KR100949723B1

KR100949723B1 - 전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법

Info

Publication number: KR100949723B1
Application number: KR1020020051448A
Authority: KR
Inventors: 이창한
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원; 주식회사 포스코
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2010-03-25
Also published as: KR20040019737A

Abstract

본 발명은 전기도금공정에서 선행코일과 후행코일이 임의의 속도로 이송되고 있을 때 용접점을 트래킹하고, 각 코일의 승온에 필요한 열량을 계산한 다음, 스트립의 저항을 천이구간에 맞도록 거리의 함수로 계산하여 투입전류를 산정함으로써, 선후행 코일의 자유로운 편성에도 리플로우 목표온도의 변동을 억제하도록 전류량을 변화시키는 전기도금공정에서의 통전 리플로우의 전류제어방법에 관한 것으로, 용접점 트래킹에 입측 롤러로부터의 용접점 거리를 판단하고, 다음의 수식에 의해 스트립 저항과 소요열량(Q) 및 투입전류량(I)을 연산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법.

(watts)

전기도금, 리플로우 전류, 선행코일, 후행코일, 통전롤러, 머플 가열로

Description

전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법{METHOD FOR CONTROLING THE CURRENT OF CONDUCTION REFLOW IN THE PLATING PROCESS}

도 1은 본 발명의 대상공정인 리플로우 설비의 개략도;

도 2는 본 발명의 대상공정인 리플로우 설비에 의한 스트립의 통전롤에서부터의 거리별 승온패턴도;

도 3은 종래기술에서의 통전 리플로우의 제어에 의한 코일간 전류제어방식을 도시한 패턴도(1);

도 4는 종래기술에서의 통전 리플로우의 제어에 의한 코일간 전류제어방식을 도시한 패턴도(2);

도 5는 본 발명에 따른 코일간 리플로우 전류제어방식을 설명하는 그래프이다.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

1: 입측 통전롤러 2:출측 통전롤러

11:후물재-박물재순 코일의 리플로우 제어시 투입열량변화

12:박물재-후물재순 코일의 리플로우 제어시 투입열량변화

Q_before:선행소재소요열량 Q_after:후행소재 소요열량

Q_x:현재의 거리(x)에서의 소요열량

I_x:현재의 거리(x)에서의 투입전류

T₀:급냉탱크 입수온도

본 발명은 철강제조의 도금공정 중의 하나인 전기도금공정에서의 통전 리플로우의 전류제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기도금공정에서 선행코일과 후행코일이 임의의 속도로 이송되고 있을 때 용접점을 트래킹하고, 각 코일의 승온에 필요한 열량을 계산한 다음, 스트립의 저항을 천이구간에 맞도록 거리의 함수로 계산하여 투입전류를 산정함으로써, 선후행 코일의 자유로운 편성에도 리플로우 목표온도의 변동을 억제하도록 전류량을 변화시키는 전기도금공정에서의 통전 리플로우의 전류제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 전기주석도금 공정을 거친 소재는 합금층을 형성하고 용접성과 내식성 및 광택성 등을 높이기 위해 리플로우 멜팅(Reflow Melting)과정을 거치는데, 통전롤러(1,2) 간의 스트립(3)에 전류를 흘려 통전가열의 형태로 주석의 용융점이상으로 가열시킨 후 급속냉각시킴으로서 가능하다.

연연속공정형태의 도금라인은 코일형태의 소재를 처리하며 다양한 소재규격 의 코일을 용접하여 제공함으로써 도금공정에서 연속처리가 가능하게 된다. 리플로우 공정에서 두 개의 통전롤러(1,2)에 스트립(3)을 이송하고 통전롤러(1,2)에 전류를 투입하여 가열시키는데, 이 때 투입되는 전류의 양은 처리 대상인 소재의 크기, 즉 단면적과 이송속도에 따라 결정된다.

통상 통전롤러(1,2) 간 수십m의 스트립(3)이 놓이게 되며, 코일 단면적이 바뀔 때 즉, 선행소재와 후행소재간 크기가 달라지는 경우 두 개의 통전 롤러 간에 선후행 소재의 용접점이 놓이게 되는 경우통전가열에 소요되는 전류의 제어에 난점이 생기게 된다.

종래기술에서의 통전 리플로우의 제어에 의한 코일간 전류제어방식 중 일예를 도 3에 나타내었다.

즉, 후물재-박물재순 코일의 리플로우 제어시 투입열량변화(11)와 박물재-후물재순 코일의 리플로우 제어시 투입열량변화(12)를 나타낸 것으로서, 입측 통전롤러(1DCR)과 출측 통전롤러(2CDR)사이에서 목표온도(T₀)까지 도달하기 위하여 필요한 선행코일의 소요열량(Q_before)과 후행코일의 소요열량(Q_after)이 차이 나는 경우 제어 변경시점은 1CDR 또는 2CDR에서 이산적으로 발생하게 되며 이때 통전롤러(1,2)간에 코일용접점이 통과하는 동안은 목표온도에 도달하지 못하는 현상이 발생하게 되는데 이는 표면 품질 불량 또는 합금량 미달 등의 문제점을 초래하는 원인이 된다.

이를 보완하기 위한 방법으로, 도 4에 도시된 제어방법이 있는데, 이는 입측 통전롤러(1)와 출측 통전롤러(2)에서 용접점을 트래킹하고, 투입전류와 스트립(3) 에 걸린 특정전압으로부터 스트립의 임피던스(Impedance) 변화를 연속적으로 계산하고 해당 구간 내에서 스트립 임피던스가 일정범위를 넘어서는 시점을 코일 변경시점으로 판단하여 후행소재에 필요한 전류로 변경하는 방식이나, 이 방식은 일정구간동안의 과전류 또는 전류부족현상이 발생하여 표면품질 불량을 초래하게 된다.

그러므로 연속 공정에서의 리플로우 과정에서 선행코일과 후행코일이 동시에 공존하는 천이구간에서의 정확한 임피던스 예측과 이에 따른 적절한 전류투입으로 목표온도의 변동을 억제하는 것이 필요하다

따라서, 본 발명에서는 선행코일과 후행코일이 임의의 속도로 이송되고 있을 때 용접점을 트래킹(Tracking)하고, 각 코일의 승온에 필요한 열량을 계산하고, 스트립(Strip)의 저항을 천이구간에 맞도록 거리의 함수로 계산하여 투입전류를 산정함으로써, 선후행 코일의 자유로운 편성에도 리플로우 목표온도의 변동을 억제하도록 전류량을 변화하는 전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 연속 전기주석도금 공정의 리플로우 공정에 있어서 크기가 다른 선행코일과 후행코일의 용접부가 통전롤러를 통과하는 경우 온도변동을 방지하는 제어방법에 있어서, 용접점 트래킹에 입측 롤러로부터의 용접점 거리를 판단하고, 다음의 수식에 의해 스트립 저항과 소요열량(Q) 및 투입전류량(I)을 연산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법을 제공한다.

(watts)

v: 라인속도(mpm)

T_AVG: 입측롤러전온도와 목표온도간 평균온도

ΔT: 승온 온도,

C1,C2: 계수

A: 스트립 단면적

ρ: 스트립 비저항율

L: 입측롤러에서 급냉탱크까지의 거리

A_before: 선행코일의 스트립 단면적

A_after: 후행코일의 스트립 단면적

이하, 상기와 같은 본 발명에 대한 소재변경시 전류량변경에 의한 도금공정에서의 리플로우 전류제어방법의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 대상 공정인 전기주석도금의 리플로우 설비구성은 도 1에 나타낸 형태가 통상적이다. 입측 통전롤러(1)과 출측 통전롤러(2)사이에 머플형 가열로(Muffle Furnace; 4)가 있어서 스트립의 온도를 보존하는 역할을 하며, 급냉탱크(Quenching Tank; 5)가 있어서 도금된 주석의 용융된 상태에서 급냉될 수 있도록 한다.

그리고 교류전원을 투입하는 통전롤러의 경우, 통전롤러(1,2) 사이에 전류가 집중될 수 있도록 통전롤러(1,2) 외부에 쵸크 코어코일(Choke Core Coil; 6a,6b)을 구비하게 된다.

인입된 스트립(3)은 입측 통전롤러(1)에서부터 가열되기 시작하여 급냉탱크(5)에 입수직전에 목표온도(T0)까지 도달하도록 소재정보와 스트립 이송속도에 맞추어 적정한 전류가 투입되도록 하는데, 투입량 산정은 다음의 소요열량식으로부터 구할 수 있다

(watts)

v: 라인속도(mpm)

T_AVG: 입측 롤러전온도와 목표온도간 평균온도

ΔT: 승온 온도,

C1,C2: 계수

A: 스트립 단면적

동일 소재에 대해서는 스트립의 이송속도만이 소요 열량 및 투입 전력을 변동시키는 요소가 되는데, 만일 소재의 사이즈가 변동하는 경우에는 소요열량을 변동적으로 연산해야 하며, 이러한 제어방식을 도 5에서 도시하고 있다.

즉, 선행코일과 후행코일의 사이즈가 다를 경우, 코일간 연결부인 용접점이 통전롤러(1,2)를 통과할 때 스트립(3)에 의한 전기저항은 일정하지 않게 되고 선형적으로 변동하게 된다.

이 때 용접점 트래킹을 통해 입측 롤러에서부터의 용접점의 위치(x)를 연산하고, 선행코일에 대한 소요열량(Q_before)와 후행코일에 대한 소요열량(Q_after)로부터 천이구간 내에 용접점이 있는 경우 필요한 소요열량(Q_x)를 구한다음 통전롤러사이에 놓인 스트립의 전기저항을 구하고 투입할 전류량(I)을 다음 식으로부터 구한다.

ρ: 스트립 비저항율

L: 입측롤러에서 급냉탱크까지의 거리

A_before: 선행코일의 스트립 단면적

A_after: 후행코일의 스트립 단면적

용접점이 통전롤러 사이를 완전히 빠져나갈 때까지의 리플로우에 투입하는 변동하는 전기저항에 맞추어 전류를 가변함으로써 급냉탱크(Quenching Tank; 5)에 입수하기 직전 목표온도(T₀)가 소재 규격이 다른 인접 코일이 천이구간을 지날 때에도 일정하게 유지될 수 있다

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따르면, 단면적이 다른 인접 코일간 용접부가 통전롤러 사이를 통과할 때 용접점 트래킹에 의한 스트립 저항과 소요열량 및 투입전류량을 가변시킴으로써 목표온도의 변동을 억제하고 이 구간 내에서의 발생 가능한 합금량 과다 또는 부족, 그리고 표면품질결함 등을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims

연연속 전기도금공정의 리플로우 공정에서 크기가 다른 선행코일과 후행코일의 용접부가 통전롤러(1,2)를 통과하는 경우 온도변동을 방지하는 제어방법에 있어서,

용접점 트래킹에 따라 입측 통전롤러(1)로부터의 용접점 거리를 판단하고, 다음의 수식에 의해 스트립 저항과 소요열량(Q) 및 투입전류량(I)을 연산하여 제어하는 것을 특징으로 하는 전기도금공정에서 통전 리플로우 전류제어방법.

v: 라인속도(mpm)

T_AVG: 입측롤러전온도와 목표온도간 평균온도

ΔT: 승온 온도,

C1,C2: 계수

A: 스트립 단면적

ρ: 스트립 비저항율

L: 입측롤러에서 급냉탱크까지의 거리

A_before: 선행코일의 스트립 단면적

A_after: 후행코일의 스트립 단면적