連続溶融金属めっきの付着量制御装置
【課題】溶融金属めっき鋼板を製造する際に溶融金属のスプラッシュを防止する。更に従来のガスワイピングに比べて溶融金属の薄目付を実現する。
【解決手段】めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板（１）の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイル（６）と、前記電磁コイル（６）の上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズル（８）とを備え、前記電磁コイル（６）は、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有する。
【解決手段】めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板（１）の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイル（６）と、前記電磁コイル（６）の上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズル（８）とを備え、前記電磁コイル（６）は、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の鋼板に連続して溶融金属めっきする際の付着量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板の溶融金属めっき、例えば鋼板に連続的に亜鉛めっきを施し、付着量を制御するためには、ガスワイピング法が行われている。即ち、図１に示すように、めっき槽３に保持された溶融金属４中に鋼板１を連続的に供給し、シンクロール５を介して鋼板を連続的に上方に引上げ、ガスワイピングノズル８により、めっき厚みを制御する。
【０００３】
ガスワイピングノズル８を利用する方法では、ガスワイピングノズル８から加熱又は常温の気体を吐出させ、鋼板１の両面に噴付けることにより、該鋼板面に付着して引き上げられてくる溶融金属４をワイピングし、所要の付着量に制御する。このガスワイピング法は現在幅広く用いられている方法である。
【０００４】
しかしながら、本方式で、生産速度を増加しようとした場合、または、少ない付着量を得ようとした場合、ガスワイピングノズル８から吐出する気体の鋼板１への衝突圧を上げなければならない。この高いワイピング圧力はしばしば多量のスプラッシュを発生させ、めっき鋼板の外観を劣化させる。
【０００５】
また高いワイピング圧力は溶融金属の温度を低下させて溶融金属の粘度を上昇させ、ワイピング効率を阻害する。従って、例えば溶融亜鉛では薄目付けは３０ｇ／ｍ２程度が現状の限界である。
【０００６】
ガスワイピング法の前記課題を解決する手段として、特許文献１、特許文献２には、ガスの衝突力と併せて電磁力を利用し、ワイピングする方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１では、移動磁界発生装置を用いてストリップ端縁部のみに電磁力を作用させる。移動磁界方式では、推力を効率よく発生させるために低周波が採用されるが、低周波は加熱効果が低いため、溶融金属の粘度低下を実現できず、付着量低下には寄与しない。そのため付着量は従来レベルであった。
【０００８】
特許文献２の方法は、電磁力が作用する範囲内の溶融メッキ金属に気体を吹き付けることで、薄目付溶融メッキするものであるが、どのような条件にすれば薄目付を達成できるかについて具体的な記載が何もない。
【０００９】
特許文献３にはソレノイド形状の電磁コイルを用い、電磁力単独でのワイピング法が示されているが、鋼板形状不安定、ライン速度の加速減速などの外乱により、時として鋼板面鉛直方向の力のみでは抑えきれないワイピング部の下部に溜まった酸化皮膜のすり抜けが発生することがある。そのためストリップ全長にわたって良好な表面品質の安定確保に難点がある。
【００１０】
特許文献４には、めっき浴出側に電磁コイルを配置し、鉛直方向下向きに電磁力を作用させる方法が開示されている。特許文献４のように鋼板面内に渦電流を流すように交流磁界を発生させると、鋼板端部から少し内側で誘導電流の向きが不均一となるため、めっき部に作用する電磁力の方向も不均一となり、結果として幅方向のめっき付着量分布が不均一となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−３３１６１０号公報
【特許文献２】特開昭６１−２２７１５８号公報
【特許文献３】特開２００７−２８４７７５号公報
【特許文献４】特許第２７９２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の第一の課題は、溶融金属めっき鋼板を製造する際に溶融金属のスプラッシュを防止することであり、第二の課題は、更に従来のガスワイピングに比べて溶融金属の薄目付を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の手段は、下記の通りである。
【００１４】
［１］めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルの上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルとを備え、前記電磁コイルは、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１５】
［２］ 前記電磁コイルに交流電流を供給する高周波電源の周波数を２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下にし、コイルに流す電流（Ａ）を、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）及び鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下となるようにすることを特徴とする［１］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１６】
［３］前記電磁コイルと前記ガスノズルの間に、前記ガスノズルでガスワイピングしたときに発生した溶融金属スプラッシュが前記電磁コイルに付着するのを防止する手段を備えることを特徴とする［１］又は［２］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１７】
［４］さらに、前記電磁コイルの下方に、鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルを備えることを特徴とする［１］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１８】
［５］前記電磁コイル上方のガスノズル及び前記電磁コイル下方のガスノズルは、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付けるとともに、鋼板面に対するガス吹き付け角度を１０°以上７０°以下の範囲内とすることを特徴とする［４］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１９】
［６］ 前記電磁コイル上方のガスノズルと前記電磁コイル最上部の鉛直方向間隔は、前記電磁コイルと鋼板の間隔をｙとしたときに、ｙ以上、１５ｙ以下となるようにすることを特徴とする［４］又は［５］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００２０】
［７］前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鋼板の両側に、鋼帯面に対向配置させた電磁コイルによる電磁力を溶融金属に作用させ、鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減させることを利用し、スプラッシュを低減するとともに、電磁コイルによる加熱効果・粘度低下を利用し、従来ガスワイピングを超える薄目付けが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のガスワイピング方式の付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの平面形状の実施形態を示す上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの別の平面形状の好ましい実施形態を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの断面形状の実施形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの断面形状の別の実施形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る付着量制御装置において電磁コイルによりめっき金属表面に発生する鋼板長手方向の電磁力分布を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係る付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図９】電磁コイルの上方と下方にガスノズルを備える場合の電磁コイル下方のガスノズルのガス噴き付け角度の作用を説明する図である。
【図１０】電磁コイルの上方と下方に各々ガスノズルを備える場合の電磁コイル上方のガスノズルのガス噴き付け角度の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置を備える溶融金属めっき装置の概略側面図である。図２において、１は鋼板、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６は電磁コイル、７はスプラッシュ堆積防止装置、８はガスノズルである。電磁コイル６の上方にガスノズル８が配置され、電磁コイル６とガスノズル８の間にスプラッシュ堆積防止装置７が配置されている。
【００２５】
鋼板１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられる。鋼板１に付着した余剰の溶融金属は、先ずめっき槽３上方に設置された電磁コイル６によりワイピングされて低減され、次いで電磁コイル６の上方に配置されたガスノズル８で最終付着量にワイピングされる。
【００２６】
電磁コイル６は、鋼板１の両側に、各々鋼板面に対向して配置されている。鋼板１の両側に配置された電磁コイル６は、鋼板１の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに図３に示すように略「コの字」の一体構造である。
【００２７】
電磁コイル６に電流を流すとジュール発熱により電磁コイル自体が発熱するため、電磁コイル６は、図５及び図６に示すように、中空構造とし、内部に冷却水１１を流し、電磁コイル６を冷却する。その際、圧力損失を少なくするため、電磁コイル６は、上方から見たときに図４に示すよう鋼板１の端部を囲む側は弧状の構造にすることがより好ましい。
【００２８】
電磁コイルの断面形状は、円形でなく、図５、図６に示すように四角形、三角形等の面（平坦部）を有する形状とし、その面を鋼板面に平行に配置するとワイピング効率が高くなることが分かった。また、四角形、三角形等の面が鋼帯面に平行でなくても、該面が鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度（図６中の角度θ）が３０°以下であれば、鋼板が持ち上げる溶融金属を効率良くワイピングできることが下記の調査から分かった。
【００２９】
断面形状が１０ｍｍ×１０ｍｍで肉厚が１ｍｍの中空で四角形の電磁コイルを４本用意し、鋼板に対する面の角度を０°、１５°、３０°、４５°となるようにしたときのワイピング特性を調査した。電磁コイルと鋼板との間隔は、最近接部が５ｍｍとなるようした。電源出力は７５ｋＷ、周波数は４５ｋＨｚ、ライン速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。コイル電流は４０００Ａであった。調査結果を表１に示す。表１から角度が３０°以下であればワイピング効率が高く、鋼板が持ち上げる溶融金属の付着量を効率良くワイピングできることが分かる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
そのため、本発明では、鋼板面に対向配置した電磁コイルは、鋼板面側に鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを規定した。
【００３２】
図３、図４に示すように、電磁コイル６に、鋼板幅方向の交流電流１２を流すことにより、鋼板１の長手方向に磁束を発生させるとともに、交流の磁束変化を打ち消すように鋼板面上の溶融金属および鋼板１内に誘導電流１３が発生する。この誘導電流１３と磁束との作用により鋼板１の厚み方向で鋼板１を押す電磁力が溶融金属の表裏面ともに働き、鋼板面上の溶融金属を加熱・ワイピングし、余剰溶融金属を削減する。
【００３３】
溶融金属に作用する電磁力は、鋼板幅方向にはほぼ均一な電磁力分布であり、鋼板長手方向には図７に示すように電磁コイルの中心付近がピークとなるような分布を持つ。ワイピング力はこの鋼板長手方向の電磁力の勾配の大きさに左右され、電磁力の勾配が大きいほど、ワイピング力が高まる。
【００３４】
電磁コイルの鋼板面側の面は、鋼板移動方向長さが長すぎると電磁力の勾配が小さくなり、短すぎると十分な電流が鋼板面側に流れないので、鋼板移動方向長さは０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、更に好ましくは１ｃｍ以上５ｃｍ以下である。
【００３５】
鋼板面に対する電磁コイルの鋼板対向面の傾斜角度（図６中の角度θ）は電磁力の勾配と関係があり、傾斜角度が大きい方が電磁力の勾配が大きくなるが、電磁コイルの鋼板に近い側の断面積が小さくなり流れる電流の絶対量が減ることで電磁力の勾配が小さくなることから、電磁力の勾配は却って小さくなる。鋼板面に対する傾斜角度が３０°以下であれば溶融金属のワイピング効率が低下する問題はない。
【００３６】
電磁力は鋼板厚み方向への力しか働かないため、電磁コイル下部では流れのよどみが起こり、亜鉛等酸化しやすい溶融金属では大量の酸化皮膜が発生してしまう。そのため酸化皮膜を掻き落とす必要がある。本発明では、電磁コイル６の上方にガスノズル８を設置し余剰の溶融金属とともに酸化皮膜を掻き落とし、表面を美麗に保つ。
【００３７】
電磁コイルに流す交流電流の周波数は、鋼板の表皮深さの関係から種々条件で実験を行い２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下であると電磁コイル６による加熱効果と粘度低下作用によって効果的なワイピング効率が得られることを見出した。周波数が２０ｋＨｚ未満になると、表皮深さが深くなり鋼板表面の溶融金属に対して効率的に力が働かないため、ワイピング効率が低下し、薄目付にできなくなった。周波数が５００ｋＨｚを超えると、表皮深さが浅くなりすぎて、溶融金属表層のみに力がかかりワイピング効率が低下し薄目付にできなくなった。より好ましい周波数は、３０〜２００ｋＨｚである。
【００３８】
本実施形態に係る装置では、電磁コイル６に過度に高い電流を流すと、鋼板が過加熱され溶融金属との合金化が進行、固化し、ガスノズルによるワイピング効率を阻害し、薄目付できなくなる。合金化が進行し、ワイピングを阻害してしまう合金化度を調べ、種々の実験を行った結果、電磁コイルに流れる電流値（Ａ）が、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）と鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下（単位はＡ）であると合金化によりワイピングが阻害されず電磁コイル６による加熱効果・粘度低下によって薄目付が可能になることが分かった。
【００３９】
電磁コイル６が鋼板１から離れるほど、磁束、誘導電流ともに小さくなるため、電磁力も減少し、加熱効果も低減し、ワイピング効率は低くなる。そのため、この点についても種々の実験を行い、電磁コイル６に流れる電流値（Ａ）が、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上であれば、溶融金属のワイピング効率が上がることを見出した。
【００４０】
大電流を流すと消費電力が大きくなるため、鋼板と電磁コイルとの間隔はなるべく狭いほうがよく、２０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
【００４１】
鋼板エッジ近傍において、鋼板幅方向中央部と同様の電磁力（ワイピング力）が発現されるようにするには、電磁コイル６の鋼板幅方向端部は、鋼板幅方向端部に対応する位置、またはそれよりも外側に延在して存在することが好ましい。外側に延在する場合、鋼板端部より５０ｍｍ以上外側に延在することが好ましい。
【００４２】
鋼板１の振動、あるいはＣ反り等の形状不良により鋼板１と電磁コイル６が接触すると、スパークが発生し、鋼板１および電磁コイル６が損傷するため、電磁コイル表面、特に電磁コイル６の鋼板面側は絶縁テープ等の絶縁材を被覆することが好ましい。
【００４３】
電磁コイル６の上方に配置されたガスノズル８で最終ワイピングを行う。
【００４４】
電磁コイル６とガスノズル８の位置関係であるが、本発明は、ガスワイピングを電磁力が作用する範囲外で行うものであるが、電磁力が作用する範囲外であってもガスノズル８と電磁コイル６が近すぎると電磁コイル６によって発生する誘導電流がガスノズル８に多く流れ、加熱・ワイピング効率を阻害する。また遠すぎると電磁コイル６で加熱した鋼板が冷えて溶融金属の粘度が上昇してしまう。そこで電磁コイル−ガスノズル距離は電磁コイル−鋼板間距離以上で３００ｍｍ以下が好ましい。電磁コイル−ガスノズル距離は、電磁コイル最上部からガスノズルのガス噴出し口までの鉛直方向距離である。ガスノズルには、誘導加熱されにくい銅、アルミ等を用いてもよい。また加工精度の確保が可能であれば、セラミック等、誘導加熱されない材質でガスノズルの製作を行ってもよい。
【００４５】
電磁コイル６で余剰の溶融金属がワイピングされているため、ガスノズル８での最終ワイピングによるスプラッシュ発生は従来のガスワイピング方式に比べて大幅に低減されるが、完全には防止されない。このスプラッシュが電磁コイル６上に堆積するとめっき外観を損なうようになる。そこで、本実施形態に係る装置では、電磁コイル６とガスノズル８の間に、ガスノズル８でワイピング時に発生したスプラッシュが電磁コイル６上に堆積するのを防止するスプラッシュ堆積防止装置７を備える。
【００４６】
スプラッシュ堆積防止装置７は、電磁コイル６とガスノズル８の間に、平板状のものを入れ、それを定期的に交換するようにしても良いし、集塵機のようにスプラッシュを吸い込む装置や、スプラッシュを載せ回収するベルトコンベヤーのような搬送装置を配置しても良い。スプラッシュ堆積防止装置７が金属製であると誘導加熱されるため、電磁コイルに近すぎると誘導電流がスプラッシュ堆積防止装置７に多く流れてしまい加熱・ワイピング効率を阻害する。そこで電磁コイル−スプラッシュ堆積防止装置間距離は電磁コイル−鋼板間距離以上で３００ｍｍ以下が好ましい。
【００４７】
加熱による温度低下防止だけでもガスワイピングによる薄目付けの効果は得られる。その際の加熱方法は他の誘導加熱方式やバーナーや雰囲気加熱など何でもよい。好ましくは酸化防止のため無酸化の雰囲気がよい。ただし鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減しているわけではないので、スプラッシュ低減やガスワイピング効率の向上には寄与しない。スプラッシュを低減し、ガスワイピング効率をより高める点で本発明がより優れている。
【００４８】
本発明の別の実施の形態について説明する。
【００４９】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置を備える溶融金属めっき装置の概略側面図である。図８において、１は鋼板（めっき鋼板）、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６は電磁コイル、９、１０はガスノズルである。電磁コイル６の下方及び上方に、それぞれガスノズル９、１０を備える。
【００５０】
鋼板１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられ、めっき槽３上方に設置されたガスノズル９により余剰の溶融金属が掻き落とされるとともに表面が冷却され、更に電磁コイル６により余剰の溶融金属がワイピングされ、更に上方のガスノズル１０により電磁コイル下部で発生した酸化皮膜が掻き落とされるとともに表面が冷却される。
【００５１】
電磁コイル６の構成、配置、電磁コイルに流す交流電流の周波数及びこれらの作用は、本発明の第１の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置における電磁コイル６と同様である。
【００５２】
本実施形態に係る装置では、電磁コイル６に、鋼板幅方向の交流電流を流すことにより、鋼板１の長手方向に磁束を発生させるとともに、交流の磁束変化を打ち消すように鋼板面上の溶融金属および鋼板１内に、誘導電流が発生する。この誘導電流と磁束との作用により鋼板１の厚み方向で鋼板１を押す電磁力が溶融金属の表裏面ともに働き、鋼板面上の溶融金属をワイピングする。
【００５３】
溶融金属に作用する電磁力は、鋼板厚み方向への力しか働かないため、電磁コイル下部では流れのよどみが起こり、亜鉛等酸化しやすい溶融金属では大量の酸化皮膜が発生してしまう。そのため酸化皮膜を掻き落とす必要がある。そこで本発明では、電磁コイル６の上方にガスノズル１０を設置し、電磁コイル６下部の酸化皮膜を掻き落とし、表面を美麗に保つ。
【００５４】
またソレノイド方式の電磁コイルであるため鋼板と溶融金属は誘導加熱される。過度に加熱されると亜鉛など鋼板と合金化しやすい溶融金属では合金化が促進され、表面が固化し、電磁コイル６によるワイピングを阻害する。そこで加熱を抑えるため電磁コイル６下方のガスノズル９により鋼板と溶融金属を冷却する。
【００５５】
ガスノズル９は、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付ける。鋼板面に対するガス噴き付け角度（図８中の角度α）が１０°以上、７０°以下となるように設置する。ガス噴き付け角度が７０°より大きくなると電磁コイル６でワイピングされた溶融金属が下に流れてくるためガス衝突部で液だまりが発生し、多量のスプラッシュが発生するため外観を損なう。ガス噴き付け角度が１０°未満になると溶融金属にかかるガス圧力が不足して十分な冷却効果が得られない。十分な冷却を行うためには、ある程度余分な溶融金属を掻き落とす程度の力が必要であり、より好ましいガス噴き付け角度は２０°〜４５°である。
【００５６】
ガスノズル９の設置位置は、浴面−鋼板間であればどこでも良い。しかし電磁コイル６に近すぎると誘導加熱され溶解、電磁力の損失が起こってしまうため、ある程度の距離、少なくとも電磁コイル−鋼板間以上の距離は保つ必要がある。電磁コイル−ガスノズル距離は、電磁コイル最下部からガスノズルのガス噴出し口までの鉛直方向距離である。また浴面からの距離は、鋼板に随伴してくる溶融金属の量がある程度減った１００ｍｍ以上が好ましい。
【００５７】
ワイピング条件については、冷却と酸化皮膜除去が目的であるためそれほど高い圧力は必要としない。ノズルスリット幅０．５〜３ｍｍ、ノズル−鋼板間距離が５〜１５ｍｍ程度であれば、０．０１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力で十分である。また逆に冷却が強すぎたり、冷却区間が長すぎたりすると溶融金属の流動性がなくなるため、凝固しない程度の条件とする必要がある。
【００５８】
電磁コイル６上方のガスノズル１０は、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付ける。鋼板面に対するガス噴き付け角度（図８中の角度β）は１０°以上、７０°以下である必要がある。１０°未満では溶融金属にかかるガス圧力が不足して十分な冷却効果が得られない。また７０°より大きくなると、酸化皮膜を掻き落とす程の力を作用させた場合、ガス流衝突部で通常のガスワイピングのようになってしまいスプラッシュが発生する。
【００５９】
また電磁コイル６上方のガスノズル１０の設置位置は、電磁コイル６と鋼板の間隔をｙとするとき、電磁コイル６最上部からガスノズル１０の噴出し口までの高さ（鉛直方向距離）がｙ以上、１５ｙ以下となるよう設置することが好ましい。
【００６０】
ワイピング条件については、冷却と酸化皮膜除去が目的であるためそれほど高い圧力は必要としない。ノズルスリット幅０．５〜３ｍｍ、ノズル−鋼板間距離が５〜１５ｍｍ程度であれば、０．０１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力で十分である。
【００６１】
ガスノズル９、１０はコスト、強度、設計精度上の問題から金属で製作することが好ましい。その場合、ガスノズル９、１０と電磁コイル６の間隔が近いと誘導加熱される。実験の結果、電磁コイル６と鋼板１の間隔より近くに設置すると、ガスノズル９、１０に電力が奪われワイピング効率を阻害することがわかった。そのため電磁コイル最上部からガスノズルの噴出し口までの高さを電磁コイル６と鋼板の間隔ｙ以上とした。また電磁コイル最上部からガスノズルの噴出し口までの高さが１５ｙより大きくなると誘導加熱される電磁コイル部での冷却効果が低下し、ワイピング効率が阻害される。ガスノズルが加熱される場合は内部に水を流す水冷式にすることが好ましい。
【００６２】
またガスノズルには、誘導加熱されにくい銅、アルミ等を用いてもよい。また加工精度の確保が可能であれば、セラミック等、誘導加熱されない材質でガスノズルの製作を行ってもよい。
【実施例】
【００６３】
本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明する。
【００６４】
（実施例１）
板厚０．４１ｍｍ、板幅２００ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図２に示した装置を用いて、めっき付着量制御を行い、めっきの付着量制御性、外観の評価を行った。電磁コイルは、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造で、その断面が四角形（鋼板と平行な面の長さ２０ｍｍ、および鋼板に垂直な面の長さが１０ｍｍの長方形）であり、銅製の中空構造で、電磁コイル内部を冷却水が循環するようになっている。電磁コイル端部は鋼板端部より外側７０ｍｍの位置にある。鋼板と電磁コイルの間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から２００ｍｍ上方に配置している。めっきされる溶融金属は、Ａｌ含有量が０．１質量％の亜鉛浴を使用し、めっき浴温度は４６０〜４７０℃の範囲内で調整した。電磁コイルに流す電流は周波数１８〜５１０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。またガスノズルはスリット幅１ｍｍで鋼板からの距離は５ｍｍ、スリットガス圧力は０．１〜０．４ｋｇｆ／ｃｍ２とした。使用ガスはエアーで、温度は常温２５℃である。電磁コイルとガスノズルの浴面高さはそれぞれ２００ｍｍ、３００ｍｍとした。電磁コイルとガスノズル間のスプラッシュ堆積防止装置はエアーシリンダーで出し入れを行えるアルミ製パン皿を用いた。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定した。
【００６５】
従来法の比較例として、電磁コイル単独及びガスノズル単独でもワイピング実験を行った。
【００６６】
評価結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２に示すように、本発明法の実施例では、同じガス圧力、ライン速度の場合では、従来のガスワイピング法に比べ、薄目付を行うことができる。また周波数及びコイル電流が本発明範囲を外れた場合は薄目付の効果が低かった。また電磁ワイピング単独では、薄目付化できず、酸化皮膜による外観不良が発生した。またスプラッシュ堆積防止装置がない場合も少量であるがスプラッシュが発生し、長時間の運転を行うと電磁コイル上に堆積し外観不良となった。しかし本発明の実施例では、速度２００ｍ／ｍｉｎでも美麗な外観で従来レベルを超える薄目付が可能であった。
【００６９】
（実施例２）
板厚０．４１ｍｍ、板幅２００ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図８に示した装置を用いて、めっき付着量制御を行い、めっきの付着量制御性、外観の評価を行った。電磁コイルは、図３に示すように、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造で、その断面が四角形（鋼板と平行な面の長さ２０ｍｍ、および鋼板に垂直な面の長さが１０ｍｍの長方形）であり、銅製の中空構造で、電磁コイル内部を冷却水が循環するようになっている。電磁コイル端部は鋼板端部より外側７０ｍｍの位置にある。鋼板と電磁コイルの間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から２００ｍｍ上方に配置している。めっきされる溶融金属は、Ａｌ含有量が０．１質量％の亜鉛浴を使用し、めっき浴温度は４６０〜４７０℃の範囲内で調整した。電磁コイルに流す電流は周波数４０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。電磁コイル上方の上部ガスノズル、電磁コイル下方の下部ガスノズルは、スリット幅１ｍｍで鋼板からの距離は５ｍｍ、ガス圧力は０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２とした。使用ガスはエアーで、温度は常温２５℃である。下部ガスノズル、電磁コイルの浴面からの高さはそれぞれ１５０ｍｍ、２００ｍｍとした。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定した。
【００７０】
下部ガスノズルの設置角度を検証した結果を図９に示す。上部ガスノズル角度は４５°、電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さは２０ｍｍとした。下部ガスノズル角度は、下部ガスノズルのガス噴出し方向が鋼板の鉛直上方に対してなす角度（図８の角度α）、上部ガスノズル角度は、上部ガスノズルのガス噴出し方向が鋼板の鉛直上方に対してなす角度（図８の角度β）である。ライン速度は６０ｍ／ｍｉｎ、電磁コイルに流す電流は２２０００Ａとした。図９に示すように、下部ガスノズルのノズル角度が１０〜７０°の範囲内では、スプラッシュ発生がなく薄目付けが可能であった。
【００７１】
次に上部ガスノズルの設置角度を検証した結果を図１０に示す。下部ガスノズル角度は４５°とした。また電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さは２０ｍｍとした。ライン速度は６０ｍ／ｍｉｎ、電磁コイルに流す電流は２２０００Ａとした。図１０に示すように、上部ガスノズルのノズル角度が１０〜７０°の範囲内では、スプラッシュの発生がなく薄目付けが可能であった。
【００７２】
次に電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さを検証した結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
【００７４】
従来のガスワイピング法（ガスワイピング単独）では、スプラッシュが発生し、外観不良が発生した。電磁ワイピング単独では、従来のガスワイピング法ほどの薄目付化できず、酸化皮膜による外観不良が発生した。
【００７５】
電磁コイルの上方と下方にガスノズルを配置したものは、スプラッシュの発生、酸化皮膜による外観不良の発生がなく、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さ（上部ガスノズルと電磁コイルの間隔）が、電磁コイルと鋼板との間隔の１〜１５倍の範囲内にあるものは、ライン速度が２００ｍ／ｍｉｎであっても従来のガスワイピング法に比べて薄目付となった（Ｎｏ．１〜５）。しかし、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さが前記範囲を外れ、電磁コイルに近すぎるものは電力の損失が大きくなり付着量が増大し（Ｎｏ．６）、電磁コイルから離れ過ぎると冷却効果が下がり合金化が進行し、薄目付けにならなかった（Ｎｏ．７）。
【００７６】
電磁コイルの上方にのみガスノズルを配置したものは、スプラッシュの発生、酸化皮膜による外観不良の発生がなく、従来のガスワイピング法より薄目付となったが、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さを電磁コイルと鋼板との間隔の１〜１５倍の範囲内にしても、電磁コイルの上方と下方にガスノズルを配置したものほど薄目付けにならなかった（Ｎｏ．８）。
【００７７】
電磁コイルの下方にのみガスノズルを配置したものは、酸化皮膜による外観不良が発生し、従来のガスワイピング法より厚目付となった（Ｎｏ．９）。
【００７８】
以上の実施例は、溶融金属としてはＡｌ：０．１質量％含有亜鉛浴を用いたが、本発明は、Ｕアロイなどの低融点金属、錫、亜鉛合金等、主成分が金属の溶融金属浴を用いて溶融金属めっきする際の付着量制御装置として広く使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明によれば、鋼板の両側に、鋼帯面に対向配置させた電磁コイルによる電磁力を溶融金属に作用させ、鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減させることを利用し、スプラッシュを低減できるとともに、電磁コイルによる加熱効果・粘度低下を利用し、従来ガスワイピングを超える薄目付けが可能になる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 鋼板
２ スナウト
３ めっき槽
４ 溶融金属
５ シンクロール
６ 電磁コイル
７ スプラッシュ堆積防止装置
８、９、１０ ガスノズル
１１ 冷却水
１２ 電磁コイルを流れる電流
１３ 誘導電流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、帯状の鋼板に連続して溶融金属めっきする際の付着量制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板の溶融金属めっき、例えば鋼板に連続的に亜鉛めっきを施し、付着量を制御するためには、ガスワイピング法が行われている。即ち、図１に示すように、めっき槽３に保持された溶融金属４中に鋼板１を連続的に供給し、シンクロール５を介して鋼板を連続的に上方に引上げ、ガスワイピングノズル８により、めっき厚みを制御する。
【０００３】
ガスワイピングノズル８を利用する方法では、ガスワイピングノズル８から加熱又は常温の気体を吐出させ、鋼板１の両面に噴付けることにより、該鋼板面に付着して引き上げられてくる溶融金属４をワイピングし、所要の付着量に制御する。このガスワイピング法は現在幅広く用いられている方法である。
【０００４】
しかしながら、本方式で、生産速度を増加しようとした場合、または、少ない付着量を得ようとした場合、ガスワイピングノズル８から吐出する気体の鋼板１への衝突圧を上げなければならない。この高いワイピング圧力はしばしば多量のスプラッシュを発生させ、めっき鋼板の外観を劣化させる。
【０００５】
また高いワイピング圧力は溶融金属の温度を低下させて溶融金属の粘度を上昇させ、ワイピング効率を阻害する。従って、例えば溶融亜鉛では薄目付けは３０ｇ／ｍ２程度が現状の限界である。
【０００６】
ガスワイピング法の前記課題を解決する手段として、特許文献１、特許文献２には、ガスの衝突力と併せて電磁力を利用し、ワイピングする方法が開示されている。
【０００７】
特許文献１では、移動磁界発生装置を用いてストリップ端縁部のみに電磁力を作用させる。移動磁界方式では、推力を効率よく発生させるために低周波が採用されるが、低周波は加熱効果が低いため、溶融金属の粘度低下を実現できず、付着量低下には寄与しない。そのため付着量は従来レベルであった。
【０００８】
特許文献２の方法は、電磁力が作用する範囲内の溶融メッキ金属に気体を吹き付けることで、薄目付溶融メッキするものであるが、どのような条件にすれば薄目付を達成できるかについて具体的な記載が何もない。
【０００９】
特許文献３にはソレノイド形状の電磁コイルを用い、電磁力単独でのワイピング法が示されているが、鋼板形状不安定、ライン速度の加速減速などの外乱により、時として鋼板面鉛直方向の力のみでは抑えきれないワイピング部の下部に溜まった酸化皮膜のすり抜けが発生することがある。そのためストリップ全長にわたって良好な表面品質の安定確保に難点がある。
【００１０】
特許文献４には、めっき浴出側に電磁コイルを配置し、鉛直方向下向きに電磁力を作用させる方法が開示されている。特許文献４のように鋼板面内に渦電流を流すように交流磁界を発生させると、鋼板端部から少し内側で誘導電流の向きが不均一となるため、めっき部に作用する電磁力の方向も不均一となり、結果として幅方向のめっき付着量分布が不均一となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平５−３３１６１０号公報
【特許文献２】特開昭６１−２２７１５８号公報
【特許文献３】特開２００７−２８４７７５号公報
【特許文献４】特許第２７９２８０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の第一の課題は、溶融金属めっき鋼板を製造する際に溶融金属のスプラッシュを防止することであり、第二の課題は、更に従来のガスワイピングに比べて溶融金属の薄目付を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する本発明の手段は、下記の通りである。
【００１４】
［１］めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルの上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルとを備え、前記電磁コイルは、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１５】
［２］ 前記電磁コイルに交流電流を供給する高周波電源の周波数を２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下にし、コイルに流す電流（Ａ）を、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）及び鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下となるようにすることを特徴とする［１］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１６】
［３］前記電磁コイルと前記ガスノズルの間に、前記ガスノズルでガスワイピングしたときに発生した溶融金属スプラッシュが前記電磁コイルに付着するのを防止する手段を備えることを特徴とする［１］又は［２］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１７】
［４］さらに、前記電磁コイルの下方に、鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルを備えることを特徴とする［１］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１８】
［５］前記電磁コイル上方のガスノズル及び前記電磁コイル下方のガスノズルは、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付けるとともに、鋼板面に対するガス吹き付け角度を１０°以上７０°以下の範囲内とすることを特徴とする［４］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００１９】
［６］ 前記電磁コイル上方のガスノズルと前記電磁コイル最上部の鉛直方向間隔は、前記電磁コイルと鋼板の間隔をｙとしたときに、ｙ以上、１５ｙ以下となるようにすることを特徴とする［４］又は［５］記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【００２０】
［７］前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする［１］〜［６］の何れかに記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、鋼板の両側に、鋼帯面に対向配置させた電磁コイルによる電磁力を溶融金属に作用させ、鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減させることを利用し、スプラッシュを低減するとともに、電磁コイルによる加熱効果・粘度低下を利用し、従来ガスワイピングを超える薄目付けが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】従来のガスワイピング方式の付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの平面形状の実施形態を示す上面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの別の平面形状の好ましい実施形態を示す上面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの断面形状の実施形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る付着量制御装置に設置する電磁コイルの断面形状の別の実施形態を示す概略断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る付着量制御装置において電磁コイルによりめっき金属表面に発生する鋼板長手方向の電磁力分布を示す図である。
【図８】本発明の別の実施形態に係る付着量制御装置を備える連続溶融金属めっき装置の概略側面図である。
【図９】電磁コイルの上方と下方にガスノズルを備える場合の電磁コイル下方のガスノズルのガス噴き付け角度の作用を説明する図である。
【図１０】電磁コイルの上方と下方に各々ガスノズルを備える場合の電磁コイル上方のガスノズルのガス噴き付け角度の作用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２４】
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置を備える溶融金属めっき装置の概略側面図である。図２において、１は鋼板、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６は電磁コイル、７はスプラッシュ堆積防止装置、８はガスノズルである。電磁コイル６の上方にガスノズル８が配置され、電磁コイル６とガスノズル８の間にスプラッシュ堆積防止装置７が配置されている。
【００２５】
鋼板１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられる。鋼板１に付着した余剰の溶融金属は、先ずめっき槽３上方に設置された電磁コイル６によりワイピングされて低減され、次いで電磁コイル６の上方に配置されたガスノズル８で最終付着量にワイピングされる。
【００２６】
電磁コイル６は、鋼板１の両側に、各々鋼板面に対向して配置されている。鋼板１の両側に配置された電磁コイル６は、鋼板１の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに図３に示すように略「コの字」の一体構造である。
【００２７】
電磁コイル６に電流を流すとジュール発熱により電磁コイル自体が発熱するため、電磁コイル６は、図５及び図６に示すように、中空構造とし、内部に冷却水１１を流し、電磁コイル６を冷却する。その際、圧力損失を少なくするため、電磁コイル６は、上方から見たときに図４に示すよう鋼板１の端部を囲む側は弧状の構造にすることがより好ましい。
【００２８】
電磁コイルの断面形状は、円形でなく、図５、図６に示すように四角形、三角形等の面（平坦部）を有する形状とし、その面を鋼板面に平行に配置するとワイピング効率が高くなることが分かった。また、四角形、三角形等の面が鋼帯面に平行でなくても、該面が鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度（図６中の角度θ）が３０°以下であれば、鋼板が持ち上げる溶融金属を効率良くワイピングできることが下記の調査から分かった。
【００２９】
断面形状が１０ｍｍ×１０ｍｍで肉厚が１ｍｍの中空で四角形の電磁コイルを４本用意し、鋼板に対する面の角度を０°、１５°、３０°、４５°となるようにしたときのワイピング特性を調査した。電磁コイルと鋼板との間隔は、最近接部が５ｍｍとなるようした。電源出力は７５ｋＷ、周波数は４５ｋＨｚ、ライン速度は３０ｍ／ｍｉｎとした。コイル電流は４０００Ａであった。調査結果を表１に示す。表１から角度が３０°以下であればワイピング効率が高く、鋼板が持ち上げる溶融金属の付着量を効率良くワイピングできることが分かる。
【００３０】
【表１】
【００３１】
そのため、本発明では、鋼板面に対向配置した電磁コイルは、鋼板面側に鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを規定した。
【００３２】
図３、図４に示すように、電磁コイル６に、鋼板幅方向の交流電流１２を流すことにより、鋼板１の長手方向に磁束を発生させるとともに、交流の磁束変化を打ち消すように鋼板面上の溶融金属および鋼板１内に誘導電流１３が発生する。この誘導電流１３と磁束との作用により鋼板１の厚み方向で鋼板１を押す電磁力が溶融金属の表裏面ともに働き、鋼板面上の溶融金属を加熱・ワイピングし、余剰溶融金属を削減する。
【００３３】
溶融金属に作用する電磁力は、鋼板幅方向にはほぼ均一な電磁力分布であり、鋼板長手方向には図７に示すように電磁コイルの中心付近がピークとなるような分布を持つ。ワイピング力はこの鋼板長手方向の電磁力の勾配の大きさに左右され、電磁力の勾配が大きいほど、ワイピング力が高まる。
【００３４】
電磁コイルの鋼板面側の面は、鋼板移動方向長さが長すぎると電磁力の勾配が小さくなり、短すぎると十分な電流が鋼板面側に流れないので、鋼板移動方向長さは０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下が好ましく、更に好ましくは１ｃｍ以上５ｃｍ以下である。
【００３５】
鋼板面に対する電磁コイルの鋼板対向面の傾斜角度（図６中の角度θ）は電磁力の勾配と関係があり、傾斜角度が大きい方が電磁力の勾配が大きくなるが、電磁コイルの鋼板に近い側の断面積が小さくなり流れる電流の絶対量が減ることで電磁力の勾配が小さくなることから、電磁力の勾配は却って小さくなる。鋼板面に対する傾斜角度が３０°以下であれば溶融金属のワイピング効率が低下する問題はない。
【００３６】
電磁力は鋼板厚み方向への力しか働かないため、電磁コイル下部では流れのよどみが起こり、亜鉛等酸化しやすい溶融金属では大量の酸化皮膜が発生してしまう。そのため酸化皮膜を掻き落とす必要がある。本発明では、電磁コイル６の上方にガスノズル８を設置し余剰の溶融金属とともに酸化皮膜を掻き落とし、表面を美麗に保つ。
【００３７】
電磁コイルに流す交流電流の周波数は、鋼板の表皮深さの関係から種々条件で実験を行い２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下であると電磁コイル６による加熱効果と粘度低下作用によって効果的なワイピング効率が得られることを見出した。周波数が２０ｋＨｚ未満になると、表皮深さが深くなり鋼板表面の溶融金属に対して効率的に力が働かないため、ワイピング効率が低下し、薄目付にできなくなった。周波数が５００ｋＨｚを超えると、表皮深さが浅くなりすぎて、溶融金属表層のみに力がかかりワイピング効率が低下し薄目付にできなくなった。より好ましい周波数は、３０〜２００ｋＨｚである。
【００３８】
本実施形態に係る装置では、電磁コイル６に過度に高い電流を流すと、鋼板が過加熱され溶融金属との合金化が進行、固化し、ガスノズルによるワイピング効率を阻害し、薄目付できなくなる。合金化が進行し、ワイピングを阻害してしまう合金化度を調べ、種々の実験を行った結果、電磁コイルに流れる電流値（Ａ）が、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）と鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下（単位はＡ）であると合金化によりワイピングが阻害されず電磁コイル６による加熱効果・粘度低下によって薄目付が可能になることが分かった。
【００３９】
電磁コイル６が鋼板１から離れるほど、磁束、誘導電流ともに小さくなるため、電磁力も減少し、加熱効果も低減し、ワイピング効率は低くなる。そのため、この点についても種々の実験を行い、電磁コイル６に流れる電流値（Ａ）が、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上であれば、溶融金属のワイピング効率が上がることを見出した。
【００４０】
大電流を流すと消費電力が大きくなるため、鋼板と電磁コイルとの間隔はなるべく狭いほうがよく、２０ｍｍ以下が好ましく、より好ましくは１０ｍｍ以下である。
【００４１】
鋼板エッジ近傍において、鋼板幅方向中央部と同様の電磁力（ワイピング力）が発現されるようにするには、電磁コイル６の鋼板幅方向端部は、鋼板幅方向端部に対応する位置、またはそれよりも外側に延在して存在することが好ましい。外側に延在する場合、鋼板端部より５０ｍｍ以上外側に延在することが好ましい。
【００４２】
鋼板１の振動、あるいはＣ反り等の形状不良により鋼板１と電磁コイル６が接触すると、スパークが発生し、鋼板１および電磁コイル６が損傷するため、電磁コイル表面、特に電磁コイル６の鋼板面側は絶縁テープ等の絶縁材を被覆することが好ましい。
【００４３】
電磁コイル６の上方に配置されたガスノズル８で最終ワイピングを行う。
【００４４】
電磁コイル６とガスノズル８の位置関係であるが、本発明は、ガスワイピングを電磁力が作用する範囲外で行うものであるが、電磁力が作用する範囲外であってもガスノズル８と電磁コイル６が近すぎると電磁コイル６によって発生する誘導電流がガスノズル８に多く流れ、加熱・ワイピング効率を阻害する。また遠すぎると電磁コイル６で加熱した鋼板が冷えて溶融金属の粘度が上昇してしまう。そこで電磁コイル−ガスノズル距離は電磁コイル−鋼板間距離以上で３００ｍｍ以下が好ましい。電磁コイル−ガスノズル距離は、電磁コイル最上部からガスノズルのガス噴出し口までの鉛直方向距離である。ガスノズルには、誘導加熱されにくい銅、アルミ等を用いてもよい。また加工精度の確保が可能であれば、セラミック等、誘導加熱されない材質でガスノズルの製作を行ってもよい。
【００４５】
電磁コイル６で余剰の溶融金属がワイピングされているため、ガスノズル８での最終ワイピングによるスプラッシュ発生は従来のガスワイピング方式に比べて大幅に低減されるが、完全には防止されない。このスプラッシュが電磁コイル６上に堆積するとめっき外観を損なうようになる。そこで、本実施形態に係る装置では、電磁コイル６とガスノズル８の間に、ガスノズル８でワイピング時に発生したスプラッシュが電磁コイル６上に堆積するのを防止するスプラッシュ堆積防止装置７を備える。
【００４６】
スプラッシュ堆積防止装置７は、電磁コイル６とガスノズル８の間に、平板状のものを入れ、それを定期的に交換するようにしても良いし、集塵機のようにスプラッシュを吸い込む装置や、スプラッシュを載せ回収するベルトコンベヤーのような搬送装置を配置しても良い。スプラッシュ堆積防止装置７が金属製であると誘導加熱されるため、電磁コイルに近すぎると誘導電流がスプラッシュ堆積防止装置７に多く流れてしまい加熱・ワイピング効率を阻害する。そこで電磁コイル−スプラッシュ堆積防止装置間距離は電磁コイル−鋼板間距離以上で３００ｍｍ以下が好ましい。
【００４７】
加熱による温度低下防止だけでもガスワイピングによる薄目付けの効果は得られる。その際の加熱方法は他の誘導加熱方式やバーナーや雰囲気加熱など何でもよい。好ましくは酸化防止のため無酸化の雰囲気がよい。ただし鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減しているわけではないので、スプラッシュ低減やガスワイピング効率の向上には寄与しない。スプラッシュを低減し、ガスワイピング効率をより高める点で本発明がより優れている。
【００４８】
本発明の別の実施の形態について説明する。
【００４９】
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置を備える溶融金属めっき装置の概略側面図である。図８において、１は鋼板（めっき鋼板）、２はスナウト、３はめっき槽、４は溶融金属、５はシンクロール、６は電磁コイル、９、１０はガスノズルである。電磁コイル６の下方及び上方に、それぞれガスノズル９、１０を備える。
【００５０】
鋼板１は、スナウト２内からめっき槽３内の溶融金属４に進入し、シンクロール５により方向転換されてめっき槽３から引き上げられ、めっき槽３上方に設置されたガスノズル９により余剰の溶融金属が掻き落とされるとともに表面が冷却され、更に電磁コイル６により余剰の溶融金属がワイピングされ、更に上方のガスノズル１０により電磁コイル下部で発生した酸化皮膜が掻き落とされるとともに表面が冷却される。
【００５１】
電磁コイル６の構成、配置、電磁コイルに流す交流電流の周波数及びこれらの作用は、本発明の第１の実施の形態に係る連続溶融金属めっきの付着量制御装置における電磁コイル６と同様である。
【００５２】
本実施形態に係る装置では、電磁コイル６に、鋼板幅方向の交流電流を流すことにより、鋼板１の長手方向に磁束を発生させるとともに、交流の磁束変化を打ち消すように鋼板面上の溶融金属および鋼板１内に、誘導電流が発生する。この誘導電流と磁束との作用により鋼板１の厚み方向で鋼板１を押す電磁力が溶融金属の表裏面ともに働き、鋼板面上の溶融金属をワイピングする。
【００５３】
溶融金属に作用する電磁力は、鋼板厚み方向への力しか働かないため、電磁コイル下部では流れのよどみが起こり、亜鉛等酸化しやすい溶融金属では大量の酸化皮膜が発生してしまう。そのため酸化皮膜を掻き落とす必要がある。そこで本発明では、電磁コイル６の上方にガスノズル１０を設置し、電磁コイル６下部の酸化皮膜を掻き落とし、表面を美麗に保つ。
【００５４】
またソレノイド方式の電磁コイルであるため鋼板と溶融金属は誘導加熱される。過度に加熱されると亜鉛など鋼板と合金化しやすい溶融金属では合金化が促進され、表面が固化し、電磁コイル６によるワイピングを阻害する。そこで加熱を抑えるため電磁コイル６下方のガスノズル９により鋼板と溶融金属を冷却する。
【００５５】
ガスノズル９は、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付ける。鋼板面に対するガス噴き付け角度（図８中の角度α）が１０°以上、７０°以下となるように設置する。ガス噴き付け角度が７０°より大きくなると電磁コイル６でワイピングされた溶融金属が下に流れてくるためガス衝突部で液だまりが発生し、多量のスプラッシュが発生するため外観を損なう。ガス噴き付け角度が１０°未満になると溶融金属にかかるガス圧力が不足して十分な冷却効果が得られない。十分な冷却を行うためには、ある程度余分な溶融金属を掻き落とす程度の力が必要であり、より好ましいガス噴き付け角度は２０°〜４５°である。
【００５６】
ガスノズル９の設置位置は、浴面−鋼板間であればどこでも良い。しかし電磁コイル６に近すぎると誘導加熱され溶解、電磁力の損失が起こってしまうため、ある程度の距離、少なくとも電磁コイル−鋼板間以上の距離は保つ必要がある。電磁コイル−ガスノズル距離は、電磁コイル最下部からガスノズルのガス噴出し口までの鉛直方向距離である。また浴面からの距離は、鋼板に随伴してくる溶融金属の量がある程度減った１００ｍｍ以上が好ましい。
【００５７】
ワイピング条件については、冷却と酸化皮膜除去が目的であるためそれほど高い圧力は必要としない。ノズルスリット幅０．５〜３ｍｍ、ノズル−鋼板間距離が５〜１５ｍｍ程度であれば、０．０１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力で十分である。また逆に冷却が強すぎたり、冷却区間が長すぎたりすると溶融金属の流動性がなくなるため、凝固しない程度の条件とする必要がある。
【００５８】
電磁コイル６上方のガスノズル１０は、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付ける。鋼板面に対するガス噴き付け角度（図８中の角度β）は１０°以上、７０°以下である必要がある。１０°未満では溶融金属にかかるガス圧力が不足して十分な冷却効果が得られない。また７０°より大きくなると、酸化皮膜を掻き落とす程の力を作用させた場合、ガス流衝突部で通常のガスワイピングのようになってしまいスプラッシュが発生する。
【００５９】
また電磁コイル６上方のガスノズル１０の設置位置は、電磁コイル６と鋼板の間隔をｙとするとき、電磁コイル６最上部からガスノズル１０の噴出し口までの高さ（鉛直方向距離）がｙ以上、１５ｙ以下となるよう設置することが好ましい。
【００６０】
ワイピング条件については、冷却と酸化皮膜除去が目的であるためそれほど高い圧力は必要としない。ノズルスリット幅０．５〜３ｍｍ、ノズル−鋼板間距離が５〜１５ｍｍ程度であれば、０．０１〜０．５ｋｇｆ／ｃｍ２程度の圧力で十分である。
【００６１】
ガスノズル９、１０はコスト、強度、設計精度上の問題から金属で製作することが好ましい。その場合、ガスノズル９、１０と電磁コイル６の間隔が近いと誘導加熱される。実験の結果、電磁コイル６と鋼板１の間隔より近くに設置すると、ガスノズル９、１０に電力が奪われワイピング効率を阻害することがわかった。そのため電磁コイル最上部からガスノズルの噴出し口までの高さを電磁コイル６と鋼板の間隔ｙ以上とした。また電磁コイル最上部からガスノズルの噴出し口までの高さが１５ｙより大きくなると誘導加熱される電磁コイル部での冷却効果が低下し、ワイピング効率が阻害される。ガスノズルが加熱される場合は内部に水を流す水冷式にすることが好ましい。
【００６２】
またガスノズルには、誘導加熱されにくい銅、アルミ等を用いてもよい。また加工精度の確保が可能であれば、セラミック等、誘導加熱されない材質でガスノズルの製作を行ってもよい。
【実施例】
【００６３】
本発明を以下の実施例及び比較例により詳細に説明する。
【００６４】
（実施例１）
板厚０．４１ｍｍ、板幅２００ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図２に示した装置を用いて、めっき付着量制御を行い、めっきの付着量制御性、外観の評価を行った。電磁コイルは、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造で、その断面が四角形（鋼板と平行な面の長さ２０ｍｍ、および鋼板に垂直な面の長さが１０ｍｍの長方形）であり、銅製の中空構造で、電磁コイル内部を冷却水が循環するようになっている。電磁コイル端部は鋼板端部より外側７０ｍｍの位置にある。鋼板と電磁コイルの間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から２００ｍｍ上方に配置している。めっきされる溶融金属は、Ａｌ含有量が０．１質量％の亜鉛浴を使用し、めっき浴温度は４６０〜４７０℃の範囲内で調整した。電磁コイルに流す電流は周波数１８〜５１０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。またガスノズルはスリット幅１ｍｍで鋼板からの距離は５ｍｍ、スリットガス圧力は０．１〜０．４ｋｇｆ／ｃｍ２とした。使用ガスはエアーで、温度は常温２５℃である。電磁コイルとガスノズルの浴面高さはそれぞれ２００ｍｍ、３００ｍｍとした。電磁コイルとガスノズル間のスプラッシュ堆積防止装置はエアーシリンダーで出し入れを行えるアルミ製パン皿を用いた。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定した。
【００６５】
従来法の比較例として、電磁コイル単独及びガスノズル単独でもワイピング実験を行った。
【００６６】
評価結果を表２に示す。
【００６７】
【表２】
【００６８】
表２に示すように、本発明法の実施例では、同じガス圧力、ライン速度の場合では、従来のガスワイピング法に比べ、薄目付を行うことができる。また周波数及びコイル電流が本発明範囲を外れた場合は薄目付の効果が低かった。また電磁ワイピング単独では、薄目付化できず、酸化皮膜による外観不良が発生した。またスプラッシュ堆積防止装置がない場合も少量であるがスプラッシュが発生し、長時間の運転を行うと電磁コイル上に堆積し外観不良となった。しかし本発明の実施例では、速度２００ｍ／ｍｉｎでも美麗な外観で従来レベルを超える薄目付が可能であった。
【００６９】
（実施例２）
板厚０．４１ｍｍ、板幅２００ｍｍの亜鉛めっき鋼板のコイルに対して、図８に示した装置を用いて、めっき付着量制御を行い、めっきの付着量制御性、外観の評価を行った。電磁コイルは、図３に示すように、鋼板の一方の端部側方を囲むように連結され、上方から見たときに、略「コの字」型の一体構造で、その断面が四角形（鋼板と平行な面の長さ２０ｍｍ、および鋼板に垂直な面の長さが１０ｍｍの長方形）であり、銅製の中空構造で、電磁コイル内部を冷却水が循環するようになっている。電磁コイル端部は鋼板端部より外側７０ｍｍの位置にある。鋼板と電磁コイルの間隔は５ｍｍとした。電磁コイルはめっき浴面から２００ｍｍ上方に配置している。めっきされる溶融金属は、Ａｌ含有量が０．１質量％の亜鉛浴を使用し、めっき浴温度は４６０〜４７０℃の範囲内で調整した。電磁コイルに流す電流は周波数４０ｋＨｚとし、電流を変化させ、めっき付着量を調整した。電磁コイル上方の上部ガスノズル、電磁コイル下方の下部ガスノズルは、スリット幅１ｍｍで鋼板からの距離は５ｍｍ、ガス圧力は０．０５ｋｇｆ／ｃｍ２とした。使用ガスはエアーで、温度は常温２５℃である。下部ガスノズル、電磁コイルの浴面からの高さはそれぞれ１５０ｍｍ、２００ｍｍとした。めっき付着量はランダムに抽出した１０箇所の付着量を重量法により測定した。
【００７０】
下部ガスノズルの設置角度を検証した結果を図９に示す。上部ガスノズル角度は４５°、電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さは２０ｍｍとした。下部ガスノズル角度は、下部ガスノズルのガス噴出し方向が鋼板の鉛直上方に対してなす角度（図８の角度α）、上部ガスノズル角度は、上部ガスノズルのガス噴出し方向が鋼板の鉛直上方に対してなす角度（図８の角度β）である。ライン速度は６０ｍ／ｍｉｎ、電磁コイルに流す電流は２２０００Ａとした。図９に示すように、下部ガスノズルのノズル角度が１０〜７０°の範囲内では、スプラッシュ発生がなく薄目付けが可能であった。
【００７１】
次に上部ガスノズルの設置角度を検証した結果を図１０に示す。下部ガスノズル角度は４５°とした。また電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さは２０ｍｍとした。ライン速度は６０ｍ／ｍｉｎ、電磁コイルに流す電流は２２０００Ａとした。図１０に示すように、上部ガスノズルのノズル角度が１０〜７０°の範囲内では、スプラッシュの発生がなく薄目付けが可能であった。
【００７２】
次に電磁コイル最上部から上部ガスノズル噴出し口までの高さを検証した結果を表３に示す。
【００７３】
【表３】
【００７４】
従来のガスワイピング法（ガスワイピング単独）では、スプラッシュが発生し、外観不良が発生した。電磁ワイピング単独では、従来のガスワイピング法ほどの薄目付化できず、酸化皮膜による外観不良が発生した。
【００７５】
電磁コイルの上方と下方にガスノズルを配置したものは、スプラッシュの発生、酸化皮膜による外観不良の発生がなく、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さ（上部ガスノズルと電磁コイルの間隔）が、電磁コイルと鋼板との間隔の１〜１５倍の範囲内にあるものは、ライン速度が２００ｍ／ｍｉｎであっても従来のガスワイピング法に比べて薄目付となった（Ｎｏ．１〜５）。しかし、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さが前記範囲を外れ、電磁コイルに近すぎるものは電力の損失が大きくなり付着量が増大し（Ｎｏ．６）、電磁コイルから離れ過ぎると冷却効果が下がり合金化が進行し、薄目付けにならなかった（Ｎｏ．７）。
【００７６】
電磁コイルの上方にのみガスノズルを配置したものは、スプラッシュの発生、酸化皮膜による外観不良の発生がなく、従来のガスワイピング法より薄目付となったが、電磁コイルから上部ガスノズル噴出し口までの高さを電磁コイルと鋼板との間隔の１〜１５倍の範囲内にしても、電磁コイルの上方と下方にガスノズルを配置したものほど薄目付けにならなかった（Ｎｏ．８）。
【００７７】
電磁コイルの下方にのみガスノズルを配置したものは、酸化皮膜による外観不良が発生し、従来のガスワイピング法より厚目付となった（Ｎｏ．９）。
【００７８】
以上の実施例は、溶融金属としてはＡｌ：０．１質量％含有亜鉛浴を用いたが、本発明は、Ｕアロイなどの低融点金属、錫、亜鉛合金等、主成分が金属の溶融金属浴を用いて溶融金属めっきする際の付着量制御装置として広く使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明によれば、鋼板の両側に、鋼帯面に対向配置させた電磁コイルによる電磁力を溶融金属に作用させ、鋼板が持ち上げる溶融金属の量を低減させることを利用し、スプラッシュを低減できるとともに、電磁コイルによる加熱効果・粘度低下を利用し、従来ガスワイピングを超える薄目付けが可能になる。
【符号の説明】
【００８０】
１ 鋼板
２ スナウト
３ めっき槽
４ 溶融金属
５ シンクロール
６ 電磁コイル
７ スプラッシュ堆積防止装置
８、９、１０ ガスノズル
１１ 冷却水
１２ 電磁コイルを流れる電流
１３ 誘導電流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルの上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルとを備え、前記電磁コイルは、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項２】
前記電磁コイルに交流電流を供給する高周波電源の周波数を２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下にし、コイルに流す電流（Ａ）を、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）及び鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下となるようにすることを特徴とする請求項１記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項３】
前記電磁コイルと前記ガスノズルの間に、前記ガスノズルでガスワイピングしたときに発生した溶融金属スプラッシュが前記電磁コイルに付着するのを防止する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項４】
さらに、前記電磁コイルの下方に、鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルを備えることを特徴とする請求項１記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項５】
前記電磁コイル上方のガスノズル及び前記電磁コイル下方のガスノズルは、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付けるとともに、鋼板面に対するガス吹き付け角度を１０°以上７０°以下の範囲内とすることを特徴とする請求項４記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項６】
前記電磁コイル上方のガスノズルと前記電磁コイル最上部の鉛直方向間隔は、前記電磁コイルと鋼板の間隔をｙとしたときに、ｙ以上、１５ｙ以下となるようにすることを特徴とする請求項４又は５記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項７】
前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項１】
めっき浴から引き上げられて鉛直上方に移動する鋼板表面に付着した溶融金属の付着量を制御する装置であって、前記めっき浴上方の鋼板の両側に、鋼板面に対向配置した電磁コイルと、前記電磁コイルの上方に鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルとを備え、前記電磁コイルは、鋼板面側に、鋼板移動方向長さが０．５ｃｍ以上１０ｃｍ以下で、かつ、鋼板面に平行な面又は鋼板移動方向に鋼板との距離が広がり、鋼板面に対する角度が３０°以下である面を有することを特徴とする連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項２】
前記電磁コイルに交流電流を供給する高周波電源の周波数を２０ｋＨｚ以上５００ｋＨｚ以下にし、コイルに流す電流（Ａ）を、ライン速度ＬＳ（ｍ／ｍｉｎ）及び鋼板と電磁コイル間距離ｘ（ｍｍ）に対して、（２０ＬＳ＋１００）×（ｘ／５）２以上、（３００ＬＳ＋２５００）×（ｘ／５）２以下となるようにすることを特徴とする請求項１記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項３】
前記電磁コイルと前記ガスノズルの間に、前記ガスノズルでガスワイピングしたときに発生した溶融金属スプラッシュが前記電磁コイルに付着するのを防止する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項４】
さらに、前記電磁コイルの下方に、鋼板面にガスを噴き付けるガスノズルを備えることを特徴とする請求項１記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項５】
前記電磁コイル上方のガスノズル及び前記電磁コイル下方のガスノズルは、鋼板面に対して斜め下方にガスを噴き付けるとともに、鋼板面に対するガス吹き付け角度を１０°以上７０°以下の範囲内とすることを特徴とする請求項４記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項６】
前記電磁コイル上方のガスノズルと前記電磁コイル最上部の鉛直方向間隔は、前記電磁コイルと鋼板の間隔をｙとしたときに、ｙ以上、１５ｙ以下となるようにすることを特徴とする請求項４又は５記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【請求項７】
前記電磁コイルは、その内部に冷却媒体を流すための管状の中空構造を有することを特徴とする請求項１〜６の何れかの項に記載の連続溶融金属めっきの付着量制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−６８９５１（Ｐ２０１１−６８９５１Ａ）
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２２０６０３（Ｐ２００９−２２０６０３）
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月７日（２０１１．４．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月２５日（２００９．９．２５）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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