JP2011127180A - 溶融金属めっき鋼帯の製造設備及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】通常通板速度においても、また高速通板時においても、スプラッシュおよびトップドロス欠陥の発生を低減し、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及び溶融金属めっき鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。
【解決手段】溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ワイピングノズルから気体を吹き付け、鋼帯表面のめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、前記ワイピングノズル（１）の下方に、鋼帯幅方向長さが前記ワイピングノズル（１）より長く、鋼帯幅方向に移動可能なめっき金属粉排出ベルト（２）と、該めっき金属粉排出ベルト（２）の下方に、前記ワイピングノズル（１）と同等の鋼帯幅方向長さを有し、鋼帯面にガスを噴射するガスノズル（３）が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融めっきプロセスにおいて、通常通板速度においても、また高速通板時においても、溶融めっき浴上に発生するトップドロスの発生を低減し、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、溶融金属めっき鋼帯は、図５に示すように、一般に溶融金属が満たされているめっき浴９に鋼帯５を浸漬させシンクロール８で方向転換した後、該鋼帯５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５を挟んで対向して設けた鋼帯幅方向に延在するワイピングノズル１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）を制御することで製造される。

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８上方の浴面下のめっき浴中に、サポートロール７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ワイピングノズル１上方にサポートロール６が設置される。

ワイピングノズル１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５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、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、いわゆるエッジスプラッシュが発生して、鋼帯の表面品質の低下を招く。また同時に、図４に示すように、噴射されたガスが鋼帯に沿って流下してめっき浴面を激しく揺らしていわゆる浴面スプラッシュが発生する。エッジススプラッシュと浴面スプラッシュがトップドロスとなることで鋼帯の表面品質の低下を招くとともに、トップドロスを作業者が除去する必要がある等のデメリットが生じる。

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、鋼帯通板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（持ち上げ量）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およびトップドロスが大幅に増加し、良好な表面品質を維持できなくなるとともに、トップドロス除去作業頻度が増加する問題がある。

上記の問題を解決するため、トップドロスを排出する装置が以下の通り開示されている。

特許文献１には、溶融金属めっき浴中に浸漬されたシンクロールを介して鉛直に立ち上がる鋼帯を浴面近傍で包囲する外側壁の下端部を内側に折り返して底面壁と内側壁とを形成した浸漬トラフを、該浸漬トラフの外側壁が浴面上から浴面下に亘ると共に、底面壁と内側壁とが浴面上から浴面下に浸漬されるように配置し、この浸漬トラフの底部にトップドロスと共に溶融めっき金属を吸引して浸漬トラフ外へ排出する装置が開示されている。

特許文献２には、溶融金属の液面近傍にて、引き上げられる帯板近傍とそれ以外とを仕切り、下端が前記溶融金属内に配置される仕切具と、前記膜厚調整手段の下方に配置される回収器とを有し、前記回収器により、前記膜厚調整手段にて除去された不純物を含む余剰溶融金属を前記溶融金属の液面より上方にて回収し、前記仕切具の外側に排出するようにした装置が開示されている。

特開平６−１７２１４号公報 特開２００８−３８１７７号公報

ところが、特許文献１に開示された装置では、高温液体金属を大型ポンプで移動させるために、間欠的に使用すると配管詰まり等のトラブルが発生し、連続使用すると発生トップドロスに対する溶融金属排出量のコントロールが難しく、メンテナンス・コスト面での問題があって安定使用が困難であることがわかった。

特許文献２に開示された装置では、回収器端部が鋼帯に随伴する溶融金属に接触しているため、回収器上方だけでなく、下面側にも溶融金属が回りこんでしまい、仕切り板の外側に溶融金属を排出するどころか、通板開始早々に回収器および仕切り板全体が溶融金属に覆われてしまい、仕切り板内部にはいわゆるトップドロスとは形態の異なる、溶融金属が固化した状態で堆積してしまい、鋼帯に疵を発生させるなどの問題があった。

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、スプラッシュおよびトップドロス欠陥の発生を低減し、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及び溶融金属めっき鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは鋭意検討を重ねた。そして、ワイピングノズル下方に飛散する溶融金属のスプラッシュを浴面より上方で回収するともに、鋼帯に沿って流下するワイピングガスの浴面到達時の流速を低減することで、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

上記課題を解決する本発明の手段は下記のとおりである。

［１］溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ワイピングノズルから気体を吹き付け、鋼帯表面のめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、前記ワイピングノズルの下方に、鋼帯幅方向長さが前記ワイピングノズルより長く、鋼帯幅方向に移動可能なめっき金属粉排出ベルトと、該めっき金属粉排出ベルトの下方に、前記ワイピングノズルと同等の鋼帯幅方向長さを有し、鋼帯面にガスを噴射するガスノズルが配置されていることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯製造装置である。

［２］ 前記［１］において、前記めっき金属粉排出ベルトは、鋼帯幅方向の両側に配置されたロールに巻き掛けて無端帯状に構成されたエンドレスベルトであること特徴とする溶融金属めっき鋼帯製造装置である。

［３］ 前記［１］または［２］において、前記めっき金属粉排出ベルトの鋼帯幅方向の両側に配置された回転ロールの少なくとも一方のベルト巻き掛け部に、該めっき金属粉排出ベルト上のめっき金属粉を除去するブレードが押し付けられていること特徴とする溶融金属めっき鋼帯製造装置である。

［４］ 前記［１］〜［３］の何れかにおいて、前記ガスノズルの噴射口は鋼帯面から２０ｍｍ以上離れていること特徴とする溶融金属めっき鋼帯製造装置である。

［５］ 前記［１］〜［４］の何れかに記載の溶融金属めっき鋼帯製造装置を用いることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法である。

本発明によれば、ガスノズル下方に鋼帯に非接触に配置しためっき金属粉排出ベルトによってワイピングノズル下方に飛散する溶融金属のエッジスプラッシュを回収し、また前記めっき金属粉排出ベルトとその下方に配置したガスノズルを備えることによって、鋼帯に沿って流下するワイピングガスの浴面到達時の流速を低減して浴面振動を抑制し、浴面スプラッシュとトップドロスの発生を抑制できるので、通常通板速度においても、また通板速度を上昇しても、表面欠陥の無いめっき鋼帯を高い生産性を維持したまま安定製造することが可能となる。

本発明の溶融金属めっき鋼帯製造装置の一実施形態を示す概略斜視図である。 本発明の溶融金属めっき鋼帯製造装置の一実施形態を示し、鋼帯幅方向中心における縦断面図である。 本発明の溶融金属めっき鋼帯製造装置に設置されるガスノズルの噴射口の実施形態を示す正面図である。 トップドロスの生成過程を説明する図である。 一般的な溶融金属めっき鋼帯製造装置を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

本発明の溶融金属めっき鋼帯製造装置の一実施形態を図１及び図２に示す。図１は溶融金属めっき鋼帯製造装置の概略斜視図、図２は溶融金属めっき鋼帯製造装置の鋼帯幅方向中心における縦断面図である。図１及び図２において、１はワイピングノズル、２はめっき金属粉排出ベルト、３はガスノズル、５は鋼帯である。

本実施形態では、めっき金属粉排出ベルト２は、鋼帯幅方向の両側に配置された２本のロール１１、１２に巻き掛けて無端帯状に構成されたエンドレスベルトからなる。ロール１１は駆動ロール、ロール１２は支持ロールである（ロール１１、ロール１２の架台、ロール１１の駆動モータは図示されていない。）。

めっき金属粉排出ベルト２は、鋼帯５を挟んでその両側に配置された各々のワイピングノズル１の下方に設置されている。めっき金属粉排出ベルト２は、鋼帯幅方向長さがワイピングノズル１より長く、鋼帯幅方向に循環移動可能である。めっき金属粉排出ベルト２は、鋼帯面から所定距離離れた位置に配置される。

めっき金属粉排出ベルト２は、ベルト面が水平になるように配置される。ベルト面の傾斜が大きくなると、めっき金属粉排出ベルト２の設置スペースが大きくなり、またプラッシュがベルト上に捕捉されにくくなるためである。ここで、ベルト面が水平になるように配置とは、ベルト面を厳密に水平に配置する場合だけでなく、設置スペースが確保され、プラッシュの捕捉作用が損なわれない範囲でベルト面を傾斜させた場合を包含する。

鋼帯５を挟んで両側に配置されたワイピングノズル１からガスを吹き付けて鋼帯表裏のめっき付着量を制御したときに、両側のワイピングノズル１からの噴流の衝突で発生した乱れによって発生したエッジスプラッシュがめっき金属粉排出ベルト２上に付着する。付着したスプラッシュ（金属粉）は、ロール１１又は１２近傍でめっき金属粉排出ベルト２から除去するのが望ましい。この点から、少なくとも一方のロールのベルト巻き掛け部に、めっき金属粉排出ベルト２より広幅でベルト幅方向に延在するブレード１３が該めっき金属粉排出ベルト２に押し付けて配置されることが好ましい。本実施形態では、ブレード１３は、駆動ロール１１のベルト巻き掛け部に、ブレード１３上面が、反鋼帯端部側に向かって斜め下方に傾斜して配置されている（ブレード１３の架台は図示されていない。）。

駆動ロール１１を回転駆動してめっき金属粉排出ベルト２を循環移動する。めっき金属粉排出ベルト２上のスプラッシュ（金属粉）は、ブレード１３で掻き取られ、図示されていない回収容器に回収、除去される。

また、めっき金属粉排出ベルト２は、ワイピングノズル１から噴射されて鋼帯５に沿って溶融金属浴面に向かって流下するワイピングガスのガス流れをある程度遮断する作用を有する。

無端帯状に構成されためっき金属粉排出ベルト２の上ベルトと下ベルトの間隔は１００〜５００ｍｍが好ましい。１００ｍｍ未満になると上ベルトと下ベルト間にガスノズル３を設置しにくくになり、５００ｍｍ超になると、上ベルトがワイピングノズル１、下ベルトが溶融金属浴面に近接し、スプラッシュがめっき金属粉排出ベルト２上に堆積しやすくなるだけでなく、ワイピングノズル１にスプラッシュが付着しやすくなり、鋼帯品質の低下を招く。めっき金属粉排出ベルト２と鋼帯５の間隔は２０〜１００ｍｍが好ましい。２０ｍｍ未満になるとめっき金属粉排出ベルト２が鋼板および流下する溶融金属と接触する恐れがあり、１００ｍｍ超になるとワイピングガスのガス流れを遮断する効果が低下する。めっき金属粉排出ベルト２の駆動は、連続駆動、間歇駆動のどちらでもよく、スプラッシュの堆積状態に応じて適宜の駆動形態を採用できる。

めっき金属粉排出ベルト２の上下何れか一方のベルトの下方に、ワイピングノズル１と同等の鋼帯幅方向長さを有するガスノズル３が配置される。本実施形態では、上ベルトの下方に設置されている。ガスノズル３によって、浴面に向かって流下するワイピングガスの流速を低減し、浴面振動を抑制することによって、トップドロスの生成を抑制する。

ガスノズル３の噴射口は、鋼帯５から２０ｍｍ以上離して設置することが好ましい。２０ｍｍ未満になるとノズルにスプラッシュが付着しやすく、ノズル詰まりが発生しやすくなる。ガスノズル３の噴射口が鋼帯５から離れすぎるとワイピングガスのガス流れを遮断する効果が低下するので、３００ｍｍ以下が好ましい。ガスノズル３の噴射口の形状は、図３（ａ）のように１本のスリットノズルでもよいし、ガス量を低減させるために図３（ｂ）のように短いスリットを所定の間隔をあけて設けたものでもよいし、図３（ｃ）のように円形孔を所定間隔を設けて配置したものでもよい。また図３（ａ）〜（ｃ）以外の形状でも構わない。

ガスノズル３から噴射するガスはＮ_２等の不活性ガスであることが好ましく、鋼帯面到達速度が高すぎるとスプラッシュが発生するので、鋼帯面到達速度が５０ｍ／ｓ以下の速度になるように噴射速度を調整することが好ましい。また、鋼帯面到達速度が低すぎるとワイピングガスのガス流れを遮断する効果が低下するので、鋼帯面到達速度の下限は５ｍ／ｓ以上の速度になるように噴射速度を調整することが好ましい。上記のガスノズル３に代えて、鋼帯表面に静圧溜まりを形成するような静圧ノズルを用いても構わない。ガスノズル３によって、溶融金属に非接触で浴面に向かって流下するワイピングガスの流速を低減し、浴面振動を抑制することによって、トップドロスの生成の抑制が可能になる。

上記実施形態では、めっき金属粉排出ベルト２の移動は、ベルトをエンドレスベルトとして駆動ロールを用いて循環移動させたが、めっき金属粉排出ベルト２の移動は本実施形態のものに限定されない。

本発明では、トップドロスの発生をゼロにはできないが、特許文献１や２のように浴面から浴中にトップドロスを回収するための構造物を設置する必要がないので、少量発生したトップドロスは従来通りに手動で回収することが可能である。

以下の溶融亜鉛めっき鋼帯の製造試験を行った。溶融亜鉛めっき鋼帯の製造条件は、ワイピングノズルのスリットギャップ０．９ｍｍ、ワイピングノズル−鋼帯距離８ｍｍ、溶融亜鉛浴からのワイピングノズル高さ４５０ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃とし、製造する鋼帯サイズは、０．８ｍｍ厚×１．２ｍ幅、めっき付着量は片面５０ｇ／ｍ^２とした。

亜鉛粉排出ベルトは、０．４ｍｍ厚×３００ｍｍ幅のステンレス製エンドレスベルトを、ベルト面が水平になるように配置し、溶融亜鉛浴の鋼帯幅方向両側に設置したロールにて循環移動する構造とした。上下のベルト間隔は２５０ｍｍとした。亜鉛粉排出ベルトは連続駆動し、移動速度は０．２ｍ／ｓとした。

ガスノズルは、噴射口が図３（ｂ）の形態（スリットサイズ２ｍｍ×１００ｍｍ、スリット間隔３０ｍｍ）とし、鋼帯の両側に、ガス噴射方向が鋼帯面に対して垂直になるように、鋼板からガスノズル先端までの距離を５０ｍｍに設置した。ガスノズルに供給するガスは、鋼帯の一方の端部外側に１本の導管を設け、それを二股に分岐して、鋼帯両側のガスノズルに接続した。ガスノズルの噴射ガス圧力は、二股に分岐する手前のライン外の位置にある圧力計および調整バルブで調整可能とし、本実施例では３ｋＰａにした（鋼帯面到達速度は３５ｍ／ｓである）。

その他の製造条件および製品品質の指標となるトップドロス発生量の調査結果を表１に示す。トップドロス発生量は、工場オペレーターが手動で汲み出したトップドロスを鋼帯生産量１トン当たりの重量に換算した数値である。

通板速度２．２ｍ／ｓの条件では、本発明装置を使用しない通常操業の比較例１はトップドロス発生量（鋼帯１トン生産当たり）が３．２ｋｇであったのに対し、本発明例１は０．８ｋｇでおよそ７５％も減少した。

通板速度を３．０ｍ／ｓに上昇した条件では、本発明装置を使用しない比較例２は、比較例１と比べて、通板速度は１．３６倍であるのに対して、トップドロス発生量は７．５ｋｇで２．３４倍に増加した。この発生量では、トップドロスを汲み出すために工場オペレーターが常時２名で作業しなければならず、表面欠陥の増加だけでなく、オペレーター人数の増加によるコストアップの問題がある。一方、本発明例２はトップドロス発生量が１．４ｋｇとなり、比較例２より８１％減少し、比較例１に対しても５６％減少しており、通板速度を上昇しても十分な効果が確認できた。

本発明によれば、通常通板速度においても、また通板速度を上昇しても、トップドロスの発生量を大幅に低減し、表面欠陥の無いめっき鋼帯を高い生産性を維持したまま安定製造することが可能となる。

１ ワイピングノズル
２ めっき金属粉排出ベルト
３ ガスノズル
５ 鋼帯
６ サポートロール
７ サポートロール
８ シンクロール
９ めっき浴
１１ ロール（駆動ロール）
１２ ロール（支持ロール）
１３ ブレード

Claims (5)

1. 溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ワイピングノズルから気体を吹き付け、鋼帯表面のめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、前記ワイピングノズルの下方に、鋼帯幅方向長さが前記ワイピングノズルより長く、鋼帯幅方向に移動可能なめっき金属粉排出ベルトと、該めっき金属粉排出ベルトの下方に、前記ワイピングノズルと同等の鋼帯幅方向長さを有し、鋼帯面にガスを噴射するガスノズルが配置されていることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯製造装置。
2. 前記めっき金属粉排出ベルトは、鋼帯幅方向の両側に配置されたロールに巻き掛けて無端帯状に構成されたエンドレスベルトであること特徴とする請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯製造装置。
3. 前記めっき金属粉排出ベルトの鋼帯幅方向の両側に配置された回転ロールの少なくとも一方のベルト巻き掛け部に、該めっき金属粉排出ベルト上のめっき金属粉を除去するブレードが押し付けられていること特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属めっき鋼帯製造装置。
4. 前記ガスノズルの噴射口は鋼帯面から２０ｍｍ以上離れていること特徴とする請求項１〜３の何れかの項に記載の溶融金属めっき鋼帯製造装置。
5. 請求項１〜４の何れかの項に記載の溶融金属めっき鋼帯製造装置を用いる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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