JP2011140679A - 溶融亜鉛めっき槽で発生するドロスを除去するドロス除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼板の溶融亜鉛めっきにおいて発生するドロスを除去するドロス除去装置を提供する。
【解決手段】ドロス除去装置は亜年めっき槽（以下めっき槽という）に連設して設けられ、追加されるめっき金属の溶解機能と、ドロス除去機能を有し、ドロス槽は、フィルタで2分割され、その第1の区画はドロス槽内に設けられたフィルタで清浄化された溶融亜鉛と追加されためっき金属を溶解する部分と、第２の区画は前記めっき槽から樋を通じて溶融亜鉛と軽ドロスを受ける部分とからなり、めっき槽とドロス槽との間には、第１の区画から清浄な溶融亜鉛をめっき槽に供給する電磁バルブを備えた第１の連通孔を備え、第2の区画は、前記めっき槽の溶融亜鉛表面に浮上している軽ドロスと溶融亜鉛浴中に浮遊したドロスを含む溶融亜鉛をドロス槽に移動させる樋を備え、めっき槽内に沈殿した重ドロスと浮上している軽ドロスをめっき槽から除去する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融亜鉛めっき槽で発生する亜鉛に対して比重の大きい金属間化合物Ｆｅ―Ｚｎ（以下重ドロスという）と比重の軽い金属間化合物Ｆｅ―Ａｌ（以下軽ドロスという）を除去する除去装置に関するものである。

この５０年、わが国の年鉄鋼の生産は飛躍的に伸び、粗鋼生産は１９７３年に１．２億トンとなり、その後は多少減少しているが鋼材ベースで見ると９１００万トン程度を維持している。鋼材ベースでは特に亜鉛めっき鋼板が自動車用材として主たる鋼材となっている。
亜鉛めっき鋼板には、電気めっき鋼板と溶融めっき鋼板があるが、電気亜鉛めっきは厚めっきが経済的に困難であるため、溶融亜鉛めっき鋼板が主流を占め、その品質の改良に多くの努力が向けられている。

自動車用鋼材としての溶融亜鉛めっき鋼板は塗装後の表面性状が重要であるため、表面性状を左右する欠陥、特に亜鉛めっき製造過程で、めっき槽で生じるドロスをいかにして減少させるかがこの５０年間の大きな問題であった。
溶融亜鉛めっき槽で発生するドロスはめっき鋼板の表面に付着し、製品の表面欠陥となるため、重大な問題である。ドロスには亜鉛に対して比重の大きい金属間化合物Ｆｅ―Ｚｎ（以下重ドロスという）と比重の軽い金属間化合物Ｆｅ―Ａｌ（以下軽ドロスとい）があり、前者は主にめっき槽の底部に沈殿し、後者はめっき浴の表面に浮遊し、いずれも鋼板表面に付着し、鋼板の欠陥となる。これ等の金属間化合物は相当直径１から３００μｍの欠陥である。

これ等の金属間化合物の発生する原因として、重ドロスはめっき槽に鋼鈑を浸漬させたとき溶融亜鉛が鋼板とめっき浴中のＦｅ成分と反応して生成する化合物であり、軽ドロスは、溶融亜鉛に含まれているＡｌが鋼板と反応して生成する化合物である。
重ドロスは主にめっき槽の底部に沈積するが、一部はめっき槽内の自然対流、鋼板の走行、シンクロールの回転により低部から巻き上がり、めっき融液に浮遊している。
上記現状については非特許文献、安谷屋武志、「金属」Ｖｏｌ．７８（２００８）別冊Ｎｏ．１〜８に詳細に報告されている。

従来ドロスを除去するため、多数の提案がされている。これ等の提案は溶融亜鉛をめっき槽外にくみ出してドロスを鎮静させる方法、濾過する方法、Ａｌを添加して浮上分離させる方法などがある。しかし、いずれも機構の複雑さや、耐久性、操業性などに問題があり、実用化されていない。

特開昭５３−８８６３３号公報にはめっき槽に併設した沈殿槽に亜鉛浴を循環させ、ここで、亜鉛浴を冷却し重ドロスを生成させ、冷却した亜鉛浴を再度加熱し、Ｆｅ溶解度の低い亜鉛浴をめっき槽に循環させ、めっき槽で発生する重ドロスを可及的に減少させて、鋼板の欠陥を防止する。そのため、めっき槽の大きさを１/4程度に出来るとしている。この方法は温度の制御が困難で、重ドロスを完全に除去できない。

実開昭５６−１７０２６０号公報では、めっき槽から溶融亜鉛とドロスを汲み上げ、沈殿槽に導入し、ドロスを沈殿させた後に溶融亜鉛をめっき槽に戻しているが、いかにしてドロスを沈殿させるか、開示されていない。

特開平３−２６７３５７号公報は、めっき槽から溶融亜鉛浴をくみ上げ、邪魔板で重ドロスを捕集しているが、軽ドロスを除去できない。

特開平１１−２５６２９８号公報はめっき槽に連通し、めっき亜鉛の溶解及びドロス沈殿機能を有する融液槽を設け、この融液槽から配管によりめっき槽に循環させてドロスを除去する装置を開示している。しかし、この装置ではめっき槽湯面に浮上しているドロスは除去できるが、めっき槽底部に沈積した重ドロスを除去できない。

亜鉛めっき鋼板の種類を説明する。大別すると、種類としては、ＧＡ，ガルバニール鋼板、即ち表面に鉄亜鉛合金を形成し、主に自動車用鋼板として使用される鋼板があり、この鋼板を製造するためには、例えば亜鉛浴に０．１％程度のＡｌを含有させ、亜鉛相を鋼板へ密着させる。
この場合、発生するドロスは比重の軽いＦｅ−Ａｌ系ドロスは少なく、ドロスは主に比重の大きい重ドロス（Ｆｅ−Ｚｎ系）である。

他方、めっき鋼板にはＧＩ、非合金化材があり、鋼板以外の形鋼、パイプ、条鋼などに利用されている。この場合には、合金化処理を行わないので、亜鉛浴のＡｌを０．１５％以上添加するため、発生するドロスは比重の軽いＦｅ−Ａｌ系である。
従って、ドロスの除去対策も異なる。

特開昭５３−８８６３３号公報 実開昭５６−１７０２６０号公報 特開平３−２６７３５７号公報 特開平１１−２５６２９８号公報

安谷屋武志、「金属」Ｖｏｌ．７８（２００８）別冊Ｎｏ．１〜８

従来の特許文献ではドロスに前述の重ドロスと軽ドロスとがあることを認識しておらず、主に重ドロスを対象にし、したがっていずれも満足できるドロス除去装置を開発するに至っていない点である。この点を考慮し、本発明は上記重ドロスと軽ドロスとをともに除去し、合わせて重ドロス発生量を軽減し、最終的にめっき鋼板の品質を向上させる装置を発明するに至った。また、溶融亜鉛めっき鋼板には合金処理鋼板ＧＡ（ガルバニール材）とＧＩ（非合金化材）とが知られており、前者は場合にはめっき浴はＡｌを０．１５％以下であって、軽ドロスが少なく、重ドロスが多く、後者のめっき浴はＡｌを０．１５％以上含有し、軽ドロスの発生が多い。

溶融亜鉛めっき設備のめっき槽で発生したドロスを除去する装置（以下ドロス槽）であって、前記ドロス槽は前記めっき槽（以下めっき槽という）に連設して設けられ、追加されるめっき金属の溶解機能と、ドロス除去機能を有し、
前記ドロス槽は、フィルタで2分割され、その第1の区画はドロス槽内に設けられた該フィルタで清浄化された溶融亜鉛と追加されためっき金属を溶解する部分と、第２の区画は前記めっき槽から樋を通じて溶融亜鉛と軽ドロスを受ける部分とからなり、
前記めっき槽と前記ドロス槽との間には、前記第１の区画から清浄な溶融亜鉛を前記めっき槽に供給する電磁バルブを備えた第１の連通孔を備え、
前記第2の区画は、前記めっき槽の溶融亜鉛表面に浮上している軽ドロスと溶融亜鉛浴中に浮遊したドロスを含む前記めっき槽の溶融亜鉛を前記ドロス槽に移動させる前記樋を備え、前記めっき槽内に沈殿した重ドロスと浮上している軽ドロスをめっき槽から除去するドロス槽である。

また、前記軽度ドロスは主成分として金属間化合物Ｆｅ―Ａｌからなり、前記重ドロスは主成分として金属間化合物Ｆｅ―Ｚｎから構成されている。
また、前記金属の溶解機能は、前記第1の区画に設けられた高周波加熱装置または溝型低周波炉で行われる。

さらに、前記フィルタは多孔質の耐火物で構成され、前記ドロス槽を前記第１連通孔のある第1の区画と前記樋のある領域とを２分割しているドロス槽である。
また、前記ドロス槽は、現存するメッキ槽に追加的設置を容易にするため前記めっき槽に略平行に設けることができる。

本発明のドロス槽は、下記のような効果を有する。
１． めっき槽に沈積した重ドロスのうち亜鉛の流動により溶融亜鉛中に浮遊した部分はめっき槽の上部に設けられた樋からドロス槽に移動し、フィルタにより濾過され、清浄となった亜鉛浴は第１区画に流入し、再びめっき槽に循環される。
フィルタが目詰まりして時はフィルタを交換し、ドロスを除去する。
２． めっき浴表面に浮上した軽ドロスは、めっき浴上部に設けられた樋からドロス槽に流入し、ドロス槽の第２区画内に堆積する。多量になった場合には、スプーン等で除去する。
３． 第1区画には加熱装置があるので、亜鉛浴を例えば侵入する鋼板温度、例えば４６０℃よりも１０−５０℃高く加熱し、めっき槽に循環させる。このことにより、めっき槽内に沈積した重ドロスを溶解し、その量を低減させることが出来る。
重ドロスは主に鋼板（４６０℃程度）と溶融亜鉛（４５０℃）との反応で生じたＦｅｍＺｎn、例えばＦｅＺｎ_７等の亜鉛より比重が重い金属間化合物だからである。
４． このようにめっき浴に浮遊した軽ドロスはドロス槽で除去されるので、めっき鋼板の表面清浄は著しく清浄となる。
５． 従来のめっき槽は追加する亜鉛をめっき槽に添加するためめっき槽は、例えば内のりで深さ３ｍ×巾３ｍ×長さ７ｍで、収容する亜鉛の全重量は４００トン以上もあったが、本発明では、めっき槽の長さを４ｍ以下にすることができ、亜鉛重量を２００トン以下にすることができる。

図１は本発明のドロス槽とめっき槽の概要平面図である（スナウトは省略）。 図２は図１に示す図のＸ−Ｘ方向矢視図である。 図３は図１に示す図のＹ−Ｙ方向矢視図である。 図４は図１に示す図のＺ−Ｚ方向矢視図である。

発明の実施形態を図１から４により説明する。図１は、めっき槽１および併設したドロス槽の平面図である。めっき槽はアルミナレンガで構築され、耐熱鋼からなるシンクロール４を備え、鋼板２は上方からシンクロール４に向かって侵入する。
併設されたドロス槽２０もアルミナレンガで構築され、中間に板状の多孔質のアルミナレンガ、フィルタ２１と格子状の隔壁２２で槽を２分割する。フィルタは目つまりすると容易に交換できるように固定枠２６から取り出し可能に固定され、上方に引き上げて交換できる。フィルタは例えば、アルミナ質で、フィルタは例えば２層で構成し、１層目は直径１０から５０ｍｍ孔の多孔板とし、２層目は直径５ｍｍ以下の細かい孔のセラミック板とする。このようにして、夛孔板が目つまりしないように配慮し、亜鉛浴の円滑な流通を確保する。
また、めっき槽とドロス槽は樋６で連結され、めっき槽とドロス槽の湯面は連続している。

図２はめっき槽を図１に示すＸ−Ｘ方向の切断矢視図を示す。図２で鋼板の亜鉛浴への侵入部をスナウト８でカバーする。侵入した鋼板２は亜鉛浴に接触し、シンクロール４で上方向に向かい、サポートロール３で上方に引上げられる。めっき槽の底部には、ドロス槽への連通孔５を備える。連通孔はアルミナ質のパイプを金属管で補強し、外側に電磁バルブを備える。樋６はアルミナ質の不定形耐火物で構成し、下側から補強材で支持する。めっき槽とドロス槽上端の壁を切り込んで構築され、めっき槽表面に浮上している軽ドロスをドロス槽に掻き出すことが出来る。

図３は、図１のＹ−Ｙ断面矢視図であり、図４は、図１に示すドロス槽のＺ−Ｚ断面矢視図である。図３で、めっき槽１とドロス槽の間は連通孔５で接続され、連通孔５は電磁バルブで亜鉛浴を移動させる。図４に示すフィルタ２１はめっき槽から循環してめっき浴に含まれているドロスを濾過し、第１区画に亜鉛を供給する。
第１区画は高周波加熱コイル２１で周包され、高周波電力で新たに供給された金属亜鉛を溶解し、連通孔５からめっき槽に供給する。

以上、ドロス槽の構造を述べたが、以下作用効果を述べる。なお、ドロス層は例えば深さ３ｍ×巾１．５ｍ×長さ４ｍで、１２０トン程度の亜鉛を収容できる。
めっき槽に沈殿する重ドロスは、最初４６０℃程度の鋼板と４５０℃程度の溶融亜鉛とが反応し、種々のＦｅ−Ｚｎ金属間化合物、例えばＦｅＺｎ_７が生成するが、めっき槽底部に沈降すると温度が低下するため、亜鉛の鉄溶解度が低下し、さらにＦｅ−Ｚｎ合金が析出する。従来めっき槽で新たに亜鉛金属を添加すると部分的に亜鉛浴は４５０℃以下になる。そのためさらに重ドロスが増加する。

そこで、本発明では、ドロス槽の第１区画で新たに追加及び循環してきた亜鉛浴の温度を例えば４８０〜５００℃に加熱してめっき槽に循環させる。こうするとめっき槽底部に沈殿していた重ドロスの一部を溶解し、重ドロスの量を著しく低減できる。なお、めっき槽に鋼板を侵入させる部分では所定の温度、例えば４５０℃に保持する。
また、めっき槽からドロス槽に樋を通過して流入する亜鉛浴は温度が例えば４３０℃程度に低下しているので、ドロス槽の第２区画でＦｅ−Ｚｎ合金を析出するので、ここで、重ドロスを析出するので、さらに重ドロスは低下する。
軽ドロスは、ＧＡを製造する際には、例えば亜鉛浴のＡｌを０．１％とするため、多くは発生しない。発生した軽ドロスは例えばＦｅ_２Ａｌ_５があり、その一部は浴に浮遊し、一部は浴表面に浮上している。両者をともに樋６を介してドロス槽に移動させる。浴中に浮遊している軽ドロスはフィルタで濾過し、浮上している軽ドロスはドロス槽表面に浮上しているので、機械的手段で容易に除去できる。

電磁バルブは原子炉の高速増殖炉で、ナトリウム金属を移動するために開発され実用化されているのでこれを利用すればよい。電磁バルブの詳細は特願平２００７−７４８３７号証に開示されている。望ましくはファラディ型電磁バルブがよい。

発明の他の態様として、電磁バルブは電流の方向を切り替えると、逆の方向に亜鉛浴を移動できる。例えばめっき槽底部に重ドロスが多く沈積した場合には、めっき槽から第１区画に亜鉛浴を移動させ、重ドロスをここで集積させることもできる。この場合にはドロス槽からめっき槽に樋を介して溶融亜鉛が流れるので、めっき槽の軽ドロスがドロス槽に流入しにくい。しかし、めっき槽の重ドロスをドロス槽の第１区画に集積できるので、めっき槽を清掃する手間を軽減できる効果がある。

例えば、電磁バルブで１０ｍ^３/h亜鉛浴を循環させ、１ヶ月連続運転した場合には、めっき槽に発生した重ドロスは、従来の１０％以下となった。なお、めっき浴にＡｌを０．１％含有させたが、軽ドロスの発生量は変化がなく、同様極めて少量であった。大部分はフィルタで捕集されたためと推定される。この操業期間における鋼板のドロスによる欠陥は略皆無であった。また、ＧＩを製造する場合には、Ａｌを０．１５％亜鉛浴に含有させ、主に啓ドロスが発生したが、ドロス槽で回収することが容易であった。

１ めっき槽
２ 鋼板
４ 引上げロール
５ 底部貫通孔
６ めっき槽とドロス槽間の樋
７ 電磁バルブ
８ スナウト
２０ ドロス槽
２１ フィルタ
２２ 格子状隔壁
２３ 溝型低周波炉
２４ 高周波加熱炉
２６ フィルタ固定枠

Claims (5)

1. 溶融亜鉛めっき設備のめっき槽で発生したドロスを除去する装置（以下ドロス槽）であって、前記ドロス槽は前記めっき槽（以下めっき槽という）に連設して設けられ、追加されるめっき金属の溶解機能と、ドロス除去機能を有し、
   前記ドロス槽は、フィルタで2分割され、その第1の区画はドロス槽内に設けられた該フィルタで清浄化された溶融亜鉛を保持し、追加されためっき金属を溶解する部分と、第２の区画は前記めっき槽から樋を通じて溶融亜鉛と軽ドロスを受ける部分とからなり、
   前記めっき槽と前記ドロス槽との間には、前記第１の区画から清浄な溶融亜鉛を前記めっき槽に供給する電磁バルブを備えた第１の連通孔を備え、
   前記第2の区画は、前記めっき槽の溶融亜鉛表面に浮上している軽ドロスと溶融亜鉛浴中に浮遊したドロスを含む前記めっき槽の溶融亜鉛を前記ドロス槽に移動させる前記樋を備え、前記めっき槽内に沈殿した重ドロスと浮上している軽ドロスをめっき槽から除去するドロス槽。
2. 前記軽度ドロスは主成分として金属間化合物Ｆｅ―Ａｌからなり、前記重ドロスは主成分として金属間化合物Ｆｅ―Ｚｎから構成されていることを特徴とする請求項１記載のドロス槽。
3. 前記めっき金属の溶解機能は、前記第1の区画に設けられた高周波加熱装置及び/または溝型低周波炉であることを特徴とする請求項１記載のドロス槽。
4. 前記フィルタは前記ドロス槽を前記第１連通孔のある第1の区画と前記樋のある領域とを２分割し、多孔質の耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１記載のドロス槽。
5. 前記ドロス槽は、現存するメッキ槽に追加的設置を容易にするため前記めっき槽に略平行に設けられることを特徴とする請求項１記載のドロス槽。
   
   
   
   

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