JP2002530535A - 亜鉛およびアルミニウムバスを使用するガルバナイジングおよびガルバニーリング方法 - Google Patents

亜鉛およびアルミニウムバスを使用するガルバナイジングおよびガルバニーリング方法

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Abstract

(57)【要約】 本発明は亜鉛およびアルミニウムバスを使用するホットディップガルバナイジングおよびガルバニーリング方法を開示する。ストリップをバス中に浸漬し、実質的にドロスのないガルバニールおよびガルバナイズされたストリップを製造する。このバスは、ガルバニーリング中にガルバナイジング中と実質的に同じ実効アルミニウム濃度を有することができ、バスのセットポイントは、約４４０℃〜約４５０℃の温度である。ストリップの鼻温度は、スチールの組成に応じて４７０℃〜５３８℃に制御される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【出願の関係】
本発明は、１９９８年１月２９日に出願した米国特許出願第０９/０１５５５
１号の一部継続出願（C-I-P）である。
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は、スチール（鋼）をガルバナイジング（めっき）およびガルバニーリ
ングする方法に関する。特に、本発明は溶融した亜鉛およびアルミニウムバス（
槽）を使用して連続ホットディップ（高温浸漬）ガルバナイジングおよびガルバ
ニーリングする方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
スチールストリップ（鋼片）の連続ホットディップによるガルバナイジングお
よびガルバニーリングに際し、溶融亜鉛バスを使用している。バスに入る前に、
このストリップは、一般に炉内で熱処理される。バス内に延び鼻と呼ばれる炉の
端部は、炉を外気からシールする。ストリップが鼻を通過するとき、ストリップ
はバス内に浸漬される。溶融バス内に、典型的には２以上のローラが配置されて
いる。シンクローラは、バス内のストリップの走行方向を反転させ、バス内の１
対の安定化ローラは、バス内で回転しコーティングナイフを通ってストリップを
安定化して案内する。
【０００４】 ガルバナイズおよびガルバニーリングされた製品の製造に際し、典型的にはア
ルミニウムを溶融亜鉛バス中に入れて亜鉛−鉄合金の成長を制御する。ガルバナ
イズされたスチールの亜鉛―鉄合金の界面は、ストリップへの亜鉛コーティング
の低接着性であるので、好ましくない。ガルバニーリングに使用されるアルミニ
ウムの含有量は、比較的低く（例えば重量比で０．１３〜０．１５％）、ガルバ
ナイジングに使用されるアルミニウムの含有量は比較的高い（例えば重量比０．
１６〜０．２％）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロセスでは、ガルバナイズおよびガルバニールされたスチールを得る
生産ラインには、２個のバスを使用していた。これらのプロセスにおいて、一方
のバスは、ガルバニーリングのために比較的低アルミニウム濃度である必要があ
り、他方のバスは、ガルバナイジング用に比較的高いアルミニウム濃度である必
要があった。しかし、一方のバスから他方のバスに切替えるために製造ラインを
止める必要があるので、２個のバスは不利である。また、２個のバスは、ガルバ
ニールおよびガルバナイズされたスチールの製造スケジューリングにフレキシビ
リティを低減する。更に、第２のバスを設けると余分な設備費がかかる。
【０００６】 単一バスを使用する従来の製造ラインでは、ガルバニーリングおよびガルバナ
イジング間でアルミニウム濃度を順次高めている。これは、移行（又は過渡）期
間中にアルミニウム濃度がガルバナイジングには低すぎるので、ガルバニーリン
グからガルバナイジングへの過渡期に低品質のガルバナイズされたスチールが製
造されることになる。例えば、過渡期間中にはくクリチカルな方面品質要求の製
品が製造できないか、高反応性の真空ガス抜きされたウルトラ低カーボンスチー
ル又は高強度スチールが得られない。更にまた、従来方法は一般に循環性が乏し
く、バス内の組成および温度変化が比較的大きい。このように循環が悪いと、単
一バスを使用する従来工程におけるガルバニーリングからガルバナイジングへの
移行期に生じる課題を悪化させる。
【０００７】 従来のホットディップ式ガルバナイジング工程では、ドロス（不純物）と呼ば
れる不要な鉄―亜鉛又は鉄―亜鉛―アルミニウムの金属化合物が形成される。ド
ロスがバス内のローラに付着し、ストリップ表面に移されて欠陥が生じるので、
ガルバニールされた製品および露出するガルバナイズされた製品では大きな問題
となる。このドロス粒子により生じる表面傷（欠陥）は、自動車および家庭用機
器産業で普通であるコーティングスチールに適用される高グロスペイント仕上げ
の際に特に目立つ。バス内でセメントカーバイドによりコーテングされたローラ
を使用すると、これらの欠陥を減少させるが、完全に除去することはできない。
【０００８】 表面欠陥を生じることに加えて、ドロスの形成は、製造コストを直接上昇させ
る。亜鉛は、ガルバナイズおよびガルバニールされたスチールの製造で使用する
原材料のうち最も高価なものの１つである。ドロスの重量は、製造中に消費され
る亜鉛の平均して略８〜１０％になるのが普通であるので、製造コストを増加さ
せる。
【０００９】 従来方法は、ガルバナイジングには高アルミニウム濃度のバスを、またガルバ
ニーリングには低アルミニウム濃度のバスを使用するのが普通である。ガルバニ
ーリング中の低アルミニウム濃度のバスは、過度のドロスを形成し、ガルバニー
リング中にストリップにドロスが付着する。更に、バスの底にドロスが蓄積する
と、ガルバニール製造ランの長さを制限し且つガルバナイジングへの移行時に高
いアルミニウムを加える化学的転化により底のドロスを除去する必要がある。底
のドロス堆積がひどい場合には、製造ラインを停止させて、ドロスを機械的に除
去する必要があるかもしれない。
【００１０】 ガルバナイズ中の高アルミニウム濃度は、ガルバナイズ中のコーティングのア
ルミニウム濃度が過度になり得る。ガルバナイズのアルミニウム含有量が高いと
、ガルバナイズからガルバニール又はその逆の移行に悪影響を及ぼす。その理由
は、１つのアルミニウム含有量から他の値への移行を完了するには数時間を要す
るからである。ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行又はその逆への
移行は、コスト高になる。その理由は、バス中のアルミニウム含有量の変化が、
ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行又はその逆への移行中における
製品の品質を低下するためである。従って、従来方法を使用すると、ガルバニー
リングおよびガルバナイジングの両方に単一バスを使用することにより露出部が
高品質でコーティングされたスチール製品又は真空ガス抜きされたウルトラ低カ
ーボン鋼又は高強度鋼を製造するのが困難である。移行時の表面品質が低下する
理由は、ガルバナイジングへの移行中にアルミニウム含有量が増加すると、底の
ドロスがトップ、即ち浮きドロスに変換され、ストリップにドロスが付着される
からである。
【００１１】 バス中のアルミニウムは、一般にガルバナイジングおよびガルバニーリング中
に鉄−亜鉛合金が成長するのを制御し、ドロス量を低減するのに必要であり、過
度のアルミニウムは好ましくない。例えば、コーティング中のアルミニウムが多
すぎると、製品のスポット溶接性を低下させる。
【００１２】 バスが高温になると、バス中の鉄の溶解性を増加し、鉄飽和によるトップおよ
びボトムドロスの両方を形成させ、バスの成分を破壊する。鉄で飽和された亜鉛
バスは、バス温度の僅かな変化でドロス組成物の沈殿を生じさせる。従って、（
ａ）低く且つ一定のガルバナイジングバス温度を使用することにより亜鉛バスの
鉄含有量を飽和状態から下げることおよび（ｂ）鉄含有量を溶解性限界の近くに
維持して溶融亜鉛からドロス粒子の沈殿を最小にすることが好ましい。これら粒
子は、ボトムドロス（FeZn7）およびトップドロス（Fe2Al5）のコンビネーショ
ンである。これらの粒子の詳細は、カトー等による「溶融亜鉛バス中のドロス形
成およびフロー現象」ガルバテック９５年コンフェレンスプロシーディング、１
９９５年シカゴ第８０１−８０６ページに説明されている。この刊行物は、本発
明が動作する環境で形成されるドロス粒子のタイプに関する背景資料としてここ
に引用する。
【００１３】 ストリップをバス中に浸漬したときストリップがバスより高温であれば、バス
は過熱（オーバーヒート）され、ストリップから鉄をバス中への溶解を増加させ
る。ストリップがバス中に浸漬される前に起こる熱処理に続いてストリップが十
分に冷却されない限り、ストリップはバスの鼻（即ち、浸漬部の近傍）より高温
である。従来のプロセスにおいて、バスの温度は比較的高く（例えば約４６０℃
）、ガルバニーリングおよびガルバナイジングに単一バス又は２バスの使用に拘
らずバス表面の亜鉛のフリージングを回避する。しかし、著しく低温のバスを使
用すると、バス表面で亜鉛をフリーズさせる。その理由は、従来のバスでは循環
が乏しく且つストリップの浸漬温度およびバス温度間の温度差が小さいからであ
る。
【００１４】 バス温度が高く且つドロス形成が多いと、摩擦および侵食が増加してローラの
寿命が縮まる。また、ベアリングおよびスリーブ等のバス内にある他のコンポー
ネントも、バスが高温でドロスの形成が多いと寿命が縮まる。これらコンポーネ
ントの寿命が縮まると、コストが直接的（例えば交換コスト）および間接的（例
えばこれらコンポーネントの交換中の製造中止）に増加する。
【００１５】 上述した種々の課題の結果、１個の亜鉛バスを使用するガルバナイザは、低品
質のガルバナイズスチールおよび低品質のガルバニールスチールの製造ラン間に
高表面品質製品を製造するために、特殊ラインスケジューリング（例えば、ロー
ラが新品の間に露出高品質のコーティングされたストリップを製造する）および
高価なメンテナンス業務（例えば、バスの機械的な清掃）を強制的に使用すると
ととなる。従って、従来の単一バス法を使用して製造される露出高品質製品の量
は、製造ラインのコーティングされたストリップ製造能力未満となる。
【００１６】 従来、電気ガルバナイジング（電気めっき）プロセスは、良好な表面品質が得
られたので、従来ホットディップのガルバナイジングでなく電気ガルバナイジン
グを使用して露出用途の製品の製造にしばしば使用された。しかし、電気ガルバ
ナイジングは、ホットディップのガルバニーリング又はホットディップのガルバ
ナイジングに比較して高価である。
【００１７】
【課題解決のための手段】
本発明によるスチールストリップ（鋼片）をコーティングする１つの方法は、
重量比約０．１０％〜約０．１５％の実効アルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バ
スを設け、このバスのセットポイントを約４４０℃〜約４５０℃の温度に維持し
、溶融亜鉛を循環させてバスのアルミニウムおよび温度を均一にしてドロスの堆
積を阻止し、約４７０℃〜約５３８℃の鼻温度を有するスチールストリップをバ
ス内に浸漬してストリップにコーティングし、この浸漬されたストリップに溶融
亜鉛を送りストリップを冷却する工程を備えることを特徴とする。
【００１８】 この方法は、バスのセットポイントを約４４５℃〜約４５０℃に維持し且つバ
ス温度をセットポイントの１℃以内に維持する工程を備える。溶融亜鉛バスは、
重量比０．１３％〜０．１４％の実効アルミニウム濃度を有する。この方法の更
なる特徴として、バスの表面はバス加熱手段（例えばインダクタ）の位置により
完全に溶融状態に留まる。
【００１９】 ストリップが高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールで
あれば、ストリップは、好ましくは約５１０℃の鼻温度を有する。ストリップが
ウルトラ又はエキストラ低カーボンの真空ガス抜きされたスチールであれば、ス
トリップは、好ましくは約４７１℃の鼻温度を有する。
【００２０】 本発明の他の方法は、高品質表面を有するガルバナイズ又はガルバニールされ
たスチールの製造方法である。この方法は、実効アルミニウム濃度を有する溶融
亜鉛バスを設け、このバスのセットポイントを約４４０℃〜約４５０℃に維持し
、ストリップをバス内に浸漬してコーティングして実質的に不純物のないガルバ
ナイズおよびガルバニールされたストリップを得る工程を備えることを特徴とす
る。ガルバナイズ中のバスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリング中のバ
スの実効アルミニウム濃度と実質的に同様である。
【００２１】 好適実施形態では、バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリングおよび
ガルバナイジング間で重量比０．０１％を超えて変化しないことを特徴とする。
ガルバナイジング中のバスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリング中のバ
スの実効アルミニウム濃度と等しいことを特徴とする。
【００２２】 バスのセットポイントは、約４４５℃〜約４５０℃の温度に維持され且つ前記
バスの温度は、セットポイントの１℃以内に維持される。このセットポイントは
、約４４７℃に維持される。バスの実効アルミニウム濃度は、重量比約０．１０
％〜約０．１５％であり、好ましくは０．１３％〜０．１４％である。ストリッ
プは、約４７０℃〜約５３８℃の浸漬又は鼻温度を有する。
【００２３】 この方法は、バスの底から浸漬されるストリップに向けて低温の亜鉛を送り、
浸漬されたストリップの近傍にホットスポットの形成を阻止し、亜鉛の蒸発を阻
止し且つ浸漬されたストリップをバスの温度に近づくように急速に冷却する。
【００２４】 ストリップが高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチール
の場合には、ストリップは、好ましくは約５１０℃の鼻温度を有する。ストリッ
プがウルトラ低又はエキストラ低カーボンの真空ガス抜きされたスチールの場合
には、ストリップは約４７１℃の鼻温度を有する。
【００２５】 この方法は、優れたコーティング接着性、表面品質およびスポット溶接性を有
するガルバナイズおよびガルバニールされたスチールを製造する。バスの表面は
、コーティング中に完全に溶融状態に留まる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に
説明する。連続したスチールストリップを処理するガルバナイジングおよびガル
バニーリング構成は、連続コーティングラインの一部であり、溶融亜鉛およびア
ルミニウムバスよりなる。このバスに設けられたのは、詳細を後述する如くバス
を冷却する装置である。
【００２７】 ストリップは、浸漬炉の最後の領域であるエンドシュート又は鼻に到達する前
に従来の如く処理される。鼻は、バス内に延び、これにより炉を外気からシール
する。鼻に到達する前の斯かる従来の処理は、水酸化ナトリウム溶液内に浸漬し
てブラッシングする化学的洗浄（クリーニング）、電解クリーニング、すすぎ、
および乾燥を含んでいる。この化学的洗浄の後に、典型的には、ストリップが鼻
に到達する前にアニールされる。鼻の前のジェットクーラーが、スチールの温度
を、ストリップがバスに入る際の温度で定義される鼻温度に下げる。
【００２８】 図１は、米国特許第４,９７１,８４２号公報に説明するシステムのフローパタ
ーンを示す構成図である。図２（a）および図２（b）は、本発明の実施に好適な
全体システムを示す。本発明のプロセスの一部として、アニールされたスチール
ストリップ２は、亜鉛バス３を通して、沈みローラ４を周り、更に１個以上の安
定化ローラ５間を走行し、ストリップがコーティングの厚さを制御するガスジェ
ットナイフ間を通過する前にストリップをフラットにする。窒素等のガス媒体が
ガスジェットナイフに使用可能である。このガスジェットナイフの後で、ガスジ
ェットノズル又は水霧ノズルを使用して、ストリップがバスから出ると冷却させ
てコーティングを凝固させる。ストリップが鼻に到達する前の処理工程およびス
トリップがバスから出た後の処理工程は、従来通りに行うことができる。ここに
参考文献として組み込まれた米国特許第４,３６１,４４８号、第４,７５９,８０
７号および第４,９７１,８４２号公報は、ストリップを溶融バス内へおよび溶融
バスから案内する構成を開示する。しかし、これら特許の何れもドロスのないバ
スおよびドロスのないコーティングを提供しない。ストリップを溶融バス内へお
よび溶融バスから外部へ案内する別の構成は、参考文献としてここに組み込まれ
るぺルッチ・ジェイ・シッポラによる発明である１９９８年１月２９日出願の米
国特許出願第０９／０１５,５５１号明細書に開示されている。この特許出願明
細書には、以下に説明する如く、溶融バスを冷却する装置も開示している。
【００２９】 スチールに亜鉛をアプライ（噴射）するノズルユニット６は、上ノズル７およ
び下ノズル８（図３および図４参照）を含んでいる。これに対して、米国特許第
４,９７１,８４２号公報は、上ノズル７および下ノズル８を有し、これら両ノズ
ル７、８には、物質が充満した空間プレート９（図４参照）のシャドウ形状のな
いユニット６の幅全体に均等にスリットが形成されている。このプレート９は、
ストリップの長さに沿って略９０°の角度で溶融亜鉛を送るよう構成されている
。更に、本発明のクーラー／クリーナ２は、図４に示す如く複数の細長い上ノズ
ル７を有する。また、下ノズル８は、丸く且つプレート９の形状に形成されてい
る。
【００３０】 ノズル７、８の射出領域は、図２（a）に示す如くスチールストリップ２の長
さAおよびBに沿うスチールストリップ２の面積の少なくとも５０％をカバーする
。これは、米国特許第４,９７１,８４２に説明し且つ図１に示す単一下ノズル８
と対照される。本発明のシステムにおいて、ノズル８はプレート９内に取付けら
れ、ノズルの長さの半分が一側にあり、他の半分はプレートの中心線の他側にあ
るようにする。この構成により、スチールシートに対して亜鉛の流れを最も効果
的にする。
【００３１】 ノイズチャンバ６内で、ドロスで汚染した亜鉛は、スチールストリップに向け
てポンピングされ、ドロス粒子をスチールストリップ２の表面に被着させる。こ
の操作により、スチールストリップのコーティングの一部として亜鉛バスからド
ロスを除去する。その結果、ドロスの全ては、前に処理されたスチールストリッ
プに被着させて取り去ったので、その後に処理されるスチールは、ドロスのない
亜鉛バスとなる。ドロス粒子をスチールストリップに効果的に被着させるために
、ノズル８からの亜鉛の流れを、図１に示す米国特許第４,９７１,８４２号公報
のクーラーの場合にように、ストリップに平行に移動させるのではなく、略垂直
方向からストリップに当たる方向に向けられる。
【００３２】 ドロス粒子がストリップ２に被着するよう十分な流れを生じさせるために、本発
明のノズル８の面積は、アジテータ１７で測定したポンプハウジング１０の２倍
の面積とする。ポンプの回転速度、従って移動される材料の体積を調整すること
により、ノズル７、８から流れる亜鉛の速度が調整できる。スチールストリップ
２へ向けて移動された亜鉛の量は、モニタされ且つスリット１２を介して亜鉛バ
スの表面３上のハウジング１１内への亜鉛のカラムからの材料の転換（バス内の
亜鉛全体の約２％）により制御される。スリット１２は、好ましくは幅２５mm且
つ高さ１００ｍｍである。ハウジング１１は、ポンプハウジング１０に取付けら
れ且つ亜鉛バスの底面から亜鉛バスの上面まで延びる。スリット内の亜鉛のレベ
ルは、ポンプ１０により生じされる主亜鉛フローから脇へ向けられるが、バス全
体の適正亜鉛レベルを示す。更に、スチールに吹き付けられる亜鉛の主フローか
ら分けるか加えられる亜鉛の量を調整することにより、最適めっきのための亜鉛
量およびドロスの最小量の発生を正確に調整することが可能である。この制御装
置は、米国特許第４,９７１,８４２号公報にはない。
【００３３】 好ましくは亜鉛の５ｍｍカラム（バスの表面３上）は、１時間当り１０００ト
ンの亜鉛のポンピングに相当し、１０mmのカラムは、１時間当り２０００トンの
亜鉛に好適である。５ｍｍ以下では、亜鉛フローは少なすぎ、１０mmを超す亜鉛
フローでは高すぎて材料侵食の問題を生じる。従って、本発明の亜鉛フローは、
亜鉛カラムをスリット１２で好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍに維持することにより
確実にする。
【００３４】 図６（c）に示す如く、３個のスチールコイルの処理後に、ノズルユニット６
から排出される亜鉛は、実質的にドロスのない溶融亜鉛である。その理由は、実
質的に全てのドロス粒子は、先に処理済のコイルのスチールストリップ２に被着
するからである。従って、ローラ４の側面および下の亜鉛フローは、ローラ４に
ドロスの堆積を生じることがない。更に、ストリップ２にドロスが堆積すること
もない。
【００３５】 バッフルプレート１３を下ローラ４の下に配置する。この亜鉛フローは、下ロ
ーラ４の表面をクリーンに維持し、そこにドロスが蓄積されるのを阻止する。従
って、従来システムではローラに堆積したドロスを削り落とすために必要であっ
た機械的なスクレーパ（削り落とし具）は不要である。バッフル１３の端部のコ
ーン１４（図２（b）参照）は、アーム１６に取付けられた沈みローラ４のベア
リング１５へドロスのない亜鉛フローの一部を送る。このフローは、処理の初期
段階（最初の３コイル）においてバス中に存在し得る硬いドロス粒子によるロー
ラベアリングの侵食／摩耗を最小にする。
【００３６】 ポンプ１０が扱った亜鉛の体積Vの分割を図２（a）に示す。ポンプで扱われた亜
鉛の体積の約４０％が下ローラ４の下側を流れ、約３０％がローラの上を流れる
。ポンプで扱われた亜鉛の体積の約１５％は、スチールストリップ２の両側のノ
ズルユニット６上を流れる。これら亜鉛の全体積は、ポンプを通って戻り且つバ
ス内の亜鉛の約９８％となる。残りの２％は、スリット１２を通って流れハウジ
ング１１に転換される。
【００３７】 ノズル７および８の全面積は、ポンプハウジング１０の面積の２倍と略等しく
するべきである。その結果、スリット１２から流れ出す亜鉛は、適正処理を実行
するためバス内で利用される亜鉛の量のクリチカルなインクリメント量の表示で
あり、これはドロスのないバスおよび更にはドロスのない製品となる。
【００３８】 本発明におけるノズル８は、好ましくは直径が７０〜１００ｍｍ且つ長さがノ
ズル直径の０．７倍を超える管状である。ユニット６の材料は、ＡＩＳＩ３１６
Ｌ（鋳物）又はＤＩＮ１,４４９である。しかし、ユニット６にとり最も重要な
ことは、それが完全にオーステナイト構造、即ち鉄を含まず又は鉄分が０．２％
未満であることである。また、その材料は、鋳造であり且つ鋳造の後に曲げ又は
冷間加工（コールドフォーミング）を行わない。
【００３９】 本発明の装置は、図２に示す如きフローパターンを生じ、亜鉛バス中に「デッ
ドゾーン」を生じることなく且つ亜鉛バス全体にわたり化学的に均質である。こ
のフローパターンにより、ドロスのない亜鉛バス組成および鼻の近傍で局部的な
加熱が最小であるホットディップによるガルバナイジングが実行可能になる。図
１に示す如き従来システムのフローパターンおよびシステムは、化学的均質性が
不十分であるので、ドロスのないバス組成およびドロスのない製品が実現できな
い。
【００４０】 本発明の好適実施形態におけるテスト結果を以下に示し、図６（ａ）および図
６（ｂ）は、本発明によるシステムの特定部およびそれを動作させてスチールス
トリップをガルバナイズする詳細を図示する。米国特許第４,９７１,８４２号公
報に開示されるクーラーと本発明によるクーラー／クリーナを比較するために、
産業規模でトライアルを実施した。ストリップ浸漬温度が高すぎると、バスの反
応性が高すぎて浮遊するドロスを生じる。本発明のシステムは、合理的な浸漬温
度、好ましくはスチールストリップの温度が約４７０℃〜約５３８℃で、バス温
度のセットポイントが約４４０℃〜約４５０℃、更に好ましくは約４４５℃〜約
４５０℃であるとき、ドロスのないバスおよびそれによるドロスのない製品が得
られるよう動作する。バス温度が約４４５℃未満のとき、バスの表面で亜鉛のフ
リージングが幾分生じ、スキミングによるトップドロスの除去を一層困難にする
。
【００４１】 図２（ａ）に示す如く、バスクーラーは、バスを通る冷却剤として窒素および
非イオン化水を流すＵ字形のステンレスチューブ２０の束により構成される一次
熱交換器１９を含んでいる。（チューブ２０内に包囲された）冷却剤は、約９０
℃〜約１００℃でバス内に入り、約２５０℃〜約３５０℃で出る。バスの外部に
配置された二次熱交換器（図示せず）は、冷却剤の温度を約２５０℃〜約３５０
℃の範囲から約３０℃〜約５０℃の範囲に低下させる。次に、ブロワが外気を一
次熱交換器１９に循環させた後に、冷却剤は約９０℃〜約１００℃の温度でバス
に戻される。
【００４２】 このようにして、この装置は、ノズルから流れる亜鉛の温度を亜鉛バスの動作
温度より０．１℃〜３℃低く制御する。亜鉛バスの動作温度は、セットポイント
の±１℃に維持される。セットポイントを一定に維持すると、バス温度の過渡は
なく且つバス温度は安定状態であるといえる。
【００４３】 上ノズル７は、亜鉛の流れをスチールストリップ、好ましくはその走行方向に
対して斜めに吹き付け、鼻内の亜鉛を高温にするのを阻止し且つ炉内に亜鉛蒸気
の発生を阻止し、最終的にバス内にドロスが発生するのを阻止してコーティング
の被着性を改善する。下ノズル８は、亜鉛フロー（流れ）を生じさせ且つこのフ
ローを、例えばスチールストリップに対して直角に向ける。亜鉛フローの合計量
は、ポンプ１０の速度により調節可能である。
【００４４】 ２個のアジテータ又はインぺラー１７は、ポンプ１０内のＵ字形ステンレスス
チールチューブ２０の各側に配置され、バスの底から比較的低温の亜鉛を上向き
に鼻の近くのノズルを通って引っ張る。次に、この低温の亜鉛は、ストリップが
バスに入るとき、ストリップを急激に冷却する。また、亜鉛はアジテータ１７で
循環されているので、鼻近傍の亜鉛の局部的な加熱は最小になるか阻止される。
【００４５】 表１に示す如く、クーラー／クリーナは、ドロスのないコーティングを有する
製品を製造できる。
【表１】
【００４６】 アルミニウムおよび鉄含有量は、亜鉛バスから取ったサンプルを化学分析して
求めた。４４７℃における鉄の亜鉛に対する溶解性は、アルミニウム含有量が０
．１４％のとき重量比で０．０２０％である。従って、バス中の鉄含有量は、鉄
の溶解性と等しい。その結果、本発明の方法は、亜鉛バスをドロスなしに維持す
ることによりドロスのない製品を製造可能にする。
【００４７】 図６（ａ）〜（ｃ）の３つのグラフは、米国特許第４,９７１,８４２号公報の
システムを使用した場合に対する本発明を使用する場合の結果を示す。特に、本
発明によるシステムの有効性（即ち、単位時間当りのドロス除去）は、米国特許
第４,９７１,８４２号公報のそれより優れている。これは、図６（ｃ）のグラフ
に示す如く、複数のコイルが処理される一定時間におけるドロス除去を示してい
る。各コイルは、約２０トンのスチールであり、処理時間は約３０分である。３
番目のコイルまでに、本発明を動作させると鉄飽和した亜鉛バスからドロス粒子
を急速に除去する。その後、第４コイルがドロスのない環境で処理される第１番
目のコイルとなり、これが本発明の目的である。この結果は、米国特許第４,９
７１,８４２号公報のシステムでは実現不可能であった。
【００４８】 多くの従来処理において、ストリップはそれがバス中にあるとき、このストリ
ップに鉄−亜鉛合金が形成されるのを避けるには、ストリップは約４６０℃に冷
却しなければならなかった。本発明は、以下の２つの例に示す如く、ストリップ
の浸漬前にストリップの冷却を最小にするので、ストリップのスループットを増
加できる。
【００４９】 高強度低合金スチール又は通常の低カーボン無アルミニウムスチールよりなる
ストリップでは、ガルバニーリングおよびガルバナイジング用のストリップ浸漬
温度又は鼻温度は、約４７１℃の低温、好ましくは５１０℃であり、約５３８℃
まで高くても良い。しかし、５３８℃に近づくと、亜鉛の蒸発が始まり、ドロス
形成が少し増加する。
【００５０】 真空ガス抜きされた安定化および非安定化スチールより成るストリップでは、
ガルバニーリングおよびガルバナイジングに対するストリップ浸漬温度又は鼻温
度は、好ましくは４７１℃であるが、約４７１℃〜約５１０℃でも良い。より高
温では、より多くの鉄−亜鉛合金の成長が生じる。
【００５１】 直前に上述した例では、４４７℃のバス温度が好ましいが、約４４５℃〜約４
５０℃の範囲のバス温度も適当である。
【００５２】
【発明の効果】
バスの実効アルミニウム濃度は、鉄−亜鉛−アルミニウムの３元溶解特性図の
ニーポイント（折り曲がり部）近傍且つその直ぐ右である。実効アルミニウムは
、金属間合金に関連するアルミニウムは含まない。換言すると、実効アルミニウ
ムは、コーティングおよびスチール間の鉄−亜鉛合金の形成を制御するバス内の
溶液注のアルミニウムと定義される。重量比で約０．１０％〜約０．１５％の実
効アルミニウム濃度は、本発明において同じ溶融バスからガルバニールおよびガ
ルバナイズされたスチールの製造に使用するのに好適である。同じ溶融バスから
ガルバニールおよびガルバナイズされたスチールの両方を製造するのに好適な実
効アルミニウム濃度は、重量比０．１２％〜０．１５％であり、より好適な実効
アルミニウム濃度は、重量比０．１３％〜０．１４％である。 実効アルミニウ
ム濃度は、名古屋工科大学により開発されたダイナミックセンサを使用して測定
された。このダイナミックセンサは、エス・ヤマグチ、エヌ・フカツ、エッチ・
キムラ、ケイ・カワムラ、ワイ・イグチおよびティー・オーハシによる「連続ガ
ルバナイジングプロセス用亜鉛バス内のＡｌセンサの開発」ガルバテック１９９
５プロシーディング第６４７ページ〜第６５５ページ（１９９５年）に解説され
ている。このダイナミックセンサは、日本のヤマリ産業（株）により製造され、
コミンコ（Cominco）により販売されている。
【００５３】 実効アルミニウム濃度が鉄−亜鉛−アルミニウム３元溶解特性図のニーポイン
トの直ぐ右側であれば、ドロスの形成は許容可能な低い値（ドロス形成は、一般
にアルミニウム含有量の増加に応じて減少する）であり、ガルバナイジングから
ガルバニーリングへの移行は比較的容易である。更に、鉄−亜鉛−アルミニウム
溶解特性図のニーポイントの直ぐ右で動作する場合の比較的低アルミニウム含有
量は、従来方法により製造された場合のコーティングに低アルミニウム製品が得
られ、またスポット溶接性が改善される。
【００５４】 従来方法により製造されたコーティングのアルミニウム濃度は、バス温度、ス
トリップ温度、コーティング重量およびその他の要素に応じてバスのアルミニウ
ム濃度の２．５〜４倍である。本発明により製造されたコーティングのアルミニ
ウム濃度は、バスのアルミニウム濃度の約１．５〜２．５倍である。
【００５５】 本発明のバスでは、温度および成分均一性が重要であり且つバスの循環はこれ
らの特徴を獲得するのを助ける。従来方法では、単にストリップおよびローラの
移動およびバスインダクタにより生じる力が亜鉛循環を生じる。斯かる最小の循
環は、温度不均一性およびバス内全体の不均質な組成を生じる。また、アルミニ
ウムは亜鉛より軽いので、アルミニウムはバスの表面を流れ、組成の不均質性を
更に助長する。
【００５６】 従来方法を使用して鉄−亜鉛−アルミニウム３元特性図のニーポイントの近傍
で動作時には、バス内に幾つかのグレードが生じる。更に、従来方法でアルミニ
ウムが低いと、鉄含有量が増加する。従って、より多くのボトム（底）ドロスが
形成される。また、バス温度が高く且つ温度変化が大きいと、ドロスを形成する
。
【００５７】 本発明の方法を使用すると、低アルミニウム含有量の薄い鉄−亜鉛合金層とな
るので、コーティングの被着性が改善される。この被着性の改善は、片側１平方
メートル当り８８〜１４５ｇの重さに耐えるコーティング被着力が実現できる。
また、安定状態中のストリップによるドロスのピックアップが実質的にないので
、優れた表面品質となる。また、プロセスは、ストリップの浸漬前のジェットク
ーリング速度に制限されないので、ラインのストリップ速度（スループット）は
早くなる。
【００５８】 形成されるドロスの重量は、本発明の上述した例の場合には、平均して消費し
た亜鉛の約６〜７％であり、これに対して従来コーティング方法では約８〜１０
％である。溶融バス内に０．１５％未満のアルミニウムを使用する従来のガルバ
ナイジング方法は、典型的にはコーティング被着が劣り且つ多量のドロスをピッ
クアップするストリップを製造するが、本発明の方法では、０．１５％未満のア
ルミニウムを使用して優れたコーティング被着性且つ実質的にドロスピックアッ
プのないガルバナイズされたストリップが得られる。
【００５９】 更に、高表面品質のガルバナイズされたスチールがガルバニールされたスチー
ルと同じ溶融バス（実質的の同じアルミニウム濃度）でコーティングできる。ガ
ルバニーリング用コーティング中の実効アルミニウム濃度は、ガルバナイジング
用のコーティング中の実効アルミニウム濃度と略同じである。ここで、実質的に
同じとは、ガルバニーリングおよびガルバナイジング間に外部からアルミニウム
光沢材を加えず、またガルバニーリングおよびガルバナイジング間にアルミニウ
ム濃度を減少させる如何なる工程（例えば純粋亜鉛の付加）を行わない。実効ア
ルミニウム濃度の測定位置による僅かで局部的なアルミニウム濃度のばらつきが
考えられるので、アルミニウムの±０．００５％のばらつきはあり得る。従って
、実効アルミニウム濃度を複数回読み、実効アルミニウム濃度を平均化する必要
がある。実施形態により、バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリングお
よびガルバナイジング間で重量比０．０１％未満のばらつきである。
【００６０】 コーティング被着力は、ガルバナイズされたストリップに強い衝撃を与えて凹
みを形成し、次にスコッチ（SCOTCTは商標）テープを、衝撃を受けた部分に被着
する。クラックやフランクが生じなければ、コーティングの被着力は良好と考え
る。ドロスピックアップは、コーティングされたストリップに突起部がないか目
視検査により決定する。突起部は、ドロスの存在を示す。実質的にドロスのない
コーティングされたストリップとは、コーティングされたストリップに目視検査
により突起部が検出されないことと定義ずる。
【００６１】 従来プロセスでは、バス中のアルミニウムが低いと、過度の鉄−亜鉛合金が成
長し、その結果、コーティングのストリップへの被着力を低下させる。また、従
来プロセスにおいて、バス中のアルミニウムが低いと、過度のドロスを形成する
。これに対し、本発明では、バス中のアルミニウムが低くても、ドロスを形成す
ることがない。その理由は、バス温度が低く且つ一定であり、しかも均一なバス
組成であるので、バス内の鉄含有量を、鉄の溶解度限界の近くに減少する。この
低且つ一定バス温度および均一バス組成は、上述したバス冷却装置により得られ
る。本発明による低バス温度は、従来方法であれば表面近傍で亜鉛をフリーズさ
せる。
【００６２】 本発明の方法では、バス内の実効アルミニウムが多く且つバス温度は従来方法
よりも低下できるので、低鉄−亜鉛合金成長が実現できる。従来、ガルバナイズ
されたスチールのコーティングは、ガルバニールされたスチールのコーティング
よりもアルミニウム含有量が高いが、本発明によると、バス内の実効アルミニウ
ム含有量をガルバニーリングの範囲にして、鉄含有量を増加させることなく高表
面品質（即ち、良好な被着性）のガルバナイズされたコーティングが得られる。
従って、本発明の方法では、同じバスを使用してガルバニールされたスチールお
よびガルバナイズされたスチールの両方が製造でき、ガルバナイジングおよびガ
ルバニーリング中に、バスは実質的に同じ実効アルミニウム濃度を有する。
【００６３】 新しい又は未使用バスは、最初ドロスがない。しかし、前に従来のガルバニー
リングおよびガルバナイジング方法で使用したバスは、幾らかのドロスを含んで
いる。このドロスを除去して前に使用したバスを実質的にドロスのないコーティ
ングされたストリップの製造に使用できるようにするには、１以上のコイルをバ
ス内に走らせる。これらコイルはドロスをピックアップして後続コイルのために
バス内のドロスを除去する。一度ドロスが除去されると、本発明は、スチールの
表面にドロスをピックアップすることなく、長期間にわたりガルバナイズされた
スチールおよびガルバニールされたスチールの製造を可能にする。本発明を使用
すると、トップドロスが幾分形成されるが、バスの表面を掬い取ることにより除
去できる。
【００６４】 本発明の方法を使用すると、コーティング装置のベアリングおよびスリーブの
寿命と共にローラの寿命を延ばす。その機器の寿命の延長は、ドロスが少なく且
つ侵食を低減する低バス温度を使用したためである。この機器の寿命延長は、ロ
ーラがより長期間動作するので、生産が増加する。加えて、ローラ交換コストの
低減もある。
【００６５】 従って、本発明は、ガルバニーリングからガルバナイジングへ又はその逆への
速く生産移行でき、ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行中に生産さ
れるガルバナイズされたストリップがより高品質であり、および鉄の溶解性を低
減する低バス温度により、コーティングされたストリップの表面品質が、安定状
態における従来の製造中においても従来製造によるコーティングされたストリッ
プより良好である。更に、炉能力にスループットを増加でき、これにより従来ジ
ェットクーリング能力により制限された製造ラインの速度が増加できる。ローラ
へのドロス堆積が少なく、従って欠陥のあるコーティングの製造が少ないので、
実質的に無欠陥の製品の歩留まりを増加できる。
【００６６】 以上、好適実施形態を例に基づき説明したが、本発明は斯かる実施形態のみに
限定されると解すべきでない。従って、本発明は、これらと等価物、変形変更お
よび他の実施形態は、付属した請求の範囲のみにより制限されると考えるべきで
ある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 米国特許第４,９７１,８４２号公報に開示されるシステムのフローパターンを
示す図である。
【図２】 （ａ）は、本発明によるクーラー／クリーナの側面図および本発明の方法によ
る新たなフローパターンである。 （ｂ）は、溶融亜鉛のフロー制御装置の正面図である。
【図３】 本発明によるシステムのノズルチャンバおよび本発明の方法を実行する際に生
じる液体フローである。
【図４】 バッフルプレート又はノズルを含むプレナム（充気室）を示す図である。
【図５】 （ａ）および（ｂ）は、スチールストリップの長さおよび両側に沿って亜鉛を
射出するノズルの２つの図を示す。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、従来技術および本発明による各種動作の様相を示すプロセ
ス図である。
【手続補正書】
【提出日】平成１３年１１月２０日（２００１．１１．２０）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4K027 AA02 AA23 AB07 AB13 AB28 AB42 AC73 AD02 AE02 AE03 AE04 AE08 AE12 AE27

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 重量比約０．１０％〜約０．１５％の実効アルミニウム濃度の溶融亜鉛バスを
    設け、該バスのセットポイントを約４４０℃〜約４５０℃の温度に維持し、溶融
    亜鉛を循環させてドロスの蓄積を阻止し、約４７０℃〜約５３８℃の鼻温度を有
    するスチールストリップを前記バスに浸漬して前記ストリップにコーティングし
    、溶融亜鉛を前記浸漬されたストリップに注ぐ工程を備えることを特徴とするス
    チールストリップのコーティング方法。
  2. 【請求項２】 前記バスのセットポイントは、約４４５℃〜約４５０℃に維持することを特徴
    とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記バスの温度は、前記セットポイントの１℃以内に維持することを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記溶融亜鉛バスは、重量比０．１３%〜０．１４％の実効アルミニウム濃度
    を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記バスの表面は、完全に溶融していることを特徴とする請求項１に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記鋼片は高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールより
    なり、該ストリップは約５１０℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１に
    記載の方法。
  7. 【請求項７】 前記鋼片は、真空ガス抜きしたウルトラ低又はエキストラ低カーボンスチール
    であり、約４７１℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  8. 【請求項８】 高品質の表面を有するガルバナイズおよびガルバニールされたスチールを製造
    する方法において、 実効アルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バスを設け、該バスのセットポイント
    を約４４０℃〜約４５０℃の温度に維持し、前記バス中にスチールストリップを
    浸漬してコーティングすることにより実質的にドロスのないガルバナイズおよび
    ガルバニールされたストリップを得る工程を備え、ガルバナイズ中の前記バスの
    有効アルミニウム濃度を、ガルバニーリング中の実効アルミニウム濃度と実質的
    に同様にすることを特徴とするガルバナイズおよびガルバニールされたスチール
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 前記バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリングおよびガルバナイジン
    グ間で重量比０．０１％未満であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ガルバナイジング中の前記バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリング
    中の前記バスの実効アルミニウム濃度と等しいことを特徴とする請求項８に記載
    の方法。
  11. 【請求項１１】 前記バスのセットポイントは、約４４５℃〜約４５０℃に維持され、前記バス
    温度は前記セットポイントの１℃以内に維持されることを特徴とする請求項８に
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記セットポイントは、約４４７℃に維持されることを特徴とする請求項１１
    に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 前記バスの実効アルミニウム濃度は、重量比約０．１０％および０．１５％間
    であることを特徴とする請求項８に記載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記バスの実効アルミニウム濃度は、重量比０．１３%〜０．１４％であるこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の方法。
  15. 【請求項１５】 前記ストリップは約４７０℃〜約５３８℃の鼻温度範囲を有することを特徴と
    する請求項８に記載の方法。
  16. 【請求項１６】 前記鋼片は高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールより
    なり、鼻温度が約５１０℃であることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 【請求項１７】 前記ストリップは真空ガス抜きされたウルトラ低又はエキストラ低カーボンス
    チールであり、約４７１℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１５に記載
    の方法。
  18. 【請求項１８】 前記ガルバナイズおよびガルバニールされたストリップは、優れたコーティン
    グ接着性を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 前記バスの表面は完全に溶融されていることを特徴とする請求項８に記載の方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記ガルバナイズおよびガルバニールされたストリップは、優れたスポット溶
    接性を有することを特徴とする請求項８に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 比較的低温の亜鉛を前記バスの底から該バス内に浸漬されているストリップに
    向けて送り、前記浸漬されたストリップの近傍にホットスポットの形成を阻止し
    、前記浸漬されたストリップを前記バスの温度に向けて急速に冷却する工程を更
    に備えることを特徴とする請求項８に記載の方法。
JP2000584118A 1998-11-23 1999-11-05 スチールストリップのコーティング方法 Expired - Lifetime JP4667603B2 (ja)

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