기할 수 있다.

상기와 같은 애쉬(6)로 인한 문제를 해결하기 위해 종래에 사용된 방법으로는 다음과 같은 4가지를 들 수 있다. 첫째는 스나우트(2) 내부에 습도가 높은 질소 가스 등을 투입하여 산화피막을 형성함으로써 애쉬(6)의 발생 자체를 억제하는 방법으로서 이는 산화막 두께 및 스나우트(2) 내부의 습도 제어가 어려우며, 강판(1)이 용융아연(3)에 진입할 때 산화물이 혼입되어 강판(1)에 부착될 가능성이 존재하는 단점이 있다. 둘째는 스나우트(2)에 아연 증기를 포집하는 장치를 설치하는 방법인데, 이는 아연 증기를 포집할 때 사용되는 팬을 밀봉하기 어려운 문제점이 있다. 셋째는 스나우트(2) 내부에 고압의 질소 가스를 투입하여 아연의 증발을 억제하는 방법으로서, 이는 질소 가스를 투입할 때 발생하는 난류를 제어하기 어렵다는 것이 단점이다. 마지막으로 메탈 펌프를 이용하여 애쉬(6)를 강제로 빨아내는 방법도 사용되는데, 이 방법은 다른 것에 비해 효과는 좋은 편이나 펌프의 열화부를 수시로 교체해야 하고 펌프의 수명이 짧다는 것이 단점으로 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 용융아연 도금공정에서 스나우트의 내부에 발생하는 아연 애쉬를 보다 효과적으로 배출하여 도금 강판의 품질을 가일층 향상시키도록 할 수 있는 장치를 제공하기 위한 것으로서, 특히 전자기력을 이용하여 애쉬를 배출하는 선형유도펌프에서 발생하는 자기장을 보다 효율적으로 이용할 수 있도록 선형유도펌프의 구조를 개선한 장치를 제공하는 데에 그 목적이 있다.

도1은 본 발명의 선형유도펌프가 설치된 용융아연 도금장치의 구성개요도,

도2는 본 발명의 선형유도펌프와 스나우트 부분을 나타낸 평면도,

도3은 본 발명의 곡면형상의 단면을 갖는 선형유도펌프의 배치와 자기장 분포의 개요도,

도4는 본 발명의 선형유도펌프의 고정자 철심 적층길이 방향에서 본 단면도,

*도면중 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 도금 강판 2 : 스나우트 3 : 용융아연

4 : 용융 도금조 5 : 싱크롤 6 : 아연 애쉬,

7 : 선형유도펌프 8 : 애쉬 배출구 9 : 가이드

10: 고정자 철심 11: 3상 코일 12: 고정자 슬롯

13: 고정자 치 14: 고정자 요크 15: 선형유도펌프의 N극

16: 공극 17: 선형유도펌프의 S극

이하에서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 용융아연(3)에 비접촉식으로 힘을 인가할 수 있는 전자기장을 이용하여 용융 도금조(4)의 스나우트(2) 내부에 존재하는 애쉬(6)를 배출하는 장치로서, 장치의 전체적인 구성은 도1, 도2에 도시한 바와 같이 스나우트(2)의 앞쪽과 뒤쪽에 각각 선형유도펌프(7)를 장착하여 용융 도금조(4)의 측면에 부착된 지지부(도시되지 않음)에 고정하고, 스나우트(2)의 하부 측면에 애쉬 배출구(8)를 설치한형태로 된다. 스나우트(2) 내부의 모서리에는 용융아연(3) 및 애쉬(6)의 이동을 용이하게 하기 위해 가이드(9)를 설치한다.

본 발명에 있어서, 상기 선형유도펌프(7)는 도3에 보인 바와 같이 측면에서 본 단면이 곡면형상을 갖는데, 이는 후술하는 바와 같이 자기장을 효율적으로 이용하기 위한 것이다.

본 발명은 선형유도전동기의 원리를 이용한 것으로서, 선형유도펌프(7)에서 발생하는 이동자기장에 기인하는 전자기력이 용융아연(3)에 인가됨으로써 용융아연(3)과 애쉬(6)가 이동자기장의 방향으로 움직이는 원리로 동작한다. 이와 같이 이동자기장을 이용한 애쉬 배출장치는 용융아연(3)과 비접촉식으로 동작하기 때문에 장치가 열화되지 않는 장점을 가지고 있는데, 그 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

선형유도펌프(7)는 선형유도전동기의 고정자, 즉 1차측에 해당되며 도4에 보인 바와 같이 고정자 철심(10)에 3상 코일(11)을 권선배치한 형태이고, 용융아연(3)이 선형유도전동기의 2차측에 해당된다. 고정자 철심(10)은 전기강판을 적층한 형태의 것으로서 3상 코일(11)이 삽입되어 있는 고정자 슬롯(12)과 자속밀도의 통로가 되는 고정자 치(13) 및 고정자 요크(14)를 포함하여 구성되어 있다. 통상의 유도전동기에서와 같은 권선방법에 따라 3상 코일(11)을 권선하고, 3상 코일(11)에 3상 전류를 인가하면 일정한 크기를 갖고 일정한 속도로써 한 방향으로 이동하는 자기장이 발생한다. 선형유도펌프(7)에서 발생한 이동자기장을 도체, 즉 용융아연(3)에 인가하면 용융아연(3)에는 유도전류가 발생하고 자기장과 유도전류에 기인한 전자기력이 작용하여 용융아연(3)과 애쉬(6)가 이동자기장과 같은 방향으로 움직이게 된다.

선형유도펌프(7)에 의해 발생하는 자기장은 도4에 도시한 바와 같이 선형유도펌프의 N극(15)에서 나와 공극(16)과 용융아연(3), 그리고 다시 공극(16)를 거쳐 선형유도펌프의 S극(17)으로 들어가는 분포를 나타낸다. 그리고 용융아연(3) 표면의 자속밀도는 공극(16)이 클수록 작아지고, 선형유도펌프(7)의 중심 부분에서 가장 크며, 중심에서 벗어날수록 작아진다. 특히 선형유도펌프(7)의 측면 단면형상이 직사각형일 경우 선형유도펌프(7)의 영역을 벗어나면 급격히 감소하여 스나우트(2)의 내부에는 자기장이 거의 존재하지 않게 된다고 할 수 있다. 그 결과 선형유도펌프(7) 영역에서는 큰 전자기력이 작용하여 용융아연이 빠르게 움직이는 반면, 스나우트(2)의 내부에서는 전자기력이 거의 작용하지 않게 되기 때문에 용융아연의 유동이 거의 발생하지 않는 현상이 발생한다. 따라서 스나우트(2)의 내부에 대하여 유효한 힘을 얻기 위해서는 선형유도펌프(7)의 용량이 커져야 한다.

선형유도펌프(7)의 용량이 필요이상으로 크지 않으면서도 스나우트(2)의 내부에 대한 유효한 작용력을 얻기 위해서는 스나우트(2) 내부의 자속밀도를 증가시킬 수 있도록 선형유도펌프(7)의 형상을 변경하는 것이 요망된다. 이러한 착안점으로부터, 상기 선형유도펌프(7)의 측면 단면형상을 도3에 도시된 바와 같이 곡면으로 만들면 자기장이 적층길이 방향으로 보다 넓게 퍼지는 형태로 분포되므로 상기한 바와 같은 목적을 달성할 수 있다. 이 경우, 선형유도펌프(7)의 영역에서는 기존의 경우보다 자속밀도가 감소하지만 스나우트(2)의 내부에서는 자속밀도가 증가하기 때문에 보다 작은 용량의 선형유도펌프로도 스나우트(2)내 용융아연(3)의 유동을 유발할 수 있는 전자기력을 얻을 수 있다.

하지만, 선형유도펌프(7)의 측면 단면형상을 개선하는 것만으로는 스나우트(2) 내부의 자속밀도를 충분히 증가시키는 효과를 얻기 어렵다. 그 이유는 고정자 치(13)가 강자성체인 전기강판으로 만들어져 있기 때문에 공극(16)의 자기장을 집속하는 역할을 하게 됨으로써 자기장 분포가 크게 변하지 않기 때문이다. 따라서, 스나우트(2) 내부의 자속밀도를 증가시키기 위해서는 고정자 철심(10)을 고정자 치(13)가 없는 구조, 즉 고정자 슬롯(12)이 없는 구조로 만드는 것이 유리하다. 슬롯이 없는 고정자 철심 구조는 도4의 고정자 철심(10)에서 고정자 치(13)가 제거된 형태의 것으로서, 고정자 철심(10)이 고정자 요크(14)로만 이루어져 있고 3상 코일(11)이 고정자 철심(10)에 부착설치된 구조이다.

또한, 고정자 치(13)가 없으면 강자성체가 차지하는 영역이 감소하므로 슬롯이 없는 고정자 철심 구조하에서 슬롯이 있는 경우에 비해 공극이 커지는 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 공극이 커지면 선형유도펌프(7) 영역의 자속밀도가 감소하는데, 스나우트(2) 내부에서는 자속밀도가 증가하므로 선형유도펌프(7) 영역과 스나우트(2)의 내부에 걸쳐 자기장 및 전자기력의 분포가 보다 균일해지는 효과를 얻을 수 있다.

실시예

본 실시예에서는 용융아연 도금공정을 모사한 실험장치에 본 발명을 적용하여 애쉬(6)를 배출하는 예에 대해 설명한다. 본 예에서 사용한 용융 도금조(4)의크기는 단면이 700 ×600[mm²]이고, 높이는 150[mm]로서 약 450[kg]의 아연을 용해할 수 있는 용량이다. 선형유도펌프(7)는 본 발명에서 제시된 바와 같이 측면 단면이 곡면형상이고 고정자 철심(10)은 슬롯이 없는 구조이며, 도1 및 도2에 도시한 바와 같이 스나우트(2)의 전후에 배치하였다. 선형유도펌프(7)의 구동 주파수는 60[Hz]로서 3상 220[V]의 상용전원을 사용하기 때문에 주파수 가변을 위한 부가적인 전원장치가 요구되지 않는다. 선형유도펌프(7)의 극수는 4극, 용량은 5[kW]이고, 크기는 적층방향길이 80[mm], 철심길이 519[mm], 높이 57[mm], 측면의 곡률반경 200[mm]이다.

상기한 바와 같은 사양의 선형유도펌프(7)를 적용하여 애쉬 배출실험을 한 결과 용탕의 흐름이 가장 빠른 부분은 선형유도펌프(7)의 직하부로서 약 0.9[m/sec]의 유속을 나타냈으며, 스나우트(2)의 내부에서는 약 0.4[m/sec]로서 가장 빠른 부분에 비해 약 50[%]로서 스나우트(2)의 내부에서 애쉬(6)를 효과적으로 배출할 수 있다는 사실을 확인하였다.

상술한 바와 같이 용융아연 도금공정에서 선형유도펌프(7)의 측면 단면형상을 곡면형상으로 채용한 본 발명의 애쉬 배출장치를 사용할 경우 기존의 직사각형 단면형상을 갖는 장치보다 작은 용량으로 스나우트(2) 내부에 존재하는 애쉬(6)를 공정이 진행되는 동안 효율적으로 배출함으로써 도금강판의 품질을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 용융아연 도금공정에 있어 선형유도펌프(7)에 의한 이동 자기장에 기인하는 전자기력을 이용하여 스나우트(2)의 내부에 존재하는 애쉬(6)를 배출하는 장치로서, 상기 선형유도펌프(7)를 곡면형상의 측면 단면형상을 가지도록 구성하고, 이 선형유도펌프(7)의 고정자 철심(10)을 슬롯이 없는 구조로 구성한 것을 특징으로 하는 용융아연 도금조의 애쉬 배출 장치.