JP4823634B2 - 金属ストリップの連続浸漬コーティングと高温プロセスの方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属ストリップ、特に鋼ストリップの連続高温浸漬コーティングのプロセスおよび装置に関する。

多くの産業の用途で、鋼シートは、例えば腐食保護のための保護層、通常亜鉛層を施されて使用される。

この種のシートは多くの産業で全ての部品、特に目に見える部品の製造に使用される。

この種のシートを得るには、鋼ストリップを例えば亜鉛の、溶融金属の浴に浸漬する連続浸漬装置が使用され、この溶融金属には他の元素、例えばアルミニウムおよび鉄、および可能な添加剤、例えば鉛、アンチモンなどを含んでもよい。浴の温度は金属の性質に依存し、亜鉛の場合には浴の温度は約４６０℃である。

特に高温亜鉛めっきの場合、鋼ストリップが溶融亜鉛浴中に入ると、厚さ数十ナノメートルのＦｅ−Ｚｎ−Ａｌの金属合金が前記ストリップの表面に形成される。

このようにしてコーティングした部品の腐食抵抗性は亜鉛によって与えられ、その厚さは通常エアーワイピングによって制御される。鋼ストリップへの亜鉛の付着は前述の合金によって与えられる。

鋼ストリップが溶融金属浴を通る前に、この鋼ストリップは最初に還元雰囲気中でアニーリング炉を通って進むが、この目的は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が実際の浸漬コーティング作業に必要な化学反応に有利になるように準備するためである。鋼ストリップは等級によって約６５０〜９００℃で再結晶化および表面の準備に必要な時間加熱される。それは次いで熱交換器によって溶融金属浴の温度近くまで冷却される。

それがアニーリング炉を通過した後、鋼ストリップは「筒口（ｓｎｏｕｔ）」とも呼ばれる鋼を保護する雰囲気のダクトを通って進み、溶融金属の浴に浸漬される。

このダクトの下部は前記浴の表面とこのダクトの内部で液体シールが画定されるように金属浴の中へ浸漬され、鋼シートが前記ダクトを通って進むときに液体シールを通る。

鋼ストリップは金属浴の中に浸漬されたローラによって向きを変えられる。それはこの金属浴から現れ、次いでこの鋼ストリップの液体金属コーティング厚さを制御するために用いるワイピング手段を通過する。

特殊な高温亜鉛めっきの場合、ダクト内部の液体シールの表面は通常このダクト内部の雰囲気と液体シールの亜鉛との間の反応による酸化亜鉛、および鋼ストリップ溶解反応による固体の湯垢で被覆されている。

亜鉛浴中の過飽和したこれらの湯垢または他の粒子は、密度が液体亜鉛のそれよりも低く、浴の表面、特に液体シールの表面に浮かび上がる。

液体シールの表面を鋼ストリップが通過することによって、汚れた粒子の混入が起きる。鋼ストリップのスピードに応じて、液体シールの動きにより混入したこれらの粒子は、浴の容積から除去されることなく、ストリップを引き出す領域に現れ、外観の欠陥を招く。

このようにして、コーティングした鋼ストリップは外観の欠陥が亜鉛ワイピング作業中に拡大されあるいは出現する。

これは、前記粒子が取り除かれあるいは壊れる前に、異物がエアーワイピングの噴射によって混入するからであり、したがってより薄い厚みの液体亜鉛の条痕が数ｍｍから数ｃｍの範囲の長さで発生する。

亜鉛粒子および湯垢を液体シールの表面から除去する種々の解決策が提案されてきた。

これらの欠点を避ける第１の解決策は、酸化亜鉛および湯垢を浴からポンプで汲み出すことによって液体シールの表面を清浄化することである。

これらのポンプ汲み出し作業はただポンプ汲み出しを行う液体シールの表面の非常に局部的な点のみを清浄化し、その作業の効果と範囲は非常に小さく、鋼ストリップが通過する液体シールを完全に清浄化することは保障されない。

第２の解決策は、金属シートまたはセラミックプレートをこの液体シールに配置することによって鋼ストリップが通過する点の液体シールの面積を減少させ、表面に存在するいくつかの粒子をストリップから遠ざけて、このストリップによる液体シールの自己クリーニングを行わせることである。

この構成は液体シールの表面に存在する全ての粒子を遠ざけないし、自己クリーニング作用は液体シールの面積が小さいほど大きく、これは工業的な運転条件には両立しない。

さらに、所定の運転時間の後、プレート外側の粒子の蓄積物はますます大きくなり、粒子のクラスターが分離して鋼ストリップの上に再び戻ってくる。

液体シールの表面に浮かべた追加のプレートも亜鉛塵芥を捕捉する好ましい部位を形成する。

他の解決策はダクト中の液体シールの表面にフレームを追加し、鋼ストリップを囲むことである。

この構成は鋼ストリップの動きに起因する酸化亜鉛および湯垢の混入に伴う全ての欠陥を取り去ることはできない。

これは、液体シール部で亜鉛蒸気がフレームの壁に凝縮し、浸漬したストリップの振動あるいは熱的な不均一さによる微小な撹乱でフレームの壁が汚され、こうして異物の滞留する領域となるからである。

したがってこの解決策はそれ自体が欠陥の追加の原因になる前の数時間、最善でも数日間だけ運転することができる。

このように、この解決策は液体シールのほんの部分的な対処であって、外観欠陥のない表面を求める顧客の要求を満足させるだけの、きわめて低い欠陥密度を達成することはできない。

また知られていることは、溶融金属浴を補充することによって液体シールを清浄化する解決策である。

補充はポンプ移送する液体亜鉛を鋼シートが浸漬される領域の近くの浴に導入することで達成される。

この解決策を実施するには多くの困難さがある。

これはオーバーフロー効果を得るためには非常に高いポンプ移送速度が必要であり、液体シール部に噴射するポンプ移送の亜鉛は亜鉛浴中で発生した湯垢を含むからである。

さらに、液体亜鉛を補充するパイプはそれを浸漬する前に鋼ストリップ上にスクラッチを発生させ、液体シール上部の凝縮した亜鉛蒸気の堆積によって、それ自体欠陥の原因となる。

また、亜鉛を液体シール部に補充するプロセスで、この補充が、鋼ストリップを囲んで液体シールの表面に現れるステンレススチール製ボックスによって達成されるプロセスも知られている。ポンプがこのようにして作られたオーバーフローに混入した粒子を吸い取り、それらを浴の容積中に吐出する。

このプロセスはまた、底部ローラ上の浴の容積中のストリップを囲むボックスが密閉できない限り、恒久的にオーバーフロー効果を維持するためには非常に高いポンプ移送速度を必要とする。

本発明の一目的は、上述の欠点を回避し、外観欠陥のない表面を求める顧客の要求を満足させるだけの、きわめて低い欠陥密度を達成することのできる、金属ストリップの連続亜鉛めっきプロセスおよび装置を提供することである。

したがって本発明の主題は、金属ストリップがダクトを通って保護雰囲気中を連続的に進み、ダクトの下部が前記浴の表面とこのダクトの内部とで液体シールを画定するように液体金属浴中に浸漬され、金属ストリップが金属浴中に置かれた偏向ローラの周りで向きを変え、コーティングした金属ストリップが金属浴を離れる際にワイピングされる、液体金属浴を含むタンク中の金属ストリップの連続浸漬コーティングプロセスであって、前記ダクト内に作られた、それぞれその下部でダクトを延ばす内壁を有する、少なくともストリップ側に面した２つのオーバーフロー区画内に、液体シール表面からの液体金属の自然流が設定され、区画の上端が前記表面の下方に位置し、これらの区画の液体金属の落下高さ（ｄｒｏｐ ｉｎ ｈｅｉｇｈｔ）は酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として上昇しないように決定され、前記区画内の液体金属のレベルが液体シールの表面以下に維持されることを特徴とする。

本発明の主題はまた、金属ストリップの連続高温浸漬コーティング装置であって、
液体金属浴を含むタンクと、
金属ストリップが保護雰囲気中で中を進むダクトであって、そのダクトの下部が前記浴の表面とこのダクトの内部とで液体シールを画定するように液体金属浴中に浸漬されるダクトと、
金属ストリップの向きを変えるために金属浴中に置かれたローラと、
金属浴を離れる際にコーティングした金属ストリップをワイピングする手段とを含む種類の装置であり、
ダクトが、その下部でストリップの各々の側に面して、液体シールの表面に向けられた内壁によって延ばされ、その内壁の上端が前記表面の下方に位置し、前記複数の壁が、この表面からこの区画へ液体金属の自然流が設定されるように、前記区画内の液体金属のレベルを液体シールの表面以下のレベルに維持する手段を備える２つの液体金属オーバーフロー区画を形成し、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として上昇しないように、前記区画の液体金属の落下高さが５０ｍｍよりも高いことを特徴とする。

本発明の他の形態によれば、
各区画の内壁がタンクの底に向かって開く（ｆｌａｒｅ）下部および金属ストリップと平行な上部を有し、
各区画の液体金属の落下高さが１００ｍｍよりも高く、
区画中の液体金属のレベルを維持する手段は、前記区画の各々の吸引側に接続パイプを経由して接続され、引き抜かれた金属を浴の容積の中へ放出するパイプを吐出側に備えるポンプによって形成され、
装置が、各区画中の液体金属のレベルを表示する手段を含み、
表示手段が、ダクトの外側に配置された、接続パイプを経由して各区画の底に接続される貯蔵室によって形成され、
ダクトが、その下部で金属ストリップの各側部端に面して、液体シールの表面に向けられた内壁によって延ばされ、その内壁の上端が前記表面の下方に配置されて液体金属のオーバーフロー区画を形成する。

本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照しながら、以下の例示としての説明によって明らかになろう。

以下に、金属ストリップの連続亜鉛めっき装置の説明を行う。しかし本発明は、表面汚染が発生する可能性があり、清浄な液体シールを維持すべきいかなる連続浸漬コーティングプロセスにも適用される。

第１に、冷間圧延機を出た後、鋼ストリップ１は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が亜鉛めっき作業に必要な化学反応に有利になるよう準備する目的で、還元雰囲気中アニーリング炉（図示されていない）を通過させる。

鋼ストリップはこの炉で例えば約６５０〜９００℃に加熱される。

アニーリング炉を出た後、鋼ストリップ１は図１に全体的に１０で示される亜鉛めっき装置を通過する。

この装置１０は、アルミニウムおよび鉄などの化学元素、および可能な添加剤、特に鉛およびアンチモンなどを含有する液体亜鉛の浴１２を収容するタンク１１を含む。

この液体亜鉛の浴の温度は約４６０℃である。

アニーリング炉を通過した後、鋼ストリップ１は熱交換器によって液体亜鉛浴の温度近くまで冷却され、次いで液体亜鉛浴１２の中に浸漬される。

この浸漬の間に鋼ストリップ１の表面にＦｅ−Ｚｎ−Ａｌ合金が形成され、この合金は鋼ストリップとワイピングの後の前記鋼ストリップ１上に残った亜鉛との間を結合させる。

図１に示すように、亜鉛めっき装置１０は、その中を鋼ストリップ１が鋼を保護する雰囲気中で進むダクト１３を含む。

このダクト１３は「筒口」とも呼ばれ、図に示す例示では長方形の断面を有する。

このダクト１３の下部１３ａは、前記浴１２の表面とこのダクト１３の内部で液体シール１４が画定されるように金属浴１２の中に浸漬される。

このようにして、鋼ストリップ１は液体亜鉛浴１２に浸漬される際に、ダクト１３の下部１３ａ中の液体シール１４の表面を通過する。

鋼ストリップ１は通常底部ローラと呼ばれる、亜鉛浴１２中に置かれたローラ１５によって向きを変えられる。この亜鉛浴１２を出る際に、コーティングした鋼ストリップ１は、例えばエアースプレーノズル１６ａからなる、液体亜鉛コーティングの厚さを制御するための鋼ストリップ１の各両側に向けられたワイピング手段１６を通過する。

図１および２に示すように、ダクト１３の下部１３ａは、偏向ローラ１５と同じ側にあるストリップ１側に面する側に、液体シール１４の表面に向かう内壁２０によって延ばされ、ダクト１３の前記下部１３ａで、第１の液体亜鉛オーバーフロー区画２５を作る。

内壁２０の上端２１は、前記シール１４のこの表面からこの区画２５へ液体亜鉛の自然流が設定されるように、液体シール１４の表面の下方に位置している。

同様に、偏向ローラ１５とは反対側に配置されたストリップ１の側に面するように位置するダクト１３の下部１３ａが、液体シール１４の表面に向けられた内壁２６によって延ばされ、前記下部１３ａで液体亜鉛がオーバーフローする第２の区画２９を作る。

内壁２６の上端２７は液体シール１４の表面の下方に位置し、前記液体シール１４のこの表面からこの区画２９に向かう液体亜鉛の自然流が設定されるように、区画２９には前記区画中の液体亜鉛のレベルを液体シール１４の表面の下方のレベルに維持する手段が提供される。

区画２５および２９内の液体金属の落下高さは、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として上昇しないように決定され、この高さは５０ｍｍ以上、好ましくは１００ｍｍ以上である。

内壁２０および２６は、タンク１１に向けて開く下部を有することが好ましい。区画２５および２９の内壁２０および２６は、ステンレススチールで作られ、厚さが１０〜２０ｍｍである。

第１の実施形態によれば、図３に示すように、内壁２０および２６の上端２１および２７は直線であり、テーパ付きが好ましい。

第２の実施形態によれば、図４に示すように、内壁２０および２６の上端２１および２７は長さ方向に連続的に窪み２２および突起２３を含む。

窪み２２および突起２３は円弧の形状をしており、前記窪みおよび前記突起との間の高さの差「ａ」は５〜１０ｍｍであるのが好ましい。

加えて、窪み２２および突起２３の間の距離「ｄ」は、例えば１５０ｍｍ程度である。

さらにこの実施形態では、内壁２０および２６の上端２１および２７はテーパ付きであることが好ましい。

他の実施形態によれば、区画２５または２９の上端２１または２７の１つは直線状であることができ、他は連続する窪みおよび突起を含むことができる。

オーバーフロー区画２５および２９中の液体亜鉛のレベルを維持する手段は、前記区画２５および２９の吸引側にそれぞれ接続パイプ３１および３３を経由して接続されるポンプ３０によって形成される。

ポンプ３０はパイプ３２で吐出側に適応され、引き抜いた亜鉛が浴１２の容積に放出される。

さらに、装置はオーバーフロー区画２５および２９中の液体亜鉛のレベルを表示する手段または液体亜鉛のレベルが表示される何らかの他の手段を含む。

この好ましい実施形態では、これらの表示手段はダクト１３の外側に配置され、オーバーフロー区画２５および２９の各々の底にそれぞれ接続パイプ３６および３７を経由して接続される貯蔵室３５によって形成される。

図１に示すように、ポンプ３０がオーバーフロー区画２５および２９に接続される点は貯蔵室３５が前記区画２５および２９に接続される点の上方に位置する。

外部貯蔵室３５を追加することによって、オーバーフロー区画２５および２９のレベルをダクト１３の下部１３ａの外の、都合の良い環境に移行することができ、このレベルを容易に検出することができる。この目的のために、貯蔵室３５は液体亜鉛レベル検出器、例えば警報ランプを供給する接触器、レーダーまたはレーザービームなどを備えてもよい。

図５に示した変形例によれば、ダクト１３がその下部で鋼ストリップ１の各側端部に面して液体シール１４の表面に向けられた内壁４０によって延ばされ、内壁４０の上端４１が前記液体シール１４の表面の下方に位置する。

各内壁４１はダクト１３の下部で液体亜鉛のオーバーフロー区画４２を作る。

一般に、鋼ストリップ１はダクト１３を経由して亜鉛浴１２に、また液体シール１４に浸入し、このストリップは浴から出る酸化亜鉛および湯垢を混入し、このようにしてコーティングに外観の欠陥が生じる。

この欠点を防止するために、液体シール１４の面積が内壁２０と２６によって縮小され、前記内壁２０と２６の間に隔離された液体シール１４の表面はオーバーフロー区画２５および２９へと流れ、前記区画２５および２９の内壁２０および２６の上端２１および２７を越えて通過する。

液体シール１４の表面に浮上して外観欠陥の原因となる酸化物粒子および湯垢または他の粒子は、オーバーフロー区画２５および２９の中に浮遊して運ばれ、これらの区画２５および２９に含まれる液体亜鉛は、液体シールの表面からこれらの区画２５および２９へ亜鉛が自然に流れる十分低いレベルを維持するようにポンプ移送される。

このようにして、壁２０と２６の間で隔離された液体シール１４の自由表面は恒久的に補充され、これらの区画２５および２９からポンプ３０によって吸い上げられた液体亜鉛は、放出パイプ３２によって亜鉛浴１２中へ噴射される。

このようにして作られた効果によって、鋼ストリップ１は浸漬の際に恒久的に清浄化された液体シール１４の表面を経て進み、亜鉛浴１２から最小の欠陥をもって現れる。

外部貯蔵室３５はオーバーフロー区画２５および２９の液体亜鉛のレベルを検出し、例えばタンク１１へ導入される亜鉛インゴットに作用することによって、このレベルを浴１２以下に維持するように調節するために使用される。

装置がオーバーフロー区画２５および２９に追加して２つの側部のオーバーフロー区画４２を含む場合、装置の効果は大きく増加する。

本発明による装置の利点によって、コーティングされた鋼ストリップ表面の欠陥密度は大きく減少し、このようにして得たこのコーティング表面の品質は、部品に外観欠陥のない表面を求める顧客の要求基準を満足する。

本発明はいかなる金属浸漬コーティングプロセスにも適用される。

本発明による連続浸漬コーティング装置の側面を示す概略図である。 図１のダクトのライン２−２上を示す断面図である。 本発明による第１の実施形態の装置のオーバーフロー区画の上端の側面を示す概略図である。 本発明による第２の実施形態の装置のオーバーフロー区画の上端の側面を示す概略図である。 本発明による装置のダクトの変形例の断面を示す概略図である。

Claims (16)

1. 金属ストリップ（１）を保護雰囲気中でダクト（１３）を通って連続的に進ませ、その下部（１３ａ）を液体金属浴（１２）に浸漬して前記浴の表面とこのダクト（１３）の内部で液体シール（１４）を画定し、金属ストリップ（１）を金属浴（１２）中に置かれた偏向ローラ（１５）の周りで方向を変え、コーティングした金属ストリップ（１）が金属浴（１２）を離れる際にワイピングされる、液体金属浴（１２）を含むタンク（１１）中で金属ストリップ（１）を連続的に浸漬コーティングするプロセスであって、
   前記ダクト（１３）の下部から液体シールの表面に向かって延ばされてストリップ（１）の各側にそれぞれ面する内壁（２０、２６）により、前記ダクト（１３）の下部に作られた、２つのオーバーフロー区画（２５、２９）内に、液体シール（１４）の表面からの液体金属の自然流が生起され、各オーバーフロー区画（２５、２９）の上端（２１、２７）が前記表面よりも下方に位置し、ストリップ近傍の液体シール（１４）の表面と前記区画（２５、２９）内の液体金属の表面との間の高さの差である区画（２５、２９）の液体金属の落下高さが、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属の流れに逆らって上昇しないように５０ｍｍよりも高く維持され、前記区画（２５、２９）内の液体金属のレベルが液体シール（１４）の表面以下に維持され、オーバーフロー区画（２５、２９）の液体金属のレベルが、前記落下高さを５０ｍｍよりも高く維持する調節のために検出されることを特徴とするプロセス。
2. 金属ストリップ（１）の連続高温浸漬コーティング装置であって、
   液体金属浴（１２）を含むタンク（１１）と、
   金属ストリップ（１）が保護雰囲気中で中を進むダクト（１３）であって、そのダクト（１３）の下部（１３ａ）が前記浴（１２）の表面とこのダクト（１３）の内部とで液体シール（１４）を画定するように液体金属浴（１２）中に浸漬されるダクトと、
   金属ストリップ（１）の向きを変えるために金属浴（１２）中に置かれたローラ（１５）と、
   液体金属浴（１２）を離れる際にコーティングした金属ストリップ（１）をワイピングする手段（１６）とを含む種類の装置であり、
   ダクト（１３）が、その下部（１３ａ）でストリップ（１）の各側にそれぞれ面して液体シール（１４）の表面に向けられた内壁（２０、２６）によって延ばされ、その内壁の上端（２１、２７）が前記表面の下方に位置し、前記壁（２０、２６）が、液体金属の２つのオーバーフロー区画（２５、２９）を形成し、液体シール（１４）の表面からこれらの区画（２５、２９）への液体金属の自然流が生起されるように、前記区画（２５、２９）内の液体金属のレベルを液体シール（１４）の表面以下のレベルに維持する手段（３０）を備え、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属の流れに逆らって上昇しないように、ストリップ近傍の液体シール（１４）の表面と前記区画（２５、２９）内の液体金属の表面との間の高さの差である前記区画の液体金属の落下高さが５０ｍｍよりも高く、
   前記区画（２５、２９）内の液体金属のレベルを維持する手段が、該区画の各々の吸引側に接続パイプ（３１、３３）を経由して接続され、引き抜いた液体金属を浴（１２）の容積の中へ放出するパイプ（３２）を吐出側に備えるポンプ（３０）によって形成され、
   前記装置は更に、各区画（２５、２９）中の液体金属のレベルを表示する手段（３５）を含んでいることを特徴とする装置。
3. 各区画（２５、２９）の液体金属の落下高さが１００ｍｍよりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）がタンク（１１）の底に向かって開く下部および金属ストリップ（１）と平行な上部を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）の上端（２１、２７）が直線であることを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
6. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）の上端（２１、２７）が、長さ方向に連続的に窪み（２２）および突起（２３）を含むことを特徴とする請求項２または３に記載の装置。
7. 窪み（２２）および突起（２３）が円弧の形状をしていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 窪み（２２）と突起（２３）の間の高さの差が５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
9. 窪み（２２）と突起（２３）の間の距離が１５０ｍｍであることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。
10. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）の上端（２１、２７）がテーパ付きであることを特徴とする請求項２から９のいずれか一項に記載の装置。
11. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）がステンレススチールで作られることを特徴とする請求項２から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 各区画（２５、２９）の内壁（２０、２６）の厚さが１０〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 表示手段が、ダクト（１３）の外側に配置されて各区画（２５、２９）の底に接続パイプ（３６、３７）を経由して接続される貯蔵室（３５）によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
14. 貯蔵室（３５）が各区画（２５、２９）の液体金属の緩衝容器を形成することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 貯蔵室（３５）が液体金属レベル検出器を備えることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
16. ダクト（１３）が、その下部（１３ａ）で金属ストリップ（１）の各側端部に面して液体シール（１４）の表面に向けられた内壁（４０）によって延ばされ、その上端（４１）が前記表面の下方に位置し、液体金属オーバーフロー区画（４２）を形成することを特徴とする請求項２から１５のいずれか一項に記載の装置。

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