KR20020047352A - 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연 도금공정에서 도금량을 조정하는 에어나이프(Air Knife) 장치에 관한 것으로, 도금 부착량을 조절하는 과정에서 스트립 폭방향의 에어 압력 편차에 의해 도금 조업중에 발생하는 도금강판표면 길이방향으로 형성되는 도금성 줄무늬 결함을 제거하여 고품질의 제품을 생산하기 위한 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프에 관한 것이다.

본 발명은, 용융아연 도금공정에서 도금량을 조정하는 에어나이프(Air Knife) 장치에 있어서, 헤더내의 에어 유로와 립의 토출구 사이에는 미세한 구멍을 각각 다수개 형성한 복수의 다공판이 장착되어 토출구 전폭에 걸쳐서 균일한 압력을 나타내도록 구성되는 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프를 제공한다.

본 발명에 의한 에어나이프 장치는 내부의 미세 다공판을 통해 발산되는 에어의 폭방향 압력편차가 발생되지 않는 제로화로 함으로써, 에어나이프 내부의 미세 다공판에 갖춰진 유입구멍에 의해 용융도금 제품 표면에 발생하는 도금성 줄무늬 결함이 완전히 제거되며, 하부 립선단을 수평으로 유지하여 립 마크의 발생을 더욱 최소화하는 것이다.

Description

폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프{AIR KNIFE FOR PREVENTING A VARIATION OF AIR PRESSURE IN STRIP WIDTH DIRECTION}

본 발명은 용융아연 도금공정에서 도금량을 조정하는 에어나이프(Air Knife) 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 도금 부착량을 조절하는 과정에서 스트립 폭방향의 에어 압력 편차에 의해 도금 조업중에 발생하는 도금강판표면 길이방향으로 형성되는 도금성 줄무늬 결함을 제거하여 고품질의 도금제품을 생산하기 위한 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프에 관한 것이다.

일반적으로 용융아연 도금설비(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 가열로(105)에서 적정 재질을 확보하기 위한 열처리가 행해지고, 아연도금욕조(107)를 통과하면서 강판(S)에 아연을 부착하게 된다. 상기 도금강판(S)은 수요가에 따라 용도별로 적정 도금 부착량이 제품표면에 부착되는데, 용융도금 공정에서는, 아연도금조(107)의 후방에서 에어 나이프(3)를 이용하여 도금 부착량을 조절함으로써 최종 두께의 도금제품을 생산하게된다.

상기한 바와 같은 도금작업 방법은 종래 기술에서 에어나이프를 두가지 유형으로 사용하고 있는데, 한가지 방법은 도 2a)에 도시된 바와 같이, 에어공급관(130)의 측방향 중앙에서 립(lip)(132a)(132b)이 형성된 구조의 것으로. 상기 에어나이프(100)를 통해 나오는 에어는 각각 20Φ,10 Φ의 상하 복수개의 구멍(140)(142)을 통과하여 토출구(150)를 통하여 강판(S)으로 토출 되어지면서 도금작업을 실시하는 방식과, 다른 방식은 도 2b)에 도시된 바와 같이, 에어 쳄버(160)를 통해서 나온 에어를 여러 개의 22Φ구멍(163)을 지나가게 하여 그 에어를 정류봉(168)에 부딪치도록 하면서 최종적으로 에어나이프 립의 토출구(150)를 통하여 에어가 분출되어 진행하는 도금제품 표면에 알맞은 도금량이 부착되어지게 하는 방식이 있다.

상기와 같은 종래의 기술이 보편적으로 도금작업공정에 사용되고 있는데, 조업중 에어나이프 내부의 구멍(140)(142)(163)에 의한 품질에 미치는 영향에 따라 강판 길이방향으로 도5에 도시된 바와 같은 줄무늬성 결함(180)이 발생된다. 이러한, 줄무늬성 결함(180)의 특징은 직선형의 도금성 무늬이며, 색상은 정상부에 대비하여 밝은 편이고, 줄무늬 부위의 도금층 두께는 정상부위 보다 2~5㎛ 많은 도금량을 형성하게 된다.

또한, 에어나이프 입구와 출구의 조건은 종래의 작업방법인 측정치를 근거로 에어출구 유속의 경우, 실측정치가 40~80 m/s로 측정되었으나, 종래에 국내에서 통상적으로 사용되고 있는 에어나이프에 대하여 업체별로 조금씩 에어 풍량이 에어나이프의 각각의 형식에 따라 조금씩은 상이한데, 그 중 최대 150 m/s, 최소 50m/s로 선정하고 도 2b)에 도시된 바와 같은, 에어나이프에 대하여 설명한다면, 그 출구 유속을 50m/s, 150m/s 로 했을 때, 에어유입 구멍(163) 사이 지점에서 에어나이프의 내부로 행한 에어 유동과, 노즐 출구간 강판 토출부(150)의 유속을 보면, 유입에어의 대부분이 정류봉(168)을 통해 에어나이프 립사이의 토출구(150)로 이동되어지고, 유입 구멍(163)에서 나온 에어와 토출구(150)사이에서 나온 에어의 속도차는 5~20m/s 차이가 존재함을 알 수 있다.

따라서, 에어나이프 내부의 정류봉(168)의 역활은 에어나이프 구멍(163)에서 나오는 에어의 압력을 상쇄시켜서 폭방향으로 균일한 압력을 얻기 위함이지만, 실제로는 압력균일을 얻을 수가 없으므로, 정류봉(168)의 에어 압력 상쇄 효과를 얻기가 어려운 것이다. 이러한 현상은 토출구(150)의 전폭에 걸쳐 동일하게 나타났다.

결론적으로 정류봉(8)을 사용하여 에어 공급 구멍(163)간의 유속을 보상하는 효과는 전혀 없다는 것을 알 수 있으므로, 토출구(150)에 가까이 진행하면서 에어압력과 흐름이 변하는 것을 알 수 있으며, 유동해석을 통한 도금 줄무늬성 결함의발생원인이 에어나이프 내 유입구멍(163)의 존재에 의해서 도 4 및 도 5와 같이 압력편차가 생기고, 내부에 존재하는 정류봉(168)이 압력 균질화 기능을 전혀 수행하지 못하는 것이다.

아울러, 에어나이프 내부의 크기를 증가시키면 에어가 진행시 그 압력이 균질 해짐을 알 수 있으므로, 강판(S)상의 줄무늬성 결함의 발생원인은 에어나이프 내부의 구멍(140)(142)(163)을 통해서 나온 에어가 일정한 각도로 분사되다가, 도 5에서 부분(190)으로 도시된 바와 같이, 옆 구멍(Hole)에서 나오는 에어와 상호 혼합되어지면서 중복되는 부위(190)에서 에어 압력이 상쇄되어 도금 두께 편차를 유발하고, 그에 따른 냉각 속도차에 의한 조직 상이로 색상차가 발생하게 되어 도 5에 도시된 바와 같이, 줄무늬성 결함으로 형성되어 도금품질의 문제점이 발생되는 것이다.

그리고, 종래의 에어 나이프(110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 그 외측면이 에어 분출방향에 대하여 각각 상하에서 일정각도(θ1)(θ2)를 유지하는 것이다. 이와 같은 각도형성은 아래와 같은 문제점을 발생시킨다. 이는 노즐 토출구(150)에서 분출되는 에어가 점성에 의하여 주변에어를 잡아당기게 되고, 이에 따라서 노즐 토출구(150)의 주변에는 부압이 형성되어 도 3a)에 도시된 바와 같이, 2차 유동이 발생되는 것이다.

그리고, 이와 같은 에어 나이프(110)에서 선단 각도(θ)가 커지게 되면, 부압이 더욱 크게 형성되고, 특히 도 3b)에 도시된 바와 같이, 에어나이프(110)의 하부 립의 각도(θ)가 크게 되면, 강판(S)을 따라 상승하던 도금층(195)이 에어에 의해깍여 나가던 일부가 스플래쉬되고, 이 스플래쉬(splash)된 작은 크기의 아연입자가 2차 유동하는 에어를 타고, 립의 토출구(150)측으로 이동할 가능성이 매우 커진다. 따라서, 하부 립의 각도(θ)가 커질수록, 스플래쉬도 많이 발생되고, 아연입자에 의한 립의 단부막힘이 빈번하게 발생되는 것이다.

한편, 에어나이프의 토출구(150) 선단에 작은 크기의 아연입자가 묻어서 막히면, 그 부위에서 에어 분출이 안되어 도금강판 표면에 줄무늬 결함, 즉 립 마크가 발생하는 원인이 된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 한 것으로서, 그 목적은, 에어나이프에서 항상 균일한 에어가 분사되도록 하여 제품 표면에서 발생되는 결함요인을 최적의 상태로 항상시키고, 치명적인 도금성 결함중 하나인 에어나이프 립의 막힘에 의한 강판 표면에 나타나는 립 마크를 최소화할 수 있도록 개선된 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프를 제공함에 있는 것이다.

도 1은 일반적인 용융아연도금설비에서 종래의 에어나이프 배치를 도시한 설명도;

도 2는 종래의 기술에 따른 에어 나이프의 단면으로서,

a)도는 내부에 복수의 구멍을 형성한 구조,

b)도는 내부에 정류봉을 구비한 구조;

도 3은 종래의 기술에 따른 에어 나이프의 작동상태도로서,

a)도는 에어나이프의 하부립 선단 각도가 크게 형성된 경우,

b)도는 에어나이프의 하부립 선단 각도에 의해서 2차 유동이 발생된 경우;

도 4는 종래의 기술에 따른 에어나이프에서 토출구 폭방향의 압력 불균일이 발생한 상태를 도시한 설명도;

도 5는 종래의 기술에 따른 에어나이프에서 토출구 폭방향의 압력 불균일이 발생한 상태를 도시한 작동상태도;

도 6은 본 발명에 따른 에어 나이프를 도시한 단면도;

도 7은 본 발명에 따른 에어 나이프의 조립상태도로서,

a)는 헤더부분을 도시한 상태,

b)는 헤더에 복수의 다공판을 장착한 상태,

c)는 다공판의 외측으로 상,하부 립을 장착한 상태,

d)는 헤더의 양측에 좌,우측 커버를 장착한 상태;

도 8은 본 발명에 따른 에어 나이프의 작동상태도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

5..... 헤더 7..... 공기 유로

13,14.... 다공판 15,16... 고정볼트

20.... 상부립 21.... 립고정 프레임

23..... 하부립 100.... 아연도금설비

105.... 가열로 107.... 아연도금조

110.... 에어 나이프 150.... 토출구

S..... 강판

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 용융아연 도금공정에서 도금량을 조정하는 에어나이프(Air Knife) 장치에 있어서, 헤더내의 에어 유로와 립의 토출구 사이에는 미세한 구멍을 각각 다수개 형성한 복수의 다공판이 장착되어 토출구 전폭에 걸쳐서 균일한 압력을 나타내도록 구성됨을 특징으로 하는 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프를 마련함에 의한다.

그리고, 본 발명은 하부 립 선단을 수평으로 유지하도록 하여 하부 립 선단에서 부압을 최소화하고, 2차적으로 형성되는 원형의 유동을 방지함으로써 립 마크의 발생을 최소화하도록 된 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프를 마련함에 의한다.

이하, 본 발명을 도면에 따라서 보다 상세히 설명한다.

본 발명은, 에어나이프에서 분사되는 에어를 면밀히 분석하고, 그 유동되어지는 형태를 균일하게 한 장치이다. 본 발명은 에어나이프 내부의 에어 유동 상태를 균일하게 한 최상의 도금제품을 생산하기 위한 것으로, 본 발명은 에어나이프 내부의 에어 유동상태를 균일하게 하여 폭 방향의 압력편차가 발생하지 않도록 하는 새로운 형태의 에어나이프이다.

본 발명의 에어 나이프(1)는 도 6에 도시된 바와 같이, 에어나이프 헤더(5)를 기본 틀로 하고, 그 내부에는 에어유로(7)가 형성되며, 상기 헤더(5)의 앞쪽으로 미세 홀(바람직하게는 지름 5Φ)을 가진 1차 다공판(13)과, 이보다 작은 크기의 미세 구멍(바람직하게는 지름 3Φ)을 가진 2차 다공판(14)을 중첩하여 부착한다.

상기 다공판(13)(14)들의 지지를 위해서 다수개의 고정 볼트(15)와 다수개의 립간격 조정볼트(16)가 헤더(5)에 부착된다. 그리고, 헤더(5)부분에 이들 볼트(15)(16)들의 장착을 위하여 고정볼트 홀(17)과 립간격 조정볼트 홀(18)이 배치된다.

그리고, 상기 헤더(5)의 상부쪽에는 에어나이프 상부 립(20)을 장착하기 위한 립 부착 프레임(21)을 형성하며, 세트 볼트(22)가 상기 프레임(21)을 헤더(5)에 결합시키고 있다.

도 7b)는 도 7a)에 도시된 바와 같은 에어나이프 헤더(5)에 1,2차 다공판(13)(14)을 고정볼트(15)와, 립간격 조정 볼트(16)로써 조립하고, 세트 볼트(22)로서 립 부착 프레임(21)을 조립한 장착도로서, 그 외측으로 에어나이프 상부 립(20)과 하부 립(23)을 상기 상부 립 고정볼트(24), 하부 립 고정볼트(25)를 사용하여 각각 부착하고 그 립의 선단에서 토출구(150)를 형성하고 있다.

그리고, 도 7d)와 같이, 최종적으로 좌,우측 커버(26)를 고정볼트(27)를 사용하여 부착시킴으로써, 조립을 완료한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 작용 및 효과에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명과 같이 구성된 에어나이프(1)는 그 내부에서 에어 진행중 균질화되는 과정이 길도록 작업을 실시한다.

또한, 에어나이프 상부 립(20)과 하부 립(23)사이 간격의 조정은 상,하부 립과 헤더사이에 별도의 라이너(미도시)등을 삽입하여 립 선단의 간격 조정을 실시하면서 작업이 이루어지며, 그에 따라서 토출구의 틈새를 조절할 수 있다. 이러한 토출구의 틈새조정은 상기 방식이외의 여러 가지 방식을 취할 수 있음은 물론이다.

따라서, 본 발명은 도 7b)에 도시된 바와 같이, 미세 다공판(13)(14)을 사용함으로써 도 9에 도시된 유동해석 결과처럼, 에어가 미세 다공판(13)(14)을 통과한 에어나이프의 토출구(150) 전폭에 걸쳐서 균일한 압력을 나타나게 하며, 최종적으로 토출되는 에어는 에어나이프 폭 방향으로 편차가 발생하지 않도록 하면서 도금작업이 실행되는 것이다.

상기 에어나이프 폭방향으로 편차가 발생되지 않기 위해서는 다공판(13)(14)의구멍의 최대크기는 다공판(13)(14)과 립(20)(23) 선단의 거리에 의해서 결정된다. 다공판(13)(14)의 구멍을 통과한 에어의 토출 압력이 균질해지는 거리는 에어압력에 따라 약간의 차이가 있으나, 다공판(13)(14) 구멍 지름의 약 5배의 거리에서 에어압력이 균질해 진다.

그러므로, 다공판 구멍 지름의 크기를 10mm이내로 설계하면 종래 사용중인 모든 에어나이프에서 적용 가능하다. 그러나, 압력에 의한 다공판(13)(14)의 변형을 고려할 때 3~5mm의 구멍 지름이 최적이라고 할 수 있다.

본 발명의 에어나이프의 외형 디자인은 용융아연의 비산에 의한 립 막힘으로 발생되는 립 마크를 최소화하기 위해서 설계되어 있다. 도 3a),b)에 도시된 바와 같이, 에어나이프 선단에서 분출되는 제트에어는 점성에 의해서 주변에어를 잡아당기게 된다. 이에 따라 노즐 토출구(150) 주변에는 부압이 형성되고 에어나이프 선단 상,하부로 원형의 유동이 발생한다. 이때, 에어나이프 선단부의 각도가 크게 되면 부압이 더욱 크게 되는데, 특히 에어나이프 하부 선단 각도가 크게 되면 제트에어에 의해서 깍인 용융 아연이 비산되면서 원형의 유동을 타고 립 선단부로 이동할 가능성이 커진다.

그러므로, 본 발명은 하부 립(23) 선단을 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 수평으로 유지하도록 하여 하부 립(23) 선단에서 부압을 최소화하고, 2차적으로 형성되는 원형의 유동을 방지함으로써 립 마크의 발생을 최소화한다.

상기와 같이 본 발명에 의한 에어나이프 장치는 내부의 미세 다공판(13)(14)을통해 발산되는 에어의 폭방향 압력편차가 발생되지 않는 방지로 함으로써, 에어나이프 내부의 미세 다공판(13)(14)에 갖춰진 유입구멍에 의해 용융도금 제품 표면에 발생하는 도금성 줄무늬 결함이 완전히 제거되며, 하부 립(23) 선단을 수평으로 유지하여 립 마크의 발생을 더욱 최소화하는 것이다.

그리고, 궁극적으로는 에어나이프 폭방향 압력 편차가 발생되지 않고 완전히 균질해 짐으로써 우수한 도금표면품질의 제품 생산이 가능하게 하는 실용상의 효과를 얻는 것이다.

Claims (2)

1. 용융아연 도금공정에서 도금량을 조정하는 에어나이프(Air Knife) 장치에 있어서, 헤더(5)내의 에어 유로(7)와 립(20)(23)의 토출구(150) 사이에는 미세한 구멍을 각각 다수개 형성한 복수의 다공판(13)(14)이 장착되어 토출구 전폭에 걸쳐서 균일한 압력을 나타내도록 구성됨을 특징으로 하는 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하부 립(23) 선단을 수평으로 유지하도록 하여 하부 립(23) 선단에서 부압을 최소화하고, 2차적으로 형성되는 원형의 유동을 방지함으로써 립 마크의 발생을 최소화하도록 구성됨을 특징으로 하는 폭방향 에어압력편차를 제거한 에어 나이프.