JP3779272B2 - 金属ストリップの浸漬コーティング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、金属ストリップ、特に鋼ストリップの連続熱浸漬コーティング装置に関する。
【０００２】
多くの産業の用途で、鋼シートは、例えば腐食保護のための保護層、通常亜鉛層を施されて使用される。
【０００３】
この種のシートは多くの産業で全ての種類の部品、特に目に見える部品の製造に使用される。
【０００４】
この種のシートを得るには、鋼ストリップを例えば亜鉛の溶融金属の浴に浸漬する連続浸漬装置が使用され、この溶融金属には他の元素、例えばアルミニウムおよび鉄、および可能な添加剤、例えば鉛、アンチモンなどを含んでもよい。浴の温度は金属の性質に依存し、亜鉛の場合には浴の温度は約４６０℃である。
【０００５】
特に熱亜鉛めっきの場合、鋼ストリップが溶融亜鉛浴中に入ると、厚さ数十ナノメートルのＦｅ−Ｚｎ−Ａｌの金属間合金が前記ストリップの表面に形成される。
【０００６】
このようにしてコーティングした部品の腐食抵抗性は亜鉛によって与えられ、その厚さは通常エアーワイピングによって制御される。金属ストリップへの亜鉛の付着は前述の合金によって与えられる。
【０００７】
鋼ストリップが溶融金属浴を通る前に、この鋼ストリップは最初に還元雰囲気中でアニーリング炉を通って進むが、この目的は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が実際の浸漬コーティング作業に必要な化学反応に有利になるように準備するためである。鋼ストリップは等級によって約６５０〜９００℃で再結晶化および表面の準備に必要な時間加熱される。それは次いで熱交換器によって溶融金属浴の温度近くまで冷却される。
【０００８】
それがアニーリング炉を通過した後、鋼ストリップは「筒口（ｓｎｏｕｔ）」とも呼ばれる鋼を保護する雰囲気のダクトを通って進み、溶融金属の浴に浸漬される。
【０００９】
このダクトの下端は前記浴の表面とこのダクトの内部で液体シールが画定されるように金属浴の中へ浸漬され、鋼シートが前記ダクトを通って進むときに液体シールを通る。
【００１０】
鋼ストリップは金属浴の中に浸漬されたローラによって向きを変えられる。それはこの金属浴から現れ、次いでこの鋼ストリップの液体金属コーティング厚さを制御するために用いるワイピング手段を通過する。
【００１１】
特に熱亜鉛めっきの場合、ダクト内部の液体シールの表面は通常このダクト内部の雰囲気と液体シールの亜鉛との間の反応による酸化亜鉛、および鋼ストリップ溶解反応による固体の湯垢粒子または金属間化合物で被覆されている。
【００１２】
亜鉛浴中の過飽和したこれらの湯垢または他の粒子は、密度が液体亜鉛のそれよりも低く、浴の表面、特に液体シールの表面に浮かび上がる。
【００１３】
液体シールの表面を鋼ストリップが通過することによって、汚れた粒子の混入が起きる。鋼ストリップのスピードに応じて、液体シールの動きにより混入したこれらの粒子は、浴の容積から除去されることなく、ストリップを引き出す領域に現れ、外観の欠陥を招く。
【００１４】
このようにして、コーティングした鋼ストリップは外観の欠陥が亜鉛ワイピング作業中に拡大されあるいは出現する。
【００１５】
これは、前記粒子が取り除かれあるいは壊れる前に、異物がエアーワイピングの噴射によって引き留められているからであり、したがってより薄い厚みの液体亜鉛の条痕が数ｍｍから数ｃｍの範囲の長さで発生する。
【００１６】
亜鉛粒子および湯垢を液体シールの表面から除去する種々の解決策が提案されてきた。
【００１７】
これらの欠点を避ける第１の解決策は、酸化亜鉛および湯垢を浴からポンプで汲み出すことによって液体シールの表面を清浄化することである。
【００１８】
これらのポンプ汲み出し作業はただポンプ汲み出しを行う液体シールの表面の非常に局部的な点のみを清浄化し、その作業の効果と範囲は非常に小さく、鋼ストリップが通過する液体シールを完全に清浄化することは保障されない。
【００１９】
第２の解決策は、金属シートまたはセラミックプレートをこの液体シールに配置することによって鋼ストリップが通過する点の液体シールの面積を減少させ、表面に存在するいくつかの粒子をストリップから遠ざけて、このストリップによる液体シールの自己クリーニングを行わせることである。
【００２０】
この構成は液体シールの表面に存在する全ての粒子を遠ざけないし、自己クリーニング作用は液体シールの面積が小さいほど大きく、これは工業的な運転条件には両立しない。
【００２１】
さらに、所定の運転時間の後、プレート外側の粒子の蓄積物はますます大きくなり、結局は粒子のクラスターが分離して鋼ストリップの上に再び戻ってくることとなる。
【００２２】
液体シールの表面に浮かべた追加のプレートも亜鉛塵芥を捕捉する好ましい部位を形成する。
【００２３】
他の解決策はダクト中の液体シールの表面にフレームを追加し、鋼ストリップを囲むことである。
【００２４】
この構成は鋼ストリップの動きに起因する酸化亜鉛および湯垢の混入に伴う全ての欠陥を取り去ることはできない。
【００２５】
これは、液体シール部で亜鉛蒸気がフレームの壁に凝縮し、浸漬したストリップの振動あるいは熱的な不均一さによる微小な撹乱でフレームの壁が汚され、こうして異物の滞留する領域となるからである。
【００２６】
したがってこの解決策はそれ自体が欠陥の追加の原因になる前の数時間、最善でも数日間だけ運転することができる。
【００２７】
このように、この解決策は液体シールのほんの部分的な対処であって、外観欠陥のない表面を求める顧客の要求を満足させるだけの、きわめて低い欠陥密度を達成することはできない。
【００２８】
また知られていることは、溶融金属浴を補充することによって液体シールを清浄化する解決策である。
【００２９】
補充はポンプ移送する液体亜鉛を鋼シートが浸漬される領域の近くの浴に導入することで達成される。
【００３０】
この解決策を実施するには多くの困難さがある。
【００３１】
これはオーバーフロー効果を得るためには非常に高いポンプ移送速度が必要であり、液体シール部に噴射するポンプ移送の亜鉛は亜鉛浴中で発生した湯垢を含むからである。
【００３２】
さらに、液体亜鉛を補充するパイプはそれを浸漬する前に鋼ストリップ上にスクラッチを発生させ、液体シール上部の凝縮した亜鉛蒸気の堆積によって、それ自体欠陥の原因である。
【００３３】
また、亜鉛を液体シール部に補充するプロセスで、この補充が、鋼ストリップを囲んで液体シールの表面に現れるステンレススチール製ボックスによって達成されるプロセスも知られている。ポンプがこのようにして作られたオーバーフローに混入した粒子を吸い取り、それらを浴の容積中に送達する。
【００３４】
このプロセスはまた、底部ローラ上の浴の容積中のストリップを囲むボックスが密閉できない限り、恒久的にオーバーフロー効果を維持するためには非常に高いポンプ移送速度を必要とする。
【００３５】
本発明の一目的は、上述の欠点を回避し、外観欠陥のない表面を求める顧客の要求を満足させるだけの、きわめて低い欠陥密度を達成することのできる、金属ストリップの連続亜鉛めっき装置を提供することである。
【００３６】
この目的のために、本発明の主題はまた、金属ストリップの連続浸漬コーティング装置であって、
液体金属浴を含むタンクと、
金属ストリップが保護雰囲気中で中を進むダクトであって、そのダクトの下部が前記浴の表面とこのダクトの内部で液体金属シールを画定するように液体金属浴中に浸漬されるダクトと、
金属ストリップの向きを変えるために金属浴中に置かれたローラと、
金属浴を離れる際にコーティングした金属ストリップをワイピングする手段とを含む種類の装置であり、
ダクトが、酸化金属粒子および金属間化合物粒子を回収する少なくとも２つの区画を形成するように、その下部で各々ストリップの１つの側に配置されて前記ダクトの金属浴の表面に向けられた少なくとも２つの内壁によって延ばされ、このダクトが、変形可能な要素によって互いに結合された固定上部と可動下部、および前記ダクトの可動下部を金属ストリップに関して位置決めを行う手段を有することを特徴とする装置である。
【００３７】
本発明の他の形態によれば、
変形可能な要素が、ステンレススチール製のベローズによって形成され、
位置決め手段が、この下部を、ストリップに直角でありベローズの近くに位置する軸の周りを回転させて動かすように、ダクトの可動下部に結合した作動部材を含み、
位置決め手段が、この下部を、ストリップに直角でありベローズの近くに位置する軸の周りを回転させて、および／あるいは液体金属浴の表面に平行に移動させて動かすように、ダクトの可動下部に結合した２つの作動部材を含み、
作動部材が油圧または空圧シリンダによって形成されている。
【００３８】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照しながら、以下の例示としての説明によって明らかになろう。
【００３９】
以下に、金属ストリップの連続亜鉛めっき装置の説明を行う。しかし、本発明は表面汚染が発生する可能性があり、清浄な液体シールを維持すべきいかなる連続浸漬コーティングプロセスにも適用される。
【００４０】
第１に、冷間圧延機を出た後、鋼ストリップ１は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が亜鉛めっき作業に必要な化学反応に有利になるよう準備する目的で、還元雰囲気中でアニーリング炉（図示されていない）を通過させる。
【００４１】
鋼ストリップはこの炉で例えば約６５０〜９００℃に加熱される。
【００４２】
アニーリング炉を出た後、鋼ストリップ１は図１に全体的に１０で示される亜鉛めっき装置を通過する。
【００４３】
この装置１０は、アルミニウムおよび鉄などの化学元素、および可能な添加剤、特に鉛およびアンチモンなどを含有する液体亜鉛の浴１２を収容するタンク１１を含む。
【００４４】
この液体亜鉛の浴の温度は約４６０℃である。
【００４５】
アニーリング炉を通過した後、鋼ストリップ１は熱交換器によって液体亜鉛浴の温度近くまで冷却され、次いで液体亜鉛浴１２の中に浸漬される。
【００４６】
この浸漬の間にＦｅ−Ｚｎ−Ａｌ金属間合金が鋼ストリップ１の表面に形成され、亜鉛コーティングを作り、その厚さは鋼ストリップ１の液体亜鉛浴１２中での滞留時間に依る。
【００４７】
図１に示すように、亜鉛めっき装置１０は、中を鋼ストリップ１が鋼を保護する雰囲気中で進むダクト１３を含む。
【００４８】
このダクト１３は「筒口」とも呼ばれ、図に示す例示では長方形の断面を有する。
【００４９】
このダクト１３の下端１３ａは、前記浴１２の表面とこのダクト１３の内部で液体シール１４が画定されるように金属浴１２の中に浸漬される。
【００５０】
このようにして、鋼ストリップ１は液体亜鉛浴１２に浸漬される際に、液体シール１４の表面を通過する。
【００５１】
鋼ストリップ１は通常底部ローラと呼ばれる、亜鉛浴１２中に置かれたローラ１５によって向きを変えられる。この亜鉛浴１２を出る際に、コーティングした鋼ストリップ１は、例えばエアースプレーノズル１６ａからなる、液体亜鉛コーティングの厚さを制御するために鋼ストリップ１の各両側に向けられたワイピング手段１６を通過する。
【００５２】
図１に示すように、ダクト１３の下部１３ａは、偏向ローラ１５と同じ側にあるストリップ１側に面する側に、液体シール１４の表面に向かう内壁２０によって延ばされ、液体シール１４の表面に浮上する酸化亜鉛粒子および金属間化合物粒子を捕集するために、ダクト１３で液体亜鉛のオーバーフロー区画２１を作る。
【００５３】
この目的のために、内壁２０の上端２０ａは液体シール１４の表面の下方に位置し、前記シール１４のこの表面からこの区画２１に向かう液体亜鉛の自然流が設定されるように、区画２１には前記区画中の液体亜鉛のレベルを液体シール１４の表面の下方のレベルに維持する手段（図示せず）が提供される。
【００５４】
さらに、偏向ローラ１５の反対側に位置するストリップ１側に面するように配置されたダクト１３の下端１３ａは、液体シール１４の表面に向かう内壁２２によって延ばされ、ダクト１３で酸化亜鉛粒子を貯蔵するシールされた区画２３を作る。
【００５５】
内壁２２の上端２２ａは液体シール１４の上方に位置している。
【００５６】
この場合、この区画２３は、ダクトの傾斜した下方の壁から由来する酸化亜鉛粒子の貯蔵所として働き、鋼ストリップ１を保護するためにこれらの酸化物粒子を貯蔵することができる。
【００５７】
変形によれば、内壁２２の上端２２ａは液体シール１４の表面の下方に位置することができ、この場合、区画２３は区画２１と同様液体亜鉛のオーバーフロー区画である。
【００５８】
このシステムを最適な状態で運転するには、鋼ストリップ１は２つの区画２１および２３の壁２０および２２に接触する危険にさらされることなく、液体亜鉛シール１４に浸入しなければならない。
【００５９】
２つの区画２１および２３の壁２０および２２の間を通過する鋼ストリップ１のラインは、偏向ローラ１５の直径とその位置で決定される。
【００６０】
加えて、鋼ストリップ１に対するダクト１３の下部１３ａの位置は、ローラ１５を変える度に修正される。
【００６１】
これを行うために、ダクト１３は、ダクト１３の可動下部３１の位置を修正することができるように、変形可能な要素３２によって互いに結合された固定上部３０と可動下部３１の２つの部分を有する。変形可能な要素３２は、例えばステンレススチール製のベローズからなり、ダクト１３の下部３１は内壁２０および２２を鋼ストリップ１に関して位置決めする手段３５を伴う。
【００６２】
図２に示した第１の実施形態によれば、位置決め手段３５は、この下部３１をストリップ１に直角でありベローズ３２の近くに位置する仮想軸Ａの周りに回転させて動かすように、例えばダクト１３の可動下部３１に結合された油圧または空圧シリンダからなる作動部材３５ａを含む。
【００６３】
したがって、そのロッドの自由端が回転するように可動下部３１に装着されたシリンダ３５ａを作動させることによって、この下部３１の傾き角度を図２中に点線で示したように鋼ストリップ１の傾きに応じて修正することができる。
【００６４】
図３および４に示した第２の実施形態によれば、位置決め手段３５は２つの作動部材、それぞれ３５ａおよび３５ｂを含み、例えばダクト１３の下部３１に結合された油圧または空圧シリンダからなる。
【００６５】
したがって、２つのシリンダ３５ａおよび３５ｂを作動させることによって、前記複数のシリンダの作動ロッドの変位動程が同一であれば、図３に示すようにダクト１３の可動下部３１は液体金属浴１２の表面と平行に移動する。この場合、可動下部３１はそれ自身と平行に留まる。
【００６６】
さらに、２つのシリンダ３５ａおよび３５ｂを前記シリンダの作動ロッド毎に異なる変位動程で作動させることによって、可動下部３１は、直角な仮想軸の周りの回転と液体金属浴１２の表面に平行な移動によって図４に示すように動く。
【００６７】
この構成には、一方においてダクト１３の可動部３１の鋼ストリップ１に関する位置、および他方において前記可動部の水平状態を、独立して調節することが可能になる利点がある。これは各区画２１および２３に流入する液体金属の流れの平衡を保つことを可能にし、結果として装置の効率が向上する。
【００６８】
ダクト１３の可動下部３１を回転および／または移動によって動かすことによって、区画２１および２３の内壁２０および２２の位置は、鋼ストリップ１がこれらの壁に接触する危険にさらされることなく前記内壁２０および２２によって定まる液体亜鉛シール１４に浸入するように調節される。
【００６９】
図５および６に示すように、装置はダクト１３内部の鋼ストリップ１を案内する手段４０を含む。
【００７０】
これらの案内手段４０は、鋼ストリップ１がローラ１５に関してそれに沿って進むラインを調節し、区画２１および２３の２つの壁２０および２２間の前記鋼ストリップ１の通路をより容易に制御するために、ダクト１３内に配置された偏向ローラ４１または４２によって形成される。
【００７１】
薄い鋼ストリップの場合、偏向ローラ４１は図５に示すように、ストリップ１のローラ１５と接触する側とは反対側の面に配置され、より厚い鋼ストリップ１の場合、偏向ローラ４２は、図６に示すように、ストリップ１の駆動ローラ１５と接触する面に配置される。
【００７２】
この場合、偏向ローラ４２によって、亜鉛めっきタンク上流の炉内のローラでの鋼ストリップのその厚み方向の変形勾配に起因して鋼ストリップ１が直角方向に湾曲するのを補償することが可能になる。
【００７３】
本発明はいかなる金属浸漬コーティングプロセスにも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による連続浸漬コーティング装置の側面を示す概略図である。
【図２】 本発明による装置のダクトの位置決め手段の第１の実施形態を拡大して示す概略図である。
【図３】 本発明による装置のダクトの位置決め手段の第２の実施形態を拡大して示す概略図である。
【図４】 本発明による装置のダクトの位置決め手段の第２の実施形態を拡大して示す概略図である。
【図５】 本発明による装置のダクト内のストリップ案内手段の実施形態を示す概略図である。
【図６】 本発明による装置のダクト内のストリップ案内手段の実施形態を示す概略図である。

Claims (7)

1. 金属ストリップ（１）の連続浸漬コーティング装置であって、
   液体金属浴（１２）を含むタンク（１１）と、
   金属ストリップ（１）が保護雰囲気中で中を進むダクト（１３）であって、そのダクト（１３）の下部（１３ａ）が前記浴（１２）の表面とこのダクト（１３）の内部とで液体金属シール（１４）を画定するように液体金属浴（１２）中に浸漬されるダクトと、
   金属ストリップ（１）の向きを変えるために金属浴（１２）中に置かれたローラ（１５）と、
   金属浴（１２）を離れる際にコーティングした金属ストリップ（１）をワイピングする手段（１６）とを含む種類の装置であって、
   ダクト（１３）が、酸化金属粒子および金属間化合物粒子を回収する少なくとも２つの区画（２１、２３）を形成するように、その下部（１３ａ）で、ストリップ（１）の各側に配置されて前記ダクトの金属浴（１２）の表面に向けられた少なくとも２つの内壁（２０、２２）によって延ばされ、前記２つの区画の少なくとも１つがオーバーフロー区画であり、このダクト（１３）が、変形可能な要素（３２）によって互いに結合された固定上部（３０）および可動下部（３１）と、前記下部（３１）に結合された、前記ダクト（１３）の可動下部（３１）を液体金属浴（１２）の表面に平行に移動させて動かすための２つの作動部材（３５ａ、３５ｂ）を含む、前記ダクト（１３）の可動下部（３１）を金属ストリップ（１）に関して位置決めを行う手段（３５）とを有することを特徴とする装置。
2. ２つの作動部材（３５ａ、３５ｂ）がまた、ダクト（１３）の可動下部（３１）を、ストリップ（１）の長手方向に直角な軸の周りを回転させて動かすことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 変形可能な要素が、ステンレススチール製のベローズ（３２）によって形成されることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 作動部材（３５ａ、３５ｂ）が油圧または空圧シリンダで形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
5. ダクト（１３）内部の金属ストリップ（１）を案内する手段（４０）を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
6. 案内手段（４０）が、ストリップ（１）の、偏向ローラ（１５）と接触する側とは反対側の面に配置された偏向ローラ（４１）によって形成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 案内手段（４０）が、ストリップ（１）の、偏向ローラ（１５）と接触する面に配置された偏向ローラ（４２）によって形成されることを特徴とする請求項５に記載の装置。

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