JP2006265624A

JP2006265624A - 連続溶融金属めっき用シンクロール、連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2006265624A
Application number: JP2005085219A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ando; 誠安藤; Toshio Ishii; 俊夫石井; 功一 ▲高▼橋; Koichi Takahashi
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2006-10-05

Abstract

【課題】ボトムドロスを巻き上げる流れの生成を防止できる連続溶融金属めっき用シンクロールを提供する。また、鋼帯表面へのドロス付着の問題を改善できる連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供する。
【解決手段】円筒状の胴部（２）と、この胴部（２）の両端部に一体化しシンクロール回転軸（４）に設置した一対の側板（３）を備えて中空円筒形状をなすとともに、前記側板（３）の外周側に、ロール内部と外部を連通する少なくとも１つの開口部（６）を有する連続溶融金属めっき用シンクロール（９）であって、前記開口部（６）は該開口部の壁部の少なくとも一部に、シンクロール回転軸（４）と同軸の円筒面と前記開口部の壁部が交叉して形成される線が前記シンクロール回転軸（４）に対し傾いている傾斜状壁面を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続溶融金属めっき用シンクロール、連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

連続溶融金属めっき装置では、図７に示すように、溶融金属を満たしためっき浴槽21中の下部に、浴中ロールとしてのシンクロール22が配置されている。このシンクロール22は、連続溶融金属めっき装置のロール支持部23に水平状態で支持され、軸受けを介して回転自在に配置されている。所定の通板速度でめっき浴槽21中に進入してきた鋼帯24は、浴槽下部のシンクロール22の外周上を周回して進行方向が転換され、浴槽外部に引き上げられることで、連続的にめっき付着処理が行われる。

前記シンクロールには種々の形状のものがあるが、円筒状の胴部の両端部に一対の側板を一体化した中空円筒形状のシンクロールが知られている。この形状のシンクロールは、通常、ロール中空部と外部とが連通するように側板に開口穴を設けており、めっき浴槽中に配置したときに開口穴からロール中空部に溶融金属を流入させることで浮力の発生を抑制し、めっき浴槽から引き上げるときに開口穴からロール中空部の溶融金属を外部に排出させることで引上げ作業を容易にしている。

ところで、溶融Zn系めっきや溶融Al系めっきなどの溶融金属めっきを行う際に、溶融金属めっきを行うめっき浴槽中では、鋼帯から溶出したFeがめっき浴槽中の溶融金属と反応し、ドロスと呼ばれる不純物が生成される。このドロスは、一部はめっき浴槽の底部に堆積し、ボトムドロスを形成する。

めっき浴槽の底部に堆積したボトムドロスは、回転するシンクロールと走行鋼帯の随伴流によって、めっき浴中に巻き上げられて、鋼帯の表面に付着する。付着したドロスは、鋼帯表面にめっき不均一部分を生じさせ、外観を悪化させるだけでなく、耐食性も劣化させることから、ドロス付着を防止することが重要である。ドロス付着を防止するには、めっき浴槽底部のボトムドロスを巻き上げる流れを生成させないようにすることが必要である。

特許文献１には、シンクロールの側板に設けられた開口穴に、平滑面を有する邪魔板を配することで、ボトムドロスを巻き上げる流れを生成しないようにしたシンクロールが開示されている。しかし、この邪魔板は、側板に張り出すような形で設置されるため、シンクロールの回転抵抗が大きくなり、シンクロールが空転するおそれがあるだけでなく、開口穴の開口面積を狭くしたことで、シンクロールのメンテナンス時に、めっき操業中にロール中空部分に堆積したドロスを除去する作業を著しく阻害する問題がある。
実開平5-54547号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ボトムドロスを巻き上げる流れの生成を防止できる連続溶融金属めっき用シンクロールを提供することを目的とする。また、本発明は、鋼帯表面へのドロス付着の問題を改善できる連続溶融金属めっき装置および連続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。

シンクロールによって溶融金属中に流れが発生する原因の一つとして、シンクロールの側板に設けられた開口穴によるものがある。開口穴に存在する溶融金属は、開口穴の壁面によって囲まれているため開口穴と一緒に回転してしまい、その結果として強い遠心力を受ける。遠心力を受けた溶融金属は、開口穴の外部に勢い良く流出し、めっき浴槽内の流れとなってボトムドロスを巻き上げ、巻き上げたドロスを鋼板走行路に運搬する。

本発明者等は、シンクロールの側板に設けられた開口穴の形状について種々の検討を行った結果、開口穴の壁面に側板外面に対して所定の角度を付けて設けることで、開口穴に存在する溶融金属が受ける遠心力を減らし、その結果ボトムドロス巻上げを防止できることが分かった。本発明はこの知見に基づくものである。

上記課題を解決する本発明の手段は次の通りである。

第１発明は、円筒状の胴部と、この胴部の両端部に一体化しシンクロール回転軸に設置した一対の側板を備えて中空円筒形状をなすとともに、前記側板の外周側に、ロール内部と外部を連通する少なくとも１つの開口部を有する連続溶融金属めっき用シンクロールであって、前記開口部は該開口部の壁部の少なくとも一部に、シンクロール回転軸と同軸の円筒面と前記開口部の壁部が交叉して形成される線が前記シンクロール回転軸に対し傾いている傾斜状壁面を有することを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロールである。

第２発明は、第１発明において、前記傾斜状壁面は、少なくとも前記開口部の前記側板外面側部分に設けられていることを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロールである。

第３発明は、第１発明または第２発明において、前記傾斜状壁面は、少なくとも前記開口部の前記側板外周側部分に設けられていることを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロールである。

第４発明は、第１発明乃至第３発明において、前記傾斜状壁面は、前記開口部のシンクロール周方向の略中央とシンクロール軸心を通る面で分割される開口部壁部の両側に設けられていることを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロールである。

第５発明は、円筒状の胴部と、この胴部の両端部に一体化し、シンクロール軸に対し略直交するように設置した一対の側板を備えて中空円筒形状をなすとともに、前記側板の外周側に、ロール内部と外部を連通する少なくとも１つの開口部を有する連続溶融めっき用シンクロールであって、前記開口部のシンクロール周方向の略中央とシンクロール回転軸を通る平面で分割される開口部壁部の両側に設けられた傾斜状壁面を有する壁部のうち、一方の壁部は、傾斜状壁面と前記側板外面の成す角度は鋭角であり、他方の壁部は、傾斜状壁面と前記側板外面の成す角度は鈍角であることを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロールである。

第６発明は、第１発明乃至第５発明に記載のシンクロールを装着したことを特徴とする連続溶融金属めっき装置である。

第７発明は、第６発明の連続溶融金属めっき装置を用いて連続溶融金属めっき処理を施すことを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法である。

本発明のシンクロールを装着した連続溶融金属めっき装置は、シンクロールの側板に設けた開口穴によって生成される溶融金属の流れはボトムドロスを巻き上げないため、溶融金属めっき鋼板を製造する際のドロス欠陥を防止することができる。

本発明に係る連続溶融金属めっき装置のシンクロールの実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第1の実施形態に係るシンクロールを示す図で、(a)は側面図、(b)は軸方向断面図である。
本実施形態のシンクロール1は、円筒状の胴部2と、この胴部2の両端開口部を閉塞しながら一体化されている円形状の一対の側板3と、側板3の中心に取り付けられた回転軸4とを備えており、内部にロール中空部5が設けられている。3aは側板3の外部側壁面、3bは側板3のロール中空部側壁面である。

シンクロール1の側板3の外周側部分に、ロールのロール中空部5と外部とを連通する開口穴6が複数個形成されている。図１(a)に示すように、本実施の形態では、側板3における開口穴6の形状は、シンクロールの胴部側の相対する壁部は略平行に形成され、頂部側（シンクロールの回転軸４側）の壁部は該回転軸４側に凸状に形成されている。そして、シンクロール1を連続溶融金属めっき装置に装着してめっき浴槽中に配置すると、開口穴6からロール中空部5に溶融金属が流入してシンクロール1の浮力の発生が抑制され、めっき浴槽から引き上げる際に、開口穴6からロール中空部5の溶融金属が外部に排出されるので、シンクロール1の引き上げ作業が容易となる。

本発明のシンクロールは、開口穴6の壁部に、シンクロール回転軸と同軸の円筒面と前記開口部の壁部が交叉して形成される線が前記シンクロール回転軸に対し傾いている傾斜状壁面を有することが特徴である。以下、シンクロールの開口穴6の実施形態について図２を用いて説明する。図２は、図１において、側板3の開口穴6とその近傍部分を、シンクロール1の回転軸4と同心の円弧Ａ−Ａで切断した断面図である。図２に示される開口穴6の壁部は、シンクロールの回転軸4と同軸の円筒面と前記開口穴6の壁部が交叉して形成する線が前記シンクロール回転軸に対して傾いている傾斜状の壁面である。本発明のシンクロール１の開口穴6の壁面形状は、シンクロールが連続溶融金属めっき装置に装着された状態で、２つの実施形態がある。図２(a)及び(b)は、各々連続溶融金属めっき装置に装着されたときのシンクロールの開口穴6の壁面形状を説明する第１の実施形態、第２の実施形態を示す。なお、図２において、説明済みの図１に示された部分と同じ部分には同じ符号を付してある。

図２(a)、(b)において、6a、6bは開口穴6の相対する壁面で、6bはシンクロール回転方向後方側にある壁面（以下、回転後方壁面6bとも記載する。）、6aは6bに相対する壁面でシンクロール回転方向前方側にある壁面（以下、回転前方壁面6aとも記載する。）である。壁面6a、6bはいずれもシンクロール回転方向に対して垂直でなく傾斜状に構成されている。このことは、シンクロール回転軸と同軸の円筒面と前記開口部の壁部が交叉して形成される線が前記シンクロール回転軸に対し傾いているということと同じことである。
ここで、シンクロール1の側板3の外部側壁面3aと開口穴6の回転後方壁面6bとで形成される角度をA₂、シンクロール1の側板3の外部側壁面3aと開口穴6の回転前方壁面6aとで形成される角度をA₁としたとき、図２(a)では、
90°< A₁ < 180° …(1)
0°< A₂ < 90° …(2)
という条件が満たされている。

開口穴6の壁面がロールの回転方向に対して垂直な壁面であった従来のシンクロールでは、シンクロール回転時は、開口穴は「亜鉛浴底方面に流れる下降流」を発生させていた（後記図５(a)参照）。これに対して、連続溶融金属めっき装置に装着されたシンクロールの開口穴6の壁面が、シンクロールの回転方向に対して図２(a)のように傾斜して形成された本発明のシンクロールでは、シンクロール回転時に発生する開口穴6に起因する流れを、「水平方向の流れ」に変える作用がある（後記図５(b)、(c)参照）。その結果、めっき浴槽底部に堆積しているボトムドロスの巻き上げが防止される。

また、図２(b)では、
0°< A₁ < 90° …(3)
90°< A₂ < 180° …(4)
という条件が満たされている。

連続溶融金属めっき装置に装着されたシンクロールの開口穴6の壁面が、シンクロールの回転方向に対して図２(b)のように傾斜した形成された本発明のシンクロールでは、従来のシンクロールと比べて、シンクロール回転時に発生する開口穴６に起因する流れそのものを低減させる作用がある（後記図５(d)、(e)参照）。その結果、めっき浴槽底部に堆積しているボトムドロスの巻き上げが防止される。

通常、図１(b)に関し、シンクロールは左右対称に制作される。開口穴6の壁面6a、6bがシンクロール回転方向に対して傾斜状に構成されているシンクロールを連続溶融金属めっき装置に装着する際にシンクロールを左右逆して装着することで、前述の図２(a)及び(b)の２つの実施形態が得られる。すなわち、側板3の外部側壁面3aと開口穴6の回転後方壁面6bとで形成される角度A₂、側板3の外部側壁面3aと開口穴6の回転前方壁面6aとで形成される角度A₁が前記図２(a)の式(1)及び式(2)を満足する第１の実施形態のシンクロールを左右逆にして連続溶融金属めっき装置に装着すると、図２(b)の式(3)及び式(4)を満足する第２の実施形態となる。

図２(a)、(b)では、傾斜状壁面は、側板3の外部側壁面3aから中空部側壁面3b間の全体に形成されていたが、傾斜状壁面の一部に形成してもよい。この場合、側板3の外部壁面3a側部分に形成することが好ましい。また、前述の傾斜状壁面は開口穴高さ方向（シンクロール半径方向）の一部に形成してもよい。この場合、側板3の外周側部分に形成することが好ましい。

開口穴の形状、寸法、個数も特に限定されない。シンクロールの側面方向から見たときの開口穴形状は、前述の形状に限定されず、例えば矩形状、シンクロール軸心側に凸状の曲線状（例えば弧状）、ありは前記を組み合わせ形状でもよい。寸法、個数は通常採用されているものでよい。回転後方壁面、回転前方壁面のいずれか一方に傾斜状壁面を有していてもよい。

側板３の形状も特に限定されない。図３は、本発明のシンクロールの種々の実施形態を説明する断面図で、シンクロールの1対の側板のうちの一方を拡大して図示したものである。図３(a)は、上記第1の実施形態であり、シンクロール1の側板3の形状が単純な平板状のものである。これに対し、図３(b)は第2実施形態であり、側板3が円錐状の形状をしたものである。このように、本発明のシンクロールは、側板3が平板でなくてもよい。第3実施形態である図３(c)では、側板3の厚みが一様でなく、回転軸4に近い部分で厚みが増すような構造になっている。また、第4実施形態である図３(d)では、側板3のうち、シンクロールの胴部2に近い部分では単純な平板となっているが、回転軸4に近い部分で厚みが増すような構造になっている。

本発明者らは、実ラインのめっき浴槽の溶融金属の流れを、数値流体解析モデルを使用した流れのシミュレーションで評価できることを経験的に知得している。そこで、図４に示す数値流体解析モデル8を使用して、第1の実施形態のシンクロール1から発生する溶融金属の流れをコンピュータ上のシミュレーションで評価した。

図４に示す数値流体解析モデル8は、溶融亜鉛11を満たしている浴槽10と、8.89rad/sの回転速度で回転するシンクロール9とを備えている。シンクロール9には側板12と胴部13が具備されており、さらに、側板12には等間隔で8つの開口穴が設けられており、角度A₁およびA₂に様々な値を設定して溶融亜鉛の流れをシミュレートすることができる。

図５(a)〜(e)は、角度A₁およびA₂を変化させた場合のシンクロール9の付近にできる溶融亜鉛の流れを等高線で示したもので、シンクロール回転軸を通る鉛直平面での流速分布を表している。図５の(a)〜(e)の角度A₁およびA₂の設定値は下記のとおりである。
(a)… A₁ = 90°、A₂ = 90°
(b)… A₁ = 120°、A₂ = 60°
(c)… A₁ = 135°、A₂ = 45°
(d)… A₁ = 60°、A₂ = 120°
(e)… A₁ = 45°、A₂ = 135°
上記のうち、(a)は従来のシンクロールの角度であり、(b)、(c)、(d)、(e)は本発明のシンクロールの角度である。

図５において、4m/sを示す等高線について比較してみる。従来のシンクロールである(a)については、4m/sを示す等高線は、鉛直方向(図中の縦方向)に伸びているが、(b)および(c)では水平方向に伸びていることが分かる。(b)および(c)は、A₁が鈍角であり、A₂が鋭角である場合であるが、このような開口穴を設けることで、従来のシンクロールでポット底方向に流れてドロスを巻き上げてしまう流れが、水平方向に流れ、亜鉛浴内の流動を改善できることが分かった。

一方、A₁が鋭角、A₂が鈍角である(d)および(e)では、4m/sを示す等高線が(a)に比べ縮小しており、シンクロールの開口穴に起因する流れそのものが低減されていることが分かる。6m/sを示す等高線については、(d)および(e)のケースでは、ほとんど見られなくなり、最大流速自体が低減されていることが分かる。

同様に、シンクロール9の付近にできる溶融亜鉛の流れのうち、鉛直方向の成分のみを抽出して流速の等高線にしたものを、図６に示した。正の値の流速は上向きの流れを、負の値の流速は下向きの流れを示している。0.15m/sおよび−0.15m/sを示す等高線を比べると、(a)における広がり方に対し、(b)、(c)、(d)、(e)での広がり方のほうが小さいことが明らかである。

以上の結果から、本発明のシンクロールを用いることで、次のような効果があることが分かった。
(1)角度A₁を鈍角、A₂を鋭角にした場合は、従来のシンクロールで発生していた「亜鉛浴底方面に流れる下降流」を、ドロス巻き上げへの影響が少ない「水平方向の流れ」に変える効果がある。
(2)角度A₁を鋭角、A₂を鈍角にした場合は、開口穴に起因する流れそのものを低減させる効果がある。

本発明のシンクロールを装着した連続溶融金属めっき装置を使用して溶融金属めっき鋼板を製造すると、ボトムドロスの巻上げを低減させることが可能になるため、ドロス付着のない高品質なめっき鋼板の製造に有効である。

本発明のシンクロールは、鋼板表面へのドロス付着を低減できる連続溶融金属めっき装置に装着されるシンクロールとして利用することができる。

本発明の連続溶融金属めっき装置は、鋼板表面へのドロス付着を低減できる高品質なめっき鋼板の製造装置として利用することができる。

本発明の連続溶融金属めっき鋼板の製造方法は、鋼板表面へのドロス付着を低減できる高品質なめっき鋼板の製造方法として利用することができる。

本発明の第1の実施形態に係るシンクロールを示す図で、(a)は側面図、(b)は軸方向断面図である。本発明の実施の形態に係るシンクロールの開口穴の壁面形状の実施形態を示す図で、図１の側板の開口穴とその近傍部分をシンクロールの回転軸と同心の円弧Ａ−Ａで切断した断面図である。本発明のシンクロールの側板の実施形態を説明する断面図である。コンピュータ上のシミュレーションに使用する数値流体解析モデルである。シンクロールの付近にできる溶融亜鉛の流れを等高線で図示したもので、シンクロール回転軸を通る鉛直平面における流速を示している。シンクロールの付近にできる溶融亜鉛の流れのうち、鉛直成分のみを等高線で図示したもので、シンクロール回転軸を通る鉛直平面における流速を示している。連続溶融金属めっき装置の要部を示す概略図である。

符号の説明

1 シンクロール
2 胴部
3 側板
3a 側板の外部側壁面
3b 側板の中空部側壁面
4 回転軸
5 ロール中空部
6 開口穴
6a シンクロール回転方向前方側にある壁面（回転前方壁面）
6b シンクロール回転方向後方側にある壁面（回転後方壁面）
8 数値流体解析モデル
9 シンクロール
10 浴槽
11 溶融亜鉛
12 シンクロール側板
13 シンクロール胴部
21 めっき浴槽
22 シンクロール
23 ロール支持部
24 鋼帯

Claims

円筒状の胴部と、この胴部の両端部に一体化しシンクロール回転軸に設置した一対の側板を備えて中空円筒形状をなすとともに、前記側板の外周側に、ロール内部と外部を連通する少なくとも１つの開口部を有する連続溶融金属めっき用シンクロールであって、前記開口部は該開口部の壁部の少なくとも一部に、シンクロール回転軸と同軸の円筒面と前記開口部の壁部が交叉して形成される線が前記シンクロール回転軸に対し傾いている傾斜状壁面を有することを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロール。
前記傾斜状壁面は、少なくとも前記開口部の前記側板外面側部分に設けられてい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用シンクロール。
前記傾斜状壁面は、少なくとも前記開口部の前記側板外周側部分に設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の連続溶融金属めっき用シンクロール。
前記傾斜状壁面は、前記開口部のシンクロール周方向の略中央とシンクロール軸心を通る面で分割される開口部壁部の両側に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちのいずれかの項に記載の連続溶融金属めっき用シンクロール。
円筒状の胴部と、この胴部の両端部に一体化し、シンクロール軸に対し略直交するように設置した一対の側板を備えて中空円筒形状をなすとともに、前記側板の外周側に、ロール内部と外部を連通する少なくとも１つの開口部を有する連続溶融めっき用シンクロールであって、前記開口部のシンクロール周方向の略中央とシンクロール回転軸を通る平面で分割される開口部壁部の両側に設けられた傾斜状壁面を有する壁部のうち、一方の壁部は、傾斜状壁面と前記側板外面の成す角度は鋭角であり、他方の壁部は、傾斜状壁面と前記側板外面の成す角度は鈍角であることを特徴とする連続溶融金属めっき用シンクロール。
請求項1乃至請求項5のうちのいずれかの項に記載のシンクロールを装着したことを特徴とする連続溶融金属めっき装置。
請求項６に記載の連続溶融金属めっき装置を用いて連続溶融金属めっき処理を施すことを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。