KR20100136098A

KR20100136098A - 연속 용융 도금라인용 스나우트

Info

Publication number: KR20100136098A
Application number: KR1020090054286A
Authority: KR
Inventors: 진영술; 김수영; 한동수
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2009-06-18
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2010-12-28

Abstract

본 발명은 용융 도금조 내로 인입되는 스트립에 접촉되는 도금욕의 유속을 증가시켜 스트립의 인입 초기에 철-알루미늄-아연의 계면 억제층을 치밀하게 형성함으로써 도막 밀착성을 향상시켜 주는 연속 용융 도금라인용 스나우트에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연속 용융 도금라인용 스나우트는, 하단부가 용융 도금조 내에 침지되게 설치되어 스트립을 용융 도금조 내로 인입시키는 연속 용융 도금라인용 스나우트에 있어서, 상기 스나우트의 하단부에 돌출 설치되어 스나우트의 단면적을 감소시키는 채널을 포함한다.

바람직하게는, 상기 채널의 단면적이 상기 스나우트의 도금욕면의 단면적의 1/5 ~ 4/5가 되고, 더욱 바람직하게는 2/3 ~ 4/5가 되도록 구성된다. 또한, 상기 채널의 단면적은 상부로 갈수록 감소하도록 구성된다.

바람직하게는, 상기 채널의 돌출 길이가 상기 스나우트의 하단부로부터 150mm 이상이 되도록 구성되고, 더욱 바람직하게는 500mm 이하가 되도록 구성된다.

연속 용융 도금, 스나우트, 채널, 도금욕, 유속

Description

연속 용융 도금라인용 스나우트{SNOUT FOR CONTINUOUS GALVANIZING LINE}

본 발명은 연속 용융 도금라인용 스나우트에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 용융 도금조 내로 인입되는 스트립에 접촉되는 도금욕의 유속을 증가시킬 수 있도록 구성된 연속 용융 도금라인용 스나우트에 관한 것이다.

용융 아연 도금강판은 내식성이 우수하여 자동차용, 건재용, 가전용 등 산업계에서 널리 사용되고 있다.

도 1은 일반적인 연속 용융 도금공정을 개략적으로 나타낸다. 냉간압연된 스트립을 페이오프 릴(1)로부터 언코일링하고, 연속적인 용융 도금을 위하여 선행 및 후행하는 스트립을 용접기(2)에 의해 용접 연결한다. 스프레이를 통해 알칼리 및 순수를 분사하여 스트립 표면을 탈지 처리(3)한 다음 환원 가열로(4)에서 연속 소둔 처리함으로써 스트립의 표면을 활성화한다.

환원 가열로(4)는 5 ~ 10% 수소와 질소의 혼합 가스로 채워져 환원 분위기를 조성하고, 표면이 활성화된 스트립을 용융 도금조(5)로 이송하여 용융아연 도금을 실시한다. 이 때, 환원 가열로(4)와 용융 도금조(5) 사이는 스나우트(Snout)(10)로 연결하여 실링함으로써 활성화된 스트립 표면의 산화를 방지한다. 용융 도금공정이 완료된 스트립은 개스 와이핑(Gas Wiping)(6)을 통해 도금 두께를 조절하고, 냉각대(7)와 스킨 패스/텐션 레벨러(8)를 차례로 통과한 다음 텐션 릴(9)에 최종 코일링한다.

도 2는 연속 용융 도금장치의 구성을 개략적으로 나타낸다. 용융 아연의 도금욕으로 채워진 용융 도금조(20)에는 싱크 롤(30)이 침지 설치되고, 스트립(S)은 상기 싱크 롤(30)에 감겨서 일정한 각도로 회전 진행하는 동안에 용융 도금된다. 스나우트(10)는 그 하단부(11)가 도금욕면에 잠기도록 설치되어 환원 가열로로부터 진입되는 스트립(S)이 외부로 노출되지 않도록 해준다. 스트립(S)은 다수 개의 스테빌라이저 롤(40)을 통과하여 용융 도금조(20)로부터 인출되고, 에어 나이프(50)는 스트립(S)의 표면에 개스 와이핑을 실시하여 도금 두께를 조절한다.

용융 아연 도금은 통상 460℃ 내외의 온도에서 이루어지고, 도금욕에는 도금 밀착성을 향상시키기 위해 0.1 ~ 0.3 중량%의 알루미늄이 첨가된다. 도금욕 내의 알루미늄은 소지철과 우선 반응하여 철-알루미늄-아연의 조성을 가진 계면 억제층을 형성함으로써, 철-아연 합금층의 생성을 억제하여 도금 밀착성을 향상시키는 역할을 한다.

상기 알루미늄과 소지철의 반응에 있어서 스트립(S)이 도금욕에 인입되는 초기 반응이 매우 중요하다. 따라서, 스트립(S)이 처음 인입되는 부분인 스나우트(10) 내에서 도금욕의 유동이 원활하지 않으면 도금욕에 체류 현상이 발생한다. 스나우트(10) 내에서 도금욕이 체류하게 되면 도금욕 내의 알루미늄이 고갈되어 치밀하고 균일한 계면 억제층이 형성되지 못해 도금 밀착성이 저하된다.

이를 해결하기 위하여 스나우트 내의 도금욕의 유동성을 증가시킬 수 있는 여러 가지 방법들이 개발되었는 바, 그 대표적인 방법이 미국 등록특허 제4971842호에 개시되어 있다. 이 방법은 스나우트의 하부에 별도의 챔버와 펌프를 설치하여 스나우트 내로 유입되는 도금욕의 유속을 증가시킴으로써 소지철과 알루미늄의 계면 반응성을 향상시킬 수 있도록 해주는 것이다. 그러나, 용융 도금조의 내부 공간이 매우 협소하여 챔버 및 펌프와 같은 장치를 별도를 설치하는 것이 매우 어려울 뿐만 아니라, 스나우트의 하단부에 직접 설치되지 않아 스나우트 내부의 도금욕 유동성을 향상시켜주는 효과가 제한적이라는 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 스나우트의 하단부에 간단한 구조물을 직접 설치하는 것만으로 스나우트 내부로 유입되는 도금욕의 유속을 효과적으로 증가시킬 수 있도록 해주는 연속 용융 도금라인용 스나우트를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 연속 용융 도금라인용 스나우트에 따르면, 스나우트의 하단부에 단면적을 감소시켜주는 채널을 설치하여 스나우트 내로 유입되는 도금욕의 유속을 증가시켜 준다. 그 결과 소지철과 알루미늄과의 반응성이 높아 져 치밀한 계면 억제층을 형성함으로써 도막 밀착성을 향상시켜준다. 또한, 상기 채널의 단면적을 상부로 갈수록 감소하도록 구성하면 도금욕의 유동성이 커져서 도막 밀착성을 더욱 향상시킬 수 있다.

이러한 본 발명에 따르면, 스나우트의 하부에 별도의 챔버와 펌프를 설치하는 종래기술에 비해 한결 간단한 기술 구성으로 더욱 우수한 도막 밀착성 향상 효과를 얻을 수 있다.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 연속 용융 도금라인용 스나우트에 대해 상세히 설명한다. 도 3은 본 발명에 따른 장치의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 그 단면도이다.

스나우트(10)는 사각 단면을 가진 덕트 형태를 이루고, 그 하단부(11)가 도금욕에 잠기도록 설치되어 스트립(S)이 외부에 노출되지 않는 상태로 용융 도금조(20)로 인입되도록 해준다. 환원 가열로에서 연속 소둔된 스트립(S)은 그 표면이 활성화되어 있기 때문에 외부로 노출되면 산화가 쉽게 일어나고, 이러한 표면 산화는 후공정인 용융 도금의 효과를 저감시킨다. 따라서, 스나우트(10)는 상기 환원 가열로로부터 용융 도금조(20)를 연결하고, 그 하단부(11)가 도금욕에 잠기도록 설치되어 스트립(S)이 외부로 노출되지 않도록 해준다.

스나우트(10)의 양 측면에는 이물질이 포함된 도금욕을 외부로 배출시키기 위한 배출구(12)가 형성되고, 이 배출구(12)에는 흡입력을 발생시키는 펌프(15)가 설치된 배출 라인(13)이 연결 설치된다. 상기 펌프(15)에 연결된 흡입 수단(14)은 임펠러, 스크류 또는 프로펠러로 구성될 수 있으며, 스크류 또는 프로펠러 방식의 펌프를 사용하면 스나우트의 배출구(12)에 직접 연결함으로써 배관을 사용하지 않게 되므로 정비성 및 내구성이 향상된다.

용융 도금조(20) 내에 침지 설치된 싱크 롤(30)은 인입된 스트립(S)의 진행 방향을 전환시켜 다시 용융 도금조(20)의 외부로 인출되도록 해준다. 통상 스나우트(10)의 하단부(11)는 도금욕면에서부터 100 ~ 300mm 정도 침지되어 싱크 롤(30)과의 사이 공간이 매우 협소하게 이루어져 있다.

스트립(S)이 도금욕에 연속적으로 인입되기 때문에 스트립(S)을 따라 하부로 이동하는 흐름(Down stream)이 발생하고, 그 주변에는 상기 하부로의 흐름을 보상하기 위해 상부로 이동하는 흐름(Up stream)이 발생한다. 이러한 하부 및 상부로의 흐름에 의해 스나우트(10) 내에서 도금욕이 순환된다. 그러나, 이러한 도금욕의 순환이 원활하지 못하면 도금욕에 포함된 알루미늄이 충분히 공급되지 못하게 되어 스트립(S)의 인입 초기에 소지철-알루미늄-아연의 계면 억제층이 치밀하게 형성되지 못한다.

종래에 스나우트(10)와 싱크 롤(30) 사이에 별도의 펌프와 배관을 설치하여 도금욕의 유동성을 높여주는 장치가 개발되었으나, 스나우트의 하단부(11)와 싱크롤(30) 사이의 공간이 협소하여 이를 설치하고 정비하는 것이 쉽지 않았으므로 실용화되지 못하였음은 이미 상기한 바와 같다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스나우트(10)의 하단부에 그 단면적을 감소시켜 주는 채널(60)을 돌출 설치하여 스나우트(10)로 유입되는 도금욕 의 유속을 증가시키도록 구성된다. 즉, 본 발명은 유체 역학에 있어서 단면적이 작아지면 유속이 증가한다는 원리를 이용하여 스나우트(10)의 하단부의 단면적을 감소시켜 도금욕의 유동성을 향상시켜주는 것이다.

상기 채널(60)은 가장 단순하게는 스나우트(10)와 동일하게 사각통 형태로 구성되어, 그 상부는 스나우트(10)에 삽입 고정되고 하부는 스나우트(10)로부터 돌출되도록 설치된다.

상기 채널(60)의 단면적은 상기 스나우트(10)의 도금욕면의 단면적의 1/5 ~ 4/5가 되도록 구성된다. 채널의 단면적이 1/5보다 작으면 단면적이 너무 좁아서 스트립의 진동에 의해 채널과 접촉하여 표면결함이 발생될 수 있다. 채널의 단면적이 4/5보다 크면 도금욕의 유속 증가 효과가 미미하여 채널 설치에 따른 실질적인 효과를 얻을 수 없다.

바람직하게는, 상기 채널(60)의 단면적이 상기 스나우트(10)의 도금욕면의 단면적의 2/3 ~ 4/5가 되도록 구성된다. 채널의 단면적이 2/3보다 작으면 좁은 단면 내에 와류가 형성되어 도금욕의 유속 증가 효과를 반감시킬 수 있다. 상기 채널 단면적의 상한치(4/5)에 대한 임계적 의의는 상기한 바와 같다.

또한, 상기 채널(60)은 스나우트(10)의 내부로 유입되는 도금욕의 유속 증가 효과를 높이기 위해 채널(60)의 하부로부터 상부로 갈수록 그 단면적이 점차 감소하도록 설치될 수 있다. 채널의 하부는 상대적으로 단면적을 크게 하여 도금욕의 유입 유량을 증가시키고, 채널의 상부는 상대적으로 단면적을 작게 하여 도금욕의 유속을 증가시켜준다. 이 때, 채널의 단면적의 변화는 상기 스나우트(10)의 도금욕 면의 단면적의 1/5 ~ 4/5 이내에서 이루어진 것이 바람직하다.

한편, 상기 채널(60)은 도 4에 도시된 스나우트의 하단부(11)로부터의 돌출 길이(d)가 150mm 이상이 되도록 구성된다. 돌출 길이가 150mm보다 작으면 감소된 단면을 통과하는 시간이 너무 짧아 유속 증가의 효과가 거의 발생되지 않는다. 채널(60)의 길이가 길수록 유속 증가 효과가 높아지므로 돌출 길이(d)는 싱크 롤(30)과의 간섭이 일어나지 않는 한도 내에서 최대한 길게 하는 것이 바람직하다. 이러한 점에서 상기 돌출 길이(d)의 상한치는 특별히 한정하지 않는다.

다만, 상기 돌출 길이(d)의 상한치는 기본적으로 스나우트의 하단부(11)와 싱크 롤(30)과의 거리에 의해 제한되고 이 거리는 각 도금 설비의 레이아웃(layout)에 따라 달라지는데, 현 도금 설비의 레이아웃을 고려할 때 돌출 길이(d)가 500mm보다 크면 싱크 롤(30)과의 간섭에 의해 채널(60)의 설치와 정비가 어려운 것으로 나타났다.

본 발명에 따른 채널의 유속 증가 효과를 알아보기 위해 실제 용융 도금조의 약 1/3에 해당하는 수모델 실험장치를 설치하고, 실제 냉연 스트립을 대신하여 0.8mm 두께를 가진 폴리 우레탄 스트립을 라인 스피드 120mpm으로 하여 수조에 연속적으로 통과시켰다. 그리고, 채널의 설치 전,후를 나누어 스나우트 펌프의 흡입 유량을 증가시키면서 각각의 유속을 측정하였는 바, 그 결과는 아래 표 1과 같다.

	흡입 펌프의 유량(ℓ/min)
	0	25	50
비교예(채널 미설치)	0.023 m/sec	0.081 m/sec	0.13 m/sec
실시예(채널 설치)	0.059 m/sec	0.097 m/sec	0.16 m/sec

표 1에서 보듯이 본 발명에 따라 채널을 설치한 스나우트의 경우에 모든 흡입 펌프의 유량에 있어서 더 큰 유속을 나타내었으며, 특히 흡입 펌프의 유량이 적은 경우(흡입력이 작은 경우)에 더 우수한 유속 증가 효과를 나타내었다.

이러한 실험 결과를 토대로 본 발명의 스나우트를 실제 연속 용융 도금라인에 적용하였다. 스나우트의 하단부로부터의 돌출 길이가 300mm이고, 단면적이 스나우트의 도금욕면의 단면적의 3/4인 채널을 설치한 다음 폭 1200mm, 두께 0.8mm의 스트립을 라인 스피드 120mpm으로 용용 아연 도금한 결과, 종래에 채널을 설치하지 않은 스나우트와 비교하여 도금층의 계면에 철-알루미늄-아연의 계면 억제층이 더욱 치밀하게 형성되어 도막 밀착성이 향상되었다.

지금까지 본 발명에 따른 연속 용융 도금라인용 스나우트는 용융 아연 도금과정을 예를 들어 설명하였으나, 아연-알루미늄 합금 도금, 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금, 알루미늄 도금 등의 연속 용융 도금에도 모두 적용 가능하다 할 것이다.

도 1은 일반적인 연속 용융 도금 공정을 나타낸 개략도.

도 2는 일반적인 용융 도금조의 구성을 나타낸 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 스나우트를 나타낸 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 스나우트를 나타낸 측단면도.

※도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명※

10: 스나우트 11: 하단부

12: 배출구 13: 배출 라인

14: 스크루 15: 펌프

30: 싱크 롤 40: 스테빌라이저 롤

50: 에어 나이프 60: 채널

Claims

하단부(11)가 용융 도금조(20) 내에 침지되게 설치되어 스트립(S)을 용융 도금조(20) 내로 인입시키는 연속 용융 도금라인용 스나우트에 있어서,

상기 스나우트의 하단부(11)에 돌출 설치되어 스나우트(10)의 단면적을 감소시키는 채널(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.
청구항 1에 있어서,

상기 채널(60)의 단면적은 상기 스나우트(10)의 도금욕면의 단면적의 1/5 ~ 4/5인 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.
청구항 2에 있어서,

상기 채널(60)의 단면적은 상기 스나우트(10)의 도금욕면의 단면적의 2/3 ~ 4/5인 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.
청구항 2에 있어서,

상기 채널(60)의 단면적은 상부로 갈수록 감소되는 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

상기 채널(60)의 돌출 길이는 상기 스나우트의 하단부(11)로부터 150mm 이상인 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.
청구항 5에 있어서,

상기 채널(60)의 돌출 길이는 상기 스나우트의 하단부(11)로부터 500mm 이하인 것을 특징으로 하는 연속 용융 도금라인용 스나우트.