JP5157331B2

JP5157331B2 - 金属帯の制振装置および連続溶融めっき金属帯の製造方法

Info

Publication number: JP5157331B2
Application number: JP2007228754A
Authority: JP
Inventors: 和久壁矢; 匡平石田; 雄亮石垣
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-09-04
Filing date: 2007-09-04
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2027-09-04
Also published as: JP2009062556A

Description

本発明は、金属帯の振動を抑制する金属帯の制振装置、および、その制振装置を用いた連続溶融めっき金属帯の製造方法に関する。

例えば、溶融めっき金属帯の製造ラインにおいては、前工程である冷間圧延プロセスにおいて圧延され、続く洗浄プロセスにおいて表面が洗浄された金属帯が運搬され、非酸化性または還元性の雰囲気に保たれた焼鈍炉において表面酸化物が除去され焼鈍処理された後、溶融金属の温度とほぼ同程度まで冷却されて溶融金属浴内に導かれる。溶融金属中を浸漬されながら通板され、表面に溶融金属が付着された金属帯は、溶融金属浴から引き出され、溶融金属浴後に設置されてあるガスワイピングノズルから噴出するガスにより、金属帯に付着した過剰の溶融金属が払拭されて金属付着量の調整が行われる。

このとき、ガスワイピングノズルからはワイピングガスが金属帯の表裏に板幅方向に均一に圧力がかかるようにスリット状に噴出されている。したがって、金属帯が反っている場合や振動している場合、あるいはパスラインが表裏どちらかに偏っている場合には、ガスワイパと金属帯との距離が一定でないためワイピングガスの圧力が均一にならず、金属帯の表裏や板幅方向、あるいはライン方向に付着量のムラが発生することになる。

このような問題点を解決する方法として、最も一般的に用いられているのは金属帯を表裏両面から挟み込んで振動を抑制する方法である。例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインにおいては、図６に示すように、ガスワイピングノズル１０２の後段で、合金化炉１０６の前段に、通常、制振装置として浴上サポートロールと呼ばれる一対のロール１０３が配置されている（例えば特許文献１、２参照）。浴上サポートロール１０３は、浴上サポートロールフレーム１０４を介して固定フレームである浴上機フレーム１０５に固定されており、浴上サポートロール１０３により鋼帯１０１を挟み込むことにより、振動を抑制する。

浴上サポートロールが設置されていない場合、鋼帯は溶融亜鉛ポットから立ち上がった後、トップロールまで数十ｍの間、何にも接触せずフリーの状態なので、振動形態は非常にスパンの長い弦の振動と捉えることができ、鋼帯は低周波数の比較的大きな変位振幅で振動する。これに対して浴上サポートロールが配置されている場合には、浴上サポートロールが事実上固定端となり、スパンが格段に短くなるので、ガスワイピングノズル部における鋼帯の振動変位振幅は小さくなる。

仮に、鋼帯のユニット張力を２．５ｋｇｆ／ｍｍ^２とし、浴上サポートロールがない場合のスパン長を５０ｍとすると、弦振動１次固有振動数は０．５６Ｈｚとなるのに対し、浴上サポートロールを設け、スパン長が１ｍになったと仮定すると、弦振動１次固有振動数は２７．９Ｈｚと浴上サポートロールがない場合の５０倍になる。

一般にめっき付着量はガスワイピングノズルと鋼帯との距離に反比例することが知られている。例えば、ガスワイピングノズルと鋼帯との距離が１０ｍｍで、めっき付着量が５０ｇ／ｍ^２の条件で操業しているとき、鋼帯が±１ｍｍ振動すると、ガスワイピングノズルと鋼帯との距離は９〜１１ｍｍの間で変化し、４５．５〜５５．６ｇ／ｍ^２と１０ｇ／ｍ^２程度の付着量ムラを生じることとなる。この付着量ムラは鋼帯振動の周波数には無関係で、ガスワイピングのずると鋼帯との距離のみによるので、ムラを少なくするには鋼帯振動の変位振幅を小さくするのが良い。それゆえ、浴上サポートロールで鋼帯を押さえ付け、変位振動を抑制することが付着量ムラ低減に有効なのである。

しかしながら、合金化溶融亜鉛めっき鋼板製造時の浴上サポートロールによるめっき付着量ムラ低減対策には以下のような問題がある。
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合、付着量ムラはそのまま合金化ムラにつながる。めっき付着量の多い部分は合金化が進みにくく、逆に付着量の少ない部分は合金化が進みやすいからである。そして、この合金化ムラは鋼帯表面の濃淡差となって現れ、表面外観欠陥となり得るのである。鋼帯振動による濃淡差は鋼帯の進行方向（ライン方向）の縞模様となり、そのピッチは鋼帯振動の周波数が低いほど粗く、周波数が高いほど細かくなる。

上述したように、濃淡差はそもそもめっき付着量ムラに起因するので、濃淡差自体を少なくするには鋼帯振動の変位振幅を小さくすればよく、したがってこの点のみを考慮すれば上述したような浴上サポートロールが有効なのであるが、その濃淡差を表面外観欠陥とみなすかどうかは、人間の見た目で縞模様が目立つかどうかによるので、単純に濃淡差だけでなく縞模様のピッチも関係してくる。

濃淡差は等しいがピッチが異なる２つのパターンを図７に示す。図７の（ａ）は（ｂ）に比べてピッチが７倍細かくなっている。この図からピッチが細かい（ａ）のほうが明らかに目立つことが分かる。これは、ピッチが細かいと濃淡の変化率が大きくなるためと考えられる。このように、濃淡差が等しい場合、ピッチが細かい方が人間の目には縞模様が明瞭に映るのである。換言すると、鋼帯振動の変位振幅が同じ場合、その周波数が高い方が縞模様が目立ちやすく、表面外観欠陥とみなされる可能性が高まることとなる。

実際、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造時に、浴上サポートロールを使用すると、その効果で低周波数の大きな振動変位を抑制することはできるが、高周波数振動起因の縞模様状表面外観欠陥が問題となることがある。具体的には、ライン速度が１５０ｍｐｍとすると、浴上サポートロール使用時の弦振動１次固有振動数に相当する２７．９Ｈｚの鋼帯振動にともなう縞模様のピッチは、１５０／６０×１０００／２７．９＝約９０ｍｍであり、かなり目立ちやすい状況となる。

仮に、浴上サポートロール不使用とすると、弦振動１次固有振動数は０．５６Ｈｚであり、これにともなう縞模様ピッチは、１５０／６０×１０００／０．５６＝約４．５ｍとかなり広くなるので、目立ちにくくはなる。しかしながら低周波数のため、変位振幅自体は大きいので、目立ちにくくても付着量ムラは大きくなってしまい、製品のめっき付着量を所定範囲内に調整することが困難になるため、浴上サポートロールを不使用にすればよいというものではない。

このような問題は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに限らず、他の金属帯の製造ラインについても同様に生じるものである。
特開昭５６−１５３１３６号公報特開平２−６２３５５号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、金属帯に連続的に溶融めっきを形成する際にめっき付着量の変動を抑制することができるとともに、縞模様状の外観欠陥が生じ難くすることができる金属帯の制振装置およびそれを用いた連続溶融めっき金属帯の製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決すべく検討を重ねた結果、低周波数振動の変位振幅を抑制しつつ、鋼帯弦振動の１次固有振動数を浴上サポートロール不使用時のように低くして広ピッチ化することで縞模様を目立ちにくくすることができれば、めっき付着量の変動の抑制と縞模様状表面外観欠陥発生の抑制とを両立可能なことに想到し、そのためには、浴上サポートロールの運動を鋼帯面外方向に拘束しないことで弦振動１次固有振動数を低周波数に保ちつつ、鋼帯の面外方向運動に減衰を与えるダンパを搭載することで低周波数振動の変位振幅を抑制する構成が有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明の金属帯の制振装置は、金属帯の製造ラインまたは処理ラインに設置された金属帯の制振装置であって、金属帯の表裏両側に金属帯の面外方向に拘束されない状態で固定フレームに取り付けられ、その金属帯の面外方向への運動が完全拘束されていない状態で金属帯を表裏面側から挟み込む一対のロールと、前記ロールの一方または両方に設けられ、金属帯の面外方向の運動に減衰を付与するダンパとを有し、金属帯の表裏両側に設けられた前記一対のロールの相対位置関係を保持するように表裏両ロールを結合したことを特徴とする。

また、本発明の金属帯の制振装置は、金属帯の製造ラインまたは処理ラインに設置された金属帯の制振装置であって、金属帯の表裏両側に金属帯の面外方向に拘束されない状態でロールフレームを介して固定フレームに取り付けられ、その金属帯の面外方向への運動が完全拘束されていない状態で金属帯を表裏面側から挟み込む一対のロールと、前記ロールの一方または両方に設けられ、金属帯の面外方向の運動に減衰を付与するダンパとを有し、前記ロールは前記ロールフレームに支持され、前記ダンパは前記固定フレームと前記ロールフレームとの間に設けられていることを特徴とする。

上記構成において、金属帯の表裏両側に設けられた前記一対のロールの両方または片方に金属帯の面外方向の運動に復元力を付与するばね要素をさらに有することが好ましい。減衰を付与するダンパだけでは、振動抑制には効果的であってもパスラインを保持する復元力は有していないので、ダンパとは別にばね要素を設けることによりパスラインを保持する復元力を付与することが好ましいのである。

本発明に係る連続溶融めっき金属帯の製造方法は、金属帯をめっき金属である溶融金属浴中に引き込む引込工程と、前記金属帯に溶融金属を付着させ、前記金属帯を溶融金属浴外に引き上げる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイピングノズルによって溶融金属の付着量を調整する調整工程とを有する溶融めっき金属帯の製造方法において、前記ガスワイピングノズルの後段に上記いずれかの制振装置を配置して、前記溶融金属浴外に引き上げられた金属帯振動の変位振幅を抑制することを特徴とする。

本発明によれば、金属帯の表裏両側に金属帯の面外方向に拘束されない状態で固定フレームに取り付けられ、金属帯の面外方向への運動が完全拘束されていない状態で金属帯を表裏面側から挟み込む一対のロールを設けたので、弦振動１次固有振動数を低周波数に保つことができ、めっき付着量ムラによる縞模様を目立たなくすることができる。また、前記ロールの一方または両方に金属帯の面外方向の運動に減衰を付与するダンパを設けたので、低周波数振動の変位振幅を抑制することができる。このため、めっき付着量の変動を抑制して付着量を所定の範囲内とすることができ、高品質なめっき金属帯を得ることができる。また、減衰を付与するダンパだけでは、振動抑制には効果的であってもパスラインを保持する復元力は有していないが、ダンパとは別にばね要素を設けることによりパスラインを保持する復元力を付与することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
以下の実施形態では、本発明を合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに適用した例について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る制振装置が適用された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの構成の一例を示す概略断面図、図２は本発明の一実施形態に係る制振装置を鋼帯のエッジ方向から見た側面図である。図１に示すように、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインは、焼鈍炉（図示せず）で焼鈍された鋼帯１に溶融めっきを付着させるための、溶融亜鉛を貯留した溶融亜鉛ポット２と、溶融亜鉛ポット２から出てくる鋼帯１の表裏両面に対向するように配置された一対のガスワイピングノズル３と、ガスワイピングノズル３の上方に設けられた制振装置４と、制振装置４の上方に設けられた合金化炉５とを有している。

溶融亜鉛ポット２内には溶融亜鉛Ｌが貯留されて溶融亜鉛浴を形成しており、溶融亜鉛浴に浸漬されるように、鋼帯１の方向を上方に転換するためのシンクロール１０と、シンクロール１０を通過することによる鋼帯１の変形を矯正する一対の浴中サポートロール１１が設けられている。

制振装置４は、図２に示すように、一対の浴上サポートロール２１と、各ロールを支持する浴上サポートロールフレーム２３とを有しており、ガスワイピングノズル３を経た鋼帯１は、浴上サポートロールフレーム２３を介して浴上サポートロール２１により表裏両側から押圧され、浴上サポートロール２１により挟み込まれている。浴上サポートロールフレーム２３の上方には、固定フレームとして浴上機フレーム２４が設けられており、浴上サポートロールフレーム２３は、この浴上機フレーム２４に対して、鋼帯１の面外方向に拘束されない状態で取り付けられている。

一方、浴上サポートロールフレーム２３と浴上機フレーム２４との間には、減衰付与ダンパ２５が設けられている。これにより、浴上サポートロール２１と鋼帯１が接触している限り、鋼帯１には減衰付与ダンパ２５による減衰力が作用することとなる。

このように構成された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインにおいては、焼鈍炉（図示せず）で焼鈍された鋼帯１を溶融亜鉛ポット２の溶融亜鉛浴に引き込んで鋼帯１に溶融亜鉛を付着させ、シンクロール１０により方向転換した後、上方に引き上げる。そして鋼帯１に付着した過剰な溶融亜鉛をガスパイピングノズル３によって払拭して溶融亜鉛の付着量を調整する。この際に、鋼帯１が制振装置４の一対の浴上サポートロール２１に挟み込まれることによって、鋼帯１の振動の変位振幅を抑制する。

このとき、浴上サポートロールフレーム２３は、浴上機フレーム２４に対して、鋼帯１の面外方向に拘束されない状態で取り付けられているので、浴上サポートロール２１と鋼帯１との接触点は固定端とはならない。そのため、弦振動１次固有振動数は、浴上サポートロールを使用しない場合と同等の低い状態を維持することができる。また、浴上サポートロールフレーム２３と浴上機フレーム２４の減衰付与ダンパ２５は、浴上サポートロール２１と鋼帯１が接触している限り、鋼帯１に減衰力を作用させる。このため、鋼帯１の弦振動固有振動数を低く維持したまま、その低周波振動変位自体を抑制することができ、めっき付着量の変動を抑制しつつ、めっき付着量ムラによる縞模様を目立たなくすることができる。

図３は、本発明の作用を弦振動１次共振ピークの動きで説明するイメージ図である。この図に示すように、浴上サポートロールを使用することにより、応答変位を小さくすることはできるが、固有振動数は上昇する。これに対し、本発明の構成を採用することにより、固有振動を上昇させることなく、減衰付与により共振ピークをつぶすことで応答変位を抑制する。

次に、制振装置の他の実施形態について説明する。
図４は、他の実施形態に係る制振装置を示す側面図である。この図に示すように、本実施形態では、浴上サポートロール２１を支持する浴上サポートロールフレーム２３と浴上機フレーム２４との間に、減衰付与ダンパ２５に加え、ばね要素２６が設けられている。

浴上サポートロール２１は、鋼帯１の振動を抑制するだけでなく、静的にパスラインを保持する役割も担っている。減衰を付与するダンパ２５だけでは、振動抑制には効果的であってもパスラインを保持する復元力は有していない。

そこで、本実施形態では減衰付与ダンパ２５とは別にばね要素２６を設ける。これにより振動抑制の効果に加え、パスラインを保持する復元力を付与する効果を得ることができる。ただし、ばね要素２６の復元力が強すぎると、すなわち、ばね定数が大きすぎると、鋼帯１の弦振動１次固有振動数の上昇を招き、縞模様を目立たなくする作用を阻害する可能性がある。したがって、ばね要素２６としては、鋼帯１の弦振動１次固有振動数が大きく上昇することのない程度の適切なものを用いる必要がある。

これにより、浴上サポートロール２１と鋼帯１とが接触している限り、鋼帯１には減衰付与ダンパ２５による減衰力に加え、ばね要素２６による復元力が作用するため、パスラインを保持しやすくなる。

次に、制振装置のさらに他の実施形態について説明する。
図５は、さらに他の実施形態に係る制振装置を示す側面図である。この図に示すように、本実施形態では、浴上サポートロール２１を支持する浴上サポートロールフレーム２３と浴上機フレーム２４との間に、減衰付与ダンパ２５およびばね要素２６を設けることに加え、表裏一対の浴上サポートロール２１の各ロールを結合するロール結合部材２７を設けている。

通常、浴上サポートロール２１は表裏から少し押し込まれ、鋼帯１がロールに対して多少巻き付く形で固定されるが、浴上サポートロール２１が鋼帯面外方向に拘束されていない場合、たとえダンパやばね要素が設けられていても、鋼帯１と浴上サポートロール２１との接触が維持される保証はなく、両者の接触が維持されなければ、当然制振効果も発現しない。

そこで、本実施形態では、浴上サポートロール２１の各ロールが押し込まれた形で、その相対位置関係を保持するように両ロールを結合部材２７により結合する。これにより、浴上サポートロール２１と鋼帯１との接触が保たれ、鋼帯１には減衰力が確実に作用するため、一層良好な制振効果を得ることができる。

なお、この結合部材２７は、浴上サポートロール２１の両端に設置され、かつ着脱容易であることが望ましい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上記実施形態では本発明を合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに適用した例について示したが、これに限らず、他の溶融めっきラインにも適用可能であるし、溶融めっきラインに限らず、他の金属帯の製造ラインにも用いることができる。

本発明の一実施形態に係る制振装置が適用された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの構成の一例を示す概略断面図。本発明の一実施形態に係る制振装置を示す側面図。本発明の作用を説明するための振動周波数と応答変位との関係を示す図。本発明の他の実施形態に係る制振装置を示す側面図。本発明のさらに他の実施形態に係る制振装置を示す側面図。従来の浴上サポートロール設置形態を示す側面図。濃淡ピッチの違いによる縞模様の目立ち方の違いを示す図。

符号の説明

１；鋼帯
２；溶融亜鉛ポット
３；ガスワイピングノズル
４；制振装置
５；合金化炉
１０；シンクロール
１１；浴中サポートロール
２１；浴上サポートロール
２３；浴上サポートロールフレーム
２４；浴上機フレーム
２５；減衰付与ダンパ
２６；ばね要素
２７；結合部材
Ｌ；溶融亜鉛

Claims

金属帯の製造ラインまたは処理ラインに設置された金属帯の制振装置であって、金属帯の表裏両側に金属帯の面外方向に拘束されない状態で固定フレームに取り付けられ、その金属帯の面外方向への運動が完全拘束されていない状態で金属帯を表裏面側から挟み込む一対のロールと、前記ロールの一方または両方に設けられ、金属帯の面外方向の運動に減衰を付与するダンパとを有し、金属帯の表裏両側に設けられた前記一対のロールの相対位置関係を保持するように表裏両ロールを結合したことを特徴とする金属帯の制振装置。
金属帯の製造ラインまたは処理ラインに設置された金属帯の制振装置であって、金属帯の表裏両側に金属帯の面外方向に拘束されない状態でロールフレームを介して固定フレームに取り付けられ、その金属帯の面外方向への運動が完全拘束されていない状態で金属帯を表裏面側から挟み込む一対のロールと、前記ロールの一方または両方に設けられ、金属帯の面外方向の運動に減衰を付与するダンパとを有し、前記ロールは前記ロールフレームに支持され、前記ダンパは前記固定フレームと前記ロールフレームとの間に設けられていることを特徴とする金属帯の制振装置。
金属帯の表裏両側に設けられた前記一対のロールの両方または片方に金属帯の面外方向の運動に復元力を付与するばね要素をさらに有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属帯の制振装置。
金属帯をめっき金属である溶融金属浴中に引き込む引込工程と、前記金属帯に溶融金属を付着させ、前記金属帯を溶融金属浴外に引き上げる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイピングノズルによって溶融金属の付着量を調整する調整工程とを有する溶融めっき金属帯の製造方法において、前記ガスワイピングノズルの後段に請求項１から請求項３のいずれかに記載の制振装置を配置して、前記溶融金属浴外に引き上げられた金属帯振動の変位振幅を抑制することを特徴とする連続溶融めっき金属帯の製造方法。