JP2006250469A

JP2006250469A - 溶融金属中の異物除去装置

Info

Publication number: JP2006250469A
Application number: JP2005069231A
Authority: JP
Inventors: Ryuichi Muramoto; 柳一村本; Makoto Katsube; 誠勝部; Nobuyoshi Okada; 伸義岡田; Masakuni Taguchi; 昌邦田口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-03-11
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】連続溶融金属メッキのメッキ浴のように、連続処理に供される溶融金属中の異物を微細気泡によって浮上除去する装置を提供すること。
【解決手段】それぞれ複数個のセラミックス細管１２をモルタルによって装着した金属製保護管１１を不活性ガス導入管１３に取り付けた溶融金属中の異物の浮遊除去装置９であり、微細気泡を発生するセラミックス細管１２は、セラミックス細管１２の内径を０．３ｍｍ以下の微小径とするか、内孔に多孔質材料を充填するか、該内孔にセラミックスファイバーを充填した５ｍｍ以下の内径とし、さらに、セラミックス細管１２先端を金属製保護管１１の先端よりも目標とする気泡径より長い距離だけ突き出しても良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、不活性ガスの微細気泡を分散させて溶融金属中の異物を浮遊除去するための装置に関する。

従来から採用されてきた溶融金属中の非金属介在物のような異物を除去する方法として、不活性ガスその他の微細気泡を溶融金属中に導入して、これによって異物を浮上させることよって除去する方法がある。

そのための微細気泡発生を発生し溶融金属中に噴出供給装置として種々の形態のものがある。

特許文献１と２に示されているように、溶融金属容器の底部に設けられるポーラスプラグと称せられる多孔質耐火物からなるポーラスブロックがある。このポーラスブロックは比較的安定した状態で多量の微細気泡を供給できる利点があり、容器内の多量の溶融金属のバッチ処理に適したもので、その発生供給効率は優れたものである。

また、特許文献３には、溶融金属処理槽内に回転翼や回転ノズルの先端に設けた気泡発生器によりガスを噴出し、この噴出ガスを回転翼によって微細に分割する微細気泡発生装置が示されており、この回転翼や回転ノズルを有する装置は微細気泡の拡散性に優れているという利点がある。

この微細気泡による溶融金属中の異物除去は、溶融亜鉛のような溶融金属浴中に鋼帯を連続的に浸漬させる連続メッキにおけるメッキ浴中のドロスのような異物除去へも適用されており、例えば、特許文献４には、不活性ガス吹き込み装置をメッキ槽内に配置したものが示されている。

ところが、この連続式溶融金属メッキ処理装置の槽内には、鋼帯をメッキ浴内外へ誘導するための浴中ロールが配置され、また、メッキ浴直上にガスワイピングによるメッキ金属の付着量調整装置が配置されている。このため、気泡発生装置をめっき浴中に浸漬配置するためには、メッキ槽上部の僅かな空間から行う必要がある。また、メッキ浴、それも溶融金属浴による浮力に抗して配置するのは困難で長時間を要し、専用の支持装置を用いて設置するにしても、そのスペース確保は容易ではない。そのため、微細気泡発生手段として高能率のポーラスブロックは、その浮力の問題、また、構造面から、連続式溶融金属メッキ処理装置の適用は困難であり、均一な微細気泡の発生の点からきわめて低性能の単なるパイプ配管構造のものを採用せざるを得なかった。

また、回転羽や回転ノズルのメッキ浴への適用は、その回転動力軸の回転およびメッキ中で発生する旋回流の影響でメッキ金属の浴表面が波立ち、メッキ金属の浴表面での酸化が助長されることになる。

さらには、微細孔を多数有する金属性多孔板等の併用も考えられるが、極端に微細気泡発生能率が低下し、装置自体も複雑化し、また、溶損の問題もあり、好ましいものではない。
特開昭５９−２２６１２９号公報特開昭６１−１１１７４８号公報特開平６−２００３３３号公報特開昭６２−１８５８６３号公報

本発明が解決しようとする第１の課題は、連続溶融金属メッキのメッキ浴のように、連続処理に供される溶融金属中の異物を微細気泡によって浮上除去する装置を提供することにある。

他の課題は、メッキ槽のような限られた空間においても容易に脱着可能な溶融金属中の異物除去装置を提供することにある。

さらに、他の課題は、気泡発生中に浴面の波立ちを極力抑え、溶融金属中での耐久性があり、ポーラスブロックと同等レベルまたはそれ以上の微細気泡発生効率を有する溶融金属中の異物除去装置を提供することにある。

本発明の溶融金属中の異物除去装置は、不活性ガス導入管に、セラミックスを介して微細気泡を発生し、その微細気泡を溶融金属中に分散放出する複数本の微細気泡発生管が連結されていることを特徴とする。

微細気泡発生管は、微細気泡を発生する複数本のセラミックス細管が金属製の保護管内に収納され支持されてなる。あるいは、外側のステンレス製中空テーパー管内にセラミックファイバーを介して上部が塞がれた中空テーパー管を嵌合させてなる。

セラミックス細管は、それぞれ０．３ｍｍ以下の内径を有する微細管であるのが良く、その内孔に耐火性の多孔質材料を充填した管体としても良いし、その充填材として、セラミックスファイバーを使用することができる。そして、充填材を充填する場合でも、内径が５ｍｍ以下の細管とすることが微細な気泡の発生には都合が良い。

上記セラミックス細管の先端が金属製保護管の先端よりも僅かに突出した構造とすることが、発生供給される微細気泡を溶融金属中に効果的に分散するのに都合が良い。そして、その突出量は、目標とする気泡径よりも長い長さであるのが良い。

細管を構成するセラミックスとしては、アルミナ、シリカおよびその複合酸化物のように、溶融金属に対する耐久性と製作、取扱いに耐える強度を有するものが使用できる。

金属製の保護管は、セラミックス細管を支持、保護するとともに、不活性ガス導入管とセラミックス細管を強固に接合するためのもので、製作コストの観点から鉄ベースの金属、溶融金属による溶損を考慮すると、ステンレスの採用が好ましい。

セラミックス細管の保護管への固定には、溶接が適用できず、例えば、モルタルのような乾燥あるいは焼成後に機密性と溶融金属に対する耐久性を発現する素材によって固定する。

このモルタルによる支持固定においては、保護管に使用した金属素材の種類と気泡発生装置の使用環境温度にもよるが、金属製保護管とモルタルとの熱膨張率の差から保護管とモルタルの間に隙間が生じ、内圧によりガス漏れの発生や、最悪の場合には、セラミックス細管が脱落の恐れがあるため、必要に応じ、保護管の内面に下方向に先細りテーパー加工を施しておくと良い。

また、本発明の装置の寿命延長のためには、金属製保護管と不活性ガス導入管の外面にセラミックスを塗布するか耐熱性の布等を巻き付けるのが良い。

溶融金属中のドロスのような異物の除去効率は、気泡径と不活性ガス流量に依存し、気泡径が小さい程、また、ガス流量が多い程高くなる。従って、異物の除去効率を上げるためには、極力微細な気泡を数多く発生させる必要があるが、具体的には、除去が必要な異物の径や生成速度によって決定する必要がある。例えば、溶融亜鉛メッキ浴の場合、浴中に浮遊するドロスは、鉄−アルミニウムの金属間化合物であるが、鋼板に付着して品質を低下させるものは径が２０μｍ以上であり、特に５０μｍ以上になると用途に依っては使用不可能となる。これらのドロスを除去するためには、気泡径５ｍｍ以下、ガス流量は１０リットル／分以上が必要であり、気泡径が小さい程、また、ガス流量が多い程、ドロス除去効果は大きくなる。

この条件に合った５ｍｍ以下の気泡径を得るにはセラミックス細管の内径を０．３ｍｍ以下とし、ガス流量を１０ｍｌ／分・本とすれば良い。セラミックス細管の内径が０．３ｍｍを上廻ると気泡径を５ｍｍ以下とすることが困難となる。

しかしながら、気泡の微細化を狙って内径を小さくした場合には、得られる気泡は小さくなるが、必要なガス流量を維持するためにはセラミックス細管の必要本数の増大を招く。

この必要本数の増大を避けるためには、１本のセラミックス細管から複数の微細気泡を連続的に発生させるように工夫を施す必要がある。例えば、セラミックス細管の内径を５ｍｍ以下とし内孔に多孔質材料やセラミックスファイバーを充填すれば良い。この時、セラミックス細管の内径を５ｍｍ以下とするのは、大きくしすぎると装置全体の比重が小さく成り過ぎ、ポーラスブロックと同様に浴浸漬時の浮力が問題となる。

この微細気泡を得るために、セラミックス細管の内孔に多孔質材料を充填した場合には、不活性ガスは多孔質材料を通過する際に複数の経路に分流した上で溶融金属中に放出されるため、微細気泡が効率的に生成される。多孔質材料をセラミックス細管内に充填する方法としては、セラミックス細管の内径に相応した多孔質材料を予め準備し、内孔に挿入する方法、セラミックス細管内に焼成前の多孔質材料の微粒子を充填し、適度な温度で焼成する方法があるが、前者は多孔質材料の事前加工が、後者は焼成条件を特定する必要がある。

セラミックスファイバーの充填は、細いセラミックスファイバーを予め撚り合せた糸状、または、布状のファイバーをセラミックス細管に通せば良い。充填されたセラミックスファイバーには複数の通気経路が存在するので、多孔質材料を充填した場合と同様の効果が得られる。

上記条件を満たすセラミックス細管を用いることによって、セラミックス細管単体と比較して、２〜３倍のガス流量の下においても気泡径を５ｍｍ以下の気泡を発生することができる。

また、セラミックス細管の先端を保護管の先端よりも気泡径より長い距離だけ突き出しておくことは、セラミックス細管から離脱しようとする気泡が表面張力の作用で保護管に吸着し、次に発生する気泡と合体することで、結果として浮上する気泡径が狙ったものよりも大きくなる現象を防ぐのに有効であり、セラミックス細管で発生した微細気泡は保護管に吸着することなく初期の径のまま浴中を浮上させることができる。

本発明の異物除去装置の使用に際して、気泡が大きくなる現象を回避するためには、メッキ浴の泡立ちが発生しない範囲内で、装置を上下・前後・左右あるいは旋回往復運動をさせるとよい。

本発明の溶融金属中の異物除去装置は、メッキ浴に浸漬させてもポーラスブロックのような大きな浮力を生じないので、簡単な支持構造で容易に安定して浴中に保持できる。

発生した微細気泡は、回転羽や回転ノズルによる場合と異なり、メッキ浴面の無用な波立ちなしで、均一に分散できるので、余分なメッキ浴の酸化ロスを抑制でき、異物の除去効率を上げることができる。

また、微細気泡発生に重要なガス放出部分は、溶融金属による溶損を受けないセラミックスで形成されているので、長期使用に耐えられる。

さらには、連続式溶融金属メッキ処理装置の浴中ロールの交換の都度、簡単に着脱できる。

以下、本発明の溶融金属中の異物除去装置を、連続式溶融亜鉛メッキラインのメッキ浴中に浮遊するドロスを浮上除去するために適用した実施例によって説明する。

図１は異物除去装置９を示す。同図において、１０は微細気泡発生管、１１はステンレス製保護管、１２はセラミックス細管、１３は不活性ガス導入管を示し、それぞれ４個のセラミックス細管をモルタルによって装着した５つ保護管１１を不活性ガス導入管１３に取り付けた例を示す。

図２は、図１に示す異物除去装置９を溶融亜鉛槽１の溶融亜鉛メッキ浴２中に浸漬し取り付けた状態を示す。３は前処理炉からメッキ浴に被メッキ材である鋼帯を導く通路であるスナウトで、４はメッキ浴中を走行する鋼帯を示す。
この溶融亜鉛槽１には浴中ロール５、６、ワイピングノズル７が配置されているが、本発明の異物除去装置９は、その構造的に、溶融亜鉛メッキ浴２上の限られた空間を利用して取り付けることができ、また、その装置自体は比較的重く形成できるので、溶融亜鉛メッキ浴の浮力に抗して浸漬することができる。

８は窒素、アルゴン等の不活性ガスを装置に導入することによって、セラミックス細管より微細気泡が発生した微細気泡を示し、その気泡が浮力によってメッキ浴中を浮上する過程で、浴中に浮遊するドロスを補足し浴面まで一気に浮上させることで、浴中のドロスが除去される。

浴面に到達した気泡は大気中に放散するが、同時に浮上したドロスは浴面に留まり、いわゆるトップドロスとして回収される。気泡によるドロス浮上除去はメッキ浴の一部分でしか行えないが、メッキ浴は鋼帯の走行によって常時攪拌されていることから、メッキ浴全体のドロス密度、特に製品品質を低下させる径の大きなドロス密度が低下できる。

図１において、１個のステンレス製保護管１１に１０本のアルミナ系セラミックス細管１２を内蔵させた本発明の異物除去装置９の構造上の評価を行った。

セラミックス細管として、内径を０．２ｍｍで内孔には何も充填しないもの（Ａ）と内孔（内径１ｍｍ）にセラミックスファイバーを充填したもの（Ｂ）の２種を用いた。ステンレス製保護管１１からのセラミックス細管１２の突き出し距離は８ｍｍとした。このセラミックス細管群を内蔵した保護管を窒素ガス導入管に１０個設置した。そして、実施例として、上記Ａ，Ｂの本発明の異物除去装置を、図２において、メッキ浴中深さ１０００ｍｍの位置に浸漬、固定し、Ｎ_２の流量を１０００，１５００，３０００ｍｌ／分の下で評価した。

そして、表面積が１０００ｍｍ^２のアルミナ製ポーラスブロックを比較例１とし、金属多孔板（孔径０．１ｍｍ、孔個数５０個）による気泡発生による異物除去装置を比較例２と３として評価した。

表１に評価結果を示す。孔１個当りの流量は、Ｎ_２流量を気泡発生用の孔数で除した値であるが、ポーラスブロックの場合は気泡発生に寄与する孔数が特定できないため記載していない。気泡径は、亜鉛浴面にて撮影した上で仔細に計測した、浴面到達気泡の平均気泡径である。

セラミックス細管を用いた方法による実施例１〜３では、比較的大流量下でも４ｍｍ径以下の微細気泡が得られ、特に、内孔にセラミックスファイバーを充填したもの（Ｂ）では更なる気泡径の低減、または、ガス流量の増加が可能であった。

一方、比較例１〜３では、５ｍｍ径以下の微細気泡が得られる場合はガス流量が大幅に少なく、或いは、ある程度までガス流量を増加させた場合には、気泡径が５ｍｍを上回る結果となった。また、ポーラスブロックによる比較例１では、装置を浸漬するのが浮力の影響で困難であり、ハンドリング性が低下した。

図３は微細気泡発生管の別実施例の断面図である。

本実施例の微細気泡発生管９は、外側のステンレス製中空テーパー管１４の内側にセラミックファイバー１５を介して上部が塞がれたテーパー管１６を嵌合させたものである。上部が塞がれたテーパー管１６としては、中空のテーパー管、あるいは中実のテーパー管を使用することができる。本実施例の微細気泡発生管はステンレス製中空テーパー管１４の内周にセラミックファイバー１５を配置してテーパー管１６を挿入して嵌合することにより容易に製作できる。また、セラミックファイバー１５はドーナツ状なので、微細気泡を分散放出させることができる。

連続式溶融亜鉛メッキラインのメッキ浴中の異物除去について説明したが、メッキに限らず、真空脱ガスを初め、溶融金属の処理一般にも適用でき、また、対象金属も、鉄、非鉄の種別に拘わらず適用できる。

本発明の異物除去装置の例を示す。図１に示す異物除去装置を連続式溶融亜鉛メッキラインのメッキ浴に適用した例を示す。微細気泡発生管の別実施例の断面図である。

符号の説明

１溶融亜鉛槽
２溶融亜鉛メッキ浴
３スナウト
４鋼帯
５浴中ロール（シンクロール）
６浴中ロール（サポートロール）
７ワイピングノズル
８微細気泡
９異物除去装置
１０微細気泡発生管
１１ステンレス製保護管
１２セラミックス細管
１３不活性ガス導入管
１４外側のステンレス製中空テーパー管
１５セラミックファイバー
１６上部が塞がれた中空テーパー管

Claims

微細気泡分散による溶融金属中の異物除去のための装置であって、
不活性ガス導入管に、セラミックスを介して微細気泡を発生し、その微細気泡を溶融金属中に分散放出する複数本の微細気泡発生管が連結されていることを特徴とする溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡発生管は、微細気泡を発生する複数本のセラミックス細管が金属製の保護管内に収納され支持されてなることを特徴とする請求項１記載の溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡を発生するセラミックス細管の内径が０．３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２記載の溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡を発生するセラミックス細管の内径を５ｍｍ以下とし、このセラミックス細管の内孔に多孔質材料を充填したことを特徴とする請求項２記載の溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡を発生するセラミックス細管の内径を５ｍｍ以下とし、このセラミックス細管の内孔にセラミックスファイバーを充填したことを特徴とする請求項２記載の溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡を発生するセラミックス細管の先端を金属製保護管の先端から目標とする気泡径より長い距離だけ突出したことを特徴とする請求項２から４の何れかに記載の溶融金属中の異物除去装置。
微細気泡発生管は、外側のステンレス製中空テーパー管内にセラミックファイバーを介して上部が塞がれた中空テーパー管を嵌合させてなることを特徴とする請求項１記載の溶融金属中の異物除去装置。
溶融金属が連続式溶融金属メッキ処理におけるメッキ槽内のメッキ溶融金属であることを特徴とする請求項１から６の何れかに記載の溶融金属中の異物除去装置。