KR20090044703A - 고속 합금화 용융 아연 도금강판의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융아연도금라인에서 상하 2대의 유도가열로와 그 중간부에 직화가열 장치의 조합으로 구성된 합금화처리 장치를 사용하여 아연-철 합금용융도금강판(이하 GA강판으로 약칭)을 고속으로 제조하도록 하는 데 목적이 있다.
즉, 도금욕조를 통과한 용융아연도금강판(GI강판으로 약칭)의 소재부에서 아연 도금층으로 철(Fe)의 확산이 일어날 때 급속한 합금화반응으로 인한 품질불량이 발생되지 않도록 유도가열 장치를 2단으로 배치하고, 유도가열장치 사이에 직접가열 장치를 추가로 배치하여, 급속한 합금화 처리에도 양호한 품질의 GA강판을 제조할 수 있도록 한다.
또한 직화로의 버너를 폭방향으로 가장자리부(edge)-중앙부(center)-가장자리부(edge)로 구분하여 공급하는 열량을 변화시킴으로써 사이즈변경시 가장자리부에서의 과도금을 방지하기 위해 설치된 가장자리부 배플(edge baffle)을 개방(open)후 닫는 구간의 가장자리부 과도금 발생에 따른 미합금화 현상을 개선해 준다.
아연-철 합금 용융도금강판, 합금화, 유도가열로, 직화로
Description
본 발명은 용융아연도금라인에서 상하 2대의 유도가열로와 그 중간부에 직화가열 장치의 조합으로 구성된 합금화처리 장치를 사용하여 아연-철 합금용융도금강판(이하 "GA강판"으로 약칭)을 고속으로 제조하기 위한 고속합금화 용융아연고금강판의 제조방법 및 그 방법에 의한 제조장치에 관한 것이다.
즉, 도금욕조를 통과한 용융아연도금강판(GI강판으로 약칭)의 소재부에서 아연 도금층으로 철(Fe)의 확산이 일어날 때 급속한 합금화반응으로 인한 품질불량이 발생되지 않도록 유도가열 장치를 2단으로 배치하고, 유도가열장치 사이에 직접가열 장치를 추가로 배치하여, 급속한 합금화 처리에도 양호한 품질의 GA강판을 제조할 수 있도록 한 발명이다.
아연-철 합금 용융아연도금강판(GA강판)은 소재 중의 철이 도금층 내부로 확산을 일으켜 8~12% 정도로 분산된 피막을 형성함으로써 용접성과 도장성이 우수한 특성을 발휘하는 표면처리강판으로 주로 자동차나 가전제품의 내외판용으로 사용되고 있다.
이와 같이 우수한 용접성과 도장성을 가지는 GA강판을 제조하기 위해서는 0.12~0.14wt%의 Al이 첨가된 도금욕에서 용융 아연 도금을 행하고, 도금부착량을 조절한 후에, 강판을 직접가열 또는 유도가열방법을 적용하여 도금층의 합금화 처리를 행하여야 한다.
일반적으로 용융아연도금강판을 제조할 경우에는 아연(Zn)과 철(Fe)의 금속간화합물이 형성되어 취성이 큰 합금층이 형성되지 않도록 일정한 농도의 Al을 도금욕 중에 첨가하여 철과 친화력이 큰 Al이 우선하여 철과 결합함으로써 Fe-Zn 합금상 형성을 억제하여 도금층의 밀착성을 확보한다.
반면 GA강판을 제조하기 위해서는 철-아연 계면에서 합금화 반응이 일어날 수 있도록 욕 중의 Al농도를 일반적인 용융아연도금강판인 GI강판(0.18~0.22wt%)보다 낮은 수준(0.11~0.14wt%)으로 변경시켜 용융도금을 행한다. 단, Al함량이 0.12wt% 미만으로 떨어지면 도금욕 중에서 급격한 합금화 반응이 일어나서 철-아연 계면에서 취성이 큰 Γ상이 두텁게 형성된다. 첨부도면 도 8은 상기 Γ상을 비롯한 합금층의 분포상태를 현미경 사진으로 나타낸 것이다. 이에 따라 Al 첨가량의 하한을 규정하여야 하지만, 반대로 0.14wt%를 초과하면 용융도금 후 합금화로에서 높은 열량을 가하여야 하므로 에너지비용이 증가하고 짧은 시간에 급격한 가열을 실행하는 과정에서 과도한 Γ상이 형성될 수 있으므로 Al 함량 상한치를 0.14wt%로 규정한다.
또한 용융도금 후 아연 부착량이 불균일하면 합금화 처리시 동일한 열랑을 가하더라도 폭방향이나 전이면 합금화반응의 차이에 의해 합금화 품질이 불균일해지기 때문에 흰줄무늬나 흰 얼룩이 관찰되어 외관이 떨어지게 되므로 균일한 도금부착량을 관리하는 것이 중요하다.
일반적으로 도금부착량은 도금욕조를 통과한 강판스트립 표면에 딸려 올라오는 용융 아연층을 깎아내는 방식으로 가스 와이핑(gas wiping) 장치를 이용하여 요구하는 도금 두께를 맞추어준다. 만약 가스와이핑 장치나 합금화 처리장치를 통과할 때 강판스트립이 전후 또는 좌우방향으로 흔들려서 10g/㎡ 이상의 부착량 편차가 생기면 외관불량이나 합금화불량이 발생될 수 있을 정도로 합금화도에 차이가 생기므로 진행하는 강판스트립의 진동을 억제하는 전자석 판안정화 장치나 터치 로울(touch roll)과 같은 장치를 이용하여 수직으로 진행하는 강판스트립이 평탄한 상태를 유지하도록 해주어야 한다.
합금화로에서 합금화 반응은 위에서 언급한 도금욕중 Al농도, 도금부착량의 분포 이외에도 강중 성분이나 작업 속도에 따라서도 영향을 받게 된다. 예를 들어 강중에 P함량이 많은 고장력강의 합금화 처리시 입계의 공간부에 우선적으로 자리잡는 P가 도금층으로 확산을 일으키는 Fe의 진로를 차단하는 역할을 하기 때문에 합금화처리를 위해서는 보다 많은 열량을 가하여야 한다. 급격한 가열은 도금층과 철 계면에서의 Γ형성이 활발해지도록 하므로 고장력 GA강판용 소재는 강도를 강화시키기 위하여 첨가하는 P함량을 500ppm수준 이하로 제한하고 있다.
또한 동일한 강종, 동일한 부착량, 동일한 두께의 GI강판이라 하더라도 동일한 길이의 균열대를 가지는 라인에서 작업속도를 높이면 합금화 처리시 가열대의 강판스트립 온도를 올려주어야 미합금화 불량을 방지할 수 있다. 즉, 합금화 처리에 영향을 미치는 요인을 관리범위 이내로 맞추었다 하더라도 그림10에 나타낸 바와 같이 가열대와 균열대로 구성된 합금화로에서 GI강판의 도금층을 재가열할 때 재가열하는 강판스트립 온도와 그것을 유지시켜주는 균열온도 및 균열시간에 의해 합금화 품질에 변화가 생길 수 있다.
일반적으로 합금화 처리온도가 낮고 유지시간이 길어질수록 우수한 합금화 피막을 얻을 수 있으므로 작업속도가 낮을수록 합금화 품질제어가 유리하다. 하지만 GA강판은 한정된 설비를 통과하는 한정된 시간 내에서 합금화 품질을 확보하여야 하므로 GI강판 대비 생산성이 떨어져서 제조원가가 올라가게 되는 문제를 안고 있다.
따라서 합금화 품질을 확보하기 위해서는 최소 12sec이상 일정한 온도를 유지할 수 있는 균열대를 구비하도록 설계한다. 그러나 도금 욕조를 통과하고 나온 강판스트립은 수직으로 진행하면서 냉각이 이루어지는데 지지하는 롤이 없는 상태로 올라가야 하는 점이 수직구간에 설치하는 균열대의 길이에 제약사항이 된다. 균열대의 길이가 너무 길어지면 그 구간을 통과하는 판의 진동이나 흔들림이 생겨서 품질확보에 어렵게 되기 때문이다. 그러나 최근에 강판스트립 진동방지 및 도금 욕 중 기기운영 기술이 진보함에 따라 보다 긴 합금화-균열대의 적용이 가능해지면서 합금화 라인의 고속화 추세가 전개되고 있다. 기존라인의 냉각탑(cooling tower)의 높이가 40~55m에 불과한 것에 비하여 고속화라인의 경우 70~75m까지 높아지고 있다.
이 경우, 합금화 온도를 유지시켜주기 위한 충분한 가열유지시간(holding time)을 확보한 균열대를 구비하고 있다 하더라도 가열대의 급속가열이 새로운 문제로 대두된다. 즉 가열대에서 기존 라인과 비교하여 짧은 시간에 요구되는 온도까지 승온시켜야 하므로, 고속 합금화 라인은 급속가열 과정에서 소지철과 도금계면에 취성이 강한 Γ상의 합금층이 형성될 가능성이 매우 높아진다. 이처럼 급속가열을 통하여 두터운 Γ상이 발달하게 되면 GA강판을 재단하여 프레스 성형을 행하는 자동차 제조 공정에서 파우더링(powdering)이라는 합금층 피막의 박리현상이 일어나기 쉬워진다. 즉 고속합금화 라인을 상용화하기 위해서는 급속가열에 의해서 두터운 Γ상이 형성되는 현상을 최소화하지 않으면 안된다.
한편, 첨부도면 그림7에 나타낸 바와 같이, 연속 용융도금에서 강판스트립의 폭이 광폭-협폭으로 변경되는 구간에서는 양 가장자리부의 과도금을 방지하기 위하여 설치하는 가장자리 배플(edge baffle)이 강판폭 변경부와 타격에 의해 손상되는 것을 방지하기 위하여, 가장자리 배플 판(edge baffle plate)을 개방한 후 다시 원래 위치로 닫는 조작을 행하여야 하는데 이 구간에서 양 가장자리부의 과도금에 의한 미합금화 현상이 일어날 수 있다. 종래에는 이러한 문제를 해소하기 위하여 가장자리부에 소형 버너를 설치하여 추가 가열해줌으로써 미합금화 현상을 해결하여왔다. 그러나 고속합금화 처리라인에서는 짧은 시간에 충분히 가열시키기가 쉽지 않아 미합금화 불량이 발생되기 쉬우며, 고속작업에 의하여 파생되는 요인으로서 가장자리 배플(edge baffle)이 개방-폐쇄(open-close)되는 시간에 통과하는 강판스트립의 길이가 길어져 불량이 증가하는 문제를 안고 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 유도가열방식과 직화가열방식을 조합하여 소지 철과 도금층 계면에서 급속한 합금화반응이 일어나는 것을 방지하면서도 고속 GA강판 제조라인에서 적정한 합금화 품질을 가지는 GA강판을 제조할 수 있도록 한 방법 및 장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한 유도가열로는 폭방향 공급전력(power)제어가 불가능하므로 직화가열로 구간에서 폭방향 열량제어를 행하여 가장자리부 오버코팅(edge over coating)부의 합금화 처리를 효과적으로 실시하도록 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본발명은 도금욕조 직상부에 설치된 GA 로(furnace)를 기존의 유도가열로 또는 직화가열로만으로 사용하는 것을 지양하고, 유도가열로와 직화가열로를 동시에 적용하여 짧은 시간에 합금화 반응이 효율적으로 진행되도록 한 것에 특징이 있다.
본 발명을 일실시예로서 첨부된 도면을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다.
유도가열장치는 유도코일에 인가되는 주파수에 따라 강판표면에 근접하는 부분에 유도자장이 형성되어 가열되는 특징을 나타내므로 유도가열로 내부의 분위기온도는 올라가지 아니하며 강판의 도금층 역시 열발생원이 되지 아니한다. 따라서 도 6의 가열로내 열전달 모식도에서 나타낸 바와 같이 강판(1)과 도금층(18)이 접 하는 부분에서 열이 발생(19a)된 후 도금층으로 전도에 의해 확산을 일으키는 과정(17a)을 거쳐 합금화가 진행된다. 반면 직화가열방식은 외부(19b)로부터 화염이 가해져서 가열로 내부 분위기온도를 승온시키고 도금층 외부로부터 도금층 내부로 열전달이 일어나는 과정(17b)을 통해 합금화 반응이 이루어지게 된다.
유도가열로(10,12)를 선정할 때, 주파수가 높을수록 표피에 집중하는 효과(표피효과)가 커지는 것을 고려하여 최소 50kHz이상 100kHz이하의 범위에서 선정하여야 한다. 그러나 주파수가 100kHz를 초과하면 자칫 상기 국부적인 과도한 합금화현상이 발생되고, 만일 주파수가 50kHz 미만으로 떨어지면 강판가장자리부에서 표피효과가 감소되기 때문에 두께 0.6㎜이하(0.6t이하)의 박물재의 합금화 처리시 가장자리부(edge) 미합금화 현상이 일어날 수 있어 하한치를 50kHz로 제한한다.
다시 말해, 유도가열방식을 적용할 경우 소재부에서 도금층으로의 열전달에 의해 합금화반응이 이루어지기 때문에 소재표층부의 급속한 가열을 필요로 하게 되는데, 그러나 이와 같이 급격한 가열이 일어나면 아연-철 경계면에서 합금화 반응이 과도하게 진행되어 국부적으로 과합금화 현상을 일으키기 쉬워진다. (도 7)
유도가열장치를 통과한 직후 설치되는 직화 가열로(11)는 유도가열로(10)를 통해 내부의 철계면에서 바깥도금층으로 열전달이 진행되는 과정과 더불어 도금층 외부로부터 도금층 내부로 열전달이 동시에 일어나도록 함으로써 아연-철 계면의 급격한 합금화 반응이 일으키는 영향을 줄이는 효과를 얻게 해준다. 즉 초기 유도가열로(10)에의 공급전력(power)을 종래의 유도가열로 단독설치에 의한 작업시보다 공급전력을 낮게 설정하도록 함으로써 초기 철-아연 계면에서의 급격한 합금화 반 응이 일어나지 않도록 한다.
직화가열로는 공급받은 LNG와 공기를 파일롯 버너(pilot burner)에서 혼합시켜 점화한 후 강판에 직접 화염이 가해지도록 하는 종래의 직화가열로와 원리는 동일하다. 그러나 본 발명은 도 4, 도 5에 도시된 바와 같이 버너(16)에 연결되는 주 제어밸브(main control V/V)(21a, 21b, 22a, 22b)를 통해 정상ㆍ배면(topㆍback面)으로 공급되는 LNG 및 공기량을 조정하고, 다시 도 5에 도시된 바와 같이 라인제어밸브(line control V/V)(23a, 23b, 24a, 24b)를 통하여 작업측(work side)-중앙부(center)-구동측 또는 운전측(drive side)으로 구분하여 공급되는 전력(열량)을 조정함으로써 정상부(top), 배면(back면) 및 폭방향의 합금화도를 제어할 수 있는 기능을 특징으로 한다.
버너(16)의 배열은 폭방향으로 일정한 간격으로 2단 배치하되 가장자리부(edge)-중앙부(center)-가장자리부(edge)의 역 제어(zone control)가 가능하도록 그룹화(grouping)한다. 직화가열로 내에는 온도계(15)를 설치하여 분위기온도를 측정한 값을 참조하여 작업자가 직화가열로로의 공급전력(열량)을 제어할 수 있도록 한다. 즉, 위와 같이 3개역으로 구분하여 공급전력(열량)을 변화시킴으로써 사이즈 변경시 가장자리부(edge) 과도금을 방지하기 위해 설치되는 가장자리 배플(edge baffle)을 개방(open)후 폐쇄(close)하는 구간의 가장자리부 과도금 발생에 따른 미합금화 현상을 방지, 개선해 주는 것이다. 온도제어는 버너에 공급하는 LNG 및 공기량을 가감하여 원하는 온도까지 상승 또는 하강시키도록 조정할 수 있다.
한편 유도가열로의 경우 그 자체로는 구조상으로 폭방향으로 공급전력을 차 등 적용할 수 없기 때문에 폭방향 합금화도 제어가 곤란하지만 도 4, 5와 같이 직화 가열로의 버너를 폭방향으로 3등분하여 3그룹으로 분할배치하고, 정상면(top surface)과 배면(back surface)의 연료공급배관을 구분관리하면 폭방향이나 정상면과 배면의 합금화 차이가 발생할 경우 버너에 공급하는 LNG 및 공기량을 가감하여 폭방향으로 합금화가 적게 진행되는 부위의 공급전력(열량)은 높이고 합금화가 많이 진행되는 부위의 공급전력(열량)은 낮추어 줌으로써 합금화 차이를 줄일 수 있다. 특히 용접부 통과시 에어나이프(air knife)의 가장자리 배플(edge baffle)이 개방(open)된 후 폐쇄(close)시키는 구간에서 형성되는 가장자리부 과도금부의 미합금화 현상은 양가장자리부(edge)와 중앙부(center)에 공급되는 직화가열로의 열량, 즉 공연비를 예컨대 3:2 또는 2:1과 같은 일정비율로 차등 조정함으로써 용접부 통과시 에어나이프(air knife)의 가장자리부 배플(edge baffle)이 개구(open)된 후 닫히는 구간에서 형성되는 가장자리 과도금부의 미합금화 현상을 개선할 수 있다.
직접가열로 상부에는 다시 상부 유도가열로(12)를 배치하여 하부 유도가열(10)로의 전력과 직화가열로(11)의 열량을 적정 배분함으로써 최적의 합금화 피막을 만들어 내도록 한다(도 4 및 도 5). 이 경우 직화가열로의 더운 공기가 상부의 유도가열로의 유도코일을 손상시키지 않도록 유도코일 외부의 단열재를 하부 유도가열로 대비 1.2~1.5배 두텁게 시공하여야 한다.
합금화 피막제어는 유도가열로 상부에 설치한 파이로미터(pyrometer)(13)로부터 측정한 판온도 및 균열대 상부에 설치한 파이로미터(pyrometer)(14)로부터 측 정한 판온도를 강종별 도금조내 알루미늄(pot Al) 농도별, 작업 속도별로 적절하게 차등 적용함으로써 실현할 수 있다. 1단계 제어는 합금화 처리 후 합금화계(13, 합금화도를 나타내는 도금층 중의 Fe함량을 온라인 상으로 측정하는 계측장비)를 통하여 수집된 합금층 중의 Fe함량과 출측에서 샘플링한 시편의 굽힘시험을 통해 판정한 파우더링 등급에 따라 설정온도를 가감함으로써 적정수준으로 조정하도록 한다. 만약 Fe함량이 관리범위 안에 들어감에도 불구하고 출측 샘플의 파우더링 정도가 심하게 나오면 2단계 제어를 행하여 합금화도를 조정한다. 즉, 유도가열로 동력은 동일수준을 유지하되 상부 유도가열로(12)의 전력과 직화가열로(11)의 공급전력(열량)은 높이는 대신 하부 유도가열로(10)에의 공급전력을 낮춤으로써 과합금화를 방지하도록 유도가열의 공급전력(power) 및 직화가열로의 공급열량을 적정하게 배분한다.
본 발명의 합금화 처리장치는 아래의 효과를 얻을 수 있는 잇점이 있다.
- 기존의 아연도금라인의 합금화 처리작업을 할 경우, 작업속도는 최대 150mpm수준이 한계이었으나 본 합금화 처리장치를 적용할 경우 최대 200mpm의 고속합금화 작업을 행할 수 있다.
- 직화 가열대의 버너를 폭방향으로 가장자리부-중앙부-가장자리부(edge-center-edge) 구분하여 가동시킴으로서 폭방향의 불균일 합금화 현상을 최소화하여 우수한 품질의 GA강판을 제조할 수 있도록 해준다.
- 직화 가열대의 가장자리부-중앙부-가장자리부(edge-center-edge) 제어를 통하여 가장자리 과도금부의 미합금화 현상을 해소해 준다.
- 합금피막의 제어를 통해 프레스 성형시 파우더링 발생이 적은 자동차용 GA강판을 제조할 수 있다.
본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도면에 의거 일실시예를 들어 설명한다.
도 1은 일반적인 아연-철 합금용융아연도금 공정을 설명하기 위한 공정개략도이다. 도 2와 도 3은 본발명의 고속합금화 처리공정도를 각각 나타낸 것으로, 전자는 상부유도가열로(부호 12)와 하부유도가열로(10)가 모두 배치되어 있는 경우를 나타낸 것이고, 후자는 하부유도가열로(10)만 나타낸 경우의 고속합금화 처리공정도이다. 이는 강종, 강판두께에 따라 선정 가능한 공정배치를 나타낸 것이다.
도 4와 도 5는 본발명장치의 일실시예로서 전자는 주 제어밸브를, 후자는 주 제어밸브 및 라인제어밸브를 모두 직화가열로에 장착한 가열로 상세를 각각 모식도로 나타낸 것이다. 도 4는 도 2에서의 가열로를 보다 구체적으로 나타낸 것이다. 각 가열로구조 자체는 이미 일반적으로 알려져 있으므로 그 설명을 생략한다.
도 4에서, 상부유도로(12)와 하부유도로(10) 사이에 직화가열로(11)를 설치하고, 이 직화가열로에 다수의 버너(16)를 상ㆍ하단으로 2열배치하며, 이 버너(16)에 연소용 공기(air)와 LNG 가스를 공급하기 위한 각종 배관 및 주 제어밸브가 장착되어 있다. 아울러 상ㆍ하부 유도로(12)(10)에는 외부로부터의 전력공급라인과 부스바(20)를 통하여 공급전력의 제어에 의해 가열온도를 정밀제어한다.
도 5는 본 발명장치의 또다른 일실시예로서의 측면도를 나타낸 것이다. 송풍기(25)는 공장내부의 공기를 흡입하여 주제어밸브(22a)(22b)와 라인제어밸브(24a)(24b)를 거쳐 버너로 공기를 공급하는 역할을 한다. 연료(LNG) 역시 주제어밸브(21a)(21b) 및 라인제어밸브(23a)(23b)를 거쳐 공급량을 조절하여 버너로 공급되어 공기와 혼합하여 연소되어 가열로 내부에 열량을 공급한다. 주제어밸브는 정상면(top면)과 배면(back면)으로 공급되는 공기 및 LNG량을 조절하는 역할을 하고, 라인제어밸브는 폭방향으로 나누어진 구역별로 공급되는 공기 및 LNG량을 조절하는 역할을 한다. 상하유도가열로(10)(12)의 전력 및 직화가열로(11)의 열량은 파이로미터(13)의 판온도를 참조하여 설정하며, 합금화품질을 미세조정하기 위해서 직화가열로의 열량은 다시 T/C(15)의 분위기온도 측정치를 참조하여 작업자가 조정하도록 한다.
도 5에는 주제어밸브(23a, 23b)와 라인제어밸브(24a, 24b)가 도시되어 있고, 필요에 따라 주제어밸브와 라인제어밸브를 각각 사용하거나, 같이 모두 사용하거나 한다. 다시 말해, 상기 직화가열로에는 주제어밸브(21a, 21b, 22a, 22b)를 설치하여 상기 버너에 연결 설치된 이 주제어밸브(21a, 21b, 22a, 22b)를 통해서 정상면(top surface)과 배면(back surface)으로 공급되는 LNG 및 공기량을 조정하고, 또한 라인제어밸브(23a, 23b, 24a, 24b)를 설치하고, 이 밸브를 통해서는 작업측-중앙부-구동측으로 구분하여 공급되는 전력을 조정함으로써 상기 정상면, 배면의 합금화 또는 폭방향의 합금화를 각각 또는 동시에 제어할 수 있도록 한 것이 본 발명상의 용융아연도금강판의 고속합금화 처리장치이다.
(실시예)
본발명 소재로서 GA 1.0mmt인 고장력강 소재인 Ti-Nb복합첨가 극저탄소강(0.005%C-0.05%P-0.15%Mn-0.030%Ti-0.025%Nb)과 가공용 소재인 극저탄소강(0.005%C-0.015%P-0.15%Mn-0.04%Ti)을 사용하였다. 140mpm의 속도로 용융아연도금을 행한 후 도 4에서와 같이 상하부 유도가열로가 설치된 합금화로에서 상하부 유도가열로의 공급전력(power)을 차등 조정하여 최종판온도가 500~550℃를 유지하도록 작업하되 상하부 유도가열로 중간의 개방(open)된 공간에 폭방향으로 간이 버너(burner)를 설치하고 이 버너로 공급되는 공기 및 연료의 밸브 개도를 조정하여 합금화 조건을 변화시켜 제조한 시편의 합금화 품질(powdering)지수를 표 1에서와 같이 평가하였다.
여기에서 비교예는 동일한 라인에서 500~550℃까지 급속가열하여 종래와 같이 합금화 처리한 시편을 수거하여 동일한 방법으로 합금화 품질지수를 평가한 것을 나타낸 것이다.
종래예는 1.0mmt의 극저탄소강을 종래의 생산라인속도로 단일 유도가열로를 통과시켜 생산한 GA강판의 합금화도 실적을 평가하였다. 또한 용접부 통과시 배플개방(baffle open)의 영향을 비교하기 위하여 각 조건에서 용접부와 정상작업구간인 중앙부에서 각기 시편을 채취하여 합금화 품질지수를 비교하였다. 여기서 합금화 품질지수는 시편표면의 이물을 닦아낸 후 표면에 투명테이프를 붙인 상태에서 테이핑 부위가 안쪽으로 구부려지도록 90도 굽힌 후 부착된 테이프를 떼어내어 흰종이 위에서 테이프에 묻어 나온 합금층 표면의 철-아연가루의 두께와 심한 정도를 1~5등급으로 구분하여 3등급이상으로 묻어 나온 경우는 과합금화, 1등급 미만으로 거의 묻어 나오지 않는 경우는 미합금으로 판단하는 지수를 말한다. 일반적으로 자동차용강판의 합금화 품질지수는 2~3등급으로 규정된다.
상기 방식으로 실시하여 비교한 발명예와 비교예 및 종래예의 결과를 표1에 나타내었다.
직화 가열방식을 적용하지 않은 고속 합금화처리 강판의 경우에는 용접부 통과시 양단부의 합금화가 불충분하여 엷은 회색의 미합금 부위가 형성되었으며 합금화 품질지수 역시 부위에 따라 1.5이하의 낮은 값을 나타내어 합금화가 불안정하게 이루어졌음을 확인할 수 있었다(비교예 No. 12, 13, 20). 또한 용접부 이외의 정상작업구간에 있어서도 직화가열로를 적용하지 않고 고속합금화 처리하였을 때 합금화 품질지수는 3.3(정상부)의 수치를 나타내어(비교예 5, 6) 과합금화 불량을 확인할 수 있었다.
반면 직화가열로를 적용한 경우에는 유도가열로의 합금화처리 공급전력을 유도가열로 단독적용시보다 대략 650kW 이하, 가급적 600kW 이하로 낮게 작업함으로써 합금화 품질지수편차를 0.1~0.5 이하로 낮출 수 있을 정도로 개선할 수 있었다. 즉, 평균 합금화 품질지수가 2.6~2.8 범위의 비교적 균일하고도 낮은 값을 얻을 수 있어 과합금화 또는 미합금화 발생가능성이 줄어드는 효과가 있음을 확인할 수 있었으며 저속합금화 처리된 종래예(No. 7, 17)와 비교하여도 동등이상의 합금화 품질지수를 나타냄을 알 수 있었다.
한편 상하 유도가열로를 가지는 본 발명예에서 보듯이 하부 유도가열로의 공 급전력을 낮게 작업하여 초기 급속가열을 최소화시켰을 경우의 합금화 품질지수 평균치는 낮아지고 최대편차(Max-Min)도 줄어드는 효과가 있음을 알 수 있었다.
본발명에 의해 제조된 상기 합금화 용융아연도금강판의 현미경 사진을 도 8에 일실시예로 나타내었다. 여기에서 특히 강조직에서 취성을 일으키는 감마(Γ)상의 합금층이 매우 엷은 것을 알 수 있다. 이때의 합금상을 표 2로 나타내었다.
도1은 종래의 아연-철 합금 용융아연 도금공정 개략도
도2는 본 발명의 고속 합금화 처리 공정도1
도3은 본 발명의 고속 합금화 처리 공정도2
도4는 본 발명의 가열로 상세도1
도5는 본 발명의 가열로 상세도2
도6은 가열로내 열전달 모식도
도7은 가장자리부 배플 개방-폐쇄(edge baffle open-close)의 영향
도8은 일반적인 GA 강판의 합금상의 구성 및 특성
도9는 일반적인 합금화처리 반응 모식도
도10은 합금화 처리 사이클(cycle) 비교
[부호 설명]
1. 스트립, 2. 스나우트, 3. 용융도금욕조, 4. 침지 롤,
5. 가스 와이핑장치 6.합금화 처리로(가열대), 7. 합금화 처리로(균열대),
8.냉각대, 9. 합금화 게이지(gauge), 10. 하부 유도가열로 11.직화 가열로,
12. 상부 유도가열로 13. 판온계(pyrometer), 14. 판온계(pyrometer),
15. 온도계(thermocouple), 16. 버너(burner), 17a,19b. 열전달 흐름도,
18. 도금층, 19a,19b. 열발생부, 20. 부스바아(bus bar),
21a. LNG 주제어 밸브(main control V/V(top면)), 21b. LNG 주제어 밸브(배면), 22a. 공기(air) 주 제어 밸브(정상면), 22b. 공기(air) 주 제어 밸브(배면),
23a. LNG 라인제어 밸브(정상면), 23b. LNG 라인제어 밸브(배면),
24a. 공기(air) 라인제어 밸브(정상면), 24b. 공기(air) 라인제어 밸브(배면),
25. 송풍기(air blower)
Claims (3)
- 연속 합금화 용융아연도금설비의 합금화로-가열장치에 있어서,상기 장치는 고속 합금화 작업에 따른 과합금화 현상을 방지하기 위하여 용융아연도금라인에서 유도가열장치를 전ㆍ후 2단으로 배치하고, 이 전ㆍ후 유도가열장치 사이에 직접가열장치를 배치하여 유도가열로-직화가열로-유도가열로 배치구조로 하며, 상기 직화가열로는 상기 직화가열로 버너를 폭방향으로 3등분하여 3그룹으로 분할배치하고, 정상면(top surface)과 배면(back surface)의 연료공급배관을 구분관리하여 폭방향이나 정상면 또는 배면의 합금화차이가 발생할 경우 버너에 공급되는 LNG 및 공기량을 가감하여 일정비율로 공연비를 차등 조정함으로써 폭방향 및 전이면 합금화 정도를 제어할 수 있도록 한 합금화로-가열장치로 되는 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 고속 합금화 처리 장치.
- 제 1항에 있어서, 상기 직화가열로에는 주제어밸브(21a, 21b, 22a, 22b)를 설치하여 상기 버너에 연결 설치된 이 주제어밸브(21a, 21b, 22a, 22b)를 통해서 정상면(top surface)과 배면(back surface)으로 공급되는 LNG 및 공기량을 조정하고, 또한 라인제어밸브(23a, 23b, 24a, 24b)를 설치하고, 이 밸브를 통해서는 작업측-중앙부-구동측으로 구분하여 공급되는 전력을 조정함으로써 상기 정상면, 배면의 합금화 또는 폭방향의 합금화를 각각 또는 동시에 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 용융아연도금강판의 고속합금화 처리장치.
- 용융아연도금라인에서 상ㆍ하 2대의 유도가열로와 그 중간부에 직화가열로를 동시에 배치 조합한 가열장치 구성에 의하여 아연-철 합금용융도금강판을 고속으로 제조하기 위한 고속합금화 아연도금강판의 제조방법은도금욕중의 Al 농도를 0.12~0.14wt%로 유지하고,상기 유도가열로를 선정할 때 주파수를 50KHz 이상 100KHz 이하의 범위에서 선정하며, 상기 직화가열로에 공급되는 합금화처리 공급전력을 유도가열로 단독적용시보다 600kW 낮게 작업하고,상기 상ㆍ하부 유도가열로의 폭방향 공급전력을 차등제어하기 위하여 최종 판온도가 500~550℃를 유지하도록 작업하되 상ㆍ하부 유도가열로 중간의 개방(open)된 공간에 폭방향으로 설치된 간이버너로 공급되는 공기 및 연료의 밸브개도를 조정하여 합금화요건을 변화시켜 폭방향으로의 합금화 차이를 줄일 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 직화가열로를 가지는 고속합금화 용융아연도금강판의 제조방법.
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