KR100448920B1 - 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치에 관한 것으로, 용융금속이 수용되며 상광하협 형태로 상하관통된 도금조와; 상기 도금조의 상단부에 인접하여 그 외주면을 따라 버켓형태로 부착된 부속조와; 상기 도금조의 하단부에 인접하여 그 외주면을 따라 돌출된 부위의 내부에 형성된 챔버와; 상기 챔버의 일측으로부터 상향 경사지면서 선단부가 좁아지도록 연장되고 상기 도금조의 중심을 향해 형성된 분출구와; 상기 부속조와 챔버를 수직방향으로 연결시키는 보조관과; 상기 챔버와 부속조 사이의 도금조 외부에 설치된 전자석코어와; 상기 전자석코어에 권취되고 교류가 통전되는 전자석코일을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따르면, 전자기력을 이용하여 도금조 하부의 개구부를 통해 용융금속이 유출되지 않고 이 부분의 용융금속 자유표면을 안정하게 유지시킴으로써 공정의 생산성을 높이고, 도금제품의 결함을 방지하는 효과를 제공한다.

Description

금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치{APPARATUS OF CONTINUOUS HOT DIP COATING FOR METAL STRIP EMPLOYING ELECTROMAGNETIC}

본 발명은 용융금속을 담은 통에 금속판을 통과시켜 연속적으로 도금하는 공정에서 전자기장을 이용하여 용융금속을 안정적으로 부양할 수 있도록 한 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치에 관한 것이다.

일반적으로, 금속판을 도금하기 위해서는 도금액이 저장된 도금조 내부로 금속판을 침지시킨 상태에서 연속 공급함으로써 이루어진다.

즉, 도 1의 도시와 같이, 금속판(8)에 알루미늄이나 아연 또는 이들 합금 등의 용융금속을 연속적으로 도금하기 위해서는 도금 금속을 용해하여 도금조(1)에 담아두고 금속판(8)을 침지하여 도금하도록 구성되었는 바, 이때 연속적으로 도금을 하기 위해서는 금속판(8)의 이송방향을 바꾸는 싱크롤(4)과 금속판(8)의 진행을 조정하는 스테이빌라이징롤(5)등이 모두 용융금속(2)에 잠겨져 있으며, 각 롤들의 축수부는 고온환경으로 인해 무윤활 상태의 슬리브-부시 형태로 지지되게 된다.

이러한 롤과 그 구성품들은 용융금속(2)과 반응하여 금속간 화합물을 발생시키며, 불순물들이 도금 강판의 표면에 부착되면 그대로 압착되어 도금강판의 품질을 저하시키는 요인이 된다.

또한, 무윤활로 회전하는 각 롤들의 축수부는 마모가 진행되고 이러한 축수부 마모는 금속판(8)에 진동을 야기시켜 도금된 금속판에 흐름무늬, 도금량 편차 등의 결함을 발생시킨다.

이와 같은 문제를 해결하기 위하여, 최근에는 도금조 하부에 금속판(8)이 인입될 수 있는 개구부를 형성하고 이 개구부를 통해 금속판(8)이 용융금속(2)의 하부로 들어와서 상부로 빠져나가게 배치하며, 개구부를 통한 용융금속(2)의 유출을 방지할 수 있는 장치를 구성함으로써 롤들을 배제한 용융도금방법이 제안되기에 이르렀다.

그러한 예들로는 개구부 주위에 압력실을 설치하여 공기압으로 용융금속의 무게를 지탱하는 방법, 직류자석을 개구부 주위에 배치하고 용융금속에 직류전류를 흘려서 발생하는 전자기력이 용융금속의 무게를 지탱하도록 하는 방법, 개구부 주위에 리니어 인덕션 모터를 배치하여 트레블링 마그네틱 필드에 의한 전자기력으로 용융금속의 무게를 지탱하도록 하는 방법, 개구부 주위에 교류 전자석을 배치하고 전도체를 도금조내의 단변부에 설치하여 발생하는 전자기력으로 용융금속의 무게를 지탱하도록 하는 방법 등이 그것이다.

그러나, 이들 공개된 방법들중 상기 공기압을 이용하는 방법은 압력실의 유지 및 소음발생 등의 문제가 있고, 직류자석과 직류전류를 이용하는 방법은 직류전류가 강판을 타고 주변설비에 영향을 미칠 수 있다는 단점이 있으며, 교류 전자석과 전도체를 이용하는 방법은 용융금속에 침지되어 있는 전도체의 용출로 인해 그 형태를 유지하기 어려울 뿐 아니라 용융금속의 화학조성 유지가 곤란하다는 단점이 유발되었다.

특히, 전자기장을 이용하는 방법들은 개구부를 통한 용융금속의 유출을 대체로 방지할 수 있지만 개구부 전체에서 용융금속의 자기유동학적 운동이 안정되어 있지 않기 때문에 자유표면이 안정하지 않아서 유출을 완벽하게 방지하는 것은 쉽지않다는 부수적인 문제를 안고 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 전자석코일과 전자석코어로 구성되는 전자기력 발생장치를 이용하여 도금조 하부의 개구부를 통해 용융금속이 유출되지 않고 이 부분의 자유표면을 안정하게 유지할 수 있도록 한 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치를 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 금속판의 도금공정을 개략적으로 보인 예시도,

도 2는 본 발명 장치의 설치상태 개략 종단면도,

도 3은 본 발명 장치의 요부 단면도 및 평면도,

도 4는 본 발명 장치에 의한 전자기력의 모식도,

도 5는 본 발명에 따른 도금조를 대상으로 전자기장을 해석한 결과를 보인 모식도,

도 6은 본 발명에 따른 도금조 개구부의 용융금속에서 발생하는 유동장에 대한 수치해석 결과를 보인 모식도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 도금조 20 : 용융금속

30 : 전자석코어 60 : 챔버

62 : 분출구 70 : 부속조

72 : 보조관 80 : 금속판

90 : 전자석코일

본 발명의 상기한 목적은 용융금속이 수용되며 상광하협 형태로 상하관통된 도금조와; 상기 도금조의 상단부에 인접하여 그 외주면을 따라 버켓형태로 부착된 부속조와; 상기 도금조의 하단부에 인접하여 그 외주면을 따라 돌출된 부위의 내부에 형성된 챔버와; 상기 챔버의 일측으로부터 상향 경사지면서 선단부가 좁아지도록 연장되고 상기 도금조의 중심을 향해 형성된 분출구와; 상기 부속조와 챔버를 수직방향으로 연결시키는 보조관과; 상기 챔버와 부속조 사이의 도금조 외부에 설치된 전자석코어와; 상기 전자석코어에 권취되고 교류가 통전되는 전자석코일을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치를 제공함에 의해 달성된다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 장치를 간략하게 보여주는 모식도이고, 도 3은 본 발명 장치를 구성하는 요부 단면도이다.

도 2 내지 도 3에 따르면, 용융금속(20)이 담겨있는 도금조(10)의 하부측 외부에 금속판(80)의 폭 방향에 대응하도록 전자석코일(90)과 전자석코어(30)가 설치된다.

도금조(10)의 상부 양측에는 서로 대칭되는 형태로 버켓형태의 부속조(70)가 설치되고, 상기 부속조(70)의 중앙부는 용융금속(20)이 수용된 도금조(10)와 연결되어 상기 용융금속(20)의 일부가 오버플로우하여 부속조(70) 내부로 수용될 수 있도록 형성된다.

아울러, 상기 도금조(10)는 상부가 넓고 하부가 좁은 상광하협 형태로 구비된다.

상기 부속조(70)는 구조상 전자석코일(90)과 전자석코어(30)의 인접 상측에 마련된 구조이다.

도금조(10)의 하단부 양측에는 상기 부속조(70)와 마찬가지로 서로 대칭되는 구조로 이루어진 챔버(60)가 형성된다.

상기 챔버(60)는 그 일부로부터 상방향으로 점점 좁아지는 형태를 갖고 용융금속(20)이 수용된 도금조(10)의 중심을 향해 서로 연통가능하게 분출구(62)가 절개 형성된다.

아울러, 상기 챔버(60)와 부속조(70)는 이들을 수직방향으로 연결하는 보조관(72)에 의해 상호 연통가능하게 설치된다.

또한, 도 3의 (가),(나)에서와 같이, 부속조(70)의 일측벽면 중심에는 배출구(74)가 형성되고, 상기 배출구(74)는 보조관(72)과 연결되어 오버플로우된 용융금속(20)이 상기 부속조(70)의 배출구(74)를 통해 보조관(72)으로 유입되고, 보조관(72)을 따라 하강된 용융금속(20)의 일부는 챔버(60)에 수용됨과 동시에 일정압에 의해 분출구(62)를 통해 다시 금속판(80)이 통판되는 도금조(10)의 중심부측으로 분출되도록 구성된다.

한편, 도 4의 도시와 같이, 교류 전자기장에 의하여 용융금속(20)에 발생하는 유도전류는 하나의 전류흐름 경로(12)를 형성하게 되는데, 이때 유도전류와 전자기장의 벡터곱으로 표시되는 전자기력(Lorentz force)은 전류흐름 경로(12)의 중심을 향한 방향으로 작용하며 그 크기는 전자기장과 유도전류의 곱에 비례하게 된다.

따라서, 도금조(10) 하부의 개구부 근처, 즉 챔버(60)의 인접측에 전자석을 배치하게 되면 그 부근에서 용융금속(20)에 작용하는 전자기력(10)은 중력반대 방향으로 작용하고, 전자석으로부터 상대적으로 먼 위치에 있는 용융금속(20)의 상부 자유표면 부근에서는 중력방향의 전자기력(11)이 발생하지만 전자기장의 크기가 작기 때문에 발생하는 전자기력(11)이 매우 작게 된다.

그러므로, 용융금속(20)에 작용하는 전체적인 전자기력의 합은 중력 반대방향으로 향하게 되고, 용융금속(20)이 받는 중력장보다 큰 전자기장만 형성되면 용융금속(20)은 부양상태를 유지할 수 있게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 부양장치를 통한 작동관계에 대해 기술하면 다음과 같다.

먼저, 보조관(72)과 도금조(10)를 채우고 있는 용융금속(20)은 외부 전자석에 의해 유도되는 유도전류의 전기통로를 형성하므로 정수압과 전자기장 원리에 의해 분출구(62)를 통해 분사되면서 그 부근에 존재하는 용융금속(20)을 가압하는 작용을 하게 된다.

상기 분출구(62)를 통해 분출되는 용융금속(20)은 도금조(10) 내부의 용융금속(20)에 하부에서 상부로 향하는 유동이 발생시킨다.

이로 인해, 도금조(10) 상부에서는 용융금속(20)이 넘쳐서 부속조(70)를 거쳐서 보조관(72) 상부로 흘러 들어간다.

상기 부속조(70)는 보조관(72)을 통해 도금조(10) 하부의 챔버(60)와 연결되어 있으므로 흘러넘친 용융금속은 상기 챔버(60)로 유입되게 된다.

이때, 보조관(72)의 높이에 따른 정수압과 전자기력에 의해 용융금속(20)은 프리 플랫 제트(FREE FLAT JET) 형태로 분출구(62)를 통해 도금조(10) 하부로 중심을 향해 분출되게 된다.

이와 같은 관계는 외부에서 도금조(10) 내부로 지속적으로 혹은 주기적으로 용융금속의 공급이 이루어져 손실된 용융금속에 대한 보충이 이루어져야 가능하다.

이렇게 형성된 프리 플랫 제트 유동은 분출구(62)의 각도에 의해 상방향으로 금속판(80)에 접근하고 이로 인해 개구부의 용융금속 자유표면은 동역학적으로 안정화되어 전자기력에 의해 형성된 부양을 안정적으로 유지할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명에 따른 도금조를 대상으로 전자기장을 해석한 결과이고, 도 6은 본 발명에 따른 도금조 개구부의 용융금속에서 발생하는 유동장에 대한 수치해석 결과이다.

실험결과, 분출구(62)를 통한 프리 플랫 제트 유동은 금속판(80)과 30~45°의 각도(θ)로 접촉할 때 용융금속을 가장 안정적으로 부양하는 결과를 나타내었다.

또한, 전자석에 의해 형성되는 전자기력의 크기는 전자석코일(90)에 공급되는 전류량의 제곱에 비례하므로 분출구(62)를 통한 프리 플랫 제트 유동에 의한 용융금속(20)의 유출 방지작용은 전자석코일(90)에 공급되는 전류량의 조절과 부속조(70)에 담겨져 있는 용융금속(20)의 수직방향 높이를 조절함에 의해 안정적으로 유지될 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 전자기력을 이용하여 도금조 하부의 개구부를 통해 용융금속이 유출되지 않고 이 부분의 용융금속 자유표면을 안정하게 유지시킴으로써 공정의 생산성을 높이고, 도금제품의 결함을 방지하는 효과를 제공한다.

Claims (2)

1. 용융금속(20)이 수용되며 상광하협 형태로 상하관통된 도금조(10)와;

   상기 도금조(10)의 상단부에 인접하여 그 외주면을 따라 버켓형태로 부착된 부속조(70)와;

   상기 도금조(10)의 하단부에 인접하여 그 외주면을 따라 돌출된 부위의 내부에 형성된 챔버(60)와;

   상기 챔버(60)와 연통되고 통판되는 금속판(80)을 사이에 두고 그를 향해 상향 경사지면서 선단부가 좁아지도록 연장 형성된 분출구(62)와;

   상기 부속조(70)와 챔버(60)를 수직방향으로 연결시키는 보조관(72)과;

   상기 챔버(60)와 부속조(70) 사이의 도금조(10) 외부에 설치된 전자석코어(30)와;

   상기 전자석코어(30)에 권취되고 교류가 통전되는 전자석코일(90)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 분출구(62)는 도금조(10)를 통판하는 금속판(80)과 30~45°의 각도를 갖고 용융금속(20)을 분출하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 금속판의 연속용융도금을 위한 용융금속 부양장치.