JP2009030141A - 溶融金属めっき鋼帯の製造装置及び溶融金属めっき鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる溶融金属めっき鋼帯製造設備と溶融金属めっき鋼帯の製造製造方法を提供する。
【解決手段】溶融金属めっき槽９から連続的に引き上げられる鋼帯３に対し、溶融金属めっき槽９上方で鋼帯３を挟んでその両面に対向配置したガスワイピングノズル４からガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、めっき浴面より下方かつ浴内サポートロール６の上方に、鋼帯３の両側に鋼帯３と非接触で配置されたロール１、および、前記鋼帯３と非接触で配置されたロール３の浴面側でかつ鋼帯側の外周面の１／２以上を覆う整流板２が設置され、前記鋼帯３と非接触で配置されたロール１は鋼帯対向側面の回転方向が鋼帯進行方向と逆方向となるように駆動される。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融めっきプロセスにおいて、溶融金属スプラッシュ飛散を軽減可能な溶融金属めっき鋼帯の製造装置及び溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関するものである。

連続溶融めっきプロセス等においては、一般的に図５に示すように、めっき槽９内に満たした溶融金属めっき浴８に鋼帯３を浸漬させシンクロール７で方向転換した後、該鋼帯３を鉛直上方に引き上げる工程の後に、鋼帯表面に付着した溶融金属が板幅方向および板長手方向に均一に所定のめっき厚になるように、この鋼帯３を挟んで対向して設けた鋼帯幅方向に延在するガスワイピングノズル４から加圧気体を鋼帯上に噴出させて、余剰な溶融金属を絞り取り、溶融金属の付着量（めっき付着量）を制御するガスワイピング装置が設けられている。

ガスワイピング部での鋼帯走行位置を安定化させるために、通常、シンクロール７上方の浴面下に浴内サポートロール６が配置され、また合金化処理等を行う場合は必要に応じてガスワイピングノズル４上方に浴上サポートロール５が設置される。

ガスワイピングノズル４は、多様な鋼帯幅に対応すると同時に鋼帯引き上げ時の幅方向のズレなどに対応するため、通常、鋼帯幅より長く、すなわち鋼帯３の幅端部より外側まで延びている。このようなガスワイピング装置では、鋼帯３に衝突した噴流の乱れによって鋼帯下方に落下する溶融金属が周囲に飛び散る、いわゆるスプラッシュが発生して、鋼帯の表面品質の低下を招く。

また、連続プロセスにおいて、生産量を増加させるには、鋼帯通板速度を増加させればよいが、連続溶融めっきプロセスにおいてガスワイピング方式でめっき付着量を制御する場合、溶融金属の粘性により、ライン速度の増加に伴って鋼帯のめっき浴通過直後の初期付着量が増加するため、めっき付着量を一定範囲内に制御するには、ワイピングガス圧力をより高圧に設定せざるを得ず、それによってスプラッシュが大幅に増加し、良好な表面品質を維持できなくなる。

上記の問題を解決するため、溶融金属めっき槽からガスワイピングノズルに到達するまでの間で鋼帯に随伴する余剰な溶融金属をある程度を削減してめっき浴通過直後の初期付着量を低減しておく方法が以下の通り開示されている。

特許文献１には、めっき液中サポートロールとガスワイピングノズルとの間に、鋼帯の両面に非接触で対向する溶融金属絞り部材を設けて余剰めっきを取り除いた後に、ガスワイピングノズルでめっき厚を調整する装置で、該溶融金属絞り部材の形状は、矩形あるいは下端ほど鋼帯表裏面との距離が広くなる導入部を有する形状あるいは円柱体が望ましく、該溶融金属絞り部材の設置位置は、めっき液面の上下にまたがる位置が最も望ましいとする溶融金属めっき装置が開示されている。

特許文献２には、めっき液面から出たところに、鋼帯両面に鋼帯に対して傾斜させたブレード掻き取り装置を設けて余剰めっきを取り除いた後に、ガスワイピングノズルでめっき厚を調整する装置で、該ブレードの鋼帯に最も近接する部分が直径３０ｍｍ以下の丸みを有することが特徴の溶融金属めっき装置が開示されている。
特開２００４−７６０８２号公報 特開２００５−１５８３７号公報

ところが、特許文献１に開示された方法では、溶融金属絞り部材がめっき浴面より上側あるいはめっき液面の上下にまたがる場合に、ガスワイピングノズルによって最終的に取り除かれる溶融金属が下方に流れ落ちて、鋼帯と溶融金属絞り部材との隙間に液だまりを形成してしまい、その液溜まりの高さからガスワイピングノズルまでの距離が短いために結果的に絞り効果が小さいこと、また、溶融金属絞り部材に固着して固体化した金属が鋼帯に付着して表面欠陥が発生するなどの問題があった。一方、溶融金属絞り部材をめっき槽内に配置した場合でも、溶融金属絞り部材の下端ほど鋼帯との距離が広くなる形状にすることによって、図６のように鋼帯３と溶融金属絞り部材２１間で流路が徐々に狭くなるため溶融金属が集中して流れ込んで流速が局所的に増加し、めっき絞り効果が小さくなる。

また、特許文献２に開示された方法では、例えブレードを傾斜させて鋼帯先端部に丸みを与えても、特許文献１と同様に上端に液だまりができてしまうためにそこからガスワイピングまでの距離が短いために結果的に絞り効果が小さくなる。

本発明は、上記問題点を考慮し、通常通板速度においても、また高速通板時においても、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる溶融金属めっき鋼帯製造設備を提供することを課題とする。

また、本発明は、通常通板速度においても、また高速通板時においても、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、シンクロールからガスワイピングノズルまでの間に、余剰な溶融金属を取り除くための溶融金属絞り部材を設置するにあたり、前記のように液溜まり位置とガスワイピング位置との距離が短いことで結果的に余剰めっき量を削減できない問題が発生することから、溶融金属絞り部材はめっき液面より下側に設置するのが最良であるとの結論に至った。しかしながら、溶融金属絞り部材の断面形状が従来技術のままではめっき絞り効果は小さい。そこで、めっき槽から出た鋼帯に付随する溶融金属の量を効果的に削減するべく、溶融金属絞り部材周辺の溶融金属の流れを模擬する水モデル装置を用いて、詳細な流動解析を行った。その結果、鋼帯に付随して持上げられる溶融金属の量に影響しているのは、鋼帯表面近傍で鋼帯進行方向に流れるいわゆる随伴流であり、この流れを減少させるほど効果的であることがわかった。

本発明者らは、以上の知見に基づいて、鋼帯に付随する余剰な溶融金属を取り除くための溶融金属絞り部材形状などについて鋭意検討を重ねた結果、溶融金属絞り部材として、鋼帯に非接触で鋼帯進行方向と逆方向に回転させるロール（以下溶融金属絞りロールと記載する。）及びこのロールを覆うように整流板を設置することを着想し、以下の特徴を有する発明を完成させた。

［１］溶融金属めっき槽から連続的に引き上げられる鋼帯に対し、溶融金属めっき槽上方で鋼帯を挟んでその両面に対向配置したガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、めっき浴面より下方かつ浴内サポートロールの上方に、鋼帯の両側に鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロール、および、前記溶融金属絞りロールの浴面側でかつ鋼帯側の外周面の１／２以上を覆う整流板が設置され、前記溶融金属絞りロールは、鋼帯との最近接位置での回転方向が鋼帯進行方向と逆方向となるように駆動されることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。

［２］ ［１］に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、鋼帯通板速度Ｖｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロールの直径Ｄ［ｍ］、溶融金属絞りロールの回転速度Ｖｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯と溶融金属絞りロールの最近接距離Ｓ［ｍｍ］、溶融金属絞りロールと整流板の最近接距離Ｓｒ［ｍｍ］、整流板が覆う溶融金属絞りロール周長Ｌ［ｍｍ］は、下記式（１）及び式（２）を満足する満たすことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。

［３］ ［１］または［２］に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置を用いて鋼帯に溶融金属めっきを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

本発明によれば、鋼帯に非接触で鋼帯進行方向と逆方向に回転させる溶融金属絞りロール及びこのロールを覆うように整流板を設けることによって鋼帯に付随する余剰なめっき金属を削減した後にガスワイピングでめっき厚を調整できるので、スプラッシュの発生量を大幅に低減できる。また従来技術では通板速度を上昇するとスプラッシュの発生量が大幅に増加したが、本発明によれば、通板速度を大幅に上昇してもスプラッシュの発生を抑制でき、表面欠陥の無いめっき鋼帯を高い生産性を維持して製造することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一実施形態を示す図である。以下の図において、説明済みの図に示された部分の作用と同じ作用の部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図１において、１は溶融金属絞りロール、２は整流板である。鋼帯に付随する余剰な溶融金属を取り除く作用は、溶融金属絞りロール１と整流板２とによって奏される。

溶融金属絞りロール１は、鋼帯を挟んで配置され、鋼帯表面から所定の距離離れた位置に設置されている。整流板２は、溶融金属絞りロール１上方の浴面下に、溶融金属絞りロール１と間隔をあけて該ロールを覆うように設置されている。溶融金属絞りロール１は、鋼帯との最近接位置で鋼帯進行方向と逆方向に回転するように駆動される。図２は、図１の溶融金属絞りロール周辺及び溶融金属絞りロール部を通過する鋼帯近傍の溶融金属の流れを説明する図である。

溶融金属絞りロール１の回転方向を上記のように制御すると、鋼帯の進行に伴う随伴流１１が発生していても、溶融金属絞りロール１は、それと逆方向の強制的な流れ１２を発生させているので、随伴流１１を抑制できる。整流板２は、溶融金属絞りロール１の回転駆動によって発生する随伴流１２を、溶融金属絞りロール１と整流板２の間の領域に限定して発達させることができる。随伴流１１抑制のために発生させたい流れは、図２の流れ１２のような随伴流１１と逆方向の流れであるから、ロールを単独で回転させるよりも、整流板２を併設することでその効果がより大きくなる。また、溶融金属絞りロール１による流れ１２に随伴されて、整流板２上方でも鋼帯の進行に伴う随伴流１１と逆方向の流れが生じる。この流れも随伴流１１の抑制に寄与する。その結果、随伴流１１が大幅に抑制され、めっき浴から引き上げられる鋼帯に付随する余剰な溶融金属の量を削減できる。なお、溶融金属絞りロール１は浴内サポートロール５と平行である。

次に整流板２の必要長さを検討したところ、流れ１２を十分に発達させるためには、整流板２は、溶融金属絞りロール１の浴面側でかつ鋼帯側の外周面（図３の四分円ＯＡＢの円弧ＡＢ。但し、ＡＯは鋼帯面と直角、ＢＯは鋼帯面と平行である。）の１／２以上を覆うことが必要であり、整流板２の長さは溶融金属絞りロールを覆うような形態であれば長いほど効果が向上するが、溶融金属絞りロール１の反浴面側でかつ鋼帯側の外周面（図３の四分円ＯＡＣの円弧ＡＣ。但し、ＣＯは鋼帯面と平行である。）部分は整流板２で覆わないことが必要であることがわかった。

次に、実際の効果を得るための溶融金属絞りロール１および整流板２の具体的な制御方法を検討した。整流板の基本的な性能を確認するため、整流板２の形状は、図３に示すように、溶融金属絞りロール１と同じ中心を持つ円弧とし、鋼帯の通板速度をＶｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロール１の直径をＤ［ｍ］、回転速度をＶｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯３と溶融金属絞りロール１の最近接距離をＳ［ｍｍ］、溶融金属絞りロール１と整流板２の距離をＳｒ［ｍｍ］、整流板２が覆っている溶融金属絞りロール１の周長をＬ［ｍｍ］とすると、溶融金属絞りロール１の浴面側でかつ鋼帯３側の外周面の１／２以上を覆うように整流板２を設置した条件下では、鋼帯３に付随して浴上に引き上げられる余剰溶融金属を削減するためには、下記の式（１）及び式（２）を満たしていればよいことを見出した。

ここで、整流板２が覆っている溶融金属絞りロール１の周長Ｌは、該溶融金属絞りロール中心線に垂直な断面で整流板２を溶融金属絞りロール１の中心に向かって投影したときに該溶融金属絞りロール１外周面における整流板の投影弧長である。

また、整流板２が図３の四分円ＯＡＢの円弧ＡＢ部分を覆うとは、整流板２を溶融金属絞りロール１の中心に向かって投影したときに該溶融金属絞りロール１外周面に整流板２の少なくとも一部が投影されるということであり、整流板２が図３の四分円ＯＡＣの円弧ＡＣを覆わないとは、整流板２を溶融金属絞りロール１の中心に向かって投影したときに該溶融金属絞りロール１外周面に整流板２が投影されないということである。

式（２）は溶融金属絞りロール１と整流板２の距離Ｓｒを、鋼帯３と溶融金属絞りロールの最近接距離Ｓの５倍以下にするということである。式（１）の右辺が大きければ大きいほど鋼帯に付随する余剰な溶融金属の量を削減する効果を向上させることが可能である。

溶融金属絞りロール１と整流板２は、擦り疵を発生しない程度（通常３ｍｍ程度）まで鋼帯３に近づけてよい。

整流板２は、溶融金属絞りロール１との距離を一定に保つ必要はない。従って、整流板２の形状は円弧状に限定されない。整流板２と溶融金属絞りロール１との距離が一定でない場合、整流板２と溶融金属絞りロール１間を流れる溶融金属の流量は、その距離が最も狭くなる部分が制約となるため、整流板２と溶融金属絞りロール１の最近接距離Ｓｒを代表値として、余剰溶融金属量を削減する効果を評価することが可能である。

整流板２の形状が図３のような円弧でなく、例えば図４（ａ）のような水平部分と鉛直部分が接続された逆Ｌ型形状や、図４（ｂ）のような水平部分、鉛直部分と傾斜部分を接続したような形状の場合、多少圧損が発生して効果は低下するものの、溶融金属絞りロール１と整流板２との最近接距離Ｓｒ、整流板２を溶融金属絞りロール１中心に向かって投影したときに該溶融金属絞りロール１外周面における整流板１の投影弧長Ｌを前記式（１）、式（２）にあてはめることで、およその効果を算定することが可能である。

図１に示した溶融金属めっき鋼帯の製造装置を、連続溶融亜鉛めっきラインに設置し、溶融亜鉛めっき鋼帯の製造実験を行った。溶融金属絞りロール１は、鋼帯両面に対向させ、機側に設けたサーボモータよる位置制御装置からフレームを伸ばした先に、それぞれのロールを回転させるサーボモータを設置し、このサーボモータに直結した。このような構造により、鋼帯との距離を容易に制御できるようにするとともに、溶融金属絞りロール１の回転数も任意に設定可能にした。整流板２はサーボモータを設置したフレームに取り付け、整流板２の鋼帯側端部と鋼帯３の距離は、溶融金属絞りロール１と鋼帯３の距離と同じ距離になるようにした。

上記連続溶融亜鉛めっきラインにおいて、浴面と浴面に近い側の浴内サポートロール上端との距離は８０ｍｍであったので、周辺機器との取り合いを考慮して、溶融金属絞りロール１の直径（Ｄ）は５０ｍｍとし、浴面と溶融金属絞りロール中心との距離を３５ｍｍに、溶融金属絞りロール１と整流板２の最近接距離（Ｓｒ）は２ｍｍに固定した。整流板２の形状は図３に示すような円弧（実施例１〜３）又は図４（ａ）の逆Ｌ字型（水平方向７０ｍｍ、鉛直方向５０ｍｍ；実施例４）にした。溶融金属絞りロール１および整流板２の鋼帯幅方向長さはガスワイピングノズル相当の２０００ｍｍとした。

溶融亜鉛めっき鋼帯製造条件は、ガスワイピングノズルのスリットギャップ０．８ｍｍ、ガスワイピングノズル−鋼帯距離７ｍｍ、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４００ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃とし、製造する鋼帯のサイズは、０．８ｍｍ厚×１．２ｍ幅、めっき付着量は片面４５ｇ／ｍ^２とした。その他の製造条件および溶融金属絞りロール条件、製品品質指標となるスプラッシュ発生量の調査結果を表１に示す。スプラッシュ発生量は、各製造条件で通過した鋼帯長さに対する検査工程でスプラッシュ欠陥ありと判定された鋼帯長さの比率であり、実用上問題とならない軽度のスプラッシュ欠陥を含んでいる。

実施例１〜２は、整流板２が溶融金属絞りロールの外周面を覆う長さ（Ｌ）が異なる条件であるが、いずれも現状の操業形態（従来装置）である比較例１より大幅なスプラッシュ低減効果が得られた。

実施例３および比較例２は、通板速度を４．０ｍ／ｓまで高速化した条件であり、従来装置を用いた比較例２ではスプラッシュが多発し、操業不能な状況であったのに対し、実施例３では、現状の２．５ｍ／ｓより良い品質レベルでの操業が可能になった。

実施例４は、整流板２の形状を逆Ｌ字型とした条件である。実施例１、２と比べるとスプラッシュ低減効果はやや劣るが、比較例１よりは大幅なスプラッシュ低減効果が得られた。

本発明の装置は、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯の製造設備として利用することができる。本発明の装置は、高速通板時にもスプラッシュの発生を抑制できるので、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を高い生産性を維持して製造する装置として利用することができる。

また、本発明の鋼帯の製造方法は、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯の製造方法として利用することができる。

本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一実施形態を示す断面図である。 本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の溶融金属絞りロール及び整流板の周辺ならびに溶融金属絞りロール部を通過する鋼帯近傍の溶融金属の流れを示す図である。 本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の溶融金属絞りロールと整流板の制御方法の説明に用いた図である。 本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の整流板の別の実施形態を示す断面図である。 一般的な溶融金属めっき鋼帯の製造装置を示す断面図である。 特許文献１に記載の溶融金属絞り部材の図である。

符号の説明

１ 溶融金属絞りロール
２ 整流板
３ 鋼帯
４ ガスワイピングノズル
５ 浴上サポートロール
６ 浴内サポートロール
７ シンクロール
８ 溶融金属めっき浴
９ めっき槽
１１ 鋼帯の進行に伴う随伴
１２ 溶融金属絞りロールにより発生する流れ
２１ 溶融金属絞り部材

Claims (3)

1. 溶融金属めっき槽から連続的に引き上げられる鋼帯に対し、溶融金属めっき槽上方で鋼帯を挟んでその両面に対向配置したガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、めっき浴面より下方かつ浴内サポートロールの上方に、鋼帯の両側に鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロール、および、前記溶融金属絞りロールの浴面側でかつ鋼帯側の外周面の１／２以上を覆う整流板が設置され、前記溶融金属絞りロールは、鋼帯との最近接位置での回転方向が鋼帯進行方向と逆方向となるように駆動されることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
2. 請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、鋼帯通板速度Ｖｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロールの直径Ｄ［ｍ］、溶融金属絞りロールの回転速度Ｖｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯と溶融金属絞りロールの最近接距離Ｓ［ｍｍ］、溶融金属絞りロールと整流板の最近接距離Ｓｒ［ｍｍ］、整流板が覆う溶融金属絞りロール周長Ｌ［ｍｍ］は、下記式（１）及び式（２）を満足する満たすことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
   

   
3. 請求項１または２に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置を用いて鋼帯に溶融金属めっきを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

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