KR20240008603A - 연속 용융아연 도금강판의 냉각 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융아연도금강판을 제조함에 있어서 용융상태의 도금층을 응고시키기 위한 강판 냉각 방법에 대한 것으로, 공냉 및 자연냉각 및 수냉으로 구성되며 수냉처리 설비의 크기를 최소화하고, 처리시간을 짧게하여 결함이 없는 미려한 도금 표면을 얻을 수 있는 용융아연도금 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있으며, 에어 나이프(1)의 상부에는 공냉설비(2) 및 공냉설비의 출구에는 제1 광온도계(3)가 설치되며, 공냉 설비(2)와 수냉설비(4) 사이에 자연 냉각을 위한 공간(5)이 있으며, 수냉설비(4)의 입구 및 출구에는 제2 광온도계(6) 및 제3 광온도계(7)가 있으며 자연 냉각 구간(5)의 거리를 조절하기 위한 수냉 설비의 수직 이동용 리프트(8)가 있는 것이 특징인 용융아연 도금층의 응고설비를 이용하는데 있어서, 방사율 설정값을 0.1~0.12의 범위 내의 임의 값으로 설정된 제1 광온도계에서 측정한 온도가 420~423 ℃가 되도록 공냉 설비(2)에서 공냉시키고, 이후 강판을 자연 냉각시키되, 방사율인 0.1~0.12 범위 내에서 임의의 값이되, 두 기기의 방사율이 동일하게 설정된 제2 광온도계 및 제 3 광온도계의 온도 차이가 15℃ 이상이 되게 수냉 챔버를 상하 이동시켜 자연 냉각 시간을 조절하는 것이 특징인 도금층 냉각 방법에 관한 것이다.

Description

연속 용융아연 도금강판의 냉각 방법 {Cooling method for continuous galvanized steel steet}

본 발명은 용융아연도금강판을 제조함에 있어서 용융상태의 도금층을 고효율로 냉각시키기 위한 용융도금강판의 냉각방법에 관한 것으로, 특히, 도금강판 표면의 결함 발생을 최소화하여 표면이 미려한 용융아연도금 강판을 안정적으로 생산할 수 있는 용융도금강판의 제조방법에 관한 것이다.

연속 용융아연 도금강판은 강판이 용융 도금 욕조를 통과한 후에, 강판 표면에 과도하게 부착된 용융상태의 도금액을 목표 도금량이 되도록 에어나이프를 이용하여 잉여의 용융 도금액을 제거 한 후에 냉각 장치로 강판을 냉각시켜서 도금층을 응고시켜서 제조된다.

이때 용융 상태의 도금층 냉각속도가 빠를 수록 도금조직이 미세화 되어 도금 품질이 향상된다.

일반적으로 연속 용융 아연도금 강판의 제조 공정에 있어서 450 ℃의 강판을 419℃ 이하로 냉각시켜야 도금층이 응고가 종료된다. 특히 응고 직전인 420℃에서 응고가 끝나는 온도인 410℃ 사이에서의 냉각 속도를 빠르게 할수록 아연 도금 조직의 크기는 작게된다.

용융아연도금 강판의 응고 방법으로는 공기 강제 냉각 방법(이하 공냉)과 수용액 분사 냉각(수냉) 방식이 이용되며, 수냉의 냉각속도가 공냉에 비해 더 빠르지만 분사된 수용액 액적에 의해 도금층 표면에 피팅 마크 결함이 발생하기 쉽다. 이 피팅마크를 최소화 시키기 위해서는 수냉 처리를 최대한 짧게 하여야 한다.

수냉 방식의 공지기술에 대해서는 대한민국 특허 공고 10-0504370이 있다. 도금층이 응고되기 직전에 용액을 분사해야 한다고 기재되어 있으나, 작업자의 경험에 의존하게 되면 품질 편차가 발생할 수 있어서 안정적으로 제품을 생산하기 어려울 수 있다. 일반적으로는 연속 용융도금공정에서는 비접촉식 광온도계를 설치하여 강판 온도를 측정한다. 광온도계를 이용할 때는 측정대상 물체의 정확한 방사율로 설정해야만 온도를 정확히 측정할 수 있다. 설정된 방사율이 잘못되면 측정 오차는 커지게 되어 도금제품의 품질에 편차가 크게 되는 문제가 있다.

대한민국 특허 공고 10-0504370

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 용융 도금강판의 제조공정에 있어서 도금층을 고효율로 냉각시켜서 피팅 결함이 없고 도금조직이 미세한 용융 아연도금강판을 안정적으로 얻을 수 있는 용융아연도금 제조방법을 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용융 아연 도금 포트를 빠져 나온 강판에 부착된 과잉의 용융 상태의 아연을 에어나이프(1)를 통과시켜서 도금부착량을 조절한 후에 냉각하는 통상의 연속 용융 아연도금강판 제조 설비를 이용한 제조 방법에 있어서, 용융 상태의 도금층은 공냉, 자연 냉각 및 수냉 과정을 거쳐 응고되며, 에어 나이프(1)의 상부에는 공냉설비(2) 및 공냉설비의 출구에는 제1 광온도계(3)가 설치되며, 공냉 설비(2)와 수냉설비(4) 사이에 자연 냉각을 위한 공간(5)이 있으며, 수냉설비(4)의 입구 및 출구에는 제2 광온도계(6) 및 제3 광온도계(7)가 있으며 자연 냉각 구간(5)의 거리를 조절하기 위한 수냉 설비의 수직 이동용 리프트(8)가 있는 것이 특징인 용융아연도금용 냉각 설비를 이용한 제조 방법에 관한 것으로, 이를 다음과 같은 방법으로 제조된다.

공냉 설비의 출구에 위치한 제1 광온도계의 방사율 설정값을 0.1~0.12내의 임의의 값으로 하고, 이 조건으로 강판의 온도를 측정할 때 강판 온도가 420~423℃가 되도록 하부 공냉 설비에서 공냉시킨다. 공냉 설비는 통상적으로 사용되는 모터와 팬 블로워와 공기를 이송하기 위한 덕트로 구성된 것이면 충분한 성능을 발휘 할 수 있다. 즉 강판의 두께가 얇을수록, 강판의 생산속도가 느릴수록 필요한 공기 취입량은 감소하게 된다. 즉, 공냉 설비 출구에서의 강판 온도의 목표 값을 설정한 후에 제1 광온도계로 온도를 측정하여 강판 온도가 목표 온도에 도달되도록 공냉 설비에서 취입하는 공기량을 결정한다.

공냉 처리된 강파은 자연 냉각시킨다. 자연 냉각 시간은 공냉 설비와 수냉 설비 사이의 거리에 의해 결정되며, 수냉 설비 리프트를 이용하여 수냉 챔버를 상하 이동시켜 자연 냉각 시간을 조절한다.

자연 냉각 시간은 다음과 같이 결정된다.

수냉 챔버의 하부 및 상부에는 제2 광온도계 및 제 3 광온도계가 설치되어 있다. 이 광온도계들의 방사율은 용융상태의 아연도금 방사율인 0.1~0.12 범위의 임의의 값으로 하되, 두 광온도계를 동일하게 한다. 자연 냉각 구간의 길이는 제2광온도계와 제 3광온도계에서 측정한 강판의 온도 차이가 15℃ 이상인 조건을 만족시키기 위해서 수냉 챔버의 위치는 상부 혹은 하부로 이동시킨다.

즉, 제2 및 제3 광온도계의 온도값의 차이가 15℃ 보다 작으며, 제2 광온도계의 온도가 419℃ 보다 높으면 수냉 챔버의 위치를 상부로 이동시켜 자연냉각구간을 길게 하여 제2 광온도계와 제3 광온도계의 온도차이가 15℃ 보다 크게 하고, 제2 및 제3 광온도계의 온도값의 차이가 15℃ 보다 작으며, 제2 광온도계의 온도가 419℃ 보다 낮으면 수냉 챔버의 위치를 하부로 이동시키서 자연냉각구간을 짧게 하여 제2 광온도계와 제3 광온도계의 온도차이가 15 ℃ 보다 크게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 제안하는 장치는 강판을 냉각하여 용융 상태의 아연 도금층을 응고시키는 장치에 대한 것으로 본 장치를 사용함으로써 표면품질이 우수한 용융도금장치를 손쉽게 제조할 수 있다.

도 1 본 발명에 사용된 연속 용융 아연도금 설비의 개략도
도 2 용융 아연도금강판의 온도의 광온도계로 측정할 때 측정 오차를 나타낸 그래프
도 3 열전대와 광온도계로 용융 아연도금강판의 온도 측정 결과를 나타낸 그래프
도 4 본 발명과 비교예의 조건으로 제조된 아연도금강판 표면을 현미경으로 관찰한 사진

본 장치에서 용융 아연도금강판의 도금층을 공냉, 자연냉각 및 수냉의 단계를 거쳐 응고 시키는 목적은 수냉 처리를 시간을 최소화하여 피팅마크를 감소시키고, 도금 조직의 크기를 미세화시키기 위한 것이다.

강판이 수냉챔버 내로 들어올 때 온도가 418 ℃ 이하가 되면 이미 도금층의 응고가 진행되고 있어 스팽글 크기 감소 효과는 거의 없다. 또한 수냉챔버로 인입되는 강판의 온도가 420℃ 보다 높을 때는 스팽글 크기를 감소시키기 위해서는 수냉 챔버의 냉각 능력이 커져야 된다. 또한 강판 온도가 높을 때 수용액을 분사하게 되면 피팅 결함이 발생하게 된다. 수냉챔버의 크기가 커지게 되면 설비비가 많이 소요되고, 결함발생 위험이 증가되어 수냉 챔버의 크기를 최소화 하는 것이 좋다.

수냉 챔버의 냉각 능력은 도금층을 응고시킬수 있는 정도의 크기로 하는 것이 가장 좋다. 이를 위해서는 냉각 챔버로 인입되는 강판 온도를 응고되기 직전온도인 420 도 로 만드는 것이 필수적으로 필요하다.

통상 알루미늄이 0.1~0.3 중량 % 포함된 용융 아연의 경우는 약 419~418 ℃에서 응고가 시작되어 410 ℃ 이상에서 응고가 끝나므로, 수냉 설비의 냉각능력은 강판을 약 10 ℃ 정도 냉각시킬 수 있는 정도로 설계하는 것이 가장 좋으며, 수냉 처리 시작 시의 강판 온도는 반드시 419 ℃ 보다 높아야 한다.

이를 위해서는 강판 온도를 정확히 측정해야 하지만 광온도계의 특성상 강판 온도를 정확히 측정하는 것은 거의 불가능하다.

특히 냉각 시 강판 온도는 도금 욕에 침적되는 강판 온도, 도금욕 온도, 강판 두께, 도금부착량 및 공장 내 공기 온도 등의 영향을 받기 때문에 정확한 강판 온도를 예측하는 것은 매우 힘든 일이다.

도 2는 실험을 통하여 얻어진 결과로서 도금층에 열전대를 부착하여 실제 강판 온도를 측정하고, 이때 동시에 광온도계로 강판 온도를 측정하여 둘 사이의 온도 차를 나타낸 것이다. 방사율이 0.10~0.12내 임의의 값으로 설정될 경우에 측정 오차는 최대 3 ℃ 였다. 따라서 강제 공기 냉각 챔버에서 냉각시킬때 광온도계로 측정한 강판 온도가 423~426℃가 되게 냉각하면, 공냉처리에서 도금층응고가 시작될 위험이 없어지게 된다.

도 3은 강판의 온도를 측정한 예시이다. 두께가 1 mm 인 강판을 알루미늄이 0.22% 포함된 용융 아연욕조에 침적한 후에 아연도금부착량이 양면합계가 140 g/m2 되도록 조정한 후에 수용액을 분사하여 응고시킬 때 강판온도를 광온도계로 측정한 결과이다. 도금층의 응고가 일어나는 419 ℃이하에서 강판의 온도 측정값은 급격하게 낮아지는 현상이 발생하였다. 이는 실제 강판 온도가 낮아진 것이 아니라 도금층이 응고될 때 아연도금층의 방사율이 낮아지게 되기 때문이다. 즉 열전대로 측정한 실제 강판 온도 보다 제3 광온도계에서 측정한 온도값이 더 낮게 측정되는 것은 수냉 처리 단계에서 도금층이 응고된다는 것을 의미한다.

본 발명에서는 이 현상을 이용하여 자연냉각 구간을 조절하는 방법을 제안한다.

본 발명에서는 광온도계의 기능은 두가지 이다.

즉 제1 광온도계의 기능은 정확한 강판 온도를 측정하는데 있다. 즉 공냉 챔버에서의 강판 냉각량을 제어하기 위해 공냉챔버의 출구에서의 강판 온도를 정확히 측정하는 역활이다. 제2 및 제3 광온도계의 기능은 정확한 강판온도를 측정하는데 있는 것이 아니라, 수냉 설비를 상하 이동시켜서 자연냉각 구간의 길이를 정하는데 그 목적이 있다.

용융 아연도금작업 중에 강판 두께, 도금량, 생산속도 등등 많은 작업 요인들에 의해 강판온도가 변화되어도, 제1 광온도계에 의해 공기 냉각 챔버에서의 출구온도를 측정하여 냉각공기의 풍량을 조절하여 항상 일정하게 온도로 냉각 챔버 출구를 나오게 할 수 있다.

그러나 수냉 설비로 인입되는 강판 온도가 응고직전에 되기 위해서 강판으로 부터 제거해야할 열량은 강판온도, 도금량 및 라인 속도, 강판 두께 등에 의해 변화되므로, 이를 제거하기 위해 수용액 분사 챔버와 강제 공기냉각 챔버사이의 거리를 조절해 주어야 하며 이를 위해 수냉 챔버를 상하 이동을 위한 리프트가 필요하다. 리프트에 의한 이동 거리는 제2 광온도계와 제3 광온도계의 온도 측정값이 15도 이상이 되는 조건을 만족하면 된다.

실시예

본 발명의 실시예와 비교예로서

두께가 1 mm 인 강판을 알루미늄이 0.22% 포함된 460 ℃의 용융 아연욕조에 침적한 후에 욕조에서 꺼내어 아연도금부착량이 양면합계가 140 g/m2 되도록 조정한 후에 응고시켜 연속 용융 아연도금강판을 제조하였다. 비교예는 도금층을 응고시킬 때 통상의 공기 냉각 방식을 사용하였으며, 실시예는 방사율이 0.11로 설정된 제1광온도계로 강판 온도를 측정할 때 강판 온도가 423 ℃가 될 때까지 냉각을 한 후에 강판 온도가 420 ℃에 도달 할 때까지 자연냉각을 시키고, 그 이후 0.4 중량 % 인산 수용액을 강판에 분사하여 도금층을 응고시켰다.

도 4은 도금층 표면을 100배 현미경으로 관찰한 사진으로서 비교예에서는 약 0.56 mm 크기의 도금조직이 형성되었지만, 실시예에서는 피팅 마크가 없고 평균크기가 130 μm의 미세한 도금조직이 형성되어 있음을 알 수 있다.

본 발명은 자동차 차체를 구성하는 도금강판 및 가전기기의 외판에 사용되는 도금강판등과 같이 미려한 표면 외관이 요구되는 도금강판을 생산하는데 필요한 강판 냉각 방법을 제공하는데 이용될 수 있다.

1: 에어나이프, 2: 공냉설비, 3: 제1 광온도계, 4: 수냉설비, 5: 공냉설비와 수냉 설비간의 공간, 6: 제2 광온도계, 7: 제3 광온도계, 제8: 수냉 설비 리프트

Claims (2)

1. 에어 나이프(1)의 상부에는 공냉설비(2) 및 공냉설비의 출구에는 제1 광온도계(3)가 설치되며, 공냉 설비(2)와 수냉설비(4) 사이에 자연 냉각을 위한 공간(5)이 있으며, 수냉설비(4)의 입구 및 출구에는 제2 광온도계(6) 및 제3 광온도계(7)가 있으며 자연 냉각 구간(5)의 거리를 조절하기 위한 수냉 설비의 수직 이동용 리프트(8)가 있는 것이 특징인 용융아연 도금층의 응고설비를 이용하는데 있어서, 방사율 설정값을 0.1~0.12의 범위 내의 임의 값으로 설정된 제1 광온도계에서 측정한 온도가 420~423℃가 되도록 공냉 설비(2)에서 공냉시키고, 이후 강판을 자연 냉각시키되, 방사율인 0.1~0.12 범위내에서 임의의 값이되, 두 기기의 방사율이 동일하게 설정된 제2 광온도계 및 제 3 광온도계의 온도 차이가 15℃ 이상이 되게 수냉 챔버를 상하 이동시켜 자연 냉각 시간을 조절하는 것이 특징인 도금층 냉각 방법.
   
2. 제 1항에 있어서 제2 및 제3 광온도계의 온도값의 차이가 15℃ 보다 작으며, 제2 광온도계의 온도가 419℃ 보다 높으면 수냉 챔버의 위치를 상부로 이동시켜 자연냉각구간을 길게하여 제2 광온도계와 제3 광온도계의 온도차이가 15℃ 보다 크게 하고, 제2 및 제3 광온도계의 온도값의 차이가 15℃ 보다 작으며, 제2 광온도계의 온도가 419℃ 보다 낮으면 수냉 챔버의 위치를 하부로 이동시키서 자연냉각구간을 짧게 하여 제2 광온도계와 제3 광온도계의 온도차이가 15℃ 보다 크게 하는 특징인 도금층 냉각 방법