KR20100041275A - 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 냉각방법 - Google Patents

합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 냉각방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 균열로에서 합금화 용융아연으로 도금된 강판을 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 냉각장치는, 480℃ 이상의 온도로 가열된 용융아연 도금된 강판을 자연냉각을 통하여 냉각시키면서 합금화 반응시키는 자연냉각존과, 상기 자연냉각존을 통과한 도금강판의 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성될 때 더 이상의 합금화 성장이 억제될 수 있도록, 하기 수학식1에서 정의하는 온도차이(△T)가 100~250℃ 범위를 만족하도록 도금강판을 강제 냉각시키는 강제냉각존, 으로 이루어진 균열로; 및 상기 강제냉각존을 통과하는 도금강판을 강제로 냉각시키는 냉각부재;를 포함하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치에 관한 것이다.
[수학식 1]
△T = 균열로 입측 도금강판 온도(℃) - 균열로 출측 도금강판온도(℃)
[단 소재의 두께:0.5~3.2t, 도금강판의 균열로 통판속도: 180mpm이하]
용융아연, 도금, 강판, 균열, 냉각, 합금화, 냉기, 분사

Description

합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 냉각방법{APPARATUS AND METHOD FOR COOLING HOT-DIP GALVANIZED STEEL PLATE}
본 발명은 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 냉각방법에 관한 것으로서, 특히 표면처리공정에서 라인의 고속화에 따라 균열대를 빠르게 통과하는 용융아연 도금강판의 합금화 상태를 제어하여 파우더링(powdering) 발생을 미연에 방지할 수 있도록 합금화 용융아연 도금강판을 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
강판의 표면처리는 제품의 수명연장 및 특성개선을 목적으로 적용하는 것으로서, 자동차, 가전, 건축, 토목, 용기 등 각 분야에서 철강의 수요를 뒷받침하는 주요 기술 중 하나로 발전해 왔다.
이러한 표면처리에서 널리 사용되는 용융아연 도금방식은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉각기(6)와 탑롤(Top Roll)(7)을 지나는 주요 공정으로 이루어진다.
상기와 같이 제조되는 강판의 합금화 정도는 주요 지표로서 도금층의 합금화도(F%)를 가지고 판단하는데, 도금층을 구성하는 합금상 - 제타(ζ)상, 델타(δ)상, 감마(γ)상 - 은 그 비율에 따라 가공성 및 파우더링 등의 물성에 영향을 미치게 된다. 여기서, 제타(ζ)상은 균열대의 출구 부근에서 사라지고, 델타(δ)상은 생성 후 거의 변화없이 도금층 대부분을 차지하게 된다.
그러나, 감마(γ)상은 소지철 계면에 생성되어 온도와 시간의 증가로 성장하는데, 이러한 감마(γ)상의 성장은 도금층의 합금화가 진행될수록 증가되며, 특히 도금강판이 균열대를 통과하면서 합금화가 완료되는 출구 부근에서 부가적으로 성장하게 되어 파우더링에 영향을 미치게 된다.
따라서, 균열대(5)는 소재나 도금의 조건 및 라인의 진행속도 등을 고려하여 도금강판의 합금화가 진행되도록 적절한 온도를 유지하는 것이 중요하며, 이러한 균열대(5)의 출구에서는 용융아연이 도금된 강판(S)의 합금화가 적당히 완료되어야 한다.
그러나, 종래의 균열대(5)는 용융아연이 도금된 강판(S)의 합금화 상태를 제어할 수 없는 문제점이 있었다. 예컨대, 최근에는 생산기술의 향상으로 라인속도가 증가하게 되는데, 상기와 같은 종래의 균열대(5)는 용융아연이 도금된 강판(S)을 긴 구간을 통해 자연 냉각시키므로, 라인의 고속화에 적합하도록 강판(S)의 온도를 낮추지 못하고, 이로 인해 고온의 강판(S)이 탑롤(7)에 접촉되면서 파우더링 및 도금층 박리 발생의 원인으로 작용하게 되는 것이다.
아울러, 종래기술에서 균열대(5)를 통과한 용융아연 도금강판(S)은 미스트쿨러(6)에서 수냉으로 급속냉각이 이루어짐에 따라, 불완전한 합금 도금층 형성 및 열 충격 등에 의한 파우더링 및 도금층 박리 발생으로 이어지는 문제점이 있었다.
따라서, 해당 기술분야에서는 균열로에서 고속으로 진행하는 용융아연 도금강판에 대하여 강판의 종류, 물성 등에 따라 합금화가 적절히 이루어질 수 있도록 균열로에 적용될 수 있는 도금강판의 냉각장치에 대한 기술개발의 필요성이 대두되어 왔다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 라인의 고속화로 균열대를 빠르게 통과하는 용융아연 도금강판의 적정 합금화 상태가 제어되도록 그 도금강판을 냉각하여 도금강판의 파우더링 발생을 미연에 방지하며, 이에 따라 도금강판의 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
480℃ 이상의 온도로 가열된 용융아연 도금된 강판을 자연냉각을 통하여 냉각시키면서 합금화 반응시키는 자연냉각존과, 상기 자연냉각존을 통과한 도금강판의 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성될 때 더 이상의 합금화 성장이 억제될 수 있도록, 하기 수학식1에서 정의하는 온도차이(△T)가 100~250℃ 범위를 만족하도록 도금강판을 강제 냉각시키는 강제냉각존, 으로 이루어진 균열로; 및
상기 강제냉각존을 통과하는 도금강판을 냉각시키도록 구성된 냉각부재;를 포함하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치에 관한 것이다.
[수학식 1]
△T = 균열로 입측 도금강판 온도(℃) - 균열로 출측 도금강판온도(℃)
[단 소재의 두께:0.5~3.2t, 도금강판의 균열로 통판속도: 180mpm이하]
본 발명에서는 상기 수학식1로 정의되는 온도차이(△T)를 130~160℃ 범위로 함이 바람직하다.
또한 상기 강제냉각존에서 도금강판을 450℃이하, 보다 바람직하게는 420~350℃ 범위로 온도로 냉각시켜 배출함이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 냉각부재는, 상기 강제냉각존에 설치되어 강제냉각존을 통과하는 도금강판에 냉기를 분사하도록 구성된 복수의 분사관; 상기 강제냉각존에 설치된 복수의 분사관으로 냉기를 각각 분배시키도록 연결된 분배헤더; 및 상기 분배헤더로 냉기를 송풍시키도록 외기를 강제흡기하는 흡기팬;을 포함함이 바람직하다.
그리고 상기 냉각부재는 상기 강제냉각존의 후단으로 갈수록 도금강판의 냉각속도를 증가시킬 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
본 발명에서 상기 강제냉각존은 2단 이상의 다단으로 이루어진 것이 바람직하다.
또한 본 발명에서 상기 각 분사관은 상기 도금강판의 진행방향을 따라 일정한 간격으로 수평되게 배치된 것이 바람직하다.
이때, 상기 분사관은 상기 도금강판의 전면 및 후면으로 각각 냉기를 고르게 분사하도록 슬릿형의 분사노즐이 구비된 전면분사관 및 후면분사관으로 이루어진 것이 바람직하며, 상기 분배헤더는 전·후면분사관으로 각각 냉기를 분배시키도록 연결된 전면분배헤더 및 후면분배헤더로 이루어지며, 상기 전·후면분배헤더는 흡기팬의 양측으로 분기된 수평분기관에 연결된 것이 보다 바람직하다.
그리고 상기 강제냉각존에서, 상기 분사노즐의 냉기분사로 발생된 열기를 배기시키도록 상기 균열로에 형성된 적어도 하나 이상의 배기구; 및 상기 배기구를 개폐시키도록 상기 균열로에 회전가능하게 연결된 도어;를 추가로 포함하는 것이 바람직하다. 나아가 상기 도어의 개폐각도를 조절하도록 균열로와 도어를 연결하는 개폐실린더를 더 포함하는 것이 바람직하다.
아울러, 상기 분사관은 도금강판의 전면 및 후면으로 각각 냉기를 분사하도록 전면부사관 및 후면분사관으로 이루어지고, 상기 전·후면분사관으로 각각 냉기를 분배시키도록 분배헤더는 전면분배헤더 및 후면분배헤더로 이루어지며, 상기 전·후면분배헤더는 다단의 강제냉각존에 각각 구비된 수평분기관에 연결하되, 상기 각 강제냉각존에 설치된 복수개의 분사관은 각각의 전·후면분배헤더로 연결되며, 상기 각 강제냉각존의 수평분기관은 흡기팬에 연결된 수직분기관으로 연결된 것이 바람직하다.
또한 상기 강제냉각존에 설치된 복수개의 분사관에는 광폭 및 소폭으로 형성된 도금강판으로 냉기를 분사하도록 형성된 광폭 및 소폭의 분사노즐이 교호로 구 비된 것이 바람직하다.
그리고 상기 강제냉각존에 설치된 분사관은 그 강제냉각존의 출측방향으로 도금강판에 냉기 분사량을 증가시킬 수 있도록 구성되어 있음이 바람직하다.
또한 본 발명의 용융아연 도금강판의 냉각장치는,
상기 각 분사관에서의 냉기 분사량을 조절하는 다수의 분사량 조절밸브; 상기 균열로의 출구에서 도금강판의 표면 온도를 측정하는 온도측정부; 상기 측정된 온도와 기설정된 목표온도와의 편차를 줄이도록 상기 분사량 조절밸브의 개폐에 대한 제어신호를 출력하는 공기량제어부; 및 상기 공기량제어부의 제어신호에 따라 상기 각 분사량 조절밸브의 개폐를 제어하는 밸브제어부; 를 추가로 포함함이 바람직하다.
나아가, 상기 공기량제어부의 제어신호에 따라 상기 흡기팬의 팬 회전속도를 제어하는 속도제어부를 추가로 포함함이 보다 바람직하다.
본 발명에서, 상기 공기량제어부는 상기 각 분사량 조절밸브가 모두 개폐(open/close)된 이후에 상기 흡기팬의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
또한 상기 공기량제어부는 상기 다단의 냉각존에서 후단부로 갈수록 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량이 단계적으로 증가하도록 상기 밸브제어부로 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
나아가, 본 발명은,
용융아연 도금강판을 합금화시키는 균열로내로 도금강판을 이송하는 단계;
흡기팬에서 외부로부터 냉기를 흡입하여 분배헤더를 통해 분사관으로 이송시키고, 상기 분사관에 구비되어 상기 균열로 내에 이송중인 도금강판의 전후 표면에 대향하는 냉기분사노즐을 통해 상기 냉기를 도금강판에 분사하는 단계;
상기 균열로의 출구에서 도금강판의 표면 온도를 측정하는 단계;
상기 측정된 표면온도와 기설정된 목표온도와의 편차를 계산하는 단계;
상기 편차가 발생하면 그 편차를 줄이도록 상기 도금강판에 분사되는 냉기의 분사량을 조절하는 분사량 조절밸브의 개폐 제어신호를 출력하되, 상기 균열로의 후단부로 갈수록 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량이 단계적으로 증가하도록 상기 개폐 제어신호를 출력하는 단계; 및
상기 제어신호에 따라 상기 분사량 조절밸브의 개폐를 제어하여 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량을 조절하는 단계;를 포함하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법에 관한 것이다.
나아가, 본 발명의 냉각방법은,
상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량을 제어하는 단계 이후에,
상기 분사량 조절밸브가 모두 개폐되었는지를 판단하는 단계; 상기 분사량 조절밸브가 모두 개폐된 경우 상기 편차를 줄이도록 상기 흡기팬의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 출력하는 단계; 및 상기 제어신호에 따라서 상기 흡기팬의 팬 회전속도를 제어하여 상기 흡기팬에서 송풍되는 냉기의 송풍량을 제어하는 단계; 를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서, 상기 이송중인 도금강판으로 냉기를 분사하는 단계는, 상기 도금강판의 전면 및 후면의 폭방향으로 분사하는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에서, 상기 분사량 조절밸브의 개폐 제어신호를 출력하는 단계는, 상기 측정된 온도가 목표온도보다 높으면 상기 분사량 조절밸브의 개(open)에 대한 제어신호를 출력하고, 낮으면 상기 분사량 조절밸브의 폐(close)에 대한 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 측정된 온도가 목표온도보다 높으면 상기 분사량 조절밸브를 개(open)하는 개수를 증가시키도록 하는 제어신호를 출력하고, 낮으면 상기 분사량 조절밸브를 폐(close)하는 개수를 증가시키도록 하는 제어신호를 출력하는 것이 보다 바람직하다.
본 발명에 의하면 라인의 고속화로 균열대를 빠르게 통과하는 용융아연 도금강판에 대하여 원하는 합금화 상태를 유지할 수 있도록 도금강판을 냉각함으로써 도금강판의 파우더링 발생을 미연에 방지하는 동시에 품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 균열대의 입구 및 출구에서 측정된 도금강판의 온도에 따라 분사노즐의 냉기 분사량 및 외부로부터 유입되는 냉기 유입량이 제어되므로 도금강판의 소재에 따라 실시간으로 냉각제어를 할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명에 의하면 용융아연 도금강판의 강종, 광폭, 협폭, 성분 등의 특성에 따라 균열대의 후단부로 갈수록 단계적으로 냉각을 강화함으로써 용융아연 도금강판의 냉각효율을 극대화시킬 수 있고, 이로써 우수한 도금강판의 합금화 및 도금층 표면품질을 도모할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 용융아연 도금강판의 냉각장치에 대한 정면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 용융아연 도금강판의 냉각장치는 자연냉각존(120)과 강제냉각존(140)으로 이루어진 균열로(100)와, 상기 강제냉각존(140)을 통과하는 도금강판을 냉각시키는 냉각부재를 포함한다. 이때, 상기 냉각부재는 상기 강제냉각존(140)을 통과하는 도금강판에 그 출측방향으로 냉각속도를 증가할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.
그리고 본 발명에서 상기 냉각부재는, 상기 강제냉각존(140)을 통과하는 도금강판에 냉기를 분사하도록 구성된 복수의 분사관(200)과, 복수의 분사관(200)을 서로 연결하는 분배헤더(300) 및 분배헤더(300)로 냉기를 송풍시키는 흡기팬(700)을 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에서 상기 균열로(100)는 용융아연으로 도금된 강판(S)을 합금화시키고 통상의 공냉을 통하여 용융아연으로 도금된 강판(S)의 합금화를 반응시키는 자연냉각존(120)과 상기 자연냉각존(120)을 통과한 도금강판(S)의 합금화 성장을 제어하도록 도금강판(S)을 냉각시키는 강제냉각존(140)으로 이루어진다.
상기 균열로(100)는 상부의 탑롤의 구동으로 이송되는 도금강판(S)의 입출이 가능토록 입구(102)와 출구(104)가 구비되고, 그 사이에는 용융아연 도금강판(S)이 연속적으로 통과되는 자연냉각존(120)과 강제냉각존(140)이 형성되어 이상적인 합금화 온도를 유지할 수 있게 된다. 또한, 상기 균열로(100)는 다수의 수평프레임(12)과 수직프레임(14)에 의해 지지되어 챔버(18) 내에 내장될 수 있다.
본 발명에서 상기 자연냉각존(120)은 용융아연 도금강판(S)이 가열기에서 가열된 후 도금강판(S)의 합금화를 반응시키는 구간으로서, 이러한 자연냉각존(120)에서는 대략 500~650℃ 범위로 가열된 도금강판(S)을 5~6℃/s 의 냉각속도로 공냉하면서 합금화 반응을 하게 된다.
그리고 상기 강제냉각존(140)은 자연냉각존(120)을 통과한 도금강판(S)의 합금화 성장을 제어하는 구간으로서, 이러한 강제냉각존(140)에서는 상기 자연냉각존(120)을 통과한 도금강판(s)의 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성될 때 더 이상의 합금화 성장을 억제할 수 있도록 하기 수학식1에서 정의하는 온도차이(△T)가 100~250℃ 범위에 들도록 도금강판을 강제로 냉각시킨다.
[수학식 1]
△T = 균열로의 입측 도금강판 온도(℃) - 균열로의 출측 도금강판온도(℃)
[단, 소재의 두께:0.5~3.2t, 도금강판의 균열로 통판속도: 180mpm이하]
즉, 본 발명에서는 도금강판(s)의 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성된 때, 다시 말하면, 적정한 합금화가 이루어지는 시점 이후, 소망하는 온도범위까지 도금강판을 냉각시켜 추가적인 합금화 반응을 억제함으로써 도금층 박리의 원인이 되는 도금층중 감마(γ)상의 두께를 효과적으로 제어할 수 있다. 만일 상기 수학식1에서 정의되는 △T가 100℃ 미만이면 상술한 추가적인 합금화 반응을 피할 수 없게 되고, 이에 따라 도금층중 감마(γ)상의 두께가 커져 도금층 박리등의 문제가 발생될 수 있다. 그리고 상술한 합금화 반응 억제는 △T가 클수록 이론적으로 효과적이나 현실적인 냉각설비의 한계를 고려하여 그 상한을 250℃로 제한한다.
보다 바람직하게는, 상기 수학식1에서 정의되는 △T를 130~160℃ 범위로 제한하는 것인데, 이러한 범위에서 상술한 합금화 반응의 억제를 통하여 특성이 우수한 도금층을 얻을 수 있다.
또한 본 발명에서는 상술한 관점에서, 상기 강제냉각존(140)에서 도금강판(s)을 450℃ 이하로 냉각시켜 배출함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 350~420℃의 온도범위로 냉각시켜 배출하는 것이다.
또한 본 발명에서 상기 냉각부재는 상기 강제냉각존(140)에 설치되어 강제냉각존을 통과하는 도금강판(s)에 냉기를 분사하도록 구성된 복수의 분사관(200)을 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에서 상기 강제냉각존(140)은 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142) 등을 포함하는 2단 이상의 다단으로 형성할 수도 있으며, 또한 다단이 아닌 단일 존으로 이루어질 수 있다. 그러나 어느 경우에도 상기 강제냉각존(140)의 후단 내지 후부로 갈수록 냉기 분사량을 증가시킬 수 있도록 분사관(200)을 구성함이 바람직하다. 예컨대, 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)를 포함하는 다단의 강제냉각존(140)에서는 전단에서 후단으로 갈수록 냉기의 분사량이 증가되도록 분사관(200)을 배열 구성함이 바람직하다. 이 이러한 분사관(200)의 배열을 갖는 강제냉각존(140)에서 도금강판을 강제로 냉각시키면 우수한 합금화도를 얻을 수 있음과 아울러 도금층의 표면품질 특성이 매우 우수해질 수 있다.
한편 상술한 냉각패턴을 위하여 본 발명에서는 다단의 강제냉각존(140)에서 후단으로 갈수록 분사관(200)의 개수가 단계적으로 증가되도록 구성할 수 있다.
또한 상기 다단의 강제냉각존(140)에서 후단으로 갈수록 이웃하는 분사 관(200) 간의 폭을 좁아지도록 구성할 수도 있다.
또다르게는 상기 다단의 강제냉각존(140)에서 후단으로 갈수록 분사관(200)에 구비된 분사노즐(202)의 냉기분사출구 구경을 단계적으로 커지도록 구성할 수도 있으며, 나아가, 상기 다단의 강제냉각존(140)에서 후단으로 갈수록 분사관(200)과 도금강판(S)과의 거리가 단계적으로 가까워지도록 구성될 수도 있다.
아울러, 상기 각각의 강제냉각존(141)(142)에는 도금강판(S)의 전,후면으로 냉기를 분사하도록 분사노즐(202)이 구비된 분사관(200)이 수평으로 배치되는데, 이러한 분사관(200)은 바람직하게는 도 5에 도시된 바와 같이, 도금강판(S)의 전면으로 냉기를 분사하도록 분사노즐(202)이 구비된 전면분사관(210)과 도금강판(S)의 후면으로 냉기를 분사하도록 분사노즐(202)이 구비된 후면분사관(220)으로 이루어질 수 있다. 그리고, 도 2 및 도 3을 참조하면, 전후 한 쌍의 분사관(200)은 도금강판(S)의 진행방향을 따라 일정한 간격으로 배치된 복수 개로 이루어질 수 있으며, 각각의 분사노즐(202)은 이러한 각 분사관(200)의 축방향으로, 즉 강판의 폭방향으로 가늘고 긴 슬릿형상으로 형성되어 도금강판(S)의 전면 및 후면으로 냉기를 고르게 분사할 수 있다.
나아가, 본 발명에서 상기 제1강제냉각존(141)에는 광폭의 분사노즐(202a)이 구비된 복수의 분사관(200)이 배치됨에 반해, 제2강제냉각존(142)에는 다른 광폭의 분사노즐(202c)이 일정한 간격으로 배치되며, 그 사이 사이에는 광폭 및 협폭의 분사노즐 쌍(202a)(202b)이 구비된 분사관(200)이 번갈아가면서 교호로 배치되어 필요에 따라 광폭 및 협폭의 도금강판(S)으로 냉기를 분사하도록 함이 바람직하다. 이러한 제2강제냉각존(142)의 분사관(200)을 도 3 및 도 6을 참조하여 살펴보면, 광폭의 분사노즐(202a)과 협폭의 분사노즐(202b)로 이루어진 좌우 한 쌍의 분사관(200)이 여섯 단으로 배치될 수 있으며, 이러한 한 쌍의 분사관(200)은 도금강판(S)과의 거리가 상대적으로 가깝게 배치되어 제2강제냉각존(142)의 냉각능력을 향상시킬 수 있다. 따라서, 상기 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)을 순차적으로 통과하는 도금강판(S)은 분사노즐(202)을 통해 분사되는 냉기에 의해 소정의 합금화도 및 표면품질을 얻을 수 있도록 단계적으로 냉각되면서 제어될 수 있다.
또한 본 발명의 냉각장치는 상기 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)에서 발생된 열기, 다시 말하면 다단의 강제냉각존 (141)(142)에서 분사노즐(202)에서 분사된 냉기에 의해 도금강판(S)이 냉각되면서 발생된 열기를 배기할 수 있는 배기구(141a)(142a)를 포함할 수 있으며, 상기 각 배기구(141a)(142a)는 제1강제냉각존(141) 및 제2강제냉각존(142)이 위치한 균열로(100)에 형성되어 균열로(100)의 출구(104)를 통해 열기가 배기되지 않도록 한다.
그리고 상기 배기구(141a)(142a)는 분사노즐(202)의 냉기분사로 발생된 열기를 균열로(100)의 외부로 효율적으로 배기시키도록 도금강판(S)의 진행방향을 따라 복수개로 이루어질 수 있으며, 도어(150)에 의해 개폐가 이루어질 수 있도록 구성할 수 있다. 이러한 도어(150)는 균열로(100)의 일측에 회전축(152)으로 회전가능하게 설치되어 배기구(141a)(142a)를 개폐시킬 수 있다. 또한 상기 도어(150)는 개폐실린더(160)에 의해 자동개폐 및 개폐각도가 조절될 수 있는데, 이를 위해 회전축(152)의 일단부는 연결링크(154)가 연결되고 이 연결링크(154)에는 개폐실린더(160)의 작동로드(162)가 연결될 수 있다. 상기 개폐실린더(160)의 작동으로 작동로드(162)가 연결링크(154)를 밀거나 당기면서 회전축(152)을 회전시켜 도어(150)를 개폐시키게 된다.
또한 본 발명에서 상기 냉각부재는 상기 강제냉각존(140)에 설치된 복수개의 분사관(200)으로 냉기를 분배시키는 분배헤더(300)를 포함할 수 있다.
상기 분배헤더(300)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 강제 냉각존(141)(142)에 설치된 복수개의 전면분사관(210) 양측에 수직으로 연결되어 냉기를 분배시키는 좌우 한 쌍의 전면분배헤더(310)와, 복수개의 후면분사관(220) 양측에 수직으로 연결되어 냉기를 분배시키는 좌우 한 쌍의 후면분배헤더(320)로 이루어질 수 있다.
상기 전면분배헤더(310)와 후면분배헤더(320)는 도 4에 도시된 바와 같이, 전후 양측으로 절곡형성된 수평분기관(400)에 각각 연결되며, 각 강제냉각존(141)(142)의 수평분기관(400)은 도 2에 도시된 바와 같이, 흡기팬(700)에 연결 된 수직분기관(500)으로 연결될 수 있다. 그리고 각 강제냉각존(141)(142)의 수평분기관(400)은 수평프레임(12)에 설치된 다수개의 파이프슈(410)에 의해 지지되며, 이 수평분기관(400)을 연결하는 수직분기관(500)에는 선택적으로 밸런스댐퍼(510)가 설치될 수 있어 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)으로 흐르는 냉기 송풍량의 밸런스를 조절할 수 있다.
또한 본 발명에서 상기 냉각부재는 챔버(18)의 외부에 있는 외기(냉기)를 강제로 흡기하여 분배헤더(300)로 송풍시키는 흡기팬(700)을 포함할 수 있다.
상기 흡기팬(700)은 양단부가 하향으로 절곡되어 수직분기관(500)에 연결된 연결관(600)의 일단부에 연결된다. 그리고 흡기팬(700)에는 챔버(18)의 측벽(16)을 관통하면서 실외로 연결된 흡기관(710)이 연결되어 챔버(18)의 내부에 비해 상대적으로 차가운 외기를 흡기하고, 강제로 흡기된 외기는 연결관(600), 수직분기관(500) 및 수평분기관(400)을 통해 분배헤더(300)로 송풍된다. 또한, 흡기관(710)에는 필터(712)가 설치되어 외기에 포함된 먼지 따위의 이물질을 여과할 수 있다. 선택적으로, 상기 흡기팬(700)이 연결된 연결관(600)의 일단부 측에는 풍량댐퍼(610)를 설치할 수 있으며, 이 경우 흡기팬(700)의 송풍량을 조절할 수 있다.
그리고 연결관(600)의 타단부에는 보조흡기팬(720)이 연결되어 흡기팬(700)의 과부하 또는 고장시에 가동되며, 보조흡기팬(720)에는 챔버(100)의 측벽을 관통하면서 실외로 연결된 보조흡기관(730)이 연결되어 챔버(10)의 내부에 비해 차가운 외기를 흡기할 수 있다. 또한, 보조흡기관(730)에는 필터(732)가 설치되어 외기에 포함된 먼지 따위의 이물질을 여과할 수 있다. 그리고 연결관(600)의 타단부 측에는 체크밸브(620)가 설치되어 흡기팬(700)에서 흡기된 외기가 보조흡기팬(720)으로 역류되는 현상을 방지할 수 있다.
상술한 흡기팬(700)(바람직하게는 보조흡기팬(720)을 포함)은 팬 회전에 의해 외기를 강제흡입함과 동시에 이를 연결관(600) 및 분기관(400,500)을 통해 송풍시킨다. 이러한 흡기팬(700)의 팬의 회전속도는 후술하는 속도제어부(40)에 의해 그 동작이 제어되어 송풍량이 제어된다.
한편, 본 발명의 냉각장치는,
다수의 분사관(200)에 각각 형성된 다수의 분사량 조절밸브(230); 균열로(100)의 출구측에서 도금강판(S)의 표면온도를 측정하는 온도측정부(10); 측정된 표면온도를 이용하여 제어신호를 출력하는 공기량제어부(20); 및 분사량 조절밸브(230)를 각각 제어하는 밸브제어부(30);를 추가로 포함하여 구성될 수 있다. 나아가 상기 구성에서 흡기팬(700)의 팬 회전속도를 제어하는 속도제어부(40)를 추가로 포함하여 구성될 수도 있다.
상기 분사량 조절밸브(230)는 다수의 분사관(200)에 설치되어 각 분사관(200)의 분사노즐(202)을 통해 도금강판(S)으로 분사되는 냉기의 분사량을 조절 한다. 이는 균열로(100)의 출구(104)에서 측정된 도금강판(S)의 표면온도에 따라서 다수의 분사관(200)에 구비된 분사노즐(202)를 통해 분사되는 냉기의 분사량을 조절하기 위한 것이다. 나아가, 분사노즐(202)의 좌우 분사밸런스를 균형있게 조절함으로써 도금강판(S)의 어느 일 부분으로 냉기의 쏠림현상을 방지하도록 할 수도 있다. 이러한 분사량 조절밸브(230)는 밸브제어부(30)에 의해 그 동작이 제어된다.
상기 온도측정부(10)는 균열로(100)의 출구(104)에 설치되어 균열로(100)를 빠져나온 도금강판(S)의 표면온도를 측정한다. 이는 균열로(100)의 출구(104)에서의 도금강판(S)의 표면온도가 그 도금강판(S)의 합금화도와 밀접한 관계가 있으므로, 그 측정온도를 이용하여 균열로(100)의 내부에서의 냉각제어를 실시하기 위한 것이다. 온도측정부(10)에서 측정된 표면온도는 공기량제어부(20)로 입력된다.
상기 공기량제어부(20)는 측정된 도금강판(S)의 표면온도와 상위컴퓨터(50) 로부터 입력된 목표온도와의 편차를 계산하고, 그 편차를 줄이도록 밸브제어부(30) 및 속도제어부(40)로 소정의 제어신호를 출력한다. 바람직하게는 공기량제어부(20)는 도금강판(S)의 목표온도와 측정된 표면온도와의 편차값을 줄이도록 분사량 조절밸브(230)의 개폐에 대한 제어신호를 밸브제어부(30)로 출력한다. 나아가, 선택적으로 공기량제어부(20)는 흡기팬(700)의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 속도제어부(40)로 출력한다.
상기 밸브제어부(30) 및 속도제어부(40)는 공기량제어부(20)의 제어신호에 따라서 각각 분사량 조절밸브(230)의 개폐 및 흡기팬(700)의 팬 회전속도를 제어한다. 예컨대, 측정된 표면온도가 목표온도보다 높으면 그 편차를 줄이기 위하여 냉기 분사량이 증가하도록 분사량 조절밸브(230)를 제어하고, 팬 회전속도를 증가시키도록 제어한다. 이로써 표면온도는 낮아지게 되고 목표온도에 근접하게 된다. 여기서, 분사량 조절밸브(230)의 개폐 및 팬 회전속도는 도금강판의 강종, 물성, 라인속도, 측정된 표면온도 등에 따라 적절히 설정되는 것이 바람직하다.
이때, 상기 공기량제어부(20)는 1차적으로 분사량 조절밸브(230)의 개폐에 대한 제어신호를 출력하고, 2차적으로 흡기팬(700)의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 출력하는 것이 바람직하다. 이를 구체적으로 설명하면, 도금강판(S)의 목표온도와 측정된 표면온도의 편차가 발생하는 경우 1차적으로 분사량 조절밸브(230)의 개폐를 통해 그 편차를 줄이고, 분사량 조절밸브(230)를 모두 개폐, 즉 모두 개(open) 또는 폐(close)하여도 그 편차가 줄어들지 않을 경우에는 2차적으로 흡기팬(700)의 팬 회전속도의 조절을 통해 그 편차를 줄이도록 하는 것이 바람직하다.
한편 상기 상위컴퓨터(50)는 균열로(100)에서 이송중인 도금강판(S)의 강종, 폭, 두께, 물성, 라인속도 등을 종합적으로 고려하여 그 도금강판(S)의 목표온도를 미리 설정하고 이를 공기량제어부(20)로 전송한다. 이러한 목표온도는 도금강판(S)의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 용융아연 도금강판 냉각장치의 전체적인 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
탑롤의 구동에 의해 가열기를 통과한 용융아연 도금강판(S)은 균열로(100) 내부로 이송되며 균열로(100)의 입구(102)로 유입되면서 자연냉각존(120)을 거치게 되고 이러한 자연냉각존(120)을 거치면서 용융아연 도금강판(S)은 합금화 반응을 하면서 서서히 자연냉각된다. 이어, 자연냉각존(120)을 통과하여 제1강제냉각존(141)으로 유입된 도금강판(S)이 그 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성되면, 추가적인 합금화 성장을 억제되도록 제1강제냉각존(141) 및 제2강제냉각존(142)에서 도금강판(s)을 상기 수학식1을 만족하는 범위로 강제 냉각시킨다.
이를 위하여, 흡기관(710)을 통해 흡기된 외기는 흡기팬(700)의 작동에 의해 연결관(600), 수직분기관(500), 수평분기관(400), 분배헤더(300)를 순차적으로 통과하면서 분사관(200)으로 송풍시키고, 상기 분사관(200)으로 공급된 냉기는 분사노즐(202)을 통해 도금강판(S)의 전면 및 후면으로 분사된다. 이때, 제1강제냉각존(141)에서 제2강제냉각존(142)으로 갈수록 도금강판(S)에 냉기가 점차 강하게 분사되도록 할 수 있는데, 예를 들어, 제2강제냉각존(142)로 갈수록 냉기분사를 위한 분사관(200)의 개수를 단계적으로 증가시키거나, 분사관(200) 간의 폭을 단계적으로 좁히거나, 분사노즐(202)의 냉기분사출구를 단계적으로 크게 하거나, 또는 분사노즐(202)과 도금강판(S)간의 거리를 단계적으로 가깝게 함으로써 이를 구현할 수 있다.
한편, 균열로(140)의 출구(104)에 설치된 온도측정부(10)는 출구(104)로 빠져나오는 도금강판(S)의 표면온도를 측정한다. 이같이 측정된 표면온도는 공기량제어부(20)로 입력된다. 공기량제어부(20)는 상위컴퓨터(50)에서 입력된 도금강판(S)의 목표온도와 온도측정부(10)에서 측정한 표면온도를 비교하여 편차를 계산한다. 이어, 그 편차를 줄이도록 분사량 조절밸브(230)의 개폐에 대한 소정의 제어신호를 밸브제어부(30)로 출력한다. 또한, 선택적으로 그 편차를 줄이도록 흡기팬(700)의 팬 회전속도에 대한 소정의 제어신호를 속도제어부(40)로 출력한다.
나아가, 1차적으로 상기 밸브제어부(30)는 공기량제어부(20)의 제어신호에 따라 분사노즐(202)을 통해 도금강판(S)에 분사되는 냉기의 분사량을 조절하기 위해 분사량 조절밸브(230)의 개폐를 제어하고, 이때 분사량 조절밸브(230)의 개폐로도 그 편차를 줄일 수 없는 경우, 즉 분사량 조절밸브(230)를 모두 열거나(open) 닫아도(close) 그 편차를 줄일 수 없는 경우에는 2차적으로 속도제어부(40)에서 공기량제어부(20)의 제어신호에 따라 외부로부터 냉기를 강제흡입하여 송풍되는 냉기의 송풍량을 조절하기 위하여 흡기팬(700)의 팬 회전속도를 제어하게 된다.
이때, 각 분사관(200)에 설치된 분사량 조절밸브(230)는 도금강판(S)의 소재 특성에 따라 열량을 많이 또는 적게 빼앗도록 각 단별로 그 개폐가 제어되는 것이 바람직하다. 이같이 분사노즐(202)의 냉기분사로 도금강판(S)이 냉각되면서 발생된 열기는 도어(150)의 작동으로 개방된 배기구(141a)를 통해 배기되어, 균열로(100)의 출구(104)로 열기의 배기를 방지하게 된다. 즉, 배기구(141a)를 폐쇄한 도어(150)는 도 7a에서와 같이, 개폐실린더(160)의 작동으로 작동로드(162)가 작동되어 연결링크(154)를 밀고, 이 연결링크(154)에 연결된 회전축(152)이 회전하면서 배기구(141a)를 개방하는 것이다. 더하여, 도어(150)는 도 7c에서와 같이 배기구(141a)를 완전히 개방하여 열기의 배기를 극대화할 수 있다.
또한 상기와 같이 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)의 수평분기관(400)을 연결하는 수직분기관(500)에 설치된 밸런스댐퍼(510)는 흡기팬(700)으로부터 흡기된 냉기의 흐름을 단속한다. 즉, 밸런스댐퍼(510)를 조절함으로써 제1강제냉각존(141)과 제2강제냉각존(142)에 냉기 송풍량을 제어할 수 있다.
그리고 보조흡기팬(720)은 흡기팬(700)의 고장시에 가동되어 도금강판(S)의 합금화 성장을 냉각제어하는데 지장을 주지 않으며, 연결관(600)에는 체크밸브(620)가 설치되어 흡기팬(700)에서 흡기된 외기의 역류가 방지된다.
한편, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 용융아연 도금강판의 냉각을 위한 제어 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 용융아연 도금강판 냉각방법은 용융아연 도금강판을 합금화시키는 균열로(100)로 도금강판(S)을 이송하고 흡기팬(700)에서 외부로부터 냉기를 흡입하여 상기 균열로에서 이송중인 도금강판(S)으로 냉기를 분사하는 공정에서 시작된다. 우선, 균열로(100)에서 이송되어 출구(104)를 통해 빠져나오는 도금강판(S)의 표면온도를 온도측정부(10)에서 측정한다(S100). 온도측정부(10)는 그 측정된 표면온도를 공기량제어부(20)로 출력한다.
이어, 공기량제어부(20)는 상위컴퓨터(50)에서 미리 설정된 도금강판(S)의 목표온도와 온도측정부(10)에서 측정된 표면온도를 비교하여 두 온도의 편차를 계산한다(S102,S104). 편차가 발생하면 그 편차를 줄이도록 분사량 조절밸브(230)의 개폐에 대한 제어신호를 밸브제어부(30)로 출력한다(S106). 밸브제어부(30)는 공기량제어부(20)의 제어신호에 따라서 분사량 조절밸브(230)의 개폐를 제어한다(S108). 이때, 분사량 조절밸브(230)가 이미 모두 개폐(open/close)되어 있는지, 즉 모두 개 또는 폐되었는지를 판단하고(S110), 이미 모두 개폐되어 있지 않으면 해당 제어신호에 따라 분사량 조절밸브(230)를 개폐한다(S112). 이후에 다시 S100 단계로 진행하여 온도측정부(10)에서 균열로(100)의 출구에서 도금강판(S)의 표면온도를 재차 측정한다.
만약, S110 단계에서 분사량 조절밸브(230)가 이미 모두 개폐되어 있으면 더 이상 개폐할 수 없으므로, 공기량제어부(20)는 흡기팬(700)의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 속도제어부(30)로 출력한다(S114). 이로써 속도제어부(40)는 그 제어신호에 따라 흡기팬(700)의 팬 회전속도를 조절하게 된다(S116).
한편, 분사량 조절밸브(230)는 다수의 분사관(200)에 각각 설치되어 있다. 이러한 다수의 분사량 조절밸브(230)는 그 위치별로 단계적으로 개폐되는 것이 바 람직하다. 이러한 분사량 조절밸브(230)의 개폐율은 공기량제어부(20)에서 표면온도와 목표온도의 편차에 따라 적절히 설정된다.
이하, 바람직한 일실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.
(실시예1)
[표 1]
성분 C N Ti Nb Sol.Al B Mn P Si S
50ppm 미만 100ppm 미만 100~600ppm 30~200 ppm 0.01~0.1wt% 20ppm 이하 0.2wt%미만 300ppm 미만 0.001~0.1wt% 200ppm 미만
상기 표1과 같은 조성의 두께 0.7t의 강시편을 통상의 조건으로 소둔한후 용융아연도금조에 침지하였다. 이후, 그 표면에 대략 39.7~42.6g/m2 두께의 도금층이 형성된 용융아연도금된 도금강판을 가열기를 통하여 가열후, 자연냉각존과 강제냉각존으로 구성된 본 발명의 균열로를 이용하여 본 발명의 냉각조건으로 냉각한 후, 제조된 용융아연 도금강판의 도금층 특성을 평가하였다. 그리고 비교를 위하여 상기 두께의 도금층이 형성된 용융아연 도금강판을 공냉을 실시하는 종래의 균열로를 이용하여 제조한 후, 제조한 도금강판의 도금층의 특성을 아울러 평가하였다.
한편 본 실험에서 이용된 균열로의 길이는 32m로 하였으며, 도금강판의 균열로 통판속도는 140mpm으로 제어하였다. 또한 상기 균열로의 입측 및 출측 도금강판 온도, 상기 수학식 1로 정의되는 온도차이(△T)등은 하기 표 2에 나타내었다.
[표 2]
균열로 입측온도 (℃) 균열로 출측온도 (℃) 온도차이 (△T) 탑롤온도 (℃)
종래재 1 515 425 90 313
2 512 418 94 316
3 513 420 93 317
발명재 1 515 411 104 310
2 514 404 110 304
3 514 396 118 298
4 514 407 107 306
5 514 403 111 303
6 514 380 134 286
7 512 379 133 284
그리고 이러한 방법으로 제조된 도금강판의 합금화도(습식분석 이용) 및 파우더링(powdering)성을 평가하여, 그 결과를 도 9에 나타내었으며, 아울러, 평가된 각 시험편의 도금층 단면사진을 또한 도 10(a-g) 및 도 11(a-c)에 나타내었다. 구체적으로, 도 9는 본 발명의 냉각장치를 이용하여 제조된 0.7t 박물재의 합금화도 및 파우더링(powdering)성을 종래재와 비교하여 나타낸 도면이다. 그리고 도 10(a-g)는 도 9의 본 발명의 발명재들의 도금층에 대한 단면조직사진을, 그리고 도 11(a-c)는 도 9의 종래재들의 도금층에 대한 단면조직사진을 나타낸다.
먼저, 도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명의 냉각장치를 이용하여 제조된 발명재 1-7(b1~b7)와 종래재 1-3(a1~a3)은 제조된 도금강판의 합금화도 측면에서 적 정범위에 속함을 알 수 있다. 그러나 파우더링(powdering)성 측면을 고려하면, 종래재들의 경우 파우더링(powdering) 박리폭이 발명재 대비 커짐을 알 수 있다.
이는 도 10(a-g) 및 도 11(a-c)의 분석으로 쉽게 알 수 있는데, 구체적으로 도 10(a-g)의 본 발명의 발명재(1-7)의 경우 본 발명의 냉각장치를 이용한 냉각과정에서 도금층중 감마(γ)상의 성장이 억제되나, 도 11(a-c)의 종래재(1-3)의 경우 이러한 감마(γ)상의 두께가 커져 도금층 박리등의 문제가 발생될 수 있다. 한편, 도 10(a-g)는 발명재(1-7)에 순서대로 대응하며, 도 11(a-c)는 종래재(1-3)에 대응된다. 또한 도 9에 나타난 바와 같이, 본 발명재의 경우, 합금화도가 감소함에 따라 파우더링(powdering) 박리폭도 감소함을 알 수 있으며, 온도편차가 △T가 130℃ 이상일때 보다 우수한 파우더링(powdering) 특성을 보임을 알 수 있다.
(실시예 2)
[표 3]
성분 C N Ti Nb Sol.Al B Mn P Si S
80ppm 미만 100ppm 미만 100~600ppm 30~200 ppm 0.01~0.1wt% 20ppm 이하 0.3wt%미만 500ppm 미만 0.001~0.1wt% 200ppm 미만
상기 표2와 같은 조성의 두께 1.4t의 강시편을 통상의 조건으로 소둔한후 용융아연도금조에 침지하였다. 이후, 그 표면에 대략 41.4~45.2g/m2 두께의 도금층이 형성된 용융아연도금된 도금강판을 가열기를 통하여 가열후, 자연냉각존과 강제냉 각존으로 구성된 본 발명의 균열로를 이용하여 본 발명의 냉각조건으로 냉각한 후, 제조된 용융아연 도금강판의 도금층 특성을 평가하였다. 그리고 비교를 위하여 상기 두께의 도금층이 형성된 용융아연 도금강판을 공냉을 실시하는 종래의 균열로를 이용하여 제조한 후, 제조한 도금강판의 도금층의 특성을 아울러 평가하였다.
한편 본 실험에서 이용된 균열로의 길이는 32m로 하였으며, 도금강판의 균열로 통판속도는 75mpm으로 제어하였다. 또한 상기 균열로의 입측 및 출측 도금강판 온도, 상기 수학식 1로 정의되는 온도차이(△T)등은 하기 표 4에 나타내었다.
[표 4]
균열로 입측온도(℃) 균열로 출측온도(℃) 온도차이(△T) 탑롤온도(℃)
종래재 1 514 424 90 313
발명재 1 515 371 143 281
2 515 363 152 273
3 515 363 152 275
그리고 이러한 방법으로 제조된 도금강판의 합금화도(습식분석 이용) 및 파우더링(powdering)성을 평가하여, 그 결과를 도 12에 나타내었으며, 아울러, 평가된 각 시험편의 도금층 단면사진을 또한 도 13(a-d)에 나타내었다. 구체적으로, 도 12는 본 발명의 냉각장치를 이용하여 제조된 1.4t 후물재의 합금화도 및 파우더링(powdering)성을 종래재와 비교하여 나타낸 도면이며, 도 13(a-d)는 도 12의 시험재들의 도금층에 대한 단면조직사진을 나타낸다.
도 12에 나타난 바와 같이, 본 발명의 냉각장치를 이용하여 소정의 냉각조건 으로 제조된 발명재 1-3(b1~b3)와 종래재 1(a)은 제조된 도금강판의 합금화도 측면에서 적정범위에 속함을 알 수 있다. 그러나 파우더링(powdering)성 측면을 고려하면, 종래재의 경우 파우더링(powdering) 박리폭이 발명재 대비 커짐을 알 수 있다.
즉, 도 13(a-d)에 나타난 바와 같이, 본 발명의 발명재(1-3)의 경우 본 발명의 냉각장치를 이용한 냉각과정에서 도금층중 감마(γ)상의 성장이 억제되나, 도 11(a-c)의 종래재(1)의 경우 이러한 감마(γ)상의 두께가 커져 도금층 박리등의 문제가 발생될 수 있다. 한편, 도 10(a)는 종래재(1)는 도 10(b-c)는 발명재(1-3)에 순서대로 대응된다.
(실시예 3)
실시예1의 표1과 같은 조성의 두께 0.7t의 강시편을 통상의 조건으로 소둔한후 용융아연도금조에 침지하였다. 이후, 그 표면에 대략 46g/m2 두께의 도금층이 형성된 용융아연도금된 도금강판을 가열기를 통하여 가열후, 자연냉각존과, 제1및 제2 강제냉각존으로 구성된 다단의 강제냉각존으로 구성된 본 발명의 균열로를 이용하여 냉각한 후, 제조된 용융아연 도금강판의 도금층 특성을 평가하였다. 한편 본 실험에서 이용된 균열로의 길이는 32m로 하였으며, 도금강판의 균열로 통판속도는 140mpm으로 제어하였다.
그리고 먼저 비록 냉각조건은 본 발명의 범주에 속하나 상기 강제냉각존에서 의 냉각모드를 달리하여 도금강판을 냉각시킨후, 제조된 도금강판의 특성을 평가하였다. 구체적으로, 상기 강제냉각존 전역에서 냉각하는 풀 쿨링(Full cooling)을 통하여 풀 쿨링(Full cooling)재를 얻었으며, 또한 상기 강제냉각존에서 그 후단으로 갈수록 냉기분사량을 증가시키는 제어냉각(control cooling)을 통하여 제어냉각재를 제조하였다. 또한 이에 대한 비교로서 균열로에서 통상의 공냉을 통하여 제조되는 종래의 소킹(Soaking)재를 아울러 제조하였다.
상기와 같이 제조된 합금화 도금재 시편들에 대하여 도금강판 좌측부, 중앙부, 및 우측부에 대한 합금화도를 측정하여 도 14에 나타내었다. 도 14와 같이, 본 발명의 냉각장치를 이용하여 제조된 Full cooling재와 제어냉각재가 종래의 soaking재에 비해 도금층의 합금화도가 우수함을 알 수 있다.
또한 합금화도 측면에서는 full cooling재가 제어냉각재에 비해 약간 양호한 특성을 가짐을 알 수 있다.
한편 이러한 합금화 도금강판을 자동차 강판의 외판재에 적용할 경우, 상술한 합금화도 뿐만 아니라 도금층 표면의 조도 및 표면 균일성이 우수해야 할 것이 요구된다. 도 15(a-c)는 상기 시험재의 냉각모드별 따른 도금층 표면균일성을 나타내기 위한 표면 SAM 및 3차원 표면형상사진이다. 구체적으로, 도 15(a)는 종래의 soaking재를, 15(b)는 본 발명의 제어냉각재를, 그리고 15(c)는 본 발명의 full cooling재를 나타낸다.
도 15(a-c)에 나타난 바와 같이, soaking재의 경우, 전체적으로 도금층의 표면성상이 좋지 않음을 알 수 있다. 그리고 full cooling재는 soaking재에 비해서는 우수한 표면품질을 나타내나, 제어냉각재에 비해서는 그 표면품질이 다소 떨어짐을 알 수 있다.
즉, 도 14 및 도 15(a-c)로부터 알 수 있는 바와 같이, 도금층의 합금화도 측면에서 보면 본 발명의 full cooling재가 유리하지만, 도금층의 표면품질 특성을 고려한 전체적인 측면에서는 본 발명의 제어냉각재가 우수한 특성을 보임을 알 수 있다.
다시 말하면, 본 발명의 냉각장치에서 강제냉각존의 후단으로 갈수록 냉기 분사량을 증가하여 도금강판을 냉각함으로써 합금화도 뿐만 아니라 표면품질이 우수한 도금강판을 보다 효과적으로 제조될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시형태가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
자동차 등에 사용되는 용융아연 도금강판은 그 도금층의 품질이 매우 중요한 사안으로 취급된다. 이러한 도금강판에 파우더링 박리가 발생하게 되면 제품의 품질에 치명적인 결함으로 연결된다. 따라서, 실제 산업현장에서는 표면처리공정에서 용융아연으로 도금된 강판에 대한 합금화 상태를 제어하여 도금강판의 파우더링 박리폭을 현저히 줄이는 것이 중요하다. 이를 위하여 용융아연 도금강판을 적절한 온도로 냉각시키는 기술이 계속적으로 요구되고 있다.
이에 본 발명의 용융아연 도금강판의 냉각장치 및 방법을 적용하면 균열로를 빠르게 통과하는 용융아연 도금강판을 적절하게 냉각시킴으로써 도금강판의 합금화 상태를 제어하고 이로써 파우더링 발생을 미연에 방지할 수 있도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명은 표면처리 공정에서 매우 유용하게 이용될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 용융아연 도금 방식을 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 용융아연 도금강판 냉각장치의 측면도.
도 3은 본 발명에 따른 용융아연 도금강판 냉각장치의 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 용융아연 도금강판 냉각장치의 평면도.
도 5는 도 2의 A-A선 단면도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 의한 제2강제냉각존의 요부를 도시한 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시 예에 의한 도어의 작동도.
도 8은 본 발명에 따른 용융아연 도금강판 냉각방법을 보이는 흐름도.
도 9는 본 발명의 냉각장치을 이용하여 제조된 0.7t 박물재의 합금화도 및 powdering성을 종래재와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 10(a-g)는 도 9의 본 발명의 발명재들의 도금층에 대한 단면조직사진이다.
도 11(a-c)는 도 9의 종래재들의 도금층에 대한 단면조직사진이다.
도 12는 본 발명의 냉각장치을 이용하여 제조된 1.4t 후물재의 합금화도 및 powdering성을 종래재와 비교하여 나타낸 도면이다.
도 13(a-d)는 도 12의 본 발명의 시험재들의 도금층에 대한 단면조직사진이다.
도 14는 각 냉각모드별 합금화도 변화를 나타낸 도면이다.
도 15(a-c)는 도 14의 냉각모드별 따른 도금층 표면균일성을 나타내기 위한 표면 SAM 및 3차원 표면형상사진이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 온도측정부 20 : 공기량제어부
30 : 밸브제어부 40 : 속도제어부
100 : 균열로 120 : 자연냉각존
140 : 강제 냉각존 150 : 도어
160 : 개폐실린더 200 : 분사관
202 : 분사노즐 230 : 분사량조절밸브
300 : 분배헤더 400 : 수평분기관
500 : 수직분기관 600 : 연결관
610 : 풍량댐퍼 700 : 흡기팬

Claims (22)

  1. 480℃ 이상의 온도로 가열된 용융아연 도금된 강판을 자연냉각을 통하여 냉각시키면서 합금화 반응시키는 자연냉각존과, 상기 자연냉각존을 통과한 도금강판의 도금층 표층까지 델타(δ)상이 형성될 때 더 이상의 합금화 성장이 억제될 수 있도록, 하기 수학식1에서 정의하는 온도차이(△T)가 100~250℃ 범위를 만족하도록 도금강판을 강제 냉각시키는 강제냉각존, 으로 이루어진 균열로; 및
    상기 강제냉각존을 통과하는 도금강판을 강제로 냉각시키는 냉각부재;를 포함하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
    [수학식 1]
    △T = 균열존의 입측 도금강판 온도(℃) - 균열존의 출측 도금강판온도(℃)
    [단, 소재의 두께:0.5~3.2t, 도금강판의 균열로 통판속도: 180mpm이하]
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부재는, 상기 강제냉각존을 통과하는 도금강판에 냉기를 분사하는 복수의 분사관; 상기 복수의 분사관으로 냉기를 각각 분배시키도록 연결된 분배헤더; 및 상기 분배헤더로 냉기를 송풍시키도록 외기를 강제흡기하는 흡기팬;을 포함하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 온도차이(△T)가 130~160℃ 범위를 만족하도록 도금강판을 강제 냉각시키는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강제냉각존에서 도금강판을 420~350℃ 범위로 온도로 냉각시켜 배출함을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 강제냉각존을 통과하는 도금강판에 대하여 그 강제냉각존의 출측방향으로 냉각속도를 증가시킬 수 있도록 구성되어 있음을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판 냉각장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 강제냉각존은 적어도 제1강제냉각존과 제2강제냉각존을 포함하는 다단으로 이루어져 있으며, 상기 강제냉각존에 설치된 분사관은 그 강제냉각존의 출측방향으로 도금강판에 대하여 냉기 분사량을 증가시킬 수 있도록 구성되어 있음을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 각 분사관은 상기 도금강판의 진행방향을 따라 일정한 간격으로 수평되게 배치된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 분사관은 상기 도금강판의 전면 및 후면으로 각각 냉기를 고르게 분사하도록 슬릿형의 분사노즐이 구비된 전면분사관 및 후면분사관을 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 분배헤더는 전·후면분사관으로 각각 냉기를 분배시키도록 연결된 전면분배헤더 및 후면분배헤더로 이루어지며, 상기 전·후면분배헤더는 흡기팬의 양측으로 분기된 수평분기관에 연결된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 강제냉각존에서 상기 냉각부재의 도금강판 냉각으로 발생된 열기를 배기시키도록 상기 균열로에 형성된 적어도 하나 이상의 배기구; 및
    상기 배기구를 개폐시키도록 상기 균열로에 회전가능하게 연결된 도어; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 도어의 개폐각도를 조절하도록 균열로와 도어를 연결하는 개폐실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 분사관은 도금강판의 전면 및 후면으로 각각 냉기를 분사하도록 전면부사관 및 후면분사관으로 이루어지고, 상기 전·후면분사관으로 각각 냉기를 분배시키도록 분배헤더는 전면분배헤더 및 후면분배헤더로 이루어지며, 상기 전·후면분배헤더는 상기 강제냉각존에 각각 구비된 수평분기관에 연결하되,
    상기 강제냉각존에 설치된 복수개의 분사관은 각각의 전·후면분배헤더로 연결되며, 상기 강제냉각존의 수평분기관은 흡기팬에 연결된 수직분기관으로 연결된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  13. 제6항에 있어서,
    상기 어느 하나 이상의 강제냉각존에 설치된 복수개의 분사관에는 광폭 및 소폭으로 형성된 도금강판으로 냉기를 분사하도록 형성된 광폭 및 소폭의 분사노즐이 교호로 구비된 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  14. 제2항에 있어서,
    상기 각 분사관에서의 냉기 분사량을 조절하는 다수의 분사량 조절밸브;
    상기 균열로의 출구에서 도금강판의 표면 온도를 측정하는 온도측정부;
    상기 측정된 온도와 기설정된 목표온도와의 편차를 줄이도록 상기 분사량 조절밸브의 개폐에 대한 제어신호를 출력하는 공기량제어부; 및
    상기 공기량제어부의 제어신호에 따라 상기 각 분사량 조절밸브의 개폐를 제어하는 밸브제어부; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공기량제어부의 제어신호에 따라 상기 흡기팬의 팬 회전속도를 제어하는 속도제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 공기량제어부는 상기 각 분사량 조절밸브가 모두 개폐(open/close)된 이후에 상기 흡기팬의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 공기량제어부는 상기 냉각존에서 후단부로 갈수록 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량이 단계적으로 증가하도록 상기 밸브제어부로 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각장치.
  18. 용융아연 도금강판을 합금화시키는 균열로내로 도금강판을 이송하는 단계;
    흡기팬에서 외부로부터 냉기를 흡입하여 분배헤더를 통해 분사관으로 이송시키고, 상기 분사관에 구비되어 상기 균열로 내에 이송중인 도금강판의 전후 표면에 대향하는 냉기분사노즐을 통해 상기 냉기를 도금강판에 분사하는 단계;
    상기 균열로의 출구에서 도금강판의 표면 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 표면온도와 기설정된 목표온도와의 편차를 계산하는 단계;
    상기 편차가 발생하면 그 편차를 줄이도록 상기 도금강판에 분사되는 냉기의 분사량을 조절하는 분사량 조절밸브의 개폐 제어신호를 출력하되, 상기 균열로의 후단부로 갈수록 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량이 단계적으로 증가하도록 상기 개폐 제어신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라 상기 분사량 조절밸브의 개폐를 제어하여 상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량을 조절하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 도금강판으로 분사되는 냉기의 분사량을 제어하는 단계 이후에,
    상기 분사량 조절밸브가 모두 개폐되었는지를 판단하는 단계;
    상기 분사량 조절밸브가 모두 개폐된 경우 상기 편차를 줄이도록 상기 흡기팬의 팬 회전속도에 대한 제어신호를 출력하는 단계; 및
    상기 제어신호에 따라서 상기 흡기팬의 팬 회전속도를 제어하여 상기 흡기팬에서 송풍되는 냉기의 송풍량을 제어하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 이송중인 도금강판으로 냉기를 분사하는 단계는,
    상기 도금강판의 전면 및 후면의 폭방향으로 분사하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 분사량 조절밸브의 개폐 제어신호를 출력하는 단계는,
    상기 측정된 온도가 목표온도보다 높으면 상기 분사량 조절밸브의 개(open)에 대한 제어신호를 출력하고, 낮으면 상기 분사량 조절밸브의 폐(close)에 대한 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 목표온도보다 높으면 상기 분사량 조절밸브를 개(open)하는 개수를 증가시키도록 하는 제어신호를 출력하고, 낮으면 상기 분사량 조절밸브를 폐(close)하는 개수를 증가시키도록 하는 제어신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 합금화 용융아연 도금강판의 냉각방법.
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