JP2005256050A

JP2005256050A - 溶融めっき鋼板の表面外観調整方法および表面外観調整装置

Info

Publication number: JP2005256050A
Application number: JP2004067405A
Authority: JP
Inventors: Koji Yamashita; 幸士山下; Yasushi Araya; 泰荒谷
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: JP4468718B2

Abstract

【課題】めっき浴に浸漬されてめっき処理が施された溶融めっき鋼板に、ガスを吹付けることによって冷却し、その冷却時における冷却速度の制御によって種々の表面外観に調整することを可能にする。
【解決手段】めっき浴２に浸漬されてめっき処理が施された後、めっき付着量が調整された溶融めっき鋼板３ａの表面に、冷却能力の調整が可能なガス冷却手段１０を用いてガスを吹付けて冷却する。溶融めっき鋼板３ａの表面にガスを吹付けて冷却するに際し、溶融めっき鋼板３ａの冷却速度を調整することによって、その表面外観を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融めっき鋼板の表面外観調整方法および表面外観調整装置に関する。

亜鉛（Ｚｎ）系またはアルミニウム（Ａｌ）系などの溶融めっき鋼板は、耐食性および加工性に優れ、また安価であることから、建材、自動車部材、家電部材、ガードレールなど種々の用途に用いられている。したがって、溶融めっき鋼板には、用途に応じて光輝く表面外観から防眩性を有する表面外観まで幅広い仕様が求められている。たとえば建材という一つの用途においても、建屋内の装飾用途としては好適な光輝く表面外観の溶融めっき鋼板を、道路に面した壁用建材に用いると、溶融めっき鋼板が太陽光を反射し、道路を通行する歩行者および自動車の運転者の目を眩惑するので、安全上の問題が生じる。このように、溶融めっき鋼板は、一律の表面外観では多種の用途に対応することができないので、個々の用途に応じた好適な表面外観のものが求められている。

溶融めっき鋼板の表面外観として採り上げられる主なものにスパングル径と表面光沢とがある。

スパングル径は、めっき浴の組成によって定まり、スパングル径の調整は、従来次のように行われている。スパングル径を特に調整することを意図しない場合、すなわちスパングル径が大きくなっても良い場合、めっき浴を主組成のめっき金属のみによって構成し、主組成のめっき金属以外の微量元素をめっき浴に添加しない。一方、スパングル径を小さく抑制する場合、めっき金属以外に、たとえばアンチモン（Ｓｂ）などの微量元素をめっ浴に添加している。このように、スパングル径はめっき浴の組成によって定まり、溶融めっき鋼板のめっきの組成は需要家毎に定まっているので、めっきの組成が予め定められている一鋼種を対象として溶融めっき鋼板のスパングル径の大きさを自在にコントロールすることは困難である。

溶融めっき鋼板の表面光沢は、溶融めっき鋼板のめっき層が凝固して冷却された後に、軽度の圧下を与えて圧延する調質圧延を施すことによって調整されている。この調質圧延における表面光沢は、圧延に用いるワークロールの表面粗度に依存する。したがって、調質圧延における表面光沢の調整は、ワークロールの表面粗度を、研磨仕上げまたはダル仕上げなどのように変化させることによって行われている。しかしながら、ワークロールの表面粗度は、調質圧延における溶融めっき鋼板とワークロールとの摩擦に起因し、調質圧延の継続に伴って経時的に変化するので、所望の表面光沢を有する溶融めっき鋼板を長時間にわたって安定して得ることが困難という問題がある。

このような問題を解決する従来技術の一つに、めっき浴に素鋼板を浸漬して引き出した後ガスワイピングし、引き続きめっき層凝固開始温度以上の板温で気水スプレー冷却することによって、めっき層表面の眩しさを抑えた溶融Ｚｎ系めっき鋼板を製造する方法がある（特許文献１参照）。

しかしながら、この従来技術には、次のような問題がある。めっき鋼板の冷却に気水スプレー、すなわち空気と水との混合流体を用いるので、水による伝熱とともに気化熱によってめっき鋼板が急冷される。この急冷によって、めっき層表面の光沢度が１００以下の眩しさを抑えためっき鋼板を得ることができるけれども、光輝く表面と眩しさを抑えた表面との中間仕様の光沢度を有するようなめっき鋼板を得ることができないという問題がある。すなわち、急冷以外の水準の冷却速度に制御することが困難であるという問題がある。

特開平１０−８８３１０号公報

本発明の目的は、めっき浴に浸漬されてめっき処理が施された溶融めっき鋼板に、ガスを吹付けることによって冷却し、その冷却時における冷却速度の制御によって種々の表面外観に調整することのできる溶融めっき鋼板の表面外観調整方法および表面外観調整装置を提供することである。

本発明は、めっき浴に鋼板を浸漬してめっき処理を施し、
めっき処理された溶融めっき鋼板のめっき付着量を調整し、
溶融めっき鋼板の表面にガスを吹付けて冷却するガス冷却手段であって、冷却能力の調整が可能なガス冷却手段を用いて、めっき付着量調整後の溶融めっき鋼板を冷却し、
溶融めっき鋼板の冷却時に溶融めっき鋼板の冷却速度を調整することによって表面外観を調整することを特徴とする溶融めっき鋼板の表面外観調整方法である。

また本発明は、溶融めっき鋼板の冷却速度の調整が、ガス冷却手段から溶融めっき鋼板に吹付けるガスの量を調整することによって行われることを特徴とする。

また本発明は、溶融めっき鋼板の表面外観が、表面光沢および／またはスパングル径であることを特徴とする。

また本発明は、搬送途中でめっき浴に浸漬されてめっき処理が施される溶融めっき鋼板のめっき処理後の冷却速度を調整することによって、その表面外観を調整する溶融めっき鋼板の表面外観調整装置において、
めっき浴に浸漬後の溶融めっき鋼板であって表面外観が調整される前の溶融めっき鋼板の温度を検出する第１温度検出手段と、
めっき浴に浸漬後の溶融めっき鋼板に対してガスを吹付けて冷却するガス噴射手段と、
ガス噴射手段にガスを供給するガス供給手段と、
ガス噴射手段によってガスが吹付けられて冷却された溶融めっき鋼板の温度を検出する第２温度検出手段と、
溶融めっき鋼板の搬送速度を検出する搬送速度検出手段と、
第１温度検出手段、第２温度検出手段および搬送速度検出手段の検出出力に応答し、ガス供給手段によるガス供給量を制御する制御手段とを含むことを特徴とする溶融めっき鋼板の表面外観調整装置である。

本発明によれば、めっき浴に鋼板を浸漬してめっき処理を施し、めっき付着量を調整した後、溶融めっき鋼板の表面にガスを吹付けて冷却する。溶融めっき鋼板の冷却に際しては、水を用いることなくガスのみを用い、さらにガスを吹付けて冷却するガス冷却手段に冷却能力の調整が可能なものを用いるので、溶融めっき鋼板を急冷してしまうことなく、その冷却速度を調整することが可能である。このことによって、表面外観の要素であるスパングル径および／または表面光沢が所望の状態に調整された溶融めっき鋼板を得ることができる。

また本発明によれば、めっき処理後の溶融めっき鋼板にガスを吹付けて冷却するに際し、ガス量の制御を通じて冷却速度を制御することによって、溶融めっき鋼板の表面外観、たとえばスパングル径、表面光沢などを所望の状態に調整することのできる溶融めっき鋼板の表面外観調整装置が実現される。

図１は、本発明の実施の一形態である溶融めっき鋼板の表面外観調整装置１の構成を簡略化して示す図である。溶融めっき鋼板の表面外観調整装置１（以後、表面外観調整装置１と略称する）は、めっき浴２に浸漬後の溶融めっき鋼板であって表面外観が調整される前の溶融めっき鋼板３ａの温度を検出する第１温度検出手段４と、めっき浴２に浸漬後の溶融めっき鋼板３ａに対してガスを吹付けるガス噴射手段５と、ガス噴射手段５にガスを供給するガス供給手段６と、ガス噴射手段５によってガスが吹付けられて冷却された溶融めっき鋼板３ｂの温度を検出する第２温度検出手段７と、溶融めっき鋼板、より厳密にはめっき処理が施される前の鋼板３ｃの搬送速度を検出する搬送速度検出手段８と、第１温度検出手段４、第２温度検出手段７および搬送速度検出手段８の検出出力に応答し、ガス供給手段６によるガス供給量を制御する制御手段９とを含んで構成される。なお、本明細書における「鋼板」は、長手方向に長大な鋼板の一形態である鋼帯をも含めた意味に用いられる。

表面外観調整装置１は、図１に要部を示す溶融めっき設備に設けられる。溶融めっき設備は、大略、不図示の巻戻装置および洗浄装置等の前処理装置、たとえば還元炉方式の焼鈍炉１１、めっき浴２を貯留するポット１２、めっき付着量を調整する一対のガスワイピングノズル１３ａ，１３ｂ、不図示の水冷装置、後処理装置、調質圧延装置および巻取装置を含む構成である。溶融めっき設備において、鋼板３ｃは、巻戻装置から巻戻されて前処理装置で前処理され、焼鈍炉１１で活性化された後、焼鈍炉１１の出側に連なって設けられるスナウト１４を通り、ポット１２に貯留されるめっき浴２に浸漬されて溶融めっき処理される。めっき浴２に浸漬された鋼板３ｃは、めっき浴２中に設けられるシンクロール１５によって搬送方向を反転されてめっき浴２から引上げられ、ガスワイピングノズル１３ａ，１３ｂによってめっき付着量が調整される。さらにめっき付着量の調整された溶融めっき鋼板３ｂは、水冷装置で水冷された後、後処理装置で後処理され、必要に応じて調質圧延されて巻取装置で巻取られる。

溶融めっきに用いられるめっき金属は、Ｚｎ、Ｚｎ合金、Ａｌ、Ａｌ合金、Ｚｎ−Ａｌ合金のいずれであっても良い。

表面外観調整装置１は、溶融めっき設備のガスワイピングノズル１３ａ，１３ｂと不図示の水冷装置との間であって、めっき浴２から引上げられた溶融めっき鋼板３ａのめっき金属が未だ凝固していない位置に設けられ、めっき浴に浸漬後めっき付着量が調整された溶融めっき鋼板３ａの冷却速度を調整することによって、溶融めっき鋼板３ａの表面外観を調整することに用いられる。

本実施の形態では、表面外観調整装置１の第１温度検出手段４は、めっき浴２の温度と、めっき浴２から引上げられ表面外観が調整される前の溶融めっき鋼板３ａの温度とがほぼ等しいとみなして、めっき浴２の温度測定位置に設けられる。この第１温度検出手段４は、温度センサであり、めっき浴２中に浸漬される熱電対であっても良く、また非接触型の放射温度計などであっても良い。またガス噴射手段５に対して矢符１６で示す溶融めっき鋼板３ａ，３ｂの搬送方向下流側に設けられる第２温度検出手段７も温度センサであり、公知の接触型または非接触型の温度センサを用いることができる。鋼板３ｃの搬送速度検出手段８は、速度センサであり、公知の回転計型の速度センサまたは光学的速度検出センサなどを用いることができる。これらの第１温度検出手段４、第２温度検出手段７および搬送速度検出手段８は、制御手段９に電気的に接続される。

ガス噴射手段５は、溶融めっき鋼板３ａの表裏面をそれぞれ臨んで一対が設けられる。図２は、ガス噴射手段５の構成を簡略化して示す図である。一対のガス噴射手段５は、溶融めっき鋼板３ａに関してほぼ対称な形状を有するので、一対のうち一方にはアルファベットのａを添付し、他方にはアルファベットのｂを添付した同一の参照符号を付し、その構成の説明においては、一対のうち一方についてのみ説明し他方の説明を省略する。なお、ガス噴射手段５の各部位については、一対の両者に共通して述べる場合、アルファベットの添字を除いた参照符にて表すことがある。図２（ａ）は、ガス噴射手段５ａ，５ｂを溶融めっき鋼板３ａの幅方向の端部側、すなわち側面から見た図である。また図２（ｂ）は、ガス噴射手段５ａを溶融めっき鋼板３ａの位置から見た正面図である。

ガス噴射手段５ａは、鋼製の大略直方体形状の箱型容器部材である。ガス噴射手段５ａの溶融めっき鋼板３ａを臨む面２１ａには、矢符１６で示す溶融めっき鋼板３ａ，３ｂの搬送方向に対して直交する方向に延びて複数のスリット２２が形成される。この溶融めっき鋼板３ａを臨んで形成される複数のスリット２２は、溶融めっき鋼板３ａを冷却する媒体であるガス、ここでは空気の噴出口として機能する。ガス噴射手段５ａ，５ｂは、溶融めっき鋼板３ａを臨む面２１ａ，２１ｂ同士が対向するように配置され、めっき鋼板３ａを臨む面２１ａ，２１ｂ同士によって形成される隙間に、溶融めっき鋼板３ａを通板させ、溶融めっき鋼板３ａにスリット２２から空気を噴射して冷却する構成である。

ガス噴射手段５ａの寸法は、溶融めっき鋼板３ａの搬送方向に垂直な幅方向に全体を冷却することができる寸法であれば特に限定されるものではないけれども、本実施の形態では、約６５０^Ｄ×１５００^ｗ×７３５０^Ｌの大きさに形成される。

溶融めっき鋼板３ａを臨む面２１ａに連なる側面２３ａには、ガス噴射手段５ａの長手方向の中央寄りに２つの第１および第２ガス供給口２４ａ，２５ａが形成される。第１ガス供給口２４ａには、第１送気ダクト２６ａが接続され、第２ガス供給口２５ａには、第２送気ダクト２７ａが接続される。第１および第２送気ダクト２６ａ，２７ａの内部には、ヘッダー圧力を調整するためのダンパ２８が設けられる。この第１および第２送気ダクト２６ａ，２７ａの他端部は、ガス供給手段６に接続される。

本実施の形態では、ガス供給手段６は、インバータなどの周波数調整手段を備える交流モータ２９と、送気ファン３０とを備える。交流モータ２９に備わるインバータは、後述する制御手段９からの動作指示信号に従い、交流モータ２９の駆動電源であるたとえば商用電源から入力される電力周波数を可変に調整することによって、交流モータ２９の回転数を可変に設定することができる。送気ファン３０は、公知のファンを用いることができ、交流モータ２９によって回転駆動される。この送気ファン３０に第１および第２送気ダクト２６ａ，２７ａの他端部が接続される。したがって、交流モータ２９で回転駆動される送気ファン３０によって送給される空気が第１および第２送気ダクト２６ａ，２７ａを流過し、第１および第２供給口２４ａ，２５ａからガス噴射手段５ａに供給される。

前述のように、交流モータ２９の回転数が可変に設定されるので、交流モータ２９で回転駆動される送気ファン３０の回転数を可変に設定することができる。送気ファン３０の回転数が可変に設定されることによって、第１および第２ダクト２６ａ，２７ａを流過し、第１および第２供給口２４ａ，２５ａからガス冷却手段５ａに供給される空気の量、すなわちガス冷却手段５ａから溶融めっき鋼板３ａに対して吹付けられる空気の量が、可変に設定される。これらのガス供給手段６とガス噴射手段５とは、ガス冷却手段１０を構成する。このように、ガス供給手段６からガス噴射手段５に供給される空気量を可変設定することによって、ガス冷却手段１０の冷却能力を調整することができる。

制御手段９は、たとえば中央処理装置（ＣＰＵ）とメモリとを含む処理回路によって実現される。メモリは、読出し専用メモリと随時書込み／読出し可能なメモリとの両者を備えることが好ましい。読出し専用メモリには、表面外観調整装置１の全体動作を制御するためのプログラムなどがストアされ、随時書込み／読出し可能なメモリには、溶融めっき設備に通板される鋼帯毎の製造仕様データなどがストアされる。なお、随時書込み／読出し可能なメモリが、制御手段９に備わる構成に限定されることなく、溶融めっき設備に通板される鋼帯毎の製造仕様データなどが、鋼帯毎に上位のコンピュータから制御手段９に与えられるように構成されても良い。

制御手段９は、第１温度検出手段４、第２温度検出手段７および搬送速度検出手段８の検出出力に応答し、溶融めっき鋼板３ａが所望の冷却速度になるように、ガス噴射手段５に対するガス供給手段６による空気供給量を制御する。

以下制御手段９による空気供給量の制御について説明する。まず、溶融めっき鋼板３ａの目標冷却速度ＭＶｃは、次のようにして求められる。ガス噴射手段５への入側温度の代替温度であるめっき浴２の目標温度ＭＴ１は、めっき浴組成によって定まる。鋼板の目標搬送速度ＭＶは、各鋼板毎の製造標準によって定められる。ガス噴射手段５の鋼板搬送方向の長さＬは、表面外観調整装置１の設計仕様から定まるので、溶融めっき鋼板３ａがガス冷却手段５を通過するのに要する目標時間ＭＳは、ＭＳ＝Ｌ／ＭＶで与えられる。したがって、ガス冷却手段５の出側の目標温度ＭＴ２を所望の温度に設定することによって、目標冷却速度ＭＶｃは、式（１）によって求められる。
ＭＶｃ＝（ＭＴ２−ＭＴ１）／ＭＳ …（１）

一方、実測の冷却速度Ｖｃは、第１温度検出手段４による検出温度Ｔ１、第２温度検出手段７による検出温度Ｔ２および搬送速度検出手段８による検出速度Ｖを用いて、式（２）によって求められる。なお、式（２）に示すＳは、溶融めっき鋼板３ａのガス噴射手段５を通過するのに要する時間であり、Ｓ＝Ｌ／Ｖで与えられる。
Ｖｃ＝（Ｔ２−Ｔ１）／Ｓ …（２）

目標冷却速度ＭＶｃは、製造する溶融めっき鋼板毎に、予め入力されてメモリにストアされたものが読出されて用いられても良く、また上位コンピュータから制御手段９に与えられても良い。制御手段９は、第１温度検出手段４、第２温度検出手段７および搬送速度検出手段８の検出出力に応答し、冷却速度Ｖｃを演算するとともに、式（３）に基づいて冷却速度偏差ΔＶｃを演算し、この冷却速度偏差ΔＶｃが零（０）になるように、ガス供給手段６に動作指示信号を出力してガス噴射手段５に供給する空気量を制御する。
ΔＶｃ＝ＭＶｃ−Ｖｃ …（３）

本実施の形態の表面外観調整装置１では、ガス供給手段６によるガス噴射手段５への空気供給量は、ガス供給手段６の交流モータ２９に入力される電力周波数に対応する送気ファン３０の回転数によって定まる。図３および図４には、本実施の形態の表面外観調整装置１における交流モータ２９に入力される電力周波数に対応する送気ファン３０の回転数と、送気ファン３０の回転数に対応する装置出力との関係を例示する。図３は交流モータ２９の電力周波数と送気ファン３０の回転数との関係を示す図であり、図４は送気ファン３０の回転数とＡＪＣ出力との関係を示す図である。なお、表面外観調整装置１は、空気を溶融めっき鋼板３ａに吹付けて冷却するので、表面外観調整装置１の出力を、図中で
Air Jet Cooler（略称ＡＪＣ）出力と表すことがある。

図３中に示すライン４１が、交流モータ２９に入力される電力周波数と、交流モータ２９によって回転駆動される送気ファン３０の回転数との関係を示す。ライン４１から判るように、交流モータ２９に入力される電力周波数の増加に伴って、ほぼ直線的に送気ファン３０の回転数が増加する。したがって、制御手段９からの動作指示信号によって、交流モータ２９に入力される電力周波数を制御することによって、ガス噴射手段５へ供給する空気量、すなわち冷却能力を精度良く調整し、所望の値に設定することができる。図４中に示すライン４２は、送気ファン３０の回転数をＡＪＣ出力として表したものであり、ＡＪＣ出力が９０％付近までは、ＡＪＣ出力と送気ファン回転数とがほぼ直線関係にあるので、送気ファン３０の回転数、すなわち空気供給量である冷却能力をＡＪＣ出力値として表しても、精度良く冷却能力を表し得ることが判る。

この交流モータ２９に入力される電力周波数と、送気ファン３０の回転数ひいてはＡＪＣ出力との関係を与える能力データは、制御手段９のメモリに予めストアされており、制御手段９は、前述のように冷却速度偏差ΔＶｃが０になるように、交流モータ２９に入力される電力周波数を制御する。このことによって、ＡＪＣ出力、すなわちガス冷却手段１０から溶融めっき鋼板３ａに吹付ける空気量を精度良く所望の値に設定することができるので、溶融めっき鋼板３ａの冷却速度Ｖｃを精度良く所望の値になるように調整することが可能になる。

以下本発明の溶融めっき鋼板３ａの表面外観調整方法について説明する。まず溶融めっき設備の巻戻装置から巻戻された鋼板３ｃは、前処理装置によって前処理された後、焼鈍炉１１で活性化処理される。活性化処理された鋼板３ｃは、スナウト１４を通過してめっき浴２に浸漬されてめっき処理される。めっき浴２から引上げられた溶融めっき鋼板３ａは、ガスワイピングノズル１３ａ，１３ｂから吹付けられるガス圧力によってめっき付着量が調整される。

めっき付着量調整後の溶融めっき鋼板３ａは、表面外観調整装置１のガス噴射手段５内を搬送される過程において、ガス冷却手段１０から空気が吹付けられ冷却されることによって表面外観が調整される。このとき、制御手段９は、前述のように第１温度検出手段４、第２温度検出手段７および搬送速度検出手段８の検出出力に応答し、目標冷却速度ＭＶｃと実測冷却速度Ｖｃとの差である冷却速度偏差ΔＶｃが０になるように、ＡＪＣ出力、すなわちガス冷却手段１０による冷却能力を制御することによって、溶融めっき鋼板３ａを所望の冷却速度で冷却し、表面外観を調整する。

本発明では、表面外観のうち、主として表面光沢およびスパングル径を調整の対象とする。

表面光沢が、冷却速度制御によって調整できる理由は、詳らかではないけれども、次のように推察される。溶融めっき鋼板が異なる冷却速度で冷却されるとき、めっき層表面の凝固収縮は冷却速度の影響を受ける。溶融めっき鋼板が急冷されるとき、めっき層表面は、ほぼ一様な状態で冷却されるので、凝固収縮に差異がほとんど無く、凹凸が小さいすなわち表面粗さが細かい表面状態になる。溶融めっき鋼板が徐冷されるとき、めっき層表面において、早期に凝固収縮するところと、遅れて凝固収縮するところとが発生し、凹凸が大きいすなわち表面粗さが粗い表面状態になる。特に合金めっきされた溶融めっき鋼板が徐冷される場合、凝固点の高い成分が早期に凝固し、凝固点の低い成分が遅れて凝固するので、凹凸が大きくなる傾向が顕著である。

めっき層表面の凹凸状態と表面光沢との関係は、次のように推察される。めっき層表面に凹凸が無く極めて平滑である場合、ほとんど正反射のみが生じるので表面光沢が高くなる。めっき層表面が極微細な凹凸を有する場合、正反射に加えて微細な凹凸で乱反射が生じ、乱反射光同士が干渉するので、表面光沢が低くなり、白っぽく見えるようになる。めっき層表面の凹凸がやや粗い場合、正反射に加えて凹凸で乱反射が生じるけれども、乱反射光の反射角度が正反射光の反射角度に近いものの割合が高くなり、表面光沢が高くなる。めっき層表面がさらに粗くなり凹凸が目視できる程度の大きさになると、乱反射光同士の干渉が再び大きくなり、表面光沢が低下する。

本発明の空気吹付けによる冷却では、冷却速度を急冷から徐冷まで幅広い範囲に調整することができるので、溶融めっき鋼板の表面状態を種々の大きさの凹凸状態に調整し、その表面光沢を広範囲にわたって調整することができる。

またスパングルは、気水冷却であると、冷却速度が大きすぎるので、小さな径のもののみが形成され、凝固過程において強制冷却をしないと、前述のように組成によって定まる径のものが形成される。しかしながら、本発明の空気吹付け冷却によれば、冷却速度を急冷から徐冷まで幅広い範囲に調整することによって、凝固時におけるめっき金属のデンドライトの延びを調整することができるので、スパングル径の大きさを調整することが可能になる。

なお、本発明の表面外観調整方法は、以上に述べたようなフィードバック制御に限定されるものではなく、次のようにダイレクト制御されても良い。

ダイレクト制御は、たとえば表面外観調整装置１の熱収支式（４）〜（６）に基づいて行われる。製造対象とする溶融めっき鋼板毎に予め所望の冷却速度を定め、該冷却速度になるようなＡＪＣ出力、すなわち交流モータ２９に入力される電力周波数を求め、求められる電力周波数に交流モータ２９の動作条件を設定したうえで、溶融めっき鋼板３ａを通板させて冷却を行う。
ａ×ρ×Ｃｓ×（Ｔ１−Ｔ２）＝ｔ×Ｓ×α×ΔＴ_１，２ …（４）
ΔＴ_１，２＝{(T1-TA)-(T2-TA)}/ln{(T1-TA)/(T2-TA)} …（５）
α＝｛ａ×ρ×Ｃｓ×（Ｔ１−Ｔ２）｝／（２×ｔ×Ｓ×α×ΔＴ_１，２）
…（６）
ここで、ａ：板厚［ｍ］
ρ：鋼板密度［ｋｇ／ｍ^３］
Ｃｓ：鋼板の比熱［ｋｃａｌ／ｋｇ・℃］
Ｓ：面積［ｍ^２］（表裏を考慮するので式（６）では２倍する）
ｔ：鋼板のガス冷却手段を通過する時間［ｈｒ］
α：熱伝達係数［ｋｃａｌ／ｍ^２・ｈｒ・℃］
ＴＡ：ガス噴射手段から噴射される空気の温度［℃］
ΔＴ_１，２：平均温度差

本発明で表面外観調整の対象とする溶融めっき鋼板に用いられる素鋼板には、種々の組成のものがあるけれども、その鋼板密度ρは、ほぼ同一の７８５０ｋｇ／ｍ^３であり、その比熱Ｃｓもほぼ同一の０．１１４ｋｃａｌ／ｋｇ・℃である。また前述のように溶融めっき設備に設けられる表面外観調整装置１が定まると、ガス噴射手段５の長さＬが定まり、搬送速度Ｖが各鋼板毎の製造標準から定まるので、鋼板のガス噴射手段５を通過する時間ｔが求められる。またガス噴射手段５から噴射される空気の温度ＴＡは、たとえば夏場は４０℃などのように季節毎の固定値を用いても良く、または大気温度に装置固有の補正係数を乗じた値を用いても良い。

ガス噴射手段５の入側温度であるめっき浴２の温度Ｔ１は、めっき浴２の組成によって定まり、鋼板の搬送速度Ｖは製造標準から定まるので、ガス噴射手段５の出側温度Ｔ２の設定に応じて冷却速度が定まる。

したがって、固定した数値として得られる表１に示すデータと、製造する溶融めっき鋼板に応じて定められるデータである鋼板の板厚ａ、熱伝達係数α、ガス噴射手段５の入側温度Ｔ１、ガス噴射手段５の出側温度Ｔ２および搬送速度Ｖとを用いて、冷却速度とＡＪＣ出力との関係を、予めシミュレーションして求めておくことができる。なお、熱収支式における他の因子である鋼板の面積Ｓは、製造する溶融めっき鋼板に応じて定まる鋼板の板幅とガス噴射手段５の長さＬとから得られ、鋼板のガス冷却手段１０を通過する時間ｔは、搬送速度Ｖとガス噴射手段５の長さＬとから得られる。

このシミュレーション結果に基づき、ガス噴射手段５から噴射される空気温度ＴＡを考慮したうえで、鋼板の板厚ａと鋼板がガス噴射手段５を通過する時間ｔとの積（＝ａ・ｔ）と、ＡＪＣ出力との関係が得られるテーブルデータを作成する。作成したテーブルデータの一例を図５に示す。この図５に例示するようなａ・ｔとＡＪＣ出力とのテーブルデータに基づいて、溶融めっき鋼板３ａが所望の冷却速度になるようにＡＪＣ出力、すなわち交流モータ２９に入力される電力周波数を求め、該電力周波数で交流モータ２９が動作するようにダイレクト制御し、溶融めっき鋼板３ａを通板させて冷却速度をコントロールする。

以下本発明の実施例について説明する。図１に示す溶融めっき設備および表面外観調整装置１を用い、前述のフィードフォワード制御によって溶融めっき鋼板の冷却速度を調整し、その表面光沢およびスパングル径を調整する試験を実施した。

溶融めっきの素鋼板には、板厚：０．８ｍｍ、板幅：９１０ｍｍの日本工業規格（ＪＩＳ）Ｇ３３０２−８７に規定される構造用鋼を用いた。素鋼板に対する溶融めっきは、めっき金属にＺｎ合金を用い、付着量１５０ｇ／ｍ^２にて行った。めっき浴の設定温度Ｔ１＝４６０℃、鋼板の設定搬送速度Ｖ＝７２００ｍ／ｈｒ（＝１２０ｍ／ｍｉｎ）とし、ＡＪＣ出力を１５〜９０％（送気ファン回転数で、１４０〜１０５５ｒｐｍ）の範囲で変化させて、ガス冷却手段５の出側温度Ｔ２、すなわち冷却速度が種々に異なる溶融Ｚｎ合金系めっき鋼板を作製した。冷却速度が異なるようにして作製された溶融Ｚｎ合金系めっき鋼板について、表面光沢、表面粗さおよびスパングル径を測定した。

表面光沢は、色差計ＳＭ−７ＣＨ（商品名；スガ試験機株式会社製）を用いて明度差を測定し、光沢度指標としてＬ値にて評価した。Ｌ値が大きい程、光沢度が高いと評価した。

表面粗さは、表面粗さ計フォームタリサーフシリーズ２（商品名；テーラーホブソン社製）を用いて測定し、ＪＩＳ−Ｂ０６０１に規定される中心線平均粗さＲａにて、表面粗さを評価した。Ｒａが大きい程、表面が粗いと評価した。

スパングル径は、顕微鏡観察によって目視でその大きさを測定した。本実施例では、便宜上、スパングル径が、１０ｍｍ以上を「大」、８ｍｍ前後を「中」、５ｍｍ以下を「小」として分類した。

図６は、ＡＪＣ出力とＬ値との関係を示す図である。図６に示すように、ＡＪＣ出力が大きくなるのに伴って、光沢度指標であるＬ値が低下する。すなわち冷却速度が大きくなるのに伴って光沢度が低下し、目視観察では、溶融Ｚｎ合金系めっき鋼板の表面が、光輝く状態から、白っぽく見える状態へと推移する。

図７はＡＪＣ出力が３０％における表面粗さ測定データを示す図であり、図８はＡＪＣ出力が６０％における表面粗さ測定データを示す図である。図７に示すチャートが、ＡＪＣ出力３０％で冷却された溶融Ｚｎ合金系めっき鋼板の表面粗さを測定した結果である。Ｌ方向は、鋼板の搬送方向に平行に触針を走査した測定データを示し、Ｃ方向は、鋼板の搬送方向に垂直な幅方向に触針を走査した測定データである。その中心線平均粗さＲａは、Ｌ方向が１．０２μｍ、Ｃ方向が０．８７μｍであった。

一方、図８に示すチャートが、ＡＪＣ出力６０％で冷却された溶融Ｚｎ合金系めっき鋼板の表面粗さを測定した結果である。その中心線平均粗さＲａは、Ｌ方向が０．５６μｍ、Ｃ方向が０．３３μｍであった。図６〜図８から判るように、ＡＪＣ出力が高く、冷却速度の速い方が、表面粗さが細かくなり、表面光沢が低下する傾向を示し、ＡＪＣ出力の調整によって広範囲の光沢度に調整することができた。

図９は、ＡＪＣ出力とスパングル径との関係を示す図である。スパングル径は、ＡＪＣ出力１５％で大、ＡＪＣ出力５０％で中、ＡＪＣ出力９０％で小であった。このように、ＡＪＣ出力を調整し、冷却速度を制御することによって、同一組成のめっきを行う場合であっても、スパングル径を大〜小まで調整することができた。

本発明の実施の一形態である溶融めっき鋼板の表面外観調整装置１の構成を簡略化して示す図である。ガス噴射手段５の構成を簡略化して示す図である。交流モータ２９の電力周波数と送気ファン３０の回転数との関係を示す図である。送気ファン３０の回転数とＡＪＣ出力との関係を示す図である。ａ・ｔとＡＪＣ出力との関係が得られるテーブルデータを例示する図である。ＡＪＣ出力とＬ値との関係を示す図である。ＡＪＣ出力が３０％における表面粗さ測定データを示す図である。ＡＪＣ出力が６０％における表面粗さ測定データを示す図である。ＡＪＣ出力とスパングル径との関係を示す図である。

符号の説明

１表面外観調整装置
２めっき浴
３ａ，３ｂ溶融めっき鋼板
３ｃ鋼板
４第１温度検出手段
５ガス噴射手段
６ガス供給手段
７第２温度検出手段
８搬送速度検出手段
９制御手段
１０ガス冷却手段
１１焼鈍炉
１２ポット
１３ａ，１３ｂガスワイピングノズル
１４スナウト
１５シンクロール
２２スリット
２４第１供給口
２５第２供給口
２６第１送気ダクト
２７第２送気ダクト
２９交流モータ
３０送気ファン

Claims

めっき浴に鋼板を浸漬してめっき処理を施し、
めっき処理された溶融めっき鋼板のめっき付着量を調整し、
溶融めっき鋼板の表面にガスを吹付けて冷却するガス冷却手段であって、冷却能力の調整が可能なガス冷却手段を用いて、めっき付着量調整後の溶融めっき鋼板を冷却し、
溶融めっき鋼板の冷却時に溶融めっき鋼板の冷却速度を調整することによって表面外観を調整することを特徴とする溶融めっき鋼板の表面外観調整方法。
溶融めっき鋼板の冷却速度の調整は、
ガス冷却手段から溶融めっき鋼板に吹付けるガスの量を調整することによって行われることを特徴とする請求項１記載の溶融めっき鋼板の表面外観調整方法。
溶融めっき鋼板の表面外観は、表面光沢および／またはスパングル径であることを特徴とする請求項１または２記載の溶融めっき鋼板の表面外観調整方法。
搬送途中でめっき浴に浸漬されてめっき処理が施される溶融めっき鋼板のめっき処理後の冷却速度を調整することによって、その表面外観を調整する溶融めっき鋼板の表面外観調整装置において、
めっき浴に浸漬後の溶融めっき鋼板であって表面外観が調整される前の溶融めっき鋼板の温度を検出する第１温度検出手段と、
めっき浴に浸漬後の溶融めっき鋼板に対してガスを吹付けて冷却するガス噴射手段と、
ガス噴射手段にガスを供給するガス供給手段と、
ガス噴射手段によってガスが吹付けられて冷却された溶融めっき鋼板の温度を検出する第２温度検出手段と、
溶融めっき鋼板の搬送速度を検出する搬送速度検出手段と、
第１温度検出手段、第２温度検出手段および搬送速度検出手段の検出出力に応答し、ガス供給手段によるガス供給量を制御する制御手段とを含むことを特徴とする溶融めっき鋼板の表面外観調整装置。