KR20040055985A - 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로균열대의 온도 및 분위기 제어방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법에 관한 것으로, 용융 아연도금한 강판을 유도가열로 등을 사용하여 목표로 하는 철-아연 합금화 반응온도까지 급속 가열한 다음 균열대에서 철-아연 합금화 반응이 이루어지도록 제어하는 설비의 구성에 있어, 수직형 균열대의 하부 내측에 분위기가스 분사 씰링수단을 배설하되, 상기 씰링수단의 직하단부에 연결된 배관을 통하여 일정량의 분위기가스를 송풍기로 흡입시키는 중간 단계에서 분위기 조성 조절용 가스와 1차 혼합시킨 다음 송풍기로 분사하여 흡배출기를 통과하도록 하고, 여기에서 발생하는 흡입압에 의해 별도로 구성된 외부의 연소실에서 발생시킨 연소 배가스를 1차적으로 혼합된 순환 분위기가스중으로 2차로 혼합시켜 상기 가스분사 씰링수단을 통해 균열대 내부로 분사토록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 송풍기로 흡입되는 순환 분위기가스중으로 낮은 온도의 분위기 조성 조절용 가스를 1차 혼합시켜 순환가스의 온도를 낮춤으로써 열적손상을 억제하고 송풍기의 후단에서 흡배출기를 이용하여 고온의 연소배가스를 2차 혼합시켜 균열대 내로 공급되는 분위기가스의 온도를 최종적으로 제어하는 유연한 수단을 제공하는 잇점이 있다.
Description
본 발명은 합금화 용융아연도금강판의 제조 공정에 있어서 용융 도금된 강판을 유도가열로를 사용하여 목표로 하는 철-아연합금화 반응온도까지 급속히 가열시킨 후 철-아연합금화 반응이 진행되도록 제어하는 기능을 하는 균열대의 구성에 있어서 내부의 분위기가스 조성과 온도를 유연하게 제어할 수 있도록 하는 수단을 제공함으로써 표면이 치밀하고 내식성과 가공성이 우수한 제품을 생산할 수 있도록 한 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 합금화 용융아연도금강판은 아연의 용융온도 부근 또는 그 이상으로 가열한 강판을 용융 아연욕에 침지시켜 아연도금을 하고 이를 고압의 공기 또는 질소가스의 분사에 의해 도금층의 두께를 조절한 다음 다시 500~550℃ 범위의 철-아연 합금화 반응온도까지 재가열하여 일정시간 유지시킴으로써 철-아연합금화 반응이 이루어지도록 하고 이어 냉각시키는 방법으로 제조된다.
이러한 공정의 구성에 있어서 종래부터 사용되어 온 아연 합금화로의 가열 수단은 직화가열로(direct firing furnace) 방식이 있으나 가열속도가 늦어 합금화 반응이 진행되는 온도까지 승온하는데 걸리는 시간이 길고 온도 응답성도 늦기 때문에 철-아연합금화 반응의 제어가 어렵다는 단점이 알려져 있었다.
이에 따라, 최근에는 고속 고품질의 합금화 용융아연도금강판 생산설비를 중심으로 급속가열이 가능하며 가열 열량의 조절이 보다 용이한 유도가열로(induction heating furnace)를 적용하는 경우가 대부분이다.
도 1과 같은 유도가열로(3)를 사용하는 경우 균열대(4)는 일단 목표온도까지 가열된 강판이 철-아연 합금화 반응이 진행되도록 가능한 강판(6)의 온도저하가 없이 일정한 온도로 유지되도록 구성하는 것이 일반적인데 이러한 균열대(4)는 내부에 전기히터와 같은 보조열원을 갖는 간단한 보온커버 형태로 구성되어 왔다.
그러나, 균열대(4) 내부의 온도는 외부의 분위기에 비해 높기 때문에 가스의 밀도차에 따른 굴뚝효과(draft effect)가 발생하여 균열대(4)의 상부에는 외부에 비해 양압을 나타내게 되어 분위기가스가 외부로 분출되게 되고, 그 결과로써 균열대(4)의 하부로부터 차가운 외부공기가 침입됨으로써 균열대(4)의 온도를 떨어뜨리는 요인으로 작용하게 되었다.
이의 개선을 위하여 균열대(4)의 상부에는 굴뚝효과에 의한 분위기가스의 유출을 가능한 억제하기 위하여 강판(6)의 표면에 공기를 분사시켜 양압을 형성시키는 기능을 하는 공기분사 씰링수단(air sealing pad)(5)가 설치되는 것이 보통이다.
그러나, 이러한 공기분사 씰링수단(5)에 의해 형성되는 정압이 굴뚝효과에 의한 양압보다 커지게 되면, 이를 통하여 분사된 상온의 차가운 공기가 균열대(4)의 하부로 역류됨으로써 균열대(4)의 분위기가 냉각되는 문제가 발생되며, 이의 개선을 위한 다양한 노력들이 경주되어 왔으나 실효성을 거두지 못하였다.
여기에서, 미설명부호 '1'은 아연도금욕조, '2'는 에어나이프, '10'은 직화버너이다.
본 발명은 상술한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창안한 것으로, 균열대의 상부에 분위기가스의 유출을 억제하고 철-아연 합금화 반응이 종료된 강판의 냉각기능을 겸하는 공기분사 씰링수단를 설치하고, 씰링수단로부터 인입된 상온의 공기 및 고온의 분위기가스 배출량을 제어하는 배가스 조절기를 그 직하에 설치함과 동시에 균열대의 하부에는 순환하는 분위기가스중으로 분위기 조절가스를 혼합시킨 다음 공급 분위기가스의 온도를 임의로 제어할 수 있도록 하는 분위기가스 조절수단을 설치함으로써 표면이 치밀하고 내식성과 가공성이 우수한 합금화 용융아연도금강판의 제조에 적합한 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법을 제공함에 그 목적이 있다.
도 1은 종래 아연합금화로의 여러예를 보인 예시도,
도 2는 본 발명을 설명하기 위한 아연합금화로의 열이력곡선,
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 아연합금화로의 개략적인 구성도 및 요부 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100....균열대 110....가스분사 씰링수단
120....흡입구 130....송풍기
140....흡배출기 150....연소실
본 발명의 상기한 목적은, 용융 아연도금한 강판을 유도가열로 등을 사용하여 목표로 하는 철-아연 합금화 반응온도까지 급속 가열한 다음 균열대에서 철-아연 합금화 반응이 이루어지도록 제어하는 설비의 구성에 있어, 수직형 균열대의 직하부에 분위기가스 가스분사 씰링수단을 배설하되, 상기 균열대의 하단부에 연결된 배관을 통하여 일정량의 분위기가스를 송풍기로 흡입시키는 중간 단계에서 분위기 조성 조절용 가스와 1차 혼합시킨 다음 송풍기로 분사하여 흡배출기를 통과하도록 하고, 여기에서 발생하는 흡입압에 의해 별도로 구성된 외부의 연소실에서 발생시킨 연소 배가스를 1차적으로 혼합된 순환 분위기가스중으로 2차로 혼합시켜 상기 가스분사 씰링수단을 통해 균열대 내부로 분사토록 한 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법을 제공함에 의해 달성된다.
이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명을 설명하기 위해 합금화 아연도금강판의 제조 공정에 있어서합금화로에서 요구되는 여러가지 열이력곡선(heat cycle)을 도시한 도 2를 참조한다.
양호한 품질의 철-아연 합금층을 얻기 위해서는 그래프상의 목표온도로 급속 가열한 다음 일정한 온도를 유지하는 것이 바람직한 것으로 알려져 있으나, 강판의 종류 및 얻고자 합금상의 구성비에 따라서는 그래프상의 점선과 같은 열이력곡선이 바람직한 경우도 있기 때문에 균열대의 구성은 가능한 이러한 모든 형태의 열이력곡선 제어가 가능하도록 구성할 필요가 있게 된다.
한편, 유도가열로를 사용하는 합금화로 균열대내에는 별도의 분위기가스 공급이 이루어지지 않기 때문에 일반적으로 대기와 유사한 조성을 유지하는 것이 일반적이나, 합금화 반응에 필요한 가열 온도가 높은 극저탄소강 또는 P-첨가 고장력강의 경우에는 용융된 아연도금층의 분위기중 산화 정도가 증가하여 표면의 치밀도가 저하되고 색상도 나빠지는 경향이 있어 가능한 분위기가스중의 산소 농도를 낮게 유지할 필요가 있다.
또한, 균열대 내부로 비산화성 가스를 혼합하여 공급하는 장치를 구성하는 쪽이 표면 품질이 우수한 합금화 아연도금강판의 제조에 유리한 것으로 알려져 있으나, 균열대에 이러한 방법을 적용하고자 할 경우에는 균열대로부터 외부로 유출되는 분위기가스의 양을 최소화함으로써 원단위가 높은 비산화성 가스의 소모량을 줄이는 수단이 동시에 필요하다.
따라서, 본 발명에서는 도 3 내지 도 5에서와 같이, 균열대(100)의 하부 내측에는 가스분사 씰링수단(110)이 배치되도록 하여 이를 통해 분사된 가스의 일부는 균열대(100)의 상부로 이동되고, 그 나머지는 가스분사 씰링수단(110)의 하단에 위치한 흡입구(120)를 통해 송풍기(130)로 흡입되며, 흡입된 순환가스는 송풍기(130)의 전단에서 분위기 조절용 가스(이를테면 질소, 질소-수소, 공기 등)와 1차 혼합되는데 혼합된 가스의 온도인 T3는 일반적으로 순환가스의 온도인 T1보다 낮아 송풍기(130)의 열적 손상을 억제하는 역할도 겸하도록 되어 있다.
혼합된 순환가스는 송풍기(130)를 사용하여 흡배출기(140)로 분사되는데, 이때 발생하는 흡입압에 의해 외부의 연소실(150)에서 연소시킨 고온의 연소 배가스가 2차로 혼합되어 균열대(100)로 공급될 분위기가스의 온도인 T5까지 상승하게 된다.
이에 따라 균열대(100) 내로 공급되는 순환분위기가스는 보다 고온의 비산화성을 유지하게 된다.
이와 같은 구성의 분위기가스 조성 및 온도 제어설비에 있어서 균열대(100)로 공급되는 분위기가스의 조성은 분위기 조절용 가스의 공급량에 따라 제어되며, 분위기가스의 온도는 흡배출기(140)에서 흡입되는 연소배가스의 온도 조건을 변화시켜 제어할 수 있다.
즉, 균열대(100)의 온도를 낮게 유지할 필요가 있는 경우에는 연소실(150)에 설치된 직화버너의 연료 인입량을 줄여 연소 배가스의 온도를 낮추고, 반대의 경우에는 연료 인입량을 늘여 연소 배가스의 온도를 높이는 방법으로 균열대(100)로 공급되는 분위기가스의 온도를 제어할 수 있게 된다.
본 발명에서 고온의 연소 배가스를 순환되는 분위기가스중으로 흡입시켜 혼합시키는 흡배출기(140)의 동작원리는 다음과 같다.
도 5를 참조하면, 흡배출기(140)에서 순환 분위기가스는 직경 d1 부분에서 유속 v1으로 흐르다 갑자기 직경 d2 로 확관된 부분에 도달하면 유속이 v2로 감소되기 때문에 다음 식 1에 의해 계산될 수 있는 크기의 흡입압가 발생하여 연소 배가스를 흡입하게 된다.
(식 1)
상기 식 1에서 ρ는 순환 분위기가스의 밀도, g는 중력가속도이다.
순환 분위기가스에 대한 연소 배가스의 혼합분율을라고 가정을 하면이 되어 식 1은 다음과 같은 식 2로 정리할 수 있다.
(식 2)
[실시예]
대표 조성 0.005%C-0.06%P-0.2%Mn의 Ti 첨가 극저탄소강 1.0~1.4mmt 강판를 양면 60 조업속도 65~75mpm으로 용융아연도금한 다음 유도가열로를 사용하여 균열대 인입온도까지 급속가열후 유효 균열길이 29m (균열시간 23~26초)의 균열대에서 철-아연합금화 반응시킨 강판의 분말화(powdering)지수 및 박편화(flaking)지수를 비교 평가하였다.
비교예로서는 균열대의 하부에 별도로 외부로부터 분위기가스 및 연소 배가스를 공급하지 않지 경우의 조업 결과를 평가하였으며, 발명예로서는 균열대 하부의 순환가스 중으로 공기, 질소 등을 송풍기 전단에서 1차 혼합후 연소 배가스를 송풍기 후단의 흡배출기에서 2차 혼합하여 균열대 내부로 약 400~500℃의 온도로 분사한 경우의 조업결과를 평가한 것이며, 하기한 표 1에 그 실시결과를 비교하여 나타내었다.
분위기가스중으로 연소배가스를 혼합시키지 않는 경우 분위기의 온도는 강판의 인입온돕다 약 100 이상 저하되어 적절한 철-아연 합금화 반응을 얻기 위한 균열대 초단의 강판 온도가 높아져야 하며, 최종적인 제품의 분말화지수 및 박편화지수가 각각 2.8~3.2, 3.0~3.5의 높은 값을 나타낸다(분말화지수 및 박편화지수가 낮을수록 합금화 아연도금강판의 도금밀착성이 우수함).
이에 비하여 분위기가스중으로 질소 등을 혼합시킨 다음 연소배가스를 혼합시켜 400~500℃의 높은 온도로 균열대 내부로 분사하는 경우에는 균열대 인입단의 강판의 온도를 보다 낮게 가열하더라도 분말화지수 및 박편화지수가 보다 우수한 제품이 얻어짐을 확인할 수 있었다.
이러한 결과는 본 발명의 균열대 구성방법이 강판의 재가열온도를 낮추어 전력 원단위를 절감하고 도금 밀착성이 보다 우수한 합금화 아연도금 강판의 제조 수단을 제공함을 보여줌을 알 수 있었다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 송풍기로 흡입되는 순환 분위기가스중으로 낮은 온도의 분위기 조성 조절용 가스를 1차 혼합시켜 순환가스의 온도를 낮춤으로써 열적손상을 억제하고 송풍기의 후단에서 흡배출기를 이용하여 고온의 연소배가스를 2차 혼합시켜 균열대 내로 공급되는 분위기가스의 온도를 최종적으로 제어하는 유연한 수단을 제공하는 잇점이 있다.
Claims (3)
- 용융 아연도금한 강판을 유도가열로 등을 사용하여 목표로 하는 철-아연 합금화 반응온도까지 급속 가열한 다음 균열대에서 철-아연 합금화 반응이 이루어지도록 제어하는 설비의 구성에 있어,수직형 균열대의 하부 내측에 분위기가스 가스분사 씰링수단을 배설하되,상기 씰링수단의 하단부에 연결된 배관을 통하여 일정량의 분위기가스를 송풍기로 흡입시키는 중간 단계에서 분위기 조성 조절용 가스와 1차 혼합시킨 다음 송풍기로 분사하여 흡배출기를 통과하도록 하고,여기에서 발생하는 흡입압에 의해 별도로 구성된 외부의 연소실에서 발생시킨 연소 배가스를 1차적으로 혼합된 순환 분위기가스중으로 2차로 혼합시켜 상기 가스분사 씰링수단을 통해 균열대 내부로 분사토록 한 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법.
- 제1항에 있어서,상기 균열대의 상단부에는 공기분사 씰링수단을 배설시켜, 상기 가스분사 씰링수단과 연계하여 균열대의 상단 분위기가스의 유출을 억제함과 동시에 냉각시키도록 한 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법.
- 제1항에 있어서,상기 균열대 하부의 순환 분위기가스로 혼합되는 분위기가스 조절용 가스는 질소, 질소-수소로 된 비산화성 가스 또는 공기를 사용하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 생산공정의 아연합금화로 균열대의 온도 및 분위기 제어방법.
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| CN115612974A (zh) * | 2022-09-01 | 2023-01-17 | 中冶南方（武汉）热工有限公司 | 冷轧镀锌用带钢预氧化装置及其方法 |
-
2002
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