JP4767739B2

JP4767739B2 - 溶融めっき線の冷却方法および装置

Info

Publication number: JP4767739B2
Application number: JP2006108916A
Authority: JP
Inventors: 誠小坂
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-11
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2026-04-11
Also published as: JP2007277688A

Description

本発明は３００ｇ／ｍ^２以上の亜鉛付着量を有する亜鉛めっき線製造時に、溶融亜鉛を凝固させる際に、冷媒として泡沫を使用し、良好な表面性状のめっき線を得るための方法及び装置に関するものである。

過酷な腐食環境下で使用される鉄線に耐食性を付与するために、鉄線を溶融亜鉛中に通し、表面に亜鉛めっきを施すことが一般に行われる。その中で、より優れた耐食性を得るためには単位表面積あたりの亜鉛の付着量を増加させることが最も有効である。

溶融亜鉛めっき工程において、亜鉛付着量増加のためには、亜鉛浴からの鉄線の引き上げ速度を上げてめっき付着量を多くすることが行われる。引き上げ速度の高速化に伴い、一般に行われている噴流水による冷却では、水圧により水流に沿った筋状の凹凸や未凝固亜鉛層が流されることによる偏肉が発生し易くなる。

この対策として、高速で製造される溶融亜鉛浴から引き上げられためっき線表面の亜鉛層を早期に安定化するために表面不良が発生しない条件で一次冷却を行うことが有効となる。

めっき線等の冷却装置として、円筒状の冷却水容器下部に被冷却線より太い孔を設け、線と孔の間隙を通して空気を上方に吐出し、その作用によって流体の滴下を阻止しつつ、線を静水中に導入するする装置が提案（例えば、特許文献１参照）されている。

また、冷却水循環ポンプによって冷却水を強制循環して大気圧より低い圧力に保持したチャンバー内に、下部線材導入口と線の隙間から外気を連続して導入することにより、冷却水の下方への漏洩を防止する装置が提案（例えば、特許文献２参照）されている。

しかしこれらの場合、上方に吐出する高圧空気とそれに対向して下方に流出しようとする水が時間的に不安定になり冷却能力が変動するため、めっき付着量が３００ｇ／ｍ^２以上の厚目付の場合、表面が乱れ、平滑な表面を得ることが困難である。

また、気体ないしミストの吹きつけ方向と線のなす角度を１０〜４５°として吹き付け圧力を調整することにより、めっきの偏肉や垂れを防止する装置が提案（例えば、特許文献３参照）されている。

また、筒状のチャンバー内で、被冷却線の軸方向と平行上向きに冷却ガスを流すことでめっきの垂れ下がりを防止し、必要な亜鉛付着量を確保する装置が提案（例えば、特許文献４、５参照）されている。

しかしこれらの場合、冷媒が気体もしくはミストであるため、高速の亜鉛めっき線を安定するための十分な冷却速度を得ることは出来ず、良好な表面性状を有する厚目付の溶融めっき鉄線を得ることは困難である。
実公昭５７−１３８８０号公報特開平６−８１１０７号公報特開平４−１８３８４４号公報特開平１０−６０６１５号公報特開２０００−４５０５６号公報

本発明は上述した問題を解決し、３００ｇ／ｍ^２超のめっき付着量を確保しつつ、めっき鉄線冷却時にめっき表面の垂れ、凹凸、節等の発生を抑制する泡沫による溶融亜鉛めっき線の冷却方法および泡沫による溶融亜鉛めっき線の冷却装置、特に、泡沫あるいは泡膜が鉛直下方向に流出、漏洩、または滴下することなく保持することができる溶融亜鉛めっき線の冷却装置を提供することを課題とするものである。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、その趣旨とするところは次の通りである。
（１）３００ｇ／ｍ^２超の亜鉛付着量を有し、鉛直方向に連続的に引き上げて製造される溶融亜鉛めっき線に、ＡＳＴＭＤ１１７３−５３に規程する６０℃での初期泡沫高さが２２０ｍｍ以上で、かつ初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差が１００ｍｍ以下となる泡膜から成り、かつ泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．００１％乃至０．５％である泡沫でめっき表面を冷却することを特徴とする溶融亜鉛めっき線の冷却方法。
（２）ＳＴＭＤ１１７３−５３に規程する６０℃での初期泡沫高さが２２０ｍｍ以上で、かつ初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差が１００ｍｍ以下の泡膜から成り、かつ泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．００１％乃至０．５％である泡沫を生成する泡沫生成装置と、生成された泡沫を移送する送泡管と、鉛直方向に連続的に引き上がる溶融亜鉛めっき線に沿って泡沫を保持または流動させる泡沫案内板とを備えている溶融亜鉛めっき鉄線の冷却装置であって、前記泡沫案内板は、めっき線と泡沫案内板間で形成される泡沫層の最小厚さが５ｍｍ乃至２０ｍｍとなる範囲で幅が可動であり、かつ泡沫案内板下端と溶融亜鉛浴面の垂直距離が０．１乃至２ｍの範囲で上下方向に可動な泡沫案内板であることを特徴とする溶融亜鉛めっき鉄線の冷却装置。

以上述べたように、本発明は、溶融亜鉛めっき線の一次冷却の冷媒として泡沫を用い、溶融亜鉛表面の性状を乱すこと無く亜鉛シェルを形成することで、良好な表面性状のめっき線を得るための方法及び装置を提供するものであり、産業上の効果は極めて顕著である。

以下図を参酌して本発明を説明する。
図１は、本発明の適用例として溶融亜鉛めっき線の冷却工程の概略を示した図である。溶融亜鉛めっきの冷却工程は、図１に示すように、鋼線１１を溶融亜鉛めっき浴１２に浸漬し、シンカー１３で垂直上向きに進行方向を変え、酸化防止ガスチャンバー１４を経て本発明である冷却装置１５を通過する。その後、トップローラー１６により再び方向を変え、巻き取り装置へと進行する。
本発明の溶融亜鉛めっき線の冷却装置１５について詳細に説明する。
図２は、泡沫タンク、泡沫発生機、送泡管、泡沫案内板を備えた本発明の溶融亜鉛めっき線の冷却装置の全体を示す図である。
本発明の冷却装置では、図２に示すように、泡沫タンク１に蓄えられた液体２をポンプ３によって汲み上げ、ベンチュリー管４による減圧を利用して気体導入管５から気体を自吸し、導入された気体による流体のせん断作用により微細な泡沫層を液体２に形成する機能を有する。泡沫は、液体、例えば工業用水、に市販の工業用洗剤を溶解した液体を用いて形成することができる。

泡膜の溶質組成を調整して、ＡＳＴＭＤ１１７３−５３による６０℃初期泡沫高さ（起泡性）が２２０ｍｍ未満となるようにした場合、液体２浴面上での破泡速度が泡沫生成速度を上回るため、泡沫層を形成することが出来ない。

また、ＡＳＴＭＤ１１７３−５３による初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差（泡沫安定性）が１００ｍｍを越える場合、送泡管７および泡受け部９内での破泡により泡沫が液体に帰すため、冷却に十分な泡沫量を案内板１０に供給し、めっき線８に触れさせることが出来ない。このため本発明では冷却媒体となる泡沫をＡＳＴＭＤ１１７３−５３に規程する初期泡沫高さで２００ｍｍ以上、初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差を１００ｍｍ以下とした。

気体導入管４から導入する気体の流量とポンプ３の流量調整により、泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．００１％未満となる場合、蒸発潜熱によりめっき線から熱を奪い取る泡膜の量が不足するため、泡沫は冷却媒体として十分機能することが出来ない。また、泡沫としての比重が小さすぎるため、泡沫案内板間に泡沫層を形成し、安定的に流動させることが出来ない。

逆に、泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．５％を越えた場合、泡膜が厚くなり、重力による泡沫外への液排出が著しく、安定した泡沫の供給および保持が出来なくなる。このため本発明では泡沫全体に対する泡膜の体積百分率を０．００１％乃至０．５％とした。ここで、泡沫全体とは膜を形成する液体である泡膜と泡膜に囲まれた気体とからなるものを意味する。そして、泡膜を形成する液体は少ないけれども体積を有し、泡沫全体に対する泡膜の体積百分率で表すことができる。また、気体の体積は室温（２０℃）時のものとした。

送泡管７はタンク１内の液体状の冷媒の上に充満した泡沫を、泡沫タンクから泡沫案内板１０によって形成される泡受け部９へと移送する機能を有する。泡受け部９を形成する２枚の泡沫案内板１０は、めっき線を挟んで垂直に設けられている。泡沫案内板の上部は
泡受けを容易にするように外側方向に拡開していることが好ましい。また、泡沫案内板の下部も外側方向に拡開していることが好ましい。

泡受け部９に溜まった泡沫は重力と泡案内板１０およびめっき線８からの粘性摩擦の作用を適正に制御可能な泡沫層厚さ制御機能を有し、泡沫層の厚さを調整することにより、泡沫の下方への流動速度、流量を調整することが出来、めっき線の冷却能力の調整を可能とする。

めっき線と泡沫案内板間で形成される泡沫層の最小厚さが５ｍｍ未満の場合、泡沫層がめっき線８から受ける上向きの粘性抵抗により、泡沫層が持ち出されるため、泡沫層を案内する泡沫案内板１０に沿った泡沫を形成して冷却効果を得ることが出来ない。一方、泡沫層の最小厚さが２０ｍｍ超の場合、泡沫層が泡沫案内板と線からの粘性抵抗だけでは支えきれず、泡沫の一部が中間で分離して下方に落下するため、本発明ではめっき線と泡沫案内板間で形成される泡沫層の最小厚さを５ｍｍ乃至２０ｍｍとした。

泡沫案内板下端（２枚の泡沫案内板の平行部下端を意味する）と溶融亜鉛浴面の垂直距離が０．１ｍ未満では、泡沫とめっき線が最初に接触する位置で、未凝固の溶融亜鉛を下方に押し戻す作用が働き、めっき線表面に竹節状の不均一をもたらすため、０．１ｍ以上の垂直距離が必要である。
また、泡沫案内板下端と溶融亜鉛浴面の垂直距離を２ｍ越とした場合は、めっき線が泡沫層に到達する以前にめっき表面が不安定となり、表面欠陥が発生するため、本発明では２枚の泡沫案内板下端と溶融亜鉛浴面の垂直距離を０．１乃至２ｍの範囲とした。

以下に実施例を示す。なお、この実施例は例に沿って具体的に説明するものであり、本発明の請求項の内容を限定するものではない。

めっき用線はＪＩＳＳＷＲＭ６５．５φの熱間圧延材を用い、４．０φまで冷間伸線加工した鉄線を使用した。伸線材繰り出し後、焼鈍を行い、塩酸で酸洗後、水洗、塩化アンモニウム水溶液のフラックス中を経て、ブロワ乾燥後４５０℃の溶融純亜鉛槽へ浸漬させた。ラインスピードは３０ｍ／ｍｉｎ、溶融亜鉛浴中への浸漬時間を１０ｓとし、めっき線引き上げ部分の浴面は窒素によりシールを行い、めっき付着量３２０ｇ／ｍ^２のめっき鉄線を製造した。

泡沫の泡膜を形成する液体は、工業用水に市販の工業用洗剤を溶解し、濃度を調整し、ＡＳＴＭＤ１１７３−５３に準拠した方法により初期泡沫高さおよび５分後泡沫高さを測定した。

泡膜の泡沫全体に対する体積百分率は、気体導入管４の開度、およびポンプ３の流量を調整して泡沫を発生させた直後に泡沫全体の体積を測定し、市販の消泡剤を添加して泡沫を液体に帰した後体積を測定し、消泡剤の体積を減じたものを泡沫液の体積として求めた。

上記のようにして発生させた泡沫を案内板間に保持または流動させ、この中に溶融亜鉛浴面より垂直に引き上げためっき線を通材して冷却を行った。めっき表面性状は巻き取り後のめっき線を目視で観察して評価した。また、装置の冷却能力は泡受け部９の直上でめっき線に触れ、線表面の荒れの有無で評価した。

実施例のめっき線の評価結果を表１に示す。この結果、本発明例の１〜１０は泡沫（泡膜液）の特性の調製、および冷却装置の設定がいずれも適切であったために、平滑な表面性状のめっき線が安定的に製造された例である。

比較例１１は泡膜液の体積百分率が小さすぎるため、泡沫案内板間を安定的に流動出来ず、冷却能力が不足して、平滑な表面性状が出来なかった例である。比較例１２は逆に泡膜液の体積百分率が大きすぎるため、案内板の途中で泡沫が液化し下方に垂れを生じた例である。

比較例１３〜１５は泡膜液の起泡力または安定性が不足しているために、冷媒として十分な泡沫がめっき線周囲に供給出来ない例である。

比較例１６は泡沫案内板と浴面の距離が短すぎるために、表面に竹節状の欠陥が生じる例である。比較例１７は逆に泡沫案内板の位置が高すぎるために、凝固シェルが形成される前の不安定性から表面欠陥を生じた例である。

比較例１８は案内板とめっき線間に形成される泡膜層厚みが小さすぎるために、泡膜層全体が上昇し、十分な冷却が出来ない例である。比較例１９は逆に泡膜層が厚すぎるために、下方に垂れを生じた例である。

本発明の適用例として溶融亜鉛めっき線の冷却工程の概略を示す図である。本発明の冷却装置での泡沫タンク、泡沫発生機、送泡管、泡沫案内板の位置関係および機能を説明するための図である。

符号の説明

１泡沫タンク
２液体
３ポンプ
４ベンチュリー管
５気体導入管
６泡沫
７送泡管
８めっき線
９泡沫受け部
１０泡沫案内板
１１鋼線
１２めっき浴
１３シンカー
１４酸化防止ガスチャンバー
１５冷却装置
１６トップローラー

Claims

３００ｇ／ｍ^２超の亜鉛付着量を有し、鉛直方向に連続的に引き上げて製造される溶融亜鉛めっき線に、ＡＳＴＭＤ１１７３−５３に規程する６０℃での初期泡沫高さが２２０ｍｍ以上で、かつ初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差が１００ｍｍ以下となる泡膜から成り、かつ泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．００１％乃至０．５％である泡沫でめっき表面を冷却することを特徴とする溶融亜鉛めっき線の冷却方法。
ＳＴＭＤ１１７３−５３に規程する６０℃での初期泡沫高さが２２０ｍｍ以上で、かつ初期泡沫高さと５分後泡沫高さとの差が１００ｍｍ以下の泡膜から成り、かつ泡沫全体に対する泡膜の体積百分率が０．００１％乃至０．５％である泡沫を生成する泡沫生成装置と、生成された泡沫を移送する送泡管と、鉛直方向に連続的に引き上がる溶融亜鉛めっき線に沿って泡沫を保持または流動させる泡沫案内板とを備えている溶融亜鉛めっき鉄線の冷却装置であって、前記泡沫案内板は、めっき線と泡沫案内板間で形成される泡沫層の最小厚さが５ｍｍ乃至２０ｍｍとなる範囲で幅が可動であり、かつ泡沫案内板下端と溶融亜鉛浴面の垂直距離が０．１乃至２ｍの範囲で上下方向に可動な泡沫案内板であることを特徴とする溶融亜鉛めっき鉄線の冷却装置。