KR20030054488A - 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법 - Google Patents

Abstract

알루미늄을 첨가하여 사용하는 용융아연도금 또는 알루미늄도금에서 드로스가 침적 구조물에 부착되는 것을 억제하기 위한 방법을 제공한다.

상기 드로스의 침적 구조물 부착 억제방법은, 용융도금욕조에 설치된 하나 이상의 초음파 발생수단으로서 일정 주파수와 진폭의 초음파를 도금욕에 가하여 드금욕중의 드로스가 구조물에 부착되는 것을 억제시키는 구성으로 이루어 진다.

따라서, 도금욕내에서 드로스의 성장하고, 도금욕조내의 구조물에 드로스가 부착되는 것을 효과적으로 억제하여 구조물의 수명을 연장시킬 수 있도록 하는 잇점을 제공하는 것이다.

Description

용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법{A METHOD FOR REMOVING DROSS ON A STRUCTURE SUCH A IMMERSION ROLL IN MOLTEN ZINC BATH OF HOT DIPPED GAVANIZING PROCESS}

본 발명은 용융아연도금을 위한 용융아연 도금욕조내에 설치된 싱크롤과 같은 침적된 구조물에 드로스(DROSS) 부착 억제방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 용융아연욕에서의 드로스 성장 및 침적롤과 같은 구조물에의 부착을 억제하여 도금욕조내의 각종 구조물의 수명을 단축시키는 것을 미연에 방지할 수 있도록 한 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법에 관한 것이다.

일반적으로 강판의 용융아연도금에 있어서 드로스는 용융아연욕중에 존재하는 철과 알루미늄의 화합물을 말하는데, 이와 같으 드로스의 발생원인은 용융아연에 의해 강판 혹은 도금욕중의 각종 철 구조물이 침식되어 도금욕중에 존재하게 되는 철과 도금욕중의 아연 및, 알루미늄성분과 결합하여 아연-철-알루미늄의 딱딱한 금속간 화합물을 드로스라 한다.

그런데, 도 1에서 도시한 바와 같이, 도금욕(100) 내에는 강판(150)의 진행방향을 바꾸기 위한 싱크롤(110) 및 이를 지지하기 위한 지지대(미도시) 그리고 강판(150)의 흔들림을 억제하기 위한 스테빌라이징 롤(130)이 침적상태로 설치되는데, 상기 드로스가 이러한 구조물(150)(130)들에 석출 혹은 부착하여 두텁게 되므로써 강판(150) 표면에 드로스에 의한 찍힘마크를 유발시키는 문제가 초래되는 거이다.

이때, 도 1 에서 설명되지 않은 부호 120은 스나우트이고, 140는 가스와이핑장치이다.

따라서, 상기와 같이 드로스가 부착된 구조물(150)(130)을 도금욕조(100)에서 꺼내어 새로운 롤(150)(130)들로 교환해야 하며, 이 교체 기간동안에는 제품을 생산하지 못하여 도금라인의 생산성을 저하시키는 한편, 새로운 롤(150)(130)들의 교체작업이 추가적으로 필요하고, 이에 비용도 증가하는 등의 여러 문제점들이 발생되는 것이다.

그런데, 상기와 같은 드로스의 주요 발생원인은 강판(150)의 용융도금시 강판(150)이 용융아연에 의해 침식되어 도금욕(160)중에 고용된 철의 농도가 항상 포화 용해도로 유지되려는 경향에 따른 것이다.

즉, 도금욕(160)의 온도가 증가하면 용융아연중의 철의 평형농도는 증가하여 용융아연중에 고용된 철의 농도는 증가하고, 도금욕(160)의 온도가 낮아지면 철의 평형농도는 낮아지므로 도금욕중에 고용된 철은 과포화 상태가 되며, 결국 과포화되는 양만큼 도금욕(160)중의 알루미늄과 아연과 반응하여 드로스가 석출되는 것이다.

따라서, 도금욕(160)의 온도 및 조성이 변화되지 않으면 도금욕내 드로스와 도금욕내 아연, 알루미늄 및 철의 농도는 평형을 이루어 더 이상의 드로스 생성반응은 일어나지 않지만, 항상 어느정도의 도금욕 온도 및 조성 변화는 일어날수 밖에 없기 때문에, 드로스의 발생을 완전하게 억제하는 것은 불가능한 것이다.

한편, 이와 같은 석출 반응은 열역학적으로 자발적인 반응으로 도금욕내에 우선적으로 핵생성이 일어날수 있는 장소가 있으면 그 곳에서 우선적으로 발생한다.

그리고, 상기 도금욕조(100)내의 구조물(150)(130)은 도금욕(160)과 불균일한 계면을 형성하고 있으므로 이 곳이 우선적인 핵생성 장소가 되므로 도금욕(160)내 드로스는 그 곳에서 먼저 석출한다.

이때, 도금욕조(100)내의 구조물(150)(130)에 드로스가 부착되는 것을 억제하기 위한 방법으로는 도금욕조(100) 내부의 구조물(150)(130)을 드로스가 잘 부착되지 않는 물질로 세라믹 코팅하는 방법을 알려져 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 세라믹 코팅방법은 그 실효성은 크지만 실제 도금라인에서 싱크롤(150)과 스테빌라이징롤(130)과 같은 구조물들의 크기가 매우 크기 때문에, 그 표면전체에 세라믹을 코팅을 하는 것은 매우 비용이 많이 들 뿐만 아니라 또한, 드로스의 부착을 완전하게 방지하는 것도 어려운 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 도금욕내에서 드로스의 성장하고, 도금욕조내의 구조물에 드로스가 부착되는 것을 효과적으로 억제하여 구조물의 수명을 연장시킬 수 있도록 한 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법을 제공하는 데에 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 침적롤의 드로스 억제방법을 설명하기 위한 개략도

도 2는 본 발명에서 사용되는 초음파 발생기의 설치상태를 도시한 것으로서,

(a)는 분해 사시도

(b)는 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1.... 초음파 발생수단10.... 초음파 진동자

20.... 웨이브 가이드30.... 초음파 혼

40.... 케이싱22,42.... 픽스처

100.... 도금욕조110.... 싱크롤

120.... 스나우트130.... 스테빌라이징 롤

140.... 가스와이핑 장치150.... 강판

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적인 구성으로서 본 발명은, 알루미늄을 첨가하여 사용하는 용융아연도금 또는 알루미늄도금에서 드로스가 침적 구조물에 부착되는 것을 억제하기 위한 방법에 있어서, 용융도금욕조에 설치된 하나 이상의 초음파 발생수단으로서 일정 주파수와 진폭의 초음파를 도금욕에 가하여 드금욕중의 드로스가 구조물에 부착되는 것을 억제시키는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법을 마련함에 의한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 침적롤의 드로스 억제방법을 설명하기 위한 개략도이고, 도 2는 본 발명에서 사용되는 초음파 발생수단을 도시하고 있다.

먼저, 도 2에서는 본 발명에서 사용되는 초음파 발생수단(1)의 설치상태를 도시하고 있는데, 물론 도 2에서는 일 실시예를 도시하고 있고, 이에 한정될 필요는 없다.

즉, 도 2에서 도시한 바와 같이, 케이싱(40)의 내부에 초음파 진동자(10)를 배치시키고, 상기 케이싱(40)의 상부에는 고온상태의 도금욕조(100)상에 설치되기 때문에, 진동자(10)의 냉각을 위한 팬모터(50)가 장착되고, 상기 케이싱(40)에는 방출된 초음파를 도금욕(160)으로 유도하는 웨이브 가이드(20)가 고정되고, 상기 웨이브 가이드(20)에는 실제 도금욕조(100)내의 도금욕(160)에 하부가 침적되어 도금욕(160) 즉, 융용도금액에 초음파를 가하는 초음파혼(30)이 연결 고정되어 있고, 상기 케이싱(40)은 브라켓트(60)로서 도금욕조(100)의 벽에 브라켓트(60)로서 도 1에서와 같이 경사지게 고정된다.

이때, 도 2b에서 도시한 바와 같이, 상기 케이싱(40)의 내부에 웨이브 가이드(30)의 1/2 정도가 삽입되어 상기 케이싱(40)과 가이드(20)에 십자형상으로 형성된 픽스쳐(22)(42)가 볼트로서 고정되고, 상기 가이드(20)는 초음파 진동자(10)와 동일한 크기를 갖추어 그 상부에 진동자(10)가 얹혀져 고정된다.

이때, 상기 초음파 진동자(10)가 현재에는 팬기능을 갖는 제품으로 생산되기도 하므로, 초음파 진동자(10)에 따라 설치되고, 상기 초음파 혼(30)은 융용도금액(160)에 침지되기 때문에, 내열성 재질 즉, 세라믹 재질로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

다음, 앞에서도 설명한 바와 같이, 드로스는 피도금물체인 강판(150) 및 각종 도금욕조(100)내의 철 구조물 즉, 싱크롤(150)등이 용융아연에 의해 용해되어 용융도금욕(160)중에 존재하는 철이온이 과포화될때 알루미늄과 결합하여 발생하는 금속간 화합물로써 도금욕(160)중에 존재하게 된다.

그리고, 이와 같은 드로스의 석출반응은 일반적인 금속의 석출 반응과 같이, 핵생성 및 성장반응을 거쳐 형성되는데, 핵생성은 우선적 핵생성 장소가 있으면 그곳에서 우선적으로 생성되어 그 핵이 성장하여 크기가 증가되고, 일반적으로 불균일한 계면이 있으면 그곳에 핵이 우선적으로 생성되는 것으로 알려져 있다.

따라서, 도금욕조(100)내 싱크롤(150), 스테빌라이징 롤(130) 및, 도면에서는 도시하지 않은 이들을 지지하는 지지대등의 구조물드른 용융도금액(160)과 계면을 형성하므로 이곳에서 드로스의 석출핵이 우순적으로 생성될 가능성이 높은 것이다.

한편, 본 발명의 발명자들은 상기 롤(150)(130)들을 향하여 조사된 초음파 에너지가 롤(150)(130)과 같은 구조물에 드로스가 생성되는 어렵게 하는 효과가 있을 뿐만 아니라, 비록 상기 도금욕조(100)내의 롤(150)(130)들에 드로스가 성장되었다 하더라도, 결국에는 상기 조사된 초음파가 드로스를 파괴하여 드로스를 롤에서 부터 제거하기 때문에, 도금욕조(100)에 침적된 롤(150)(130)들의 표면이 항상 청정한 상태를 유지하는 것을 확인하였다.

즉, 도금액(160)에 조사된 초음파 에너지는 소밀파로서 음파가 도금액(160) 중에서 진행되면 미소압력이 100 기압까지 가압되고, 거의 진공 상태의 감압을 연속적으로 발생시키게 되는 것이다.

따라서, 이와 같은 압력의 작용에 의해 도금욕(160)중에 드로스 석출이 용이하게 되고, 이는 결국 도금액(160)에 침적되는 싱크롤(150)과 스테빌라이징 롤(130)과 같은 구조물의 표면에 응고핵이 생성되기 전에, 먼저 도금욕조중에 특히 초음파의 음압이 높은 부위에 석출핵이 먼저 생성됨으로서, 드로스를 형성하려는 화학적 포텐셜(POTENTIAL)이 감소하게 되고, 결과적으로 도금욕내(100)내에 침적된 구조물(150)(130)에서는 드로스의 석출이 억제되는 것이다.

또한, 초음파 진동에 의한 압력효과에 의해 드로스가 파괴될 수 있는데, 파괴된 드로스는 롤에서 떨어져 나오게 되는 것이다.

즉, 초음파의 특징인 물질을 흔드는 힘이 강하기 때문에, 본 발명의 초음파 진동자(10)로서 도금액(160)에 조사된 초음파는 구조물(150)(130)에 부착된 드로스를 지속적으로 흐들기 때문에, 드로스가 구조물에서 떨어지게 되는 것이다.

한편, 다음의 실시예에서 상세하게 설명하겠지만, 보통 초음파의 주파수가 10 kHz 이하에서는 소음에 의해 작업환경이 악화되는 문제점이 있기 때문에,그리고 조사된 주파수가 100 kHz이상에서는 드로스의 미립화 효과가 없다.

그리고, 실험결과 본 발명에서 도금액(160)에 조사된 초음파의 적정한 진폭은 도금조(100)의 크기 및 형태에 따라 다르지만, 진폭이 3㎛ 미만에서는 효과가 없고, 진폭이 클수록 드로스의 억제효과가 양호해지나 50 ㎛이상의 진폭에서는 초음파를 발생시키는 초음파 진동자(10)의 과부화로 그 수명이 짧아지는 문제가 있어, 본 발명에서 사용되는 초음파는 10-100 kHz 의 주파수대와 3-50㎛ 의 진폭을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

(실시예)

도 1에서 도시한 바와 같이, 초음파 진동자(10)에서 조사되어 웨이브 가이드(20)와 초음파 혼(30)을 통하여 초음파를 강판(150)이 도금되는 도금욕조 (100)의 스나우트(120) 뒷쪽에서 도금액(160)에 조사하는데, 상기 초음파 혼(30)을 도금액(160)에 5 mm 깊이로 침적시켯다.

이때, 상기 도금조내의 도금욕(160)의 조성은 알루미늄이 중량비로 0.2 %이며, 도금욕중의 철의 함량은 중량비로 0.05 wt % 로 하였다.

그리고, 상기 도금욕(160)내의 싱크롤(150)등의 구조물을 14일간 침적시킨후에 꺼내어 표면에 부착되어 있는 용융아연을 묽은염산으로 용해시킨 후에, 드로스의 부착상태를 육안으로 관찰하였다.

그 결과, 초음파를 가하지 않거나 초음파 진폭이 3㎛ 미만인 경우에는 도금욕의 싱크롤(150)등에 드로스가 석출되는 것을 알 수 있었으며, 그 이상의 진폭에서는 드로스의 석출이 발생되지 않음을 알수 있었는데, 이를 표1 에서 나타내면 다음과 같다.

구분	초음파 주파수(kHz)	초음파 진폭(㎛)	드로스 부착상태
비교예1	없음	없음	부착됨
비교예2	20	2.5	부착됨
비교예3	40	60	부착안됨
비교예4	120	2.5	부착됨
발명예1	10	50	부착않됨
발명예2	40	10	부착않됨
발명예3	100	3	부착않됨

상기 표 1에서 알수 있듯이, 비교예 2인 경우 초음파의 주파수는 본 발명의 범위에 포함되는 20kHz 이지만, 진폭이 2.5 ㎛인 경우로 드로스가 부착되었음을 알수 있고, 비교예 4에서는 초음파의 주파수가 20kHz 이고, 그 진폭이 60 ㎛ 로 드로스가 부착되지는 않았지만, 진폭이 너무 강하여 초음파 발생수단(1)의 초음파 혼(30)의 수명이 급격히 단축되는 문제가 있어, 결국 본 발명의 초음파는 10-100kHz 의 주파수와 3-50 ㎛의 진폭을 갖도록 사용하는 것이 바람직람을 알수 있는 것이다.

이와 같이 본 발명인 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법에 의하면, 도금욕내 싱크롤 및 스테빌라이징 롤과 같은 침적 구조물에 드로스의 석출을 방지할수 있어 롤들의 수명을 연장시키는 효과를 제공한다.

또한, 롤의 수명이 연장되어 잦은 교체작업이 필요없어 설비의 보수 및 유지비용이 절감되고, 특히 롤에 부착된 드로스에 의해 이송되는 강판의 표면에 찍힘 마크가 발생되지 않아 강판 도금의 불량을 미연에 방지시키는 우수한 효과를 제공하는 것이다.

본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀두고자 한다.

Claims (2)

1. 알루미늄을 첨가하여 사용하는 용융아연도금 또는 알루미늄도금에서 드로스가 침적 구조물에 부착되는 것을 억제하기 위한 방법에 있어서,

   용융도금욕조에 설치된 초음파 진동자를 갖춘 하나 이상의 초음파 발생수단으로서 일정 주파수와 진폭을 갖는 초음파를 도금욕에 가하여 도금욕중의 드로스가 구조물에 부착되는 것을 억제시키는 것을 특징으로 하는 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법
2. 제 1항에 있어서, 상기 초음파 발생수단의 초음파 진동자에서 도금욕에 조사되는 주파수는 10 - 100 kHz 으로 형성되고, 상기 초음파 진동부 끝단에서의 최대 진폭은 3-50 ㎛ 로 구성된 것을 특징으로 하는 용융아연 도금욕조의 구조물 드로스부착 억제방법