(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属めっき槽から連続的に引き上げられる鋼帯に対し、溶融金属めっき槽上方で鋼帯を挟んでその両面に対向配置したガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、めっき浴面より下方かつ浴内サポートロールの上方に、鋼帯の両側に鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロールを備え、該溶融金属絞りロールは鋼帯との最近接位置での回転方向が鋼帯進行方向と逆方向となるように駆動されることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、鋼帯通板速度Ｖｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロール直径Ｄ［ｍ］、溶融金属絞りロール回転速度Ｖｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯と溶融金属絞りロールの最近接距離Ｓ［ｍｍ］は下式（１）を満足することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【数１】
0005194613.tif 000005
【請求項３】
鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロールは、鋼帯幅方向中央部のロール直径に対して、鋼帯幅方向両端部のロール直径が大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置を用いて鋼帯に溶融金属めっきを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属めっきプロセスにおいて、溶融金属スプラッシュ飛散を軽減可能な溶融金属めっき鋼帯の製造装置及び溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融めっきプロセス等においては、一般的に図５に示すように、めっき槽８内に満たした溶融金属めっき浴７に鋼帯２を浸漬させシンクロール６で方向転換した後、該鋼帯２を鉛直上方に引き上げる工程の後に、鋼帯表面に付着した溶融金属が板幅方向および板長手方向に均一に所定のめっき厚になるように、この鋼帯２を挟んで対向して設けた鋼帯幅方向に延在するガスワイピングノズル３から加圧気体を鋼帯上に噴出させて、余剰な溶融金属を絞り取り、溶融金属の付着量（めっき付着量）を制御するガスワイピング装置が設けられている。
【０００３】
ガスワイピング部での鋼帯走行位置を安定化させるために、通常、シンクロール６上方の浴面下に浴内サポートロール５が配置され、また合金化処理等を行う場合は必要に応じてガスワイピングノズル３上方に浴上サポートロール４が設置される。
【０００４】
ガスワイピングノズル３は、多様な鋼帯幅に対応すると同時に鋼帯引き上げ時の幅方向のズレなどに対応するため、通常、鋼帯幅より長く、すなわち鋼帯２の幅端部より外側まで延びている。このようなガスワイピング装置では、鋼帯２に衝突した噴流の乱れによって鋼帯下方に落下する溶融金属が周囲に飛び散る、いわゆるスプラッシュが発生して、鋼帯の表面品質の低下を招く。
【０００５】
また、連続プロセスにおいて、生産量を増加させるには、鋼帯通板速度を増加させればよいが、連続溶融めっきプロセスにおいてガスワイピング方式でめっき付着量を制御する場合、溶融金属の粘性により、ライン速度の増加に伴って鋼帯のめっき浴通過直後の初期付着量が増加するため、めっき付着量を一定範囲内に制御するには、ワイピングガス圧力をより高圧に設定せざるを得ず、それによってスプラッシュが大幅に増加し、良好な表面品質を維持できなくなる。
【０００６】
上記の問題を解決するため、溶融金属めっき槽からガスワイピングノズルに到達するまでの間で鋼帯に随伴する余剰な溶融金属をある程度削減してめっき浴通過直後の初期付着量を低減しておく方法が以下の通り開示されている。
【０００７】
特許文献１には、めっき液中サポートロールとガスワイピングノズルとの間に、鋼帯の両面に非接触で対向する溶融金属絞り部材を設けて余剰めっきを取り除いた後に、ガスワイピングでめっき厚を調整する装置で、該溶融金属絞り部材の形状は、矩形あるいは下端ほど鋼帯表裏面との距離が広くなる導入部を有する形状あるいは円柱体が望ましく、該溶融金属絞り部材の設置位置は、めっき液面の上下にまたがる位置が最も望ましいとする溶融金属めっき装置が開示されている。
【０００８】
特許文献２には、めっき液面から出たところに、鋼帯両面に鋼帯に対して傾斜させたブレード掻き取り装置を設けて余剰めっきを取り除いた後に、ガスワイピングノズルでめっき厚を調整する装置で、該ブレードの鋼帯に最も近接する部分が直径３０ｍｍ以下の丸みを有することが特徴の溶融金属めっき装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００４−７６０８２号公報
【特許文献２】特開２００５−１５８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１に開示された方法では、該溶融金属絞り部材がめっき浴面より上側あるいはめっき液面の上下にまたがる場合に、ガスワイピングによって最終的に取り除かれる溶融金属が下方に流れ落ちて、鋼帯と溶融金属絞り部材との隙間に液だまりを形成してしまい、その液溜まりの高さからガスワイピングまでの距離が短いために結果的に絞り効果が小さいこと、また、溶融金属絞り部材に固着して固体化した金属が鋼帯に付着して表面欠陥が発生するなどの問題があった。一方、溶融金属絞り部材をめっき槽内に配置した場合でも、溶融金属絞り部材の下端ほど鋼帯との距離が広くなる形状にすることによって、図６のように鋼帯２と溶融金属絞り部材２１間で流路が徐々に狭くなるため溶融金属が集中して流れ込んで流速が局所的に増加し、めっき絞り効果が小さくなる。
【００１０】
また、特許文献２に開示された方法では、例えブレードを傾斜させて鋼帯先端部に丸みを与えても、特許文献１と同様に上端に液だまりができてしまうためにそこからガスワイピングまでの距離が短いために結果的に絞り効果が小さくなる。
【００１１】
本発明は、上記問題点を考慮し、通常通板速度においても、また高速通板時においても、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる溶融金属めっき鋼帯製造設備を提供することを課題とする。
【００１２】
また、本発明は、通常通板速度においても、また高速通板時においても、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる鋼帯の製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者らは、シンクロールからガスワイピングノズルまでの間に、余剰な溶融金属を取り除くための溶融金属絞り部材を設置するにあたり、前記のように液溜まり位置とガスワイピング位置との距離が短いことで結果的に余剰めっき量を削減できない問題が発生することから、溶融金属絞り部材はめっき液面より下側に設置するのが最良であるとの結論に至った。しかしながら、溶融金属絞り部材の断面形状が従来技術のままではめっき絞り効果は小さい。そこで、めっき槽から出た鋼帯に付随する溶融金属の量を効果的に削減するべく、溶融金属絞り部材周辺の溶融金属の流れを模擬する水モデル装置を用いて、詳細な流動解析を行った。その結果、鋼帯に付随して持上げられる溶融金属の量に影響しているのは、鋼帯表面近傍で鋼帯進行方向に流れるいわゆる随伴流であり、この流れを減少させるほど効果的であることがわかった。
【００１４】
本発明者らは、以上の知見に基づいて、鋼帯に付随する余剰な溶融金属を取り除くための溶融金属絞り部材形状などについて鋭意検討を重ねた結果、溶融金属絞り部材として、鋼帯に非接触で鋼帯進行方向と逆方向に回転させるロールを配置することを着想し、以下の特徴を有する発明を完成させた。
【００１５】
［１］溶融金属めっき槽から連続的に引き上げられる鋼帯に対し、溶融金属めっき槽上方で鋼帯を挟んでその両面に対向配置したガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、めっき浴面より下方かつ浴内サポートロールの上方に、鋼帯の両側に鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロールを備え、該溶融金属絞りロールは鋼帯との最近接位置での回転方向が鋼帯進行方向と逆方向となるように駆動されることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【００１６】
［２］  ［１］に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置において、鋼帯通板速度Ｖｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロール直径Ｄ［ｍ］、溶融金属絞りロール回転速度Ｖｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯と溶融金属絞りロールの最近接距離Ｓ［ｍｍ］は下式（１）を満足することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【００１７】
【数１】
0005194613.tif 000002
【００１８】
［３］鋼帯と非接触で配置された溶融金属絞りロールは、鋼帯幅方向中央部のロール直径に対して、鋼帯幅方向両端部のロール直径が大きいことを特徴とする［１］又は［２］に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置。
【００１９】
［４］  ［１］〜［３］のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯の製造装置を用いて鋼帯に溶融金属めっきを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、めっき浴中に設けた溶融金属絞りロールによって鋼帯に付随する余剰なめっき金属を削減した後にガスワイピングでめっき厚を調整できるので、スプラッシュの発生量を大幅に低減できる。また従来技術では通板速度を上昇するとスプラッシュの発生量が大幅に増加したが、本発明によれば、通板速度を大幅に上昇してもスプラッシュの発生を抑制でき、表面欠陥の無いめっき鋼帯を高い生産性を維持して製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、説明済みの図に示された部分の作用と同じ作用の部分には同じ符号を付してその説明を省略する。図１は、本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一実施形態を示す断面図である。図１において、１は鋼帯に付随する余剰な溶融金属を取り除くための溶融金属絞りロールである。溶融金属絞りロール１は、浴面下でかつ浴内サポートロール５より上方に、鋼帯２の両側に配置され、鋼帯面から所定の距離離れた位置に設置されている。溶融金属絞りロール１は、鋼帯との最近接位置で鋼帯進行方向と逆方向に回転するように駆動される。図２は、図１の溶融金属絞りロール周辺及び該溶融金属絞りロール部を通過する鋼帯近傍の溶融金属の流れを説明する図である。
【００２２】
溶融金属絞りロール１の回転方向を上記のように制御すると、鋼帯２の進行に伴う随伴流１１が発生していても、それと逆方向の強制的な流れ１２を発生させるので、溶融金属絞りロール１、１間を通過した鋼帯２の随伴流１１を大幅に抑制でき、めっき浴から引き上げられる鋼帯に付随する余剰な溶融金属の量を削減できる。なお、溶融金属絞りロール１は浴内サポートロール５と平行である。
【００２３】
次に、実際の効果を得るための溶融金属絞りロール１の具体的な制御方法を検討した。図３に示すように、鋼帯２の通板速度をＶｐ［ｍ／ｓｅｃ］、溶融金属絞りロール１の直径をＤ［ｍ］、回転速度をＶｒ［ｒａｄ／ｓｅｃ］、鋼帯２と溶融金属絞りロール１の最近接距離をＳ［ｍｍ］とすると、溶融金属絞りロール１の回転によって発生する流れの有効影響範囲は、水モデル実験によりロール外周面からおよそ１０ｍｍと見積もることができたため、浴上に引き上げられる鋼帯に付随する余剰溶融金属を削減するには、下式（１）を満たしていればよいことを見出した。
【００２４】
【数２】
0005194613.tif 000003
【００２５】
式（１）の右辺が大きければ大きいほど、鋼帯に付随する余剰な溶融金属の量を削減する効果を向上させることが可能である。
【００２６】
溶融金属絞りロール１は、擦り疵を発生しない程度（通常３ｍｍ程度）まで鋼帯３に近づけてよい。
【００２７】
図４は、溶融金属絞りロール１の鋼帯幅方向の形状を示した図である。（ａ）は鋼帯幅方向全長に同じ直径である。ガスワイピングを行う際に問題になるスプラッシュは、通常、鋼帯エッジ部での発生が多い。したがって、鋼帯エッジ部の余剰な溶融金属をより多く削減できれば、スプラッシュ低減効果はより高くなる。式（１）より、鋼帯とロールの鋼帯側端部の距離Ｓを小さくするほど式（１）の右辺は大きくなるので、（ａ）のような溶融金属絞りロールを鋼帯幅方向全長に亘って鋼帯に近接化できなくても、鋼帯幅方向エッジ部分だけロール径を大きくすることで、ロールと鋼帯との距離を近接化することが可能になる。その際、（ｂ）のようにロール中央部のある範囲は一定の直径で、それより外側はテーパ状にロール径を大きくするようにしたテーパクラウンロールであってもいいし、（ｃ）のように、ロール中央部からある曲率でロール径が大きくなるようにしたラジアルクラウンロールであってもいいし、これらの組合せであってもいい。あるいは、上記以外の形態であってもかまわない。
【００２８】
図１の装置では、浴内サポートロール５は、鋼帯２の両側に配置されていたが、浴内サポートロール５は鋼帯２の一方の側に配置されていてもよい。この場合、浴内サポートロール５が配置されていない側に配置する溶融金属絞りロール１の位置は、その鉛直方向位置が、鋼帯２の一方の側に配置されている浴内サポートロール５よりも上方にあるようにすればよい。
【実施例】
【００２９】
図１に示した溶融金属めっき鋼帯の製造装置を、連続溶融亜鉛めっきラインに設置し、溶融亜鉛めっき鋼帯の製造実験を行った。溶融金属絞りロールは、鋼帯の両面に対向させ、機側に設けたサーボモータよる位置制御装置からフレームを伸ばした先に、それぞれのロールを回転させるサーボモータを設置し、このサーボモータに直結した。このような構造により、鋼帯との距離を容易に制御できるようにするとともに、溶融金属絞りロールの回転数も任意に設定可能にした。
【００３０】
上記連続溶融亜鉛めっきラインにおいて、浴面と浴面に近い側の浴内サポートロール上端との距離は８０ｍｍであったので、周辺機器との取り合いを考慮して、溶融金属絞りロール１の幅方向中央部の直径は５０ｍｍに、浴面とロール中心との距離を３５ｍｍに固定した。溶融金属絞りロールの鋼帯幅方向長さはガスワイピングノズル相当の２０００ｍｍとした。
【００３１】
溶融亜鉛めっき鋼帯製造条件は、ガスワイピングノズルのスリットギャップ０．８ｍｍ、ガスワイピングノズル−鋼帯距離７ｍｍ、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４００ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃とし、製造する鋼帯のサイズは、０．８ｍｍ厚×１．２ｍ幅、めっき付着量は片面４５ｇ／ｍ２とした。その他の製造条件および溶融金属絞りロール条件、製品品質指標となるスプラッシュ発生量の調査結果を表１に示す。スプラッシュ発生量は、各製造条件で通過した鋼帯長さに対する検査工程でスプラッシュ欠陥ありと判定された鋼帯長さの比率であり、実用上問題とならない軽度のスプラッシュ欠陥を含んでいる。
【００３２】
【表１】
0005194613.tif 000004
【００３３】
実施例１〜４は、図４（ａ）ようなロール幅方向に直径が変化しないフラットな溶融金属絞りロールの場合で、鋼帯との距離Ｓおよび回転速度Ｖｒを変化させている。いずれの実施例でも、現状の操業形態（従来装置）である比較例１の場合と比較して、スプラッシュ発生率は減少しており、さらに式（１）の右辺が大きいほどその効果は顕著であった。
【００３４】
実施例５は、図４（ｂ）のように、ロール中央部はフラットで、両端部にかけてロール直径が大きくなるテーパクラウンロールの場合である。この実施例では、ロール中央部（幅方向中央部）と鋼帯との距離は９ｍｍでも、鋼帯端部では６ｍｍ程度まで近接化できており、鋼帯端部における式（１）右辺は、実施例３と４の間になる。スプラッシュ発生率もそれに応じた結果であった。
【００３５】
実施例６、７および比較例２は、通板速度を４．０ｍ／ｓまで高速化した条件で、比較例２ではスプラッシュが多発し、操業不能な状況であったのに対し、実施例６、７では、現状の通板速度２．５ｍ／ｓの例（比較例１）より良い品質レベルでの操業が可能になった。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明の装置は、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯の製造設備として利用することができる。本発明の装置は、高速通板時にもスプラッシュの発生を抑制できるので、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯を高い生産性を維持して製造する装置として利用することができる。
【００３７】
また、本発明の鋼帯の製造方法は、スプラッシュの発生を低減し、表面外観に優れる溶融金属めっき鋼帯の製造方法として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の溶融金属絞りロール周辺及び溶融金属絞りロール部を通過する鋼帯近傍の溶融金属の流れを示す図である。
【図３】本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の溶融金属絞りロールの制御方法の説明に用いた図である。
【図４】本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の溶融金属絞りロールのロール形状を説明する平面図である。
【図５】一般的な溶融金属めっき鋼帯の製造装置を示す断面図である。
【図６】特許文献１に記載の溶融金属絞り部材の図である。
【符号の説明】
【００３９】
１    溶融金属絞りロール
２    鋼帯
３    ガスワイピングノズル
４    浴上サポートロール
５    浴内サポートロール
６    シンクロール
７    溶融金属めっき浴
８    めっき槽
１１    鋼帯進行に伴う随伴流
１２    溶融金属絞りロールの回転により生成する流れ
２１    溶融金属絞り部材
【図１】
0005194613.tif 000006
【図２】
0005194613.tif 000007
【図３】
0005194613.tif 000008
【図４】
0005194613.tif 000009
【図５】
0005194613.tif 000010
【図６】
0005194613.tif 000011