JP6365148B2

JP6365148B2 - 連続溶融金属めっき装置

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Publication number: JP6365148B2
Application number: JP2014181610A
Authority: JP
Inventors: 康裕眞嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2014-09-05
Publication date: 2018-08-01
Anticipated expiration: 2034-09-05
Also published as: JP2016056395A

Description

本発明は、連続搬送される金属帯を溶融金属浴中に浸漬させてめっき処理を施すための連続溶融金属めっき装置に関する。

従来、溶融金属めっき鋼板を製造する方法として、金属帯を溶融金属浴に導入し、当該金属帯へ溶融金属を付着させつつ金属帯を引き上げることで、連続的に溶融金属めっき鋼板を製造する方法が知られている。係るめっき処理を行うための連続溶融金属めっき装置では、金属帯を溶融金属浴中に導入し、浴中に設けられたシンクロールに沿って金属帯を搬送することによって金属帯の方向を変え、溶融金属浴から金属帯を導出するようになっている。上記のシンクロールは、軸回転可能な状態で軸受に支持されるが、金属帯の高い走行張力によってシンクロールに所定方向の荷重がかかることから、軸受との摺動部分である軸部が摩耗しやすくなっている。そのために、連続溶融金属めっき装置を長期間連続して使用することがむずかしく、稼働率の低下や、修繕コストの上昇のおそれがある。

これまで、シンクロールの軸部の摩耗対策としては、軸スリーブの耐摩耗性や耐クラック性の向上を目的とするものが主となっている。しかしながら、近年、めっき金属板の生産効率の向上を目指して搬送速度が高速化されつつあり、金属帯の走行張力がより高くなって、軸部のさらなる短寿命化のおそれがある。

これに対して、特許文献１には、シンクロールの胴部内を軸方向に貫通する複数個の筒状空間を設け、当該筒状空間内にロール重量を増量するための粉末を封入することによってロール重量を調整する技術が開示されている。係る特許文献１に開示の技術によれば、ロールの重量化によって、溶融金属浴による浮力と金属帯の走行張力とによりシンクロールにかかる荷重が低減され、軸部の回転摩擦抵抗が低減されるとしている。また、特許文献２には、シンクロールのロール軸を、永久磁石や電磁石を利用して非接触式で支持することにより、ロール軸の機械的接触を無くし、摩擦による騒音とエネルギー損失を少なくすることができるマグネチック軸受装置が開示されている。また、特許文献３には、シンクロールに代えて、鋼帯を非接触状態に維持しながら方向転換させるめっき液噴出孔を備えた方向転換手段を備えた連続溶融金属めっき装置が開示されている。

特開平０８−１９９３２１号公報特表２０１２−５２６２４９号公報特開２００２−３０９３５６号公報

「製鉄プロセスライン用帯鋼浮上搬送装置の実用化」（三菱重工技報Ｖｏｌ．２９，Ｎｏ．１，１９９２−１）

しかしながら、特許文献１に記載の連続溶融金属めっき装置のシンクロールは、軸方向に貫通する筒状空間を設けるものであり、既存のシンクロールをそのまま利用することができない。また、金属帯の走行張力は、金属帯の材料や厚さ、幅、移動速度等によって異なるが、特許文献１に記載のシンクロールは、金属帯の種類によって封入する粉末の重量を変えなければならず、手間がかかる。また、特許文献２に記載のマグネチック軸受装置は、特定の装置構成を有するものであり、既存のめっき装置に適用するには、めっき装置の大幅な変更が必要となる。また、特許文献３に記載の連続溶融金属めっき装置は、従来のシンクロールを、全く別の方向転換手段に置き換えるものであり、既存のめっき装置に適用するには、めっき装置の大きな変更が必要となる。

さらに、鋼帯に対して溶融亜鉛めっき処理を施す場合、溶融亜鉛槽内において、鋼帯から溶出した鉄（Ｆｅ）が溶融亜鉛浴中のアルミニウム（Ａｌ）と反応してトップドロス（Ｆｅ_２Ａｌ_５）が形成されるため、鋼帯の近傍ではＡｌが消費される。溶融亜鉛槽には、溶融亜鉛が逐次供給されることから、シンクロールによって方向転換される鋼帯が成すＶ字の外側の領域では、溶融亜鉛が入れ替わることによって浴組成が回復する一方、Ｖ字の内側の領域では、溶融亜鉛の入れ替えが進みにくく、濃度偏差が生じやすい。特に、搬送速度が高速化すると、通板面積の増加に伴ってＦｅの溶出量も増加するため、Ｖ字の内側領域の溶融亜鉛浴のＡｌ濃度が低下しやすくなっている。そうすると、Ｖ字の内側領域では、ボトムドロス（ＦｅＺｎ_７）も発生して、局所的に浴組成が、トップドロスとボトムドロスとの混成域に入りやすいという問題があった。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、既存の装置の構成を活かしつつ、シンクロールの軸部にかかる荷重を適切に低減して、シンクロールの摩耗を低減することができる連続溶融金属めっき装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、溶融金属浴を収容する溶融金属槽と、軸回転可能な状態で軸受に支持されて前記溶融金属槽内に配置され、前記溶融金属浴中に導入される金属帯の移動方向を変えるシンクロールと、前記移動方向が変わる前後の前記金属帯の内側領域に配置され、前記シンクロールに向けて溶融金属を噴出する溶融金属噴出部と、を備え、前記溶融金属噴出部は、前記溶融金属を噴出するスリットを有するスリットノズルであり、前記スリットは、前記シンクロールの外周面の円周方向に沿って間隔を置いて少なくとも二つ設けられ、前記シンクロールの中心軸に直交する断面で前記シンクロール及び前記溶融金属噴出部を見たときに、それぞれの前記スリットは、前記シンクロールの中心軸の方向よりも他の前記スリット側に向けて形成される、連続溶融金属めっき装置が提供される。

また、前記溶融金属噴出部に形成され、前記溶融金属の噴出方向が前記溶融金属浴の浴底方向に向けられた噴出口は、前記シンクロールの外周面に対向する位置に設けられてもよい。

また、前記溶融金属噴出部は、前記金属帯から前記シンクロールに与えられる荷重の負荷方向に反する方向の荷重を前記シンクロールに与えるよう構成されてもよい。

以上説明したように、本発明によれば、既存の装置の構成を活かしつつ、シンクロールの軸部にかかる荷重を適切に低減して、シンクロールの摩耗を低減可能な連続溶融金属めっき装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る連続溶融金属めっき装置の概略構成を示す説明図である。シンクロールの軸受構造の例を示す断面図である。シンクロールの軸スリーブが受ける荷重を示す説明図である。同実施形態に係る溶融金属噴出部を示す断面図である。シンクロールと溶融金属噴出部との位置関係を示す説明図である。噴出する溶融金属が間隙から流出する様子を示す説明図である。溶融金属噴出部の配置について説明するための図である。シンクロールに付加する荷重と軸部が受ける荷重との関係を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．連続溶融金属めっき装置の全体構成例＞
まず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る連続溶融金属めっき装置（以下、単に「めっき装置」とも称する。）の全体構成例を概略的に説明する。図１は、本実施形態に係るめっき装置１０の概略構成を示している。係る図１は、めっき装置１０を、シンクロール２０の中心軸の軸方向に沿って見た側面図を概略的に示している。

めっき装置１０は、連続搬送される金属帯１２を溶融金属浴１４中に浸漬させてめっき処理を施すための装置として構成されている。かかるめっき装置１０は、溶融金属浴１４を収容する溶融金属槽１６と、溶融金属槽１６内に配置されたシンクロール２０及び絞りロール３０ａ，３０ｂと、溶融金属噴出部５０とを備えている。金属帯１２は、代表的には鋼帯が例示されるが、これに限られない。

溶融金属槽１６は、例えば、上部が開放された容器とすることができる。溶融金属槽１６に収容される溶融金属は、例えば、Ｆｅの融点より充分低い温度で溶融状態にある溶融金属であれば特に制限は無いが、実用的には、例えば、Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｂの単体又はこれらの合金が挙げられる。あるいはこれらの金属又は合金に、例えばＳｉ，Ｐ等の非金属元素、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ等の典型金属元素、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等の遷移金属元素を含有するものも含まれる。

シンクロール２０は、溶融金属槽１６内で軸回転可能な状態で軸受に支持されており、溶融金属浴１４に導入される金属帯１２を、シンクロール２０の外周面に沿って搬送して、金属帯１２の移動方向を転換するものとなっている。絞りロール３０ａ，３０ｂは、シンクロール２０によって方向転換させられて上方に導出される金属帯１２の進行方向の溶融金属浴１４中に配置されている。絞りロール３０ａ，３０ｂは、金属帯１２を挟むように配置され、金属帯１２の両面に付着する余剰の溶融金属を除去することにより、金属帯１２に付着して持ち上げられる溶融金属の量が多くなることを防いでいる。ここまでに説明した溶融金属槽１６、シンクロール２０、絞りロール３０ａ，３０ｂは、既存のめっき装置の構成をそのまま採用することができる。

溶融金属噴出部５０は、シンクロール２０によって移動方向が転換される前後の金属帯１２の内側の領域、すなわち、方向転換される金属帯１２によって形成されるＶ字の領域に配置されている。溶融金属噴出部５０は、例えば、溶融金属を噴出するスリットノズルであり、シンクロール２０に向けて溶融金属を噴出して、シンクロール２０に荷重を付加するものとなっている。溶融金属噴出部５０には、溶融金属を溶融金属噴出部５０に向けて圧送するメタルポンプ５５が接続されている。メタルポンプ５５は、溶融金属槽１６内の溶融金属を吸い上げるようにしてもよい。また、溶融金属槽１６内の溶融金属を排出しつつ、別の供給部からメタルポンプ５５に同種の溶融金属を供給して、溶融金属を循環させてもよい。

＜２．シンクロールの軸受構造＞
次に、本実施形態に係るめっき装置１０のシンクロール２０の軸受構造について説明する。図２は、シンクロール２０の軸受構造の一例を示している。係る図２は、シンクロール２０を軸方向の一方側から見た側面図、及びシンクロール２０を軸線に沿って切断した断面図を示している。シンクロール２０は、中空の円筒形状を有し、軸方向の両端面の中央には軸スリーブ２２ａ，２２ｂが設けられている。また、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの周囲には複数の開口部２０ａが設けられ、シンクロール２０の内部が溶融金属で満たされるようになっている。軸スリーブ２２ａ，２２ｂは、軸部の一例である。軸スリーブ２２ａ，２２ｂは軸受２５ａ，２５ｂに挿入されており、シンクロール２０は軸回転可能な状態で軸受２５ａ，２５ｂに支持されている。係るシンクロール２０の軸受構造では、シンクロール２０が溶融金属浴１４による浮力や、金属帯１２の張力の影響を受けると、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが軸受２５ａ，２５ｂの特定の部分に対して大きい荷重で当接しながら摺動する場合がある。

図３は、シンクロール２０が受ける溶融金属浴１４の浮力Ｇｖ及び金属帯１２の張力Ｔと、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が軸受２５ａ（２５ｂ）から受ける荷重Ｆとを示す説明図である。図３には、シンクロール２０、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）、軸受２５ａ（２５ｂ）及び金属帯１２が模式的に示されている。シンクロール２０は、垂直方向上方向に溶融金属浴１４の浮力Ｇｖを受ける。また、シンクロール２０は、金属帯１２によって左斜め上方向の張力を受ける。正確には、シンクロール２０は、方向転換された金属帯１２が成すＶ字の二等分線の方向に、金属帯１２の張力を受ける。したがって、シンクロール２０は、溶融金属浴１４の浮力Ｇｖの方向と金属帯１２の張力の方向とを合成した方向に荷重を受ける。その結果、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）は、シンクロール２０が受ける荷重の作用方向と反対方向の荷重Ｆを軸受２５ａ（２５ｂ）から受けることとなる。図３の例では、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）は、鉛直方向に対して角度φの方向への荷重Ｆを受けている。

＜３．溶融金属噴出部＞
次に、本実施形態に係るめっき装置１０の溶融金属噴出部５０について説明する。図４及び図５は、本実施形態に係るめっき装置１０の溶融金属噴出部５０の構成例を示す説明図である。図４は、溶融金属噴出部５０を、シンクロール２０の中心軸の軸方向に沿って見た断面図であり、図５は、シンクロール２０及び溶融金属噴出部５０の位置関係を示す説明図であって、シンクロール２０の外周面を平面的に展開した図である。なお、以下の説明においては、シンクロール２０の中心軸の軸方向を、シンクロール２０又は溶融金属噴出部５０の幅方向ともいい、シンクロール２０の軸方向に直交するシンクロール２０の断面形状の外周面に沿う方向を円周方向という。

本実施形態に係るめっき装置１０の溶融金属噴出部５０は、シンクロール２０の外周面に対向する対向面５３に溶融金属の噴出口となるスリット５２ａ，５２ｂを有する中空体のスリットノズルとして構成されている。溶融金属噴出部５０は、中空体の内部に溶融金属を供給するための溶融金属供給口５０ａを有している。係る溶融金属供給口５０ａには図示しないメタルポンプが接続されており、メタルポンプによって溶融金属が溶融金属噴出部５０に対して圧送される。これにより、スリット５２ａ，５２ｂから溶融金属が噴出し、シンクロール２０に対して荷重を付加することができる。

溶融金属噴出部５０は、金属帯１２が成すＶ字の内側の領域に配置されているために、シンクロール２０に付加される荷重は、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖの方向及び金属帯１２の張力Ｔを合成した荷重の方向とは反対方向の力成分を含んでいる。したがって、それらの浮力Ｇｖ及び張力Ｔによってシンクロール２０に付加される荷重が減殺され、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが軸受２５ａ，２５ｂから受ける荷重Ｆを低減することができる。

また、本実施形態に係る溶融金属噴出部５０における対向面５３は、シンクロール２０の外周面に対応する円弧面を成している。すなわち、対向面５３とシンクロール２０の外周面との間隙Ｓの距離ｈは一定となっている。また、間隙Ｓは、円周方向の長さｌの範囲に存在する。シンクロール２０の外周面に対向する対向面５３には、二つのスリット５２ａ，５２ｂが設けられている。二つのスリット５２ａ，５２ｂは、円弧を成す対向面５３の円周方向の両側に、互いに内向きに設けられている。

すなわち、二つのスリット５２ａ，５２ｂは、シンクロール２０の中心軸に向かう方向よりも、互いのスリット５２ａ，５２ｂ側に向けて傾斜して形成されている。図４に示す例では、スリット５２ａ，５２ｂは、溶融金属噴出部５０の対向面５３に対して角度θを成している。また、スリット５２ａ，５２ｂの長さ（幅方向の長さ）Ｗは、溶融金属噴出部５０の幅方向の長さＷ´よりも小さくなっている。これにより、それぞれのスリット５２ａ，５２ｂから噴出される溶融金属は、シンクロール２０の中心軸の方向よりも溶融金属噴出部５０の円周方向の内側に向かう方向に噴射される。

二つのスリット５２ａ，５２ｂから噴出する溶融金属がシンクロール２０に衝突して外側に向きを変えて流出する際の運動量変化によって、間隙Ｓ内に静圧が発生する。係る静圧によって、シンクロール２０に対して荷重が付加される。具体的には、図４に示すように、二つのスリット５２ａ，５２ｂから噴出した溶融金属は、シンクロール２０に衝突した後、その一部が向きを変えて間隙Ｓの円周方向外側に向けて流出する。一方、残りの溶融金属は、間隙Ｓの内部に進入した後、シンクロール２０の幅方向の両端から流出する。間隙Ｓから流出する溶融金属の流量と、間隙Ｓ内で発生する静圧とには相関関係があることから、溶融金属噴出部５０から噴出させる溶融金属の流量を調節することによって、静圧の大きさを調節し、シンクロール２０に付加する荷重を制御することができる。噴出させる溶融金属の流量は、メタルポンプの出力を制御することによって調整することができる。

ここで、溶融金属の流量が少ないと、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖ及び金属帯１２の張力Ｔの合成荷重を減殺する効果が得られない。一方、溶融金属の流量が多すぎると、間隙Ｓ内で発生する静圧が過大になって、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖ及び金属帯１２の張力Ｔの方向とは逆方向の荷重をシンクロール２０にかけることになる。したがって、噴出させる溶融金属の流量は、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖや金属帯１２の張力Ｔ、シンクロール２０の重量、金属帯１２の材料、厚さ、幅、移動速度、溶融金属の種類等に応じて、適切な値に調整することが好ましい。

溶融金属噴出部５０から噴出する溶融金属の流量と、発生する静圧Ｐとの関係は、例えば、上述の非特許文献１に記載されたフロータの浮上原理により定めることができる。すなわち、溶融金属噴出部５０とシンクロール２０との間隙Ｓの高さｈ及び円周方向の長さｌ、スリット５２ａ（５２ｂ）の円周方向の長さδ及び角度θ、溶融金属の密度γ、流出速度ｖ、スリット５２ａ（５２ｂ）から噴出後シンクロール２０に衝突して向きを変えた後に間隙Ｓの円周方向外側に流出する溶融金属の厚さａδ、間隙Ｓの幅方向外側から流出する溶融金属の速度ｖ’、圧力損失係数εは、以下の関係式（１）〜（３）で表すことができる。

上記式（１）は流量保存則を示し、式（２）は運動量保存則を示し、式（３）は静圧と流出速度との関係を示している。これらの式（１）〜（３）から、溶融金属噴出部５０の幅方向の長さＷ´、間隙Ｓの円周方向長さｌ、スリット５２ａ（５２ｂ）の円周方向の長さδ及び角度θが定められれば静圧Ｐが定まり、係る静圧Ｐを発生させるために必要な溶融金属の流出速度ｖが求められる。流出速度ｖが求められれば、溶融金属の流量を算出することができる。

図６は、本実施形態に係るめっき装置１０において、溶融金属噴出部５０から噴出した溶融金属が、間隙Ｓから流出する様子を示している。溶融金属噴出部５０から噴出した溶融金属は、金属帯１２によって形成されたＶ字の内側領域で、溶融金属噴出部５０の円周方向及び幅方向へと流出する。このとき、本実施形態に係る溶融金属噴出部５０は、その幅方向の長さＷ´がシンクロール２０の幅方向の長さＬよりも小さくなっている（図５を参照）。したがって、二つのスリット５２ａ，５２ｂから噴出する溶融金属が、直接、溶融金属浴１４の浴底に向かって進むことがなく、浴底に堆積した堆積ドロスが巻き上げられることがない。係る効果を得るためには、二つのスリット５２ａ，５２ｂの幅方向の長さＷをシンクロール２０の幅方向の長さＬより小さくして、スリット５２ａ，５２ｂをシンクロール２０の外周面に対向して位置させればよい。溶融金属噴出部５０そのものの幅方向の長さＷ´がシンクロール２０の幅方向の長さＬより大きくても構わない。

また、スリットは、溶融金属噴出部５０の円周方向の両側に二つのみ設ける態様に限られるものではなく、円周方向に三本以上設けられていてもよい。また、スリットは、一つの溶融金属噴出部５０の円周方向に複数設けられるものに限られず、溶融金属噴出部５０自体が、円周方向に複数に分けられて、それぞれスリットを有するものであってもよい。さらには、スリットは、溶融金属噴出部５０の幅方向の全体に渡って設けられるものに限られない。スリットが、幅方向に、複数に分割されていてもよいし、溶融金属噴出部５０自体が、幅方向に複数に分けられて、それぞれスリットを有するものであってもよい。溶融金属噴出部５０が複数に分けられていれば、シンクロール２０の表面のメンテナンス等の作業を行いやすくなる。

図７は、溶融金属噴出部５０の好適な配置の例を示す説明図である。上述のとおり、本実施形態に係るめっき装置１０では、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖ及び金属帯１２の張力Ｔの合成荷重は、シンクロール２０に対して左斜め上方向に作用する。図７に示した例では、溶融金属噴出部５０は、円周方向の中央部分が、当該合成荷重の作用方向の線上に置かれるように配置されている。したがって、溶融金属噴出部５０によりシンクロール２０に付加される荷重が、上記の合成荷重の方向とはほぼ正反対の方向に作用し、より効率的に合成荷重が減殺される。その結果、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが受ける荷重Ｆを効率的に低減することができる。

以上のように、本実施形態に係るめっき装置１０は、溶融金属噴出部５０から溶融金属を噴出させることにより、シンクロール２０に対して荷重を付加することができる。係る荷重は、溶融金属浴１４による浮力Ｇｖ及び金属帯１２の張力Ｔによってシンクロール２０にかかる合成荷重の方向とは反対方向に作用し、上記の合成荷重を減殺することができる。したがって、シンクロール２０の軸スリーブ２２ａ，２２ｂが軸受２５ａ，２５ｂから受ける荷重Ｆが低減されて、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの摩耗を低減することができる。その結果、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの使用寿命を延ばすことができ、修繕費が削減されるとともに、めっき装置１０の稼働率を向上して、生産コストの低下にも資することができる。

また、本実施形態に係るめっき装置１０は、溶融金属浴１４内で方向転換される金属帯１２が成すＶ字の内側の領域に配置された溶融金属噴出部５０から溶融金属を噴出するものとなっている。したがって、従来、溶融金属の置換あるいは撹拌が生じづらかった領域の溶融金属の置換あるいは撹拌が促進されることとなり、溶融金属浴１４内での濃度の偏りを低減することができる。その結果、ボトムドロスの発生を低減することができる。また、本実施形態に係るめっき装置１０は、溶融金属噴出部５０から噴出する溶融金属が、直接、溶融金属浴１４の浴底に向かって進行することがない。したがって、溶融金属浴１４の浴底の堆積ドロスを巻き上げることがない。

さらに、本実施形態に係るめっき装置１０は、溶融金属噴出部５０以外の構成は、既存のめっき装置の構成をそのまま利用することができる。したがって、既存のめっき装置に対して比較的簡易な改良を加えることによって、本実施形態に係るめっき装置１０を得ることができる。例えば、溶融金属噴出部５０を、シンクロール２０を保持するアーム等の保持部に対して取付けてもよいし、シンクロール２０の保持部とは別のアーム等の保持部によって溶融金属噴出部５０を保持するようにしてもよい。

次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、上記実施形態に係るめっき装置１０を用いて鋼帯に対して溶融亜鉛をめっき処理する場合のシンクロール２０の軸の摩耗について評価を行った。本実施例において、軸の摩耗量の評価方法は以下のとおりである。すなわち、すべり軸受における摩耗量Ｗｅａｒ（ｍｍ^３）は面圧Ｐ（Ｐａ）、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの周速度Ｖ（ｍ／ｓ）、時間ｔに比例することから、摩耗量Ｗｅａｒは以下の式（４）で表すことができる。

また、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの周速度Ｖは、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの直径ｒ（ｍ）、シンクロール２０の直径Ｌ（ｍ）、搬送速度ＬＳ（ｍ／ｓ）を用いて、以下の式（５）で表すことができる。

また、面圧Ｐは、Ｆ／Ａ（軸スリーブ２２ａ，２２ｂが受ける荷重Ｆ（Ｎ）／接触面積Ａ（ｍ^２））であることから、式（４）及び式（５）から、摩耗量Ｗｅａｒは以下の式（６）で表すことができる。

すなわち、摩耗量Ｗｅａｒは、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが受ける荷重Ｆ、及び、軸スリーブの周速度Ｖと時間ｔとを乗じたＦＶｔにより決定される。したがって、本実施例では、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの摺動環境を、ＦＶｔを用いて評価することとした。

すでに図３に示したように、シンクロール２０には、重力Ｇｇ、溶融亜鉛による浮力Ｇｖ、鋼帯の総張力Ｔが作用しており、シンクロール２０の片方の軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆは、以下の式（７）で表すことができる。Ｆｘは、重力方向の荷重成分であり、Ｆｙは、水平方向の荷重成分である。なお、θは、溶融亜鉛浴に導入される鋼帯が垂直方向に対して成す角度である。

重力Ｇｇから浮力Ｇｖを引いた値（Ｇｇ−Ｇｖ）は重力方向に働く力であり、この値（Ｇｇ−Ｇｖ）が大きいほど、重力方向の荷重成分Ｆｘが小さくなって、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆを小さくすることができる。したがって、本実施例では、図１に示すように、シンクロール２０の重力方向の上方に溶融金属噴出部５０を配置し、シンクロール２０に対して重力方向の荷重を付加する場合の検討を行った。

図８は、鋼帯の張力Ｔごとに、重力方向上方からシンクロール２０に付加される荷重と軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が軸受２５ａ（２５ｂ）から受ける荷重Ｆとの関係を示す図である。例えば、鋼帯の張力Ｔが２０００ｋｇｆである場合、重力方向の上方からの付加荷重が４０ｋＮのときに、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆが最小（約６ｋＮ）となっている。重力方向の上方からの付加荷重が４０ｋＮよりも小さいと、溶融亜鉛による浮力Ｇｖ及び鋼帯の張力Ｔの影響により、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆは、付加荷重が４０ｋＮの場合の最小値（約６ｋＮ）よりも大きくなる。一方、重力方向の上方からの付加荷重が４０ｋＮよりも大きい場合であっても、当該付加荷重の影響により、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆは、付加荷重が４０ｋＮの場合の最小値（約６ｋＮ）よりも大きくなる。また、鋼帯の張力Ｔごとに、軸スリーブ２２ａ（２２ｂ）が受ける荷重Ｆの最小値が異なり、張力Ｔが大きいほど、荷重Ｆを最小値とするために必要な付加荷重は大きくなることが分かる。

本実施例では、鋼帯に溶融亜鉛めっきを行う三つのラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３を検討対象として、重力方向の上方からの付加荷重の有無による軸スリーブ２２ａ，２２ｂの摩耗について評価を行った。具体的には、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３に備えられためっき装置１０のシンクロール２０における月平均のＦＶｔを算出することで、１ヶ月当たりの摺動環境を比較した。月平均のＦＶｔは、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３の操業実績データを基に、鋼帯のコイル単位の張力、搬送速度、通板時間からＦＶｔを算出し、５ヶ月間の値を積算し、平均化することにより算出した。各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３に備えられためっき装置１０のシンクロール２０の仕様を表１に示す。また、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３の操業実績データを表２に示す。

表２に示すようにラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３によって、平均張力及び平均搬送速度に差が見られるが、各ラインの平均張力及び平均搬送速度は、鋼板の断面積（＝板幅×板厚）に応じて調整されている。表１及び表２のデータに基づいて算出した各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３の月平均ＦＶｔを表３に示す。表３の上段は、重力方向の上方からの付加荷重を与えない現状の計算値であり、下段は、重力方向の上方からの付加荷重を与えた場合の月平均ＦＶｔの計算値である。

表３のデータにおいて、付加した荷重は、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが受ける荷重Ｆが最小値となる最適値としている（図８を参照）。いずれのラインＬ−１，Ｌ−２．Ｌ−３においても、重力方向の上方から最適な付加荷重を与えることにより、月平均のＦＶｔが６割以上低減することが分かる。すなわち、軸スリーブ２２ａ，２２ｂが受ける荷重Ｆ以外の条件を変えない場合であっても、重力方向の上方から３３〜５４ｋＮ程度の付加荷重を与えることにより、月平均のＦＶｔを３分の１程度にすることができることが分かる。

以上の検討に基づき、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３のめっき装置１０のシンクロール２０に対して、溶融金属噴出部５０を用いて重力方向の上方から付加荷重を与えた場合のシミュレーション結果及び必要なポンプ流量を表４に示す。なお、シンクロール２０と溶融金属噴出部５０との間隙Ｓに発生する静圧の計算は、非特許文献１を参照して上記式（１）〜（３）を用いて行った。

表４において、比較例１〜３は、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３の現状であり、シンクロール２０を１４日間使用した場合の基準となるＦＶｔを示す。また、比較例４〜６は、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３のめっき装置１０のシンクロール２０の重量を８ｋＮ増加した場合のシミュレーション結果である。上記の表３に示したように、ＦＶｔを大幅に減少させるためには３３〜５４ｋＮの荷重が必要とされるが、粉末を充填する等によりシンクロール２０の重量を増加させることは容易ではない。比較例４〜６では、シンクロール２０の重量を８ｋＮ増加させているものの、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの寿命は１６〜１８日で、現状に対して２〜４日延長されるにすぎない。

一方、実施例１〜３は、図４及び図５に示す構成を有するスリットノズル（溶融金属噴出部５０）から溶融金属を噴出させてシンクロール２０に重力方向の荷重を付加した場合のシミュレーション結果である。各実施例１〜３に示した仕様のスリットノズルに対して所定流量の溶融金属を共有することにより、３３〜５４ｋＮの付加荷重を与えることができることが分かる。必要ポンプ流量は、実在するメタルポンプによって実現可能な範囲である。実施例１〜３では、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの寿命は３８〜４０日で、現状の２．５〜３．０倍に延びている。したがって、本発明に係るめっき装置１０によれば、各ラインＬ−１，Ｌ−２，Ｌ−３の条件に応じて過重負荷を変えながら、シンクロール２０に対して重力方向の最適な負荷を付加することができ、軸スリーブ２２ａ，２２ｂの寿命を大幅に延ばすことができる。

なお、実施例１〜３において、メタルポンプによる溶融亜鉛の流量を４００トン／ｈと仮定すると、方向転換される鋼板が成すＶ字の内側の領域の体積が１．３ｍ^３である場合に、約１分でＶ字の内側の領域の溶融亜鉛浴の置換が完了する計算となる。したがって、シンクロール２０に対して重力方向に最適な荷重を付加する場合には、溶融亜鉛浴内の濃度の均一化にもつながり、ボトムドロスの発生を抑えることも可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上述した実施形態で説明したシンクロール２０及びシンクロール２０の軸受構造は一例であって、本発明は係る構成に限定されない。シンクロールが、軸回転可能な状態で軸受に支持されている構成であれば、本発明を適用することができる。

１０めっき装置
１２金属帯
１４溶融金属浴
１６溶融金属槽
２０シンクロール
２２ａ，２２ｂ軸スリーブ
２５ａ，２５ｂ軸受
３０ａ，３０ｂ絞りロール
５０溶融金属噴出部
５０ａ溶融金属供給口
５２ａ，５２ｂスリット
５３対向面
５５メタルポンプ

Claims

溶融金属浴を収容する溶融金属槽と、
軸回転可能な状態で軸受に支持されて前記溶融金属槽内に配置され、前記溶融金属浴中に導入される金属帯の移動方向を変えるシンクロールと、
前記移動方向が変わる前後の前記金属帯の内側領域に配置され、前記シンクロールに向けて溶融金属を噴出する溶融金属噴出部と、を備え、
前記溶融金属噴出部は、前記溶融金属を噴出するスリットを有するスリットノズルであり、
前記スリットは、前記シンクロールの外周面の円周方向に沿って間隔を置いて少なくとも二つ設けられ、
前記シンクロールの中心軸に直交する断面で前記シンクロール及び前記溶融金属噴出部を見たときに、それぞれの前記スリットは、前記シンクロールの中心軸の方向よりも他の前記スリット側に向けて形成される、連続溶融金属めっき装置。
前記溶融金属噴出部に形成され、前記溶融金属の噴出方向が前記溶融金属浴の浴底方向に向けられた噴出口は、前記シンクロールの外周面に対向する位置に設けられる、請求項１に記載の連続溶融金属めっき装置。
前記溶融金属噴出部は、前記金属帯から前記シンクロールに与えられる荷重の負荷方向に反する方向の荷重を前記シンクロールに与えるよう構成される、請求項１又は２に記載の連続溶融金属めっき装置。