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문제 정의
- 왜냐하면 본 연구에서 대상으로 삼은 #4 CGL 아연도금욕은 주로 탑 드로 스에 ;의한 드로스 결함이 많이 발생하기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 탑 드로스에 의한 드로스 결함이 많이 발생하는 안정화롤 주위의 유동을 실 험적으로 해석하고, 수동적인 유동제어기법을 이용하여 드로스 결함을 감소시키고자 한다
제안 방법
- Kinobe 등® 은 아연도금욕 내부의 유동특성과 드로스 거동을 입자. 주입법 (particle seeding)과 LDV 를 이용하여 해셰하였다. 또한 Yakawa 등©은 도금욕 바닥면에 “Z"형상의, 배플(baffle)을 설치하여 부유하는 드로 스를 억제시켰다.
- 도금욕 내부 유동을 보다 정확히 해석하기 위해 본 ,연구에서는 도금욕 모사장치를 실제와 상사 성을 갖도록 제작하고, 아연도금 과정을 실험적으 로 모사하였다. 그리고, 디지털 화상처리를 이용한 PIV (Particle Image Velocimetry) 속도장 측정기법을 이용하여 도금욕 내부 유동의 속도장을 측정하고 해석하였다: CCD 카메라를 이용한 PIV 속도장 측 정기법은 유동에 교란을 주지않으며, 유동장의, 정 성적인「특성 뿐만 아니라 정량적인 해석도 가능하다.
- 도금욕 내부 유동을 보다 정확히 해석하기 위해 본 ,연구에서는 도금욕 모사장치를 실제와 상사 성을 갖도록 제작하고, 아연도금 과정을 실험적으 로 모사하였다. 그리고, 디지털 화상처리를 이용한 PIV (Particle Image Velocimetry) 속도장 측정기법을 이용하여 도금욕 내부 유동의 속도장을 측정하고 해석하였다: CCD 카메라를 이용한 PIV 속도장 측 정기법은 유동에 교란을 주지않으며, 유동장의, 정 성적인「특성 뿐만 아니라 정량적인 해석도 가능하다. 이러한 PIV 속도장 측정기법을 이옥하제 되면 시간에 따라 변화하는 비정상.
- 그리고 싱크롤, 안정화롤과 스크래퍼 등은 수모델 장 치 후방에서 지지하고 있다. 또한 도금욕 바닥면 도 실제에 가깝게 곡면으로 제작하였다.
- 스트립은 수조 내에 설치한 싱크롤과 수조 상 부에 위치된 구동롤에 폭 24cm 의 스트립 벨트가 연속적으로 회전하는 방식으로 모사하였다. 상부 의 구동롤은 DC 모터로 회전시키며, 구동롤 회전 수로부터 스트립 이동속도를 구하였다.
- 스트립은 수조 내에 설치한 싱크롤과 수조 상 부에 위치된 구동롤에 폭 24cm 의 스트립 벨트가 연속적으로 회전하는 방식으로 모사하였다. 상부 의 구동롤은 DC 모터로 회전시키며, 구동롤 회전 수로부터 스트립 이동속도를 구하였다. 유도가열 기는 수조 외부에 설치한 펌프를 이용하여 수조내의 작동유체를 순환시키는 방식으로 모사하였으며, 유량계를 이용하여 수조내부로 유입되는 유량 Q 를 측정하였다.
- 상부 의 구동롤은 DC 모터로 회전시키며, 구동롤 회전 수로부터 스트립 이동속도를 구하였다. 유도가열 기는 수조 외부에 설치한 펌프를 이용하여 수조내의 작동유체를 순환시키는 방식으로 모사하였으며, 유량계를 이용하여 수조내부로 유입되는 유량 Q 를 측정하였다. 도금욕 내부의 용융아연 용액은 증류수로 모사하였다.
- 속도장 측정영역의 크기를 150mm X 150mm 로 하였으며 도금욕 내부 중앙단면(center plane)을 Fig. 4 에 나타나 있는 것처 럼 14개의 측정영 역으로 나누어 속도장 측정을 수행하였다. 미소조사구간은 영상이 동량을 고려하여 공간해상도와 SNR(signalto-noise ratio)이 최적인 상태가 되는 64 x 64 픽셀 로 설정하였고"50% 오버랩핑하였다.
- 본 연구에서는 스트립 이송속도 V：，, 유도가열기 유량 Q, 스크래퍼 위치, 그리고 배플의 형태변화에 따른 속도장을 측정하였다.
- 먼저. 스트립 이송속도 변화에 따른 속도장 변화를 관측하였다. Fig.
- 아연도금 공정에서 도금욕 내부흐름의 유동특성을 실험적으로 해석하였다. 강재 스트립의 ,이동 속도를 Vs= 1.
- 아연도금 공정에서 도금욕 내부흐름의 유동특성을 실험적으로 해석하였다. 강재 스트립의 ,이동 속도를 Vs= 1.5, 2.0, 2.5m/s 의 3 가지로 변화시 키고 유도가열기의 유량을 0, 28, 40 1pm 으로 변화시키 며, 스크래퍼 설치위치와 배플 형상을 변화시키면 서 도금욕 내부유동의 변화를 PIV 속도장 측정을 통해 연구하였다. 본 연구에서 얻은 결과를 요약 하면 다음과 같다.
대상 데이터
- 미소조사구간은 영상이 동량을 고려하여 공간해상도와 SNR(signalto-noise ratio)이 최적인 상태가 되는 64 x 64 픽셀 로 설정하였고"50% 오버랩핑하였다. 산란입자로 는 평균직경이 100gm 인 vestosint® 1111 입자를 사용하였다.
- 본 연구에서는 자동차용 아연도금 강판을 주로 생산하는 광양제철소，아연도금 공장 #4CGL 을 대 상으로］ 수모델 실험을 수행하였다. 수모델 모사장 치는 실제의'유동조건과 동일하게 하지 위하여" 레 이놀즈수 (Reynolds ”«曲页)와 프로우드수 (froud number)의 상사법칙을 적용하여 크기를 1/5 루•축 소하여，투명 '아크릴로 제작하였다.
이론/모형
- 도금욕 내부유동의 속도장을 계측하기위해 PIV 속도장 측정시스템을 이용하였는데, 그 계략도를 Fig. 3 에 나타내었다.，이 PIV 시스템은 NdrYAG 레 이져, CCD 카메라, 영상처리장치, 제어 및 계산용 컴퓨터, 동기화 장치 등으로 구성되어 있다.
- 도느욕 내부 흐름의 유동구조변화를 정량적으 로 해석하기 위하여 PIV 기법을 적용하여 순간 속 도장을 측정하였다.
성능/효과
- 0m/s 이고 유 도가열기 유량이 Q=40 Ipm(Umin)인 조건에서 스트 립 출구부 주위 4 개 단면에서 측정한 속도장 결과를!도시한 것이다. 이와 같은 속도장 결과들을 이용하면 도금욕 내부 유동의 정성적 특성과 함께 정량적인 유동구조 해석이 가능하다.
- 유도가열기의 유량을 '실제 현장 조업의 70%와 100% 수준인 Q=281pHi 과 Q=401pm 로 증가시 킴 에 따라, 스크래퍼 상부로 상승하는 유동이 유도가열 기의 영향으로 감소하고 있음을 볼 수 있다.
- 그러나 유 도昇열기의 유량이 증가함에 따라 안정화롤 아래 부근에서 반시계 방향으로 도는 와류 유동이 강해 지고，있다. 따라서 안정화롤 주위와 상부유동을 억제시켜 드로스를 저감시키기 위해서는 유도가열 기 유량을 증가시키는 것이 유리함을 알 수 있다.
- 안정화를 아래부분에 형성된 반시계방향으로 회전하는 와류가 배플에 근접하게 위치하여 이러한 와구조가 배플에 진동을 야기시킬 수도 있음을 알 수 있다. 그러나 본 연구에서 다룬 여러가지 유동제어방법 중 Fig. 11 처럼 B 형 배플을 사용하 고, 스크래퍼를 안정화롤에 밀착시키고, 유도 가열기 유량을 취대로 유지하게 되면, 안정화롤 주위 유동을 :효과적으로 제어하여 드로스 부착을 감소 시킬 수 있음을 알 수 있다.
- (1): 스트립 이송속도가 증가함에 따라 스트립 내부凹 안정화롤 아래부근에서 반시계방향으로 도 는 와류유동이 강해지며 또한 출구부의 스트립 외 부에서는 강판을 따라 상승하는 유동이 안정화롤 부근까지 상승하지 못하고 강판에서 보다 빨리 분 리되어.진다.
- (4) 강판을 ,따라 상승하던 유동은 배플 설치로 인해 :안정화롤과 스트립이 만나는 코너부분으로 유입되는 유동이 크게 감소한다. 또한 A 형 배플 에 비해.
후속연구
- 이와 '같은 연구를 통해 얻어진 도금욕 내뷔 솎 도 정보를 분석함으로써 도금욕 내부 유동에 :대한 정확한:이해와 함께 궁극적으로 도금 강판의 :품질 향상에토 크게 기여할 수 있을 것이다
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