JPH01142082A - 帯鋼の連続真空蒸着めつき装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、帯鋼の連続真空蒸着めっき装置に関し、特に
帯鋼の連続焼鈍炉に接続される上記装置に関し、亜鉛、
アルミニウム、セラミックス等を帯鋼に連続真空蒸着め
っきするのに適した装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の亜鉛めっきラインは、冷間圧延機で冷間圧延した
コイルを、巻き戻し機にて巻き戻し、ルーバを通し、焼
鈍還元炉を介して溶融めっきするラインが一般的であっ
た。

この溶融亜鉛めっきラインを改良し、溶融亜鉛めっきラ
インの上記焼鈍還元炉の後面に不活性ガス置換室を介し
て真空シール装置及び蒸着装置を設けた真空蒸着亜鉛め
っきラインも工業化されている。このように、従来は連
続焼鈍炉から直接真空蒸着亜鉛めっきに導く設備はなく
、溶融亜鉛めっきラインに使用されていた焼鈍還元炉を
通板させるのが一般的であった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の焼鈍還元炉を通板させる真空蒸着亜鉛め
っきラインは通板速度が遅く、一方、帯鋼はこの通板速
度の遅い焼鈍還元炉を通板させないと真空蒸着亜鉛めっ
きに適した帯鋼表面性状が得られないため、生産性が低
く、コスト高となっていた。

これを解決するためには、通板速度の速い連続焼鈍ライ
ンに真空蒸着亜鉛めっきラインを接続すればよいように
考えられるが、この接続技術には次のような問題がある
。

（１）　帯鋼の連続焼鈍炉は一般には低炭素鋼を対象と
して、加熱帯、均熱帯、徐冷帯、急冷帯、過時効帯及び
最終冷却帯から構成され、また最近出現した極低炭素鋼
では均熱帯、徐冷帯、急冷帯及び過時効帯が不要である
が、炉の雰囲気は上記のいずれの帯も水素濃度が２〜３
％、窒素）％度が９８〜９７％、露点が約−２０Ｃであ
る。該炉の雰囲気中で焼鈍された帯鋼の表面の鉄酸化物
は水素ガスで十分還元されておらず、真空蒸着亜鉛めっ
きを施した場合、亜鉛と帯鋼の密着性は十分でなく、亜
鉛の剥離の問題があった。

（２）　　帯鋼の連続焼鈍炉は、炉の容量が極めて大き
く、雰囲気ガスとしての水素ガスの消費量が多く、水素
ガス濃度を１０５Ａ以上もにすると、水素ガスの原単位
が増大し、コストアップとなる。また、水素ガスは爆発
の危険もあることから、炉の雰囲気ガスは水素ガスの爆
発限界以内の濃度２〜３％で操業されているのが通常で
ある。爆発限界を超えた水素ガス濃度で操業し、万一空
気（酸素）が侵入して爆発した場合、炉の容量が大きい
ので、設備の被害は勘大なものになる。故に、水素ガス
濃度は、爆発限界以上の高濃度とすることができない。

本発明は、以上の問題を解決し、生産性が高く、かつ低
コストで亜鉛めっき等を行うことのできる連続真空蒸着
めっき装置を提案するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を、従来の焼鈍還元炉の出口に真
空蒸着亜鉛めっき設備を接続していた技術に替え、帯鋼
の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面を還元する還元帯を追設
することにより、連続焼鈍炉への真空蒸着亜鉛めっき設
備の接続を可能にして解決するものである。

すなわち本発明は、帯鋼の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面
の酸化膜を還元除去する還元帯を設け、該還元帯の後面
にガスジェットにより帯鋼を冷却する冷却装置を介して
不活性ガス置換室を設け、さらに該不活性ガス置換室の
後面に複数の真空シール装置及び少くとも一の真空蒸着
装置を設けたことを特徴とする帯鋼の連続真空蒸着めっ
き装置に関する。

なお、本発明装置は、亜鉛めっきに限らず、アぶミニラ
ム、セラミックス等を真空蒸着めっきする場合にも適用
することができる。

〔作用〕

本発明では、帯鋼の連続焼鈍炉の出口に設けられた還元
帯で、焼鈍済み帯鋼表面の酸化膜を還元除去する。

また本発明では、この還元帯の後面にガスジェットによ
る帯鋼を冷却する冷却装置を設け、ここで帯鋼温度を真
空蒸着めっきに適した温度に調整する。

この冷却装置は後述するように弱還元性雰囲気で運転さ
れることがあるため、この冷却装置の後面に不活性ガス
置換室を設ける。

そして、該不活性ガス置換室の後面に複数の真空シール
装置を介して設けられた少くとも一の真空蒸着装置によ
り、帯鋼の片面又は両面に亜鉛、アルミニウム、セラミ
ックス等を蒸着する。

なお、本発明の場合、上記還元帯は、爆発限界以上の高
濃度の水素雰囲気で運転される。これにより、帯鋼表面
の鉄酸化物が十分還元され、めっき金属と帯鋼間の密着
性が向上し、剥離のないめっき製品を得ることができる
。また、万一、還元帯に空気が混入し、爆発が生じたと
しても、設備の被害は最小限に押えられる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に従って説明する。

本発明装置は、図示するように、連続焼鈍炉の最終冷却
帯１の上方に焼鈍済帯鋼２′の出口を設け、この出口に
炉雰囲気ガスシールロール３′、デフレクタ−ロール＋
　５　、　Ｉ　６、サラｉＦ−シール装置ニア、　　を
介して還元帯１８を接続させている。

該還元帯１８の後面（還元済鋼帯の出側）にはシール装
置１７２が設けられ、このシール装置１７２　の後面に
は還元済帯鋼出側の冷却装置１９が接続されている。こ
の出側冷却装置１９の後面にシール装置１７！、を介し
て不活性ガス置換室２０を設け、さらにシール装置１７
４　を介して真空シール装置２２を接続し、その後面に
第１蒸着室２３、第２蒸着室２４をこの順序で接続する
。

この第２蒸着室２４の蒸着済鋼帯の出側には、真空シー
ル装置２２、冷却装置２５、合金化処理炉２７を、冷却
装置２８を接続する。この冷却装置２８の出側には、従
来の連続焼鈍炉の出側に設けられている水冷却タンク４
、絞りロール５、ドライヤ６、テンションプライドル８
、出側ルーパ９、テンションプライドル１０、スキンバ
スミルＩ＋、テンションプライドル１２、シャー１３、
コイン１４が接続される。

次に、本発明装置の作用を説明する。

既Ｍ’ｘ一の連続焼鈍炉の最終冷却帯１の最終パスの上
部から焼鈍済帯鋼２′をシール装置６′へ導き、デフレ
クタロール＋５．Ｉｔｓ及びシール装置１７１、を経て
還元帯１８へ導き、帯鋼表面の鉄酸化物を熱水素ガスの
ジェットにより還元して除去し、蒸着めっきに適した活
性な表面性状に調整する。

次いで、シール装置１７２　へ導き、出＠冷却装置１９
１．シール装置１７３、不活性ガス置換室２０、シール
装置１７４、デフレクタロール２１、真空シール装置２
２を経て、第１蒸着室２３で帯鋼２′の片面に、蒸着め
っきを施し、第２蒸着室２４で残りの面に蒸着めっきを
施す。

しかる後、真空シール装置２２、冷却装置２５、シール
装置１７５　及びデフレクタロール２６を経て、合金化
処理炉２７、冷却装置２８へ導き、更にデフレクタロー
ル２９，３０゜５＋、５２，５５．５４を経て水冷却タ
ンク４へ導入し、その後既設の絞クロール５〜シャー１
３を経てコイン１４で巻取る。

なお、めっきしない場合は、既設の連続焼鈍炉の図示し
ない加熱帯、均熱帯、急冷帯及び過時効帯、或いは加熱
帯のみを経て最終冷却帯１を通板されて来た帯鋼２は、
従来通シシールロール３、水冷却タンク４、絞クロール
５、ドライヤ６、ステアリング装置７、テンションプラ
イドル８、出側ルーバ９、テンションプライドル１０、
スキンパスミル１１、テンションプライドルＩ２、シャ
ー１３を経てコイン１４で巻取られる。

更に、本発明装置の主要工程、機能について具体的に説
明する。

（１）　還元帯１８ 既践焼鈍炉の最終冷却帯１の最終バスで帯鋼２は炉雰囲
気ガスシールロール６を経て水冷却タンク４に導かれて
いた従来のパスを、最終冷却帯Ｉの最終バスの上部にお
いて帯鋼２′を炉雰囲気ガスシールロール３′に導きデ
フレクタロール１５．Ｉ（Ｓ及びシール装置１７１　を
経て、水素濃度の高い水素と窒素の加熱と混合ガスのジ
ェットにより帯鋼表面の鉄酸化物を還元除去する還元帯
１８に導く。

この還元帯１８内で、水素濃度１０〜７５％、露点−６
０Ｃ以下、酸素濃度１０　ｐｐｍ以下の水素と９素の混
合ガスを、５００Ｃ〜７５０Ｃに加熱して帯鋼にジェッ
トし、帯鋼表面の鉄酸化物を還元除去するのに要する時
間を次式で決定する。

ｔ：還元に要する時間（ｓｅｃ　） δ：帯鋼の板厚（酊） γ８：帯鋼の比重（ｋｇ／ｍ） Ｃ８：帯鋼の比熱（Ｋｃａｌ　／　ｋｇ　Ｃ）Ｄ＝加熱
された混合ガスの噴射ノズルピンチ（四ｔｇ：加熱され
た混合ガスの温度（Ｃ）ｔ８□：還元帯入口の帯鋼温度
（Ｃ） ｔｓｏ：還元帯出口の帯鋼温度（Ｃ） Ｖ：加熱された混合ガスの噴射速度（ｍ／５ｅｃ）シ二
加熱された混合ガスの動粘性係数（ｍ２／Ｂ）λ：加熱
された混合ガスの熱伝導率（Ｋｃａｌ／ｍｈｏ）このよ
うに、還元時間ｔは、加熱された混合ガス（熱水素ガス
と呼称）の物性値ν、λ及び温度ｔｇ　、帯鋼の板厚δ
、物性値’８、’ｇ　　及び還元帯入口、出口の温度ｔ
ｌｉｌ、ｔａ。、並びに熱水素ガスのジェット速度Ｖと
ジェットノズルのピッチＤにより決まる。

還元帯入口温度ｔｓｉは約３５０〜４００Ｃであシ、還
元帯出口温度ｔ８゜は帯鋼の還元に必要な５００〜５５
０Ｃ以上となっていることが好ましい。

また還元時間ｔは、ジェットされる熱水素の流速Ｖとノ
ズルピッチＤを設備上固定すると、熱水素ガスの水素濃
度により変る。設備費上は、水素濃度は高い方が有利で
ある。

なお、最小の還元時間ｔは、熱水素ガスの温度６００Ｃ
，水素濃度７５％の時に約６．７秒であるから、鋼帯を
５００Ｃに昇温後約７秒保持すればよい。

（２）　　ガスシール機能 還元帯１８の水素ガス濃度が爆発限界の３％を超えてい
るので、還元帯Ｉ８の入口および出口にシール装置＋　
７４．　＋　７□を設けて還元帯１８を他の部分から遮
断し、かつ既設の最終冷却帯（、出側冷却装置！９及び
不活性ガス置換室２０の炉圧を、 最終冷却帯１の炉圧　　　　　　　Ｐ１還元帯１８の炉
圧　　　　　　　　Ｐ２出側冷却装置１９の炉圧　　　
　　Ｐ３不活性ガス置換室２ｏの炉圧　　　Ｐ４とする
と、０〈Ｐ、≧Ｐ２≦Ｐ３≧Ｐ４〉ｏの関係を維持する
ように各炉の圧力を制御する。

すなわち、本発明では、還元帯１８の水嵩濃度の高い熱
水素ガスが既設の最終冷却帯１及び新設の出側冷却装置
１９へ流入しないよう設計している。

なお、不活性ガス置換室２０は、還元帯１８で還元され
活性になった帯鋼表面をめっきに適した表面性状に維持
する上で弱還元性とすることが好ましいため、水素濃度
が最大２％となるまで還元帯１８からの熱水素ガスの流
入が許される。但し、該不活性ガス置換室２０の雰囲気
が水素濃度２％を超える場合は、不活性ガス置換室２０
に不活性ガスを導入し、水素濃度を希釈する。この場合
、不活性ガス置換室２０の炉圧Ｐ４　　が上昇するので
、雰囲気ガスを大気へ放出する自動弁（図示しない）が
設けられている。

また、不活性ガス置換室２０の水素濃度が２％を超えて
増大すると、不活性ガス置換室２０の出側の真空シール
装置２２側へ、水素濃度２％を超えた不活性ガスが流入
し、万一真空が破れ空気が侵入すると爆発の危険がある
ので、不活性ガス置換室２０の水素濃度は２％以下に制
御される。

還元帯１８は、帯鋼の長さにして約８０〜１４９ｍと短
かい。また、還元帯１８は、シール装置＋　７１．１７
２を入口、出口に設けることで他の部分と分離独立させ
、しかも大気圧力より高い圧力でガスシールすることに
より、空気の侵入を防止し、かつ炉体自身をガスタイト
構造とする。従って、還元帯１８の熱水素ガスは最終冷
却帯１及び出側冷却装置１９へ流れていかないので、い
ずれの部分も水素濃度を３％以下の爆発限界以内で操業
することができる。

＋３１　　出側冷却装置１９ この冷却装置は、帯鋼温度を蒸着めっきを施すのに適し
た温度に調整するためのものである。

すなわち帯鋼温度は、めっき金属の種類により真空蒸着
可能な範囲があり（例えば、亜鉛では１９０〜４２０Ｃ
，アルミニウムテは約２００〜６６０Ｃ，セラミックス
テは約４００〜１０００Ｃ）、この範囲を超えると、め
っき金属が密着不良を起し剥離する。この冷却装置はこ
れを防止するために設けられている。

＋４１　　熱水素ガスの調整 熱水素ガスは、熱交換器（図示しない）を介して加熱さ
れ、また水素濃度の調整は、アンモニアクランクドガス
を用いてもよいし、水素ボンベで水素を供給してもよい
が、窒素ガスと混合器（図示しない）を用いて行われる
。

以下に、本発明による効果を実証するための実験例を挙
げる。

実験例１ ０．８ｕ厚さＸｌ０Ｃ１＋ｍ角の脱脂後の鋼板（ｓｐｃ
ｃ）を、雰囲気として水素３％、窒素９７％、露点−２
０Ｃの混合ガス中で、約８００Ｃに９０秒加熱し、徐冷
、急冷後、４００Ｃに約２〜３分保持後、２５０Ｃに冷
却する焼鈍処理を行った後、水素７５％、窒素２５％、
酸素１０　ｐＴ）”　％露点−６ＤＣの混合ガスを６０
０Ｃに加熱してジェットし、約５００Ｃに加熱し、加熱
時間を含め約１２秒間で還元処理した。

次いで、水素１％、窒素９９Ｎ、酸素２ｐｐｍ１露点−
４ＤＣの混合ガスを３０Ｃに温度調整して吹付け、２５
０Ｃに冷却後、真空圧力０．０５Ｔｏｒｒ　　で亜鉛を
真空蒸着させて、亜鉛の付着量３０ｇ／ｌ１１２のサン
プルを得た。

このサンプルについて１８０°密着曲げ（サンプルを２
つ折シにして密着させる）後、曲げ部にスコッチチーブ
を張ジ密着性テストを行った。

密着性テスト結果は良好で、めっきの剥離は全く見られ
なかった。

実験例２ 実験例）と同じ焼鈍処理済み鋼板を、実験例１の混合ガ
スの組成を水素１５％、窒素８５％、露点−６０Ｃに変
え、６５０Ｃに加熱して上記鋼板にジェットし、該鋼板
を約５５０Ｃに加熱し、加熱時間を含め約２２．３秒間
で還元処理した。

次いで、実験例１と同一混合ガスを用い、２５０　ＣＫ
冷却後、真空圧力０．０５　Ｔｏｒｒ　　で亜鉛を真空
蒸着させて、亜鉛の付着量６０９／ｍ２のサンプルを得
た。

このサンプルについて、１８０°密着曲ケ後ノ実験例１
と同様の剥離テストの結果は、良好な密着性を示した。

実験例３ 実験例１．２を０．８關の板厚で４００ｍ／ｍ１ｎの連
続焼鈍炉に適用した場合、添付図面の還元帯１８の長さ
は、実験例１．２の条件で次の通りである。

実験例１の条件の場合； 熱水素ガス組成：水素二ア５％ 窒素＝２５％ 酸素＝１〜Ｉ　Ｏｐｐｍ 熱水素ガス露点ニー６０Ｃ 熱水素ガス温度：６００Ｃ ヲ鋼板ヘガスジエントし、 熱水素ガスジェット前の鋼板温度：４００Ｃ熱水素ガス
ジエツト後の鋼板温度：５００Ｃに加熱するのに約５秒
を要し、帯鋼温度５００Ｃを７秒保持する場合、還元帯
１８の長さは約８０ｍあれば十分である。

実験例２の条件の場合； 熱水素ガス組成：水素＝１５％ 窒素＝８５％ 酸素：１〜Ｉ　Ｏｐｐｍ 熱水素ガス露点ニー６ＤＣ 熱水素ガス温度：６５０Ｇ の熱水素ガスを鋼板にジェットし鋼板温度を４００Ｃか
ら５５０Ｃに加熱するのに約１２．６秒を要し、帯鋼温
度５５０Ｃを１０秒保持する場合、還元帯１８の長さは
約１４９ｍあれば十分である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明装置によれば、従来の焼鈍
還元炉の後面に不活性ガス置換室を介して真空シール装
置及び蒸着装置を設けた真空蒸着亜鉛めっきラインに比
し、通板速度を２〜４倍速くすることができる。

従って、本発明装置では、上記した従来の亜鉛めっきラ
インに比し、生産性も２〜４倍向上し、めっき鋼板の製
造コストを大巾に低減できる効果がある。

また、本発明では、万一爆発が生じても設備の被害が小
さいため還元帯を爆発限界以上の高濃度の水素ガス雰囲
気とすることができ、これにより帯鋼表面の活性化効果
を向上させることができ、密着性に優れためつき帯鋼を
得ることができる。

なお、本発明装置では、冷延鋼板とめつき鋼板とを唯１
のラインで製り分けることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す概略図である。 １・・・連続焼鈍炉の最終冷却帯、１７．〜１７゜・・
・シール装置、１８・・・還元帯、１９・・・出側冷却
装置、２０・・・不活性ガス置換室、２２・・・真空シ
ール装置、２３・・・第１蒸着室、２４・・・第２蒸着
室

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 帯鋼の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面の酸化膜を還元除去
   する還元帯を設け、該還元帯の後面にガスジェットによ
   り帯鋼を冷却する冷却装置を介して不活性ガス置換室を
   設け、さらに該不活性ガス置換室の後面に複数の真空シ
   ール装置及び少くとも一の真空蒸着装置を設けたことを
   特徴とする帯鋼の連続真空蒸着めつき装置。