JP4667603B2 - スチールストリップのコーティング方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【出願の関係】
本発明は、１９９８年１月２９日に出願した米国特許出願第０９/０１５５５１号の一部継続出願（C-I-P）である。
【０００２】
【産業上の利用分野】
本発明は、スチール（鋼）をガルバナイジング（めっき）およびガルバニーリングする方法に関する。特に、本発明は溶融した亜鉛およびアルミニウムバス（槽）を使用して連続ホットディップ（高温浸漬）ガルバナイジングおよびガルバニーリングする方法に関する。
【０００３】
【従来の技術】
スチールストリップ（鋼片）の連続ホットディップによるガルバナイジングおよびガルバニーリングに際し、溶融亜鉛バスを使用している。バスに入る前に、このストリップは、一般に炉内で熱処理される。バス内に延び鼻と呼ばれる炉の端部は、炉を外気からシールする。ストリップが鼻を通過するとき、ストリップはバス内に浸漬される。溶融バス内に、典型的には２以上のローラが配置されている。シンクローラは、バス内のストリップの走行方向を反転させ、バス内の１対の安定化ローラは、バス内で回転しコーティングナイフを通ってストリップを安定化して案内する。
【０００４】
ガルバナイズおよびガルバニーリングされた製品の製造に際し、典型的にはアルミニウムを溶融亜鉛バス中に入れて亜鉛−鉄合金の成長を制御する。ガルバナイズされたスチールの亜鉛―鉄合金の界面は、ストリップへの亜鉛コーティングの低接着性であるので、好ましくない。ガルバニーリングに使用されるアルミニウムの含有量は、比較的低く（例えば重量比で０．１３〜０．１５％）、ガルバナイジングに使用されるアルミニウムの含有量は比較的高い（例えば重量比０．１６〜０．２％）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のプロセスでは、ガルバナイズおよびガルバニールされたスチールを得る生産ラインには、２個のバスを使用していた。これらのプロセスにおいて、一方のバスは、ガルバニーリングのために比較的低アルミニウム濃度である必要があり、他方のバスは、ガルバナイジング用に比較的高いアルミニウム濃度である必要があった。しかし、一方のバスから他方のバスに切替えるために製造ラインを止める必要があるので、２個のバスは不利である。また、２個のバスは、ガルバニールおよびガルバナイズされたスチールの製造スケジューリングにフレキシビリティを低減する。更に、第２のバスを設けると余分な設備費がかかる。
【０００６】
単一バスを使用する従来の製造ラインでは、ガルバニーリングおよびガルバナイジング間でアルミニウム濃度を順次高めている。これは、移行（又は過渡）期間中にアルミニウム濃度がガルバナイジングには低すぎるので、ガルバニーリングからガルバナイジングへの過渡期に低品質のガルバナイズされたスチールが製造されることになる。例えば、過渡期間中にはくクリチカルな方面品質要求の製品が製造できないか、高反応性の真空ガス抜きされたウルトラ低カーボンスチール又は高強度スチールが得られない。更にまた、従来方法は一般に循環性が乏しく、バス内の組成および温度変化が比較的大きい。このように循環が悪いと、単一バスを使用する従来工程におけるガルバニーリングからガルバナイジングへの移行期に生じる課題を悪化させる。
【０００７】
従来のホットディップ式ガルバナイジング工程では、ドロス（不純物）と呼ばれる不要な鉄―亜鉛又は鉄―亜鉛―アルミニウムの金属化合物が形成される。ドロスがバス内のローラに付着し、ストリップ表面に移されて欠陥が生じるので、ガルバニールされた製品および露出するガルバナイズされた製品では大きな問題となる。このドロス粒子により生じる表面傷（欠陥）は、自動車および家庭用機器産業で普通であるコーティングスチールに適用される高グロスペイント仕上げの際に特に目立つ。バス内でセメントカーバイドによりコーテングされたローラを使用すると、これらの欠陥を減少させるが、完全に除去することはできない。
【０００８】
表面欠陥を生じることに加えて、ドロスの形成は、製造コストを直接上昇させる。亜鉛は、ガルバナイズおよびガルバニールされたスチールの製造で使用する原材料のうち最も高価なものの１つである。ドロスの重量は、製造中に消費される亜鉛の平均して略８〜１０％になるのが普通であるので、製造コストを増加させる。
【０００９】
従来方法は、ガルバナイジングには高アルミニウム濃度のバスを、またガルバニーリングには低アルミニウム濃度のバスを使用するのが普通である。ガルバニーリング中の低アルミニウム濃度のバスは、過度のドロスを形成し、ガルバニーリング中にストリップにドロスが付着する。更に、バスの底にドロスが蓄積すると、ガルバニール製造ランの長さを制限し且つガルバナイジングへの移行時に高いアルミニウムを加える化学的転化により底のドロスを除去する必要がある。底のドロス堆積がひどい場合には、製造ラインを停止させて、ドロスを機械的に除去する必要があるかもしれない。
【００１０】
ガルバナイズ中の高アルミニウム濃度は、ガルバナイズ中のコーティングのアルミニウム濃度が過度になり得る。ガルバナイズのアルミニウム含有量が高いと、ガルバナイズからガルバニール又はその逆の移行に悪影響を及ぼす。その理由は、１つのアルミニウム含有量から他の値への移行を完了するには数時間を要するからである。ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行又はその逆への移行は、コスト高になる。その理由は、バス中のアルミニウム含有量の変化が、ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行又はその逆への移行中における製品の品質を低下するためである。従って、従来方法を使用すると、ガルバニーリングおよびガルバナイジングの両方に単一バスを使用することにより露出部が高品質でコーティングされたスチール製品又は真空ガス抜きされたウルトラ低カーボン鋼又は高強度鋼を製造するのが困難である。移行時の表面品質が低下する理由は、ガルバナイジングへの移行中にアルミニウム含有量が増加すると、底のドロスがトップ、即ち浮きドロスに変換され、ストリップにドロスが付着されるからである。
【００１１】
バス中のアルミニウムは、一般にガルバナイジングおよびガルバニーリング中に鉄−亜鉛合金が成長するのを制御し、ドロス量を低減するのに必要であり、過度のアルミニウムは好ましくない。例えば、コーティング中のアルミニウムが多すぎると、製品のスポット溶接性を低下させる。
【００１２】
バスが高温になると、バス中の鉄の溶解性を増加し、鉄飽和によるトップおよびボトムドロスの両方を形成させ、バスの成分を破壊する。鉄で飽和された亜鉛バスは、バス温度の僅かな変化でドロス組成物の沈殿を生じさせる。従って、（ａ）低く且つ一定のガルバナイジングバス温度を使用することにより亜鉛バスの鉄含有量を飽和状態から下げることおよび（ｂ）鉄含有量を溶解性限界の近くに維持して溶融亜鉛からドロス粒子の沈殿を最小にすることが好ましい。これら粒子は、ボトムドロス（FeZn7）およびトップドロス（Fe2Al5）のコンビネーションである。これらの粒子の詳細は、カトー等による「溶融亜鉛バス中のドロス形成およびフロー現象」ガルバテック９５年コンフェレンスプロシーディング、１９９５年シカゴ第８０１−８０６ページに説明されている。この刊行物は、本発明が動作する環境で形成されるドロス粒子のタイプに関する背景資料としてここに引用する。
【００１３】
ストリップをバス中に浸漬したときストリップがバスより高温であれば、バスは過熱（オーバーヒート）され、ストリップから鉄をバス中への溶解を増加させる。ストリップがバス中に浸漬される前に起こる熱処理に続いてストリップが十分に冷却されない限り、ストリップはバスの鼻（即ち、浸漬部の近傍）より高温である。従来のプロセスにおいて、バスの温度は比較的高く（例えば約４６０℃）、ガルバニーリングおよびガルバナイジングに単一バス又は２バスの使用に拘らずバス表面の亜鉛のフリージングを回避する。しかし、著しく低温のバスを使用すると、バス表面で亜鉛をフリーズさせる。その理由は、従来のバスでは循環が乏しく且つストリップの浸漬温度およびバス温度間の温度差が小さいからである。
【００１４】
バス温度が高く且つドロス形成が多いと、摩擦および侵食が増加してローラの寿命が縮まる。また、ベアリングおよびスリーブ等のバス内にある他のコンポーネントも、バスが高温でドロスの形成が多いと寿命が縮まる。これらコンポーネントの寿命が縮まると、コストが直接的（例えば交換コスト）および間接的（例えばこれらコンポーネントの交換中の製造中止）に増加する。
【００１５】
上述した種々の課題の結果、１個の亜鉛バスを使用するガルバナイザは、低品質のガルバナイズスチールおよび低品質のガルバニールスチールの製造ラン間に高表面品質製品を製造するために、特殊ラインスケジューリング（例えば、ローラが新品の間に露出高品質のコーティングされたストリップを製造する）および高価なメンテナンス業務（例えば、バスの機械的な清掃）を強制的に使用するとととなる。従って、従来の単一バス法を使用して製造される露出高品質製品の量は、製造ラインのコーティングされたストリップ製造能力未満となる。
【００１６】
従来、電気ガルバナイジング（電気めっき）プロセスは、良好な表面品質が得られたので、従来ホットディップのガルバナイジングでなく電気ガルバナイジングを使用して露出用途の製品の製造にしばしば使用された。しかし、電気ガルバナイジングは、ホットディップのガルバニーリング又はホットディップのガルバナイジングに比較して高価である。
【００１７】
【課題解決のための手段】
本発明によるスチールストリップ（鋼片）をコーティングする１つの方法は、重量比約０．１０％〜約０．１５％の実効アルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バスを設け、このバスのセットポイントを約４４０℃〜約４５０℃の温度に維持し、溶融亜鉛を循環させてバスのアルミニウムおよび温度を均一にしてドロスの堆積を阻止し、約４７０℃〜約５３８℃の鼻温度を有するスチールストリップをバス内に浸漬してストリップにコーティングし、この浸漬されたストリップに溶融亜鉛を送りストリップを冷却する工程を備えることを特徴とする。
【００１８】
この方法は、バスのセットポイントを約４４５℃〜約４５０℃に維持し且つバス温度をセットポイントの１℃以内に維持する工程を備える。溶融亜鉛バスは、重量比０．１３％〜０．１４％の実効アルミニウム濃度を有する。この方法の更なる特徴として、バスの表面はバス加熱手段（例えばインダクタ）の位置により完全に溶融状態に留まる。
【００１９】
ストリップが高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールであれば、ストリップは、好ましくは約５１０℃の鼻温度を有する。ストリップがウルトラ又はエキストラ低カーボンの真空ガス抜きされたスチールであれば、ストリップは、好ましくは約４７１℃の鼻温度を有する。
【００２０】
本発明の他の方法は、高品質表面を有するガルバナイズ又はガルバニールされたスチールの製造方法である。この方法は、実効アルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バスを設け、このバスのセットポイントを約４４０℃〜約４５０℃に維持し、ストリップをバス内に浸漬してコーティングして実質的に不純物のないガルバナイズおよびガルバニールされたストリップを得る工程を備えることを特徴とする。ガルバナイズ中のバスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリング中のバスの実効アルミニウム濃度と実質的に同様である。
【００２１】
好適実施形態では、バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリングおよびガルバナイジング間で重量比０．０１％を超えて変化しないことを特徴とする。ガルバナイジング中のバスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリング中のバスの実効アルミニウム濃度と等しいことを特徴とする。
【００２２】
バスのセットポイントは、約４４５℃〜約４５０℃の温度に維持され且つ前記バスの温度は、セットポイントの１℃以内に維持される。このセットポイントは、約４４７℃に維持される。バスの実効アルミニウム濃度は、重量比約０．１０％〜約０．１５％であり、好ましくは０．１３％〜０．１４％である。ストリップは、約４７０℃〜約５３８℃の浸漬又は鼻温度を有する。
【００２３】
この方法は、バスの底から浸漬されるストリップに向けて低温の亜鉛を送り、浸漬されたストリップの近傍にホットスポットの形成を阻止し、亜鉛の蒸発を阻止し且つ浸漬されたストリップをバスの温度に近づくように急速に冷却する。
【００２４】
ストリップが高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールの場合には、ストリップは、好ましくは約５１０℃の鼻温度を有する。ストリップがウルトラ低又はエキストラ低カーボンの真空ガス抜きされたスチールの場合には、ストリップは約４７１℃の鼻温度を有する。
【００２５】
この方法は、優れたコーティング接着性、表面品質およびスポット溶接性を有するガルバナイズおよびガルバニールされたスチールを製造する。バスの表面は、コーティング中に完全に溶融状態に留まる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照して詳細に説明する。連続したスチールストリップを処理するガルバナイジングおよびガルバニーリング構成は、連続コーティングラインの一部であり、溶融亜鉛およびアルミニウムバスよりなる。このバスに設けられたのは、詳細を後述する如くバスを冷却する装置である。
【００２７】
ストリップは、浸漬炉の最後の領域であるエンドシュート又は鼻に到達する前に従来の如く処理される。鼻は、バス内に延び、これにより炉を外気からシールする。鼻に到達する前の斯かる従来の処理は、水酸化ナトリウム溶液内に浸漬してブラッシングする化学的洗浄（クリーニング）、電解クリーニング、すすぎ、および乾燥を含んでいる。この化学的洗浄の後に、典型的には、ストリップが鼻に到達する前にアニールされる。鼻の前のジェットクーラーが、スチールの温度を、ストリップがバスに入る際の温度で定義される鼻温度に下げる。
【００２８】
図１は、米国特許第４,９７１,８４２号公報に説明するシステムのフローパターンを示す構成図である。図２（a）および図２（b）は、本発明の実施に好適な全体システムを示す。本発明のプロセスの一部として、アニールされたスチールストリップ２は、亜鉛バス３を通して、沈みローラ４を周り、更に１個以上の安定化ローラ５間を走行し、ストリップがコーティングの厚さを制御するガスジェットナイフ間を通過する前にストリップをフラットにする。窒素等のガス媒体がガスジェットナイフに使用可能である。このガスジェットナイフの後で、ガスジェットノズル又は水霧ノズルを使用して、ストリップがバスから出ると冷却させてコーティングを凝固させる。ストリップが鼻に到達する前の処理工程およびストリップがバスから出た後の処理工程は、従来通りに行うことができる。ここに参考文献として組み込まれた米国特許第４,３６１,４４８号、第４,７５９,８０７号および第４,９７１,８４２号公報は、ストリップを溶融バス内へおよび溶融バスから案内する構成を開示する。しかし、これら特許の何れもドロスのないバスおよびドロスのないコーティングを提供しない。ストリップを溶融バス内へおよび溶融バスから外部へ案内する別の構成は、参考文献としてここに組み込まれるぺルッチ・ジェイ・シッポラによる発明である１９９８年１月２９日出願の米国特許出願第０９／０１５,５５１号明細書に開示されている。この特許出願明細書には、以下に説明する如く、溶融バスを冷却する装置も開示している。
【００２９】
スチールに亜鉛をアプライ（噴射）するノズルユニット６は、上ノズル７および下ノズル８（図３および図４参照）を含んでいる。これに対して、米国特許第４,９７１,８４２号公報は、上ノズル７および下ノズル８を有し、これら両ノズル７、８には、物質が充満した空間プレート９（図４参照）のシャドウ形状のないユニット６の幅全体に均等にスリットが形成されている。このプレート９は、ストリップの長さに沿って略９０°の角度で溶融亜鉛を送るよう構成されている。更に、本発明のクーラー／クリーナ２は、図４に示す如く複数の細長い上ノズル７を有する。また、下ノズル８は、丸く且つプレート９の形状に形成されている。
【００３０】
ノズル７、８の射出領域は、図２（a）に示す如くスチールストリップ２の長さAおよびBに沿うスチールストリップ２の面積の少なくとも５０％をカバーする。これは、米国特許第４,９７１,８４２に説明し且つ図１に示す単一下ノズル８と対照される。本発明のシステムにおいて、ノズル８はプレート９内に取付けられ、ノズルの長さの半分が一側にあり、他の半分はプレートの中心線の他側にあるようにする。この構成により、スチールシートに対して亜鉛の流れを最も効果的にする。
【００３１】
ノイズチャンバ６内で、ドロスで汚染した亜鉛は、スチールストリップに向けてポンピングされ、ドロス粒子をスチールストリップ２の表面に被着させる。この操作により、スチールストリップのコーティングの一部として亜鉛バスからドロスを除去する。その結果、ドロスの全ては、前に処理されたスチールストリップに被着させて取り去ったので、その後に処理されるスチールは、ドロスのない亜鉛バスとなる。ドロス粒子をスチールストリップに効果的に被着させるために、ノズル８からの亜鉛の流れを、図１に示す米国特許第４,９７１,８４２号公報のクーラーの場合にように、ストリップに平行に移動させるのではなく、略垂直方向からストリップに当たる方向に向けられる。
【００３２】
ドロス粒子がストリップ２に被着するよう十分な流れを生じさせるために、本発明のノズル８の面積は、アジテータ１７で測定したポンプハウジング１０の２倍の面積とする。ポンプの回転速度、従って移動される材料の体積を調整することにより、ノズル７、８から流れる亜鉛の速度が調整できる。スチールストリップ２へ向けて移動された亜鉛の量は、モニタされ且つスリット１２を介して亜鉛バスの表面３上のハウジング１１内への亜鉛のカラムからの材料の転換（バス内の亜鉛全体の約２％）により制御される。スリット１２は、好ましくは幅２５mm且つ高さ１００ｍｍである。ハウジング１１は、ポンプハウジング１０に取付けられ且つ亜鉛バスの底面から亜鉛バスの上面まで延びる。スリット内の亜鉛のレベルは、ポンプ１０により生じされる主亜鉛フローから脇へ向けられるが、バス全体の適正亜鉛レベルを示す。更に、スチールに吹き付けられる亜鉛の主フローから分けるか加えられる亜鉛の量を調整することにより、最適めっきのための亜鉛量およびドロスの最小量の発生を正確に調整することが可能である。この制御装置は、米国特許第４,９７１,８４２号公報にはない。
【００３３】
好ましくは亜鉛の５ｍｍカラム（バスの表面３上）は、１時間当り１０００トンの亜鉛のポンピングに相当し、１０mmのカラムは、１時間当り２０００トンの亜鉛に好適である。５ｍｍ以下では、亜鉛フローは少なすぎ、１０mmを超す亜鉛フローでは高すぎて材料侵食の問題を生じる。従って、本発明の亜鉛フローは、亜鉛カラムをスリット１２で好ましくは５ｍｍ〜１０ｍｍに維持することにより確実にする。
【００３４】
図６（c）に示す如く、３個のスチールコイルの処理後に、ノズルユニット６から排出される亜鉛は、実質的にドロスのない溶融亜鉛である。その理由は、実質的に全てのドロス粒子は、先に処理済のコイルのスチールストリップ２に被着するからである。従って、ローラ４の側面および下の亜鉛フローは、ローラ４にドロスの堆積を生じることがない。更に、ストリップ２にドロスが堆積することもない。
【００３５】
バッフルプレート１３を下ローラ４の下に配置する。この亜鉛フローは、下ローラ４の表面をクリーンに維持し、そこにドロスが蓄積されるのを阻止する。従って、従来システムではローラに堆積したドロスを削り落とすために必要であった機械的なスクレーパ（削り落とし具）は不要である。バッフル１３の端部のコーン１４（図２（b）参照）は、アーム１６に取付けられた沈みローラ４のベアリング１５へドロスのない亜鉛フローの一部を送る。このフローは、処理の初期段階（最初の３コイル）においてバス中に存在し得る硬いドロス粒子によるローラベアリングの侵食／摩耗を最小にする。
【００３６】
ポンプ１０が扱った亜鉛の体積Vの分割を図２（a）に示す。ポンプで扱われた亜鉛の体積の約４０％が下ローラ４の下側を流れ、約３０％がローラの上を流れる。ポンプで扱われた亜鉛の体積の約１５％は、スチールストリップ２の両側のノズルユニット６上を流れる。これら亜鉛の全体積は、ポンプを通って戻り且つバス内の亜鉛の約９８％となる。残りの２％は、スリット１２を通って流れハウジング１１に転換される。
【００３７】
ノズル７および８の全面積は、ポンプハウジング１０の面積の２倍と略等しくするべきである。その結果、スリット１２から流れ出す亜鉛は、適正処理を実行するためバス内で利用される亜鉛の量のクリチカルなインクリメント量の表示であり、これはドロスのないバスおよび更にはドロスのない製品となる。
【００３８】
本発明におけるノズル８は、好ましくは直径が７０〜１００ｍｍ且つ長さがノズル直径の０．７倍を超える管状である。ユニット６の材料は、ＡＩＳＩ３１６Ｌ（鋳物）又はＤＩＮ１,４４９である。しかし、ユニット６にとり最も重要なことは、それが完全にオーステナイト構造、即ち鉄を含まず又は鉄分が０．２％未満であることである。また、その材料は、鋳造であり且つ鋳造の後に曲げ又は冷間加工（コールドフォーミング）を行わない。
【００３９】
本発明の装置は、図２に示す如きフローパターンを生じ、亜鉛バス中に「デッドゾーン」を生じることなく且つ亜鉛バス全体にわたり化学的に均質である。このフローパターンにより、ドロスのない亜鉛バス組成および鼻の近傍で局部的な加熱が最小であるホットディップによるガルバナイジングが実行可能になる。図１に示す如き従来システムのフローパターンおよびシステムは、化学的均質性が不十分であるので、ドロスのないバス組成およびドロスのない製品が実現できない。
【００４０】
本発明の好適実施形態におけるテスト結果を以下に示し、図６（ａ）および図６（ｂ）は、本発明によるシステムの特定部およびそれを動作させてスチールストリップをガルバナイズする詳細を図示する。米国特許第４,９７１,８４２号公報に開示されるクーラーと本発明によるクーラー／クリーナを比較するために、産業規模でトライアルを実施した。ストリップ浸漬温度が高すぎると、バスの反応性が高すぎて浮遊するドロスを生じる。本発明のシステムは、合理的な浸漬温度、好ましくはスチールストリップの温度が約４７０℃〜約５３８℃で、バス温度のセットポイントが約４４０℃〜約４５０℃、更に好ましくは約４４５℃〜約４５０℃であるとき、ドロスのないバスおよびそれによるドロスのない製品が得られるよう動作する。バス温度が約４４５℃未満のとき、バスの表面で亜鉛のフリージングが幾分生じ、スキミングによるトップドロスの除去を一層困難にする。
【００４１】
図２（ａ）に示す如く、バスクーラーは、バスを通る冷却剤として窒素および非イオン化水を流すＵ字形のステンレスチューブ２０の束により構成される一次熱交換器１９を含んでいる。（チューブ２０内に包囲された）冷却剤は、約９０℃〜約１００℃でバス内に入り、約２５０℃〜約３５０℃で出る。バスの外部に配置された二次熱交換器（図示せず）は、冷却剤の温度を約２５０℃〜約３５０℃の範囲から約３０℃〜約５０℃の範囲に低下させる。次に、ブロワが外気を一次熱交換器１９に循環させた後に、冷却剤は約９０℃〜約１００℃の温度でバスに戻される。
【００４２】
このようにして、この装置は、ノズルから流れる亜鉛の温度を亜鉛バスの動作温度より０．１℃〜３℃低く制御する。亜鉛バスの動作温度は、セットポイントの±１℃に維持される。セットポイントを一定に維持すると、バス温度の過渡はなく且つバス温度は安定状態であるといえる。
【００４３】
上ノズル７は、亜鉛の流れをスチールストリップ、好ましくはその走行方向に対して斜めに吹き付け、鼻内の亜鉛を高温にするのを阻止し且つ炉内に亜鉛蒸気の発生を阻止し、最終的にバス内にドロスが発生するのを阻止してコーティングの被着性を改善する。下ノズル８は、亜鉛フロー（流れ）を生じさせ且つこのフローを、例えばスチールストリップに対して直角に向ける。亜鉛フローの合計量は、ポンプ１０の速度により調節可能である。
【００４４】
２個のアジテータ又はインぺラー１７は、ポンプ１０内のＵ字形ステンレススチールチューブ２０の各側に配置され、バスの底から比較的低温の亜鉛を上向きに鼻の近くのノズルを通って引っ張る。次に、この低温の亜鉛は、ストリップがバスに入るとき、ストリップを急激に冷却する。また、亜鉛はアジテータ１７で循環されているので、鼻近傍の亜鉛の局部的な加熱は最小になるか阻止される。
【００４５】
表１に示す如く、クーラー／クリーナは、ドロスのないコーティングを有する製品を製造できる。
【表１】

【００４６】
アルミニウムおよび鉄含有量は、亜鉛バスから取ったサンプルを化学分析して求めた。４４７℃における鉄の亜鉛に対する溶解性は、アルミニウム含有量が０．１４％のとき重量比で０．０２０％である。従って、バス中の鉄含有量は、鉄の溶解性と等しい。その結果、本発明の方法は、亜鉛バスをドロスなしに維持することによりドロスのない製品を製造可能にする。
【００４７】
図６（ａ）〜（ｃ）の３つのグラフは、米国特許第４,９７１,８４２号公報のシステムを使用した場合に対する本発明を使用する場合の結果を示す。特に、本発明によるシステムの有効性（即ち、単位時間当りのドロス除去）は、米国特許第４,９７１,８４２号公報のそれより優れている。これは、図６（ｃ）のグラフに示す如く、複数のコイルが処理される一定時間におけるドロス除去を示している。各コイルは、約２０トンのスチールであり、処理時間は約３０分である。３番目のコイルまでに、本発明を動作させると鉄飽和した亜鉛バスからドロス粒子を急速に除去する。その後、第４コイルがドロスのない環境で処理される第１番目のコイルとなり、これが本発明の目的である。この結果は、米国特許第４,９７１,８４２号公報のシステムでは実現不可能であった。
【００４８】
多くの従来処理において、ストリップはそれがバス中にあるとき、このストリップに鉄−亜鉛合金が形成されるのを避けるには、ストリップは約４６０℃に冷却しなければならなかった。本発明は、以下の２つの例に示す如く、ストリップの浸漬前にストリップの冷却を最小にするので、ストリップのスループットを増加できる。
【００４９】
高強度低合金スチール又は通常の低カーボン無アルミニウムスチールよりなるストリップでは、ガルバニーリングおよびガルバナイジング用のストリップ浸漬温度又は鼻温度は、約４７１℃の低温、好ましくは５１０℃であり、約５３８℃まで高くても良い。しかし、５３８℃に近づくと、亜鉛の蒸発が始まり、ドロス形成が少し増加する。
【００５０】
真空ガス抜きされた安定化および非安定化スチールより成るストリップでは、ガルバニーリングおよびガルバナイジングに対するストリップ浸漬温度又は鼻温度は、好ましくは４７１℃であるが、約４７１℃〜約５１０℃でも良い。より高温では、より多くの鉄−亜鉛合金の成長が生じる。
【００５１】
直前に上述した例では、４４７℃のバス温度が好ましいが、約４４５℃〜約４５０℃の範囲のバス温度も適当である。
【００５２】
【発明の効果】
バスの実効アルミニウム濃度は、鉄−亜鉛−アルミニウムの３元溶解特性図のニーポイント（折り曲がり部）近傍且つその直ぐ右である。実効アルミニウムは、金属間合金に関連するアルミニウムは含まない。換言すると、実効アルミニウムは、コーティングおよびスチール間の鉄−亜鉛合金の形成を制御するバス内の溶液注のアルミニウムと定義される。重量比で約０．１０％〜約０．１５％の実効アルミニウム濃度は、本発明において同じ溶融バスからガルバニールおよびガルバナイズされたスチールの製造に使用するのに好適である。同じ溶融バスからガルバニールおよびガルバナイズされたスチールの両方を製造するのに好適な実効アルミニウム濃度は、重量比０．１２％〜０．１５％であり、より好適な実効アルミニウム濃度は、重量比０．１３％〜０．１４％である。 実効アルミニウム濃度は、名古屋工科大学により開発されたダイナミックセンサを使用して測定された。このダイナミックセンサは、エス・ヤマグチ、エヌ・フカツ、エッチ・キムラ、ケイ・カワムラ、ワイ・イグチおよびティー・オーハシによる「連続ガルバナイジングプロセス用亜鉛バス内のＡｌセンサの開発」ガルバテック１９９５プロシーディング第６４７ページ〜第６５５ページ（１９９５年）に解説されている。このダイナミックセンサは、日本のヤマリ産業（株）により製造され、コミンコ（Cominco）により販売されている。
【００５３】
実効アルミニウム濃度が鉄−亜鉛−アルミニウム３元溶解特性図のニーポイントの直ぐ右側であれば、ドロスの形成は許容可能な低い値（ドロス形成は、一般にアルミニウム含有量の増加に応じて減少する）であり、ガルバナイジングからガルバニーリングへの移行は比較的容易である。更に、鉄−亜鉛−アルミニウム溶解特性図のニーポイントの直ぐ右で動作する場合の比較的低アルミニウム含有量は、従来方法により製造された場合のコーティングに低アルミニウム製品が得られ、またスポット溶接性が改善される。
【００５４】
従来方法により製造されたコーティングのアルミニウム濃度は、バス温度、ストリップ温度、コーティング重量およびその他の要素に応じてバスのアルミニウム濃度の２．５〜４倍である。本発明により製造されたコーティングのアルミニウム濃度は、バスのアルミニウム濃度の約１．５〜２．５倍である。
【００５５】
本発明のバスでは、温度および成分均一性が重要であり且つバスの循環はこれらの特徴を獲得するのを助ける。従来方法では、単にストリップおよびローラの移動およびバスインダクタにより生じる力が亜鉛循環を生じる。斯かる最小の循環は、温度不均一性およびバス内全体の不均質な組成を生じる。また、アルミニウムは亜鉛より軽いので、アルミニウムはバスの表面を流れ、組成の不均質性を更に助長する。
【００５６】
従来方法を使用して鉄−亜鉛−アルミニウム３元特性図のニーポイントの近傍で動作時には、バス内に幾つかのグレードが生じる。更に、従来方法でアルミニウムが低いと、鉄含有量が増加する。従って、より多くのボトム（底）ドロスが形成される。また、バス温度が高く且つ温度変化が大きいと、ドロスを形成する。
【００５７】
本発明の方法を使用すると、低アルミニウム含有量の薄い鉄−亜鉛合金層となるので、コーティングの被着性が改善される。この被着性の改善は、片側１平方メートル当り８８〜１４５ｇの重さに耐えるコーティング被着力が実現できる。また、安定状態中のストリップによるドロスのピックアップが実質的にないので、優れた表面品質となる。また、プロセスは、ストリップの浸漬前のジェットクーリング速度に制限されないので、ラインのストリップ速度（スループット）は早くなる。
【００５８】
形成されるドロスの重量は、本発明の上述した例の場合には、平均して消費した亜鉛の約６〜７％であり、これに対して従来コーティング方法では約８〜１０％である。溶融バス内に０．１５％未満のアルミニウムを使用する従来のガルバナイジング方法は、典型的にはコーティング被着が劣り且つ多量のドロスをピックアップするストリップを製造するが、本発明の方法では、０．１５％未満のアルミニウムを使用して優れたコーティング被着性且つ実質的にドロスピックアップのないガルバナイズされたストリップが得られる。
【００５９】
更に、高表面品質のガルバナイズされたスチールがガルバニールされたスチールと同じ溶融バス（実質的の同じアルミニウム濃度）でコーティングできる。ガルバニーリング用コーティング中の実効アルミニウム濃度は、ガルバナイジング用のコーティング中の実効アルミニウム濃度と略同じである。ここで、実質的に同じとは、ガルバニーリングおよびガルバナイジング間に外部からアルミニウム光沢材を加えず、またガルバニーリングおよびガルバナイジング間にアルミニウム濃度を減少させる如何なる工程（例えば純粋亜鉛の付加）を行わない。実効アルミニウム濃度の測定位置による僅かで局部的なアルミニウム濃度のばらつきが考えられるので、アルミニウムの±０．００５％のばらつきはあり得る。従って、実効アルミニウム濃度を複数回読み、実効アルミニウム濃度を平均化する必要がある。実施形態により、バスの実効アルミニウム濃度は、ガルバニーリングおよびガルバナイジング間で重量比０．０１％未満のばらつきである。
【００６０】
コーティング被着力は、ガルバナイズされたストリップに強い衝撃を与えて凹みを形成し、次にスコッチ（SCOTCTは商標）テープを、衝撃を受けた部分に被着する。クラックやフランクが生じなければ、コーティングの被着力は良好と考える。ドロスピックアップは、コーティングされたストリップに突起部がないか目視検査により決定する。突起部は、ドロスの存在を示す。実質的にドロスのないコーティングされたストリップとは、コーティングされたストリップに目視検査により突起部が検出されないことと定義ずる。
【００６１】
従来プロセスでは、バス中のアルミニウムが低いと、過度の鉄−亜鉛合金が成長し、その結果、コーティングのストリップへの被着力を低下させる。また、従来プロセスにおいて、バス中のアルミニウムが低いと、過度のドロスを形成する。これに対し、本発明では、バス中のアルミニウムが低くても、ドロスを形成することがない。その理由は、バス温度が低く且つ一定であり、しかも均一なバス組成であるので、バス内の鉄含有量を、鉄の溶解度限界の近くに減少する。この低且つ一定バス温度および均一バス組成は、上述したバス冷却装置により得られる。本発明による低バス温度は、従来方法であれば表面近傍で亜鉛をフリーズさせる。
【００６２】
本発明の方法では、バス内の実効アルミニウムが多く且つバス温度は従来方法よりも低下できるので、低鉄−亜鉛合金成長が実現できる。従来、ガルバナイズされたスチールのコーティングは、ガルバニールされたスチールのコーティングよりもアルミニウム含有量が高いが、本発明によると、バス内の実効アルミニウム含有量をガルバニーリングの範囲にして、鉄含有量を増加させることなく高表面品質（即ち、良好な被着性）のガルバナイズされたコーティングが得られる。従って、本発明の方法では、同じバスを使用してガルバニールされたスチールおよびガルバナイズされたスチールの両方が製造でき、ガルバナイジングおよびガルバニーリング中に、バスは実質的に同じ実効アルミニウム濃度を有する。
【００６３】
新しい又は未使用バスは、最初ドロスがない。しかし、前に従来のガルバニーリングおよびガルバナイジング方法で使用したバスは、幾らかのドロスを含んでいる。このドロスを除去して前に使用したバスを実質的にドロスのないコーティングされたストリップの製造に使用できるようにするには、１以上のコイルをバス内に走らせる。これらコイルはドロスをピックアップして後続コイルのためにバス内のドロスを除去する。一度ドロスが除去されると、本発明は、スチールの表面にドロスをピックアップすることなく、長期間にわたりガルバナイズされたスチールおよびガルバニールされたスチールの製造を可能にする。本発明を使用すると、トップドロスが幾分形成されるが、バスの表面を掬い取ることにより除去できる。
【００６４】
本発明の方法を使用すると、コーティング装置のベアリングおよびスリーブの寿命と共にローラの寿命を延ばす。その機器の寿命の延長は、ドロスが少なく且つ侵食を低減する低バス温度を使用したためである。この機器の寿命延長は、ローラがより長期間動作するので、生産が増加する。加えて、ローラ交換コストの低減もある。
【００６５】
従って、本発明は、ガルバニーリングからガルバナイジングへ又はその逆への速く生産移行でき、ガルバニーリングからガルバナイジングへの移行中に生産されるガルバナイズされたストリップがより高品質であり、および鉄の溶解性を低減する低バス温度により、コーティングされたストリップの表面品質が、安定状態における従来の製造中においても従来製造によるコーティングされたストリップより良好である。更に、炉能力にスループットを増加でき、これにより従来ジェットクーリング能力により制限された製造ラインの速度が増加できる。ローラへのドロス堆積が少なく、従って欠陥のあるコーティングの製造が少ないので、実質的に無欠陥の製品の歩留まりを増加できる。
【００６６】
以上、好適実施形態を例に基づき説明したが、本発明は斯かる実施形態のみに限定されると解すべきでない。従って、本発明は、これらと等価物、変形変更および他の実施形態は、付属した請求の範囲のみにより制限されると考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 米国特許第４,９７１,８４２号公報に開示されるシステムのフローパターンを示す図である。
【図２】 （ａ）は、本発明によるクーラー／クリーナの側面図および本発明の方法による新たなフローパターンである。
（ｂ）は、溶融亜鉛のフロー制御装置の正面図である。
【図３】 本発明によるシステムのノズルチャンバおよび本発明の方法を実行する際に生じる液体フローである。
【図４】 バッフルプレート又はノズルを含むプレナム（充気室）を示す図である。
【図５】 （ａ）および（ｂ）は、スチールストリップの長さおよび両側に沿って亜鉛を射出するノズルの２つの図を示す。
【図６】 （ａ）〜（ｃ）は、従来技術および本発明による各種動作の様相を示すプロセス図である。

Claims (21)

1. 重量比０．１０％〜０．１５％未満のアルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バスを設けるステップと、
   前記バスのセットポイントを４４０℃〜４５０℃未満の温度に維持するステップと、
   前記バスの溶融亜鉛を循環させて前記バス内にドロスの蓄積を阻止するステップと、
   ４７０℃〜５３８℃の鼻温度を有するスチールストリップを前記バスに浸漬して前記スチールストリップをコーテンィグするステップと、
   前記溶融亜鉛を前記浸漬されたスチールストリップに連続的に注ぎ前記スチールストリップを冷却するステップと
   を備えることを特徴とするスチールストリップのコーティング方法。
2. 前記バスのセットポイントは、４４５℃〜４５０℃未満に維持することを特徴とする請求項１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
3. 前記バスの温度は、前記セットポイントの１℃以内に維持することを特徴とする請求項１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
4. 前記溶融亜鉛バスは、重量比０．１３％〜０．１４％のアルミニウム濃度を有することを特徴とする請求項１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
5. 前記バスの表面は、完全に溶融していることを特徴とする請求項1に記載のスチールストリップのコーティング方法。
6. 前記スチールストリップは、高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムスチールよりなり、５１０℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
7. 前記スチールストリップは、真空ガス抜きしたウルトラ低又はエキストラ低カーボンスチールであり、４７１℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
8. 高品質の表面を有するガルバナイズ又はガルバニールされたスチールを製造する方法において、
   アルミニウム濃度を有する溶融亜鉛バスを設けるステップと、
   前記バスのセットポイントを４４０℃〜４５０℃未満に維持するステップと、
   前記バス中にスチールストリップを浸漬してコーティングすることによりガルバナイズ又はガルバニールされたスチールストリップのドロスを低減するステップと
   を備え、ガルバナイズ中の前記バスのアルミニウム濃度を、ガルバニール中の前記バスのアルミニウム濃度と同様にすることを特徴とするスチールストリップのコーティング方法。
9. 前記バスのアルミニウム濃度は、ガルバニール及びガルバナイズ間で重量比０．０１％未満であることを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
10. ガルバナイズ中の前記バスのアルミニウム濃度は、ガルバニール中の前記バスのアルミニウム濃度と等しいことを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
11. 前記バスのセットポイントは、４４５℃〜４５０℃未満の温度に維持され、前記バスの温度は前記セットポイントの１℃以内に維持されることを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
12. 前記バスのセットポイントは、４４７℃に維持されることを特徴とする請求項１１に記載のスチールストリップのコーティング方法。
13. 前記バスのアルミニウム濃度は、重量比０．１０％〜０．１５％未満間であることを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
14. 前記バスのアルミニウム濃度は、重量比０．１３％〜０．１４％であることを特徴とする請求項１３に記載のスチールストリップのコーティング方法。
15. 前記スチールストリップは、４７０℃〜５３８℃範囲の鼻温度を有することを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
16. 前記スチールストリップは、高強度低合金スチール又は低カーボン無アルミニウムよりなり、鼻温度が５１０℃であることを特徴とする請求項１５に記載のスチールストリップのコーティング方法。
17. 前記スチールストリップは、真空ガス抜きされたエキストラ低カーボンスチールであり、４７１℃の鼻温度を有することを特徴とする請求項１５に記載のスチールストリップのコーティング方法。
18. 前記ガルバナイズされた及びガルバニールされたスチールストリップは、優れたコーティング接着性を有することを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
19. 前記バスの表面は完全に溶融されていることを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
20. 前記ガルバナイズ及びガルバニールされたスチールストリップは、優れたスポット溶接性を有することを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。
21. 前記バスの底から前記バスに浸漬されたスチールストリップに向けて前記バスの上部より低温の亜鉛を送り、前記浸漬されたスチールストリップの近傍にホットスポットの形成を阻止し、前記浸漬されたスチールストリップを前記バスの温度に向けて急速に冷却するステップを更に備えることを特徴とする請求項８に記載のスチールストリップのコーティング方法。

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