KR20100074979A - 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융금속 도금설비에 관한 것으로, 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 공급하도록 된 송풍기와; 상기 송풍기와 연결되어 송풍기로부터 공급되는 가스를 상기 도금강판으로 분사하도록 된 가스분사노즐; 및 상기 가스분사노즐에 인접 배치되어 상기 도금강판으로 흐르는 자기력선을 형성하도록 된 영구자석;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치가 제공된다.

용융아연 도금설비(Continuous Galvanizing Line), 도금강판, 냉각장치, 송풍기, 가스분사노즐

Description

용융금속 도금설비의 고속 냉각장치{APPARATUS FOR COOLLING A CONTINUOUS GALVANIZING LINE}

본 발명은 연속 용융아연 도금설비와 같은 용융금속을 도금하는 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융금속이 도금된 도금강판 표면의 도금층이 응고되도록 도금강판에 가스를 분사하는 가스분사노즐 및 도금강판에 흐르는 자기력선을 형성하는 영구자석을 일체화하여 도금강판의 진동을 최소화함과 동시에 고속의 냉각가스를 분사시킴으로서 고속으로 도금강판을 냉각시키도록 개선된 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치에 관한 것이다.

종래의 일반적인 연속 용융아연 도금설비(Continuous Galvanizing Line ; CGL)는 소둔로에서 열처리된 강판을 용융 상태의 아연이 담겨진 도금조 내를 통과시킴으로서 표면이 도금 처리된 제품을 생산하고 있다.

도 1은 종래의 용융아연 도금설비의 개략도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 용융아연 도금설비에 의한 도금공정은 대략 460^oC 정도로 열처리된 강판(5a)이 스나우트(11)를 통해 도금 욕조(12)로 안내되고 싱크 롤(13)에 의해 진행 방향이 전환되어 수직 상향으로 통판되는 과정에 의해 수행되고 있다. 도금 욕조(12) 내의 용융 금속에 의해 표면이 도금된 도금강판(5)은 안정화롤(14)에 의해 판진동이 감쇄된 후 도금 욕조(12)에서 인출되며, 이후 에어나이프(15)에 의해 도금량이 제어된다. 도금량이 제어된 상태의 도금강판(5)은 다시 냉각장치(16)에 의한 냉각공정 및 후처리 공정을 거쳐 최종적으로 제품화된다.

상기 냉각장치(16)는 하부에서 상부로 이동하는 도금강판(5)을 사이에 두고 가스 제트를 양쪽에서 분사시키도록 다수의 가스분사노즐이 배치되어 있다. 이 가스분사노즐들은 도금강판의 이동방향에 따라 연속적으로 배치되어 있어 도금강판을 목표 온도까지 냉각할 수 있도록 되어 있다. 이동하는 도금강판 표면을 향해 양쪽에서 분사되는 고속의 대향 제트 유동은 도금강판 표면에 높은 정체 압력을 발생시키지만, 정체 압력이 도금강판에 의해 양면으로 분리되어 있고 제트 유동이 정상 유동인 한 압력 진동은 발생하지 않는다. 그러나 에지부를 벗어난 자유 유동 영역에서의 대향 자유 제트 유동은 정체 유동의 높은 불안정성으로 인해 아주 미세한 교란에도 주기적인 압력 진동을 일으키게 된다. 이와 같은 에지 근방의 주기적인 압력 진동은 그대로 강판으로 전달되어 강판의 횡방향 진동을 유발시키는 원인으로 작용한다. 가스분사노즐로부터 분사되는 가스 제트의 유속이 증가할수록 압력 진동의 진폭과 진동 주파수는 증가되므로, 가스 제트 냉각장치의 가스 분사 유속을 증가시키는 데에는 한계가 있다. 따라서 질소와 수소를 함유한 가스의 일반적인 분사속도는 80m/s를 넘지 않도록 설계되고 운전된다. 그러나 가스분사속도가 낮아지면 도금강판의 용융금속 도금층 표면의 냉각속도 또한 저하되며, 이로인해 공정의 효 율성이 저하되거나 도금강판 표면의 불완전한 냉각으로 인해 상부롤(Top Roll)의 표면층이 박리되는 등의 문제가 발생하고 있었다.

강판의 진동을 감소시키면서 가스 분사 유속을 증가시키기 위한 기술로 미국 특허(US 6,126,891)에는 수소를 최대 50%까지 포함한 수소와 질소의 혼합 가스를 사용하여 고속 분사를 달성할 수 있는 장치가 소개된 바 있다. 수소는 밀도가 공기보다 매우 작고 열용량이 크기 때문에 고속으로 분사하여도 강판에 작용하는 충돌 압력이 크지 않기 때문에 수소를 사용한 제트 냉각의 경우 분사 속도를 증가시킬 수 있음을 이용한 것이다. 그러나 이 방법을 사용하면 고속 분사는 가능하나 수소의 폭발 위험성으로 인해 시스템을 밀폐시켜야 하기 때문에 초기 설비 투자비가 많이 들고 유지 보수가 힘든 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 고속의 분사 가스로 인한 용융금속 도금강판의 진동을 방지하면서 고속으로 도금층을 냉각시키도록 개선된 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치는 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 공급하도록 된 송풍기와; 상기 송풍기와 연결되어 송풍기로부터 공급되는 가스를 상기 도금강판으로 분사하도록 된 가스분사노즐; 및 상기 가스분사노즐에 인접 배치되어 상기 도금강판으로 흐르는 자기력선을 형성하도록 된 영구자석;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 다른 양상에 의한 본 발명의 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치는 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 공급하도록 된 송풍기와; 상기 송풍기와 연결되어 송풍기로부터 공급되는 가스를 상기 도금강판으로 분사하도록 된 가스분사노즐과; 상기 가스분사노즐에 인접 배치되어 상기 도금강판으로 흐르는 자기력선을 형성하도록 된 영구자석; 및 상기 영구자석에 고정 설치되어 상기 자기력선이 원활하게 흐를수 있는 통로를 형성하도록 된 철심;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 철심은 중심부의 내부를 관통하는 관통홀이 형성되고, 상기 가스분사노즐은 상기 관통홀에 삽입되어 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 영구자석은 상기 철심의 일측 단부에 고정된 N극 자석 및 상기 철심의 타측 단부에 고정된 S극 자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가스분사노즐 및 상기 영구자석은 각각 도금강판의 양측으로 교대로 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치에 의하면 가스분사노즐에 인접하여 설치된 영구자석에 의해 형성된 자기력선이 도금강판을 따라 흐르게 되고, 냉각가스의 압력에 의해 유발되는 도금강판의 진동이 영구자석에 의해 형성된 자기력선의 흡인력에 의해 상쇄되어 안정화됨으로서 도금강판의 진동을 최소화할 수 있게 된다.

따라서 가스분사노즐을 통해 고속의 냉각가스를 도금강판을 향해 분사할 수 있어 도금강판의 냉각속도가 향상되며, 이로 인해 공정의 효율성 및 생산성이 향상되어 제품의 단가를 낮출 수 있게 된다.

또한 도금강판의 진동이 발생하지 않아 용융금속 도금 두께를 제어하는 에어나이프에 의해 도금량 두께를 정밀하게 제어할 수 있으며, 영구자석의 자기력선에 의한 흡인력에 의해 도금강판의 반곡형상을 교정할 수 있는 효과도 얻을 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 용융아연 도금설비의 고속 냉각장 치를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 냉각장치의 단면도, 도 3은 본 발명을 구성하는 영구자석 및 가스분사노즐의 사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치는 송풍기(7)와, 가스분사노즐(3) 및 영구자석(1)을 포함하여 구성된다.

상기 송풍기(7)는 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 가스분사노즐(3)로 공급하는 역할을 수행한다.

상기 가스분사노즐(3)은 상기 송풍기(7)와 연통 연결되어 도금강판(5)의 양측으로 교대로 설치되며, 송풍기(7)로부터 공급된 냉각가스를 도금강판(5)으로 분사하는 역할을 수행한다. 상기 가스분사노즐(3)과 도금강판(5)의 거리는 분사되는 가스의 속도와 도금층의 두께 등을 고려하여 적정 거리로 유지시키는 것이 바람직하다.

상기 영구자석(1)은 이동하는 도금강판(5)과 적정 거리로 배치된 상태에서 도금강판(5)의 양쪽으로 교대로 배치되어 고정 설치된다. 상기 영구자석(1)의 일측에는 영구자석(1)과 도금강판(5)과의 거리를 측정할 수 있는 거리측정센서(미도시)를 고정 설치하는 것이 바람직하다. 거리측정센서에 의해 도금강판과 영구자석의 거리를 측정하여 영구자석(1)의 위치를 조절하며, 이에 의해 도금강판(5)과 영구자석은 적정 거리를 유지하게 된다. 이와 같이 영구자석(1)의 위치를 조절함으로서 도금강판에 작용되는 자기력선에 의한 흡인력을 조절할 수 있다.

상기 영구자석(1)은 서로 다른 극성의 영구자석들이 자기력선이 원활하게 흐 를 수 있는 통로를 형성하는 철심(2)에 고정된 구조로 이루어진다. 즉, 철심(2)의 일측 단부(2a)에는 N극 자석(1a)이 고정 설치되며, 철심(2)의 타측 단부(2b)에는 S극 자석(1b)이 고정 설치된 구조로 이루어진다. 이때, N극과 S극의 구분은 도금강판으로 유입되는 자기력선을 형성시키는 것을 N극으로 하고, 도금강판으로부터 배출되는 자기력선을 형성시키는 것을 S극으로 한 것이며, 철심(2)의 일측 단부(2a)에 S극 자석(1b)이 고정 설치되고, 철심(2)의 타측 단부(2b)에 N극 자석(1a)이 고정 설치되어도 무방하다. 다만, 철심(2)의 일측 단부(2a) 및 타측 단부(2b)에 N극 자석(1a)만이 고정 설치되거나, 혹은 S극 자석(1b)만이 고정 설치되는 구조는 바람직하지 않다.

상기 철심(2)은 고정 지지대(미도시)에 견고하게 고정 설치함으로서 지지되도록 한다. 상기 영구자석(1)을 철심(2)에 고정하기 위해 철심(2)의 단부(2a,2b) 및 영구자석(1)에 나사부(미도시)를 형성할 수 있으며, 볼트를 나사부에 삽입한 후 너트로 체결하는 등의 통상의 방법에 의해 고정할 수 있다.

영구자석(1)중 N극 자석(1a)에서 나온 자기력선은 도금강판을 따라 이동하여 S극 자석(1b)으로 들어가고 다시 철심(2)을 통해 N극 자석(1a)으로 순환하는 구조로 되어 있으며, 자속밀도는 N극 자석(1a)과 S극 자석(1b)의 사이에 있는 도금강판영역에서 최대가 되므로 이 부분에서 강판의 흡인력이 최대가 된다. 따라서 가스분사노즐(3)을 N극 자석(1a)과 S극 자석(1b)의 중심부에 설치하는 경우 영구자석 자기력선의 흡인력에 의한 진동 제어효과를 극대화시킬 수 있다. 이를 위해 상기 철심(2)은 중심부의 내부를 관통하는 다수의 관통홀(2c)이 형성되며, 상기 가스분사 노즐(3)은 상기 관통홀(2c)에 삽입되어 설치됨으로서 상기 가스분사노즐(3)과 철심(2)은 형태의 결합을 이루게 됨과 동시에 상기 가스분사노즐(3)이 상기 N극 자석(1a)과 S극 자석(1b)의 중심부에 설치되게 된다.

이상에서는 N극 자석(1a) 및 S극 자석(1b)으로 이루어진 영구자석(1)만을 도시하고 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 상기 영구자석(1)으로 전체가 하나의 자석으로 이루어진 상태에서 자속을 발생시키는 말굽자석 등이 사용될 수도 있다.

도금강판의 냉각을 위해 분사된 가스와 흡입된 가스의 통로는 서로 다를 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가스분사노즐(3)에서 분출된 냉각가스는 도금강판(5)에 충돌한 후 다시 가스흡입노즐(4)에 의해 흡입된다. 전술한 바와 같이 가스분사노즐(3)을 통해 고속으로 분사된 냉각가스에 의해 도금강판(5)은 압력 변동이 큰 에지부에서 수십 Hz로 진동이 유발된다. 이러한 판 진동은 가스분사노즐(3) 일측에 구비된 영구자석(1)의 흡인력에 의해 안정화되며, 도금강판(5)과 영구자석(1)의 거리가 가까우면 가까울수록 영구자석(1)의 흡인력에 의한 안정성은 더욱 높아지게 된다. 따라서 가스분사노즐(3)과 도금강판(5)과의 거리가 가까워지더라도 영구자석(1)에 의한 안정화효과에 의해 도금강판(5)의 진동을 최소화할 수 있으며, 가스분사노즐(3)과 도금강판(5) 사이의 가까워진 거리에 의해 도금강판(5)의 냉각효과 또한 극대화시킬 수 있다. 냉각가스의 분사압력은 도금강판(5)을 밀어내는 방향으로 작용하는 반면, 영구자석(1)은 도금강판(5)을 끌어 당기는 방향으로 작용하므로, 이들 두 힘이 균형을 이룰 때까지 가스분사노즐(3)의 가스 분사속도를 증가시킬 수 있게 된다.

한편, 일반적으로 용융아연 도금공정에서 도금강판(5)은 폭방향에 따라 편평한 형상을 갖지 않고 C자형의 반곡 형상을 갖는다. 이에 따라 가스제트 냉각을 위한 가스분사노즐(3)을 판 폭방향으로 일정한 거리를 유지하는 것이 매우 어렵다. 그러나 본 발명의 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치에 의하면 영구자석(1)의 흡인력에 의해 도금강판(5)의 C자형 반곡 형상을 교정하는 효과도 얻을 수 있으며, 이동하는 도금강판(5)의 형상을 편평한 상태로 유지할 수 있어 가스분사노즐(3)을 도금강판(5)에 가까운 거리까지 이동시킬 수 있으므로 도금강판의 형상 교정 및 도금강판의 고속냉각이 가능하다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 냉각장치의 가스흐름을 설명하기 위한 도면이다.

송풍기(7)에 의해 공급된 가스는 댐퍼에 의해 유량이 조절된 상태로 가스분사노즐(3)로 전달되며, 전달된 가스는 가스분사노즐(3)을 통해 분사된 후 도금강판(5)과 충돌한다. 이때 유발되는 도금강판(5)의 진동은 영구자석의 자기력선에 의한 흡인력에 의해 빠르게 안정화된다. 따라서 냉각가스를 가스분사노즐(3)을 통해 고속으로 도금강판(5)으로 분사할 수 있으며, 이로 인해 도금강판의 냉각속도가 향상되므로 공정의 효율성 및 생산성이 향상된다.

도금강판에 충돌되어 배출관으로 흡입된 가스는 필터(8)에 의해 걸러진 후, 다시 송풍기(7)로 흡입된다.

이상에서는 본 발명의 실시예로서 분사가스를 흡입하고 분사하는 순환형만을 도시하고 있으나 순환형식이 아닌 공장 내의 공기를 일방 분사하고 배출하는 형식도 가능하다.

도 1은 종래의 용융아연 도금설비의 개략도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 냉각장치의 단면도.

도 3은 본 발명을 구성하는 영구자석 및 가스분사노즐의 사시도.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고속 냉각장치의 가스흐름을 설명하기 위한 도면.

♧ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♧

1 : 영구자석 1a : N극 자석 1b : S극 자석

2 : 철심 2a : 일측 단부 2b : 타측 단부

2c : 관통홀 3 : 가스분사노즐 4 : 가스흡입노즐

5 : 도금강판 6 : 가스분사노즐 챔버 7 : 송풍기

8 : 필터

Claims (5)

1. 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 공급하도록 된 송풍기와;

   상기 송풍기와 연결되어 송풍기로부터 공급되는 가스를 상기 도금강판으로 분사하도록 된 가스분사노즐; 및

   상기 가스분사노즐에 인접 배치되어 상기 도금강판으로 흐르는 자기력선을 형성하도록 된 영구자석;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치.
2. 용융금속이 도금된 도금강판의 도금층을 냉각시키기 위한 가스를 공급하도록 된 송풍기와;

   상기 송풍기와 연결되어 송풍기로부터 공급되는 가스를 상기 도금강판으로 분사하도록 된 가스분사노즐과;

   상기 가스분사노즐에 인접 배치되어 상기 도금강판으로 흐르는 자기력선을 형성하도록 된 영구자석; 및

   상기 영구자석에 고정 설치되어 상기 자기력선이 원활하게 흐를수 있는 통로를 형성하도록 된 철심;

   을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장 치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 철심은 중심부의 내부를 관통하는 관통홀이 형성되고,

   상기 가스분사노즐은 상기 관통홀에 삽입되어 설치된 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 영구자석은

   상기 철심의 일측 단부에 고정된 N극 자석 및 상기 철심의 타측 단부에 고정된 S극 자석을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 가스분사노즐 및 상기 영구자석은

   각각 도금강판의 양측으로 교대로 설치된 것을 특징으로 하는 용융금속 도금설비의 고속 냉각장치.

Images