KR20040056082A - 합금화 용융아연도금강판 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 관한 것으로서,

아연도금욕조를 통과한 강판의 도금부착량을 조절하는 에어나이프가 구비되고, 그 상부에 합금화처리를 위한 열처리로가 구비되며, 합금화시의 비산화성 분위기 유지를 위한 실링박스가 구비된 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 있어서, 상기 실링박스(8) 내 에어나이프(5) 하부에 애쉬 제거를 위한 배기후드(9)가 설치되고, 아연도금욕조(3) 표면에 존재하는 애쉬 제거를 위한 메탈펌프(10)가 설치된 것을 특징으로 하며,

합금화 용융아연도금강판의 제조시 실링박스 내부의 오염을 방지하고, 실링박스내의 에어나이프를 효과적으로 제어하도록 해주며, 이에 따라 도금강판의 결함 발생을 방지하여, 표면외관이 미려한 합금화 용융아연도금강판을 제공한다.

Description

합금화 용융아연도금강판 제조장치{Manufacturing apparatus to produce galvannealing sheet steels}

본 발명은 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합금화시 분위기를 질소-수소와 같은 환원성 분위기로 유지시킬 때 발생되는 아연의 증발을 배출하고, 작업자가 에어나이프의 상태를 확인할 수 있도록 관찰창을 설치함으로써, 작업성이 우수하면서 표면외관이 우수한 합금화 용융아연도금강판을 제공하는 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 관한 것이다.

합금화 용융아연도금강판은 연속 용융도금공정에서 용융아연욕조를 통과하여 아연도금된 강판을, 표면의 아연도금층이 완전히 응고하기 전에 용융아연욕조의 직상부에 설치된 합금화 열처리로에서 도금층을 가열한 후, 공기 냉각대에서 급속냉각시켜 제조하게 된다.

합금화 용융아연도금강판의 도금층은 철의 함량이 약 10~12%정도이고, 철의 함량에 따라서 제타상(ζ, FeZn13), 델타상(δ, FeZn7), 캐피탈감마상(Γ, Fe3Zn10)으로 구성되어 있으며, 이들의 구성비에 따라 가공성 및 도장성이 크게 달라진다.

특히, 캐피탈감마상의 존재는 성형시 파우더링(Powdering)을 발생시키기 때문에 최대한 억제하는 것이 바람직하다.

일반적으로 용융아연도금강판 제조시에는 도금욕중 0.14~0.2wt%의 알루미늄이 포함되며, 철-알루미늄-아연의 3원 합금을 이루어 소지철과 도금층의 계면에 존재함으로써 밀착성을 향상시키는 역할을 한다.

그러나, 합금화 용융아연도금강판 제조시에는 아연과 철의 원활한 합금화 반응을 위하여 도금욕중의 알루미늄은 0.14wt%이하로 관리하게 된다.

이렇게 제조된 합금화 용융아연도금강판은 용접성과 도장후 내식성 등이 아연도금강판보다 우수하기 때문에 자동차, 가전재 등에 널리 사용되고 있으며, 최근에는 자동차 외판용으로서 수요가 증가하고 있다. 특히 자동차 외판용으로 적용되기 위해서는 엄격한 표면 품질이 요구된다.

합금화 용융아연도금강판의 도금층 형성은, 먼저 합금화 처리시 소지철에 부착된 아연이 재용해되고, 그 후 소지철의 철입자가 아연도금층으로 확산해 가면서 아연-철의 금속간화합물로 형성되어 도금층을 형성한다.

그러나, 도금욕조를 통과한 아연도금층은 표층에 대기중의 산소와 결합하여 얇은 산화막을 형성하고 있기 때문에, 합금화 처리과정 중 아연도금층이 재용해 될 때 산화피막층은 용해되지 않고 고체상태로 남아 있음으로써, 재용해된 아연의 흐름이 원활하지 못하게 된다.

즉, 표층의 아연산화층이 용융아연의 흐름을 방해하여, 최종적으로 합금화 처리가 완료되면 거친상태로 응고하게 되어 표면외관이 미려하지 못하게 된다.

대한민국 공개특허 제2001-0058261호(2001.07.05 공개)에서는 이러한 점을 개선하기 위해서, 도금욕에서 합금화가 완료되는 구간까지 실링박스(Sealing Box)를 설치하고 실링박스 내부에 질소를 투입함으로써 박스 내의 분위기를 비산화성 분위기로 유지하는 기술을 제안하고 있다.

이 기술에 의하면 표층에 산화피막이 형성되지 않으므로 표면외관이 우수한 용융아연도금강판을 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 용융아연도금공정의 일예를 나타낸 구성도이다.

강판(1)이 아연도금욕조(3) 속으로 들어가면 싱크롤(4)에 의하여 방향이 위로 전환되고, 에어나이프(5)로 도금부착량을 조절하게 된다.

아연도금욕조(3)에서 빠져나온 강판(1)은 유도로(6)와 전기로(7)를 통과하여합금화 되고, 대기중에서 약간의 냉각을 거친 후, 톱롤(12)에 의하여 방향이 바뀌게 되고 합금화 반응이 완료된다.

합금화 되는 동안, 분위기는 실링박스(8)에 의하여 외부와 차단되고, 에어나이프(5)에 의해 질소를 투입함으로써 비산화성 분위기를 유지하게 된다.

그러나, 이러한 방법은 도금욕조로부터 합금화로까지 실링박스를 설치하고 내부는 질소를 투입하여 비산화성 분위기를 유지하기 때문에, 아연의 증발이 매우 심하여 애쉬(Ash)가 발생되는 문제점이 있었다.

이들 애쉬는 에어나이프나 실링박스 내부에 응착하여 작업성을 떨어뜨리는 문제를 야기하며, 실링박스 내부에 에어나이프가 위치하기 때문에 조업자가 에어나이프의 상태를 파악할 수 없는 단점이 있었다.

이러한 아연의 증발을 막기 위하여 미국특허 제4,557,952호에서는 실링박스 내부에 수증기를 1-3vol%를 투입함으로써 아연의 증발을 막는 방법을 제안하였다.

그러나, 이 기술은 아연도금욕조의 표층에 산화피막을 형성시키기 때문에 아연의 유동성을 저해하는 단점이 있으며, 에어나이프 또한 실링박스 내부에 존재하기 때문에 조업자가 에어나이프 상태를 정확하게 파악하지 못한다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 합금화시 분위기를 질소-수소와 같은 환원성 분위기로 유지시킬 때 발생되는 아연의 증발을 배출하고, 작업자가 에어나이프의 상태를 확인할 수 있도록 관찰창을 설치함으로써, 작업성이 우수하면서 표면외관이 우수한 합금화 용융아연도금강판을 제공하는 합금화 용융아연도금강판 제조장치를 제공함을 그 목적으로 한다.

도 1은 종래의 용융아연도금공정의 일예를 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용융아연도금공정을 나타낸 구성도이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1: 강판 2: 스나우트

3: 아연도금욕조 4: 싱크롤

5: 에어나이프 6: 유도로

7: 전기로 8: 실링박스

9: 배기후드 10: 메탈펌프

11: 관찰창 12: 톱롤

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 아연도금욕조를 통과한 강판의 도금부착량을 조절하는 에어나이프가 구비되고, 그 상부에 합금화처리를 위한 열처리로가 구비되며, 합금화시의 비산화성 분위기 유지를 위한 실링박스가 구비된 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 있어서, 상기 실링박스(8) 내 에어나이프(5) 하부에 애쉬 제거를 위한 배기후드(9)가 설치되고, 아연도금욕조(3) 표면에 존재하는 애쉬 제거를 위한 메탈펌프(10)가 설치된 것을 특징으로 한다.

보다 바람직하게 본 발명은, 에어나이프(5)의 상태를 파악할 수 있도록 하는 관찰창(11)이 상기 실링박스(8)의 적어도 일측에 형성된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 용융아연도금공정을 나타낸 구성도이다.

본 실시예의 용융아연도금강판 제조장치는, 아연도금욕조(3)를 통과한 강판(1)의 도금부착량을 조절하는 에어나이프(5)가 구비되고, 그 상부에 합금화처리를 위한 열처리로(6,7)가 구비되며, 합금화시의 비산화성 분위기 유지를 위한 실링박스(8)가 구비되는 기본 구조에 있어서는 종래의 장치와 공통된다.

이러한 기본 구조와 더불어, 에어나이프(5)를 통하여 나온 질소에 의하여 애쉬가 발생되는 것을 차단하기 위하여 에어나이프 하단에는 배기후드(9)가 설치되어, 아연의 증발에 의한 실링박스(8)내의 오염을 방지하게 된다. 배기후드(9)는 외부와 연결되어 애쉬가 빠져나가도록 설치된다.

또한, 아연도금욕조(3)에 존재하는 애쉬는 메탈펌프(10)를 통하여 실링박스(8) 외부의 도금욕으로 빠져나가게 되므로, 실링박스(8)내에서는 청결한 상태가 유지되게 된다. 메탈펌프(10)는 용융금속을 가압 이송시킬 수 있는 통상의 것이 사용된다.

이러한 구조를 통해, 애쉬에 의해 발생되는 실링박스(8)의 오염이 방지되며, 애쉬의 유입에 의해 발생되는 도금강판의 결함을 억제할 수 있게 된다.

또한, 관찰창(11)을 통하여 에어나이프(5)의 상태를 알 수 있으므로, 에어나이프(5)의 위치, 각도, 강판과의 간격 등을 실시간으로 육안으로 확인하고 제어할 수 있게 된다.

이러한 관찰창(11)의 재질은 고온의 작업 환경을 고려하여, 석영과 같은 재질이 사용되는 것이 바람직하다.

< 실시예 >

용융아연도금강판을 합금화처리시 수소와 질소의 농도를 조절하여 환원성 분위기를 유지하면서 합금화 용융아연도금강판을 제조하였다.

상기와 같이 합금화 처리된 시편에 대하여 표면외관, 실링박스내 오염정도, 도장성, 에어나이프 제어정도 등을 평가하고 그 결과를 표 1에 나타내었다.

도금부착량은 45~60g/㎡으로 하였고, 합금화 시간은 20초, 도금층 중의 Fe함량은 9~12%였다.

표 1에서의 표면외관에 대한 시험방법은 육안 및 표면조도를 측정하였다. 표면조도는 Ra를 기준으로 측정하였고, 선영성을 평가하는 기준인 Wca값을 측정하였다. 실링박스내의 오염정도는 육안으로 평가하고 양호, 보통, 불량 순으로 측정하였다.

구 분	실링박스내 분위기(Vol %)	실링박스오염정도(24시간)	애쉬결함	표면외관	Ra(㎛)	Wca(㎛)	비고
	질소				수소
발명예	1	100	0	◎	◎	◎	0.82	0.41	에어나이프상태확인가능
	2	98	2	◎	◎	◎	0.80	0.40
	3	96	4	◎	◎	◎	0.78	0.38
	4	94	6	◎	◎	◎	0.78	0.38
	5	90	10	◎	◎	◎	0.76	0.36
	6	85	15	◎	◎	◎	0.75	0.35
	7	80	20	△	◎	◎	0.71	0.33
기존예	A	100	0	△	△	◎	0.81	0.40	에어나이프상태확인불가능
	B	98	2	X	△	◎	0.81	0.40
	C	96	4	X	△	◎	0.79	0.39
	D	94	6	X	△	◎	0.78	0.38
	E	90	10	X	X	◎	0.75	0.36
	F	85	15	X	X	◎	0.74	0.34
	G	80	20	X	X	◎	0.71	0.32

표 1에서 보는 바와 같이 기존예(A-G)와 발명예(1-7) 모두 표면외관은 비산화성 및 환원성 분위기에서 합금화되기 때문에 모두 양호하였고, 조도지수인 Ra, Wca값도 유사하였다.

그러나, 애쉬결함은 발명예(1-7)의 경우 결함이 발생되지 않았으나, 기존예의 경우 수소농도가 6vol%까지는 보통이었으나 10vol%이상 증가할 경우 다량 발생하였다.

또한, 실링박스내의 오염정도는 24시간 가동하였을 경우 본 발명에서는 오염이 거의 일어나지 않고 실링박스 내부가 매우 청정하게 유지되었다. 그러나, 기존예의 경우 수소농도의 증가시 심각한 실링박스 오염이 발생하였으며 에어나이프의 립이 막히는 현상도 관찰되었다.

기존예의 경우, 실링박스가 에어나이프를 감싸고 있기 때문에 도금부착량의 제어가 힘이 들고 에어나이프의 간격 및 위치를 제어하기 곤란하였다.

이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서, 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안된다.

상술한 바와 같이 본 발명은, 합금화 용융아연도금강판의 제조시 실링박스 내부의 오염을 방지하고, 실링박스내의 에어나이프를 효과적으로 제어하도록 해준다. 이에 따라 도금강판의 결함 발생을 방지하므로, 표면외관이 미려한 합금화 용융아연도금강판을 제공한다.

Claims (2)

1. 아연도금욕조를 통과한 강판의 도금부착량을 조절하는 에어나이프가 구비되고, 그 상부에 합금화처리를 위한 열처리로가 구비되며, 합금화시의 비산화성 분위기 유지를 위한 실링박스가 구비된 합금화 용융아연도금강판 제조장치에 있어서,

   상기 실링박스(8) 내 에어나이프(5) 하부에 애쉬 제거를 위한 배기후드(9)가 설치되고, 아연도금욕조(3) 표면에 존재하는 애쉬 제거를 위한 메탈펌프(10)가 설치된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   에어나이프(5)의 상태를 파악할 수 있도록 하는 관찰창(11)이 상기 실링박스(8)의 적어도 일측에 형성된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연도금강판 제조장치.