JP6372678B1

JP6372678B1 - 溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびその製造装置

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Publication number: JP6372678B1
Application number: JP2018526595A
Authority: JP
Inventors: 博成川端; 宗司吉本; 貴彦板垣
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2018-08-15
Anticipated expiration: 2038-03-30
Also published as: US11313020B2; JPWO2018181940A1; US20210115546A1

Abstract

溶融金属めっき浴が収容された浴槽に鋼帯を連続的に浸漬させ、該浴槽中に配設されたシンクロールにより該鋼帯の進行方向を転換したのち、該シンクロールの上方かつ、めっき浴の浴面下に設置された、スラビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する方法において、該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の少なくとも上面側を隙間を隔てて覆い隠す整流板を配置し、該サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの間に位置する鋼帯へ向かう溶融金属めっき浴の流れを、該隙間を通して該スタビライジング側のロールの下方側へ誘導する。

Description

本発明は、溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびその製造装置に関するものである。

溶融金属めっき浴を溶融亜鉛めっき浴として、そのめっき浴に鋼帯を連続的に浸漬、通板させることによって溶融亜鉛めっき鋼帯を製造する連続溶融亜鉛めっき法では、ドロスと呼ばれる異物が発生することが知られている。その原因としては、鋼帯が溶融亜鉛めっき浴中を通板する際、該鋼帯から溶出した鉄が溶融亜鉛めっき浴中の成分元素（亜鉛、アルミニウム）と反応して金属間化合物を生成したり、亜鉛が酸化したりすることで発生することが知られている。

このうち、亜鉛よりも密度の高いドロスは、ボトムドロス（主としてＦｅ−Ｚｎ系合金）となり、溶融亜鉛めっき浴中内で沈降・堆積する。逆に、亜鉛よりも密度の低いドロスは、トップドロス（主として酸化亜鉛、Ｆｅ−Ａｌ系合金）となり、溶融亜鉛めっき浴中から浴面へと浮上する。

かかるドロスは、いずれのものも、鋼帯の表面に付着した場合に表面品質に悪影響を与えることから、鋼帯のめっき処理においてはドロスの付着を回避することが極めて重要になっている。

ドロスの付着を防止する先行技術として、例えば、特許文献１には、上面視でシンクロールと重ならない位置において、該シンクロールとサポートロールとの間に位置する被めっき帯と対向させて整流板を配置し、その整流板により該被めっき帯にサポートロールが接触することで変更された随伴流の流れを、シンクロールの下部側、若しくはシンクロールと浴槽底面との間に誘導する技術が開示されている。

また、特許文献２には、シンクロールの上方の浴面近傍域に整流板を配置して溶融亜鉛流を制御する技術が開示されている。

特開２０１３−４４０４８号公報特開２０１３−２２４４５７号公報

上記先行文献１の技術は、整流板を導入することによって、被めっき帯の通過に伴って発生する随伴流と浴底部の流動を分離するものであり、これによればボトムドロスの巻き上げを抑制することはできたものの、とくに、サポートロールがめっき浴の浴面から１００ｍｍ以内に配置されているような設備を使用してめっき処理を実施する場合にあっては、サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの領域のめっき浴中に浮遊するトップドロスが鋼帯へ付着するのが避けられない状況にあった。また、先行文献２に開示された技術においては、その図１において示されている（ハ）の流れ（鋼板とシンクロールが接する位置の近傍で衝突し上方に向きを変えた流れ）を制御して（二）の流れ（浴面近傍でサポートロール方向に向きを変えた流れ）を低減させることができ、これによりサポートロールの下部側でのドロスの巻き込みを抑制することが可能であったが、先行文献２の技術も先行文献１と同様、サポートロールの出側から浴面に至るまでの領域において浮遊するトップドロスの鋼帯への付着を回避するのは困難であった。

本発明の課題は、サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの領域において浮遊するトップドロスの付着に起因した鋼帯の品質劣化を効果的に回避できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびその製造装置を提案するところにある。

本発明は、溶融金属めっき浴を収容する浴槽に鋼帯を連続的に浸漬させ、該浴槽中に配設されたシンクロールにより該鋼帯の進行方向を転換したのち、該シンクロールの上方かつ、めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する方法において、
該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の少なくとも上面側を隙間を隔てて覆い隠す整流板を配置し、該サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの間に位置する鋼帯へ向かう溶融金属めっき浴の流れを、該隙間を通して該スタビライジング側のロールの下方側へ誘導することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法である。前記隙間としては、該隙間の入側から出側に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大するもの、あるいは、該隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、該隙間寸法の拡大部位から該隙間の出側へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小するものが好ましい。

また、本発明は、溶融金属めっき浴を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造装置であって、該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の外表面に沿う内壁を有し該内壁から該スタビライジング側のロールのロール胴に至るまでの隙間が５〜６０ｍｍ、上側先端部から該鋼帯の表面に至るまでの離間距離が水平距離にして５０〜１００ｍｍであり、かつ、該スタビライジング側のロールのロール胴を該ロールの回転中心を基準にして該上側先端部から該浴槽の底部側へ向け６０〜１３５°の範囲で覆う長さをもった整流板を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置である。

さらに、本発明は、溶融金属めっき浴を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造装置であって、該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の外表面に沿う内壁を有し該内壁から該スタビライジング側のロールのロール胴に至るまでの隙間が１０〜４０ｍｍ、上側先端部から該鋼帯の表面に至るまでの離間距離が水平距離にして５０〜１００ｍｍであり、かつ、該スタビライジング側のロールのロール胴を該ロールの回転中心を基準にして該上側先端部から該浴槽の底部側へ向け６０〜１３５°の範囲で覆う長さをもった整流板を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置である。

前記隙間としては、該隙間の入側から出側に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大するもの、あるいは、該隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、該隙間寸法の拡大部位から該隙間の出側へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小するもの、とするのが好ましい。なお、本発明において隙間寸法が連続的に拡大、縮小するとは、該隙間寸法がスタビライジング側のロールのロール胴の外表面に沿いながら徐々に拡大、縮小することを意味しており、該隙間寸法が断続的に拡大、縮小するとは、該隙間寸法がスタビライジング側のロールのロール胴の外表面に沿いながら段階的（階段状）に拡大、縮小することを意味している。

本発明によれば、該サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの間に位置する鋼帯へ向かう溶融金属めっき浴の流れを、整流板により、鋼帯から離れる向き、すなわち、スタビライジング側のロールの下方側へ誘導することができるため、その領域でトップドロスが鋼帯に付着するのを抑制することができる。隙間を、該隙間の入側から出側に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大するテーパー形状とするか、あるいは、該隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、該中央部から該隙間の出側へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小する山型、三日月形状とすることにより、めっき浴内の鋼帯近傍のドロスを効率よく排出することができる。とくに、隙間を山型、三日月形状とすることにより、隙間内に位置する溶融金属めっき浴の流速が速くなり、鋼帯近傍のドロスの排出効率がより一層高まることになる。

本発明の実施に用いて好適な製造装置の実施の形態を模式的に示した図（側面図）である。図１に示した製造装置の要部を拡大して示した図である。隙間の断面形状の一例を模式的に示した図である。隙間の断面形状の他の例を模式的に示した図である。めっき浴の流れる状況を示した図である。従来の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一例を模式的に示した図である。従来の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の他の例を模式的に示した図である。本発明の実施に用いて好適な製造装置の他の例を示した図である。

以下、図面を参照して本発明をより具体的に説明する。
図１は、本発明の実施に用いて好適な溶融金属めっき鋼帯の製造装置を模式的に示した図（断面表示）であり、図２は、図１に示した装置の要部を拡大して示した図である。

同図における符号１は、溶融金属めっき浴Ｍを収容する浴槽、２は先端部分がめっき浴内に浸漬され、めっき処理すべき鋼帯Ｓを浴槽１内に誘導するスナウト、３は浴槽１内に設置され、鋼帯Ｓの進行方向を転換するシンクロール、４は、シンクロール３の上方かつ、溶融金属めっき浴の浴面下に設置され鋼帯Ｓの案内とその形状矯正を行うサポートロールである。サポートロール４は、スタビライジング側のロール４ａ（浴面に近い側（上側）のサポートロール）とコレクト側のロール４ｂ（浴面から遠い側（下側）のサポートロール）の２つのロールから構成されている。

また、５は、溶融金属めっき浴の浴面上に鋼帯Ｓを挟むように配置されたワイピングノズルである。ワイピングノズル５は、めっき浴の出側で、鋼帯Ｓの外表面にガスを吹き付け、めっき層の厚さを調整する機能を有している。

また、６は、スタビライジング側のロール４ａの少なくとも上面側を隙間ｔ（図２参照）を隔てて覆い隠す整流板である。この整流板６は、スタビライジング側のロール４ａのロール胴の外表面に沿う内壁６ａが形成されており、整流板６とスタビライジング側のロール４ａとの間に形成される隙間ｔが、５〜６０ｍｍ、上側先端部６ｂから鋼帯Ｓに至るまでの離間距離Ｌ（図２参照）が水平距離にして５０〜１００ｍｍ、スタビライジング側のロール４ａのロール胴を該ロール４ａの回転中心Ｐを基準にして該上側先端部６ｂから浴槽１の底部側へ向けθ＝６０〜１３５°の範囲で覆う長さＨ（図２参照）を有している。整流板６としては、ロール４ａのロール胴と同等若しくはそれよりも幅広とすることが好ましい。整流板６は、溶融亜鉛中での耐性がある材質とすればよく、例えば、厚さ１５ｍｍ以上のＳＵＳもしくはセラミックコートを施した鋼材等が好適である。

また、隙間ｔは、隙間ｔの入側ｔ１から出側ｔ２に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する、例えば図３に示すようなもの、あるいは、隙間ｔの入側ｔ１から中央部ｔ３へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、隙間寸法の最大拡大部位である中央部ｔ３から隙間ｔの出側ｔ２へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小する、例えば図４に示すようなものが好適であり、これにより、めっき浴内の鋼帯近傍のドロスを効率よく排出することができる。なお、上掲図３、図４は、隙間ｔの一例を示したものであって、図示の形状に限定されることはない。とくに、図４に示した隙間ｔを備えたものにあっては、隙間ｔの中央部ｔ３の隙間寸法を最も大きくしたものとして示したが、隙間寸法が最も大きくなる箇所を隙間ｔの入側ｔ１側あるいは出側ｔ２側へずらしてもよい。

通常、めっき浴の表層領域では、めっき浴が図５に示すように鋼帯Ｓに向けて流れていることから（浴槽１の壁面側から鋼帯Ｓに向けて流れる）、図６あるいは図７に示すように、スタビライジング側のロール４ａ（浴面に近い側（上側）のサポートロール）側のめっき浴中でロール４ａの後方に整流板７、８を設置した装置（従来装置）を適用したとしてもその領域に存在するトップドロスの鋼帯Ｓへの付着は避け難かったが、本発明においては、図２の矢印に示すように、めっき浴の流れを、隙間ｔを通して該スタビライジング側のロール４ａの下方側へと誘導することができるため、トップドロスの鋼帯Ｓへの付着を抑制することができる。

本発明においては、隙間ｔを５〜６０ｍｍとしたが、その理由は、隙間ｔを５〜６０ｍｍとすることによりめっき浴の流れを効率的に隙間ｔの入側へと誘導することができるからである。なお、隙間ｔについては、１０〜４０ｍｍとするのがより好ましい。

また、本発明では、整流板６の上側先端部６ｂから鋼帯Ｓの表面に至るまでの離間距離Ｌを５０〜１００ｍｍとしたが、その理由は、離間距離Ｌを５０〜１００ｍｍとすることによりめっき浴の流れを隙間ｔにスムーズに導入することができるからである。なお、離隔距離Ｌが１００ｍｍを超えると鋼帯Ｓとの距離が広くなりすぎるためドロスを隙間ｔに誘導し難くなりドロスが鋼帯Ｓに巻き込まれることが懸念される一方、離間距離Ｌが５０ｍｍ未満になると、隙間ｔにドロスを誘導する際にドロスが鋼帯Ｓに付着するおそれがある。

さらに、本発明では、整流板６は、スタビライジング側のロール４ａのロール胴を６０〜１３５°の範囲で覆うようにしたが、その理由は、スタビライジング側のロール４ａのロール胴を覆う範囲が６０°未満では、めっき浴の流れをスタビライジング側のロール４ａの下方側へ効率的に誘導することができず、一方、スタビライジング側のロール４ａのロール胴を覆う範囲が１３５°を超えると、めっき浴の流れが該スタビライジング側のロール４ａの下方に位置する鋼帯Ｓまで達してドロスを巻き込むことが懸念されるからである。

整流板６の浸漬深さの上端は、表層流動を阻害させることがないよう浴面から１０ｍｍ以下とするのが好ましい。また、整流板６の浸漬深さの上端は、サポートロール４の上面よりも上（液面に近い位置）に設置する。整流板６の浸漬深さの上端は、サポートロール４のスタビライジング側のロール４ａの設置位置によって自動的に決まるものであり、例えば、浴面から深さ６０ｍｍの位置にサポートロール４のスタビライジング側のロール４ａの上面が位置し、整流板６の厚さを１０ｍｍ、隙間ｔが１０ｍｍであったとすると、整流板６の浸漬深さの上端は、浴面から深さ４０ｍｍのところに位置することになる。

本発明の実施の形態では、スタビライジング側のロール４ａを鋼帯Ｓの裏側（シンクロールと鋼板の位置関係において、鋼板側）に配置しコレクト側のロール４ｂを鋼帯Ｓの表側（シンクロールと鋼板の位置関係において、シンクロール側）に配置したものを例として説明したが、コレクト側のロール４ｂを鋼帯Ｓの裏側に配置し、スタビライジング側のロール４ａを鋼帯の表側に配置した図８に示すような装置に適用することも可能であり、この場合にも整流板６は、上方に位置するロール、すなわち、スタビライジング側のロール４ａに設けられる。

＜実施例１＞
幅８００〜１９００ｍｍ、厚さ０．４〜４．０ｍｍの冷延鋼帯を、表１に示すような整流板を設置した上掲図１に示す如き製造装置を適用して浴温度：４５０〜４６０℃、めっき付着量：片面当たり４５〜９０ｇ／ｍ^２、ライン速度：６０〜１５０ｍｐｍの条件のもとに溶融亜鉛めっき処理を実施し、該冷延鋼帯を３００ｔ処理した後の溶融亜鉛めっき鋼帯（コイル）から、５００ｍｍ×５００ｍｍの供試材各５枚を採取し、採取した各５枚の供試材にハット型加工（ポンチ径：３００ｍｍφ（Ｒ：２１ｍｍ）、しわ押さえ圧：３２０ｋＮ、ポンチスピード：３２０ｍｍ／ｍｉｎ、成形高さ：２７ｍｍ）を施し、得られた５個のハットの上面の平坦部分をそれぞれ♯１５０の砥石で一往復研磨した後にドロス起因の異物の個数を測定し、ハット５個の異物の個数を平均してハット１個当たりの異物個数として表１に示した。なお、砥石でハットの上面を研磨したのは、異物を目視で確認しやすくするためである。

表１に示すように、本発明を適用して鋼帯にめっき処理を施した場合には、ドロスの付着が抑制されており、品質の良好な製品の製造が可能であることが確認できた。

＜実施例２＞
隙間の入側から出側に向けて隙間寸法を連続的に拡大（入側ｔ１の隙間寸法１０ｍｍ、出側ｔ２の隙間寸法２０ｍｍ）したテーパー形状をなす隙間を有する図３に示す如き構造からなる製造装置（整流板の浸漬深さの上端：１０ｍｍ、角度θ：９０°、離間距離Ｌ：１００ｍｍ）および隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法を連続的に拡大（入側ｔ１の隙間寸法１０ｍｍ、中央部ｔ３の隙間寸法４０ｍｍ）する一方、該中央部から隙間の出側に向けて隙間寸法を縮小（出側ｔ２の隙間寸法１０ｍｍ）した三日月形状をなす隙間を有する図４に示す如き構造からなる製造装置（整流板の浸漬深さの上端：４０ｍｍ、角度θ：１３５°、離間距離Ｌ：１００ｍｍ）を使用して実施例１と同様の冷延鋼帯に溶融亜鉛めっき処理を施した場合のドロス起因の異物個数平均値を調査した（めっき処理の条件、ドロス起因の異物個数平均値の調査条件は実施例１と同じ）。その結果、テーパー形状をなす隙間を有するものにあってはドロス起因の異物個数平均値（個／ハット１個）は１３．５であり、表１の番号４のものに比較してさらに品質改善が可能であることが、また、三日月形状をなす隙間を有するものにあってはドロス起因の異物個数平均値は１．１であり、表１の番号６のものに比較してさらに品質改善が可能であることが確認された。

本発明によれば、ドロスの付着に起因した表面欠陥の抑制された溶融金属めっき鋼帯の製造が可能な方法および製造装置が提供できる。

１浴槽
２スナウト
３シンクロール
４サポートロール
４ａスタビライジング側のロール
４ｂコレクト側のロール
５ワイピングノズル
６整流板
６ａ内壁
６ｂ上側先端部
７整流板
８整流板
Ｓ鋼帯

Claims

溶融金属めっき浴を収容する浴槽に鋼帯を連続的に浸漬させ、該浴槽中に配設されたシンクロールにより該鋼帯の進行方向を転換したのち、該シンクロールの上方かつ、めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する方法において、
該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の少なくとも上面側を隙間を隔てて覆い隠す整流板を配置し、該サポートロールの出側からめっき浴の浴面に至るまでの間に位置する鋼帯へ向かう溶融金属めっき浴の流れを、該隙間を通して該スタビライジング側のロールの下方側へ誘導することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
前記隙間は、該隙間の入側から出側に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大するものであることを特徴とする請求項１に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
前記隙間は、該隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、該隙間寸法の拡大部位から該隙間の出側へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小するものであることを特徴とする請求項１に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
溶融金属めっき浴を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造装置であって、
該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の外表面に沿う内壁を有し該内壁から該スタビライジング側のロールのロール胴に至るまでの隙間が５〜６０ｍｍ、上側先端部から該鋼帯の表面に至るまでの離間距離が水平距離にして５０〜１００ｍｍであり、かつ、該スタビライジング側のロールのロール胴を該ロールの回転中心を基準にして該上側先端部から該浴槽の底部側へ向け６０〜１３５°の範囲で覆う長さをもった整流板を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
溶融金属めっき浴を収容する浴槽内に配置され該浴槽内に連続的に浸漬される鋼帯の進行方向を転換するシンクロールと、該シンクロールの上方かつ、溶融金属めっき浴の浴面下に設置された、スタビライジング側およびコレクト側の２つのロールからなるサポートロールとを備え、該シンクロールにより進行方向が転換された鋼帯を、該サポートロールの相互間を通過させて浴外へ引き出すことにより外表面にめっき層が形成された溶融金属めっき鋼帯を製造する製造装置であって、
該サポートロールのうちのスタビライジング側のロールに、そのロール胴の外表面に沿う内壁を有し該内壁から該スタビライジング側のロールのロール胴に至るまでの隙間が１０〜４０ｍｍ、上側先端部から該鋼帯の表面に至るまでの離間距離が水平距離にして５０〜１００ｍｍであり、かつ、該スタビライジング側のロールのロール胴を該ロールの回転中心を基準にして該上側先端部から該浴槽の底部側へ向け６０〜１３５°の範囲で覆う長さをもった整流板を設けた、ことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
前記隙間は、該隙間の入側から出側に向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大するものであることを特徴とする請求項４または５に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
前記隙間は、該隙間の入側から中央部へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に拡大する一方、該隙間寸法の拡大部位から該隙間の出側へ向けて隙間寸法が連続的または断続的に縮小するものであることを特徴とする請求項４または５に記載した溶融金属めっき鋼帯の製造装置。