KR20020040945A - 합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한유도가열로 전력제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도금욕의 Al성분, 스트립의 강종, 스트립의 도금량에 따라 유도가열로의 유도전력을 정확히 결정하여 보다 안정된 상태에서 합금화를 최적화시킬 수 있도록 한 합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한 유도가열로 전력제어방법에 관한 것이다.
본 발명은 아연도금조를 통해 도금된 스트립이 에어나이프에 의해 도금량이 조절된 후 그 상부에 설치된 유도가열로와 합금화 균열로에 의해 합금화가 이루어질 때; 상기 유도가열로에 인가되는 유도전력은 도금조의 Al농도, 강판의 종류, 도금량의 변수까지 고려된 후술할 전력제어모델에 의해 이루어진다.
이러한 본 발명은 기존에는 고려되지 않았던 도금조 Al농도, 강판의 종류, 도금량까지 고려함으로써 전력제어를 보다 효율적으로 할 수 있고, 또한 균일한 합금화 용융아연 도금강판을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한 유도가열로 전력제어방법{ELECTRIC POWER CONTROL METHOD OF AN INDUCTION HEATING FURNACE FOR CONTROLLING ALLOY OF ZINC COATED STEEL}
본 발명은 도금욕의 Al성분, 스트립의 강종, 스트립의 도금량에 따라 유도가열로의 유도전력을 정확히 결정하여 보다 안정된 상태에서 합금화를 최적화시킬 수 있도록 한 합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한 유도가열로 전력제어방법에 관한 것이다.
유도 가열로는 렌쯔의 법칙과 주울효과를 이용하여 가열될 금속물질 내부에 직접적으로 열을 발생 시키는 설비이다. 대부분 솔레노이드 코일인 인덕터가 그 내부에 시변 자장을 형성한다. 렌쯔의 법칙에 따라 자장 내부에 있는 모든 도체에는 기전력이 작용하며 와전류라 불리우는 유도 전류가 발생하게 된다.
이 전류는 동일한 물질 내에 주울효과에 의해 열을 방출하게 되고, 이 발생된 열에 의해 도금층이 합금화된다.
특징으로는 피가열체와 부하 코일(인덕터)간에 물리적인 접촉이 불필요하고, 가열속도를 높일 수 있고, 온도제어가 용이하며, 균일한 가열이 가능하다.
이러한 장점으로 인해 유도가열로는 그 활용범위가 넓고, 특히 합금화 용융아연 도금강판 제조시에 용이하다.
합금화 용융 아연 도금강판의 합금화 공정은 도 1과 같이, 가열로를 통과시킨 강판은 아연도금조(19)를 통과하여 그 상부에 설치된 에어나이프(4)에 의해 도금량이 조절된 다음 그 상부에 설치된 유도가열로(6)와 합금화 균열로(8,10)에 의해 합금화가 이루어 진다.
상기 유도가열로(6)의 기능은 아연도금조(19)를 통과한 스트립을 500℃로 가열하여 강판의 철분을 도금층으로 확산시켜 주는 역할을 한다.
또한, 합금화 균열로(8,10)는 가열된 강판의 표면온도를 유지시켜서 확산을 위한 시간을 부여 한다.
이때 합금화에 가장 큰 영향을 미치는 장치는 유도가열로(6)이고, 이 유도가열로(6)에 유도전력을 인가하는 종래의 유도전력 제어모델은 다음과 같고 도 2에 도시되어 있다.
여기에서, P:총투입전력; k:제어상수(8.65×10-5); N:라인스피드(25~160mpm); t:강판두께(0.4~2.5mm); bs:강판폭(700~1900mm); T1:유도가열로 인입전 온도(420~460℃); T2: 유도가열로 인입후 온도(500~600℃); e:강판폭에 따른 상수(0~1.0)이다.
그런데, 상기 모델은 합금화 과정에서 영향을 미치고 있는 중요한 몇 가지 인자를 포함하지 않고 있기 때문에 적정 합금화를 이루기 위해서는 그 인자들을 고려한 새로운 모델이 제시되어야만 한다.
그러나, 합금화 과정에서 고려해야 할 인자로는 도금욕의 Al농도, 강판의 종류, 강판의 도금량도 있다.
또한, 합금화 용융아연 도금 강판의 도금 부착량은 단면 기준으로 40~60g/m2이며 도금 부착량이 증가하게 되면 합금화 처리에 요하는 시간이 증가하게 되고 파우더링(Powdering)성도 예민하게 된다.
동일 Fe함량에서도 도금 부착량이 증가하면 합금화 처리가 어려워 진다. 왜냐하면, 도금 부착량이 증가할수록 Fe가 확산하여 표층까지 도달하는데 걸리는 시간이 증가하기 때문이다.
결과적으로 투입되어야 할 전력이 증가하게 되는 단점을 유발한다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 도금조의 Al성분, 스트립강종, 스트립의 도금량과 같이 적정합금화를 이루기 위한 인자들을 고려한 새로운 전력제어모델에 의해 합금화 유도가열로의 전력제어를 월등히 향상시킬 수 있도록 한 합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한 유도가열로 전력제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 이러한 목적은 아연도금조를 통해 도금된 스트립이 에어나이프에 의해 도금량이 조절된 후 그 상부에 설치된 유도가열로와 합금화 균열로에 의해 합금화가 이루어질 때; 상기 유도가열로에 인가되는 유도전력은 도금조의 Al농도, 강판의 종류, 도금량의 변수까지 고려된 후술할 전력제어모델에 의해 이루어짐에 의해 달성된다.
도 1은 합금화 융용아연 도금강판의 제조과정을 보인 개략적인 모식도,
도 2는 종래 기술에 따른 용융아연 합금화를 위한 유도가열로의 전력제어 모델을 도시한 개략적인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 용융아연 합금화를 위한 유도가열로의 전력제어 모델을 도시한 개략적인 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 유도가열로 출력변화에 따른 합금화도의 변화를 보인 그래프.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
4 : 에어나이프, 6 : 유도가열로,
8 : 이동균열로, 10 : 고정균열로,
19 : 도금조.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 3은 합금화 과정에서 고려해야 할 도금조의 Al농도, 강판의 종류 그리고 강판의 도금량이 포함된 합금화 용융 아연도금강판의 자동 합금화를 위한 제어 시스템을 보여 준다.
도 3을 참조하면, 본 발명에서 제시한 제어모델은,
이다.
여기에서, P; k; N; t; bs; T1; e는 기존의 제어모델과 같고, T2:550~600℃; k1:도금조의 Al농도(0.99~1.01); k2:강판의 종류(0.98~1.03); gr:도금량(0.90~1.12)을 나타낸다.
도금욕의 Al농도가 제어 모델식에 왜 포함되어야 하는지에 대한 이론적 배경을 요약하면, 도금욕의 Al는 강판이 도금욕에 인입 되었을 때 최초로 Fe-Al 합금화 억제층(Inhibition layer)이 형성되고, 다음으로 합금화 억제층(Inhibition layer)의 붕괴(Break-down)가 일어난다.
억제층 기구(Inhibition Mechanism)는 Fe/Al 반응에 의한 Fe소모 속도에 직접적으로 관련이 있다.
이 반응은 Fe와 Al의 공급과 Fe/Al 반응 속도에 의존한다.
그리고, 억제층 기구(Inhibition Mechanism)는 다시 두 단계로 나눌 수 있다.
첫째, Zn에 Fe가 용해되는 것으로 소지철(Substrate)에 의존하다.
다음으로 Fe/Al 반응에 의한 Fe 소모로 Fe2Al5상의 안정성과 유효 Al 함량에 의존한다.
따라서, 용융 도금욕 중의 Al 함량이 증가하면 도금층과 소지강판 계면에서 Fe-Zn-Al합금층 형성 되어 Fe-Zn 합금화 반응이 억제된다.
합금화시 Fe-Zn 층이 형성되기 위해서는 합금화 억제층(Inhibition layer)가 먼저 파괴되어야 한다.합금화 억제층(Inhibition layer) 붕괴(Break-down) 기구는 크게 두 가지로 나눌 수 있다.
아웃버스트(outburst) 형성과 도금 층에서의 Al 고갈에 의한 Al 농축층 변태. 이 두 가지 기구는 합금화 초기에 거의 동시에 일어난다.
이런 이유로 해서 도금욕의 Al농도가 본 발명의 제어 모델에 포함되었으며, 입력값은 도금욕의 Al농도는 도금욕에 설치되어 있는 Al 농도 측정 센서를 이용하여 Al농도를 실시간으로 측정하여 계산식에 곧바로 적용될 수 있도록 하기한 표 1에 의해 수치적으로 대체된다.
도금조의 Al농도 보상 데이터
구분 도금조 Al농도(%) 입력값
1 0.120~0.130 0.99
2 0.131~0.144 1.00
3 0.145~0.150 1.01
Al농도 센서가 도금욕의 Al농도를 측정하면 위 표에서와 같이 세 가지 입력 값 중 하나가 발생하여 유도가열 출력식에 입력되어 Al농도가 증가할수록 출력 값이 증가하게 된다.
강판의 구성 성분에 따른 계산식 적용의 이론적 배경은 강판의 종류에 따른 합금 성분이 다르고 그 결과 강판 모재와 아연과의 합금상 형성이 상이하기 때문이다.
즉, DQ,DDQ,EDDQ강은 경우는 극저탄강으로써 다른 강종에 비해 Fe확산이 빠르기 때문에 기존 제어 모델식에 의해 투입되는 전력에 비해 낮은 값이 투입되도록해야 한다.
반면, 고장력강(HS35, HS45, HS50)의 경우는 특수 합금원소의 투입으로 결정립계에 확산 방해 장벽을 만듦으로써 Fe확산을 어렵게 만든다.
또한, 탄소 농도도 비교적 높은 편이다. 이러한 이유로 기존 제어 모델식에 투입되는 전력에 비해 높은 값이 투입되도록 해야 한다.
이런 작업은 상위 컴퓨터로부터 강판의 종류에 대한 정보를 입력 받아 아래와 같은 입력 값을 만든다.
Al농도와 마찬가지로 입력 값이 증가함에 따라 유도 가열로 출력 값이 증가하게 된다. 이 입력값은 하기한 표 2에 의해 산출된다.
강판의 종류 보상 데이터
구분 강판종류 입력값
1 DQ, DDQ, EDDQ 0.98
2 CQ 1.00
3 HS35, HS45, HS50 1.03
상기 표 2의 강판 종류에 따른 의미와 특징은 하기한 표 3에 나타냈다.
강판의 종류 의미 주요 화학 성분(wt%)
탄소 망간 인 티타늄
CQ commercial quality 0.040 0.25 0.020 -
DQ drawing quality 0.005 0.07 0.015 0.05
DDQ deep drawing quality 0.003 0.15 0.015 0.03
EDDQ extra deep drawing quality 0.002 0.10 0.015 0.03
HS high strength quality 0.003 0.30 0.060 0.06
마지막으로, 도금 부착량이 증가하게 되면 합금화 처리에 요하는 시간이 증가하게 된다.
동일 Fe함량에서도 도금 부착량이 증가하면 합금화 처리가 어려워 진다. 왜냐하면, 도금 부착량이 증가할수록 Fe가 확산하여 표층까지 도달하는데 걸리는 시간이 증가하기 때문이다.
결과적으로 투입되어야 할 전력이 증가하게 된다.
즉, 박도금인 경우는 기존 모델식에 비해 낮은 전력이 투입되어야 하고, 후도금에서는 이와 반대로 더 높은 전력이 투입되어야 한다.
도금량은 온 라인(On-Line) 도금량 측정기로부터 데이터를 입력 받아 계산식에 적용된다.
도금량에 따른 입력값은 하기한 표 4와 같다.
도금량 보상데이터
구분 도금량 입력값
1 30/30g/m2 0.90
2 45/45g/m2 0.95
3 60/60g/m2 1.00
4 90/90g/m2 1.12
이 경우도 마찬가지로, 도금량이 증가함에 따라 입력 값이 커져 유도 가열로의 출력값이 증가된다.
이상의 보상 데이터들을 이용하여 몇가지 실시예를 제시하면 다음과 같다.
[실시예 1]
1) Al농도(0.124%)가 낮은 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 450 450
T2(유도가열로 인입후 온도) 540 540
N(라이스피드) 86mpm 86mpm
bs(강판폭) 1228 1228
t(강판두께) 1.598 1.598
e(강판폭에 따른 상수) 0.81 0.81
k1(도금욕의 Al농도) 1 0.99
투입전력 1621KW 1605KW
합금화 결과 과합금화 양호
2) Al농도(0.148%)가 높은 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 457 457
T2(유도가열로 인입후 온도) 557 557
N(라이스피드) 115mpm 115mpm
bs(강판폭) 1585 1585
t(강판두께) 0.604 0.604
e(강판폭에 따른 상수) 0.85 0.85
k1(도금욕의 Al농도) 1 1.01
투입전력 1119KW 1131KW
합금화 결과 미합금화 양호
상기 대비에서와 같이, Al의 농도변화에 따라 기존 전력제어 모델과 본 발명의 전력제어 모델에 의해 도출된 합금화정도 및 투입전력은 현저한 차이를 보임을 알 수 있다.
[실시예 2]
1) 강판의 종류가 극저탄강(DQ,DDQ,EDDQ)인 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 457 457
T2(유도가열로 인입후 온도) 550 550
N(라이스피드) 105mpm 105mpm
bs(강판폭) 1583 1583
t(강판두께) 0.691 0.691
e(강판폭에 따른 상수) 0.85 0.85
k1(도금욕의 Al농도) 1 0.98
투입전력 1086KW 1065KW
합금화 결과 과합금화 양호
2) 강판의 종류가 고장력강(HS35, HS45, HS50)인 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 455 455
T2(유도가열로 인입후 온도) 515 515
N(라이스피드) 80mpm 80mpm
bs(강판폭) 1242 1242
t(강판두께) 1.195 1.195
e(강판폭에 따른 상수) 0.81 0.81
k1(도금욕의 Al농도) 1 1.03
투입전력 760KW 783KW
합금화 결과 미합금화 양호
[실시예 3]
1) 도금량(30/30g/m2)이 작은 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 459 459
T2(유도가열로 인입후 온도) 523 523
N(라이스피드) 110mpm 110mpm
bs(강판폭) 1352 1352
t(강판두께) 0.69 0.69
e(강판폭에 따른 상수) 0.82 0.82
k1(도금욕의 Al농도) 1 0.90
투입전력 693KW 623KW
합금화 결과 과합금화 양호
2) 도금량(90/90g/m2)이 큰 경우;
항목 기존제어 모델식 변경제어모델식
k(제어상수) 8.65*10-5 8.65*10-5
T1(유도가열로 인입전 온도) 458 458
T2(유도가열로 인입후 온도) 524 524
N(라이스피드) 120mpm 120mpm
bs(강판폭) 1397 11397
t(강판두께) 0.79 0.79
e(강판폭에 따른 상수) 0.84 0.84
k1(도금욕의 Al농도) 1 1.03
투입전력 810KW 1008KW
합금화 결과 미합금화 양호
이와 같이, 본 발명 제어 시스템은 작업할 소재의 정보(강판 두께, 강판 너비, 강판 종류)를 상위 컴퓨터로부터 수신하고 현장 데이터(라인 속도, 도금량, Al농도, 입출측 온도)를 수집하여 유도가열 출력을 계산하여 투입하게 된다. 특히 도금욕의 Al농도, 도금량 및 강판 종류의 변화에 따라 계산 출력 값이 실시간으로 바뀌게 됨으로써 보다 양호한 합금상을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.
아울러, 도 4에 도시된 바와 같이, 투입전력에 따른 합금화도의 변화를 정량적으로 파악할 수 있어 합금화도를 적절히 조절할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 기존에는 고려되지 않았던 도금조 Al농도, 강판의 종류, 도금량까지 고려함으로써 전력제어를 보다 효율적으로 할 수 있고, 또한 균일한 합금화 용융아연 도금강판을 제조할 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (1)

  1. 아연도금조(19)를 통해 도금된 스트립이 에어나이프(4)에 의해 도금량이 조절된 후 그 상부에 설치된 유도가열로(6)와 합금화 균열로(8,10)에 의해 합금화가 이루어질 때;
    상기 유도가열로(6)에 인가되는 유도전력은 하기한 전력제어모델에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 합금화 용융 아연도금강판의 합금화 제어를 위한 유도가열로 전력제어방법.
    이다.
    여기에서, P:총투입전력; k:제어상수(8.65×10-5); N:라인스피드(25~160mpm); t:강판두께(0.4~2.5mm); bs:강판폭(700~1900mm); T1:유도가열로 인입전 온도(420~460℃); T2:유도가열로 인입후 온도(550~600℃); k1:도금조의 Al농도(0.99~1.01); k2:강판의 종류(0.98~1.03); gr:도금량(0.90~1.12); e:강판폭에 따른 상수(0~1.0)이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20020048087A (ko) * 2000-12-16 2002-06-22 이구택 철 합금화도계를 이용한 유도 가열로 자동제어 장치
CN105695912A (zh) * 2014-11-27 2016-06-22 上海梅山钢铁股份有限公司 一种55%铝-锌液底渣的捞取方法

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