JP4661172B2

JP4661172B2 - 連続溶融金属めっきの付着量制御方法および付着量制御装置

Info

Publication number: JP4661172B2
Application number: JP2004325497A
Authority: JP
Inventors: 容任森川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2004-11-09
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2024-11-09
Also published as: JP2006131983A

Description

本発明は、帯状の鋼板に連続して溶融金属めっきする際の付着量制御方法および付着量制御装置に関する。

従来、鋼板の溶融金属めっき、例えば鋼板に連続的に亜鉛めっきを施し、付着量を制御するためには、ガスワイピング法が行われている。即ち、図５に示すように、めっき槽３に保持された溶融亜鉛４中に鋼板１を連続的に供給し、シンクロール５を介して鋼板を連続的に上方に引上げ、ガスワイピングノズル２１により、めっき厚みを制御する。

ガスワイピングノズル２１を利用する方法では、ガスワイピングノズル２１から加熱、又は常温の気体を吐出させ、鋼板１の表面に吹付けることにより、該鋼板面に付着して引き上げられてくる溶融亜鉛４をワイピングし、所要の付着量に制御している。このガスワイピング法は現在幅広く用いられている方法である。

しかしながら、本方式で、生産速度を上昇させたり、少ない付着量を得ようとすると、ガスワイピングノズル２１から吐出する気体の鋼板１への衝突圧を上げなければならない。この高いワイピング圧力はしばしば溶融亜鉛のスプラッシュを発生させ、鋼板表面を汚したり、多量にトップドロスを生成させたりして、製造上の大きな障害となる。さらに、ガスワイピング法では、さざ波と称する鋼板幅方向に波模様状の外観を呈する微小なめっき付着量むらが生じ、外観欠陥となる。

また、ガスワイピング法では、めっき付着量の変更時にガス圧力の応答性が悪いため、めっき付着量が安定するまで所定めっき付着量よりも多めのめっき付着量にする必要がある。さらに、ガスの衝突音による騒音が激しいといった作業性の悪さや、ガスワイピングノズル２１からの空気と亜鉛とが反応し、トップドロスと呼ばれる酸化亜鉛が鋼板に付着し、品質を低下させているという問題がある。

このようなガスワイピング法の課題を解決する手段として、ガスの衝突力を利用する代りに電磁力を利用し、ワイピングする電磁ワイピング法がある。例えば、特許文献１には、電磁ワイピングとガスワイピングの併用による方法が開示されている。また、特許文献２にはめっき浴出側に電磁コイルを配置させ、鉛直方向下向きに電磁力を作用させる方法が開示されている。さらに、特許文献３には、めっき浴上方に配置させた電磁コイルに鋼板表裏面に同位相で電流を流し電磁力を作用させる方法が開示されている。
特開平５−３３１６１０号公報特開平６−３０６５６４号公報特開平５−１３５９号公報

しかしながら、従来の電磁ワイピング法の課題としては次の２点が考えられる。まず第１にワイピング力が不足するため、電磁ワイピング単独で成立せず、特許文献１のようにガスワイピングを併用せざるを得なかったことである。しかし、ガスワイピングを併用すると、ガスワイピングの欠点であるスプラッシュの発生等が防げないといったガスワイピングの短所を克服する電磁ワイピングの利点が生かされなくなる。

第２に、鋼板幅方向のめっき付着量分布の不均一性である。特許文献２、特許文献３のように鋼板面内（一部めっき浴内を含む）に渦電流を流すように交流磁界を発生させると、鋼板端部から少し内側部で、どうしても誘導電流の向きが不均一となるため、めっき部に作用する電磁力の方向も不均一となり、結果として幅方向のめっき付着量分布が不均一となる。

そこで、本発明は、前記課題を解決し、めっき付着量の均一性に優れ、スプラッシュ、さざ波等の外観欠陥のない良好なめっき外観が得られる溶融連続金属めっきの付着量制御方法、および付着量制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の手段は次のとおりである。

第１発明は、めっき浴から引き上げられて上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する方法において、前記鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルに周波数２０ｋＨｚ以上の高周波電流を、前記鋼板の表面と裏面で電流が逆方向となるように鋼板幅方向に流して、前記鋼板上の溶融金属をワイピングすることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御方法である。

第２発明は、第１発明において、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルは、前記鋼板の一方の端部側方で互いに連結された一体型構造の電磁コイルであることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御方法である。

第３発明は、第１発明または第２発明において、前記電磁コイルを中空構造とし、そこに冷却媒体を流して電磁コイルを冷却することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御方法である。

第４発明は、溶融金属を保持するめっき槽から引き上げられて上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置において、前記めっき槽の上方に、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルに周波数２０ｋＨｚ以上の高周波電流を、前記鋼板の表面と裏面で電流が逆方向となるように鋼板幅方向に流す高周波電源装置を備えることを特長とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。

第５発明は、第４発明において、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルは、前記鋼板の一方の端部側方で互いに連結された一体型構造の電磁コイルであることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。

第６発明は、第４発明または第５発明において、前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。

本発明によれば、電磁コイルを鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置して、周波数２０ｋＨｚ以上の高周波電流を、前記鋼板の表面と裏面で電流が逆方向となるように鋼板幅方向に流して鋼板厚み方向に鋼板を押しつける電磁力を発生させて、前記鋼板上の溶融金属をワイピングすることにより、鋼板内に流れる誘導電流を均一化し、鋼板幅方向で均一なワイピング力を実現することができるため、めっき付着量が幅方向で均一で、良好な外観を得ることができる。さらに、電磁力を利用することによりスプラッシュ、さざ波等の外観劣化を防ぐことができ、品質向上につながる。

本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置を備える溶融金属めっき装置の実施形態を示す。図１において、１は、鋼板（めっき鋼板）、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６は電磁コイル、７は高周波電源装置である。鋼板１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられ、めっき槽３上方に設置された電磁コイル６により余剰の溶融金属がワイピングされる。

図２は、図１の装置に設置される付着量制御装置の電磁コイルの構造および電磁ワイピングの原理を説明する概略図で、図１のＡ−Ａ矢視図である。

電磁コイル６は、鋼板１の表裏面の各々の面に対向配置され、さらに前記鋼板１の各々の面に対向配置された電磁コイルは、鋼板１の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造である。

電磁コイル６に、鋼板幅方向の交流電流１１（図２中、矢印の方向）を流すことにより、鋼板１の長手方向（図２で紙面裏面から表面の方向）に磁束１２を発生させるとともに、交流の磁束変化を打ち消すように鋼板面上の溶融金属および鋼板１内に、図２中、矢印の方向に誘導電流１３が発生する。この誘導電流と磁束との作用により鋼板１の厚み方向で鋼板１を押す電磁力１４（図２中、矢印の方向）が溶融金属の表裏面ともに働き、鋼板面上の溶融金属をワイピングする。電磁コイル６は鋼板１をコの字状に囲んだ一体型の構造なので（取り囲み）、溶融金属を含む鋼板表裏面では逆向きの電流が流れる、具体的には、電流は鋼板両面の鋼板表層部分および該部分上の溶融金属を鋼板幅方向に流れる。つまり、鋼板の一方の面のみで渦電流を形成させるのではなく、鋼板両面の全幅に亘る鋼板表層部分および該部分上の溶融金属に渦電流を形成させることができるため、鋼板両面の幅方向で等しい誘導電流となる。したがって、鋼板両面の全幅に亘って、大きさも向きも等しい均一な電磁力（ワイピング力）を得ることができる。

鋼板表層部分および該部分上の溶融金属を流れる誘導電流が表裏面で逆向きとなり打ち消しあうのを避けるために、電磁コイルに流す交流電流の周波数を高くする必要がある。つまり、鋼板面上の溶融金属内に流れる誘導電流は、表面より内部に入るほど、表皮効果により指数関数的に減衰していく。浸透深さは周波数の平方根に反比例するため、電磁コイルに流す交流電流の周波数が高いほど、浸透深さを小さくでき、これによって、鋼板表裏面での誘導電流のキャンセルを防ぎ、有効にワイピングすることができる。

板厚によっても適正な周波数は異なるが、溶融金属めっき鋼板の板厚は通常０．４ｍｍ以上であり、板厚０．４ｍｍ以上の鋼板は、周波数が２０ｋＨｚ以上であれば、誘導電流の表裏面でのキャンセルが起きず、有効なワイピングが行える。周波数を変更させた検討の結果、周波数が高くなると、ワイピングの効率が下がる傾向の知見を得たことから、周波数は７５ｋＨｚ以下とすることが好ましい。

電磁コイルが鋼板に近づくほど、磁束、誘導電流ともに大きくなるため、電磁力も増大し、より効率的なワイピング力が得られる。したがって、鋼板と電磁コイルとの間隔はなるべく狭いほうがよく、１０ｍｍ以下が好ましい。より好ましくは５ｍｍ以下である。鋼板の振動、あるいはＣ反り等の形状不良により鋼板と電磁コイルが接触すると、スパークが発生し、鋼板、および電磁コイルが損傷するため、電磁コイル表面、特に電磁コイルの鋼板面側には絶縁テープ等の絶縁材で被覆させることが好ましい。

鋼板エッジ近傍において、鋼板幅方向中央部と同様の電磁力（ワイピング力）が発現されるようにするには、電磁コイルの鋼板幅方向端部は、鋼板幅方向端部に対応する位置、またはそれよりも外側に延在して存在することが好ましい。外側に延在する場合、鋼板端部より５０ｍｍ以上外側に延在することが好ましい
また、めっき表面上に十分に電磁力を作用させるために、電磁コイルの鋼板長手方向の長さは、鋼板と電磁コイルとの間隔以上にすることが好ましい。

また、電磁コイルの高さ方向の位置は、ドロスの生成、特に鋼板エッジ近傍におけるドロスの生成を抑えるためには電磁コイルの中心とめっき槽内の溶融金属の液面との距離が６００ｍｍ以下となるように電磁コイルを設置するのが好ましい。電磁コイルの中心とめっき槽内の溶融金属の液面との距離が５０ｍｍ未満になるとワイピング効率が低下するので、電磁コイルの中心とめっき槽内の溶融金属の液面との距離は５０ｍｍ以上とすることが好ましい。

図３は、図２の電磁コイル６のＢ−Ｂ断面拡大図である。ワイピングに要する電磁コイルに流す電流により電磁コイル自体も発熱するため、図３に示すように、電磁コイルは中空構造のコイル（一例として４０×３０ｍｍ、厚み２ｍｍ）で構成し、内部を冷却媒体、例えば水により冷却することが好ましい。

図２のように、電磁コイル６を一体型にすることで、必然的に、電磁コイル６に流れる電流が鋼板表裏面でそれぞれ逆方向に流れ、より簡素化された設備構成となる。また、付着量制御装置のめっき装置への取り付け、取り外しは、付着量制御装置を鋼板の幅方向端部方向に移動させることで容易に行うことができる。

電磁コイルの構造は、前述の一体型構造のものに限定されない。例えば、図４に示すように、電磁コイル６を前記鋼板表面および裏面に別々に対向配置させ、鋼板表面と裏面で電流が逆方向となるように、高周波電源装置８から表面に対向配置する電磁コイル６と裏面に対向配置する電磁コイル６に電流を流すようにしてもよい。

本発明を以下の実施例、及び比較例により詳細に説明する。

板厚０．５ｍｍ、板幅２００ｍｍの冷延鋼板のコイルに対して、図１に示した装置を用いて、めっき付着量制御を行い、めっきの付着量制御性、外観の評価を行った。電磁コイルは、図２に示すように、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造で、その断面が長方形の形状（鋼板長手方向が２０ｍｍ、鋼板面と鉛直方向が１５ｍｍ）であり、銅製の中空構造で、電磁コイル内部を冷却水が循環するようになっている。電磁コイル端部は鋼板端部より外側７０ｍｍの位置にある。鋼板と電磁コイルの間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から１００ｍｍ上方に配置している。めっきされる溶融金属は大阪アサヒメタル（株）製のＵアロイ７０（Ｂｉ、Ｓ
ｎ、Ｐｂ、Ｃｄの合金、融点７０℃、比重９．６５）を使用し、めっき浴温度は９０〜１００℃の範囲内で調整した。鋼板は、めっき設備入り側で酸による前処理を行った。鋼板の速度を４０ｍｐｍ、電磁コイルに流す電流は周波数２５ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。めっき付着量は鋼板幅方向の１０箇所の付着量を重量法により測定し、その平均値と標準偏差値を算出することにより、鋼板幅方向の均一性を評価した。

従来法の比較例として、従来の電磁ワイピング法として、電磁コイルに周波数３ｋＨｚ、及び２５ｋＨｚの交流電流を流し、鋼板の厚み方向に磁束を発生させ、鋼板片面内に渦電流を発生させる方式（従来法１）、および従来のガスワイピング法（従来法２）によって上記と同様の評価を行った。

評価結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明法の実施例では、鋼板の幅方向の付着量均一性もよく、良好な外観が得られたのに対して、従来の電磁ワイピング法の比較例は鋼板端部より少し内側部分に付着量の多い部分ができ、外観不良であった。また、従来のガスワイピング法ではスプラッシュ、さざ波の外観欠陥が発生した。さらに、本発明では十分なワイピング力により低付着量までカバーできたのに対し、従来の電磁ワイピング法の比較例では比較的多い付着量範囲でしか制御できなかった。また、本発明では従来のガスワイピング法と比較してトップドロスの発生量も少なく、騒音も皆無であった。

また、本発明法では、付着量変更に対してもコイル電流の変更の応答性が高いため、従来法のガスワイピングに対しても迅速に付着量変更が行えた。

なお、前記実施例では電磁コイルの形状を長方形としたが、特に形状に限定されることなく、円形等でもよい。また、電磁コイルの材質は銅以外にも銅合金等の良電性の材料でもあれば何でもよい。

また、前記実施例では溶融金属として、Ｕアロイ７０を用いているが、亜鉛、亜鉛合金、アルミ等、主成分が金属であれば何でもよい。

本発明は、めっき付着量の均一性に優れ、スプラッシュ、さざ波等の外観欠陥のない良好なめっき外観が得られる溶融連続金属めっき鋼板を製造するために利用することができる。

本発明の実施の形態に係る付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の側面図である。図１の装置に設置される付着量制御装置の電磁コイルの構造および電磁ワイピングの原理を説明する概略図で、図１のＡ−Ａ矢視図である。図２の電磁コイルのＢ−Ｂ断面拡大図である。本発明の実施の形態に係る付着量制御装置の電磁コイルの別に実施形態を説明する図である。ガスワイピング法による付着量制御装置を備える従来の連続溶融金属めっき装置の側面図である。

符号の説明

１鋼板
２スナウト
３めっき槽
４溶融金属
５シンクロール
６電磁コイル
７高周波電源装置
８付着量制御装置
１１交流電流
１２磁束
１３誘導電流
１４電磁力
１５冷却媒体（冷却水）
２１ガスワイピングノズル

Claims

めっき浴から引き上げられて上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する方法において、前記鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルに周波数２０ｋＨｚ以上７５ｋＨｚ以下の高周波電流を、前記鋼板の表面と裏面で電流が逆方向となるように鋼板幅方向に流して、前記電磁コイルによって鋼板長手方向に磁束を発生させるとともに鋼板幅方向に誘導電流を発生させ、前記磁束と前記誘導電流によって鋼板厚み方向に鋼板を押す電磁力を発生させ、該電磁力によって前記鋼板上の溶融金属をワイピングすることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御方法。
請求項１において、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルは、前記鋼板の一方の端部側方で互いに連結された一体型構造の電磁コイルであることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御方法。
前記電磁コイルを中空構造とし、そこに冷却媒体を流して電磁コイルを冷却することを特徴とする請求項１または請求項２記載の連続溶融金属めっきの付着量制御方法。
溶融金属を保持するめっき槽から引き上げられて上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置において、前記めっき槽の上方に、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルに周波数２０ｋＨｚ以上７５ｋＨｚ以下の高周波電流を、前記鋼板の表面と裏面で電流が逆方向となるように鋼板幅方向に流す高周波電源装置を備え、前記電磁コイルによって鋼板長手方向に磁束を発生させるとともに鋼板幅方向に誘導電流を発生させ、前記磁束と前記誘導電流によって鋼板厚み方向に鋼板を押す電磁力を発生させることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
請求項４において、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置した電磁コイルは、前記鋼板の一方の端部側方で互いに連結された一体型構造の電磁コイルであることを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする請求項４または請求項５記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。