JPH03134150A - 高速容融メッキにおけるメッキ金属の均一吐出方法およびそのためのノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は鋼板に被覆金属を高純度に高速で溶融メッキす
る方法およびそのためのノズルに関するものである。

金属被覆鋼板の内、特にＺｎ、　ｊＶ、　Ｓｎ、　Ｐｂ
およびこれらの金属の合金系被覆鋼板は自動車用、建築
用、電気機器用、缶用の材料として広く用いられており
、その品質と生産性の向上が重要課題であり、本発明の
利用分野の一例である。

（従来の技術） 従来の溶融メッキ方法は銅帯を還元性ガスの雰囲気中で
加熱することにより表面を清浄化した後、被覆したい金
属の溶融浴に導いて浸漬メッキしその後、メッキ浴より
引き上げて、直後にスリット状のノズルにより噴射する
気体で過剰に付着した溶融金属を除去し付着量を制御す
るもの、あるいは片面だけを溶融金属に接触させた後噴
射気体により過剰の溶融金属を除去し付着量を制御する
ものがある。このような浸漬メッキはＺｎメッキ、Ａｌ
メッキおよびターンメッキに代表されるように今日、一
般に広く使用される素材の製造法とし士採用されている
。

（発明が解決しようとする課題） この方法の欠点は調帯がメッキ浴中を通過する際、調帯
の一部がメッキ浴中に溶出し、この溶出した大部分のＦ
ｅはその後、浴成分と金属間化合物を形成して、浴中に
浮遊し、いわゆる浮遊ドロスとなる。この浮遊ドロスは
メッキの際メッキ層中に混入し製品の外観や耐食性、加
工性などを低下させていた。次にメッキ浴の容量につい
ては調帯をポットロールでメッキ浴中に導入し浸漬でき
る程の大容量が必要である。

従来この大容量にしたメッキ浴の浴組成を変更する場合
、特に大幅に変更して製品品種を切り替える場合はメッ
キ浴の一部をくみ出して、メッキ金属や添加金属を補給
もしくは添加する必要がある。このため多大の費用、時
間、労力を必要とするので、単一のメッキラインで製造
できる製品の種類には限界があった。また浸漬時間が長
いため金属と鋼板が反応して加工性を劣化させる脆い合
金層が厚く形成するのでメッキ浴に添加元素を加えて合
金層を薄くする手段が採られてきたが、今日のように加
工の程度が厳しくなると限界が生じている。さらに空気
中の酸素と溶融金属が反応して酸化ドロスが発生して溶
融金属を無駄に消費するとともに調帯表面に付着して外
観を損なっている。

次にメッキ付着量の制御は前述のごとく気体絞り法によ
り行うことが一最的であるが、ラインスピードが１６０
ｍ／ｍｉｎ以上になると絞り落とされた金属が激しく飛
散しスプラッシュとなって銅帯に付着したり、銅帯によ
り持ち上げられるメッキ金属量も多くなってドロスの発
生量が多くなり、高速化には限界があった。

以上述べたように浸漬メッキ法は種々の欠点があり、こ
れらの問題点を解決するために浸漬浴を用いない新規な
溶融メッキ法が提示されている。

特公昭５７−２４０６６号公報には溶融金属をロールコ
ート方式で塗布してメッキする方法が開示されている。

この方法は浴組成の切り替えには有７１であるが、メッ
キ浴の汚染、高速化の問題は解決できない。

特開昭６１−２０７５５５号公報には上記問題点を解決
する手段として以下の方法の開示がある。ノズルの開口
部に溶融金属のメニスカスを形成して、そのメニスカス
に金属帯を接触させながら金属帯を走行させると開口部
からの溶融金属流出量は自由流出の場合より多く、連続
操業でのメッキ付着量を容易に制御できる。この流出量
は溶融金属の濡れ付着力によりもたらされるもので、走
行する銅帯の速度に応じて付着量は一定に制御されるも
のである。また、特開昭５９−６７３５７号公報にはア
モルファスリボンの製造方法に着眼して、溶融金属をス
リット状ノズルまたは多孔ノズルを通して、回転ディス
クの代わりに、走行する鋼板上に吹きつけ、吹きつけら
れた溶融金属を鋼板によって冷却してそのまま被覆金属
とする方法が開示されている。具体的には溶融金属を入
れた容器をドラム上を走行する鋼板の上方に設置し、溶
融金属の入った容器にはスリット状ノズルあるいは多孔
ノズルを付けておき、ノズル先端と板との間隔を近接さ
せ、通常１闘以下とする。溶融金属の流出速度はヘッド
の高さあるいはＡｒ等の不活性ガスによる加圧等の静圧
で決まる。

ところが前記２件の公開公報には、ノズルからの溶融金
属の初期吐出時に発生する板幅方向の不均一吐出につい
ては開示されておらず技術として未完成である。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは高速溶融メッキにおける溶融金属の均一吐
出方法について種々検討の結果、本発明を完成させた。

すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりで
ある。

（１）走行する金属帯の面に臨んで開口部を有する溶融
金属噴出ノズルを設け、該ノズルに熔融金属を静圧によ
り供給してノズル開口部と金属帯間に溶融金属溜りを形
成し、これにより金属帯表面に溶融金属をメッキするに
際し、ノズルからの熔融金属の初期吐出時に金属帯幅方
向にノズル開口幅を５００　ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で
拡大することを特徴とする高速溶融メッキにおけるメッ
キ金属の均一吐出方法。

（２）走行する金属帯の面に臨んで開口部を有し、該開
口部の開口幅を変化せしめるスライド式シャッターを幅
方向に進退自在に設けるとともに、速度制御機構を具備
するシャッター駆動装置を設けてなる高速溶融メッキに
おけるメッキ金属の均−吐出用ノズル。

本発明を図面に示す実施態様に基づいて説明する。

第１図に示す如く本発明の実施に際して、Ｚｎ。

Ａ７．Ｓｎ、Ｐｂあるいはこれら各金属の合金系金属の
溶融金属６を入れた容器ｌを、走行する綱帯２の下面あ
るいは垂直面に対して設置し、鋼帯の反対面には支持ロ
ール３を設置する。溶融金属の入った容器１にはスリッ
ト状ノズル４を付け、ノズル先端と鋼帯との間隔は近接
させ通常１ｍｍ以下とする。

第２図に示す如く、ノズルスリット開口部８（以下単に
スリット開口部という）の調帯幅方向の幅を可変とする
ために該スリット開口部に板状のノズルスリット開口部
閉塞用シャッター５（以下単にシャッターという）を設
は銅帯幅方向に移動可能とする。このシャッターの移動
は油圧、エアー圧、モーター等の手段により毎秒５００
　ｍｍ以下の速度で徐々にスリット開口部８の幅を広げ
るようにする。シャッター５の材質は耐熱ステンレス等
の耐熱鋼でもよいが溶融金属と濡れ性の良いＮｉ等のメ
ッキあるいはＮｉ等の地金を使用するとさらに円滑に均
一吐出が行える。このシャッター５は初期の吐出時のみ
に使用するため溶融金属との反応性のよい金属の使用が
可能である。

このようなシャッターが必要な理由を以下に述べる。

溶融金属の融点での表面張力は亜鉛で８１０ｄｙｎｅ／
ｃｍ、アルミニウムで９１４　ｄｙｎｅ／ｃｍ、錫で５
６０　ｄｙｎｅ／ｃｎ＋、鉛で４５８　ｄｙｎｅ／　ａ
ｍであり（金属学会誌（１９７６）第１０号ｐ１０３６
）、比較として水は７２　ｄｙｎｅ／ｃｍである。

このような溶融金属がスリット開口部から吐出し始める
初期の状態では溶融金属はまだスリット開口部から外部
へは流れ出ておらず、スリット開口部内で表面張力によ
り溶融金属をスリット開口部内へ押し下げる圧力が発生
する。例えば亜鉛の場合、銅帯長手方向のスリット開口
部の幅を１ｍｍとすると、圧力として１４８ｍｍＡｑの
圧力が作用する。参考として水の場合は１３ｍｍＡｑで
あり、溶融金属では表面張力の影響が無視できぬ程大き
くなることが分かる。

一方、スリット開口部の銅帯長手方向の開口幅を調帯幅
方向に亙って熱歪も含めて正確に１＋＋ｒｍとすること
は実際的には困難であるから若干広いスリット開口部か
ら溶融金属は優先的に吐出する様になる。この吐出した
スリット開口部にはもはや表面張力は作用しないから、
吐出していないスリット開口部から溶融金属を吐出させ
るためには１４８ｍｍＡｑ以上の圧力損失に対応する吐
出流量の溶融金属を初期に吐出したスリット開口部がら
吐出させなければならない。

メッキ付着１２０頗を銅帯走行速度毎分３００ｍで得る
ためには鋼帯幅１００ｍｍ当りの吐出流量は毎分０．６
リツトルであり、これに対応したスリット開口部での圧
力損失は２０ａｕｎＡｑ程度である。従って、初期吐出
時には必要吐出流量の５０倍以上の溶融金属を吐出させ
る必要がある。

このような状態になると、過剰の吐出した溶融金属は調
帯に付着せずノズルからオーバーフローしてメッキ室内
に流出し室内を汚染すると共に、初期吐出の度に室内に
蓄積するようになる。これを防止するためには過剰の溶
融金属をメッキ室から排出する機構を設けねばならず、
設備的に複雑になるとともに経済的にも損失が大きい。

そこでスリット開口部での圧力損失を増加させるため鋼
帯長手方向のスリット開口部の幅をさらに狭くする方法
も考えられるが、それに応じて、表面張力による押し下
げ圧力も増加するため解決にならない。

そこで本発明においてはスリット開口部に移動可能なシ
ャッターを設け、初期吐出時シこ鋼帯幅方向にスリット
開口部を徐々に広げるようにしてシャッターを移動させ
る（第３図）。このようにすれば初期に吐出しているス
リット開口部とシャッタ一端部との境目では溶融金属は
シャッターとの濡れ力によりスリット開口部から吐出で
きる。この境目はシャッターを鋼帯幅方向に移動するこ
とにより銅帯幅方向に移動し、銅帯全幅に亘って溶融金
属の吐出が可能となる。シャッターの移動速度が毎秒５
００ｍｍを越えるとシャッターと溶融金属の濡れ時間が
不足するため吐出が不完全となる。

以上のように構成することにより溶融金属の初期吐出が
銅帯幅方向に完全に行え、ノズルによるメニスカスメッ
キ法が実操業に適したものとなる。

本発明におけるシャンク−の形状はスリット開口部の形
状により決まる。シャッターの長さはスリット開口部の
鋼帯幅方向の開口長さ以上とし、駆動部と連結できる最
小長さが適宜決まる。シャッターの肉厚はスリット開口
部の銅帯長手方向の開口幅未満とし、できるだけその開
口幅に近い方が望ましいがシャッターの円滑なスライド
性を得るためにスリット開口の幅の５０％程度のシャッ
ター肉厚としても均一吐出の目的は達成される。

シャッターの幅はスリット開口部の肉厚未満とし、スリ
ット開口部から外部の調帯方向へはみ出さないように決
める。

シャッターを移動する駆動系についてはエアーシリンダ
ーの流量調整法や回転速度可変モーターに連結したｖｌ
、施紬を介して移動する等公知の方法が採用できる。

また溶融金属と鋼帯との濡れ性はメッキ密着性を確保す
るために必要であり、銅帯表面の清浄度が重要である。

これは公知の方法、例えば還元性雰囲気中での加熱や脱
脂、酸洗等の予備処理後非酸化性雰囲気に制御した室内
でのメッキを行うことで達成できる。さらに銅帯の温度
を溶融金属の融点以下に加熱することも必要で、これも
溶融メッキの常法である。

次に実施例により本発明を説明する。

（実施例） 第１図は本発明の実施方法の１例を示すもので、鋼帯２
は還元性ガス雰囲気中で加熱して表面を清浄にしたもの
で、水平方向に走行する場合と垂直方向に走行する場合
のノズルの配置例を併記しである。支持ロール３で鋼帯
２の走行を安定化させ、対向する面に溶融金属押し出し
用ノズル４を設置する。溶融金属押し出し用ノズル４の
基部に溶融金属容器１を接続し、溶融金属容器１より溶
融金属をノズル４に供給する。

次に鋼帯２に溶融アルミニウムメッキと溶融亜鉛メッキ
を施した場合を説明する。

溶融アルミニウムメッキの場合は鋼帯２として厚さ０．
８Ｍ、幅５００Ｍのものを用い、溶融金属押し出し用ノ
ズル４のスリット開口部８の隙間が０．７胴で鋼帯幅方
向の開口幅４９０柵のものを用いた。メッキは鋼帯２と
溶融金属押し出し用ノズル４の先端との距離を０．９　
ｍｍとして行った。ノズル４にはシャッター５としてＮ
ｉメッキしたステンレス鋼製の厚み０．５　ｍｍ、幅１
０ｍｍ、鋼帯幅方向長さ６００ｍｍの板をスリット開口
部８に挿入した。初期吐出時、シャッター５の位置はノ
ズルスリット開口部８が全閉の状態から鋼帯幅方向に１
０鵬だけシャッターを引き抜いた状態にしておき、溶融
金属を容器から押し出し始めた。吐出流量として銅帯幅
１００皿当り毎分０．６リツトル（鋼帯走行速度３００
　ｍ／ｍｉｎで付着量２０μｍ）に相当するノズル圧力
損失７．５＋＋ｕ＋＋Ａｑを与える圧力を金属容器１内
に窒素ガスにより加えた。溶融金属が吐出し始めた後、
シャッター５を毎秒５０柵の速度で鋼帯幅方向にスリッ
ト開口部８の幅が広がるように移動し銅帯全幅に亙って
ノズルからの吐出を確認した（第３図参照）。

以上の初期吐出法によりノズルからの溶融金属均一吐出
が可能であることを確認し、３００ｍ／ｍｉｎの鋼帯走
行速度での高速溶融メッキを行もだ。

その結果、金属間化合物のドロスの巻き込みのないメッ
キ層が得られ、表面も酸化ドロスのない美麗な外観とな
った。合金層は０．２−以下で絞り、しごき加工に十分
耐える加工性に優れた溶融メッキ銅板を連続的に得るこ
とができた。まだ次に示す溶融亜鉛メッキへの切り替え
作業も別に用意したノズルへ切り替えることにより簡便
に行うことができた。

溶融亜鉛メッキの場合は鋼帯２として厚さ０．８閣、幅
５００　ｍｍのものを用い、溶融金属押し出し用ノズル
４の開口部の隙間が０．７　ｍｍで幅４９０ｍｍのもの
を用いた。メッキは鋼帯２と溶融金属押し出し用ノズル
４の先端との距離を０．８　ｒｒｃｍとして実施した。

ノズル４にはシャッター５としてＮｉ金属製の厚み０．
４ｍ、幅１０ｍｍ、銅帯幅方向長さ６００胴の板をノズ
ルスリット開口部８に挿入した。

初期吐出時、シャッターの位置はノズルスリット開口部
が全閉の状態から鋼帯幅方向に２０ｍｍだけシャッター
を引き抜いた状態にしておき溶融金属を容器から押し出
し始めた。吐出流量として鋼帯幅１００ｍｍ当り毎分０
．６リツトル（銅帯走行速度３００ｍ／ｍｉｎで付着１
ｔ２０頗）に相当するノズル圧力損失２０＋ｍｎＡｑを
与える圧力を金属容器１内に窒素ガスにより加えた。溶
融金属が吐出し始めた後、シャッターを毎秒３００鵬の
速度で銅帯幅方向にスリット開口部の幅が広がるように
移動し銅帯全幅に亙ってノズルからの吐出を確認した。

以上の初期吐出法によりノズルからの溶融金属均一吐出
が可能であることを確認し、３００ｍ／ｍｉｎの銅帯走
行速度での高速溶融亜鉛メッキを行った。

その結果、金属間化合物のドロスの巻き込みのないメッ
キ層が得られ、表面も酸化ドロスのない美麗な外観とな
った。合金層は０．１−以下でプレス加工に十分耐える
加工性に優れた溶融メッキ鋼板を得ることができた。

（発明の効果） 最近の溶融アルミニウムメッキラインや溶融亜鉛メッキ
ラインは自動車、建材を中心に益々生産量が増え、それ
に応じてライン速度は益々速くなると同時にメッキ後の
立ち上がり高さは益々高くなる傾向にあり建設費コスト
は高くなる。一方品種の多様化に伴い、同一ラインでの
品種切り替えロスも多くなる一方である。さらに品質上
の要求レベルも益々高度になりドロス付着防止はもちろ
ん、付着量の均一化、加工性の向上が強く要求されてい
る。本発明によれば以上の問題点を一挙に解決できると
ともに他分野、例えば有機樹脂溶液の高速コーティング
にも応用できる長所を持つ。

従って、本発明は将来の表面処理方法を指向する画期的
な価値のある発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるメッキ法の一例を示す図である。 第２図はノズルスリット開口部閉塞用シャッターをノズ
ルスリット開口部に装着した例を示す図である。 第３図はノズルスリット開口部閉塞用シャッターをノズ
ルスリット開口部から引き抜き、溶融金属が鋼板幅方向
全幅に亙って吐出する様子を示す図である（ノズルを鋼
板幅方向に見た図）。 第４図は比較例としてノズルスリット開口部閉塞用シャ
ッターを用いない時の溶融金属の吐出の様子を示す図で
ある（ノズルを鋼板幅方向に見た図）。 １・・・溶融金属の容器、２・・・鋼帯、３・・・支持
ロール、４・・・溶融金属押し出し用ノズル、５・・・
ノズルスリット開口部閉塞用シャッター、６・・・溶融
金属、７・・・溶融金属押上げ用加圧ガス導入口、８・
・・ノズルスリット開口部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）走行する金属帯の面に臨んで開口部を有する溶融
   金属噴出ノズルを設け、該ノズルに溶融金属を静圧によ
   り供給してノズル開口部と金属帯間に溶融金属溜りを形
   成し、これにより金属帯表面に溶融金属をメッキするに
   際し、ノズルからの溶融金属の初期吐出時に金属帯幅方
   向にノズル開口幅を５００ｍｍ／ｓｅｃ以下の速度で拡
   大することを特徴とする高速溶融メッキにおけるメッキ
   金属の均一吐出方法。
2. （２）走行する金属帯の面に臨んで開口部を有し、該開
   口部の開口幅を変化せしめるスライド式シャッターを幅
   方向に進退自在に設けるとともに、速度制御機構を具備
   するシャッター駆動装置を設けてなる高速溶融メッキに
   おけるメッキ金属の均一吐出用ノズル。