WO2020080766A1 - 용융도금강판의 냉각장치 - Google Patents

용융도금강판의 냉각장치 Download PDF

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    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device for a hot-dip galvanized steel sheet capable of reducing comb-patterned surface defects occurring at the edge of the hot-dip galvanized steel sheet, for example, when producing a high corrosion-resistant galvanized steel sheet in a continuous hot-dip galvanizing process.
  • zinc (Zn), aluminum (Al), lead (Pb), etc. are mixed individually or two or more of hot-dip galvanized steel sheets, or magnesium (Mg), titanium (Ti), nickel (Ni), etc.
  • Mg magnesium
  • Ti titanium
  • Ni nickel
  • an oxide film is formed on the surface of the plating layer by reacting with oxygen in the atmosphere at the time when the molten metal attached to the surface of the steel sheet solidifies.
  • This oxide film causes various defects in the plating layer by making the solidification rate and solidification characteristics of the molten metal non-uniform. In particular, it causes surface defects such as flow patterns, whisker patterns, and rain marks, resulting in product uniformity, smoothness, and glossiness. Lowers.
  • the degree of formation of an oxide film becomes severe. Accordingly, when the surface is painted to improve the corrosion resistance and aesthetics of the steel sheet, it is difficult to secure a beautiful and excellent coating surface.
  • a sealing box is installed on a plating bath and nitrogen is introduced through a wiping nozzle inside the sealing box to maintain the atmosphere in the sealing box as a non-oxidizing atmosphere.
  • An oxide film is not formed on the surface of the plating layer.
  • the present invention has an object to provide a device capable of reducing comb-patterned surface defects occurring at an edge portion of a hot-dip galvanized steel sheet, for example, to contribute to realizing high-quality, high-corrosion plated steel sheet and improving productivity.
  • Cooling apparatus the gas knife to adjust the plating thickness by spraying the wiping gas to the steel sheet passed through the plating bath;
  • a defect preventing unit installed downstream of the gas knife to cool the steel sheet by spraying cooling gas; And it characterized in that it comprises a moving portion for driving to move the defect prevention portion.
  • a uniform solidification layer is generated in the width direction of the steel sheet through cooling of the center of the steel sheet.
  • the uniform solidification layer of the plated surface layer is in the width direction of the steel sheet.
  • the surface defects of the comb pattern are reduced, thereby obtaining the effect of improving the surface quality and productivity of the hot-dip galvanized steel sheet.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a hot-dip plating apparatus to which a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • 2 (a) and 2 (b) are views for explaining a mechanism for generating comb-patterned surface defects occurring at an edge portion of a hot-dip galvanized steel sheet.
  • FIG 3 is a side view showing a cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a perspective view showing the operating state of the cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 (a) and (b) are front views showing a defect preventing unit that can be used in a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 (a) and (b) are front views showing a modified example of a defect preventing unit that can be used in a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a hot-dip plating apparatus to which a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
  • the hot-dip plating apparatus includes a plating bath 1 in which molten metal 2 is accommodated; A gas knife (3) for adjusting the plating thickness by spraying the wiping gas (4) on the steel sheet (S) drawn out from the plating tank; And a frame 5 spaced apart from the gas knife and provided to surround the upper region where the steel sheet is transferred.
  • the hot-dip plating apparatus may further include a sealing box 10 surrounding the gas knife 3 and the frame 5 and separating the bath surface of the plating bath 1 from the surrounding atmosphere.
  • the steel sheet S is annealed in a heat treatment furnace (not shown) and then enters the plating bath 1 filled with molten metal 2 through a snout (Snout, 6).
  • the direction is changed through the sink roll (7) in the plating bath and proceeds to the top.
  • Stabilizer roll (8) and collector roll are located on the upper part of the sink roll (7), and these rolls are steel plates by tension while pushing the front and back surfaces of the steel plate (S). It plays a role of suppressing the halftone and vibration.
  • molten metal 2 When immersed in the plating bath 1 and then exiting the plating bath, molten metal 2 is attached to the surface of the steel sheet S, and the plating thickness of the molten metal is sprayed by a gas knife 3 installed on the top of the plating bath. It can be controlled by the wiping gas (4).
  • Gas knife 3 is provided in a pair, it is possible to adjust the amount of plating on one side and the other side of the steel sheet (S).
  • the gas knife 3 may be connected to the frame 5 by a gas supply pipe (not shown), which surrounds the upper region of the gas knife to which the steel sheet S is transferred.
  • the wiping gas 4 may be supplied to the gas knife 3 through the frame 5 and the gas supply pipe.
  • An inert gas such as nitrogen or argon may be used as the wiping gas.
  • the sealing box 10 may enclose the gas knife 3 and the frame 5 and isolate the bath surface of the plating bath 1 from the surrounding atmosphere.
  • Such a sealing box leaves the entrance 11 formed with a minimum area so that the steel plate S can pass vertically, and shields the steel plate S passing through the plating bath 1.
  • a sealing member (not shown).
  • the gas knife 3 By injecting an inert gas such as nitrogen or argon into the closed space formed by the sealing box 10, the residual oxygen concentration can be lowered to form an inert atmosphere, that is, an oxidized atmosphere.
  • an inert gas such as nitrogen or argon
  • the gas knife 3 continuously sprays an inert gas such as nitrogen or argon as the wiping gas 4.
  • the entrance 11 of the sealing box 10 is formed to have a larger opening area than the cross-sectional area of the steel plate so as not to contact the steel plate in order to prevent scratches on the plated layer of the steel plate when the steel plate S passes through vertically.
  • 2 (a) and 2 (b) are views for explaining a mechanism for generating comb-patterned surface defects occurring at an edge portion of a hot-dip galvanized steel sheet.
  • the edge portion of the steel sheet is cooled faster than the center of the steel sheet due to latent heat possessed by the steel sheet.
  • uneven solidification is generated in the surface layer portion of the plated layer in the width direction of the steel plate.
  • the plating layer P rapidly solidifies at an edge portion of the steel plate compared to the center portion of the steel plate, and gradually solidifies toward the center portion.
  • the speed of the adjacent portion of the plating layer adjacent to the surface of the steel sheet (S) in the plating layer is the same as the moving speed (U 0 ) of the steel plate, and the speed approaches 0 toward the surface layer portion of the non-solidified plating layer. do.
  • the velocity of the surface portion of the plated layer at this edge portion has a value other than zero.
  • the plating layer is in a non-solidified state toward the center of the steel sheet.
  • the surface layer portion of the plated layer has a different speed according to the width direction position of the steel sheet S, and the edge portion of the plated layer surface layer portion has a faster speed than the center portion (U 1 > U 2 > U as shown in FIG. 2 (a)). 3 ).
  • the plating amount on one side of the steel sheet is 250 g / m 2 or more
  • comb-pattern surface defects occur in a diagonal direction at the edge portion of the steel sheet, and the comb-pattern may have a length of approximately 300 mm in severe cases.
  • the comb-patterned surface defects are different from the oxidative surface defects and their production mechanism, and therefore cannot be solved by the above-described sealing box 10 alone.
  • FIG. 3 is a side view showing a cooling device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a perspective view showing an operating state of the cooling device according to an embodiment of the present invention.
  • the cooling device by spraying the wiping gas (4; see FIG. 1) to the steel sheet (S) passing through the plating bath (1; see FIG. 1) Gas knife (3) for adjusting the plating thickness;
  • a defect preventing unit 20 installed downstream of the gas knife to cool the steel sheet by spraying cooling gas 24;
  • a moving portion 30 that drives the defect preventing portion to move.
  • Cooling apparatus mainly by spraying the cooling gas 24 to the center of the steel sheet (S) to perform cooling, in the width direction of the steel sheet (P; see Fig. 2 (b)) It is characterized in that uniform coagulation is generated in), so that generation of comb-pattern surface defects at the edge portion of the steel sheet is suppressed.
  • the steel sheet S whose surface is plated by the molten metal 2 in the plating bath 1 (see FIG. 1) is taken out from the plating bath, and then the plating amount is controlled by the gas knife 3.
  • the gas knife 3 can control the plating amount by spraying an inert gas such as nitrogen or argon to the steel sheet S to remove excess molten metal 2 from the steel sheet.
  • an inert gas such as nitrogen or argon
  • the steel sheet S in a state in which the plating amount is controlled passes through the gas knife 3, followed by a defect preventing part 20 constituting the main part of the present invention.
  • the defect preventing part applies cooling gas 24 to the center of the steel sheet. Focus can be injected.
  • Each of the defect preventing parts 20 may be disposed on one side, that is, in pairs on both sides of the steel sheet S in progress.
  • each defect preventing portion may be positioned horizontally over at least the center portion in the width direction of the steel plate.
  • the defect preventing portion 20 includes a tubular body 21 having at least one nozzle 22 and a supply pipe 23 connected to the body to supply cooling gas 24 to the body.
  • the length of the body 21 (the length extending in a direction parallel to the width direction of the steel sheet S) may be shorter than the width of the steel sheet, and considering the width of the steel sheet actually manufactured, for example, a length in the range of approximately 1000 to 1600 mm It is desirable to have, but is not necessarily limited to.
  • the nozzle 22 provided in the body 21 may be formed in a hole shape or a slit shape.
  • FIGS. 5A and 5B are front views showing a defect preventing unit that can be used in a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the main body 21 of the defect preventing portion 20 shown in FIGS. 5A and 5B is provided with a plurality of hole-shaped nozzles 22 arranged in a direction parallel to the width direction of the steel sheet S. .
  • a plurality of nozzles 22 may be formed of holes having the same diameter, and may be arranged at least in line.
  • the nozzles located at the center of the main body 21 have the largest diameter, and the nozzles are arranged in such a manner that the diameter of the nozzles decreases toward both ends of the main body. Can be. In this case, more flow of cooling gas 24 may be injected toward the center than both edge portions of the steel sheet S.
  • FIGS. 6A and 6B are front views showing a modified example of a defect preventing unit that can be used in a cooling apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the body 21 of the defect preventing portion 20 shown in FIGS. 6A and 6B is provided with a slit nozzle 22 extending in a direction parallel to the width direction of the steel sheet S.
  • the nozzle 22 may have the same width over the entire length of the slit.
  • the nozzle 22 may be formed in a form in which the width of the slit is the largest at the center of the body 21, and the width of the slit decreases toward the both ends of the body. In this case, more flow of cooling gas 24 may be injected toward the center than both edge portions of the steel sheet S.
  • One side of the main body 21 may be connected to a supply pipe 23 for supplying a cooling gas 24 made of compressed air or an inert gas such as nitrogen or argon, and the supplied cooling gas is a nozzle ( It is sprayed through 22) so that it can cool around the central portion in the width direction of the steel sheet S.
  • a cooling gas 24 made of compressed air or an inert gas such as nitrogen or argon
  • the supplied cooling gas is a nozzle ( It is sprayed through 22) so that it can cool around the central portion in the width direction of the steel sheet S.
  • the defect prevention unit 20 since the position of the defect prevention unit 20 is variable, it is necessary to use a flexible tube made of a material such as a corrugated pipe or a fiber, rubber, or resin as the supply pipe 23 so as to respond to this. good.
  • the defect prevention unit 20 is connected to the moving unit 30 so that its position is variable, so that it can correspond to the position where the comb-shaped surface defect of the edge portion occurs.
  • the position of occurrence of the comb pattern surface defect may be changed according to the moving speed U 0 of the steel sheet S, the width of the steel sheet, the plating amount, and the like.
  • the moving part 30 may be selectively implemented as a linear motion guide.
  • the moving part the support part 31;
  • a bolt shaft 32 which extends from the support and rotates in the forward and reverse direction through the driving force of the driving unit 35 connected to one side;
  • a moving block 33 which is connected to the body 21 of the defect preventing portion 20 and is screwed with the bolt shaft to be reciprocated along the bolt shaft.
  • the support part 31 may be installed on the upper surface of the sealing box 10. However, it is not necessarily limited to this, and may be installed on the frame 5 supporting the gas knife 3, for example.
  • the support portion may include a bearing (not shown) for supporting the bolt shaft 32.
  • the driving unit 35 may be a driving motor capable of forward and reverse rotation. Accordingly, when the bolt shaft 32 is rotated by the rotational driving of the driving unit, the moving block 33 and the main body 21 of the defect preventing unit 20 are reciprocated in a straight line by the action of the nut unit 34 screwed to the bolt shaft. Will move.
  • the moving block 33 may be fixedly connected to at least one end of the main body 21 of the defect preventing portion 20.
  • the nut portion 34 may be integrally formed with the moving block in the form of a through hole, or may be firmly attached to the moving block after being made separately.
  • reference numeral 36 denotes a stopper for preventing movement of the moving block 33.
  • the moving part 30 may further include at least one guide (not shown) installed to extend parallel to the bolt shaft 32.
  • a guide hole (not shown) is formed in the moving block 33 provided at either end of the both ends of the main body 21 of the defect preventing portion 20, and the guide hole is fitted into the guide, and the moving block ( 33) and the main body 21 can be moved smoothly.
  • a power transmission unit 40 may be interposed.
  • the power transmission unit 40 may include a side gear box 41, a connecting shaft 42, and a central gear box 43 when a driving motor is employed as the driving unit 35.
  • Two side gear boxes 41 are disposed, and may be installed on the support portion 31 together with the driving portion 35.
  • This side gear box is connected to the moving part 30, more specifically the bolt shaft 32.
  • central gear box 43 is connected to the rotating shaft of the driving unit 35.
  • Each of the two connecting shafts 42 may have one end connected to the side gear box 41 and the other end connected to the central gear box 43.
  • first coupling gears such as bevel gears and worm gears, are formed at both ends of the connecting shaft, and thus the ends of the bolt shaft 32 of each moving part 30 and the ends of the rotating shaft of the driving part 35 are respectively provided.
  • a second gear such as a bevel gear or a worm wheel may be formed.
  • the configuration of the moving part 30, the driving part 35, and the power transmission part 40, a connection relationship and an operation relationship, etc. are not limited to the above-described examples.
  • the moving part 30 and the driving part 35 that provide a driving force so that the main body 21 of the defect preventing part 20 or the moving block 33 connected to the main body can reciprocate are equipped with an operating rod.
  • Any actuator such as a fluid pressure cylinder may be used.
  • a configuration in which a plurality of driving units 35 are respectively connected to the plurality of moving units 30 without a power transmission unit may be used.
  • a guide is disposed on the other side of the main body 21 to move the moving block. You can also guide 33.
  • the steel sheet S to which the molten metal 2 is attached through the plating bath 1 is wiped by the wiping gas 4 ejected through the gas knife 3 to adjust the plating amount.
  • the ejected wiping gas forms an inert atmosphere in the sealing box, so that an oxide film is not formed on the surface of the plating layer.
  • the defect prevention unit 20 is moved by operating the driving unit 35 according to the moving speed U 0 of the steel sheet S passing through, the width of the steel sheet, the amount of plating, and the like, and the defect prevention unit includes a driving unit 35 and a moving unit ( By descending or rising by the driving of 30), the position where the cooling gas 24 is injected from the defect preventing portion can be changed.
  • the cooling device of the present invention mainly cools the center of the steel sheet by spraying cooling gas 24 to the center of the steel sheet (S). By doing so, uniform solidification of the plating layer P is induced in the width direction of the steel sheet, and consequently, the generation of comb-like surface defects at the edge of the steel sheet is suppressed.
  • a uniform solidification layer is generated in the width direction of the steel sheet through cooling of the center of the steel sheet, whereby when the steel sheet moves vertically, the uniform solidification layer of the plated surface layer part has a width of the steel sheet.
  • the surface defects of the comb pattern are reduced, thereby obtaining the effect of improving the surface quality and productivity of the hot-dip galvanized steel sheet.
  • the present invention is useful, for example, when manufacturing a highly corrosion-resistant plated steel sheet in a continuous hot-dip zinc plating process.

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Abstract

본 발명은, 용융도금강판의 엣지부에서 발생하는 빗살무늬 표면결함을 저감시킬 수 있는 용융도금강판의 냉각장치에 관한 것으로, 이는 도금조를 통과한 강판에 와이핑 가스를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프; 상기 가스나이프의 하류에 설치되어 상기 강판에 냉각 가스를 분사하여 냉각시키는 결함방지부; 및 상기 결함방지부를 이동시키도록 구동하는 이동부를 포함한다.

Description

용융도금강판의 냉각장치
본 발명은, 예를 들어 연속용융아연 도금공정에서 고내식 도금강판을 제조할 때 용융도금강판의 엣지부에서 발생하는 빗살무늬 표면결함을 저감시킬 수 있는 용융도금강판의 냉각장치에 관한 것이다.
일반적으로 용융도금강판은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 납(Pb) 등이 단독 혹은 2종 이상 혼합되거나, 여기에 마그네슘(Mg), 티타늄(Ti), 니켈(Ni) 등이 적정 농도로 첨가되어 있는 용융상태의 도금욕에서 강판을 통과시키는 방법으로 제조한 도금강판을 말한다.
용융도금강판을 제조할 경우는 강판의 표면에 부착된 용융금속이 응고되는 시점에 대기 중의 산소와 반응하게 됨으로써 도금층 표면에 산화피막이 생성하게 된다. 이 산화피막은 용융금속의 응고속도 및 응고특성을 불균일하게 하여 도금층에 갖가지 결함들을 유발하게 되는데, 특히 흐름무늬나 수염무늬, 레인마크 등과 같은 표면결함을 발생시켜 제품의 균일성, 평활성 및 광택도를 저하시킨다.
특히, 마그네슘, 티타늄, 알루미늄과 같이 강산화성 물질이 첨가된 아연계 도금욕에서는 산화피막의 생성 정도가 심해진다. 이에 따라, 강판의 내식성 및 미관의 향상을 위하여 표면을 도장하는 경우에, 미려하고 선영성이 우수한 도장면을 확보하기 어렵게 되었다.
이러한 단점을 해결하기 위해, 도금욕에서 인양된 강판의 도금량을 제어할 때에 대기중에 노출된 상태에서 기존의 공기를 사용한 에어와이핑 대신 질소가스를 사용한 와이핑을 실시하는 방법을 통해서, 아연의 산화반응을 감소시켜 보다 표면품질이 향상된 용융도금강판을 제조하는 기술이 실용화되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제1419585호에서는, 도금욕 상에 실링박스(Sealing Box)를 설치하고 실링박스 내부의 와이핑 노즐을 통해 질소를 투입함으로써 실링박스 내 분위기를 비산화성 분위기로 유지하여 도금층 표면에 산화피막이 형성되지 않게 하고 있다.
한편, 고내식 도금강판의 도금량이 두꺼운 경우에는 산화성 표면결함뿐 아니라, 용융도금강판의 엣지부에서 빗살무늬 형태의 표면결함이 추가적으로 발생한다. 이러한 엣지부의 빗살무늬 표면결함은 산화성 표면결함과는 생성 메카니즘이 상이하기 때문에, 실링박스 외에 별도의 저감수단이 요구되었다.
이에 본 발명은, 용융도금강판의 엣지부에서 발생하는 빗살무늬 표면결함을 저감시킬 수 있는 장치를 제공함으로써, 예컨대 고내식 도금강판의 고품질화 실현과 생산성 향상에 기여하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치는, 도금조를 통과한 강판에 와이핑 가스를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프; 상기 가스나이프의 하류에 설치되어 상기 강판에 냉각 가스를 분사하여 냉각시키는 결함방지부; 및 상기 결함방지부를 이동시키도록 구동하는 이동부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 강판 중심부의 냉각을 통해 강판의 폭방향으로 균일한 응고층이 생성되게 되며, 이로 인해 강판이 수직하게 이동할 때, 도금 표층부의 균일한 응고층은 강판의 폭방향으로 생기는 표면장력을 약화시킬 뿐만 아니라, 결과적으로 빗살무늬 표면결함을 저감시키게 되고, 이로써 용융도금강판의 표면품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치가 적용되는 용융도금장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2의 (a) 및 (b)는 용융도금강판의 엣지부에서 발생하는 빗살무늬 표면결함의 생성 메카니즘을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 작동상태를 도시한 사시도이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치에 사용될 수 있는 결함방지부를 도시한 정면도들이다.
도 6의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치에 사용될 수 있는 결함방지부의 변형예를 도시한 정면도들이다.
이하, 본 발명이 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명된다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치가 적용되는 용융도금장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
용융도금장치는, 용융금속(2)이 수용된 도금조(1); 이 도금조에서 상측으로 인출되는 강판(S)에 와이핑 가스(4)를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프(3); 및 이 가스나이프로부터 이격되고서 강판이 이송되는 상측 영역을 둘러싸도록 구비된 프레임(5)을 포함하고 있다.
선택적으로, 용융도금장치는 가스나이프(3)와 프레임(5)을 포위하고서 도금조(1)의 탕면을 주변 대기와 격리시키는 실링박스(10)를 더 포함할 수 있다.
예를 들어 연속용융아연 도금공정에서 강판(S)은, 열처리로(미도시)에서 소둔처리된 후 스나우트(Snout, 6)를 통해 용융금속(2)이 채워진 도금조(1)로 진입하게 되며, 도금조 안에 있는 싱크 롤(Sink Roll, 7)을 통해 방향이 전환되어 상부로 진행하게 된다.
싱크 롤(7)의 상부에는 스테빌라이저 롤(Stabilizer Roll, 8) 및 콜렉터 롤(Corrector Roll, 9)이 있고, 이들 롤은 강판(S)의 전면과 이면을 밀어주면서 장력(Tension)에 의한 강판의 반곡 및 진동을 억제하는 역할을 하게 된다.
도금조(1)에 침적된 후 도금조를 빠져나올 때 강판(S)의 표면에는 용융금속(2)이 부착되고, 용융금속의 도금두께는 도금조의 상부에 설치된 가스나이프(3)에 의해 분사되는 와이핑 가스(4)로 조절될 수 있다.
가스나이프(3)는 한 쌍으로 구비되어, 강판(S)의 일측면과 타측면의 도금량을 조절할 수 있다.
이러한 가스나이프(3)는 가스공급관(미도시)에 의해 프레임(5)과 연결될 수 있는데, 이 프레임은 강판(S)이 이송되는 가스나이프의 상측 영역을 둘러싸게 된다.
와이핑 가스(4)는 프레임(5)과 가스공급관을 통해 가스나이프(3)로 공급될 수 있다. 이러한 와이핑 가스로는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스가 사용될 수 있다.
실링박스(10)는 전술한 바와 같이, 가스나이프(3)와 프레임(5)을 포위하고서 도금조(1)의 탕면을 주변 대기와 격리시킬 수 있다. 이러한 실링박스는 강판(S)이 수직하게 통판할 수 있도록 최소한의 면적으로 형성된 출입구(11)만 남기고, 도금조(1)를 통과한 강판(S) 주위를 차폐한다. 또한, 실링박스와 도금조의 탕면 사이는 실링부재(미도시)에 의해 밀폐된다.
실링박스(10)로 인하여 형성된 밀폐공간에는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 주입함으로써, 잔존 산소농도를 낮추어 불활성 분위기, 즉 무산화 분위기를 형성할 수 있다. 또한, 실링박스 내 밀폐공간의 무산화 분위기를 유지하기 위하여, 가스나이프(3)는 와이핑 가스(4)로서 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 지속적으로 분사한다.
실링박스(10)의 출입구(11)는, 강판(S)이 수직하게 통판할 때 강판의 도금층에 흠집이 생기지 않도록 하기 위해 강판과 닿지 않게 강판의 단면적보다는 큰 개구면적을 갖도록 형성된다.
도 2의 (a) 및 (b)는 용융도금강판의 엣지부에서 발생하는 빗살무늬 표면결함의 생성 메카니즘을 설명하기 위한 도면들이다.
통상, 강판(S)이 도금조(1)에 침적 후 수직하게 이동될 때, 강판이 갖고 있는 잠열 때문에 강판의 엣지부가 강판의 중심부에 비해 더 빠르게 냉각된다. 이와 같이, 강판의 엣지부와 중심부 사이의 온도차로 인해, 강판의 폭방향으로 도금층 표층부에 불균일한 응고가 생성된다. 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 도금층(P)은 강판의 중심부에 비해 강판의 엣지부에서 응고가 빠르게 일어나며, 서서히 중심부를 향해서 응고가 진행된다.
도금층(P) 내의 속도분포를 살펴보면, 도금층에서 강판(S)의 표면과 인접한 도금층 인접부의 속도는 강판의 이동속도(U 0)와 동일하며, 미응고 상태인 도금층 표층부로 갈수록 속도는 0으로 접근한다. 하지만, 강판의 엣지부에서 도금층 표층부는 응고 상태이므로, 이 엣지부에서 도금층 표층부의 속도는 0이 아닌 값을 가지게 된다. 강판의 중심부로 갈수록 도금층은 미응고 상태로 존재한다.
따라서, 강판(S)의 폭방향 위치에 따라 도금층 표층부는 상이한 속도를 가지며, 도금층 표층부 중 엣지부가 중심부에 비해 그 속도가 빠르다(도 2의 (a)에 표시된 바와 같이 U 1 > U 2 > U 3 이다).
더불어, 강판(S)이 이동하는 반대방향으로 중력이 작용하고 있으므로, 아직 미응고 상태인 도금층(P)에서는 충분히 중력의 영향을 받을 수 있다.
결과적으로, 도금층 표층부에서 나타나는 속도 차이와 중력의 작용으로 인하여, 강판(S)의 엣지부로부터 중심부를 향하여 폭방향으로 표면장력이 생기고, 이에 따라 사선방향으로 빗살무늬 형태의 표면결함이 초래된다.
예를 들어, 강판의 편면에서 도금량이 250g/m 2 이상일 때, 강판의 엣지부에서 사선방향으로 빗살무늬 표면결함이 발생하며, 이러한 빗살무늬는 심한 경우에 대략 300mm 정도의 길이를 가질 수 있다.
이와 같이, 빗살무늬 표면결함은 산화성 표면결함과 그 생성 메카니즘이 상이하므로, 전술한 실링박스(10)만으로 해결할 수 없다. 특히, 고내식 도금강판을 제조할 때 고품질을 확보하기 위해서는 산화성 표면결함뿐 아니라, 두꺼운 도금층(P)에서 발생하는 엣지부의 빗살무늬 표면결함을 저감하는 것이 중요하다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 작동상태를 도시한 사시도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치는, 도금조(1; 도 1 참조)를 통과한 강판(S)에 와이핑 가스(4; 도 1 참조)를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프(3); 이 가스나이프의 하류에 설치되어 강판에 냉각 가스(24)를 분사하여 냉각시키는 결함방지부(20); 및 이 결함방지부를 이동시키도록 구동하는 이동부(30)를 포함하고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치는, 주로 강판(S)의 중심부에 대해 냉각 가스(24)를 분사하여 냉각을 실행함으로써, 강판의 폭방향으로 도금층(P; 도 2의 (b) 참조)에 균일한 응고가 생성되게 하여, 강판의 엣지부에서 빗살무늬 표면결함의 생성이 억제되게 하는 것을 특징으로 한다.
도금조(1) 내의 용융금속(2; 도 1 참조)에 의해 표면이 도금된 강판(S)은 도금조에서 인출되며, 이후 가스나이프(3)에 의해 도금량이 제어된다.
가스나이프(3)는 질소나 아르곤 등의 불활성 가스를 강판(S)에 분사하여, 강판으로부터 잉여의 용융금속(2)을 제거함으로써 도금량을 제어할 수 있다.
도금량이 제어된 상태의 강판(S)은 가스나이프(3)에 이어서 본 발명의 주요부를 구성하는 결함방지부(20)를 거치게 되는데, 이 결함방지부는 냉각 가스(24)를 강판의 중심부에 대해 중점적으로 분사할 수 있다.
이러한 결함방지부(20)는 진행하는 강판(S)의 양면에 각각 하나씩, 즉 한 쌍으로 배치될 수 있다. 또, 각 결함방지부는 적어도 강판의 폭방향 중심부에 걸쳐 수평하게 위치될 수 있다.
결함방지부(20)는, 적어도 하나의 노즐(22)을 갖춘 관형상의 본체(21), 및 본체에 연결되어 본체에 냉각 가스(24)를 공급하는 공급배관(23)을 포함한다.
본체(21)의 길이(강판(S)의 폭방향과 평행한 방향으로 연장한 길이)는 강판의 폭보다 짧아도 되며, 실제로 제조되는 강판의 폭을 고려할 때 예컨대 대략 1000 ~ 1600mm의 범위 내 길이를 갖는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
본체(21)에 구비된 노즐(22)은 홀(hole) 형태 또는 슬릿(slit) 형태로 형성될 수 있다.
도 5의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치에 사용될 수 있는 결함방지부를 도시한 정면도들이다. 도 5의 (a)와 (b)에 도시된 결함방지부(20)의 본체(21)는 강판(S)의 폭방향과 평행한 방향으로 배열된 복수의 홀형 노즐(22)을 구비하고 있다.
도 5의 (a)와 같이, 복수의 노즐(22)이 동일한 직경을 가진 홀로 형성되어 적어도 일렬로 배열될 수 있다.
또한, 도 5의 (b)와 같이, 복수의 노즐(22) 중 본체(21)의 중심에 위치한 노즐은 그 직경이 가장 크고, 본체의 양단부로 갈수록 노즐의 직경이 작아지는 형태로 노즐들이 배열될 수 있다. 이러한 경우에, 강판(S)의 양측 엣지부에 비해 중심부를 향해 더 많은 유량의 냉각 가스(24)가 분사될 수 있다.
도 6의 (a)와 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치에 사용될 수 있는 결함방지부의 변형예를 도시한 정면도들이다. 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 결함방지부(20)의 본체(21)는 강판(S)의 폭방향과 평행한 방향으로 연장한 슬릿형 노즐(22)을 구비하고 있다.
도 6의 (a)와 같이, 노즐(22)은 슬릿의 전체 길이에 걸쳐 동일한 폭을 가질 수 있다.
혹은, 도 6의 (b)와 같이, 노즐(22)은 본체(21)의 중심에서 슬릿의 폭이 가장 크고, 본체의 양단부로 갈수록 슬릿의 폭이 작아지는 형태로 형성될 수 있다. 이러한 경우에, 강판(S)의 양측 엣지부에 비해 중심부를 향해 더 많은 유량의 냉각 가스(24)가 분사될 수 있다.
이러한 본체(21)의 일측에는, 압축공기, 또는 질소나 아르곤 등과 같은 불활성 가스 등으로 된 냉각 가스(24)를 공급하는 공급배관(23)과 연결될 수 있으며, 공급된 냉각 가스는 본체의 노즐(22)을 통해 분사되어 강판(S)의 폭방향 중심부 위주로 냉각할 수 있게 된다.
후술하는 바와 같이, 결함방지부(20)의 위치가 가변되므로, 이에 대응할 수 있도록 공급배관(23)으로는 주름관, 혹은 섬유, 고무, 수지 등과 같은 재질의 플렉시블 튜브(Flexible Tube)를 사용하는 것이 좋다.
다시, 도 3 및 도 4를 참조하면, 결함방지부(20)는 이동부(30)에 연결되어 그 위치가 가변되게 됨으로써, 엣지부의 빗살무늬 표면결함이 발생하는 위치에 맞추어 대응할 수 있다. 여기서, 빗살무늬 표면결함의 발생 위치는 강판(S)의 이동속도(U 0), 강판의 폭, 도금량 등에 따라 변경될 수 있다.
이동부(30)는 선택적으로 리니어 모션 가이드로 구현될 수 있다. 이러한 이동부는, 지지부(31); 이 지지부로부터 연장하여 설치되고, 일측에 연결된 구동부(35)의 구동력을 통해 정역방향으로 회전하는 볼트축(32); 및 결함방지부(20)의 본체(21)에 연결되고, 볼트축과 나사결합하여 볼트축을 따라 왕복이동하는 너트부(34)가 구비된 이동블록(33)을 포함할 수 있다.
지지부(31)는 실링박스(10)의 상부면에 설치될 수 있다. 하지만, 반드시 이에 한정되지 않으며, 예를 들어 가스나이프(3)를 지지하는 프레임(5) 상에 설치되어도 무방하다. 이러한 지지부는 볼트축(32)을 지지하기 위한 베어링(미도시)을 구비할 수 있다.
구동부(35)는 정역회전이 가능한 구동모터일 수 있다. 이로써, 구동부의 회전 구동에 의해 볼트축(32)이 회전되면 볼트축에 나사결합한 너트부(34)의 작용에 의해 이동블록(33)과 결함방지부(20)의 본체(21)가 직선 왕복이동하게 된다.
이동블록(33)은 적어도 결함방지부(20)의 본체(21)의 일측 선단에 고정되게 연결될 수 있다. 너트부(34)는 관통공의 형태로 이동블록과 일체로 형성되거나, 별도로 만들어진 후 이동블록에 견고하게 부착될 수 있다.
도 3에서, 미설명부호 36은 이동블록(33)의 이동을 저지하는 스토퍼를 표시한다.
추가로, 이동부(30)는 볼트축(32)과 평행하게 연장하여 설치된 적어도 하나의 가이드(미도시)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 결함방지부(20)의 본체(21)의 양단부 중 어느 단부에 구비된 이동블록(33)에는 안내홀(미도시)이 형성되고, 이 안내홀은 가이드에 끼워져, 이동블록(33) 및 본체(21)가 원활히 이동할 수 있게 된다.
한편, 도 4에 보다 상세히 도시된 바와 같이, 결함방지부(20)의 본체(21)와 연결된 2개의 이동부(30)가 지지부(31)의 양측에 하나씩 배치될 때, 이동부(30)와 구동부(35) 사이에는 동력전달부(40)가 개재될 수 있다.
이러한 동력전달부(40)는, 구동부(35)로서 구동모터가 채용된 경우에, 측부기어박스(41), 연결축(42), 및 중앙기어박스(43)를 포함할 수 있다.
측부기어박스(41)는 2개가 배치되며, 구동부(35)와 함께 지지부(31) 상에 설치될 수 있다. 이 측부기어박스는 이동부(30), 보다 구체적으로는 볼트축(32)에 연결된다.
또한, 중앙기어박스(43)는 구동부(35)의 회전축에 연결된다.
2개의 연결축(42)은 각각 일단이 측부기어박스(41)에 연결되고, 타단이 중앙기어박스(43)에 연결될 수 있다. 이와 같은 연결축은 예를 들어 양단부에 베벨기어, 웜기어 등과 같은 제1기어가 형성되고, 이에 따라 각 이동부(30)의 볼트축(32)의 단부와, 구동부(35)의 회전축의 단부에는 각각 베벨기어, 웜휠 등과 같은 제2기어가 형성될 수 있다.
따라서, 하나의 구동부(35), 즉 하나의 구동모터에 의해 결함방지부(20)의 본체(21)의 양측에 각각 연결된 2개의 이동부(30)를 동시에 연동시켜 작동시킬 수 있다.
여기서, 이동부(30)와 구동부(35) 및 동력전달부(40)의 구성, 연결관계 및 작동관계 등은 전술된 예에 한정되지 않는다.
예를 들어, 결함방지부(20)의 본체(21) 또는 이 본체에 연결된 이동블록(33)이 왕복이동 가능하도록 구동력을 제공하는 이동부(30)와 구동부(35)로는, 작동로드를 갖춘 유체압 실린더 등과 같은 임의의 액츄에이터가 적용되어도 무방하다.
또한, 동력전달부 없이 복수의 구동부(35)가 복수의 이동부(30)에 각각 연결되는 구성이어도 된다.
또, 동력전달부 없이 단일한 구동부(35)가 결함방지부(20)의 본체(21)의 일측에 연결된 이동부(30)를 구동시키면, 본체(21)의 타측에는 가이드가 배치되어 이동블록(33)을 안내할 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 작동에 대해 간략히 설명한다.
도금조(1)를 통과하여 용융금속(2)이 부착된 강판(S)은 가스나이프(3)를 통해 분출되는 와이핑 가스(4)에 의해 와이핑되어 도금량이 조절된다. 실링박스(10)가 설치된 경우에, 분출된 와이핑 가스는 실링박스 내에서 불활성 분위기를 형성하므로 도금층의 표면에 산화피막이 형성되지 않게 한다.
통과하는 강판(S)의 이동속도(U 0), 강판의 폭, 도금량 등에 따라 구동부(35)를 작동시켜 결함방지부(20)를 이동시키는데, 이 결함방지부는 구동부(35)와 이동부(30)의 구동에 의해 하강 또는 상승하여, 결함방지부로부터 냉각 가스(24)가 분사되는 위치가 가변될 수 있게 된다.
본 발명의 냉각장치는 주로 강판(S)의 중심부에 대해 냉각 가스(24)를 분사하여, 강판의 중심부도 빠르게 냉각시킨다. 이렇게 함으로써, 강판의 폭방향으로 도금층(P)의 균일한 응고를 유도하게 되고, 결국 강판의 엣지부에서 빗살무늬 표면결함의 생성이 억제되게 된다.
따라서, 본 발명의 냉각장치에 의하면, 강판 중심부의 냉각을 통해 강판의 폭방향으로 균일한 응고층이 생성되게 되며, 이로 인해 강판이 수직하게 이동할 때, 도금 표층부의 균일한 응고층은 강판의 폭방향으로 생기는 표면장력을 약화시킬 뿐만 아니라, 결과적으로 빗살무늬 표면결함을 저감시키게 되고, 이로써 용융도금강판의 표면품질 및 생산성을 향상시킬 수 있는 효과를 얻게 되는 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상과 같이, 본 발명은 예를 들어 연속용융아연 도금공정에서 고내식 도금강판을 제조할 때에 유용하다.

Claims (13)

  1. 도금조를 통과한 강판에 와이핑 가스를 분사하여 도금두께를 조절하는 가스나이프;
    상기 가스나이프의 하류에 설치되어 상기 강판에 냉각 가스를 분사하여 냉각시키는 결함방지부; 및
    상기 결함방지부를 이동시키도록 구동하는 이동부
    를 포함하는 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결함방지부는,
    적어도 하나의 노즐을 갖춘 관형상의 본체, 및
    상기 본체에 연결되어 상기 본체에 냉각 가스를 공급하는 공급배관
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 본체의 길이는 상기 강판의 폭보다 짧은 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 본체는 상기 강판의 폭방향과 평행한 방향으로 배열된 복수의 홀형 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    복수의 노즐 중 상기 본체의 중심에 위치한 노즐은 직경이 가장 크고, 상기 본체의 양단부로 갈수록 노즐의 직경이 작아지는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 본체는 상기 강판의 폭방향과 평행한 방향으로 연장한 슬릿형 노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 노즐은 상기 본체의 중심에서 폭이 가장 크고, 상기 본체의 양단부로 갈수록 폭이 작아지는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 이동부는,
    지지부;
    상기 지지부로부터 연장하여 설치되고, 일측에 연결된 구동부의 구동력을 통해 정역방향으로 회전하는 볼트축; 및
    상기 결함방지부의 본체에 연결되고, 상기 볼트축과 나사결합하여 상기 볼트축을 따라 왕복이동하는 너트부가 구비된 이동블록
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 가스나이프를 지지하는 프레임 상에, 또는 상기 가스나이프와 상기 프레임을 포위하고서 상기 도금조의 탕면을 주변 대기와 격리시키는 실링박스의 상부면에 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 이동부는, 상기 볼트축과 평행하게 연장하고, 상기 결함방지부의 이동을 안내하는 적어도 하나의 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 결함방지부의 본체와 연결된 2개의 이동부가 지지부에 배치될 때, 상기 이동부와 상기 구동부 사이에는 동력전달부가 개재된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 동력전달부는,
    상기 이동부에 각각 연결된 2개의 측부기어박스;
    상기 구동부의 회전축에 연결된 중앙기어박스; 및
    각각 일단이 상기 측부기어박스에 연결되고, 타단이 상기 중앙기어박스에 연결된 2개의 연결축
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 연결축은 양단부에 제1기어가 형성되고,
    상기 이동부의 단부와 상기 구동부의 회전축의 단부에는 제2기어가 형성된 것을 특징으로 하는 냉각장치.
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