JP4975521B2

JP4975521B2 - 溶融金属メッキ浴の冷却装置

Info

Publication number: JP4975521B2
Application number: JP2007135984A
Authority: JP
Inventors: 直弘小谷; 隆公村井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: JP2008291290A

Description

本発明は、溶融金属メッキ浴の冷却装置に関し、特に、冷却に必要とする面積を省スペース化できる溶融金属メッキ浴の冷却装置への溶融メッキ金属の凝固付着を防止して冷却能力の低下を防止することができる溶融金属メッキ浴の冷却装置に関するものである。

鋼帯表面に施されるメッキの密着性を確保するためには、メッキを施す溶融金属メッキ浴の温度を適正範囲内に制御する必要がある。しかし、メッキ浴に浸漬される鋼帯温度はラインスピードなどによって変動し、鋼帯が有する顕熱によってメッキ浴の温度が高くなり過ぎる場合がある。

鋼帯の顕熱を減少させるには、ラインスピードを低速化することにより、鋼帯温度を低下させて操業する方法が考えられるが、その分、生産量が低下し生産効率が低下するという問題点があった。

そこで、溶融金属メッキ浴を冷却する方法および装置について、従来から、種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１および２（特開昭６１−８７８５８号公報および実開平２−３６１号公報）には、溶融金属メッキ浴の浴面に浮舟を設置し、その中に冷却水を保持することにより溶融金属を冷却する方法および装置が開示されている。

しかし、この浮舟を設置するためには、溶融金属メッキ浴の浴面に大きな設置スペースが必要であり、また、浮舟の下面だけで冷却するため多大な冷却面積を必要としていた。

また、特許文献３および４（実開平２−１３６０５５号公報および特開２０００−２５６８１５号公報）には、溶融金属メッキ浴に水冷管を浸漬させる方法が開示されている。

しかし、これらの従来技術に用いられている冷却管は、いずれもＵ字管を用いる方法であって、このＵ字管の中を冷却水が通過する過程で冷媒が蒸発してしまうため冷却効率が低下してしまうという問題点があった。

そこで、本件出願人は、特許文献５（特開２００４−３４６３８２号公報）で、溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を二重管とすることで、従来の冷却装置には見られない省スペース化を実現し、冷却水が通過する過程での蒸発がなく、冷却効率低下がなく、冷却を行える溶融金属メッキ浴を冷却する方法および装置を提案した。

即ち、鋼帯表面にメッキを施す浴槽内の溶融金属メッキ浴に冷却管を浸漬させて該溶融金属メッキ浴を冷却する装置であって、溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を有し、該冷却管は、内側に冷却水を供給する内管と冷却水を排水する外管とによって二重管構造となっており、該内管は冷却管の下部まで挿入されており、浴外の供給管から供給された冷却水は、内管の先端から噴出し、外管を上昇し、浴外の排水管から系外へと排出される溶融金属メッキ浴の冷却装置である。

このように冷却管を二重管構造とすることで、冷却管と溶融金属との接触面積を増大させることができるので、従来のＵ字管に比べ占有面積当たりの冷却能力を著しく高めることができるうえ、内管によって冷却水を供給するので、従来のＵ字管のように供給過程で冷媒が蒸発してしまうことがないので冷却効率を高めることができる。

特開昭６１−８７８５８号公報実開平２−３６１号公報実開平２−１３６０５５号公報特開２０００−２５６８１５号公報特開２００４−３４６３８２号公報

しかしながら、溶融メッキ金属が上記冷却管周辺に凝固付着し金属凝固層の成長に伴い冷却能力が低下するという問題があった。

そこで、本発明は、前述のような冷却に必要とする面積を省スペース化した溶融金属メッキ浴の冷却装置において、溶融メッキ金属が冷却管に凝固付着するのを防止して冷却能力の低下を防止することができる溶融金属メッキ浴の冷却装置を提供することを課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するために、不活性ガス供給管を溶融メッキ金属浴に浸漬配置して、この不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、浴流動を形成させて、溶融メッキ金属の冷却管への凝固付着防止を図ること着想し、オフラインの水モデルにより、不活性ガス供給管の配置位置と流動状態を調査した。

その結果、
（１）図１（Ａ）に示すように、浴槽１の側壁近傍の浴中に浸漬配置した冷却管と、浴槽１の側壁壁面との間で、冷却管の左右に一対の不活性ガス供給管１２を、その下端の開口が、冷却管下端の近傍に位置するように浴中に浸漬配置し、その下端開口より気泡を噴出させることにより、図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、上記一対の不活性ガス供給管１２を冷却管の浸漬位置の左右位置や、浴槽１の壁面より遠ざかる冷却管の外側の左右位置の浴中に浸漬配置したときに発生する浴槽１の壁面と冷却管との間のよどみが有効に防止され、冷却管と浴槽１の壁面の間に対流を発生し浴槽１の壁面から浴槽中央部への流れを形成する。なお、実機では、冷却管中心から浴槽の壁面寄りで不活性ガスの供給（バブリング）を行うことで、温度の低い溶融金属（例えば、亜鉛）をポット中央部に対流させることができるため、冷却管の周囲の溶融金属の凝固防止に対する効果が大きい。
（２）更に、図２Ａ、図２Ｂを用いて配管間の対流促進するために整流板を設置する場合について説明する。図２Ａ、図２Ｂは、水モデルによる整流板配置有無での流動状態の説明図であり、図２Ａは、整流板がない場合、図２Ｂは整流板がある場合を示している。また、図２Ａ（Ａ），図２Ｂ（Ｄ）は、冷却管１本の場合、図２Ａ（Ｂ），図２Ｂ（Ｅ）は側面図、図２Ａ（Ｃ），図２Ｂ（Ｆ）は正面図である。図２Ｂ（Ｄ）、（Ｅ）に示すように、冷却管および一対の不活性ガス供給管１２の前方および冷却管および一対の不活性ガス供給管１２の両側方の浴中に略コ字型の整流板１４を浸漬配置することにより、図２Ａ（Ａ），（Ｂ）に示すように、整流板１４を浸漬配置しないときに発生する小さい対流が有効に防止されると共に、対流の範囲を大きくできる。すなわち、図２Ａ（Ａ），（Ｂ）のように整流板がない場合には、対流範囲が小さいため、冷却対象範囲が小さく溶融金属が凝固しやすい。一方、図２Ｂ（Ｄ），（Ｅ）のように整流板を設置した場合には、小さい対流を防止し、下方から上方への対流の範囲を大きくすることができるので、冷却対象範囲が大きく、溶融金属の凝固抑制効果を期待できる。また、略コ字型の整流板１４を浸漬配置すると、同一の不活性ガス供給量でもって、対流流速が２〜３倍の増速する。
（３）浴冷却のために必要な冷却管の本数は、冷却管１本当りの伝熱面積と必要抜熱量から決まり、特許文献５に開示され、図２Ｂ（Ｆ）、図２Ａ（Ｃ）に示すように、複数本の冷却管を、浴槽１の壁面に平行な方向に所定距離を存して所定ピッチで、浴槽１の壁面近傍の浴中に浸漬配置する場合、冷却管間の中心と両端部の冷却管の外側の浴中に不活性ガス供給管１２を浸漬配置するが、この場合についても、上記（１）と同様に、図１（Ａ）に示すように、上記不活性ガス供給管１２を、冷却管と浴槽１の側壁壁面との間の浴中に浸漬配置することにより、上記不活性ガス供給管１２を、浴槽１の壁面よりの距離で、冷却管の浸漬位置までの距離位置や、浴槽１の壁面よりの距離で冷却管の外側位置の距離位置の浴中に浸漬配置すると、発生する浴槽１の壁面と冷却管との間のよどみ（図１（Ｂ）、（Ｃ）参照）が防止され、冷却管と浴槽１の壁面の間に対流を発生し浴槽１の壁面から浴槽中央部への流れを形成する。
（４）更に、図２Ｂ（Ｅ）、（Ｆ）に示すように、複数の冷却管および複数（冷却管数＋１本）の不活性ガス供給管１２の前方および複数の冷却管および複数（冷却管数＋１本）の不活性ガス供給管１２の両側方の浴中に略コ字型の整流板１４を浸漬配置することにより、整流板１４を浸漬配置しないときに発生する小さい対流（図２Ａ（Ｂ）、（Ｃ）参照）を防止すると共に、対流の範囲を大きくできる。すなわち、図２Ａ（Ｃ）のように整流板がない場合には、対流範囲が小さいため、冷却対象範囲が小さく溶融金属が凝固しやすい。一方、図２Ｂ（Ｆ）のように整流板を設置した場合には、小さい対流を防止し、下方から上方への対流の範囲を大きくすることができるので、冷却対象範囲が大きく、溶融金属の凝固抑制効果を期待できるまた、略コ字型の整流板１４を浸漬配置すると、同一の不活性ガス供給量でもって、対流流速が２〜３倍の増速する。
等の知見を得た。

本発明は、上記知見に基づきなされたもので、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）鋼帯表面にメッキを施す浴槽内の溶融金属メッキ浴に冷却管を浸漬させて該溶融金属メッキ浴を冷却する装置であって、前記溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を有し、該冷却管は、内側に冷却水を供給する内管と冷却水を排水する外管とによって二重管構造となっており、該内管は冷却管の下部まで挿入されており、浴外の供給管から供給された冷却水は、前記内管の先端から噴出し、前記外管を上昇し、浴外の排水管から系外へと排出される溶融金属メッキ浴の冷却装置において、
前記冷却管を前記浴槽の側壁近傍の前記溶融金属メッキ浴に浸漬配置すると共に、前記冷却管と前記浴槽の側壁との間で、且つ前記冷却管の左右位置の前記溶融金属メッキ浴に、不活性ガス供給管を浸漬配置して、該不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させるようにしたことを特徴とする、溶融金属メッキ浴の冷却装置。
（２）鋼帯表面にメッキを施す浴槽内の溶融金属メッキ浴に冷却管を浸漬させて該溶融金属メッキ浴を冷却する装置であって、前記溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を有し、該冷却管は、内側に冷却水を供給する内管と冷却水を排水する外管とによって二重管構造となっており、該内管は冷却管の下部まで挿入されており、浴外の供給管から供給された冷却水は、前記内管の先端から噴出し、前記外管を上昇し、浴外の排水管から系外へと排出される溶融金属メッキ浴の冷却装置において、
複数の前記冷却管を前記浴槽の側壁近傍で、前記側壁に平行な方向に所定距離を存して所定ピッチで前記溶融金属メッキ浴に浸漬配置すると共に、前記冷却管と前記浴槽の側壁との間で、且つ前記冷却管間の中心位置と両端部の前記冷却管の外側位置の溶融金属メッキ浴に不活性ガス供給管を浸漬配置して、該不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させるようにしたことを特徴とする、溶融金属メッキ浴の冷却装置。
（３）前記冷却管と前記不活性ガス供給管の浴槽中央部に向かう方向前方の前記溶融金属メッキ浴中に、整流板を浸漬配置して、前記不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させると共に、前記整流板下方浴に前記浴槽中央部から前記側壁面への連続した流れ、前記整流板上方浴に前記側壁面から前記浴槽中央部への連続した流れを形成するようにしたことを特徴とする、（１）または（２）に記載の溶融金属メッキ浴の冷却装置。

本発明によれば、冷却に必要とする面積を省スペース化した溶融金属メッキ浴の冷却装置において、溶融メッキ金属が冷却管に凝固付着するのを防止して冷却能力の低下を防止することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の実施形態について、図３Ａ〜図３Ｃを用いて詳細に説明する。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、本発明における溶融金属メッキ浴の冷却装置の実施形態を例示する正面図、平面図、側面図である。

図３Ａ〜図３Ｃにおいて、１は浴槽、２は溶融金属メッキ浴、３は給水管、４は内管、５は外管、６は排水管、７は蒸気排出管、８は不活性ガス供給源、９は不活性ガス流量調整弁、１０は不活性ガス供給配管、１１は不活性ガスヘッダー管、１２は下端に不活性ガス噴出口１３を有する不活性ガス供給管、１４は略コ字型の整流板である。また、図３Ａ中の矢印は、冷却水の流れを示している。

本実施形態においては、複数（４本）の冷却管が、浴槽１の側壁近傍で、側壁に平行に所定の距離を存して所定ピッチで、浴槽１の溶融金属メッキ浴２に浸漬配置されており、この冷却管は、内側に冷却水を供給する内管４と冷却水を排水する外管５とによって二重管構造となっており、この内管４は冷却管の下部まで挿入されている。図示しない供給タンクから給水管３を介して一定のヘッド圧で冷却管に供給された冷却水は、内管４の先端から噴出し、外管５を上昇し、排水管６からオーバーフローすることで系外へと排出される。なお、本実施形態においては、冷却管の下端部が最冷部となるため、複数（４本）の冷却管の下端最冷部が同一の浴浸漬位置となると、溶融メッキ金属の凝固付着が促進されるので、冷却管の下端の浸漬位置が同一とならないように下端位置が千鳥状となるように浸漬配置している。

このように冷却管を二重管構造とすることで、冷却管と溶融金属との接触面積を増大させることができるので、従来のＵ字管に比べ占有面積当たりの冷却能力を著しく高めることができるうえ、内管４によって冷却水を供給するので、従来のＵ字管のように供給過程で冷媒が蒸発してしまうことがない。

また、本実施形態では、上記冷却管と浴槽１の側壁との間で、側壁に平行な方向に所定距離を存して所定ピッチで、複数（５本）の不活性ガス供給管１２が、具体的には冷却管間の中心（位置）と両端部の冷却管の外側（位置）の溶融金属メッキ浴２に浸漬配置されており、この不活性ガス供給管１２は単管で、不活性ガス供給源８から供給配管１０の流量調整弁９、不活性ガスヘッダー管１１を経て供給された不活性ガスは、隣接する冷却管の下端の中間位置に開口する不活性ガス供給管１２の下端の不活性ガス噴出口１３から気泡となって噴出し、図３Ｃに示すように冷却管と浴槽１の側壁面との間に対流を発生させ、浴槽１の壁面から浴中央部への流れを形成する。この流れは、整流板下方浴においては、浴槽中央部から側壁面への連続した流れ、整流板上方浴においては、側壁面から浴槽中央部への連続した流れとなっている。なお、不活性ガスの供給量は、例えば、３〜５Ｌ／（ｍｉｎ・本）とすることができる。

また、上記複数（４本）の冷却管と上記複数（５本）の不活性ガス供給管１２の前方および両端の冷却管と不活性ガス供給管１２の側方の溶融金属メッキ浴２中に、略コ字状の整流板１４が浸漬配置されており、これにより、水モデルで確認したように、図４（Ａ）の小さい対流を解消し、図４（Ｂ）に示すように対流範囲を大きくすることができる。すなわち、図４（Ａ）に示すように、整流板がない状態では、配管の周囲に小さい対流が発生し、冷却対象範囲が小さくなる。一方、図４（Ｂ）に示すように、整流板を設置した場合には、小さい対流を解消し、対流範囲を大きくすることができるので、浴撹拌効果の向上が可能となる。上記整流板１４は、本実施形態では、図示しない支持フレームで吊り下げ支持して、浴面から所定距離下方に配置されている。

尚、本実施形態では、略コ字状の整流板１４と浴槽１の壁面とを非接触として、整流板１４が浴槽１の壁面の熱変形の影響を受けないようにしているが、壁面が熱変形しない構造のものであれば接触させても良い。また、冷却管が浴槽の一側面の全面前方に浸漬配置される場合、両端部の冷却管、不活性ガス供給管の側方の整流板構成部材を省略できる。

巾３０００ｍｍ、長さ３９００ｍｍ、高さ２６７５ｍｍで、ヒータを備えた鉄製浴槽に、浴高さ２５７５ｍｍに１１％Ａｌ，３％Ｍｇ，０．２％Ｓｉを含有し、浴温度４２５〜４３０℃の溶融Ｚｎ浴を満たし、板幅１０００ｍｍ、板厚３．２ｍｍの鋼帯を浴侵入板温４６０〜４８０℃で３ｓ浸漬し溶融メッキする際に、以下に示す寸法サイズの冷却装置を配置し、冷却水を冷却管１本当り１２．５Ｌ／ｍｉｎだけ供給すると共に、不活性ガスとしてＮ_２ガスを不活性ガス供給管１本当り５Ｌ／ｍｉｎだけ供給して、ライン速度５５ｍｐｍで溶融メッキを行った。
＜冷却装置の寸法＞
冷却管の下端：浴面から１５００ｍｍ及び２０００ｍｍ
冷却管（の中心軸）の浴槽壁面からの距離：１２０ｍｍ
冷却管のピッチ（隣り合う冷却管の中心間距離）：２１５ｍｍ
不活性ガス供給管（の中心軸）の浴槽壁面からの距離：６０ｍｍ
不活性ガス供給管のピッチ（隣り合う不活性ガス供給管の中心間距離）：２１５ｍｍ
冷却管（の中心軸）と不活性ガス供給管（の中心軸）との距離：６０ｍｍ
整流板の大きさ：巾１０６０ｍｍ×高さ２０００ｍｍ
整流板の上端と浴面との距離：２５０ｍｍ
整流板の下端と浴槽底面との距離：３２５ｍｍ

その結果、浴温度の上昇を抑えることができ、４２５℃以下にならないように、４２５〜４３０℃になるようにヒータで加熱した。また、整流板のない本発明の冷却装置では、ヒータで加熱することなく浴温度４２５〜４３０℃に維持することができた。一方、図３に示す不活性ガス供給管、整流板のない図３に示す従来の冷却装置では、浴温度は１時間毎に約５℃上昇した。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明によれば、溶融メッキ金属が冷却管に凝固付着するのを防止して冷却能力の低下を防止することができるので溶融金属メッキにおいて有用である。

水モデルによる不活性ガス供給管の配置位置と流動状態の関係説明図である。水モデルによる整流板配置有無での流動状態の説明図である。水モデルによる整流板配置有無での流動状態の説明図である。本発明の溶融金属メッキ浴の冷却装置の実施形態の例示する正面図である。本発明の溶融金属メッキ浴の冷却装置の実施形態の例示する平面図である。本発明の溶融金属メッキ浴の冷却装置の実施形態の例示する側面図である。本発明の溶融金属メッキ浴の冷却装置の実施形態の浴流動状態の説明図である。

符号の説明

１：浴槽
２：溶融金属メッキ浴
３：給水管
４：内管
５：外管
６：排水管
７：蒸気排出管
８：不活性ガス供給源
９：不活性ガス流量調整弁
１０：不活性ガス供給配管
１１：不活性ガスヘッダー管
１２：不活性ガス供給管
１３：不活性ガス噴出口
１４：整流板

Claims

鋼帯表面にメッキを施す浴槽内の溶融金属メッキ浴に冷却管を浸漬させて該溶融金属メッキ浴を冷却する装置であって、前記溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を有し、該冷却管は、内側に冷却水を供給する内管と冷却水を排水する外管とによって二重管構造となっており、該内管は冷却管の下部まで挿入されており、浴外の供給管から供給された冷却水は、前記内管の先端から噴出し、前記外管を上昇し、浴外の排水管から系外へと排出される溶融金属メッキ浴の冷却装置において、
前記冷却管を前記浴槽の側壁近傍の前記溶融金属メッキ浴に浸漬配置すると共に、前記冷却管と前記浴槽の側壁との間で、且つ前記冷却管の左右位置の前記溶融金属メッキ浴に、不活性ガス供給管を浸漬配置して、該不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させるようにしたことを特徴とする、溶融金属メッキ浴の冷却装置。
鋼帯表面にメッキを施す浴槽内の溶融金属メッキ浴に冷却管を浸漬させて該溶融金属メッキ浴を冷却する装置であって、前記溶融金属メッキ浴に浸漬させる冷却管を有し、該冷却管は、内側に冷却水を供給する内管と冷却水を排水する外管とによって二重管構造となっており、該内管は冷却管の下部まで挿入されており、浴外の供給管から供給された冷却水は、前記内管の先端から噴出し、前記外管を上昇し、浴外の排水管から系外へと排出される溶融金属メッキ浴の冷却装置において、
複数の前記冷却管を前記浴槽の側壁近傍で、前記側壁に平行な方向に所定距離を存して所定ピッチで前記溶融金属メッキ浴に浸漬配置すると共に、前記冷却管と前記浴槽の側壁との間で、且つ前記冷却管間の中心位置と両端部の前記冷却管の外側位置の溶融金属メッキ浴に不活性ガス供給管を浸漬配置して、該不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させるようにしたことを特徴とする、溶融金属メッキ浴の冷却装置。
前記冷却管と前記不活性ガス供給管の浴槽中央部に向かう方向前方の前記溶融金属メッキ浴中に、整流板を浸漬配置して、前記不活性ガス供給管の下端より気泡を噴出させ、前記冷却管と前記側壁面との間に対流を発生させると共に、前記整流板下方浴に前記浴槽中央部から前記側壁面への連続した流れ、前記整流板上方浴に前記側壁面から前記浴槽中央部への連続した流れを形成するようにしたことを特徴とする、請求項１または２に記載の溶融金属メッキ浴の冷却装置。