KR20030066926A - 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치 - Google Patents
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Abstract
아연 도금 공정 중에 발생하는 강판의 진동을 저감시키기 위한 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는 도금조와 턴어라운드롤 사이에서 진폭이 가장 크게 발생하는 부위에서 강판의 양측에 설치되는 갭 센서와 다수개의 공기 노즐들을 포함한다. 갭 센서는 강판의 진동 주파수와 진폭을 측정하여 제어부로 전송하고, 제어부는 강판의 진동을 저감시키기 위한 제어 신호를 발생시킨다. 상기 제어 신호에 따라 전원 공급기는 공기 노즐들과 연결되는 압축 공기 라인에 설치된 드로틀 밸브의 개폐 정도를 조절한다. 따라서, 강판의 진동에 따라 공기 노즐들에서 분사되는 압축 공기의 분사량을 조절함으로서 효율적으로 강판의 진동을 저감시킬 수 있다.
Description
본 발명은 강판의 아연 도금 공정 도중에 발생되는 강판의 진동을 저감시키는 방법 및 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 아연 도금조 및 턴어라운드롤 사이에서 발생되는 강판의 진동을 저감시키는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 용융 아연 도금 강판은 도장성, 용접성 및 도장 후 내식성이 우수하여 자동차용 강판으로 널리 사용되고 있다. 연속 용융 아연 도금 공정 중에서, 아연 도금조를 통과하여 아연 도금된 강판은 에어나이프로 미응고 용융 아연이 제거됨으로서 아연층의 두께가 수 ㎛ 정도로 조절된다. 이어서, 가열대와 유지대에서 아연 도금층이 완전히 굳기 전에 아연과 철의 계면 열확산 반응으로 합금층을 생성시키고, 냉각대에서 냉각한 후 턴어라운드롤을 지나게 된다. 그러나, 용융 아연 도금조에서 턴어라운드롤까지는 그 거리가 45m 이상이 되고 에어나이프에서 고압의 공기를 분출하기 때문에 강판에 진동 현상이 발생하여 도금층의 두께가 불균일해지는 문제점이 있게 된다. 가열대와 유지대를 통과한 강판의 온도는 450-550℃ 정도를 유지하게 되고 냉각대에서 150-250℃로 냉각되나, 강판의 진동으로 인해 도금층이 두꺼워진 경우는 냉각이 늦어지기 때문에 턴어라운드롤에서 고온의 합금층이 흡착 탈락하는 현상이 발생하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 공기를 불어넣어 냉각시키는 공기 냉각법, 강판 표면에 냉각수를 분무시켜 냉각시키는 방법, 냉각롤을 이용하여 냉각시키는 방법 등이 개발되었으나, 공기 냉각법은 설비상 제한으로 냉각능이 부족하고, 냉각수를 분무할 경우는 냉각능은 충분하나 냉각수에 의한 도금층의 고온산화 및 턴어라운드롤 통과시 미끄럼 현상이 발생하는 문제점이 있다. 냉각롤을 이용하는 방법은 냉각롤의 회전 속도와 강판의 속도가 다를 경우 상대적으로 슬립이 일어나 도금층에 결함이 발생하는 문제점이 있다.
상기와 같이 용융 아연 도금 공정에서 발생되는 강판의 진동을 저감시키기 위한 일 예로서, 대한민국 특허공개 제2001-57266호에는 도금조와 턴어라운드롤 사이에서 강판의 공진이 최소화되는 지점으로 자동 이동이 가능한 접촉롤을 포함하는 용융 도금 강판의 진동 감소용 이동식 접촉롤 장치가 개시되어 있다. 상기 접촉롤은 자동 이동에 의해 강판의 고유 주파수를 작업 조건에 따라 다르게 함으로서 공진 발생을 억제한다. 그리고, 대한민국 특허공개 제2000-39450호에는 도금조와 턴어라운드롤 사이에 진동을 방지할 수 있는 전자석과 상기 전자석의 자극 사이에 에어 노즐을 설치하여 강판의 진동을 억제토록 하는 용융 아연 도금 설비가 개시되어 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 아연 도금조와 턴어라운드롤 사이에서 발생하는 강판의 진동을 측정하고, 상기 진동에 대한 신호에 따라 강판에 진동 억제력을 가함으로서 상기 강판의 진동을 저감시키는 장치를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 제어 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 진동 제어 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 강판의 고유주파수로 강판을 가진한 경우의 수치 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 강판102 : 스나우트
104 : 도금조106 : 씽크롤
108 : 스테빌라이징롤110 : 에어나이프
112 : 가열대114 : 유지대
116 : 냉각대118 : 턴어라운드롤
120, 122 : 공기 노즐124, 126 : 갭 센서
128 : 압축 공기 탱크130, 132, 134, 136 : 압축 공기 라인
138, 140 : 드로틀 밸브142 : 전원 공급기
144 : 제어부146 : 디스플레이
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
아연 도금조를 통과하여 수직 상방으로 이동하는 강판의 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 센서,
상기 센서로부터 제공되는 상기 진동 주파수 및 상기 진폭의 크기에 따라 상기 강판의 진동을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제어부, 및
상기 제어 신호에 따라, 상기 강판의 진동 방향과 반대 방향으로 상기 강판에 압축 공기를 분사하고, 상기 압축 공기의 분사량을 조절하는 압축 공기 제공 수단을 포함하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치를 제공한다.
따라서, 강판의 진동 방향과 반대 방향으로 분사되어 상기 강판에 압력을 가하는 압축 공기는 강판의 진동이 저감시킨다. 이때, 압축 공기의 분사량은 강판의 변위에 따라 실시간으로 제어된다. 즉, 강판의 변위가 커지면 압축 공기의 분사량도 커지므로 효과적으로 강판의 진동을 제어할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진동 제어 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 진동 제어 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 예열된 강판(100)은 스나우트(102)를 통하여 도금조(104) 내로 제공되고, 씽크롤(106)과 스테빌라이징롤(108)을 거쳐 도금조(104) 밖으로 이동된다. 도금조(104) 밖으로 이동된 강판(100)은 에어나이프(110)를 통과하면서 적절한 세기로 분사되는 공기를 통해 강판 표면에 부착된 과량의 용융 아연이 제거됨으로서, 필요한 두께로 도금되고, 가열대(112)와 유지대(114)에서 합금화된다. 합금화된 강판은 냉각대(116)와 턴어라운드롤(118)을 거쳐 다음 공정으로 이동된다. 이와 같이 도금조(104) 밖으로 이동된 강판(100)은 씽크롤(106), 스테빌라이징롤(108) 및 턴어라운드롤(118)의 회전에 의해 가진되어 진동이 발생한다. 상기 진동의 진폭은 유지대(114)와 냉각대(116)의 중간위치 즉, 도금조(104)와 턴어라운드롤(118) 사이의 거리가 45m일 때, 도금조(104) 상부 20 내지 25m 높이에서 최대로 된다. 이때, 상기 높이는 도금조(104)와 턴어라운드롤(118)의 중앙 부위에 해당된다. 한편, 도시된 화살표는 강판(100)의 이동 방향을 나타낸다.
따라서, 가장 큰 진동 저감 효과를 얻기 위해 진동 제어 장치는 상기 높이에 설치되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 높이에서 진행하는 강판(100)의 양측에 서로 대향하도록 다수개의 공기 노즐들(120, 122)이 설치되고, 공기 노즐들(120, 122)과 강판(100) 사이의 거리를 측정할 수 있는 갭 센서(124, 126)가 강판(100)의 양측에 설치된다. 갭 센서(124, 126)는 강판(100)의 폭 방향으로 중앙 부위에 설치되고, 강판(100)의 진동에 의한 진동 주파수와 진폭을 측정한다.
한편, 공기 노즐들(120, 122)에 압축 공기를 제공하기 위한 압축 공기 라인은 압축 공기 탱크(128)와 연결되는 메인 라인(130, 132)과 메인 라인(130, 132)으로부터 분기되어 각각의 공기 노즐들(120, 122)에 연결되는 다수개의 서브 라인(134, 136)을 포함한다. 이때, 메인 라인(130, 132)은 좌측의 공기 노즐들(120)과 연결되는 제1라인(130)과 우측의 공기 노즐들(122)과 연결되는 제2라인(132)을 포함하며, 제1, 제2라인(130, 132)에는 각각 압축 공기의 분사량을 조절하기 위한 제1, 제2드로틀 밸브(138, 140)가 설치된다. 제1, 제2드로틀 밸브(138, 140)는 전원의 연결에 의해 작동하는 솔레노이드에 의해 개폐되며, 솔레노이드는 전원 공급기(142)와 연결되어 있다.
강판(100)의 진동 주파수 및 진폭을 측정하기 위한 좌우 갭 센서(120, 122)는 강판(100)의 진동을 저감시키기 위한 제어 신호를 발생시키는 제어부(144)와 연결되어 있다. 좌우 갭 센서(120, 122)로부터 제공되는 진동 주파수 및 진폭에 따라 제어부로부터 발생된 제어 신호는 전원 공급기(142)로 전송되고, 전원 공급기(142)는 상기 제어 신호에 따라 제1, 제2드로틀 밸브(138, 140)의 개폐 정도를 조절한다. 즉, 강판(100)이 진동하여 강판(100)이 좌측 공기 노즐들(120)과 거리가 가까워졌을 때, 좌측 갭 센서(124)를 통해 강판(100)의 변위 정보가 제어부(144)로 전송되고, 제어부(144)의 제어 신호에 따라 개폐되는 제1드로틀 밸브(138)를 통해 좌측 공기 노즐들(120)로부터 분사되는 압축 공기의 분사량이 증가되고, 제2드로틀 밸브(140)를 통해 우측 공기 노즐들(122)로부터 분사되는 압축 공기의 분사량은 감소된다. 또한, 시간의 경과로 인해 강판(100)의 변위가 반대로 변하게 되면, 제어부(144)는 상기와 반대의 제어 신호를 발생시키게 된다. 이때, 제어부(144)의 제어 신호 및 좌우측 공기 노즐(120, 122)들의 동작은 실시간으로 수행되며, 이에 따라 강판(100)의 진동이 저감된다. 또한, 상기 강판(100)의 진동 주파수 및 진폭은 디스플레이부(146)를 통해 실시간으로 확인 가능하다. 즉, 강판(100)의 진동 상태를 실시간으로 확인할 수 있으므로, 진동 제어 장치의 동작 상태를 실시간으로 확인할 수 있다.
한편, 강판의 진동 주기가 아주 빠른 경우, 공기 노즐의 응답 속도가 느려 제대로 작동하지 못할 우려가 있을 수 있는데, 통상 작업 조건에서 유한요소법으로 해석한 진동해는 다음과 같다.
통상 작업 조건이 판폭(w) 1m, 판길이(L) 45m, 판두께(t) 1mm, 장력(T) 1ton, 작업속도 180mpm, 회전롤 직경(D) 0.24m일 경우, 강판의 고유진동수는 1-mode 0.46Hz, 2-mode 1.36Hz, 3-mode 2.26Hz, 4-mode 3.16Hz로 약 4Hz 이하의 저주파수임을 알 수 있다.
실제로, 갭 센서와 드로틀 밸브의 응답 속도는 약 수십 Hz 이상으로 실제 강판의 진동 속도보다 훨씬 빠르므로, 실제 적용시 별다른 어려움없이 적용 가능하다는 것을 알 수 있다. 또한, 초기 강판의 진폭이 큰 경우를 고려하여 갭 센서와 공기 노즐들을 이동 가능하도록 설치할 수도 있다. 즉, 갭 센서 및 공기 노즐들을 구동하기 위한 구동부를 더 설치하고, 상기 갭 센서의 신호에 따라 제어부가 구동부의 동작을 제어함으로서, 강판의 진폭에 따라 강판과 공기 노즐들 사이의 거리를 조절할 수 있다. 강판의 진폭이 큰 경우, 강판과 공기 노즐들 사이의 거리를 충분히 크게 하고, 공기 노즐들로부터 분사되는 압축 공기에 의한 강판의 진폭 감소에 따라 강판과 공기 노즐들 사이의 거리를 줄임으로서, 공기 노즐들로부터 분사되는 압축 공기의 소모량 및 발생 소음을 줄이는 것이 가능하다.
도 3은 강판의 고유주파수로 강판을 가진한 경우의 수치 해석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3을 참조하면, 강판의 고유주파수(f)를 0.23Hz로 설정하였다. 별다른 강판 진동 제어 장치가 적용되지 못한 경우(200)에는 시간에 따라 점차 강판의 진동폭이 커지게 되어 일정시간 후부터는 일정한 주기의 강판 진동을 보이는 공진이 발생하며, 본 발명에 따른 진동 제어 장치를 이용하여 공기 노즐들로부터 분사되는 압축 공기의 분사량을 강판 진동 주파수 및 진폭의 크기에 따라 조절한 경우(300)에는 시간이 흐름에 따라 점차 강판의 진폭이 줄어드는 것을 알 수 있다.
한편, 상기와 같이 공기 노즐들 및 갭 센서를 사용하는 경우, 작은 설치 공간에 용이하게 설치할 수 있다. 따라서, 종래의 강판 진동 제어 장치와 함께 사용될 수도 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 강판의 진동 주파수와 진폭을 실시간으로 측정하고, 이에 따라 강판의 진동 방향과 반대 방향으로 압축 공기를 분사함으로서, 강판의 진동을 효율적으로 저감시킬 수 있다.
또한, 공기 노즐들 및 갭 센서는 작은 설치 공간에 용이하게 설치가 가능하므로, 다른 진동 제어 장치와 병행하여 사용할 수 있으므로, 진동 저감에 소요되는 시간을 절감할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 아연 도금조를 통과하여 수직 상방으로 이동하는 강판의 진동 주파수 및 진폭을 측정하는 센서;상기 센서로부터 제공되는 상기 진동 주파수 및 상기 진폭의 크기에 따라 상기 강판의 진동을 제어하기 위한 제어 신호를 발생시키는 제어부; 및상기 제어 신호에 따라, 상기 강판의 진동 방향과 반대 방향으로 상기 강판에 압축 공기를 분사하고, 상기 압축 공기의 분사량을 조절하는 압축 공기 제공 수단을 포함하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 센서는 상기 강판의 진동 방향 변위를 측정하는 갭 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 압축 공기 제공 수단은,상기 강판에 압축 공기를 분사하는 다수개의 공기 노즐;상기 압축 공기를 제공하는 메인 라인과 상기 메인 라인으로부터 분기되어 상기 공기 노즐들과 각각 연결되는 다수개의 서브 라인들을 포함하는 압축 공기 라인;상기 메인 라인에 설치되고, 상기 제어 신호에 따라 개폐 정도가 조절되는 밸브; 및상기 밸브와 연결되고, 상기 제어 신호에 따라 상기 밸브를 개폐시키기 위한 전원을 제공하는 전원 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 센서는, 상기 아연 도금조의 상부에 구비되고, 상기 강판의 이동을 유도하는 턴어라운드롤과 상기 아연 도금조 사이의 중앙 부위에서 상기 강판의 양측에 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 공기 노즐들은, 상기 아연 도금조의 상부에 구비되고, 상기 강판의 이동을 유도하는 턴어라운드롤과 상기 아연 도금조 사이의 중앙 부위에서 상기 강판의 양측에 설치되는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제3항에 있어서, 상기 센서로부터 측정된 강판의 진폭에 따라 상기 강판과 공기 노즐들 사이의 거리를 조절하는 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 센서로부터 측정된 상기 진동 주파수 및 진폭을 실시간으로 보여주는 디스플레이부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치.
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| KR1020020006689A KR20030066926A (ko) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 아연 도금 공정의 강판 진동 제어 장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20030066926A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014003270A1 (ko) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | 주식회사 포스코 | 스트립 평탄도 유지 장치 |
-
2002
- 2002-02-06 KR KR1020020006689A patent/KR20030066926A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014003270A1 (ko) * | 2012-06-25 | 2014-01-03 | 주식회사 포스코 | 스트립 평탄도 유지 장치 |
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