JP4239354B2

JP4239354B2 - 電気錫めっき鋼板のラミナーフローノズル、冷却装置および冷却方法

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Publication number: JP4239354B2
Application number: JP2000098661A
Authority: JP
Inventors: 尚稔龍; 利裕菊地; 敏明天笠; 慶結城; 文男青木; 茂樹谷口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001288594A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理（錫めっき層溶融処理）後の冷却装置に係り、とくにリフロー処理後の急冷に際し発生するクエンチステンインの防止に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼板表面に電気的に錫めっきを施した電気錫めっき鋼板は、缶用材料として利用されることが多いが、通常、めっき表面は光沢を有することが要求されている。しかし、単に電気めっきしただけでは、所望の光沢を得ることができないため、通常は、電気錫めっき後に加熱して錫めっき層の表面を溶融したのち、ただちに急冷することにより、表面の錫酸化物の形成を防止し、良好な金属光沢を有する鋼板表面外観を得ている。
【０００３】
しかし、この急冷時に、溶融した錫が部分的に凝集したり、あるいは冷却の不均一に起因して、鋼板表面にあたかも水滴が付着したような、クエンチステインと呼ばれる汚れ模様が発生する場合がある。
このようなクエンチステインを防止する方法として、例えば、特開昭50-74532号公報には、リフローされた金属板がクエンチタンクに入る前の位置において、ミストを噴霧する第１段の冷却と、クエンチタンク内で、高圧大容量の液中スプレーによる第２段の冷却を行うクエンチステインを防止する方法が提案されている。また、特開昭50-75131号公報には、リフローされた金属板がクエンチタンクに入る前の位置において、高圧水を案内板に沿わせてスプレーする第１段の冷却と、クエンチタンク内で、高圧大容量の液中スプレーによる第２段の冷却を行うクエンチステインを防止する方法が提案されている。
【０００４】
しかしながら、特開昭50-74532号公報、特開昭50-75131号公報に記載された技術では、ライン速度、鋼板板厚、めっき厚の変化に対応して冷却条件を調整することが難しく、クエンチステインを防止できない場合があるという問題があった。
また、実開平2-94257 号公報には、電気錫めっきのリフロー設備が提案されている。この電気錫めっきのリフロー設備では、錫層溶融部の保熱炉の出側に非酸化性ガスの吹出し口を設けて、錫層の酸化を防止し光沢のあるぶりきを製造できるとしている。しかしながら、実開平2-94257 号公報に記載された設備では、冷却能に限界がありクエンチステインの防止は困難である。
【０００５】
また、特開平4-88193 号公報には、クエンチ処理時のクエンチタンクの水温を50〜75℃の一定範囲内に保持して、クエンチ処理を行うことにより経時変化に伴う酸化錫の生成を防止する方法が開示されている。しかしながら、特開平4-88193 号公報に記載された技術では、操業条件の変化に対する応答性が悪く、また鋼板温度やタンク内の冷却水の攪拌状態により位置による温度差が生じ、適切なクエンチ条件が満足されないため、クエンチステインを完全には防止できないという問題があった。
【０００６】
また、特開平7-243084号公報には、錫層の溶融装置の出側に冷却前の鋼板温度を測定する温度測定装置と、冷却水の温度測定装置と、冷却水温制御装置と、冷却水を鋼板表面に噴射させる回動可能なクエンチスプレーと、鋼板温度と冷却水の飽和温度の差を一定範囲とするようにスプレーの噴射水量、水温、噴射角度を制御する記憶制御装置とからなるクエンチステイン防止装置が開示されている。このクエンチステイン防止装置を用いて、鋼板温度と冷却水の飽和温度の差を一定範囲となるように、スプレーの噴射水量、水温、噴射角度を制御してクエンチステインを防止できるとしている。しかしながら、特開平7-243084号公報に記載された技術では、連続ラインにおいてライン速度、鋼板板厚、めっき厚の変化に対応して冷却用タンク内の水温を変化させる必要があり、その追従性に問題が残されていた。
【０００７】
また、特開平8-176888号公報には、クエンチタンク内にめっき鋼板と対向する一対の冷却水用スプレイノズルを配置し、スプレイノズル冷却水流量調整弁、スプレイノズル冷却水温度調節装置によりライン速度、鋼板板厚、めっき厚に対応して、スプレイノズル冷却水流量、スプレイノズル冷却水温度を制御するめっき鋼板の冷却方法が開示されている。さらに、特開平9-157890号公報には、冷却水用スプレイノズルを複数段とし、スプレイノズル群を囲みジャケットを配設した錫めっき鋼板の冷却装置が開示されている。また、特開平9-263991号公報には、クエンチタンク内にめっき鋼板と対向する一対の冷却水用スプレイノズルと、スプレイノズルの外側に仕切り板、を配設した電気錫めっき鋼帯の冷却装置が開示され、仕切り板を配置することにより周囲の水の回り込みを防止しクエンチステインが防止できるとしている。
【０００８】
しかしながら、特開平8-176888号公報、特開平9-157890号公報、特開平9-263991号公報に記載された技術によってもなお、幅方向に均一な冷却ができずクエンチステインが発生するという問題があった。
また、特開平9-279389号公報には、クエンチステイン防止に適したスプレーノズルが提案されている。このスプレイノズルは、噴射口の上面を鋼板に対し30〜75度傾斜した平面とし、噴射口の上面に隣接するノズルの上面が鋼板に対し噴射口の上面以上の角度とするものである。これにより、鋼板を冷却した冷却水の流動が円滑となり、クエンチステインの発生が防止できるとしている。
【０００９】
【発明の解決しようとする課題】
しかし、特開平9-279389号公報に記載されたスプレイノズルを使用しても、鋼板に冷却水を噴射するため、鋼板に対し冷却水が滞留する個所が必然的に発生し、鋼板全面にわたり均一冷却となり難くクエンチステインの発生が完全には防止できないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の急冷に際し発生するクエンチステインの発生を防止し、さらにリフロー処理の処理速度を向上できる、錫めっき鋼板の冷却装置および錫めっき鋼板の冷却方法を提案することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するために、リフロー処理後にクエンチタンク冷却水内で行うスプレーノズルによる冷却水噴射に際して、生じる噴流の動きを詳細に検討した。その結果、スプレーノズルにより冷却水を噴射すると、図３に示すように、噴射された冷却水は鋼板に衝突したのち、下降流および上昇流を形成する。上昇流は、冷却水液面を上昇させるため、冷却水の流れが留る、冷却水滞留点が発生する。このため、鋼板表面では水蒸気膜が形成され膜沸騰となり、他の個所にくらべ冷却が遅れ、クエンチステインを発生させていることが判明した。また、噴流は乱流となり、鋼板の幅方向の冷却も不均一となることを知見した。
【００１２】
このようなことから、本発明者らは、スプレーノズルによる冷却水噴射に代えて、クエンチタンク内で鋼板を冷却する前に、鋼板の搬送方向に沿うラミナーフローの冷却水で予め鋼板を冷却することが、クエンチステインの発生を防止するのにもっとも有効であるという知見を得た。
本発明は、このような知見に基づいて、さらに検討を加え完成されたものである。
【００１３】
すなわち、第１の本発明は、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板を冷却するノズルであって、冷却水を供給するヘッダーと、錫めっき鋼板に相対する側に該錫めっき鋼板の幅方向に延びた開口部を有し該ヘッダーから供給された冷却水を溜める冷却水箱と、該冷却水箱内で前記ヘッダーと前記開口部との間に、上端を冷却水箱内冷却水の液面より高くなるように前記開口部下端水準より突出し、下端を冷却水が連通可能に配設した堰と、前記冷却箱の外側に前記開口部下端に接して前記鋼板の搬送方向と所定の角度をなす傾斜を有するように配設されたフラップと、を有し、前記開口部を介し前記フラップからラミナーフローの冷却水を噴流することを特徴とする錫めっき鋼板のラミナーフローノズルである。
【００１４】
また、第２の本発明は、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板の冷却装置であって、クエンチタンクと、錫めっき鋼板の導入側で、かつ前記クエンチタンクの冷却水液面より上側の、前記錫めっき鋼板の表裏面にそれぞれ相対する位置に移動可能に配設された一対の、前記ラミナーフローノズルと、を有することを特徴とする錫めっき鋼板の冷却装置であり、また、第２の本発明では、さらに前記クエンチタンクの冷却水内で、前記錫めっき鋼板の表裏面にそれぞれ相対する位置に配設された少なくとも一対のスプレーノズルを有することが好ましく、また、第２の本発明では、前記ラミナーフローノズルおよび／または前記スプレーノズルの上流配管系統に冷却水流量調節装置および冷却水温度調節装置を配設するのが好ましい。
【００１５】
また、第３の本発明は、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板をクエンチタンクで冷却するにあたり、前記錫めっき鋼板がクエンチタンクの冷却水に入る前の所定の位置で、前記錫めっき鋼板の表裏面全幅にわたり前記第１の本発明のラミナーフローノズルからのラミナーフローの冷却水を該錫めっき鋼板の搬送方向に流して、該錫めっき鋼板を冷却したのち、該錫めっき鋼板を前記クエンチタンクの冷却水に浸漬し、冷却することを特徴とする錫めっき鋼板の冷却方法である。また、第３の本発明では、前記浸漬したのち、さらに該クエンチタンクの冷却水内で前記錫めっき鋼板の表裏面にスプレーノズルによる冷却水噴射を行いながら、冷却することが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のクエンチステイン防止用ラミナーフローノズルについて説明する。本発明のクエンチステイン防止用ラミナーフローノズルは、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板を冷却するノズルであり、その好適な１実施例を図１に示す。
【００１７】
クエンチステイン防止用ラミナーフローノズル１は、ヘッダー２と、冷却水箱３と、堰４と、フラップ５とを有する。
ヘッダー２は冷却水を供給するための配管であり、冷却水を冷却水箱に供給するための供給口2aを有する。供給口2aは、複数の単孔としても、スリット状としてもよく、所定量の冷却水を冷却水箱に供給できればどんな形状でもよい。
【００１８】
冷却水箱３は、ヘッダー２から供給された冷却水を溜める役割を有し、所定の水位、水量が確保できる容積があればその形状は問わない。また、冷却水箱３には、錫めっき鋼板10に相対する側に開口部3aを有する。開口部3aは、冷却水箱３の底部から所定以上の高さの位置に、相対する錫めっき鋼板の幅方向に延びた形状を有する。この開口部3aから冷却水をオーバーフローさせる。
【００１９】
また、冷却水箱３内には、ヘッダー２と開口部3aとの間に堰４が配設される。堰４は、上端が冷却水箱内冷却水の液面より高くなるように、上端を前記開口部下端水準より突出して、かつ下端を冷却水が連通可能なように配設される。この堰４により、供給口2aから供給された冷却水は、その液面の波立ちを防止され、開口部3aからオーバーフローして、ラミナーフロー（層状流）となることができる。また、ヘッダー２からの冷却水供給量を変化し、開口部3aからオーバーフローする冷却水高さを変化して、ラミナーフロー（層状流）の流量を変化することができる。しかし、ヘッダー２からの冷却水供給量はラミナーフロー（層状流）となる範囲内とすることが肝要となる。冷却水の供給量が過剰にすると液面が乱れラミナーフローとならず、乱流となる。
【００２０】
フラップ５は、冷却箱３の外側に開口部3a下端に接して配設される。フラップ５の形状は特に限定する必要はないが、開口部3aからオーバーフローした冷却水がラミナーフロー（層状流）を維持して流れることができる形状とするのが好ましい。そのために、鋼板の搬送方向と90゜以下の所定の角度を有すること、すなわち、水平方向より下向きの滑らかな傾斜を有することが肝要となる。傾斜の程度はラミナーフロー（層状流）が維持でき、鋼板の衝突時に上昇流を生じなければよく、とくに限定する必要はない。
【００２１】
上記した構成のラミナーフローノズルを、本発明では、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板の冷却装置に使用する。
本発明の錫めっき鋼板の冷却装置の構成の一例を図２に示す。
冷却装置は、クエンチタンク11と、上記したラミナーフローの冷却水が供給できるクエンチステイン防止用ラミナーフローノズル1a、1bと、あるいはさらにスプレーノズル12a 、12b と、錫めっき鋼板を反転させるシンクロール15とで構成される。
【００２２】
クエンチタンク11は、錫めっき鋼板10を冷却する冷却水を蓄えるタンクで、タンク内に鋼板反転用のシンクロール15を備える。
本発明の冷却装置は、錫めっき鋼板10の導入側で、かつクエンチタンク11の冷却水液面より上側に、上記したラミナーフローの冷却が可能な一対のクエンチステイン防止用ラミナーフローノズル1a、1bを配設する。ノズル1a、1bは、錫めっき鋼板10の表裏面にそれぞれ相対する位置に配設される。なお、クエンチステイン防止用ノズルは、搬送される錫めっき鋼板との相対距離、クエンチタンク冷却水液面からの高さを自由に設定可能な移動手段を付設され、移動可能とされる。
【００２３】
また、本発明では、クエンチタンク11の冷却水内に少なくとも一対のスプレーノズル12a 、12b を配設するのが好ましい。スプレーノズル12a 、12b は、錫めっき鋼板の表裏面にそれぞれ相対する位置に配設される。配設されるスプレーノズルは、より冷却能を高めるために複数段としてもよい。
また、スプレーノズル12a 、12b は、錫めっき鋼板の全幅を均一に冷却可能とするスリットノズルとし、高圧大容量の噴流を噴射可能なノズルとするのが好ましい。スプレーノズルをクエンチタンク内の冷却水中に設けることにより、単に冷却水中への浸漬より冷却能が向上する。例えば、錫めっきの目付量が多い場合に、スプレーノズル12a 、12b を作動させるのが好ましく、これにより、冷却速度を大きくとることができる。
【００２４】
さらに、スプレーノズル12a 、12b を囲み、かつクエンチタンク内の冷却水液面に突出して、仕切り板を付設してもよい。仕切り板により、周囲の冷却水が回り込むのを防止することができ、均一な冷却が可能となる。
また、本発明の冷却装置では、ラミナーフローノズル1a、1bおよび／またはスプレーノズル12a 、12b の上流配管系統に冷却水流量調節装置および冷却水温度調節装置を配設するのが好ましい。錫めっき鋼板を冷却するに際し、クエンチステインの発生に冷却水の温度が大きく影響するのは周知のことであり、当然に、錫めっき鋼板の冷却装置には冷却水の温度を調節する調節装置が設けられる。冷却水流量調節装置は、冷却水流量調整弁13a 、13b 、13c 、13d 、および制御装置16とからなる。また、冷却水温度調節装置は冷却水温度調節器14a 、14b と制御装置16とからなる。冷却水の温度を測定する測温計17a 、17b がそれぞれの配管系に付設されるのはいうまでもない。
【００２５】
なお、本発明の冷却装置でも、クエンチタンク11内の冷却水を循環するポンプＰが付設されるのはいうまでもない。
本発明では、上記した冷却装置を用い、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板を冷却する。
連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理は、例えば図４に示すように行われる。電気錫めっきを施された鋼板は、コンダクタロール18a 、18b 間で通電加熱され保熱炉19内で鋼板表面の錫が溶融（リフロー）し、ついでクエンチタンク11内で急冷される。
【００２６】
本発明では、クエンチタンク11で冷却するにあたり、錫めっき鋼板10がクエンチタンク11の冷却水に入る前の所定の位置で、ラミナーフローノズルを用いて、冷却する。ラミナーフローノズルによる冷却は、錫めっき鋼板10の表裏面全幅にわたり、ノズルからのラミナーフローの冷却水を錫めっき鋼板10に当て、鋼板の搬送方向にしかも鋼板に沿って冷却水を流し、冷却する。錫めっき鋼板10に沿って冷却水が流れるように、ラミナーフローノズルの角度を調整するのが好ましい。
【００２７】
ラミナーフローの冷却水を錫めっき鋼板表裏面に当てる所定の位置は、できるだけ低くするのが好ましいが、めっき目付量によって好適位置が異なり、クエンチタンク冷却水の液面から上方に100 mm以内、より好ましくは５mm以上とするのが好ましい。
その後、錫めっき鋼板はクエンチタンク11の冷却水に浸漬される。
【００２８】
これにより、冷却水が滞留する個所の発生がなく、また、クエンチタンク内の冷却水液面の上昇もなく、均一な冷却が可能となる。また、ラミナーフローの冷却とすることにより、鋼板幅方向の冷却水量のムラもなく、幅方向の冷却の不均一もなくなる。
また、本発明では、錫めっき鋼板10がクエンチタンク11内の冷却水に浸漬したのち、冷却水内で錫めっき鋼板10の表裏面にスプレーノズル12a 、12b による冷却水噴射を行いながら、冷却するのが好ましい。これにより、厚目付の錫めっき鋼板の場合にも、冷却能が不足するということはなくなる。クエンチタンク11内の冷却水中で行う冷却水噴射は、冷却能を高める目的から、高圧大容量のスリットノズルを用いるのが好ましい。なお、冷却水噴射は複数段のスプレーノズルを付設して行ってもよい。
【００２９】
クエンチステイン発生防止の観点からは、使用する冷却水を適正な温度（50〜90℃）に調整して冷却するのが好ましい。
ラミナーフローの冷却と、スプレーノズルによる冷却を組み合わせることにより、使用する冷却水の温度を大幅に変えることなく、めっき厚が異なる鋼板のリフロー処理処理後の冷却が可能となり、また、鋼板の搬送速度を大きくして、錫めっき鋼板のリフロー処理が可能となり、リフロー処理の生産性が向上する。
【００３０】
【実施例】
電気錫めっきラインにおいて、電気錫めっきを施された鋼板（板厚：0.2 mm、板幅：900 mm、目付量：＃100 （11.2g/m²）、＃25（2.8g/m²）、＃８（0.9g/m²））を、コンダクタロール間で通電加熱し、鋼板表面の錫を溶融（リフロー）させた。ついで、図２の冷却装置を用いて、錫めっき鋼板を冷却した。
【００３１】
まず、錫めっき鋼板がクエンチタンクに浸漬する前に、本発明のラミナーフローノズル（図１）を用いて、錫めっき鋼板を冷却した。ラミナーフローノズルと鋼板との距離位置、冷却水液面レベルからの高さは、移動手段により予め調整した。
ラミナーフローノズルによる冷却では、ノズルからの噴流方向を鋼板搬送方向に対し50°とした。また、ラミナーフローの冷却水が、クエンチタンク内の冷却水液面レベルより５〜40mm上方の位置で、錫めっき鋼板の表裏面に幅方向全域にわたり当たるように調整した。
【００３２】
その後、錫めっき鋼板をクエンチタンク冷却水内に浸漬し、同時にスリットノズル（スリット幅：1.5 mm）により鋼板表裏面に冷却水を噴射した。
なお、クエンチタンク冷却水内での冷却水噴射のみを用いた例を従来例とした。
また、冷却水の温度は50〜80℃とした。また、搬送速度は、スリットノズルのみによる冷却（従来例）時（200m/min）を１とする比で示した。
【００３３】
冷却後、クエンチステインの発生状況を目視で観察し、表１に示した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
本発明例は、クエンチステインの発生は皆無であり、めっき目付量が多い鋼板で搬送速度を大きくしても、クエンチステインの発生はみられない。一方、従来例では、冷却水温度を変化させてもクエンチステインの発生が認められた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の急冷に際しクエンチステインの発生を防止でき、さらにリフロー処理の処理速度が向上でき、生産性が向上し、産業上格段の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクエンチステイン防止用ノズルの概略を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の錫めっき鋼板の冷却装置の一実施例を示す概略説明図である。
【図３】従来のスプレーノズルを用いた冷却水噴射時の噴流の動きを模式的に示す説明図である。
【図４】連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理の概要を示す説明図である。
【符号の説明】
１、1a、1b クエンチステイン防止用ラミナーフローノズル
２ヘッダー
３冷却水箱
3a 開口部
４堰
５フラップ
10 錫めっき鋼板
11 クエンチタンク
12a 、12b スプレーノズル
13a 、13b 、13c 、13d 冷却水流量制御弁
14a 、14b 冷却水温度調節器
15 シンクロール
16 制御装置
17a 、17b 測温計
18a 、18b コンダクタロール
19 保熱炉（マッフル炉）
20 デフレクタロール

Claims

連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板を冷却するノズルであって、冷却水を供給するヘッダーと、錫めっき鋼板に相対する側に該錫めっき鋼板の幅方向に延びた開口部を有し該ヘッダーから供給された冷却水を溜める冷却水箱と、該冷却水箱内で前記ヘッダーと前記開口部との間に、上端を冷却水箱内冷却水の液面より高くなるように前記開口部下端水準より突出し、下端を冷却水が連通可能に配設した堰と、前記冷却水箱の外側に前記開口部下端に接して前記錫めっき鋼板の搬送方向と所定の角度をなす傾斜を有するように配設されたフラップと、を有し、前記開口部を介し前記フラップからラミナーフローの冷却水を噴流することを特徴とする錫めっき鋼板のラミナーフローノズル。
連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板の冷却装置であって、クエンチタンクと、錫めっき鋼板の導入側で、かつ前記クエンチタンクの冷却水液面より上側に、前記錫めっき鋼板の表裏面にそれぞれ相対する位置に移動可能に配設された一対の、請求項１に記載のラミナーフローノズルと、を有することを特徴とする錫めっき鋼板の冷却装置。
さらに前記クエンチタンクの冷却水内で、前記錫めっき鋼板の表裏面にそれぞれ相対する位置に配設された少なくとも一対のスプレーノズルを有することを特徴とする請求項２に記載の錫めっき鋼板の冷却装置。
前記ラミナーフローノズルおよび／または前記スプレーノズルの上流配管系統に冷却水流量調節装置および冷却水温度調節装置を配設したことを特徴とする請求項２または３に記載の錫めっき鋼板の冷却装置。
連続電気錫めっきラインにおけるリフロー処理後の錫めっき鋼板をクエンチタンクで冷却するにあたり、前記錫めっき鋼板がクエンチタンクの冷却水に入る前の所定の位置で、前記錫めっき鋼板の表裏面全幅にわたり請求項１に記載のラミナーフローノズルからのラミナーフローの冷却水を該錫めっき鋼板の搬送方向に該錫めっき鋼板に沿って流し、該錫めっき鋼板を冷却したのち、該錫めっき鋼板を前記クエンチタンクの冷却水に浸漬し、冷却することを特徴とする錫めっき鋼板の冷却方法。
前記浸漬したのち、さらに前記クエンチタンクの冷却水内で前記錫めっき鋼板の表裏面にスプレーノズルによる冷却水噴射を行いながら、冷却することを特徴とする請求項５に記載の錫めっき鋼板の冷却方法。