JP6869248B2 - 連続的に走行する金属ストリップの流体力学的安定化のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、浸漬被覆操作の終了時に乾燥装置を通過する連続移動中の金属ストリップを安定化することができる消波流体力学的装置（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｎｇ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）に関する。

本発明は、特に、連続移動する鋼ストリップの溶融亜鉛めっきの分野に関する。ストリップの流体力学的安定化は、乾燥装置の近くで、液体金属浴から出ると達成される。

いわゆる「浸漬被覆」技術が知られており、その方法は、物体の表面に被覆を付着するために簡単でありかつ効果的である。この技術によれば、表面のいかなる調製後も、被覆される物体は、前記物体に付着される化合物を含む浴に浸漬される。物体は、次に浴から取り出され、過剰の液が除去され、被覆は、例えば乾燥、凝固、重合などによって固まる。

この技術の最も普及した用途の一つは、腐食に対する保護のために使用される、亜鉛のような金属を使用したストリップ又はワイヤーのような鋼部分の被覆である。

液体金属浴を通過した後、被覆された部分は、乾燥操作を受ける。この操作は、浸漬被覆法において最も重要な操作の一つである。なぜならそれは、被覆の最終厚さを制御することを可能にするからである。一方、乾燥は、製品の全表面にわたって（即ち、ストリップについては幅、ワイヤーについては周囲）、及び被覆される製品の全長さにわたって均一でなければならない。同時に、この操作は、付着をターゲット値に厳しく制限しなければならない。そのターゲット値は、一般には付着される厚さ（一般には３〜５０μｍ）に関して、又は単位表面積あたりの付着層の重量（一般にはｇｒ／ｍ^２）によって表現される。

現在、乾燥は、一般にガス間隙又は噴射を使用して、ストリップの場合には直線的に、ワイヤーの場合には円形に、スリットから放出され、最も多くは処理される表面に垂直に向けられて達成される。ガス間隙は、「空気スクレーパ（ｐｎｅｕｍａｔｉｃ ｓｃｒａｐｅｒｓ）」として作用し、機械的接触なしで、従って処理される物体を引っ掻く危険なしで操作する利点を持つ。かかる間隙は、「ガス乾燥装置（ｇａｓ ｄｒｙｅｒｓ）」又は「乾燥刃（ｄｒｙｉｎｇ ｂｌａｄｅｓ）」と称される。実施される圧縮ガスは、空気であるか、又は自動車の車体の可視部分の製造のために意図された鋼ストリップの処理のような最もデリケートな用途では窒素のような中性ガスである。

被覆の最終厚さは、ストリップの移動スピード、ストリップと乾燥刃の間の距離、及び最後に圧縮ガス噴射によってストリップに及ぼされる作用に依存する。

しかし、ストリップが底部ローラー上を通過するとき、それは、タイルの形をとることが知られている。この可塑変形は、ストリップに逆の可塑変形を付与する反り除去ローラーと称される第二ローラーによって修正されなければならない。第二に、安定化ローラーと称される第三ローラーは、反り除去から独立して通過ラインを固定することを可能にする。しかしながら、ローラーのネスティングの劣った制御は、残留変形を起こし、従って平滑性を劣化する。

他の現象はまた、ストリップの平滑性を変更しうる。これは、ベース鋼の不均質な品質、悪化した圧延条件又は加熱条件、ストリップが液体金属浴に入る前のストリップのアニーリングサイクル時の不均一な冷却及び温度維持を伴ないうる。

さらに、上部ローラーの前の冷却装置の存在、特定のローラーの中心からのずれ性、ローラーの摩耗、又は浸漬ローラーのベアリングの摩耗などのような設備の特定の特性は、乾燥装置内を通過するストリップの振動を起こす。

最終的には、これらの平滑性の欠陥及びこれらの振動は、被覆の厚さの変動を起こし、それは、製品の品質に影響し、クライアントに対して最小被覆厚さを保証するために亜鉛の過剰消費を伴なう。

さらに、所定の被覆厚さに対して、ストリップのスピードが増加するときに乾燥圧力を増加することが必要である。しかし、ストリップの移動は、臨界スピードを越えることができず、それを越えるとはねが起こることが知られている：液滴は、乾燥波から引き裂かれ、浴の表面及び装置に放射される。これは、製品の品質の有意な劣化、並びに浴の表面における泡の体積のかなりの増加をもたらす。

これらの問題を解決するために、業者は、ストリップの反りを除去したり、ストリップを安定化するための空気圧又は電磁装置、又ははねを避けることができる他の装置を使用することを提案している。また、セラミックベアリング又は圧延ベアリングに浸漬ローラーを装着することが提案されている。

文献ＪＰ５６／１５３１３６Ａは、振動長さが底部ローラーと上部ローラー（それらは、ストリップに対して固定点である）の間で減少するような位置で少なくとも一対の空気圧安定化装置又は衝撃吸収装置を配置することを提案する。

文献ＪＰ５６／０８４４５２Ａは、注入された流体の一部が乾燥装置から来るのとは反対の方向にストリップに沿って流れる空気圧安定化装置を使用することを提案する。

文献ＪＰ２００５／２９８９０８Ａは、空気圧クッションとスクレーパを組み合わせ、そこでガスが液体と混合し、スクレーパの下を通ることによってはねを避けることを提案する。

目標は、乾燥装置内でストリップを安定化させることであるので、このタイプの安定化装置は、乾燥装置の近くに位置されることが必要であり、それは、明確な厚さを有するがまだ凝固されていない被覆に圧縮ガスを吹き付けることを伴ない、その危険は、最終製品の外観に影響する。さらに、これらの装置は、乾燥装置におけるストリップの平滑性を保証しない。

流体力学的安定化のためのさらに他の装置が文献ＷＯ０３／０５４２４４Ａ１のように提案されている。しかしながら、この方法は、ポンプを使用して液体金属をパイプ中に注入することを要求する。さらに、ストリップが係合されるパイプの幅は、ストリップの形式、被覆速度、又はストリップの移動スピードに必ずしも適応しない。

さらに、電磁手段の実施に基づいて連続移動中の金属ストリップに影響する振動を制御又は抑制するための幾つかの方法もまた、知られている（例えば文献ＪＰ１０／２９８７２８Ａ，ＪＰ５／００１３６２Ａ，ＪＰ９／１４３６５２Ａ，ＪＰ１０／８７７５５Ａ，ＪＰ８／０１０８４７Ａ参照）。

電磁的な方法は、以下の原理に基づく。高周波電流が流れる導電体が鋼ストリップの両側に設置される。それらは、ストリップ中で逆相の電流、フーコー電流を誘導する。誘導する電流と誘導されたフーコー電流の間の相互作用は、鋼ストリップを安定化する傾向を有する磁気圧力を生成する。別の解決策は、電磁石を使用することにある。しかしながら、このタイプの方法は、磁気誘引力による追加の制御を伴ない、それは、ストリップを不安定にさせる傾向を有する。さらに、実施した高周波電流は、ストリップに温度上昇をもたらし、それは、この方法の工程で意図されるものとは反対である。

これらの様々な技術の教示は、ストリップの平滑性の不足又は振動を完全に除去することができず、それは、たとえ少なくなったとしても、乾燥刃に残るのが一般的である。それゆえ、この位置において、被覆の形成を変更せずに行動がとられるべきである。

本発明は、従来技術の欠点を克服することができる、連続移動中の金属ストリップを安定化する問題の解決策を提供することを目的とする。

特に、本発明は、設備によってストリップに発生される振動エネルギーを消散することができる流体力学的手段によって液体金属浴を出るときのストリップの振動を安定化及び／又は弱化することを目的とする。

さらに、本発明はまた、従来技術で示唆されているように、最終製品の外観に影響しうる乾燥装置のすぐ近くでの追加のガス噴射の実施を避けることを目的とする。

本発明はまた、ストリップの反り除去、より一般的には被覆の最終厚さが達成される位置の極めて近くに、即ち乾燥装置においてストリップの平滑性を改良すること、並びにストリップの平面における均一な被覆厚さを保証することを目的とする。

最後に、本発明はまた、高い移動スピードで遭遇されるはね問題を解決しようとするものである。

本発明は、連続移動する金属ストリップを浸漬被覆するための設備であって、前記設備が、ストリップが縦ストランドで出る液体金属被覆浴、底部ローラー、反り除去ローラー及び必要により安定化ローラー、乾燥刃、並びに消波流体力学的安定化装置を含み、前記ローラーの全てが液体金属被覆浴に浸漬され、乾燥刃が、液体金属被覆浴からの出口に配置され、まだ凝固していない過剰の被覆を除去するために圧縮ガスを注入し、下方に向けられる液体金属の戻り流れを有する乾燥波を作り、消波流体力学的安定化装置が、乾燥刃と最後の浸漬されたローラーの間に配置され、かつ金属ストリップの少なくとも一方の側に負荷を付与するために意図される複数の流体力学的パッドを含み、複数の流体力学的パッドが、前記パッド同士で位置合わせするためにヒンジのまわりで旋回するように装着され、さらにストリップの幅を横断して延び、かつ使用時に、乾燥波からの液体金属の戻り流れがパッドの背面上に（即ち、連続移動中の金属ストリップに対面しないパッドの面上に）少なくとも部分的に流れるように配置されていることを特徴とする設備に関する。

本発明の好ましい実施形態によれば、前記設備は、以下の特徴の少なくとも一つ、又はそれらの幾つかの適切な組み合わせをさらに含む：
− 各パッドの背面が、液体金属に対して湿潤しない性質のものであるか、又は非湿潤被覆を与えられている；
− 各パッドの背面に、戻り流れを運ぶ通路又は溝がさらに存在する；
− 液体金属被覆浴に対するパッドの遠位端が、乾燥領域にあり、細長くなっており、はねの危険を減少することによって被覆の予備乾燥を与えることができる；
− ヒンジが、パッドの細長い遠位端がほぼ静止状態にあるように配置されている；
− パッドが、液体金属被覆浴から完全に出ているか、又は液体金属被覆浴に部分的にもしくは完全に浸漬されている；
− 設備が、パッドを予備加熱するための外側手段を含む；
− ストリップの同じ側に位置されるパッドが、互いに本質的に平行であり、かつストリップの動きに対して横断方向に間隔を空けて分離されている；
− ストリップの同じ側に位置されるパッドが、間隔中に位置されるセラミックフェルトを介して側方接触している；
− ストリップの同じ側に位置されるパッドが、バッフリングを介して入れ子になって側方接触している；
− 設備が、各パッドを独立して負荷するための空気圧ジャッキを含む；
− 空気圧ジャッキが、ばね衝撃吸収装置によって助力されている；
− パッドが、対で互いに本質的に対面してストリップの各側に配置されている；
− パッドが、ストリップの各側にかつ千鳥配列で配置されている；
− パッドが、ストリップの反りの測定、欠陥の分析、及びパッドに付与される力の閉ループ修正のうちの少なくとも一つを与えるプログラム可能な論理制御装置によって群で又は個々に制御されている。

本発明の設備は、好ましくは０．５ｍ／ｓ以上３ｍ／ｓ以下（３０ｍ／ｍｉｎ以上１８０ｍ／ｍｉｎ以下）、より好ましくは１０ｍ／ｓ以下（６００ｍ／ｍｉｎ以下）の移動スピードを有する金属ストリップの連続溶融浸漬被覆のための工業的な方法の文脈において好ましい用途を見い出すだろう。この方法の文脈において、金属ストリップは、鋼、アルミニウム、亜鉛、銅、又はそれらの合金の一つから作られることが好ましいだろう。金属ストリップの厚さは、０．１５〜５ｍｍであることが好ましいだろう。溶融された被覆金属は、亜鉛、アルミニウム、スズ、マグネシウム、ケイ素、又はこれらの元素の少なくとも二つの合金を含むことが好ましいだろう。乾燥後に得られた金属被覆層の厚さは、３〜５０μｍであることが好ましいだろう。ガス乾燥装置によって注入された加圧ガスは、空気、窒素、又は二酸化炭素であることが好ましいだろう。

図１は、本発明による金属ストリップの流体力学的安定化装置の縦断面図を示す。

図２は、乾燥刃間のストリップの上面図を示し、刃とストリップの理想参照面の間の距離Ｚ、反り欠陥Δｚ）ｃ、及び振動に対応する動きΔｚ）ｖを概略的に示す。

図３は、一方ではね現象を概略的に示す乾燥波、及び他方で流体力学的パッドの端の存在下での乾燥波の断面図をそれぞれ示す。

図４は、一方で各パッドの背面に存在する通路に対して、及び他方で隣接パッド間の界面に対して、本発明の三つの好ましい実施形態の正面図を示す。

図５は、参照面に対する反り欠陥による、ストリップの両側のパッドの相対的な配置を示す、本発明の二つの好ましい実施形態の平面図を示す。

明確にするために、図１は、液体亜鉛浴２の底部ローラー４、反り除去ローラー５ａ、所望により安定化ローラー５ｂを通過した後でかつ乾燥刃３を通過する前に、連続上方移動で駆動される（即ち、縦型ストランド）鋼ストリップ１から横切って配置された本発明の流体力学的安定化装置の一つの好ましい実施形態を概略的に示す。

本発明による装置は、少なくとも一つ、しかし一般的には複数の流体力学的パッド６の形を本質的にとり、これらのパッドは、パッド同士で位置合わせされているか又は位置合わせし、それらは、ヒンジ７のまわりに旋回可能に装着されている。パッドは、プレートのような硬い平坦な装置に関する。それらは、浴２の外側に配置されるか、又は部分的に浸漬された部分８であるか、又は完全に浸漬されることさえできる。パッド６の装填は、ストリップとパッドの界面の液体金属の膜内に発生される流体力学的上昇力と均衡させ、浴２から出るストリップ１を平坦にすることを目的とする。

特に、部分的に又は完全に浸漬したパッド６は、最初にラインを開始するときに浴の表面に位置される泡を捕獲するのを有利に避けることができ、一方完全に出現したパッドは、乾燥装置にできるだけ近い安定化が好ましい。さらに、部分的に又は完全に浸漬したパッド６は、浴と直接接触することによる熱伝導によってパッドの予熱及び温度維持を好ましく行なうことができる。これはまた、ストリップが浴を去る直前にストリップの近くにスピードプロファイルを利用し、従って流体力学的上昇力（Ｒｈｙｄｒｏｄｙｎ）、界面における厚さ、及びパッドとストリップの間の接触の危険に関する操作安全性を有意に改良することができる。

図２から、被覆厚さの変動が反り欠陥Δｚ）ｃ及び振動による動きΔｚ）ｖに相当することがわかる。ストリップが参照面１２（それは、規定により乾燥刃から等しい距離Ｚにある）より乾燥刃に近い場合、最終被覆厚さがより少なく、そして逆になるだろう。特に、反りは、ストリップの幅にわたる厚さの連続変動に導く。固定又は「弦」モードの振動は、移動方向において交互の厚さ変動をもたらし、一方高次振動（「ねじり」又は「羽ばたき」）は、長手方向及び横断方向の両方に影響する振動をもたらす。それゆえ、ここで与えられる装置は、これらの様々な振動を除去し、乾燥刃における平坦で安定したストリップを得て、その結果ストリップの平面の両方向における均一な被覆厚さを保証することを目的とする。

ストリップの臨界的移動スピードを越えると起こるはね現象は、図３から概略的に見ることができる。所定の最終厚さに対して、ストリップのスピードが増加するとき、上方への流れ１３及び戻ってくる流れ１４は、乾燥波１１の厚さを膨張するだろう。被覆の一定の最終厚さを保持するためには、乾燥圧力、従って圧力勾配及び乾燥領域２０における流体膜の表面の剪断を増加することが必要である。スピード−厚さの対の臨界値を過ぎると、剪断速度は、液体金属液滴１５の突出（はね）をもたらす。それゆえ、本発明は、乾燥領域２０内にパッド６の端（それは細長いことが好ましいだろう）を置くことによって乾燥波１１の厚さを制限することを提案する。パッド６の背面（即ち、ストリップとは反対の面）が本質的に又は適切な被覆を付着することによって湿潤しないようにするときに効率性がさらに良好になるだろう。実際、戻ってくる流れの一部は、パッド６の背面に流れ、液体金属がこの位置で凝固するに至ることが避けられるはずである。

ストリップが一般に２メートル幅まで被覆されるためには、ストリップの全幅を覆うように複数のパッドを並べて配置することが必要である。図４では、パッド６は、ストリップ１の少なくとも一方の側に位置され、本質的にストリップ１の全幅にわたって横断方向に延びる。上で説明した同じ理由のため、各パッド６の背面は、戻ってくる流れがヒンジの支持の外側に向けられることができる少なくとも一つの通路又は溝１７を持つことが有利である。パッド６は、任意選択的に横断方向に幾らかの距離で分離され、本質的に互いに平行である。他の方法では、それらは、任意選択的にセラミックフェルト１８を介して接触してもよく、又は上方への流れとは反対のそれらの隣接する側のレベルで組み立てられたバッフリング１９によって差し込み配置されてもよい。それは、乾燥後、この位置で被覆の過剰厚さを有する危険を制限する。

図５（Ａ）に示された第一実施形態では、パッド６は、参照面１２に対して反り欠陥を持って示されたストリップ１の両側に千鳥配列で配置されている。各バッド６は、そのベアリングジャッキによって同じ力を受けるか、又は特定の力（Ｆｉ）（ｉ＝１，２，３，…，Ｎ）を受けることができる。さらに本発明によれば、反りの測定、欠陥の分析、及び力（Ｆｉ）の閉ループ修正を有利に可能にしながら、結果の良好な制御のための装置にプログラム可能な論理制御装置（ＰＬＣ）を加えることができる。

図５（Ｂ）に示された第二実施形態では、パッド６は、ストリップ１の両側で互いに面する。各対のパッドは、ベアリングジャッキによって同じ力を受けるか、又は力差（Ｆｉ）１，（Ｆｉ）２（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を受けることができる。ここでも、測定、分析、及び閉ループ修正ＰＬＣシステムの使用を有利に考えることができる。

本発明は、少なくとも特定の操作条件下では、反り除去ローラー５ａ及び安定化ローラー５ｂなしで済ますことができ、それは、それらがともにそれらの浸漬されたベアリングの摩耗を与える追加の振動を発生し、それらはまた、マットを発生し、それらの維持及び交換がプラントの生産性に影響するラインの一時休業を要求するので、有利である。

本発明の他の好ましい実施形態もまた考えることができ、それは、ここでは達成される衝撃吸収の性質によって異なる。例えば、ばね衝撃吸収装置１０は、単にジャッキの「圧縮空気−内部摩擦」装置によって置き換えることができる。

１ 鋼ストリップ
２ 液体亜鉛浴
３ 乾燥刃
４ 底部ローラー
５ａ 反り除去ローラー
５ｂ 安定化ローラー
６ 流体力学的パッド
７ パットヒンジ
８ 浸漬されるパッドの部分
９ 空気圧ジャッキ
１０ ばね／衝撃吸収装置
１１ 乾燥波
１２ 参照面
１３ 上方への流れ
１４ 戻ってくる流れ
１５ 液滴（はね）
１６ パッドの細長い端
１７ 通路（溝）
１８ セラミックフェルト
１９ 差し込まれたパッド（バッフル）
２０ 乾燥領域
２１ プログラム可能な論理構成要素（ＰＬＣ）

Claims (13)

1. 連続移動する金属ストリップ（１）を浸漬被覆するための設備であって、前記設備が、ストリップ（１）が縦ストランドで出る液体金属被覆浴（２）、底部ローラー（４）、反り除去ローラー（５ａ）及び必要により安定化ローラー（５ｂ）、乾燥刃（３）、並びに消波流体力学的安定化装置を含み、前記ローラーの全てが液体金属被覆浴（２）に浸漬され、乾燥刃（３）が、液体金属被覆浴（２）の出口に配置され、まだ凝固していない過剰の被覆を除去するために圧縮ガスを注入し、下方に戻ってくる液体金属の流れ（１４）を有する乾燥波（１１）を作り、消波流体力学的安定化装置が、乾燥刃（３）と最後の浸漬されたローラー（５ａ又は５ｂ）の間に配置され、かつ金属ストリップ（１）の少なくとも一方の側に負荷を付与するために意図される複数の流体力学的パッド（６）を含み、複数の流体力学的パッド（６）が、前記パッド同士で位置合わせするためにヒンジ（７）のまわりで旋回するように装着され、さらにストリップ（１）の幅を横断して延び、かつ使用時に、乾燥波（１１）の下方に戻ってくる液体金属の流れ（１４）がパッド（６）の背面上に少なくとも部分的に流れるように配置され、液体金属被覆浴（２）に対するパッド（６）の遠位端（１６）が、乾燥領域（２０）にあり、細長くなっており、被覆の予備乾燥を与えることができ、ヒンジ（７）が、パッド（６）の細長い遠位端（１６）が静止状態にあるように配置されていることを特徴とする設備。
2. 各パッド（６）の背面が、液体金属に対して湿潤しない性質のものであるか、又は非湿潤被覆を与えられていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
3. 各パッド（６）の背面に、戻ってくる流れ（１４）を運ぶ通路又は溝（１７）がさらに存在することを特徴とする請求項１に記載の設備。
4. パッド（６）が、液体金属被覆浴（２）に部分的に浸漬された部分（８）を持つことを特徴とする請求項１に記載の設備。
5. パッド（６）を予備加熱するための外側手段を含むことを特徴とする請求項１に記載の設備。
6. ストリップの同じ側に位置されるパッド（６）が、互いに平行であり、かつストリップ（１）の動きに対して横断方向に間隔を空けて分離されていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
7. ストリップの同じ側に位置されるパッド（６）が、間隔中に位置されるセラミックフェルト（１８）を介して側方接触していることを特徴とする請求項６に記載の設備。
8. ストリップの同じ側に位置されるパッド（６）が、バッフリング（１９）を介して差し込み側方接触していることを特徴とする請求項６に記載の設備。
9. 各パッド（６）を独立して負荷するための空気圧ジャッキ（９）を含むことを特徴とする請求項１に記載の設備。
10. 空気圧ジャッキ（９）が、ばね衝撃吸収装置（１０）によって助力されていることを特徴とする請求項９に記載の設備。
11. パッド（６）が、対で互いに本質的に対面してストリップ（１）の各側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
12. パッド（６）が、ストリップ（１）の各側にかつ千鳥配列で配置されていることを特徴とする請求項１に記載の設備。
13. パッドが、ストリップ（１）の反りの測定、欠陥の分析、及びパッド（６）に付与される力の閉ループ修正のうちの少なくとも一つを与えるプログラム可能な論理制御装置（２０）によって群で又は個々に制御されていることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の設備。

Images