TW201619411A - 連續熔融鍍金屬方法與熔融鍍鋅鋼帶以及連續熔融鍍金屬設備 - Google Patents

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Abstract

本發明的目的在於提供一種連續熔融鍍金屬方法與熔融鍍鋅鋼帶以及連續熔融鍍金屬設備，於利用氣體擦拭噴嘴進行鍍敷附著量的控制的熔融鍍金屬鋼帶的製造方法中，可抑制鍍敷表面缺陷的產生，以更低的成本穩定地製造高品質的熔融鍍金屬鋼帶。連續熔融鍍金屬方法是將鋼帶連續地浸漬於熔融鍍金屬浴中，自氣體擦拭噴嘴對剛從熔融鍍金屬浴拉出後的鋼帶噴附氣體而對鍍敷附著量進行控制，且根據以氣體擦拭噴嘴前端與鋼帶的距離D和氣體擦拭噴嘴間隙B的比表示的D/B值，對自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度T進行控制。

Description

連續熔融鍍金屬方法與熔融鍍鋅鋼帶以及連續熔融鍍金屬設備
本發明是有關於一種連續熔融鍍金屬方法與熔融鍍鋅鋼帶以及連續熔融鍍金屬設備。
在連續熔融鍍敷製程中，如圖4所示，鋼帶1自管嘴（snout）2內進入至鍍敷槽3內的熔融金屬4中，並藉由沉沒輥（sink roll）5進行方向轉換而自鍍敷槽3被拉上來。接著，藉由設置於鍍敷槽3上方的氣體擦拭噴嘴（gas wiping nozzle）6將剩餘的熔融金屬刮去，而控制為規定的鍍敷附著量，並且使附著於鋼帶1的表面上的熔融金屬在板寬度方向及板長度方向上均勻化。氣體擦拭噴嘴6為了應對多種鋼帶寬度，而且為了應對將鋼帶拉上來時的寬度方向上的位置偏離等，通常較鋼帶寬度長地構成，並且延伸至較鋼帶1的寬度端部更靠外側的位置。
在此種氣體擦拭方式中，由於因噴附擦拭氣體（wiping gas）所引起的鋼帶的微小振動或鍍敷層的不規則的熔融液流動等，而在鍍敷表面上產生波形流紋狀的熔融液褶皺（亦稱為熔融液垂滴）的情況較多。產生有此種熔融液褶皺的鍍敷鋼板當在外裝板的用途中將鍍敷表面作為塗飾底層表面時，會妨礙塗膜的表面性狀，特別是妨礙平滑性，從而無法用於應適合於外觀優異的塗飾處理的外裝板，對鍍敷鋼板的良率造成大的影響。
針對以上所述，為了防止熔融鍍金屬鋼板的外觀不良即熔融液褶皺缺陷，已提出有如以下所述的方法。
專利文獻1所揭示的方法是在進行鋼板鍍敷後的步驟即調質軋製時，藉由改變調質軋製輥的表面性狀或軋製條件，而使熔融液褶皺不顯眼的方法。專利文獻2所揭示的方法是在將鋼板導入至熔融鍍鋅浴中之前，利用表面冷軋機（skin pass mill）及張力平整機（tension leveler）等根據鍍敷附著量對鋼板表面的粗糙度進行調整來抑制熔融液褶皺的產生的方法。專利文獻3所揭示的方法是針對板厚設定適當的線速（line speed）、擦拭噴嘴的自浴面算起的高度，來抑制熔融液褶皺的產生的方法。 現有技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2004-27263號公報 專利文獻2：日本專利特開昭55-21564號公報 專利文獻3：日本專利特開平9-41113號公報
[發明所欲解決之課題]
然而，根據本發明者等人所探討的情況，在專利文獻1所揭示的方法中雖然輕微的熔融液褶皺得到改善，但是對於重度的熔融液褶皺缺陷卻未見效果。又，在專利文獻2所揭示的方法中，自在熔融鍍鋅浴的前步驟中設置表面冷軋機、張力平整機等的必要性而言存在成本上的問題。又，可認為即使在設置有該些裝置的情況下，亦因與前處理設備及退火爐中的酸洗及再結晶化相隨的化學變化或物理變化而難以獲得理想的表面粗糙度，從而難以完全防止熔融液褶皺產生。此外，在專利文獻3所揭示的方法中，相對於板厚的變化點，線速度或擦拭噴嘴高度無法立即追隨，因此生產出產生有熔融液褶皺的鋼板，從而導致良率損失。
本發明是鑒於所述實情而完成，目的在於提供一種於利用氣體擦拭噴嘴進行鍍敷附著量的控制的連續熔融鍍金屬方法中，可抑制熔融液褶皺缺陷的產生，以更低的成本穩定地製造高品質的熔融鍍金屬鋼帶的連續熔融鍍金屬方法與熔融鍍鋅鋼帶以及連續熔融鍍金屬設備。 [解決課題之手段]
本發明的主旨為如下所述。 [1] 一種連續熔融鍍金屬方法，將鋼帶連續地浸漬於熔融鍍金屬浴中，自氣體擦拭噴嘴對剛從所述熔融鍍金屬浴拉出後的所述鋼帶噴附氣體而對鍍敷附著量進行控制，且根據以所述氣體擦拭噴嘴前端與鋼帶的距離D和所述氣體擦拭噴嘴間隙B的比表示的D/B值，對自所述氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度T進行控制。 [2] 如[1]所述的連續熔融鍍金屬方法，其中自所述氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體為惰性氣體。 [3] 如[1]或[2]所述的連續熔融鍍金屬方法，其中當將所述熔融鍍金屬浴的熔融金屬的熔點設為TM 時，根據D/B值將擦拭氣體的溫度T控制在下述式（1）的範圍內。
[數式1]
T：自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度[℃] TM ：熔融金屬的熔點[℃] D：鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離[m] B：氣體擦拭噴嘴間隙[m] c1 、c2 、c3 ：常數 [4] 一種熔融鍍鋅鋼帶，藉由如[1]～[3]中任一項所述的連續熔融鍍金屬方法而製造，在鋼帶表面上具有含有Al：1.0質量%～10質量%、Mg：0.2質量%～1.0質量%、Ni：0.005質量%～0.10質量%且剩餘部分包含Zn及不可避免的雜質的Al-Zn系鍍敷層。 [5] 一種連續熔融鍍金屬設備，包括：測距儀，以非接觸方式對鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離進行測定；控制裝置，根據由所述測距儀測定的距離D及所述氣體擦拭噴嘴的間隙B，計算出自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的目標溫度T；以及氣體加熱裝置，使自氣體擦拭噴嘴噴射的氣體升溫至由所述控制裝置算出的目標溫度T。 [6] 如[5]所述的連續熔融鍍金屬設備，其特徵在於：所述目標溫度T是根據以由所述測距儀測定的距離D及所述氣體擦拭噴嘴的間隙B的比表示的D/B值，藉由以下的式（1）而算出。
[數式1]
T：自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度[℃] TM ：熔融金屬的熔點[℃] D：鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離[m] B：氣體擦拭噴嘴間隙[m] c1 、c2 、c3 ：常數 [發明的效果]
根據本發明，可抑制被稱為熔融液褶皺的鍍敷表面缺陷的產生，以更低的成本穩定地製造高品質的熔融鍍金屬鋼帶。
以下，對本發明進行具體說明。 本發明的連續熔融鍍金屬設備是將鋼帶連續地浸漬於熔融鍍金屬浴槽內的鍍敷浴中而進行鍍敷處理之後，自鍍敷浴拉上來，並且自設置於鍍敷浴上方的氣體擦拭噴嘴對鍍敷鋼帶噴附擦拭氣體而對鍍敷金屬附著量進行調整的設備。並且，本發明的連續熔融鍍金屬設備的特徵在於：在熔融鍍金屬裝置中包括：測距儀，以非接觸方式對鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離進行測定；控制裝置，根據由所述測距儀測定的距離D及所述氣體擦拭噴嘴的間隙B，計算出自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的目標溫度T；以及氣體加熱裝置，使自氣體擦拭噴嘴噴射的氣體升溫至由所述控制裝置算出的目標溫度T。
圖1是本發明的實施形態的連續熔融鍍金屬裝置。圖1中，1是鋼帶，2是管嘴，3是鍍敷槽，4是熔融金屬，5是沉沒輥，6是氣體擦拭噴嘴，7是測距儀，8是控制裝置（CU：Control Unit），9是氣體加熱裝置。箭頭表示鋼帶1的移動方向。鋼帶1自管嘴2內進入至鍍敷槽3內的熔融金屬4中，藉由沉沒輥5進行方向轉換而自鍍敷槽3被拉上來。接著，藉由設置於鍍敷槽3上方的氣體擦拭噴嘴6將剩餘的熔融金屬刮去而控制為規定的附著量。
圖2是氣體擦拭噴嘴6的前端的放大圖。在本發明中，為方便起見，利用D表示氣體擦拭噴嘴6的前端與鋼帶1的距離。又，當將氣體擦拭噴嘴6的上噴嘴構件設為6a，將氣體擦拭噴嘴的下噴嘴構件設為6b時，利用B表示氣體擦拭噴嘴6的間隙。
測距儀7例如設置於氣體擦拭噴嘴6的下方。測距儀7連續地測定氣體擦拭噴嘴6的前端與鋼帶1的距離D，並將所述資訊輸入至控制裝置8。控制裝置8根據自測距儀7送來的距離D的測定資訊，計算出利用氣體加熱裝置9進行加熱的擦拭氣體的目標溫度。在氣體加熱裝置9中，具有使擦拭氣體升溫至由控制裝置8算出的目標溫度，並將經升溫的擦拭氣體供給至氣體擦拭噴嘴6的功能。再者，關於測距儀7，只要為非接觸的形式即可。控制裝置8的形式並無特別限定。關於氣體加熱裝置9，亦對形式無特別限定，只要具有配合氣體擦拭噴嘴6與鋼帶1的距離D無延遲地使擦拭氣體升溫的功能即可。又，關於氣體加熱裝置9中的供給至氣體擦拭噴嘴6的擦拭氣體的升溫方法，亦無特別限定。例如，可舉出利用熱交換器進行加熱升溫而供給的方法、將退火爐的燃燒排氣與空氣加以混合的方法。
本發明的特徵在於：根據以氣體擦拭噴嘴6的前端與鋼帶1的距離D和氣體擦拭噴嘴6的間隙B的比表示的D/B值，對自氣體擦拭噴嘴6噴射的擦拭氣體的溫度T進行控制。藉由根據D/B值對擦拭氣體的溫度T進行控制，而使熔融金屬的流動性提高。其結果為，熔融金屬有規則地流下，因此可充分發揮防止熔融液褶皺缺陷的效果。
在本發明中，自氣體擦拭噴嘴6噴射的擦拭氣體較佳為惰性氣體。藉由設為惰性氣體，可防止鋼板表面上的熔融金屬的氧化，因此可進一步提高熔融金屬的流動性。作為惰性氣體，可舉出氮氣、氬氣、氦氣、二氧化碳等，但並不限定於該些氣體。
若擦拭氣體溫度過低，則會產生因熔融金屬的流動性下降而引起的熔融液褶皺缺陷。又，若擦拭氣體的溫度過高，則會促進合金化，使鋼板的外觀變差。因此，需要根據D/B的值，選定最佳的擦拭氣體的溫度T。因此，在發明中，已求出用以獲得不產生熔融液褶皺缺陷的外觀良好的製品的D/B值與擦拭氣體的溫度T的關係。熔融鍍鋅浴的溫度設為460℃，線速度設為100 m/min，噴嘴頭的壓力設為30 kPa，氣體種類設為空氣，使板厚1.2 mm×板寬1000 mm的鋼帶通入至連續熔融鍍金屬設備。其結果獲得如圖3所示的關係。再者，在圖3中，與熔融液褶皺的產生狀況相關的判定基準是藉由下述基準來進行。Wa是基於日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）B0601-2001的規格而測定的算術平均波度Wa[μm]的值。 ×：不合格=用肉眼可確認到大的熔融液褶皺的鍍鋅鋼板（1.50＜Wa） △：不合格=用肉眼可確認到小的熔融液褶皺的鍍鋅鋼板（1.00＜Wa≦1.50） ○：合格=用肉眼無法確認到熔融液褶皺的漂亮的鍍鋅鋼板（0.50＜Wa≦1.00） 根據圖3的結果，較佳為根據D/B值將擦拭氣體的溫度T控制在以下述式（1）表示的範圍內。
[數式1]
T：自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度[℃] TM ：熔融金屬的熔點[℃] D：鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離[m] B：氣體擦拭噴嘴間隙[m] c1 、c2 、c3 ：常數 再者，式（1）中的常數c1 、c2 、c3 根據擦拭噴嘴間隙B的大小或噴嘴形狀而發生變化，因此需要事先以離線（off line）方式求出。具體而言，在當作鋼帶的板表面上設置溫度計，將所述溫度計的值作為「擦拭氣體與鋼帶相碰撞的碰撞位置上的擦拭氣體的溫度」。在某種條件下變更D/B的值，測定所述溫度，求出c1 ～c3 的值。 此外，若D/B值超過60，則擦拭氣體幾乎無刮落力，因此對擦拭氣體進行加熱無意義。因此，D/B值的上限較佳的是設為60以下。
又，在本發明中，較佳為將擦拭氣體與鋼帶相碰撞的碰撞位置上的擦拭氣體的溫度控制在熔融金屬的熔點TM 的上下200℃（（TM ±100）℃）以內。若使擦拭氣體與鋼帶相碰撞的碰撞位置上的擦拭氣體的溫度未達（TM -100）℃，則附著於鋼板上的熔融金屬的凝固比例會變得非常高，熔融金屬的流動性下降，因此會產生熔融液褶皺缺陷。再者，例如，當使用熱交換器時，藉由變更加熱側的氣體或液體的溫度，可對被加熱側的擦拭氣體的溫度進行控制。但是，並不限定於所述控制方法。
另一方面，若使擦拭氣體與鋼帶相碰撞的碰撞位置上的擦拭氣體的溫度超過（TM +100）℃，則會促進鋼帶與熔融金屬的合金化，導致鋼板的外觀變差，而且鍍敷附著量會較所需要的鍍敷附著量增加。此外，由於對氣體的加熱會消耗多餘的能量，故而能量效率亦變差。又，如非專利文獻1（鐵與鋼 Vol.81（1995）No.2，P49）的圖5所示，已知擦拭氣體的勢流心（potential core）與D/B值成比例地衰減，因此需要根據D/B值來設定適當的氣體溫度。
再者，若熔融鍍金屬（鍍敷層）的成分發生變化，則熔點發生變化，因此擦拭氣體溫度T的最佳範圍發生變化。
又，當熔融鍍鋅鋼帶是在鋼帶表面上具有含有Al：1.0質量%～10質量%、Mg：0.2質量%～1.0質量%、Ni：0.005質量%～0.10質量%且剩餘部分包含Zn及不可避免的雜質的Al-Zn系鍍敷層時，由於加入有較Ai或Zn容易氧化的Mg，因此確認到當擦拭氣體溫度低時，特別是熔融金屬的流動性變差，從而容易產生熔融液褶皺。其結果為，表面外觀變差。因此，當熔融鍍鋅鋼帶是利用本發明的氣體擦拭方法而製造，並在鋼帶表面上具有含有Al：1.0質量%～10質量%、Mg：0.2質量%～1.0質量%、Ni：0.005質量%～0.10質量%且剩餘部分包含Zn及不可避免的雜質的Ai-Zn系鍍敷層時，藉由使擦拭氣體溫度最佳化來防止熔融液褶皺缺陷的效果表現得更顯著。 實施例1
為了調查氣體擦拭噴嘴的最佳設置條件、實施形態，已進行熔融鍍鋅鋼帶的製造試驗。氣體擦拭噴嘴是使用具備1.2 mm的噴嘴間隙B的噴嘴。自熔融鍍鋅浴面算起將氣體擦拭噴嘴高度設為350 mm，擦拭氣體的噴射方向設為與鋼帶面垂直。具體而言，使板厚1.2 mm×板寬1000 mm的鋼帶以線速度100 m/min通入，使鍍敷層的組成、氣體擦拭噴嘴前端與鋼帶間的距離D、自氣體擦拭噴嘴噴射的氣體壓力（噴嘴頭壓力）、氣體設定溫度、氣體種類、鍍敷附著量發生變化，對鋼板的外觀進行評估。熔融鍍鋅浴溫度設為460℃。再者，在事先的離線測試中分別求出式（1）中的常數後，得出c1 =45，c2 =1.5，c3 =2.5。 又，作為對氣體擦拭噴嘴的氣體供給方法，是採用供給如下氣體的方法，所述氣體是利用熱交換器將常溫的氣體加熱至規定溫度，並利用鼓風機（blower）加壓至規定壓力而成。再者，關於熔融金屬的熔點（TM ），在Al=0.2質量%時，TM =420℃，在Al=4.5質量%，Mg=0.5質量%，Ni=0.05質量%時，TM =375℃。
關於鋼板的外觀評估，藉由以下的基準來判斷合格與否。再者，Wa是基於JIS B0601-2001的規格而測定的算術平均波度Wa[μm]的值。 ×：不合格=用肉眼可確認到大的熔融液褶皺的鍍鋅鋼板（1.50＜Wa） △：不合格=用肉眼可確認到小的熔融液褶皺的鍍鋅鋼板（1.00＜Wa≦1.50） ○：合格=用肉眼無法確認到熔融液褶皺的漂亮的鍍鋅鋼板（0.50＜Wa≦1.00） ◎：合格=用肉眼無法確認到熔融液褶皺的非常漂亮的鍍鋅鋼板（0＜Wa≦0.50） 將結果示於表1。
[表1]
發明例1藉由在與D/B值相應的最佳的氣體溫度下進行擦拭，可防止熔融液褶皺缺陷。作為可防止熔融液褶皺缺陷的理由，可認為除了在與D/B值相應的最佳氣體溫度下進行擦拭以外，原因亦在於藉由擦拭氣體與鋼帶相碰撞的碰撞位置上的擦拭氣體的溫度為（TM -100）℃以上，可阻礙由噴出氣體所帶來的冷卻效果，附著於鋼板上的熔融鋅相對不會凝固而可有規則地流下。
又，在發明例2中，變更D/B，在與所述值相應的最佳擦拭氣體的溫度T下進行擦拭，可與發明例1同樣地防止熔融液褶皺缺陷。在發明例3～發明例8中表示有相對於各D/B值，變更擦拭溫度時的結果。
另一方面，在比較例1及比較例2中，表示有超出自D/B值導出的最佳氣體溫度範圍的情況的實施例。在比較例1中作為附著量增加的原因，可認為除了在超出與D/B值相應的最佳氣體溫度範圍的溫度下進行擦拭以外，原因亦在於自噴嘴噴出的擦拭氣體與周圍的氣體相混合，鋼帶碰撞位置上的擦拭氣體的溫度低於（TM -100）℃。在比較例2中，將擦拭氣體升溫至較發明例1更高的溫度，附著量增加。可認為其原因在於由於擦拭氣體溫度過高，故而鋼帶表層的鍍鋅的合金化得到促進。再者，藉由合金化的促進，鋼板表面顏色變得發白，從而外觀亦變差。其他擦拭條件下的結果示於比較例3～比較例11。
又，在發明例10及比較例12中表示變更鍍敷層的組成的實施例。藉由變更熔融鋅的成分，鋅浴的熔點下降至375℃，因此擦拭氣體的最佳溫度範圍亦發生變化。在比較例12中，與比較例1相比，可確認到更大的熔融液褶皺的產生。可認為這是由於鍍敷層成分中的Mg容易氧化，故而容易產生熔融液褶皺。在發明例10中，藉由對擦拭氣體的溫度T進行控制，可與發明例1同樣地防止熔融液褶皺缺陷。
此外，在發明例9及發明例10中，由於將氣體種類設為作為惰性氣體的氮氣，因此與發明例1相比獲得更好的外觀。
根據以上所述，藉由在適當的擦拭氣體的溫度下進行擦拭，可獲得熔融液褶皺缺陷防止效果。
1‧‧‧鋼帶
2‧‧‧管嘴
3‧‧‧鍍敷槽
4‧‧‧熔融金屬
5‧‧‧沉沒輥
6‧‧‧氣體擦拭噴嘴
6a‧‧‧氣體擦拭噴嘴的上噴嘴構件
6b‧‧‧氣體擦拭噴嘴的下噴嘴構件
7‧‧‧測距儀
8‧‧‧控制裝置（CU）
9‧‧‧氣體加熱裝置
B‧‧‧氣體擦拭噴嘴間隙
D‧‧‧鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離
圖1是作為本發明的一實施形態的連續熔融鍍金屬鋼帶的製造設備的概略圖。 圖2是作為本發明的一實施形態的氣體擦拭噴嘴的前端的放大圖。 圖3是表示D/B值與擦拭氣體的溫度T的關係中的有無熔融液褶皺產生的曲線圖。 圖4是現有的連續熔融鍍金屬鋼帶的製造設備的概略圖。
1‧‧‧鋼帶
2‧‧‧管嘴
3‧‧‧鍍敷槽
4‧‧‧熔融金屬
5‧‧‧沉沒輥
6‧‧‧氣體擦拭噴嘴
7‧‧‧測距儀
8‧‧‧控制裝置(CU)
9‧‧‧氣體加熱裝置

Claims (6)

  1. 一種連續熔融鍍金屬方法，將鋼帶連續地浸漬於熔融鍍金屬浴中，自氣體擦拭噴嘴對剛從所述熔融鍍金屬浴拉出後的所述鋼帶噴附氣體而對鍍敷附著量進行控制，並且根據D/B值，對自所述氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度T進行控制，所述D/B值是以所述氣體擦拭噴嘴前端與鋼帶的距離D和所述氣體擦拭噴嘴間隙B的比表示。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的連續熔融鍍金屬方法，其中自所述氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體為惰性氣體。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的連續熔融鍍金屬方法，其中當將所述熔融鍍金屬浴的熔融金屬的熔點設為TM 時，根據D/B值將擦拭氣體的溫度T控制在下述式（1）的範圍內，T：自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度[℃]； TM ：熔融金屬的熔點[℃]； D：鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離[m]； B：氣體擦拭噴嘴間隙[m]； c1 、c2 、c3 ：常數。
  4. 一種熔融鍍鋅鋼帶，藉由如申請專利範圍第1項至第3項中任一項所述的連續熔融鍍金屬方法而製造，在鋼帶表面上具有Al-Zn系鍍敷層，所述Al-Zn系鍍敷層含有Al：1.0質量%～10質量%、Mg：0.2質量%～1.0質量%、Ni：0.005質量%～0.10質量%且剩餘部分包含Zn及不可避免的雜質。
  5. 一種連續熔融鍍金屬設備，包括：測距儀，以非接觸方式對鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離進行測定；控制裝置，根據由所述測距儀測定的距離D及所述氣體擦拭噴嘴的間隙B，計算出自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的目標溫度T；以及氣體加熱裝置，使自氣體擦拭噴嘴噴射的氣體升溫至由所述控制裝置算出的目標溫度T。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的連續熔融鍍金屬設備，其中所述目標溫度T是根據D/B值而由以下的式（1）而算出，所述D/B值是以由所述測距儀測定的距離D及所述氣體擦拭噴嘴的間隙B的比表示，T：自氣體擦拭噴嘴噴射的擦拭氣體的溫度[℃]； TM ：熔融金屬的熔點[℃]； D：鋼帶與氣體擦拭噴嘴前端的距離[m]； B：氣體擦拭噴嘴間隙[m]； c1 、c2 、c3 ：常數。
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