JP2004204327A - 連続溶融金属めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空中ポット方式で溶融金属めっき鋼板を製造する際に、溶融金属浴槽からの溶融金属の流下を操業上問題のないレベルで長時間に亘って防止する。
【解決手段】空中ポット方式の溶融金属浴槽底部の開口部から鋼板を下から上に通過させて鋼板に溶融めっきを施す際に、溶融金属浴槽の下側に溶融金属受け槽を設け、さらに溶融金属受け槽の開口部上方に前記溶融金属受け槽の開口部から溶融金属が流下するのを防止するスリットノズルを設け、該スリットノズルの気体噴射角度を水平上向きに４０〜８０度の範囲内とし、気体の噴射圧力Ｐは、Ｐ＞ρｇｈ＋１／２ρ｛（Ｑ／Ａ）²−Ｖ²｝を満足させる。ρは溶融金属の密度、ｇは重力加速度、ｈはスリットノズルからの噴流が鋼板に衝突する地点から溶融金属浴槽液面までの距離、Ｑは溶融金属浴槽に送られる溶融金属の流量、Ａは溶融金属浴槽底部の開口部面積、Ｖはライン速度。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属めっき鋼板を連続的に製造する方法に関し、特に溶融金属浴槽底部に設けた開口部から鋼板を下から上に向かって通過させることで溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板を含む。以下同じ。）を製造するのに好適な溶融金属めっき鋼板の方法（所謂空中ポット方式による溶融金属めっき鋼板の製造方法）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、亜鉛、アルミニウムや、その合金などの溶融金属めっき鋼板は、従来、一般的には以下のように製造されている。すなわち、冷間圧延後の薄鋼板に対し、前処理工程で表面の洗浄を施し、無酸化性あるいは還元性の雰囲気に保たれた焼鈍炉内において表面酸化膜を除去し、焼鈍を行い、次いで冷却して溶融金属浴温度とほぼ同程度まで冷却して溶融金属浴中に侵入させる。その後、鋼板を浴から引き上げ、鋼板表面に付着した過剰の溶融金属をガスワイピングノズルで払拭している。
【０００３】
従来の溶融金属めっき鋼板の製造に用いられる装置の溶融金属浴周辺部分を図４に示す。鋼板１は非酸化性雰囲気に保たれたスナウト２０から溶融金属浴２１に引き込まれ、シンクロール１９およびサポートロール４を経て鉛直方向に引き上げられ、ガスワイピングノズル１１で過剰の溶融金属が払拭される。
【０００４】
しかしながら、このような従来型の装置では、溶融金属浴中でドロス等の不純物が発生し、これらが浴中ロール（シンクロール１９やサポートロール４）に付着して、鋼板１に押し疵を発生させる。あるいは、鋼板１に付着してプレス等の加工時に表面欠陥となる。このような欠陥を防止するため、浴中ロールを取り出して手入れを行ったり、ドロスが溶融金属浴中で浮遊しないように整流板を浴底部に設置するなどの対応が施されている。さらに、浴中ロールには、溶融金属による溶損に起因した回転不良が発生し、めっき欠陥を発生する。その対策として、定期的に浴中ロールを交換したり、ロール表面にセラミックス等を溶射する処理が施されている。
【０００５】
このように、従来の製造装置で溶融金属めっき鋼板の製造を行うと、品質や操作性が悪くなる欠点があった。
【０００６】
近年、同一の溶融金属めっきラインで、めっき金属組成の異なる溶融金属めっき鋼板、すなわちめっき品種の異なる溶融金属めっき鋼板が製造されるようになってきた。溶融金属浴槽は浴中機器を設置するために極めて大容量になる。そのため数種類の溶融金属めっき鋼板を同一ラインで製造する場合、めっき品種切り替え時の浴入れ替えに多大の時間、費用、労力を必要としている。
【０００７】
このような問題点に対処するために、底部に開口部のある溶融金属浴槽に溶融金属を保持し、開口部下方から鋼板を通過させてめっきを行う技術、いわゆる空中ポットが開発されている。例えば、特許文献１には、循環による空中ポットが開示され、鋼板導入部に静圧を印加することが記載されている。また、特許文献２には、溶融金属を電磁力により保持し、鋼板通過位置において気体を噴射する空中ポットが開示されている。さらに、特許文献３には、一対の回転ドラム間に溶融金属を供給する方法が開示されている。さらにまた、特許文献４には、溶融金属めっき浴槽底部に鋼板との間を０．０５〜１ｍｍに保持するシール板を設置した装置が、特許文献５には、シール板設置めっき浴下部に圧力室を設ける装置がそれぞれ開示されている。
【０００８】
上記空中ポットで問題となるのは、溶融金属が溶融金属浴槽底部の開口部から流下して、開口部下方の搬送ロールやめっき前の鋼板等に付着することであり、従って溶融金属をいかに保持して溶融金属浴槽底部の開口部から流下させないかということであり、これまでに開示された技術の多くもその点に着目したものである。
【０００９】
しかしながら、上述の特許文献１や特許文献２のように気体の静圧や電磁力により溶融金属の流下を防止する技術は、浴面の高さや流下溶融金属の複雑な流動状態等に応じて気体圧力や電磁力を制御する必要があり、これら従来技術ではその十分な制御方法が得られていない。また、単に気体を鋼板に対して垂直方向に噴射して溶融金属の流下を防止する方法では、少量の溶融金属の流下に対しては効果があるものの、実際の溶融金属浴槽から流下するのを防止するための十分なシール力を得られず、あくまでも補助的な手段にすぎない。
【００１０】
また、特許文献４や特許文献５に開示されているようなシール板を設ける技術は、鋼板とシール板との間を０．０５〜１ｍｍに保持する必要があるが、実際には鋼板がシール板と接触し鋼板表面が疵つくといった問題点がある。さらに、特許文献３に開示された回転ドラム間に溶融金属を供給する方法は、鋼板と接していないロール端部での流下が問題となる。
【００１１】
このように、上記従来技術はいずれも、溶融金属の流下を操業上問題のないレベルで長時間に亘って防止することが困難であったり、鋼板表面に疵が発生したりする問題がある。
【００１２】
本発明者らは、前記従来技術の問題点を改善すべく検討を行い、鋼板にめっきする溶融金属供給浴の下側に流下溶融金属受け浴を設けて該溶融金属供給浴から流下する溶融金属を受け、さらに該流下溶融金属受け浴下側の鋼板通過開口部に非酸化性の気体を供給し鋼板に噴き付ける装置を設けて溶融金属の温度以下の気体を鋼板に噴き付けることで、鋼板を通過させる溶融金属浴からの溶融金属の流下があっても、流下した溶融金属浴がさらに下方に流下することを防止すれば、前記従来技術の問題点を大幅に改善できることを見出し、特許出願した（特許文献６）。
【００１３】
以下に、先行技術文献情報について記載する。
【００１４】
【特許文献１】
特開昭６３−１０９１４８号公報
【００１５】
【特許文献２】
特開昭６３−３０３０４５号公報
【００１６】
【特許文献３】
特開平１−１３９７４４号公報
【００１７】
【特許文献４】
特開平４−３６４４７号公報
【００１８】
【特許文献５】
特開平９−５３１６４号公報
【００１９】
【特許文献６】
特開２００１−２００３５３号公報
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献６に開示される技術では、溶融金属浴から流下した溶融金属浴が下方に流下するのを確実に防止できない場合があることが明らかになった。
【００２１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、金属板を通過させる溶融金属浴槽からの溶融金属の流下を操業上問題のないレベルで長時間に亘って防止することができ、また鋼板表面に疵発生の問題を解消できる溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の手段は、次のとおりである。
（１）金属のインゴットを投入して溶解を行う溶解浴槽から溶融金属が供給される溶融金属浴槽底部に設けた開口部から鋼板を下から上に向かって通過させて鋼板に溶融めっきを施す溶融金属めっき鋼板の製造方法において、前記溶融金属浴の下側に、前記溶融金属浴から流下する溶融金属を受けるとともに、その下部に鋼板を下から上に通過させる開口部を備える溶融金属受け槽を設け、さらに前記溶融金属受け槽の前記開口部上方の鋼板の表裏両側に前記溶融金属受け槽の開口部から溶融金属が流下するのを防止するための気体を噴射するスリットノズルを設け、該スリットノズルの気体噴射角度は水平方向に対して上方に４０〜８０度の範囲内にするとともに、気体の噴射圧力Ｐは下式を満足することを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。
Ｐ＞ρｇｈ＋１／２ρ｛（Ｑ／Ａ）²−Ｖ²｝
ただし、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ²）、ｈはスリットノズルからの噴流が鋼板に衝突する地点から溶融金属浴槽の液面までの距離（ｍ）、Ｑは溶融金属浴槽に送られる溶融金属の流量（ｍ³／ｓ）、Ａは溶融金属浴槽底部の開口部面積（ｍ²）、Ｖはライン速度（ｍ／ｓ）。
【００２３】
（２）溶融金属浴槽内の液面の高さ（Ｈ）を２０〜１００ｍｍとすることを特徴とする（１）に記載の連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明の実施に使用される溶融金属めっき鋼板の製造装置の構成例を示す概略断面図である。図１において、１は鋼板、２は焼鈍炉、３はデフレクターロール、４はサポートロール、５は鋼板１の両側に配置された一対の押さえロール、６はめっき装置（空中ポット）である。
【００２６】
めっき装置６は、めっき金属インゴットを溶かす溶解浴槽１３から溶融金属８が供給され、浴面高さの制御された溶融金属浴槽９と、鋼板１に付着した過剰の溶融金属を気体により払拭するガスワイピングノズル１１と、溶融金属浴槽９の下側に設けられた溶融金属受け浴槽１０と、溶融金属受け浴槽１０内に設置したスリットノズル１２と、スリットノズル１２の圧力を調整する圧力調整装置７と、溶融金属受け浴槽１０とめっき金属インゴットを溶かす溶解浴槽１３とを連結する溶融金属経路１６とを備えている。
【００２７】
鋼板１は、焼鈍炉２内で焼鈍、冷却された後、デフレクターロール３で鉛直方向に搬送され、サポートロール４で形状矯正が行われ、その後一対の押さえロール５を介してめっき装置（空中ポット）６に搬送される。一対の押さえロール５は、鋼板の振動を抑え、パスラインを決めるために設けられている。なお、上記押さえロール５およびサポートロール４は必須なものではないが、鋼板振動の抑制の観点からは押さえロール５を、また鋼板形状の観点からはサポートロール４を設置することが好ましい。
【００２８】
めっき装置（空中ポット）６では、鋼板１は、溶融金属受け浴槽１０底部の開口部１０ａを通って溶融金属受け浴槽１０を通過し、さらに溶融金属浴槽９底部の開口部９ａを通って溶融金属浴槽９中を下から上へ通過して溶融めっきされ、鋼板１に付着した過剰の溶融金属はスワイピングノズル１１から気体を吹き付けて払拭される。
【００２９】
溶解浴槽１３からの溶融金属８は、ポンプ等の溶融金属移送装置１４により供給経路１５に供給される。一方、上記溶融金属流動経路１５を溶融金属受け浴槽１０に流下した溶融金属８が溶解浴槽１３に戻される。
【００３０】
溶融金属浴槽９は、下側に設けられた開口部９ａを通ってその中を下から上へ通過する鋼板１に溶融金属を供給するための浴槽であり、図示しない機構により浴面の位置が制御されている。浴面高さの制御方式は特に限定されるものではないが、例えば、後記する図３に示すようなオーバーフロー堰を設けるものが挙げられる。
【００３１】
上記開口部９ａは鋼板との接触がないように５ｍｍ以上の開口幅であることが好ましい。したがって、開口部９ａから溶融金属が流下することは避けられない。本装置では流下した溶融金属を受け止めるために、溶融金属受け浴槽１０を溶融金属浴槽９の下側に設けている。溶融金属受け浴槽１０は、溶融金属浴槽９の下方に密接して設けられ、開口部９ａから流下する溶融金属をスリットノズル１２（後記）により吹き飛ばし、吹き飛ばした溶融金属を受け止める機能を有している。
【００３２】
スリットノズル１２は溶融金属浴槽底部の開口部から流下してくる溶融金属に対向してガスを噴射することにより、溶融金属受け浴槽底部の開口部１０ａからの溶融金属の流下を防止する。この時のガス噴射は、溶融金属が流下してくる方向になるべく対向する角度、つまり水平方向に対して上方に９０度に近い角度が望ましい。しかし、この角度が大きくなると、スリットノズル先端部から鋼板までの距離が大きくなり、衝突圧力が弱まる。逆に、噴射圧力を高くすると、溶融金属浴面からスプラッシュを発生させてしまい、圧力調整が非常に難しい。
【００３３】
ガス噴射角度と溶融金属受け浴槽底部の開口部からの溶融金属のリーク流量の関係について詳細な検討を行った結果、図２に示すように、ガス噴射角度が水平方向に対して４０度未満では、ガス噴射圧力を高めても、溶融金属の流下を防止することができなかった。一方、８０度を超えた角度では、溶融金属浴面からスプラッシュを発生させない範囲でガス噴射圧力を調整すると、溶融金属の流下が発生することが判明した。なお、図２において、ガス噴射角度は水平方向に対する上向き角度、リーク流量は溶融金属受け浴槽底部１０の開口部１０ａの鋼帯幅方向の単位長さ、単位時間あたりの溶融金属の流下量である。
【００３４】
また、スリットノズルからのガス噴射圧力は、上方からの溶融金属のエネルギーを上回るように設定すれば、鋼板をつたわって流下する溶融金属をせきとめられることが分かった。ここで、溶融金属のエネルギーとは、スリットノズルからの噴射ガスが鋼板に衝突する地点における位置エネルギーと運動エネルギーの和であり、このエネルギーの最大値はρｇｈ＋１／２ρ｛（Ｑ／Ａ）²−Ｖ²｝である。ただし、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ²）、ｈはスリットノズル１２からの噴流が鋼板１に衝突する地点から溶融金属浴槽の液面までの距離（ｍ）、Ｑは溶融金属浴槽に送られる溶融金属の流量（ｍ³／ｓ）、Ａは溶融金属浴槽底部の開口部面積（ｍ²）、Ｖはライン速度（ｍ／ｓ）である。したがって、このエネルギーの最大値よりもスリットノズルの噴射ガス圧力Ｐを高くすればよい。
【００３５】
以上から、スリットノズルからのガス噴射は水平方向に対して上方に４０度〜８０度の範囲にし、ガス圧力を下記（１）式を満足する範囲に設定すれば、溶融金属受け浴槽１０の開口部１０ａからの溶融金属の流下を防止でき、また溶融金属浴槽９の浴面からのスプラッシュの発生を防止できる。ガス圧力Ｐを下記（１）式を満足する範囲内の下限値近くで設定することにより、ガス流量を少なくすることができ、製造コストを低減できる。
Ｐ＞ρｇｈ＋１／２ρ｛（Ｑ／Ａ）²−Ｖ²｝ （１）
また、スリットノズル１２から噴射するガスにより、溶融金属が冷え固まるのを防止するために、加熱したガスを噴射することが望ましい。また、めっき前の鋼板に吹き付けるので、非酸化性ガス（例えば窒素ガス）を用いることが好ましい。
【００３６】
なお、図１の装置では、溶融金属受け浴槽１０の溶融金属が、めっき金属のインゴットを投入して溶解を行う溶解浴槽１３に流入可能なように溶融金属流動経路１６で連結してあるため、溶融金属浴槽から流下した溶融金属を再度溶融金属浴槽９に供給することができ、経済的である。
【００３７】
溶融金属浴槽内の液面の高さ（Ｈ）は２０〜１００ｍｍ程度が好ましい。これは、該液面の高さ（Ｈ）が２０ｍｍ未満になるとスリットノズル１２からのガス圧力の変動により浴面からスプラッシュが発生しやすくなり、逆に該液面の高さ（Ｈ）が１００ｍｍ超になると、溶融金属受け浴槽１０の開口部１０ａからの溶融金属の流下を防止するのに必要なスリットノズル１２からのガス圧力を増大させなければならず、製造コスト増につながるからである。
【００３８】
また、スリットノズル１２と溶融金属浴槽９下部との間隔（Ｄ）は、１０〜１００ｍｍにするのが望ましい。スリットノズル１２からのガス圧力を低下することができるということでは、両者の間隔は小さい方が良いが、両者を近づけすぎると開口部１０ａから流下する溶融金属がスリットノズル１２からの噴流によりスムーズに吹き飛ばされなくなるため、両者の間隔は１０ｍｍ以上が好ましい。両者の間隔が１００ｍｍ超になると上記同様に、溶融金属受け浴槽１０の開口部１０ａからの溶融金属の流下を防止するのに必要なスリットノズル１２からのガス圧力を増大させなければならず、製造コスト増につながる。
【００３９】
図３は、本発明の実施に使用される溶融金属めっき鋼板の製造装置の別の構成例を示す概略断面図である。図３の装置では、図１の装置に対して、さらに溶融金属浴槽９にオーバーフロー堰１７と前記オーバーフロー堰１７に流入する溶融金属を溶解浴槽１３に戻すオーバーフロー経路１８とが付設されていることが特徴である。本装置では、鋼板通板中、溶融金属浴槽９内の溶融金属８が堰部１７ａを超えてオーバーフロー堰１７内に流入するように、溶解浴槽１３から溶融金属浴槽９へ溶融金属８が供給される。溶融金属浴槽９内の溶融金属８の液面高さの変動が防止されることで、溶融金属受け浴槽１０の開口部１０ａからの溶融金属の流下の防止と溶融金属浴槽９の浴面からのスプラッシュの防止をより確実に行うことができるようになる。
【００４０】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。ここでは、図３に概略を示したような装置を用いて、低融点金属（ウッドメタル、融点：７０℃、密度：９６５０ｋｇ／ｍ³、大阪アサヒメタル工場製Ｕ−アロイ７０）のシール性を検証した。
【００４１】
鋼板１（幅１２０ｍｍ）をデフレクターロール３、サポートロール４を介して押さえロール５（ロール径５０ｍｍ）からめっき装置（空中ポット）６に導入した。溶融金属受け浴槽１０における鋼板通過開口部１０ａと鋼板１との間隔は３ｍｍになるように調整した。スリットノズル１２にはスリット幅が１．２ｍｍのノズルを使用し、溶融金属浴槽９下部とノズルとの間隔（溶融金属浴槽９下部とノズルガス噴射部との間隔；Ｄ）は２０ｍｍ、鋼板１とノズルとの間隔は３ｍｍとした。
【００４２】
溶融金属受け浴槽１０の上には５ｍｍ×２５０ｍｍの鋼板開口部９ａを有する溶融金属浴槽９を上記溶融金属受け浴槽１０と密接するように連結した。また、溶融金属受け浴槽１０と溶解浴槽１３とは内径５０ｍｍの配管１６で連結し、溶融金属受け浴槽１０に溜まったウッドメタルを溶解浴槽１３に導くようにした。溶融金属（ウッドメタル）は、ポンプ１４により周囲に電熱ヒータを取り付けて溶融金属の温度を９０℃に保った溶解浴槽１３から０．２ｍ³／ｍｉｎの割合で供給浴槽９に移送した。供給浴槽９には浴面高さ（Ｈ）を一定（５０ｍｍ）に保つオーバーフロー堰１７を設け、オーバーフロー堰１７に流入したウッドメタルはオーバーフロー経路１８から溶解浴槽１３に戻した。
【００４３】
まず、圧力調整装置７を作動させずに、鋼板１を３０〜１２０ｍ／ｍｉｎの速度で上方に引き上げて、前記鋼板引き上げ速度における溶融金属受け浴槽１０の鋼板通過開口部１０ａからのウッドメタルの流下状態を観察した（比較例）。
【００４４】
次に、圧力調整装置７を作動させて、鋼板１を３０〜１２０ｍ／ｍｉｎの速度で上方に引き上げて、前記同様に溶融金属受け浴槽１０の鋼板通過開口部１０ａからのウッドメタルの流下状態を観察した（本発明例）。
【００４５】
スリットノズル１２からガス噴射を行わない場合（比較例）は、３０〜１２０ｍｐｍの全ての速度条件において、ウッドメタルの流下が観測されたのに対し、ガス噴射角度を６０度に設定し、ヘッダ圧力を前記（１）式を十分満足する５０ｋＰａのガス噴射を行った場合は、上記何れの速度条件においても、ウッドメタルの流下を防止できることが確認できた。また、比較例、本発明例のどの条件においても鋼板１と空中ポットとの接触は認められず、通板性にも問題はなかった。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、鋼板を通過させる溶融金属浴からの溶融金属の流下を操業上問題のないレベルで長時間に亘って安定して防止することができる。したがって、浴中機器に起因した欠陥やドロス欠陥などの解消、長時間安定操業の達成、さらに異なる品種との切り替えが容易に行えるなど、いわゆる空中ポット方式のめっき装置の長所を享受することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に使用される溶融金属めっき鋼板の製造装置の構成例を示す概略断面図である。
【図２】スリットノズルのガス噴射角度とリーク流量の関係を説明するための図。
【図３】本発明の実施に使用される溶融金属めっき鋼板の製造装置の別の構成例を示す概略断面図である。
【図４】従来の溶融金属めっき設備を示す概略断面図。
【符号の説明】
１ 鋼板
２ 焼鈍炉
３ デフレクターロール
４ サポートロール
５ 押さえロール
６ 溶融金属めっき装置
７ 圧力調整装置
８ 溶融金属
９ 溶融金属浴槽
１０ 溶融金属受け浴槽
１１ ガスワイピングノズル
１２ スリットノズル
１３ 溶解浴槽
１４ 溶融金属移送装置（ポンプ）
１５ 溶融金属供給経路
１６ 溶融金属経路
１７ オーバーフロー堰
１８ オーバーフロー経路
１９ シンクロール
２０ スナウト
２１ 溶解金属浴槽

Claims (2)

1. 金属のインゴットを投入して溶解を行う溶解浴槽から溶融金属が供給される溶融金属浴槽底部に設けた開口部から鋼板を下から上に向かって通過させて鋼板に溶融めっきを施す溶融金属めっき鋼板の製造方法において、前記溶融金属浴槽の下側に、前記溶融金属浴槽から流下する溶融金属を受けるとともに、その下部に鋼板を下から上に通過させる開口部を備える溶融金属受け槽を設け、さらに前記溶融金属受け槽の前記開口部上方の鋼板の表裏両側に前記溶融金属受け槽の開口部から溶融金属が流下するのを防止するための気体を噴射するスリットノズルを設け、該スリットノズルの気体噴射角度は水平方向に対して上方に４０〜８０度の範囲内にするとともに、気体の噴射圧力Ｐは下式を満足することを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。
   Ｐ＞ρｇｈ＋１／２ρ｛（Ｑ／Ａ）²−Ｖ²｝
   ただし、ρは溶融金属の密度（ｋｇ／ｍ³）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ²）、ｈはスリットノズルからの噴流が鋼板に衝突する地点から溶融金属浴槽の液面までの距離（ｍ）、Ｑは溶融金属浴槽に送られる溶融金属の流量（ｍ³／ｓ）、Ａは溶融金属浴槽底部の開口部面積（ｍ²）、Ｖはライン速度（ｍ／ｓ）。
2. 溶融金属浴槽内の液面の高さ（Ｈ）を２０〜１００ｍｍとすることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。

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