(57)【要約】【課題】  ボトムドロスを巻き上げる流れの生成を防止できる連続溶融金属めっき用シンクロールを提供する。また、鋼帯表面へのドロス付着の問題を改善できる連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供する。【解決手段】  筒状の胴部と、前記胴部の両端部に胴部と一体化した側板、とを備えて中空円筒形状をなし、連続溶融金属めっき装置のめっき浴槽中に配置され、前記めっき浴槽に導入した鋼帯を前記胴部の外周に沿わせて移送するシンクロールにおいて、前記側板は、前記胴部の両端部に各々間隔をあけて複数配置され、前記複数の側板の各々は外周側にロール内部と外部とを連通する開口穴が設けられている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の胴部と、前記胴部の両端部に胴部と一体化した側板とを備えて中空円筒形状をなし、連続溶融金属めっき装置のめっき浴槽中に配置され、前記めっき浴槽に導入した鋼帯を前記胴部の外周に沿わせて移送するシンクロールにおいて、前記側板は、前記胴部の両端部に各々間隔をあけて複数配置され、前記複数の側板の各々は外周側にロール内部と外部とを連通する開口穴が設けられていることを特徴とする、連続溶融金属めっき装置のシンクロール。
【請求項２】
前記開口穴は、各々の側板に１つまたは複数設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の連続溶融金属めっき装置のシンクロール。
【請求項３】
前記胴部の両端部に備えられた側板の数は各々２であり、ロール外部に面する側板の厚さd1、ロール内部に面する側板の厚さd2は、d1≦d2を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の連続溶融金属めっき装置のシンクロール。
【請求項４】
請求項１乃至３のうちのいずれかの項に記載のシンクロールを装着したことを特徴とする連続溶融金属めっき装置。
【請求項５】
請求項４に記載の連続溶融金属めっき装置を用いて溶融金属めっき処理を施すことを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は連続溶融金属めっき用シンクロール、連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融金属めっき装置には、図６に示すように、溶融金属を満たしためっき浴槽21中の下部に、浴中ロールとしてのシンクロール22が配置されている。このシンクロール22は、連続溶融金属めっき装置のロール支持部23に水平状態で支持され、軸受けを介して回転自在に配置されている。所定の通板速度でめっき浴槽21中に進入してきた鋼帯24は、浴槽下部のシンクロール22の外周上を周回して進行方向が転換され、浴槽外部に引き上げられることで、連続的にめっき付着処理が行われる。
【０００３】
前記シンクロールには種々の形状のものがあるが、円筒状の胴部の両端部に一対の側板を一体化した中空円筒形状のシンクロールが知られている。この形状のシンクロールは、通常、ロール中空部と外部とが連通するように側板に開口穴を設けており、めっき浴槽中に配置したときに開口穴からロール中空部に溶融金属を流入させることで浮力の発生を抑制し、めっき浴槽から引き上げるときに開口穴からロール中空部の溶融金属を外部に排出させることで引上げ作業を容易にしている。
【０００４】
ところで、溶融Zn系めっきや溶融Al系めっきなどの溶融金属めっきを行う際に、溶融金属めっきを行うめっき浴槽中では、鋼帯から溶出したFeがめっき浴槽中の溶融金属と反応し、ドロスと呼ばれる不純物が生成される。このドロスは、一部はめっき浴槽の底部に堆積し、ボトムドロスを形成する。
【０００５】
めっき浴槽の底部に堆積したボトムドロスがめっき浴槽中に巻き上げられると鋼帯の表面に付着する。付着したドロスは、プレスブツと呼ばれる表面不均一部分を生じさせ、美観を悪化させるだけでなく、耐食性も劣化させることから、ドロス付着を防止することが必要である。
【０００６】
めっき浴槽底部に堆積したボトムドロスがめっき浴槽中に巻き上げられる理由の一つは、回転するシンクロールの側板に設けられた開口穴によって溶融金属中にボトムドロスを巻き上げる流れが発生するためである。
【０００７】
特許文献１には、シンクロールの側板に設けられた開口穴に、平滑面を有する邪魔板を配することで、ボトムドロスを巻き上げる流れを生成しないようにしたシンクロールが開示されている。しかし、この邪魔板は、側板に張り出すような形で設置されるため、シンクロールの回転抵抗が大きくなり、シンクロールが空転するおそれがあるだけでなく、開口穴の開口面積を狭くしたことで、シンクロールのメンテナンス時に、めっき操業中にロール中空部分に堆積したドロスを除去する作業を著しく阻害する問題がある。
【特許文献１】実開平5-54547号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ボトムドロスを巻き上げる流れの生成を防止できる連続溶融金属めっき用シンクロールを提供することを目的とする。また、本発明は、鋼帯表面へのドロス付着の問題を改善できる連続溶融金属めっき装置および連続溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、シンクロールの側板に設けられた開口穴の形状及び溶融金属の流れについて種々の検討を行った結果、開口穴壁面の面積を小さくすることで、開口穴に起因する溶融金属浴内の流れを低減できることが分かった。開口穴壁面の面積を小さくするためには、穴の大きさを小さくする、側板の厚みを薄くするなどの方法が考えられる。しかし、開口穴を小さくすると、メンテナンスのためにシンクロールを溶融金属めっき装置の浴から引き上げるときに目詰まりを起こすおそれがあり、また側板の厚みを薄くするとシンクロールの剛性が下がるため鋼帯の安定通板のためには好ましくない。そこで、開口穴の目詰まりのおそれがなく、また剛性を低下させないシンクロールの構造について鋭意検討し、本発明に至った。
【００１０】
上記課題を解決する本発明の要旨は次のとおりである。
【００１１】
第１発明は、円筒状の胴部と、前記胴部の両端部に胴部と一体化した側板とを備えて中空円筒形状をなし、連続溶融金属めっき装置のめっき浴槽中に配置され、前記めっき浴槽に導入した鋼帯を前記胴部の外周に沿わせて移送するシンクロールにおいて、前記側板は、前記胴部の両端部に各々間隔をあけて複数配置され、前記複数の側板の各々は外周側にロール内部と外部とを連通する開口穴が設けられていることを特徴とする、連続溶融金属めっき装置のシンクロールである。
【００１２】
第２発明は、第１発明において、前記開口穴は、各々の側板に１つまたは複数設けられていることを特徴とする、連続溶融金属めっき装置のシンクロールである。
【００１３】
第３発明は、第１または第２発明において、前記胴部の両端部に備えられた側板の数は各々２であり、ロール外部に面する側板の厚さd1、ロール内部に面する側板の厚さd2は、d1≦d2を満たすことを特徴とする、請求項１または２に記載の連続溶融金属めっき装置のシンクロールである。
【００１４】
第４発明は、第１乃至第３発明のうちのいずれかに記載のシンクロールを装着したことを特徴とする連続溶融金属めっき装置である。
【００１５】
第５発明は、第４発明に記載の連続溶融金属めっき装置を用いて溶融金属めっき処理を施すことを特徴とする連続溶融金属めっき鋼板の製造方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシンクロールを装着した連続溶融金属めっき装置は、シンクロールの側板に設けた開口穴によって発生する溶融金属の流れの流速が小さくなり、ボトムドロスの巻き上げが防止されるため、溶融金属めっき鋼板を製造する際のドロス欠陥を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者等は、シンクロールの側板に設けられた開口穴の形状及び溶融金属の流れについて種々の検討を行った。その結果、開口穴に存在する溶融金属は、開口穴の壁面によって押されることで強い遠心力を受け、遠心力を受けた溶融金属は、開口穴の外部に流出し、めっき浴槽内の流れとなってドロスを巻き上げ、巻き上げたドロスを鋼板走行路に運搬すること、またシンクロールの側板に設けられた開口穴壁面の面積を小さくすることで、開口穴に起因する溶融金属浴内の流れを弱くできることが分かった。
【００１８】
開口穴壁面の面積を小さくするためには、穴の大きさを小さくする、側板の厚みを薄くするなどの方法が考えられる。しかし、開口穴を小さくすることは、ドロスを巻き上げる流れの低減という観点からは有用な方法であるが、メンテナンスのためにシンクロールを溶融金属めっき装置の浴から引き上げるときに、目詰まりを起こすおそれがあり、また、側板の厚みを薄くすることは、シンクロールの剛性を下げることにつながり、鋼帯の安定通板のためには好ましくない。
【００１９】
そこで、開口穴の目詰まりのおそれがなく、また剛性を低下させないシンクロールの構造についてさらに検討し、側板を多重構造とすることを思いついた。側板を多重構造としたシンクロールの流れについて調査したところ、最外部に配置された側板の開口穴壁面だけが開口穴の外部に流出する溶融金属の流れ（本明細書では、シンクロール開口部随伴流とも記載する。）の形成に影響を与え、それより内部の側板の開口穴壁面は溶融金属浴中の流れに影響しないことがわかった。したがって、従来単板であった側板を多重構造とすることで、各々の側板厚さを薄くした上で、所要の剛性を容易に確保できる。また、多重構造の側板では、最外部側板の厚さを単板からなる側板の厚さよりも薄くできるので、開口穴を小さくせずとも、開口穴の壁面面積を小さくできる。壁面面積を小さくすることで、開口穴に存在する溶融金属が、開口穴の壁面によって押されることで受ける遠心力が低減され、開口穴の外部に流出する溶融金属の流れが弱くなり、めっき浴槽底部に堆積したボトムドロスを巻き上げる流れが生成されにくくなる。このように、側板を多重構造としたシンクロールでは、開口穴の目詰まり、剛性低下の問題を解消して、ボトムドロスを巻き上げる流れを抑制することができる。
【００２０】
以下、本発明の連続溶融金属めっき装置に装着されるシンクロールの実施形態について側板が二重である場合を例に挙げて図面を参照して説明する。なお、以下の記載において、二重構造の側板とは、側板が２重に設置されていることを意味しており、また単板構造とは側板が１枚であることを意味している。
【００２１】
図１は、本発明のシンクロールの第１の実施の形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）はシンクロールの各側板に設けられた開口穴の位置関係を説明する斜視図である。図２は、図１のシンクロールに二重に設置された側板の各々に設けられた開口穴を説明するための側板の開口穴及びその近傍部分を拡大して示した斜視図である。
【００２２】
本実施形態のシンクロール1は、円筒状の胴部2と、この胴部2の両端開口部を閉塞しながら胴部2と一体化され、シンクロールの外部と接している外部側板3およびロール中空部6に接している内部側板4とからなる円形状の１対の側板を、胴部の両端部に各々１対ずつと、さらに外部側板3および内部側板4の中心に取り付けられた回転軸5とを備えており、内部にロール中空部6が設けられている。
【００２３】
シンクロール1の外部側板3には、ロール中空部6側と外部とを連通する開口穴7が複数個形成されており、同様に、シンクロール1の内部側板4には、ロール中空部6と外部側とを連通する開口穴8が複数個形成されている。本実施形態では、ロール軸長方向に見たときに、外部側板3の開口穴7と内部側板4の開口穴8の位置が一致するように間隔を開けて設けられている。
【００２４】
側板が二重構造のシンクロールを装着した溶融金属めっき装置では、外部側板3の開口穴7のみがドロスを巻き上げるシンクロール開口部随伴流の生成に関与する。側板を二重構造としたことで、ロール剛性を低下させることなく、外部側板3の厚さを単板構造の場合より薄くして開口穴７の壁面面積を小さくすることができ、それによって外部側板3の開口穴7の外部に流出するシンクロール開口部随伴流を弱めることができる。
【００２５】
シンクロール開口部随伴流を弱める観点からは外部側板3の厚さが薄い方が好ましく、またロール剛性を確保する観点からは内部側板４の厚さは厚くすることが好ましい。外部側板3の厚みをd1、内部側板4の厚みをd2としたとき、厚さd2、d1は、ロール剛性、シンクロール開口部随伴流を抑制することを考慮して適宜の厚さに設定できるが、外部側板3の厚みd1、内部側板4の厚みd2が、d1≦d2の関係を満たすことが好ましい。これによって、シンクロール剛性の確保とシンクロール開口部随伴流の抑制をより効果的に行うことができる。
外部側板3と内部側板4の間隔Dが小さすぎると、内部側板4の開口穴8の壁面によって遠心力を受けた流れが外部側板3の開口穴7の外部に流出するシンクロール開口部随伴流に影響を与えて強い随伴流が形成されるようになる。開口穴8の壁面によって遠心力を受けた流れが、開口穴7の外部に流出するシンクロール開口部随伴流に影響を与えないようにするには、間隔Dは5mm以上が好ましい。間隔Dの上限は特に限定されないが、シンクロール製造時の加工の容易さを考慮し、300mm程度以下が好ましい。  開口穴7、8の形状、寸法、個数は特に限定されない。通常採用されているものであってもよい。個数は１個以上あればよい。側板の形状も特に限定されない。
【００２６】
このシンクロール1を連続溶融金属めっき装置のめっき浴槽内に配置する場合、開口穴7および8からロール中空部6に溶融金属が流入してシンクロール1の浮力の発生が抑制され、まためっき浴槽から引き上げる際は、開口穴7および8からロール中空部6の溶融金属が外部に排出されるので、シンクロール1の引き上げ作業も容易である。
【００２７】
図３は、本発明のシンクロールの第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）はシンクロールの各側板に設けられた開口穴の位置関係を説明する斜視図である。図１に示したシンクロールとは、シンクロール1を回転軸5と同じ方角から見たときの、外部側板3の開口穴7と内部側板4の開口穴8の位置関係が相違する。本実施形態では、外部側板3の隣り合う開口穴7、７の中間位置に内部側板4の開口穴8が配置された位置関係となっている。本実施形態に係るシンクロールでも図１に示したシンクロールと同様の作用効果を奏する。
【００２８】
実ラインのめっき浴槽の溶融金属の流れを、数値流体解析モデルを使用した流れのシミュレーションで評価できる。図４に示す数値流体解析モデル9は、溶融亜鉛12を満たしている浴槽11と、8.89rad/s（ロール径：φ750mmで通板速度200mpmに相当する）の回転速度で回転するシンクロール10とを備えている。図４に示す数値流体解析モデル9を使用して、側板構造の異なるシンクロール10について、発生する溶融金属の流れをコンピュータ上のシミュレーションで評価した。実験条件を表１に示す。実験（ａ）は従来のシンクロールを使用した例、実験（ｂ）〜（ｄ）は本発明のシンクロールを使用した例である。実験（ｂ）および（ｄ）は、外部側板と内部側板の開口穴の位置が一致しており、実験（ｃ）は外部側板と内部側板の開口穴の位置が互い違いになっている。なお、実験（ａ）〜（ｄ）では、1枚の側板あたり８つの開口穴が設けられている。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
本実験で得られた溶融亜鉛の流れの評価結果を図５に示す。図５は、シンクロール10の付近にできる溶融亜鉛の流れのうち、シンクロール10の回転軸を通る鉛直平面での、鉛直方向の流速成分のみの分布を等高線表示したもので、紙面の上方向がプラスの速度として、下方向がマイナスの速度として表示されている。
【００３１】
図５によれば、実験（ａ）（従来例）に比べ、実験（ｂ）〜（ｄ）のいずれの場合も、シンクロールから上方あるいは下方(つまり鉛直方向の外側)へ流れる速度が小さくなっており、本発明例のシンクロールは、従来例のシンクロールに比べて、シンクロール開口部随伴流の発生を抑制する作用が優れることがわかる。
【００３２】
シンクロールから上方あるいは下方へ流れる流れの速度が大きい場合、浴槽中の底面に堆積しているボトムドロスを巻き上げることになり、一方シンクロールから上方あるいは下方へ流れる流れの速度が小さい場合、ボトムドロスの巻き上げが防止される。本実験から分かるように、本発明に係るシンクロールを使用した連続溶融金属めっき装置ではドロス付着による鋼板の欠陥を低減させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明のシンクロールは、鋼板表面へのドロス付着を低減できる連続溶融金属めっき装置に装着されるシンクロールとして利用することができる。
本発明の連続溶融金属めっき装置は、鋼板表面へのドロス付着を低減できる高品質なめっき鋼板の製造装置として利用することができる。
本発明の連続溶融金属めっき鋼板の製造方法は、鋼板表面へのドロス付着を低減できる高品質なめっき鋼板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】
【００３４】
【図１】本発明のシンクロールの第１の実施の形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）はシンクロールの各側板に設けられた開口穴の位置関係を説明する斜視図である。
【図２】図１のシンクロールに二重に設置された側板の各々に設けられた開口穴を説明するための側板の開口穴及びその近傍部分を拡大して示した斜視図である。
【図３】本発明のシンクロールの第２の実施の形態を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は軸方向断面図、（ｃ）はシンクロールの各側板に設けられた開口穴の位置関係を説明する斜視図である。
【図４】コンピュータ上のシミュレーションに使用する数値流体解析モデルである。
【図５】シンクロールの付近にできる溶融亜鉛の流れのうち、シンクロールの回転軸を通る鉛直平面での、鉛直方向の流速成分のみの分布を表示した図である。
【図６】連続溶融金属めっき装置の要部を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３５】
1    シンクロール
2    胴部
3    外部側板
4    内部側板
5    回転軸
6    ロール中空部
7    外部側板の開口穴
8    内部側板の開口穴
9    数値流体解析モデル
10    シンクロール
11    浴槽
12    溶融亜鉛
13    シンクロール側板
14    シンクロール胴部
21    めっき浴槽
22    シンクロール
23    ロール支持部
24    鋼帯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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