KR20030018175A - 에어나이프 노즐과 강판사이의 간격측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스트립의 표면에 연속적으로 도금을 실시하기 위한 연속도금 공정의 에어나이프와 스트립의 간격측정장치에 있어서, 상기 에어나이프의 상부에 설치되어지며 상하이송 및 전후이송 가능한 하우징과, 상기 하우징의 단부에 장착되어져 상기 하우징의 이동에 따라 상하이동 및 수평이동하면서 상기 스트립 표면과 상기 센싱수단하우징 사이의 간격을 측정하는 센싱수단으로 이루어져 상기 센싱수단과 스트립간의 간격을 측정하므로서 상기 에어나이프노즐과 상기 스트립 간의 간격을 비접촉식으로 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판사이의 간격측정장치를 요지로 한다.

또한 상기 스트립과 에어나이프 간의 간격은 하기의 식에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치를 요지로 한다.

D = d -D offset

여기서, D = 스트립과 에어나이프 노즐간의 간격

d = 센싱수단과 스트립간의 간격

D offset = 에어나이프 노즐과 센싱수단간의 간격

Description

에어나이프 노즐과 강판사이의 간격측정장치{An apparatus for measuring a gap of air-knife nozzle with strip}

본 발명은 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격을 정확하게 측정하므로서 강판의 도금층을 일정하게 유지할 수 있는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치에 관한 것이다.

도 1은 용융 아연 도금 공정을 나타내는 도면으로서, 일반적으로 제철소에서 생산되는 철강 제품 중에는 냉연 및 열연 강판(4)을 후처리 과정을 거쳐 출하하는 경우도 있다. 후처리 과정 중에는 아연이나 주석을 강판(4)의 표면에 도금하는 공정이 있다. 그 중 용융아연도금 제품은 최근에 자동차 강판(4)의 외판 등 내식성을 요하는 곳에 많이 사용되고 있고 제품의 수요가 계속적으로 증가하고 있다. 이러한 용융아연도금 강판(4)의 제품의 품질은 강판(4)의 표면에 도금되는 도금량에 의해 크게 영향을 미치고 있다. 여러 가지 방법에 의해 도금량을 제어하려는 시도가 있어 왔다.

도금량을 제어하는 주요한 변수로는 에어나이프(1: Air knife)의 노즐(11: nozzle)에서 강판(4)까지의 거리와 노즐(11)에서 분사되는 공기 혹은 질소의 유량 그리고 강판(4)의 이송 속도가 있다. 이들 중에서 강판(4)의 이송속도는 전 공정에 걸쳐 영향을 주는 인자로 마음대로 제어할 수 없다. 그러므로 에어나이프(1)에서 도금량을 제어하기 위한 중요한 인자로는 노즐(11)과 강판(4)의 간격과, 질소의 유량 두 가지가 가장 큰 영항을 미친다.

도금량 제어는 징크 포드(3) 을 통과한 강판(4)에 공기 혹은 질소를 에어나이프(1)로 분사하여 강판(4)의 표면에 부착되는 도금량을 조절하는 것이다.강판(4)에 부착되는 도금량은 노즐(11)에서 분사되는 질소의 유량과 노즐(11)과 강판(4)사이의 상대간격이 변하기 전에는 일정하게 유지된다.

한편, 온라인(On-line) 조업 중에 강판(4)의 반곡과 인장강도 조절을 위해 징크 포트(3) 하부에 있는 스테빌라이징 롤(6: stabilizing Roll)의 위치 이동으로 실제 강판(4)과 에어나이프(1) 노즐(11)간의 상대간격(D)이 달라질 수 있고, 또 두께가 서로 다른 강판(4)의 용접부가 통과할 때 발생하는 굽힘(Bending)에 의해서 강판(4)과 노즐(11)의 간격이 달라진다.

이때 전.후 에어나이프(1) 노즐(11)과 강판(4) 사이의 간격이 달라져 강판(4)의 전.후면에 부착되는 도금량이 심하게 달라지게 된다. 그런데 문제는 이러한 도금량 불균형을 발생시키는 노즐(11)과 강판(4)의 상대간격 변화를 측정할 수 있는 장치가 없을 뿐더러 실제로 강판(4)에 부착되는 도금량도 에어나이프(1) 근방에서 측정이 안 된다는 것이다. 도금량 측정장치(5)는 그 측정 원리상의 제한으로 에어나이프(1)로부터 100 미터 혹은 그 이상 떨어진 지점에 설치되어 있어 에어나이프(1)) 노즐(11)과 강판(4)과의 상대거리 변화에 기인한 강판(4)의 전후면 도금량 불균형이 100미터 혹은 그 이상에서 발견되게 되어 있다.

따라서 이를 수정하여 정상화하기 전에 도금된 것들은 모두 불량제품으로 처리되는데 이는 상당히 큰 손실을 초래한다. 따라서 강판(4)과 에어나이프(1) 노즐(11)과의 간격의 변화를 측정하여 항상 일정한 간격을 유지할 수 있도록 제어하기 위해서 상대적인 간격을 측정할 수 있는 장치가 필요하다.

그런데 노즐(11)과 강판(4) 사이의 상대적인 간격을 측정할 수 있는 장치가없는 실정이다. 이는 에어나이프(1) 주변이 용융도금욕조에서 올라오는 열기로 매우 뜨겁고 또 아연 흄(hume)의 영향으로 광학적인 거리계의 접근이 어렵기 때문이다. 따라서 이러한 설치조건에 충분한 내구성을 지닌 장치의 개발이 요망되어져 왔다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 특히 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격을 정확하게 측정하므로서 강판의 도금층을 일정하게 유지할 수 있는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 스트립의 표면에 연속적으로 도금을 실시하기 위한 연속도금 공정의 에어나이프와 스트립의 간격측정장치에 있어서, 상기 에어나이프의 상부에 설치되어지며 상하이송 및 전후이송 가능한 하우징과, 상기 하우징의 단부에 장착되어져 상기 하우징의 이동에 따라 상하이동 및 수평이동하면서 상기 스트립 표면과 상기 센싱수단하우징 사이의 간격을 측정하는 센싱수단으로 이루어져 상기 센싱수단과 스트립간의 간격을 측정하므로서 상기 에어나이프노즐과 상기 스트립 간의 간격을 비접촉식으로 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판사이의 간격측정장치에 의하여 달성된다.

또한, 상술한 목적은 상기 스트립과 에어나이프 간의 간격은 하기의 식에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치에 의하여 달성된다.

D = d -D offset

여기서, D = 스트립과 에어나이프 노즐간의 간격

d = 센싱수단과 스트립간의 간격

D offset = 에어나이프 노즐과 센싱수단간의 간격

도 1은 용융아연 도금 공정을 나타내는 도면.

도 2는 간격측정장치의 에어나이프 프레임에 취부한 상태를 나타내는 도면.

도 3은 간격측정장치의 외형을 나타내는 도면.

도 4a는 와전류식 간격측정장치 중 발진회로부분을 나타내는 도면.

도 4b는 와전류식 간격측정장치에서 검출물체와 센서해드를 나타내는 도면.

도 4c는 와전류식 간격측정장치에서 발진신호와 정류된 신호를 나타내는 도면.

도 4d는 와전류식 간격측정장치에서 출력전압과 측정거리를 나타내는 그래프.

도 5는 센싱수단 하우징의 구성을 나타내는 도면.

도 6은 간격측정 원리를 설명하는 도면.

도 7a는 간격측정장치의 정면을 나타내는 도면.

도 7b는 간격측정장치의 배면을 나타내는 도면.

도 8은 이송베드의 이송원리를 나타내는 도면.

도 9는 기어박스를 나타내는 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 에어나이프 2: 간격측정장치

3: 징크 포트(Zinc Pot)4: 강판

5: 도금량 측정장치6: 스테빌라이징 롤

7: 하우징 8: 전후 이송베드

9: 상하 이송베드11: 에어나이프 노즐

12: 에어나이프 립 13: 에어나이프 프레임

21: 센싱수단 22: 가이드 봉

23: 강화 플라스틱 24: 강화유리

25: 고정쇠 26: 상하 이송핸들

27: 전후 이송핸들61: 전후 이송베드 벨로우즈

62: 상하 이송베드 눈금자63: 전후 이송베드 눈금자

64: 상하이송베드 하부벨로우즈65: 기어상자

67 : 상하이송베드상부벨로우즈71: 와전류

72: 자속74: 냉각장치

75: 센싱수단 신호선76: 센싱수단 고정나사

77: 신호 커넥터

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성을 상세히 설명한다.

도 2은 간격측정장치의 에어나이프 프레임에 취부한 상태를 나타내는 도면이고, 도 3은 간격측정장치의 외형을 나타내는 도면이고, 도 4a는 와전류식 간격측정장치 중 발진회로부분을 나타내는 도면이고, 도 4b는 와전류식 간격측정장치에서 검출물체와 센서해드를 나타내는 도면이고, 도 4c는 와전류식 간격측정장치에서 발진신호와 정류된 신호를 나타내는 도면이고, 도 4d는 와전류식 간격측정장치에서 출력전압과 측정거리를 나타내는 그래프이고, 도 5는 센싱수단 하우징의 구성을 나타내는 도면이고, 도 6은 간격측정 원리를 설명하는 도면이고, 도 7a는 간격측정장치의 정면을 나타내는 도면이고, 도 7b는 간격측정장치의 배면을 나타내는 도면이고, 도 8은 이송베드의 이송원리를 나타내는 도면이고, 도 9는 기어박스를 나타내는 도면으로서, 에어나이프(1) 노즐(11)과 강판(4)의 상대적인 간격을 측정하기 위한 간격측정장치(2)는 제 1도, 제 2도에 나타낸 바와 에어나이프(1) 프레임(13)에서 아래로 고정되어 에어나이프(1)의 상부까지 내려져 있다.

간격측정장치(2)의 구성은 도 3에 나타난 바와 같이 에어나이프(1) 프레임으로부터 간격측정장치(2)를 고정할 수 있는 고정쇠(25)가 4개가 있는데 도 2와 같이2개는 프레임의 상부에 고정하고 2개는 하부에서 고정 된다. 간격측정장치(2)는 크게 2가지의 부분으로 구성된다. 하나는 센싱수단 하우징(7)이고 또하나는 센싱수단하우징(7)을 이송시키는 이송베드이다.

이송베드는 다시 상하 이송베드(9)와 전후 이송베드(8)로 구성된다. 전후 이송베드(8)는 상하 이송베드(9)에 부착되어 있고 센싱수단 하우징(7)은 전후 이송베드(8)에 부착되어 있다. 따라서 상하 이송시에는 센싱수단 하우징과 전후 이송베드(8)가 같이 움직이고, 전후 이송 시에는 센싱수단 하우징(7)만 이송하게 된다.

센싱수단 하우징(7)에서 센싱수단(21)은 도 3(b)에서 처럼 알루미늄 합금 상자형태로 센싱수단 하우징(7)의 내부에 원형 바퀴모양의 센싱수단(21)가 일정한 간격으로 3개 들어 있다.

3개의 센싱수단(21) 주변은 강화 플라스틱(23)으로 채워져 있어 예기치 못한 충격이나 파손에 대비하여 센싱수단(21)을 보호할 수 있도록 구성된다. 특히 이 강화플라스틱은 센싱수단(21)에서 발생하는 자속(72)을 측면으로 흩어지지 않게 모아주어 측정하고자 하는 강판(4)이 있는 전면으로 많은 자속(72)을 유도하고 또 하우징(7)에 의한 측면에서의 자성물체에 대한 간섭을 방지하여 센싱수단(21)이 외부의 간섭없이 정상적인 성능을 발휘할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

와전류식 센싱수단은 도 4a 와 같이 센싱수단(21)은 코일(Coil)로 감겨져 있는데 이 코일에 고주파를 전원을 발진하여 주고 검출물체 즉 강판(4)을 근접시켜 주면 유도되는 자속의 변화에 의해서 강판(4)의 표면에 와전류가 발생한다. 발생한 와전류(71)는 반대방향의 새로운 자기장을 발생시켜 코일에 영향을 주게되는데 이때 코일에 유도되는 전류는 고주파 발진에 의해 공급되는 전류와 반대방향으로 유도되어 발진진폭을 감소시키게 된다.

이러한 발진진폭의 감소는 제 4 도b 와 같이 검출대상물체와 센싱수단(21)부 즉 코일의 거리에 따라서 달라지는데 그 결과가 제 4도c 와 같다. 발진진폭을 정류하여 제 4도d 에서 선형화(linearize) 작업을 거쳐서 최종적인 검출대상의 위치와 출력전압의 관계를 유도한다.

센싱수단(21)이 들어있는 센싱수단하우징(7)은 상하, 전후 이송 조작을 할 수 있는 이송베드에 부착되어 있다. 상하 이송베드(9)에 전후 이송베드(8)와 하우징(7)이 부착되어 있고 상하 이송조작에 따라 이들을 상하로 함께 이동시킨다. 상하 이송조작이 가능하게 한 것은 에어나이프(1)의 정비시에 에어나이프(1) 립(12)(lip) 청소를 하고자할 때 간섭을 방지하고자 하는 목적이 있다.

즉 에어나이프(1) 립(12)을 청소하고자 할 때에는 도 6의 에어나이프(1) 그림에서 점선으로 된 것과 같이 립(12)을 상방향으로 향하도록 조작한 뒤에 정비요원이 위에서 아래로 립(12)을 내려다보며 청소를 한다.

그런데 립(12)을 상방향으로 하게되면 하우징(7)과 매우 근접하게 되어 정비요원이 립(12)을 내려다 볼 수 없기 때문에 상하 이송핸들(26)을 조작하여 센싱수단 하우징(7)을 최대한 높게 이송시켜야 한다.

따라서 이러한 상하 이송베드(9)와 상하 이송핸들(26)은 센싱수단을 온라인시 최대한 노즐(11)에 근접시켜 측정을 수행할 수 있게 하는 동시에 정비 시에는간섭없이 원활한 정비작업을 수행할 수 있도록 구성된다.

센싱수단 하우징(7)을 에어나이프(1)에 근접시킬수록 강판(4)과 센싱수단사이의 측정값이 강판(4)과 노즐(11)값을 잘 대변할 수 있다. 상하 이송베드의 측면에는 눈금자가 새겨 여러 번의 이송 후에도 최기 위치를 찾을 수 있도록 하였고 아래 방향으로 최대한 이송했을 때는 리미트(limit) 스토퍼를 설치하여 더이상 이동이 발생하지 않도록 구성된다.

전후 이송베드(8)와 이송핸들은 센싱수단 하우징(7)을 전후으로 이송하는 역할을 수행한다. 전후 이송베드(8)는 상하 이송베드(9)에 부착되어 상하이동을 하고 하부에는 센싱수단 하우징(7)이 부착되어 있다. 전후 이송베드(8)에는 에어나이프(1) 립(12)을 정비할 때의 센싱수단 하우징(7)의 위치와 온라인 상에서 하우징(7)의 위치를 조절할 수 있도록 이송베드 측면에 눈금자가 새겨져 있다. 온라인 측정시에 하우징(7)의 위치는 에어나이프(1) 립(12)을 수평으로 뉘웠을 때보다 강판(4)에서 20 mm 정도 더 떨어지 위치에 오도록 하고, 립(12)청소시에는 최대한 후면쪽으로 이송시킬수 있도록 하였다.

센싱수단 하우징(7)은 도 5에 나타낸 것과 같이 3개의 센싱수단(21)를 감싸는 구조로 되어 있다. 센싱수단(21)는 강화 프라스틱을 센싱수단(21)와 같은 직경의 홈을 내에 그 속에 장착하여 외부의 충격에 직접적인 영향을 받지 않게 지지되는 구조로 구성된다.

그리고 전면에는 강화유리를 설치하여 센싱수단(21)와 강화 프라스틱에 용융도금이 묻거나 아연 흄이 부착되는 것을 방지하도록 구성된다. 강화 유리는 도 7의 (a)와 같이 슬라이드 식으로 끼워넣을 수 있는 구성되어 센싱수단(21)의 이상으로 교체시 정비작업이 용이하도록 구성한다. 그리고 센싱수단 하우징(7)의 전면 상하에 가이드 봉(22)을 설치하였는데 이는 온라인 조업시에 이상으로 강판(4)이 센싱수단 하우징(7)을 때리는 경우가 발생하더라도 돌출된 가이드 봉(22)에 먼저 접촉되도록 하므로써 직접적인 충격을 방지할 수 있도록 구성한다.

센싱수단 하우징(7)은 2개의 방으로 구성되는데 전면에 해당되는 방에는 센싱수단(21)와 강화 프라스틱으로 채워져 있고 후면쪽의 방에는 냉각 기체 공급장치와 센싱수단 커넥터 및 신호선이 지날수 있도록 구성한다. 센싱수단(21)는 분리판에 나사로 고정되어 있다.

에어나이프(1) 노즐(11)과 강판(4)사이의 상대적인 거리는 도 6에 도시한 바와 같이 강판(4)과 간격측정장치의 센싱수단(21)부와의 거리를 측정한 후, 에어나이프(1) 노즐(11)과 센싱수단(21)부의 상대적인 거리를 빼어서 계산한다. 다음 그에 관련된 수식을 나타낸다.

D = d - D_offset

징크 포트(3) 주변에는 아연 흄이 발생하여 오랜 기간동안에 그 분위기 속에 장치가 놓여 있을 경우에는 흄이 부착된다. 본 발명의 경우에는 상하, 전후 2 개의 이송베드가 있는데, 정비 또는 센싱수단의 눈금조정을 위한 이동을 위해서는 원활한 이송이 이루어져야 한다. 만약 아연 흄이 이송부에 부착되어 고착되면 이송이 힘들어 질수 있다. 따라서 본 발명에서는 아연 흄의 이송부 부착을 방지항기위하여 벨로우즈 형태의 커버를 구성한다.

벨로우즈 형태의 커버는 내열성이 뛰어난 소재를 벨로우즈로 가공하여 이송부가 노출되는 부분을 감싸도록 구성된다. 상하 이송베드(9)나 하우징(7)이 이송함에 따라 펴졌다 접혔다 하는데 이때 최대의 이송거리를 충분히 커버할 수 있도록 구성된다.

도 8은 이송베드의 이송 메카니즘을 나타내고 있다. 나사산으로 이루어진 봉과 나사산이 새겨진 베드을 연결으하여 나사봉을 회전시킴으로써 베드가 전후로 이송되도록 하였다. 물론 상하 이송베드(9)도 동일한 방식으로 구성된다. 그리고 상하 이송베드(9)에는 센싱수단 하우징(7)과 전후 이송베드(8)의 자중에 의한 이송마찰이 크기때문에 부드러운 이송 조작을 위하여 도 9와 같이 2대 1의 기어비를 가진 기어박스를 구현하여 보다 부드러운 이송이 가능하도록 구성한다.

본 발명은 용융아연도금 조업시에 정도 높은 도금량 제어를 위하여 강판과 에어나이프 노즐간의 상대적인 거리를 측정할 수 있는 간격측정장치를 구성하여 수동 혹은 자동으로 도금량을 제어할 때 외부 조건에 의해 강판과 노즐간의 거리변화를 측정하여 거리 변화에 따른 강판의 전후면에 발생할 수 있는 도금량 불균형을 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 스트립의 표면에 연속적으로 도금을 실시하기 위한 연속도금 공정의 에어나이프와 스트립의 간격측정장치에 있어서,

   상기 에어나이프의 상부에 설치되어지며 상하이송 및 전후이송 가능한 하우징과,

   상기 하우징의 단부에 장착되어져 상기 하우징의 이동에 따라 상하이동 및 수평이동하면서 상기 스트립 표면과 상기 센싱수단하우징 사이의 간격을 측정하는 센싱수단으로 이루어져 상기 센싱수단과 스트립간의 간격을 측정하므로서 상기 에어나이프노즐과 상기 스트립 간의 간격을 비접촉식으로 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판사이의 간격측정장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 스트립과 에어나이프 간의 간격은 하기의 식에 의하여 측정하는 것을 특징으로 하는 에어나이프 노즐과 강판 사이의 간격측정장치.

   D = d -D offset

   여기서, D = 스트립과 에어나이프 노즐간의 간격

   d = 센싱수단과 스트립간의 간격

   D offset = 에어나이프 노즐과 센싱수단간의 간격