JP4884795B2

JP4884795B2 - 金属帯の連続溶融金属めっき設備

Info

Publication number: JP4884795B2
Application number: JP2006035219A
Authority: JP
Inventors: 浩久川村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-04-15
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2012-02-29
Anticipated expiration: 2026-02-13
Also published as: JP2006316346A

Description

本発明は、金属帯の連続溶融金属めっき設備に関し、特に、溶融金属槽内の堆積物の巻上げを有利に抑制できる、金属帯の連続溶融金属めっき設備に関する。

鋼帯の連続溶融金属めっき設備における長年の課題の一つとして、溶融金属槽内の堆積物の巻上げの問題がある。このような堆積物が鋼板に付着したままで製品出荷されると、鋼板のプレス成形時等に疵を発生させる原因となる。そこで、特に品質の厳格な自動車用鋼帯等の製造に際しては、溶融金属槽内の堆積物の巻上げ防止のため、一般材の通板速度の６０〜８０％程度に速度を下げて通板するなど、生産性を犠牲にせざるを得なかった。

このような堆積物の問題の解決策として理論的には、（ａ）堆積物の発生を無くす、（ｂ）発生した堆積物を系外に排出する、（ｃ）堆積物を巻上げないようにする等の案が考えられるが、（ａ）、（ｂ）案に関しては、機能的に十分なものは案出されていない。（ｃ）案の堆積物を巻上げないようにする対策案に関しては、種々の具体案が案出され一部実用化されている。例えば、特許文献１には、シンクロール下部に遮蔽部材を設けた発明が、また、特許文献２には、溶融金属槽の寸法を規定した発明が、また、特許文献３には、シンクロール両端下部に整流板を設置した発明が、それぞれ開示されている。

実開平０３−０３８３５２号公報特開平０４−３２３３５５号公報特開２００１−１４００５０号公報

しかしながら、上記の各特許文献に記載の発明は、ある特定の溶融金属槽内流れに対して堆積物巻上げを防止するものであって、実際の複雑な溶融金属槽内流れに十分には対応しきれてはいなかった。また、溶融金属槽の寸法を拡大すれば、理論的には大きな効果期待できるものの、槽内金属容量の増加に伴う設備基礎の補強、基礎ピットの拡大といった別の問題があり、既設設備の改造を行う上では大きな問題となっている。

そこで、本発明は、上記の問題を有利に解決して、様々な溶融金属槽内流れに対応して堆積物巻上げを効果的に抑制し、また、既存設備を容易に改造可能とし、操業時における脱着も容易に行うことのできる、金属帯の連続溶融金属めっき設備を提供することを目的とするものである。

本発明の溶融金属槽内における堆積物巻上げを抑制する装置は、その目的を達成するために以下（１）〜（５）を特徴としている。
（１）シンクロール軸端部が面する溶融金属槽の両側壁面に、溶融金属槽底部からの距離が該底部とシンクロール下端の間隔の０．２〜０．８倍となる位置に、該壁面に沿って上昇または下降する溶融金属流れを抑止する壁面からシンクロール端面までの長さ程度の整流板を設置したことを特徴とする、金属帯の連続溶融金属めっき設備。
（２）前記整流板に、開孔率１０〜７０％の範囲で溶融金属の流れを許容する開孔を配設することを特徴とする、（１）に記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
（３）前記整流板の前記溶融金属槽壁面に対する設置角度を水平より上方もしくは下方の７０〜１１０度とすることを特徴とする、前記（１）または（２）に記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
（４）前記整流板の少なくとも一面の端部に水平より上方もしくは下方の角度を持った整流翼を持ったことを特徴とする、（１）〜（３）のいずれかに記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
（５）（２）〜（４）のいずれかに記載された項において、前記開孔を有する金属帯の連続溶融金属めっき設備であって、前記開孔を流れに対しテーパー形状とすることもしくはテーパー状の整流翼を付した開孔とすること、またはこれらの両方であることを特徴とする金属帯の連続溶融金属めっき設備。

本発明によれば、溶融金属槽内の底面堆積物の攪拌が低減され、ひいては堆積物の鋼板への付着欠陥が減少して、自動車用鋼帯等の品質厳格材を通板する際でも、通板速度を低下される必要がなく、高生産性を維持できるため、その産業上の効果は計り知れない。

以下に、本発明を詳細に説明する。

本発明者は、課題解決のため、まず、溶融金属槽内流れを計算機シミュレーションにより解析し、巻上げの原因となっている事象の解明を行った。その際、解析の前提となる連続溶融めっき設備の溶融金属槽は、図４に示すような従来一般的な連続溶融金属めっき設備の溶融金属槽とした。この例では、金属帯（例えば、鋼帯）２は右上から溶融金属槽１に浸漬されシンクロール３により進行方向を変え、フラッタリング防止のためのサポートロール４を介して上方に搬送される。また、溶融金属槽１の底面には堆積物（例えば、金属帯が鋼帯で、溶融金属が亜鉛の場合、金属間化合物であるＦｅＺｎ７を主成分とするドロスが生成、堆積する。）６が沈殿しており通板速度の上昇とともに槽内流速も上昇し堆積物が攪拌されていく。溶融金属槽１には誘導加熱装置５が設置されており、溶融金属の温度によりその出力がフィードバック制御されるようになっている。

計算機シミュレーションによる解析の結果、堆積物の巻上げの原因となっている主な溶融金属槽内流れは、（イ）鋼帯随伴流が鋼帯支持ロールに巻きつく際に押出される流れ、（ロ）溶融金属の加熱、温度保持用誘導加熱装置による噴出流の２つであることが判明した。これらの溶融金属槽１中の主要な流れ（イ）、（ロ）を、図４中の太線矢印で示す。なお、溶融金属槽内には、鋼帯支持ロールは、通常、シンクロール３が１本、サポートロール４が２本の計３本あり、また、誘導加熱装置５は通常２対あり、それぞれの流れの合成によって溶融金属槽内流れを複雑にしている。さらに、鋼帯２の幅は注文によって変化するため、鋼帯随伴流が鋼帯支持ロールに巻きつく際に押出される（イ）の流れの発生位置はロール軸方向で変化し、また、誘導加熱装置５は溶融金属槽内温度によってＨｉ−Ｌｏ制御されるため、（ロ）の噴出流の強さは変化している。このような解析からも、ある特有の流れにのみ対応していた特許文献１〜３等の従来技術は、課題解決のためには不十分なものであったことがわかる。図５に、図４の断面Ａ−Ａ矢視の断面図を模式的に示すが、幅広材通板時と幅狭材通板時で流れの発生位置が異なるため、底面の攪拌流が異なる様子がわかる。

次に、これらの発生した流れの合成結果がどのように堆積物の巻上げに影響しているかを、計算機シミュレーションでさらに調査した。その結果、堆積物の存在する溶融金属槽底面への流れは大別すると、（ｘ）壁面に沿って下降してくる流れと、（ｙ）壁面に沿わずに下降してくる流れの２つがあることが判明した。（ｘ）の壁面に沿った下降流れは、底面で水平流となり対向する水平流と衝突して再度底面中央部付近から上昇流となって堆積物を巻上げる。一方、（ｙ）の壁面に沿わずに下降してくる流れに関しては底面に衝突した後、底面で水平流となり壁面に衝突して上昇流となって壁面に沿って堆積物を巻上げる。

本発明者は、上記の解析結果に基づき本発明を完成させたものであり、その要旨は、壁面に整流板を設けて、上記（ｘ）の流れに対して、堆積物巻上げの原因となる下降流を抑止し、また、上記（ｙ）の流れに対しては、堆積物を巻上げる上昇流そのものを前記整流板の位置以上に上昇させることを抑止しようとするものである。

請求項１に記載の本発明は、シンクロール軸端部が面する溶融金属槽の両側壁面に、溶融金属槽底部からの距離が該底部とシンクロール下端の間隔の０．２〜０．８倍となる位置に、該壁面に沿って上昇または下降する溶融金属流れを抑止する整流板７を設置したことを特徴とする。金属浴中では図５のように金属帯２がシンクロールロール３に巻きつく際に金属帯２に随伴した流れがシンクロール３によって絞られ金属帯３の両脇に流れの速い部位が生じる。（ａ）のように幅の広い金属帯２の時には壁面に沿った下降流（ｘ）となり、幅の狭い金属帯の時には下降流（ｙ）は底面に衝突した後、底面で水平流となり壁面に衝突後、壁面に沿った上昇流となる。ここで整流板７の設置位置が高すぎると壁面に沿った下降流（ｘ）を捕らえきれないため整流板７の設置高さは底部からシンクロール下端の距離の０．８倍以下とすることが必要である。また整流板７の設置位置が低すぎると底面の堆積物に整流板が埋没してしまう可能性があるため整流板の設置位置は底部からシンクロール下端の距離の０．２以上とすることが必要である。

なお、本発明では、整流板７の壁面からの張り出し長さは、壁面に沿って流れる下降流、または上昇流を有効に整流できる長さであればよく、特に限定する必要はないが、壁面からシンクロール端面までの長さ程度のものが好ましい。

請求項２に記載の本発明は、前記整流板７に、開孔率１０〜７０％の範囲で溶融金属の流通を許容する開孔を配設することを特徴とする。整流板７の開孔率は、小さすぎると整流板の上面に堆積物が堆積しやすくなり、大きすぎると圧損が小さく整流板７として機能しなくなるために１０〜７０％とするのが好ましい。なお、開孔の形態は、特に限定するものではなく、同様の開孔率（投影面積が同一となるようにした）のものであれば、パンチングメタルのような開孔を有した整流板７や金網状の整流板７等でも良い。

請求項３に記載の本発明は、前記整流板７の前記溶融金属槽壁面に対する設置角度を７０〜１１０度とすることを特徴とする。本発明の整流板７は、溶融金属槽の壁面に沿って上昇または下降する溶融金属流れを抑止するものであるが、溶融金属槽壁面に対する設置角度が大きすぎても小さすぎても、上昇または下降する溶融金属流れのいずれか一方に対する抑止効果が小さくなりすぎるため、この設置角度は７０〜１１０度とするのが好ましい。

請求項４に記載の本発明は、前記整流板７の少なくとも一面の端部に水平より上方もしくは下方の角度を持った整流翼を持ったことを特徴とする。本発明の整流板は、溶融金属槽の壁面に沿って上昇または下降する溶融金属流れを抑止するものであるが、図５に示すように溶融金属槽壁面に沿った流れは下降流の場合と上昇流の場合がある。整流板７を設置した場合、下降流のときには整流板７に衝突した後に整流板７に沿った流れとなり、整流板７から離れた後に下降流れへ転じる可能性があるため、図６のように整流板７上面の端部に水平よりも上方に向いた整流翼１１を設けることにより下降流に転じることを防止する。

また、整流板７を設置した場合で溶融金属槽底面付近からの上昇流のときには整流板７に衝突した後整流板７に沿った流れとなり、整流板７から離れた後に上昇流へ転じる可能性があるため、図７のように整流板下面の端部に水平よりも下方に向いた形状の整流翼１１を設置することにより上昇流に転じることを防止する。すなわち、上方からの下降流は再び上方へ、底面付近からの上昇流は再び底面へ向かわせることにより底面付近に沈降している堆積物を溶融金属槽内全体に拡散することを防止している。なお、この時の整流翼１１の設置角度は上方に向ける場合、上記作用が効率よく生じるように下方に向ける場合いずれも水平面に対し５〜３０度程度が好ましい。

請求項５に記載の本発明は、前記整流板７に開孔を設けるとともに流れの向きによって流通する溶融金属流れの向きおよび速度を変化させることを特徴とする。溶融金属槽内の堆積物巻上げないようにするためには前記のように下降流と上昇流をそれぞれ抑制することが必要であるが、堆積物を含有している可能性の高い底面からの上昇流を抑制することがより優先される。したがって、下降流よりも上昇流に対してより流れ透過抑止効果の高い整流翼１１を設置することにより、堆積物巻上げ防止効果を向上させる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

図１に本発明の一実施例を示す。本例は、槽底からシンクロール下端の間隔の0.5倍の位置に開孔率４０％のパンチングメタルを整流板として槽壁面に対し９０度の角度をもって設置した例である。この場合には、壁面に沿った下方流または上方流が大きい部分に選択的に整流板を設置しているが、壁面全周にわたって設置しても良い。槽の壁面に対する角度についてはほぼ垂直が良く、上方に向けすぎると底面からの上昇流抑止効果が低減され、下方に向けすぎると上方からの下降流抑止効果が低減するため垂直から±２０度の角度すなわち７０〜１１０度の角度とすることが望ましい。開孔率については小さくすると整流板を貫通する流れが少なくなり整流板による流れの向きを変える効果はあるものの流れ自体を減衰させる効果は少なくなる。開孔率を大きくすると減衰効果は大きくなるものの向きを変える効果が少なくなり下方からの堆積物が再び上方へ巻き上がる傾向となる。実機に長期設置して試験した結果では開孔率１０〜７０％とした場合の堆積物巻上げ抑止効果が良好であった。

図２に整流板７の壁面への設置例を示す。整流板は、直接、溶融金属槽壁面８に設置してもよいが、整流板の交換や、溶融金属槽１底面に堆積した堆積物６を除去する作業を容易にするために、溶融金属槽１の上面から整流板支持金物１０を設置し、その先に整流板を設置する構造にしてもよい。これにより、不要時は容易に取り外しが可能となる。

図３に溶融金属槽内堆積物巻上げ抑制装置を設置した効果の一例を示す。従来、鋼帯の幅が広いほど堆積物の巻上げが多いことから、自動車用鋼帯製造時の通板速度を高くすることができなかった。これは、鋼板の随伴流が幅広ほど大きく、ロールに巻きついた際に押出される流れが強くなるためであると考えられた。図３に示すように、自動車用鋼帯製造時の通板速度を壁面整流板設置前後で比較すると、各板幅領域にわたって通板速度が向上しており、特に速度の低かった幅広材において改善代が大きくなっていることがわかる。

図６に整流板７の端部に水平より上方の角度の整流翼１１を配設した例を示す。この場合壁面８に沿った下降流が整流板７に衝突後水平流となり整流板から離れる際に上昇流となり底面の堆積物６を巻上げることがなくなる。

図７に整流板７の端部に水平より上方および下方の角度の整流翼１１を設けた例を示している。上方からの下降流は上方に、下方からの上昇流は下方に戻るようにしており底面の堆積物６の浴全体への拡散を防いでいる。図７では溶融金属槽壁面に対向する端部に整流翼を設置しており、上方からの下降流は上方に、下方からの上昇流は下方に戻るようにするために最も良い形態となっている。しかし、このような整流翼は、溶融金属の流れが他の方向にも存在するため、壁面側以外の全ての端部に整流翼を設置しても良い。

図８に整流板に開孔を設けるとともに流れの向きによって流通する溶融金属流れの向きおよび速度を変化させる例を示す。実施例では開孔部周囲に下向きに流路が狭くなるテーパーをつけた整流翼１２を設けており、上昇流に対する整流板通過流量が下降流に対する整流板通過流量よりも小さくなるようにしている。上昇流は溶融金属槽底面からの流れであり堆積物を含有している可能性が高い。したがって、この流れが上昇しつづけると金属帯に堆積物が付着する可能性が高くなる。このため上昇流を下降流に優先して抑える整流板としている。肉の厚い整流板を使用する場合は整流翼１２を設置せずに開孔そのものをテーパー状にすることにより同様の効果が得られる。なお、この場合の開孔率Ｃはその開孔がもっとも狭くなった部分の面積の合計をＡ、整流板の全体を水平面に投影した面積をＢとした時にＣ＝Ａ／Ｂ×１００（％）で定義される。

本発明による整流板を設置した連続溶融金属めっき設備の溶融金属槽と層内流れを、ライン方向縦断面図と、同図の断面Ａ−Ａ矢視の断面図とで模式的に示す図である。本発明の整流板の設置状況を部分拡大図で示す図である。本発明の整流板を溶融金属槽に設置した連続溶融金属めっき設備で、自動車用鋼帯を製造した場合の生産性向上効果を示す図である。従来の一般的な連続溶融金属めっき設備の溶融金属槽をライン方向縦断面図で模式的に示す図である。従来の一般的な連続溶融金属めっき設備における、通板材の幅による溶融金属槽底面の攪拌流の差異を、図４の断面Ａ−Ａ矢視の断面図で模式的に示す図である。（ａ）は幅の広い金属帯を通板している状態、（ｂ）は幅の狭い金属帯を通板している状態を示す。本発明の整流板のうち、端部に水平より上方の角度を持った整流翼を設けた例を示す図である。本発明の整流板のうち、端部に水平より上方の角度をもった整流翼と水平より下方の角度をもった整流翼を設けた例を示す図である。本発明の整流板のうち、上昇流に対する整流板通過流量が下降流に対する整流板通過流量よりも小さくなるように整流翼を設けた開孔を有する整流板の例を示す図である。

符号の説明

１溶融金属槽
２金属帯（鋼帯）
３シンクロール
４サポートロール
５誘導加熱装置
６堆積物
７整流板
８溶融金属槽壁面
９整流板設置角度
１０整流板支持金物
１１、１２整流翼
１３整流板に配設された開孔

Claims

シンクロール軸端部が面する溶融金属槽の両側壁面に、溶融金属槽底部からの距離が該底部とシンクロール下端の間隔の０．２〜０．８倍となる位置に、該壁面に沿って上昇または下降する溶融金属流れを抑止する壁面からシンクロール端面までの長さ程度の整流板を設置したことを特徴とする、金属帯の連続溶融金属めっき設備。
前記整流板に、開口率１０〜７０％の範囲で溶融金属の流れを許容する開口を配設することを特徴とする、請求項１に記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
前記整流板の前記溶融金属槽壁面に対する設置角度を水平より上方もしくは下方の７０〜１１０度とすることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
前記整流板の端部に水平より上方もしくは下方の角度を持った整流翼を持ったことを特徴とする請求項２か３のいずれかに記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。
前記整流板に配設された開孔が、当該開孔を通過する流れに対しテーパー形状とすることもしくはテーパー状の整流翼を設けていること、またはこれらの両方であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の金属帯の連続溶融金属めっき設備。