JP3156963B2 - 連続溶融金属めっき浴のドロス生成防止方法 - Google Patents

連続溶融金属めっき浴のドロス生成防止方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続溶融金属めっ
き浴のドロス生成防止方法に係り、特に、走行する被め
っき金属ストリップが連続的に浸漬される溶融金属めっ
き浴と、めっきによる消耗成分を前記めっき浴へ補給す
るためのインゴットが略連続的に投入される溶解ポット
が、連通部を介して接触される連続溶融金属めっき設備
に用いて、鋼帯を溶融亜鉛めっきする際に適用するのに
好適な、浴温度を上昇させることなく、ドロス生成を防
止することが可能な、連続溶融金属めっき浴のドロス生
成防止方法に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、連続溶融亜鉛めっき設備におい
ては、図1に示す如く、上流側の例えば連続焼鈍炉(図
示省略)から還元雰囲気のままスナウト12内を通って
送り込まれる鋼帯10を、Znめっき浴14中に設けら
れたシンクロール16に巻き付けて通すことにより、め
っき浴14中に浸漬し、サポートロール18で保持しな
がら、下流側の例えば合金化炉(図示省略)に送り出す
ようにされている。
【0003】従来、例えば特開平5−186857号公
報にて開示されているように、連続めっきによる浴組成
及び浴レベルを所定の範囲に保持するために、図に示す
ようなインゴット装入手段が設けられている。図におい
て、20は、めっきにより消耗する成分(例えば、めっ
きの主成分であるZn及び、Fe−Zn合金の生成発達
を抑制してめっき密着姓をよくするために添加されるA
l)をめっき浴へ補給するためのインゴット24が略連
続的に投入される溶解ポット、22は、該溶解ポット2
0とめっき浴14の連通部である。30は、投入アーム
32上に載置されるインゴット24を略連続的に溶解ポ
ット20内に投入可能な、投入アーム昇降機構34、投
入アーム昇降モータ36、及び、該モータ36の回転位
置からインゴット24の溶解ポット20への浸漬深さを
検出するためのインゴット侵漬深さ検出センサ40を備
えたインゴット投入装置である。
【0004】このようなインゴット装入装置を備えた溶
融亜鉛めっき設備で製造される溶融亜鉛めっき鋼帯、特
に、下流側の合金化炉により合金化される合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯は、耐食性に優れており、更に、冷間圧延
鋼板と同等の優れた材質特性をもっているため、建材、
家電製品、自動車等に用いられている。特に、自動車車
体外板(以下外板と称する)に使われる場合には、表面
品質が重要となる。
【0005】この表面品質に係わる欠陥としては、擦り
疵や筋模様、ロールマーク等があるが、めっき浴14中
で付着するドロスは、プレス時に、図7に示す如く星目
11となって現われるため、防止しなければならない欠
陥の一つである。
【0006】ここで、ドロスとは、めっき浴14中で鋼
帯10から溶け出したFeと、浴成分とが反応して生成
する金属間化合物粒子のことで、Fe−Al系ドロス
と、Fe−Zn系ドロスに大別される。即ち、鋼帯10
から溶出したFeは、まずAl富化層を形成し、同時に
鋼帯近傍めっき浴のAl濃度が減少するため、Feの溶
解度が増して、最初にFeZn7 が析出する。このFe
Zn7 中のAlの固溶度は高いので、FeZn7 は周囲
のAl濃度を低下して安定し、鋼帯界面のAl濃度が高
くなると、FeZn7 がFe2 Al5 に変化する。めっ
き浴14の主成分であるZnの密度6700Kg/m3
に対して、FeZn7 化合物の密度は7300Kg/m
3 、Fe2 Al5 化合物の密度は4200Kg/m3
あるので、FeZn7 は、ボトム部に沈降して、いわゆ
るボトムドロス14Bとなり、Fe 2 Al5 はトップ部
に浮上して、いわゆるトップドロス14Tになると考え
られる。
【0007】これらドロスの析出を防止するためには、
めっき浴へのFe、Alの溶解度を上げることが有効で
あり、浴温度を上昇させることも、その手段の一つであ
る。
【0008】従って従来は、ドロス付着による星目発生
が外観上問題となる外板に対しては、外板以外の通常の
材料(内板と称する)の場合の浴温(例えば460℃)
よりも浴温を高く(例えば480℃程度)設定し、浴温
を上昇させることで、FeとAlの溶解度を上げ、Fe
2 Al5 の析出を防止する場合もある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、浴温を
上昇させると、図8に示す如く、鋼帯からFeが溶け出
すために、浴内のFe濃度が急に増加し、増加したFe
がZnと結び付いて、ボトムドロスとなるFeZn7
生成する。即ち、外板操業中はボトムドロス14Bが生
成しており、このボトムドロスは鋼帯10の走行によっ
て巻き上げられるとAlと反応して浮遊ドロスとなり、
鋼帯に付着するため、ライン速度を上げることができな
いという問題点を有していた。
【0010】一方、内板操業時のように浴温を上昇させ
なければ、ボトムドロスの生成は減少するが、必要量を
越えたAlはFeと反応してトップドロスとなるFe2
Al 5 を生成する。即ち、図9及び図10に示すよう
に、現状のAl濃度基準範囲(図9の例では0.138
〜0.142重量%)内では、完全にFe2 Al5 の析
出を防止することはできない。つまり0.138〜0.
139重量%を許容範囲とする厳密なAl濃度管理が必
要となる。
【0011】浴内のAl濃度は、Al含有Znインゴッ
トを装入装置により投入し、所定の浴組成及びレベルと
なるように調整しているが、これは、図1に示した如
く、連通部22を介して前記Znめっき浴14と接触さ
れる溶解ポット20の1箇所で行うため、浴内に局所的
に濃い濃度部分が生じて、浮遊ドロスを生じてしまう。
【0012】本発明は、前記従来の問題点を解消するべ
くなされたもので、浴温を上昇させることなく、連続溶
融金属めっき浴のドロス生成を防止することを課題とす
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、被めっき金属
ストリップが連続的に浸漬される溶融金属めっき浴と、
めっきによる消耗成分を前記めっき浴へ補給するための
インゴットが略連続的に投入される溶解ポットが、連通
部を介して接触される連続溶融金属めっき設備を用いて
金属ストリップをめっきする際に、前記連通部の浴内成
分濃度をパラメータとして、インゴットの投入条件を制
御することにより、ドロス生成を防止するようにして、
前記課題を解決したものである。
【0014】ここで、目標の浴組成、浴レベルとなるよ
うに、インゴットの種類、浸漬量が決定され、溶解ポッ
トへインゴットが略連続的に投入される。略連続的と
は、目標の条件が異なる場合、あるいは同一の条件でも
インゴットが自動装入に耐えられないほどに大部分が融
解装入された場合には、違う種類のあるいは、同一組成
でも異なるロットのインゴットの装入を開始しなければ
ならず、厳密には連続的な投入とはならないという意味
を有する。
【0015】又、インゴットの投入条件の制御とは、そ
の時の溶融金属めっき浴温、浴量、金属ストリップの搬
送速度、金属ストリップの形状に応じて変化する浴内成
分濃度をパラメータとして、インゴット組成、インゴッ
トの形状、インゴット投入速度を制御することを意味す
る。
【0016】本発明では、鋼帯を溶融亜鉛めっきする際
に、前記連通部のAl濃度が、浴温と浴内Fe濃度で決
まるFe−Al−Zn合金の析出濃度を越えないよう
に、前記インゴットの組成と投入速度を制御することが
できる。
【0017】特に、浴温が460℃、浴内Fe濃度が
0.035重量%である時に、Alを0.4重量%含有
するZnインゴットを、100Kg/分以下の投入速度
で前記溶解ポットに投入するようにしたものである。
【0018】本発明は、発明者等が行った浴成分変動の
調査結果、及びシミュレーションによる浴内のAl濃度
変動の調査結果に基づいてなされたものである。
【0019】インゴットAl含有量の違いによる浴濃度
分布への影響を知るために、0.4重量%と、1.8重
量%Al含有Znインゴットを用いて、どのように浴内
の濃度分布変動が異なるかを、投入インゴットAl含有
量以外の条件は全て同じとして、シミュレーションで検
証した。
【0020】浴流動シミュレーション結果から、高濃度
のAlがシンクロール下部のB点から流れ込むことが判
明した。更に、サポートロール近傍のA点でのAl濃度
変動シミュレーション結果を図2に示すが、0.4重量
%Al含有Znインゴットを用いる(黒丸印)と、目標
濃度に向かって徐々にAl濃度が増加するのに対し、
1.8重量%Al含有Znインゴットを用いる(白丸
印)と、一旦濃度が高くなってから、浴内が均一になる
に従って目標濃度に近付いていることが分かる。つま
り、トップドロスの析出を防止するための目標Al濃度
を越えないようにAl濃度を確保するには、0.4重量
%Al含有Znインゴットを用いる方が、局所的にAl
目標濃度を越える部分がなく、より好ましい。
【0021】一方、同じ濃度のAl含有Znインゴット
を用いた場合には、その投入速度が異なれば、浴内の濃
度変動も異なることが予想される。そこで、投入速度の
違いが、浴内濃度分布に及ぼす影響をシミュレーション
で調べた。シミュレーションは、0.4重量%Al含有
Znインゴットを用いた場合で、初期Al濃度が0.1
38重量%であるめっき浴14に対して、1分間に50
0Kg(○印)、250Kg(△印)、100Kg(□
印)の速度で溶解ポット20にインゴットを投入した場
合で比較した。
【0022】連通部22近傍の点Cについて浴内Al濃
度の変化状態をシミュレーションした結果を図3に、同
じくシンクロール16近傍の点Bについて浴内Al濃度
の変化状態をシミュレーションした結果を図4に、同じ
くサポートロール18近傍の点Aについて浴内Al濃度
の変化状態をシミュレーションした結果を図5に示す。
【0023】図から明らかな如く、連通部近傍における
Al濃度変化が一番大きく、この連通部の浴内成分濃度
をパラメータとして、インゴットの投入を制御すべきで
あることがわかる。
【0024】又、フロント部(点A)、シンクロール部
(点B)では、投入速度の影響はほとんど見られない
が、連通部(点C)付近では、その違いが大きく出てい
る。500Kg/分の速度で投入すると、濃度のピーク
値は初期濃度よりも約0.003重量%も高い値であ
り、ドロス生成の可能性は高くなる。250Kg/分の
速度でも変動は0.002重量%程度あり、変動を0.
001重量%以下に抑えて、浴内Al濃度をドロス生成
限界である0.139重量%以下に維持するためには、
100Kg/分以下で投入する必要がある。
【0025】本発明は、上記のような知見に基づいてな
されたもので、浴内Al濃度が最大となる連通部22の
成分濃度(溶融亜鉛めっきの場合はAl濃度)をパラメ
ータとして、インゴットの投入を制御することにより、
ドロス生成を防止する。
【0026】具体的には、鋼帯を溶融亜鉛めっきする際
には、前記連通部22のAl濃度が、浴温と浴内Fe濃
度で決まるFe−Al−Zn合金の析出濃度(図9より
明らかなように、浴温460℃、浴内Fe濃度0.03
5重量%の場合には0.139%)を越えないように、
前記インゴットの組成と投入速度を制御する。
【0027】特に、浴温が460℃、浴内Fe濃度が
0.035重量%であるときには、Alを0.4重量%
含有するZnインゴットを、100Kg/分以下の投入
速度で溶解ポットに投入することにより、ドロス発生を
確実に防止することができる。
【0028】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
【0029】本実施形態においては、図1に示すような
連続溶融亜鉛めっき設備において、連通部22のAl濃
度が、浴温460℃と浴内Fe濃度0.035重量%で
決まるFe−Al−Zn合金の析出濃度0.139%を
越えないように、インゴット24をAl0.4重量%含
有Znインゴットとし、投入速度が100Kg/分とな
るように、インゴット投入装置30の投入アーム昇降モ
ータ36を制御する。
【0030】本実施形態の制御を行ったときの、例えば
内板を想定した低浴温操業時、及び、外板を想定した高
浴温操業時における浴温、析出Al濃度、付着ドロス個
数の推移の例を図6に示す。図から明らかなように、浴
温が低い時にも、析出Al濃度が常に0以下(未飽和状
態)を維持しており、鋼帯付着ドロス個数が外板レベル
に抑えられていることが分かる。
【0031】従って、外観厳格材であっても、従来のよ
うに浴温を上げ、ライン速度を下げる必要はなくなり、
低浴温、高ライン速度での操業が可能となった。
【0032】なお、本実施形態は、本発明を、鋼帯の溶
融亜鉛めっきに適用したが、本発明の適用対象はこれに
限定されず、他の金属材に対する一般に溶融金属めっき
にも同様に適用できることは明らかである。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、外観厳格材であって
も、浴温を上昇させることなく、ドロスの生成を防止す
ることができ、ライン速度を上げることができるという
優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の適用対象である連続溶融亜鉛めっき設
備の構成を示す断面図
【図2】本発明の原理を説明するための、インゴットの
組成と浴内Al濃度変動の関係の例を示す線図
【図3】同じく、インゴットの投入速度を変えたとき
の、溶解ポットとめっき浴の連通部近傍における浴内A
l濃度の変化状態のシミュレーション結果を示す線図
【図4】同じく、シンクロール近傍における浴内Al濃
度の変化状態のシミュレーション結果を示す線図
【図5】同じく、サポートロール近傍における浴内Al
濃度の変化状態のシミュレーション結果を示す線図
【図6】本発明の効果を示すための線図
【図7】従来の問題点を説明するための、鋼板表面に付
着したドロスによって星目が発生した鋼板を示す斜視図
【図8】同じく、浴温と浴内Fe濃度の関係の例を示す
線図
【図9】同じく、浴温460℃の場合の浴内Al濃度と
浴内Fe濃度の平衡溶解度曲線の例を示す線図
【図10】同じく、浴内Al濃度と付着ドロス個数の関
係の例を示す線図
【符号の説明】
10…鋼帯 14…めっき浴 16…シンクロール 20…溶解ポット 22…連通部 24…インゴット 30…インゴット投入装置 32…投入アーム 34…投入アーム昇降機構 36…投入アーム昇降モータ 40…インゴット浸漬深さ検出センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】被めっき金属ストリップが連続的に浸漬さ
    れる溶融金属めっき浴と、めっきによる消耗成分を前記
    めっき浴へ補給するためのインゴットが略連続的に投入
    される溶解ポットが、連通部を介して接触される連続溶
    融金属めっき設備を用いて金属ストリップをめっきする
    方法において、 前記連通部の浴内成分濃度をパラメータとして、インゴ
    ットの投入条件を制御することにより、ドロス生成を防
    止することを特徴とする連続溶融金属めっき浴のドロス
    生成防止方法。
  2. 【請求項2】請求項1において、鋼帯を溶融亜鉛めっき
    する際に、 前記連通部のAl濃度が、浴温と浴内Fe濃度で決まる
    Fe−Al−Zn合金の析出濃度を越えないように、前
    記インゴットの組成と投入速度を制御することを特徴と
    する連続溶融金属めっき浴のドロス生成防止方法。
  3. 【請求項3】請求項2において、浴温が460℃、浴内
    Fe濃度が0.035重量%である時に、Alを0.4
    重量%含有するZnインゴットを、100Kg/分以下
    の投入速度で前記溶解ポットに投入することを特徴とす
    る連続溶融金属めっき浴のドロス生成防止方法。
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