(57)【要約】焼鈍炉内における鋼板の表面酸化を確実に防止し、もってめっき性に優れる亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる連続式溶融亜鉛めっき設備を提供する。オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉を有する連続式溶融亜鉛めっき設備であって、前記焼鈍炉の炉内の雰囲気ガスを回収して水分を除去した後、再び炉内に戻す水分除去装置を有すると共に、少なくとも前記焼鈍炉の入口近傍の側壁および鋼板温度が最高となる位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁の２点のそれぞれに、炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計と炉内の雰囲気ガスを回収する排出口を配設し、かつ、前記２点の炉高方向反対側の側壁に、前記水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設することによって、焼鈍炉内全域の雰囲気ガスの露点を−４５℃以下−８０℃以上に安定して制御可能とした連続式溶融亜鉛めっき設備。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉を有する連続式溶融亜鉛めっき設備であって、
前記焼鈍炉の炉内の雰囲気ガスを回収して水分を除去した後、再び炉内に戻す水分除去装置を有すると共に、
少なくとも前記焼鈍炉の入口近傍の側壁および鋼板温度が最高となる位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁の２点のそれぞれに、炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計と炉内の雰囲気ガスを回収する排出口を配設し、かつ、
前記２点の炉高方向反対側の側壁に、前記水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設することによって、
焼鈍炉内全域の雰囲気ガスの露点を安定して−４５℃以下−８０℃以上に制御可能としたことを特徴とする連続式溶融亜鉛めっき設備。
【請求項２】
前記２点に加えて、鋼板温度が６００℃となる位置のうち、最も焼鈍炉の入口に近い炉長方向位置の炉高中央部の側壁に炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を配設し、かつ、
前記露点計を配設した炉長方向位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁に水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設してなることを特徴とする請求項１に記載の連続式溶融亜鉛めっき設備。
【請求項３】
前記供給口から供給される雰囲気ガスの流量および／または露点を、各供給口の最近接位置の露点計で測定した露点に応じて個々に調整可能としてなることを特徴とする請求項１または２に記載の連続式溶融亜鉛めっき設備。
【請求項４】
前記焼鈍炉内全域の雰囲気ガスの露点を−５０℃以下−８０℃以上に制御可能としたことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の連続式溶融亜鉛めっき設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続式溶融亜鉛めっき設備に関し、具体的には、オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉を有する、めっき性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するのに好適な連続式溶融亜鉛めっき設備に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車や家電、建材等の分野において、素材鋼板に防錆性を付与した表面処理鋼板、中でも溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板（以降、これらを総称して「溶融亜鉛めっき鋼板」という。）が広範囲に使用されるようになってきている。また、自動車の燃費向上および自動車の衝突安全性向上の観点から、車体材料を高強度化することによって薄肉化し、車体重量を軽量化しかつ車体を高強度化するため、自動車車体への高強度鋼板の適用が拡大している。【０００３】
上記溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼素材を熱間圧延し、冷間圧延した薄鋼板を素材とし、連続式溶融亜鉛めっき設備に付帯した焼鈍炉にて再結晶焼鈍した後、溶融亜鉛めっき処理を施す、あるいはさらに、めっき後の鋼板を合金化処理することにより製造されている。【０００４】
上記連続式溶融亜鉛めっき設備に付帯した焼鈍炉の加熱方式には、ＤＦＦ型（直火型）、ＮＯＦ型（無酸化型）、オールラジアントチューブ型等があるが、近年では、操業のし易さや、ピックアップが発生し難い、低コストで高品質なめっき鋼板を製造できる等の理由から、オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉を備える設備が増加している。【０００５】
一方、溶融亜鉛めっき鋼板を高強度化する手段としては、ＳｉやＭｎ等の強化元素を多量に含有させることで固溶強化する方法が多く用いられている。しかし、上記ＳｉやＭｎ等は、易酸化性成分であるため、溶融亜鉛の濡れ性（めっき性）を著しく害するという問題がある。この点、従来のＤＦＦ型やＮＯＦ型の炉では、加熱炉で積極的に鋼板表面を酸化し、鋼板内部に内部酸化層を形成して、ＳｉやＭｎ等の鋼板表面への濃化を抑制しつつＦｅ主体の酸化膜を形成した後、還元性の雰囲気で還元してからめっきを施すことで、めっき性を改善している（特許文献１等参照）。しかし、オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉には、酸化工程を設けることができないため、Ｓｉ，Ｍｎ等を含有する鋼板のめっき性を確保することができないという問題がある。【０００６】
上記問題点を解決する技術として、特許文献２には、焼鈍炉内温度が６００℃以上の温度域を雰囲気中の露点を−４０℃以下に制御することで、鋼板表層の内部酸化を抑制し、Ｓｉ，Ｍｎ等を多量に含有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する技術が開示されている。しかしながら、この技術は、露点を−４０℃以下に制御することが開示され、その具体的な達成手段については、炉内の水分を吸収剤で吸収除去する、といったことが開示されるものの、炉内雰囲気ガスの露点を安定して−４０℃以下とすることは困難であった。そのため、単に特許文献２の技術のみでは、めっき性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することはできないという問題がある。【０００７】
なお、炉内雰囲気ガスの露点温度を制御する技術としては、特許文献３には、連続的に導入される金属薄帯を、還元性雰囲気にて直接的に加熱し、冷却する焼鈍炉に、炉壁の内張耐火物と外壁鉄皮との境界部に通気パイプを配設し、その通気パイプを通じて炉内のガスを炉外に排出すると共に、排出したガス中の水分や酸素を除去して清浄化したのち炉内に再供給する炉内ガスの循環装置を付設した焼鈍炉が開示されている。しかし、この技術は、ステンレス鋼用の光輝焼鈍炉における操業開始時および補修後の再開時の立ち上げ所要時間の短縮を目的としており、鋼板表面のめっき性の改善については言及が一切ない。また、炉内および炉入側・出側から排出したガスは、不純物成分を除去した後、冷却帯へ供給しており、炉内への直接的な供給はない。しかも、炉内からの雰囲気ガスの排出は、耐火物の乾燥後（操業時）には行っていない。さらに、排出ガスの露点温度の測定は行っているが、炉内の露点温度は測定していない。したがって、炉内の露点温度分布は不明のままである。【０００８】
また、特許文献４には、無酸化炉を有する連続式溶融亜鉛めっき設備で鋼中Ｓｉ濃度が０．２〜２．０ｍａｓｓ％の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法において、無酸化炉の燃焼空気比と還元炉の雰囲気の露点を調整することにより鋼板表面の酸化皮膜厚を制御することで、めっき性を改善する技術が開示されている。しかし、この技術は、露点を制御することを開示しているものの、無酸化炉と還元炉による表層酸化還元反応により、めっき性を向上させる技術であり、鋼板表層を積極的に還元しないオールラジアントチューブ加熱方式の炉に適用できる技術ではない。【０００９】
また、特許文献５には、金属帯用連続還元性雰囲気焼鈍装置において、雰囲気ガスを循環させ、かつ水分を吸着するリファイニング装置を備える循環経路を設けることが開示されている。しかし、この焼鈍装置におけるリファイニング装置は、薄ゲージ材と厚ゲージ材の切換え時の金属板表面の着色不良を防止することを目的としており、めっき性を改善するためのものではない。しかも、雰囲気ガスの露点を制御することについては何ら検討されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開昭５５−１２２８６５号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５５１００号公報
【特許文献３】特開平０４−１１６１２７号公報
【特許文献４】特開平０５−２７１８９１号公報
【特許文献５】特開平１１−２３６６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、焼鈍炉内における鋼板の表面酸化を確実に防止し、これによりめっき性に優れる亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる連続式溶融亜鉛めっき設備を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
発明者らは、上記の課題を解決するべく鋭意検討を重ねた。その結果、めっき性に優れる溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造するためには、焼鈍炉内温度が６００℃以上の雰囲気ガスの露点を−４０℃以下に制御するだけでは不十分であり、焼鈍炉の入口から出口に至るまでの全ての位置における雰囲気ガスの露点を−４５℃以下−８０℃以上に制御する必要があることを見出し、本発明を完成させるに至った。【００１３】
すなわち、本発明は、オールラジアントチューブ加熱方式の焼鈍炉を有する連続式溶融亜鉛めっき設備において、前記焼鈍炉の炉内の雰囲気ガスを回収して水分を除去した後、再び炉内に戻す水分除去装置を有すると共に、少なくとも前記焼鈍炉の入口近傍の側壁および鋼板温度が最高となる位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁の２点のそれぞれに、炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計と炉内の雰囲気ガスを回収する排出口を配設し、かつ、前記２点の炉高方向反対側の側壁に、前記水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設することによって、焼鈍炉内全域の雰囲気ガスの露点を−４５℃以下−８０℃以上に安定して制御可能としたことを特徴とする連続式溶融亜鉛めっき設備である。【００１４】
本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備は、前記２点に加えて、鋼板温度が６００℃となる位置のうち、最も焼鈍炉の入口に近い炉長方向位置の炉高中央部の側壁に炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計を配設し、かつ、前記露点計を配設した炉長方向位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁に水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設してなることを特徴とする。【００１５】
また、本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備は、前記供給口から供給される雰囲気ガスの流量および／または露点を、各供給口の最近接位置の露点計で測定した露点に応じて個々に調整可能としてなることを特徴とする。【００１６】
また、本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備は、前記焼鈍炉内全域の雰囲気ガスの露点を−５０℃以下−８０℃以上に制御可能としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炉内の雰囲気ガスの露点を全域において安定して−４５℃以下に制御することができるので、焼鈍時における鋼板表面の酸化を確実に防止することができるので、めっき性に優れる高品質の溶融亜鉛めっき鋼板を安定して提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、雰囲気ガスの露点が鋼板表面の酸化量に及ぼす影響を説明する図である。
【図２】図２は、従来の連続式溶融亜鉛めっき設備の焼鈍炉部分を説明する模式図である。
【図３】図３は、本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備の焼鈍炉部分を説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備の焼鈍炉部分を説明する他の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、６００℃以上の温度で鋼板を焼鈍する際、雰囲気ガスの露点が鋼板表面の酸化量に及ぼす影響を模式的に説明したものである。雰囲気ガスの露点が高くなるほど、鋼板表面の酸化量は増加するが、ある程度以上になると鋼板表面内部に酸化層が形成されてＳｉやＭｎ等の表面への拡散が抑制され、Ｆｅを主体とした酸化層が形成されるようになる。そこで、特許文献１等の従来技術は、このＦｅ主体の酸化層を還元することでめっき性を確保している。つまり、従来技術における雰囲気ガスの露点は、図１の高露点側に設定されていた。
【００２０】
しかし、本発明の溶融亜鉛めっき設備のように、付帯する焼鈍炉が、オールラジアントチューブ加熱方式のものでは、酸化工程がないため、上記方法でめっき性を改善することはできない。そこで、特許文献２の技術は、図１の左側に図示したように、従来技術とは逆に、雰囲気ガス中の水分を吸収剤で除去して、炉内温度が６００℃以上の領域における雰囲気ガスの露点を−４０℃以下とすることで、酸化皮膜の形成を極力抑制してめっき性の改善を図っている。
【００２１】
雰囲気ガスの露点は、雰囲気ガス中に含まれる水分量に依存する。上記水分は、焼鈍炉内壁の耐火物や耐火材から放出されるものの他に、焼鈍炉入口から侵入する大気中に含まれるものや、鋼板表面に吸着して炉内に持ち込まれるものがある。前者の炉内壁から放出される水分は、定期修理等で炉を開放した際に炉壁内に取り込まれたものであり、操業時間の経過とともに徐々に低下する。一方、焼鈍炉の入口から炉内に持ち込まれる水分量は、処理材料や操業条件によって大きく変動する。そのため、場合によっては、焼鈍炉入口近傍の露点のみならず、鋼板温度が高温となり表面酸化が促進される領域の雰囲気ガスの露点にも悪影響を及ぼすようになる。
【００２２】
しかしながら、従来の焼鈍炉では、例えば、加熱帯と均熱帯とから構成される焼鈍炉（以降、加熱帯、均熱帯を含めて「焼鈍炉」という。）の場合、炉内の雰囲気ガスの露点の測定は、図２に示したように、加熱帯および均熱帯のほぼ中央部（図２のＤ点、Ｅ点）に露点計を設置して測定する程度でしかなかった。さらに、発明者らの調査によれば、鋼板温度が６００℃以上において、ＭｎおよびＳｉの表面酸化をほぼ完全に防止するには雰囲気ガスの露点を−４５℃以下に制御する必要があることが明らかとなっている。
【００２３】
そのため、特許文献２のように、炉内温度が６００℃以上の領域の雰囲気ガスの露点を−４０℃以下に制御するだけでは不十分であるだけでなく、前述したような露点の変動が起こったときには、露点を−４０℃以下に確実に維持することができない。そのため、時として、めっき皮膜の密着不良等のめっき不良が発生していた。
【００２４】
そこで、本発明は、従来技術における上記問題点を解決するべく、焼鈍炉に付帯設備として水分除去装置（リファイナ）を設置し、この水分除去装置で炉内から回収した高露点の雰囲気ガス中に含まれる水分を除去して低露点とした後、再び焼鈍炉内に供給するようにして、焼鈍炉内全領域における雰囲気ガスの露点を確実に−４５℃以下に制御できるようにしたところに特徴がある。
【００２５】
具体的には、本発明の連続式溶融亜鉛めっき設備は、図３に示したように、焼鈍炉に水分除去装置を少なくとも１基設置し、かつ、少なくとも焼鈍炉の入口近傍の側壁（図３のＡ点）および鋼板温度が最高となる位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁（図３のＢ点（炉頂側の例））の２点に、炉内雰囲気ガスの露点を測定する露点計と、炉内の高露点の雰囲気ガスを回収して前記水分除去装置に送るための排出口とを設けるとともに、上記２点の炉高方向反対側の側壁（図３のＡ´点およびＢ´点）に、水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設したものである。
【００２６】
ここで、焼鈍炉内の鋼板温度が最高となる位置（図３のＢ点）に露点計と雰囲気ガスの排出口を設置する理由は、鋼板表面の酸化は、鋼板温度が高いほど促進されるので、鋼板温度が最高となる位置の露点を確実に−４５℃以下にする必要があり、露点計で測定した雰囲気ガスの露点が高い場合には速やかに雰囲気ガスを回収して、後述する供給口から炉内に供給される低露点の雰囲気ガスを鋼板温度が最高となる位置に早期に流入させるためである。
【００２７】
なお、上記鋼板温度が最高となる位置は、均熱帯から冷却帯に移行する直前の均熱帯出口近傍であるのが通常である。したがって、図３のように、均熱帯出口が炉高方向の炉頂側にあるときには露点計と排出口を図３のＢ点側に、逆に、均熱帯出口が炉高方向の炉底側にあるときには露点計と排出口を図３のＢ´点側に、設けるのが好ましいが、この逆にしても構わない。
【００２８】
また、焼鈍炉の入口近傍（図３のＡ点）に露点計と雰囲気ガスの排出口を設置する理由は、次のとおりである。即ち、１）焼鈍炉の入口からの高露点の外気の侵入を完全に防止することはできないこと、及び、鋼板表面に吸着した水分等が鋼板と共に炉内に持ち込まれることにより、焼鈍炉の入口近傍の雰囲気ガスは必然的に高露点となるので、これらのガスを速やかに回収することで、炉内の他領域への水分の拡散を防止するためである。また、２）焼鈍炉の入口から雰囲気ガスの露点を−４５℃以下に制御しておかないと、前述した鋼板温度が最高となる位置における雰囲気ガスの露点を安定して−４５℃以下に制御することが難しくなるからである。
【００２９】
また、上記露点計と雰囲気ガスの排出口が設けられた２点の位置の炉高方向の反対側（図３のＡ´点およびＢ´点）に、水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を設ける理由は、雰囲気ガスの供給口が排出口の近傍では、供給した低露点のガスがそのまま排出されてしまうおそれがあること、及び、排出口と炉高方向の反対側から炉内に雰囲気ガスを供給することによって、炉内に雰囲気ガスの流れを形成して、炉内での雰囲気ガスの滞留を防止し、炉内全体を低露点とするためである。
【００３０】
なお、鋼板表面の酸化は、鋼板温度が６００℃以上において著しく進行するため、この温度域の露点は特に厳しく管理する必要がある。しかし、焼鈍サイクル、特に焼鈍温度は、鋼板の鋼種（成分）や製品板に要求される機械的特性によって変化させるため、鋼板温度が６００℃以上となる炉内領域もそれに伴って変化する。そこで、本発明では、鋼板温度が６００℃となる位置の露点を確実に−４５℃以下に制御するため、次のようにすることが好ましい。即ち、鋼板が最も早く昇温される焼鈍サイクルにおいて、鋼板温度が６００℃となる炉長方向位置、すなわち、鋼板温度が６００℃となる位置のうち、最も焼鈍炉の入口に近い炉長方向位置の炉高中央部の側壁（図３のＣ点）に露点計を設置し、上記露点計から０．５ｍ以上５ｍ以下と離間した位置、例えば、上記露点計を配設した炉長方向位置の炉頂側または炉底側端部近傍の側壁（図３のＣ´点）に雰囲気ガスの供給口を設け、上記露点計で測定した雰囲気ガスの露点に応じて、水分除去装置で低露点とした雰囲気ガスの供給量を調整する。これにより、鋼板温度が６００℃以上となる領域における炉内雰囲気の露点を確実に−４５℃以下に制御することが可能となる。
【００３１】
なお、本発明の焼鈍炉に設置する水分除去装置は、焼鈍炉内全域の露点を−４５℃以下とする必要性から、水分除去後の雰囲気ガスの露点を−６０℃以下にできるものであることが好ましい。−６０℃より高いと、炉内雰囲気ガスの露点を−４５℃以下にすることが難しくなる。また、図３には、水分除去装置が１基の例をしましたが、複数基設置してもよい。
【００３２】
また、図３のＡ´点、Ｂ´点およびＣ´点に設けた各雰囲気ガスの供給口から炉内に供給する雰囲気ガスは、上記Ａ´点、Ｂ´点およびＣ´点に対応した最近接位置のＡ点、Ｂ点およびＣ点で計測した露点に応じて、供給口から供給する雰囲気ガスの流量および／または露点温度を個々に制御することが好ましい。例えば、水分除去装置が１基の場合は、各供給口の雰囲気ガスの流量を、また、水分除去装置が複数基の場合は、各供給口の雰囲気ガスの流量および／または露点を、各露点計設置位置の雰囲気ガスの露点温度が−４５℃以下になるように個々に調整するのが好ましい。なお、Ｓｉ，Ｍｎの表面酸化をほぼ完全に防止する観点からは、焼鈍炉内全域の露点温度を−５０℃以下の制御することが好ましい。なお、焼鈍炉内全域の露点温度を−８０℃を超えて低くすると、リファイナーの設備が巨大となり、ランニングコストも著しく増加するため、−８０℃以上とした。
【００３３】
また、上記説明においては、本発明を実施するに当り必要最小限の露点計、および、雰囲気ガスの排出口、供給口を設置した例について示したが、例えば、図４に示したように、上記以外の箇所に設置してもよいことはもちろんである。ただし、この場合には、炉内のガスの流れを考慮し、ガスが滞留したり、供給したガスが直ぐに排出されたりしないようにする必要がある。また、図２〜４には、焼鈍炉として縦型炉を例にとって示したが、横型炉（水平炉）に本技術を適用することもできる。
【実施例】
【００３４】
露点計を焼鈍炉の加熱帯および均熱帯の中央部に設置して炉内雰囲気ガスの露点温度を−４０℃以下に管理する図２に示した焼鈍炉を有する溶融亜鉛めっき設備（比較例）と、上記図２の設備に、焼鈍炉の入口近傍の側壁および鋼板温度が最高となる位置の炉頂側端部近傍の側壁の２点のそれぞれに、炉内の雰囲気ガスの露点を測定する露点計と炉内の雰囲気ガスを回収する排出口を配設し、かつ、前記２点の炉高方向反対側の側壁に、前記水分除去装置で水分を除去した雰囲気ガスを炉内に供給する供給口を配設し、さらに、鋼板温度が６００℃となる炉長方向位置の炉高中央部の側壁に露点計と、前記露点計を配設した炉長方向位置の炉頂側部近傍（０．５〜５ｍ）の側壁に供給口を配設して、炉内雰囲気ガスの露点温度を−４５℃以下に管理する図３に示した焼鈍炉を有する溶融亜鉛めっき設備（発明例）とを用いて、溶融亜鉛めっき鋼板を工程的に製造し、焼鈍炉の均熱帯中央部（図２、図３のＥ点）における露点の平均値とそのバラつき（標準偏差）およびめっき不良の発生率を調査した。なお、上記めっき不良とは、鋼板とめっき被膜との密着性が低下したり、濡れ性が低下して鋼板表面がめっき被膜で覆われていない状態となったりすること等をいい、また、その不良率とは、全鋼板処理量に対する上記めっき不良が発生した量の割合で表した不良発生率（％）のことをいう。【００３５】
【表１】
2013150710.tif 000003
【００３６】
表１は、上記結果を示したものであり、本発明の溶融亜鉛めっき設備を用いることにより、焼鈍炉内の露点を安定して−４５℃以下に維持することができる結果、従来技術の溶融亜鉛めっき設備に対して、めっき不良の発生率を１／１０以下と大幅に低減できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の技術は、焼鈍炉を有する冷延鋼板やステンレス鋼板の連続焼鈍設備にも適用することができる。
【図１】
2013150710.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
2013150710.tif 000007
【国際調査報告】
2013150710.tif 000008
2013150710.tif 000009
2013150710.tif 000010
2013150710.tif 000011