JP6256325B2

JP6256325B2 - 連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき設備

Info

Publication number: JP6256325B2
Application number: JP2014252573A
Authority: JP
Inventors: 広和杉原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2034-12-15
Also published as: JP2016113661A

Description

本発明は、連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき設備に関する。詳しくは、本発明は、亜鉛めっきするに際し、被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時の温度を制御する連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき設備に関する。

一般に、図２に示すように、鋼帯の連続溶融亜鉛めっき設備８’では、連続焼鈍された被めっき鋼帯１は、連続焼鈍炉の冷却帯７で冷却された後、溶融亜鉛めっき浴４に浸漬通板されてめっきされる。更に、溶融亜鉛めっき浴４から出た被めっき鋼帯１は図示省略のガスワイピング装置でめっき付着量を調整される。また、その後最終的に合金化炉で合金化処理される場合もある。

ところで、被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時の温度（以下、めっき浴侵入時温度とも称する。）はめっき品質を支配する重要な因子の一つであり、めっき浴侵入時温度は溶融亜鉛めっき浴の温度と同程度であることが好ましい。

しかし、従来の連続溶融亜鉛めっき設備では、被めっき鋼帯のめっき浴侵入時温度が溶融亜鉛めっき浴の温度から大きく外れてしまう場合があり、被めっき鋼帯のサイズ・規格等が変更される際はこの問題がより顕在化していた。被めっき鋼帯のめっき浴侵入時温度が溶融亜鉛めっき浴の温度から大きく外れると、めっき不良が引き起こされる。

過去、被めっき鋼帯の温度制御について多くの対策が検討されてきた。例えば特許文献１のように、スナウト内に被めっき鋼帯の加熱装置を設置し、溶融亜鉛めっき浴侵入直前の微妙な被めっき鋼帯温度の変化に対応して、被めっき鋼帯温度を制御する方法が提案されている。また、特許文献２では、溶融亜鉛めっき浴の温度を制御するため、焼鈍炉冷却帯において被めっき鋼帯の温度を調整する方法が提案されている。

特開平４−３２９８５６号公報特開平６−１０８２１４号公報

しかし、特許文献１記載の方法では、スナウト内に設置した加熱装置で誘導加熱を行うため連続焼鈍炉の炉内雰囲気の熱を有効に利用できておらずランニングコストが高いという問題があった。また、特許文献２に記載の方法は、溶融亜鉛めっき浴の温度を一定の範囲内に抑える点では有効であったが、そのための手段として焼鈍炉冷却帯において被めっき鋼帯の温度を変更させるため、被めっき鋼帯のめっき浴侵入時温度と溶融亜鉛めっき浴温度との差がかえって開いてしまうという課題があった。即ち、めっき不良の防止について更なる改善の余地があった。

これらの事情に鑑みて本発明は完成された。被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時の温度を制御し、被めっき鋼帯のめっき不良を防止できる連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき設備を提供することを本発明の課題とする。

前記課題を解決するための第１発明に係る連続溶融亜鉛めっき方法は、連続焼鈍された被めっき鋼帯を、連続焼鈍炉の冷却帯で冷却した後、スナウトの中を通過させ、溶融亜鉛めっき浴中に浸漬通板させて亜鉛めっきするに際し、冷却帯による冷却後スナウト侵入前において、前記被めっき鋼帯は液体と熱交換を行い、前記被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時温度と溶融亜鉛めっき浴温度との差を小さくするように前記被めっき鋼帯の温度を制御することを特徴する。

前記課題を解決するための第２発明に係る連続溶融亜鉛めっき方法は、第１発明に記載連続溶融亜鉛めっき方法であって、前記液体が、前記冷却帯の出側と前記スナウトの入側との間の位置に設置された温度制御装置を有する液体浴の中に備えられた液体であることを特徴とする。

前記課題を解決するための第３発明に係る連続溶融亜鉛めっき設備は、被めっき鋼帯の送り順において、連続焼鈍炉の冷却帯、スナウト、溶融亜鉛めっき浴、を備える連続溶融亜鉛めっき設備であって、前記冷却帯の出側から前記スナウトの入側の間の位置に、被めっき鋼帯を浸漬し被めっき鋼帯と液体とで熱交換を行うための、温度制御装置を有する液体浴を設けたことを特徴とする。

本発明は、被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時の温度と溶融亜鉛めっき浴の浴温との差を小さくするように、被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時の温度を制御して、めっき不良を防止することができる。

本発明に係る連続溶融亜鉛めっき設備の、連続焼鈍炉の冷却帯出側から溶融亜鉛めっき浴までの構成を説明する側面断面の概略図である。従来の溶融亜鉛めっき設備における、連続焼鈍炉の冷却帯出側から溶融亜鉛めっき浴までの構成を説明する側面断面の概略図である。

図を用いて本発明の実施形態を説明する。図１は本実施形態の連続溶融亜鉛めっき設備８を示し、連続焼鈍炉の冷却帯７出側から溶融亜鉛めっき浴４までを図示している。

本実施形態の溶融亜鉛めっき設備８は、被めっき鋼帯１の送り順において、連続焼鈍炉の冷却帯７、液体浴６、スナウト３、溶融亜鉛めっき浴４を備える。なお、ロール２は被めっき鋼帯１の方向転換と張力付与のためのロールであり、シンクロール５は溶融亜鉛めっき浴４中に配置されて被めっき鋼帯１の方向転換を行う。また、液体浴は連続焼鈍炉の炉内雰囲気によりある程度適切な温度に制御されるため、炉内雰囲気の熱を有効に利用できる。

本実施形態では、被めっき鋼帯１の送り順において連続焼鈍炉の冷却帯７出側からスナウト３入側の間の位置に、被めっき鋼帯１の温度を制御するための液体浴６を設置している。冷却帯７を通過した被めっき鋼帯１を液体浴６に浸漬させ、被めっき鋼帯１と液体浴６中に備えられた液体とで熱交換を行うことにより、液体浴６通過直後における被めっき鋼帯１の温度（以下、液体浴出側温度とも称する。）を溶融亜鉛めっき浴４温度よりやや高めに制御する。液体は気体に比べて熱容量が大きいため、液体を使用して被めっき鋼帯１の熱交換を行うと熱交換率が高くなる。

液体浴６を通過した被めっき鋼帯１はガスワイピング装置９により鋼帯表面から液体が除去され、その後スナウト３中を通過し、この間に被めっき鋼帯１と溶融亜鉛めっき浴４の温度が同等程度となる。その後、被めっき鋼帯１は溶融亜鉛めっき浴４に浸漬され、被めっき鋼帯１は連続的に溶融亜鉛めっきされる。本実施形態では、被めっき鋼帯１についてめっき浴侵入時温度を溶融亜鉛めっき浴４温度と同等程度に制御するので、連続溶融亜鉛めっき中における溶融亜鉛めっき浴４温度の変動を小さくできる。その結果、めっき品質を向上できる。

上記の温度制御に加えて、冷却帯７での冷却制御により、被めっき鋼帯１の温度を液体浴出側温度に近づけておくことが好ましい。冷却帯７の出側において被めっき鋼帯１の温度が液体浴出側温度と大きく乖離している場合、熱交換の量が大きくなり液体浴６の温度制御のためのコストが増加するためである。例えば、冷却帯７出側における被めっき鋼帯１の温度を４５０〜４８０℃とすることが好ましい。また、冷却帯７出側における被めっき鋼帯１の温度を液体浴出側温度±２０℃の範囲内とすることも好ましい。

液体浴６中の液体は被めっき鋼帯１と熱交換し、被めっき鋼帯１のめっき浴侵入時温度と溶融亜鉛めっき浴４の温度との差が小さくなるように被めっき鋼帯１の温度が制御される。液体浴６中の液体を利用することにより、連続溶融亜鉛めっき中における被めっき鋼帯１及び溶融亜鉛めっき浴４の温度変動を抑制できる。

被めっき鋼帯１の液体浴出側温度は溶融亜鉛めっき浴４の温度〜溶融亜鉛めっき浴４の温度＋３０℃の範囲内が好ましく、溶融亜鉛めっき浴４の温度＋５℃〜溶融亜鉛めっき浴４の温度＋３０℃の範囲内がより好ましい。また、被めっき鋼帯１の液体浴出側温度は４６０〜４７５℃とすることも好ましい。

被めっき鋼帯１の液体浴出側温度を目標の温度に制御しやすくするため、液体浴６には加熱・冷却を行うための温度制御装置（図示省略）が備えられることが好ましい。温度制御装置は公知のものを適宜使用可能であり、例えば、電熱線、冷却水を通水可能の配管等がある。

仮に液体浴６の浴温を温度制御装置により制御しない場合、被めっき鋼帯１の熱により、浴温が大きく変動するおそれがある。例えば、被めっき鋼帯が、厚さ１．０ｍｍ、幅１０００ｍｍ、通板速度１００ｍｐｍ、液体浴６侵入時の鋼帯温度４８０℃、液体浴６の浴温４６５℃の場合、液体浴６出側で被めっき鋼帯の温度が浴温と一致すると仮定すると、液体浴６に約１３０ｋＷの熱量が投入される。これに対し、液体浴６中の液体からの放熱がないと仮定し、例えば、比熱３３００Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）、密度１５００ｋｇ／ｍ^３、量０．１ｍ^３の液体が浴に入っているとすると、毎秒０．２５℃の温度上昇が生じる。したがって、被めっき鋼帯１の液体浴出側温度を目標の温度に制御しやすくするため、液体浴６には加熱・冷却を行うための温度制御装置が備えられることが好ましい。

液体浴６の出側において被めっき鋼帯１の温度を液体浴６の浴温と同程度にするため、被めっき鋼帯１を液体浴６に浸漬させる時間は数秒以上必要であり、浸漬時間は被めっき鋼帯１、連続焼鈍、連続溶融亜鉛めっき等の条件を考慮して適宜決定すればよい。液体浴６への浸漬により被めっき鋼帯１の温度を±２０℃の範囲内で変化させることが好ましい。より好ましくは、±１０℃程度の範囲内で被めっき鋼帯１の温度を変化させる。被めっき鋼帯１の板厚や通板速度等によって、調整温度を適宜決定すればよい。

被めっき鋼帯１の液体浴６侵入時の温度について、液体浴出側温度よりも低い部分と高い部分を混在させることで、液体浴６の加熱や冷却のコストを抑えることができる。

液体浴６中の液体種は不揮発性であることが好ましい。連続焼鈍炉内の雰囲気に気化した液体の成分が混入するのを防止するためである。不揮発性液体として、例えば、イオン液体、溶融金属等がある。

イオン液体とは液体で存在する塩である。該イオン液体は熱分解を生じる温度が高いものほど望ましく、熱分解を生じる温度が４００℃以上のものが好適である。

前記イオン液体として、例えば、次式（１）〜（５）の化学式で表される塩の１種または２種以上の混合物を使用できる。好ましくは、イオン液体として、次式（１）の化学式で表される塩の１種または２種以上の混合物を使用する。

ここで、式中Ｒ１〜Ｒ４は、直鎖または分枝鎖、置換または非置換のアルキル、アリール、アルコキシアルキル、アルキレンアリール、ヒドロキシアルキルおよびハロアルキルから成る群から選択され、Ｎは窒素原子またはリン原子であり、Ｘ⁻は、ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドイオン、メチルサルフェートイオン、ＰＦ６⁻、ＢＦ４⁻およびハロゲンイオンより選択される陰イオンであり、Ｙ^＋はヘテロ原子を含有する陽イオンであり、Ｚはグリセロール、クエン酸、尿素、その他の中性プロトン供与体もしくは受容体より選ばれる水素結合の可能な中性分子である。また、ｍおよびｎは電気的中性を付与するために選択された整数であり、ｑは０〜１０００の整数である。なお、式中Ｒ１〜Ｒ４の炭素数は１〜１０が好ましく、１〜６がより好ましく、１〜３が更に好ましい。

前記溶融金属として、例えば、ウッドメタル等がある。

また、液体浴６中の液体の性質として、被めっき鋼帯１表面から除去可能であることが好ましい。液体浴６通過後に該液体を除去しないと、溶融亜鉛めっき浴４に液体浴６中の液体が混入するおそれがあるためである。例えば、液体浴６中の液体として溶融金属を用いる場合には、被めっき鋼帯１の表面に残留しないようなものを選択することが好ましい。

液体を除去する方法に関しては、例えば、炉内ガスを被めっき鋼帯１の表裏面に吹きつける方法がある。該炉内ガスとして、不活性ガス、還元性ガス等を使用できる。液体を液体浴６に戻すことで液体を再利用できるため、炉内ガスを被めっき鋼帯１の表裏面に吹きつける除去装置（例えば、ガスワイピング装置等）は液体浴６の直上に設置することが好ましい。

被めっき鋼帯１は液体浴６を通過後、更にスナウト３中を通過する。スナウト３は加熱装置を備えても備えなくてもよいが、ランニングコスト低減の面からスナウト３は加熱装置を備えなくてよい。

スナウト３を通過後、被めっき鋼帯１は溶融亜鉛めっき浴４中を通過して溶融亜鉛めっきが施される。溶融亜鉛めっきは公知の装置を使用して適宜実施可能である。また、その後最終的に合金化炉で合金化処理されてもよい。

被めっき鋼帯１は、例えば、冷延鋼板、熱延鋼板等である。

図１に示した構成を備える本発明の溶融亜鉛めっき設備８を使用し、被めっき鋼帯１（冷延鋼板）の溶融亜鉛めっき浴４侵入時の温度制御を実施した（本発明例）。

被めっき鋼帯１は、連続焼鈍炉の冷却帯７を経て、液体浴６中を通過し、スナウト３中を通過して溶融亜鉛めっき浴４中に侵入する。そして、被めっき鋼帯１は、溶融亜鉛めっきを施されシンクロール５で反転して溶融亜鉛めっき浴４の外に抜け、ガスワイピング装置（図示省略）で亜鉛めっき付着量を適量に調整される。

液体浴６中の液体はイオン液体「1-Ethyl-3-methylimidazolium Bis (trifluoromethylsulfonyl) imide」であり、該イオン液体の温度（液体浴６の浴温）は図示省略の温度制御装置により被めっき鋼帯１の液体浴出側温度（４６５℃）に調整した。被めっき鋼帯１のめっき浴侵入時温度を溶融亜鉛めっき浴４の浴温（４６０℃）に一致させるため、液体浴６通過後において被めっき鋼帯１が冷却される分を考慮し、液体浴出側温度は溶融亜鉛めっき浴４の浴温に対し５℃高く設定した。液体浴６直上にはガスワイピング装置９が設けられ、被めっき鋼帯１に付着していたイオン液体は被めっき鋼帯１表裏面から除去されて液体浴６に戻るようにした。ワイピングガスには炉内ガスを用いた。

本発明例では、液体浴６を使用した連続溶融亜鉛めっき工程で１週間操業を行った。溶融亜鉛めっき浴４侵入前段階に設置した図示省略の温度計により被めっき鋼帯１の温度を測定し、目標値（溶融亜鉛めっき浴４の温度：４６０℃）に対するめっき浴侵入時温度の変動の範囲を評価した。

図２に示した構成を備える溶融亜鉛めっき設備８’を使用した比較例は、液体浴６及びガスワイピング装置９を備えていない点で本発明例と異なっている。比較例では従来の溶融亜鉛めっき工程で１週間操業を行った。溶融亜鉛めっき浴４侵入前段階に設置した図示省略の温度計により被めっき鋼帯１の温度を測定し、目標値（溶融亜鉛めっき浴４の温度：４６０℃）に対するめっき浴侵入時温度の変動の範囲を評価した。

なお、本発明例及び比較において、冷却帯７出側における被めっき鋼帯１の温度は４７０℃に制御した。

その結果、比較例では、目標値に対し温度変動が−２０℃から＋１８℃の範囲だった。それに対し、本発明例では目標値に対し温度変動が−２℃から＋１℃の範囲だった。

以上のように、本発明例では、液体浴６中の液体と被めっき鋼帯１とで熱交換が行われ、被めっき鋼帯１の溶融亜鉛めっき浴４侵入時の温度が良好に制御された。その結果、連続溶融亜鉛めっき中における被めっき鋼帯１の温度変動が小さくなり、また、溶融亜鉛めっき浴４の浴温の変動が小さくなった。本発明例では、鋼帯のめっき品質の向上を達成することができた。なお、比較例の被めっき鋼帯ではめっき不良があり、それにより歩留が１０％悪化した。

１被めっき鋼帯
２ロール
３スナウト
４溶融亜鉛めっき浴
５シンクロール
６液体浴
７冷却帯
８、８’ 溶融亜鉛めっき設備
９ガスワイピング装置

Claims

連続焼鈍された被めっき鋼帯を、連続焼鈍炉の冷却帯で冷却した後、スナウトの中を通過させ、溶融亜鉛めっき浴中に浸漬通板させて亜鉛めっきするに際し、
冷却帯による冷却後スナウト侵入前において、前記被めっき鋼帯は液体と熱交換を行い、前記被めっき鋼帯の溶融亜鉛めっき浴侵入時温度と溶融亜鉛めっき浴温度との差を小さくするように前記被めっき鋼帯の温度を制御することを特徴する連続溶融亜鉛めっき方法。
前記液体が、前記冷却帯の出側と前記スナウトの入側との間の位置に設置された温度制御装置を有する液体浴の中に備えられた液体であることを特徴とする請求項１に記載の連続溶融亜鉛めっき方法。
被めっき鋼帯の送り順において、連続焼鈍炉の冷却帯、スナウト、溶融亜鉛めっき浴、を備える連続溶融亜鉛めっき設備であって、
前記冷却帯の出側から前記スナウトの入側の間の位置に、被めっき鋼帯を浸漬し被めっき鋼帯と液体とで熱交換を行うための、温度制御装置を有する液体浴を設けたことを特徴とする連続溶融亜鉛めっき設備。