JP5050383B2 - 溶融めっき金属帯の製造方法及び溶融めっき金属帯製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融めっき金属帯の製造方法及び溶融めっき金属帯製造装置に関するものである。

鋼帯などの金属帯を亜鉛、アルミニウム等の溶融金属中に連続して浸漬してその金属帯の表面にめっきを施して製造する溶融めっき金属帯の製造方法が知られている。

連続的に溶融めっき金属帯を製造する溶融めっき金属帯製造装置の要部構成例を図１に示す。図１において１は金属帯、２は溶融金属浴槽、３は溶融金属浴、４は方向転換ロールであるシンクロール、５はサポートロール、６はガスワイピングノズル、７はスナウトである。

この装置を用いて、溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する場合を例に挙げて説明する。この場合、溶融金属は亜鉛である。スナウト７から出た鋼帯１を、溶融金属浴槽２内の溶融金属浴３に連続的に引き込み、シンクロール４に巻掛けて通板方向を転換し、サポートロール５を通過後、溶融金属浴３から引き上げ、溶融金属浴３上に設置したガスワイピングノズル６から高圧ガスを吹き付けることにより、鋼帯１表面に余剰に付着した溶融亜鉛を払拭して所定のめっき付着量に調整して溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する。

サポートロール５は、ガスワイピングノズル６部における鋼帯１の幅方向反り（Ｃ反り）を矯正し、鋼帯１幅方向の付着量ばらつきを少なくするために設置されている。サポートロール５は、鋼帯１を挟む両側に１本ずつ設置し、各サポートロール５ａ、５ｂの高さ方向位置をずらして配置する。そして上方に配置したサポートロール５ａをパスラインに接するように配置し、下方に設置したサポートロール５ｂを鋼帯１側に押し込み、鋼帯１に適量の変形を付与することによって、ガスワイピングノズル６部における鋼帯１のＣ反りを矯正する。サポートロール５ａ、５ｂは駆動する場合と、非駆動にする場合がある。

サポートロール５ａ、５ｂを駆動する場合、溶融金属浴槽２側方の溶融金属浴面より高い位置に設置したモータ（図示なし）によってスピンドル（図示なし）を介してサポートロール５ａ、５ｂを駆動するため、モータ回転は等速であっても、サポートロール５ａ、５ｂは等速回転しない。その結果、サポートロール５ａ、５ｂの回転速度は、鋼帯速度と一致しないだけでなく、等速回転できないことによって、鋼帯１にチャターマーク状の付着量むらやドロスがロール表面に付着すること等によって擦り疵が発生し、品質上の問題になることがある。

サポートロール５ａ、５ｂを非駆動にすると、サポートロールを駆動した時の前述の問題は解消されるが、鋼帯速度の変化があった場合等に、サポートロール回転速度がそれに追随が出来ず、チャターマーク状の付着量むらや擦り疵が発生する問題がある。

このような問題を改善するために以下の技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、ロール表面に酸化物または炭化物を主成分とするセラミック皮膜を溶射した溶融金属めっき浴中ロールにおいて、浴中ロールの溶射皮膜表面にＲａ１．０〜３０μｍの粗度のダルを形成した技術が開示されている。

特許文献２にはめっき浴中サポートロールを鋼製中空ロールとなし、該鋼製中空ロール表面に酸化物または炭化物を主成分とするセラミック皮膜を溶射した溶融金属めっき浴中ロールにおいて、浴中ロールの溶射皮膜表面にＲａ１．０〜３０μｍの粗度のダルを形成した技術が開示されている。

特許文献３には表面粗度Ｒａ：２．０〜８．０μｍのサポートロールにより、めっき浴内移動めっき鋼帯を支えつつ、めっきする技術が開示されている。

特許文献１〜３に開示されている技術はいずれもロール表面の粗度を大きくして金属帯とのスリップを防止しようとする技術であり、サポートロール回転速度の金属帯速度への追随性を良好にするには、サポートロールの金属帯への押し付け圧を大きくする必要がある。サポートロールの金属帯への押し付け圧を大きくすると、サポートロール軸受部の摩擦が大きくなってサポートロールの回転が不均一になり、チャターマーク状の付着量むらやドロスがロール表面に付着する問題を防止する効果を十分に発現できなくなる。また、サポートロールの金属帯への押し付け圧が過大となった場合は、ガスワイピングノズル部でＣ反りが発生し、金属帯幅方向の付着量ムラが不均一になる問題がある。
特開平５−１９５１７７号公報 特開平５−１９５１７８号公報 特開平５−３０６４４１号公報

本発明の目的は、前記事情を考慮して、浴中のサポートロールを非駆動にした場合に、該サポートロールに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生を防止できる溶融めっき金属帯の製造方法および溶融めっき金属帯製造装置を提供することにある。

本願発明者らは、前記課題を解決するため、浴中のサポートロールが鋼帯に接触して回転する場合の該ロール回転速度の鋼帯速度への追随性を良好にする方法について調査検討し、浴中サポートロールの構造を改善することにより、鋼帯速度に対する浴中のサポートロール周速の追随性を良好にできることを見出し、本発明を完成するに至った。

上記課題を解決する本発明の手段は次の通りである。

（１）スナウトから出た金属帯を、溶融金属浴槽内の溶融金属浴に連続的に引き込み、シンクロールに巻掛けて方向転換した後、溶融金属浴から引き上げ、溶融金属浴上に設置したガスワイピングノズルから高圧ガスを吹き付けて金属帯表面に付着した余剰溶融金属を払拭して所定のめっき付着量に調整する溶融めっき金属帯の製造方法において、前記シンクロール上方の前記溶融金属浴槽内の金属帯面の少なくとも一方の側に、ロールの胴部内部にめっき金属を充填した鋼製ロールを金属帯に接触させて無駆動で回転させ、前記鋼製ロールのロール胴部外径Ｄ１、めっき金属充填部内径Ｄ４が、Ｄ４／Ｄ１≧０．６０、且つ、（Ｄ１−Ｄ４）／２≧１０ｍｍを満足するようにすることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。

（２）溶融めっき金属を貯留する溶融めっき浴槽と、前記溶融めっき浴槽内に金属帯を巻き掛けて金属帯搬送方向を転換するシンクロールと、前記溶融めっき浴槽上に金属帯に付着している溶融めっき金属を払拭するガスワイピングノズルを備える溶融めっき金属帯製造装置において、前記シンクロール上方の前記溶融めっき浴槽内の金属帯面の少なくとも一方の側に、ロールの胴部内部にめっき金属を充填し、金属帯と接触させて非駆動で回転させる鋼製ロールを備え、前記鋼製ロールのロール胴部外径Ｄ１、めっき金属充填部内径Ｄ４は、Ｄ４／Ｄ１≧０．６０、且つ、（Ｄ１−Ｄ４）／２≧１０ｍｍを満足することを特徴とする溶融めっき金属帯製造装置。

本発明によれば、サポートロール回転速度の金属帯搬送速度への追随性を良好にできるため、該サポートロール回転速度が金属帯搬送速度と一致しないことに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生を防止できる。

また、サポートロールの金属帯への押し付け圧を適正な押し付け圧に低減できるために、ガスワイピング部における金属帯の幅方向反りを防止して金属帯幅方向の付着量ばらつきを低減できる。

本発明の実施の形態について、溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する場合を例に挙げて説明する。

サポートロールを非駆動とした場合に発生するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵は、鋼帯速度が変化したときに発生しやすい。これは、鋼帯速度の変化に対して、サポートロール回転速度が追随できないために発生する。サポートロール回転速度の追随性はロール本体の亜鉛浴中での回転慣性モーメントに依存するので、サポートロール回転速度の追随性を良好にするには、該回転慣性モーメントを小さくすることが有効である。サポートロールの鋼帯押し付け圧が大きい場合や、浴中におけるサポートロール重量が大きい場合に、サポートロールの回転が不均一になりやすい。サポートロールの回転慣性モーメントを小さくすることで、サポートロールの鋼帯押し付け圧を小さくしても、サポートロール回転速度の鋼帯速度への追随性を良好できるが、さらに浴中でのサポートロール重量（溶融亜鉛の浮力を考慮した重量）が小さいことが好ましい。

通常、サポートロールは中実構造の鋼製ロール（例えばステンレス鋼製ロール）が使用されている。回転慣性モーメントを小さくし、かつ、亜鉛浴中でのロール重量を小さくできるロール構造としては、ロールの内部に亜鉛金属を充填した鋼製ロールが最適である。そのため、本発明では、浴中のサポートロールとして、ロール内部にめっき金属を充填した鋼製ロールを使用することとした。

図２に、従来より使用されている典型的なサポートロールの概略断面形状とその寸法例を示す。サポートロールは鋼製ロールからなり、その寸法の一例は、ロール胴長が２．１８ｍ、ロール胴径（直径）が０．２５ｍであり、両端部に径０．１９ｍ、長さ０．０５ｍと、径０．０８ｍ、長さ０．１３５ｍの２段の軸部が備わっている。

図３は、本発明の実施に使用するサポートロールの概略断面形状とその寸法を示す。図３のサポートロール１１は胴部中心部を除くロール本体１２は鋼材料からなり、その胴部中心部１３（内径Ｄ_４）にめっき金属が充填されている。外側の寸法・形状は図２の従来ロールと同じである。図３のロールの回転慣性モーメントはロールの各部位の寸法から（１）式で示される。ロール胴部の中心部（内径Ｄ_４）には亜鉛が充填されているが、亜鉛浴中では液体状態であるため、回転慣性モーメントを持たない。

図２のロールの亜鉛浴中でのロール重量はロール体積にステンレス鋼の密度を乗じ、同じくロール体積に亜鉛の密度を乗じたものを浮力として差し引いて求めた。内部に亜鉛を充填している図３のロールの場合は亜鉛充填部とロール本体（ステンレス鋼）の体積をそれぞれ計算し、これらの体積にそれぞれ亜鉛とステンレス鋼の密度を乗じてロール重量を計算し、同じく亜鉛浴中での浮力を減じて計算した。本実施形態では、ロール本体はステンレス鋼を使用し、めっき金属はＺｎであるため、ρ＝７．７５ｇ／ｃｍ^３、ρ_０＝７．１２ｇ／ｃｍ^３である。

表１に記載の寸法を有する図２、図３のロールについて、亜鉛浴中での回転慣性モーメントと亜鉛浴中でのロール重量について計算した。計算結果を表１に示した。また、表１で得られた結果を図４に示した。表１において、浴中ロール重量が負であるものは、ロールそのものの重量よりも浮力が勝ることを示している。

表１及び図４より明らかなように、亜鉛を充填したロール中心部径（内径Ｄ_４）が大きくなるほど、サポートロールの回転慣性モーメントおよび亜鉛浴中でのサポートロール重量は減少し、鋼帯速度の変動に対するサポートロール回転速度の追随性が向上していると考えられる。

亜鉛を充填したロール中心部径Ｄ_４の下限は、ロールの回転慣性モーメントおよび亜鉛浴中でのロール重量をどの水準まで低下する必要があるかによるが、例えば、図３に示したロールの場合、図４に示すように、亜鉛を充填したロール中心部径Ｄ_４が０．１５ｍ以上、すなわちサポートロールのロール径Ｄ_１との比、Ｄ_４／Ｄ_１が０．６０以上で回転慣性モーメントの減少が顕著であるため、Ｄ_４は、Ｄ_４／Ｄ_１≧０．６０を満足させることが好ましい。

サポートロール回転速度を鋼帯速度への追随性を良好にする点からは、Ｄ_４／Ｄ_１を大きくする方、すなわちＤ_４が大きい方が有利である。しかし、Ｄ_４が大きくなると、ロール胴部の剛性が低下する。ロール胴部における剛性を確保するには、ロール胴部の鋼部分の厚さ、（Ｄ_１−Ｄ_４）／２は１０ｍｍ以上が好ましく、１５ｍｍ以上がさらに好ましい。

また、サポートロールの回転慣性モーメント、浴中ロール重量を小さく点からは、亜鉛を充填したロール中心部の長さ（亜鉛充填部の長さ）Ｌ_４を大きくする方が有利であるが、この長さが大きくなるとサポートロールの胴部端部の剛性が低下する。従って、亜鉛を充填したロール中心部の長さＬ_４は、サポートロールの回転慣性モーメント、亜鉛浴中でのロール重量の低下程度およびサポートロールの胴部端部の剛性を考慮して適宜の寸法が採用される。サポートロール径Ｄ_１は通常採用されている大きさのものでよい。

比較例として、試験例５の亜鉛充填部を中空にした場合を表１に示した。中空とした場合の浴中ロール重量は、図３に示したロールにおいて、亜鉛充填部の重量を「０」として計算した。回転慣性モーメントは試験例５と同じで減少するが、中空とすることにより、浴中重量が大きく負になり、鋼帯との接触による上方への応力と浮力とが加算され、ロール軸受け部に対して過大な応力がかかり、軸受け寿命を短くするという問題が発生すると考えられる。

図１に示した溶融めっき金属帯製造設備の浴中のサポートロール５ａ、５ｂとして、前記したサポートロールを配置する。溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する場合、サポートロール５ａ、５ｂは非駆動とする。

サポートロール５ａ、５ｂは従来ロールに比べて回転慣性モーメントが小さく、また浴中ロール重量が小さいことから、従来ロールを使用した場合に比べて鋼帯へのロール押し付け圧を低くしても鋼帯速度変化に対してサポートロール回転速度の追随性がよいことから、サポートロール回転速度と鋼帯速度の不一致に起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生が抑制される。また、サポートロールの鋼帯への押し付け圧を適正に調整できることから、ガスワイピングノズル部での鋼帯のＣ反りを効果的に防止でき、もって鋼帯幅方向の付着量ばらつきを低減できる。

本実施の形態に係る溶融めっき金属帯製造設備では、通常上方に配置したサポートロール５ａはパスラインに接するように配置し、下方に設置したサポートロール５ｂは鋼帯１側に押し込み、鋼帯１に適量の変形を付することによって、ガスワイピングノズル６部における鋼帯１のＣ反りを矯正する。サポートロールの鋼帯への押し付け圧の調整は、サポートロール５ｂのパスライン面に直角方向（鋼帯方向）への押し込み量の調整によって行う。この押し込み量は特に限定されないが、通常パスラインを基準（押し込み量＝０ｍｍ）として、０〜５０ｍｍの範囲内の押し込み量に調整される。その他の製造条件は特に限定されず、通常の条件でよい。

本実施の形態では、サポートロールは鋼帯の両側に配置したが、サポートロールは鋼帯の何れか一方の側にのみ配置することもできる。

（本発明例）
本発明の実施に使用するロール（以下、本発明例ロール）として、表１の試験例５の寸法のマルテンサイト系ステンレス鋼ロールを次のようにして作製した。中空の胴部（図３の１２ｂ）およびロール端部（図３の１２ａ、１２ｃ）に分けて作製し、一方の端部１２ａと胴部１２ｂを溶接した後、胴部１２ｂの中空部に亜鉛１３を注入し、次にもう一方のロール端部１２ｃを溶接し、内部に亜鉛が充填されたロールを作製した。次に、電気クロムめっきによってそのロール外周面に厚さ１００〜２００μｍのクロムめっき皮膜を形成した。

図１の溶融めっき金属帯製造装置を備える溶融亜鉛めっきラインにおいて、浴中のサポートロール５ａ、５ｂとして前記で作製した本発明例ロールを使用して亜鉛めっきを継続的に行なった。亜鉛浴温は４５０〜４６０℃、浸入板温は４６０〜４８０℃、サポートロール５ａはパスライン位置に配置し、サポートロール５ｂの押し込み量はパスラインに対して１０〜２０ｍｍとした。めっき量は片面あたり４０〜６０ｇ／ｍ^２である。９６時間の操業で浴中のサポートロールに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生率は０．０２％であった。

（従来例）
図１の溶融めっき金属帯製造装置を備える溶融亜鉛めっきラインにおいて、浴中のサポートロール５ａ、５ｂとして表１の従来例の寸法のロール（マルテンサイト系ステンレス鋼ロールで、ロール外周面に厚さ１００〜２００μｍのクロムめっき皮膜を形成してなる。）を使用し、本発明例と同じ条件でめっきを継続的に行ったところ、浴中のサポートロールに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生率は０．１％であった。

以上の結果から、本発明例では浴中サポートロールに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生低減効果が明瞭である。また、本発明例では浴中ロール軸受け部の損傷も従来例に比べ軽微であった。

本発明は、溶融めっき浴中のサポートロールに起因するチャターマーク状の付着量むらや擦り疵の発生を低減できる溶融めっき金属帯を製造する方法、該金属帯を製造するための装置として利用することができる。

溶融めっき金属帯製造装置の要部構成例を示す図である。 従来の浴中ロールの構造を説明する概略断面図である。 本発明で使用する浴中ロールの構造を説明する概略断面図である。 浴中ロールの回転慣性モーメント及び浴中ロール重量の計算例を示す図である。

符号の説明

１ 金属帯
２ 溶融金属浴槽
３ 溶融金属浴
４ シンクロール
５ サポートロール
６ ガスワイピングノズル
７ スナウト
１１ サポートロール
１２ ロール本体（鋼材料）
１３ 胴部中心部（めっき金属）

Claims (2)

1. スナウトから出た金属帯を、溶融金属浴槽内の溶融金属浴に連続的に引き込み、シンクロールに巻掛けて方向転換した後、溶融金属浴から引き上げ、溶融金属浴上に設置したガスワイピングノズルから高圧ガスを吹き付けて金属帯表面に付着した余剰溶融金属を払拭して所定のめっき付着量に調整する溶融めっき金属帯の製造方法において、前記シンクロール上方の前記溶融金属浴槽内の金属帯面の少なくとも一方の側に、ロールの胴部内部にめっき金属を充填した鋼製ロールを金属帯に接触させて無駆動で回転させ、前記鋼製ロールのロール胴部外径Ｄ１、めっき金属充填部内径Ｄ４が、Ｄ４／Ｄ１≧０．６０、且つ、（Ｄ１−Ｄ４）／２≧１０ｍｍを満足するようにすることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。
2. 溶融めっき金属を貯留する溶融めっき浴槽と、前記溶融めっき浴槽内に金属帯を巻き掛けて金属帯搬送方向を転換するシンクロールと、前記溶融めっき浴槽上に金属帯に付着している溶融めっき金属を払拭するガスワイピングノズルを備える溶融めっき金属帯製造装置において、前記シンクロール上方の前記溶融めっき浴槽内の金属帯面の少なくとも一方の側に、ロールの胴部内部にめっき金属を充填し、金属帯と接触させて非駆動で回転させる鋼製ロールを備え、前記鋼製ロールのロール胴部外径Ｄ１、めっき金属充填部内径Ｄ４は、Ｄ４／Ｄ１≧０．６０、且つ、（Ｄ１−Ｄ４）／２≧１０ｍｍを満足することを特徴とする溶融めっき金属帯製造装置。

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