JP3997156B2 - 金属ストリップを連続的に浸漬コーティングするプロセス、及び金属ストリップの連続高温浸漬コーティング装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、金属ストリップ、特に鋼ストリップの連続高温浸漬コーティングのプロセスおよび装置に関する。
【０００２】
多くの産業の用途で、鋼シートは、例えば腐食保護のための保護層、通常亜鉛層を施されて使用される。
【０００３】
この種のシートは多くの産業で全ての部品、特に目に見える部品の製造に使用される。
【０００４】
この種のシートを得るには、鋼ストリップを例えば亜鉛溶融金属の浴に浸漬する連続浸漬コーティング装置が使用され、この溶融金属には他の元素、例えばアルミニウムおよび鉄、および可能な添加剤、例えば鉛、アンチモンなどを含んでもよい。浴の温度は金属の性質に依存し、亜鉛の場合には浴の温度は約４６０℃である。
【０００５】
特に高温亜鉛めっきの場合、鋼ストリップが溶融亜鉛浴中に入ると、厚さ数十ナノメートルのＦｅ−Ｚｎ−Ａｌの金属間合金が前記ストリップの表面に形成される。
【０００６】
このようにしてコーティングした部品の腐食抵抗性は亜鉛によって与えられ、その厚さは通常エアーワイピングによって制御される。金属ストリップへの亜鉛の付着は前述の合金によって与えられる。
【０００７】
鋼ストリップが溶融金属浴を通る前に、この鋼ストリップは最初に還元雰囲気中でアニーリング炉を通って進むが、この目的は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が実際の浸漬コーティング作業に必要な化学反応に有利になるように準備するためである。鋼ストリップは等級によって約６５０〜９００℃で再結晶化および表面の準備に必要な時間加熱される。それは次いで熱交換器によって溶融金属浴の温度近くまで冷却される。
【０００８】
それがアニーリング炉を通過した後、鋼ストリップは「筒口（ｓｎｏｕｔ）」とも呼ばれる鋼を保護する雰囲気のダクトを通って進み、溶融金属の浴に浸漬される。
【０００９】
このダクトの下部は前記浴の表面とこのダクトの内部で液体シールが画定されるように金属浴の中へ浸漬され、鋼シートが前記ダクトを通って進むときに液体シールを通る。
【００１０】
鋼ストリップは亜鉛浴の中に浸漬されたローラによって向きを変えられる。それはこの金属浴から現れ、次いでこの鋼ストリップの液体金属コーティング厚さを制御するために用いるワイピング手段を通過する。
【００１１】
ストリップが浴から引き出されるとき、ストリップは酸化亜鉛および鋼ストリップの溶解反応に由来する湯垢で覆われた亜鉛浴の表面を通過する。
【００１２】
粒子がストリップに捕集されるのを防ぐために、ストリップが粒子を捕集しないよう、作業者の手が届く浴表面を定期的に清浄化する。
【００１３】
しかし、この手作業による清浄化の手順では、浴表面の清浄度および鋼ストリップが引き出される点に浴から浮上してくる粒子を無くすことの保障はされない。
【００１４】
このようにして、コーティングした鋼ストリップは外観の欠陥が亜鉛ワイピング作業中に拡大されあるいは出現する。
【００１５】
これは、前記粒子が取り除かれあるいは壊れる前に、異物がエアーワイピングの噴射によって混入するからであり、したがってより薄い厚みの液体亜鉛の条痕が数ｍｍから数ｃｍの範囲の長さで発生する。
【００１６】
これらの欠点を避ける１つの解決策は、酸化亜鉛および湯垢を浴からポンプで汲み出すことによって液体シールの表面を清浄化することである。
【００１７】
これらのポンプ汲み出し作業はただポンプ汲み出しを行う液体シールの表面の非常に局部的な点のみを清浄化し、その作業の効果と範囲は非常に小さく、特に鋼ストリップが液体亜鉛浴を離れる領域の完全な清浄化は保障されない。
【００１８】
本発明の一目的は、上述の欠点を回避し、外観欠陥のない表面を求める顧客が要求する、きわめて低い欠陥密度を達成することのできる、金属ストリップの連続浸漬コーティングプロセスおよび装置を提供することである。
【００１９】
本発明の主題は、金属ストリップがダクトを通って保護雰囲気中を連続的に進み、ダクトの下部が前記浴の表面とこのダクトの内部とで液体シールを画定するように液体金属浴中に浸漬され、金属ストリップが金属浴中に置かれた偏向ローラの周りで向きを変え、コーティングした金属ストリップが金属浴を離れる際にワイピングされる、液体金属浴を含むタンク中の金属ストリップの連続浸漬コーティングプロセスであって、金属ストリップが液体金属浴を離れる領域において、液体金属は前記浴表面から隔離容器（ｉｓｏｌａｔｉｎｇ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）内に隔離され、酸化金属粒子および金属間化合物粒子がこの領域から前記容器へ流れる液体金属によって回収され、この容器内の液体金属の落下高さは酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として浮上しないように決定され、前記粒子がこの容器から抜き取られることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の主題は金属ストリップの連続高温浸漬コーティング装置であって、
液体金属浴を含むタンクと、
金属ストリップが保護雰囲気中で中を進むダクトであって、そのダクトの下部が前記浴の表面とこのダクトの内部とで液体シールを画定するように液体金属浴中に浸漬されるダクトと、
金属ストリップの向きを変えるために金属浴中に置かれたローラと、
金属浴を離れる際にコーティングした金属ストリップをワイピングする手段とを含む種類の装置であり、
装置が、一方では、金属ストリップが液体金属浴を離れる領域において、この領域の液体金属を浴表面に関して隔離する容器であって、酸化金属粒子および金属間化合物粒子をこの領域から前記容器へ流れる液体金属によって回収する容器を含み、容器内の液体金属の落下高さが、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として浮上しないように５０ｍｍよりも高く、他方では前記粒子をこの容器から抜き取る手段を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の他の実施形態によれば、
容器内の液体金属の落下高さが１００ｍｍよりも高く、
容器が、金属ストリップを囲み、底および２つの同心の壁を有してそれらの間に区画を作り、前記容器の上部で開口部を画定し、外壁の上端は液体金属浴の表面の上方に位置し、内壁の上端は前記表面の下方に位置しており、
容器の内壁が、タンクの底に向かって開く（ｆｌａｒｅ）下部および金属ストリップと平行な上部を有し、
粒子を抜き取る手段が、吸引側では接続パイプを経由して容器の区画に接続され、吐出側では引き抜いた液体金属をタンクの後方に放出するパイプを備えるポンプによって形成され、
装置が、金属ストリップを容器の内壁の上端に関して位置決めする手段を含む。
【００２２】
本発明のさらなる特徴と利点は、添付の図面を参照しながら、以下の例示としての説明によって明らかになろう。
【００２３】
以下に、金属ストリップの連続亜鉛めっき装置の説明を行う。しかし、本発明は表面汚染が発生する可能性があり、清浄な液体シールを維持すべきいかなる連続浸漬コーティングプロセスにも適用される。
【００２４】
第１に、冷間圧延機を出た後、鋼ストリップ１は、冷間圧延作業に起因するかなりの硬化作業後にそれを再結晶化させ、その表面の化学的状態が亜鉛めっき作業に必要な化学反応に有利になるよう準備する目的で、還元雰囲気中アニーリング炉（図示されていない）を通過させる。
【００２５】
鋼ストリップはこの炉で例えば約６５０〜９００℃に加熱される。
【００２６】
アニーリング炉を出た後、鋼ストリップ１は図１に全体的に１０で示される亜鉛めっき装置を通過する。
【００２７】
この装置１０は、アルミニウムおよび鉄などの化学元素、および可能な添加剤、特に鉛およびアンチモンなどを含有する液体亜鉛の浴１２を収容するタンク１１を含む。
【００２８】
この液体亜鉛の浴の温度は約４６０℃である。
【００２９】
アニーリング炉を通過した後、鋼ストリップ１は熱交換器によって液体亜鉛浴の温度近くまで冷却され、次いで液体亜鉛浴１２の中に浸漬される。
【００３０】
図１に示すように、亜鉛めっき装置１０は、その中を鋼ストリップ１が鋼を保護する雰囲気中で進むダクト１３を含む。
【００３１】
このダクト１３は「筒口」とも呼ばれ、図に示す例示では長方形の断面を有する。
【００３２】
このダクト１３の下部１３ａは、前記浴１２の表面とこのダクト１３の内部で液体シール１４が規定されるように金属浴１２の中に浸漬される。
【００３３】
このようにして、鋼ストリップ１は液体亜鉛浴１２に浸漬される際に、ダクト１３の下部１３ａ中の液体シール１４の表面を通過する。
【００３４】
鋼ストリップ１は通常底ローラと呼ばれる、亜鉛浴１２中に置かれたローラ１５によって向きを変えられる。この亜鉛浴１２を出る際に、コーティングした鋼ストリップ１は、例えばエアースプレーノズル１６ａからなる、液体亜鉛コーティングの厚さを制御するための鋼ストリップ１の各両側に向けられたワイピング手段１６を通過する。
【００３５】
したがって、図１および２に示すように、装置は、ストリップ１が液体亜鉛浴１２を離れる領域１７に、この領域１７の液体亜鉛を浴１２の表面に関して隔離し酸化亜鉛粒子および金属間化合物粒子をこの領域１７から容器２０に流入する液体亜鉛によって回収する容器２０を含む。これは後に示す。
【００３６】
容器２０は金属ストリップ１を囲み、底２１、およびそれぞれ外壁２２および内壁２３である２つの同心の壁を有し、それらの間に区画２４を作る。壁２２および２３は容器２０の上部で開口２５を規定する。
【００３７】
図２に示すように、外壁２２の上端２２ａは液体亜鉛浴１２の表面の上方に位置し、内壁２３の上端２３ａはこの表面の下方に位置している。
【００３８】
容器（２０）における液体金属の落下高さは酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属の対向流として浮上しないように決定され、この落下は５０ｍｍ以上、好ましくは１００以上である。
【００３９】
内壁２３は、タンク１１の底部に向けて開く下部を有することが好ましい。容器２０の壁２２および２３は、ステンレススチールで作られ、厚さが例えば１０〜２０ｍｍである。
【００４０】
第１の実施形態によれば、図４に示すように、内壁２３の上端２３ａは直線であり、テーパ付きが好ましい。
【００４１】
第２の実施形態によれば、図５に示すように、容器２０の内壁２３の上端２３ａは長さ方向に連続的に窪み２６および突起２７を含む。
【００４２】
窪み２６および突起２７は円弧の形状をしており、前記窪みおよび前記突起との間の高さの差「ａ」は５〜１０ｍｍであるのが好ましい。加えて、窪み２６および突起２７の間の距離「ｄ」は、例えば１５０ｍｍ程度である。
【００４３】
さらにこの実施形態では内壁２３の上端２３はテーパ付きであることが好ましい。
【００４４】
図１に示すように、装置は容器２０の区画２４に集められた粒子を引き出す手段も含む。
【００４５】
これらの引き出し手段は、吸引側では接続パイプ３１を経由して区画２４に接続され、吐出側では引き抜いた亜鉛を浴１２の容積に放出するパイプ３２を備えるポンプ３０によって形成される。
【００４６】
さらに、装置は鋼ストリップ１を内壁２３の上端２３ａに関して位置決めする手段を含み、その位置決め手段はストリップのそれぞれの側に配置され互いにオフセットした２つの水平ローラ３５および３６からなる。
【００４７】
一般に、鋼ストリップ１はダクト１３および液体シール１４を経由して亜鉛浴１２に浸入し、このストリップは浴から由来する酸化亜鉛粒子および金属間化合物粒子を捕集し、このようにしてコーティングに外観の欠陥が生じる。
【００４８】
これらの粒子は、液体亜鉛浴１２中に過飽和していると、この浴の表面に浮上する液体亜鉛よりもその密度が低く、特にストリップが離れる領域１７で低い。
【００４９】
したがって、ストリップ１の引き出し時に液体亜鉛浴１２を離れる際、この鋼ストリップは酸化亜鉛および金属間化合物粒子で覆われた領域１７を通過する。
【００５０】
この欠点を回避するために、鋼ストリップ１が離れる領域１７は鋼ストリップ１を囲む容器２０の内壁２３によって縮小され、この領域１７に隔離された液体亜鉛の表面は、前記容器２０の内壁２３の上端２３ａを越えて容器２０の区画２４の中へ流れる。
【００５１】
液体亜鉛領域１７の表面に浮上し外観欠陥の原因となる粒子は容器２０の区画２４内に捕集され、この区画２４に含まれる液体亜鉛は、この領域１７からこの区画２４へ亜鉛の自然流が起きるのに十分な、一段低くなったレベルを維持するようにポンプ移送される。
【００５２】
このようにして、コーティングした鋼ストリップ１が離れる領域１７の自由表面は容器２０の内壁２３によって隔離され、この液体亜鉛表面は恒久的に補充され、区画２４からポンプ３０によって引き抜かれる液体亜鉛が放出パイプ３２によってタンク１１の後方で亜鉛浴１２に噴出される。
【００５３】
このようにして作られた効果によって、コーティングした鋼ストリップは、液体亜鉛浴１２を離れる際に、恒久的に清浄化された液体亜鉛の表面を通過し、この亜鉛浴から最小の欠陥をもって現れる。
【００５４】
容器２０の区画２４への亜鉛の流れは、亜鉛インゴットをタンク１１中に投入することで亜鉛浴１２のレベルを上昇させることによって調節される。
【００５５】
変形例によれば、区画２４への亜鉛の流れは容器２０の鉛直方向の位置を亜鉛浴１２の表面に関して変化させることによって調節される。この目的のために、この容器２０はその鉛直位置を調節する高さ調節手段を備えてもよい。これらの手段は、例えば、少なくとも１つの油圧または空圧シリンダ、あるいは他の適切な要素からなる。
【００５６】
区画２４内でレベルが下がると、これはこの区画２４に流入する亜鉛の量、したがって領域１７の亜鉛のレベルが僅かに減少することに相当してくる。
【００５７】
この減少は亜鉛が鋼ストリップ１および亜鉛浴１２の表面の湯垢によって消費されることに起因する。
【００５８】
本発明による装置の利点によって、コーティングされた鋼ストリップ表面の欠陥密度は大きく減少し、このようにして得たこのコーティング表面の品質は、部品に外観欠陥のない表面を求める顧客の要求基準を満足する。
【００５９】
本発明はいかなる金属浸漬コーティングプロセスにも適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による連続浸漬コーティング装置の側面を示す概略図である。
【図２】 本発明による、ストリップが亜鉛めっき装置を離れる点に配置された容器を拡大して示す図である。
【図３】 図２におけるライン３−３上の断面を示す図である。
【図４】 容器内壁の上端の第１の実施形態の側面を示す概略図である。
【図５】 容器内壁の上端の第２の実施形態の側面を示す概略図である。

Claims (12)

1. 金属ストリップ（１）を保護雰囲気中でダクト（１３）を通って連続的に進ませ、その下部（１３ａ）を液体金属浴（１２）に浸漬して前記浴の表面とこのダクト（１３）の内部で液体シールを画定し、金属ストリップ（１）を金属浴（１２）中に置かれた偏向ローラ（１５）の周りで方向を変え、コーティングした金属ストリップ（１）が金属浴（１２）を離れる際にワイピングされる、液体金属浴（１２）を含むタンク（１１）中で金属ストリップ（１）を連続的に浸漬コーティングするプロセスであって、
   ストリップ（１）が液体金属浴（１２）を離れる領域（１７）で液体金属が前記浴の表面から隔離容器（２０）に隔離され、該隔離容器は上端を持つ内壁を有し、容器（２０）の内壁（２３）は、タンク（１１）の底に向かって広がった下部および金属ストリップ（１）と平行な上部を有し、金属ストリップが前記隔離容器の内壁の上端に対して位置決めされており、酸化金属粒子および金属間化合物粒子がこの領域（１７）から前記容器（２０）へ流れる液体金属によって回収され、この容器内の液体金属（１２）の落下高さが、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として浮上しないように５０ｍｍよりも高く維持され、前記粒子をこの容器（２０）から抜き取ることを特徴とするプロセス。
2. 金属ストリップ（１）の連続高温浸漬コーティング装置であって、
   液体金属浴（１２）を含むタンク（１１）と、
   金属ストリップ（１）が保護雰囲気中で中を進むダクト（１３）であって、そのダクト（１３）の下部（１３ａ）が前記浴（１２）の表面とこのダクト（１３）の内部とで液体シールを画定するように液体金属浴（１２）中に浸漬されるダクトと、
   金属ストリップ（１）の向きを変えるために金属浴（１２）中に置かれたローラ（１５）と、
   金属浴（１２）を離れる際にコーティングした金属ストリップ（１）をワイピングする手段（１６）とを含む種類の装置であり、
   前記装置が、一方で、ストリップ（１）が液体金属浴（１２）を離れる領域（１７）において、この領域（１７）の液体金属を前記浴（１２）の表面に対して隔離する容器（２０）であって酸化金属粒子および金属間化合物粒子をこの領域（１７）から前記容器（２０）へ流れる液体金属によって回収する容器（２０）を含み、この容器（２０）内の液体金属（１２）の落下高さが、酸化金属粒子および金属間化合物粒子が液体金属流の対向流として浮上しないように５０ｍｍよりも高く、他方で、前記粒子をこの容器（２０）から抜き取る手段（３０）を含んでおり、
   前記容器（２０）は、金属ストリップ（１）を囲み、底（２１）および２つの同心の壁（２２、２３）を有してそれらの間に区画（２４）を作り、前記容器（２０）の上部で開口部（２５）を画定し、容器（２０）の内壁（２３）が、タンク（１１）の底に向かって広がった下部および金属ストリップ（１）と平行な上部を有し、外壁（２２）の上端（２２ａ）は液体金属浴（１２）の表面の上方に位置し、内壁（２３）の上端（２３ａ）が前記表面の下方に位置しており、
   前記装置が更に、金属ストリップ（１）を容器（２０）の内壁（２３）の上端（２３ａ）に対して位置決めする手段（３５、３６）を含んでいることを特徴とする装置。
3. この容器（２０）の液体金属の落下高さが１００ｍｍよりも高いことを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 容器（２０）の内壁（２３）の上端（２３ａ）が直線であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
5. 容器（２０）の内壁（２３）の上端（２３ａ）が、長さ方向に連続的に窪み（２６）および突起（２７）を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
6. 窪み（２６）および突起（２７）が円孤の形状をしていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 窪み（２６）と突起（２７）の間の高さの差が５〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項５に記載の装置。
8. 窪み（２６）と突起（２７）の間の距離が１５０ｍｍであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 容器（２０）の内壁（２３）の上端（２３ａ）がテーパ付きであることを特徴とする請求項２に記載の装置。
10. 装置が、容器（２０）の鉛直方向の位置を液体金属浴（１２）の表面に関して調節する手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
11. 粒子を抜き取る手段が、吸引側では接続パイプ（３１）を経由して容器（２０）の区画（２４）に接続され、吐出側では引き抜いた液体金属を浴（１２）の容積に放出するパイプ（３２）を備えるポンプ（３０）によって形成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
12. 位置決め手段が、金属ストリップ（１）のそれぞれの側に配置されて一方が他方とオフセットした２つの水平ローラ（３５、３６）によって形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。

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