JP4843975B2 - めっき浴設備 - Google Patents

Description

本発明は、連続溶融金属めっきラインのめっき浴設備に関するものであり、特に、めっき浴幅方向の溶融金属温度（浴温）分布を均一化して、幅方向に品質差のないめっきを行うことができるめっき浴設備に関する。

金属帯の連続溶融金属めっきラインでは、図４に示すように、めっき槽２内に溶融金属を満たしてなるめっき浴１内に、被めっき材３を浸漬させた後、シンクロール４で被めっき材３の搬送方向を上方に変換して浴中から引き上げることで、めっきを行っている。
図４中、７は浴中サポートロールであり、浴から引き上げられた後の被めっき材３に対してガスワイピング（図示せず）によりめっきの付着量を制御する際の被めっき材の振動や反りを防止するために設置されている。８は浴中サポートロール７の駆動軸であり、浴外に設置されたモータ（図示せず）に接続されて、浴中サポートロール７を駆動している。また、１１は溶融金属を加熱する加熱装置である。

鋼帯の連続溶融金属めっきラインでは、浴内の金属成分同士が反応し、いわゆるドロスが生成する。例えば、溶融亜鉛めっきの場合には、浴中のＺｎと鋼帯から溶出したＦｅとが反応して金属間化合物を形成し、さらに、溶融亜鉛中にはＡｌを含有させるので、鋼帯から溶出したＦｅとＡｌとの反応により金属間化合物が形成し、いずれもドロスとなる。このドロスが鋼帯に付着したり浴中ロールに巻き付いてこれが鋼帯に転写したりすると、品質上の欠陥となる。なお、連続溶融金属めっきラインに関する一般的技術事項は、例えば非特許文献１や特許文献１，２等々に述べられている。

ドロスは浴温が低くなると生成するため、浴内に温度分布があると必然的に生成する。めっき浴には加熱装置１１が設けられており、浴温を一定に保つようにしている。加熱装置１１は、誘導加熱が一般に用いられており、めっき浴温度が下がった場合に作動するようになっている。加熱装置１１の制御は、浴内の１点以上の測定結果に基いて行っているが、操業中は浴内での鋼帯の搬送、浴中ロールの回転により浴内攪拌は十分に行われており、浴内での温度分布は十分に均一であると考えられていた。
特開２００１−３０３２２４号公報 特開平４−３０８０７０号公報 日本鉄鋼協会編：第３版鉄鋼便覧ＩＶ、ｐ．４２１−４３４、昭和５７年５月３１日、丸善発行

しかしながら、被めっき材表面へのドロス付着によるめっき製品表面欠陥（ドロス付着欠陥）は皆無ではない。そこで、ドロス付着欠陥の発生状態を詳細に検討したところ、ドロス付着欠陥はめっき製品の幅方向に均一に発生するわけではなく、その発生率は幅方向の片側において高くなっていることがわかった。
本発明は、めっき浴の温度分布を幅方向に均一とすることが可能で、ドロスが浴内の幅方向両側のいずれか一方側に集中して生成することがなく、これをもってめっき製品のドロス付着欠陥の発生が非常に少ない連続溶融金属めっきラインのめっき浴設備を提供することを目的とする。

本発明者らは、浴温分布を詳細に調査した結果、被めっき材通路の両側の一方側では高く他方側では低いという左右不均等な浴温分布が生じており、このような左右不均等な浴温分布が浴内での左右不均等なドロス発生量分布につながり、このため被めっき材表面へのドロス付着が幅方向の片側で大きくなり、めっき製品のドロス付着欠陥が幅方向の片側に高い発生率で生じることがわかった。

そして、さらに、かかる左右不均等な浴温分布の発生原因について検討を加えたところ、第１にめっき浴の形状が被めっき材の通材路の両側の一方側と他方側とで大きく異なっていること、第２に浴中機器の形状も被めっき材通路の両側の一方側と他方側とで大きく異なっていること、第３に加熱装置の配置も被めっき材通路の両側の一方側と他方側とで大きく異なっていることを知見した。

例えば、図５は、図４に示しためっき設備の平面図である。図５において、一点鎖線は被めっき材の通材路幅中心線Ｃである。以下では、通材路幅中心線Ｃの両側のいずれか一方を左側、他方を右側とする。図５（左側と右側は図示のとおり指定）では、めっき浴１の形状が左側と右側とで大きく異なっている。すなわち、通材路幅中心線Ｃからめっき浴１の右側端面までの距離Ｒが、通材路幅中心線Ｃからめっき浴１の左側端面までの距離Ｌよりも長くなっており、この場合、右側の浴温が低下しやすい。

また、図５では、浴中機器としてシンクロール４および浴中サポートロール７が配置されているが、浴中サポートロール７の駆動軸８は右側にのみ延在しており、該駆動軸８へ熱が伝わるため、右側の局部（駆動軸８付近）の温度が低下しやすい。なお、１２は駆動軸８を駆動するモータである。さらに、加熱装置１１は左側に２つ、右側に１つと、右側の方が少ない配置であるため、右側の浴温が低下しやすい。

これらのことが原因で、図５の例では、右側の浴温が低下しやすくなっており、その結果、右側のドロス発生量が右側で増加し、この増加した側を通過しためっき製品は、その通過側に相当する幅方向の片側においてドロス付着欠陥の発生率が高くなる。したがって、上記した原因をなくすことにより、ドロス付着欠陥の発生を抑制することができる。
本発明は、上述の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）連続溶融金属めっきラインのめっき浴設備であって、めっき浴の形状および浴中機器の形状が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、それぞれ以下の条件を満たすことを特徴とするめっき浴設備。
前記めっき浴の形状は、前記通材炉幅中心線を通る鉛直面の両側のいずれか一方を左側、他方を右側とする前記鉛直面に対するめっき浴の左側部分の鏡像が右側部分の実体と、少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ11と重ならなかった部分の体積Ｖ12を用いて次式で算出される左右対称度α1が９０％以上であり、
前記浴中機器の形状は、前記鉛直面に対する浴中機器の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ21と重ならなかった部分の体積Ｖ22を用いて次式で算出される左右対称度α2が９０％以上である。
α1＝Ｖ11/（Ｖ11＋Ｖ12）×１００（％）
α2＝Ｖ21/（Ｖ21＋Ｖ22）×１００（％）
（２）上記（１）において、さらに、めっき浴を加熱するための加熱装置が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、以下の条件を満たすように配置されたことを特徴とするめっき浴設備。
前記加熱装置は、前記鉛直面の両側に各２個設置され、前記鉛直面に対する前記加熱装置の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ31と重ならなかった部分の体積Ｖ32を用いて次式で算出される左右対称度α3が９０％以上である。
α3＝Ｖ31/（Ｖ31＋Ｖ32）×１００（％）

本発明のめっき浴設備によれば、連続溶融金属めっきラインで製造されるめっき製品のドロス付着欠陥の発生を非常に少ないレベルに抑制できる。

本発明では、めっき浴の形状が、被めっき材の通材路幅中心線（前述の通り、この中心線の両側のいずれか一方を右側、他方を左側とする）に対して、左右略対称の形状とされる。この左右略対称の形状とするには、以下の条件１を満たすようにするとよい。
（条件１：）通材路幅中心線を含む鉛直面（以下、Ｚ面と略記する）に対するめっき浴の左側部分の鏡像が右側部分の実体と、少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ11と重ならなかった部分の体積Ｖ12を用いて次式で算出される左右対称度α1が９０％以上、好ましくは９５％以上、理想的には１００％（すなわち左右対称）である。

α1＝Ｖ11/（Ｖ11＋Ｖ12）×１００（％）
本発明の好適形態では、浴中機器の形状が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、左右略対称の形状とされる。この左右略対称の形状とするには、以下の条件２を満たすようにするとよい。
（条件２：）Ｚ面に対する浴中機器の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ21と重ならなかった部分の体積Ｖ22を用いて次式で算出される左右対称度α2が９０％以上、好ましくは９５％以上、理想的には１００％（すなわち左右対称）である。

α2＝Ｖ21/（Ｖ21＋Ｖ22）×１００（％）
なお、条件２は複数個の浴中機器を一括した全体について満たせば十分であるが、個々に満たす方が、対称形により近づくので好ましい。
また、本発明の好適形態では、加熱装置の配置が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、左右略対称の配置とされる。この左右略対称の配置とするには、以下の条件３を満たすようにするとよい。
（条件３：）Ｚ面に対する加熱装置の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ31と重ならなかった部分の体積Ｖ32を用いて次式で算出される左右対称度α3が９０％以上、好ましくは９５％以上、理想的には１００％（すなわち左右対称）である。

α3＝Ｖ31/（Ｖ31＋Ｖ32）×１００（％）
なお、条件３は複数個の加熱装置を一括した全体について満たせば十分であるが、個々に満たす方が、左右対称形により近づくので好ましい。
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１は、本発明の参考としためっき浴設備の第１例を示す平面図である。同図において、図５と同一または相当部材には同一の符号を付し、説明を省略する。

この第１例では、めっき浴１の平面形状が長方形状（立体形状は直方体状）であり、該長方形の両短辺双方の二等分点を通って通材路幅中心線Ｃ（Ｚ面上に乗っている）が延在する（すなわちＲ＝Ｌ）。よって、めっき浴形状は左右対称形状（α1＝１００％）である。また、浴中機器については、シンクロール４および浴中サポートロール７が左右対称（α2＝１００％）、浴中サポートロール７の駆動軸８の浴中部分が左右非対称（α2＝０％）であり、これら浴中機器を一括した全体では左右略対称（α2≧９０％）である。また、加熱装置１１については、全４個が左右２個ずつ対称（α3＝１００％）に配置されている。なお、シンクロール４は非駆動であり、その支持構造は図示しないがα2≧９０％の左右略対称に配設されている。

これに対し、図５の従来例では、めっき浴１は、図１と同一寸法形状であるが、Ｒ：Ｌ≒３：２であるため、左右非対称（α1≒６７％＜９０％）であり、加熱装置１１の配置も、α3＝０％で左右非対称である。
よって、第１例のめっき浴設備によれば、図５の従来例に比較して、左側浴温と右側浴温との差が格段に小さいものとなる。

次に、図２は、本発明のめっき浴設備の第２例を示す平面図である。第２例では、第１例において駆動軸８を左側にも配設し、駆動軸８の浴中部分についての左右対称度α2が１００％になる構成としたので、左右の駆動軸８に均等に熱が伝わるようになり、左側浴温と右側浴温との差が第１例に比べさらに小さくなる。
次に、図３は、本発明のめっき浴設備の第３例を示す平面図である。第３例では、第２例において左右の駆動軸８を除去し、その代わりに非駆動型の支持機構（図示省略）を浴中に左右対称（α2＝１００％）に配設した構成とした。よって、左右の駆動軸８によって生じていた局部的な抜熱がなくなり、第２例に比べ、局部的な浴温低下がさらに抑制されるので、局部的なドロスの過剰発生がさらに抑制される。

なお、以上の実施形態においては、直方体状のめっき浴に対し本発明を適用した場合を例に挙げて説明したが、これ以外の、面対称に近い形状を有する、あらゆるめっき浴（例えば、浴幅中央での鉛直断面形状が台形、楕円形等の任意の形状であっても該断面の両側のめっき浴部分が互いに略面対称であるめっき浴）に対しても、本発明を適用することで同様の効果が得られることはいうまでもない。

上述の第１〜第３例、および図４、図５に示した従来例のめっき浴設備をそれぞれ連続溶融亜鉛めっきラインに適用し、溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。この製造に係るめっき操業では、それぞれのめっき浴設備に、被めっき材として板厚０．５〜１．６ｍｍ、板幅８００〜１８００ｍｍの鋼帯５０００ｔｏｎを通材した。この通材中、めっき浴組成は、Ａｌ：０．１３〜０．１４ｍａｓｓ％を含有し残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなる組成に調整した。浴温は、めっき浴の幅方向中央の１点での測温値が４６５℃となるように、加熱装置１１のタップを切替えることで制御した。なお、加熱装置にはインダクタタイプのものを用い、複数の加熱装置の全てを同じ出力となるように制御した。

上記のようにして製造した溶融亜鉛めっき鋼板製品について、表面検査ラインにて製品長さ１０００ｍあたりのドロス付着欠陥の発生個数を製品幅方向の左右（図１〜図３および図５の左右と符合する）の各側ごとに調査した。その結果を表１に示す。なお、表１には、各例の製品幅方向の左右各側での発生個数を、それぞれ従来例の製品幅方向の右側での発生個数で割り算しさらに１００倍して得た相対値で示した。表１より、本発明によりドロス付着欠陥の発生が顕著に抑制されたことがわかる。

本発明の参考としためっき浴設備の第１例を示す平面図である。 本発明のめっき浴設備の第２例を示す平面図である。 本発明のめっき浴設備の第３例を示す平面図である。 従来のめっき浴設備の１例を示す一部切欠立体図である。 図４の平面図である。

符号の説明

１ めっき浴
２ めっき槽
３ 被めっき材（例：鋼帯）
４ シンクロール（浴中機器）
７ 浴中サポートロール（浴中機器）
８ 駆動軸（浴中部分が浴中機器に相当）
１１ 加熱装置
１２ モータ
Ｃ 通材路幅中心線

Claims (2)

1. 連続溶融金属めっきラインのめっき浴設備であって、めっき浴の形状および浴中機器の形状が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、それぞれ以下の条件を満たすことを特徴とするめっき浴設備。
   前記めっき浴の形状は、前記通材炉幅中心線を通る鉛直面の両側のいずれか一方を左側、他方を右側とする前記鉛直面に対するめっき浴の左側部分の鏡像が右側部分の実体と、少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ11と重ならなかった部分の体積Ｖ12を用いて次式で算出される左右対称度α1が９０％以上であり、
   前記浴中機器の形状は、前記鉛直面に対する浴中機器の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ21と重ならなかった部分の体積Ｖ22を用いて次式で算出される左右対称度α2が９０％以上である。
   α1＝Ｖ11/（Ｖ11＋Ｖ12）×１００（％）
   α2＝Ｖ21/（Ｖ21＋Ｖ22）×１００（％）
2. さらに、めっき浴を加熱するための加熱装置が、被めっき材の通材路幅中心線に対して、以下の条件を満たすように配置されたことを特徴とする請求項１に記載のめっき浴設備。
   前記加熱装置は、前記鉛直面の両側に各２個設置され、前記鉛直面に対する前記加熱装置の左側部分の鏡像が右側部分の実体と少なくとも一部重なり、この重なった部分の体積Ｖ31と重ならなかった部分の体積Ｖ32を用いて次式で算出される左右対称度α3が９０％以上である。
   α3＝Ｖ31/（Ｖ31＋Ｖ32）×１００（％）

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