KR20120005030A - 기판의 코팅 방법 - Google Patents

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KR20120005030A
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metal substrate
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KR1020117026930A
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데오도르 크렝엘
커트 브라운
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핫 딥 솔루션스, 엘엘씨
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Abstract

코팅을 녹이는 단계, 고주파 유도 히터를 이용하여 상기 코팅의 녹는점 이상으로 금속 기판의 표면만을 가열하는 단계 및 즉시 상기 기판을 관통하여 열이 진행되기 전에, 상기 가열된 기판에 용융된 금속 코팅을 제공하는 단계를 포함하는, 보호 금속 코팅을 이용한 금속 기판의 코팅방법에 관한 것이다.

Description

기판의 코팅 방법{METHOD OF COATING A SUBSTRATE}
본 발명은 기판의 녹는점보다 상당히 낮은 녹는점을 갖는 보호 금속 코팅으로 상기 금속 기판을 코팅하는 방법에 관한 것이다. 일 예로서, 기판은 강철 또는 철 금속의 튜브; 파이프; 바, 빔, 채널, 평판 또는 어떠한 폭 또는 길이를 갖는 조각과 같은 고체 물질;일 수 있고, 보호 금속 코팅은 아연; 알루미늄; 또는 아연, 알루미늄 또는 다른 보호막 물질들의 다양한 합금;일 수 있고, 이들 다른 보호막 물질들은 주석, 은, 또는 구리와 같은 유도성 기판 물질에 접착되는 것일 수 있다.
연속 코팅 시스템(in-line continuous coating systems)에서, 조각(strip), 바(bar) 및 튜브(tube) 내에서 분당 1000 피트만큼의 고속 물질 속도는 성공적으로 달성된다. 실시간으로, 물질은 1 초에 거의 17 피트를 이동한다. 튜브 코팅의 경우, 전체 물질 가열 후 철강 기판이 아연과 접하는 시간은 약 0.1 초이고, 물 담금조에서 2 초 이내에 냉각된다.
본 발명의 코팅 방법은 기판의 전기적 유도 가열법(electrical induction method)을 사용하는데, 일반적으로 산업계에서 사용되는 3000 헤르쯔 (Hertz) 이하가 아닌, 50,000 헤르쯔 이상의 고주파 (또는 단지 기판의 표면만을 유도 가열하는 경우에는 이보다 낮은) 유도 히터를 사용한다.
본 발명의 금속 기판의 코팅방법은, 금속 기판의 녹는점보다 낮은 녹는점을 갖는 접착성 보호 금속 코팅을 이용하여 금속 기판을 코팅하는 방법으로서, 보호 금속 코팅을 녹이는 단계; 고주파 유도 히터를 이용하여 상기 보호 금속 코팅의 녹는점 이상으로 상기 금속 기판의 표면만을 가열하는 단계; 및 즉시 상기 기판을 관통하여 열이 진행되기 전에, 상기 기판의 가열된 표면에 상기 용융된 보호 금속 코팅을 공급하는 단계;를 포함하는 것이다.
상기 금속 기판의 표면은 주파수가 10,000 헤르쯔 이상의 주파수 유도 히터를 이용하여 가열할 수 있다.
상기 방법은 상기 열이 상기 기판을 관통하여 50 % 진행하기 전에 용융된 보호 금속 코팅을 상기 기판 상에 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 열이 상기 기판을 관통하여 30 % 진행하기 전에 용융된 보호 금속 코팅을 상기 기판 상에 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
상기 방법은 철 금속 기판의 표면만을 가열하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 아연을 포함하는 보호 금속 코팅을 녹이는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 기판의 가열 후에 0.2 초 이내에 상기 가열된 기판의 표면에 용융된 보호 금속 코팅을 제공하는 것을 포함할 수 있고, 상기 기판의 가열 후에 0.1 초 이내에 상기 가열된 기판의 표면에 용융된 보호 금속 코팅을 제공하는 것을 포함할 수도 있다.
상기 방법은 상기 기판의 반대 면을 고주파 유도 히터를 이용하여 동시에 표면 가열한 후, 즉시 가열된 양 표면에 상기 용융된 금속 보호 코팅을 제공하는 것을 포함할 수 있다.
상기 기판의 유도 가열된 표면의 반대 면은 먼저 도료로 코팅되는 것일 수 있다.
상기 용융된 보호 금속 코팅의 온도는 ±1 % 내에서 제어되는 것일 수 있다.
상기 방법은 상기 금속 기판을 차폐된 구역 내에서 유도 가열하고, 상기 차폐된 구역에 비산화성 기체를 흘려주는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 금속 기판의 반대 면을 냉각하는 동안 상기 기판의 일 면을 유도 가열하는 것을 포함할 수 있다.
상기 방법은 상기 기판의 일 면을 상기 유도 가열 및 코팅한 후에, 상기 기판의 반대 면을 유도 가열 및 코팅하는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 금속 기판의 코팅방법은, 금속 기판을 코팅하는 방법으로서, 낮은 연소 온도를 낮는 기판의 일 면에 도료를 제공하는 단계; 상기 기판의 반대 면을 고주파 유도 히터를 이용하여 보호 금속 코팅의 녹는점 이상으로 가열하는 단계; 및 즉시 상기 기판의 상기 도료가 칠해진 표면까지 상기 열이 관통되기 전에 상기 유도 가열된 표면에 보호 금속 코팅을 제공하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
도 1은 본 발명의 방법에 의하여 코팅된 파이프 또는 튜브의 부분적인 단면도이다.
본 발명의 최종 목적은, 용융된 코팅 물질을 이용하여 표면을 가열한 후, 잔여 기판의 전기전도도를 감안하여 상기 기판 상의 용융된 코팅으로부터 열을 조절 또는 흡수하여 강철과 같은 금속 기판만을 '표면 가열 (surface heat)'하는 것이다. 기판 표면의 열 조절에 있어서, 포텐셜을 고려할 때, 더 두꺼운 코팅에서도 보호 금속 코팅은 빠르게 냉각되고, 본 코팅법은 여전히 유효하다.
상기 '표면 가열' 온도는 사용되는 용융 코팅 물질에 따라 상대적인 값이 요구된다. 예를 들어, 녹는점이 787 ℉인 아연은 일반적으로 850 ℉가 적용되지만, 본 발명의 방법에서는 표면 온도가 보호 금속막의 녹는점만큼 낮거나, 1000 ℉ 이상까지 높을 필요가 있을 수 있다. 녹는점이 1220 ℉인 알루미늄 보호 금속 코팅의 경우에는 일반적으로 1350 ℉가 적용되지만, 본 발명의 방법에서는 이보다 훨씬 높은 1500 ℉까지도 적용될 필요가 있을 수 있다. 코팅 물질 종류에 따라, 주석과 같이 449 ℉ 정도로 낮은 녹는점을 갖는 경우도 있고, 구리와 같이 1983 ℉의 높은 녹는점을 갖는 경우도 있다. 금속 조합의 합금은 매우 다양한 녹는점을 가질 수도 있다. 요컨대, 표면 온도는 적용되는 용융된 보호 금속 코팅 물질의 녹는점인 300 ℉ 이하가 되어야 한다. 당업계에 알려진 바와 같이, 아연과 알루미늄의 합금과 같은 코팅 물질의 많은 합금은 각각 금속의 녹는점보다 낮은 녹는점을 갖는다. 예를 들어, 아연, 알루미늄 및 마그네슘의 합금은 640 ℉ 이하의 녹는점을 갖는다.
유도 가열 공정에서, 유도 주파수는 기판을 통한 유도 전류의 '통과 깊이 (depth of penetration)'를 결정한다. 주파수가 낮을수록 열 전달이 깊이 이루어지고, 그 결과 기판의 더 완전 가열이 이루어진다. 주파수가 증가할수록, 열의 진행 깊이는 줄어든다. 예를 들어, 연강철에서 300 헤르쯔 주파수는 약 깊이 0.042 인치만큼 진행된다. 같은 강철에서 50,000 헤르쯔 주파수는 약 깊이 0.007 인치만큼 진행된다. 200,000과 같은 훨씬 높은 주파수는 깊이 0.005 인치 정도 진행될 것이다. 본 발명의 금속 기판 코팅 방법이 다양한 기판의 코팅에 사용될 수 있지만, 철 기판, 특히 강철 기판에의 적용이 가장 일반적이므로, 강철 기판에의 적용에 관하여 설명하지만, 본 발명의 방법이 이에 한정되는 것은 아니다.
현재의 코팅법에서는, 일반적인 유도 가열의 목적이 강철 기판을 목표 온도까지 완전히 가열하는 것이라면, 대부분의 경우에 저주파를 이용하는 것이 훨씬 더 효과적이다. 강철 기판의 두께가 두꺼워지면, 주파수가 낮을수록 완전 가열에 유리하다. 그렇다고 하여도, 열 전달을 통하여 강철을 관통할 시간이 주어져야 한다. 비용 관점에서는, 3000 헤르쯔 이하의 낮은 주파수에 의한 강철 기판의 완전한 가열이 바람직하다.
본 발명의 두 번째 목적은 두 가지이다; 첫째, 기판의 양면 (예를 들어, 튜브의 내면과 외면)을 가열 및 냉각함으로써 보호 금속 코팅의 잠재적 두께를 증가시키고, 이렇게 하여 보호 금속 코팅을 빨리 냉각시키고, 더 두꺼운 코팅을 형성하는 것이다. 둘째 목적은 보호 금속 합금의 고속 냉각으로 우수한 성질들을 갖는 합금의 용융 버전을 만드는 몇 가지 합금들을 얻는 것이다.
본 발명의 방법에서, 높은 유도 주파수에 의한 최소 깊이 진행의 이용은, 예를 들어, 강철 기판을 가열하고 즉시 (바람직하게는 0.1 내지 0.2 초 이내에) 상기 강철 기판을 용융된 보호 금속 코팅에 담그거나 다른 적용 (스프레이, 롤온 (rolled on) 등)을 하는 것이다. 순간적인 이동 거리는 분쇄 속도에 의하여 결정되는 것이므로, 거리와 시간은 관련되어 있다. 강철이 용융된 코팅 금속이 되자마자, 예를 들어 (다만, 이에 한정되는 것은 아니다) '가스 절단기 (gas knives)' 또는 필요한 경우의 전기적 제어와 같은 몇 가지 유용한 수단에 의하여 코팅의 두께는 조절된다.
금속이 용융 금속이 되자마자, '가열되지 않은 (unheated)' 기판의 내부 부분은 가열된 표면으로부터 잔열을 열 조절하기 시작하고, 강철 기판이 전체적으로 '열적 평형 (equal in temperature)'에 이르기까지 코팅된 표면 영역에서 상대적으로 빠른 열 손실을 일으킨다. 공정의 이 단계에서, 냉각의 기본적 방법은 물, 스팀, 공기, 대부분의 비활성 또는 산화 기체와 같은 것이 이용되고, 시간이 지나면 코팅된 기판의 온도가 허용 범위의 온도까지 내려가게 된다.
'적용 주파수 (applicable frequency)' 값은 코팅되는 물질의 벽 두께와 물질 코팅 속도에 다양하게 의존하게 된다. 예를 들어, 분당 300 피트의 속도로 0.060 인치의 벽 두께를 갖는 'A' 제품의 경우, 50000 헤르쯔 이상의 값이 권장된다. 분당 1500 피트의 속도로 0.25 인치의 벽두께를 갖는 B 제품의 경우, 3000 헤르쯔 정도의 주파수가 필요할 수 있다. 분당 800 피트의 속도에서 0.03 인치의 두께를 갖는 C 제품의 경우, 200000 헤르쯔의 주파수가 필요하다. 바람직한 일 구체예로서, 금속 기판은 10000 헤르쯔 이상의 주파수에서 유도 히터로 가열된다.
이러한 개념 하에서, 강철 기판이 액상에 접촉하기 직전에 액상 코팅 물질 온도를 조절할 수 있다. 코팅될 표면을 완전히 세척하고 산화물, 석편 또는 모래와 물을 제거하기 위한 평탄화 또는 코팅 공정은 중요하다. 본 발명의 공정에서, 코팅된 표면은 산화물을 제거하기 위한 산욕 또는 바퀴형 마모기를 이용한 세척과 알카리를 이용한 세척과 건조, 또는 통산적인 세척 공정이 이용될 수 있다.
본 발명의 방법의 주요 이점은 다음과 같다.
- 강철 기판의 표면을 가열하는데 필요한 에너지량은 기판의 벽 두께와 무관하게 비교적 일정하다. 벽 두께가 증가하여도 가열 비용은 증가하지 않는다. 속도가 일정하다고 가정할 때, 전체 가열 공정에 있어서, 벽 두께가 증가함에 따라 가열 비용은 연속적으로 증가한다. 그러므로, 본 발명의 방법은 두꺼운 벽을 갖는 파이프 및 평판에 있어 특히 유리하다. 이하 더 논의한다.
- 용융 금속 조 작업 이후의 기판의 급속 냉각은 새로운 코팅 합금의 추가적인 합금, 냉각 시간 - 코팅 시스템은 작동 속도를 높인다 - 의 필요를 없애서 생산성을 증가시키고, 탑 높이를 감소시키거나 더 작은 냉각탑을 갖는 더 새로운 설치가 가능하다.
- 또한 표면만 가열된 사실로부터 기인하는 코팅된 부분의 급속 냉각은, 물질 냉각 에너지를 감소시키기 때문에, 작동 비용을 감소시킨다.
- 코팅의 빠른 냉각 때문에, 증가된 표면 두께 변화는 달성될 수 있다.
- 일반적인 가스 연소 타입의 가열 시스템에 비하여 더 나은 기판 및 코팅 금속 조의 전반적인 열 조절은 달성될 수 있다.
- 주파수가 높아질수록, 주파수 유도 구성은 더 안정화된다. 예를 들어, 50000 헤르쯔 정도가 되면 들을 수가 없다.
- 일반적인 코팅 시스템의 벽 두께는 코팅 공정에 통상적으로 영향을 미치는 중요한 변수가 될 수 있다. 벽 두께 변화는 우리의 공정에 영향을 미치지 않는다.
- 본 발명의 방법은 단면 코팅, 양면 코팅 또는 양면 개별 코팅 등의 다양한 코팅 공정일 수 있다.
- 관형 코팅 시스템(tubular coating system)에 있어서, 강철 기판의 상승된 온도는 극단의 온도를 제어할 수 있는 특화된 도료를 요한다. 본 발명의 공정을 통하여, 대안 - 더 우수하고 덜 비싼 도료- 에 의한 기회를 제공하여 ID 온도는 감소될 것이다.
- 대기 중에서의 초과 코팅의 제거는 찌꺼기 및 산화물을 상당히 감소시킬 것이다.
공정 예: 이론적 계산은 아연 도금되는 연속 강철 튜브에 대하여 이루어졌다 (A "Krengel Flo-Coat" line). 실시간 유도 가열 소프트웨어를 사용하여, 강철 기판이 얼마나 빨리 가열되는 지와 가열 공정이 시작된 후에 내부적으로 '열적 조절 (heat sync)' 또는 '흡수 (soak)'가 얼마나 빨리 시작되는지 결정되었다.
- 또한 기판의 표면 가열을 위한 에너지가 줄어들 뿐만 아니라, 본 발명의 용융된 보호 금속 코팅은 코팅의 결빙 온도 근처에서 적용되기 때문에, 본 발명의 방법은 에너지 비용을 상당히 감소시킨다.
3 개의 테스트 제품을 사용하였고, 필요 전력과 온도 변화를 결정하기 위하여 벽 두께의 변화시켜 가면서, 아래의 사항을 결정하였다.
분당 300 피트의 속력에서 3 인치 반경만큼 진행되면서, 1 초 동안의 진행량은 60 인치이다. 그러므로 10분의 1초 동안 6 인치를 진행한다.
0.063 인치 벽 두께의 경우, 표면은 351 ℉의 ID 온도에서 0.1 초 이내에 850 ℉까지 가열된다. 0.1 초 이후에는 표면 온도는 약 50 ℉ 떨어진다. 0.1 초가 더 지나면, 온도는 추가적으로 250 ℉가 떨어진다. (참고: 본 계산 모델은 전체 가열 (또는 냉각) 공정에 대한 용융된 금속의 추가의 영향은 고려하지 않았다.) 이는 실제적인 테스트를 통하여 결정되었다. 가열 공정이 시작된 후 약 0.25 초 이내에, 강철 기판은, 일반적인 냉각 방법에서 이용되는 점인 약 530 ℉에서의 '조화 (synced)'된다. 50000 헤르쯔에서는, 650 킬로와트의 전력이 필요하다. 300 헤르쯔 유도 가열을 사용하면, 1000 킬로와트가 필요하다. 경제적으로, 전기 사용량은 고주파의 경우, 저주파에 비하여 65 %가 필요하다.
벽 두께가 0.1 인치 이내인 경우, ID 온도 142 ℉에서 0.1 초 이내에 표면이 850 ℉까지 다시 가열되고, 0.1 초 이후에 그 표면은 약 50 ℉ 내려간다. 다음 0.1 초 내에는 온도가 추가적으로 380 ℉ 내려간다. (참조: 본 계산 모델은 전체 가열 (또는 냉각) 공정에 대한 용융된 금속의 추가의 영향은 고려하지 않았고, 실제 실험을 통하여 결정된다). 가열 공정이 시작된 후 약 0.3 초 이내에, 강철 기판은, 일반적인 냉각 방법에서 사용되는 약 370 ℉ 에서 '조화 (synced)'된다. 50000 헤르쯔에서, 714 킬로와트가 필요하다. 기본적인 3000 헤르쯔 유도 가열을 사용하는 경우, 1824 킬로와트가 필요하다. 경제적으로, 고주파인 경우에 저주파인 경우에 비하여 단지 39%의 전력이 필요하다.
0.12 인치 벽 두께의 경우, 일반적으로 3000 헤르쯔 공정은 2244 킬로와트가 필요한데 반하여, 50000 히르쯔 공정은 720 킬로와트에서 단지 6 킬로와트만 전력이 증가된다. 경제적으로, 사용 전력은 고주파의 경우, 저주파에 비하여 32 %이다.
대체적으로, 본 발명의 방법은 보호 금속막을 녹이는 단계와, 보호 금속막의 녹는점 이상의 온도까지 고주파 유도히터를 사용하여 단지 기판의 표면만을 가열하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 열이 기판을 통과하기 전에 즉시 가열된 기판의 표면에 용융된 보호 금속 코팅을 공급하는 단계와, 이후 기판 상의 보호 금속막을 냉각시키는 단계를 포함한다. 예를 들어, 본 발명의 방법은 기판의 양면을 동시에 가열하고 예를 들어 기판을 용융된 보호 금속 코팅에 담가서 열이 기판을 관통하기 전에 양면에 용융된 보호 금속 코팅을 공급하여 함으로써, 금속 기판의 양면을 사용하는 것일 수 있다. 바람직한 일 예로서, 용융된 보호 금속 막은 가열 0.3 초 이내에 공급될 수 있고, 주어진 조건에 따라 0.1 초 내에 공급될 수도 있다.
일 구체예로서, 금속 기판의 표면은 10000 헤르쯔 이상의 주파수에서 유도 히터로 가열될 수 있다. 보호 금속 막은 열이 기판을 관통하여 50 % 또는 30 % 전달되기 전에 금속 기판의 가열된 표면에 공급될 수 있다. 상술한 대로, 금속 기판은 강철과 같은 철 금속 기판일 수 있고, 보호 금속 코팅은 아연, 알루미늄, 이들의 합금을 포함할 수 있다. 이하의 개시된 청구항의 일 예로서 본 발명의 실시예는 당업자에게 알려진 대로 다양한 변형예가 적용될 수 있다. 본 발명의 방법은 단지 예로써, 고체 바 및 시트 금속의 코팅에도 동등하게 적용될 수 있다.
바람직한 구체예의 도면 및 이하의 설명은 튜브; 파이프; 또는 수평 관형, 와이어, 좁은형 조각 또는 이와 비슷한 제품 적용처와 같은 조각;의 코팅 방법을 묘사한다. 최종 제품은 연속 공정에서 적용가능한 경우라면 어떠한 크기 또는 모양일수 있다. 개념은 수직형 또는 어떠한 각도형으로도 쉽게 작동할 수도 있고, 실제적으로는 광폭 강철 조각과 같은 제품이 선호된다.
도 1은 측면도, 특히 본 발명의 방법에 의하여 코팅된 파이프 또는 튜브의 부분적인 단면도이다.
도 1은 본 발명의 방법의 튜브형 또는 파이프형에 관한 것을 나타내지만, 본 발명의 방법은 와이어(wire), 로드(rod), 좁은형 조각(narrow strip) 또는 다른 물질 또는 기판 - 여기서는 물질 또는 기판으로 칭한다 - 에 적용되고, 연속 또는 배치형으로 코팅될 수 있다. 설명된 방법은 가능한 많은 방법 중 단지 일 예일 뿐이다. 기판은 수직, 수평 또는 다른 각도로 코팅될 수 있다. 본 발명의 방법의 실시예에서 기판은 움직인다. 도 1에서 코팅되는 기판 또는 물질은 우측에서 좌측으로 움직인다. 상기 언급된 다른 물질을 포함하여, 코팅 물질로 사용되는 아연, 알루미늄 또는 그들의 합금과 같은 보호 금속 코팅 물질은 이하 '보호 코팅 물질 (protective coating material)'로 칭한다.
예를 들어, 분당 300 피트에서 3.00 인치 지름 튜브 x 0.0625 인치 벽 두께로 나타낸다. 온도와 시간은 컴퓨터 기반 측정값이다. 기판과 접하는 표면에서 코팅 물질이 생성하는 추가적인 열은 고려하지 않았다.
깨끗이 준비된 코팅 물질(21)을 밀봉부(enclosure)(27)로 이동시킨다. 즉시 기판 물질(21)을 코팅 챔버(24)에 도입한다. 코팅 챔버(24)를 용융된 보호 금속 코팅 물질로 완전히 채우고, 용융된 금속 코팅으로 완전히 채워지도록 유지하는 것이 중요하다. 밀봉부(27)의 목적은 가열 및 코팅 과정 중 기판의 산화를 방지하는 것이다. 밀봉은 질소 또는 수소 등의 환원성 물질과 같은 비산화 대기인 것이 바람직하다. 그러나 모든 경우에 비산화 대기가 요구되는 것은 아니다. 입출구의 칼라 (collar)부(23)는 밀봉부(27)의 비산화 가스로 채워질 것이 요구된다.
코팅 챔버(24)는 비전기적이고 코팅 물질(25)과 문제없이 접촉 가능한 고온 물질로 제작될 수 있다. 다양한 내성이 사용될 수 있다. 개시된 실시예에서는, 고주파 작동 코일(22)은, 필요한 합금 온도까지 기판 물질(23)을 가열하기 위하여 입구 말단에서 챔버 주위를 감싸고 있다. 당업자에게 이해되는대로, 본 발명의 방법은 평판 또는 조각을 표면 가열하기 위하여 사용되기 때문에, 유도 코일은 평판 또는 조각을 감싸지 않을 수 있다. 대신에, 단지 평판의 일 면만을 가열하는 코일이 사용될 수 있다. 예를 들어, 일반적인 사인파형 고주파 코일은 인접한 일 면 가열에 사용될 수 있다. 반대 방향 롤러 코일은 유도 히터의 유동력을 바꾸는데 사용될 수 있다. 또한, 코팅을 즉시 냉각시키기 위하여 평판의 반대면을 냉각시키는 것도 가능하다. 필요 합금 온도는 금속으로부터 합금까지 매우 다양하다. 표면 온도가 더 높거나 낮을수록 더 다양할 수 있다. 필요 합금 온도는 개시된 보호 금속 코팅의 녹는점 이상으로 기판 표면을 가열하기 위하여 필요한 온도를 의미한다. 연결 간격(coupling gap)은 고주파 유도 전력의 효율에 결정적 영향을 미치므로, 튜브(21)와 코일(22) 사이의 코팅 챔버(27) 구역은 비교적 가까워진다. 코팅 챔버(24)에서 필수적인 고주파 작동 코일(22)은 모든 경우에, 특히 밀봉 챔버가 비산화 대기로 채워진 경우라면, 필요할 수도, 필요하지 않을 수도 있다. 더욱이, 비산화 기체가 입구 칼라부(23)로 도입된다면, 밀봉부(27)가 필요하지 않을 수 있다. 고주파 작동 코일(22)을 안정화된 물질(21)에 연결하기 위한 기판 물질 안정화 롤 또는 고정물은 있을 수도, 없을 수도 있다.
기판 물질(21)이 고주파 작동 코일 영역에 있게 되면, 코팅 챔버(24)의 크기는 용융 코팅 물질(25)이 코팅된 기판 물질(21) 주위를 흐르도록 정하여진다. 고주파 작동 코일에 있게 되면, 물질(21)의 표면 온도는 코팅 물질(25)이 합금되기에 충분한 온도가 되지만, 표면 온도가 급격하게 빨리 감소하기 때문에, 고주파 코일과 코팅 물질(25) 사이의 간격은 중요하다. 코팅 챔버(24)의 길이는 합금이 이루어지는데 필요한 거리라면 무관하다. 더 긴 길이는 공정에 악영향을 미치지 않는다. 적용되는 코팅 물질(25)은 상기 설명한 시스템에 한정되지 않는다. 본 발명의 코팅 방법에서 용융된 보호 금속 코팅의 온도를 제어하는 것 또한 중요하다. 제시된 장치는, 바람직하게는 ±1 % 범위 내에서 용융된 금속 코팅의 온도를 유지할 수 있는 온도 제어를 포함한다. 보호 금속 코팅은 스프레이, 롤링 또는 다양한 방법으로 공급될 수 있다.
본 발명의 방법에서 중요한 요소는 물질(21)을 충분히 높은 고주파로 원하는 표면 온도에 도달하도록 하는 시간 및 온도와, 기판 물질(21)의 몸체로 전도에 의하여 표면 열이 상실되기 전에 가능한 한 빨리, 물질을 용융된 코팅 물질(25)에 접촉하도록 하는 것이다.
이제 코팅된 기판은 코팅 챔버(24) 내에 있음으로, 에어 링(air ring), 자기력선(magnetic lines of flux), 또는 어떤 종류의 시스템(26)과 같은 과코팅 '세정 공정 (wiping system)'이 초과 코팅된 물질을 제거하여 물질(21) 상에 제어된 코팅 두께가 되도록 한다. 어떠한 세정 공정이 사용되더라도, 제어된 분위기 중에서 이루어지는 것이 바람직하지만, 코팅 물질이 강철 기판과 합금을 이룬 경우에는 제어된 분위기는 불필요하므로, 필수적인 것은 아니다. 즉, 공기 중에서 세정이 이루어진다면, 산화 금속의 발생은 최소화된다.
상술한대로, 본 발명의 방법의 한 가지 이점은, 유도 가열되는 면의 기판의 반대면이 수성 도료, 테프론 또는 일반적인 저주파 유도 가열로 표면을 가열하는 일반적인 유도 가열 공정에서 연소되거나 탈 수 있는 물질들의 코팅으로 칠해질 수 있다는 것이다. 단지 일 예로서, 강철 파이프의 내면은 상대적으로 낮은 탄화 온도를 갖는 테프론으로 코팅하고, 파이프 내면의 테프론 코팅에 악영향 없이, 그 외면은 고주파 유도 히터로 가열되고, 상술한 바대로 용융된 아연, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 코팅할 수 있다. 일반적인 저주파 유도 가열 공정에서는, 저주파 유도 열이 파이프 내로 흡수되어 파이프 내면의 테프론 코팅을 파괴하게 된다.
이러한 견지에서, 챔버(24) 내에 주입하여, 강철 기판이 액상에 접촉하기 전의 액상 코팅 물질(25) 온도를 제어할 수 있다.
상기의 본 발명의 접착성 보호 금속 코팅으로 금속 기판을 코팅하는 방법에서 이해되듯이, 본 공정의 중요 요소는 시간 및 온도이다. 고주파 유도 히터를 사용하여 필요 온도까지 금속 기판의 표면을 가열하고 열이 기판을 관통하여 '흡수 (soaks)'되기 전에 용융된 보호 금속을 공급하는 것이 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 가장 중요하다. 또한, 가열된 기판에 코팅을 공급하기 직전의 용융된 보호 코팅의 온도를 제어하는 것이 중요하다.
21 : 기판
22 : 코일
23 : 칼라부
24 : 챔버
25 : 코팅 물질
26 : 시스템
27 : 밀봉부

Claims (15)

  1. 금속 기판의 녹는점보다 낮은 녹는점을 갖는 접착성 보호 금속 코팅을 이용하여 금속 기판을 코팅하는 방법으로서,
    보호 금속 코팅을 녹이는 단계;
    고주파 유도 히터(high frequecncy induction)를 이용하여 상기 보호 금속 코팅의 녹는점 이상으로 상기 금속 기판의 표면만을 가열하는 단계; 및
    즉시 상기 기판을 관통하여 열이 진행(penetration of heat)하기 전에, 상기 기판의 가열된 표면에 상기 용융된 보호 금속 코팅을 공급하는 단계;
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 기판의 표면은 주파수가 10,000 헤르쯔 이상의 주파수 유도 히터를 이용하여 가열하는 것인 금속 기판의 코팅방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 열이 상기 기판을 관통하여 50 % 진행하기 전에 용융된 보호 금속 코팅을 상기 기판 상에 공급하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 열이 상기 기판을 관통하여 30 % 진행하기 전에 용융된 보호 금속 코팅을 상기 기판 상에 공급하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    철 금속 기판의 표면만을 가열하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    아연을 포함하는 보호 금속 코팅을 녹이는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판의 가열 후에 0.2 초 이내에 상기 가열된 기판의 표면에 용융된 보호 금속 코팅을 공급하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판의 가열 후에 0.1 초 이내에 상기 가열된 기판의 표면에 용융된 보호 금속 코팅을 제공하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판의 반대 면을 고주파 유도 히터를 이용하여 동시에 표면 가열하는 단계 및
    즉시 가열된 양 표면에 상기 용융된 보호 금속 코팅을 공급하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 유도 가열된 표면의 반대 면은 먼저 도료(paint)로 코팅되는 것인 금속 기판의 코팅방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 용융된 보호 금속 코팅의 온도는 ±1 % 내에서 제어되는 것인 금속 기판의 코팅방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 금속 기판을 차폐된 구역 내에서 유도 가열하는 단계 및
    상기 차폐된 구역에 비산화성 기체를 흘려(flooding)주는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 금속 기판의 반대 면을 냉각하는 동안 상기 기판의 일 면을 유도 가열하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 기판의 일 면을 상기 유도 가열 및 코팅한 후에, 상기 기판의 반대 면을 유도 가열 및 코팅하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.
  15. 금속 기판을 코팅하는 방법으로서,
    낮은 연소 온도를 낮는 기판의 일 면에 도료를 공급하는 단계;
    상기 기판의 반대 면을 고주파 유도 히터를 이용하여 보호 금속 코팅의 녹는점 이상으로 가열하는 단계; 및
    즉시 상기 기판의 상기 도료가 칠해진 표면까지 상기 열이 관통되기 전에 상기 유도 가열된 표면에 보호 금속 코팅을 제공하는 단계
    를 포함하는 금속 기판의 코팅방법.

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