KR20030069642A - 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한고주파 전자기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 통전 코일과 도금욕면 사이에 비산화성 분위기를 형성시킨 후, 도금욕면에서 인출되는 선재를 상기 비산화성 분위기를 거친 후 통전 코일의 내경부를 통하여 진행시키므로써 전자기장에 의해 선재 표면의 도금부착량이 효율적으로 조절되면서 고품질의 도금 표면을 얻을 수 있도록 한, 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치에 관한 것이다.

본 발명의 장치는 원통형 챔버(11)와; 원통형 챔버(11)의 중심에 위치하는 파이프형 가스 배기관(12)과; 가스 배기관(12)의 외주면에 내주면이 밀착된 원통형 코일 브라케트(13)와; 코일 브라케트(13)의 외주면에 감긴 통전 코일(14)과; 통전 코일(14)의 양 단부 냉각수 급·배수관(I)(O)에 연결되는 냉각수 공급 장치(18)와; 상기 통전 코일(14)의 양 단부를 통하여 고주파 전류를 공급하기 위한 고주파 전원부(19)와; 상기 코일 브라케트(13)와 챔버(11) 사이를 밀폐시키는 원통형 플러그(15)와; 플러그(15)의 상면으로부터 내부를 관통한 후 하면으로 돌출되는 다수의 가스 공급관(16)으로 구성되며, 상기 원통형 챔버의 길이가 코일 브라케트의 길이 보다 길므로써 챔버의 하단부를 도금욕에 침적시킬 경우 도금욕면과 코일 브라케트 하면 사이에 공간이 확보됨에 기술적 특징이 있다.

본 발명 장치는 통전 코일이 도금욕면 상부에 위치하게 되어 장치가 안정적으로 작동될 뿐 아니라 그 수명이 종래 장치에 비하여 현저히 연장되어 생산성 향상과 도금 부착량 절감에 의하여 원가가 절감되는 장점이 있다.

Description

선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치{Hlgh-frequency eletromagnetic apparatus for the control of coating weight on wire in a continuous hot-dip metallizing process}

본 발명은 선재용 연속 용융도금 공정에서 선재 표면의 도금부착량을 조절하기 위한 고주파 전자기 장치에 관한 것으로, 더 자세하게는 고압 냉각수로 냉각되는 고주파 전류 통전 코일과 가스 공급관이 구비된 원통형 챔버를 파이프형 가스 배기관의 외주면에 결합시키고, 상기 고주파 전류 통전 코일에 고주파를 통전시키는 동시에 가스 공급관을 통하여 가스 배기관의 하부로부터 분위기 가스를 공급하여 도금욕면과 통전 코일 하면 사이의 공간에 비산화성 분위기를 형성시킨 상태에서, 상기 가스 배기관의 중앙을 통하여 하부에서 상부로 용융 도금된 선재를 통과시키므로써 고주파 전류 통전 코일을 흐르는 고주파가 형성시킨 전자기장에 의해 선재 표면의 도금부착량이 효율적으로 조절되면서 고품질의 도금 표면을 얻을 수 있도록 한, 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치에 관한 것이다.

다양한 금속 재료들 중에서 철강은 합금원소 첨가와 열처리에 의해 다양한 기계적 성질이 발휘되고, 가격이 여타 금속에 비하여 저렴하기 때문에 가장 많이 쓰이는 재료이나, 부식에 약한 단점을 가지고 있다.

따라서, 대부분의 철강 제품은 그 표면에 금속 도금층, 화성 피막층 등이 피복된 상태로 사용되는 것이 일반적이며, 철강 표면의 금속 도금에 가장 널리 사용되는 것이 아연도금이다.

상기 아연도금은 철에 대한 아연의 희생방식작용을 이용한 것으로 크게 전기 아연도금과 용융 아연도금으로 나누어지고, 전기 아연도금은 도금층 표면이 미려하고 도금 부착량의 조절이 쉬운 장점이 있으나, 어느 정도 이상으로는 도금 부착량을 증가시키기 어려워 내식성 향상에 한계가 있는 단점이 있다.

상기 전기 아연도금에 비하여 용융 아연도금은 충분한 두께의 도금층 형성이 가능하고, 용융 아연욕에 알루미늄을 첨가하므로써 합금 도금층 형성이 가능하여 그 수요가 증가하고 있으나, 용융 아연욕에 피도금재를 침적시켜 통과시키는 도금 특성상 도금 부착량을 정밀하게 제어하기가 쉽지 않은 문제가 있다.

즉, 용융 아연도금에 있어서는 피도금재 표면의 아연도금 부착량에 대한 제어가 가장 기본적이고도 핵심적인 사항이라 할 수 있으나, 종래의 일반적인 제어 방법은, 도금된 피도금재가 도금욕을 나오는 싯점에서 아직 응고되지 않은 도금층의 표면을 고압의 공기나 질소 가스로 불어내어 도금층을 깍아내는 방식으로 이루어지며, 이러한 방법은 공기나 질소 가스의 압력, 피도금재의 진행 속도, 도금욕의 온도 등 다양한 요인에 의해 도금 부착량의 정밀한 제어가 어렵고, 고압의 공기나 질소 가스의 분사에 의한 소음 발생 문제가 있다.

특히, 선재용 연속 용융도금 공정에서 이루어지는 도금 부착량 조절 장치와 방법을 살펴 보면 다음과 같다.

가장 고전적이며 지금도 많이 사용되는 방법으로는 목탄 덮개법이 있다.

상기 목탄 덮개법은 피도금재인 금속 선재가 도금전처리를 거쳐 용융 금속이 채워진 도금욕에 침적된 후 용융 금속과 선재 표면 사이에서 열확산에 의한 합금화를 수반하는 도금이 이루어지며, 도금욕으로부터 선재가 인출되면서 도금욕 표면 위에 15cm정도의 두께로 덮여있는 목탄층을 통과하므로써 완전히 응고되지 않은 선재 표면의 도금층이 균일한 두께로 형성된다.

이때, 선재 표면의 도금 부착량, 즉 도금층의 두께는 도금욕의 온도와 선재의 진행 속도에 의해 결정되는 바, 도금욕의 온도가 높고 선재의 진행 속도가 느리면 비교적 도금층 두께가 얇은 박도금(薄鍍金)이 되고, 그 반대의 경우에는 도금층의 두께가 두꺼운 후도금(厚鍍金)이 된다.

그러나, 통상적으로 선재의 진행 속도가 25mpm 이상일 경우에는 선재가 목탄층을 통과하는 시간이 부족하여 적절한 두께의 도금층이 형성되지 못할 뿐 아니라, 도금층에 염주 모양의 불균일한 럼프(lump)가 형성되기 때문에 선재의 진행 속도인 도금 속도가 최대 25mpm 정도로 제한되는 문제점이 있다.

또한, 박도금을 위해 도금욕 온도를 높이게 되면 선재와 도금 금속 사이의 합금화가 필요 이상으로 진행되어 도금층의 취성이 높아지게 되고, 도금층 표면의 점성이 낮아져 목탄층을 통과한 후에도 도금층이 흘러내려 럼프가 형성될 수 있기 때문에 가능한 도금층의 최소 두께가 약 32㎛(도금 부착량 230g/m²)로 제한되는 단점이 있다.

상기 목탄층을 이용한 도금 부착량 제어의 문제점을 해결하기 위하여 근래 고속의 용융도금 공정에서는 질소 깎음법이 적용되고 있다.

상기 질소 깍음법은, 용융도금된 선재가 도금욕으로부터 인출된 후 도금층 상면의 목탄층 대신 도금욕 상부에 설치된 환형의 질소 분사 노즐 중심을 통과하도록 하고, 상기 노즐의 중심을 통과하는 선재를 향하여 가스 질소를 방사상으로 분사하여 선재 표면의 응고되지 않은 도금층을 깎아 내려 도금 부착량을 조절하는 방법이다.

질소 깍음법에 관한 이론식에 의하면 선재 표면의 도금 부착량은 선재 진행 속도의 제곱근에 비례하고, 가스 질소의 분사압에 반비례하는 바, 질소의 분사압을 증가시켜 도금 속도를 어느 정도까지는 높일 수 있으나, 정도 이상으로 질소 분사압이 높아지게 되면 고압의 질소 가스가 완전히 응고되지 않은 선재의 도금층면과 도금욕면에 와류를 발생시켜 용융금속이 휘날리게 됨으로써 도금 부착량 조절 자체가 불가능해지는 문제점이 발생한다.

또한, 고압 분사에 따른 질소 사용량의 증가로 원가가 높아지고, 와류 발생에 의한 극심한 소음이 발생되는 문제가 있으며, 환형의 질소 분사 노즐로부터 중앙의 선재를 향하여 고압의 질소가 방사상으로 분사될 때 진동에 의해 선재가 환형의 노즐 중앙을 벗어나게 되면 도금층의 도금 두께가 일정치 못하고 위치에 따라 그 편차가 매우 크게 되는 문제를 야기시킨다.

즉, 상기 질소 분사에 의한 용융 도금 부착량 조절에 있어서도 부착량 제어와 도금 속도가 제한되고(용융 아연도금의 경우 가능한 최소 도금 부착량은 약200g/m², 가능한 최대 도금 속도는 약 80mpm정도임) 질소 소모가 과다할 뿐 아니라, 도금 두께의 균일성은 오히려 저속의 목탄 덮개법 보다 좋지 못한 단점이 있다.

상기와 같은 종래 도금 부착량 제어 방법들의 제반 문제점들을 해결하기 위하여 전자기적인 방법으로 선재용 연속 용융도금 공정의 도금부착량을 조절하는 장치들이 개발되었다.

미국특허 제4,317,428호(1982년3월2일)에는 세라믹 튜브의 외주면을 절연된 환형의 통전 코일로 감싼 장치가 개시되어 있으며, 이 장치에 의한 도금 부착량 제어 방법을 살펴보면 다음과 같다.

상기 코일을 도금욕에 일부 침적시키고, 그 코일에 교류 전류를 인가한 상태에서 도금욕 내부에서부터 선재가 세라믹 튜브와 코일을 통하여 도금욕을 빠져 나오자마자 상기 세라믹 튜브의 중공 중부에서 상부로 관통하게 되면 코일의 교류 전류에 의해 선재 표면으로부터 선재 중심측으로의 반지름 방향 유도 전자기력이 발생되고, 이 유도 전자기력에 의해 선재 표면의 응고되지 않은 도금층이 압축되면서 도금층이 깎이게 되어 도금 부착량이 감소하게 된다.

즉, 상기 장치는 선재의 진행 속도와 유도 전자기력의 크기를 조절하므로써 도금 부착량을 제어하는 것으로서, 상기와 같은 환형의 통전 코일을 이용할 경우에는 코일 내에 강자성체 코어(core)를 구비하므로써 코어를 통하여 교류 전자기장을 외부로 뽑아낼 수 있으며, 외부로 유도된 교류 전자기장이 걸리게 되는 자극을 도금욕면의 아래로 일부 또는 전부 침전시킨 후 도금욕면을 빠져 나오는 선재의 진행방향과 교류 전자기장의 방향이 평행하도록 자극을 배열하여 전자기장의 중앙을 통과하는 선재의 표면에 선재의 반지름 방향으로 작용하는 전자기적 압착력을 발생시키므로써 도금 부착량을 제어할 수도 있다.

또는, 선재의 진행 방향과 교류 전자기장의 방향이 수직하도록 자극을 배열하여 전자기장 중앙을 통과하는 선재의 표면에 선재의 진행 방향과 반대 방향의 전자기력을 유도시켜 도금부착량을 감소시키고자 하였다.

그러나, 상기 특허(미국특허 제4,317,428호)에는 다음과 같은 문제점이 있다.

상기 특허는 모든 주파수대의 교류 전류를 대상으로 하며, 인가된 전류에 의해 발생되는 교류 전자기장을 이용하여 도금 부착량을 조절할 수 있는 전자기력을 유도하려고 하나, 저주파수대의 교류 전류에 의하여 유도된 전자기장이 자기변태 온도 이하의 강자성체인 강 선재에 작용할 경우 전자기력의 침투 깊이가 선재의 반경보다 크기 때문에 전자기장 내를 통과하는 선재의 극심한 진동을 유발시키게 되는 문제가 있다.

그리고, 고주파수대의 교류 전류를 이용할 경우에는 전자기력의 침투 깊이가 깊지 않아 선재의 진동은 방지되나, 고주파 가열 효과에 의한 열 발생이 과다하게 되기 때문에 교류 코일에 의한 도금 부착량 조절에는 교류 코일별 적정 주파수대가 존재하게 되어 모든 주파수대의 교류를 사용한 전자기적 도금 부착량 조절은 비현실적이다.

또한, 전자기적 도금 부착량 조절에 필요한 교류 전자기장, 예를 들어 10kHz의 교류 전류에 의해 형성된 0.05 Tesla rms의 전자기장 내에 강자성체 코어를 넣으면 코아는 잠시(약10초) 후 과다하게 가열되기 때문에 강자성체 코아를 이용한 교류 전자기장의 응용은 거의 불가능하게 된다.

더욱이, 도금욕면을 빠져나오는 즉시 선재가 전자기장 내에 위치하여야 하기 때문에 교류 코일이 도금욕에 반 이상 침적된 상태가 되어야 하는 바, 이러한 경우 전자기장에 의해 도금욕의 용융 금속에 와전류를 발생시켜 전자기장이 손실되고, 이러한 와전류는 선재 표면의 응고되지 않은 도금층에 형성되는 유도 전류와 유도 전자기력을 약화시키므로써 도금층을 깎아내는 효율이 현저히 떨어지게 된다.

또한, 교류 코일을 도금욕에 반 이상 침적시켜 사용하면 결국 코일의 온도가 도금욕 온도로 상승하게 되고, 전자기장의 발생을 위한 통전 전류에 의한 코일의 가열 효과와 함께 온도 상승이 가속화되어 코일의 인덕턴스와 저항이 증가하므로써 통전 전류에 의한 가열 효과가 더욱 가속화 되는 문제가 있으며, 결국 코일의 절연 피복 파괴되거나 코일이 용융에까지 이르게 될 수도 있을 뿐 아니라, 가열에 따라 취급성이 나빠지는 문제점이 있다.

상기 교류 코일법의 문제점을 개선하고 공정 효율을 향상시키기 위한 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절 장치가 미국특허 제5,338,581호(1994년8월16일)에 개시되어 있다.

상기 장치는 일명 '델로트(Delot)'라 불리우기도 하는 공정에 적용된 것으로, 일측 단부의 수평 전처리관과 수평 입구관, 중앙의 용융 금속 공급부, 타측 단부의 수평 출구관으로 구성되며, 상기 수평 입구관과 출구관의 외주면에 각각환형의 선형 유도기를 설치하여 저주파(보통 500Hz 이하)에 의한 이동 전자기장을 발생시키고, 입구관에서는 전자기장의 이동 방향이 선재의 진행 방향과 일치하도록 하나 출구관에서는 전자기장의 이동 방향이 선재의 진행 방향과 반대가 되도록 하여 용융 금속이 입구측과 출구측 밖으로 흘러나가는 것을 방지하는 전자기 실링(sealing)의 기능이 수행되도록 함과 동시에, 출구용 선형 유도기의 통전 전류 크기와 도금 부착량이 상호 반비례하는 원리를 이용하여 도금 부착량을 제어하는 장치이다.

상기 장치는 저주파수의 전자기장이 사용되기 때문에 전자기장의 침투 깊이가, 강자성체이며 자기변태 온도 이하인 선재의 반지름보다 클 경우 입력 전류의 주파수와 동일한 주파수를 갖는 선재의 진동을 유발시키게 되어 도금 부착량이 불균일하게 되는 문제가 발생된다.

또한, 일종의 소형 도금욕이라 할 수 있는, 용융 금속이 채워지는 공간이 용융 금속 공급부에 구비되고, 용융 금속 공급부의 양 단부측에 전자기장 유도 장치가 각각 결합되기 때문에 그 구조가 복잡하여 유지 보수가 어려우며, 선재를 수평으로 진행시키면서 도금 부착량을 제어하는 장치이기 때문에 도금욕으로부터 수직하게 인출되는 종래의 일반적인 선재의 연속 용융 도금 공정에는 적용하기 위해서는 도금욕 구조를 비롯한 여타의 공정 설비에 대한 교체가 이루어져야 하는 문제가 있다.

본 발명은 선재의 연속 용융 도금에서 적용되고 있는 종래의 도금 부착량 제어 장치가 갖는 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 선재의 도금 부착량 제어를 침투 깊이가 깊지 않은 유도 전자기장을 발생시키는 고주파를 이용하여 도금 부착량 제어가 효율적으로 이루어지면서 도금층 표면의 품질이 우수하며, 통전 코일과 도금욕면 사이에 일정 간격을 형성시켜 도금욕에 의한 통전 코일의 직접적인 가열이 억제되어 고주파에 의한 유도 전자기장을 효과적으로 형성시킬 수 있는 고주파 전자기 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명 일실시예 장치의 사시도.

도 2는 본 발명 일실시예 장치 일부 절결 사시도.

도 3은 본 발명 일실시예 장치의 단면도.

도 4는 입력 전류 - 출력 자기장의 상관 그래프.

도 5는 입력 전류 - 도금 부착량 변화 그래프.

도 6은 통전 코일 위치 - 도금 부착량 변화 그래프.

도 7은 가스 배기관 위치 - 럼프 갯수 그래프.

((도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명))

11. 챔버 12. 가스 배기관

13. 코일 브라케트 14. 통전 코일

15. 플러그 16. 가스 공급관

17. 실링 18. 냉각수 공급 장치

19. 고주파 전원부

본 발명의 상기 목적은 고압의 냉각수가 흐를 수 있는 금속 튜브를 감은 통전 코일과, 통전 코일의 벽을 따라 고주파 전류를 통전시키기 위한 고주파 전원부와, 상기 통전 코일의 하단부와 도금욕면 사이에 비산화성 분위기를 형성시키기 위한 원통형 챔버에 의하여 달성된다.

본 발명의 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치는, 상기 원통형 챔버의 중앙에 비산화성 가스를 배출시키기 위한 비자성부도체인 가스 배기관이 위치하고, 통전 코일이 장착된 원통형 코일 브라케트가 상기 가스 배기관의 외주면에 밀착되며, 코일 브라케트의 외주면과 원통형 챔버의 내주면 사이를 원통형 플러그가 밀폐시키는 구조이다.

그리고, 상기 플러그에는 상면으로부터 내부를 관통하여 저면으로 돌출되는 다수의 가스 공급관이 장착되고, 원통형 코일 브라케트에 감긴 통전 코일의 양 단부는 외부로 연장되어 냉각수 공급 장치 및 고주파 전원부에 연결된다.

이때, 원통형 챔버의 상단부로부터 그 내부로 장착되는 상기 플러그, 코일 브라케트 및 가스 배기관의 길이는 챔버의 길이 보다 짧기 때문에 원통형 챔버의 하단부를 도금욕에 침적시키게 되면, 챔버의 벽이 외부와 챔버 내부를 분리하면서 챔버 내부의 도금욕면과 코일 브라케트 하면 사이, 즉 챔버의 하부에 공간이 형성됨에 본 발명의 기술적 특징이 있다.

따라서, 플러그에 장착된 가스 공급관을 통하여 외부로부터 공급되는 비산화성 가스는 챔버 하부 공간을 비산화성 분위기로 형성시킨 후 가스 배기관을 통하여 배출되고, 도금욕으로부터 인출되는 용융 도금 선재는 비산화성 분위기의 챔버 하부 공간을 통하여 가스 배기관의 하부로 인입되어 상부로 인출되며, 선재가 가스 배기관을 통과하는 과정에서 통전 코일에 의해 유도된 전자기장에 의해 도금 부착량이 제어된다.

따라서, 본 발명을 구성하는 통전 코일은 도금욕에 침적되지 않고 이격된 상태가 유지되며, 그 내부 중공을 통하여서는 고압의 냉각수가 흐르기 때문에 통전 코일의 가열이 최소화 되나, 챔버의 측벽이 챔버 하부 공간과 외부를 분리시키기 때문에 챔버 하부의 온도가 적절히 유지되면서 도금욕으로부터 인출되는 선재의 표면 도금층을 응고되지 않은 상태로 유지시키므로써 가스 배기관 통과시 유도 전자기장에 의해 도금 부착량이 제어될 수 있게 된다.

상기 본 발명의 목적과 기술적 구성을 비롯한 그에 따른 작용 효과에 관한 자세한 사항은 본 고안의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 아래의설명에 의해 명확하게 이해될 것이다.

도 1에 본 발명 장치의 사시도를, 도 2에 부분 절개 사시도를, 도 3에 단면도를 도시하였다.

도시된 바와 같이, 본 발명 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치는 상단부에 중심측을 향한 환형 플렌지(F)가 측벽에 수직하게 연장형성된 원통형 챔버(11)와; 원통형 챔버(11)의 중심에 위치하며, 고주파에 의한 전자기장에 영향을 미치지 않도록 비자성부도체로 이루어진 파이프형 가스 배기관(12)과; 상·하 양 단부에 플렌지(F')(F")가 외측으로 측벽에 수직하게 연장 형성되며, 내주면이 상기 가스 배기관(12)의 외주면에 밀착되는 원통형 코일 브라케트(13)와; 코일 브라케트(13)의 상·하 양 단부 플렌지(F')(F") 사이의 외주면에 감기며, 중공이 냉각수 통로(C)가 되는 금속 튜브로 이루어지고, 양 단부가 상기 코일 브라케트(13)의 외부로 연장되어 냉각수 급·배수관(I)(O)이 되는 통전 코일(14)과; 통전 코일(14)의 냉각수 급·배수관(I)(O)에 연결되는 냉각수 공급 장치(18)와; 통전 코일(14)의 양 단부를 통하여 고주파 전류를 공급하기 위한 고주파 전원부(19)와; 상단부에 플렌지(F'")가 외측으로 측벽에 수직하게 연장형성되며, 상기 코일 브라케트(13)와 챔버(11)의 상단 플렌지(F) 사이를 밀폐시키기 위한 부도체인 원통형 플러그(15)와; 상기 챔버 상단 플렌지(F) 상면과 플러그(15) 상단 플렌지(F'") 하면 사이에 밀착개재되는 링형의 실링(17)과; 상기 플러그(15)의 상면으로부터 내부를 관통한 후 하면으로 돌출되는 다수의 가스 공급관(16)으로 구성된다.

즉, 원통형 챔버(11)의 중앙에 가스 배기관(12)이 위치하고, 가스 배기관(12)과 원통형 챔버(11) 사이에 플러그(15)와 코일 브라케트(13)가 밀착재재된 상태이며, 가스 배기관(12)과 플러그(15) 및 코일 브라케트(13)의 길이는 챔버(11)의 길이 보다 짧기 때문에 상기 가스 배기관(12)과 플러그(15) 및 코일 브라케트(13)의 상단부를 챔버(11)의 상단부와 대략 일치시키게 되면 챔버(11)의 하부에는 공간(R)이 형성된다.

따라서, 챔버(11)의 하단부를 도금욕(M)에 침적시키게 되면 상기 챔버 하부 공간(R)은 가스 배기관(12)을 통해서만 외부와 통하게 되고, 이 가스 배기관(12)은 가스 공급관(16)을 통해 챔버 하부 공간(R)으로 공급되는 비산화성 가스의 배출 통로가 되기 때문에 챔버의 하부 공간(R)은 외기와 차단된 상태가 되면서 비산화성 분위기가 유지된다.

그리고, 통전 코일(14)은 동(銅) 튜브로 만드는 것이 바람직 하며, 튜브 내부로는 고압의 냉각수를 흘려 통전 코일을 냉각시키고, 튜브벽으로는 고주파 전원(19)으로부터 고주파 전류를 인가하여 통전 코일(14)의 내경 내에 고주파 전자기장을 형성시키며, 이 전자기장의 세기는 입력 전류의 세기로 조절한다.

상기 입력 전류의 주파수가 너무 낮으면 전술한 바와같이 자기 변태점 이하의 강자성체인 선재 경우 전자기장 내에서 심한 진동을 일으키게 되고, 너무 높으면 전자기장을 짧은 시간에 통과하는 동안에도 선재가 지나치게 과열되는 문제가 있기 때문에 강 선재의 경우에는 1.0∼50 kHz 범위의 전류를 사용하는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명을 구성하는 상기 통전 코일(14)에 강한 고주파 전자기장을 발생시켜야 할 경우에는 강한 고주파 전류를 입력시켜야 하고, 이 때 일반 통전 코일을 사용할 경우에는 통전 코일이 과도하게 가열되어 사용할 수가 없기 때문에 본 발명 장치의 실시예와 같은 고압의 냉각수 공급 장치가 필요하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명 장치는 챔버(11)의 하단부를 도금욕(M)에 침적시키고, 비산화성 가스를 공급하면서 고주파 전류를 인가시킨 후 도금된 선재(w)를 도금욕면으로부터 챔버 하부의 비산화성 공간(R)을 거쳐 가스 배기관(12)을 통하여 인출하게 되면 선재 표면의 응고되지 않은 도금층(m)이 통전 코일의 내경부를 지나면서 깍여지면서 냉각된 후 최종적인 도금층(m')이 형성되는 바, 본 발명 장치의 사용 실시예를 살펴 보면 다음과 같다.

14회 감긴 동튜브 통전 코일(14)에 가압 냉각수를 흘리면서 10kHz의 입력 전류를 통전하였을 경우, 입력 전류의 실효값(rms, root-mean-square) 세기에 따른 내경 20mm 코일 중앙 부위의 전자기장의 실효값 세기의 측정치는 도 4에 도시된 바와 같이 정비례의 관계가 있다.

상기 통전 코일의 밑면을 욕면에서 50mm 상부에 위치시키고 욕면과 그 상부의 챔버 공간(R)을 이슬점 -30℃의 고순도 질소가스 분위기로 충진한 후 통전 코일에 10kHz의 입력 전류를 인가하여 유도된 출력 전자기장 속에, 455℃에서 용융 아연도금된 직경 2.5mm의 강선을 선속 25mpm에서 150mpm으로 변화시키며 통과시켰다.

선속을 변화시켜 유도 전자기장을 통과시킨 선재의 아연 도금층이 깎인 후 최종적인 도금 부착량의 측정치를 도 5에 도시하였다.

도시된 바와 같이, 용융 아연도금 부착량은 통전 코일에 인가된 입력 전류의 크기에 반비례하고, 선속에 비례한다.

그리고, 10kHz의 입력 전류(실효값 150A)와 이슬점 -30℃의 고순도 질소 가스 분위기에서 455℃에서 용융 아연도금된 직경 2.5mm 강선을 50mpm의 속도로 진행시킬 때 통전 코일 내의 전자기장을 통과하면서 도금층이 깎인 후의 부착량 측정치는 통전 코일 브라케트 밑면과 도금욕 표면과의 간격에 따라 변화되며, 그 결과를 도 6에 도시하였다.

통전 코일이 도금욕면에 너무 가까이 위치하게 되면 도금욕에 와전류가 발생하여 응고되지 않은 선재 표면의 도금층을 깍는데 사용되는 유도 전자기장이 손실되고, 결과적으로 도금층내의 유도 전자기력에 의한 도금층을 깎아내는 힘이 감소되어 도금 부착량이 증가하게 되며, 도금 부착량 조절 효율이 저하된다.

상기 실시예에서는 욕면 높이가 대략 50mm정도에서 최소 도금 부착량, 즉 고효율적인 전자기적 깎음이 이루어진다.

또한, 도 6의 고효율적인 도금부착량 형성조건에서 비산화성 질소가스의 배기관과 도금욕면 사이의 간격에 따라 상기 선재의 표면 도금층이 깎이면서 형성된 도금층 표면의 작은 염주모양 럼프가 발생하는 정도를 측정한 결과를 도 7에 나타내었다.

도시된 바와 같이, 가스 배기관의 하단부가 도금욕면에 가까울수록 공급된 질소가스가 도금 선재가 출현하는 도금욕면에 충분히 접속한 후 도금층이 전자기력에 의해 깎이는 부위의 비산화성 분위기가 안정되어 럼프 발생이 감소하게 되고 표면 품질이 우수한 도금층을 얻을 수 있게 되며, 도시되지는 않았으나 배기 가스관의 내경이 선재 직경에 가까울수록 도금 표면의 상태가 더욱 향상되는 것으로 나타 났다.

또한, 상기 환형의 고주파 전자기 장치에 대해 한 가닥 선재를 전자기장에 통과시켜 도금 부착량을 조절하는 외에, 상호 분리된 여러 가닥의 선재들에 대한 도금 부착량을 동시에 조절하고자 하는 경우에는 평행하게 진행하는 다수의 도금 선재들에 대하여 상기 환형의 통전 코일 및 부수 장치의 단면 형상을 타원형 또는 모서리가 둥근 긴사각형 형태로 개조하여 다수의 도금 선재들을 전자기장 내에 수용하여 동시에 통과시키면 입력 전류와 개별 선속에 따라 개별적인 선재 도금부착량 조절이 가능하다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명 장치는 통전 코일이 도금욕면 상부에 위치하게 되어 장치가 안정적이며 고효율적으로 작동될 뿐 아니라, 그 수명이 종래 장치에 비하여 현저히 연장되어 생산성 향상과 도금 부착량 절감에 의하여 원가가 절감되는 장점이 있다.

그리고, 통전 코일과 도금욕 상부에 형성된 챔버 하부의 비산화성 공간은 도금층 표면을 균일하고 매끄럽게 하여 고품질의 도금층을 억을 수 있도록 하여 주는 이점이 있다.

Claims (6)

1. 고주파 전류에 의한 유도 전자기장을 이용하는 도금 부착량 제어 장치에 있어서, 상단부에 중심측을 향한 환형 플렌지(F)가 측벽에 수직하게 연장형성된 원통형 챔버(11)와; 상기 원통형 챔버(11)의 중심에 위치하는 파이프형 가스 배기관(12)과; 상기 가스 배기관(12)의 외주면에 내주면이 밀착되고, 상·하 양 단부에 플렌지(F')(F")가 외측으로 측벽에 수직하게 각각 연장 형성된 원통형 코일 브라케트(13)와; 상기 코일 브라케트(13)의 외주면에 감기며, 중공이 냉각수 통로(C)가 되는 금속 튜브로 이루어지고, 양 단부가 상기 코일 브라케트(13)의 외부로 연장되어 냉각수 급·배수관(I)(O)을 이루는 통전 코일(14)과; 상기 통전 코일(14)의 냉각수 급·배수관(I)(O)에 연결되는 냉각수 공급 장치(18)와; 상기 통전 코일(14)의 양 단부를 통하여 고주파 전류를 공급하기 위한 고주파 전원부(19)와; 상기 코일 브라케트(13)와 챔버(11) 사이를 밀폐시키며, 상단부에 플렌지(F'")가 외측으로 연장형성된 원통형 플러그(15)와; 상기 챔버 상단 플렌지(F) 상면과 플러그(15) 상단 플렌지(F'") 하면 사이에 밀착개재되는 링형의 실링(17)과; 상기 플러그(15)의 상면으로부터 내부를 관통한 후 하면으로 돌출되는 다수의 가스 공급관(16)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 코일 브라케트(13)와 플러그(15)의 길이는 챔버(11)의 길이 보다 짧은 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 가스 배기관(12)은 고주파에 의한 전자기장에 영향을 미치지 않는 비자성부도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 통전 코일(14)은 구리로 이루어진 튜브인 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 고주파 전원부(19)는 1.0kHz∼50kHz 범위의 고주파 전류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 플러그(15)는 부도체인 것을 특징으로 하는 선재용 연속 용융도금 공정의 도금 부착량 조절을 위한 고주파 전자기 장치.