KR20040091109A - 금속 빌렛의 용융 도금 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 빌렛(1)을 용융 코팅 금속(2)을 담은 용기(3)를 통해, 그리고 그 상류에 연결된 가이드 채널(4)을 통해 수직으로 통과시킬 수 있되, 로킹 전자계에 의해 코팅 금속(2)을 용기(3) 중에 체류시키기 위해 로킹 전자계와 상호 작용하여 전자기력을 인가하는 유도 전류를 코팅 금속(2)에 유도할 수 있는 전자 유도자(5)가 가이드 채널(4)의 구역에 배치되는, 금속 빌렛(1), 특히 강 스트립의 용용 도금 장치에 관한 것이다. 금속 빌렛이 전자계 유도자에 의해 강렬하게 가열되는 것을 피하기 위해, 본 발명에 따라 그 주파수(f)가 500 ㎐ 미만인 교류를 유도자(5, 5a, 5b)에 공급하는 전기 공급 수단(6)에 유도자(5, 5a, 5b)가 접속되도록 하는 조치가 취해진다. 특히, 여기서는 상용 주파수(50 ㎐)가 고려된다.

Description

금속 빌렛의 용융 도금 장치{DEVICE FOR HOT DIP COATING METAL STRANDS}

금속 스트립용의 통상의 금속 용융 도금 설비는 정비 집약적인 부분, 즉 기계류가 내부에 위치된 코팅 용기를 구비한다. 코팅 전에 코팅하려는 금속 스트립의 표면으로부터 산화물 잔재를 세정하고, 코팅 금속과의 결합을 위해 그 표면을 활성화시켜야 한다. 그러한 이유로, 스트립 표면은 코팅 전에 환원성 분위기 중에서 열 공정으로 처리된다. 산화물 층은 사전에 화학적으로 또는 연마에 의해 제거되기 때문에, 환원성 열 공정에 의해 표면이 활성화되어 그 열 공정 후에는 표면이 금속으로 순수하게 존재하게 된다.

그러나, 스트립 표면이 활성화됨에 따라 주위의 공기 중 산소에 대한 그 스트립 표면의 친화도가 증대된다. 공기 중 산소가 코팅 공정 전에 다시 스트립 표면에 도달될 수 있는 것을 방지하기 위해, 스트립은 침지 트렁크에서 위쪽으로부터 용융 도금 욕 중으로 도입된다. 코팅 금속은 액상 형태로 존재하여 코팅 두께를 세팅하는데 취입 장치와 함께 중력을 사용하고자 하지만, 후속 공정은 코팅 금속이 완전히 응고될 때까지의 스트립 접촉을 허용하지 않기 때문에, 스트립은 수직 방향으로 전향되어야 한다. 그것은 액상 금속 중에서 작동되는 롤에 의해 이뤄진다. 그러한 롤은 액상 코팅 금속에 의해 강력한 마모를 받아 작동 정지 및 그에 따른 제조 작업의 중단을 가져오는 원인이 된다.

마이크로미터 범위로 이동될 수 있는 코팅 금속의 원하는 얇은 부착 두께로 인해, 스트립 표면의 품질에 대해 엄격한 요건이 요구된다. 그것은 스트립을 안내하는 롤의 표면도 역시 엄격한 품질의 것이어야 함을 의미한다. 통상적으로, 그러한 롤의 표면에 장애가 있으면 스트립 표면에 손상이 생기게 된다. 그것은 설비의 빈번한 작동 정지를 일으키는 또 다른 원인이 된다.

또한, 공지의 용융 도금 설비는 코팅 속도에 있어 한계치를 갖는다. 그러한 한계치는 스트립핑 제트(stripping jet)의 작업 시의 한계치이자 통과되는 금속 스트립의 냉각 과정의 한계치이자 코팅 금속에 합금 층을 세팅하는 열 공정의 한계치이다. 그로 인해, 한편으로 최대 속도가 전반적으로 제한되고, 다른 한편으로 특정의 금속 스트립이 설비에서 가능한 최대 속도로 더 이상 이동될 수 없는 경우가 생기게 된다.

용융 도금 과정에서는 코팅 금속을 스트립 표면에 결합시키기 위한 합금화 과정이 행해진다. 그 경우에 형성되는 합금 층의 특성 및 두께는 코팅 용기 중의온도에 크게 의존하여 달라진다. 그러한 이유로, 여러 코팅 과정에서 코팅 금속이 액상으로 유지되어야 하기는 하지만, 온도가 일정한 한계치를 넘어설 수는 없다. 그것은 정해진 코팅 두께를 세팅하기 위해 코팅 금속을 스트립핑하려는 원하는 효과와는 상반되는 것인데, 왜냐하면 온도가 떨어질수록 스트립핑 과정에 필요한 코팅 금속의 점도가 상승되어 스트립핑 과정이 어려워지기 때문이다.

액상 코팅 금속 중에서 작동되는 롤과 관련된 문제점을 피하기 위해, 그 하부 구역에 스트립을 위쪽으로 수직하게 통과시키는 가이드 채널을 구비하는 아래쪽으로 개방된 코팅 용기를 사용하고, 밀봉을 위해 전자 로크(electromagnetic lock)를 사용하려는 시도가 시작되었다. 그러한 전자 로크는 코팅 용기를 아래쪽으로 밀봉시키는 후퇴되거나 펌핑되거나 수축되는 교번 전자계 또는 이동 전자계에 의해 동작하는 전자 유도자이다.

그러한 방안은 예컨대 EP 0 673 444 B1로부터 공지되어 있다. JP 5086446에 따른 방안도 역시 코팅 용기를 아래쪽으로 밀봉시키는 전자 로크를 채용하고 있다.

그러한 방안에 의하면, 강자성이 아닌 금속 스트립을 코팅하는 것은 가능하지만, 대체로 강자성인 강 스트립의 경우에는 강 스트립이 전자 밀봉 시에 강자기 작용에 의해 채널 벽으로 끌어 당겨져서 스트립 표면이 손상된다고 하는 문제점이 생긴다. 또한, 코팅 금속이 유도 자계에 의해 허용될 수 없을 정도로 가열되는 문제점이 있다.

2개의 이동 전자계 유도자 사이에서 가이드 채널을 통해 통과되는 강자성 강 스트립의 위치는 불안정한 평형 상태에 있게 된다. 단지 가이드 채널의 중심에서만 스트립에 작용하는 자기 인력이 합이 0으로 된다. 강 스트립이 그 중심 위치로부터 편향되는 즉시, 강 스트립은 2개의 유도자 중의 하나에 보다 더 가까이 이르는 한편, 다른 유도자로부터는 멀어지게 된다. 그러한 편향의 원인은 스트립의 단순한 평면 위치 결함일 수 있다. 그러한 평면 위치 결함으로 들 수 있는 것은 스트립의 폭에 걸쳐 보았을 때의 임의의 형태의 스트립 기복(센터 휨, 쿼터 휨, 에지 기복, 요동, 비틀림, 크로스보우(crossbow), S자 형상 등)이다. 자기 인력을 떠맡고 있는 자기 유도 작용은 그 자계 강도 내에서 유도자로부터의 거리를 따라 지수 함수적으로 감소된다. 따라서, 인력도 역시 그와 유사하게 유도자로부터의 간격이 커질수록 유도 자계 강도의 제곱으로 감소된다. 즉, 스트립이 편향된 경우에는 편향에 의해 일 방향으로 하나의 유도자 쪽으로의 인력이 지수 함수적으로 증가되는 한편, 다른 유도자로부터의 척력이 지수 함수적으로 감소된다. 당연히, 그러한 양자의 효과가 증폭되어 평형 상태가 불안정하게 된다.

DE 195 35 854 A1 및 DE 100 14 867 A1은 그러한 문제점의 해결을 위한 방안, 즉 가이드 채널 내에서의 금속 빌렛의 위치를 제어하기 위한 방안을 제안하고 있다. 거기에 개시된 개념에 따르면, 이동 전자계를 생성하는 코일 이외에도, 제어 시스템에 접속되어 금속 스트립이 중심 위치로부터 편향될 때에 그 금속 스트립을 중심 위치로 다시 복귀시키도록 배려하고 있는 부가의 교정 코일이 마련된다.

그러한 원리(즉, 교정 코일을 동반하는 이동 전자계-유도자의 개념)를 구현함에 있어서는 이동 전자계를 생성하는 유도자가 상대적으로 큰 구조 높이를 가져야 하는 것이 단점으로 판명되었는데, 그것은 필요한 전자계 강도, 전류, 및 그에요구되는 박판 코어에 의해 설명된다. 유도자의 높이는 대부분 약 600 ㎜에서 움직인다. 그것은 가이드 채널 내에 있는 침지 금속 칼럼에 악영향을 미친다.

그러한 문제점을 피하기 위해, WO 96/03533 A1로부터 코팅 재료를 체류시키기 위해 로킹 전자계를 사용하는 전제된 유형의 장치가 공지되어 있는데, 그 로킹 전자계에는 단지 하나의 유도 코일만이 사용되고 있다. 그에 따라, 유도자의 구조 높이가 상대적으로 낮다.

그러나, 금속 빌렛을 가이드 코일을 통해 통과시킬 때에 불리하게도 빌렛이 높은 강자기 작용에 의해 가이드 채널의 벽으로 끌어 당겨지는 일이 발생된다. 그를 저지하기 위해, 그러한 공지의 설비에서는 로킹 전자계 유도자를 그 주파수가 3 ㎑보다 더 높은 교류에 의해 동작시키는 조치를 취하고 있다. 그럼으로써, 강자기 작용에 의해 끌어 당겨지는 것이 고작 미미한 정도에 지나지 않게 되는 것이 구현되지만, 다만 그것을 완전히 피할 수는 없다. 또한, 금속 빌렛을 가이드 채널을 통해 통과시킬 때에 빌렛이 강렬하게 가열되는 것도 역시 단점이다.

본 발명은 금속 빌렛이 용융 코팅 금속을 담은 용기를 통해, 그리고 그 상류에 연결된 가이드 채널을 통해 수직으로 통과될 수 있되, 로킹 전자계에 의해 코팅 금속을 용기 중에 체류시키기 위해 로킹 전자계와 상호 작용하여 전자기력을 인가하는 유도 전류를 코팅 금속에 유도할 수 있는 전자 유도자가 가이드 채널의 구역에 배치되는, 금속 빌렛, 특히 강 스트립의 용용 도금(hot dip coating) 장치에 관한 것이다.

도 1은 용용 도금 용기를 그를 통해 안내되는 금속 빌렛과 함께 개략적으로 나타낸 도면이고,

도 2는 가이드 채널 및 그 아래에 가이드 롤이 배치된 유도자의 개략적인 단면도이며,

도 3은 가이드 수단이 교정 코일의 형태로 된 도 2와 상응하는 도면이고,

도 4는 도 3에 따른 유도자를 측면으로부터 바라본 도면이다.

*도면부호의 설명

1 금속 빌렛(강 스트립) 2 코팅 금속

3 용기 4 가이드 채널

5, 5a, 5b 전자 유도자 6 전기 공급 수단

7 유도 코일 8 가이드 수단

8a 가이드 롤 8b 교정 코일

8b', 8b", 8b'" 교정 코일 9 홈

f 주파수 X 이동 방향

N 수직 방향

따라서, 본 발명의 목적은 전술된 단점을 극복하도록 서두에 언급된 유형의 금속 빌렛의 용융 도금 장치를 개선시키는 것이다. 즉, 특히 구조 높이가 낮음에도 불구하고 금속 빌렛의 강렬한 가열을 일으키지 않는 전자계 유도자를 구상해야 한다.

그러한 목적은 본 발명에 따라 그 주파수가 500 ㎐ 미만인 교류를 유도자에 공급하는 전기 공급 수단에 유도자가 접속되도록 함으로써 달성되는데, 주파수가100 ㎐ 미만, 특히 50 ㎐(상용 주파수) 미만이 되도록 하는 조치를 취하는 것이 바람직하다.

그러한 구성에 의해, 통과되는 금속 빌렛의 가열을 공지의 선행 방안에 비해 현저히 감소시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 금속 빌렛을 가이드 채널 내에서 센터링된 채로 안내하는 것이 보다 더 쉬워지는데, 그것은 금속 빌렛이 강자기 작용에 의해 가이드 채널의 벽으로 끌어 당겨지는 것이 공지의 선행 방안에 비해 훨씬 더 덜하기 때문이다. 따라서, 선택된 구조 개념에 의해 얻고자 하는 유도자의 낮은 높이가 주어지게 된다.

부가의 구성에 따르면, 전기 공급 수단이 유도자에 단상 교류를 공급하도록 하는 조치가 취해진다.

유도자는 가이드 채널의 양쪽에 하나씩의 유도 코일을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 장치가 금속 빌렛을 가이드 채널 내로 안내하는 가이드 수단을 구비하도록 하는 것이 매우 유리한 것으로 판명되었다. 그를 위해, 다양한 방안을 생각해볼 수 있다.

일 구성에 따르면, 가이드 수단이 한 쌍 이상의 가이드 롤로 되도록 하는 조치가 취해진다. 그러한 가이드 롤은 가이드 채널의 하부 구역 또는 가이드 채널의 아래에 배치되는 것이 바람직하다.

선택적(또는 부가적) 실시 양태에 따르면, 가이드 수단은 가이드 채널 내에서 금속 빌렛의 표면에 수직한 방향으로 금속 빌렛의 위치를 제어하는 2개 이상의교정 코일을 포함하도록 하는 조치가 취해진다. 그 경우, 교정 코일은 금속 빌렛의 이동 방향으로 보았을 때에 유도 코일과 동일한 높이에 배치될 수 있다. 전자 유도자가 유도 코일과 교정 코일을 수납하기 위해 서로 평행하면서 이동 방향 및 전술된 법선 방향에 수직하게 연장되는 2개의 홈을 구비할 경우에 유도자의 우수한 작용이 제공되게 된다. 홈에 배치되는 교정 코일이 유도 코일보다 금속 빌렛에 더 가깝게 배치될 경우에 가이드 채널 내에서 금속 빌렛을 제어하는 것이 용이해지게 된다. 유도자가 금속 빌렛의 양쪽에 일렬로 연이어 배치된 2개 이상씩의 교정 코일을 구비할 경우에는 제어가 보다 더 정밀하게 이뤄지게 된다.

또한, 유도 코일을 동작시키는 교류와 동일한 위상을 갖는 교류를 교정 코일에 공급하는 수단이 마련될 수 있다.

전술된 교정 코일에 의해 가이드 채널 내에서 금속 빌렛을 제어하려고 계획한다면, 통과되는 강 스트립의 위치를 높은 주파수의 약한 측정계로 동작되는 유도 전자계 센서에 의해 파악할 수 있다. 그를 위해, 약한 출력을 갖는 고주파 전압을 유도 코일에 중첩시킨다. 그러한 고주파 전압은 밀봉에 영향을 미치지 않는다. 그럼으로써, 마찬가지로 코팅 금속 또는 강 스트립의 가열이 일어나지 않게 된다. 고주파 유도는 정상적인 밀봉의 강력한 신호로부터 필터링되고 난 후에 센서로부터의 거리에 비례하는 신호를 공급할 수 있다. 그러한 신호에 의해, 가이드 채널 내에서의 스트립의 위치가 파악되어 제어될 수 있게 된다.

첨부 도면에는 본 발명의 실시예가 도시되어 있는 바, 이후로 본 발명을 그 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다.

도 1에는 금속 빌렛(1), 특히 강 스트립을 용융 도금하는 원리가 도시되어 있다. 코팅하려는 금속 빌렛(1)은 아래쪽으로부터 수직하게 코팅 설비의 가이드 채널(4) 내로 유입된다. 가이드 채널(4)은 액상 코팅 금속(2)으로 채워진 용기(3)의 하단을 형성한다. 금속 빌렛(1)은 이동 방향(X)으로 위쪽으로 수직하게 안내된다. 액상 금속(2)이 용기(3)로부터 유출될 수 없도록 하기 위해, 가이드 채널(4)의 구역에 전자 유도자(5)가 배치되게 된다. 그러한 전자 유도자(5)는 금속 빌렛(1)의 옆에 각각 배치되는 2개의 반쪽부(5a, 5b)로 이뤄진다. 전자 유도자(5)에서는 로킹 전자계가 생성되는데, 그것은 액상 코팅 금속(2)을 용기(3) 중에 체류시켜 그 유출을 방지한다.

그러한 유도자(5)에는 전기 공급 수단(6)으로부터 단상 교류가 공급된다. 공급되는 교류의 주파수(f)는 500 ㎐ 미만이다. 상용 주파수, 즉 50 ㎐ 또는 60 ㎐를 사용하는 것이 바람직하다.

도 2에서는 가이드 채널(4)의 구역의 상세한 구조를 알아 볼 수 있다. 유도자(5)(또는 그 2개의 반쪽부(5a, 5b))는 유도 코일(7)이 삽입되는 홈(9)을 구비하는데, 유도 코일(7)은 교류를 공급받아 로킹 전자계를 생성한다. 특히, 금속 빌렛(1)이 가이드 채널(4) 내에서 가능한 한 그 빌렛(1)의 표면에 수직한 방향(N)으로 센터링된 채로 안내되도록 배려하고 있다.

유도자(5) 또는 유도 코일(7)은 작동 중에 빌렛(1)과 가이드 채널(4)의 벽 사이의 강자기 작용에 의한 끌어 당김을 일으키기 때문에, 가이드 수단(8)이 마련되는데, 그러한 가이드 수단(8)은 도 2에서는 가이드 롤(8a)로서 형성된다. 가이드 수단(8)은 가이드 채널(4)의 아래에 배치되어 금속 빌렛(1)이 센터링된 채로 가이드 채널(4) 내로 도입되도록 하는 것을 보장한다.

도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 가이드 수단(8)을 다른 형식으로 형성하는것도 역시 가능하다. 그에 따르면, 제어되는 자계를 생성하여 금속 빌렛(1)을 가이드 채널(4) 내에서 센터링시킨 채로 유지시키는 전기 교정 코일(8b)이 마련된다. 그 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 유도 코일(7)은 물론 교정 코일(8b)도 유도자(5a, 5b)의 홈(9) 내에 위치되고, 그것도 특히 이동 방향(X)으로 보았을 때에 동일한 높이에 위치된다.

도 4에는 2개의 유도자 반쪽부 중의 하나(5b)의 측면도가 개략적으로 도시되어 있다. 여기서, 유도 코일(7)은 물론 교정 코일(8b)도 유도자(5b)의 홈(9) 내에 수납되는 것을 다시 한 번 알 수 있다. 또한, 본 경우에는 서로 연이어 배치되는 3개의 교정 코일(8b', 8b", 8b'")이 마련되어 금속 빌렛(1)의 폭에 걸쳐 그에 작용함으로써 금속 빌렛(1)을 가이드 채널(4) 내에서 센터링된 채로 유지시킬 수 있음을 그로부터 알아낼 수 있다.

교정 코일(8b', 8b" 8b'")은 그 교정 코일(8b', 8b" 8b'")의 전방에 배치된 유도 코일(7)에 존재하는 것과 동일한 전류 위상으로 트리거링된다.

가이드 롤(8a)(도 2를 참조)과 교정 코일(8b)을 조합하여 마련할 수도 있음을 아울러 언급하기로 한다.

Claims (11)

1. 금속 빌렛(1)을 용융 코팅 금속(2)을 담은 용기(3)를 통해, 그리고 그 상류에 연결된 가이드 채널(4)을 통해 수직으로 통과시킬 수 있되, 로킹 전자계에 의해 코팅 금속(2)을 용기(3) 중에 체류시키기 위해 로킹 전자계와 상호 작용하여 전자기력을 인가하는 유도 전류를 코팅 금속(2)에 유도할 수 있는 전자 유도자(5)가 가이드 채널(4)의 구역에 배치되는, 금속 빌렛(1), 특히 강 스트립의 용용 도금 장치에 있어서,

   유도자(5, 5a, 5b)는 그 주파수(f)가 500 ㎐ 미만인 교류를 유도자(5, 5a, 5b)에 공급하는 전기 공급 수단(6)에 접속되는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 주파수(f)는 100 ㎐, 특히 50 ㎐ 미만인 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 전기 공급 수단(6)은 유도자(5)에 단상 교류를 공급하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유도자(5)는 가이드 채널(4)의 양쪽에 하나씩의 유도 코일(7)을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의용융 도금 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 용융 도금 장치는 금속 빌렛(1)을 가이드 채널(4) 내로 안내하는 가이드 수단(8)을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
6. 제 5 항에 있어서, 가이드 수단(8)은 가이드 채널(4)의 하부 구역 또는 가이드 채널(4)의 아래에 배치되는 한 쌍 이상의 가이드 롤(8a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
7. 제 5 항에 있어서, 가이드 수단(8)은 가이드 채널(4) 내에서 금속 빌렛(1)의 표면에 수직한 방향(N)으로 금속 빌렛(1)의 위치를 제어하는 2개 이상의 교정 코일(8b)로 이뤄지는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
8. 제 7 항에 있어서, 교정 코일(8b)은 금속 빌렛(1)의 이동 방향(X)으로 보았을 때에 유도 코일(7)과 동일한 높이에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 전자 유도자(5, 5a, 5b)는 유도 코일(7)과 교정 코일(8b)을 수납하기 위해 서로 평행하면서 이동 방향(X) 및 법선 방향(N)에수직하게 연장되는 2개의 홈(9)을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 홈(9) 내에 배치되는 교정 코일(8b)은 유도 코일(7)보다 금속 빌렛(1)에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.
11. 제 7 항 내지 제 10 항 중의 어느 한 항에 있어서, 유도자(5, 5a, 5b)는 금속 빌렛(1)의 양쪽에 일렬로 연이어 배치되는 2개 이상씩의 교정 코일(8b', 8b", 8b'")을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속 빌렛의 용융 도금 장치.