JP4867453B2

JP4867453B2 - 連続溶融金属めっきの付着量制御装置

Info

Publication number: JP4867453B2
Application number: JP2006116766A
Authority: JP
Inventors: 容任森川; 善道日野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-04-20
Also published as: JP2007284775A

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。図５は従来のガスワイピング法を備えた連続溶融金属めっき装置を示す図である。図５によれば、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８により、めっき厚みを制御する。

ガスワイピングノズル８を利用する方法では、ガスワイピングノズル８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、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、上記ガスワイピング法では、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８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るなど、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８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、品質が低下するという問題もある。

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。
特開平５−３３１６１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のように電磁ワイピングとガスワイピングを併用する方法では、ガスワイピングの欠点であるスプラッシュの発生等を防ぐことができず、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。さらに、電磁ワイピングのみでワイピングができる能力をもたそうとすると、多大な電力が必要となり、設備コスト、運転コストともに生産に見合わなくなる。

本発明は、かかる事情に鑑み、電磁ワイピングのみで十分なワイピング力を有し、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装置を提供することを目的とする。

本発明者らは上記課題を解決する為に、研究を重ねた。まず、電磁コイルの断面形状に着目し、その電磁コイルの断面形状を頂点を最下部とする三角形とすることで、ワイピング力が向上する電磁力分布とした。その結果、電磁ワイピングのみを用いて、余剰の溶融金属をより効率的にワイピングできることが可能となった。
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その特徴は以下のとおりである。
［１］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であって、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を備え、前記電磁コイルは、断面の形状が三角形であり、最下部に該三角形の頂点があり、鋼板と向き合う面が鋼板と平行になるように配置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。
［２］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であって、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を備え、前記電磁コイルは、断面の形状が三角形であり、最下部に該三角形の頂点があり、鋼板と向き合う面は鋼板との距離が下方から上方に行くに従い大きくなるように配置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。
［３］前記［１］または［２］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。

本発明によれば、鋼板表裏面のそれぞれの面に対向配置させた電磁コイルによる電磁力を余剰金属のワイピングに効率的に利用することにより、外観欠陥のない良好なめっき外観を有すめっき鋼板が得られる。さらに、電磁力のワイピング効果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ぎ、品質向上につながる。さらに、低コストで溶融連続金属めっきを得ることができ、設備費の軽減にもなる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
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である。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の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。
この時、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」の一体構造である。そして、電磁コイル６に鋼板幅方向の交流電流を流すことにより、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、誘導電流が発生する。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し、鋼板表面に付着した溶融金属の量を制御する。

溶融金属に作用する電磁力は、鋼板幅方向にはほぼ均一な電磁力分布であり、鋼板のライン方向には図４に示すように電磁コイルの中心付近がピークとなるような分布を持つ。ワイピング力はこのライン方向の電磁力の勾配の大きさに左右され、電磁力のピークの下側における電磁力の勾配が大きいほど、ワイピング力が高まる。電磁コイルに投入するパワーを大きくすれば、この勾配も大きくなるため、ワイピング力は向上するが、この方法では非常に大きな電力を必要としてしまう。したがって、電磁力のピークの下側における電磁力の勾配を大きくするように電磁力分布を変化させるような電磁力を発生させれば、同じ電力でもよりワイピング力が高まり、効率的なワイピング力が行えることになる。

以上の考察に基づき、種種の検討を行った。その結果、電磁コイルの断面形状を変えることにより、ワイピング力が向上する電磁力分布に変更できることを見出した。
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を示す概略図で、電磁コイル６の断面形状を示す図である。図２に示すように、電磁コイルの断面は形状が三角形であり、最下部に前期三角形の頂点がある逆三角形状であり、鋼板と向き合う電磁コイルの面は鋼板と平行となるように配置されている。電磁コイルをこのような形状にした場合、電磁コイルより下方側の鋼板表面の電磁力は電磁コイル上方側よりも小さくなる。その結果として、鋼板進行方向で電磁力のピークに到達する前の電磁力の勾配が大きくなる。そして、例えば、断面形状が四角形状、あるいは円形の電磁コイルに比べ、ワイピング力が高まるため、同じめっき付着量を確保するための投入電力を低く抑えることができる。さらに、高周波電源は出力に比例して高くなるため、初期投資費用も軽減することができる。
図３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６の別の構造を示す概略図で、電磁コイルの断面形状を示す図である。電磁コイルの断面は逆三角形状であり、鋼板と向き合う面は鋼板との距離が下方から上方に行くに従い大きくなるように配置されている。電磁コイル内に流れる電流は鋼板に近い方により多く流れる性質を持つため、鋼板に最も近い電磁コイル面に集中して電流が流れる。また、電磁力は鋼板と電磁コイルの距離にも依存し、距離が近いほど大きくなる。したがって、電磁コイル面は上方にいくほど鋼板とは離れる構造となっているため、この電磁コイル面の上方部分が電磁力分布の下半分に与える影響は少なくなり、電磁力分布の下半分における勾配がより急峻になる。鋼板に最も近い電磁コイル面の鋼板に対する角度は特に限定されるものではないが、十分な効果を発揮させるためには５度以上の角度がよく、電磁コイルの加工、機械的強度から３０度以下が望ましい。

さらに、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２、図３に示すように、電磁コイルは中空で内部を冷却するための冷却媒体が流れる構造となっているのが好ましい。そして、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。

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。また、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。

また、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、電磁コイルを鋼板表面および裏面に別々に対向配置させ、電流を流すことも可能である。

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に示す装置を用いて、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、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結し、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造であり、図２に示すように、断面は三角形の形状（鋼板と平行な面、および鋼板に垂直な面の長さが２０ｍｍの直角二等辺三角形）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。また、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、Ｓｎ、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30〜120mpm、電磁コイルに流す電流は周波数３０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。なお、めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定した。

従来法の比較例として、形状が四角形（断面の１辺が２０ｍｍの正方形）の電磁コイルを用い、それ以外は本発明と同じ方法にて行い、上記と同様の評価を行った。
以上により得られた結果を表1に示す。

表１に示すように、本発明法の実施例では、同じライン速度、めっき付着量の場合では、従来の電磁ワイピング法の比較例に比べ、１５〜２０％程度の投入電力の削減が図ることができる。逆に、同じ投入電力、めっき付着量の場合では、ライン速度を増速することができ、生産性が高まる。また、本発明ではスプラッシュ、さざ波等の外観欠陥もなく良好なめっき外観が得られた。

実施例１と同様の材料を用いて、図１に示した装置を用い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。ただし、電磁コイルは、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結し、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造であり、図３に示すように、その断面は三角形の形状（鋼板に近い面、および遠い面の１辺が２０ｍｍ、最も鋼板に近い側の面と鋼板との角度は１５度、最下端の角度が３０度の二等辺三角形）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の位置になる。鋼板と電磁コイルの最も短い部分における間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から１００ｍｍ上方に設置している。また、めっきされる溶融金属は上記実施例１と同様のＵアロイ７０を用い、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30〜120mpm、電磁コイルに流す電流は周波数３０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。なお、めっき付着量は実施例１と同様に、鋼板幅方向の１０箇所の付着量を重量法により測定した。

従来法の比較例として、形状が四角形（断面の１辺が２０ｍｍの正方形）の電磁コイルを用い、それ以外は上記本発明と同じ方法にて行い、上記と同様の評価を行った。
以上により得られた結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明法の実施例では、同じライン速度、めっき付着量の場合、従来の電磁ワイピング法の比較例に比べ、２０〜２５％程度の投入電力の削減が図ることができる。逆に、同じ投入電力、めっき付着量の場合では、ライン速度を増速することができ、生産性が高まる。また、本発明ではスプラッシュ、さざ波等の外観欠陥もなく良好なめっき外観が得られた。
なお、実施例では溶融金属として、Ｕアロイ７０を用いているが、限定されず、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。

溶融亜鉛めっき鋼板として、めっき付着量が均一で、スプラッシュ、さざ波等の外観欠陥がなく、良好なめっき外観を要求される、例えば自動車用材料として非常に有用である。

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を示す概略図である。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を示す概略図である。鋼板のライン方向での電磁力分布を示す図である。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冷却水
８ガスワイピングノズル

Claims

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であって、
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を備え、
前記電磁コイルは、断面の形状が三角形であり、最下部に該三角形の頂点があり、鋼板と向き合う面が鋼板と平行になるように配置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。
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であって、
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を備え、
前記電磁コイルは、断面の形状が三角形であり、最下部に該三角形の頂点があり、鋼板と向き合う面は鋼板との距離が下方から上方に行くに従い大きくなるように配置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。
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１または２に記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。