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KR101353669B1 - 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 이를 이용한 제조 방법 - Google Patents

드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 이를 이용한 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 용융아연도금강판의 제조에 있어서 도금욕 내 드로스를 저감하여 표면 품질이 우수하고, 연속적인 도금공정의 진행을 통하여 생산성을 향상시킨 우수한 용융아연도금 강판의 제조장치 및 이를 이용한 용융아연도금강판의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 도금욕에 강판을 침지하여 도금하는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서, 상기 도금욕에 강판을 유도하는 스나우트를 포함하며, 상기 스나우트 내부에 설치되고, 상기 강판에 금속도금을 행하는 선도금장치를 포함하는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.

Description

드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 이를 이용한 제조 방법{APPARATUS FOR DROSS REDUCING GALVANIZING STEEL SHEET AND METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 자동차용 도금강판 등에 사용되는 용융아연도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용융아연도금 하는 공정에서 드로스가 강판의 표면에 부착되는 것을 방지하여 표면 품질이 양호한 도금제품을 생산할 수 있도록 개선한 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근 용융 아연 도금강판은 자동차는 물론 가전 등의 용도로 그 수요가 증가되고 있다. 이러한 수요의 증가와 더불어 수요가들은 물성뿐만 아니라 표면 품질 또한 매우 우수한 강판을 요구하고 있다. 상기 용융아연도금 강판은 연속아연 도금라인에서 생산되는데 도금욕의 조건에 따라 도금욕내에 발생하는 드로스 입자들이 석출되어 드로스 입자들이 아연과 더불어 강판에 부착된다. 이때, 도금층 두께 이상 되는 입자크기의 드로스는 아연도금 강판 표면에 결함으로 나타나게 된다.
도금욕내에 발생하는 드로스 입자는 강판에서 용출되는 Fe 성분과 도금욕내 Zn 및 Al과 반응하여 각 상들의 밀도에 따라 도금욕 하부로 하강하는 하부 드로스(Bottom Dross), 상부로 부상하는 상부 드로스(Top Dross)로 구분되며, 하부 드로스 및 상부 드로스는 도금욕 성분에 따라 도금욕 내에 동시에 혹은 각각 존재하기도 한다. 도금욕 내에서 강판이 롤을 통과할 때 드로스가 강판에 부착되어 결함을 유발하게 된다.
따라서, 종래부터 이러한 드로스의 발생을 방지 및 저감시키기 위하여, 아연도금욕에 화학성분을 조정하여 드로스의 발생을 저감시키거나, 발생된 드로스를 제거하는 방법 등이 이용되어 오고 있다.
이중 아연도금욕 화학성분을 조정하는 방법은 그 화학성분의 주원소인 알루미늄과 철성분의 조정이 중요하나, 이러한 적절한 성분으로 조정함에는 시간이 과다하게 소요(5~10시간이 소요)되는 문제점이 있다. 또한 발생된 드로스를 제거하는 방법으로서, 상부 드로스를 자동화된 기계 및 사람에 의해 제거하는 방법등과 하부 드로스를 질소등을 도금욕조속에 주입하여 부유시킨 후 제거하는 방법등을 사용하였다.
그러나 상기 방법들은 모두 그 드로스 제거시에 도금작업을 중단하여야 하는 문제점이 있으며, 제거를 계속해서 실시하여도 드로스의 발생량이 증가할 경우 1주일 이상 작업이 불가능한 문제가 있다. 따라서, 종래기술은 연속작업이 불가하여 생산성 하락 및 품질불안 요소를 배제할 수 없었다.
본 발명의 일측면은 용융아연도금강판의 제조에 있어서 도금욕 내 드로스를 저감하여 표면 품질이 우수하고, 연속적인 도금공정의 진행을 통하여 생산성을 향상시킨 우수한 용융아연도금 강판의 제조장치 및 이를 이용한 용융아연도금강판의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면은 용융아연도금욕을 수용하는 도금조 및 도금 될 강판을 도금조내의 용융아연도금 욕으로 유도하는 스나우트를 포함하여 용융아연도금강판을 제조하는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서, 상기 스나우트 내부에 설치되고, 상기 강판에 선도금층을 형성하는 선도금장치를 포함하는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치 및 이를 이용한 용융아연도금강판의 제조방법을 제공한다.
덧붙여 상기한 과제의 해결수단은, 본 발명의 특징을 모두 열거한 것은 아니다. 본 발명의 다양한 특징과 그에 따른 장점과 효과는 아래의 구체적인 실시형태를 참조하여 보다 상세하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 산소 친화력이 적은 금속을 용융아연도금하기 전에 유효한 두께로 강판 표면에 선도금하여 드로스 생성을 억제함으로써, 균일한 아연 도금층 형성이 가능할 뿐만 아니라, 연속생산 공정을 통하여 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 용융아연도금공정의 선도금 장치가 구비된 용융 아연도금 장치를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일례에 따른 용융아연도금공정의 선도금 장치의 상세도이다.
도 3은 강판의 표면을 나타낸 것으로 (a)는 종래의 방법을 이용한 강판의 표면을 관찰한 사진이고 (b)는 본 발명에 따른 방법을 이용한 강판의 표면을 관찰한 사진이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일례에 따른 선도금장치가 구비된 용융아연도금장치를 나타낸 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 용융아연도금장치는 도금욕을 수용하는 도금조(110), 소둔로에서 소둔된 강판(200)을 상기 도금조 내의 도금욕으로 유도하는 스나우트(120), 상기 스나우트 내부에 설치되어 있는 선도금장치(130)를 포함하여 구성된다. 도 1에는 도금되는 강판이 소둔된 강판인 경우의 예를 제시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고 소둔을 행하지 않은 강판의 경우에도 적용할 수 있다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선도금장치를 도시한 도면이다.
도 2에 나타난 바와 같이 본 발명의 선도금장치(130)는 강판 표면에 금속을 증착하는 공정이 행해지는 금속증착로(131)를 포함하고, 이 금속증착로(131) 내부에는 강판 표면에 금속을 분사하는 스프레이 노즐(135)이 설치되어 있고, 상기 스프레이 노즐은 증착금속을 공급하는 금속공급장치(132)에 연결되어 있다.
상기 금속증착로(131)에는 내부 가스를 순환시키기 위한 가스순환관(133)이 구비되어 있고, 이 가스 순환관에는 가스순환펌프(1331)를 구비시키는 것이 바람직하다.
또한, 도 2에 나타난 바와 같이, 상기 금속증착로(131) 내부의 인입부에는 제 1에어나이프(134)가 강판의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하도록 설치되어 있다.
그리고 상기 금속증착로(131) 내부의 인출부에는 제 2 에어나이프(136)이 상기 스프레이 노즐(135)에 의해 분사되는 금속의 부착량을 조정하도록 설치되어 있다.
상기 금속증착로의 길이비 중 상부에서 1/9~1/11의 비율만큼 떨어진 곳에 제 1에어나이프가 존재한다. 보다 바람직한 제 1 에어나이프의 위치는 상기 금속증착로의 길이비 중 상부에서 1/10의 비율정도이다. 상기 제 1 에어나이프와 스프레이 노즐과의 간격은 20㎝ 이하를 유지하고, 스프레이 노즐의 강판에 수직(90도) 분사하며, 35~45L/min로 가스를 분사하는 것이 바람직하다.
더불어, 금속증착로 길이 비 중 하부에서 1/9~1/11의 비율만큼 떨어진 곳에 제 2에어나이프가 존재한다. 보다 바람직한 제 2 에어나이프의 위치는 상기 금속증착로의 길이비 중 상부에서 1/10의 비율정도이다. 상기 기재한 제 1 에어나이프의 조건은 제 2에어나이프에도 동일하게 적용하는 것이 가능하다.
상기 스프레이 노즐은 금속증착로 내의 각면에 4개 이상 존재하는 것이 바람직하다.
금속증착로 내의 각 면에 존재하는 제 1 및 제 2 에어나이프 및 노즐은 강판의 흔들림을 최소화하기 위해 강판을 중심으로 대칭되는 위치에 존재하는 것이 바람직하다.
이와 같이 구성된 본 발명의 용융아연도금강판의 장치를 이용하여 용융아연도금강판을 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따라 용융아연도금강판을 제조할 때에는 먼저 강판(200)을 준비한다.
이때 상기 강판(200)은 소둔된 강판이 바람직하다.
다음에, 상기 강판을 스나우트(120) 내부에 설치되어 있는 선도금장치(130)에서 선도금 한 후, 용융아연도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성한다.
이하, 선도금 공정에 대해서 상세히 설명한다.
상기 준비한 강판(200)을 스나우트(120)로 유도하여 도금욕(111)에 침지하기 전에 스나우트(120) 내부에 위치한 선도금장치(130)를 이용하여 선도금한다.
상기 선도금은 금속공급장치에서 공급받은 증착금속을 금속증착로 내의 스프레이 노즐에 의해 강판 표면에 분사시켜 증착시키는 것으로 이루어진다.
이때, 증착금속은 금속증착로 내에서 기체상태로 존재한다. 그리고, 금속증착로 내부는 환원분위기를 유지하여 증착금속이 산화되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 환원분위기는 수소 혹은 수소와 질소의 혼합가스로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 금속증착로 내의 가스는 가스순환 라인 및 가스순환펌프에 의해 순환되고 재분사 되도록 하는 것이 바람직하다.
금속증착로 내에서 증착 도금시 기화된 금속이 금속증착로 내부로 확산되게 되면 금속증착로 내에서 롤 표면에 응착되어 표면결함을 발생시킬 수 있으며 금속증창로 내벽에 부착되어 산화될 수 있다. 따라서 이러한 기화된 금속을 제어하기 위하여 금속증착로 내 상/하부에 에어나이프(134,136)를 위치시켜 기화된 금속이 냉각대 밖으로 빠져나가지 않게 하는 것이 바람직하다.
또한, 금속공급장치(132)에서 공급되는 금속은 융점이 낮고 증기압이 높은 금속으로 600℃이하에서 액체 상태로 존재하는 Zn에 Al, Mg, Ni로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 금속을 사용한다. 금속은 융점이 낮고 증기압이 높아 금속증착로 내에서 기체 상태로 존재하여 강판 표면 증착이 가능하다.
또한, 상기 금속증착로의 온도는 420~600℃를 유지하는 것이 바람직하다. 상기 금속증착로의 온도가 420℃미만인 경우에는 아연이 고체상태로 존재하여 금속증착로 내벽에 응착되는 문제가 발생하며, 600℃를 초과하는 경우에는 도금후 소재의 냉각이 어려운 문제가 발생한다.
상기 선도금된 도금층은 20~200㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 도금층의 두께가 20㎚미만인 경우에는 선도금에 의한 강판의 Fe 용출효과가 저하되며, 200㎚를 초과하는 경우에는 상기 금속증착로 내에서 선도금 금속과 강판과의 반응시간이 확보되지 않아 증착이 어렵다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 소둔 후 강판이 아연도금 욕에 침적되기 전에 금속을 증착시킴으로써 도금욕 내 드로스를 저감하여 연속적인 도금공정의 진행과, 표면품질이 우수한 용융아연도금강판의 제조가 가능하게 된다.
(실시예)
도3은 강판을 10%H2-N2, Dew point -60℃, 800℃에서 소둔한 시편과 소둔 후 도금직전 표면에 아연을 증착시킨 시편의 표면 형상을 나타낸다. 산화물의 형상은 SEM을 이용하여 분석하였다. 도3의 a는 통상적인 소둔조건에서 소둔한 강판의 표면 형상이고, 도3의 b는 도금직전 아연을 표면에 증착시킨 강판의 표면 형상이다.
도3(a)의 경우 소둔 표면에 부분적으로 Si,Mn의 복합 산화물이 존재하며 그 두께는 40 nm 이내이다. 한편 도3(b)의 경우 발명의 예로서 도3(a)과 유사하게 Si, Mn의 복합 산화물이 존재하나 Si, Mn 산화물이 존재하지 않는 Fe표면에는 Fe위에 수백 nm 이내의 아연이 증착되어 있음을 확인할 수 있다. 표면에 증착된 금속은 환원분위기에서 산화가 최대한 억제되어 금속 상태로 존재하며 도금욕 내 아연과의 젖음성도 우수하다. 또한 금속의 증착량은 스프레이 노즐의 분사량을 바꾸어 조절 가능하다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 도금조
111:도금욕
120:스나우트
130:선도금장치
131:금속증착로
132:금속공급장치
133:가스순환관
134: 제 1에어나이프
135:스프레이 노즐
136: 제 2에어나이프
1331:가스순환펌프
200: 강판

Claims (9)

  1. 용융아연도금욕을 수용하는 도금조 및 도금될 강판을 도금조 내의 용융아연도금욕으로 유도하는 스나우트를 포함하여 용융아연도금강판을 제조하는 용융아연도금강판의 제조장치에 있어서,
    상기 스나우트 내부에 설치되고, 용융아연도금 전에 상기 강판에 선도금층을 형성하는 선도금장치를 포함하고,
    상기 선도금 장치는 상기 강판 표면에 금속을 증착하는 공정이 그 내부에서 행해지는 금속증착로를 포함하고,
    상기 금속증착로 내부에는 강판 표면에 금속을 분사하는 스프레이 노즐이 설치되어 있고,
    상기 스프레이 노즐은 증착금속을 공급하는 금속공급장치에 연결되어 있는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속증착로 내부의 인입부에는 강판의 표면에 잔류하는 이물질을 제거하는 제 1에어나이프가 설치되고, 그리고 상기 금속증착로 내부의 인출부에는 액체 금속의 부착량을 조정하는 제 2에어 나이프가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 금속증착로에는 내부 가스를 순환시키기 위한 가스순환관(133)이 구비되어 있고, 이 가스 순환관에는 가스순환펌프가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조장치.
  5. 강판을 준비하는 단계;
    상기 강판 표면에 부착된 이물질을 제거하는 단계;
    상기 이물질이 제거된 강판에 금속을 분사하여 선도금층을 형성하는 단계;
    상기 금속이 분사된 강판의 부착량을 조정하는 단계; 및
    상기 선도금된 강판을 용융아연도금욕에 침지하여 용융아연도금층을 형성하는 단계를 포함하는 드로스 저감형 용융아연도금강판의 제조방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 강판에 분사되는 금속은 Zn에 Al, Mg 및 Ni로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판 제조방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 선도금층을 형성하는 단계는 환원성 분위기를 유지하는 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판 제조방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 환원성 분위기는 수소 또는 수소와 질소의 혼합가스로 이루어진 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판 제조방법.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 금속 선도금층은 20~200㎚ 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 드로스 저감형 용융아연도금강판 제조방법.
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