WO2014098489A1

WO2014098489A1 - 가열 장치 및 이를 포함하는 코팅 기구

Info

Publication number: WO2014098489A1
Application number: PCT/KR2013/011853
Authority: WO
Inventors: 정용화; 남경훈; 엄문종; 정우성; 홍석준; 곽영진; 김태엽; 이동열
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-26
Also published as: US20150345008A1; EP2937442A4; JP6078658B2; CN104884665B; KR20140081593A; EP2937442A1; US10196736B2; JP2016506452A; CN104884665A; KR101461738B1

Abstract

진공 중에서 연속 이동하는 모재(강판)의 코팅을 가능하게 하는 코팅증기를 발생시키는 가열 장치 및 이를 포함하는 코팅 기구가 제공된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 코팅증기로 생성되는 코팅물질을 초기에는 고상(고체 상태)으로 공급하고, 이후 액상(액체상태)로 상변화시키어 가열부에 공급하여, 기존 액상 코팅물질의 직접 공급에 따른 설비 침식 등을 방지하고, 기존 고체 와이어 공급에 따른 코팅물질의 온도저하 문제를 해소하여, 궁극적으로 가열 장치의 에너지 효율을 극대화하는 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

가열 장치 및 이를 포함하는 코팅 기구

본 발명은 연속 이동하는 모재(강판)의 증착 코팅을 위한 코팅증기(기체)를 발생하는 가열 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도 저하가 적은 액상 공급 방식을 채택하되, 공급된 고상의 코팅물질을 스톱핑하면서 가열하여 액상의 코팅물질을 가열부에 공급하기 때문에, 코팅증기를 원활하게 생성(형성)하고, 이를 통한 코팅 품질이나 조업성을 향상시키도록 한 가열 장치 및 이를 포함하는 코팅 기구에 관한 것이다.

기판 예를 들어, 연속적으로 (고속) 진행하는 강판을 진공 분위기하에서 증착하는 알려진 방식들을 통하여, 코팅물질 즉, 금속증기를 강판 표면에 코팅한다.

이와 같은 진공 증착은 진공 분위기 하에서 여러 방식으로 고체(고상) 또는 액체(액상)의 코팅 물질을 가열-증발시켜 증기(기체)로 변화시키고, 이를 강판 상에 증착하여 코팅을 수행하는 것이다.

그런데, 이와 같은 진공 증착을 매개로 한 기판(강판)의 연속 코팅은, 가열 방법에 따라 분류될 수 있는데, 예를 들어 열 증착법(thermal evaporation)과 전자빔 증착법(electron beam evaporation) 등이 있다.

한편, 최근에는 고속증착을 위한 전자기(부양) 증착법(electro-magnetic levitation evaporation)이 연구 개발되어 왔다.

이와 같은 전자기 증착법은, 코팅물질이 전자기 코일에 둘러싸여 있고, 고주파 전원에서 발생되는 고주파 교류전류를 전자기 코일에 인가하고, 이때 발생된 교류 전자기장에 의해 코팅물질을 부양 상태로 가열시키어, 기존 도가니에서 금속증기를 발생시키는 것에 비하여, 열 손실을 줄이면서 다량의 금속증기를 기판 예컨대, 연속적으로 (고속) 진행하는 강판의 표면에 코팅을 가능하게 하는 것이다.

그런데, 진공 중에서 연속으로 진행하는 강판을 코팅하기 위해서는 코팅증기를 발생시키는 가열 장치(증발원 장치)가 필요한데, 연속코팅을 구현하기 위해서는 코팅물질(증발(코팅) 대상 물질)의 공급이 필요하다.

이와 같은 코팅물질의 공급은 코팅물질의 상태에 따라 고상(고체) 공급과 액상(액체) 공급으로 구분될 수 있고, 액상 공급의 경우는 기계적 방식, 높이차 를 이용한 방식, 압력차 방식 등으로 분류할 수 있다.

예를 들어, 액상 공급 방식 중 기계적 방식으로는, 피스톤 방식(미국 공개특허 US 2005-0229856), 전자기를 이용한 MHD 펌프 방식(대한민국 공개특허 제2007-0015923호) 또는, 스크류 방식(일본 공개특허 제2010-189739호) 등이 있다.

그리고, 높이차를 이용한 방식은, 대한민국 공개특허 제2009-0074064호 등에서 개시되고, 압력차 방식은 일본 공개특허 소55-154537호 등에서 개시되고 있다.

그런데, 위의 관련 특허들에서 개시되는 액상 공급 방식은 공통적으로, 공급되는 액상물질에 의한 온도 또는 화학적 특성으로 인하여, 설비의 침식(마모)이 발생하는 문제가 있었다.

한편, 고상(고체) 공급 방식의 대표적인 방식으로, 고체 와이어를 공급하는 방식이 지금까지 적용되어 왔으나, 이 경우 전자기 코일 내에서 증기 물질의 온도를 저하시키는 문제가 있었다.

따라서, 당 기술분야에서는, 코팅증기로 생성되는 코팅물질(매질)을 초기에는 고상(고체 상태)으로 공급하고, 이후 액상(액체상태)으로 상변화시키어(용융하여) 가열부에 공급함으로써, 기존 액상 코팅물질 공급에 따른 설비의 침식(마모) 등을 방지하고, 액상 코팅물질을 코팅증기로 생성하기 때문에, 기존 고체 와이어 공급에 따른 코팅물질의 온도저하 등의 문제도 해소하여, 궁극적으로 가열 장치의 에너지 효율을 극대화하는 가열 장치가 요구되어 왔다.

또한, 이와 같은 가열 장치를 이용하여, 궁극적으로 모재 특히, (고속) 진행되는 강판의 연속 코팅을 안정적으로 가능하게 하면서, 코팅 품질은 향상시키는 코팅 기구가 또한 요구되어 왔다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일 측면으로서 본 발명은, 공급되는 고상의 코팅물질을 가열하여 코팅 대상물에 코팅되는 코팅증기를 발생토록 제공된 가열부; 및,

상기 가열부와 연계되고, 공급되는 고상의 코팅물질을 액상의 코팅물질로 상 변화시키어 상기 가열부로 공급토록 제공된 코팅물질 공급유닛;

을 포함하여 구성된 가열 장치를 제공한다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 상기 가열 장치; 및,

상기 가열 장치의 전체 또는 일부를 포위하면서, 진공 상태로 코팅 대상물이 통과하고 상기 가열 장치에서 발생된 코팅증기가 코팅되는 진공 쳄버;

를 포함하여 구성된 가열 장치를 포함하는 코팅 기구를 제공한다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 코팅증기로 생성되는 코팅물질을 초기에 고상으로 공급하고, 이후 액상으로 상변화시키어 가열부에 공급하기 때문에, 기존 액상 코팅물질의 직접 공급에 따른 설비의 침식과 같은 손상을 방지한다.

더하여 본 발명은, 공급된 액상의 코팅물질을 코팅증기(증착증기)로 생성하기 때문에, 기존 고체 와이어 공급에 따른 코팅물질의 온도저하 문제도 해소하는 것이다.

이에 따라서, 본 발명은 가열 장치의 에너지 효율을 극대화하기 때문에, 이를 이용한 코팅 기구에서 모재 예컨대, 고속 진행하는 강판의 연속 코팅을 안정적으로 유지하게 하면서도, 코팅의 품질은 향상하는 것이다.

도 1은 도 4에서 도시한 본 발명의 가열 장치를 포함하는 본 발명에 따른 코팅 기구의 전체 구성을 도시한 구성도

도 2는 도 1의 일부를 도시한 확대도

도 3은 본 발명의 가열 장치의 일 실시예를 도시한 구성도

도 4는 본 발명의 가열 장치의 다른 실시예를 도시한 구성도

도 5는 본 발명의 가열 장치의 또 다른 실시예를 도시한 구성도

도 6은 본 발명의 가열 장치의 또 다른 실시예를 도시한 구성도

도 7은 도 4에서 도시한 본 발명의 가열 장치를 포함하는 본 발명에 따른 코팅 기구의 다른 실시예의 전체 구성을 도시한 구성도

도 8은 도 7의 본 발명에 따른 코팅 기구의 변형예의 전체 구성을 도시한 구성도

이하, (첨부된 도면을 참조하여) 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. (도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.)

먼저, 도 1 및 도 2에서는, 도 4에서 도시한 본 발명에 따른 가열 장치(1)를 포함하는 일 실시예의 코팅 기구(200)를 도시하고 있고, 도 3 내지 도 6에서는 본 발명의 가열 장치(1)의 여러 실시예들을 도시하고 있고, 도 7 및 도 8에서는 도 4에서 도시한 본 발명의 가열 장치(1)를 포함하는 코팅 기구(200)의 다른 실시예와 그 변형예를 도시하고 있다.

따라서, 이하의 본 실시예 설명에서는, 도 1 내지 도 6을 토대로 일 실시예의 코팅 기구(200)와 여러 실시예의 가열 장치(1)들을 설명하고, 도 7 및 도 8을 토대로 다른 실시예의 코팅 기구(200)와 그 변형예를 설명한다.

한편, 본 발명의 코팅 기구(200)의 경우, 도 1 및 도 2에서 도시한 코팅 기구(200)는 코팅 대상물 즉, 강판(210)을 수평으로 이동시키면서 코팅하는 방식이고, 도 7 및 도 8의 코팅 기구(200)들은 강판(210)을 수직으로 이동시키면서 코팅하는 방식에서 차이가 있고, 이들 코팅 기구는 다음에 상세하게 설명하는 도 3 내지 도 6의 본 발명의 가열 장치(1)의 여러 실시예드를 모두 포함할 수 있음은 물론이다.

다음, 이하의 본 실시예 설명에서는 코팅 대상물을 (고속으로) 진행하는 강판(210)으로 한정하여 설명하고, 코팅물질은 강판에 증착 코팅되는 기체 즉, 코팅증기로서 제공되는 코팅매질로서, 이하에서는 코티매질 보다는 코팅물질로 설명하고, 특히 고체상태의 코팅물질은 '고상의 코팅물질(10)'로 설명하고, 고상의 코팅물질을 가열하여 상변화된(용융된) 액체상태의 코팅물질을 '액상의 코팅물질(12)'로 설명하고, 액상의 코팅물질(12)이 가열되어 생성되는 증착 증기(기체)는 '코팅증기(14)'로 설명한다.

한편, 고상의 코팅물질(10)은 도 1,2 및 도 7,8에서 도시한 바와 같이, 일정 크기를 갖추어 운반이나 공급 환경을 양호하게 하는 잉곳(괴) 형태가 바람직할 것이다. 물론 반드시 이에 한정되지 않음은 당연하다.

다음, 도 1 및 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 코팅 기구(200)는, 도금용액에 강판이 침지된 상태로 통과하면서 도금을 수행하는 방식과는 다른, 진공 분위기 하에서 코팅증기(14)를 증착시키어 강판(210)의 표면에 원하는 재질의 코팅을 구현하는 건식 코팅 기구일 수 있다.

한편, 본 발명의 코팅 기구(200)는, 다음에 도 2 내지 도 6에서 상세하게 설명하는 가열 장치(1)의 가열부(20)와 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관(62)의 적어도 일부를 밀봉 상태로 포위토록 제공되는 진공 쳄버(220)를 포함할 수 있다.

그리고, 진공 쳄버(220)에는 코팅 대상물인 강판(210)을 연속하여 고속으로 진행하기 위한 강판 이송롤(222)들이 진공 쳄버의 입측과 출측에 제공되고, 이와 같은 강판 이송롤(222)들은 쳄버 입측 및 출측에서 입구와 출구를 실링하는 역할도 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 코팅 기구(200)에서는 가열 장치(1)에서 발생된 코팅증기(14)가 코팅증기 노즐튜브(50)에 구비된 노즐 개구(52)에서 분출되고, 인접하여 진행되는 강판(210)의 표면에 코팅증기(14)가 증착하여 코팅이 이루어진다.

다음, 도 2 내지 도 6을 토대로, 본 발명의 가열 장치(1)의 여러 실시예들을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 가열 장치(1)는 공급되는 고상의 코팅물질(10)을 가열하여 강판(210)에 코팅되는 코팅증기(14)를 발생토록 제공된 가열부(20)를 포함하는데, 바람직하게는 공급된 고상의 코팅물질(10)을 액상의 코팅물질(12)로 상 변화 즉, 용융시킨 후 가열부(20)에서 코팅증기(14)를 발생하는 것이다.

따라서, 본 발명의 가열 장치(1)는, 종래 액상의 코팅물질을 바로 설비(가열부)에 공급하는 경우, 발생하는 설비의 침식(손상) 문제를 해소하고, 또는 고체 와이어와 같은 고체의 코팅물질을 공급하는 경우에 발생하는 코팅물질의 온도 저하를 방지할 수 있다.

즉, 취급과 공급이 용이한 일정한 크기인 잉곳 형태의 고상의 코팅물질(10)을 가열부(20)에 공급하고, 다음에 설명하는 가열 장치(1)의 스톱핑수단을 이용하여 공급된 고상의 코팅물질(10)을 일시적으로 스톱핑시킨 상태에서, 가열하여 상 변화된 액상의 코팅물질(12)을 가열부(20)의 코팅증기 발생튜브(40)에 보내어 코팅증기(14)를 원활하게 생성하면서, 초기부터 액상으로 공급하지 않아도 되기 때문에, 설비 침식이 발생되지 않고, 또는 와이어 등의 고체의 코팅물질을 공급하는 경우의 코팅물질의 온도저하를 방지하는 것이다.

한편, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열 장치(1)는 가열부(20)와 연계되면서, 공급 경로 상에서 고상의 코팅물질(10)을 액상의 코팅물질(12)로 상 변화시키어, 가열부(20)에 공급토록 제공된 코팅물질 공급유닛(60)을 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 가열 장치(1)에서 상기 가열부(20)는, 전자기 유도를 통한 코팅물질의 가열을 가능하게 하는 전자기 코일(30)과, 상기 전자기 코일(30)의 내측에, 공급된 액상의 코팅물질(12)을 가열하여 코팅증기(14)로 생성토록 제공되는 코팅증기 발생튜브(40)를 포함할 수 있다.

더하여, 본 발명의 가열 장치(1)는 코팅증기 발생튜브(40)와 연계되고 코팅증기(14)를 강판(210)에 분출(배출)시키어 강판(210)의 연속 코팅을 가능하게 하는 노즐 개구(52)를 갖춘 코팅증기 노즐튜브(50)를 더 포함할 수 있다.

이와 같은 코팅증기 노즐 튜브(50)는, 실제로는 코팅 기구(200)의 관련 요소일 수 있다.

즉, 본 발명의 가열 장치(1)는, 기본적으로 전자기 코일(30) 예컨대, 적당한 턴수로 권취된 상부 전자기코일(32)과 상부 전자기코일과 적당하게 이격되고, 적당한 턴수로 권취된 하부 전자기코일(34)로 구성된 전자기 코일(30)에 전원이 인가되면, 이때 발생하는 전자기 유도전류를 이용하여 코팅물질을 가열하고, 강판의 코팅에 필요한 코팅증기(14)를 발생시키는 것이다.

예를 들어, 전자기 코일(30)의 내측에서 고주파 전류의 인가시 형성되는 전자기력으로 인하여, 그 내측에 제공된 고상의 코팅물질(10)은 액상의 코팅물질(12)로 상 변화되고, 다시 액상의 코팅물질(12)은 코팅증기 발생튜브(40)의 내측에서 가열되면서 금속증기인 코팅증기(14)로 생성되는 것이다.

한편, 도 1과 같이, 전자기코일(30)의 상,하부 전자기 코일(32)(34)들에는 전원 공급기(36)가 연계되고, 별도의 부호로 표기하지 않았지만, 상기 전자기코일(30)에는 전자기 코일(고주파 코일)(30)의 아크발생을 차단하기 위한 절연 구조가 제공될수 있는데, 예를 들어 전자기 코일들은 캐스터블이나 세라믹의 충진재로 절연되는 것이다.

그리고, 도 1,2 및 도 7,8에서 도시한 바와 같이, 본 발명 전자기 코일(30)과 그 내측의 코팅증기 발생튜브(40)와 그 상부에 연결되는 노즐 개구(52)를 구비하는 코팅증기 노즐튜브(50)는, 진공 쳄버(220)의 내측에 배치되는 것이 바람직한데, 전자기력을 이용하여 코팅물질을 가열하는 경우, 상당한 고열이 발생되고, 따라서 튜브들이 외부에 노출되는 경우에 오염입자 등으로 아크가 발생될 우려가 있기 때문이다.

다음, 도 2 내지 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열 장치(1)의 상기 코팅물질 공급유닛(60)은, 코팅증기 발생튜브(40) 또는, 코팅증기 노즐튜브(50) 중 선택된 하나를 밀봉 상태로 통과하여 튜브 내부에 연계되는 코팅물질 공급관(62)을 포함한다.

물론, 본 발명의 코팅물질 공급관(62)은, 진공 쳄버(220)의 벽을 관통하여, 다음에 상세하게 설명하는 도 1,2 및 도 7,8의 코팅물질 공급수단(70)(170)과 연계되어 초기에는 고상의 코팅물질(10)이 코팅증기 발생튜브(40)의 내측으로 가열부(20)의 가열영역에 공급된다.

이때, 도면에서는 개략적으로 도시하였지만, 상기 코팅물질 공급관(62)은 바람직하게는 진공쳄버(220)의 벽과 코팅증기 발생튜브(40) 또는 코팅증기 노즐튜브(50) 중 하나를 관통하되, 코팅증기(14)의 외부 누출이나 외부 공기의 쳄버 내 유입을 차단하도록, 밀봉상태로 제공되는 것은 물론이다.

그리고, 이와 같은 코팅물질 공급관(62)은, 전자기력을 이용하여 고상의 코팅물질(10)을 가열하고, 상변화된 액상의 코팅물질(12)을 코팅증기(14)로 생성하는 가열부와 연계되기 때문에, 고온에서 사용하는 데에 문제가 없는 내열 재질로 제공하는 것이 바람직한데, 예를 들어 그라파이트 재질로 제공될 수 있다.

다음, 도 4 내지 도 6에서 도시한 바와 같이, 본 발명 가열 장치(1)에서 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관(62)에는 공급된 고상의 코팅물질(10)을 일시적으로 스톱핑하여(위치 정지시키어) 전자기력을 통한 가열을 매개로 액상의 코팅물질(12)로 상 변화되는 것을 가능하게 하기 위한, 코팅물질 스톱핑수단을 포함할 수 있다.

그런데, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 코팅물질 스톱핑수단은, 코팅물질 공급관(62)의 하부에 연결되거나, 일체로 형성되어 공급된 고상의 코팅물질(10)을 지지하고(스톱핑하고), 그 상태에서 가열을 통하여 액상의 코팅물질(12)로 상변화된후 코팅증기 발생튜브(40)로 보내지도록 하는 배출관(64)으로 제공될 수 있다.

이때, 도 4 및 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 스톱핑수단인 배출관(64)은 공급관(62)의 하부에 별도 요소로 삽입되거나, 일체로 형성되어 제공될수 있는데, 상기 코팅물질 배출관(64)은 공급관(62)과 마찬가지로, 가열부(20)의 영역에 배치되므로, 내열소재인 그라파이트 중공체로 제공될 수 있다.

즉, 스톱핑수단인 배출관(64)은 공급관(62)의 하부 내측에 삽입되거나 일체로 형성되면서 배출관의 두께 만큼 단차를 형성하여 공급된 고상의 코팅물질(10)을 지지하여 스톱핑하는 것이다.

따라서, 공급된 고상의 코팅물질(10)은, 공급관(62)의 내부에서 배출관(64)의 상단에 걸리어 지지되고, 이 상태에서 인가된 전자기력으로 가열되면 액상의 코팅물질(12)로 상 변화되고(용융되고), 액상의 코팅물질(12)은 코팅증기 발생튜브(40)로 배출(투입)되어, 계속 가열되면서 최종적으로 코팅증기(14)를 발생하고, 이와 같은 코팅증기는 강판(210)의 표면 증착되어, 강판의 건식 코팅이 수행되는 것이다.

그런데, 본 발명의 가열 장치(1)에서 전자기코일(30)의 내측에서는 코팅물질은 실제로는 부양-가열되기 때문에, 도 3에서 도시한 바와 같이, 코팅물질 공급관(62)만을 구비하여도, 전자기력이 인가된 상태에서 공급된 고상의 코팅물질(10)은 부양-가열되어 액상의 코팅물질(12)로 상변화되고, 이후 코팅증기 발생튜브(40)에서 코팅증기(14)로 생성되는 것도 가능할 것이다.

다만, 도 3과 같이, 공급관(62)만을 이용하는 경우 전자기력을 통한 부양-가열을 구현하기 위하여는, 부양-가열이 가능한 적정 이상의 높은 전자기력을 발생하여야 한다.

따라서, 가장 바람직하게는 도 4 내지 6에서 도시한 바와 같이, 공급관(62)의 하부에 배치된 스톱핑수단인 배출관(64)을 통하여, 공급관에 투입후 낙하되는 고상의 코팅물질(10)을 지지하여 가열을 통한 액상의 코팅물질(12)을 형성하는 것이다.

한편, 도 5에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열 장치(1)에서 공급관(62)의 하부에 스톱핑 수단인 배출관(64)이 일체로 형성되는 경우, 고상의 코팅물질(10)을 지지하여 스톱핑하기 위한, 단차를 형성하는 지지턱(66)을 포함하는 것이 바람직하다.

이때, 도 5에서 도시한 바와 같이, 상기 공급관(62)의 경우, 가열부(20) 즉, 전자기 코일(30)에 근접하여 위치되는 부분은 그라파이트 등의 내열관(62')으로 제공하고, 그 상부에 다른 공급관(62")을 연결하는 형태로 제공하는 것도 바람직할 것이다.

예를 들어, 상기 다른 공급관(62")은 그라파이트 재질 보다는 저렴한 금속관으로 제공할 수 있을 것이다.

다음, 도 6에서 도시한 바와 같이, 다른 형태의 스톱핑수단을 제공하는 것도 가능한데, 발명의 가열 장치(1)에서 공급관(62)의 하단과 스톱핑수단인 배출관(64)의 상단에, 서로 걸리어 지지되는 걸림턱(62a)(64a)을 형성하여, 공급되는 고상의 코팅물질(10)이 걸리어 지지되면서 스톱핑되도록 하는 것도 가능할 것이다.

즉, 공급되는 고상의 코팅물질(10)은 걸림턱들이 겹쳐지는 부분에서 지지되고, 가열시(전자기력 인가시) 액상으로 상변화하여 코팅증기 발생튜브(40)로 배출되는 것이다.

한편, 도 6에서 도시한 바와 같이, 공급관과 배출관의 각각의 걸림턱(62a)(64a)사이에 내열 재질로 된 완충부재(68) 즉, 완충링들을 개재하는 것도 가능할 것이다. 이와 같은 완충링은 공급관(62)을 통하여 낙하하는 잉곳 형태인 고상의 코팅물질(10)의 낙하 충격을 다소 완충하는 것을 가능하게 할 것이다.

다음, 도 1,2 및 도 7,8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열 장치(1)에서 코팅물질 공급유닛(60)은, 공급관(62)과 연계되어 고상의 코팅물질(10) 즉, 잉곳(괴) 형태의 고상의 코팅물질(10)을 공급관을 통하여 가열부(20)에 공급하는 것을 가능하게 하기 위한, 코팅물질 공급수단(70)(170)을 더 포함하여 제공될 수 있다.

이때, 도 1,2의 코팅 기구(200)와, 도 7,8의 코팅 기구(200)는, 강판(210)의 진행 방향이 수평방향과 수직방향인 점에서 차이가 있고, 따라서 이에 대응하여 코팅물질 공급수단(70)(170)도 도 1,2와 도 7,8의 서로 다른 형태로 제공될 수 있고,다만 도 7,8의 코팅물질 공급수단(170)은 서로 유사한 형태이다.

즉, 본 발명의 코팅물질 공급수단은, 도 1,2와 같이 강판(210)이 수평방향으로 진행되는 경우의 코팅물질 공급수단(70)과 도 7,8과 같이 강판(210)이 수직 방향으로 진행되는 경우의 코팅물질 공급수단(170)으로 구분될 수 있다.

먼저, 도 2에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 코팅물질 공급수단(70)은, 코팅기구(200)의 진공쳄버(220)의 일측으로 제공된 원통체의 케이싱(72)을 포함하고, 상기 케이싱(72)의 내측에는 케이싱 상측의 모터(75)가 연계되어 회전 가능하게 제공되는 원형의 회전 공급체(76)가 배치된다. 그리고, 상기 회전 공급체(76)에는 적당한 간격으로 다수의 코팅물질 수용부(74)가 제공된다.

따라서, 도 1 및 도 2와 같이, 이송수단(90)의 벨트 컨베이어(92)를 통하여 연속하여 적정한 간격으로 공급되는 잉곳 형태의 고상의 코팅물질(10)은 케이싱(72)의 개구부분(미부호)을 통하여 회전 공급체(76)의 수용부(74)에 순차로 투입되고, 회전 공급체의 회전시 케이싱의 바닥에 제공된 배출구(78)에서 고상의 코팅물질(10)은 공급관(62)을 통하여 가열부(20)로 공급되는 것이다.

한편, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예들의 코팅 기구(200)는, 도 1,2에서 설명한 코팅 기구(200)와 마찬가지로, 앞에서 도 3 내지 도 6에서 상세하게 설명한 본 발명의 가열 장치(1)의 코팅물질 공급유닛(60), 가열부(20)의 전자기 코일(30)과 코팅증기 발생튜브(40) 및 노즐 개구(52)를 구비한 코팅증기 노즐튜브(50)를 기본적으로 포함한다.

그런데, 도 1,2와 같은 수평으로 강판의 진행이 이루어지는 경우, 강판의 폭이 확장되면 강판이 처지는 현상이 발생될 우려가 있어, 강판의 폭이 증가하는 경우는, 도 7,8과 같이 강판을 수직 방향으로 진행시키면서 코팅하는 것이 바람직할 수 있다.

이때, 수직방향으로 강판을 진행시키면서 코팅증기(14)를 증착하여 강판의 코팅을 수행하는 경우, 수직 이송되는 강판의 진행방향에 맞추어 가열부(20)의 전자기 코일(30)이 포위되는 코팅증기 발생튜브(40)와 연결되는 코팅증기 노즐튜브(50)의 노즐 개구(52)의 방향이 강판에 대응하는 구조로 만곡 또는 절곡시키고, 고상의 코팅물질(10)은 도 1,2와는 반대로 상부에서 하부로 낙하하는 방식으로 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관(62)을 통하여 가열부(20)에 공급될 수 있다.

한편, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 다른 실시예와 그 변형예의 본 발명의 코팅물질 공급수단(170)은, 원통체인 하우징(172)의 내측에 회전 가능하게 제공되면서 고상의 코팅물질(10)들이 수용되는 코팅물질 수용부(174)를 구비하는 회전스텍(176)을 기본으로 제공될 수 있다.

이와 같은 본 발명의 회전스텍(176)은 스텍 자체를 다중 구조로 제공하는 것도 가능하나, 수직 방향으로 일체로 형성하고 수직방향으로 관통된 코팅물질 수용부(174)들을 포함하는 형태도 가능하다.

즉, 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 코팅물질 공급수단(170)의 회전 스텍(176)은 원통 상의 수직으로 길게 신장된 형태로서 내부에는 코팅물질 수용부(174)가 형성되어 하우징(172)의 상부에 형성된 구멍(미부호)을 통하여 투입된 잉곳 형태의 고상의 코팅물질(10)이 수용부(174)에 다층으로 적재될 수 있다.

따라서, 진공쳄버(220)상에 설치된 지지대(173)상에 설치된 내부 공간을 갖는 케이싱(177)에 형성된 고상의 코팅물질 배출구(178)에서 단위의 고상의 코팅물질(10)이 낙하하면, 케이싱(177)에 수평하게 설치된 실린더(190)의 로드에 구비된 푸싱구(192)는 고상의 코팅물질(10)을 케이싱(177)의 반대측으로 공급관(62)의 상단 입구로 이동시키어 공급관(62)에 공급된 고상의 코팅물질(10)은 코팅물질 배출유닛(60)의 스톱핑 수단인 도 4 내지 도 6에서 설명한 배출관(64)에서 걸리어 지지되면서 스톱핑된 상태에서, 가열되어 액상의 코팅물질(12)로 상변화된 후, 계속 가열되어 코팅증기(14)로 생성되는 것이다.

이때, 상기 회전 스텍(176)은 도 7에서 도시한 바와 같이, 모터(175)로서 구동되는 벨트(179)(체인)를 매개로 하우징(172)상에 베어링 등으로 조립된 회전축(171)이 회전하여 회전 작동될 수 있고, 이때 회전스텍은 일정 각도로 회전하면서 고상의 코팅물질(10)의 공급관 투입을 순차로 한다.

또는, 도 8에서 도시한 바와 같이, 회전 스텍(176)의 회전축(171)이 하우징(172)의 상부에 배치된 모터(175)와 직접 연결되어 상기 회전 스텍(176)은 회전 작동될 수 있다.

즉, 도 7 및 도 8에서 코팅물질 공급수단(170)은 회전스텍(176)의 구동원 부분에서 차이가 있고, 수평 작동되는 실린더(190)와 푸싱구(192)의 배열 측면에서 차이가 있다.

다음, 도 1,2 및, 도 7,8에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열 장치(1)는, 코팅증기(14)가 공급관(62)을 통하여 누출되는 것을 차단하는 공급관 차단수단(80)을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 공급관 차단수단(80)은, 도 2에서 도시한 바와 같이, 실린더 등의 구동원(82)을 매개로 이동 가능하게 제공되면서 공급관(62)의 개구(63)를 차단하는 이동 차단구(84)를 포함할 수 있다.

또는, 도 7,8에서 도시한 바와 같이, 수직 이동하는 실린더 등의 구동원(82)의 하부에 연계되어 수직한 공급관(62)의 상단 입구를 덮어서 차단하는 차단판(84')을 포함할 수 있다.

이때, 도 2에서 도시한 이동 차단구(84)는 고상의 코팅물질(10)을 공급관(62)의 내부에서 밀어서 이동시키는 역할도 하고, 공급관(62)의 개구(63)를 밀폐하는 역할도 할 것이다.

그리고, 도 7,8에서 도시한 차단판(84')은 공급관(62)의 상단 입구(개구)를 막는 역할을 한다.

그런데, 본 발명의 경우에는 고상의 코팅물질(10)이 공급관(62)의 하부 스톱핑 수단인 배출관(14)에 지지되어 가열되면서 액상의 코팅물질(12)로 상 변화하고, 배출관(14)의 하단 배출구를 통하여 액상의 코팅물질(12)이 코팅증기 발생튜브(40)로 흘려 내려 모이면서 코팅증기로 생성되기 때문에, 공급관(62) 또는 배출관(64)은 투입되는 고상의 코팅물질(10)로 막히기 때문에, 상기 이동 차단구(84)나 차단판(84')이 없어도 코팅증기의 공급관 누출은 거의 없을 것이다.

다음, 도 1 및 도 7,8 에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 코팅 기구(200)에 구비된 가열 장치(1)의 전자기 코일(30)은, 도 1과 같이 진공쳄버(220)의 내부에 제공되거나 또는, 도 7,8과 같이 진공쳄버(220)의 외부로 대기 중에 제공되는 것도 가능하다.

다만, 전자기 코일(30)이 진공 쳄버(220)의 외부에 배치되는 경우, 진공쳄버(220) 사이에 조립되는 절연 플랜지(230)(벽 구조)의 외측에 포위되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같은 절연 플랜지(230)는, 진공 부위기 하의 가열부(20)의 코팅증기 발생튜브(40)를 포위하면서 대기하에 배치되는 전자기 코일(30) 사이를 격리하는 벽 구조물일 수 있다.

한편, 지금까지 설명한 본 발명의 코팅 기구(200)에 제공되는 가열 장치(1)에서, 고상의 코팅물질(10)을 액상의 코팅물질(12)로 원활하게 상변화하기 위해서는, 도 3과 같이 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관(62)이 단독으로 제공되는 경우, 또는 도 4 내지 도 6과 같이, 공급관의 하부에 스톱핑수단인 배출관(64)이 제공되는 경우, 공급관 또는 배출관의 하단 끝은, 가열부의 전자기코일(30)의 상부 전자기코일(32)과 하부 전자기코일(34) 사이에 위치시키는 것이 바람직하다.

예를 들어, 다음의 표 1,2에서는 인가전류와 공급관 또는 배출관의 하단과 하부 전자기코일(34)의 최상부 코일간 간격 및 발열을 수치로 나타낸 것인데, 표 1은 상부 전자기코일(32)의 턴수(권취수)가 2이고, 하부 전자기코일(34)의 턴수가 5인 경우이며, 표 2는 상부 전자기코일(32)의 턴수(권취수)가 3이고, 하부 전자기 코일(34)의 턴수가 5인 경우이다.

표 1

(상부 전자기코일(32)의 턴수가 2이고, 하부 전자기코일(34)의 턴수가 5인 경우)

투입전류	2.0[kA]				2.5[kA]				3.0[kA]
거리[mm]	0	50	100	150	0	50	100	150	0	50	100	150
발열량[kW]	5.21	2.29	1.68	0.459	8.13	3.58	2.6	0.775	11.7	5.15	3.74	1.12

표 2

(상부 전자기코일(32)의 턴수가 3이고, 하부 전자기코일(34)의 턴수가 5인 경우)

투입전류	2.0[kA]				2.5[kA]				3.0[kA]
거리[mm]	0	50	100	150	0	50	100	150	0	50	100	150
발열량[kW]	7.11	5.99	3.45	0.96	11.1	9.35	5.39	1.5	16	13.5	7.77	2.16

즉, 상기 표1에서 알 수 있듯이, 투입 전류가 3kA이고, 공급관(62) 또는 배출관(64)의 하단과 하부 전자기코일(34)의 최상부 코일 간 간격이 0mm 인 경우에 최대 16kW의 발열량을 형성함을 알 수 있다.

이와 같은 발열량은 강판(210)의 진헹 속도를 200mpm 정로로 하여도 충분한 코팅증기(14)의 증착을 수행하여 강판의 원활한 코팅이 이루어지도록 한다.

즉, 표 1,2에서 알 수 있듯이, 공급관(62) 또는 배출관(64)의 하단(하단 끝부분)과 하부 전자기코일(34)간 간격이 0mm 인 경우 발열량이 가장 크고, 또한, 표 1의 상부 전자기코일(32)의 턴수 2 보다는, 포 2의 상부 전가기코일(34)의 턴수가 3인 경우 발열량이 큼을 알 수 있다.

이때, 표 1,2의 경우, 강판(210)의 폭은 1550mm이고 강판의 진행 속도는 100mpm을 기준으로 약 2um의 정도의 코팅조건으로 아연도금을 하는 경우, 초기 공급되는 고상의 코팅매질(10)은 2.5kg 정도이고, 대략 10sec 간격으로 투입하는 조건이고, 투입된 고상의 코팅매질(10)은 전자기력을 이용하여 400℃로 가열하고, 액상의 코팅매질(12)로의 상변화를 위하여 대략 4kW의 발열 에너지를 투입한 것이다.

따라서, 본 발명의 가열 장치(1)에서는 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관 (62)(도 3) 또는 배출관(64)(도 4)의 하단 끝은 적어도, 상부 전자기코일(32)과 하부 전자기코일(34) 사이에 위치되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 배출관(64)의 길이도 너무 길면, 배출관 상단에서 지지되는 공급관 내측의 고상의 코팅물질(12)이, 가열부(20)의 전자기 코일(30)에 근접하여 위치되지 않기 때문에, 배출관(14)은 공급관의 내부에 삽입되고 액상의 코팅물질을 배출하는 정도의 적당한 길이로 제공하면 된다.

한편, 더 바람직하게는, 상기 코팅물질 공급유닛(60)의 그라피이트 재질로 된 공급관(62)의 두께는 전자기 표피 깊이(Skin depth)의 0.3 ∼1.5 배로 구성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 전자기 유도가열시, 유도된 전류가 흐르는 표면 깊이 즉 표피 깊이로　단면의 금속에서 표피 깊이의 0.3 일 때 효율이 가장 높고, 따라서 실린더형 공급관(62)의 경우 관 두께를 전자기 표피 깊이의 0.3 ~ 1.5배로 하는 것이 바람직하다. 다만, 1.5배 이상인 경우에는 전자기 유도 전류의 침투가 어려운 문제가 있다.

그리고, 본 발명에서 코팅물질 공급유닛(60)의 공급관(62)의 외경은 가열부(20)를 구성하는 코팅증기 발생튜브(40)의 내경의 5-20 %가 적당한데, 예를 들어 5% 이하인 경우에는 공급관(62)의 발열량이 낮아 공급되는 고상의 코팅물질(10)의 상 변화 즉, 액상화가 어렵고, 반대로 20% 이상이면 액상의 코팅물질(12)에서 발생한 코팅증기의 흐름을 방해할 수 있다.

따라서, 바람직하게는 상기 공급관(62)의 외경은, 가열부(20)의 코팅증기 발생튜브(40)의 내경 5-20 %가 적당하다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 가열 장치(1)와 이를 기반으로 하는 코팅 기구(200)의 경우, 기존의 액상 자체의 코팅물질 공급시 발생하는 설비의 침식(마모) 문제 또는 고체 와이어 공급시 발생하는 코팅물질의 온도저하 등과 같은 문제를 해소하고, 특히 초기에는 고상의 코팅물질을 공급하고, 액상의 코팅물질로 상 변화한 후 코팅증기를 발생시키기 때문에, 코팅증기 생성이 효과적이고, 궁극적으로 코팅 조업성이나 효율성을 향상시키는 것이다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

공급되는 고상의 코팅물질을 가열하여 코팅 대상물에 코팅되는 코팅증기를 발생토록 제공된 가열부; 및,

상기 가열부와 연계되고, 공급되는 고상의 코팅물질을 액상의 코팅물질로 상 변화시키어 상기 가열부에 공급토록 제공된 코팅물질 공급유닛;

을 포함하여 구성된 가열 장치.
제1항에 있어서,

상기 가열부는, 전자기 유도를 통한 코팅물질의 가열을 가능토록 제공되는 전자기 코일; 및,

상기 전자기 코일의 내측으로, 액상의 코팅물질을 코팅증기로 생성토록 제공된 코팅증기 발생튜브;

를 포함하고,

상기 코팅증기 발생튜브와 연계되면서, 발생된 코팅증기를 코팅 대상물에 분출토록 제공된 노즐 개구를 구비하는 코팅증기 노즐튜브를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항에 있어서,

상기 코팅물질 공급유닛은, 고상의 코팅물질이 공급되어 인가된 전자기력에 의한 부양-가열시 고상의 코팅물질을 액상의 코팅물질로 상변화하고 배출하는 코팅물질 공급관; 또는,

고상의 코팅물질이 공급되는 코팅물질 공급관과 상기 코팅물질 공급관의 하부에, 공급된 고상의 코팅물질을 스톱핑하여 가열시 액상의 코팅물질로 상 변화하여 배출토록 제공되는 코팅물질 스톱핑수단;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 스톱핑수단은, 상기 코팅물질 공급관의 하부에 삽입되면서 공급된 고상의 코팅물질을 지지하여, 가열시 상 변화된 액상의 코팅물질을 코팅증기 발생튜브로 배출토록 제공된 배출관;

으로 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 스톱핑수단은, 상기 코팅물질 공급관의 하부에 일체로 형성된 배출관에, 고상의 코팅물질을 지지토록 제공된 지지턱;

으로 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 공급관은, 가열부에 배치되는 내열관을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 스톱핑수단은, 서로 조립되는 코팅물질 공급관의 하단과 배출관의 상단에 서로 걸리어 지지되면서 고상의 코팅물질을 지지토록 제공된 걸림턱;

으로 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 공급유닛은, 코팅물질 공급관과 연계되어 고상의 코팅물질을 공급관에 순차로 공급토록 제공되는 코팅물질 공급수단;

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제8항에 있어서,

상기 코팅물질 공급수단은, 케이싱의 내측에 회전 가능하게 제공되면서 공급된 고상의 코팅물질이 순차로 수용되는 하나 이상의 코팅물질 수용부를 구비하는 회전 공급체; 및,

상기 케이싱의 바닥에 고상의 코팅물질을 상기 공급관에 순차로 공급토록 제공되는 배출구;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제8항에 있어서,

상기 코팅물질 공급수단은, 하우징의 내측에 회전 가능하게 제공되면서 고상의 코팅물질이 다층으로 수용되는 코팅물질 수용부를 구비하는 회전 스텍; 및,

상기 하우징의 하부에 고상의 코팅물질을 공급관으로 공급하는 실린더가 수평 연결되고 공급관과 연통되는 케이싱;

을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 공급관의 입구를 덮거나 공급관에 형성된 개구부분을 막도록 제공되는 공급관 차단수단;

을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제3항에 있어서,

상기 코팅물질 공급유닛의 코팅물질 공급관의 하단 끝 또는,

공급관의 하부에 제공되는 배출관의 하단 끝은,

가열부에 구비된 상,하부 전자기코일 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에서 기재된 가열 장치; 및,

상기 가열 장치의 전체 또는 일부를 포위하면서, 진공 상태로 코팅 대상물이 통과하고 상기 가열 장치에서 발생된 코팅증기가 코팅되는 진공 쳄버;

를 포함하여 구성된 가열 장치를 포함하는 코팅 기구.
제13항에 있어서,

상기 진공 쳄버를 통과하는 코팅 대상물은 강판으로 이루어지고, 상기 가열 장치와 진공쳄버는 강판이 수평 또는 수직 이송되면서 코팅 가능하게 배열되는 것을 특징으로 하는 코팅 기구.