JP4687192B2

JP4687192B2 - 金属材の表面処理方法および表面処理槽

Info

Publication number: JP4687192B2
Application number: JP2005096982A
Authority: JP
Inventors: 敏明天笠
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2006274376A

Description

本発明は、金属材の表面に化学的処理を施す表面処理方法、およびその処理液を収容して表面処理を行なう表面処理槽に関するものである。

一般に表面処理と呼ばれる処理は、金属材の洗浄，潤滑，防錆等を目的として、その表面に化学的処理（たとえば酸洗，塗油，化成処理，塗装，めっき処理等）を施すものである。金属材の表面に化学的処理を施すにあたって、表面処理槽に収容した処理液に金属材を浸漬することによって、金属材の表面における化学反応を生起させたり、あるいは金属材の表面に処理液を付着させる。なお、使用する処理液は、表面処理の種類に応じて適宜選択される。

処理液に浸漬された金属材の表面における化学反応の進行（たとえば酸洗，化成処理，めっき処理等）、あるいは処理液の付着量（たとえば塗油，塗装等）が不均一であれば、表面処理槽から排出された金属材の表面性状も均一ではない。そのため搬送速度が変動して、操業に関わるトラブルのみならず、金属材の品質に関わる欠陥が発生する。
特に表面処理を施す金属材が金属帯または金属線材である場合は、表面処理槽内にローラーを配設して、金属材を走行させることによって連続的に処理液に浸漬させる（特許文献１参照）。従来の表面処理槽の例を模式的に断面図として図２に示す。図２中の矢印Ｂは金属材の搬送方向を示す。なお図２に示す金属材は、金属帯または金属線材のいずれでも良い。

図２に示すように、表面処理槽２内には処理液３が収容され、かつ処理液３の浴面下に搬送用のローラー４（以下、槽内ローラーという）が配設される。槽内ローラー４は、処理液３中で金属材１の搬送と方向転換を担うものである。したがって２個の槽内ローラー４の中間に位置する金属材１には張力が作用する。このようにして金属材１を矢印Ｂの方向へ走行させることによって、金属材１を連続的に処理液３に浸漬し、さらに処理液３から排出して次工程へ送給する。

金属帯または金属線材（すなわち金属材１）の表面処理はこのようにして行なわれるが、その生産性を向上するためには、金属材１の搬送速度を増速する必要がある。ところが処理液３中の金属材１の搬送速度が増速されると、処理液３によって生じる抵抗力が増加し、金属材１に作用する張力も増大する。このとき、処理液３中の金属材１の表面における化学反応の進行あるいは処理液３の付着量が不均一であれば、金属材１の表面性状も均一ではなくなり、金属材１に作用する張力が変動する。その結果、
(a) 処理液３中を走行する金属材１が蛇行する、
(b) 金属材１に伸長した部位と収縮した部位とが混在し、絞りと呼ばれる欠陥が生じる
等の問題が生じる。

近年、金属素材の材料開発が著しく進捗しており、とりわけ鉄鋼材料では強度の向上，不純物の低減等の技術が確立されてきた。さらに、それらの技術に基づいて、極めて薄い鋼帯（以下、薄鋼帯という）を製造する技術も検討されている。薄鋼帯は単重（すなわち単位面積あたりの質量：kg／ｍ²）が小さいので、その表面処理の生産性（ ton／hr）を向上するためには、薄鋼帯の搬送速度を増速する必要がある。一方、上記の (b)は、薄鋼帯を増速して表面処理を行なう場合に発生しやすい。そのため、薄鋼帯の搬送速度は、絞りが発生しない範囲に抑えられる。

つまり特許文献１に開示された技術は、金属材の表面処理における生産性の向上（すなわち搬送速度の増速）の観点から改善の余地が残されていた。
特公平7-35592 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、金属材（たとえば金属帯，金属線材等）の表面処理を行なうに際し、処理液によって生じる抵抗力を低減するとともに金属材の表面性状を均一にして、金属材に作用する張力の変動を抑制することによって、金属材の搬送速度の増速（すなわち生産性の向上）を可能にする表面処理方法および表面処理槽を提供することを目的とする。

本発明は、金属材を処理液に浸漬して金属材の表面に化学的処理を施す表面処理方法において、処理液中で金属材の搬送方向を転換する槽内ローラー間にて、金属材の搬送方向の上流側から下流側に向けて金属板の上下両側の表面に気泡ノズルから微細な気泡を吹き付けて、処理液によって生じる抵抗力を低減することによって金属材の張力変動を抑制する金属材の表面処理方法である。
本発明の表面処理方法においては、気泡の平均径が、１〜50μｍの範囲内を満足することが好ましい。
さらに本発明の表面処理方法は、金属帯または金属線材の表面処理に適用するのが好ましい。

また本発明は、金属材の表面に化学的処理を施す処理液を収容して金属材を浸漬させる表面処理槽であって、処理液中で金属材の搬送方向を転換する槽内ローラー間に、金属材の搬送方向の上流側から下流側に向けて金属板の上下両側の表面に微細な気泡を吹き付けて、処理液によって生じる抵抗力を低減するための気泡ノズルを有する金属材の表面処理槽である。

本発明によれば、金属材の表面処理を行なうに際し、処理液によって生じる抵抗力を低減するとともに金属材の表面性状を均一にして、金属材に作用する張力の変動を抑制できる。その結果、金属材の搬送速度を増速し、生産性を向上することが可能となる。

図１は、本発明を適用する装置の配置の例を模式的に示す断面図である。図１中の矢印Ａは金属材の搬送方向を示す。なお図１に示す金属材は、金属帯または金属線材のいずれでも良い。
図１に示すように、表面処理槽２内には処理液３が収容され、かつ処理液３の浴面下に搬送用の槽内ローラー４が配設される。槽内ローラー４は、酸洗液３中で金属材１の搬送と方向転換を担うものである。したがって２個の槽内ローラー４の中間に位置する金属材１には張力が作用する。このようにして金属材１を矢印Ａの方向へ走行させることによって、金属材１を連続的に処理液３に浸漬し、さらに処理液３から排出して次工程へ送給する。

表面処理槽２内には、さらに気泡ノズル６が配設され、処理液３中に微細な気泡５を供給する。気泡５は、金属材１に付随して移動する処理液３（すなわち金属材１との境界層に位置する処理液）に巻き込まれる。その結果、金属材１との境界層３に位置する処理液の見掛け密度が低減し、処理液３によって生じる抵抗力も低減する。
しかも微細な気泡５は、境界層の処理液３に均一に分散するので、金属材１の表面における化学反応は均一に進行（たとえば酸洗，化成処理，めっき処理等）し、あるいは処理液３は均一に付着（たとえば塗油，塗装等）する。したがって、金属材１の表面性状は均一になり、金属材１に作用する張力の変動を抑制できる。

気泡ノズル６の配置については、特定の配列方法に限定しない。たとえば、金属材１の上下両側に気泡ノズル６を配置する場合には、
(A) 金属材１の上下両側の搬送方向に、それぞれ複数個の気泡ノズル６を配置する、
(B) 金属材１の上下両側の幅方向に、それぞれ複数個の気泡ノズル６を配置する、
(C) 上記の (A)，(B) を併用する
(D) 金属材１の搬送方向の上流側から下流側に向けて、金属材１の上下両側にそれぞれ１個の気泡ノズル６を配置する、
(E) 金属材１の搬送方向の下流側から上流側に向けて、金属材１の上下両側にそれぞれ１個の気泡ノズル６を配置する
等の配置が可能である。ただし (A)〜(C) は、気泡ノズル６およびその配管が複雑になるので、メンテナンスの負荷が増大する。また (E)は、気泡５の供給方向と金属材１の移動方向が干渉するので、気泡５は、境界層の処理液３に均一に分散しにくい。したがって気泡ノズル６の配置は、上記の (D)が好ましい。

金属材１が金属線材である場合、また金属材１が金属帯である場合は、金属材１（すなわち金属線材，金属帯）の上下両側に気泡ノズル６を配置する。

気泡を生成する方法は適宜の方法を採用することができるが、水ポンプの吐出側へ空気を吹き込み、その後、マイクロバブル生成ミキサーを通過させることで生成することができる。この場合、気泡の平均径は水ポンプ吐出圧力と空気吹き込み圧力を調整することで変更することができる。
気泡の平均径は、微細な気泡を形成させている液槽の液面を写真撮影して、１cm²の液面で崩壊する気泡の径を算術平均することによって求めることができる。そこで、水ポンプ吐出圧力と空気吹き込み圧力を適宜調整しながら平均径を求めておけば、所望の気泡径を有する微細な気泡を生成させることができる。

気泡５の平均径を50μｍ以下とするのは、気泡５の平均径が50μｍを超えると、処理液３と金属材１との接触が気泡により阻害され易く、金属材１の表面性状が不均一になり易いためである。気泡５の平均径は50μｍ以下であれば本発明の効果が得られるが、１μｍよりも小さい平均径になると、気泡５を形成する気体が処理液に溶解し易く、また気泡同士の接触により集合が起こり、実質的に１μｍ以上の粒径となるため、気泡５の平均径を１μｍ未満に調整する意味はない。

また実際は、平均径１〜50μｍの微細な気泡は液中でかなり安定であり、液槽の壁面から液槽中へ平均径１〜50μｍの気泡５を噴出させても、液槽全体に微細な気泡が広がって、本発明の効果を得ることができるが、本発明では、前記したように金属材１の表面へ向けて気泡５を吹き付ける。

以上に説明した通り、本発明によれば、金属材の表面処理を行なうに際し、処理液によって生じる抵抗力を低減するとともに金属材の表面性状を均一にして、金属材に作用する張力の変動を抑制できる。その結果、金属材の搬送速度を増速し、生産性を向上することが可能となる。
なお、金属材として金属帯や金属線材に本発明を適用する場合について詳細に説明したが、その他の長尺材料（たとえば金属管等）に本発明を適用することは可能である。

薄鋼帯の焼鈍を行なう連続焼鈍ライン（いわゆるＣＡＬ）の酸洗槽に、図１に示すような気泡ノズル６を、薄鋼帯の搬送方向の上流側から下流側に向けて、薄鋼帯の上下両側にそれぞれ１個ずつ配置した。ここでは図１を参照して、金属材１を薄鋼帯（厚さ0.2mm ，幅１ｍ，焼鈍前の鋼板），表面処理槽３を酸洗槽，処理液２を酸洗液として記す。
冷間圧延設備にてコイルに巻き取られた薄鋼帯１を連続的に払い出し、酸洗槽３に送給して、酸洗液２に浸漬した。気泡ノズル６は、薄鋼帯１の搬送方向の上流側から下流側に向けて気泡５を供給し、かつ薄鋼帯１の上下両面に気泡５を吹き付けるように配置した。図示しない水ポンプから酸洗液を１MPa の吐出圧で吐出させるとともに、水ポンプ吐出側で空気を吹き込んだ後、マイクロバブル生成ミキサーを通すことで、気泡を微細な気泡にして気泡ノズル６へ供給した。予め空気の吹き込み圧力を１〜10MPa に調整しながら酸洗槽の表面に浮上する気泡の平均径を求めておき、５〜300 μｍの範囲で気泡の平均径を調整できることを確認しておいた。

このようにして酸洗を行ないながら、２個の槽内ローラー４の中間に位置する薄鋼帯１に作用する張力を測定した。張力の測定は、薄鋼帯１を搬送する鋼板搬送モーターの電力値から換算した。気泡５の平均径と薄鋼帯１に作用する張力との関係を図３に示す。
ただし図３では、薄鋼帯１に作用する張力を張力指数として示す。張力指数とは、気泡を供給しない場合の張力を基準値（＝ 100％）として、相対的に評価する指標である。つまり張力指数が小さいほど、薄鋼帯１に作用する張力が小さいことを示す。気泡５の平均径は、既に説明した液面を写真撮影する方法を用いて算出した平均値である。

図３から明らかなように、気泡５の平均径が小さい方が、張力指数は減少している。特に、気泡５の平均径が１〜50μｍの範囲内では、張力指数が著しく減少している。

本発明を適用する表面処理槽の例を模式的に示す断面図である。従来の表面処理槽の例を模式的に示す断面図である。気泡の平均径と薄鋼帯に作用する張力との関係を示すグラフである。

符号の説明

１金属材
２表面処理槽
３処理液
４槽内ローラー
５気泡
６気泡ノズル

Claims

金属材を処理液に浸漬して前記金属材の表面に化学的処理を施す表面処理方法において、前記処理液中で前記金属材の搬送方向を転換する槽内ローラー間にて、前記金属材の搬送方向の上流側から下流側に向けて前記金属板の上下両側の表面に気泡ノズルから微細な気泡を吹き付けて、前記処理液によって生じる抵抗力を低減することによって前記金属材の張力変動を抑制することを特徴とする金属材の表面処理方法。
前記金属材が金属帯または金属線材であり、前記金属材を前記処理液に連続的に浸漬することを特徴とする請求項１に記載の金属材の表面処理方法。
金属材の表面に化学的処理を施す処理液を収容して前記金属材を浸漬させる表面処理槽であって、前記処理液中で前記金属材の搬送方向を転換する槽内ローラー間に、前記金属材の搬送方向の上流側から下流側に向けて前記金属板の上下両側の表面に微細な気泡を吹き付けて、前記処理液によって生じる抵抗力を低減するための気泡ノズルを有することを特徴とする金属材の表面処理槽。