JP4042912B2 - ボトムドロス分離方法及びボトムドロス分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、溶融めっき浴中に懸濁する金属間化合物等の異物やめっきポットに沈積するボトムドロスを溶融めっき浴から分離し、健全な溶融めっき層の形成に適した状態に溶融めっき浴を維持する方法及び装置に関する。

連続溶融めっきラインでは、めっき原板を還元焼鈍した後、めっきポットに収容されている溶融めっき浴に連続的に導入し、シンクロールを周回させて溶融めっき浴から引き上げることにより溶融めっき鋼板を製造している。溶融めっき時間が長くなるに伴い、めっき原板から溶融めっき浴に溶出した金属成分が多くなる。溶出金属が溶融めっき金属と反応して金属間化合物が生成すると、異物が溶融めっき浴に懸濁するようになる。比重の大きなＦｅ-Ｚｎ，Ｆｅ-Ａｌ等の金属間化合物は、溶融めっき浴中を沈降してボトムドロスとなる。溶融めっき浴には、めっき原板に付着して持ち込まれる異物もある。

めっき原板の走行で生じる溶融めっき金属の流れに随伴して異物がめっき原板やシンクロールに付着すると、溶融めっき層に疵，異物混入等のめっき欠陥が発生し、シンクロールが損傷しやすくなる。溶融めっき金属の流れに随伴して巻き上がるボトムドロスもあり、同様にめっき欠陥やシンクロール損傷の原因となりやすい。特に、Ｚｎ-Ａｌ，Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ，Ｚｎ-Ａｌ-Ｓｉ等の合金めっき浴を使用する場合、異物やボトムドロスの悪影響が現れやすい。

ボトムドロス起因の欠陥発生を防止するため、めっきポットに堆積したボトムドロスを溶融めっき金属から分離する手段が種々提案されている。代表的なめっきポットとしては、傾斜底面をもつめっきポット内に下部が開放された隔壁を配置し、めっき部とボトムドロス回収部にポット内部を分けたものがある。更に、隔壁の下部からポット底面までの間にボトムドロスを充填させることにより、めっき部から完全に分離されたボトムドロス回収部に還元剤を添加してボトムドロスから亜鉛を還元回収することも知られている（特許文献１）。
特開平7-62508号公報

隔壁の配置によってボトムドロスの影響をある程度抑制できるものの、依然として溶融めっき金属の流れやめっき原板の走行に乗ったボトムドロスの浮上が避けられない。また、溶融めっき浴内には、ポット底部に堆積するに至らず溶融めっき金属に懸濁している異物もある。浮上したボトムドロスや懸濁している異物に対しては、ポット内部をめっき部，ボトムドロス回収部に区分する隔壁では対応できない。

そのため、めっき種の切替え時等に連続溶融めっきラインから待機位置に移動させためっきポットからボトムドロスを分離回収している。たとえば、めっきポットから溶融めっき金属を汲み出し、ポット底部に堆積しているボトムドロスをスクレーパ等により除去した後、溶融めっき金属をめっきポットに返送し、次のめっき操作に備える。ボトムドロスを加熱して溶融又は軟化状態にする方法もあるが、この場合でも溶融めっき金属の汲出し，返送が必要になる。汲出し，返送は、溶融めっき浴を温度変動させて溶融めっき条件を不安定化させる原因でもある。

本発明は、連続溶融めっきラインから中間位置又は待機位置に移動しためっきポットに収容されている溶融めっき浴に懸濁している異物やボトムドロスを微細気泡に付着させて浮上させることにより、溶融めっき金属の汲出し，返送を必要とすることなく、簡単な操作で異物やボトムドロスを除去し、健全な溶融めっき層の形成に適した状態に溶融めっき浴を維持することを目的とする。

本発明のボトムドロス分離方法は、連続溶融めっきラインから中間位置又は待機位置に移動しためっきポットに収容されている溶融めっき浴に下端にノズルが装着された回転軸を浸漬し、回転軸の回転力で攪拌しながら溶融めっき浴を乱流状態とし、乱流状態の溶融めっき浴にノズルから不活性ガスを吹き出し、不活性ガスを微細気泡として溶融めっき浴に均一分散させ、溶融めっき浴に懸濁している異物及びポット底部に沈積しているボトムドロスを微細気泡に付着させて浮上させることを特徴とする。

この方法には、連続溶融めっきラインから中間位置又は待機位置に移動しためっきポットに架設されるボトムドロス分離装置が使用される。ボトムドロス分離装置は、垂直方向に沿ってめっきポット内に延びる回転軸と、回転軸の下端に装着され、不活性ガスを微細気泡として溶融めっき浴に吹き出す噴出孔を備えたノズルと、回転軸の回転力で生じる溶融めっき浴の渦流を遮断して乱流状態にするバッフルプレートを備えている。
回転軸の下端に装着されるノズルとしては、底面中央に開口した噴出孔からガイド溝が半径方向に延び、円周方向に等間隔で複数の気泡分断凹部が側面に刻設されている円盤状のノズルが好適である。

連続溶融めっきラインは、めっき原板の搬送方向Ｄに沿って還元焼鈍炉Ａ，めっきポットＢ，冷却装置Ｃを配置している（図１）。還元焼鈍によって表面が活性化されためっき原板は、還元焼鈍炉ＡからスナウトＡ₁を介してめっきポットＢに導入され、めっきポットＢ内のシンクロールＢ₁を周回して垂直上方に溶融めっき浴から引き上げられる。引き上げ直後のめっき原板にワイピングガスを吹き付けて目付け量を調整した後、デフレクタロールＣ₁によって冷却装置Ｃに送り込まれる。

めっき種を切り替える場合、めっきポットＢを作用位置Ｐ₁から中間位置Ｐ₂を経て待機位置Ｐ₃に移動させる。別の待機位置Ｐ₄には、切替え後のめっき種に対応する溶融めっき浴を収容しためっきポットＥが配置されている。めっきポットＢが待機位置Ｐ₃に移動した後、めっきポットＥを待機位置Ｐ₄→中間位置Ｐ₂→作用位置Ｐ₁に移動させ、次のめっき操作に備える。

本発明では、連続溶融めっきラインの作用位置Ｐ₁から中間位置Ｐ₂又は待機位置Ｐ₃，Ｐ₄に移動しためっきポットＢ，Ｅを対象とし、溶融めっき浴に懸濁している異物やポット底部に堆積しているボトムドロスを溶融めっき金属から分離する。以下、溶融めっき浴に懸濁している異物も包含する意味で用語"ボトムドロス"を使用する。
ボトムドロス分離装置は、設置架台１８（図４）に搭載されるテーブル１０を備え、テーブル１０から起立した支柱１１で台座１２を支持している（図２）。台座１２には操作盤１３，モータ１４が配置され、空気導入管１５の接続部１６が設けられている。

支柱１１は軸方向に延びる中空内部をもち、モータ１４に動力的に接続された回転軸２０が支柱１１の中空内部に挿入されている。回転軸２０は軸方向に延びる中空内部をもち、溶融めっき浴からの輻射熱を遮る遮熱板２１が遮熱板取付け板２２に支持され回転軸２０に嵌挿されている。遮熱板２１の上方で不活性ガス供給管２３が回転軸２０の中空内部に開口する。

回転軸２０の下端には、円盤状のノズル３０が装着されている（図３）。回転軸２０の中空内部に連通した噴出孔３１がノズル３０の底面中央に開口しており、噴出孔３１からノズル側面３２に向けて放射状に延びる複数のガイド溝３３がノズル底面３４に刻設されている。隣り合うガイド溝３３間のノズル側面３２には、噴出孔３１から吹き出された不活性ガスを微細気泡に分断する凹部３５が形成されている。
テーブル１０から、取付け金具４１を介し単数又は複数のバッフルプレート４０，４０が吊り下げられている。図２の例では一対のバッフルプレート４０，４０が設けられ、間隙調整具４２でバッフルプレート４０，４０の相互間隙が調整可能になっている。

テーブル１０は、中間位置Ｐ₂又は待機位置Ｐ₃，Ｐ₄にあるめっきポットＢ，Ｅに掛け渡された設置架台１８（図４）に搭載される。設置架台１８は、矩形状フレームの長手方向ビーム１８aに移動用受け皿１９を備えている。移動用受け皿１９は、テーブル１０の脚１７に対応する個数で移動可能に配置され、長手方向ビーム１８aに沿った移動用受け皿１９の移動によって溶融めっき浴のバブリング位置を任意に設定できる。

次いで、ボトムドロス分離装置の使用方法を説明する。
めっき種の切替え等の際に、連続溶融めっきラインの作用位置Ｐ₁から中間位置Ｐ₂を経て待機位置Ｐ₃にめっきポットＢを移動させ、待機位置Ｐ₃でめっきポットＢに収容されている溶融めっき浴を次回めっき操作のために調整するが、本例では中間位置Ｐ₂でめっきポットＢのボトムドロスを分離回収する場合を説明する。

作用位置Ｐ₁から中間位置Ｐ₂に移動しためっきポットＢに設置架台１８を掛け渡し、移動用受け皿１９に脚１７を載せる。この状態では、めっきポットＢに収容している溶融めっき浴に回転軸２０が上方から浸漬される。回転軸２０の浸漬長さは適宜に昇降機によって調整できるが、めっきポットＢの底面から高さ：１〜１.２ｍの位置にノズル３０が配置されるように回転軸２０の浸漬長さを調整することが好ましい。

ノズル３０を所定高さに設定した後、操作盤１３の操作でモータ１４を駆動させ、モータ１４からの動力で回転軸２０を回転させる。このとき、支柱１１の内部に冷却用空気が導入管１５から送り込まれ、溶融めっき浴の輻射熱から回転軸２０を保護する。回転軸２０の回転によって、溶融めっき浴に攪拌流が生じる。溶融めっき金属の流動方向に直交してバッフルプレート４０，４０が配置されているので、溶融めっき金属は一定方向の渦流となることなく更に攪拌された乱流状態になる。

回転軸２０の回転と同時に、或いは回転開始後に不活性ガス供給管２３から窒素，アルゴン等の不活性ガスを回転軸２０の中空内部に送り込む。
不活性ガスは、回転軸２０の軸方向に延びる中空内部を経てノズル３０の噴出孔３１に送られる。ノズル側面３２が溶融めっき浴と接触しているので、噴出孔３１から噴出された不活性ガスはガイド溝３３に沿って放射状に分散する。ノズル側面３２に至った不活性ガスは気泡となって溶融めっき浴に放出されるが、回転しているノズル３０の凹部３５が放出直後の気泡に接近するため圧力変動が生じ、不活性ガスが微細気泡に分断される。ノズル側面３２に到達する前にガイド溝３３から溶融めっき浴に放出される不活性ガスもあるが、この場合でもガイド溝３３のエッジによって不活性ガスが微細気泡に分断される。

微細気泡は、乱流状態の溶融めっき浴に吹き込まれるため、溶融めっき浴に均一分散する。溶融めっき浴中の微細気泡は、微細なほど浮力が小さいため溶融めっき浴に浮遊している時間が長くなり、溶融めっき浴に懸濁している異物を吸着・補集する作用が強くなる。ポット底部に堆積しているボトムドロスも溶融めっき金属の乱流によって巻き上げられ、同様に微細気泡で吸着・補集される。
微細気泡は、異物やボトムドロスを補集した状態でも溶融めっき金属に比較して軽いので、溶融めっき浴中を浮上する。浮上中にも、周囲にある異物やボトムドロスが微細気泡で吸着・補集される。その結果、溶融めっき浴の湯面に異物やボトムドロスが浮上し、溶融めっき浴から容易に分離回収される。

めっき種の次回切替までに通常１０〜１４日が設定されているので、長時間にわたる不活性ガスの吹込みが可能であり、健全な溶融めっき層の形成に適した状態に溶融めっき浴が調整される。場合によっては、調整後の溶融めっき浴に溶融めっき金属を適宜補充し、次回のめっき操作に備える。この方式では、待機中のめっきポットＢから溶融めっき浴を汲み出す必要がないため、操作が簡単であるばかりでなく、溶融めっき浴の温度変動が少なく溶融めっき条件も安定化する。

連続溶融めっきラインで１４日間使用されためっきポットＢを作用位置Ｐ₁から中間位置Ｐ₂に移動させた。めっきポットＢにはＺｎ-５５質量%Ａｌの溶融めっき金属が収容されており、溶融めっき金属から採取したサンプルを光学顕微鏡で観察し、JIS G0555に準じた顕微鏡試験法でドロスの個数をカウントしたところ、４００倍の視野当り平均１３９個であった。清浄度（％）＝ドロス個数／(視野数×格子点)として計算される清浄度は１.１６％であった。

下端にノズル３０を装着した外径：２５０ｍｍの回転軸２０を溶融めっき浴に浸漬し、めっきポットＢの底面から１.０ｍの高さにノズル３０を設定した。ノズル３０としては、口径：１０ｍｍの噴出孔３１が底面中央に開口し、幅：１０ｍｍ，深さ：１０ｍｍのガイド溝３３が８本放射状に延び、幅：２０ｍｍ，深さ：２０ｍｍの気泡分断凹部３５がノズル側面３２に八ヶ所形成された円盤状ノズルを用いた。

回転軸２０を５１０ｒｐｍで回転させながら、最大流量：５０リットル／分で窒素ガスを噴出孔３１から溶融めっき浴に吹き込んだ。吹き込まれた不活性ガスは、シミュレーション試験の結果、粒径：３〜５ｍｍの微細気泡となって溶融めっき浴に分散したものと考えられる。回転軸２０の回転力によって溶融めっき浴が攪拌されるが、一方向流動がバッフルプレート４０，４０で遮られるため微細気泡の均一分散に適した乱流状態になり、ポット底面に堆積しているボトムドロスの巻上げに十分なエネルギーの流動状態であった。

回転軸２０の回転，不活性ガスの吹込みを継続し、経過時間ごとに溶融めっき浴から採取したサンプルのドロス個数，清浄度を調査した。表１の調査結果にみられるように、処理を２４時間継続することにより、ドロス個数が大幅に減少し、清浄度の高い溶融めっき浴に調整された。また、不活性ガスの吹込みであることから、Ｚｎ，Ａｌ等のめっき成分に及ぼす影響がなく、溶融めっき浴の組成は処理前後で実質的に変動していなかった。更に処理を継続してもドロス個数，清浄度に実質的な変化がみられなかったことから、２４時間程度の処理で溶融めっき浴が次回めっき操作に使用可能な状態に改質されることが確認される。

溶融めっき浴の攪拌，不活性ガスの吹込みによってボトムドロスが分離された溶融めっき浴を次回連続溶融めっきに使用したところ、ボトムドロス起因の欠陥がない健全なめっき層が形成された。また、ボトムドロス分離後の溶融めっき浴の温度低下が極僅かであるため、連続溶融めっきに必要な浴温（４２０〜４７０℃）まで昇温するのに要した時間，エネルギーも、溶融めっき金属を汲み上げた後でボトムドロスを除去する従来方式に比較して大幅に改善された。

連続溶融めっきラインの要部を示す概略図 ボトムドロス分離装置の斜視図 回転軸の下端に装着したノズルの斜視図 ボトムドロス分離装置を搭載する設置架台の斜視図

符号の説明

Ｂ，Ｅ：めっきポット Ｐ₁：めっきポットの作用位置 Ｐ₂：中間位置 Ｐ₃，Ｐ₄：待機位置
１０：テーブル １１：支柱 １２：台座 １３：操作盤 １４：モータ １５：空気導入管 １６：接続部 １７：脚 １８：設置架台 １９：移動用受け皿
２０：回転軸 ２１：遮熱板 ２２：遮熱板取付け板 ２３：不活性ガス供給管
３０：円盤状ノズル ３１：噴出孔 ３２：ノズル側面 ３３：ガイド溝 ３４：ノズル底面 ３５：気泡分断凹部
４０：バッフルプレート ４１：取付け金具 ４２：間隙調整具

Claims (3)

1. 連続溶融めっきラインから中間位置又は待機位置に移動しためっきポットに収容されている溶融めっき浴に下端にノズルが装着された回転軸を浸漬し、回転軸の回転力で攪拌しながら溶融めっき浴を乱流状態とし、乱流状態の溶融めっき浴にノズルから不活性ガスを吹き出し、不活性ガスを微細気泡として溶融めっき浴に均一分散させ、溶融めっき浴に懸濁している異物及びポット底部に沈積しているボトムドロスを微細気泡に付着させて浮上させることを特徴とするボトムドロス分離方法。
2. 連続溶融めっきラインから中間位置又は待機位置に移動しためっきポットに架設されるボトムドロス分離装置であり、垂直方向に沿ってめっきポット内に延びる回転軸と、回転軸の下端に装着され、不活性ガスを微細気泡として溶融めっき浴に吹き出す噴出孔を備えたノズルと、回転軸の回転力で生じる溶融めっき浴の渦流を遮断して乱流状態にするバッフルプレートを備えていることを特徴とするボトムドロス分離装置。
3. 円盤状ノズルの底面中央に開口した噴出孔からガイド溝が半径方向に延び、円周方向に等間隔で複数の気泡分断凹部が側面に刻設されていることを特徴とする請求項２記載のボトムドロス分離装置。

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