JP6848801B2 - 溶融金属めっき鋼帯の製造設備 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属めっき鋼帯の製造設備に関するものである。

溶融金属を溶融亜鉛めっき浴として、そのめっき浴に鋼帯を連続的に浸漬、通板させることによって溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する連続溶融亜鉛めっき法では、鋼帯が溶融亜鉛めっき浴中を通板する際、該鋼帯から溶出した鉄が溶融亜鉛めっき浴中の成分元素であるアルミニウムや亜鉛と反応して金属間化合物を生成したり、亜鉛が酸化したりすることでドロスと呼ばれる異物が発生することが知られている。

このうち、亜鉛よりも密度の高いドロスは、ボトムドロス（主としてＦｅ−Ｚｎ系合金）となり、溶融亜鉛めっき浴中内で沈降・堆積する。逆に、亜鉛よりも密度の低いドロスは、トップドロス（主として酸化亜鉛、Ｆｅ−Ａｌ系合金）となり、溶融亜鉛めっき浴中から浴面へと浮上する。

かかるドロスは、めっき浴内のＡｌ濃度によって主成分が異なり、比較的低Ａｌ濃度の浴では、主としてＦｅ−Ｚｎ系合金からなるボトムドロスが生成され、めっき浴を収容する浴槽の底部に堆積する。

一方、比較的高Ａｌ濃度（Ａｌ：０．１５ｍａｓｓ％以上程度）である浴では、主として酸化亜鉛、Ｆｅ−Ａｌ系合金からなるトップドロス（浮遊ドロス）が生成され、ドロスが沈降することが少ない。

ここに、浴槽内のめっき浴は、通常、インダクターを用いた誘導加熱により所定の温度に加熱されるが、いずれのめっき浴においてもめっき浴の温度分布が不均一になり低温領域が形成されるとそれに伴ってドロスが析出することから、ドロスの付着による鋼帯の品質トラブルを回避するため、この種のめっき浴では、めっき浴の温度分布の均一化を図ることが望まれている。

めっき浴でのドロスの発生を抑制する先行技術として、例えば、特許文献１には、浴槽内におけるめっき浴中の温度差を５℃以下とする技術が提案されている。

特開２００１−１０７２０８号公報

特許文献１に開示された技術は、連続めっき中および／または連続めっき停止中に、めっき浴の異なる箇所の浴温をそれぞれ測定し、得られた測定結果に基づき、浴中の温度差を低減せしめるものであって、これによれば、めっき浴におけるドロスの発生を抑制できるとされていたものの、この手法は、めっき用ポットの側壁に複数基の加熱手段を配置してめっき浴を加熱していることからポット側壁部の温度が高く、ポットの中央部に位置するシンクロール周辺の温度はポット側壁部の温度と比較すると低くなりがちであり、とくにトップドロスが発生しやすい浴（Ａｌ濃度が０．１５ｍａｓｓ％以上の高Ａｌ濃度とした溶融亜鉛系めっき浴等）においては、ドロスが、シンクロールへ巻き付きやすくなるためドロス欠陥の発生が避けられない状況にあった。また、かかる技術は、めっき用ポットの周りを取り囲む複数基の加熱手段、あるいはこれに加えて攪拌装置が設けられた構造からなっており、装置の大型化、複雑化を伴い、経済性、メンテナンス性の面で実現性に乏しいものであった。

本発明の課題は、とくにトップドロスが発生しやすい浴でめっき処理を行う場合に不可避なドロスの、シンクロールへの巻き付きに起因したドロス欠陥を、設備の大型化、複雑化を伴うことなしに抑制することができる溶融金属めっき鋼帯の製造設備を提案するところにある。

本発明は、溶融金属を収容する浴槽に鋼帯を連続的に浸漬させ、該浴槽中に配設されたシンクロールにより該鋼帯の進行方向を転換したのち、該シンクロールの上方かつ、該溶融金属の浴面下に設置された、サポートロールの相互間を通過させてめっき浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する方法において、
該シンクロールのロール胴の表面温度を溶融金属の浴温の−５℃以上、＋３０℃以下とす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。

上記の方法においては、該シンクロールのロール胴の表面温度を溶融金属の浴温以上、＋３０℃以下とすることが好ましい。また、溶融金属への鋼帯の侵入板温を、シンクロールのロール胴の表面温度以上、＋３０℃以下とする。

また、本発明は、溶融金属を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属の浴面下に設置されたサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて溶融金属の浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造設備であって、
溶融金属を収容する浴槽の内側または外側のいずれかに配置され、該シンクロールのロール胴の両端側をそれぞれ優先的に加熱可能な加熱手段を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造設備である。

上記の製造設備においては、前記加熱手段は、前記シンクロールのロール胴の端面の正面視において、その加熱面が該ロール胴の端面の少なくとも一部分にラップした状態で対向配置されていること（加熱面が、シンクロールのロール胴の端面の投影上の少なくとも一部分に位置してロール胴の端面と加熱面が相互に向かい合っていること）、また、前記加熱手段は、前記シンクロールのロール胴の両端側でそれぞれ対象に配置されたものとするのが望ましい。加熱手段としては、溶融金属の加熱に供するインダクターを用いることができる。

本発明によれば、シンクロールのロール端面を通して該シンクロールを積極的に加熱しそのロール表面温度を溶融金属の浴温の−５℃以上、＋３０℃以下となるようにしたため、ドロスの、シンクロールへの巻き付きが抑制される。

シンクロールのロール端面を優先的に加熱するに当たっては、加熱手段としてめっき浴を加熱するインダクターを用い、その位置変更を行うだけで対応できるため、設備コストの上昇を伴うことはなく、経済的でもある。

本発明の実施に用いて好適な溶融金属めっき鋼帯の製造設備を模式的に示した図であり、（ａ）はその側面を断面で表示した図、（ｂ）は、その平面を示した図である。 溶融金属めっき鋼帯の製造設備を模式的に示した図であり、（ａ）はその側面を断面で表示した図、（ｂ）は、その平面を示した図である。 シンクロールおよび鋼帯の要部断面を拡大して示した図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１（ａ）（ｂ）は、本発明の実施に用いて好適な溶融金属めっき鋼帯の製造設備を模式的に示した図であり、（ａ）はその側面を断面で表示した図であり、（ｂ）は、その平面を示した図である

同図における符号１は、溶融金属Ｍを収容する浴槽、２は先端部分が溶融金属Ｍ内に浸漬され、めっき処理すべき鋼帯Ｓを浴槽１内に誘導するスナウト、３は浴槽１内に設置され、鋼帯Ｓの進行方向を転換するシンクロール、４は、シンクロール３の上方かつ、溶融金属Ｍの浴面下に設置され鋼帯Ｓの案内とその形状矯正を行うサポートロールである。

また、５は、溶融金属Ｍの浴面上に鋼帯Ｓを挟むように配置され、溶融金属Ｍの出側で鋼帯Ｓの外表面にガスを吹き付けてめっき層の厚さを調整するワイピングノズル、６は、浴槽１の外側に設置され、溶融金属Ｍを加熱するためのインダクターである。インダクター６は、ここでは、インダクター６ａ〜６ｄの４基配置されたものを例として示してある。

インダクター６のうち、インダクター６ａ、６ｂは、図１（ａ）に示すように、シンクロール３のロール胴の端面の正面視において、その加熱面（熱を放出する面）がロール胴の端面の少なくとも一部分にラップした状態で対向配置されており、これにより、溶融金属Ｍの加熱に加え、シンクロール３のロール胴の両端側をそれぞれ優先的に加熱することができるようになっている。

シンクロール３は、通常、それを支持するアームを通して伝熱によりめっき浴外へ熱を放散する仕組みになっており（図示せず）、インダクター６がシンクロール３のロール胴の端面の正面視において、その加熱面（熱を放出する面）がロール胴の端面とラップしていない図２（ａ）（ｂ）に示す如き構成からなる設備にあっては、シンクロール３およびその周辺部の温度は、他の部分に比較して低くなりがちであり（鋼帯の温度が溶融金属Ｍの温度よりも低い場合にはシンクロール３の表面は鋼帯との接触によりさらに冷却される）、とくにトップドロスの発生しやすい溶融金属Ｍでは、温度差により発生（析出）したドロスが鋼帯に付着し、これによりドロス欠陥が発生するものと考えられていた。

ところが、ドロス欠陥は、実際には、図３に示すように、温度が他部領域よりも低くなるシンクロール３においてドロスｄが巻き付き、これが成長、肥大化し、鋼帯に噛み込むことによって発生することが主原因であり、かかるドロスのシンクロール３への巻き付きを回避するには、シンクロール３を含めたその周辺温度を積極的に上昇させることが有効であることを突き止め、これによりドロス欠陥の抑制を図ったものである。

本発明では、シンクロール３のロール胴の表面温度を溶融金属Ｍの浴温の−５℃以上、＋３０℃以下に保持するが、この時の浴温とは、溶融金属Ｍの平均温度を意味する。このような温度域に維持するための設備構成はとくに限定されることはないが、インダクター６を、シンクロール３のロール胴の端面の正面視において、その加熱面が該ロール胴の端面の少なくとも一部分にラップした状態で対向配置とすることが好ましく、ラップする面積は大きい方がさらに好ましい。ロール胴の端面の全域がインダクター６の加熱面にラップするように対向配置（インダクター６の真横の位置）とすることでシンクロール３を最も効率よく加熱することができる。

本発明によれば、シンクロール３の表面温度の恒温化（シンクロール３の表面温度を溶融金属Ｍの浴温の−５℃以上、＋３０℃以下に保持）により溶融金属Ｍの浴中のドロスがシンクロール３の表面に巻き付いて成長、肥大化するのを抑制することができるため、それが鋼帯に噛み込むことによって発生するドロス欠陥を回避することが可能となり、表面品質の安定しためっき鋼帯を製造することができる。

シンクロール３のロール胴の両端面を加熱するに当たっては、図１（ｂ）に示すように、シンクロール３のロール胴を左右に二分する直線Ｌを基準にしてインダクター６を対称に配置するのが好ましく、これによりシンクロール３の表面温度をロール胴の全体にわたって均一化することができる。

本発明では、シンクロール３の加熱に際しては、シンクロール３の表面温度が溶融金属Ｍの浴温の−５℃以上、＋３０℃以下となるようにすることとしたが、その理由は、シンクロール３の表面温度が溶融金属Ｍの浴温の−５℃未満では、シンクロール３の表面でドロスによる不良が発生しやすくなる一方、シンクロール３の表面温度が溶融金属Ｍの浴温の＋３０℃超の場合にも温度差によりシンクロール表面でドロスによる不良が発生しやすくなるためである。シンクロール３の表面温度は、溶融金属Ｍの浴温以上、＋３０℃以下が好ましく、溶融金属Ｍの浴温以上、＋１０℃以下がさらに好ましい。この時のシンクロール３の表面温度は、少なくとも平均値がこの範囲に入っていればよいが、最も温度の低い位置がこの範囲に入っていることが好ましい。

一方、鋼帯Ｓは、比較的板厚が薄い場合が多く、浴中に侵入したあとの板温は、比較的短時間で浴温に近い温度になるので、溶融金属Ｍへの侵入板温はとくに限定されることはないが、板厚やライン速度によっては、シンクロール３の温度に影響を与える場合があるため、シンクロール３のロール胴の表面温度以上、＋３０℃以下とすることが好ましい。ここに、鋼帯Ｓの板温度がシンクロール３のロール胴の表面温度より低い場合はシンクロール３の表面温度を低下させてしまう可能性があり、シンクロール３のロール胴の表面温度＋３０℃を超える場合は、温度差により、ドロスが発生しやすくなり、溶融金属Ｍが不安定になるためである。溶融金属Ｍへの鋼帯Ｓの侵入板温は、シンクロールのロール胴の表面温度以上、＋２０℃以下とするのがさらに好ましい。

本発明においては、加熱手段として、めっき浴を加熱するインダクター６を用いた場合について説明したが、加熱手段は、インダクター６以外の他の加熱手段を用いることもできる。また、加熱手段は、めっき浴の浴槽１内に配置されるものであってもよい。

なお、本発明では、サポートロール４にドロスが巻き付いてこれによりドロス欠陥が発生することが懸念される場合には、インダクター６の位置を適宜移動させてシンクロール３の加熱と同時にサポートロール４を加熱してもよく、また、サポートロール４自体が加熱機構を有するものとしてもよい。

幅７００〜１８５０ｍｍ、厚さ０．４〜１．４ｍｍの鋼帯を、容量１０〜３５０ｋＷのインダクターを備えた図１に示すような設備を適用して、溶融金属（めっき浴）Ｍの浴温度：４３０〜４７０℃、溶融金属ＭのＡｌ濃度：０．１５〜０．４０ｍａｓｓ％、ラインスピード：５０〜１８０ｍｐｍの条件のもとに溶融亜鉛めっき処理を実施し、鋼帯表面のドロス欠陥（ドロスの巻き付きに起因した欠陥）の発生状況についての調査を行った。なお、ドロス欠陥は、上記条件で得られた製品コイルから、５００ｍｍ×５００ｍｍのサンプルを各１００枚ずつ採取し、そのサンプルの表面に付着したドロスの個数を目視にて測定し、その平均付着個数により評価した。その結果を、鋼帯の溶融金属（めっき浴）への侵入時の温度（℃）、シンクロールのロール胴の表面温度（℃）とともに表１に示す。

表１より明らかなように、本発明にしたがって鋼帯にめっき処理を施した場合には、ドロス欠陥が抑制されており、品質の良好な製品の製造が可能であることが確認された。

本発明によれば、ドロス欠陥の軽減された溶融金属めっき鋼帯の製造が可能な設備が提供できる。

１ 浴槽
２ スナウト
３ シンクロール
４ サポートロール
５ ワイピングノズル
６ インダクター
Ｍ 溶融金属
Ｓ 鋼帯

Claims (3)

1. 溶融金属を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属の浴面下に設置されたサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて溶融金属の浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造設備であって、
   溶融金属を収容する浴槽の内側または外側のいずれかに配置され、該シンクロールのロール胴の両端側をそれぞれ優先的に加熱して、該シンクロールのロール胴の表面温度を溶融金属の浴温の−５℃以上、＋３０℃以下、もしくは、該シンクロールのロール胴の表面温度を溶融金属の浴温以上、＋３０℃以下とし、溶融金属への鋼帯の侵入板温を、シンクロールのロール胴の表面温度以上、＋３０℃以下とする加熱手段を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造設備。
2. 前記加熱手段は、前記シンクロールのロール胴の端面の正面視において、その加熱面が該ロール胴の端面の少なくとも一部分にラップした状態で対向配置されたものである、ことを特徴とする請求項１に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造設備。
3. 前記加熱手段は、前記シンクロールのロール胴の両端側でそれぞれ対称に配置されたものである、ことを特徴とする請求項１または２に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造設備。

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