KR20110040473A - 용융 도금용 가스 와이핑 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 용융 도금용 가스 와이핑 장치에 관한 것으로, 용융 금속이 도금된 강판의 표면에 와이핑 제트(J)를 분사하도록 말단에 노즐 출구(116)가 형성된 메인 노즐부(110)와, 상기 메인 노즐부(110)의 말단의 상하측에 설치되며, 클리닝 제트(G)를 분사하도록 다수의 토출구(132a)가 형성된 다공형 클리닝 노즐부(132)를 포함하고, 상기 클리닝 제트(G)는 상기 메인 노즐부(110)의 말단에 제트 유동막(B)을 형성하여 외부로부터 입자나 파동이 접근하는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 클리닝 제트류의 운동에너지만을 이용하여, 와이핑 제트가 도금 욕조를 통과한 강판 표면의 용융 아연층을 와이핑 할 때 발생되는 아연 입자가 노즐립에 축적되는 것을 간단하고 효과적으로 방지시키는 이점을 제공한다. 또한, 다공형 클리닝 노즐부를 통하여 분사되는 클리닝 제트류가 충돌음의 음향 피드백 루프의 형성을 차단하므로, 와이핑 제트를 더욱 안정화시키고, 장치의 주변 소음 레벨을 저감시킨다
보조 챔버, 다공형 클리닝 노즐부, 와이핑 제트, 클리닝 제트
Description
본 발명은 강판을 도금 욕조에 통과시켜, 강판의 표면에 용융 아연 등의 용융 금속을 도금하는 강판 도금 설비 중 하나로써, 강판에 부착된 도금 용융액에 고속 가스를 분사시켜 와이핑함으로써 강판의 도금 부착량을 조절하는 가스 와이핑 장치에 관한 것이다.
용융 아연 등의 도금 강판은 표면이 미려하고, 내식성 등이 우수하므로, 최근에는 전자 제품 뿐만 아니라 자동차용 강판으로 수요가 대폭 늘어나고 있는 상황이다. 따라서, 각국의 제철소들은 보다 고품질의 도금 강판 제조기술을 확보하기 위하여, 이와 같은 도금 분야에 대한 연구 개발을 집중하고 있는 실정이다.
연속 용융 아연 도금 공정은 냉연 강판의 대표적인 도금 공정이며, 도 1은 용융 아연 도금 공정의 일부분을 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 열처리된 강판(3)이 용융 아연으로 채워진 도금 욕조(1)를 통과하면서 도금이 수행된다. 도금 욕조의 탕면 상부에는 가스 와이핑 장치(또는 에어 나이프)(2)가 설치되어 있으며, 가스 와이핑 장치(2)의 슬릿형 와이퍼 노즐(도 2의 10)의 출구를 통하여 고압 가스가 외부로 분사된다.
일반적으로, 와이핑 제트(wiping jet)용 고압 가스로는 압축 공기 또는 질소 등이 사용된다. 용융 아연으로 도금된 강판(3)이 가스 와이핑 장치(2)를 통과할 때, 와이퍼 노즐(도 2의 10)을 통하여 분사된 와이핑 제트(J)가 강판 표면에 충돌함으로써, 강판 표면에 붙어있는 용융 아연 도금액이 적절하게 깎여지는데, 와이핑 제트의 분사 압력이나 노즐과 강판 사이의 거리를 변화시킴으로써 도금 부착량(혹은 도금 두께)을 조절할 수 있다. 상기한 바와 같이, 가스 와이핑 장치(2)는 연속 용융 아연 도금 공정에서 실질적으로 도금 강판의 도금 두께를 결정하는 가장 중요한 장치이다.
도 2는 가스 와이핑 장치(2)의 노즐(10)을 통하여 분사된 와이핑 제트(J)가 강판 표면의 용융 아연 도금층에 충돌할 때 발생하는 아연 입자의 비산 문제를 도시한 것이다. 와이핑 제트(J)가 슬릿형 와이핑 노즐(10)를 통하여 분사되어, 도금 강판의 표면에 충돌하면 제트는 강판의 표면을 따라서 상,하 방향으로 이동한다. 즉, 강판의 표면에서 벽면 제트(wall jet)가 형성되는데, 이러한 벽면 제트가 용융 아연 도금층(Z)의 표면을 따라서 빠른 속도로 이동한다. 이때, 벽면 제트는 강판 표면에 부착된 용융 아연 도금층(Z)의 표면에서 아연 입자(d)를 이탈시키는데, 이탈된 아연 입자(d)는 가스 와이핑 장치(2)의 주변으로 흩날리며 비산한다.
현재, 도금 공정에서 도금 강판의 생산량을 증대시키기 위해서 강판의 이송 속도를 더 높여야 하며, 또한 도금 강판의 원가 비용을 절감하기 위해서 강판의 표면에 부착되는 용융 도금층(Z)을 원하는 범위 내에서 가능한 얇게 피막하는 박도금이 요구되고 있는 실정이다. 강판(3)을 고속으로 이송시키면서 박도금을 하기 위 해서는 가스 와이핑 장치(2)의 노즐(10)을 통하여 보다 많은 양의 가스를 분출시켜서, 와이핑 제트(J)의 운동량을 증가시킴으로써 강판 표면에서의 충돌 압력을 높여야 한다.
그런데, 상기의 아연 비산 현상은 와이핑 제트(J)의 토출 속도(또는 가스 와이핑 장치의 챔버 압력) 및 강판(3)의 이송 속도가 증가할수록 더 심하게 발생한다. 도 3은 노즐립 선단에서의 아연 고착(L) 현상을 상세히 나타내고 있다. 도 3에서 나타낸 바와 같이, 비산된 아연 입자(d)는 가스 와이핑 장치(2)의 주변으로 흩날리다가, 노즐(10)의 선단부에 부착되어 쌓이면서 아연 고착(L)을 발생시킨다. 이와 같은 노즐립의 아연 고착 현상은 와이핑 제트(J)의 압력 분포가 강판의 폭방향으로 균일하게 구현되지 못하게 하는 원인을 제공하여, 도금 강판에 있어서 도금층 표면 불량의 원인이 된다.
현재에는 아연 비산에 의한 아연 고착을 방지하기 위해서, 강판의 이송 속도를 낮추어 조업을 하기 때문에, 도금 강판의 고속 조업에 한계가 있을 뿐만 아니라, 결과적으로 도금 강판의 생산 저하로 이어지는 실정이다.
또한, 노즐립의 표면에 고착된 아연에 대해서 조업자가 수시로 수동 치구를 사용하여 제거하는데, 조업자가 약 460℃의 고온 도금 욕조 상부에서 아연의 제거 작업을 해야 하므로, 제거 작업이 상당히 번거로울 뿐더러 조업자가 안전사고의 위험에 노출되어 있는 실정이다. 다른 방법으로는 립 클리너 장치를 사용하여 고착된 아연을 제거할 수 있다. 노즐의 내부에 장착된 립 클리너 장치를 챔버 내부에 설치된 구동용 소형 모터 및 와이어와 연결시키고, 소형 모터를 작동시킬 때 립 클 리너는 노즐의 폭방향으로 왕복 운동을 하면서 노즐립에 고착된 아연을 제거하는 방법이다. 이러한 방법은, 립 클리너가 작동하면 노즐 출구의 단면적을 순간적으로 막아서, 와이핑 제트의 분사를 방해하게 되므로, 필연적으로 도금 불량이 발생하게 된다. 또한, 립 클리너, 구동용 소형 모터 및 와이어가 노즐을 포함하는 장치의 몸체부 내부에 장착되어 있으므로, 가스 와이핑 장치의 내부 구조가 매우 복잡하고, 장기간 조업시 와이어의 결선 등에 의한 조업 중단의 발생 및 립 클리너의 정비성이 취약하다는 단점이 있다.
한편, 고속으로 강판을 이송시키면서 박도금을 하는 경우(즉, 고속 박도금), 상기의 아연 고착 문제뿐만 아니라, 와이핑 제트(J)가 도금 강판과 충돌할 때 발생하는 고강도의 파찰음(이하, 충돌음으로 총칭함)에 대한 저감 대책이 중요한 해결과제로 대두되고 있다.
도 4는 와이핑 제트(J)가 도금 강판의 표면에 충돌할 때 형성되는 유동장(flow field), 음장(sound field) 및 충돌음의 발생 메커니즘인 음향 피드백 루프(acoustic feedback loop)를 도시한 것이다. 와이핑 제트(J)가 노즐(10)의 출구를 통하여 분사되면, 여러 가지 주파수 성분을 갖는 제트 유동 소음이 발생한다. 특히, 와이핑 제트(J)가 강판 표면에 충돌하면, 필연적으로 충돌음(A)이 발생하며, 이러한 충돌음(A)은 음의 세기가 커서, 제트 유동 소음 중 가장 지배적인 소음 성분이 된다.
도 4에서 점선으로 나타난 바와 같이, 충돌음(A)은 음원(sound source)인 S에서 발생한 후, 가스 와이핑 장치가 있는 상류 방향으로 전파한다. 충돌음(A)은 가스 와이핑 장치와 강판 사이의 공간에서 음향 피드백 루프를 형성하면서 끊임없이 반복적으로 발생한다.
충돌음(A)의 발생 메커니즘인 음향 피드백 루프에 관해서 간단히 설명한다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 음향 피드백 루프는 4가지 단계로 이루어진다. 제1단계(도 4의 ①)에서는, 노즐(10)에서 제트(J)가 분사되면 제트의 전단층에서 난류 구조(T)가 발달하기 시작하며, 난류 구조(T)는 강판이 있는 하류 방향으로 이동하면서 난류의 강도가 더욱 발달한다. 제2단계(도 4의 ②)에서는, 충분히 발달한 난류 구조(T)가 강판에 충돌하면서 충돌음(A)이 발생한다. 도 4에서 S는 충돌음(A)의 음원를 나타낸다. 제3단계(도 4의 ③)에서는, 음원(S)에서 발생한 충돌음(A)이 가스 와이핑 장치가 있는 상류 방향으로 전파된다. 제4단계(도 4의 ④)에서는, 상류로 전파하는 충돌음(A)의 일부가 노즐립의 벽면에 부딪쳐서 주변으로 반사되며, 이렇게 반사된 음파는 와이핑 제트(J)에 부딪치면서 제트 유동을 격렬하게 진동시킨다. 반사 음파에 의해 야기된 와이핑 제트(J)의 불안정한 진동은 제트의 전단층 내부에 새로운 난류 구조(T)를 생성시키게 되고, 이렇게 생성된 난류 구조(T)는 하류 방향으로 이동하면서 발달하게 된다. 충돌음(A)의 음향 피드백 루프는 상기의 4단계를 거쳐서 완성되며, 이러한 음향 피드백 루프를 통하여 지속적으로 강한 충돌음(A)을 발생시키게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이, 와이핑 제트(J)의 불안정한 진동은 가스 와이핑 장치의 주변 소음 레벨을 높이고, 충돌음은 소음 강도가 매우 높아서 가스 와이핑 장치에 충돌음에 의한 반복적인 하중이 가해질 경우, 장치의 피로 파괴를 유발할 가능성이 높다. 또한, 심하게 진동하는 불안정한 와이핑 제트 유동(J)이 강판 표면의 용융 아연 도금층(Z)을 와이핑하게 되면, 체크 마크와 같은 도금 강판의 제품 결함의 주요한 원인이 된다.
상기한 바와 같이, 현재 연속 용융 아연 도금 공정에서 가스 와이핑 장치의 조업시 중요한 관심 사항은, 고속 박도금시 강판의 이송 속도를 빠르게 하면서, 와이핑 제트의 고압 분사가 가능하도록 하되, 도금 강판의 제품 품질에 영향을 미치는 아연 비산, 아연 고착 및 충돌음의 발생을 최대한 억제하는 것이다. 그런데, 종래에 아연 비산을 억제하거나 방지하기 위한 여러 기술들이 제안되어 있지만, 가스 와이핑 장치의 몸체 내부에 구동부를 갖는 립 클리너 장치를 장착해야 하는 복잡한 구조이거나, 실조업에 적용시 아연 비산을 효과적으로 차단하지 못하는 것이 대부분이었다. 게다가, 아연 고착을 방지하는 동시에, 충돌음의 발생을 억제하고, 와이핑 제트(J) 유동을 안정화시키는 기술에 대해서는 현재까지 거의 제안되어 있지 않는 실정이다.
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 고안된 것으로, 용융 도금용 가스 와이핑 장치에서 몸체 내부에 구동부를 갖는 기계 장치를 장착하지 않고, 아연 비산 및 소음 문제를 해결하여, 실조업에서 도금 강판의 생산성 증대 뿐만 아니라 장치의 조업성 및 정비성이 탁월한 가스 와이핑 장치를 제공하고자 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 따르면, 용융 금속이 도금된 강판의 표면에 와이핑 제트를 분사하도록 말단에 노즐 출구가 형성된 메인 노즐부와, 상기 메인 노즐부의 말단의 상하측에 설치되며, 클리닝 제트를 분사하도록 다수의 토출구가 형성된 다공형 클리닝 노즐부를 포함하고, 상기 클리닝 제트는 상기 메인 노즐부의 말단에 제트 유동막을 형성하여 외부로부터 입자나 파동이 접근하는 것을 차단하는 용융 도금용 가스 와이핑 장치를 제공한다.
본 발명의 제2 특징에 따르면, 상기 메인 노즐부에 가스를 공급하는 배관과 상기 다공형 클리닝 노즐부에 가스를 공급하는 배관이 분리하여 구성된다.
본 발명의 제3 특징에 따르면, 상기 클리닝 제트는 상기 와이핑 제트보다 코어 길이가 짧다.
본 발명의 제4 특징에 따르면, 상기 다공형 클리닝 노즐부에 가스를 공급하는 보조 챔버를 더 포함하고, 상기 보조 챔버는 상기 다공형 클리닝 노즐부 측으로 갈수록 단면적이 작아진다.
본 발명의 제5 특징에 따르면, 상기 보조 챔버에 가스를 공급하는 보조 가스 공급 배관을 더 포함하고, 상기 보조 챔버와 상기 보조 가스 공급 배관의 사이에는 메쉬 스크린이 설치된다.
본 발명의 제6 특징에 따르면, 상기 다공형 클리닝 노즐부는 착탈 가능하게 설치된다.
본 발명의 제7 특징에 따르면, 상기 토출구는 상기 다공형 클리닝 노즐부에 복수의 행과 열로 배치된다.
본 발명의 제8 특징에 따르면, 상기 토출구는 각각 폭(W)과 높이(h)를 갖는 슬릿형이고, 상기 높이(h)는 상기 노즐 출구의 높이(H)보다 작다.
본 발명의 제9 특징에 따르면, 상기 토출구는 각각 직경(D)을 갖는 원형이고, 상기 직경(D)은 상기 노즐 출구의 높이(H)보다 작다.
본 발명의 제10 특징에 따르면, 상기 복수의 행 중 일부의 행의 토출구에서는 클리닝 제트가 와이핑 제트 측으로 경사진 방향으로 분사되고, 나머지 행의 토출구에서는 클리닝 제트가 와이핑 제트와 평행한 방향으로 분사된다.
본 발명의 제11 특징에 따르면, 상기 메인 노즐부의 내부에 메쉬 스크린이 설치된다.
본 발명의 제12 특징에 따르면, 상기 입자는 강판 표면의 도금층에서 이탈된 금속 입자이고, 상기 파동은 상기 와이핑 제트가 강판에 충돌하면서 발생한 충돌음의 파동이다.
본 발명의 가스 와이핑 장치에 의하면, 클리닝 제트류의 운동에너지만을 이용하여, 와이핑 제트가 도금 욕조를 통과한 강판 표면의 용융 아연층을 와이핑 할 때 발생되는 아연 입자가 노즐립에 축적되는 것을 간단하고 효과적으로 방지시키는 이점을 제공한다.
구체적으로, 본 발명의 가스 와이핑 장치는, 장치의 몸체 내부에 구동부를 갖는 립 클리너 장치를 장착하지 않으므로, 가스 와이핑 장치의 내부 구조가 매우 간단하다. 다공형 클리닝 노즐부를 통해 분사되는 미세한 제트류에 의해서 형성된 제트 유동막이 비산된 아연 입자가 가스 와이핑 장치로 접근하는 것을 사전에 차단시키며, 결과적으로 노즐립 표면에서 아연 고착 현상이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따르면 아연 비산 및 아연 고착 문제가 방지되므로, 아연 고착에 의한 도금 강판의 표면 결함을 방지하여 강판의 도금 품질을 보다 향상시킨다.
또한, 본 발명에 의하면, 다공형 클리닝 노즐부를 통하여 분사되는 클리닝 제트류가 충돌음의 음향 피드백 루프의 형성을 차단하므로, 와이핑 제트를 더욱 안정화시키고, 장치의 주변 소음 레벨을 저감시킨다. 결과적으로, 본 발명의 다공형 클리닝 노즐부를 포함하는 가스 와이핑 장치는 와이핑 제트의 안정화를 도모하여 체크 마크와 같은 도금 강판의 표면 결함의 발생 원인을 미연에 방지해 줌으로써, 강판의 도금 품질을 향상시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 기능형 가스 와이핑 장치(100)의 측단면도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가스 와이핑 장치(100)는 도금 강판의 표면에 고압의 가스를 분사하는 메인 노즐부(110)와, 메인 노즐부(110)에 가스를 공급하는 메인 몸체부(120)를 포함한다.
메인 몸체부(120)는 메인 가스 공급 배관(122)으로부터 압축 공기 또는 질소 중의 하나인 고압 가스가 공급되어 수용된다. 메인 몸체부(120)의 내부에는 가스 통과 구멍(124a)들이 형성된 정류판(124)이 설치된다. 메인 가스 공급 배관(122)을 통해서 메인 몸체부(120)로 공급된 고압 가스는, 메인 몸체부(120)에서 일단 정체 상태로 된 후에 가스 통과 구멍(124a)을 통하면서 균일한 유동으로 변한다. 가스 통과 구멍(124a)을 거친 균일한 고압 가스 유동은 메인 노즐부(110)로 유입된다.
메인 노즐부(110)의 내부에는 가는 철사로 만든 메쉬 스크린(112)이 설치된다. 고압 가스가 메쉬 스크린(112)을 통과할 때, 메쉬 스크린(112)은 고압 가스 유동 내부에 존재하는 와류 및 난동 성분을 최소화시켜서, 매우 균일하고 안정적인 가스 유동을 만들어 주며, 최종적으로 고압 가스는 메인 노즐부(110) 말단의 노즐립(114)에 마련된 노즐 출구(116)를 통해서 토출된다.
즉, 고압 가스는 메인 노즐부(110)를 통하여 도금 강판의 폭방향으로 균일하게 토출되며, 도금 욕조를 통과한 강판의 표면에 충돌하여 용융 금속을 와이핑 한 다.
메인 몸체부(120)와 메인 노즐부(110)의 상하측에는 보조 챔버(130)가 각각 설치된다. 보조 챔버(130)의 말단, 즉 메인 노즐부(110)의 노즐립(114)에 대응하는 위치에는 다공형 클리닝 노즐부(132)가 설치된다. 다공형 클리닝 노즐부(132)는 보조 챔버(130)에서 연장하도록 형성된 연장부와 말단이 절곡된 절곡부로 구성된다. 보조 챔버(130)는 보조 가스 공급 배관(134)으로부터 가스를 공급받아 다공형 클리닝 노즐부(132)로 공급되도록 한다. 보조 가스 공급 배관(134)은 메인 가스 공급 배관(122)과 분리되어 형성된다. 다공형 클리닝 노즐부(132)로 공급되는 고압 가스는 압축 공기 또는 질소가 될 수 있다. 다공형 클리닝 노즐부(132)의 연장부와 절곡부에는 가스가 배출될 수 있도록 다수의 토출구(132a)가 형성된다.
보조 가스 공급 배관(134)과 보조 챔버(130)의 사이에는 메쉬 스크린(135)을 설치하여, 균일하고 안정적인 고압 가스 유동이 다공형 클리닝 노즐부(132)로 공급되게 한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 보조 챔버(130)의 유로 높이(l)(즉, 단면적)는, 초기에 균일하다가 다공형 클리닝 노즐부(132)로 갈수록 점차적으로 좁아지는 형태로 구성한다. 이와 같이, 보조 챔버(130)의 유로 높이(l)를 축소시킴으로써 고압 가스의 유속을 가속시킬 수 있으며, 최종적으로 다공형 클리닝 노즐부(132)의 토출구(132a)를 통하여 분사되는 고압 가스의 유속(또는 운동에너지)을 극대화할 수 있다. 다공형 클리닝 노즐부(132)로 공급되는 고압 가스의 압력은 70kPa 이내로 한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 다공형 클리닝 노즐부(132)의 사시도이다. 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 보조 챔버(130)의 말단에 결합되는 다공형 클리닝 노즐부(132)는 보조 챔버(130)와의 분리가 가능하도록 설치된다. 다공형 클리닝 노즐부(132)를 탈부착이 가능하도록 구성함으로써, 실조업에서 조업의 중단없이 다공형 클리닝 노즐부(132)의 교체 및 정비가 가능하여, 조업성 및 정비성이 우수한 가스 와이핑 장치(100)를 제공할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다공형 클리닝 노즐부(132)의 토출구(132a) 형상 및 배치 형태를 도시한 것이다.
토출구(132a)의 형상은 슬릿형과 원형의 2가지 형태가 있다. 슬릿형 토출구(132a)는 폭(W)과 높이(h)를 가지며, 토출구(132a)의 높이(h)는 메인 노즐 출구(116)의 높이(H)의 40% 이내로 하고, 토출구(132a)의 폭(W)은 토출구(132a)의 높이(h)를 기준으로 100h 이내로 한다. 원형 토출구(132a)는 직경(D)을 가지며, 메인 노즐 출구(116)의 높이(H)의 40% 이내로 형성한다.
토출구(132a)의 배치 형태는, 다공형 클리닝 노즐부(132)의 절곡부에는 상기의 크기를 갖는 토출구(132a)들을 노즐의 폭방향으로 일렬로 배치하며, 토출구(132a)의 배열은 1행으로 한다. 연장부에는 토출구(132a)들을 절곡부와 동일하게 노즐의 폭방향으로 일렬로 배치하되, n행의 토출구(132a) 배열을 갖도록 구성한다. 연장부에 대한 토출구(132a) 배열의 행수 n은 실조업의 상황에 맞게 가변할 수 있다. 다공형 클리닝 노즐부(132)의 연장부에 대한 토출구(132a)는, 도 8의 (a)와 (c)에서 나타낸 바와 같이 각 행마다 동일한 위치에 배치하거나, 도 8의 (b) 와 (d)에서 나타낸 바와 같이 각 행마다 어긋나게 배치할 수 있다.
이하에서는, 상기와 같이 구성된 가스 와이핑 장치(100)의 작용 효과를 설명한다.
도 9는 가스 와이핑 장치(100)의 가스 와이핑 제트 유동장을 도시한 것이다. 도 9를 참조하면, 메인 노즐부(110)로부터 분사된 와이핑 제트(J)가 도금 욕조를 통과하여 이동하는 강판 표면의 용융 아연 도금층(Z)에 충돌함으로써, 적절하게 도금량(또는 도금 두께)를 조절한다. 한편, 다공형 클리닝 노즐부(132)의 토출구(132a)를 통하여는 클리닝 제트(G)가 분사된다. 연장부에 배치된 토출구(132a)를 통하여는 와이핑 제트(J)와 평행한 방향으로 클리닝 제트(G)가 분사되고, 절곡부에 배치된 토출구(132a)를 통하여는 와이핑 제트(J) 측으로 경사진 방향으로 클리닝 제트(G)가 분사된다.
도 9에서 점선으로 표시한 바와 같이, 클리닝 제트(G)에 의해서 제트 유동막(B)이 형성된다. 제트 유동막(B)의 내부는 미세한 클리닝 제트 유동(G)으로 충만되어 있으며, 이러한 클리닝 제트(G)의 운동에너지는 메인 노즐부(110)의 노즐립(114)으로 접근하는 아연 입자(d)를 외부로 밀어낸다. 따라서, 노즐립(114)으로 아연 입자(d)들의 접근이 사전에 차단되므로, 노즐립(114)에서 아연 입자(d)들의 축적에 의한 아연 고착 현상을 미연에 방지할 수 있게 된다.
노즐 출구에서 분사된 제트 유동의 운동에너지가 에너지의 소산없이 그대로 유지되는 영역을 제트 코어 영역이라고 하고, 노즐 출구에서 제트 코어 영역의 말 단까지의 거리를 제트 코어 길이라고 하는데, 본 발명의 클리닝 제트(G)는 와이핑 제트(J)의 코어 길이에 비해 매우 짧기 때문에, 와이핑 제트(J)가 강판 표면의 용융 아연 도금층(Z)을 와이핑하는 작업에는 전혀 영향을 끼치지 않으면서, 단지 비산된 아연 입자(d)의 노즐 출구로의 접근을 차단하여 아연 고착을 방지할 수 있다.
도 10은 다공형 클리닝 노즐부(132)의 또 다른 중요한 기능을 설명하기 위한 것으로써, 클리닝 노즐부(132)를 사용하는 경우의 와이핑 제트(J)가 도금 강판의 표면에 충돌할 때 형성되는 제트 유동장과 음장을 도식적으로 나타내고 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 클리닝 노즐부(132)의 토출구(132a)를 통하여 분사된 클리닝 제트(G)는 점선으로 표시한 제트 유동막(B)을 형성시킨다. 제트 유동막(B)은 상류로 전파하는 충돌음(A)의 와이핑 노즐립(114)으로의 접근을 사전에 차단시켜서, 음향 피드백 루프에서 제4단계의 형성을 방해한다(도 10의 ④ 참조).
이와 같이, 클리닝 제트(G)에 의한 음향 피드백 루프의 단절은, 와이핑 제트(J)의 전단층 내부의 난류 구조(T)와 충돌음(A)의 음원(S)을 약화시키게 된다. 결과적으로, 다공형 클리닝 노즐부(132)는 가스 와이핑 장치의 주변 소음 레벨 및 충돌음(A)을 대폭적으로 저감시키고, 와이핑 제트(J)의 유동을 보다 안정화시킬 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 종래의 가스 와이핑 장치를 사용하는 경우와 본 발명에 따른 다공형 클리닝 노즐부(132)를 포함하는 가스 와이핑 장치를 사용하는 경우에 대한 소음 스팩트럼 분포(noise spectrum distribution)를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 11a의 소음 분포에서 나타나 있듯이, 충돌음(A)은 음향 피드백 루프의 형성에 의해서 주파수 f1, f2, f3, f4 등에서 반복적으로 발생한다. 충돌음(A)의 강도는 로컬 소음 레벨(local sound level)에 비해서 약 5~10dB 정도 높게 나타난다. 한편, 도 11b에 나타나 있듯이, 본 발명의 다공형 클리닝 노즐부(132)를 통하여 분사된 클리닝 제트(G)는 충돌음(A)의 발생을 현저히 저감시키는 기능을 제공하는 것을 알 수 있다.
도 1은 용융 아연 도금 공정의 일부분을 도시한 것이다.
도 2는 종래의 가스 와이핑 장치의 노즐을 통하여 분사된 와이핑 제트가 강판 표면의 용융 아연 도금층에 충돌할 때 발생하는 아연 입자의 비산 문제를 도시한 것이다.
도 3은 종래의 가스 와이핑 장치에서 노즐립 선단에 아연 고착 현상이 발생하는 것을 도시한 것이다.
도 4는 종래의 가스 와이핑 장치에서 와이핑 제트가 도금 강판의 표면에 충돌할 때 형성되는 유동장, 음장 및 충돌음의 발생 메커니즘인 음향 피드백 루프를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 복합 기능형 가스 와이핑 장치의 측단면도를 도시한 것이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 다공형 클리닝 노즐부의 사시도이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다공형 클리닝 노즐부의 토출구 형상 및 배치 형태를 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 가스 와이핑 장치의 가스 와이핑 제트 유동장을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 다공형 클리닝 노즐부를 사용하는 경우의 와이핑 제트가 도금 강판의 표면에 충돌할 때 형성되는 제트 유동장과 음장을 도식 적으로 나타낸 것이다.
도 11a 및 도 11b는 종래의 가스 와이핑 장치를 사용하는 경우와 본 발명에 따른 다공형 클리닝 노즐부를 포함하는 가스 와이핑 장치를 사용하는 경우에 대한 소음 스팩트럼 분포를 나타낸 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110 메인 노즐부 112 메쉬 스크린
114 노즐립 116 노즐 출구
120 메인 몸체부 122 메인 가스 공급 배관
124 정류판 130 보조 챔버
132 다공형 클리닝 노즐부 132a 토출구
134 보조 가스 공급 배관 135 메쉬 스크린
Claims (12)
- 용융 금속이 도금된 강판의 표면에 와이핑 제트(J)를 분사하도록 말단에 노즐 출구(116)가 형성된 메인 노즐부(110)와,상기 메인 노즐부(110)의 말단의 상하측에 설치되며, 클리닝 제트(G)를 분사하도록 다수의 토출구(132a)가 형성된 다공형 클리닝 노즐부(132)를 포함하고,상기 클리닝 제트(G)는 상기 메인 노즐부(110)의 말단에 제트 유동막(B)을 형성하여 외부로부터 입자나 파동이 접근하는 것을 차단하는 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 메인 노즐부(110)에 가스를 공급하는 배관과 상기 다공형 클리닝 노즐부(132)에 가스를 공급하는 배관이 분리하여 구성된 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 클리닝 제트(G)는 상기 와이핑 제트(J) 보다 코어 길이가 짧은 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 다공형 클리닝 노즐부(132)에 가스를 공급하는 보조 챔버(130)를 더 포함하고,상기 보조 챔버(130)는 상기 다공형 클리닝 노즐부(132) 측으로 갈수록 단면적이 작아지는 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 4에 있어서,상기 보조 챔버(130)에 가스를 공급하는 보조 가스 공급 배관(134)을 더 포함하고,상기 보조 챔버(130)와 상기 보조 가스 공급 배관(134)의 사이에는 메쉬 스크린(135)이 설치된 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 다공형 클리닝 노즐부(132)는 착탈 가능하게 설치된 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 토출구(132a)는 상기 다공형 클리닝 노즐부(132)에 복수의 행과 열로 배치된 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 토출구(132a)는 각각 폭(W)과 높이(h)를 갖는 슬릿형이고, 상기 높이(h)는 상기 노즐 출구(116)의 높이(H)보다 작은 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 토출구(132a)는 각각 직경(D)을 갖는 원형이고, 상기 직경(D)은 상기 노즐 출구(116)의 높이(H)보다 작은 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 7에 있어서,상기 복수의 행 중 일부의 행의 토출구(132a)에서는 클리닝 제트(G)가 와이핑 제트(J) 측으로 경사진 방향으로 분사되고, 나머지 행의 토출구(132a)에서는 클리닝 제트(G)가 와이핑 제트(J)와 평행한 방향으로 분사되는 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 메인 노즐부(110)의 내부에 메쉬 스크린(112)이 설치된 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
- 청구항 1에 있어서,상기 입자는 강판 표면의 도금층에서 이탈된 금속 입자이고, 상기 파동은 상기 와이핑 제트(J)가 강판에 충돌하면서 발생한 충돌음의 파동인 용융 도금용 가스 와이핑 장치.
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