JP6361606B2 - 連続溶融金属めっき方法及び連続溶融金属めっき設備 - Google Patents

Description

本発明は、例えば溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するために用いる、連続溶融金属めっき方法及び連続溶融金属めっき設備に関する。

鋼帯の連続溶融亜鉛めっきラインでは、通常、表面を洗浄した鋼帯を焼鈍炉で連続的に焼鈍し、所定温度に冷却後、溶融亜鉛浴に進入させて、鋼帯に溶融亜鉛めっきを施す。通常、焼鈍炉での焼鈍・冷却工程は還元雰囲気にて行われる。そして、鋼帯が焼鈍炉を出て、溶融亜鉛めっき浴に進入するまでの間、鋼帯通板路を大気から遮断し、鋼帯が還元雰囲気中を通過できるようにするため、焼鈍炉と溶融亜鉛浴を形成しためっき槽との間には、スナウトと呼ばれる矩形断面の通路が設けられている。溶融亜鉛浴内にはシンクロールが設置されており、溶融亜鉛浴に進入した鋼帯は、シンクロールによって走行方向を転換されて鉛直方向に上昇する。溶融亜鉛浴から引き上げられた鋼帯は、ガスワイピングノズルで所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて後工程に導かれる。

スナウトは焼鈍炉の冷却帯（鋼帯出側）と繋がっているため、その内部は通常、還元雰囲気である。したがって、スナウト内の溶融亜鉛浴面には酸化膜が形成されにくく、薄い酸化膜が形成されるのみである。このようにスナウト内の溶融亜鉛浴面に形成される酸化膜は強固なものではないため、鋼帯が溶融亜鉛浴に進入する際、振動等により溶融亜鉛が浴面に露出し、そこからスナウト内に亜鉛が蒸発する。この場合、溶融亜鉛は、スナウト内部の雰囲気温度における飽和蒸気圧まで蒸発する。

亜鉛蒸気は、還元雰囲気ガス内に微少量存在する酸素と反応して酸化物を形成する。また、亜鉛蒸気が酸化されない場合でも、亜鉛蒸気の蒸気圧が飽和蒸気圧以上になると、亜鉛蒸気の一部は、液相あるいは固相の亜鉛に相変化する。特に、スナウトは薄い耐熱材料で構成されているだけなので、スナウト内壁面の温度は、外気の影響を受けて、亜鉛蒸気の蒸気圧における飽和温度以下の温度になりやすく、その温度以下になった部位で亜鉛蒸気が亜鉛粉になり、スナウト内面に付着する。

以上のような酸化物や付着物（いわゆるアッシュ）が鋼帯に付着すると、不めっき部を生じる等の品質欠陥が発生する。このように、スナウト内の亜鉛蒸気に起因して生成するアッシュに起因して生じる不めっき部等の品質欠陥を、以後本明細書では「アッシュによる欠陥」と称する。

アッシュによる欠陥を抑制する技術としては、以下のようなものがある。特許文献１には、スナウトをヒーターで加熱し、さらに該ヒーター外側を断熱材で断熱して、スナウト内の雰囲気温度および内壁温度とめっき浴温との温度差を１５０℃以下とすることで、スナウト内壁へのアッシュ付着を防止する技術が記載されている。特許文献２には、めっき浴中に吸引ブロアを設置し、この吸引ブロアの吸引側にスナウト内の浴面より高い位置に吸引口を有する吸引管を連結して、スナウト内の亜鉛蒸気を系外に排出する技術が記載されている。特許文献３には、スナウト内の雰囲気を鋼板に対しては非酸化性で溶融亜鉛に対しては酸化性のガスにすることで、ヒューム（亜鉛蒸気）の発生を抑える技術が記載されている。

特開平８−１７６７７３号公報 特開平８−３０２４５３号公報 特開平６−３３０２７１号公報

特許文献１の技術は、スナウトを加熱することで、スナウト内壁での亜鉛蒸気の結晶化、すなわちアッシュの生成をある程度抑制することは可能である。しかしながら、溶融亜鉛浴面からの亜鉛蒸気の発生自体は防止できないため、加熱していない場所でのアッシュの生成は避けられず、アッシュが鋼帯に付着する潜在的な危険性を排除できない。

特許文献２の技術では、スナウト内の亜鉛蒸気を確実に排出できないため、排出されなかった亜鉛蒸気がスナウト内壁に付着し、アッシュが生成するため、アッシュによる欠陥を防止する効果が不十分である。また、亜鉛蒸気を排出することは、むしろ溶融亜鉛の蒸発を促進する面があるため、効果的でない場合も多い。

特許文献３の技術では、スナウト内にかなり早いガスの対流が存在する。そのため、投入した多くの酸化性ガスは浴面に留まらずに系外に放出される。そのため、非常に多くのガスを投入しないと適切な酸化膜を形成することができず、溶融亜鉛の蒸発を防止することは困難である。

このように特許文献１〜３の技術では、アッシュによる欠陥を抑制する効果が不十分であった。さらに、本発明者の検討によれば、酸化膜が厚すぎる場合には、鋼帯が溶融亜鉛浴に進入する際、鋼帯表面に酸化膜が付着し、これも不めっき部を生じる等の品質欠陥の原因となることが判明した。このように、スナウト内の溶融亜鉛浴面の酸化膜に起因して生じる不めっき部等の品質欠陥を、以後本明細書では「酸化膜による欠陥」と称する。

さらに特許文献１〜３の技術には以下のような問題もある。すなわち、スナウト内の（特に浴面近傍の）雰囲気の好適な酸化力は、鋼帯の成分組成、焼鈍工程での焼鈍条件、溶融金属浴の成分等の操業条件によって変動する。このため、操業条件を切り替える場合には、スナウト内の雰囲気の酸化力も、迅速に切り替えることが求められる。しかし、特許文献１〜３の技術では、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更することができないという問題がある。特に特許文献３では、スナウト内に大きな自然対流が存在するため、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更することができない。

これらの課題は、溶融亜鉛めっきに限らず、溶融金属めっきの場合全般にも当てはまる。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、スナウト内で発生する金属蒸気に起因する不めっきと、スナウト内の溶融金属浴面の酸化膜に起因する不めっきを共に抑制することが可能で、さらに、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更することが可能な連続溶融金属めっき方法及び連続溶融金属めっき設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者が検討した結果、以下の知見を得た。
（Ａ）溶融亜鉛の蒸発（亜鉛蒸気の発生）を抑制して、アッシュによる欠陥を抑制するには、ある一定厚み以上の酸化膜を浴面に形成する必要がある。一方で、酸化膜による欠陥を抑制するには、ある一定厚み以下に酸化膜を抑制する必要がある。つまり、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥の両方を抑制するには、最適な厚みの酸化膜を形成しなければならない。
（Ｂ）このように最適な厚みの酸化膜を形成するには、スナウト内の雰囲気の対流を抑えた上で、スナウト内に酸化性ガスを供給することによって、スナウト内の溶融亜鉛浴面近傍の雰囲気の露点を、厳密に管理する必要がある。そのためには、スナウト内の雰囲気の熱対流を抑制した状態で、必要最小限の酸化性ガスをスナウト内に供給するのが最善である。このようにすれば、浴面近傍に供給された酸化性ガスを、ほぼそのまま浴面近傍に滞留させることができるからである。
（Ｃ）その結果、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更できるという効果も得ることができる。そのため、操業条件を切り替える際に、スナウト内の雰囲気の酸化力を、変更後の操業条件に合わせて迅速に切り替えることができる。

本発明は、上記知見に基づいて完成されたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）鋼帯を焼鈍炉で連続的に焼鈍する工程と、
溶融金属を収容し、溶融金属浴を形成しためっき槽に、焼鈍後の前記鋼帯を連続的に供給して、前記鋼帯に金属めっきを施す工程と、
を有する連続溶融金属めっき方法であって、
前記焼鈍炉の鋼帯出側に設けられ、端部が前記溶融金属浴に浸漬するように位置するスナウトが区画する空間を、前記焼鈍炉から前記溶融金属浴に向けて前記鋼帯が通過する際に、前記スナウト内に酸化性ガスを供給するとともに、前記スナウトの内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上に、かつ、前記スナウト内の上部の雰囲気温度を（めっき浴温−100℃）以上にすることを特徴とする連続溶融金属めっき方法。

（２）前記酸化性ガスは、水蒸気を含む窒素ガス、又は、水蒸気を含む窒素・水素混合ガスである上記（１）に記載の連続溶融金属めっき方法。

（３）操業条件に応じて、前記酸化性ガスの酸化力を変更する上記（１）に記載の連続溶融金属めっき方法。

（４）操業条件に応じて、前記酸化性ガス中の水蒸気量を変更する上記（２）に記載の連続溶融金属めっき方法。

（５）操業条件ごとに、前記スナウト内の露点と、当該操業条件で金属めっきを施された前記鋼帯の不めっきによる欠陥量との関係を事前に調査して、当該操業条件における前記スナウト内の目標露点を決定する工程をさらに有し、
前記操業条件ごとに決定された目標露点に基づいて、前記酸化性ガス中の水蒸気量を決定する、上記（２）に記載の連続溶融金属めっき方法。

（６）操業条件が切り替わる際に、変更後の操業条件に対応する目標露点に基づいて、前記酸化性ガス中の水蒸気量を変更する、上記（５）に記載の連続溶融金属めっき方法。

（７）前記操業条件が、前記鋼帯の成分組成、前記焼鈍工程での焼鈍条件及び前記溶融金属浴の成分の少なくとも１つである上記（３）〜（６）のいずれか一項に記載の連続溶融金属めっき方法。

（８）前記操業条件が、前記鋼帯の成分組成である上記（３）〜（６）のいずれか一項に記載の連続溶融金属めっき方法。

（９）鋼帯幅方向における前記スナウトの両端部から前記酸化性ガスを供給する上記（１）〜（８）のいずれか一項に記載の連続溶融金属めっき方法。

（１０）鋼帯を連続的に焼鈍する焼鈍炉と、
溶融金属を収容し、溶融金属浴を形成しためっき槽と、
前記焼鈍炉の鋼帯出側に設けられ、端部が前記溶融金属浴に浸漬するように位置し、前記焼鈍炉から前記溶融金属浴中に連続的に供給される鋼帯が通過する空間を区画するスナウトと、
前記スナウトの外壁及び前記スナウト内の上部に設けられた加熱体と、
前記スナウトに連結したガス供給機構と、
前記加熱体及び前記ガス供給機構を制御して、前記スナウト内に酸化性ガスを供給するとともに、前記スナウトの内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上に、かつ、前記スナウト内の上部の雰囲気温度を（めっき浴温−100℃）以上にする制御部と、
を有することを特徴とする連続溶融金属めっき設備。

本発明の連続溶融金属めっき方法及び連続溶融金属めっき設備によれば、スナウト内で発生する金属蒸気に起因する不めっきと、スナウト内の溶融金属浴面の酸化膜に起因する不めっきを共に抑制することができ、さらに、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更することができる。

本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき設備１００の模式図である。 図１におけるスナウト１４の内部のうち、鋼帯Ｐの幅方向中心から半分のみを示した図である。 図１におけるスナウト１４の拡大模式図である。 浴面雰囲気の酸化力と欠陥率との関係を示すグラフである。 （Ａ）は、高Si含有鋼と低Si含有鋼について、浴面雰囲気の酸化力と欠陥率との関係を示すグラフであり、（Ｂ）は、高Al含有浴と低Al含有浴について、浴面雰囲気の酸化力と酸化膜厚との関係を示すグラフである。 （Ａ），（Ｂ）はそれぞれ、鋼種Ａ，Ｂにおける、スナウト内の露点と欠陥率との関係を示すグラフである。 発明例１〜３及び比較例１，２におけるスナウト内の露点変動を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態による連続溶融亜鉛めっき設備１００及びこれを用いた連続溶融亜鉛めっき方法を説明する。

図１を参照して、連続溶融亜鉛めっき設備１００は、焼鈍炉１０、めっき槽１２、スナウト１４を有する。

焼鈍炉１０は、その内部を通過する鋼帯Ｐを連続的に焼鈍する装置であり、加熱帯、均熱帯及び冷却帯の順に並置されている。図１には冷却帯のみ図示する。焼鈍炉としては、公知の又は任意の構成のものを用いることができる。焼鈍炉の内部には、通常、還元性ガス又は非酸化性ガスが供給される。還元性ガスとしては、通常Ｈ₂−Ｎ₂混合ガスが用いられ、例えばＨ₂：１〜20体積％、残部がＮ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。また、非酸化性ガスとしては、Ｎ₂および不可避的不純物からなる組成を有するガス（露点：-60℃程度）が挙げられる。焼鈍された鋼帯Ｐは、冷却帯で470〜500℃程度にまで冷却される。

めっき槽１２には、溶融亜鉛が収容され、溶融亜鉛浴１２Ａが形成される。スナウト１４は、焼鈍炉１０の鋼帯出側に、本実施形態では冷却帯と連結して設けられる。スナウトの端部１４Ａは、溶融亜鉛浴１２Ａに浸漬するように位置する。スナウト１４は、焼鈍炉１０から溶融亜鉛浴１２Ａ中に連続的に供給される鋼帯Ｐが通過する空間を区画する部材である。スナウト１４の上部には、鋼帯Ｐの進行方向を水平方向から斜め下方に変更するターンダウンロール２６が配置されている。ターンダウンロール２６を通過後の鋼帯Ｐが通過する空間を区画する部分は、鋼帯Ｐの進行方向に垂直な断面視で矩形となっている。

鋼帯Ｐはスナウト１４の内部を通過して、溶融亜鉛浴１２Ａに連続的に進入する。溶融亜鉛浴１２Ａの中にはシンクロール２８とサポートロール３０が設置されており、溶融亜鉛浴１２Ａの中に進入した鋼帯Ｐは、シンクロール２８によって通板方向を上向きに変更された後、サポートロール３０に導かれて溶融亜鉛浴１２Ａから出て行く。このようにして、鋼帯Ｐに溶融亜鉛めっきが施される。

図２を参照して、連続溶融亜鉛めっき設備１００は、スナウト１４に連結したガス供給機構２０を有する。ガス供給機構２０は、水素ガスが通過する第１配管２２Ａと、窒素ガスが通過する第２配管２２Ｂと、酸化性ガスとしての水蒸気が通過する第３配管２２Ｃと、これらの配管に取り付けられた流量調整用のバルブ２４と、これらの配管から供給されたガスが混合してなる混合ガスが通過する第４配管２２Ｄと、この第４配管２２Ｄに連結し、先端がスナウト１４の内部に位置する第５配管２２Ｅと、を含む。第１配管２２Ａ及び第３配管２２Ｃは、第２配管２２Ｂに連結されており、バルブ２４を調整することによって、水素、窒素、及び水蒸気を任意の流量比で混合できる。

酸化性ガスとしては、水蒸気、酸素、二酸化炭素などを含有するガスを挙げることができ、特に限定されない。しかし、酸化力が高すぎないため管理しやすいこと、コストが低いこと、酸化力を露点計で容易に測定できることから、水蒸気を含むガスとすることが好ましい。

図３を参照して、スナウト１４の外壁には加熱体としてのヒーター１６が配置され、さらにヒーター１６は断熱材１８によって覆われている。なお、ヒーター１６は、スナウト１４の先端部（浴面近傍）を除き、外壁の全面を覆っている。また、スナウト内の上部にも、加熱体としてのヒーター１７が配置されている。スナウト上部は、後述のように、熱対流の生成に影響が大きいため、ヒーター１７を設けることで、スナウト上部の雰囲気温度を確実に上昇させられる。

本実施形態では、図示しない制御部によってヒーター１６，１７及びガス供給機構２０を制御して、スナウト１４内に酸化性ガスを供給するとともに、スナウト１４の内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上に、かつ、スナウト１４内の上部の雰囲気温度が（めっき浴温−100℃）以上に管理することが肝要である。以下、この技術的意義について詳説する。

既述のとおり、スナウト内の雰囲気には、その酸化性に関して最適値が存在する。図４はその概念を示した図である。酸化性が低いと、浴面に酸化膜が生成しないか、生成しても非常に薄いため、酸化膜による欠陥は発生しにくいが、亜鉛の蒸発が活発に起きるため、アッシュによる欠陥は増大する。逆に酸化性が高い場合、厚い酸化膜が保護膜になり亜鉛の蒸発はほとんど起きないため、アッシュによる欠陥は発生しにくいが、酸化膜による欠陥が多く発生する。

したがって、亜鉛が蒸発・酸化する浴面近傍の雰囲気の酸化力を、最適レベル（図４の中央部分）に厳密に制御する必要がある。例えば、スナウト内に水蒸気を含むガスを供給することで浴面近傍の雰囲気の酸化力を制御する場合、浴面近傍の雰囲気の露点を、所定点（目標露点）±４℃程度の範囲に厳密に制御すれば、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥の両方を低いレベルに抑制できることを、本発明者は見出した。なお、目標露点は、当該目標露点以外の操業条件が定まれば、後述の方法で決定することができる。

ここで浴面近傍の露点管理を困難にするのが、スナウト内の雰囲気の対流である。スナウト内の対流としては、鋼帯の移動により発生する随伴流、スナウト内の温度差に伴う熱対流、及びスナウト内の圧力差に起因する圧力流が主に挙げられるが、通常のスナウト条件下では、熱対流による影響が支配的である。例えば、鋼板温度500℃、めっき浴温450℃の場合、スナウト内部は、スナウト外部とは400℃以上の温度差がある。また通常、スナウト上部は冷却帯に連結しているため、スナウト上部の雰囲気温度は200〜300℃になる場合が多い。この場合、熱対流による風速は4〜5m/s程度となり、鋼板随伴流の典型値である1m/sに比較してかなり大きい。

この状況下で浴面酸化を促進するガス、例えば水蒸気を含むガスを投入しても、そのほとんどは浴面には留まらないため、アッシュによる欠陥を抑制するのに適切な厚さの酸化膜を生成するには、大量の水蒸気を投入しなければならない。それに加え、酸化膜による欠陥を抑制するには、酸化膜は極力薄い方が有利であるため、結局、浴面近傍での酸化性ガスの濃度分布を極小化する必要がある。しかし、熱対流が大きい条件下では、浴面近傍での酸化性ガスの濃度分布が大きくなる（すなわち、濃度が面内で不均一になる）ため、浴面近傍の露点管理は困難を極める。

上記の知見に基づき、本発明者は、浴面近傍の露点を厳密に管理して、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥の両方を抑制するためには、亜鉛の蒸発そのものを抑制するのが最も効果的であり、そのためには、スナウト内の熱対流を抑制した上で、必要最小限の酸化性ガスをスナウト内に供給するのが最善であるとの結論に至った。

そこで本発明者は、このような熱対流を起こす原因である、スナウト内の温度差を小さくすることを志向した。スナウト内部で最も温度が高いのは鋼帯であるが、通常鋼板は浴温より10℃程度高いだけであるため、本発明においては、温度の基準をめっき浴温とした。また、熱対流と鋼板随伴流は逆方向であるので、熱対流の大きさを鋼板随伴流の大きさの２倍以下にできればスナウト内の対流は大きく抑制できる。

種々検討を重ねた結果、スナウトの内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上に設定すれば、温度影響を無視した流動状態程度まで、スナウト内の雰囲気の対流を抑制できることを見出した。ただし、スナウト内の上部の雰囲気温度は、熱対流に与える影響がより大きいため、（めっき浴温−100℃）以上に設定する必要がある。これは、密度流は密度の大きい気体が高い位置に存在する場合、より流速が大きくなるからである。（密度に起因する流れはΔρｇｈに比例する。ｈが高さ位置の差であり、高い位置に高密度のものがあると流速が早くなる。）

なお、スナウト内の上部の雰囲気温度は、（めっき浴温＋100℃）以下とすることが好ましい。上部の雰囲気温度は、高ければ高いほどスナウト内の対流は安定化する（上部に低密度物質がある状態は安定的である）が、その安定化効果は（めっき浴温＋100℃）を超えると頭打ちになるからである。また、スナウトの内壁面の温度は、（めっき浴温＋0℃）以下とすることが好ましい。内壁面の温度がめっき浴温より高い場合、スナウト内の側壁付近に上昇中が発生し、その影響で中央部には下降流が生成される。この流れは鋼板随伴流で生成される流れと同方向であるため、スナウト内に大きな流動を起こすことになる。したがって、内壁面の温度をめっき浴温超えにする必然性はなく、むしろ流動を大きくする可能性が高いといえる。

なお、本発明において「スナウト内の上部」は、ターンダウンロールの表面から１ｍ以内の、スナウト内の領域を指すものと定義する。図３においては、スナウト１４内のターンダウンロール２６の表面から１ｍの範囲内となる。

このように、スナウトの内壁面の温度及びスナウト内の上部の雰囲気温度を管理した状態で、スナウト内に酸化性ガスを供給することによって、浴面近傍に到達した酸化性ガスのほとんどを浴面に留めておくことができるため、より少ないガス量で、亜鉛蒸気の発生を抑制できる。また、スナウト内に供給したガス成分は、ほぼそのままで浴面近傍に存在することになるため、雰囲気制御が容易となり、浴面近傍の雰囲気の露点の変動を抑えることができる。その結果、酸化膜による欠陥も抑制できる。このように、スナウト内の浴面の酸化状態を理想的に保てるようになるため、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥の両方を、ほとんど撲滅することができるようになる。さらに、スナウト内の雰囲気の酸化力を安定的かつ迅速に変更できるという効果も得ることができる。そのため、操業条件を切り替える際に、スナウト内の雰囲気の酸化力を、変更後の操業条件に合わせて迅速に切り替えることができる。

スナウト内に供給する酸化性ガスは、水蒸気を含む窒素ガス、又は、水蒸気を含む窒素・水素混合ガスであることが好ましく、露点は、めっき浴の成分や製造する鋼種、その他の操業条件によって適宜設定すればよいが、概ね−20〜−35℃の範囲で良好となる場合が多い。また、酸化性ガスの供給量は、各種操業条件に影響されるが、スナウトの内壁面の温度及びスナウト内の上部の雰囲気温度以外が同一条件の場合、本発明外の条件と比較して、1/4程度の供給量で、同一露点を実現できる。このため酸化性ガスの供給量を、適度な酸化膜を形成するための必要最小限の量とすることができる。

図２に示すように、酸化性ガスは、鋼帯幅方向におけるスナウトの両端部からスナウト１４内に供給することが好ましい。ガス投入口を有する第５配管２２Ｅをスナウト１２の側面に設置したのは、スナウト内の側面近傍は温度が低くなる場合が多いため、通常、側面近傍では下降流となるため、浴面付近に効率良く酸化性ガスを到達させられるためである。ガス投入口の浴面からの高さは、100〜3000ｍｍ程度とすることができる。100ｍｍ未満では、浴面に直接ガスが到達する可能性が高く、結果として浴面近傍での酸化性ガスの濃度分布が大きくなる。また、3000ｍｍ超えでは、浴面からの距離が大きいため、ガス濃度が低下し、その結果として、大量のガスが必要となる。

ここで、スナウト内の浴面近傍の雰囲気の好適な酸化力は、鋼帯の成分組成、焼鈍工程での焼鈍条件、溶融亜鉛浴の成分等の操業条件によって変動する。つまり、図４で示した２つの曲線は、操業条件によって左右にシフトし得る。このことを図５（Ａ），（Ｂ）を例に以下で説明する。

まず、既述のとおり、アッシュによる欠陥、酸化膜による欠陥ともに、浴面に形成される酸化膜厚と相関する。具体的には、アッシュによる欠陥は、アッシュ生成量とその付着率に関係し、酸化膜による欠陥は、酸化膜量とその付着率に依存する。

図５（Ａ）は、鋼帯の成分組成がスナウト内の浴面近傍の雰囲気の好適な酸化力に及ぼす影響の一例を示している。鋼帯がSi，Mn，Alなど、いわゆる易酸化性元素を多く含有する場合、めっき浴進入直前の鋼帯表面に表面濃化物が多く生成している。このような表面濃化状態でめっきすると、酸化膜が鋼帯に付着しやすくなる、すなわち酸化膜の付着率が上がるため、酸化膜による欠陥が生じやすくなる。一方で、アッシュ生成量は鋼帯の表面濃化状態にはほとんど依存しないため、鋼帯の成分組成は、アッシュによる欠陥にはほとんど影響しない。

また、焼鈍温度や炉内露点などの焼鈍条件によっても、鋼帯の表面濃化状態は異なるため、焼鈍条件も酸化膜による欠陥の生じやすさに影響を及ぼすものの、アッシュによる欠陥にはほぼ影響しない。

図５（Ｂ）は、溶融亜鉛浴の成分がスナウト内の浴面近傍の雰囲気の好適な酸化力に及ぼす影響の一例を示している。図５（Ｂ）に示すように、浴中のAl濃度が高いほど、浴面に酸化膜が形成されやすい。そのため、高Al含有浴ほど、アッシュによる欠陥は生じにくく、酸化膜による欠陥は生じやすい。つまり、図４の２つの曲線は左にシフトする。

そのため、操業条件に応じて、酸化性ガスの酸化力を変更することが好ましい。すなわち、酸化性ガスが水蒸気を含む場合には、浴面近傍の雰囲気の好適な露点、すなわち目標露点が操業条件によって異なるため、操業条件に応じて、酸化性ガス中の水蒸気量を変更させればよい。なお、酸化性ガス中の水蒸気量は、通常100ｐｐｍ以上となる。

この場合、操業条件ごとに、スナウト内の露点と、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥の欠陥率との関係（すなわち、図４の情報）を事前に調査して、当該操業条件におけるスナウト内の目標露点を決定することができる。そして、操業条件ごとに決定された目標露点に基づいて、酸化性ガス中の水蒸気量を決定することができる。操業条件が切り替わる際には、変更後の操業条件に対応する目標露点に基づいて、酸化性ガス中の水蒸気量を変更すればよい。

ここで、図４に示すような、スナウト内の露点と、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥の欠陥率との関係は、過去の操業時に、スナウト内の露点と、その際の各欠陥の欠陥率の傾向を事前に把握しておくことで、求めることができる。各欠陥の有無は目視で判定できる。目視で判別できる欠陥の大きさは、100μｍ程度以上である。そして、長さ0.5ｍ当たりの欠陥混入率を「欠陥率」と定義する。欠陥率1％は、1個/50mに相当する。

なお、上記のスナウト内の露点は、浴面直上（浴面近傍）の露点である必要がある。実際に露点を測定する箇所が浴面直上ではない場合には、以下の配慮を行う。まず、本発明を適用して、スナウト内の熱対流をなくした状態であれば、スナウト内にはほとんど露点分布がつかないため、実測露点をそのまま用いてよい。しかし、スナウト内に熱対流がある場合には、実測露点を浴面近傍露点に補正する。この補正は、流動解析から予測される露点分布を用いて行うことができる。例えば、流動解析で浴面から500ｍｍの高さでの露点が−35℃、浴面近傍での露点が−30℃である場合、両者の差は＋5℃で、水分比の差は150ppmになる。そこで、実測した500ｍｍの高さでの露点値に常に150ppm分を加算した露点を浴面露点として採用することができる。

スナウト内の浴面近傍の雰囲気の好適な酸化力（酸化性ガスが水蒸気を含む場合には、浴面近傍の雰囲気の目標露点）に影響を及ぼす操業条件としては、鋼種（鋼帯の成分組成）、焼鈍工程での焼鈍条件及び溶融亜鉛浴の成分を挙げることができる。そのため、これらの少なくとも１つを考慮して、事前に図４の情報を求めておくことが好ましい。例えば、特定の連続溶融亜鉛めっき設備において、焼鈍条件と溶融亜鉛浴の成分に変更がないことが既知の場合、当該設備に通板する予定の鋼種ごとに、図４の情報を予め調査し、目標露点を決定しておけばよい。そして、鋼種を切り替える際には、変更後の鋼種に対応した目標露点になるように、酸化性ガス中の水蒸気量を変更すればよい。

本発明は、上記の実施形態に限定されず、鋼帯を連続的に溶融金属めっきする場合にも同様である。

＜実施例１＞
図１〜図３に記載の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、成分組成が質量％でＣ：0.001％、Si：0.01％、Mn：0.1％、Ｐ：0.003％、Ｓ：0.005％、Al：0.03％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、板厚0.6〜1.2ｍｍ、板幅900〜1250ｍｍ、引張強さ270ＭＰａの鋼帯（以下、鋼種Ａと称する。）を通板速度60〜100ｍｐｍで溶融亜鉛浴に進入させて、溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。図２に示すように、ガス投入口を有する第５配管はスナウトの側面に設置し、ガス投入口の浴面からの高さは500ｍｍとした。過去の操業データから、スナウト内の露点と、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥の欠陥率との関係を事前に調査した。結果を図６（Ａ）に示す。図６（Ａ）に基づいて、スナウト内の目標露点は-30℃と決定した。そして、スナウト内の露点を-30℃±４℃程度の範囲に制御できれば、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥の両方を低いレベルに抑制できることがわかった。

スナウト内を鋼帯が通過する際に、試験例No.1〜5では、水蒸気を含有する窒素・水素混合ガスを供給し（表１中「水蒸気の供給、あり」で表記。）、試験例No.6,7では、水蒸気を含有しない窒素・水素混合ガス（表１中「水蒸気の供給、なし」で表記。）をガス投入口から供給した。試験例No.1〜5における投入ガスの露点は、図２における第５配管中の露点測定孔３２Ａに設けた露点計で測定したものであり、表１に示した。

スナウト内を鋼帯が通過する際の、スナウト内壁面の温度及びスナウト内の上部の雰囲気温度は、表１に示すものに管理した。試験例No.6では、スナウト外壁及びスナウト内の上部に設けたヒーターによる加熱を行わなかった。

各試験例とも、図２に示す、スナウトの裏面中央、高さ500ｍｍの位置の露点測定孔３２Ｂに設けた露点計で、スナウト内の雰囲気の露点を経時的に測定した。そして、各試験例No.1〜7では、測定露点と目標露点（-30℃）との差に基づいて、測定露点が目標露点に近づくように、投入ガスの流量を変更した。この制御は、一般的なPID制御ロジックで行った。各試験例No.1〜7における、測定露点のヒストグラムを表２に示した。また、試験例No.1〜5では、試験中の投入ガスの全体積に対する水蒸気の体積の割合を「水分量」として表１に示し、試験中のガスの全投入流量を、No.5を１とする指数表示で表１に示した。

なお、管理すべき露点が浴面直上の露点であることを考えると、露点計の位置は本来、より低い浴面近傍にすべきであるが、本発明によれば、スナウト内にはほとんど露点分布がつかないため、高さ500ｍｍの位置で露点を測定しても、浴面近傍の露点を高精度に把握できる。なお、亜鉛蒸気が発生する比較例の場合、浴面から100ｍｍ程度の低い位置では、露点計のセンサー部に亜鉛蒸気が付着してしまう危険があるため、スナウト下部に露点計は設置できない場合が多い。なお、本発明例では酸化性ガスに水蒸気を使用するため、ガス測定器は露点計としたが、水蒸気以外の酸化性ガスを用いる場合は、当然ながらそのガスを検知する測定器を設置する必要がある。

（欠陥率の評価）
以下の方法で、アッシュによる欠陥と酸化膜による欠陥それぞれの欠陥率を評価した。各欠陥の有無は目視で判定した。目視で判別できる欠陥の大きさは、100μｍ程度以上である。そして、長さ0.5ｍ当たりの欠陥混入率を「欠陥率」と定義し、表１に示した。欠陥率1％は、1個/50mに相当する。

（評価結果）
表１，２を参照して、評価結果を説明する。No.1（発明例）は、浴温、壁面温度、及び上部温度に温度差をつけない例で、露点変動もほとんどなく、その結果、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥ともにほとんど発生しなかった。No.2（発明例）は壁面温度が低い例、No.3（発明例）はスナウト上部の雰囲気温度が低い例であるが、スナウト内の雰囲気の露点を管理範囲（-30℃±４℃）に抑えることができており、各欠陥率も低い状態を保てている。しかも、No.1〜3では、ガスの投入流量をNo.5よりも十分に低くすることができた。

これに対し、No.4（比較例）は壁面温度が本発明範囲を外れる例、No.5（比較例）はスナウト上部の雰囲気温度が本発明範囲を外れる例であり、スナウト内の雰囲気の露点を管理範囲（-30℃±４℃）に抑えることができなかった。その結果、アッシュによる欠陥又は酸化膜による欠陥が多く発生した。No.6（比較例）は、水蒸気の投入を行わず、ヒーターによる加熱を行わなかった例である。この場合、露点は-40℃前後で低くなっているため、酸化膜による欠陥は発生しないが、アッシュによる欠陥が非常に多く発生した。No.7（比較例）では、温度差はつけないため露点は安定するが、-40℃前後で低くなっているため、やはりアッシュによる欠陥が非常に多く発生した。

＜実施例２＞
鋼種Ａの鋼帯に替えて、成分組成が質量％でＣ：0.12％、Si：1.0％、Mn：1.7％、Ｐ：0.006％、Ｓ：0.006％、Al：0.03％を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、板厚0.6〜1.2ｍｍ、板幅900〜1250ｍｍ、引張強さ780ＭＰａの鋼帯（以下、鋼種Ｂと称する。）を用いた以外は、実施例１と同様にして、スナウト内の露点と、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥の欠陥率との関係を求めた。結果を図６（Ｂ）に示す。

図６（Ａ），（Ｂ）を参照すると、鋼種Ａ，Ｂともに、アッシュによる欠陥及び酸化膜による欠陥の両方が十分に抑制できる露点が存在するが、鋼種Ｂの方が最適値すなわち目標露点は低く、また両方の欠陥率が十分に低くなる露点範囲も狭くなっていることがわかる。このことから、例えば鋼種ＡからＢに切り替える際は、短時間で精度よく雰囲気露点を変更する必要があることが分かる。

＜実施例３＞
浴温、壁面温度及び上部温度を表１に記載のNo.1〜5（発明例１〜３及び比較例１，２）とした際の、水蒸気を含有する窒素・水素混合ガスの露点の切り替えの早さを調査した。図７に示すように、投入露点を50分の時点で-35℃から-20℃に切り替えた。

発明例１は浴温、壁面温度及び上部温度を全て450℃に設定したため、熱対流がほとんど発生していない。このため、測定露点の変動は、投入ガスの露点変動とほぼ同じ挙動を示した。したがって、供給ガスの露点で直接的にスナウト内の露点を制御できるため、品質管理上非常に優位である。発明例２，３も、発明例１に比較して、切り替え後の露点に追従遅れが認められるが、30分ほどすると投入露点なりに露点は変更できているため、品質管理上は十分である。

一方、比較例１，２では，投入露点を切り替えた後もスナウト内の露点は変動しながらも緩やかに上昇しつづけており、１時間後でも安定化したとは言い難い。このような状態では、例えば鋼種ＡからＢに切り替わった際の目標露点の変更に対応することは困難である。

本発明の連続溶融金属めっき方法及び連続溶融金属めっき設備によれば、スナウト内で発生する金属蒸気に起因する不めっきと、スナウト内の溶融金属浴面の酸化膜に起因する不めっきを共に抑制することができる。

１００ 連続溶融亜鉛めっき設備
１０ 焼鈍炉
１２ めっき槽
１２Ａ 溶融亜鉛浴
１４ スナウト
１４Ａ スナウトの端部
１６，１７ ヒーター
１８ 断熱材
２０ ガス供給機構
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ，２２Ｅ 配管
２４ バルブ
２６ ターンダウンロール
２８ シンクロール
３０ サポートロール
３２Ａ，３２Ｂ 露点測定孔
Ｐ 鋼帯

Claims (7)

1. 鋼帯を焼鈍炉で連続的に焼鈍する工程と、
   溶融金属を収容し、溶融金属浴を形成しためっき槽に、焼鈍後の前記鋼帯を連続的に供給して、前記鋼帯に金属めっきを施す工程と、
   を有する連続溶融金属めっき方法であって、
   前記焼鈍炉の鋼帯出側に設けられ、端部が前記溶融金属浴に浸漬するように位置するスナウトが区画する空間を、前記焼鈍炉から前記溶融金属浴に向けて前記鋼帯が通過する際に、前記スナウト内に水蒸気を含む酸化性ガスを供給するとともに、前記スナウトの内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上（めっき浴温＋0℃）以下に、かつ、前記スナウト内の上部の雰囲気温度を（めっき浴温−100℃）以上（めっき浴温＋100℃）以下にすることを特徴とする連続溶融金属めっき方法。
2. 前記酸化性ガスは、水蒸気を含む窒素ガス、又は、水蒸気を含む窒素・水素混合ガスである請求項１に記載の連続溶融金属めっき方法。
3. 前記鋼帯の成分組成、前記焼鈍工程での焼鈍条件及び前記溶融金属浴の成分の少なくとも１つからなる操業条件ごとに、前記スナウト内の露点と、当該操業条件で金属めっきを施された前記鋼帯の不めっきによる欠陥量との関係を事前に調査して、当該操業条件における前記スナウト内の目標露点を決定する工程をさらに有し、
   前記操業条件ごとに決定された目標露点に基づいて、前記酸化性ガス中の水蒸気量を決定する、請求項２に記載の連続溶融金属めっき方法。
4. 前記操業条件が切り替わる際に、変更後の操業条件に対応する目標露点に基づいて、前記酸化性ガス中の水蒸気量を変更する、請求項３に記載の連続溶融金属めっき方法。
5. 前記操業条件が、前記鋼帯の成分組成である請求項３又は４に記載の連続溶融金属めっき方法。
6. 鋼帯幅方向における前記スナウトの両端部から前記酸化性ガスを供給する請求項１〜５のいずれか一項に記載の連続溶融金属めっき方法。
7. 鋼帯を連続的に焼鈍する焼鈍炉と、
   溶融金属を収容し、溶融金属浴を形成しためっき槽と、
   前記焼鈍炉の鋼帯出側に設けられ、端部が前記溶融金属浴に浸漬するように位置し、前記焼鈍炉から前記溶融金属浴中に連続的に供給される鋼帯が通過する空間を区画するスナウトと、
   前記スナウトの外壁及び前記スナウト内の上部に設けられた加熱体と、
   前記スナウトに連結したガス供給機構と、
   前記加熱体及び前記ガス供給機構を制御して、前記スナウト内に水蒸気を含む酸化性ガスを供給するとともに、前記スナウトの内壁面の温度を（めっき浴温−150℃）以上（めっき浴温＋0℃）以下に、かつ、前記スナウト内の上部の雰囲気温度を（めっき浴温−100℃）以上（めっき浴温＋100℃）以下にする制御部と、
   を有することを特徴とする連続溶融金属めっき設備。
   
   
   
   

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