JP2013044048A - 溶融めっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】堆積したボトムドロスの除去作業の効率を落とすことなく、しかも高速で被めっき帯を搬送してもボトムドロスの巻き上がりを抑制可能とする。
【解決手段】連続して搬送される被めっき帯１０を、浴槽１に収容した溶融金属２の浴内に連続して浸漬させ、シンクロール３によって搬送方向を上方に転換し、サポートロール４で矯正した後に浴外へ引き出す溶融めっき装置である。上面視で上記シンクロール３と重ならない位置において、上記シンクロール３と上記サポートロール４との間に位置する被めっき帯１０と対向配置する整流板２０を設け、その整流板２０によって、上記被めっき帯１０にサポートロール４が接触することで変更された随伴流Ｒ３の流れを、上記シンクロール３の下部側若しくは、当該シンクロール３と浴槽１底面１ｃとの間に誘導する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属帯などの被めっき帯を、溶融金属の浴に連続して浸漬し、サポートロールで矯正した後に浴外に搬送する溶融めっき装置に関する。特に、浴槽の底部に溜まったボトムドロスの巻き上げを抑制して被めっき帯へのボトムドロス付着を防止可能な溶融めっき装置を提供する技術である。

溶融めっき操業においては、溶融金属を収容した浴槽の底面に堆積したボトムドロスが、浴中を被めっき帯が通過する際に生じる随伴流により巻き上げられ、巻き上げられたドロスが被めっき帯に付着することで、めっき製品の表面品質を劣化させるという問題がある。
この問題に対応した従来技術としては、例えば特許文献１や特許文献２等に記載された技術がある。これらの技術は、シンクロールの下側に、当該シンクロールと浴槽底面との間を遮蔽するように配置した遮蔽板を設けることで、浴槽の底面に堆積したボトムドロスの巻き上がりを抑制しようとするものである。ここで、上記遮蔽板の形状は色々あるが、シンクロールに下側から対向する部分を有し、その対向部分は、例えばシンクロールの下部に沿ったＵ字状の曲面若しくは浴槽底面に平行な平面形状となっている。

特開平３−４７９５６号公報 特開２００２−３３９０５１号公報

上記のような遮蔽板を設けた場合、その遮蔽板の下方に堆積したボトムドロスの除去が難しくなる。
また、遮蔽板の水平面またはＵ字状の部分、特にＵ字状の部分内にドロスが堆積し、その遮蔽板に堆積したドロスが、随伴流によって巻き上がる恐れがある。すなわち、遮蔽板上にドロスが溜まることで、ドロス付着を防ぐ効果が損なわれてしまうという欠点がある。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、浴槽底面に堆積したボトムドロスの除去作業の効率を落とすことなく、しかも高速で被めっき帯を搬送してもボトムドロスの巻き上がりを抑制可能な溶融めっき装置を提供することを課題とする。

発明者らが確認したところ、浴中での被めっき帯の移動に伴う随伴流は、図２中矢印Ｒで示すように、外側から被めっき帯に当接するサポートロールによって、浴槽における出口側の壁面に向かう流れとなる。この流れは、上記壁面に沿って下側に移動し、さらに底面に沿った流れになるものと推定される。そして、この底面に沿った流れによって、浴槽の底面に堆積したボトムドロスが攪乱される恐れがある。この流れは、被めっき帯の搬送速度が速くなるほど強くなる。すなわち、従来例のような遮蔽板を設置しても、被めっき帯の搬送速度が速い場合には、壁面及び底面に沿って流れる上述の随伴流でボトムドロスの攪乱が発生するおそれがあるものと考えられる。

そのようなことも考慮しつつ上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、連続して搬送される被めっき帯を、浴槽に収容した溶融金属の浴内に連続して浸漬させ、続いて浴中に配置したシンクロールによって搬送方向を上方に転換し、さらにサポートロールで矯正した後に浴外へ引き出す溶融めっき装置であって、
上面視で上記シンクロールと重ならない位置において、上記シンクロールと上記サポートロールとの間に位置する被めっき帯と対向させて整流板を配置し、その整流板によって、上記被めっき帯にサポートロールが接触することで変更された随伴流の流れを、上記シンクロールの下部側、若しくは当該シンクロールと浴槽底面との間に誘導することを特徴とするものである。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記整流板は、上記シンクロールによって搬送方向を上方に転換された被めっき帯部分と、その被めっき帯部分と対向する浴槽の壁面との間に配置すると共に上側から下側に向けて延在するように配置し、
且つ、その整流板の下端部は、その接線が、上記搬送方向を上方に搬送された被めっき帯部分と対向する浴槽の壁面と向かい合う他方の壁面に交わるように設定したことを特徴とするものである。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載した構成に対し、上記整流板の少なくとも下端部側は、下側に凸の曲率を持ちつつ下端部に向かうにつれて浴槽底面に近づく形状となっていることを特徴とするものである。
上記下端部側とは、例えば、整流板に随伴流が衝突する位置よりも下端側で、全長の例えば１／４以下を指す。
なお、「下側に凸の曲率を持ちつつ下端部に向かうにつれて浴槽底面に近づく形状」とは、側面視下側に凸の曲面となるが、ドロスが溜まるような凹部が形成されていないことを意味する。

本発明によれば、整流板をシンクロールと上下で重ならない位置に配置することで、整流板による浴槽の底面に堆積したボトムドロスの除去効率の低下を抑えることが出来る。特にシンクロール近傍の下方に位置するボトムドロスの除去効率の低下を抑えることが出来る。
また、上記整流板によって、被めっき帯がサポートロールに接触することで変更された随伴流の流れを、出口側の壁面及び底面に沿った流れとなることを阻止できる。
そればかりか、上記整流板によって、上記随伴流を、シンクロール下部側、若しくはシンクロールと浴槽底面との間に誘導することで、その随伴流は、シンクロールと、その下側の浴槽底面に堆積したボトムドロスとを遮断する流れの層を構成することが可能となる。このことからもボトムドロスのシンクロール側への巻き上がりを抑制可能となる。

さらに請求項２に係る発明によれば、上記整流板を上側から下側に延在する構成とすることで、上面視における整流板の占有空間を小さく出来る。これによって、より確実に整流板による浴槽の底面に堆積したボトムドロスの除去効率の低下を抑えることが出来る。
また、上記整流板を上側から下側に延在する構成とすることで、整流板へのドロスの堆積を防止することが可能となる。なお、上記随伴流は、整流板に沿って移動するので、整流板上のドロスが溜まり難い。

また、整流板の下端の接線を他の壁面に交わるように設定することで、確実に、随伴流が浴槽底面に向かう事なく、シンクロールと浴槽底面との間の流れとすることが可能となる。
さらに請求項３に係る発明によれば、請求項２の効果を奏しつつ、上面視における整流板の占有空間をより小さく出来る。すなわち、整流板下端部側を、側面視で下に凸の曲線状とすることで、整流板全体の鉛直方向に対する傾きを抑えつつ、整流板で誘導される随伴流の水平方向に対する傾きを小さく抑えることが可能となる。

本発明に基づく実施形態に係る溶融めっき装置を説明する側面からみた模式図である。 本発明に基づく実施形態に係る溶融めっき装置の別例を説明する側面からみた模式図である。 整流板を設定しない場合における浴流速の分布例を示す図である。 本発明に基づく実施形態に係る整流板を設けた場合における浴流速の分布例を示す図である。 ドロス付着量の実験結果を説明する図であって、（ａ）はライン速度１８０ｍｐｍの場合を、（ｂ）はライン速度２５０ｍｐｍの場合を例示している。

次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態の溶融めっき装置を示す模式的側面図である。
（構成）
本実施形態の溶融めっき装置は、図１に示すように、浴槽１内に溶融金属２が収容されている。その溶融金属２の浴中には、シンクロール３、サポートロール４、及び整流板２０を示す。
ここで、図１中、符号５は、被めっき帯１０を浴中に案内するためのスナウト５である。

また、符号６はインゴットボックスを示している。インゴットボックス６の下側の空間７には、溶融めっき装置の使用によってドロスが堆積して固化する。そして、その固化したドロス部分も浴槽１における、他の壁面１ｂを形成する壁部の一部とみなすことが出来る。すなわち、インゴットボックス６の下側に入り込んだドロスは除去が困難であるため、除去しないことで、浴槽１の入側の壁面１ｂを構成するようになる。なお、インゴットボックス６の下側に空間を設ける必要はない。
上記シンクロール３は、連続して溶融金属２に浸漬する被めっき帯１０の搬送方向を上方に転換する。
ここで、被めっき帯１０は、例えばアルミ材や鋼材などからなる金属帯や、フィルムなどの非金属帯などであって、めっき処理が必要な帯状体である。

また、対をなすサポートロール４は、搬送されてくる被めっき帯１０を厚さ方向から挟み込むことで、シンクロール３通過等に起因して発生した、被めっき帯１０の反り等を矯正する。
また、本実施形態の整流板２０は、図１に示すように、浴中における被めっき帯１０の出側に、上下に延在するようにして配置されている。すなわち、整流板２０は、上面視で上記シンクロール３と重ならない位置において、上記シンクロール３と上記サポートロール４との間に位置する被めっき帯１０と対向するように配置されている。すなわち、整流板２０は、上記被めっき帯１０にサポートロール４が接触することで変更された随伴流Ｒ３の流れが衝突可能な位置に配置されて、その整流板２０に衝突した随伴流Ｒ３を、上記シンクロール３の下部側（Ｒ４）若しくは、当該シンクロール３と浴槽１底面１ｃとの間（Ｒ５）に誘導可能な形状となっている。例えば、整流板２０は、上端部よりも下端部の方が被めっき帯１０に近くなるように、全体として鉛直方向に対し傾斜している。

本実施形態では上記誘導が可能となるように、上記整流板２０は、上記シンクロール３によって搬送方向を上方に転換された被めっき帯１０部分と、その被めっき帯１０部分と対向する浴槽１の壁面１ａとの間において上側から下側に向けて延在するように配置されている。更に、その整流板２０の下端部の接線Ｓが、上記出口側の壁面と向かい合う他方の壁面１ｂ入口側の壁面）に交わるように設定している。

このとき、本実施形態では、上記整流板２０の下端部側２０ａを、下側に凸の曲率を持ちつつ下端部に向かうにつれて浴槽１底面１ｃに近づく形状とすることで、その整流板２０の下端部の接線Ｓが、上記出口側の壁面と向かい合う他方の壁面（入口側の壁面）に交わるように設定している。
また、上記整流板２０の上端部を、浴面よりも高い位置に設定している。
なお、上記整流板２０は、浴槽１自体に固定しても良いし、不図示の昇降装置によって昇降可能にしても良い。

（動作、作用その他）
上工程から搬送されてきた被めっき帯１０は、スナウト５内に案内されつつ浴槽１内の溶融金属２の浴内に浸漬する。続いて浸漬した被めっき帯１０は、シンクロール３の下部側に巻き付くことで搬送方向が上方に転換して上方に送られる。その上方に移動する被めっき帯１０は、サポートロール４で形状を矯正された後に、浴外へ引き出される。

上述のように、被めっき帯１０が浴中を移動すると、その被めっき帯１０の移動に伴って随伴するする随伴流Ｒ１が発生する。この随伴流Ｒ１は、被めっき帯１０に沿った流れを形成するが、被めっき帯１０とサポートロール４との接触部下部において、随伴流Ｒ１の圧力が上昇する。このため、随伴流Ｒ１は、当該接触部から出口側の壁面に向けて吐き出されるような流れＲ３に変更される。この吐き出されるような流れ以降の随伴流の流れを、仮に吐き出し流Ｒ３と呼ぶ。
上記吐き出し流Ｒ３は、上記整流板２０に向けて流れ当該整流板２０に衝突した後には、当該整流板２０に沿って移動する。すなわち、吐き出し流Ｒ３が、出口側の壁面１ａに衝突し、当該出口側の壁面１ａに沿って底面１ｃ側に流れることを防止する。

そして、整流板２０に沿って下側に流れる吐き出し流Ｒ３は、側面視における整流板２０の面形状に沿って移動し、その整流板２０の下端部から当該下端部の略接線Ｓ方向に向けて流れるように誘導される。その整流板２０の下端部以降の吐き出し流Ｒ３（随伴流Ｒ１）を、仮に誘導流Ｒ５と呼ぶ。
ここで、上記整流板２０の下端部側２０ａの形状は、側面視円弧状の曲面形状となっているので、上記流れＲ４は、その円弧に沿った方向に流れようとするため、上記整流板２０の下端部の接線Ｓ方向よりも若干上方に誘導されつつ、他方の壁面１ｂに向けて流れる。

この誘導流Ｒ５は、本実施形態では、シンクロール３の下部側に向かう流れとなるが、シンクロール３下部に位置する被めっき帯１０の移動方向に沿った随伴流Ｒ１の影響で、シンクロール３の下部の下側を当該シンクロール３の下部に沿って移動して他方の壁面１ｂ（入口側の壁面）に向かう流れとなる。
これによって、誘導流Ｒ５は、シンクロール３及びシンクロール３に沿って流れる随伴流Ｒ１を、底面１ｃに堆積しているボトムドロス１１から遮断する流れとなる。また、随伴流自体が浴槽１の底面１ｃに向かうことも防止できる。この結果、浴槽１の底面１ｃに溜まったボトムドロス１１の巻き上げを抑制することが可能となる。

（本実施形態の効果）
流動制御用の整流板２０を導入するだけで、鋼帯などの被めっき帯１０の通過に伴い発生する随伴流Ｒ１と浴底部の流動を分離できる。この結果、被めっき帯１０へのドロス付着が抑制され、結果としてドロス欠陥の少ない被めっき帯１０を製造可能となる。
ここで、被めっき帯１０の搬送速度が速くなるほど、被めっき帯１０に沿った随伴流Ｒ１の圧力が上昇することで上記整流板２０が無い従来技術ではトムドロス１１を巻き込み易くなるが、本実施形態では、被めっき帯１０の搬送速度が速くなるほど、上記誘導流Ｒ５の圧力も上昇することで、ボトムドロス１１の巻き上げを抑制することが可能である。

また、上記整流板２０を、上下に延在するように配置しているので、上面視における浴中の占有面積が小さい。このため、整流板２０は、例えばホースを浴槽１の底面１ｃに堆積したボトムドロス１１の位置まで差し込んで当該ボトムドロス１１を吸引して除去する際の邪魔になりにくい。
また、上記整流板２０以外は、浴自体への新たな付帯設備を必要としない。このため、低コストでドロスの付着防止設備を設けることができる。また、ドロスの堆積量にかかわらずにドロスの巻き上げを防ぐことが可能であるため、連続稼動時間に制約が生ないという効果もある。なお、対象とする設備における最大の搬送速度上限までドロスの巻き上げを防止可能であることをラボ実験で確認済みである。すなわち、上述のように製造速度の低下を防ぐという効果もある。

（変形例その他について）
上記整流板２０に衝突した吐き出し流Ｒ３は、整流板２０に沿って上方にも流れる。しかし本実施形態では、整流板２０の上端部は浴面よりも上方に位置するため、整流板２０に沿って上方に移動する吐き出し流Ｒ６が整流板２０の裏面側つまり出口側の壁面１ａ側に流れることが防止される。そして、上記吐き出し流Ｒ３は、浴面に沿って被めっき帯１０側に流れることとなる。
ここで、上記実施形態では、整流板２０の上端部を浴面の上方まで延ばすことで、整流板２０の裏側に吐き出し流Ｒ３が回り込むことを防止している。整流板２０の上端部を出口側の壁面に固定する事で、整流板２０の裏側に吐き出し流Ｒ３が回り込む事を防止しても良い。整流板２０の裏面を出口側の壁面に支持させる支持体を壁面に固定しても良い（図２参照）。

また、上記実施形態では、整流板２０の下端部側２０ａを下側に凸の曲率を有する形状としているが、これに限定しない。図２に示すように、整流板２０を鉛直方向に対し傾斜した平板から形成しても良い。但し、誘導流Ｒ５が底面１ｃに向かわないようにするためには、整流板２０の上端部と下端部とを結んだ鉛直方向に対する傾斜角を、上記実施形態よりも大きくとる必要がある。
また、整流板２０の上端部が浴中に位置し、且つ出口側の壁面との間に隙間が存在する配置構成を採用する場合には、整流板２０に沿って上側に移動する上記吐き出し流Ｒ３が、整流板２０の上端部から裏側に回り込み難いような形状とすればよい。また、多少裏側に回り込んでもその流れの圧力が小さければ特に問題はない。

上記整流板２０の上端部から裏側に回り込み難いような形状とは、上記整流板２０に対し、吐き出し流Ｒ３が衝突する位置よりも上側位置に上側に凸の曲面などを形成して、上側に向かう吐き出し流Ｒ３の圧力を削減させたり、整流板２０の上端部が被めっき帯１０側に向くような側面視円弧状として、整流板２０の上端部から誘導される吐き出し流Ｒ３も積極的に上側に移動する被めっき帯１０側に向かうようにしても良い。
なお、上記整流板２０の下方の浴槽１底面１ｃ部分にも、インゴットボックス６の下側と同様に、除去し難いドロスが堆積して固化する可能性はあるが、問題は無い。

ここで、ラボ実験について説明する。
ラボ実験ではまず、従来の浴内の流れのシミュレーションを行った。上記整流板２０を設けない比較例の浴内の流速シミュレーション結果が図３であり、浴の出側に上記整流板２０を設置した際の流速シミュレーション結果が図４である。
図４では、誘導流Ｒ５がシンクロール３と底面１ｃとの間を流れて、底側の流速が低い。一方、図３では、随伴流が壁面１ａ及び底面１ｃに沿って流れることで、当該底面１ｃ側の流速が高くなっている。すなわち、これらの図３及び図４で示す解析によれば、比較例（図３）では、ボトムドロス１１の巻き上げの原因である浴底部の流速が従来の浴では０．６m/sであったのが、整流板２０を設置した実施例（図４）では、浴底部での流れをほぼ押さえ込めていることが確認出来た。

この結果を踏まえてボトムドロス１１の巻き上げ量を定量的に評価するため、水モデル試験を行なった。水モデル試験とは実機の溶融めっき装置を縮小し、亜鉛などの溶融金属２の代わりに水で浴槽１内を満たして、実機条件を模擬する試験のことである。本試験では実機をl/4に縮小した浴底部にボトムドロス１１を模したエチレンビーズを敷き詰め、鋼板を模したベルトを連続的に回転させ、回転に伴って発生する随伴流Ｒ１が巻き上げるドロスの量を採取することにより定量評価を行なった。
採取を行なった箇所は、サポートロール４付近とシンクロール３上部および、被めっき帯１０の出口側の３箇所である。採取を行なった時間は鋼板の搬送を開始し、巻き上げられるビーズの量が定常状態に達した１０分後に行なった。

実験は、上記比較例の溶融めっき装置と、これの出側に整流板２０を設置した実施例とでそれぞれ実施した。模擬した搬送速度は、平均速度である１８０ｍｐｍ(１分当りのめっき速度）と、一般的な高速度である２５０ｍｐｍの２つの搬送速度とした。
この結果を示したのが図５である。図５から分かるように、出口側に上記整流板２０を設置すると、整流板２０を設置しない比較例に比べてドロス巻き上げ量が１／６以下に抑えられていることがわかる。ここで注目すべき点は、この効果がめっき高速度の２５０ｍｐｍまで保たれている点である。

１ 浴槽
１ａ 出側の壁面（一方の壁面）
１ｂ 入側の壁面（他方の壁面）
１ｃ 底面
２ 溶融金属
３ シンクロール
４ サポートロール
１０ 被めっき帯
１１ ボトムドロス
２０ 整流板
２０ａ 下端部側
Ｒ１ 随伴流
Ｒ３ 吐き出し流（随伴流）
Ｒ５ 誘導流（随伴流）
Ｓ 接線

Claims (3)

1. 連続して搬送される被めっき帯を、浴槽に収容した溶融金属の浴内に連続して浸漬させ、続いて浴中に配置したシンクロールによって搬送方向を上方に転換し、さらにサポートロールで矯正した後に浴外へ引き出す溶融めっき装置であって、
   上面視で上記シンクロールと重ならない位置において、上記シンクロールと上記サポートロールとの間に位置する被めっき帯と対向させて整流板を配置し、その整流板によって、上記被めっき帯にサポートロールが接触することで変更された随伴流の流れを、上記シンクロールの下部側、若しくは当該シンクロールと浴槽底面との間に誘導することを特徴とする溶融めっき装置。
2. 上記整流板は、上記シンクロールによって搬送方向を上方に転換された被めっき帯部分と、その被めっき帯部分と対向する浴槽の壁面との間に配置すると共に上側から下側に向けて延在するように配置し、
   且つ、その整流板の下端部は、その接線が、上記搬送方向を上方に搬送された被めっき帯部分と対向する浴槽の壁面と向かい合う他方の壁面に交わるように設定したことを特徴とする請求項１に記載した溶融めっき装置。
3. 上記整流板の少なくとも下端部側は、下側に凸の曲率を持ちつつ下端部に向かうにつれて浴槽底面に近づく形状となっていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載した溶融めっき装置。

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