技術 溶融金属めっきにおけるめっき付着量制御方法

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本発明は、鋼帯の連続溶融亜鉛めっき等の連続溶融金属めっきにおいて、めっき浴を通過して浴上方に連続的に走行するストリップに、めっき浴の上方位置においてワイピングノズルからガスを噴射し、めっき付着量を調整する際のめっき付着量制御方法に関する。

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従来、ストリップの連続溶融金属めっきにおけるめっき付着量の調整は、図１に示すように溶融金属めっき浴２の上方に一対のワイピングノズル３，４を設置して、めっき浴を通過して浴上方に連続的に走行するストリップ１に前記ワイピングノズル３，４からガスを噴射し、ストリップ面に付着した余剰の溶融めっき金属を掻き落とすことにより行われている。

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このような連続溶融金属めっきにおけるめっき付着量の制御方法として、例えば特開平６−１１６６９６号公報には、めっき付着量Ｗをストリップのライン速度Ｖ、ワイピングノズルのガス噴射圧力Ｐ、ノズル−ストリップ間距離Ｂを因子とした関係式に基づいて制御する方法が開示されている。従来、このような因子を用いた関係式は多数発表されており、その中の１つとして例えば次のような関係式が知られている。

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また、特開平５−１７１３９５号公報には、めっき付着量に対するストリップ板厚の影響も考慮して上記の３つの制御因子（ライン速度Ｖ、ワイピングノズルのガス噴射圧力Ｐ、ノズル−ストリップ間距離Ｂ）に板厚ｔを組み合わせ、めっき付着量を次のような関係式で制御するめっき付着量制御方法が開示されている。

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さらに、特開平６−２９６９２３号公報には、ワイピングノズルからのガス噴流がノズル−ストリップ間距離によって展開領域と完全発達領域とに分けられ、これらの領域ではノズル−ストリップ間距離がめっき付着量に及ぼす影響が異なることを考慮し、展開領域と完全発達領域で次のような別々の関係式を用いてめっき付着量を制御する方法が開示されている。

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上記のような各付着量制御方法では、それぞれの関係式を用いてフィードフォワード制御またはフィードバック制御を行い、めっき付着量を制御するものである。したがって、めっき付着量を精度良く制御するためには、これらめっき付着量関係式の精度自体が重要な要素となる。

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しかしながら本発明者らが検討したところによれば、連続溶融金属めっきにおいてめっき付着量を高精度に制御するためには、上述した従来技術が用いている因子以外にも様々な要因や因子を考慮する必要があることが判った。すなわち、これらの要因や因子としては、例えばワイピングノズルからのガス噴流の領域を厳密に区別した場合、展開領域と完全発達領域の間に遷移領域と呼ばれる領域が存在することや、めっき浴温度、めっき浴成分、めっき浴への侵入板温度、ストリップの鋼種等の因子が挙げられる。

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一方、片面当り約３０ｇ／ｍ2程度の薄目付から片面当り１２０ｇ／ｍ2程度の厚目付までの範囲のめっき付着量を得るためには、採用されるワイピングノズルのガス噴射圧力やノズル−ストリップ間距離等の操業条件も相当程度に広範なものとなる。したがって、このような広範な操業条件下において常に高精度にめっき付着量を制御するためには、上述しためっき付着量関係式が相当程度に高精度であることが必要となるが、上述した従来法ではこのような広範な操業条件の下でめっき付着量を常に高精度に制御することは困難であることが判った。したがって本発明の目的は、薄目付めっきから厚目付めっきまでのめっき付着量を常に高精度に制御することができるめっき付着量制御方法を提供することにある。

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このような課題を解決するため、本発明のめっき付着量制御方法は以下のような特徴を有する。
[1]溶融金属めっき浴を通過して浴上方に連続的に走行するストリップに、めっき浴の上方位置においてワイピングノズルからガスを噴射することによりめっき付着量を制御する方法において、下記(1)式を満足する条件でワイピングノズルからガスを噴射し、めっき付着量の制御を行うことを特徴とする溶融金属めっきにおけるめっき付着量制御方法。

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[2]溶融金属めっき浴を通過して浴上方に連続的に走行するストリップに、めっき浴の上方位置においてワイピングノズルからガスを噴射することによりめっき付着量を制御する方法において、下記(2)式を満足する条件でワイピングノズルからガスを噴射し、めっき付着量の制御を行うことを特徴とする溶融金属めっきにおけるめっき付着量制御方法。

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溶融金属めっきされたストリップ面にワイピングノズルからガスを噴射し、ストリップ面に付着した余剰の溶融金属を掻き落す場合、溶融金属を掻き落とす力としては、ワイピングノズルからのガス噴流の衝突圧が支配的である。ここで、ガス噴流の衝突圧Ｐｓとガス噴流の流速ｕ及び噴流ガスの密度ρの間には下記(3)式の関係があり、したがってガス噴流の速度ｕが掻き落とし力に多大な影響を与えている。

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ガス噴流の最大流速ｕmは、ワイピングノズル出口からの距離ｙの関数で表わすことができるが、この最大流速ｕmは図２に示すように距離ｙによって３つの領域に分けることができる。まず、図２に示すｙ≦ｌ1の領域（展開領域）では、ガス流速が衰えないポテンシャルコアが存在し、最大流速ｕmは下記(4)式で表わすことができる。

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次に、ｙ≧ｌ2の領域（完全発達領域）では、ガス噴流外部の影響が噴流中心部まで到達するためポテンシャルコアは完全に消滅し、最大流速ｕmは下記(5)式のように距離ｙのある乗数に比例して減少していく。

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以上の点から、厳密に言えばめっき付着量は上記の３つの領域についてそれぞれ異なるめっき付着量関係式により制御する必要があるということになるが、実操業ではほとんどの場合、鋼板とワイピングノズルとの間隔は遷移領域内で使用され、また、遷移領域外で操業を行う場合も遷移領域から大きく外れることはないため、上記(6)式で十分に良い一致が得られることが判った。そして、このようにめっき付着量に深く関係しているガス流速に対するノズル−ストリップ間距離の影響をより厳密に表わしている上記(6)式を付着量関係式に取り込むこと、つまりノズル−ストリップ間距離の項を上記(6)式の形式にすることにより、従来よりも高精度なめっき付着量制御が可能になることを見い出した。すなわち、下記(1)式を満足する条件でワイピングノズルからガスを噴射することにより、めっき付着量を高精度に制御できることが判った。

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さらに、上記(1)式で用いたライン速度Ｖ、ワイピングノズルのガス噴射圧力Ｐ、ノズル−ストリップ間距離Ｂという因子の他に、ストリップ板厚ｔとめっき浴への侵入板温Ｔがストリップに付着した溶融金属の粘度に大きな影響を与え、これによってめっき付着量が影響されることが判った。したがって、これらの因子を付着量関係式に取り込んだ下記(2)式を満足する条件でワイピングノズルからガスを噴射することにより、めっき付着量をより高精度に制御できることが判った。

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なお、先に述べたようにめっき浴温度も溶融金属の粘度に影響を与えるが、めっき浴温度は定常操業では変化しない因子であるため、本発明では付着量関係式には含めていない。以上のような(1)式，(2)式を用いてめっき付着量を制御する具体的な制御法としては、ワイピング後のめっき付着量を計測して、所定のめっき付着量が得られるようにガス噴射圧力Ｐまたはノズル−ストリップ間距離Ｂを上記(1)式または(2)式に基づき制御する。例えば、制御因子としてガス噴射圧力Ｐを選んだ場合には、この因子以外の値と所定のめっき付着量の値を上記(1)式または(2)式に代入してガス噴射圧力Ｐを算出し、その値に制御することにより所定のめっき付着量を得ることが可能になる。

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〔実施例１〕先に述べた従来法で用いられている(ａ)式について、５≦Ｂ／Ｄ≦１６の範囲（Ｂ：ノズル−ストリップ間距離［ｍｍ］、Ｄ：ワイピングノズルのスリットギャップ［ｍｍ］）で行った実操業データとめっき付着量の実績値から重回帰計算により各係数を求め、(ａ)式に基づいた計算値とめっき付着量の実測値とを比較した。その結果を図３に示す。これによれば従来法では相関係数ｒ＝０．９２１であり、±１０ｇ／ｍ2以内のバラツキがあった。

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これに対して本発明の実施例として、上記と同様の実操業データとめっき付着量の実績値から上記(1)式中のｋ1〜ｋ4の値を重回帰計算により求め、また、ｍ1，ｍ2の値をガス噴流の流速測定の結果に基づいて求めた。ｋ1〜ｋ4，ｍ1，ｍ2の値は以下の通りである。
ｋ1＝３．８９
ｋ2＝−０．４４７
ｋ3＝０．１８７
ｋ4＝０．３７５
ｍ1＝０．２７２
ｍ2＝３．６５
これらの定数を用い、上記(1)式に従って計算しためっき付着量とめっき付着量の実績値とを比較した。その結果を図４に示す。これによれば(1)式を用いた本発明法では相関係数ｒ＝０．９６７となり、±４ｇ／ｍ2以内のバラツキに収めることができ、めっき付着量制御の精度を大幅に向上させることができる。

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次に、上記と同様の実操業データとめっき付着量の実績値から上記(2)式中のｋ1〜ｋ6の値を重回帰計算により求め、また、ｍ1，ｍ2の値をガス噴流の流速測定の結果に基づいて求めた。ｋ1〜ｋ6，ｍ1，ｍ2の値は以下の通りである。
ｋ1＝２６．９
ｋ2＝−０．４４３
ｋ3＝０．１９６
ｋ4＝０．３２６
ｋ5＝−０．０５０７
ｋ6＝−０．２７７
ｍ1＝０．２７２
ｍ2＝３．６５
これらの定数を用い、上記(2)式に従って計算しためっき付着量とめっき付着量の実績値とを比較した。その結果を図５に示す。これによれば上記(2)式は溶融金属の粘度をも考慮したものであるため、上記(1)式を用いた場合よりもさらに精度が向上し、相関係数ｒ＝０．９７４となり、±３ｇ／ｍ2以内のバラツキに抑えることができる。

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以上述べたように本発明法によれば、広範囲の操業条件において常に高精度のめっき付着量制御を行うことができる。また、本願の請求項２の発明法によれば、溶融金属の粘度をも考慮した関係式を用いて制御を行うため、特に高精度のめっき付着量制御を行うことができる。

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図１連続溶融金属めっきラインにおけるめっき付着量制御部を示す概念図
図２ワイピングノズルからのガス噴流の最大流速とワイピングノズル出口からの距離との関係を示すグラフ
図３従来法で採用しているめっき付着量関係式に基づくめっき付着量の計算値とめっき付着量の実測値との関係を示すグラフ
図４本発明が規定する(1)式に基づくめっき付着量の計算値とめっき付着量の実測値との関係を示すグラフ
図５本発明が規定する(2)式に基づくめっき付着量の計算値とめっき付着量の実測値との関係を示すグラフ

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１…ストリップ、２…溶融金属めっき浴、３,４…ワイピングノズル、５…シンクロール