JP4692132B2

JP4692132B2 - 溶融めっき装置および溶融めっき装置の操業方法

Info

Publication number: JP4692132B2
Application number: JP2005226903A
Authority: JP
Inventors: 博巳国守; 高広菅野; 和也宮川
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-08-04
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2025-08-04
Also published as: JP2007039763A

Description

本発明は、特にボトムドロスの巻き上げを効果的に抑制することが可能な溶融めっき装置およびその操業方法に関する。

一般に亜鉛めっきをはじめとする溶融めっきのポットにおいては、金属のインゴットを浴中に装入して溶融金属を補給しつつ、溶融めっきする操業を行なっている。
その際、金属のインゴットの溶解に起因するポット内の溶融金属（以下単に、浴ともいう）の一時的な温度低下により、ドロスが発生し、このドロスが被めっき材近傍まで浴面あるいは浴中を流動する。そこでこれが被めっき材に付着するのを防止する目的で、インゴットを装入する部分を囲う堰をポットに設置することが行なわれている（特許文献１）。

このような溶融めっき装置によれば、浴面に浮上しやすいトップドロス（Ｆｅ−Ａｌ系ドロス）は堰によりその流動が阻止され、一方、溶融亜鉛より密度が大きいＦｅ−Ｚｎ系のドロスは、堰の底板に設けた浴との連通孔から溶融金属の下降流れと共に流動し、浴底に溜まり、いわゆるボトムドロスとなる。なおこれ以外にも被めっき材が浴中に浸漬されることなどにより浴温の不均一化が生じるため、これによっても浴底にボトムドロスが生成される。

ここで特許文献１には、浴面レベル、浴成分の制御精度を向上させることにより、ドロス発生の少ない浴を実現した溶融めっき装置が開示されている。
また特許文献２には、図４（ａ）、（ｂ）に示すようなシンクロール９を具備した溶融めっき装置が開示されている。
具体的には特許文献２の溶融めっき装置では、長さ２．２ｍ、外径７００ｍｍのシンクロール９に対して、整流部材１０の内面からシンクロール９の外周面までの間隔を７５ｍｍ、シンクロール９の長手方向両端部を覆う長さをロール両端より５００ｍｍとした整流部材１０を設置することにより、ボトムドロスの巻き上げの防止を図っている。
特開平５−１８６８５７号公報特開２００２−６９６０２号公報

しかしながら特許文献１に記載の溶融金属めっき装置は、ポット深さが２２００ｍｍと浅く、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａも１００ｍｍと極めて狭い。
このため、特許文献１に記載の溶融金属めっき装置により、例えば幅１２００ｍｍ、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼帯を浸漬し、引き上げて溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する際、図５（ａ）に示すように、堰６に設けた連通孔７からの溶融金属の流れ（イ）および鋼帯Ｓの浴内通過に伴う流れ（ロ）により、特に鋼帯Ｓの通板速度が速い操業条件ではボトムドロス１００の巻き上げが起こり得るので、巻き上げられたボトムドロス１０１が鋼板表面に付着するという問題があった。

また特許文献２に記載の溶融めっき装置も、前記特許文献１と同様、連通孔を設けた底板からポット底面までの間隔が不十分な堰がポットに設置されている。そこで、幅１１００ｍｍ、厚み０．８ｍｍの鋼帯に、浴温４５５〜４７５℃、鋼帯の浴内通板速度１２０ｍｐｍで溶融めっきすると、溶融亜鉛めっき鋼帯表面には、ボトムドロスの付着が５個／ｍ^２も観察され、ボトムドロスの付着の少ない溶融亜鉛めっき鋼帯を製造することが困難であるという問題があった。

本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、ボトムドロスの巻き上げを効果的に抑制することができ、ボトムドロスの付着が少ない被めっき材を製造可能な溶融めっき装置およびその操業方法を提供することを目的とする。

本発明は、溶融金属浴、シンクロールおよび加熱手段を有するポットと、該浴へインゴットを装入するインゴット装入手段と、該浴内にて前記インゴットを囲むとともに該浴との連通孔を設けた底板を有する堰を具備した溶融めっき装置において、前記ポット深さを２４００〜３０００ｍｍとし、前記底板から前記ポット底面までの間隔を前記ポット深さの１／２〜２／３としたことを特徴とする溶融めっき装置である。

前記シンクロールのポット底面に平行な幅方向中央軸を含み且つ前記ポット底面に垂直な面に対して、前記ポット、前記堰、前記堰の底板に設けた連通孔、加熱手段およびインゴット装入手段を面対称とすることが好ましい。
また前記シンクロールは、該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、該シンクロールに巻き付く金属帯の全面を覆わない長さの整流部材が両端に取り付けられてなることが好ましい。

また、前記堰は、底板に加え、サイド板にも連通孔を設けて設置してなることが好ましい。
また本発明は、前記いずれかに記載の溶融めっき装置により、被めっき材を溶融金属浴中に浸漬し、引き上げて溶融めっきする操業を行なうに際し、浴面レベルが目標値より低下したときにインゴット装入手段によりインゴットを浴へ装入し、加熱手段を作動させる操業を行なうことを特徴とする溶融めっき装置の操業方法である。

本発明によれば、溶融めっき操業時、ポット底面上に十分な流れのよどみ領域を形成することができるようにしたから、ボトムドロスの巻き上げを効果的に抑制することができる。したがって、被めっき材の浴内通板速度を従来と同じとした場合、ボトムドロスの付着のより少ないめっき材を製造することができる。

以下、本発明をなすに至った経緯を含め、被めっき材を金属材である鋼帯、浴を溶融亜鉛として説明する。
まず本発明をなすに至ったモデル解析結果を図５（ａ）、（ｂ）に示す。図５（ａ）には、堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流（イ）によりボトムドロス１００が巻き上げられている状態を示し、図５（ｂ）には、堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れ（イ）があってもボトムドロス１００が巻き上げられていない状態を示す。図５（ａ）中、１０１は堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流（イ）により巻き上げられたボトムドロスを示す。

このような浴温と浴中の流動をシュミレーションするモデル解析結果より、従来の溶融めっき装置では、連通孔７を設けた堰６の底板からポット底面２までの間隔ａが狭く、巻き上げられたボトムドロス１０１（以下、単にドロスという）が鋼帯Ｓ表面にまで流動して付着することを知見したのである。
また図５（ｂ）に示すように、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａを広げることにより、堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れ（イ）があっても、ドロスが巻き上げられ難くなるが、ポット深さが浅いと、ポット底面２上に十分な流れのよどみ領域を形成することができず、鋼帯の浴内通板に伴う流れ（ロ）によって生じるボトムドロスの巻き上げも起こり、ドロスが鋼帯Ｓ表面に付着することもわかった。

したがって特許文献１に記載の溶融金属めっき装置は、ポット深さが２２００ｍｍと浅く、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａも１００ｍｍと極めて狭いから、鋼帯Ｓの浴内通板速度の早いめっき操業を行った場合、ポット底面２上に流れのよどみ領域を十分に形成することができなかった。
そこで本発明では、種々の条件でモデル解析を行ない、鋼帯Ｓの浴内通板速度１２０ｍｐｍでめっき操業を行った場合でも、ポット底面２上に流れのよどみ領域を十分に形成することができるポット深さとするとともに、堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れ（イ）により、ボトムドロス１００が巻き上げられない状態を実現できるよう、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔を決定した。すなわち、図１に示すような本発明の実施の形態にかかる溶融めっき装置において、ポット深さｂを２４００〜３０００ｍｍとし、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａをポット深さｂの１／２〜２／３とした堰６を設置した。堰６を設置する場所は、シンクロール１０に対して被めっき材Ｓが浴１２に進入してくる側のポット１の壁面とすることが望ましい。

ポット深さｂを２４００〜３０００ｍｍとした理由は、次のとおりである。
ポット深さｂを２４００ｍｍ未満とした場合には、鋼帯Ｓの幅が９００〜１２００ｍｍ、鋼帯Ｓの浴内通板速度１２０ｍｐｍの条件で、ポット底面２上に十分な流れのよどみ領域を形成することができず、一方、ポット深さｂを３０００ｍｍ超えとした場合には、流れのよどみ領域が広くなり浴温の不均一化を招きやすくなる不都合が発生する。そこで、鋼帯Ｓの幅が９００〜１２００ｍｍ、鋼帯Ｓの浴内通板速度１２０ｍｐｍのめっき操業条件で、流れのよどみ領域を形成することができるポット深さとするとともに、前記不都合を解消するため、ポット深さｂを２４００〜３０００ｍｍとした。

連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａをポット深さｂの１／２〜２／３として堰６を設置する理由は、次のとおりである。
連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａがポット深さｂの１／２未満とした場合、めっき操業条件によりインゴット５を浴へ装入した際の連通孔７からの下降流れによって、ドロスが巻き上げられてドロスが鋼帯Ｓ表面に付着してしまう。

一方、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａをポット深さｂの２／３超えとした場合、浴面３の壁上端から堰６の底板までの距離が短くなり過ぎ、めっき金属の不足分を十分補給することができなくなる。そこで、めっき操業時、連通孔７からの下降流れによってドロスが巻き上げられず、めっき金属の不足分を十分補給することができるように、連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔ａがポット深さｂの１／２〜２／３とした堰６を設置してなる溶融めっき装置とした。

その他、設備条件として堰６の幅Ｗは、ポット１の幅の２／３〜３／４の範囲、堰６の奥行きＤは、スナウト１１の堰６寄りの浸漬位置から堰６を設置したポット１の一壁面までの距離の２／３以内とした。連通孔７は、直径が５０〜１５０ｍｍの大きさで、底板６Ａに２箇所以上幅方向中央に対して左右対称に設けた。
ところで本発明の実施の形態にかかる溶融めっき装置は、図１に示したように、溶融金属浴１２、シンクロール９および加熱手段８を有するポット１と、浴１２へ、インゴット５を装入するインゴット装入手段４と、浴１２内にてインゴット５を囲むとともに浴１２との連通孔７を設けた底板を有する堰６を具備した溶融めっき装置である。図１中、１０は整流部材を示し、１１はスナウトを示す。

インゴット装入手段４は、インゴット５を浴面３から、不足しためっき金属を補給する装置である。インゴット装入手段４としては、例えば直方体のインゴット５を把持して、任意量だけ浴中に浸漬できるものであればよく、送りねじにより連続的に装入する手段を挙げることができる。
加熱手段８としてインダクターなどを用いることができる。加熱手段８をポット１に３箇所設置する場合、その設置位置は図２に示すように、シンクロール９のポット底面に平行な幅方向中央軸Ｌを含み且つ前記ポット底面に垂直な面に対して左右対称にするのが浴温を均一化するうえで好ましい。

また堰６としては、例えば図３に示すように、連通孔７を設けた底板６Ａの左右にサイド板６ＢＬ、６ＢＲを有し、前面に前板６Ｃを有する構造とすることができる。堰６の構成部材としては、材質がＳＵＳ３１６Ｌで、厚さが３０ｍｍのものが好適に用いることができる。この堰６には、浴中に浸漬して長さが短くなったインゴットが投入される場合がある。

ここで本発明の実施の形態にかかる溶融めっき装置としては、ポット１、堰６、堰６の底板６Ａに設けた連通孔７、加熱手段８およびインゴット装入手段４を、シンクロール９のポット底面に平行な幅方向中央軸Ｌを含み且つ前記ポット底面に垂直な面に対して、対称に設置してなることが浴温の均一化および溶融金属の流れの均一化を図ることができるので好ましいことがモデル解析結果からわかった。
またシンクロール９は、図４に示すように、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、シンクロールに巻き付く金属帯の全面を覆わない長さの整流部材１０が両端に取り付けられてなるのが、鋼帯Ｓの浴内通板速度が１２０ｍｐｍでのめっき操業条件において、流れのよどみ領域をさらに十分に形成することができるので好ましい。

このような溶融めっき装置によれば、鋼帯Ｓを浴中に浸漬し、引き上げて溶融めっきする操業を行なうに際し、浴面３レベルが目標値より低下したときにインゴット装入手段４によりインゴット５を浴へ装入して、不足しためっき金属を補給することができるとともに、加熱手段８を作動させることにより、浴温を維持することができる。

図１、図２に示した溶融金属めっき装置を図示しない連続焼鈍炉の下流に設置し、焼鈍後の鋼帯を浴中に浸漬し、引き上げて溶融亜鉛めっき鋼帯を製造した。
但し、前記した浴温と浴中の流動のモデル解析結果から、ポット寸法は、深さｂを、２８００ｍｍ、ポット幅を３６００ｍｍ、ポット奥行きを４２５０ｍｍとし、堰６の底板からポット底面２までの間隔ｂを１５００ｍｍとして堰６をシンクロールに対して鋼帯が進入している側のポット１の一壁面に取り付け、またシンクロール９の回転中心からポット底面２までの距離を１５００ｍｍとした。

堰６には、厚さが３０ｍｍで材質がＳＵＳ３１６Ｌの部材を用い、図３に示すような構造とした。このような発明例の溶融めっき装置により、幅が１１００ｍｍ、厚みが０．８ｍｍのめっき品質の厳しい自動車外板用の鋼帯Ｓを浴内通板速度１２０ｍｐｍの条件で溶融めっきし、その後、溶融亜鉛めっき鋼帯表面を観察することにより、ドロス付着個数を調べた。浴温を４５５〜４７５℃の範囲とした。

その結果、シンクロール９に整流部材１０を設け、堰が本発明の条件を満たしていない従来の溶融めっき装置の場合、ドロス付着個数は５個／ｍ^２（特許文献２参照）であったのに対し、シンクロール９に整流部材１０を設け、堰が本発明の条件を満たしている発明例の溶融めっき装置の場合には、溶融亜鉛めっき鋼帯表面を１０００ｍにわたり、観察したが、ドロス付着は観察されなかった。

また、図１、図２に示した発明例の溶融めっき装置において、整流部材１０をシンクロール９から取り外した場合には、同様な溶融めっき条件で製造した自動車外板用の溶融亜鉛めっき鋼帯表面を１０００ｍにわたり、観察したところ、ドロス付着個数は１．０個／ｍ^２であった。
また、図１、図２に示した発明例の溶融めっき装置において、底板６Ａに加えて左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに浴との連通孔を形成した堰を、堰６に代えて設置した場合には、同様な溶融めっき条件で製造した自動車外板用の溶融亜鉛めっき鋼帯表面を１０００ｍにわたり、観察したところ、ドロス付着個数は０．５個／ｍ^２であった。この理由は、底板６Ａに加えて左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに浴との連通孔を形成した特殊な堰は、図６に示した堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れ（イ）をさらに弱くするためである。

なお、図６には、図１、図２に示した発明例の溶融めっき装置により、めっき操業を行った後、ボトムドロスの堆積量を調べ、実施前と比較した結果を示す。
実施前のボトムドロスの堆積量とは、シンクロール９に整流部材１０を設け、しかも堰が本発明の条件を満たしていない特許文献２の溶融めっき装置の場合である。このことから、発明例の溶融めっき装置により、ボトムドロスの堆積量を実施前の２０％にまで減少することができていることがわかる。これは本発明においては浴温の均一化が達成された結果である。

また図７には、底板６Ａに加えて左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに浴との連通孔を設けた堰をポット１に設置した発明例の溶融めっき装置により、前記自動車外板用の溶融亜鉛めっき鋼帯を製造した際の浴中における浴温の最大偏差を示した。この場合、浴温の目標値を４６０℃としてめっき操業を行なった。
但し、浴中における浴温の最大偏差は、図１に示した幅方向中央における側温箇所Ｐ１〜Ｐ６と、このＰ１〜Ｐ６の各側温箇所から左右に所定距離隔てて幅方向中央に対して左右対称に１２箇所、合計１８箇所で側温し、各箇所での側温値と目標値との偏差の絶対値のうち、最大の値とした。

図７から発明例の溶融めっき装置により、図１に示したＰ１〜Ｐ６を含む、幅方向中央に対して左右対称な合計１８箇所での浴温の最大偏差を２．５℃以内にでき、しかも底板６Ａに加えて左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに浴との連通孔を設けた発明例の溶融めっき装置とすれば、更に浴温度を均一化することができる。底板６Ａに加えて左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに浴との連通孔を設けた発明例では、左右のサイド板６ＢＬ、６ＢＲに連通孔を設けない場合に比べて、更に浴温度を均一化することができるから、ボトムドロスの生成量をより少なくすることができるので好ましい。

本発明の実施の形態にかかる溶融めっき装置の概略縦断面図である。図１のＸ−Ｘ部分断面図である。図１のポット１に設置した堰６の形状を示す斜視図である。図１のポット１に設置したシンクロール９の説明図であって、（ａ）は概略側面図、（ｂ）はＹ−Ｙ断面図である。本発明を知見するに至ったモデル解析結果を説明するための模式図であり、（ａ）は、堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れによりボトムドロス１００が巻き上げられている状態を示し、（ｂ）は堰６の底板に設けた連通孔７からの下降流れによりボトムドロス１００が巻き上げられていない状態を示す。本発明例の効果をボトムドロスの堆積量について実施前と比較して示すグラフである。本発明例において、堰の両サイド板に連通孔を設けた場合の効果を堰の両サイド板に連通孔を設けない場合と比較して示すグラフである。

符号の説明

Ｓ被めっき材（鋼帯）
１ポット
２ポット底面
３浴面
４インゴット装入手段
５インゴット
６堰
ａ連通孔７を設けた底板からポット底面２までの間隔
ｂポット深さ
Ｗ幅
Ｄ奥行き
６Ａ底板
６ＢＬ、６ＢＲサイド板
６Ｃ前板
７連通孔
８加熱手段（インダクター）
９シンクロール
１０整流部材
１１スナウト
１２溶融金属浴
１００ボトムドロス
１０１巻き上げられたボトムドロス
イ、ロ、ハ溶の流れ
Ｌシンクロールのポット底面に平行な幅方向中央軸

Claims

溶融金属浴、シンクロールおよび加熱手段を有するポットと、該浴へインゴットを装入するインゴット装入手段と、該浴内にて前記インゴットを囲むとともに該浴との連通孔を設けた底板を有する堰を具備した溶融めっき装置において、前記ポット深さを２４００〜３０００ｍｍとし、前記底板から前記ポット底面までの間隔を前記ポット深さの１／２〜２／３としたことを特徴とする溶融めっき装置。
前記シンクロールのポット底面に平行な幅方向中央軸を含み且つ前記ポット底面に垂直な面に対して、前記ポット、前記堰、前記堰の底板に設けた連通孔、加熱手段およびインゴット装入手段を面対称とすることを特徴とする請求項１に記載の溶融めっき装置。
前記シンクロールは、該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、該シンクロールに巻き付く金属帯の全面を覆わない長さの整流部材が両端に取り付けられてなることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融めっき装置。
前記堰は、底板に加え、サイド板にも連通孔を設けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶融めっき装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶融めっき装置により、被めっき材を溶融金属浴中に浸漬し、引き上げて溶融めっきする操業を行なうに際し、浴面レベルが目標値より低下したときにインゴット装入手段によりインゴットを浴へ装入し、加熱手段を作動させる操業を行なうことを特徴とする溶融めっき装置の操業方法。