KR20220074945A - 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탱크 (2), 및 상기 탱크 (2) 내측의 수용액 (3) 을 포함하는, 통과하는 스트립 (S) 의 연속 클리닝 장치 (1) 에 관한 것이다. 또한, 상기 장치는 상기 수용액 (3) 에 침지되는 적어도 하나의 롤 (4), 적어도 초음파 방출 수단 (5), 수용액을 공급하는 수단 (6) 및 탱크를 비우는 수단 (7) 을 포함한다. 또한, 상기 장치는 수용액 레벨을 추정하는 수단 (8), 각각의 초음파 방출 수단 (5) 에 대해 수용액 레벨까지의 거리를 계산하는 수단 (9), 및 적어도 하나의 초음파 방출 수단 (5) 의 전력을 제어하는 수단 (10) 및 적어도 하나의 초음파 방출 수단 (5) 이 통과할 수 있는 상기 탱크의 적어도 측방향 측 상에서 적어도 불침투성의 폐쇄가능한 개구를 제어하는 수단 (11) 을 포함한다.

Description

이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 방법 및 장치

본 발명은 스트립을 연속적으로 클리닝하기 위한 적어도 하나의 트랜스듀서를 포함하는 클리닝 탱크에 관한 것이다. 이러한 본 발명은 클리닝 프로세스의 클리닝 효율을 개선시킨다.

금속야금 분야에서, 높은 표면 품질을 갖는 스트립을 제조하는 것이 가장 중요하다. 압연 단계에서, 철, 금속성 입자들, 먼지 및 그리스는 금속 스트립에 접착된다. 이러한 접착들은, 그것들이 코팅 아래에 포획될 것이고 따라서 표면이 매끄럽지 않게 되기 때문에, 코팅 후 스트립 표면 품질의 저하를 발생시킨다. 이러한 단점들을 회피하기 위해, 스트립은 코팅 단계 전에 클리닝된다. 일반적으로 그것은 압연 후, 어닐링 또는 코팅 전에 발생된다. 그렇게 하도록, 대부분의 클리닝 라인들은 그 클리닝 작업들 중 전해 프로세스를 사용한다. 그러나, 이러한 기술은 화재와 같은 안전 위험을 발생시키는 H₂ 축적으로 인해 높은 안전 위험성을 나타낸다. 결국에, 전해 프로세스를 대체하도록 초음파를 사용한 클리닝 라인들이 개발되었다.

초음파 클리닝은 수용액 압력의 국부적인 편차를 유도하는 수용액을 통한 초음파 (또는 보다 일반적으로는 음파) 의 전파로 인해 작용한다. 음의 압력이 충분히 낮을 때 (수용액 증기압보다 낮을 때), 수용액 응집력들이 파괴되고, 기체 버블들 (캐비테이션 버블이라고도 함) 이 형성된다. 그후 이러한 버블들은 압력 편차들 (음파 전파로 인해) 을 받고, 이는 버블들이 붕괴될 때까지 그것들이 연속적으로 팽창 및 수축하게 한다. 초음파는 열적 효과뿐만 아니라 캐비테이션으로 인한 기계적 효과도 유발한다. 캐비테이션 버블들이 파괴되면 2개의 현상들이 발생한다.

- 버블에 존재하는 가스의 격렬한 압축으로 인한 충격파

- 마이크로 제트들: 고체 표면 근처에서, 버블 내파는 비대칭이 되고 결과적으로 발생된 충격파는 고체 표면을 향해 지향되는 수용액 마이크로 제트들을 생성한다. 고체 표면 상의 마이크로-제트들의 영향들은 에너지가 풍부하고, 이러한 기계적 효과는 냉간 압연 후 스트립 표면의 클리닝을 위한 아연도금에 사용될 수 있다.

특허 KR 2005 006 3155 는 강 시트를 클리닝하는 장치를 개시하고 있다. 상기 강 시트는 초음파 방출 박스들 또는 크레이트들이 통과하는 시트의 각각의 측 상에 위치된 알칼리 용액으로 충전된 탱크를 통해 통과하게 된다. 그러한 초음파 방출 박스들은 크레이트 측들에 부착된 압전 트랜스듀서들과 같은 초음파 방출 수단을 포함한다. 압전 트랜스듀서들이 진동하면 진동이 크레이트 측들으로 전달되고 그후 용액으로 전달된다. 결국에, 초음파는 클리닝 욕으로 그리고 스트립 상으로 전파된다. 그것은 클리닝 효율을 증가시킨다.

그러나, 상기 방법 및 그 장치를 사용함으로써, 클리닝 효율은 최적으로 되지 않는다.

본 발명은 전술한 문제점들을 해결하는 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적은 청구항 1 에 따른 장치를 제공함으로서 달성된다. 방법은 또한 청구항 2 내지 청구항 7 에 따른 임의의 특징들을 포함할 수 있다. 이러한 목적은 또한 청구항 8 내지 청구항 10 에 따른 방법을 제공함으로써 달성된다.

본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 본 발명의 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 발명을 예시하도록, 다양한 실시형태들 및 비제한적인 예들의 시험들은, 특히 다음의 도면을 참조하여 설명될 것이다.

도 1a 및 도 1b 는 트랜스듀서들이 구비된 탱크의 실시예의 측면도 및 정면도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b 는 트랜스듀서들이 구비된 탱크의 제 2 실시예의 측면도 및 평면도를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b 는 트랜스듀서들의 2개의 실시예들을 도시한다.
도 4a 및 도 4b 는 트랜스듀서들을 지지하기 위한 수단의 2개의 실시예들을 나타낸다.
도 5 는 트랜스듀서들 및 연관된 파들의 바람직한 배열을 도시한다.
도 6 은 클리닝 효율에 대한 초음파 방출 수단의 타입의 영향을 도시한다.

본 발명은 이동하는 강 스트립 (S) 의 연속 클리닝을 위한 장치 (1) 에 관한 것이고, 상기 장치는,

- 수용액 (3) 을 함유하는 탱크 (2),

- 상기 탱크 (2) 내로 상기 스트립을 안내하기 위한 적어도 롤 (4),

- 수용액 (3) 에 침지된 적어도 트랜스듀서 (5) 를 포함한다.

도 1a 는 측면도이며 도 1b 는 연속 클리닝 장치의 정면도이다. 도 1a 및 도 1b 에 예시된 바와 같이, 이동하는 스트립 (S) 의 연속 클리닝 장치 (1) 는 탱크 (2), 및 상기 탱크 내측의 수용액 (3) 을 포함한다. 또한, 상기 장치는 상기 수용액 (3) 에 함침된 적어도 롤 (4) 및 적어도 트랜스듀서 (5) 를 포함한다. 수용액은 클리닝 효율을 개선하도록 알칼리 생성물 또는 산성 용액 또는 중성 용액을 포함할 수 있다. 용액 선택은 기재들 및 오염물들에 종속된다.

탱크는 또한 탱크 내로 수용액을 공급하는 수단 (6) 및 탱크를 비우는 수단 (7) 을 포함할 수 있다.

도 1a 에 도시된 바와 같이, 공급하는 수단 (6) 은 탱크의 상부 또는 탱크의 상단에 바람직하게 위치되어 탱크의 더 양호한 충전을 허용하고, 따라서 클리닝 시간 및 수용액을 통해 스트립에 의해 통과하는 거리가 증가된다. 비우는 수단 (7) 은 탱크를 가능한 많이 비우도록 탱크의 하부 부분에, 바람직하게 그 바닥에 위치되며, 이러한 수단은 덤프, 리사이클링 또는 재생 프로세스에 연결된 파이프들 및 밸브들일 수 있다.

적어도 하나의 롤 (4) 은 바람직하게 탱크의 바닥에 있지만 비우는 수단 (7) 위에 있으며, 이러한 배열은 수용액 (3) 을 통해 스트립 (S) 에 의해 트레블하는 거리 및 클리닝 시간을 증가시키고 따라서 클리닝을 개선한다.

수용액 (3) 은 용액 (도시 생략) 으로 충전된 또 다른 탱크와 바람직하게 연결되는 파이프들, 밸브들과 같은 공급하는 수단 (6) 에 의해 탱크 내로 도입된다.

도 1a 에 예시된 바와 같이, 클리닝 장치 (1) 는 바람직하게는 적어도 하나가 탱크의 각각의 측 상에 있는, 상기 탱크 (2) 위에 위치된 적어도 2개의 외부 롤들 (8) 을 포함하고, 예를 들어, 하나는 하류측 (10) 상에, 다른 하나는 초음파 클리닝 장치의 상류 측 (9) 상에 있다. 롤들 (8, 4) 은 바람직하게는 동일한 배향을 가지며, 예를 들어, 그 회전축은 평행하다. 롤들 위치설정은 바람직하게 스트립 (S) 이 비틀리지 않고 수용액 (3) 을 통과하도록 허용한다.

더욱이, 그것은 또한 수용액 레벨을 추정하기 위한 수단 (11) 을 포함할 수 있다. 수용액 레벨을 추정하기 위한 수단 (11) 은 차압 포획기, 진동 레벨 스위치들 또는 정수압 방법에 사용되는 임의의 수단일 수 있다.

적어도 하나의 트랜스듀서 (5) 는 상기 탱크 (2) 내측에 바람직하게는 공급하는 수단 (6) 아래에 그리고 바람직하게는 롤 (4) 위에 위치된다.

도 2a 및 도 2b 는 스트립 (S) 이 수직으로 대부분 통과하는 도 1a 및 도 1b 와 비교하여 스트립 (S) 이 수용액을 통해 수평으로 대부분 이동하는 연속 클리닝 장치의 제 2 바람직한 실시예의 측면도 및 평면도를 나타낸다.

도 3a 및 도 3b 에 예시된 바와 같이, 트랜스듀서 (5) 는 푸시-풀 피에조 트랜스듀서들과 같은 드라이버헤드 (13) 를 각 하나 또는 양쪽 극단들에서 갖는 공진기 로드 (12) 로 제조된다. 상기 드라이버헤드 (13) 는 일반적으로 몇개의 압전 트랜스듀서들 (130) 을 포함한다. 적어도 하나의 드라이버헤드 (13) 로 인해 인해 공진기 로드 (12) 는 진동한다. 이러한 시스템은 전방향으로 초음파를 방출한다. 트랜스듀서가 드라이버헤드만 포함할 때, 다른 극단 (14) 은 바람직하게는 도 3b 에 예시된 바와 같이 라운드형이거나 포인트형이다.

도 4a 및 도 4b 에 예시된 바와 같이, 트랜스듀서 (5) 는 바람직하게는 탱크 벽 (2) 또는 탱크 벽에 고정된 지지 피스들 (15, 150, 151) 에 의해 지지된다. 바람직하게는, 상기 드라이버 헤드들 (13) 에 연결된 전선들 (16) 은 탱크 벽 (2) 을 통해 통과하고 수용액에 침지되거나 그와 접촉되지 않는다.

트랜스듀서들은 20 내지 60 kHz 의 주파수에서 작동할 수 있다. 바람직하게는, 트랜스듀서는 적어도 25 kHz 의 주파수에서 작동한다. 바람직하게는, 트랜스듀서는 최대 40 kHz 의 주파수에서 작동한다. 각각의 트랜스듀서는 바람직하게는 500 내지 3000 kW 의 전력에서 작동할 수 있다. 더욱 더 바람직하게는, 각각의 트랜스듀서는 적어도 2000 kW 의 전력을 갖는다.

클리닝 프로세스 동안 트랜스듀서가 더 이상 침지되지 않는 지점까지 욕 레벨이 변경될 수 있는데, 그러한 경우 과열로 인한 손상을 회피하도록 비침지된 공진기를 끄는 것이 바람직하다. 유지보수 작업 동안 탱크는 비워질 수 있으며, 그러한 경우 과열로 인한 손상을 회피하도록 공진기를 끄는 것이 바람직하다. 전체적으로, 공진기가 수용액 표면 아래에 적어도 3 cm 로 침지되지 않을 때, 과열로 인한 손상의 위험을 낮추도록 그것을 끄는 것이 바람직하다.

적어도 트랜스듀서를 포함하는 본 발명에 따른 클리닝 탱크는, 동일한 작동 주파수를 갖는 초음파 방출기 수단을 갖는 침지된 박스들을 포함하는, 당업계에 공지된 클리닝 탱크에 비해 클리닝 효율을 개선시킬 수 있다.

수중 박스들이 구비된 것에 비해, 푸시-풀 트랜스듀서들과 같은 트랜스듀서들이 구비된 클리닝 탱크의 개선된 효율을 입증하도록 몇몇 테스트가 수행되었다. 이들 테스트에서, 스트립 샘플의 청결도는 클리닝 단계 전후에 측정되었다. 그러한 실험들에서, 스트립은 65 ℃ 에서 10 g.L^-1 의 NaOH 를 갖는 클리닝 욕 및 2 kW 의 전력을 갖는 2 개의 푸쉬-풀 피에조 트랜스듀서의 세트를 포함하는 박스 또는 2 kW 의 전력을 갖는 수중 박스에서 24 초 동안 침지된다. 스트립 부분이 수용액을 통한 그 변위으로 인해 실험 시간의 1/4 동안만 초음파 방출기 수단에 의해 마주보기 때문에, 실험 조건에서의 24초의 침지 시간은 약 6초의 직접 노출 시간에 상응한다고 가정된다.

다음 표에서 주목된 바와 같이, 클리닝 효율은 "클리닝 단계 전의 추정된 청결도" 를 "클리닝 단계 후의 추정된 청결도" 로 나눈 것이다. 청결도를 추정하기 위해, 3M 595 Scoth™ 접착제는 철 미분 및 오일을 접착제 상에 부착시키도록 스트립 표면 상에 가압된다. 그후, 스카치의 반사율은 반사계에 의해 측정된다. 이러한 반사율은 제곱미터 당 철 미분들의 밀도에 링크연결된다. 접착제에 더 많은 철 미분들이 부착될수록, 그 반사율은 더 낮게 될 것이다. 결국에, 접착제 반사율이 높을수록, 스트립은 보다 클리닝된다. 다음 표는 실험의 메인 매개변수들을 포함한다. 도 6 에서, 클리닝 효율은 다양한 스트립 속도에 대해, 양쪽 타입들의 초음파 방출 수단: 푸시-풀 튜브들 및 수중 박스들에 대해 도시된다.

바람직하게는, 기능할 때 모든 공진기들은 용액 표면 아래에 적어도 3 cm 로 완전히 침지된다. 그것은 공진기들의 과열 위험을 감소시키도록 허용한다.

바람직하게는, 도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 트랜스듀서 (5) 는 스트립 폭 (17) 에 평행한 그 길이를 갖는다. 즉, 공진기 로드 (12) 는 스트립 폭 (17) 에 평행한 그 길이를 갖는다. 심지어 더 바람직하게는, 트랜스듀서는 그것이 전체 스트립 폭을 커버하는 방식으로 스트립 폭 (17) 에 평행하게 위치설정된다. 이러한 배열은 스트립 폭을 따라 클리닝 효율 및 클리닝 균일성을 개선해야 한다.

탱크가 스트립 폭보다 작은 공진기 로드의 길이를 갖는 적어도 2개의 트랜스듀서들을 포함할 때, 공진기 로드는 스트립 폭 전체를 커버하도록 시프트된다.

바람직하게는, 도 1a 및 도 2a 에 예시된 바와 같이, 탱크는 적어도 2개의 트랜스듀서들 (5) 을 포함한다. 심지어 더욱 더 바람직하게는, 탱크는 5, 10 또는 15개의 트랜스듀서들을 포함한다.

스트립의 동일한 측 상에 2개의 트랜스듀서들이 있을 때, 그것들은 푸시-풀 트랜스듀서들에 의해 생성된 파장의 (0.5) 배에 상응하는 거리만큼 서로로부터 시프트되는 것이 바람직하다. 초음파 방출 수단의 수가 m 일 때, 그것들 각각은 그 이웃을 향해 파장의 (1/m) 배인 유사한 거리만큼 추가로 시프트될 수 있다. 예를 들어, 25 kHz 의 주파수에서 작동하는 6개의 트랜스듀서들이 물에 필적하는 환경에서 사용되는 경우, 다수의 인자들 (예를 들어, 온도 및 압력) 에 종속되는 파속도는 대략 1500 m.s^-1 이다. 파장은 파동 속도를 파동 주파수로 나눈 값과 동등하므로 이러한 경우 1500/25000 = 0.06 이고 파장은 약 6cm 이다. 초음파 방출 수단이 6cm 의 파장을 갖는 초음파를 생성하는 경우, 그것들은 서로 (1/6) x6 = 1cm 로 측방향으로 시프트되어야 한다.

도 5 에서 알 수 있는 바와 같이, 이러한 배열은 스트립 이동 방향으로 정렬된 2개의 노드들 (18) 을 갖는 것을 방지한다. 이러한 시프트는, 스트립의 모든 지점들이 적어도 하나의 초음파에 노출되는 것을 보장하기 때문에, 클리닝 균질성을 개선시킬 수 있게 허용한다.

바람직하게는, 트랜스듀서들 (5) 및 스트립 (S) 은 40 mm 내지 250 mm 의 거리만큼 이격된다. 이러한 이격은 초음파 방출 수단을 효율적으로 사용할 수 있게 한다. 이러한 이격 거리는, 이격이 40 mm 미만이면, 초음파 방출 수단이 예를 들어 스트립 벤딩 또는 스트립 평탄도 불규칙성으로 인해 결국 스트립 (S) 에 의해 파괴될 것이기 때문에 장치 (1) 를 개선시킨다. 그러나, 이격이 200 mm 보다 크면, 이때 초음파 방출 수단 클리닝 파워의 효율은 심각하게 감소되는 것으로 보인다.

바람직하게는, 상기 스트립 (S) 의 각각의 표면은 적어도 하나의 트랜스듀서에 의해 마주보게 된다. 스트립의 하나의 측 상에 위치되는 초음파 방출 수단이 양쪽 표면들을 클리닝함에도 불구하고, 각각의 표면을 마주보는 초음파 방출 수단을 갖는 것은 클리닝 품질을 증가시킨다. 즉, 도 1a 및 도 1b 에 도시된 것과 유사한 장치에서, 적어도 하나의 트랜스듀서 (5) 는 탱크 벽과 스트립 (S) 사이에 위치설정되고, 적어도 하나의 트랜스듀서는 아래로 향하는 스트립의 부분과 위로 향하는 스트립의 부분 사이에 위치설정된다. 유사하게, 도 2a 및 도 2b 에 도시된 것과 유사한 장치에서, 적어도 하나의 트랜스듀서는 위에 위치되고 적어도 다른 하나는 스트립 아래에 위치된다.

바람직하게 장치는 상기 수용액의 단위 부피의 리터 당 5 와트 내지 리터 당 25 와트의 전력 밀도를 갖는다. 심지어 더 바람직하게는, 리터 당 전력은 리터 당 10 내지 20 와트이다. 이러한 범위의 전력 밀도를 사용하는 것은 클리닝 효율과 에너지 절약 사이의 최상의 절충인 것으로 보이며, 이는 스트립의 양호하고 충분한 클리닝을 허용하고 에너지 낭비를 회피한다.

본 발명은 또한 수용액 (3) 을 함유하는 탱크 (2), 상기 탱크 (2) 내로 상기 스트립을 안내하기 위한 적어도 롤 (4), 및 상기 수용액에 침지되는 적어도 트랜스듀서 (5) 를 포함하는 클리닝 장치에서 이동하는 스트립을 클리닝하기 위한 방법에 관한 것이고, 상기 방법은,

- 상기 이동하는 스트립을 상기 수용액 (3) 에 침지하는 단계,

- 상기 수용액에 침지되는 적어도 하나의 상기 트랜스듀서에 의해, 상기 수용액 내로 초음파를 방출하는 단계를 포함한다.

바람직하게, 상기 수용액은 리터당 10 그램 내지 리터 당 40 그램의 알칼리 생성물을 함유한다. 명백히, 이러한 범위의 알칼리 생성물 농도는 클리닝을 개선시키고 알칼리 생성물을 효율적으로 사용한다.

바람직하게는, 상기 수용액은 30 ℃ 내지 80 ℃ 의 온도에서 유지된다. 명백히, 클리닝 용액 온도가 높을수록, 프로세스의 클리닝 효율이 더 양호하게 되지만 트랜스듀서 수명은 더 짧아진다. 이러한 범위는 클리닝 효율과 초음파 방출 평균 수명 사이의 최상의 절충인 것으로 보인다.

본 발명은 현재 실용적일 뿐만 아니라 바람직하다고 가정되는 실시예에 대해 상기에서 설명되었다. 그러나, 본 발명은 본 명세서에 개시된 실시예에 제한되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위 및 명세서 전반을 정독한다면 본 발명의 요지 또는 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 적절히 변경될 수 있나는 것이 이해되어야 하며, 이러한 변경들로 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법 및 열간 압연된 강 시트를 제조하는 장치도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

Claims (10)

1. 이동하는 강 스트립 (S) 의 연속 클리닝을 위한 장치 (1) 로서,
   - 수용액 (3) 을 함유하는 탱크 (2),
   - 상기 탱크 (2) 내로 상기 스트립을 안내하기 위한 적어도 롤 (4),
   - 상기 수용액에 침지된 적어도 트랜스듀서 (5) 를 포함하는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   적어도 하나의 상기 트랜스듀서는 20 내지 60 kHz 의 주파수에서 작동할 수 있는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   적어도 하나의 상기 트랜스듀서는 500 내지 3000 kW 의 전력에서 작동할 수 있는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 트랜스듀서 (5) 는 스트립 폭에 평행한 길이를 갖는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
   상기 트랜스듀서 (5) 및 상기 스트립 (S) 은 40 mm 내지 250 mm 의 거리만큼 이격되는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
6. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스트립 (S) 의 각각의 표면은 적어도 하나의 트랜스듀서에 의해 마주보게 되는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
7. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 장치는 상기 수용액의 단위 부피의 리터 당 5 와트 내지 리터 당 25 와트의 전력 용량을 갖는, 이동하는 강 스트립의 연속 클리닝을 위한 장치.
8. 수용액 (3) 을 함유하는 탱크 (2), 상기 탱크 (2) 내로 스트립을 안내하기 위한 적어도 롤 (4), 및 상기 수용액에 침지되는 적어도 트랜스듀서를 포함하는 클리닝 장치에서 이동하는 스트립을 클리닝하기 위한 방법으로서,
   - 상기 이동하는 스트립을 상기 수용액 (3) 내에 침지하는 단계,
   - 상기 수용액에 침지되는 적어도 하나의 상기 트랜스듀서에 의해, 상기 수용액 내로 초음파를 방출하는 단계를 포함하는, 클리닝 장치에서 이동하는 스트립을 클리닝하기 위한 방법.
9. 제 10 항에 있어서,
   상기 수용액은 리터당 10 그램 내지 리터 당 40 그램의 알칼리 생성물을 함유하는, 클리닝 장치에서 이동하는 스트립을 클리닝하기 위한 방법.
10. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 수용액은 30 ℃ 내지 80 ℃ 의 온도에서 유지되는, 클리닝 장치에서 이동하는 스트립을 클리닝하기 위한 방법.

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