JPH04325661A - 溶融メッキ方法 - 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】

【０００１】

【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に関するものである。本
発明を適用することにより得られるメッキ鋼板において
、特にＺｎ，Ａｌ，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、これらの品質と生産性
の向上が重要である。

【０００２】

【従来の技術】従来の溶融メッキ方法は鋼帯を還元性ガ
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
として採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの方法の欠点は
鋼帯がメッキ浴中を通過する際、鋼帯の一部がメッキ浴
中に溶出し、この溶出した大部分のＦｅ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鋼帯をポッ
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。

【０００４】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汲み出して、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、鋼帯
表面に付着して外観を損なっている。

【０００５】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般的であるが、ラインスピ
ードが１６０ｍ／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鋼帯に付着し
たり鋼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
。

【０００６】米国特許第３，２０１，２７５号明細書に
は溶融メッキに適用した場合に上記の問題を解決できる
方法が開示されているが、この方法はコーティングノズ
ルより液面が低い樹脂溶液から毛細管現象で樹脂溶液を
吸い上げ、コーティングノズルに樹脂溶液のメニスカス
を形成し、テープと接触することによりコーティングを
行っている。この方法を溶融メッキに適用しようとする
と、次のような問題点が生じる。毛細管現象により溶融
金属を吸い上げるためには、管の壁が溶融金属と濡れ性
が良いことが必要であり、このような材質のものでは同
時に溶融金属と反応してしまい、吸い上げる途中で溶融
金属を汚染するとともに毛細管を閉塞してしまう。また
溶融金属は樹脂溶液と比較すると比重が大きいので円滑
な吸い上げが困難で、金属帯の走行速度が速くなると溶
融金属の供給が不足し被覆ができなくなる。

【０００７】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、走行する鋼帯の速度に応じて付着量は一定
に制御される。ところが金属帯とノズル開口部との距離
を調整してメッキ付着量を制御する場合、メッキ付着量
は金属帯とノズル開口部との距離がある値を境にして急
激に変化し、しかもその前後ではあまり変化しない傾向
がある。このため制御の安定上、金属帯とノズル開口部
の距離はメッキ付着量の大きく変動しない領域にするし
かなく、目的のメッキ付着量に設定できない欠点があっ
た。

【０００８】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付け、吹き付けられた溶
融金属は鋼板によって冷却されてそのまま被覆金属とな
るように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１ｍｍ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
圧方式により制御される。

【０００９】以上の公知例においては共通して以下の実
操業上の問題点がある。一つは両面メッキでの問題であ
る。鋼帯通板における振動等のパスライン変動を支持ロ
ールで安定支持し、鋼帯片面側に近接ノズルによりメッ
キを施す方法では片面をメッキした後、もう片方の面に
メッキを施す時、既メッキ面は支持ロールに接触するこ
とになる。溶融メッキの常法として鋼帯温度はメッキ金
属の融点近傍とするため、既メッキ面上のメッキ金属は
溶融状態であるか半溶融状態となっており、支持ロール
との接触により外観的、品質的に均質さを失うという問
題点がある。もう一つの問題点は連続操業性である。連
続操業を行うには、鋼帯コイルと鋼帯コイルは必ず溶接
により接続する必要性があり、この溶接部は鋼帯幅方向
に熱歪による凹凸を生じるのが常であるため、近接した
ノズルに衝突することとなる。このノズルを退避すれば
よいが、ノズルには付随した装置として溶融金属の釜あ
るいは湯道が接続されているため、これら一式の重量物
を数〜数十ミクロンの精度で移動させることは困難であ
る。さらにいえば実操業に供される鋼帯としては必ずし
もフラットな形状でなく、時として鋼帯幅方向や長手方
向に波を持った形状の鋼帯をもメッキを行う必要があり
、鋼帯とノズル間のギャップを安定に保持することは困
難である。

【００１０】そこで、さきに本発明者らは走行する鋼帯
の面にロールを接触させ、該ロールに対して近接して配
設されたノズルを介して溶融金属を該ロールに付着させ
、次いで鋼帯に転写する高速溶融メッキ法を創案した。 しかしこのロール転写メッキ法では、ロール表面を溶融
金属に対して溶食されにくくする必要から、セラミック
材質とすることが要求される。ところが一般にセラミッ
ク材質は溶融金属との濡れ性が劣るため、一旦付着した
溶融金属はロール回転数の増加によりスプラッシュ状に
飛散する現象が認められ、高速化の障害となっていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らはロールのセ
ラミック面への溶融金属の濡れ性を種々検討した結果以
下の方法を見出した。即ち、本発明の要旨とするところ
は、走行する鋼帯の面にロールを接触させ、該ロールに
対して近接して配設されたノズルを介して溶融金属を該
ロールに付着させ、次いで鋼帯に転写する高速溶融メッ
キ法において、前記ロールの表面温度を溶融金属の融点
より低くなるように制御することを特徴とする溶融メッ
キ方法にある。

【００１２】以下、本発明の実施の態様を図面に基づい
て説明する。本発明の実施の態様においては、図１に示
す如く鋼帯１に対してコーティングロール２を接触させ
、このコーティングロール２にノズル３を近接して配置
し、Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｂまたはこれら各金属の合金
系金属の溶融金属をノズル３に供給し、コーティングロ
ール２に溶融金属を一旦付着させ、さらに鋼帯１に転写
するようにしている。コーティングロール２の少なくと
もロール面は溶融金属に対し耐溶食性を有する酸化物系
、炭化物系、窒化物系のセラミック材で被覆する。材質
選定に当たって溶融金属との濡れ性は考慮する必要はな
い。濡れ性が悪い場合は、ロール２の高速回転に伴い溶
融金属はスプラッシュ状に飛散するが、ロール２の温度
管理により解決できる。この点については後で詳細に述
べる。

【００１３】ノズル３の開口部はスリット状あるいは多
孔とし、ノズル３の先端開口部とコーティングロール２
との間隔は通常１ｍｍ以下とし、好ましくは０．５〜０
．０５ｍｍとする。この間隔が１ｍｍを越えるとノズル
３から吐出した溶融金属がストライプ状あるいは筋状に
コーティングロール２へ付着し、鋼帯へ転写後も筋状メ
ッキとなりメッキ鋼板として用をなさない。さらに０．
５ｍｍ以下になると特に均一なメッキ外観を示す。 またノズル３の先端開口部とコーティングロール２との
間隔が、０．０５ｍｍ未満になると高温での熱歪や機械
的振動などによりロール幅方向にコーティングロール２
とノズル３との間隔の精度を確保することが困難となり
、却って筋状のメッキ外観となる。溶融金属の吐出速度
は溶融金属自身のヘッド圧、あるいは窒素等の非酸化性
ガスによる加圧などの静圧によって制御する。ノズル３
には溶融金属の吐出用スリット４あるいは多孔５の開口
部を設ける。スリット４の幅あるいは多孔５の直径は３
〜０．３ｍｍの範囲とする。０．３ｍｍ未満ではノズル
からの溶融金属の吐出が脈動状に不安定となり、３ｍｍ
超では付着量を制御するためにコーティングロール２と
ノズル３の先端との距離を０．１ｍｍ以下とする必要が
あり、メッキ外観が損なわれる。

【００１４】ところでコーティングロール２の表面材質
は寿命の観点からセラミック材質が必要であることを述
べた。セラミックは溶融金属との反応性が低いことが長
所である反面、溶融金属との濡れ広がり性には欠ける。 上述の均一塗着条件に設定しても、コーティングロール
面の濡れ性が乏しければコーティングロール２に一旦は
均一塗着してもロール面から溶融金属が弾かれて不均一
塗着に到る。この点を解決するためにはコーティングロ
ール２を溶融金属の融点より低く、好ましくは最大１５
０℃だけ融点より低く保つように温度制御し、一旦コー
ティングロール２に塗着した溶融金属をロールとの界面
近傍のみで箔状に凝固させその形状が保たれるようにし
、その上に付着した溶融金属の濡れ広がり性を確保する
。コーティングロール２は溶融メッキ金属が融点以上に
なっていることから自然には温度は下がらない。そこで
強制冷却によりロール温度を溶融金属の融点以下に下げ
る必要がある。この手段として、例えば水や非酸化性ガ
スなどの冷媒をロール内部に通じ、熱交換により抜熱を
行う。このように構成すると高速ロール回転時もロール
２の表面材質によらずスプラッシュの発生がなくなる。 この様子を図２に示す。また付着量制御のためコーティ
ングロール表面に多数の微細な凹部を設け、グラビアロ
ール状として凹部に溶融金属を保ち、しかる後鋼帯に転
写し、メッキとする方法を採ることができる。

【００１５】この際コーティングロールの回転方法は鋼
帯の進行方向に対して順方向（ナチュラル）、逆方向（
レバース）のいずれの方向でも同様の結果を得ることが
できる。この際、雰囲気は還元性とする。このようにし
てメッキを施された鋼帯は非酸化性ガスまたは酸化性ガ
スまたは気水スプレーによりメッキ金属が凝固せしめら
れ、かくして溶融メッキ鋼帯製品が得られる。

【００１６】両面メッキ製品を製造する必要のある時は
、コーティングロールを鋼帯表裏に一対設置し、同時に
両面をメッキすることが可能である。両面メッキおよび
片面メッキ時の配置例を図３（ａ），（ｂ）に示す。 ところで連続操業においては、鋼帯コイル同士の繋目が
必ず発生し、この繋目は通常、溶接にて接合されるが、
この接合部は鋼帯厚みの数倍の厚みを持っている。この
接合部がコーティングロール２を通過する際、ロールを
傷めるか、あるいは破損してしまう。これを回避するた
め、コーティングロール２の瞬時退避機構を設けること
も可能で、例えば溶接接合部のトラッキング信号により
自動的に瞬時退避させることが可能となる。

【００１７】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、鋼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、フラックス塗布等が利
用できる。さらに鋼帯の温度を溶融金属の融点近傍に加
熱することも必要でこれも溶融メッキの常法である。

【００１８】

【実施例】次に実施例により本発明を説明する。 （実施例１）図１は本発明の実施態様の１例を示すもの
で、鋼帯１は還元性ガス雰囲気中で加熱して、表面を清
浄にしたものである。コーティングロール２はフラット
ロールを用い、鋼帯１に接触させるようにし、コーティ
ングロール２に近接してノズル３を配置する。コーティ
ングロール２とノズル３の位置関係は、ロール２に対し
ノズル３を横に置き、ロール２とノズル３の間の距離は
０．５ｍｍとし、ノズル３先端のスリット開口幅は２ｍ
ｍとした。コーティングロール２およびノズル３は酸化
クロムの材質とした。ノズル３への溶融金属の供給は、
別に設けた溶解釜６に地金７を連続的に供給しながら発
生するヘッド圧により行った。

【００１９】溶融金属の供給系を図４に示す。地金７の
供給速度は、メッキによって消費される地金量、即ち目
標メッキ厚みに必要な量だけ供給するように規定された
。供試した鋼帯の幅は５００ｍｍ、厚み０．８ｍｍ、鋼
帯の走行速度は４００ｍ／ｍｉｎで、溶融亜鉛を２０μ
ｍの厚みにメッキした。メッキ装置での雰囲気は水素１
５％−残窒素の組成のガスを用いた。メッキ時の鋼帯温
度は４５０℃、コーティングロール２の温度は３５０℃
とした。メッキ後の鋼帯温度は１秒の保定後、大気中で
空冷し、メッキ層が凝固した後、水冷した。このように
して製造したメッキ鋼帯は表面が均一美麗で、地鉄との
合金層量も従来のメッキ鋼帯の１０分の１に低減した。

【００２０】（実施例２）本実施例において、実施装置
は同じく図１に示すものを用いた。鋼帯１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あった。 コーティングロール２はグラビアロールを用い、鋼帯１
に接触させ、コーティングロール２に近接してノズル３
を配置した。用いたグラビアロールは格子型セルを有し
、メッシュとして１インチ当り７５分割したもので、１
つの格子の深さが１３７μｍのものであった。また鋼帯
１の進行方向とコーティングロール２の回転方向は同一
とした。コーティングロール２とノズル３の位置関係は
ロール２に対しノズル３を横に置き、ロール２とノズル
３の間の距離は０．９ｍｍとした。ノズル３先端のスリ
ット開口幅は２ｍｍとした。コーティングロール２およ
びノズル３の材質は窒化珪素とした。ノズルへの溶融金
属の供給は別に設けた溶解釜６に地金７を連続的に供給
しながら発生するヘッド圧により行った。溶融金属の供
給系を図４に示す。地金７の供給速度は必要メッキ量分
を補給するように規定した。

【００２１】供試した鋼帯の幅は５００ｍｍ、厚み０．
８ｍｍ、鋼帯の走行速度は４００ｍ／ｍｉｎで、溶融亜
鉛を２０μｍの厚みにメッキした。メッキ装置での雰囲
気は水素１５％−残窒素の組成のガスを用いた。メッキ
時の鋼帯温度は４５０℃、コーティングロール２の温度
は３００℃とした。メッキ後の鋼帯温度は１秒の保定後
、大気中で空冷し、メッキ層が凝固した後、水冷した。

【００２２】このようにして製造したメッキ鋼帯は表面
が均一美麗で、地鉄との合金層量も従来のメッキ鋼帯の
１０分の１に低減した。

【００２３】（実施例３）実施例２においてグラビアロ
ールのメッシュを１インチ当り１８０分割とし、１つの
格子の深さを４５μｍとした。この場合、溶融亜鉛メッ
キのメッキ厚みとして５μｍを得た。

【００２４】（実施例４）実施例３における溶融亜鉛メ
ッキの代わりに、溶融アルミニウムメッキを行った。こ
の際、メッキ時の鋼帯温度は６５０℃、コーティングロ
ール温度は５５０℃とした。その結果メッキ厚みとして
５μｍの美麗な外観のアルミニウムメッキ鋼帯を得た。

【００２５】（比較例１）実施例１、２、３、４におい
てロール２の表面温度を溶融金属の融点以上にした場合
は、ロール２からの溶融金属のスプラッシュがロール周
速度５０ｍ／ｍｉｎ以上で激しく発生し、鋼帯へのメッ
キが不可能であった。

【００２６】

【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。

【００２７】本発明によれば以上の問題点を一挙に解決
できると共に、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ち、将来の表面処理方
法を指向する画期的な価値のある方法である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置概念図である。

【図２】ロール温度とスプラッシュ発生傾向の関係を示
す図である。

【図３】（ａ）は片面メッキ時のロール、ノズル配置例
の説明図である。 （ｂ）は両面メッキ時のロール、ノズル配置例の説明図
である。

【図４】溶融金属の連続供給系の説明図である。

【符号の説明】

１　　　　鋼帯 ２　　　　コーティングロール ３　　　　ノズル ４　　　　スリット ５　　　　多孔 ６　　　　溶解釜 ７　　　　地金 ８　　　　溶融メッキ金属

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　走行する鋼帯の面にロールを接触させ
   、該ロールに対して近接して配設されたノズルを介して
   溶融金属を該ロールに付着させ、次いで鋼帯に転写する
   高速溶融メッキ法において、前記ロールの表面温度を溶
   融金属の融点より低くなるように制御することを特徴と
   する溶融メッキ方法。