JP5824905B2 - 溶融金属めっき鋼帯の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、帯状の鋼帯に連続して溶融金属をめっきする溶融金属めっき鋼帯の製造方法、特に、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきで付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっきを可能とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関する。

従来、鋼帯の溶融金属めっき、例えば鋼帯の溶融亜鉛めっきでは、付着量の制御には、ガスワイピング法が行われている。即ち、図２に示すように、めっき槽３に保持された溶融金属４中に鋼帯１を連続的に供給し、シンクロール５を介して鋼帯を連続的に上方に引上げ、ワイピングノズル６により、めっき厚みを制御する。

ワイピングノズル６を利用する方法では、ワイピングノズル６から加熱された気体又は常温の気体を噴出させ、鋼帯１の表面に吹付けることにより、該鋼帯面に付着して引き上げられてくる溶融金属４をワイピングし、所要の付着量に制御している。このガスワイピング法は現在幅広く用いられている方法である。

しかしながら本方式で少ない付着量を得ようとした場合、ワイピングノズルのガス衝突圧力を上げる、または、生産速度を減速するといった方法が考えられるが、これらの方法ではガス風量増加や減速により鋼帯１が冷却され、鋼帯温度の低下、溶融金属の粘度上昇、局所的な凝固を引き起こす。この溶融金属の粘度上昇、局所的な凝固はワイピング効率を悪化させ薄めっきを阻害する。従って溶融亜鉛めっき鋼帯の薄めっきは３０ｇ／ｍ^２程度が現状の限界である。

上記課題を解決する手法として、特許文献１には、通電加熱により鋼帯温度を上げてワイピングする方法が開示されている。特許文献２には、浴面−ワイピングノズル間を溶融めっき金属より高い温度とする加熱雰囲気を形成する方法が開示されている。薄めっきを実現することを目的とはしていないが、特許文献３には、表面外観に優れる溶融亜鉛めっき鋼帯の製造技術として、ワイピングノズルの上方に補助ノズルを設け、補助ノズルから気体を吹きかけてワイピングガス上昇流を低下させる技術が開示されている。

特開平６−１７２９５５号公報 特開昭５６−５５５６０号公報 特開２００７−７０６６４号公報

しかしながら、通電加熱を行う特許文献１の方法は、酸化した亜鉛を掻き取るなどの浴周辺作業時に感電する危険があり実用化が困難である。特許文献２の加熱雰囲気を形成する手法は、ワイピングガスを加熱していないため、溶融金属の温度低下、凝固防止に対する効果が弱いため、薄目付けには限界がある。特許文献３の方法は、薄めっきに適用した場合の効果は不十分である。

そこで本発明では、前記課題を解決し、薄目付けを可能とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の手段は以下のとおりである。

（１）鋼帯を、溶融金属めっき浴槽内のめっき浴に連続的に浸漬してめっきを行った後、めっき浴から引き上げ、鋼帯表面に付着した溶融金属の付着量をワイピングノズルから噴射されるガス噴流により調整する溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、ワイピングノズル上方に補助スリットノズルを設置してワイピングガスの鋼帯に随伴して上昇する流れに対するカウンター流を供給すると共に、前記ワイピングガスのノズル噴出し口における温度を前記溶融金属の融点以上とし、かつ前記補助スリットノズルのノズル噴出し口におけるガス温度を前記溶融金属の融点より１００℃以上低くすることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（２）前記ワイピングノズル−鋼帯間距離を６ｍｍ以下とし、さらに前記ワイピングノズルのスリット幅をｔ［ｍ］、前記ワイピングノズル−鋼帯間距離をＤ［ｍ］、前記ワイピングガスのノズル噴出し口でのガス密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］、流速をＶ［ｍ／ｓ］としたときに、Ｄ／ｔ≦６かつρＶ^２≧１２００００を満足するようにすることを特徴とする（１）記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（３）前記ワイピングノズルの設置高さを浴面から５００ｍｍ以上とすることを特徴とする（２）記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

本発明によれば、めっき面への溶融金属のスプラッシュ付着、風紋状模様の発生などによってめっき外観を損なうことなく、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきでは付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっき溶融金属めっき鋼帯を製造することができるようになる。

本発明の実施に使用する連続溶融金属めっき装置の要部構成例を示す側面図である。 従来の連続溶融金属めっき装置の要部構成例を示す側面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施に使用する連続溶融金属めっき装置の要部構成例を示す側面図である。図１において、１は鋼帯、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６はワイピングノズル、７は補助スリットノズルである。

鋼帯１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４中に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられ、めっき槽３上方に設置されたワイピングノズル６から噴射されるワイピングガスにより余剰の溶融金属がワイピングされる。ワイピングガスは鋼帯１に衝突し、一部は鋼帯１に随伴して上昇する。

ワイピングノズル６から噴出すワイピングガスのノズル噴出し口における温度は、溶融金属の融点以上にする必要がある。ガスの圧力や温度にもよるがワイピングガス温度は、ノズル噴出し口と比べて、鋼帯衝突位置で約５０〜８０℃低下する。ワイピングガスのノズル噴出し口におけるガス温度が溶融金属の融点より低いと、鋼帯１が冷却され、鋼帯温度の低下、溶融金属の粘度上昇、局所的な凝固を引き起こし、ワイピング効率を低下させ薄めっきを阻害する。ワイピング効率の低下を防止するには、鋼帯衝突位置におけるワイピングガス温度を溶融金属の融点−８０℃以上にする必要がある。ワイピングガスのノズル噴出し口におけるガス温度を、溶融金属の融点以上とすることで、鋼帯衝突位置における溶融金属の局所凝固を抑制し、溶融金属の流動性を高め、薄めっき化の効果を発現できるようになる。

ガス温度を高くすると、ノズルの変形、接続する配管の耐熱温度等が問題になるので、ノズル噴出し口におけるワイピングガス温度は７００℃以下が好ましい。また溶融亜鉛めっき、溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき等の亜鉛系溶融めっきの場合は、合金化の進行を防ぐため、ガス温度は溶融金属融点＋１３０℃以下とすることが好ましい。一方、ガス温度を低くすると溶融金属の流動性が低下するため、鋼帯衝突位置でのガス温度低下を考慮し、ノズル噴出し口におけるガス温度は溶融金属融点＋５０℃以上とすることが好ましい。

ワイピングガス温度を上げるだけでもワイピング効率を高めて薄めっきにする効果が発揮されるが、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきでは付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっきにするにはガス噴流が発達し拡散する前のポテンシャルコアを有する展開領域と呼ばれる領域においてワイピングを行うことが好ましい。展開領域でワイピングするにはワイピングノズルのスリット幅をｔ［ｍ］、ノズル−鋼帯間距離をＤ［ｍ］とした場合、Ｄ／ｔ≦６を満足させるようにする必要がある。また、Ｄ／ｔ≦６を満足する条件でノズル−鋼帯間距離Ｄを検討したところ、ノズル−鋼帯間距離Ｄが６ｍｍを超えると溶融金属のスプラッシュの発生が増加することがあった。これは、ノズルのスリット幅ｔが広すぎたときに鋼帯に衝突するガス流量が大きくなり、周囲の流れが乱れて溶融金属のスプラッシュが発生しやすくなったと考えられる。したがって、ノズル−鋼帯間距離Ｄは６ｍｍ以下とすることが好ましい。鋼帯の反り、バタつき等によるノズルとの接触を避けるため、ノズル−鋼帯間距離Ｄは２ｍｍ以上とすることが好ましい。

またワイピング効率を高めて薄めっき化する効果を十分に発揮するには、鋼帯衝突位置でワイピングガスの衝突エネルギーを低下させないことが好ましい。高温ガスを使用するとガス密度が低下し、同じガス流速で衝突させても衝突エネルギーが低下する。そのためある程度ガス流速を上げてワイピングノズル６からガスを噴射する必要がある。その基準となる数値を把握するため、種々実験を行い検討した結果、ワイピング効率を高めてめっき厚を４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきでは付着量３０ｇ／ｍ^２以下）に薄めっき化する効果を得るには、ノズル噴出し口でのガス密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］、流速をＶ［ｍ／ｓ］としたときに、ρＶ^２≧１２００００を満足させることが好ましいことがわかった。

ワイピングノズルの設置高さは浴面から５００ｍｍ以上とすることが好ましい。ノズルの浴面からの設置高さを高くすることでワイピングする余剰溶融金属の量を削減しスプラッシュの発生量を抑えることができる。鋼帯速度が１００ｍ／ｍｉｎを超えると鋼帯が持ち上げる余剰溶融金属量が増大するため、ノズルの浴面からの設置高さは７００ｍｍ以上とすることが好ましい。またノズル設置高さが高すぎると鋼帯温度が低下し、溶融金属の流動性が低下するため、ノズルの浴面からの設置高さは２０００ｍｍ以下とすることが好ましい。

ワイピングノズルから噴射するガス種は特に限定されないが、溶融金属が酸化してドロスとなるのを抑制する点から非酸化性ガスを用いることが好ましく、さらにワイピング効率を高める点から比重の重いアルゴンなどのガスを用いることもできる。また雰囲気を半密閉して非酸化性とすることで溶融金属の酸化を防ぎ、より美麗な薄めっきが可能となる。

補助スリットノズル７は、ワイピングノズル６の上方に鋼帯表裏の各面に対向して配置される。補助スリットノズル７の役割は、ワイピングガスの鋼帯に随伴して上昇するガス流れに対するカウンター流を付与することである。補助スリットノズル７から噴射するガス種は特に限定されない。

ワイピングガスの温度を高めたことで、ワイピングノズル部を通過した鋼帯の温度が下がりにくくなり、溶融金属が凝固しにくくなるため、ワイピングガスの鋼帯に随伴して上昇する流れによりめっき面に風紋状模様が発生する。補助スリットノズルから、鋼帯に随伴して上昇する流れに対するカウンター流を付与することで、風紋状の模様発生を防止し、またワイピングの際に発生する溶融金属スプラッシュが鋼帯に再付着するのを抑制することができる。

風紋状模様の発生を防止するには、補助スリットノズル７から噴射されるガス温度は、ノズル噴出し口で溶融金属融点より１００℃以上低くする必要がある。

補助スリットノズル７のガス圧力がワイピングノズル６のガス圧力以上になると、ワイピングノズル６によるワイピングに影響を与えて流れが乱れ、スプラッシュが増加するおそれがあるので、補助スリットノズル７のガス圧力はワイピングノズル６のガス圧力より低くすることが好ましい。

補助スリットノズル７−鋼帯１間距離がワイピングノズル６−鋼帯１間距離以下になると、ワイピングノズル６によるワイピングに影響を与えて流れが乱れ、スプラッシュが増加するおそれがあるので、補助スリットノズル７−鋼帯１間距離は、ワイピングノズル６−鋼帯１間距離より大きくすることが好ましい。補助スリットノズル７−鋼帯１間距離は２０ｍｍ以上がより好ましい。

補助スリットノズル７は、ワイピングノズル６で発生する溶融金属のスプラッシュ付着を回避するため、ワイピングノズル６から２００ｍｍ以上離して設置することが好ましい。ワイピングノズル６から離れすぎるとカウンター流を付与する前に風紋状模様が発生するので、ワイピングノズル６との間隔は８００ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、補助スリットノズル７とワイピングノズル６の間隔は、各ノズルのガス噴出し方向の鋼帯面との交点の間隔である。

補助スリットノズルのガス噴出し方向は、鋼帯面に向かって斜め下方とする。補助スリットノズル７のガス噴出し方向と鋼帯面がなす角は３０°以上８０°以下が好ましい。３０°より小さいとカウンター流の作用が不十分になり、８０°より大きいと逆にワイピングガスに上昇流を付与するようになり、風紋状模様の発生を防止する作用が低下する。

従来の技術では、ワイピングノズルのガスによって鋼帯１が冷却され、鋼帯温度の低下、溶融金属の粘度上昇、局所的な凝固を引き起こすことから、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきで付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっきの溶融金属めっき鋼帯の製造が困難であったが、本発明では、外観を損なうことなく、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきで付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっきの溶融金属めっき鋼帯を製造できるようになるだけでなく、さらに薄めっきの溶融金属めっき鋼帯の製造が可能、例えば溶融亜鉛めっきでは１５ｇ／ｍ^２レベルの溶融亜鉛めっき鋼帯の製造が可能になる。

本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明する。

板厚０．８ｍｍ、板幅１１００ｍｍの鋼帯に対して、図１に示した装置を用いて、溶融亜鉛めっきを行い、めっきの付着量、外観の評価を行った。ワイピングノズルはスリット幅０．９ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２ｍｍ、１．５ｍｍのものを製作し使用した。ワイピングノズル上部に設置した補助スリットノズルは、スリット幅３ｍｍのものをノズルヘッダ圧力５ｋＰａで使用した。補助スリットノズルのガス噴出し方向は鋼帯面に対して４５°下向きとし、鋼帯と補助スリットノズル先端の距離は４０ｍｍ、補助スリットノズルとワイピングノズルの間隔（各ノズルのガス噴出し方向の鋼帯面との交点の間隔）は５００ｍｍとした。一部は、補助スリットノズルを設置しないでワイピングを行った。

ワイピングノズル、補助スリットノズルのガスは窒素を使用した。ガスは焼鈍炉及び亜鉛ポットの熱を利用して予熱を行い最終的に電気ヒーターにより所定の温度まで加熱を行った。亜鉛浴温は４６０℃とした。

ガス温度及び流速は鋼帯エッジより外側でワイピングノズルが開口している位置で熱電対及び熱線流速計により測定を行った。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定し平均を算出した。また、明るい蛍光灯の下で目視によってめっき外観を観察し、スプラッシュ付着、風紋状模様を以下のように評価した。
スプラッシュ付着：
×：多いもの（従来レベルのもの）、△：従来レベルより少ないが軽微でないもの、○：軽微なもの
風紋状模様：
あり：風紋状模様が認められるもの、なし：風紋状模様が認められないもの
さらに、スプラッシュ付着、風紋状模様の評価に基づいて、外観を以下のように評価した。
○：スプラッシュ評価が「○」で、風紋状模様が認められないもの、△：スプラッシュ評価が「△」で、風紋状模様が認められないもの、×：スプラッシュ評価が「×」又は風紋状模様が認められるもの
ワイピングノズル、補助スリットノズルの条件及び評価結果を表１に示す。

表１に示すように、ガス圧力、ライン速度が同じ条件の場合、本発明例は、従来例に比べて、薄めっきが得られている。本発明例は、付着量が３０ｇ／ｍ^２以下で、良好な外観が得られている。本発明例の中では、ワイピングノズル−鋼帯間距離Ｄ、ワイピングノズルのスリット幅ｔ、ワイピングガスのノズル噴出し口でのガス密度ρが、Ｄ≦６ｍｍ、Ｄ／ｔ≦６かつρＶ^２≧１２００００を満足するものは、この条件を満足しないものに比べて外観が良好であり、またワイピングノズルの浴面からの高さが５００ｍｍ以上のものは、この条件を満足しないものに比べて外観が良好である。従来例、比較例は、外観が劣り、またはさらに付着量が３０ｇ／ｍ^２を超える。

前記実施例では溶融金属として亜鉛を用いているが、本発明は、種々の溶融金属に適用できる。

本発明によれば、めっき面への溶融金属のスプラッシュ付着、風紋状模様の発生などによってめっき外観を損なうことなく、めっき厚４．２μｍ以下（亜鉛系溶融めっきでは付着量３０ｇ／ｍ^２以下）の薄めっき溶融金属めっき鋼帯を製造することができるようになる。

１ 鋼帯
２ スナウト
３ めっき槽
４ 溶融金属
５ シンクロール
６ ワイピングノズル
７ 補助スリットノズル

Claims (3)

1. 鋼帯を、溶融金属めっき浴槽内のめっき浴に連続的に浸漬してめっきを行った後、めっき浴から引き上げ、鋼帯表面に付着した溶融金属の付着量をワイピングノズルから噴射されるガス噴流により調整する亜鉛系溶融めっき鋼帯の製造方法において、ワイピングノズル上方に補助スリットノズルを設置してワイピングガスの鋼帯に随伴して上昇する流れに対するカウンター流を供給すると共に、前記ワイピングガスのノズル噴出し口における温度を前記溶融金属の融点以上とし、かつ前記補助スリットノズルのノズル噴出し口におけるガス温度を前記溶融金属の融点より１００℃以上低くし、めっき付着量３０ｇ／ｍ ^２ 以下とすることを特徴とする亜鉛系溶融めっき鋼帯の製造方法。
2. 前記ワイピングノズル−鋼帯間距離を６ｍｍ以下とし、さらに前記ワイピングノズルのスリット幅をｔ［ｍ］、前記ワイピングノズル−鋼帯間距離をＤ［ｍ］、前記ワイピングガスのノズル噴出し口でのガス密度をρ［ｋｇ／ｍ^３］、流速をＶ［ｍ／ｓ］としたときに、Ｄ／ｔ≦６かつρＶ^２≧１２００００を満足するようにすることを特徴とする請求項１記載の亜鉛系溶融めっき鋼帯の製造方法。
3. 前記ワイピングノズルの設置高さを浴面から５００ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項２記載の亜鉛系溶融めっき鋼帯の製造方法。

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