JP4559961B2 - 溶融メッキ鋼線の空冷装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融メッキ鋼線の製造に使用する空冷装置に関するものである。

従来、護岸工事用かごマット、金網、養殖用生簀、ワイヤロープ、鋼撚り線など、耐食性が要求される環境下で使用される鋼線には、耐食性を付与する方法として、Ｚｎメッキを施す方法が一般的に利用されている。現在では、さらに高耐食性を付与する方法として、二浴法によるＺｎ−Ａｌ合金メッキを施す方法が主流となっている。

溶融メッキを施した鋼線（以下、「溶融メッキ鋼線」と言う場合がある）は、溶融メッキ槽から引き上げた後、付着溶融メッキ層を凝固させる必要があり、メッキ層の凝固方法としては強制的に空気を吹き付けて冷却を行なう空気冷却が知られている。

例えば、図７に示すように、鉛直方向に上下に３台の空冷装置８４０を設置したメッキ鋼線製造装置８０１が本発明者により提案されている（特許文献１参照）。このメッキ鋼線製造装置８０１は、溶融メッキ槽８２０の溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ浴面８２０ａにおけるメッキ絞り部８３０の上部に、同じ構造の空冷装置８４０を鉛直方向に上下に３台配設している。メッキを施す前の鋼線Ｍは、溶融メッキ槽８２０内で溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキされ、次いでシンカローラ８５０を経て溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ浴面８２０ａから無酸化性の雰囲気ガスで覆われたメッキ絞り部８３０を通過して立ち上がり、空冷装置８４０を通過する過程において、強制的に空気を吹き付けてメッキ層を空気冷却された後、トップローラ８６０を経てドラム（図示せず）に巻き取られるようになっている。このメッキ鋼線製造装置８０１においては、溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０が空冷装置８４０と、次の空冷装置８４０との間を移動する際に、強制的に空気を吹き付けられない区間（以下、「不連続部」という場合がある）が設けられている。
特許３５４２３３１号公報

かかる３台の空冷装置８４０による空気冷却では、空冷装置８４０と次段の空冷装置８４０との間に不連続部が設けられているので、メッキ層との熱交換により温められた冷却空気をこの不連続部で排出し、空冷装置８４０ごとに外部から供給された冷却空気で溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０を冷却することができる。

しかし、溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０が前記不連続部を移動する場合には、溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０に対して効率的な冷却が行なえず、冷却区間が途切れてしまう。
また、溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０を良好に凝固させるために、鉛直方向に上下３台の同じ構造の空冷装置８４０を設けているが、例えば、工場の建屋との関係で、トップローラの高さを、約７ｍ程度とされている場合には、最上段の空冷装置を出たばかりの溶融Ｚｎ−Ａｌ合金メッキ鋼線８１０は、メッキが凝固していない場合があり、トップローラ８６０等によりメッキ層が削られる等の問題がある。そのため、さらに冷却装置８４０を付加しようとしても、建屋の関係で設置高さに制限がある場合には、設置スペースの確保が困難であるといった問題があった。

このような問題点の解決方法として、前記不連続部を設けないように、不連続部のない一つの通し冷却通路を有する空冷装置に、空気圧力室を複数設けることが考えられる。
そこで、本発明者らは、前記不連続部のない一つの通し冷却通路を有する空冷装置に、空気圧力室を複数設けて実施した。

しかしながら、前記一つの通し冷却通路を有する空冷装置に空気圧力室を複数設けて冷却空気を吹き込んでも、空気圧力室の上流側と下流側を個別に任意の風速に調製することが不可能で、上下流側とも同速となる。そのため、冷却通路の空気圧力室下流側が低速空気流、上流側が高速空気流となる理想的な冷却空気を流すことができず、溶融メッキ鋼線の冷却効率が前記従来の空冷装置よりも逆に低下し、メッキ外観良好な厚メッキができないという問題があった。

そこで、本発明の課題は、前記問題点に鑑み、前記不連続部を設けることなく、一台の冷却装置により冷却効率を低下させることなく、溶融メッキ鋼線に対して、連続した冷却を行なうことでメッキ層を良好に凝固させるとともに、冷却効率の向上が可能な空冷装置を提供することを目的とする。

前記した課題を解決するために、請求項１記載の発明は、溶融メッキ槽から引き上げられた溶融メッキ鋼線に対して、強制的に空気を吹き付けて冷却する溶融メッキ鋼線製造装置における溶融メッキ鋼線の空冷装置において、内部に溶融メッキ鋼線を挿通する一つの通し冷却通路と、前記冷却通路に沿って間隔的に配置され、前記冷却通路へ空気を吹き出す空気吹出口を設けた複数段の空気圧力室と、を有し、二段目以降の空気圧力室の下流側の冷却通路は、当該空気圧力室から吹き出す空気により、当該冷却通路内に外部空気を吸引して導入するようにした外気導入路を備えることを特徴とする溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項1の構成により、一つの通し冷却通路を有する一台の空冷装置内に、空気圧力室から吹き出された冷却空気以外に、外気導入路から外部空気を吸引により導入する。これにより、下段の冷却筒内と上段の冷却筒内との筒内圧力との関連を断ち切ることができ、上段の冷却筒内圧力を下段の冷却筒内圧力より高く自由に設定できる。また、上段の冷却筒には、下段からの冷却空気と、上段からの冷却空気及び外部空気の３種の多量高圧の冷却空気を流すことが可能となる。したがって、上段の冷却筒内の風速の低下をなくすことができる。さらに、外部空気吸引により冷却通路内の温度を下げることができるので、冷却効率を向上することができる。
また、一つの通し冷却通路内の上下において、風速を変化させるとともに、一つの通し冷却通路内で連続して冷却することができるので、空冷装置内で溶融メッキ鋼線のメッキ層を凝固することができる。これにより、製品として溶融メッキ鋼線の表面に傷がつくことによる外観不良の発生を防ぐことができる。

請求項２記載の発明は、前記二段目以降の空気圧力室の下流側の冷却通路は、上流側よりも大きい断面積から略同じ断面積に少なくともそれぞれ当該冷却通路の出口までの区間において漸減させてなることを特徴とする請求項１記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項２の構成により、冷却通路の断面積を漸減し、かつ外気を吸引により取り入れることで、冷却通路内の風速が遅くなることを抑制することができる。これにより、溶融メッキ鋼線を効率よく冷却でき、空冷装置内で溶融メッキ鋼線のメッキ層を凝固させることができる。
また、断面積を漸減することで、溶融メッキ鋼線に吹き付けられる冷却空気の風速を高めることができる。これにより、溶融メッキ鋼線を効率よく冷却でき、空冷装置内で溶融メッキ鋼線のメッキ層を凝固させることができる。
よって、製品としての溶融メッキ鋼線の表面に傷がつくことを防ぐことができる。

請求項３記載の発明は、前記空気圧力室は、前記冷却通路を囲むように設けられるとともに、前記各空気圧力室には、加圧源からの空気吹込管がそれぞれ接続され、前記外気導入路は、二段目以降の前記空気圧力室の上方に開口し、外部より吸引される前記外部空気を前記空気吹出口の周囲から前記冷却通路内に導入する外気吹出口を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項３の構成により、空気圧力室に加圧源を接続することで、空気圧力室に冷却空気を圧力の高い状態で供給できる。圧力の高い状態で供給された冷却空気は、空気加圧室から圧力に応じた速度で冷却通路内に吹き出すことができる。
また、外気導入路から吸引されたフレッシュで低温な外部空気を空気吹出口の周囲から冷却通路内に導入することで、冷却通路内の圧力損失等を防止するとともに、温度を下げることができる。これにより、空気加圧室から吹き出された冷却空気とともに、溶融メッキ鋼線を効率よく冷却することができる。

請求項４記載の発明は、前記空気圧力室は、前記冷却通路を形成する冷却筒と、前記冷却筒の周囲に設けられる前記空気圧力室の周壁、上壁及び底壁とにより囲まれる空間で構成されるとともに、二段目以降の空気圧力室の前記上壁に、前記空気吹込管から吹き込まれた冷却空気を前記空気吹出口から冷却通路に吹き出す空気吹出管と、吸引される前記外部空気を前記冷却通路に導入する前記外気吹出口を有する外気吹出管とを同心状に配設したことを特徴とする請求項３記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項４の構成により、冷却筒と冷却通路を一体として設けることで、不連続部のない一つの通し冷却通路を構成することができる。また空気加圧室の上壁に、空気吹出管と外気吹出管とを同心状に配置することで、空気圧力室から冷却筒内に吹き出される冷却空気の乱流を防ぐとともに、溶融メッキ鋼線をほぼ均等に冷却することができる。

請求項５記載の発明は、前記外気吹出管は前記空気吹出管の外側に設置され、かつ、外気吹出管の高さが前記空気吹出管よりも高いことを特徴とする請求項４記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項５の構成により、外気吹出管と空気吹出管との高低差によって、外気と外気吹出口との差圧を発生させることができる。これにより、外気吸引管から外気を効率よく吸引することができる。また、外気を吸引することで、冷却通路内への風量を増やすことができるとともに、圧力損失分を補うこともできる。さらに、冷却通路内の温度を下げることができる。

請求項６記載の発明は、前記冷却通路内において、前記二段目以降の空気圧力室より下流側の冷却空気の風速を、当該空気圧力室よりの上流側の風速と同速以上とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項６の構成により、冷却通路内で各段ごとに冷却空気の風速を変えることができる。風速を高めることで、溶融メッキ鋼線を早く冷却することができる。これにより、冷却筒内で溶融メッキ鋼線のメッキ層を早く凝固させることができるので、トップローラ等によって表面に傷がつくことを防ぐことができる。

請求項７記載の発明は、前記空気圧力室が二段配置であり、二段目の空気圧力室が、前記冷却通路全長の略中央の位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置である。

請求項７の構成により、二段目の空気圧力室を冷却通路全長の略中央に設けることで、全冷却通路の半分程度を高速冷却空気が流れる冷却筒とすることができ、効率的な溶融メッキ鋼線の冷却が可能となる。

本発明は次の効果を奏する。
１．本発明の溶融メッキ鋼線の空冷装置によれば、不連続部のない一つの通し冷却通路で冷却を行なうことができるので、冷却区間が途切れることがない。これにより、従来は冷却筒を出た後でもメッキ層が凝固していない場合があったが、本発明においては冷却筒内で凝固させることができる。したがって、トップローラ等によって溶融メッキ鋼線の表面が傷つくことがなく、品質を向上させることができる。
２．本発明の溶融メッキ鋼線の空冷装置によれば、外気吸引管を設けているので、長い冷却通路内での圧力損失等の影響を改善することができる。また、冷却通路内の温度を下げることができるので、従来よりも効率よく、かつ、早く溶融メッキ鋼線を冷却することができる。したがって、作業性を向上させることができる。
３．本発明においては、複数段の空気加圧室を設けたことで、空気加圧室から調整した圧力に応じた速度で、冷却空気を冷却通路内に吹き出すことができる。また、冷却通路内における風速を変えることができる。これによって冷却通路内に風速の異なる区間を設けることができ、溶融メッキ鋼線のメッキ層を速く凝固させることができる。したがって、作業性を向上させることができる。
４．従来は工場の建屋との関係で、トップローラの高さを約７ｍ程度とされている場合に、最上段の空冷装置を出たばかりの溶融メッキ鋼線のメッキが凝固していない場合があった。しかし、本発明によれば、厚メッキを施した溶融メッキ鋼線を冷却筒内で凝固させることができるので、トップローラの高さを下げることができる。また、例えば、冷却空気にミストを混入することで、線径の太い鋼線に厚メッキを施した場合においても、冷却筒内で凝固させることができる。これにより、設置スペースの確保が容易になるとともに、作業性を向上させることができる。

本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。
参照する図面において、図１は、本実施形態に係る空冷装置を備える溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の製造装置を示す概略図である。図２は、本実施形態に係る一段目の空気圧力室の縦断面図である。図３は、本実施形態に係る二段目の空気圧力室の拡大外観図である。図４は、本実施形態に係る二段目の空気圧力室の縦断面図である。図５は、本実施形態に係る二段目の空気圧力室の内部説明図である。図６は、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の組織断面図である。

≪溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の製造装置１≫
図１に示すように、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の製造装置１は、鋼線Ｍに溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキを施す溶融メッキ槽２０と、溶融メッキ槽２０の出口に配置されたメッキ絞り部３０と、メッキ絞り部３０を経て引き上げられる溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の進行方向に沿って鉛直に配置された空冷装置４０と、空冷装置４０の出口の直上に配置されたトップローラ６０を、主に備えている。
より詳細に製造装置１について説明すると、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の製造装置１は、溶融メッキ槽２０の溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ浴面２０ａに配設されるメッキ絞り部３０の上方に、内部に不連続部のない一つの通し冷却通路４７を有する空冷装置４０を備えている。鋼線Ｍ（例えば、線径φが５．０ｍｍ）は、溶融メッキ槽２０内で溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキされた後、シンカローラ５０を経て溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ浴面２０ａから無酸化性の雰囲気ガスで覆われたメッキ絞り部３０を通過して立ち上がり、空冷装置４０の冷却通路４７内を通過する過程において、下段と中段の二段箇所に設けられた第１及び第２空気圧力室４１，４２から吹込まれた冷却空気を強制的に吹きられ付けてメッキ層が冷却される。その後、トップローラ６０を経てドラム（図示せず）に巻き取られるようになっている。

＜メッキ槽２０＞
図１に示すように、溶融メッキ槽２０は、鋼線Ｍにメッキを施すための浴槽である。溶融メッキ槽２０は溶融Ｚｎ，溶融Ｚｎ−Ａｌ，溶融Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｎ合金等の溶融非鉄金属で満たされており、鋼線Ｍが溶融メッキ槽２０中に入線することで鋼線Ｍにメッキが施される。
また、溶融メッキ槽２０の数は限定されず、複数設けてもよい。また、溶融メッキ槽２０内のメッキ浴組成は、Ｚｎ以外にＡｌやＳｎ等でもよく、Ａｌ、Ｓｎとその他の金属による溶融合金メッキとしてもよい。
例えば、本実施形態においては、浴槽を２つ設け、第一浴槽を溶融Ｚｎ浴（図示せず）、第二浴槽をＺｎ、Ａｌ及びＭｎの溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金浴とすることもできる。このように、二浴法とすることで、さらに耐食性の高いメッキ鋼線を製造することができる。
なお、本実施形態においては、鋼線Ｍ（線径φが５．０ｍｍ）に対して、線径ミリ数値の１６０〜２１０倍である、８００〜１０５０ｇ／ｍ^２程度の厚メッキが施される。

＜メッキ絞り部３０＞
図１に示すように、メッキ絞り部３０は、溶融メッキ槽２０の溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ浴面２０ａに配設されており、無酸化性の雰囲気ガスが充満されている。この無酸化性ガスは、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ浴面２０ａの酸化を防止するとともに、酸化物が溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０に付着するのを防いでいる。さらに、無酸化性ガスは、溶融メッキ槽２０中のシンカローラ５０によって立ち上げられた溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキ層の偏肉や外観を損なわないようにしている。

＜空冷装置４０＞
空冷装置４０は、図１に示すように、メッキ絞り部３０の上方に配置され、その内部に不連続部のない一つの通し冷却通路４７を有する空冷装置である。本実施形態の空冷装置４０では、図示しない外部の空気供給手段（加圧源）によって、空気吹込管４４，４４から下段と中段の二箇所に設けられた第１及び第２空気圧力室４１，４２に冷却空気が供給されている。また供給される冷却空気量はバルブＶによって、適宜コントロールされ、第１及び第２空気圧力室４１，４２に供給する圧力を調整している。
なお、本実施形態においては、冷却通路４７内の冷却空気の流れに関し、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の入口側が特許請求の範囲記載の『上流側』に相当し、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の出口側が特許請求の範囲記載の『下流側』に相当する。

[空気圧力室４１，４２の構造]
空気圧力室４１，４２は、冷却通路４７内に冷却空気を吹込むためのものである。図２に示すように、第１空気圧力室４１は、第１冷却筒４３ａ（冷却通路４７）内への冷却空気の供給口として、空気吹出口４５ａのみを備えた構造である。また、図３及び図４に示すように、第２空気圧力室４２は、第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内への冷却空気の供給口として、空気吹出口４５ｂを備えた構造である。
図２及び図４を参照して、空気圧力室４１，４２の構造をより詳細に説明すると、第１空気圧力室４１と第２空気圧力室４２は、冷却空気の供給を受けるための空気吹込管４４と、第１空気圧力室４１と第２空気圧力室４２からそれぞれ冷却通路４７内へ冷却空気を吹き出させる空気吹出口４５ａ，４５ｂとをそれぞれ備えている。この空気吹出口４５ａ，４５ｂには、図示しない少なくとも一つのブロアなどの加圧源から空気吹込管４４，４４を介して冷却空気が供給されるようになっている。さらに、図３及び図４に示すように、第２空気圧力室４２は、第２空気圧力室４２の上方に第２冷却筒４３ｂへの空気の供給口として、外気吸引管４６が複数設けられるとともに、第１空気圧力室４１から吹き出された冷却空気と溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０とが通過する冷却通路４７とを備えている。そして、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０は、通し冷却通路４７の中心となるように配設され、６０ｍ／分の早さで冷却通路４７内を引き上げられている。

［冷却筒４３ａ，４３ｂの構造］
図１及び図２に示すように、第１冷却筒４３ａは、第１空気圧力室４１の上壁４１ａと接続された直管（例えば直径１００ｍｍ）で形成された管体である。
一方、図１、図３及び図４に示すように、第２空気圧力室４２の上方に連なる第２冷却筒４３ｂは、第２空気圧力室４２の上壁４２ａの接続部においては、周壁４２ｂと同径に形成されており、漸次その径が縮小されて絞り部４９を形成している。つまり、この絞り部４９は、冷却通路４７の断面積を漸減する区間として形成されている。そして、絞り部４９区間の上方は、その出口まで、第１冷却筒４３ａと同径（直径１００ｍｍ）に形成されている。

図２に示すように、第１空気圧力室４１は、第１空気圧力室４１の上壁４１ａ、周壁４１ｂ及び底壁４１ｃと、ガイド筒４３１とから構成される空間である。第１空気圧力室４１において、図示しない加圧源から冷却空気が第１空気圧力室４１に供給されると、供給された冷却空気は第１空気圧力室４１の上壁４１ａに設けられた空気吹出口４５ａを経て第１冷却筒４３ａ内に吹き出される。吹き出された冷却空気は、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０を冷却しながら、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０とともに第１冷却筒４３ａ（冷却通路４７）内を上昇していく。
具体的には、第１空気圧力室４１には、第１空気圧力室４１の周壁４１ｂの一側に設けられた空気吹込管４４から３ＫＰａの気圧で第１空気圧力室４１に冷却空気が送り込まれ、空気吹出口４５ａから第１冷却筒４３ａ（冷却通路４７）内に風速が２５ｍ／ｓ〜４０ｍ／ｓ程度の速さで冷却空気が吹き出ている。また、第１空気圧力室４１の空気吹出口４５ａから吹き出された主冷却空気流ａによって、ガイド筒４３１から、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０を冷却するように外気が副冷却空気流ｂとして第１冷却筒４３ａ内に吸引されている。
なお、本実施形態においては、空気吹出口４５ａの数や形は明記していないが、必要に応じて適宜設計変更が可能である。
また、ガイド筒４３１内においても溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０は副冷却空気流ｂによって冷却されるため、ガイド筒４３１は第１冷却筒４３ａの一部として構成しても良い。

次に、図４に示すように、第２空気圧力室４２は、上壁４２ａ、周壁４２ｂ及び底壁４２ｃと、第１冷却筒４３ａとから構成される空間を有している。第２空気圧力室４２において、図示しない加圧源から冷却空気が第２空気圧力室４２に供給されると、供給された冷却空気は第２空気圧力室４２の上壁４２ａに設けられた空気吹出管４５ｃを経て、空気吹出口４５ｂから第２冷却筒４３ｂ内に吹き出される。吹き出された冷却空気は、下段の第１冷却筒４３ａの冷却通路４７を通過して上昇してきた溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の冷却により温められた冷却空気とともに、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０を引き続き冷却しながら第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内を上昇していく。
具体的には、第２空気圧力室４２には、周壁４２ｂの一側に設けられた空気吹込管４４から１０ＫＰａの気圧で第２空気圧力室４２に空気が送り込まれ、空気吹出管４５ｃを経て、空気吹出口４５ｂから第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内に風速が４０ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓ程度の速さで冷却空気が吹き出ている。

さらに、図３、図４及び図５に示すように、第２空気圧力室４２の上方には、外気吹出管４８ｃに連通される外気吸引管４６（外気吸引口４６ａ）が外部に向かって突出して設けられている。外気吹出管４８ｃは、外気と外気吹出口４８ｂの差圧によって、外部から外気吸引管４６を経て吸引された外部空気を第２冷却筒４３ｂ内に導入させるためのものである。外気吸引口４６ａから吸引された外部空気は、第２空気圧力室４２の空気吹出口４５ｂから吹き出された冷却空気同様、冷却通路４７を通過して上昇してきた冷却空気とともに、引き続き溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０をフレッシュで低温な外部空気で冷却しながら第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内を上昇していく。
この外気吸引管４６から吸引された外部空気によって、第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内を流れる冷却空気量及び速度を増やすことができるとともに、圧力損失等の影響をなくすことができる。

例えば、第１冷却筒４３ａから連通している冷却通路４７を、比較のため、第２空気圧力室４２の直近下方で切断し、約１ｍ程度の不連続部を設けた従来の場合と本実施形態の場合とでは、図１に示すＡ地点及びＢ地点の温度は次のようになった。

表１からもわかるように、Ａ地点での冷却空気の温度はほぼ同じ温度であった。一方、Ｂ地点における冷却空気の温度は、本実施形態においては、不連続部を設けた従来の空冷装置よりも約９℃低かった。つまり、冷却筒が連続していない従来の空冷装置よりも、本実施形態の方が効率良く冷却できることを意味している。
また、線径ミリ数値の１６０〜２１０倍の厚メッキ（８００〜１０５０ｇ／ｍ^２）を施した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０にたいして、従来の空冷装置を用いて冷却した場合には、Ｂ地点において、メッキ層が凝固していない場合があった。しかし、本実施形態においては、Ｂ地点において既に溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキ層は冷却されて凝固していた。つまり、空冷装置４０内で厚メッキを施した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキ層の凝固が完了していたことになる。これは、従来の空冷装置において不連続部となって、冷却されなかった区間が、本実施形態では連続して冷却し続けることができるようになったからであると考えられる。したがって、Ａ地点で既にメッキが凝固しているので、トップローラ６０等によって溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の表面に傷がつくことがなく、品質が向上する。

ここで、表１に示すように、第１空気圧力室４１と第２空気圧力室４２に、それぞれ異なる圧力をかけて冷却空気を供給し、第１空気圧力室４１の空気吹出口４５ａから吹き出された冷却空気（図２参照）と、第２空気圧力室４２の空気吹出口４５ｂから吹き出された冷却空気（図４参照）との風速が異なるようにしてある。これは、風速に相対差を設けることで、第１空気圧力室４１の空気吹出口４５ａから吹き出された相対的に低速の冷却空気によって、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の高温で流動性が高く、メッキ外観が崩れやすい付着メッキ層をゆっくり冷却し、次いで第２空気圧力室４２の空気吹出口４５ｂから吹き出された冷却空気と、外気吹出口４８ｂから吹き出された相対的に高速の冷却空気によって、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の低温で流動性が低く、メッキ外観が崩れにくい付着メッキ層を冷却するためである。これにより、冷却を効率的に行なうとともに、メッキ層組織中にできる共析相を塊状化させて、耐食性を向上させる。
なお、本実施形態のように、冷却空気流として、冷却通路４７内の風速を２流速とすることが好ましいが、冷却通路４７内の風速は同速であってもよく、この場合においても共析相を塊状化させることができる。

ここで共析相とは、メッキ層組織中に電位の異なる微細なα−Ａｌ相とβ−Ｚｎ相とが混在する層のことであり、常にβ−Ｚｎマトリックス相に優先して腐食される。従って、顕微鏡写真では共析相は腐食液により早く腐食されるため黒色で示される。一方β−Ｚｎマトリックス相は腐食されにくいため、白色のままである。例えば図６に示すように、本実施形態におけるＺｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の場合、メッキ層７１組織中には、耐食性の悪い共析相７５ａと耐食性の良いβ−Ｚｎマトリックス相７５ｂとが共存している。共析相７５ａは常にβ−Ｚｎマトリックス相７５ｂに優先して腐食されることが知られており、腐食は共析相７５ａに沿って異種金属接触腐食効果により内部へと進行していく。したがって、図６（ｃ）に示すように、水冷却の場合、共析相７５ａが微細かつ近距離にあるほど腐食は早く進むこととなる。したがって、空冷によりメッキ層７１組織中の共析相を塊状化することで、共析相間の距離を長くとれ、共析相に沿って内部へと進む腐食をある程度防止することができる。

図６は、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の組織断面図である。図６（ａ）は、本実施形態に示す空冷装置４０を用いて空気冷却した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の組織断面図であり、図６（ｂ）は特許文献１（特許３５４２３３１号公報）に開示された空冷装置８４０（図７参照）を用いて空気冷却した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の組織断面図である。また、図６（ｃ）は、水冷却を行なった場合の溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の組織断面図である。
図６（ａ）参照して説明すると、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０は、鋼線（地鉄）７３上に、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅを含む中間層７２を介して、Ｚｎ、Ａｌ、Ｍｎからなるメッキ層７１を備えている。
中間層７２は、メッキ浴組成物の組成に由来するＺｎ、Ａｌ、Ｍｎ及び鋼線である地鉄由来の拡散成分のＦｅで形成されている。
メッキ層７１は、Ｚｎ、Ａｌ、ＭｎからなるＺｎ−１０％Ａｌ−Ｍｎ合金で形成されており、前記した溶融メッキ組成物を構成する金属成分が固化したものである。このメッキ層７１中には図６（ａ）に示すように、α−Ａｌ相とβ−Ｚｎ相とが混在してなる共析相７５ａがβ−Ｚｎマトリックス相７５ｂ中に塊状で分散した構造をとっている。
なお、Ｍｎは中間層７２及びメッキ層７１中に均等に分散し、固溶体を作り固溶されていると推察される。

ここで、図６（ａ）と図６（ｂ）を比較してもわかるように、本実施形態における空冷装置４０を用いても、従来の空冷装置８４０同様、メッキ層７１組織中の共析相７５ａが塊状化している。つまり、本実施形態においても、十分に共析相を塊状化させられるだけの冷却能力があるということがわかる。

図４に戻って第２空気圧力室４２の説明を続ける。
本実施形態の第２空気圧力室４２の上方においては、空気吹出管４５ｃと外気吹出管４８ｃを二重管式として設けるとともに、上壁４２ａに同心円状に８個設置されている（図５参照）。
本実施形態の外気導入路４８ａは、特許請求の範囲に記載の『外気導入路』に相当し、外気吸引管４６、外気吹出管４８ｃにより形成される通路を含む。なお、図４に示す、外気導入路４８ａは、空気吹出管４５ｃと外気吹出管４８ｃを二重管式として設けることで形成され、外気吸引口４６ａから吸引された外部空気は、当該外気導入路４８ａを通過して第２冷却筒４３ｂ内に導入される。さらに、空気吹出口４５ｂの高さは、外気吹出口４８ｂの高さよりも低くなっている。言い換えれば、空気吹出管４５ｃの高さは、外気吹出管４８ｃの高さよりも低い。これは、外気と外気吹出口４８ｂ内の差圧によって外気吸引管４６から外気を吸引するのに好適なためである。
なお、本実施形態においては空気吹出管４５ｃと外気吹出管４８ｃとを二重管式として設けたが、外気と第２冷却筒４３ｂ内の差圧によって外気吸引管４６から外気を吸引できれば、二重管式の構造は限定されず、また二重管式に限定されない。
また、本実施形態では外気吹出管４８ｃを空気吹出管４５ｃの外側に配置したが、これに限られるものではなく、空気吹出管４５ｃを外気吹出管４８ｃの外側に配置し、さらに空気吹出管４５ｃの外側に、外気吹出管４８ｃの高さよりも高い壁を設けても良い。この構成においても、外気と外気吹出口４８ｂの差圧によって、外気吸引管４６から空気を吸引できる。
さらに、外気と外気吹出口４８ｂの差圧によって外気吸引管４６から外気を吸引できれば、空気吹出口４５ｂと外気吹出口４８ｂの高さは設計的に、適宜変更可能である。

図４に示すように、本実施形態の第２空気圧力室４２の空気吹込管４４から供給された冷却空気は、上壁４２ａに設けられた空気吹出管４５ｃを経て、空気吹出口４５ｂから第２冷却筒４３ｂ（冷却通路４７）内に吹き出される。空気吹出口４５ｂから吹き出された冷却空気は、外気吹出口４８ｂから吹き出された空気とともに第２冷却筒４３ｂの絞り部４９の形状に沿って上昇していく。

図４に示すように、冷却通路４７は第２空気圧力室４２の上方で、いったん通路が第２空気圧力室４２の周壁４２ｂと同じ外径ｔ’まで広がる。ところで、冷却通路が広がったままでは、新たに第２空気圧力室４２から風速の速い冷却空気が吹き込まれても、冷却通路断面積が増え、風速が速くならない。そこで、広がった冷却通路４７は、冷却通路の外径ｔ’が外径ｔとなるように、絞り部４９によって漸減されている。図３及び図４に示す曲線状の絞り部４９は円錐型としてもよい
なお、周壁４２ｂは、第２冷却筒４３ｂと同一部材を延長して一体に形成するようにしても良い。

この絞り部４９によって、第２冷却筒４３ｂ内の外径が絞り込まれることで、第２空気圧力室４２の設置に伴う冷却通路断面積増加による風速の低下を防ぐことができる。さらに、外気吸引管４６からの空気の導入と併せることによって、風速を速め、冷却空気の温度を下げることができるとともに、冷却通路４７内に２流速を設けることができる。これにより、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０の冷却効率をあげることができる。

本実施形態においては、図１に示すように、第２空気圧力室４２が空冷装置４０の全高さの略中央に設けられている。これは、第２空気圧力室４２が第１空気圧力室４１に接近した間隔であった場合には、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキがいまだ凝固していないので、風速の速い風を当てるとメッキが飛び散ってしまう虞がある上に、急冷となるため共析相が微粒分散してしまう危険性があるからである。また、第２空気圧力室４２をトップローラ６０の直近付近に設けた場合には、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０が第１空気圧力室４１から吹き込まれた冷却空気のみで冷却されることになる。そのため、冷却効率が逆に悪く、メッキが凝固しない場合があり、トップローラ６０等で表面に傷がつく虞がある。したがって、効率よく溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０を冷却するためには、冷却通路４７の略中央、具体的には、冷却通路４７の中程から上下１ｍの範囲内に設けるのが好ましい。
なお、空気圧力室を複数段設ける場合には、冷却通路４７に略均等となるように設けることが好ましい。

『その他の実施形態』
溶融メッキ鋼線の製造工場では建屋との関係で、トップローラ６０の高さがメッキ浴面２０ａから約７ｍ程度であり、鋼線Ｍの線径φが５．０ｍｍまでの場合には、空気冷却のみで厚メッキを施した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキを凝固させることができる。しかし、鋼線Ｍの線径φが５．０ｍｍより太い場合には、鋼線Ｍの熱容量が多くなるため、厚メッキを施した溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキが凝固しにくい。
そこで、第１空気圧力室４１と第２空気圧力室４２の空気吹込管４４にそれぞれノズルを設け、当該ノズルからミストを噴射して、冷却空気に混入して冷却することも可能である。

例えば、鋼線Ｍの線径φが６．０ｍｍの場合には、第１空気圧力室４１の空気吹込管４４にノズルを設け、当該ノズルからミストを噴射して、冷却を行なう。
第１空気圧力室４１は、メッキ層から近い位置にあるため、溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線１０のメッキはいまだ高温である。したがって、直接水をかける水冷却と異なり、ミストを混入した冷却空気によって冷却を行なっても急冷とならず、共析相が微粒分散することもない。

鋼線Ｍの線径φが８．０ｍｍの場合、線径φが６．０ｍｍのときに比べ、付着するメッキ量が増えるため、冷却に時間がかかる。また、鋼線Ｍの熱容量が太物のため多く、メッキ層の温度が下がりにくい。したがって、第１空気圧力室４１の空気吹込管４４にノズルを設けてミストを噴射しただけでは、メッキを凝固させることができない。そこで、第１空気圧力室４１及び第２空気圧力室４２の両方の空気吹込管４４，４４にそれぞれノズルを設け、当該ノズルからミストを噴射して、冷却を行なう。なお、第１空気圧力室４１及び第２空気圧力室４２の空気吹込管４４，４４にそれぞれ設けたノズルからミストを噴射しても急冷とはならず、共析相が微粒分散することもない。

なお、ノズルを片方にのみ設置する場合には、第１空気圧力室４１の空気吹込管４４に設けることが好ましい。メッキ槽２０から引き上げられたばかりのメッキは高温であるため、多少のミストによっても急冷されないためである。そのため、共析相が微粒分散せず、耐食性を確保することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、第１空気圧力室４１内と第２空気圧力室４２内には、空気の吹き出しによって冷却空気の乱流を防止するための乱流防止用整流板（図示せず）を複数枚設けてもよい。
また、メッキ工程および空気冷却は単線に限られず、複数本の鋼線を同時にメッキし、空冷装置にて空気冷却することも可能である。

さらに、冷却筒と空気圧力室との接合部にネジ式の連設管を設けて、着脱自在に連設可能にすることで、溶融メッキ鋼線の位置確認と点検を容易に行なうことができる。なお、溶融メッキ鋼線の冷却時においては、連設管を閉じることで、一つの通し冷却通路を有する空冷装置として用いることができる。

本実施形態に係る空冷装置を備える溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の製造装置を示す概略図である。 本実施形態に係る一段目の空気圧力室の縦断面図である。 本実施形態に係る二段目の空気圧力室の拡大外観図である。 本実施形態に係る二段目の空気圧力室の縦断面図である。 本実施形態に係る二段目の空気圧力室の内部説明図である。 溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線の組織断面図であり、（ａ）は本実施形態に係る空冷装置で冷却した場合の組織断面図、（ｂ）は従来の空冷装置で冷却した場合の組織断面図、（ｃ）は水冷却によって冷却した場合の組織断面図である。 従来の空冷装置を備える溶融メッキ鋼線の製造装置を示す概略図である。

符号の説明

１ 製造装置
１０ 溶融Ｚｎ−１０％Ａｌ−０．０５％Ｍｎ合金メッキ鋼線
２０ 溶融メッキ槽
４０ 空冷装置
４１ 第１空気圧力室
４１ａ 第１空気圧力室の上壁
４１ｂ 第１空気圧力室の周壁
４１ｃ 第１空気圧力室の底壁
４２ 第２空気圧力室
４２ａ 第２空気圧力室の上壁
４２ｂ 第２空気圧力室の周壁
４２ｃ 第２空気圧力室の底壁
４３ａ 第１冷却筒
４３ｂ 第２冷却筒
４４ 空気吹込管
４５ａ 空気吹出口
４５ｂ 空気吹出口
４５ｃ 空気吹出管
４６ 外気吸引管
４６ａ 外気吸引口
４７ 冷却通路
４８ａ 外気導入路
４８ｂ 外気吹出口
４８ｃ 外気吹出管
４９ 絞り部

Claims (7)

1. 溶融メッキ槽から引き上げられた溶融メッキ鋼線に対して、強制的に空気を吹き付けて冷却する溶融メッキ鋼線製造装置における溶融メッキ鋼線の空冷装置において、
   内部に溶融メッキ鋼線を挿通する一つの通し冷却通路と、
   前記冷却通路に沿って間隔的に配置され、前記冷却通路へ空気を吹き出す空気吹出口を設けた複数段の空気圧力室と、を有し、
   二段目以降の空気圧力室の下流側の冷却通路は、当該空気圧力室から吹き出す空気により、当該冷却通路内に外部空気を吸引して導入するようにした外気導入路を備える
   ことを特徴とする溶融メッキ鋼線の空冷装置。
2. 前記二段目以降の空気圧力室の下流側の冷却通路は、上流側よりも大きい断面積から略同じ断面積に少なくともそれぞれ当該冷却通路の出口までの区間において漸減させてなることを特徴とする請求項１記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。
3. 前記空気圧力室は、前記冷却通路を囲むように設けられるとともに、
   前記各空気圧力室には、加圧源からの空気吹込管がそれぞれ接続され、前記外気導入路は、二段目以降の前記空気圧力室の上方に開口し、外部より吸引される前記外部空気を前記空気吹出口の周囲から前記冷却通路内に導入する外気吹出口を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。
4. 前記空気圧力室は、前記冷却通路を形成する冷却筒と、前記冷却筒の周囲に設けられる前記空気圧力室の周壁、上壁及び底壁とにより囲まれる空間で構成されるとともに、
   二段目以降の空気圧力室の前記上壁に、前記空気吹込管から吹き込まれた冷却空気を前記空気吹出口から冷却通路に吹き出す空気吹出管と、吸引される前記外部空気を前記冷却通路に導入する前記外気吹出口を有する外気吹出管とを同心状に配設したことを特徴とする請求項３記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。
5. 前記外気吹出管は前記空気吹出管の外側に設置され、かつ、外気吹出管の高さが前記空気吹出管よりも高いことを特徴とする請求項４記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。
6. 前記冷却通路内において、前記二段目以降の空気圧力室より下流側の冷却空気の風速を、当該空気圧力室よりの上流側の風速と同速以上とすることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。
7. 前記空気圧力室が二段配置であり、
   二段目の空気圧力室が、前記冷却通路全長の略中央の位置に設けられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の溶融メッキ鋼線の空冷装置。