JP5882118B2 - 連続溶融めっき装置のスナウトおよびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続溶融めっき装置のスナウトに係り、より詳しくは、めっき浴中に浸漬されたスナウト本体先端部内面へのトップドロスの付着および剥離を防止することが可能なスナウトおよびその制御方法に関する。

図７に示すように、従来の連続溶融めっき装置では、鋼帯Ｐを還元炉２で還元した後、ダクト状のスナウト１００で鋼帯Ｐが酸化されるのを防止しながらめっき浴３に浸漬して、ロール４で鋼帯Ｐの方向を垂直に変え、めっき浴３の直上に配置したワイピング装置５でめっき付着量を調整する。スナウト１００の基部は還元炉２に接続し、先端部はめっき浴３に浸漬させてシールすることにより、内部に大気が侵入するのを防止している（例えば、特許文献１参照。）。

このスナウト１００の先端部の浸漬深さについては、亜鉛によるスナウト１００の侵食にも配慮して、通常３５０ｍｍ程度に設定されて固定されている。連続溶融めっき操業中、めっきの進行に伴ってめっき浴３の浴面が下がっていくため、随時亜鉛インゴットが投入されて補充され、その結果、めっき浴３の浴面は上下に変動する。浸漬深さ３５０ｍｍは、この浴面変動幅１００ｍｍと、侵食代（余裕代）２５０ｍｍとから決められており、２００ｍｍ程度侵食されたときにスナウト１００を交換するようにしている。

特開２００４−９９９５３号公報

ところが、上述のように従来のスナウト１００は、連続溶融めっき操業中は先端部を常時一定の深さに浸漬させているため、板疵やめっき品質の不良が発生する。図８はめっき品質不良発生のメカニズムを示している。図８（ａ）に示すように、めっき浴３の浴面が上昇した状態から、同図（ｂ）に示すように下降する際、スナウト１００の先端部内面にはトップドロスが付着する。この浴面の上昇および下降が繰り返されると、スナウト１００に付着したトップドロスが成長し、ある程度成長したところで、浴面が再上昇する際に、同図（ｃ）に示すように、スナウト１００の先端部内面のトップドロスが剥がれて、同図（ｄ）に示すように浴面に浮遊する。この浴面に浮遊したトップドロスが鋼帯Ｐと接触すると、板疵やめっき品質の不良が発生する。

そこで、本発明においては、スナウト本体の先端部内面へのトップドロスの付着および剥離をなくすことが可能な連続溶融めっき装置のスナウトおよびその制御方法を提供することを目的とする。

本発明の連続溶融めっき装置のスナウトは、先端部がめっき浴中に浸漬される連続溶融めっき装置のスナウトであって、めっき浴の浴面レベルを検出する浴面レベル検出手段と、スナウト本体先端位置を昇降させる昇降手段と、浴面レベル検出手段により検出した浴面レベルに応じて昇降手段によりスナウト本体先端位置を昇降させ、浴面レベルとスナウト本体先端位置との相対位置を一定に保つ制御手段とを有するものである。

また、本発明の連続溶融めっき装置のスナウトの制御方法は、先端部がめっき浴中に浸漬される連続溶融めっき装置のスナウトの制御方法であって、めっき浴の浴面レベルを検出すること、浴面レベルに応じてスナウト本体先端位置を昇降させ、浴面レベルとスナウト本体先端位置との相対位置を一定に保つことを含む。

これらの発明によれば、めっき浴の浴面レベルの変動に応じてスナウト本体先端位置が昇降し、浴面レベルとスナウト本体先端位置との相対位置が一定に保たれ、スナウト本体先端部のめっき浴中への浸漬位置が常時一定となるので、スナウト本体の先端部内面へのトップドロスの付着および剥離が皆無となる。

ここで、本発明の連続溶融めっき装置のスナウトは、スナウト本体表面温度を検出する温度検出手段と、温度検出手段により検出したスナウト本体表面温度からスナウト本体先端位置を算出する先端位置算出手段とを有することが望ましい。これにより、操業中のスナウト本体の熱膨張量分を含めてより正確なスナウト本体先端位置が算出されるので、浴面レベルとスナウト本体先端位置との相対位置がより正確に一定に保たれる。

また、めっき浴中への浸漬深さは１０〜１００ｍｍであることが望ましい。これにより、スナウト本体先端部のめっき浴中への浸漬時にスナウト本体の内部応力を小さくすることができ、スナウト本体にクラック等が発生しにくくなる。なお、浸漬深さが１０ｍｍ未満では、還元炉の炉圧変動時にシール性が確保できなくなる可能性がある。また、１００ｍｍ超では、スナウト本体先端部のめっき浴中への浸漬時にスナウト本体の内部応力が大きくなり、スナウト本体にクラック等が発生しやすくなる。

また、本発明の連続溶融めっき装置のスナウトでは、さらにスナウト本体の侵食による損耗分だけスナウト本体先端位置を下降させることが望ましい。めっき浴中に浸漬されているスナウト本体先端部は、めっき浴中の亜鉛によって侵食されるが、この侵食による損耗分だけスナウト本体先端位置を下降させることにより、長期間に亘ってスナウト本体を利用することが可能となる。

（１）めっき浴の浴面レベルを検出し、浴面レベルに応じてスナウト本体先端位置を昇降させ、浴面レベルとスナウト本体先端位置との相対位置を一定に保つ構成により、スナウト本体先端部のめっき浴中への浸漬位置が常時一定となるので、スナウト本体の先端部内面へのトップドロスの付着および剥離が皆無となり、板疵やめっき品質の不良をなくすことができる。

（２）めっき浴中への浸漬深さが１０〜１００ｍｍであることにより、スナウト本体先端部のめっき浴中への浸漬時にスナウト本体の内部応力を小さくすることができ、スナウト本体にクラック等が発生しにくくなるので、スナウト本体の長寿命化が図られる。

（３）さらにスナウト本体の侵食による損耗分だけスナウト本体先端位置を下降させることにより、さらにスナウト本体の長寿命化が図られる。

本発明の実施の形態における連続溶融めっき装置のスナウトの概略構成図である。 スナウト本体先端位置の制御状況を示す説明図である。 鋼帯のめっき浴の浴面への突入による渦流発生状況を示す説明図である。 連続溶融めっき装置のめっき浴における浴面変動を示す図である。 図４のＡ部拡大図である。 ＦＥＭ解析によりスナウト先端を浴面に浸漬した瞬間の応力履歴を示す図である。 従来の連続溶融めっき装置のスナウトの概略構成図である。 めっき品質不良発生のメカニズムを示す説明図である。

図１は本発明の実施の形態における連続溶融めっき装置のスナウトの概略構成図である。図１において、本発明の実施の形態における連続溶融めっき装置は、鋼帯Ｐを還元炉２で還元した後、ダクト状のスナウト本体１で鋼帯Ｐが酸化されるのを防止しながら亜鉛のめっき浴３に浸漬して、ロール４で鋼帯Ｐの方向を垂直に変え、めっき浴３の直上に配置したワイピング装置５でめっき付着量を調整するものである。

スナウト本体１は、還元炉２に接続される基部側本体１０ａと、先端部がめっき浴３中に浸漬される先端部側本体１０ｂとから構成される。また、基部側本体１０ａと先端部側本体１０ｂとの間には、スナウト本体１内を気密状態とし、かつ、スナウト本体１を伸縮自在にするための蛇腹１１が設けられている。先端部側本体１０ｂには、スナウト本体１の先端位置を昇降させる昇降手段としての昇降用モーターシリンダー１２が設けられている。

昇降用モーターシリンダー１２には、そのシリンダーロッド１２ａの移動量を検出する検出手段としてのＰＬＧ（Pulse Logic Generator；速度検出器）やアナログ位置センサーなどの移動量センサー１３が設けられている。スナウト本体１の先端部側本体１０ｂの表面には、表面温度を検出する温度検出手段としての温度センサー１４が設けられている。また、めっき浴３の上部には、めっき浴３の浴面レベルを検出する浴面検出レベル検出手段としての超音波センサー１５が設けられている。

また、本実施形態におけるスナウトは、昇降用モーターシリンダー１２を制御する制御手段としてのレベル制御装置１６を備えている。前述の移動量センサー１３、温度センサー１４および超音波センサー１５は、レベル制御装置１６に接続されている。なお、超音波センサー１５はレベルトランスデューサー１７を介してレベル制御装置１６に接続されている。レベル制御装置１６は、移動量センサー１３、温度センサー１４および超音波センサー１５からの入力信号に基づいて、昇降用モーターシリンダー１２を制御する。

具体的には、レベル制御装置１６は、予め設定されたスナウト本体１の先端部側本体１０ｂの先端部の浸漬深さ（Ｌ２）に基づき、次式（１）から得られるスナウト本体１の基準位置Ｘからの移動距離（Ｌｓｅｔ）になるように、常時昇降用モーターシリンダー１２の移動量を制御する。

Ｌｓｅｔ＝（Ｌ１＋Ｌ２）／ｓｉｎθ−（Ｌ３＋Ｌ３・Ｅ・Ｔｓ） ・・・式（１）
なお、
Ｌｓｅｔ：スナウト本体１の基準位置Ｘからの移動距離
Ｌ１：浴面からスナウト本体１の基準位置Ｘまでの距離
Ｌ２：浴面からスナウト本体１の先端位置Ｙまでの距離（浸漬深さ：制御設定値）
Ｌ３：スナウト本体１の基準位置Ｘから先端位置Ｙまでの物理的距離（Ｌ４）−Ｌｓｅｔ
Ｅ ：スナウト本体１の線熱膨張係数［／℃］
Ｔｓ：スナウト本体１の表面温度［℃］
である。

ここで、浴面からスナウト本体１の基準位置Ｘまでの距離Ｌ１は、超音波センサー１５により検出した浴面レベルと、移動量センサー１３により検出したシリンダーロッド１２ａの移動量から算出する。浸漬深さＬ２は、自由に設定可能であるが、１０〜１００ｍｍの範囲で設定することが望ましい。スナウト本体１の基準位置Ｘから先端位置Ｙまでの物理的距離Ｌ４は、設備定期点検時に損耗量を測定し、この損耗量を加味した距離とする。

次に、上記構成のスナウトの制御方法について、図２を参照して説明する。図２はスナウト本体先端位置の制御状況を示す説明図である。

本実施形態におけるスナウトでは、レベル制御装置１６が、超音波センサー１５により検出した浴面レベルに応じて昇降用モーターシリンダー１２によりスナウト本体１の先端位置Ｙ、すなわちスナウト本体１の先端部側本体１０ｂを昇降させ、浴面レベルとスナウト本体１の先端位置Ｙとの相対位置を一定に保つ。

これにより、図２（ａ）に示すように、めっき浴３の浴面が上昇した状態から、同図（ｂ）に示すように下降する際、浴面の下降に合わせてスナウト本体１の先端部側本体１０ｂが下降し、浸漬深さＬ２が一定に保持される。また、同図（ｃ）に示すように浴面が再上昇する際、浴面の上昇に合わせてスナウト本体１の先端部側本体１０ｂが上昇し、浸漬深さＬ２が一定に保持される。すなわち、スナウト本体１の先端部のめっき浴３中への浸漬位置が常時一定となるので、スナウト本体１の先端部内面へのトップドロスの付着および剥離が防止され、板疵やめっき品質の不良が防止される。

また、本実施形態におけるスナウトは、スナウト本体１の表面温度を検出する温度センサー１４を備えており、前述のようにレベル制御装置１６が、この温度センサー１４により検出したスナウト本体１の表面温度からスナウト本体１の先端位置を算出する先端位置算出手段として機能し、操業中のスナウト本体１の熱膨張量分を含めて式（１）により、より正確なスナウト本体１の先端位置が算出され、浴面レベルとスナウト本体１の先端位置との相対位置がより正確に一定に保たれる。

また、本実施形態におけるスナウトでは、めっき浴３中への浸漬深さＬ２を１０〜１００ｍｍの範囲内で一定に保つことができるため、スナウト本体１の先端部のめっき浴３中への浸漬時にスナウト本体１の内部応力を小さくすることができ、スナウト本体１にクラック等が発生しにくくなる。また、浸漬深さＬ２が小さいため、図３に示すように、鋼帯Ｐのめっき浴３の浴面への突入による渦流によりアッシュ等によるトップドロスの掻き出し効果も得られる。

また、本実施形態におけるスナウトでは、スナウト本体１の基準位置Ｘから先端位置Ｙまでの物理的距離Ｌ３を、スナウトの損耗量を加味した距離とすることで、スナウト本体１の侵食による損耗分だけスナウト本体１の先端位置を下降させているため、長期間に亘ってスナウト本体を利用することが可能となる。

上記実施形態におけるスナウトによる鋼帯Ｐの品質向上効果について検証した。表１は鋼帯Ｐの板厚０．４〜３．０ｍｍ、板幅７５０〜１８５０ｍｍ、ライン速度６０〜１３５ｍｐｍにおける連続溶融めっき装置の３ヶ月間の操業の結果を示している。表１から分かるように、従来のスナウトでは、スナウト内の浴面が最大１００ｍｍ変動しているのに対し、本実施例のスナウトでは、最大で５ｍｍしか変動しておらず、めっき品質不良は皆無である。

次に、浴面変動に対する追従速度について検証した。図４は連続溶融めっき装置のめっき浴における浴面変動を示す図、図５は図４のＡ部拡大図である。図４ではめっき浴の浴面レベルは最小３０ｍｍから最大８０ｍｍまでの変動幅が５０ｍｍであるが、実操業では最大１００ｍｍの変動幅が確認されている。そして、図５に示すように、このときの浴面変動速度は最大で３０ｍｍ／１．５ｍｉｎ＝２０ｍｍ／ｍｉｎであるため、昇降用モーターシリンダー１２は、この速度以上で制御すれば良いことが分かる。

次に、スナウト先端をめっき浴中に浸漬したときの内部応力について検証した。図６はＦＥＭ解析によりスナウト先端を浴面に浸漬した瞬間の応力履歴を示している。図６から分かるように、本実施例のスナウトでは、スナウト先端の浸漬量が１００ｍｍと浅く、新支持の最大応力を低減できている。

本発明は、還元炉で還元した後の鋼帯が酸化するのを防止してめっき浴へ導く連続溶融めっき装置のスナウトおよびその制御方法として有用である。

Ｐ 鋼帯
１ スナウト本体
２ 還元炉
３ めっき浴
４ ロール
５ ワイピング装置
１０ａ 基部側本体
１０ｂ 先端部側本体
１１ 蛇腹
１２ 昇降用モーターシリンダー
１２ａ シリンダーロッド
１３ 移動量センサー
１４ 温度センサー
１５ 超音波センサー
１６ レベル制御装置
１７ レベルトランスデューサー

Claims (4)

1. 先端部がめっき浴中に浸漬される連続溶融めっき装置のスナウトであって、
   めっき浴の浴面レベルを検出する浴面レベル検出手段と、
   スナウト本体表面温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段により検出したスナウト本体表面温度からスナウト本体先端位置を算出する先端位置算出手段と、
   前記スナウト本体先端位置を昇降させる昇降手段と、
   前記浴面レベル検出手段により検出した浴面レベルに応じて前記昇降手段により前記スナウト本体先端位置を昇降させ、前記浴面レベルと前記スナウト本体先端位置との相対位置を一定に保つ制御手段と
   を有する連続溶融めっき装置のスナウト。
2. 前記めっき浴中への浸漬深さが１０〜１００ｍｍである請求項１記載の連続溶融めっき装置のスナウト。
3. 先端部がめっき浴中に浸漬される連続溶融めっき装置のスナウトの制御方法であって、
   めっき浴の浴面レベルを検出すること、
   スナウト本体表面温度を検出し、検出したスナウト本体表面温度からスナウト本体先端位置を算出すること、
   前記浴面レベルに応じて前記スナウト本体先端位置を昇降させ、前記浴面レベルと前記スナウト本体先端位置との相対位置を一定に保つこと
   を含む連続溶融めっき装置のスナウトの制御方法。
4. さらにスナウト本体の侵食による損耗分だけ前記スナウト本体先端位置を下降させる請求項３記載の連続溶融めっき装置のスナウトの制御方法。