JPH0645875B2 - 帯鋼の連続真空蒸着めつき装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、帯鋼の連続真空蒸着めつき装置に関し、特に
帯鋼の連続焼鈍炉に接続される上記装置に関し、亜鉛、
アルミニウム、セラミツクス等を帯鋼に連続真空蒸着め
つきするのに適した装置に関する。

〔従来の技術〕 従来の亜鉛めつきラインは、冷間圧延機で冷間圧延した
コイルを、巻き戻し機にて巻き戻し、ルーパを通し、焼
鈍還元炉を介して溶融めつきするラインが一般的であつ
た。

この溶融亜鉛めつきラインを改良し、溶融亜鉛めつきラ
インの上記焼鈍還元炉の後面に不活性ガス置換室を介し
て真空シール装置及び蒸着装置を設けた真空蒸着亜鉛め
つきラインも工業化されている。このように、従来は連
続焼鈍炉から直接真空蒸着亜鉛めつきに導く設備はな
く、溶融亜鉛めつきラインに使用されていた焼鈍還元炉
を通板させるのが一般的であつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上記の焼鈍還元炉を通板させる真空蒸着亜鉛め
つきラインは通板速度が遅く、一方、帯鋼はこの通板速
度の遅い焼鈍還元炉を通板させないと真空蒸着亜鉛めつ
きに適した帯鋼表面性状が得られないため、生産性が低
く、コスト高となつていた。

これを解決するためには、通板速度の速い連続焼鈍ライ
ンに真空蒸着亜鉛めつきラインを接続すればよいように
考えられるが、この接続技術には次のような問題があ
る。

(1) 帯鋼の連続焼鈍炉は一般には低炭素鋼を対象とし
て、加熱帯、均熱帯、徐冷帯、急冷帯、過時効帯及び最
終冷却帯から構成され、また最近出現した極低炭素鋼で
は均熱帯、徐冷帯、急冷帯及び過時効帯が不要である
が、炉の雰囲気は上記のいずれの帯も水素濃度が２〜３
％、窒素濃度が９８〜９７％、露点が約-20℃である。
該炉の雰囲気中で焼鈍された帯鋼の表面の鉄酸化物は水
素ガスで十分還元されておらず、真空蒸着亜鉛めつきを
施した場合、亜鉛と帯鋼の密着性は十分でなく、亜鉛の
剥離の問題があつた。

(2) 帯鋼の連続焼鈍炉は、炉の容量が極めて大きく、
雰囲気ガスとしての水素ガスの消費量が多く、水素ガス
濃度を１０％以上もにすると、水素ガスの原単位が増大
し、コストアップとなる。また、水素ガスは爆発の危険
もあることから、炉の雰囲気ガスは水素ガスの爆発限界
以内の濃度２〜３％で操業されているのが通常である。
爆発限界を超えた水素ガス濃度で操業し、万一空気（酸
素）が侵入して爆発した場合、炉の容量が大きいので、
設備の被害は勘大なものになる。故に、水素ガス濃度
は、爆発限界以上の高濃度とすることができない。

本発明は、以上の問題を解決し、生産性が高く、かつ低
コストで亜鉛めつき等を行うことのできる連続真空蒸着
めつき装置を提案するものである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、上記問題点を、従来の焼鈍還元炉の出口に真
空蒸着亜鉛めつき設備を接続していた技術に替え、帯鋼
の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面を還元する還元帯を追設
することにより、連続焼鈍炉への真空蒸着亜鉛めつき設
備の接続を可能にして解決するものである。

すなわち本発明は、帯鋼の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面
の酸化膜を還元除去する還元帯を設け、該還元帯の後面
にガスジエツトにより帯鋼を冷却する冷却装置を介して
不活性ガス置換室を設け、さらに該不活性ガス置換室の
後面に複数の真空シール装置及び少くとも一の真空蒸着
装置を設けたことを特徴とする帯鋼の連続真空蒸着めつ
き装置に関する。

なお、本発明装置は、亜鉛めつきに限らず、アルミニウ
ム、セラミツクス等を真空蒸着めつきする場合にも適用
することができる。

〔作用〕

本発明では、帯鋼の連続焼鈍炉の出口に設けられた還元
帯で、焼鈍済み帯鋼表面の酸化膜を還元除去する。

また本発明では、この還元帯の後面にガスジエツトによ
る帯鋼を冷却する冷却装置を設け、ここで帯鋼温度を真
空蒸着めつきに適した温度に調整する。

この冷却装置は後述するように弱還元性雰囲気で運転さ
れることがあるため、この冷却装置の後面に不活性ガス
置換室を設ける。

そして、該不活性ガス置換室の後面に複数の真空シール
装置を介して設けられた少くとも一の真空蒸着装置によ
り、帯鋼の片面又は両面に亜鉛、アルミニウム、セラミ
ツクス等を蒸着する。

なお、本発明の場合、上記還元帯は、爆発限界以上の高
濃度の水素雰囲気で運転される。これにより、帯鋼表面
の鉄酸化物が十分還元され、めつき金属と帯鋼間の密着
性が向上し、剥離のないめつき製品を得ることができ
る。また、万一、還元帯に空気が混入し、爆発が生じた
としても、設備の被害は最小限に押えられる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を図面に従つて説明する。

本発明装置は、図示するように、連続焼鈍炉の最終冷却
帯１の上方に焼鈍済帯鋼２′の出口を設け、この出口に
炉雰囲気ガスシールロール３′、デフレクターロール１
５，１６、さらにシール装置１７_１を介して還元帯１８
を接続させている。

該還元帯１８の後面（還元済鋼帯の出側）にはシール装
置１７_２が設けられ、このシール装置１７_２の後面には
還元済帯鋼出側の冷却装置１９が接続されている。この
出側冷却装置１９の後面にシール装置１７_３を介して不
活性ガス置換室２０を設け、さらにシール装置１７_４を
介して真空シール装置２２を接続し、その後面に第１蒸
着室２３、第２蒸着室２４をこの順序で接続する。

この第２蒸着室２４の蒸着済鋼帯の出側には、真空シー
ル装置２２、冷却装置２５、合金化処理炉２７を、冷却
装置２８を接続する。この冷却装置２８の出側には、従
来の連続焼鈍炉の出側に設けられている水冷却タンク
４、絞りロール５、ドライヤ６、テンシヨンブライドル
８、出側ルーパ９、テンシヨンブライドル１０、スキン
パスミル１１、テンシヨンブライドル１２、シヤー１
３、コイラ１４が接続される。

次に、本発明装置の作用を説明する。

既設の連続焼鈍炉の最終冷却帯１の最終パスの上部から
焼鈍済帯鋼２′をシール装置３′へ導き、デフレクタロ
ール１５，１６及びシール装置１７_１を経て還元帯１８
へ導き、帯鋼表面の鉄酸化物を熱水素ガスのジエツトに
より還元して除去し、蒸着めつきに適した活性な表面性
状に調整する。

次いで、シール装置１７_２へ導き、出側冷却装置１９、
シール装置１７_３、不活性ガス置換室２０、シール装置
１７_４、デフレクタロール２１、真空シール装置２２を
経て、第１蒸着室２３で帯鋼２′の片面に、蒸着めつき
を施し、第２蒸着室２４で残りの面に蒸着めつきを施
す。

しかる後、真空シール装置２２、冷却装置２５、シール
装置１７_５及びデフレクタロール２６を経て、合金化処
理炉２７、冷却装置２８へ導き、更にデフレクタロール
２９，３０，３１，３２，３３，３４を経て水冷却タン
ク４へ導入し、その後既設の絞りロール５〜シヤー１３
を経てコイラ１４で巻取る。

なお、めつきしない場合は、既設の連続焼鈍炉の図示し
ない加熱帯、均熱帯、急冷帯及び過時効帯、或いは加熱
帯のみを経て最終冷却帯１を通板させて来た帯鋼２は、
従来通りシールロール３、水冷却タンク４、絞りロール
５、ドライヤ６、ステアリング装置７、テンシヨンブラ
イドル８、出側ルーパ９、テンシヨンブライドル１０、
スキンパスミル１１、テンシヨンブライドル１２、シヤ
ー１３を経てコイラ１４で巻取られる。

更に、本発明装置の主要工程、機能について具体的に説
明する。

(1) 還元帯１８ 既設焼鈍炉の最終冷却帯１の最終パスで帯鋼２は炉雰囲
気ガスシールロール３を経て水冷却タンク４に導かれて
いた従来のパスを、最終冷却帯１の最終パスの上部にお
いて帯鋼２′を炉雰囲気ガスシールロール３′に導きデ
フレクタロール１５，１６及びシール装置１７_１を経
て、水素濃度の高い水素と窒素の加熱混合ガスのジエツ
トにより帯鋼表面の鉄酸化物を還元除去する還元帯１８
に導く。

この還元帯１８内で、水素濃度１０〜７５％、露点−６
０℃以下、酸素濃度１０ppm以下の水素と窒素の混合ガ
スを、５００℃〜７５０℃に加熱して帯鋼にジエツト
し、帯鋼表面の鉄酸化物を還元除去するのに要する時間
を次式で決定する。

t ：還元に要する時間（sec） δ ：帯鋼の板厚（mm） γ_s：帯鋼の比重（kg/m³） C_s：帯鋼の比熱（kcal/kg℃） D ：加熱された混合ガスの噴射ノズルピッチ(m) t_g：加熱された混合ガスの温度（℃） t_sl ：還元帯入口の帯鋼温度（℃） t_so ：還元帯出口の帯鋼温度（℃） v ：加熱された混合ガスの噴射速度（ｍ／sec） ν ：加熱された混合ガスの動粘性係数（ｍ^２／ｓ） λ ：加熱された混合ガスの熱伝導率（Kcal/mh℃） このように、還元時間ｔは、加熱された混合ガス（熱水
素ガスと呼称）の物性値ν、λ及び温度t_g、帯鋼の板厚
δ、物性値γ_s、C_s及び還元帯入口、出口の温度t_sl、t
_so、並びに熱水素ガスのジエツト速度ｖとジエツトノズ
ルのピツチＤにより決まる。

還元帯入口温度t_slは約３５０〜４００℃であり、還元
帯出口温度t_soは帯鋼の還元に必要な５００〜５５０℃
以上となつていることが好ましい。

また還元時間ｔは、ジエツトされる熱水素の流速ｖとノ
ズルピツチＤを設備上固定すると、熱水素ガスの水素濃
度により変る。設備費上は、水素濃度は高い方が有利で
ある。

なお、最小の還元時間ｔは、熱水素ガスの温度６００
℃、水素濃度７５％の時に約6.7秒であるから、鋼帯を
５００℃に昇温後約７秒保持すればよい。

(2) ガスシール機能 還元帯１８の水素ガス濃度が爆発限界の３％を超えてい
るので、還元帯１８の入口および出口にシール装置１７
_１，１７_２を設けて還元帯１８を他の部分から遮断し、
かつ既設の最終冷却帯１、出側冷却装置１９及び不活性
ガス置換室２０の炉圧を、 最終冷却帯１の炉圧 P₁ 還元帯１８の炉圧 P₂ 出側冷却装置１９の炉圧 P₃ 不活性ガス置換室２０の炉圧 P₄ とすると、０＜P₁≧P₂≦P₃≧P₄＞０の関係を維持するよ
うに各炉の圧力を制御する。

すなわち、本発明では、還元帯１８の水素濃度の高い熱
水素ガスが既設の最終冷却帯１及び新設の出側冷却装置
１９へ流入しないよう設計している。

なお、不活性ガス置換室２０は、還元帯１８で還元され
活性になつた帯鋼表面をめつきに適した表面性状に維持
する上で弱還元性とすることが好ましいため、水素濃度
が最大２％となるまで還元帯１８からの熱水素ガスの流
入が許される。但し、該不活性ガス置換室２０の雰囲気
が水素濃度２％を超える場合は、不活性ガス置換室２０
に不活性ガスを導入し、水素濃度を希釈する。この場
合、不活性ガス置換室２０の炉圧Ｐ_４が上昇するので、
雰囲気ガスを大気へ放出する自動弁（図示しない）が設
けられている。

また、不活性ガス置換室２０の水素濃度が２％を超えて
増大すると、不活性ガス置換室２０の出側の真空シール
装置２２側へ、水素濃度２％を超えた不活性ガスが流入
し、万一真空が破れ空気が侵入すると爆発の危険がある
ので、不活性ガス置換室２０の水素濃度は２％以下に制
御される。

還元帯１８は、帯鋼の長さにして約80〜149ｍと短か
い。また、還元帯１８は、シール装置１７_１，１７_２を
入口、出口に設けることで他の部分と分離独立させ、し
かも大気圧力より高い圧力でガスシールすることによ
り、空気の侵入を防止し、かつ炉体自身をガスタイト構
造とする。従つて、還元帯１８の熱水素ガスは最終冷却
帯１及び出側冷却装置１９へ流れていかないので、いず
れの部分も水素濃度を３％以下の爆発限界以内で操業す
ることができる。

(3) 出側冷却装置１９ この冷却装置は、帯鋼温度を蒸着めつきを施すのに適し
た温度に調整するためのものである。すなわち帯鋼温度
は、めつき金属の種類により真空蒸着可能な範囲があり
（例えば、亜鉛では１９０〜４２０℃、アルミニウムで
は約２００〜６６０℃、セラミックスでは約400〜1000
℃）、この範囲を超えると、めつき金属が密着不良を起
し剥離する。この冷却装置はこれを防止するために設け
られている。

(4) 熱水素ガスの調整 熱水素ガスは、熱交換器（図示しない）を介して加熱さ
れ、また水素濃度の調整は、アンモニアクラツクドガス
を用いてもよいし、水素ボンベで水素を供給してもよい
が、窒素ガスと混合器（図示しない）を用いて行われ
る。

以下に、本発明による効果を実証するための実験例を挙
げる。

実験例１ 0.8mm厚さ×１００mm角の脱脂後の鋼板(spcc)を、雰囲
気として水素３％、窒素９７％、露点−２０℃の混合ガ
ス中で、約８００℃に９０秒加熱し、徐冷、急冷後、４
００℃に約２〜３分保持後、２５０℃に冷却する焼鈍処
理を行つた後、水素７５％、窒素２５％、酸素１０pp
m、露点−６０℃の混合ガスを６００℃に加熱してジエ
ツトし、約５００℃に加熱し、加熱時間を含め約１２秒
間で還元処理した。

次いで、水素１％、窒素９９％、酸素２ppm、露点−４
０℃の混合ガスを３０℃に温度調整して吹付け、２５０
℃に冷却後、真空圧力0.05Torr で亜鉛を真空蒸着させ
て、亜鉛の付着量３０ｇ／m²のサンプルを得た。

このサンプルについて１８０゜密着曲げ（サンプルを２
つ折りにして密着させる）後、曲げ部にスコツチテープ
を張り密着性テストを行つた。密着性テスト結果は良好
で、めつきの剥離は全く見られなかつた。

実験例２ 実験例１と同じ焼鈍処理済み鋼板を、実験例１の混合ガ
スの組成を水素１５％、窒素８５％、露点−６０℃に変
え、６５０℃に加熱して上記鋼板にジエツトし、該鋼板
を約５５０℃に加熱し、加熱時間を含め約22.3秒間で還
元処理した。

次いで、実験例１と同一混合ガスを用い、２５０℃に冷
却後、真空圧力0.05Torr で亜鉛を真空蒸着させて、亜
鉛の付着量６０ｇ／m² のサンプルを得た。

このサンプルについて、１８０゜密着曲げ後の実験例１
と同様の剥離テストの結果は、良好な密着性を示した。

実験例３ 実験例１、２を0.8mmの板厚で４００m/minの連続焼鈍炉
に適用した場合、添付図面の還元帯１８の長さは、実験
例１、２の条件で次の通りである。

実験例１の条件の場合； 熱水素ガス組成：水素：７５％ 窒素：２５％ 酸素：１〜１０ppm 熱水素ガス露点：−６０℃ 熱水素ガス温度：６００℃ を鋼板へガスジエツトし、 熱水素ガスジエツト前の鋼板温度：４００℃ 熱水素ガスジエツト後の鋼板温度：５００℃ に加熱するのに約５秒を要し、帯鋼温度５００℃を７秒
保持する場合、還元帯１８の長さは約８０ｍあれば十分
である。

実験例２の条件の場合； 熱水素ガス組成：水素：１５％ 窒素：８５％ 酸素：１〜１０ppm 熱水素ガス露点：−６０℃ 熱水素ガス温度：６５０℃ の熱水素ガスを鋼板にジエツトし鋼板温度を４００℃か
ら５５０℃に加熱するのに約12.3秒を要し、帯鋼温度５
５０℃を１０秒保持する場合、還元帯１８の長さは約１
４９ｍあれば十分である。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、本発明装置によれば、従来の焼鈍
還元炉の後面に不活性ガス置換室を介して真空シール装
置及び蒸着装置を設けた真空蒸着亜鉛めつきラインに比
し、通板速度を２〜４倍速くすることができる。

従つて、本発明装置では、上記した従来の亜鉛めつきラ
インに比し、生産性も２〜４倍向上し、めつき鋼板の製
造コストを大巾に低減できる効果がある。

また、本発明では、万一爆発が生じても設備の被害が小
さいため還元帯を爆発限界以上の高濃度の水素ガス雰囲
気とすることができ、これにより帯鋼表面の活性化効果
を向上させることができ、密着性に優れためつき帯鋼を
得ることができる。

なお、本発明装置では、冷延鋼板とめつき鋼板とを唯一
のラインで製り分けることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す概略図である。 １……連続焼鈍炉の最終冷却帯、１７_１〜１７_５……シ
ール装置、１８……還元帯、１９……出側冷却装置、２
０……不活性ガス置換室、２２……真空シール装置、２
３……第１蒸着室、２４……第２蒸着室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 和生 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社堺製造所内 (72)発明者 伊藤 武彦 東京都千代田区丸の内３丁目４番１号 日 新製鋼株式会社内 (72)発明者 愛甲 琢哉 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株式 会社堺製造所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯鋼の連続焼鈍炉の出口に帯鋼表面の酸化
   膜を還元除去する還元帯を設け、該還元帯の後面にガス
   ジエツトにより帯鋼を冷却する冷却装置を介して不活性
   ガス置換室を設け、さらに該不活性ガス置換室の後面に
   複数の真空シール装置及び少くとも一の真空蒸着装置を
   設けたことを特徴とする帯鋼の連続真空蒸着めつき装
   置。