JP2018178233A - 化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法及び製造設備 - Google Patents

Abstract

【課題】化成処理後の冷却効率を十分に向上させることにより、生産性を損なうことなく、良好な外観の化成処理皮膜を有する化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法は、連続的に搬送される亜鉛系めっき鋼帯の表面に化成処理液を塗布する工程と、その後前記鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させて、前記鋼帯の表面に化成処理皮膜が形成された化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を得る工程と、その後、マイクロバブルを含有したミストを前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯に向けて噴射して、前記ミストにより前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を冷却する工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法及び製造設備に関するものである。

一般に、化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯は、複数の通板ローラーを含む通板設備によって連続的に亜鉛系めっき鋼帯を搬送し、その過程で、ロールコーターにより該亜鉛系めっき鋼帯に化成処理液を塗布し、その後塗布された化成処理皮膜を加熱・乾燥して化成処理皮膜として、その後、亜鉛系めっき鋼帯を冷却することにより製造される。化成処理皮膜の形成直後の鋼帯温度は100〜200℃程度となる。そして、化成処理後に鋼帯を巻き取るテンションリールに使用されるゴムスリーブの耐熱温度を考慮して、化成処理後の冷却では、鋼帯温度を80℃以下にすることが好ましい。

特許文献１には、鋼帯の化成処理後の冷却とほぼ同等の温度範囲（80〜250℃の焼き付け温度から80℃以下への冷却）の冷却技術として、塗装鋼板の製造過程において、塗料の焼き付け後の冷却を水への浸漬、冷風の吹き付け、または放冷によって行うことが記載されている。これと同様に、従来、化成処理後の冷却は、連続搬送中の鋼帯に対して空気等の気体を噴射するガス冷却方式により行っていた。

特開２０１６−１３７４７２号公報

ガス冷却方式は、例えば溶融亜鉛めっき後の冷却方法、あるいは合金化後の冷却方法として採用されているミスト冷却方式と比較して、冷却効率が低い。そのため、従来の化成処理後の冷却では、冷却設備長を比較的長くする、通板速度を遅くする、ガス冷却用のブロワを増強する等の対策により、鋼帯温度100〜200℃から80℃以下にする冷却を行っていた。

しかしながら、冷却設備長を長くすることやブロワを増強することは、高い設備費が必要となることを意味し、通板速度を遅くすると生産性が損なわれるという問題がある。また、ブロワを過剰に増強すると、鋼帯がガス冷却ノズルに接触して、鋼帯の化成処理皮膜に擦り疵が生じ、皮膜外観を損ねる恐れがある。

そこで本発明者らは、化成処理後の冷却に、ガス冷却方式よりも冷却効率の高いミスト冷却を適用することを検討した。しかしながら、化成処理後の冷却に単にミスト冷却を適用するだけでは、やはり冷却能力の増加は十分でないことが判明した。これは以下のような理由によるものと推測される。図６は、ミスト冷却のような冷却液による鋼帯の冷却において、鋼帯の表面温度と冷却能力（熱伝達係数）との関係を示したものである。図６から明らかなように、冷却液量が一定の場合、鋼帯温度が高い段階（図６中の膜沸騰領域）では、冷却能力が低くなる。これは、図７に示すように、鋼帯Ｓ表面と冷却液Ｌとの間に蒸気膜Ｍが多く発生して、この蒸気膜Ｍが鋼帯Ｓの表面と冷却液Ｌとの直接接触を妨げるからである。化成処理後の冷却における鋼帯の温度域（100〜200℃から80℃以下への冷却）は、図６における膜沸騰領域から遷移沸騰領域となることから、冷却能力の増加が十分でないと推測される。

一方で、ミスト冷却による冷却能力を増加させようと冷却液量を増加させると、冷却液が化成処理皮膜に入り込んだり、化成処理皮膜中の成分が冷却液に溶出したりして、結果として化成処理皮膜が変質してシミ模様が発生するなど、皮膜外観を損ねることになる。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、化成処理後の冷却効率を十分に向上させることにより、生産性を損なうことなく、良好な外観の化成処理皮膜を有する化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を製造することが可能な、化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法及び製造設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するべく本発明者らは、化成処理後の冷却にミスト冷却を採用した上で、さらにそのミスト中にマイクロバブルを含有させることを検討した。これは、マイクロバブルが鋼帯（厳密には化成処理皮膜）の表面に付着し、圧壊することで生じた圧力によって、冷却ミストの膜沸騰で生成した蒸気膜が破壊され、その結果、冷却能力が向上するのではないかという着想に基づく。圧壊現象とは、ごく小さな気泡が液中の圧力で縮小することにより、気泡内部の圧力が急上昇し、限界を超えると高圧状態になり、大きな衝撃を発生する現象であり、ミリバブルやセンチバブルでは生じず、マイクロバブルに特有に生じる現象である（Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn., 64, 4-10 (2010)参照）。

マイクロバブルを含有する液体は、これまで食物の長期保存や水の浄化作用向上などの分野においては利用されてきたが、化成処理後の冷却には用いられていなかった。本発明者らは、気泡径が所定値以下のマイクロバブルを含有した冷却ミストを化成処理後の鋼帯に噴射して、当該ミストにより鋼帯を冷却したところ、マイクロバブルを含まない冷却ミストを用いた場合に比べて、飛躍的に冷却能力が向上することを見出した。これは、マイクロバブルの圧壊現象により蒸気膜が破壊されたためと考えられる。

また、マイクロバブルを含有するミストによる冷却では、冷却液量を増加させることなく十分な冷却能力を得ることができるため、化成処理皮膜が変質してシミ模様が発生するという問題を回避することができる。当然、冷却設備長を長くする必要もないため、生産性を損なうこともない。

上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
（１）連続的に搬送される亜鉛系めっき鋼帯の表面に化成処理液を塗布する工程と、
その後前記鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させて、前記鋼帯の表面に化成処理皮膜が形成された化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を得る工程と、
その後、マイクロバブルを含有したミストを前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯に向けて噴射して、前記ミストにより前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を冷却する工程と、
を有することを特徴とする化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。

（２）前記マイクロバブルの平均直径が20μｍ以下である、上記（１）に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。

（３）前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の温度は、冷却前が100〜200℃であり、冷却後は80℃以下とする、上記（１）又は（２）に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。

（４）前記亜鉛系めっき鋼帯が溶融亜鉛系めっき鋼帯である、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。

（５）前記亜鉛系めっき鋼帯が電気亜鉛系めっき鋼帯である、上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。

（６）亜鉛系めっき鋼帯を連続的に搬送する通板設備と、
連続的に搬送される前記亜鉛系めっき鋼帯の表面に化成処理液を塗布する塗布設備と、
前記塗布設備よりも鋼帯搬送方向の下流に設置され、前記鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させる加熱炉と、
前記加熱炉よりも鋼帯搬送方向の下流に設置され、前記鋼帯に向けてマイクロバブルを含有したミストを噴射する冷却設備と、
を有することを特徴とする化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造設備。

本発明の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法及び製造設備によれば、化成処理後の冷却効率を十分に向上させることにより、生産性を損なうことなく、良好な外観の化成処理皮膜を有する化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を製造することが可能である。

本発明の一実施形態で用いる化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造設備１００の模式図である。 （Ａ）は、図１に記載されたミスト冷却装置１０の部分模式図であり、（Ｂ）は、（Ａ）のヘッダ１セットを抜粋した図である。 図１に記載されたミスト冷却装置１０の模式図である。 本発明の一実施形態で用いる、マイクロバブル含有冷却水の製造システムの一例を示す模式図である。 本発明の一実施形態で用いる、マイクロバブル含有冷却水の製造システムの他の例を示す模式図である。 冷却液による鋼帯に冷却において、鋼帯の表面温度と冷却能力との関係を示す概念図である。 図６の膜沸騰領域における鋼帯Ｓの冷却態様を示す図である。 連続溶融亜鉛めっき設備の一例を示す模式図である。

図１〜５を参照して、本発明の一実施形態による化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法を説明する。図１を参照して、本実施形態で用いる化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造設備１００は、通板ロール８６Ａ〜Ｅ及びテンションリール８８を含み亜鉛系めっき鋼帯Ｓを連続的に搬送する通板設備と、連続的に搬送される亜鉛系めっき鋼帯Ｓの表面に化成処理液を塗布する塗布設備としてのロールコーター７２と、このロールコーターよりも鋼帯搬送方向の下流に設置される加熱炉としてのオーブン８０と、このオーブンよりも鋼帯搬送方向の下流に設置される冷却設備としてのミスト冷却装置１０と、を有する。本実施形態では、通板ロール８６Ａとその上部に位置する通板ロール８６Ｂとの間で、鋼帯Ｓが上方向に走行し、その間に形成される化成処理セクション７０において、鋼帯の化成処理及び冷却が行われる。化成処理及び冷却された化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯は、通板ロール８６Ｃ，８６Ｄ，８６Ｅを介してテンションリール８８により巻き取られ、コイルとなる。

化成処理セクション７０に導入される亜鉛系めっき鋼帯Ｓは、溶融亜鉛系めっき鋼帯であっても、電気亜鉛系めっき鋼帯であってもよい。

鋼帯Ｓが溶融亜鉛系めっき鋼帯である場合、例えば図８に示すような一般的な連続溶融亜鉛めっき設備で連続的に溶融亜鉛めっき処理された鋼帯Ｓが、引き続き図１に示す通板ロール８６Ａ及び化成処理セクション７０に連続的に供給される。図８に示す連続溶融亜鉛めっき設備は、焼鈍炉（図示せず）、溶融亜鉛めっき浴３０、シンクロール３２、サポートロール３４、ガスワイピング装置３６、合金化炉３８、ミスト冷却装置４０、走査型放射温度計４２、及びトップロール４４を有する。

図示しない連続焼鈍炉で焼鈍された鋼帯Ｓは、溶融亜鉛めっき浴３０に連続的に導入され、ここで鋼帯Ｓに溶融亜鉛めっきが施される。鋼帯Ｓは、溶融亜鉛めっき浴３０中のシンクロール３２によって、その進行方向が上方になる。鋼帯Ｓは、一対のサポートロール３４に導かれながら溶融亜鉛めっき浴３０の上方に引き上げられた後、ガスワイピング装置３６でめっき付着量が調整される。その後、鋼帯Ｓが合金化処理を施す鋼種の場合には、合金化炉３８で鋼帯Ｓに施された亜鉛めっきが加熱合金化される。鋼帯Ｓが合金化を施さない鋼種の場合、鋼帯Ｓは合金化炉３８を通過するが、加熱はされない。その後、ミスト冷却装置４０で冷却液を微細化した液滴群を鋼帯Ｓに向けて噴射して、鋼帯Ｓを冷却する。その後、トップロール４４近傍で放射温度計４２によって鋼帯温度が測定される。

その後、鋼帯Ｓは水冷帯４６でさらに冷却され、スキンパスロール４８で軽圧下された後、化成セクション７０に導入される。

鋼帯Ｓが電気亜鉛系めっき鋼帯である場合も、公知及び／又は任意の電気亜鉛めっき設備で連続的に電気亜鉛めっき処理された鋼帯Ｓが、引き続き図１に示す通板ロール８６Ａ及び化成処理セクション７０に連続的に供給される。

本明細書において、「亜鉛系めっき鋼帯」とは、亜鉛または亜鉛を含む合金をめっきした鋼帯を意味する。亜鉛系めっき層の組成は特に限定されず、例えば、Al：1.0〜10質量％、Mg：0.2〜1.0質量％、及びNi：0.005〜0.1質量％を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成、Al：25〜75質量％、及びSi：0.5〜10質量％を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成、Al：0.1〜5質量％を含有し、残部がZn及び不可避的不純物からなる組成などを挙げることができる。

次に、本実施形態における化成処理セクション７０は、受け皿７４、アプリケーターロール７６及びピックアップロール７８を含むロールコーター７２と、オーブン８０と、ミスト冷却装置１０とをこの順で鋼帯進行方向の上流から下流に配置している。受け皿７４に供給される化成処理液をピックアップロール７８に付着させ、次いでアプリケーターロール７６に転写し、最後にアプリケーターロール７６から鋼帯Ｓに転写させる。化成処理液の膜厚はアプリケーターロール７６の周速やニップ圧を変更することで調整することができる。

化成処理皮膜としては、クロメート処理皮膜またはクロムを含有しないクロメートフリー処理皮膜が挙げられる。クロメートフリー処理液としては、液相シリカ、気相シリカ、ケイ酸塩などのケイ素化合物を主成分とするシリカ系処理液、ジルコン系化合物を主成分とするジルコン系処理液がある。また、これら処理液は主成分とともに有機樹脂を共存させた処理液であってもよい。なお、クロメートフリー処理液は、シリカ系及びジルコン系に限られるものではない。

次いで、オーブン８０によって、鋼帯Ｓを所定の温度に加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させて、鋼帯Ｓの表面に化成処理皮膜を形成する。加熱直後の鋼帯温度は、化成処理皮膜の成分によるが、一般的に100〜200℃とすることが好ましく、オーブン８０の鋼帯進行方向下流に設置した放射温度計８２によって測定される。オーブン８０による加熱方式は特に限定されず、熱風の吹付けや誘導加熱等を挙げることができる。

その後鋼帯Ｓは、オーブン８０及び放射温度計８２よりも鋼帯進行方向下流に設置したミスト冷却装置１０により冷却される。冷却後の鋼帯温度は、80℃以下とすることが好ましく、30〜70℃とすることがより好ましく、ミスト冷却装置１０の鋼帯進行方向下流に設置した放射温度計８４によって測定される。冷却後の鋼帯温度が80℃を超えると、テンションリール８８に使用しているゴムスリーブの耐熱温度を超えてしまうため、テンションリールが破損するおそれがあるからである。

なお、図１には、通板ロール８６Ａ，８６Ｂ間で鋼帯Ｓが上方向に走行する縦型の化成処理セクション７０を例示した。しかし、本開示において化成処理セクションの構成は縦型に限定されず、ロールコーター、オーブン、及びミスト冷却装置が鋼帯進行方向の上流から下流に配置されていればよい。

次に、ミスト冷却装置１０の構成を、図２（Ａ），（Ｂ）、及び図３を参照して説明する。ミスト冷却装置１０の主要部分は、ノズルヘッダ１２と、これに取り付けられたノズル１４である。ノズルヘッダは、図示されている空気ヘッダと、その内部に配置され、図示されていない水用ヘッダがある。空気用ヘッダ及び水用ヘッダのそれぞれには、所定の圧力に加圧された空気及び冷却液としての水が供給される。空気及び水はノズル１４の内部で混合され、その結果、水は微細化され、ノズル１４の開口部からミストが鋼帯Ｓに向けて噴霧される。図２（Ｂ）に示すように、１つのノズルヘッダ１２には、その長手方向に所定間隔で複数個のノズル１４が取り付けられている。ノズルヘッダ１２は、その長手方向が鋼帯Ｓの幅方向と一致するように設置されているため、鋼帯Ｓを幅方向にわたり冷却できる。また、図２（Ａ）に示すように、ノズルヘッダ１２は冷却設備長に応じて鋼帯Ｓの進行方向に複数個配置される。さらに、ノズルヘッダ１２は、鋼帯Ｓの両面に配置されるので、鋼帯Ｓの表面及び裏面を冷却できる。冷却液は特に限定されないが、水を主成分とするものであることが好ましく、純水であることが最も好ましい。

幅方向のノズルピッチは、ノズル１４単独での広がり角を調査して、幅方向に均一な水量を鋼帯Ｓに噴射することができるように適宜決定することができる。また、特に図示はしないが、鋼帯Ｓの進行方向に隣接するノズル列同士で、ノズルの幅方向位置は、幅方向ノズルピッチの1/2〜1/5程度ずつずらすことが望ましい。

図３を参照して、ノズル１４から噴射されたミストは鋼帯Ｓに衝突し、蒸発するか、あるいは跳ね返って排気ダクト１６から回収される。冷却ボックス内壁やノズルヘッダ１２に接触して結露した液滴は下方に流下し、水受けパン１８で回収される。冷却ボックス最下部には、下部への水漏れを防止するためのシール装置が設けられている。シール装置としては、例えば、鋼帯表面に圧力溜まりを形成する静圧パッド２０と、鋼帯近傍で上昇流を形成するガスノズル２２などが挙げられる。ただし、シール装置はこの形態に限るものではない。

冷却装置１０の構造は、液滴群を噴霧可能な装置であれば、上記で説明したものには限定されない。

ここで、本実施形態では、マイクロバブルを含有した冷却水をノズルヘッダ１２に供給し、ミスト冷却装置１０から鋼帯Ｓに向けてマイクロバブルを含有したミストを噴射して、当該ミストにより鋼帯Ｓを冷却する。

本明細書において「ミスト」とは、平均液滴直径がザウター平均で200μｍ以下の液滴群を意味するものとする。ミストの直径は、液滴にレーザー光を照射して測定することができる。なお、ミストの直径は、ノズル１４の噴霧口の直径と、ノズルヘッダ１２内での水の流速とを制御することにより適宜調整することができる。

本明細書において、「マイクロバブル」とは、直径が50μｍ以下の気泡を意味し、直径がナノメートルオーダーのナノバブルとも呼ばれる気泡をも含むものである。

化成処理後の冷却における鋼帯の温度域（100〜200℃から80℃以下への冷却）では、既述の図６に示す膜沸騰領域から遷移沸騰領域となり、冷却能力が比較的低い点が難点である。しかしながら、本実施形態によれば、マイクロバブルを含有した冷却水をミストとして噴霧して、このミストによって鋼帯Ｓを冷却するため、マイクロバブルを含まない従来のミストを用いた場合に比べて、飛躍的に冷却能力が向上する。これは、既述のマイクロバブルの圧壊現象により、蒸気膜が破壊されたためと考えられる。また、マイクロバブルを含有するミストによる冷却では、冷却液量を増加させることなく十分な冷却能力を得ることができるため、化成処理皮膜が変質してシミ模様が発生するという問題を回避することができる。当然、冷却設備長を長くする必要もないため、生産性を損なうこともない。

本実施形態において、マイクロバブルの圧壊現象により冷却能力を大きく向上させる観点から、ノズルヘッダ１２に供給する冷却液におけるマイクロバブルの平均直径は、20μｍ以下とすることが好ましく、1μｍ以下とすることがより好ましく、0.2μｍ以下とすることがさらに好ましい。マイクロバブルの平均直径の下限は特に限定されないが、バブル生成の容易性の観点から、0.001μｍ以上とすることができる。

本明細書において、「気泡の平均直径」は、冷却液を10ｍＬ採取し、粒度分布測定装置で測定し、得られた粒度分布を平均化して求めた分布のザウター平均値と定義する。粒度分布の測定法は、気泡にレーザー光を照射すると発生する回折・散乱光を測定し、その散乱光パターンから粒径を算出するレーザー回折・散乱光法を採用する。

本実施形態において、冷却液中の気泡の混合量は、特に限定されないが、冷却能力が向上する効果を十分に得る観点から、1×10⁸個／Ｌ以上とすることが好ましく、1×10⁹個／Ｌ以上とすることがより好ましく、1×10¹¹個／Ｌ以上とすることがさらに好ましい。気泡の混合量の上限は特に限定されないが、バブル生成の容易性の観点から、1×10¹⁴個／Ｌ以下とすることができる。なお、「気泡の混合量」は、上記気泡の平均直径と同様に、冷却液を10ｍＬ採取し、粒度分布測定装置で粒子数（気泡数）から測定することができる。

マイクロバブル中の気体は、特に限定されないが、窒素、空気、酸素等、水への溶解度が小さい気体が望ましい。溶解度が小さいほど、気泡の内圧が高い状態で圧壊するため、蒸気膜を除去しやすくなり冷却能力の向上が見込まれるからである。

本実施形態において、鋼帯に供給する冷却液の量は、特に限定されないが、0.01〜0.5Ｌ／分とすることが好ましい。0.01Ｌ／分以上とすることによって、冷却能力の向上の効果を十分に得ることができ、0.5Ｌ／分以下とすることによって、化成処理皮膜が変質してシミ模様が発生するという問題を回避することができる。

本実施形態において、マイクロバブル含有液の製造方法は特に限定されず、公知又は任意のマイクロバブル生成法を用いることができる。例えば、Bull. Soc. Sea Water Sci., Jpn., 64, 4-10 (2010)に記載されている、旋回液流式、スタティックミキサー式、エジェクター式、ベンチュリー式、加圧溶解式、細孔式、回転式、超音波式、蒸気凝縮式、電気分解式などの気泡発生装置を用いることができる。

図４を参照して、本実施形態に適用可能な、マイクロバブル含有冷却水の製造システムの一例を説明する。気泡発生装置５０に連結する２系統の配管を通して、淡水及び気体を気泡発生装置５０に流入させる。気泡発生装置５０でマイクロバブル含有冷却水が生成され、これが配管を介して貯蔵タンク６０に貯蔵される。貯蔵タンク６０中の冷却水は、ポンプ６２によって各ノズルヘッダ１２に分配・供給される。

ここで、気泡発生装置５０に流入する淡水と気体の流入量は、上記冷却水中の気泡の混合量となるように適宜決定して、バルブ５２，５６及びポンプ５４で調整すればよい。本実施形態では、このような簡易な構成の装置でマイクロバブル含有冷却水を製造できる。

マイクロバブルを含有させる前の冷却水を移送するポンプ５４と、マイクロバブル含有冷却水を移送するポンプ６２の型式は特に限定されず、任意の容積式ポンプ、又は非容積式ポンプを用いることができる。容積式ポンプとしては、プランジャーポンプ、ダイヤフラムポンプ、ピストンポンプ等の往復動ポンプや、ギヤーポンプ、偏心ポンプ、ネジポンプ等の回転ポンプを挙げることができる。非容積式ポンプとしては、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプ等を挙げることができる。

ただし、マイクロバブル含有冷却水を移送するポンプ６２は、容積式ポンプとすることが好ましい。容積式ポンプとは、一定容積の空間にある液を機械要素（ダイヤフラムポンプの場合にはダイヤフラム）の往復運動で容積変化させて、液体を移送するポンプである。この方式によれば、冷却水をかき混ぜないため、冷却水中のマイクロバブルの脱泡を防止しながら、所定の圧力で冷却水を移送することができる。そのため、より高い冷却能力を発揮することができる。容積式ポンプの中でも、ダイヤフラムポンプは最も冷却液を撹拌し難い構造なので、特に好ましい。一方、非容積式ポンプ（ターボ型ポンプ）は、羽根車をケーシング内で回転させ、液体を移送するポンプである。非容積式ポンプでは、羽根車が液体を撹拌するため、冷却水中のマイクロバブルが集合・合体し、気泡径が大きくなったマイクロバブルは脱泡しやすくなってしまう。そのため、マイクロバブルを含有した冷却水を移送する際には、容積式ポンプを用いるのが望ましい。

次に、図５を参照して、本実施形態に適用可能な、マイクロバブル含有冷却水の製造システムの他の例を説明する。この製造システムは、気泡発生装置５０で生成されたマイクロバブル含有冷却水が、ポンプを使わずに配管を介してそのまま各ノズルヘッダ１２に分配・供給される。このような態様は、自吸式のミストノズルを使用する場合や、マイクロバブルを含有させる前の冷却水が既に0.1〜0.5MPaといった所定以上の高い圧力まで昇圧されている場合に、適用可能である。本態様では、マイクロバブル含有冷却水液の移送を、ポンプを用いずに行うので、マイクロバブルの脱泡を防止できる。そのため、より高い冷却能力を発揮することができる。

図８に示す連続溶融亜鉛めっき設備に、板厚1.2ｍｍ×板幅1000ｍｍの焼鈍後の鋼帯を表１に示すライン速度で通板した。浴温460℃の溶融亜鉛めっき浴に鋼帯を浸漬し、ガスワイピングで亜鉛付着量を50ｇ／ｍ²となるように調整した後、ミスト冷却装置で冷却して、Al：0.2質量％、Zn：残部の組成のめっき層が形成された溶融亜鉛めっき鋼帯を得た。本実施例では溶融亜鉛めっきの加熱合金化は行わなかった。得られた溶融亜鉛めっき鋼帯は、水冷帯でさらに冷却され、スキンパスロールで軽圧下された後、図１に示す化成セクションに導入した。

ロールコーターでは、シリカ系の化成処理液を亜鉛めっき鋼帯に塗布した。塗布量は、乾燥後の化成処理皮膜の厚さが0.07μｍとなるように調整した。

その後、オーブンにて鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させて、鋼帯の表面に化成処理皮膜を形成した。

化成処理後の冷却は、表１の「冷却方式」に記載の方式で行った。ガス冷却は、図１のミスト冷却装置１０に代えて、ガス冷却装置を設置し、高圧空気を鋼帯の両面に噴霧した。ミスト冷却は、図１に示すミスト冷却装置１０を用いて行った。表１の「冷却水」の欄に純水と記載した水準では、マイクロバブルを含有しない純水をノズルヘッダに供給した。

表１の「冷却水」の欄にマイクロバブル水と記載した水準では、図４に示すマイクロバブル含有冷却水の製造システムで、マイクロバブル（窒素）を含有する冷却水を生成し、これをノズルヘッダに供給した。マイクロバブル含有冷却水を貯蔵タンクからノズルヘッダに移送するポンプには、容積式ポンプの一種であるダイヤフラムポンプ（株式会社タクミナ製、APL-50）を用いた。冷却装置としては、フラットスプレー型ノズルを鋼帯幅方向に200ｍｍ間隔で９箇所に設け、ノズルヘッダは鋼帯の進行方向に15段に設けた。鋼帯の進行方向に隣接するノズル列同士で、ノズルの幅方向位置は50ｍｍずつずれるように配置した。また、ノズルと鋼帯との距離は200ｍｍとした。

冷却水中の気泡の平均直径、冷却水中の気泡混合量、及び冷却水量は、表１に示した。なお、平均直径及び気泡混合量を測定するための冷却水サンプルは、気泡発生装置内から採取した。このようにして、冷却水をミストとして噴霧して、このミストによって鋼帯を冷却した。なお、本実施例において、ミストの平均液滴直径は100μｍとした。

各実施例において、冷却装置の入側および出側位置に設置した放射温度計で、鋼帯の温度を測定した。表１に冷却装置の入側板温と出側板温を示す。また、各実施例において製造された表面処理皮膜付き溶融亜鉛めっき鋼帯の品質評価結果とテンションリールへの影響を表１に示す。

表１に示すように、マイクロバブル含有冷却水を用いた発明例では、比較例よりも、冷却帯出側板温を低くすることができた。その結果、発明例では、良好な外観の化成処理皮膜を有する化成処理皮膜付き溶融亜鉛めっき鋼帯を製造することができた。

これに対し、比較例No.1では冷却帯出側板温が高いため、テンションリールのゴム焼付という設備トラブルが発生した。また、比較例のNo.2では、冷却装置の出側温度を80℃以下にすべく、ヘッダでのガス圧力を0.6MPaに増加させたが、鋼帯がばたついてノズルヘッダに接触することにより、擦り疵が発生した。また、比較例のNo.3では、ヘッダでのガス圧力を増加させずに、冷却装置の出側温度を80℃以下にすべく、ライン速度を95m/minに下げたが、このような操業は生産性を阻害する。

一方、比較例No.4及びNo.5では、マイクロバブルを含まない純水を用いてミスト冷却を行った。比較例No.4は、比較例No.1と同様に冷却帯出側板温が高温のため、テンションリールのゴム焼付が生じた。また、比較例No.5では、冷却装置の出側温度を80℃以下にすべく、No.4よりも冷却水量を増加させたが、化成被膜が変質しシミ模様が発生してしまった。

本発明の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法及び製造設備によれば、化成処理後の冷却効率を十分に向上させることにより、生産性を損なうことなく、良好な外観の化成処理皮膜を有する化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を製造することが可能である。

１００ 化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造設備
１０ ミスト冷却装置
１２ ノズルヘッダ
１４ ノズル
１６ 排気ダクト
１８ 水受けパン
２０ 静圧パッド
２２ ガスノズル
３０ 溶融亜鉛めっき浴
３２ シンクロール
３４ サポートロール
３６ ガスワイピング装置
３８ 合金化炉
４０ ミスト冷却装置
４２ 放射温度計
４４ トップロール
４６ 水冷帯
４８ スキンパスロール
５０ 気泡発生装置
５２ バルブ
５４ ポンプ
５６ バルブ
６０ 貯蔵タンク
６２ ポンプ
７０ 化成処理セクション
７２ ロールコーター
７４ 受け皿
７６ アプリケーターロール
７８ ピックアップロール
８０ オーブン
８２，８４ 放射温度計
８６Ａ〜Ｅ 通板ロール
８８ テンションリール
Ｓ 亜鉛系めっき鋼帯
Ｌ 冷却液
Ｍ 蒸気膜

Claims (6)

1. 連続的に搬送される亜鉛系めっき鋼帯の表面に化成処理液を塗布する工程と、
   その後前記鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させて、前記鋼帯の表面に化成処理皮膜が形成された化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を得る工程と、
   その後、マイクロバブルを含有したミストを前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯に向けて噴射して、前記ミストにより前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯を冷却する工程と、
   を有することを特徴とする化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。
2. 前記マイクロバブルの平均直径が20μｍ以下である、請求項１に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。
3. 前記化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の温度は、冷却前が100〜200℃であり、冷却後は80℃以下とする、請求項１又は２に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。
4. 前記亜鉛系めっき鋼帯が溶融亜鉛系めっき鋼帯である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。
5. 前記亜鉛系めっき鋼帯が電気亜鉛系めっき鋼帯である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造方法。
6. 亜鉛系めっき鋼帯を連続的に搬送する通板設備と、
   連続的に搬送される前記亜鉛系めっき鋼帯の表面に化成処理液を塗布する塗布設備と、
   前記塗布設備よりも鋼帯搬送方向の下流に設置され、前記鋼帯を加熱するとともに、塗布された化成処理液を加熱・乾燥させる加熱炉と、
   前記加熱炉よりも鋼帯搬送方向の下流に設置され、前記鋼帯に向けてマイクロバブルを含有したミストを噴射する冷却設備と、
   を有することを特徴とする化成処理皮膜付き亜鉛系めっき鋼帯の製造設備。

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