JP2021021108A - 鋼管の溶融亜鉛めっき装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配管用途に適用される鋼管の溶融亜鉛めっき装置を提供する。【解決手段】溶融亜鉛めっき浴を構成するめっき槽と、溶融亜鉛めっき浴中に鋼管を下降搬送し、浸漬させる、回転軸に螺旋面を有するスクリューと、スクリューの螺旋面終端部を通過した鋼管を一旦受け止め、鋼管が転がって移動する傾斜部、鋼管の一時待機部および鋼管を引揚げるための位置決め部を有するクレードルと、スクリューに同期して回転し、クレードル上の鋼管を一時待機部から位置決め部に払出すための払出装置と、クレードル上の位置決め部に位置する鋼管を引き揚げるための引揚げ装置とからなる鋼管の溶融亜鉛めっき装置。【選択図】図３

Description

本発明は、水、ガス、油等の配管用途に適用される鋼管の溶融亜鉛めっき装置に係り、より詳しくは鋼管を溶融亜鉛めっき浴中に浸漬し引き揚げて鋼管の内外面に亜鉛めっきを施す装置に関する。

亜鉛めっき鋼管は、前処理（脱脂、酸洗、化成処理）を施された鋼管を溶融亜鉛めっき浴に一定時間浸漬して製造する。その後、該めっき浴から引き揚げた鋼管の内外面に空気または蒸気を吹き付けて、鋼管に過剰に付着した溶融亜鉛を吹き飛ばし、溶融亜鉛のたれを切った後、該鋼管は水冷槽に浸漬され冷却処理が施される。従来から溶融亜鉛めっき浴内から引き揚げられた鋼管の内外面の余剰亜鉛を除去する方法については品質を確保しつつ効率的な方法が数多く提案されている。

例えば、特許文献１には、引揚げ中の鋼管が外面ブロー装置内を通過する間に、該鋼管内にマンドレル棒を貫通させ、噴射ノズルから圧縮ガスを噴射して鋼管内面の余剰亜鉛を鋼管外に吹き出す方法で、めっき厚さを均一にすることができる技術が開示されている。

また、特許文献２に開示の技術では、製造コスト低減の観点から、鋼管を溶融亜鉛浴中に浸漬した後、溶融亜鉛浴中から鋼管を長手方向に引揚げる過程で圧縮ガスにより鋼管外面の余剰亜鉛を除去し、続いて圧縮ガスにより鋼管内面の余剰亜鉛を除去する方法において、溶融亜鉛浴を低温に設定し、該溶融亜鉛浴中から鋼管を長手方向に引上げる過程で圧縮ガスにより鋼管外面の余剰亜鉛を除去した後、当該鋼管を前記溶融亜鉛浴温度より高温に加熱し、圧縮ガスにより鋼管内面余剰亜鉛を除去する方法が提案されている。

更に、生産性向上の観点から特許文献３には、鋼管を１００〜６００℃に予熱した後、４３０〜４８０℃の溶融亜鉛めっき浴中に２０〜１００秒浸漬してめっきを施し、次いで、溶融亜鉛めっき浴中のめっき鋼管を引揚げ、めっき鋼管の外面めっき付着量を制御する方法が開示されている。鋼管を予熱することでめっき槽内の浴温維持に必要な熱量を低減できるとしている。

特開２０１１− ６３８４４号公報 特開平 ５−１４０７２２号公報 特開平１１−２４６９５９号公報

しかしながら、上記従来の技術には、未だ解決すべき以下のような問題があった。上記従来技術には、亜鉛めっき鋼管の製造方法として、品質面、生産性に関する様々な技術が開示されているが、鋼管を亜鉛めっき浴に浸漬する際の生産性に関して重要な課題となる操業安定性の詳細については開示されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、鋼管を亜鉛めっき浴に浸漬する際に亜鉛めっき鋼管を安定して製造する鋼管の亜鉛めっき装置を提供することにある。

発明者らは、上記に記した課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、亜鉛めっき鋼管の操業安定に適した装置を見出して、本発明を開発するに至った。すなわち、本発明は、溶融亜鉛めっき浴を構成するめっき槽と、前記溶融亜鉛めっき浴中に鋼管を下降搬送し、浸漬させる、回転軸に螺旋面を有するスクリューと、該スクリューの螺旋面終端を通過した上記鋼管を一旦受け止め、回転移動させる傾斜部、該鋼管の一時待機部および該鋼管を引揚げるための位置決め部を有するクレードルと、上記スクリューに同期して回転し、上記クレードル上の上記鋼管を上記一時待機部から上記位置決め部に払出すための払出装置と、上記クレードル上の上記位置決め部に位置する上記鋼管を引き揚げるための引揚げ装置と、を有する鋼管の溶融亜鉛めっき装置を提供する。

なお、本発明に係る鋼管の溶融亜鉛めっき装置については、
ａ．上記スクリューは、鋼管長手方向に複数配置され、複数列配設されていること、
ｂ．上記クレードルは、上記スクリュー直下から上記一時待機部に向かって下がり傾斜であり、上記一次待機部が、Ｖ型、Ｕ型または矩形の溝部で構成されていること、
ｃ．上記クレードルは、上記一時待機部と上記位置決め部との間に上記傾斜部の開始位置より高い山部を有すること、
ｄ．上記位置決め部をＶ型の溝で構成し、上記引揚げ装置の上記鋼管を引き揚げるフックにＶ型の溝部を設け、上記位置決め部のＶ型の開き角度θ_Ｃが上記フックの溝部のＶ型の開き角度θ_Ｌよりも小さいこと、
ｅ．上記払出装置は、上記回転軸の上記螺旋面終端に設けられ、上記螺旋面の外径から外に張り出して構成され、上記螺旋面終端とは軸に対し円周方向で異なる位置に設置されていること、
がより好ましい解決手段になり得るものと考えられる。

本発明によれば、めっき槽内における鋼管の位置をクレードル上で、一時待機部および引揚げのための位置決め部に固定化することで、払出装置による鋼管の払い出し、および、引揚装置による鋼管の引揚を安定的に実施することができるようになり、めっき槽内からの鋼管の引揚不良を大幅に軽減し、操業安定化を図ることが可能となる。
また、鋼管を複数列、溶融亜鉛めっき処理する装置をコンパクトに設計できるので、設備投資の初期費用を抑えることが可能となる。

本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置の上面図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置のＡ−Ａ’視側面図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置のＢ−Ｂ’視拡大図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置のクレードルの詳細図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置の引揚げ装置部Ｃ−Ｃ’視拡大図である。 本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置のスクリュー部を下部から見た拡大図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら詳細に説明する。
本発明の一実施形態を示す鋼管の溶融亜鉛めっき装置の上面図およびＡ−Ａ’視側面図をそれぞれ図１、図２に、鋼管の搬送方向に見た（図１、図２のＢ−Ｂ’視）拡大図を図３に示す。図１〜３に基づいて、本発明の装置を説明する。本発明の鋼管の溶融亜鉛めっき装置は、溶融亜鉛めっき浴Ｚを構成するめっき槽１と、該溶融亜鉛めっきＺ浴中に鋼管２を下降搬送し、浸漬させる、回転軸３１に螺旋面３２を有するスクリュー３と、該スクリュー３の螺旋面終端部１１を通過した前記鋼管２を一旦受け止めるクレードル４と、前記スクリュー３に同期して回転し前記クレードル４上の前記鋼管２を引き揚げ位置に払出すための払出装置（キッカー）１０と、該払出装置１０によって払い出された前記クレードル４上の前記鋼管２をめっき浴Ｚから引き揚げるための引揚げ装置５と、を有する装置である。

前記スクリュー３は、前記鋼管２長手方向に複数配置し、同期して回転することが前記鋼管２を亜鉛めっき浴Ｚ内で安定して加工搬送するうえで好ましい。めっき処理を施す鋼管２の長さによるが、スクリュー３が２本の場合、めっき浴Ｚ投入直後の搬送方向の鋼管２の姿勢が不安定となる可能性が高いため、鋼管１本に対しスクリュー３を３本以上設置するのがより好ましい。

前記スクリュー３は、複数列配設し、同時に複数本の鋼管２を処理できるようにするのが好ましい。そうすることで、生産性を向上させることができる。図１、３に示すように、設備をコンパクトに設計する観点から、２列のスクリューを鋼管搬送方向にみて、一部重複して配置することが好ましい。その場合、鋼管２はスクリューから離れる側に払い出され、外側の引揚げ装置５で引き上げられることが好ましい。

図４にクレードル４の概略図を示す。クレードル上には、スクリュー３の螺旋面終端部１１を通過した鋼管２を一旦受け止め、転がって移動できる傾斜部１６、鋼管を一時的に待機させる一時待機部１７と、鋼管を引き揚げるための位置決め部１９を有する。必要時以外、鋼管２を一時待機部１７で待機させることにより、図３のように２列のスクリューを配置したときに本来の払出装置１０が鋼管２を払い出す前に、他方の払出装置１０’が鋼管２を払い出してしまうのを防ぐことができる。前記位置決め部１９を有することにより、引揚げ装置５のフック１５に安定して鋼管２を預けることができ、鋼管２の引揚げ姿勢が安定する。ここで、クレードル４はスクリュー３の直下から一時待機部１７に向かって下がり傾斜とする傾斜部１６を有することで鋼管２をスムーズに移動させることができ、好ましい。また、一時待機部１７はＶ型、Ｕ型または矩形の溝部で構成されていることが鋼管２の安定のために好ましい。Ｖ型は加工が容易で特に優れている。

クレードル４上には、鋼管２の一時待機部１７と鋼管を引揚げるための位置決め部１９の間に、前記傾斜部１６の開始位置より高い山部１８を有することが好ましい。そうすることで、傾斜部１６を転がって移動してきた鋼管の運動量によって山部１８を乗り越えたり、めっき浴Ｚ内の流動によって鋼管２が押し流されたりして、鋼管の引き揚げ位置に侵入するのを防ぐことができ、鋼管２を一時待機位置１７に安定して保持できる。本来の鋼管２の引揚げ開始時期以前は、引揚げ装置５のフック１５は、上部にあり、鋼管２の引揚げのために下がってきたとき、引き揚げ位置に鋼管２があったのでは、引揚げ装置５のフック１５とクレードル４の間で鋼管を挟むことになり、鋼管の曲がりやすり傷の原因となる。

スクリュー３の螺旋面３２に載架された鋼管２はセンターガイド６とサイドガイド９によりスクリュー３の螺旋面３２から外れないように支持することが好ましい。鋼管２は同期して回転している複数のスクリュー３の回転によって、めっき槽１下部に下降搬送され、溶融亜鉛めっき浴Ｚに浸漬されて溶融亜鉛めっき処理が施される。鋼管２はスクリュー３の回転によって下降するだけでなく、払出し位置を固定するために、スキッドプレート８により、めっき槽内での浸漬位置を固定することが好ましい。また、鋼管２の引き上げ時には、引揚げ装置５のフック１５とストッパー７により鋼管２を挟持し、安定な姿勢で引き揚げるようにすることが好ましい。

図５にクレードル４の位置決め部１９と引揚げ装置５の関係を示す。クレードル上の位置決め部１９および引揚げ装置５のフック１５はいずれもＶ型の溝部で構成することが好ましい。クレードル上の位置決め部１９のＶ型の開き角をθ_ｃ、引揚げ装置５のフック１５のＶ型の開き角をθ_Ｌと置いて、θ_ｃ＜θ_Ｌとすることが、引揚げ時の鋼管の安定のために好ましい。

前記払出装置１０は、少なくともスクリュー３の回転と同期して鋼管２を引揚げ側に払い出すことが必要である。図２、３、５および６に示すようにスクリュー３の回転軸３１において、スクリュー螺旋面終端部１１にスクリュー外径から外に張り出して構成することが、装置をコンパクトに設計し、メンテナンス面でも有利である。また、その場合、スクリュー軸への払出装置の設置は、螺旋面終端部１１を通過した鋼管のクレードルへの着地を妨げないように、螺旋面終端部１１とは円周方向で異なる位置に設置することが好ましい。

上記、鋼管の溶融亜鉛めっき装置を用いた鋼管の溶融亜鉛めっき方法を説明する。
図示しない前処理装置で前処理された鋼管２は、めっき槽１のボトム側からトップ側に搬送され、スクリュー３に載架される。鋼管２はセンターガイド６とサイドガイド９によりスクリュー３から外れないように支持されている。鋼管２は同期して回転している複数のスクリュー３の回転によって、めっき槽１下部に下降搬送され、溶融亜鉛めっき浴Ｚに浸漬されて溶融亜鉛めっき処理が施される。スクリュー３の回転によりめっき槽１内の下部にまで下降搬送された鋼管２は、螺旋面終端部１１、１２に到達後、クレードル４に着地する。クレードル４に着地した鋼管２は、クレードル上の傾斜部１６を転がり、一時待機位置１７まで移動する。その後、鋼管２は、スクリュー３の軸に設置してある払出装置１０により、引揚げ装置５が設置してある方向（図２では外側）に順次払い出され、クレードル４上の山部１８を乗り越え、鋼管２を引揚げるための位置決め部１９に送られる。引揚げ装置５のフック１５に載ってめっき槽１から引き揚げられる。鋼管２は引き揚げ時に引揚げ装置５のフック１５とストッパー７に挟まれてめっき浴中の姿勢が安定して搬送される。図２に示すように、鋼管２はトップ側を低く、ボトム側を高く傾斜させてスクリュー３に保持されており、鋼管２がめっき浴Ｚに浸漬された際に鋼管内の空気を排気したり、引揚げ時に鋼管内の溶融亜鉛を排除することができるようになっている。

図６には、鋼管２、２’を２列溶融亜鉛めっきする装置を螺旋面終端部側から見た図を示す。ここで、鋼管２を下降搬送するスクリュー３の回転方向１３と鋼管２’を下降搬送するスクリュー３’の回転方向１４とは互いに逆回転となっている。図４の例では、鋼管２，２’が螺旋面終端部１１、１２をそれぞれ通過する時期、および、払出装置１０、１０’により引揚げ装置５にそれぞれ払い出される時期は同期している。

具体的構成を図３および図６を用いて説明する。ここで、鋼管２の外径をＤ、スクリュー３の外径半径をＲ、スクリューの軸の外径半径をｒ、払出装置１０の長さ（スクリュー軸の中心から先端まで）をＡ、スクリュー列の間隔をＢ、スクリュー軸中心から一時待機部１７の谷までの水平距離をＬ_１、スクリュー軸中心から山部１８の頂までの水平距離をＬ_２、スクリュー軸中心から位置決め部１９の谷までの水平距離をＬ_３とする。上述したように、Ｂ＋Ｌ_１＞Ａ、Ａ＞Ｌ_２＞Ｄ＋Ａ−Ｂ、Ｌ_３＞Ａ＋Ｄ／２とすることで、鋼管２をすり傷等の恐れなく安定して、一時待機部や位置決め部に保持することができる。

スクリュー軸に対し円周方向でから螺旋面終端部１１から払出装置１０までのスクリュー回転方向の角度をθ_Ａとする。さらに、鋼管２の外径Ｄは、スクリュー軸の外径半径ｒに対し、Ｄ＜Ｒ−ｒの関係にあることが好ましい。そして、品質の面からスクリューのピッチｈをＤより大きくしておく必要がある。好ましくは、１．０５Ｄ≦Ｒ≦３．０Ｄおよび１．８Ｄ≦ｈ≦２．６Ｄの範囲である。いずれも、下限未満では、鋼管がスクリューとの摩擦で傷つくおそれがあり、上限を超えて設計するのは、過大な設備となり、生産性を阻害する。また、スクリュー軸の外径半径ｒについては、スクリューの構造強度と重量のバランスから、０．１Ｄ≦ｒ≦０．９Ｄの範囲にするのが好ましい。
サイドガイド９は螺旋面終端部１１近傍まで延伸されており、鋼管の払い出し方向で鋼管２が螺旋面３２からはみ出ないように、螺旋面３２外周の接線に接して配置されていることが好ましい。

まず、スクリューへの払出装置１０の設置位置を検討する。螺旋面終端部１１が鋼管長手と直交する方向（基準）からθ_１だけ回転し、螺旋面終端部１１の先端とサイドガイド９とのすき間ｄが鋼管外径Ｄより大きくなった時に、該螺旋面終端部１１まで搬送された鋼管２はスクリュー３の支持を離れてクレードル４上に着地する。このとき、払出装置１０が鋼管２の落下を妨げないための設置位置（螺旋面終端部１１と払出装置１０の間の回転角θ_Ａ）は、以下の関係にあることが好ましい。
［θ_１＋θ_Ａ＜９０°の場合］
Ｒ−ｄ＝Ａ×ｃｏｓ（θ_１＋θ_Ａ）＜Ｒ−Ｄ ・・・（１）
または、
［２７０°＜θ_１＋θ_Ａの場合］
Ｒ−ｄ＝Ａ×ｃｏｓ｛３６０°−（θ_１＋θ_Ａ）｝＜Ｒ−Ｄ ・・・（２）
である。ここで、Ｒ−ｒ＞ｄ＝Ｒ×｛１−ｃｏｓ（θ_１）｝＞Ｄである。
展開すると、
ｃｏｓ^-1（ｒ／Ｒ）＞θ_１＞ｃｏｓ^-1｛（Ｒ−Ｄ）／Ｒ｝ ・・・（３）
かつ
３６０°−ｃｏｓ^-1｛（Ｒ−Ｄ）／Ａ｝＞θ_１＋θ_Ａ＞ｃｏｓ^-1｛（Ｒ−Ｄ）／Ａ｝ ・・・（４）
である。

上記条件を外れた場合、払出装置１０が鋼管２の落下を妨げるとともに、払出装置１０がスクリュー３の回転とともに鋼管表面をこすり、接触キズを発生させる要因になるほか、鋼管２がスクリュー３、払出装置１０およびサイドガイド９の間に挟まれて、鋼管の曲がり発生の要因となるおそれがある。

図１〜６では、一例として亜鉛めっき装置内に設置したスクリューの配置を２列の場合について記載しているが、鋼管のサイズによっては１列の場合や２列以上設置することも可能であり、スクリューの配置列数については特に限定しない。

図１および図２に示す配置で設置した。ここで、めっき槽は、内法で長さ７ｍ×幅２ｍ×深さ５ｍのものを用い、鋼管の長さは５ｍであった。鋼管径５０Ａの場合のスクリュー回転速度は、約９ｒｐｍであり、鋼管のめっき浴への浸漬時間は２〜３分であった。

クレードル４には鋼管２の一時待機部１７の溝部の谷底を基準にして、山部１８の頂を４０ｍｍ高さとし、傾斜部１６の最大高さ（クレードルの中央部）を１５ｍｍとして構成した。また、位置決め部１９のＶ型溝の開き角θ_Ｃ＝１１０°、引揚げ装置５のフック１５のＶ型溝の開き角θ_Ｌ＝１２０°とした。

表１に本発明の溶融亜鉛めっき装置にて亜鉛めっき処理を実施した場合の引揚げ不良発生率の結果を示す。引揚げ不良発生率は、鋼管の亜鉛めっき処理を施した際に亜鉛めっき装置から引き揚げられた鋼管について、めっき槽内で発生した曲がり、キズ、引揚げトラブルなどの発生本数についてカウントし、総処理本数に対する割合で算出した。処理Ｎｏ．１は、山や谷のない平坦なクレードル（比較例）を用いて操業した場合を示し、処理Ｎｏ．２は、上記した発明例のクレードルを用いて操業した場合を示す。

表１に示すように本発明の装置を用いて鋼管に亜鉛めっき処理を行うことにより、鋼管の溶融亜鉛めっき処理における引揚げ不良の発生を軽減することが明らかとなり、生産性が向上した。

本発明は、鋼管だけでなく、他の金属管や、長尺の棒材などにも適用可能である。

１ めっき槽
２、２’ 鋼管
３、３’ スクリュー
３１ 回転軸
３２ 螺旋面
４ クレードル
５ 引揚げ装置
６ センターガイド
７ ストッパー
８ スキッドプレート
９ サイドガイド
１０、１０’ 払出装置
１１ 螺旋面終端１
１２ 螺旋面終端２
１３ スクリュー回転方向１
１４ スクリュー回転方向２
１５ フック
１６ 傾斜部
１７ 鋼管の一時待機部
１８ 山部
１９ 鋼管の位置決め部
Ｚ 溶融亜鉛めっき浴

Claims (6)

1. 溶融亜鉛めっき浴を構成するめっき槽と、
   前記溶融亜鉛めっき浴中に鋼管を下降搬送し、浸漬させる、回転軸に螺旋面を有するスクリューと、
   該スクリューの螺旋面終端部を通過した前記鋼管を一旦受け止め、回転移動させる傾斜部、該鋼管の一時待機部および該鋼管を引揚げるための位置決め部を有するクレードルと、
   前記スクリューに同期して回転し、前記クレードル上の前記鋼管を前記一時待機部から前記位置決め部に払出すための払出装置と、
   前記クレードル上の前記位置決め部に位置する前記鋼管を引き揚げるための引揚げ装置と、を有する鋼管の溶融亜鉛めっき装置。
2. 前記スクリューは、鋼管長手方向に複数配置され、複数列配設されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管の溶融亜鉛めっき装置。
3. 前記クレードルは、前記傾斜部が前記スクリュー直下から前記一時待機部に向かって下がり傾斜であり、前記一次待機部が、Ｖ型、Ｕ型または矩形の溝部で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼管の溶融亜鉛めっき装置。
4. 前記クレードルは、前記一時待機部と前記位置決め部との間に前記傾斜部の開始位置より高い山部を有することを特徴とする請求項３に記載の鋼管の溶融亜鉛めっき装置。
5. 前記位置決め部をＶ型の溝で構成し、前記引揚げ装置の前記鋼管を引き揚げるフックにＶ型の溝部を設け、前記位置決め部のＶ型の開き角度θ_Ｃが前記フックの溝部のＶ型の開き角度θ_Ｌよりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の鋼管の溶融亜鉛めっき装置。
6. 前記払出装置は、前記回転軸の前記螺旋面終端に設けられ、前記螺旋面の外径から外に張り出して構成され、前記螺旋面終端とは軸に対し円周方向で異なる位置に設置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼管の溶融亜鉛めっき装置。

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