JP3573074B2

JP3573074B2 - 溶融金属めっき浴の整流部材及び溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法

Info

Publication number: JP3573074B2
Application number: JP2000245721A
Authority: JP
Inventors: 将憲西澤; 孝徳安達; 和弘大塚; 宏幸中島; 隆昭小橋; 敏明天笠
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2000-08-14
Publication date: 2004-10-06
Anticipated expiration: 2020-08-14
Also published as: JP2002069602A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属めっき浴中の整流部材及び溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法に係わり、特に、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施すめっき浴内に設けられ、鋼帯の走行やシンクロールの回転に伴って発生するめっき浴の流れを抑制し、所謂ボトムドロスの巻き上がりを防止し、ドロスの付着していない溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、連続式溶融亜鉛めっき装置（ラインともいう）を用いて、鋼帯の表面に溶融亜鉛めっきを連続的に施し、溶融亜鉛めっき鋼板（あるいは鋼帯）を製造するには、以下のような操業が行なわれる。
【０００３】
まず、図２に示すように、被めっき材の鋼帯１を溶融亜鉛めっき浴（以下、単にめっき浴という）２内に連続的に導き、該めっき浴２中に浸漬して設けたシンクロール３で上向きに方向転換して、めっき浴２中に鋼帯面を挟み配設された上下一対のサポートロール４で反りを矯正した後、めっき浴２から鉛直に鋼帯１を引き上げる。その間に、鋼帯１の表面に溶融亜鉛が付着する。溶融亜鉛が付着し、上方へ走行している鋼帯１の表面に、ノズル５（めっき金属を吹き払うので、ワイピングノズルという）を介してガス６（ワイピングガスという）を吹き付け、付着している溶融亜鉛を所望の量（表面全体で均一厚みになるように）に調整する。このワイピングノズル５の上方には、鋼帯１の走行を安定させるため、前記サポートロール４と同様に鋼帯面を挟む上下一対のタッチロール７が配置されている。このタッチロール７を経た鋼帯１は、必要に応じて、めっき層を合金化するため、その上方に設けた合金化炉８中を走行させることにより合金化処理することもできる。
【０００４】
ところで、このような鋼帯１への溶融亜鉛めっきを施す操業を行なうと、めっき浴２中には、めっき浴成分の溶融亜鉛と浸漬した鋼帯１から溶出する鉄とが反応し、ボトムドロス９と称する粒状物質（ＦｅＺｎ_７主成分）が生成する。このボトムドロス９は、比重が亜鉛より重く、浴槽の底面に堆積しているが、操業中に、鋼帯１がめっき浴２中を走行し、上記シンクロール３が回転すると、それに伴いめっき浴２に流れ（随伴流と称する）が生じ、この流れによりボトムドロス９が浴底面より巻き上がり、浴内に浸漬された鋼帯１の表面に付着する。従って、かかる操業で得たボトムドロスの付着している溶融亜鉛めっき鋼板をプレス加工して鉄鋼製品を製作すると、欠陥（外観を損ねる）となる。なお、これまでに、ボトムドロスは、溶融亜鉛めっき浴のＡｌ濃度が０．１６質量％以下で存在し、ボトムドロスの生成を促す鋼帯からのＦｅの溶出は、浴温が５００℃近傍で最も多くなると言われている。また、鋼帯の走行速度が８０〜８５ｍ／ｍｉｎ以上で、ボトムドロスの付着が顕著になることも知られている。
【０００５】
そこで、従来は、特に外観が厳しい鉄鋼製品の材料としての溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際には、上記ドロス欠陥の発生を防止するため、鋼帯１の走行速度（通板速度ともいう）を制限して、めっき浴２に生じる前記随伴流を抑制せざるを得ない。その結果、生産性が低下し、溶融亜鉛めっき鋼帯のコストも増加するという問題があった。
【０００６】
従って、従来より、このようなボトムドロス９の巻上がりを防止するための研究が盛んに行なわれ、例えば、特開平３−３８３５３号公報、特開平３−４７９５６号公報に開示されたボトムドロスの巻上げ抑制方法及び装置、あるいは特開平３−２７７７５４号公報、特開平４−２４７８６１号公報に開示された溶融亜鉛めっき装置等、多くの公開技術がある。これらの技術は、いずれもめっき浴２中に浸漬され、鋼帯１が巻かれているシンクロール３の下方に、前記随伴流が浴の底面方向に向かわないようにする遮蔽板１０（整流板ともいう）を設置するものである（図３参照）。しかも、共通して、遮蔽板１０がシンクロール３の下方全体を覆うように設置されている。確かに、これらの技術を実際に採用すると、ボトムドロス９の鋼帯１やシンクロール３の表面への付着は抑制され、溶融亜鉛めっき鋼板の表面品質は向上する。
【０００７】
しかしながら、操業を一旦停止して設備の補修等を行なう場合、再開時にシンクロール３に鋼帯１を巻き付けるための作業（通板作業という）が非常に煩雑になる。つまり、遮蔽板１０はシンクロール３の支持部材１１で共に支持され、シンクロール３との間隙が固定されているから、作業がやり難いのである。設備補修による一時停止の頻度は比較的高いので、このため操業停止時間が増大し、生産性が低下するという問題は解消できない。
【０００８】
そこで、本出願人は、先に特開２０００−４５０５７号公報にて、前記した技術の遮蔽板１０とは形状の異なるボトムドロス巻き上がり防止装置を提案し、それによって、上述の作業性の悪さを解消した。その装置は、シンクロール３の両端部をそれぞれ別個に覆う２本の筒状体１２であり、図４に示すように、シンクロール３の鋼帯１が巻き付く領域以外に取り付けるようにしたものである。この装置によれば、鋼帯１の巻き付けを阻害することがないので、前記通板作業の作業性は一気に解消された。
【０００９】
しかしながら、この筒状体によるボトムドロス巻上がり防止効果は、鋼帯の走行速度が１００ｍ／ｍｉｎを超えて速くなった場合には不十分であることがわかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情に鑑み、操業再開時の通板作業を容易にするばかりでなく、めっき品質の優れた溶融金属めっき金属帯を生産性高く製造可能にする溶融金属めっき浴中の整流部材及び溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、めっき浴の流れを水モデル実験で解明し、さらにめっき浴中のＡｌ濃度、温度の溶融亜鉛めっき鋼帯へのドロス付着への影響を解明し、その成果を本発明に具現化した。
【００１２】
すなわち、本発明は、金属帯へ連続溶融金属めっきを施すめっき浴内に浸漬されたシンクロールの下方に設けられ、金属帯の走行及びシンクロールの回転で生じ、めっき浴の底部に溜まったボトムドロスを巻き上げるめっき浴の流れを抑制する整流部材であって、
該整流部材の形状は、シンクロール下側の側面及び外周面の一部を覆うと共に、該外周面に沿った曲率を有し、前記整流部材のシンクロールの長手方向寸法は、両端からシンクロールに巻き付く金属帯の全面を覆わない長さであり、且つ前記整流部材のシンクロールへ金属帯が巻き付きを始める側の一端は、シンクロールの中心軸と水平な高さ位置で、該整流部材の他端は、少なくともシンクロールの外周面の最下端位置より金属帯走行方向後流側の高さ位置としてなることを特徴とする溶融金属めっき浴の整流部材である。
【００１４】
また、本発明は、鋼帯を溶融亜鉛めっき浴内に連続的に導き、該めっき浴中に浸漬して設けたシンクロールで上向きに方向転換し、該めっき浴から鋼帯を引き上げて該鋼帯の表面に溶融亜鉛を付着させる溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法において、前記めっき浴内に請求項１記載の整流部材を浸漬して、前記めっき浴のＡｌ濃度を０．１３〜０．１５質量％に、めっき浴の温度を４５５〜４７５℃にして操業することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法である。
【００１５】
本発明に係る整流部材を用いると、シンクロールに巻かれる金属帯の全面を覆うことがないので、操業再開時の通板作業が容易で、設備停止時間が短くできるばかりでなく、金属帯の走行速度を従来より高めて、溶融亜鉛めっき鋼帯の生産性を従来より向上できるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、発明をなすに至った経緯を交え、被めっき材（金属帯）を鋼帯、めっき浴を溶融亜鉛とした例で、本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
現在までの情報より、浴底面に堆積するボトムドロス（以下、単にドロスという）は、下記に示すめっき浴の流れにより巻き上げられると予想した。つまり、図５に示すように、
流れＡ：鋼帯の走行方向に沿った下向きの流れ→平面でみて、浴中央部のドロスを巻き上げる、
流れＢ：シンクロールへ鋼帯が巻き付き始める部分（バイト部という）にロールの回転及び鋼帯の走行に伴う随伴流が集合して、浴側壁方向に向きを変え、壁面に衝突して下降する流れ→鋼帯の幅方向両端から壁までの間のドロスを巻き上げる、
流れＣ：シンクロール端面で生じる風車の場合に似た旋回撹拌流（通常、シンクロールは浮力の増加を避けるため中空で、端面に図６に示すような孔１３が開口しているため、内部から溶融亜鉛が噴射され旋回する）端部から壁までの間のドロスを巻き上げる。
【００１８】
そこで、発明者は、この予想を確認するため、めっき浴２の実際の大きさの１／２．５スケールで水モデル試験機を製作し、この試験機を用いて、鋼帯１の走行及びシンクロール３（以下、単にロールという）の回転に伴い発生するめっき浴２の流れを調査し、浴底面におけるめっき浴流れの流速を測定した。測定結果を図７に示す。
【００１９】
図７より、鋼帯直下にあたる浴底面の流れ（流れＡ）は速度が小さく、ドロス巻上に対する影響が無視でき、流れＢ及び流れＣの影響が大きいことが明らかである。つまり、ドロス巻き上げには、ロール端面の孔１３の旋回撹拌流による影響及びロール−鋼帯間の前記バイト部から派生し、めっき槽壁に沿い浴底面へ向かう下降流による影響が強いことがわかった。
【００２０】
そこで、発明者は、この試験結果に基づき、ドロスの巻き上げには、流れＢ及び流れＣを抑制すれば良いと考え、整流手段を検討した。その結果、図１に示すような整流部材１６が適切であると判断し、それを本発明としたのである。
【００２１】
すなわち、めっき浴２内に浸漬されたシンクロール３の下方に設けられた整流部材であり、その形状は、シンクロール下側の側面１４及び外周面１５の一部を覆うものである。また、シンクロール３の外周面に沿った曲率を有し、シンクロール３の長手方向に対する寸法は、両端からシンクロール３に巻き付く鋼帯１の全面を覆わない長さであり、シンクロールの中央部は鋼帯の全幅の６０％以上が前記整流部材により覆われていないことが好ましく、鋼帯全幅の４０％未満、例えば３００ｍｍ程度以下であれば鋼帯を覆っていても良い。この整流部材１６によれば、流れＢ及び流れＣは、確実に抑制できるばかりでなく、ロール中央の鋼帯１が巻き付けられる部分は該整流部材１６で覆われていないので、操業再開時の前記通板作業において鋼帯１をシンクロール３に巻き付ける作業が容易になり、操業停止時間が従来より著しく短縮可能となる。
【００２２】
さらに、本発明は、流れＣの旋回流の抑制に対して特に対策を考えた。それは、シンクロール３の外周面に沿った曲率を有してはいるが、シンクロール３の外周面を完全に覆う円筒状とせずに、上方を開放するようにしたことである。円筒状にすると、かえって旋回流を強める作用があるからである。そのため、本発明では、前記整流部材１６のシンクロール３へ金属帯１が巻き付きを始める側の一端１７は、シンクロールの中心軸と水平な高さ位置で、該整流部材の他端１８は、少なくともシンクロールの外周面の最下端位置１９より鋼帯走行方向後流側とすることが好ましい。旋回流が少しでも上向きになれば、ドロス９の巻き上げ作用が低減するからである。
【００２３】
次に、発明者は、上記整流部材の他にもボトムドロスの生成に影響を与えるめっき浴のＡｌ濃度及び温度について検討し、その適正な範囲を以下のように定め、その条件で操業することを本発明とした。
【００２４】
まず、めっき浴中のＡｌ濃度は、０．１３〜０．１５質量％とする。０．１３質量％未満では、十分なＡｌ富化層が得られないためめっき層の密着性が劣るようになるからである。また、０．１５質量％超では、浴中に溶出しているＦｅがＡｌと優先的に反応してトップドロス（主としてＦｅ２Ａｌ５）を生成し、このトップドロスの比重がめっき浴の比重よりも低いので、めっき浴中に浮遊またはめっき浴面に浮上し、前記整流部材がその効果を十分に発揮できないからである。
【００２５】
また、めっき浴の温度は、４５５〜４７５℃とする。４５５℃未満では、溶融亜鉛めっき鋼帯において十分なめっき密着性が得られず、４７５℃超では、鋼帯からのＦｅの溶出が進んでドロスの生成量が多くなり、めっき浴内のロールに巻き付き、浴機器の交換頻度が増えて溶融亜鉛めっき鋼帯の生産性が落ちるからである。
【００２６】
【実施例】
図２に示したものと同様な連続溶融亜鉛めっきラインにて、板幅１．１ｍ、板厚０．８ｍｍの冷間圧延された普通炭素鋼からなる鋼帯１を用い、溶融亜鉛めっき鋼帯を製造した。その際、めっき浴２の組成は、Ａｌ：０．１４質量％，残部Ｚｎで、温度４７０℃で管理し、鋼帯１の走行速度は、必要に応じて種々変更した。なお、浸漬したシンクロール３は、外径７００ｍｍ，長さ２．２ｍである。また、めっき浴は、０．１５質量％Ａｌ及び残部Ｚｎで、浴温は４８０℃とし、整流部材有りと無しの条件にて製造した結果も併せて示す。
【００２７】
このシンクロール３の支持部材１１に、図１に示した本発明に係る整流部材１６を取りつけた。その取り付け状況は、該整流部材１６の内面とシンクロール３の外周面との間隔を７５ｍｍとし、シンクロール３の両端部を覆う長さは、ロールの両端より５００ｍｍとした。また、該整流部材１６のシンクロール３へ鋼帯１が巻き付きを始める側の一端１７は、シンクロール３の中心軸と水平な高さ位置としたが、他端１８は、シンクロール３の外周面の最下端位置１９より鋼帯走行方向後流側で５０ｍｍ高くなるようにした。
【００２８】
操業結果を鋼帯１の走行速度に応じたドロス付着個数（目視観察）で評価し、図８に一括して示す。図８より、本発明によれば、ドロス９の付着個数が整流部材１６を取り付けていない従来の値に比べ、著しく低減することが明らかである。つまり、ドロス欠陥が従来より低減することを示唆している。また、Ａｌ濃度を０．１３〜０．１５質量％、温度４５５〜４７５℃の範囲とすると、鋼帯１の走行速度を１３０ｍ／ｍｉｎに高めても、ドロス付着が少なく、従来の操業より、走行速度を約５０％程度増速できるようになる。また、設備一時停止後の操業再開時の通板作業は、整流部材を取り付けていない時と同等であり、迅速化が達成できる。
【００２９】
なお、上記実施例は、被めっき対象材が鋼帯で、めっき浴が溶融亜鉛であるが、本発明は、これらに限らず、他の金属帯やめっき浴（溶融アルミニウム浴、溶融亜鉛−アルミニウム浴）にも適用できることは、言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、めっき浴の底に溜まるボトムドロスの巻き上げが従来より低減し、めっき品質が改良される。また、被めっき対象材の金属帯の走行速度も向上でき、且つ操業再開時のシンクロールへの通板作業による設備停止時間の短縮が図れるので、溶融金属めっき金属帯の生産性が確実に高まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る整流部材を示す概念図であり、（ａ）は側面、（ｂ）は正面である。
【図２】一般的な連続溶融亜鉛めっき装置（ライン）を示す図である。
【図３】従来のめっき浴流れの遮蔽板の一例を示す図であり、（ａ）は側面、（ｂ）は正面である。
【図４】従来の筒状体からなるめっき浴の整流部材を示す図である。
【図５】鋼帯の走行及びロールの回転で生じるめっき浴内の流れを示す図である。
【図６】一般的なシンクロールの構造を示す図であり、（ａ）は正面、（ｂ）は側面である。
【図７】水モデル試験で測定しためっき浴底面の流速分布を示す図である。
【図８】本発明の実施結果をドロス付着量で評価した図である。
【符号の説明】
１鋼帯（金属帯）
２めっき浴
３シンクロール
４サポートロール
５ノズル
６ガス
７タッチロール
８合金化炉
９ボトムドロス（ドロス）
１０遮蔽板
１１支持部材
１２筒状体
１３孔
１４シンクロール下側の側面
１５シンクロール下側の外周面
１６整流部材
１７整流部材の一端
１８整流部材の他端
１９最下端位置
２０スナウト

Claims

金属帯へ連続的に溶融金属めっきを施すめっき浴内に浸漬されたシンクロールの下方に設けられ、金属帯の走行及びシンクロールの回転で生じ、めっき浴の底部に溜まったボトムドロスを巻き上げるめっき浴の流れを抑制する整流部材であって、
該整流部材の形状は、シンクロール下側の側面及び外周面の一部を覆うと共に、該外周面に沿った曲率を有し、前記整流部材のシンクロールの長手方向寸法は、両端からシンクロールに巻き付く金属帯の全面を覆わない長さであり、且つ前記整流部材のシンクロールへ金属帯が巻き付きを始める側の一端は、シンクロールの中心軸と水平な高さ位置で、該整流部材の他端は、少なくともシンクロールの外周面の最下端位置より金属帯走行方向後流側の高さ位置としてなることを特徴とする溶融金属めっき浴の整流部材。
鋼帯を溶融亜鉛めっき浴内に連続的に導き、該めっき浴中に浸漬して設けたシンクロールで上向きに方向転換し、該めっき浴から鋼帯を引き上げて該鋼帯の表面に溶融亜鉛を付着させる溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法において、
前記めっき浴内に請求項１記載の整流部材を浸漬して、前記めっき浴のＡｌ濃度を０．１３〜０．１５質量％に、めっき浴の温度を４５５〜４７５℃にして操業することを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼帯の製造方法。