JP2016180136A - 連続溶融亜鉛めっき装置及び溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】加湿ガス用配管内の結露等に起因して生じうる均熱帯のロールピックアップの発生を抑制し、良好なめっき外観を得ることが可能な連続溶融亜鉛めっき装置を提供する。【解決手段】本発明の連続溶融亜鉛めっき装置は、加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する。均熱帯１２に供給されるガスは、加湿装置５０により加湿されたガスと、加湿装置により加湿されていないガスとを混合して得た混合ガス、及び、加湿装置により加湿されていない乾燥ガスである。本発明の連続溶融亜鉛めっき装置は、均熱帯１２に混合ガスを供給しないときに加湿装置５０から出た加湿ガスを除湿するための除湿装置８０を有する。【選択図】図２

Description

本発明は、加熱帯、均熱帯及び冷却帯がこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置、及びこれを用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

近年、自動車、家電、建材等の分野において、構造物の軽量化等に寄与する高張力鋼板（ハイテン鋼板）の需要が高まっている。ハイテン鋼材としては、例えば、鋼中にＳｉを含有することにより穴広げ性の良好な鋼板や、ＳｉやＡｌを含有することにより残留γが形成しやすく延性の良好な鋼板が製造できることがわかっている。

しかし、Ｓｉを多量に（特に０．２質量％以上）含有する高張力鋼板を母材として合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、以下の問題がある。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中で６００〜９００℃程度の温度で母材の鋼板を加熱焼鈍した後に、該鋼板に溶融亜鉛めっき処理を行い、さらに亜鉛めっきを加熱合金化することによって、製造される。

ここで、鋼中のＳｉは易酸化性元素であり、一般的に用いられる還元雰囲気又は非酸化性雰囲気中でも選択酸化されて、鋼板の表面に濃化し、酸化物を形成する。この酸化物は、めっき処理時の溶融亜鉛との濡れ性を低下させて、不めっきを生じさせる。そのため、鋼中Ｓｉ濃度の増加と共に、濡れ性が急激に低下して不めっきが多発する。また、不めっきに至らなかった場合でも、めっき密着性に劣るという問題がある。さらに、鋼中のＳｉが選択酸化されて鋼板の表面に濃化すると、溶融亜鉛めっき後の合金化過程において著しい合金化遅延が生じ、生産性を著しく阻害するという問題もある。

このような問題に対して、例えば特許文献１には、順に加熱帯前段、加熱帯後段、保熱帯及び冷却帯を有する焼鈍炉と溶融めっき浴とを用いた連続焼鈍溶融めっき方法において、鋼板温度が少なくとも３００℃以上の領域の鋼板の加熱または保熱を間接加熱とし、各帯の炉内雰囲気を水素１〜１０体積％、残部が窒素及び不可避的不純物よりなる雰囲気とし、前記加熱帯前段で加熱中の鋼板到達温度を５５０℃以上７５０℃以下とし、かつ、露点を−２５℃未満とし、これに続く前記加熱帯後段及び前記保熱帯の露点を−３０℃以上０℃以下とし、前記冷却帯の露点を−２５℃未満とする条件で焼鈍を行うことにより、Ｓｉを内部酸化させ、鋼板の表面にＳｉが濃化するのを抑制する技術が記載されている。また、加熱帯後段及び／又は保熱帯に、窒素と水素の混合ガスを加湿して導入することも記載されている。

国際公開第２００７／０４３２７３号公報

高張力鋼板を製造する場合には、均熱帯内の露点を上昇させるために、還元性又は非酸化性の乾燥ガスに加えて、特許文献１に記載のように加湿ガスを均熱帯に投入する。これに対し、通常強度の鋼板（以下、「普通鋼板」という。）を製造する場合には、加湿ガスは投入せず、還元性又は非酸化性の乾燥ガスのみを均熱帯に投入する。そのため、例えば高張力鋼板と通常鋼板を連続して製造する場合、加湿ガスの使用／不使用を切り換えながら操業する必要がある。

本発明者らは、このような加湿ガスの使用／不使用を切り換えながら操業する場合に生じる以下のような問題を認識した。すなわち、加湿ガスの不使用時に、単に加湿系統のガスを止めても、加湿系統の配管内には、加湿装置からの水が拡散して結露が発生したり、過剰に加湿されたガスが滞留したりする。すると、加湿系統を不使用から使用に切り換えた際に、前記配管内の結露した水や過剰に加湿されたガスが均熱帯に吹き込んでしまい、均熱帯内のハースロールを傷めピックアップが生じたり、鋼板に水滴模様が付いたりする問題が発生する。これに起因して、後続の溶融亜鉛めっき工程で不めっきが発生し、めっき外観が損なわれることがあった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、加湿ガス用配管内の結露等に起因して生じうる均熱帯のロールピックアップの発生を抑制し、良好なめっき外観を得ることが可能な連続溶融亜鉛めっき装置及び溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者らは、加湿ガスの不使用時（均熱帯への加湿ガスの供給を停止している間）に加湿ガス用配管に内に結露が生じたり、過剰に加湿されたガスが滞留したりしないための工夫を鋭意検討し、以下の構成によって当該目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。

本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置であって、
還元性又は非酸化性の乾燥ガスが通過する第１配管と、
前記第１配管に接続され、前記第１配管内を通過した乾燥ガスを分配するガス分配装置と、
前記ガス分配装置から分岐し、前記ガス分配装置に分配された乾燥ガスが通過する第２配管、第３配管、及び第４配管と、
前記第２配管に接続され、前記第２配管内を通過した乾燥ガスが導入される加湿装置と、
前記加湿装置から延び、前記加湿装置により加湿された加湿ガスが通過する第５配管と、
前記第３配管及び前記第５配管に接続され、前記第３配管を通過した乾燥ガスと前記第５配管を通過した前記加湿ガスとを混合して混合ガスを作製するガス混合装置と、
前記ガス混合装置から延び、前記混合ガスが通過する第６配管と、
前記第６配管を通過した混合ガスを前記均熱帯内に供給するための、前記均熱帯に設けられた混合ガス供給口と、
前記第４配管を通過した乾燥ガスを前記均熱帯内に供給するための、前記均熱帯に設けられた乾燥ガス供給口と、
を有し、
前記加湿装置は、水蒸気透過膜を含むモジュールを有し、前記モジュール内の前記水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、前記第２配管内を通過した乾燥ガスが通過しつつ、他方の空間には循環恒温水槽を用いて水を循環させることで、前記乾燥ガスを加湿するように構成され、
前記第５配管から分岐する第７配管と、
前記均熱帯に前記混合ガスを供給しないときに、前記加湿装置から出た前記加湿ガスを除湿するための、前記第７配管に接続された除湿装置と、
を有することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき装置。

（２）前記除湿装置から延び、前記ガス混合装置に接続され、前記除湿装置により除湿された除湿ガスを前記ガス混合装置に供給するための第８配管を有する上記（１）に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。

（３）前記除湿装置は、第２水蒸気透過膜を含む第２モジュールを有し、前記第２モジュール内の前記第２水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、前記第７配管内を通過した加湿ガスが通過しつつ、他方の空間には第２乾燥ガスを循環させることで、前記第７配管を通過した加湿ガスを除湿するように構成される、上記（１）又は（２）に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。

（４）除湿の結果生じた水を前記循環恒温水槽に戻すための第９配管を有する上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。

（５）前記溶融亜鉛めっき設備に隣接した合金化設備を有する上記（１）〜（４）のいずれか一項に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。

（６）上記（１）に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
鋼帯を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼帯に対して焼鈍を行う工程と、
前記溶融亜鉛めっき設備を用いて、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す工程と、
を有し、
前記均熱帯に前記混合ガス及び前記乾燥ガスを供給する第１操業状態では、前記加湿装置による前記加湿ガスの生成を行い、
前記均熱帯に前記乾燥ガスを供給し、前記混合ガスを供給しない第２操業状態では、前記加湿装置による前記加湿ガスの生成は継続しつつ前記除湿装置を用いて前記加湿ガスを除湿することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（７）上記（２）に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
前記第２操業状態では、前記第４配管を通過した乾燥ガスを、前記乾燥ガス供給口を介して前記均熱帯に供給することに加え、
前記ガス混合装置で、前記第３配管を通過した乾燥ガスと前記第８配管を通過した前記除湿ガスとを混合して第２混合ガスを作製し、前記第６配管を通過した前記第２混合ガスを、前記混合ガス供給口から前記均熱帯に供給する上記（６）に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（８）上記（４）に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
除湿の結果生じた水を前記循環恒温水槽に戻す請求項６又は７に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（９）前記第１操業状態では前記均熱帯内の露点を−２０℃以上０℃以下に制御する上記（６）〜（８）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（１０）上記（５）に記載の前記合金化設備を用いて、前記鋼帯に施された亜鉛めっきを加熱合金化する工程をさらに有する、上記（６）〜（９）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明の連続溶融亜鉛めっき装置及び溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、加湿ガス用配管内の結露等に起因して生じうる均熱帯のロールピックアップの発生を抑制し、良好なめっき外観を得ることが可能である。

本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を示す模式図である。 図１における均熱帯１２への混合ガス及び乾燥ガスの供給系を示す模式的である。 図２中の加湿装置５０の拡大模式図である。 図２中の除湿装置８０の拡大模式図である。

本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき装置１００の構成を、図１を参照して説明する。連続溶融亜鉛めっき装置１００は、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６がこの順に並置された焼鈍炉２０と、冷却帯１６に隣接した溶融亜鉛めっき設備としての溶融亜鉛めっき浴２２と、この溶融亜鉛めっき浴２２と隣接した合金化設備２４と、を有する。本実施形態において加熱帯１０は、第１加熱帯１０Ａ（加熱帯前段）及び第２加熱帯１０Ｂ（加熱帯後段）を含む。冷却帯は、第１冷却帯１４（急冷帯）及び第２冷却帯１６（除冷帯）を含む。第２冷却帯１６と連結したスナウト１８は、先端が溶融亜鉛めっき浴２２に浸漬しており、焼鈍炉２０と溶融亜鉛めっき浴２２とが接続されている。本発明の他の実施形態は、この連続溶融亜鉛めっき装置１００を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。

鋼帯Ｐは、第１加熱帯１０Ａの下部の鋼帯導入口から第１加熱帯１０Ａ内に導入される。各帯１０，１２，１４，１６には、上部及び下部に１つ以上のハースロールが配置される。ハースロールを起点に鋼帯Ｐが１８０度折り返される場合、鋼帯Ｐは焼鈍炉２０の所定の帯の内部で上下方向に複数回搬送され、複数パスを形成する。図１においては、均熱帯１２で１０パス、第１冷却帯１４で２パス、第２冷却帯１６で２パスの例を示したが、パス数はこれに限定されず、処理条件に応じて適宜設定可能である。また、一部のハースロールでは、鋼帯Ｐを折り返すことなく直角に方向転換させて、鋼帯Ｐを次の帯へと移動させる。このようにして、鋼帯Ｐを焼鈍炉２０の内部で、加熱帯１０、均熱帯１２及び冷却帯１４，１６の順に搬送して、鋼帯Ｐに対して焼鈍を行うことができる。

焼鈍炉２０において、隣接する帯は、それぞれの帯の上部同士または下部同士を接続する連通部を介して連通している。本実施形態では、第１加熱帯１０Ａと第２加熱帯１０Ｂとは、それぞれの帯の上部同士を接続するスロート（絞り部）を介して連通する。第２加熱帯１０Ｂと均熱帯１２とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。均熱帯１２と第１冷却帯１４とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。第１冷却帯１４と第２冷却帯１６とは、それぞれの帯の下部同士を接続するスロートを介して連通する。各スロートの高さは適宜設定すればよいが、各帯の雰囲気の独立性を高める観点から、各スロートの高さはなるべく低いことが好ましい。焼鈍炉２０内のガスは、炉の下流から上流に流れ、第１加熱帯１０Ａの下部の鋼帯導入口から排出される。

（加熱帯）
本実施形態において、第２加熱帯１０Ｂは、直火型加熱炉（ＤＦＦ）である。ＤＦＦは公知のものを用いることができる。図１においては図示しないが、第２加熱帯１０Ｂにおける直火型加熱炉の内壁には、複数のバーナが鋼帯Ｐに対向して分散配置される。複数のバーナは複数のグループに分けられ、グループごとに燃料率及び空気比を独立に制御可能とすることが好ましい。第１加熱帯１０Ａの内部には、第２加熱帯１０Ｂの燃焼排ガスが供給され、その熱で鋼帯Ｐを予熱する。

燃焼率は、実際にバーナに導入した燃料ガス量を、最大燃焼負荷時のバーナの燃料ガス量で割った値である。バーナを最大燃焼負荷で燃焼したときが燃焼率１００％である。バーナは、燃焼負荷が低くなると安定した燃焼状態が得られなくなる。よって、燃焼率は通常３０％以上とすることが好ましい。

空気比は、実際のバーナに導入した空気量を、燃料ガスを完全燃焼するために必要な空気量で割った値である。本実施形態では、第２加熱帯１０Ｂの加熱用バーナを４つの群（＃１〜＃４）に分割し、鋼板移動方向上流側の３つの群（＃１〜＃３）は酸化用バーナ、最終ゾーン（＃４）は還元用バーナとし、酸化用バーナ及び還元用バーナの空気比を個別に制御可能とした。酸化用バーナでは、空気比を０．９５以上１．５以下とすることが好ましい。還元用バーナでは、空気比を０．５以上０．９５未満とすることが好ましい。また、第２加熱帯１０Ｂの内部の温度は、８００〜１２００℃とすることが好ましい。

（均熱帯）
本実施形態において均熱帯１２では、加熱手段としてラジアントチューブ（ＲＴ）（図示せず）を用いて、鋼帯Ｐを間接加熱することができる。均熱帯１２の内部の平均温度Tr（℃）は、均熱帯内に熱電対を挿入することによりにより測定されるが、７００〜９００℃とすることが好ましい。

均熱帯１２には還元性ガス又は非酸化性ガスが供給される。還元性ガスとしては、通常Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスが用いられ、例えばＨ₂：1〜２０体積％、残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−６０℃程度）が挙げられる。また、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−６０℃程度）が挙げられる。

本実施形態では、均熱帯１２に供給される還元性ガス又は非酸化性ガスは、混合ガス及び乾燥ガスの二形態である。ここで、「乾燥ガス」とは、露点が−６０℃〜−５０℃程度の上記還元性ガス又は非酸化性ガスであって、加湿装置により加湿されていないものである。一方、「混合ガス」とは、加湿装置により加湿されたガスと、加湿装置により加湿されていないガスとを、露点が−２０〜１０℃となるように所定の混合比で混合して得たものである。

図２を参照して、均熱帯１２への混合ガス及び乾燥ガスの供給系を説明する。この供給系は、上流側から第１配管３１、第２配管３２、第３配管３３、第４配管３４、第５配管３５Ａ，３５Ｂ、第６配管３６、第７配管３７、第８配管３８、第９配管を有し、さらに、ガス分配装置４０、加湿装置５０、ガス混合装置６０、除湿装置８０、第２ガス分配装置９０を有する。

第１配管３１は、図示しないガス供給源から供給される乾燥ガスが通過する。

ガス分配装置４０は、第１配管３１に接続され、第１配管３１内を通過した乾燥ガスを以下の第２配管３２、第３配管３３、第４配管３４の３系統に任意かつ可変の比率で分配する。第２配管３２、第３配管３３、第４配管３４は、ガス分配装置４０から分岐し、ガス分配装置４０に分配された乾燥ガスが通過する。すなわち、第１配管３１内を通過した乾燥ガスの一部は、第２配管３２を通って加湿装置５０へと送られ、他部は第３配管を通ってガス混合装置６０へと送られ、残部は第４配管３４を通ってそのまま均熱帯１２内に供給される。

まず、乾燥ガスの供給について説明する。第４配管３４を通過した乾燥ガスは、均熱帯１２に設けられた乾燥ガス供給口７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄを介して、均熱帯１２内に供給される。乾燥ガス供給口の位置及び数は特に限定されず、種々の条件を考慮して適宜決めればよい。しかし、乾燥ガス供給口は、同じ高さ位置に複数配置されることが好ましく、鋼帯進行方向に均等に配置されることが好ましい。

次に、混合ガスの供給について説明する。加湿装置５０は、第２配管３２に接続され、第２配管３２内を通過した乾燥ガスが導入される。第５配管３５Ａは、加湿装置５０から延び、加湿装置５０により加湿された加湿ガスが通過する。

第２ガス分配装置９０は、第５配管３５Ａに接続され、第５配管３５Ａ内を通過した加湿ガスを第５配管３５Ｂ及び第７配管３７へと分配する。分配方法の詳細は後述するが、均熱帯１２に混合ガス及び乾燥ガスを供給する第１操業状態では、第５配管３５Ｂにのみ加湿ガスを分配する。第８配管３８は、除湿装置８０から延び、ガス混合装置６０に接続され、除湿装置８０により除湿された除湿ガスをガス混合装置６０に供給する。

ガス混合装置６０は、第３配管３３、第５配管３５Ｂ、及び第８配管３８に接続され、上記の第１操業状態では、第３配管を通過した乾燥ガスと第５配管を通過した加湿ガスとを所定かつ可変の比率で混合して、所望の露点の混合ガスを調製する。第６配管３６は混合ガス用配管であり、ガス混合装置６０から延び、このガス混合装置６０から出た混合ガスが通過する。第６配管３６を通過した混合ガスは、均熱帯１２に設けられた混合ガス供給口を介して、均熱帯１２内に供給される。本実施形態では、混合ガスは、混合ガス供給口７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃと、混合ガス供給口７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃの二系統で供給される。混合ガス供給口の位置及び数は特に限定されず、種々の条件を考慮して適宜決めればよい。しかし、混合ガス供給口は、本実施形態のように、２つ以上の異なる高さ位置にそれぞれ複数配置されることが好ましく、鋼帯進行方向に均等に配置することが好ましい。混合ガスの露点は、第６配管に設けられた混合ガス用露点計７４により測定可能である。

次に、図３を参照して加湿装置５０の構成を説明する。加湿装置５０は、筒状のモジュール５２及び循環恒温水槽５４を有する。モジュール５２内には水蒸気透過膜５１が配置される。本実施形態において水蒸気透過膜５１は、フッ素系又はポリイミド系の中空糸膜であり、図３では２本のみ図示したが、５０〜５００本程度の中空糸膜が略平行に配置される。モジュール５２内の水蒸気透過膜の内側５３Ａを、第２配管３２内を通過した乾燥ガスが通過しつつ、水蒸気透過膜の外側５３Ｂには循環恒温水槽５４を用いて所定温度に調整された純水を循環させる。すなわち、モジュール内の水蒸気透過膜の外側５３Ｂは、流路５５Ａ，５５Ｂを介して循環恒温水槽５４と連結している。

フッ素系又はポリイミド系の中空糸膜とは、水分子との親和力を有するイオン交換膜の一種である。中空糸膜の内側と外側に水分濃度差が生じると、その濃度差を均等にしようとする力が発生し、水分はその力をドライビングフォースとして低い水分濃度の方へ膜を透過し移動する。そのため、乾燥ガスがモジュール５２内の水蒸気透過膜の内側５３Ａを通過する過程で加湿され、加湿ガスとなる。乾燥ガス温度は、季節や１日の気温変化にしたがって変化するが、本実施形態では、水蒸気透過膜５１を介したガスと水の接触面積を十分に取ることで熱交換も行えるため、乾燥ガス温度が循環水温より高くても低くても、乾燥ガスは設定水温と同じ露点まで加湿されたガスとなり、高精度な露点制御が可能となる。加湿ガスの露点は５〜５０℃の範囲で任意に制御可能である。加湿ガスの露点が配管温度よりも高いと配管内で結露してしまい、結露した水が直接炉内に浸入する可能性があるので、加湿ガス用の配管は加湿ガス露点以上かつ外気温以上に加熱・保熱されている。

なお、モジュール５２内の構成は図３に限定されず、例えば、水蒸気透過膜がフッ素系又はポリイミド系の平膜であってもよい。その場合、モジュール内の水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、第２配管３２内を通過した乾燥ガスが通過しつつ、他方の空間には循環恒温水槽５４を用いて水を循環させることで、乾燥ガスを加湿する。

本実施形態の連続溶融亜鉛めっき装置１００は、均熱帯に混合ガスを供給しないときに、加湿装置５０から出た加湿ガスを除湿するための、第７配管３７に接続された除湿装置８０を有する点が特徴である。

例えば高張力鋼板の製造時には、乾燥ガスに加えて、加湿ガスを含む混合ガスを均熱帯１２に供給する。本発明において、この状態を「第１操業状態」と称する。これに対し、例えば普通鋼板の製造時には、乾燥ガスを均熱帯１２に供給し、混合ガスは供給しない。本発明において、この状態を「第２操業状態」と称する。

第２操業状態で、加湿ガスが不要となる場合には、第２配管３２及び加湿装置５０への乾燥ガスの供給をゼロにすることも考えられる。しかしながら、このような状態で、循環恒温水槽５４を用いた水の循環を継続したまま長期間放置すると、モジュール５２の前後の配管内（第２配管３２や第５配管３５Ａ，３５Ｂ）や、さらに下流の第６配管３６内が結露してしまう。仮に配管を加熱・保温したとしても、配管内は水分が常時飽和した状態であるから、過剰に加湿されたガスが滞留してしまう。また、水の循環を停止したとしても、モジュールの水蒸気透過膜の外側５３Ｂの空間に水が充満している状態のままで長時間放置しても、同様の問題が生じる。

そこで本実施形態では、第１操業状態／第２操業状態の切替えを以下のように行う。まず、第１操業状態では、加湿装置５０による加湿ガスの生成を行い、第２ガス分配装置９０が第５配管３５Ｂにのみ加湿ガスを分配する。ガス混合装置６０は、乾燥ガスと加湿ガスとを混合して混合ガスを調製する。そして、第２操業状態では、加湿装置５０による加湿ガスの生成は継続しつつ、第２ガス分配装置９０が第７配管３７にのみ加湿ガスを分配し、除湿装置８０を用いて加湿ガスを除湿する。

これにより、第２操業状態の間に、モジュール５２の前後の配管内（第２配管３２や第５配管３５Ａ，３５Ｂ）や、さらに下流の第６配管３６内が結露したり、過剰に加湿されたガスが滞留したりしない。そのため、第２操業状態から次に第１操業状態に切り替える際に、結露した水や過剰に加湿されたガスが均熱帯１２に混入することがなく、均熱帯１２のロールピックアップの発生を抑制し、その結果、良好なめっき外観を得ることができる。

図４を参照して除湿装置８０の構成の一例を説明する。除湿装置８０は、筒状の第２モジュール８２を有する。第２モジュール８２内には第２水蒸気透過膜８１が配置される。本実施形態において第２水蒸気透過膜８１は、図３の水蒸気透過膜５１と同様に、フッ素系又はポリイミド系の中空糸膜であり、図４では２本のみ図示したが、５０〜５００本程度の中空糸膜が略平行に配置される。第２モジュール８２内の第２水蒸気透過膜の内側８３Ａを、第７配管３７内を通過した加湿ガスが通過しつつ、第２水蒸気透過膜の外側８３Ｂには第２乾燥ガスを循環させることで、第７配管を通過した加湿ガスを除湿する。

ここで「第２乾燥ガス」は、既述の乾燥ガスと同様、露点が−６０℃〜−５０℃程度の上記還元性ガス又は非酸化性ガスであって、加湿装置により加湿されていないものである。

第２乾燥ガスとしては、ガス分配装置４０とは別系統の乾燥ガスを用いて、第２水蒸気透過膜の外側８３Ｂを循環させることができる。図４に示すように、第２乾燥ガスの循環系は、レシーバタンク９２と、ここから延び、第２水蒸気透過膜の外側８３Ｂに連結する第２流路８５Ａと、第２水蒸気透過膜の外側８３Ｂから延び、レシーバタンク９２に連結する第２流路８５Ｂと、を含む。第２流路８５Ａを通過した第２乾燥ガスは、第２水蒸気透過膜の外側８３Ｂを通過し、第２水蒸気透過膜の内側８３Ａから移動した水分を含みつつ、第２流路８５Ｂへ移動する。レシーバタンク９２では、その下部から第９配管３９を介して水分を循環恒温水槽５４へ戻し、再利用する。一方、レシーバタンク９２にはフィルタ９４が設けられ、その上部では、フィルタ９４によって水分が除去された乾燥ガスが得られる。この乾燥ガスを、ポンプ９６によって再度、第２の乾燥ガスとして第２流路８５Ａへと流す。なお、フィルタ９４によって水分が除去された乾燥ガスの一部は、第２流路８５Ａから分岐する第３流路８６を介して別ラインで（例えば、焼鈍炉内に供給するガスとして）使用してもよい。

なお、モジュール８２内の構成は図４に限定されず、例えば、水蒸気透過膜がフッ素系又はポリイミド系の平膜であってもよい。その場合、モジュール内の水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、第７配管３７内を通過した加湿ガスが通過しつつ、他方の空間には第２乾燥ガスを循環させることで、加湿ガスを除湿する。

本実施形態では、除湿ガスは第８配管３８を通ってガス混合装置６０に供給される。そして、ガス混合装置６０で、第３配管３３を通過した乾燥ガスと第８配管３８を通過した除湿ガスとを混合して第２混合ガスを調製する。つまり、第２操業状態では、第４配管３４を通過した乾燥ガスを、乾燥ガス供給口７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄを介して均熱帯１２に供給することに加え、第６配管３６を通過した第２混合ガスを、混合ガス供給口７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃから均熱帯１２に供給する。ここで、除湿ガスは露点が−５０〜−４０℃程度まで除湿されているため、第２操業状態で均熱帯１２に供給しても差し支えない。

本実施形態では、除湿の結果生じた水は図４に示すレシーバタンク９２によって回収され、第９配管３９を介して、循環恒温水槽５４に戻され再利用される。

第１操業状態及び第２操業状態において、第４配管３４を介して均熱帯１２に供給される乾燥ガスのガス流量Qrdは、第４配管３４に設けられたガス流量計（図示せず）により測定され、特に限定されないが、０〜６００（Nm³/hr）程度とする。これによって、均熱帯１２内の炉圧を適切に（直火帯よりも高く）維持し、過大が炉圧になることもない。

第１操業状態において、第６配管３６を介して均熱帯１２に供給される混合ガスのガス流量Qrwは、第６配管３６に設けられたガス流量計（図示せず）により測定され、特に限定されないが、１００〜５００（Nm³/hr）程度とする。これによって、均熱帯１２内の炉圧を適切に（直火帯よりも高く）維持し、過大な炉圧になることがない。

また第２操業状態において、第６配管３６を介して均熱帯に供給される第２混合ガスのガス流量Qrwは、特に限定されないが、加湿ガス用配管に内に結露が生じたり、過剰に加湿されたガスが滞留したりしない程度に、加湿ガスの生成を継続すれば足りるため、１０〜６０（Nm³/hr）程度とする。

また、第１操業状態では均熱帯１２内の露点を常に−２０℃以上０℃以下に制御することが好ましい。露点計は、下部ハースロール７３Ｂの近傍（均熱帯の最下部）に少なくとも１箇所（露点測定位置７５Ａ）と、上部ハースロール７３Ａより下方で、均熱帯の高さ方向１／２より高い位置（均熱帯の上部）に少なくとも１箇所（露点測定位置７５Ｂ）設置する。均熱帯１２内の露点を−２０℃以上に制御すると、その後の合金化処理時に適正な合金化温度となり、所望の機械特性を得ることができる。一方、均熱帯１２内では、露点が＋１０℃以上になると、鋼帯地鉄が酸化し始めるため、均熱帯１２内の露点分布の均一性や露点変動幅を最小化する理由から、露点の上限は０℃で管理することが好ましい。

ガス混合装置３０におけるガスの混合割合を調整すれば、任意の露点の混合ガスを均熱帯１２内に供給できる。均熱帯１２内の露点が目標範囲を下回るようであれば、高い露点の混合ガスを供給し、均熱帯１２内の露点が目標範囲を上回るようであれば、低い露点の混合ガスを供給することができる。このようにして、第１操業状態では均熱帯１２内の露点を常に−２０℃以上０℃以下に制御できる。

（冷却帯）
本実施形態において冷却帯１４，１６では、鋼帯Ｐが冷却される。鋼帯Ｐは、第１冷却帯１４では４８０〜５３０℃程度にまで冷却され、第２冷却帯１６では４７０〜５００℃程度にまで冷却される。

冷却帯１４，１６にも、上記還元性ガス又は非酸化性ガスが供給されるが、ここでは、乾燥ガスのみが供給される。冷却帯１４，１６への乾燥ガスの供給は特に限定されないが、冷却帯内に均等に投入されるように、高さ方向２ヶ所以上、長手方向２ヶ所以上の投入口から供給することが好ましい。冷却帯１４，１６に供給される乾燥ガスの合計ガス流量Qcdは、配管に設けられたガス流量計（図示せず）により測定され、特に限定されないが、２００〜１０００（Nm³/hr）程度とする。これによって、均熱帯１２内の炉圧を適切に（直火帯よりも高く）維持し、過大が炉圧になることもない。

（溶融亜鉛めっき浴）
溶融亜鉛めっき浴２２を用いて、第２冷却帯１６から排出される鋼帯Ｐに溶融亜鉛めっきを施すことができる。溶融亜鉛めっきは定法に従って行えばよい。

（合金化設備）
合金化設備２４を用いて、鋼帯Ｐに施された亜鉛めっきを加熱合金化することができる。合金化処理は定法に従って行えばよい。本実施形態によれば、合金化温度が高温にならないため、製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度が低下することがない。ただし、本発明において合金化設備２４や、それによる合金化処理は必須ではない。加湿ガス用配管の結露等に起因して生じうる均熱帯のロールピックアップの発生を抑制し、良好なめっき外観を得るとの効果は、合金化処理をしない場合にも得ることができるからである。

（実験条件）
図１〜図４に示す連続溶融亜鉛めっき装置を用いて、表１に示す成分組成の鋼帯を表２に示す各種焼鈍条件で焼鈍し、その後溶融亜鉛めっき及び合金化処理を施した。鋼種Ａは普通鋼、鋼種Ｂは高張力鋼であり、比較例・発明例ともに、表２に記載の通板順で連続的に、焼鈍、溶融亜鉛めっき及び合金化処理を行った。

第２加熱帯はＤＦＦとした。加熱用バーナを４つの群（＃１〜＃４）に分割し、鋼板移動方向上流側の３つの群（＃１〜＃３）は酸化用バーナ、最終ゾーン（＃４）は還元用バーナとし、酸化用バーナ及び還元用バーナの空気比を表２に示す値に設定した。なお、各群の鋼板搬送方向の長さは４ｍである。

均熱帯は、容積Vrが700m³のＲＴ炉とした。均熱帯の内部の平均温度Trは表２に示すものに設定した。乾燥ガスとしては、１５体積％のＨ₂で残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：−５０℃）を用いた。この乾燥ガスの一部を、１０台の中空糸膜式加湿モジュールを有する加湿装置により加湿して、混合ガスを調製した。各モジュールに最大500L/minの乾燥ガスと、最大10L/minの循環水を流した。循環恒温水槽は各モジュールで共通とし、計100L/minの純水を供給可能である。乾燥ガス供給口及び混合ガス供給口は、図２に示す位置に配置した。

また、図２及び図４に示す除湿装置及びレシーバタンクも設置した。除湿装置は、加湿装置同様、１０台の中空糸膜式除湿モジュールを有するものとした。レシーバタンクには水分除去用のフィルタが内臓されており、タンク下部から投入されたガスはフィルタで除湿され、タンク上部から乾燥ガスとして排出される。乾燥ガスは、除湿装置での第２乾燥ガスとして再利用した。除去された水はタンク下部に貯めておき、適時、循環恒温水槽５４に送って再利用した。

比較例・発明例ともに、鋼種Ａの通板中は第２操業状態、鋼種Ｂの通板中は第１として、均熱帯にガス供給を行った。表２の乾燥ガス流量Qrd、混合ガス流量Qrw、混合ガス露点は、それぞれの通板中の安定値である。

比較例では、鋼種Ａを通板中の第２操業状態において、第２配管への乾燥ガスの供給は停止したものの、循環恒温水槽を用いた水の循環を継続した。発明例では、鋼種Ａを通板中の第２操業状態において、加湿装置による加湿ガスの生成は継続しつつ、第２ガス分配装置が第７配管にのみ加湿ガスを分配し、除湿装置８０を用いて加湿ガスを除湿した。なお、発明例における第２操業状態では、乾燥ガスに加えて、除湿ガスを含む混合ガスを表２に記載の流量で均熱帯に供給した。

第１冷却帯及び第２冷却帯には、各帯の最下部から上記乾燥ガス（露点：−５０℃）を表２に示す流量で供給した。

めっき浴温は４６０℃、めっき浴中Ａｌ濃度０．１３０％、付着量はガスワイピングにより片面当り４５ｇ／ｍ²に調節した。なお、ライン速度は80〜100mpmとした。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、皮膜合金化度（Fe含有率）が１０〜１３％内となるように、誘導加熱式合金化炉にて合金化処理を行った。その際の合金化温度は表２に示す。

（評価方法）
めっき外観の評価は、光学式の表面欠陥計による検査（φ０．５以上の不めっき欠陥や過酸化性欠陥を検出）および目視による合金化ムラ判定を行い、全ての項目が合格で○、軽度の合金化ムラがある場合は△、一つでも不合格があれば×とした。結果を表２に示す。

また、各種条件で製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度を測定した。普通鋼の鋼種Ａは270MPa以上、高張力鋼の鋼種Ｂは980MPa以上を合格とした。結果を表２に示す。

（評価結果）
比較例のNo.1では、鋼種Ｂの通板において混合ガスを供給し均熱帯露点を上昇させたので、合金化温度を過剰に上げる必要が無く、引張強度は問題なかった。しかし、通板２本目で加湿ガスの供給を開始した際に、配管内で結露した水分が均熱帯に投入されてしまったことで、ハースロール近傍で局所的に高露点となり、ロールピックアップが発生し、鋼帯表面にもロールピックアップに起因する疵が発生した。そのため、通板２〜４本目まで全て、めっき外観が損なわれた。これに対し、本発明例のNo.2では、配管内に結露は発生せず、その結果、すべての評価項目で合格となった。

本発明の連続溶融亜鉛めっき装置及び溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、加湿ガス用配管内の結露等に起因して生じうる均熱帯のロールピックアップの発生を抑制し、良好なめっき外観を得ることが可能である。

１００ 連続溶融亜鉛めっき装置
１０ 加熱帯
１０Ａ 第１加熱帯（前段）
１０Ｂ 第２加熱帯（後段、直火型加熱炉）
１２ 均熱帯
１４ 第１冷却帯（急冷帯）
１６ 第２冷却帯（除冷帯）
１８ スナウト
２０ 焼鈍炉
２２ 溶融亜鉛めっき浴
２４ 合金化設備
３１ 第１配管
３２ 第２配管
３３ 第３配管
３４ 第４配管
３５Ａ，３５Ｂ 第５配管
３６ 第６配管
３７ 第７配管
３８ 第８配管
３９ 第９配管
４０ ガス分配装置
５０ 加湿装置
５１ 水蒸気透過膜
５２ モジュール
５３Ａ 水蒸気透過膜の内側（片方の空間）
５３Ｂ 水蒸気透過膜の外側（他方の空間）
５４ 循環恒温水槽
５５Ａ，５５Ｂ 流路
６０ ガス混合装置
７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ 混合ガス供給口
７１Ａ，７１Ｂ，７１Ｃ 混合ガス供給口
７２Ａ，７２Ｂ，７２Ｃ，７２Ｄ 乾燥ガス供給口
７３Ａ 上部ハースロール
７３Ｂ 下部ハースロール
７４ 混合ガス用露点計
７５Ａ，７５Ｂ 露点測定位置
８０ 除湿装置
８１ 第２水蒸気透過膜
８２ 第２モジュール
８３Ａ 第２水蒸気透過膜の内側（片方の空間）
８３Ｂ 第２水蒸気透過膜の外側（他方の空間）
８５Ａ，８５Ｂ 第２流路
８６ 第３流路
９０ 第２ガス分配装置
９２ レシーバタンク
９４ フィルタ
９６ ポンプ
Ｐ 鋼帯

Claims (10)

1. 加熱帯と、均熱帯と、冷却帯とがこの順に並置された焼鈍炉と、前記冷却帯に隣接した溶融亜鉛めっき設備と、を有する連続溶融亜鉛めっき装置であって、
   還元性又は非酸化性の乾燥ガスが通過する第１配管と、
   前記第１配管に接続され、前記第１配管内を通過した乾燥ガスを分配するガス分配装置と、
   前記ガス分配装置から分岐し、前記ガス分配装置に分配された乾燥ガスが通過する第２配管、第３配管、及び第４配管と、
   前記第２配管に接続され、前記第２配管内を通過した乾燥ガスが導入される加湿装置と、
   前記加湿装置から延び、前記加湿装置により加湿された加湿ガスが通過する第５配管と、
   前記第３配管及び前記第５配管に接続され、前記第３配管を通過した乾燥ガスと前記第５配管を通過した前記加湿ガスとを混合して混合ガスを作製するガス混合装置と、
   前記ガス混合装置から延び、前記混合ガスが通過する第６配管と、
   前記第６配管を通過した混合ガスを前記均熱帯内に供給するための、前記均熱帯に設けられた混合ガス供給口と、
   前記第４配管を通過した乾燥ガスを前記均熱帯内に供給するための、前記均熱帯に設けられた乾燥ガス供給口と、
   を有し、
   前記加湿装置は、水蒸気透過膜を含むモジュールを有し、前記モジュール内の前記水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、前記第２配管内を通過した乾燥ガスが通過しつつ、他方の空間には循環恒温水槽を用いて水を循環させることで、前記乾燥ガスを加湿するように構成され、
   前記第５配管から分岐する第７配管と、
   前記均熱帯に前記混合ガスを供給しないときに、前記加湿装置から出た前記加湿ガスを除湿するための、前記第７配管に接続された除湿装置と、
   を有することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき装置。
2. 前記除湿装置から延び、前記ガス混合装置に接続され、前記除湿装置により除湿された除湿ガスを前記ガス混合装置に供給するための第８配管を有する請求項１に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。
3. 前記除湿装置は、第２水蒸気透過膜を含む第２モジュールを有し、前記第２モジュール内の前記第２水蒸気透過膜を隔てた片方の空間を、前記第７配管内を通過した加湿ガスが通過しつつ、他方の空間には第２乾燥ガスを循環させることで、前記第７配管を通過した加湿ガスを除湿するように構成される、請求項１又は２に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。
4. 除湿の結果生じた水を前記循環恒温水槽に戻すための第９配管を有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。
5. 前記溶融亜鉛めっき設備に隣接した合金化設備を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の連続溶融亜鉛めっき装置。
6. 請求項１に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
   鋼帯を前記焼鈍炉の内部で、前記加熱帯、前記均熱帯及び前記冷却帯の順に搬送して、前記鋼帯に対して焼鈍を行う工程と、
   前記溶融亜鉛めっき設備を用いて、前記冷却帯から排出される鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す工程と、
   を有し、
   前記均熱帯に前記混合ガス及び前記乾燥ガスを供給する第１操業状態では、前記加湿装置による前記加湿ガスの生成を行い、
   前記均熱帯に前記乾燥ガスを供給し、前記混合ガスを供給しない第２操業状態では、前記加湿装置による前記加湿ガスの生成は継続しつつ前記除湿装置を用いて前記加湿ガスを除湿することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
7. 請求項２に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
   前記第２操業状態では、前記第４配管を通過した乾燥ガスを、前記乾燥ガス供給口を介して前記均熱帯に供給することに加え、
   前記ガス混合装置で、前記第３配管を通過した乾燥ガスと前記第８配管を通過した前記除湿ガスとを混合して第２混合ガスを作製し、前記第６配管を通過した前記第２混合ガスを、前記混合ガス供給口から前記均熱帯に供給する請求項６に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
8. 請求項４に記載の連続溶融亜鉛めっき装置を用いた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
   除湿の結果生じた水を前記循環恒温水槽に戻す請求項６又は７に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
9. 前記第１操業状態では前記均熱帯内の露点を−２０℃以上０℃以下に制御する請求項６〜８のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
10. 請求項５に記載の前記合金化設備を用いて、前記鋼帯に施された亜鉛めっきを加熱合金化する工程をさらに有する、請求項６〜９のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

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