JP2007291473A - 溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 連続溶融メッキ操業においてドロス発生自体を非常に少なくし、そのことによりドロス回収作業頻度を極端に少なくし、ドロスに起因した疵等の表面欠陥を発生することがなく、又生産性の高い連続溶融メッキ製造方法を提供する。
【解決手段】鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛メッキポットに、溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法に関するものである。

従来、鋼板への溶融金属（溶融亜鉛等）の連続メッキは、図１に示す手法で実施されるのが一般的である。即ち、図１において符号１は鋼板（帯鋼）を示しており、この鋼板１は前処理炉２を通過した後ポット３内の溶融金属中へ連続的に浸漬され、続いてシンクロ−ル４により進行方向を垂直上方へ転回させられてからポット３を抜け出る。そして、表面に溶融金属を付着してポット３から抜け出た鋼板１は、気体絞りノズル５により溶融金属目付量の制御が行われて、次工程へ送られる。

ここで、メッキの操業時間が経過するにつれポット３内の溶融金属は鋼板１に付着して持ち出されるので、その分を補給するため、溶融金属の原料となるメッキ浴補給用固体金属６（インゴット等）を固体金属投入装置７でポット３内へ投入する操作が行われる。それ故、ポット３には、固体金属６を溶解すると共に溶融金属の温度を所定値に制御するための溶融金属加熱装置８が設置されている。なお、この加熱装置の加熱源としては電熱ヒ−タ又は誘導加熱コイルの何れかを採用するのが一般的である。

ところで、このような連続溶融メッキ操業においては、以下の点でポット３内における溶融金属の温度を適正に制御することが非常に重要である。 a) 溶融金属の温度が変化するとその粘度も変化するが、溶融金属の粘度変化は気体絞りノズル５で溶融金属（メッキ）の目付量制御を行う際の大きな外乱となるため、溶融金属の温度変化は極力避ける必要がある。 b) ポット３内では鋼板１から溶融金属への鉄の溶出が常に生じており、亜鉛浴中の溶解鉄分濃度は飽和した状態である。溶融金属の温度が低下すると溶解鉄分濃度が過飽和となり平衡状態が崩れて"ドロス"と称する溶融金属と鉄との化合物が析出する。そして一旦析出したドロスが亜鉛浴中に再溶解する速度は非常に遅く、最早浴温度が回復しても亜鉛浴中に再溶解することはなく大部分がドロスとして堆積する。

そして、このドロスが鋼帯１の表面に付着すると傷等のメッキ表面欠陥となるので、溶融金属の温度を所定レベルに維持することは是非とも必要なことである。
しかしながら、図１で示した従来の溶融メッキ手段では溶融金属の温度制御をきめ細かく的確に行うことは困難で、上述した問題を十分に解決することができず、近年一段と厳しさを増してきた溶融メッキ鋼板の更なる高品質化要求に十分応じ切れない面が指摘されていた。なぜなら、図１に示す設備ではポット３内の溶融金属の温度を溶融金属加熱装置８で制御するようになってはいるが、例えば固体金属６が溶解している部分は原理的に温度が固体金属の融点にまで下がるので、ポット３内の溶融金属に温度差が発生するのを避けることができず、これが溶融金属の的確な温度制御の妨げになっていたからである。

なお、溶融亜鉛メッキ操業を例に採ると、ポットにメッキ浴補給用固体Zn（Znインゴット等）を投入した際には多量のトップドロス（浴面に浮かぶ比重の軽いドロス）が発生する。このトップドロスは、主にZnとメッキ浴管理に用いられるAlとの化合物である。また、溶融メッキ浴に浸漬中の鋼板からもFe分が溶出し、このFe分が溶融Znと化合してポットの底部に堆積する比重の重いボトムドロスとなる。つまり、ボトムドロスはFeとZnの化合物である。更に、この両者が結合して（物理的結合が主体である）Al−Fe−Znの化合物や結合物を生じ、浴中に浮遊するドロスとなる。

これらのドロスは、きめ細かな温度制御が困難である図１に示した従来設備では無くすることは不可能で、これらが多くなるとメッキ部位に巻き込まれて鋼板表面に付着し、メッキ鋼板の品質を低下する原因となった。勿論、トップドロスについてはメッキ浴表面を定期的に掻き取ることにより除去され、ボトムドロスについてもZnインゴット等の入れ替え時に定期的（１〜３ケ月ピッチ）に掃除することが行われていたが、十分な品質向上対策となっていなかった。
そこで溶融亜鉛浴内のボトムドロスを回収する装置として、特開平６−２０９７号公報のような技術が提案されている。これは亜鉛浴中に堆積したボトムドロスを仕切り板に区切られた場所に回収し、鋼帯によって巻き上げられるボトムドロスの量を減らそうとするものである。しかし上記技術でもいつかは仕切り板内のドロスの除去作業をおこなう必要があるため、根本的な課題解決にはならなかった。

そのほかの手法として、鋼板を連続的に溶融メッキするメインポットの側近にインゴットを溶解させるためのサブポットを設けると共に、そのサブポットとメインポットを浴面レベルより低い位置に設けた溶湯導入路で連結して、サブポットにてインゴットを溶解することでドロス生成をサブポット内にとどめる設備の提案がなされた。（例えば、特許文献１、並びに、特許文献２）また、これとは別に、メッキ浴補給用のインゴットを溶解させるサブポットとメインポットの間でポンプを使って溶融金属を循環するようにした連続溶融メッキ設備も提案されている。（例えば、特許文献３）これによって、インゴットの投入により発生するドロスがメッキ製品に悪影響を及ぼす機会は大幅に減少した。

しかし、上記設備ではインゴット投入時のサブポット内溶融金属の温度低下が大きく、そのためサブポット内でのドロス発生が多いという問題があった。よってサブポット内で堆積・収集したドロスを回収する作業は依然として必要である。しかも、例えば前記特許文献１に記載されている設備は溶湯導入路にヒ−タを組み込む工夫を行っているものの、該溶湯導入路での加熱効率がそれほど良好ではなかったためメインポットへ補給される溶融金属の温度も不足気味で、メッキ目付け量制御が不十分となる上、メインポットでの鋼板浸漬による更なる温度低下によってメインポット内におけるドロス発生も多かった。

さらにメインポットの側近にサブポットを設置し、双方に溶融亜鉛を循環させ、補助ポットに流入する溶融亜鉛を冷却することで亜鉛中の鉄飽和濃度を低下させることにより、積極的にサブポット内でドロスを生成させる技術が開示されている。（例えば、特許文献４）これも前述した従来技術の如くサブポット内で堆積・収集したドロスを回収する作業は依然として必要であるという問題をかかえていた。

このようなことから、本発明が目的としたのは、連続溶融メッキ操業において指摘されていた前記問題点を払拭するものである。すなわちドロス発生自体を非常に少なくし、そのことによりドロス回収作業頻度を極端に少なくし、ドロスに起因した傷等の表面欠陥を発生することのない連続溶融メッキ製造方法を提供することである。
特開昭６３−２３８２５２号公報 特開平５−２２２５００号公報 特開平１−１４７０４７号公報 特開昭５３−８８６３３号公報

本発明は、かかる課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛メッキポットに、溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（２）鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、亜鉛メッキポットの浴温度以上で浴温度＋５０℃以下の溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする（１）に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（３）鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、４２０℃から５００℃の溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする（１）に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（４）鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、溶融亜鉛内の鉄濃度が０．０１ｗｔ％以下の溶解亜鉛を補給することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（５）亜鉛ポット浴内全アルミ濃度が０．１〜０．１４％であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（６）溶解亜鉛補給方法として、セラミクス製ポットに溶融亜鉛を入れ、セラミクス製ポットを傾動させることでセラミクス製亜鉛メッキポットに溶解亜鉛を補給することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（７）溶解亜鉛補給装置として、誘導加熱装置を備えたセラミクス製溶解ポットと、その溶解ポットに亜鉛インゴットを投入する装置を設置し、当該溶解ポットから誘導加熱装置を備えたセラミクス製亜鉛メッキポットにメタルポンプもしくは樋にて溶解亜鉛を移送することを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
（８）一回あたりの亜鉛移送量を２０〜３００ｋｇとすることを特徴とする（７）に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。

本発明によれば、連続溶融メッキ操業においてドロス発生自体を非常に少なくし、そのことによりドロス回収作業頻度を極端に少なくし、ドロスに起因した疵等の表面欠陥を発生することのなく、又生産性の高い連続溶融メッキ製造方法を提供することが可能である。

以下図を参酌して本発明を詳細に説明する。

図２および図３に本発明による例を示す。図１に示す従来技術では亜鉛インゴット６を直接メッキ亜鉛浴９に投入していた。このとき投入された亜鉛インゴット６近傍の亜鉛浴９は亜鉛インゴット６の溶解熱に熱が奪われ温度が降下し、鉄飽和濃度が低下し、鉄亜鉛化合物であるボトムドロスが析出、生成するという問題点があった。

そこで図１に示す本発明では、予め溶解した溶解亜鉛１１をセラミクポット１０に入れ、これを傾動することにより亜鉛を補給する。セラミクポット１０が空になると、新たに亜鉛を溶解する必要があるので、亜鉛の補給は断続的になる。このことで、亜鉛浴９が亜鉛インゴット６の溶解熱に熱が奪われ温度が降下するのを防ぐことができる。このことにより、ボトムドロスの生成を非常に少なくすることが可能である。このように、メッキ亜鉛浴９の減りを補給するためにはインゴット６を補給する代わりに、本発明の如く溶融亜鉛を補給することで、大幅にボトムドロスの生成を非常に少なくすることができる。このとき亜鉛浴９に補給する溶融亜鉛１１の温度は、亜鉛浴９の温度以上でないと亜鉛浴の温度が下がるためボトムドロスが発生する。よって補給する溶融亜鉛１１の温度は亜鉛浴９の温度より高くする。供給する溶融亜鉛１１の温度をあまり高くしてもエネルギーの無駄であるため、補給する溶融亜鉛１１の温度は亜鉛浴９の温度より高くする温度は最大で５０℃とすべきである。亜鉛浴９温度は通常４２０℃以上であるため、補給する溶融亜鉛１１の温度は４２０℃以上とすることが好ましい。

溶融亜鉛１１の温度を５００℃以上にすると、亜鉛蒸気がヒュームとなって周辺環境を汚すため、５００℃以下とするのが適当である。また補給する溶融亜鉛１１内には亜鉛インゴットに内包される不純物が混合するが、このとき鉄濃度割合は、溶融亜鉛１１の鉄飽和濃度以下である必要がある。これが鉄飽和濃度以上であると、溶融亜鉛１１と一緒にドロスをメッキポット３内に供給することになる。そのために、溶融亜鉛１１の原材料インゴット中の鉄濃度を管理し清浄な亜鉛からなるインゴットを用いる必要があるのと、溶解亜鉛１１の容器である浴供給ポット１０は、セラミクス製を用いる必要がある。仮に浴供給ポットが鉄製の場合、ポット材料の鉄が溶融亜鉛１１中に溶け出してしまうからである。一般的なメッキ亜鉛浴温度の下限は４２０℃であり、このときの鉄飽和濃度は０．０１ｗｔ％であるため、このような理由から、供給する溶融亜鉛１１内の鉄濃度は０．０１ｗｔ％以下である必要がある。無論供給する溶融亜鉛１１内の鉄濃度は低ければ低いほどよく、０％が理想である。

またメッキ亜鉛浴９中のアルミ濃度もドロス生成に影響を及ぼす。浴中の全アルミ濃度が０．１４％を超えると、急激にトップドロスの生成が多くなる。そのため亜鉛浴９中の全アルミ濃度は０．１４％以下とすることが好ましい。また、全アルミ濃度が０．１％以下の場合には、亜鉛メッキの鋼帯への密着性が悪くなり、製品に曲げ加工を加えるとそこからメッキ層がはがれてしまうなどの害があるため、メッキ亜鉛浴９中の全アルミ濃度は０．１％以上０．１４％以下とすることが好ましい。

図３は別の本発明例を示したものである。溶解亜鉛補給装置として、誘導加熱装置１４を備えたセラミクス製溶解ポット１３と、その溶解ポット１３に亜鉛インゴット６を投入する装置７を設置し、当該溶解ポット１３から誘導加熱装置８を備えたセラミクス製亜鉛メッキポット３にメタルポンプ１２もしくは樋１５にて溶解亜鉛１１を移送する方法の説明図である。亜鉛溶解ポット１３と、誘導加熱装置１４の亜鉛接触部はセラミクス製とすることで、供給する溶解亜鉛１１内の鉄分濃度上昇を抑えることが出来る。この溶解ポット１３にて溶解した溶解亜鉛１１を、メタルポンプ１２およびメッキポット３側に傾けて設置された樋１５によって移送される。メタルポンプ１２のみ、樋１５による溶融ポット１３からメッキポット３へのオーバーフローのみによる移送でも本発明の目的は達成できるが、メタルポンプ１２のみを利用する場合はメタルポンプ吐出配管をメッキポット３まで配管する必要があり、双方距離をレイアウト上近づけられない場合は配管詰まりが起きる可能性があるし、樋１５のみではメッキポット３への移送量を精度よく制御することが出来ず、ポット浴３面レベルが変動しメッキ製品品質に影響を及ぼす可能性がある。

溶解亜鉛１１の移送量は、メッキ亜鉛の消費量から通常毎時約１Ｔｏｎ程度である。これを連続的に移送しようとする場合、移送量は毎秒２０から３０ＣＣの極微量となってしまう。このような微小量を樋またはメタルポンプで移送する場合、途中での周囲への抜熱で固着してしまい、うまく移送することが出来ない。よって、亜鉛を移送する場合には、一回当たりの量を多くし断続的に供給すると途中の温度降下を防ぐことが出来る。一回あたりの量を多くしすぎると、メッキ浴面のレベル変動が大きくなりすぎるため、一回あたりの移送量は２０〜３００ｋｇにするのが好ましい。

以下本発明の実施例を、発明例及び比較例に基づいて詳細に述べる。

溶融合金化亜鉛メッキ鋼帯の製造ラインにおいて、表面片面あたり３０ｇ／ｍ２メッキする装置を設置し操業をおこなった。亜鉛浴９温度は４６０℃とし、平均板幅１．２ｍの原板を１５０ｍｐｍでメッキした。亜鉛浴９内全アルミ濃度を０．１〜０．１４％とした。

先ず従来技術に基づき操業をおこなった。操業後、亜鉛浴９がメッキとして鋼帯１に持ち出され亜鉛浴９レベルが下がってきたので、インゴット６を投入装置７にて亜鉛浴９に浸漬し溶解した。数十分後また亜鉛浴９レベルが下がってきたので、インゴット６を投入装置７にて亜鉛浴９に浸漬し溶解した。この製造方法を１ヶ月継続した段階で生成したボトムドロスが製品に付着し外観を阻害し始めたため、通板速度を次第に下げざるを得なかった。通板速度を下げると外観は改善したが生産性は多いに阻害された。また通板速度を下げ一旦外観は改善しても、再度ボトムドロスが製品に付着し外観を阻害し始めたためさらに速度を下げざるを得なかった。操業開始から２ヵ月後、通板速度が１００ｍｐｍまで低下した時点で生産を停止しボトムドロスを取り除く作業をおこなった。このときボトムドロスが１００ｍｍ程堆積し、これを取り除く作業のため２日間生産を要し、生産を阻害した。（比較例）
次に本発明に基づき操業をおこなった。操業後、亜鉛浴９がメッキとして鋼帯１に持ち出され亜鉛浴９レベルが下がってきたので、浴供給セラミクポット１０に４７０℃の溶解亜鉛１１を入れ、浴供給セラミクポット１０を傾動し鉄濃度０．０５％の溶解亜鉛を投入した。数十分後また亜鉛浴９レベルが下がってきたので、浴供給セラミクポット１０に４７０℃の溶解亜鉛１１を入れ、浴供給セラミクポット１０を傾動し鉄濃度０．０５％の溶解亜鉛を投入した。この製造方法を３ヶ月継続したがボトムドロス起因による製品外観上の不具合は発生しなかった。通板速度を下げる必要は無かったので生産性は良好であった。３ヶ月後浴中部品の定期取替えのために生産を停止し、堆積したボトムドロス量を測定したが、殆ど堆積していない状況であった。（発明例１）
次に本発明に基づき、メッキポット３近傍に亜鉛溶解ポット１３を設置した。メッキポット３および亜鉛溶解ポット１３は、鉄皮内面にセラミクスをコーティングしたもので亜鉛は鉄には接触しない。それぞれのポットに誘導加熱による亜鉛浴加熱装置を別個に設けた。予め亜鉛溶解ポットにはインゴット６を投入溶解し、溶融亜鉛１１を準備した。メッキポット３内の亜鉛浴９の温度は４６０℃だったので移送中の温度降下を見越して溶融亜鉛１１の温度を４８０℃にセットした。溶融亜鉛１１中の鉄濃度は０．０５％にした。操業後、亜鉛浴９がメッキとして鋼帯１に持ち出され亜鉛浴９レベルが下がってきたので、メタルポンプ１２により溶融亜鉛１１を樋１５上にくみ上げ、メッキポット３に移送した。一回あたりの移送量は２００ｋｇとした。溶融亜鉛は樋１５上で放熱したため、若干温度が下がりメッキポット３への投入口近傍において４７０℃であったが、なお亜鉛浴９の温度より高かった。数十分後また亜鉛浴９レベルが下がってきたので、メタルポンプ１２により溶融亜鉛１１を樋１５上にくみ上げ、メッキポット３に再度移送した。この製造方法を３ヶ月継続したがボトムドロス起因による製品外観上の不具合は発生しなかった。通板速度を下げる必要は無かったので生産性は良好であった。３ヶ月後浴中部品の定期取替えのために生産を停止し、堆積したボトムドロス量を測定したが、殆ど堆積していない状況であった。（発明例２）
これにより、本発明例を用いれば、ボトムドロスの発生そのものを極端に少なくし、よってそれによる外観上の問題や生産性の阻害を取り除くことが可能であり、本発明の優位性が確認できた。

表１に実施例をまとめて示す。

鋼帯の連続溶融亜鉛メッキに関わる従来手法の説明図である。 鋼帯の連続溶融亜鉛メッキに関わる発明例の説明図である 鋼帯の連続溶融亜鉛メッキに関わる本発明例の説明図である

符号の説明

１ 鋼帯
２ 前処理炉
３ メッキポット
４ 浴中ロール
５ 気体絞りノズル
６ インゴット
７ インゴット投入装置
８ 溶融亜鉛加熱装置
９ 亜鉛浴
１０ 浴供給セラミクポット
１１ 溶融亜鉛
１２ メタルポンプ
１３ 亜鉛溶解ポット
１４ 誘導加熱装置
１５ 樋

Claims (8)

1. 鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛メッキポットに、溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
2. 鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、亜鉛メッキポットの浴温度以上で浴温度＋５０℃以下の溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
3. 鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、４２０℃から５００℃の溶解亜鉛を断続的に補給することを特徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
4. 鋼板表面に連続的にメッキを施して溶融亜鉛メッキ鋼帯を製造する溶融亜鉛メッキラインの亜鉛ポットに、溶融亜鉛内の鉄濃度が０．０１ｗｔ％以下の溶解亜鉛を補給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
5. 亜鉛ポット浴内全アルミ濃度が０．１〜０．１４％であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
6. 溶解亜鉛補給方法として、セラミクス製ポットに溶融亜鉛を入れ、セラミクス製ポットを傾動させることでセラミクス製亜鉛メッキポットに溶解亜鉛を補給することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
7. 溶解亜鉛補給装置として、誘導加熱装置を備えたセラミクス製溶解ポットと、その溶解ポットに亜鉛インゴットを投入する装置を設置し、当該溶解ポットから誘導加熱装置を備えたセラミクス製亜鉛メッキポットにメタルポンプもしくは樋にて溶解亜鉛を移送することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
8. 一回あたりの亜鉛移送量を２０〜３００ｋｇとすることを特徴とする請求項７に記載の溶融亜鉛メッキ鋼帯の製造方法。
   

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