JPH07207420A - 溶融めっき用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 めっき付着量のバラツキを抑え、均一なめっ
き層をノズルめっき法で形成する。 【構成】 ノズルめっき法で、開口高さＡに対する奥行
きＢの比Ｂ／Ａが２５以上のスリット５を先端に形成し
たノズル２を使用する。 【効果】 Ｂ／Ａ≧２５とすることにより、スリット５
を通過するめっき金属の流動抵抗が大きくなり、スリッ
ト５の長手方向、すなわち鋼帯７の板幅方向に関するめ
っき金属の流量分布が均一化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スリット状ノズルから
吐出した溶融金属で走行している鋼帯を溶融めっきする
際、鋼帯の幅方向に関して均一なめっき付着量分布を得
る溶融めっき用ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼板に耐食性，耐熱性等を付与するため
に、Ｚｎ，Ａｌ，Ｚｎ−Ａｌ合金等をめっきした鋼板が
種々の分野で使用されている。この種のめっき鋼板は、
溶融めっき法，電気めっき法等によって製造されてい
る。近年では、蒸着めっき法も一部で採用されている。
溶融めっき法は、ガス還元，焼鈍炉で鋼帯表面を清浄且
つ活性化した後、めっき浴に鋼帯を浸漬し、シンクロー
ルを経てめっき浴から鋼帯を引き上げている。鋼帯表面
に付着している余剰のめっき金属は、鋼帯がめっき浴か
ら出た後、めっき浴の直上に配置されているガスワイピ
ングノズルから噴射された空気，窒素ガス等によって吹
き払われる。これにより、付着量が調整される。従来の
溶融めっき法では、めっき浴への浸漬及びガスワイピン
グによる付着量の調整の工程を経ることから、片面めっ
き，差厚めっき，表裏異種めっき等が困難であり、製造
できる品種が制約される。また、大規模な設備が必要と
なることから、めっき種の切換えに際し多大な作業時間
及び費用が必要となる。この点、従来の溶融めっき法
は、数少ない種類を大量生産することに適した方法では
あるが、操業柔軟性に欠ける。

【０００３】また、鋼帯の走行速度が大きくなると、鋼
帯によってめっき浴から持ち上げられるめっき金属の量
が多くなる。他方、鋼帯に付着しためっき金属をガスワ
イピングノズルで搾り取る量を多くしようとすると、非
常に高圧のガスを鋼帯表面に吹き付けることが要求さ
れ、騒音により作業環境が著しく損なわれる。この点、
ガスワイピングノズルで搾り取ることが可能なめっき金
属の量には限度がある。そのため、鋼帯の走行速度を大
きくすることができず、生産性の向上に制約が加わる。
更に、めっき浴に浸漬された鋼帯の一部が溶出し、めっ
き金属との反応によって金属間化合物、すなわちドロス
が生成する。ドロスは、めっき浴を使用するめっき方法
では避けられないものであり、めっき層に巻き込まれる
と耐食性等の品質特性を低下させる。そのため、生成し
たドロスを定期的に掻き出す作業が必要となるが、ドロ
スの掻出しに随伴してめっき金属も無駄に廃棄される。
このようなめっき浴を使用した従来の溶融めっき方法の
欠点を解消するものとして、スリットをもつノズルから
溶融めっき金属を吐出させ、連続的に走行している鋼帯
を溶融めっきするノズルめっき法が検討されている。

【０００４】ノズルめっき法では、図１に示すように、
めっき金属収容槽から金属供給管１を経てノズル２にめ
っき金属３が供給される。めっき金属３は、ノズル２内
の貯留部４を介し、ノズル２の先端に設けられているス
リット５から吐出される。吐出しためっき金属３は、支
持ロール６に巻き付けられて連続的に走行している鋼帯
７に送られ、鋼帯７の表面でめっき層８となる。図１の
設備構成で、鋼帯７の片面にめっき層８が形成される。
鋼帯７の両面をめっきする場合には、片面めっきした
後、他方の面にも同様にめっき金属を供給しめっき層を
形成する。ノズルめっき法は、鋼帯の表面及び裏面を別
々にめっきすることから、片面めっき，差厚めっき，表
裏異種めっき等を容易に行える。めっき種も短時間で切
り換えることができ、大規模なめっき槽が不要となるこ
とから設備負担も軽減される。また、鋼帯の走行速度に
応じてめっき金属の吐出量を調整するとき、めっき付着
量が容易に制御でき、高速めっきも可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ノズルめっき法で一定
した品質のめっき鋼板を得るためには、めっき層の厚み
を均一にすることが重要である。しかし、Ｚｎ，Ａｌ，
Ｚｎ−Ａｌ合金等は、溶融状態で非常に低い粘度を示す
ため、幅方向の吐出量分布が不均一になり易い。その結
果、鋼帯の幅方向に関して付着量分布にバラツキが生
じ、めっき層の厚み変動が大きくなる。吐出量分布が不
均一になる現象は、次のように説明される。貯留部４に
送り込まれためっき金属３は、スリット５から鋼帯７の
表面に向けて吐出される。このとき、溶融Ｚｎ等の低粘
度流体がノズル２の貯留部４に流入すると、めっき金属
３の圧力は金属供給管１の近傍で大きいものの、金属供
給管１から遠ざかるに従って圧力損失が大きくなる。め
っき金属３の圧力は、スリット５からの吐出圧力として
反映される。スリット５の中央部では大きな吐出圧力
で、スリット５の両端部近傍では小さな吐出圧力でめっ
き金属３が吐出されることになる。

【０００６】吐出量を少なくしたとき、図２に示すよう
に、ノズル２の中央部では吐出されためっき金属によっ
て鋼帯７の表面にめっき層８が形成されるが、ノズル２
の両端近傍ではめっき金属３の流出がなく、不めっき部
分９が生じる。ノズル２から吐出されるめっき金属３が
あっても、吐出量が少ないことから鋼帯７の表面に形成
されるめっき層が薄くなる。吐出量を多くした場合で
も、金属供給管１の近傍にあるノズル２の部分と両端部
近傍で吐出圧力に差があることから、スリット５の長手
方向に関する吐出量分布が不均一になる。その結果、鋼
帯７の幅方向に関して、めっき付着量が変動する。溶融
Ｚｎめっき，溶融Ａｌめっき等では、ＪＩＳ Ｇ３３０
２，Ｇ ３３１４に規定されているように、最少付着量
によってめっき付着量が区分されている。具体的には、
鋼帯の幅方向及び長手方向でめっき付着量を測定し、め
っき付着量の最少値が各めっき区分ごとの最少付着量以
上となるように、溶融めっきの操業条件を設定してい
る。したがって、めっき付着量分布が不均一な場合、必
要以上にめっきされる部分が多く、製造コストを上昇さ
せる。不均一なめっき付着量分布は、耐食性，耐熱性等
の品質特性が鋼帯の長手方向或いは幅方向で変わる原因
ともなる。そのため、品質に悪影響を及ぼし、品質に対
する信頼性が低下する。本発明は、このような問題を解
消すべく案出されたものであり、スリット形状を改良す
ることにより、スリットの長手方向に関してめっき金属
の吐出量を均一化し、付着量のバラツキが抑制されため
っき層を形成することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融めっき用ノ
ズルは、その目的を達成するため、スリットから吐出し
た溶融めっき金属で連続走行している鋼帯を溶融めっき
するノズルであって、前記スリットの開口高さＡに対す
る奥行きＢの比Ｂ／Ａが２５以上であることを特徴とす
る。

【０００８】

【作用】ノズルめっき法では、図１に示すように、めっ
き金属３は、ノズル２内の貯留部４に流入し、スリット
５から鋼帯８に向けて吐出される。このめっき金属３の
流動状態を調査・研究した結果、めっき金属３がスリッ
ト５を通過するときの流動抵抗を大きくとるとき、スリ
ット５からの吐出圧力分布が均一化することを見い出し
た。これは、流動抵抗の増加に応じスリット５が閉じた
状態に近くなり、貯留部４内にあるめっき金属３の圧力
が大きくなると共に、幅方向に関する圧力分布が均一に
なることに起因する。スリット５の開口高さを小さくす
るとき、流動抵抗は大きくなる。しかし、スリット５の
開口高さを単純に小さくするだけでは、実際のノズルめ
っき法で使用できないノズルとなる。すなわち、流動抵
抗を設定値以上に大きくするためには、スリット５の開
口高さを極めて小さくすることが要求されるが、このよ
うなスリット５では、異物がめっき金属３に混入した場
合にノズル閉塞が発生し易くなる。また、スリット５の
開口高さが小さなノズルを使用してめっき付着量が多い
厚めっきを施そうとすると、めっき金属３を高圧で吐出
する必要性から、特殊な耐圧装置が要求され、めっき装
置が複雑且つ高価なものとなる。

【０００９】この点、本発明においては、スリット５の
開口高さを極端に小さくすることなく、スリット５の開
口高さに比較して奥行きを大きくすることによって流動
抵抗を増加させている。図３（ａ）に示すようにスリッ
トの開口高さＡに対する奥行きＢの比Ｂ／Ａを２５以上
にすると、鋼帯７の幅方向に関して均一な付着量分布が
得られることを見い出した。スリット５の開口高さＡは
０．２〜２ｍｍ，奥行きＢは１００ｍｍ以下が好適であ
る。開口高さＡが０．２ｍｍ未満では、めっき金属３に
異物が混入した場合にノズル閉塞が発生し易くなる。逆
に、２ｍｍ以上の開口高さＡでは、それに応じてスリッ
ト５の奥行きＢを大きくとることが必要になり、ノズル
２の大規模化に伴ってノズル２の製作費が上昇する。同
様に、奥行きＢが１００ｍｍを超えるスリット５も、ノ
ズル２の製作費を上昇させる。

【００１０】スリット５の開口高さＡは、目標とするめ
っき付着量に応じて０．２〜２ｍｍの範囲で選定され
る。めっき付着量が少ない薄めっきでは、スリット５の
開口高さＡが小さいノズル２が使用される。この場合
に、開口高さＡの大きなノズル２を使用すると、めっき
金属３の吐出量が少ないことから、鋼帯７の走行速度を
大きくするに従ってトギレが生じ、不めっきが発生し易
くなる。しかし、開口高さＡの小さいノズル２を使用し
てめっき付着量が多い厚めっきを施そうとすると、スリ
ット５を介し高温のめっき金属３を高圧で吐出すること
から、高圧用のめっき装置が必要になり、めっき装置が
複雑且つ高価なものとなる。したがって、めっき付着量
が多い厚めっきでは、開口高さＡが大きなノズル２が使
用される。

【００１１】本発明の溶融めっき用ノズルは、たとえば
図３（ｂ）に示す設備構成に組み込まれる。ノズル２及
び支持ロール６は、無酸化炉方式のガス還元・焼鈍炉に
接続されためっき室１０内に配置されている。めっき室
１０には、鋼帯７の酸化を防止するため、ガス還元・焼
鈍炉で使用される雰囲気ガスと同一組成のＮ₂ −Ｈ₂混
合ガスが導入され、或いはガス還元・焼鈍炉から雰囲気
ガスを導入する。鋼帯７は、ガス還元・焼鈍炉で表面が
清浄・活性化された後、めっき室１０に導入され、支持
ロール６に巻き付けられる。支持ロール６に巻き付けら
れて走行する鋼帯７に、ノズル２からめっき金属３が吐
出される。ノズル２は、めっき金属３が凝固しないよう
に、適宜の加熱装置でめっき金属３の融点以上に加熱さ
れている。ノズル２は、取替え可能になっており、めっ
き付着量に応じ薄めっき用或いは厚めっき用に交換され
る。

【００１２】めっき金属３は、金属溶解槽１１でヒータ
１２によって融点以上に加熱・溶解され、金属溶解槽１
１の底部に設けた流出孔から流出管１３を経てめっき金
属槽１４に送り出される。ストッパーノズル１５の開度
を調整することによって、金属溶解槽１１からめっき金
属槽１４へのめっき金属３の流出量が制御される。めっ
き金属３は、めっき金属槽１４から金属供給管１を経て
ノズル２に送り込まれる。このときの流出量は、ノズル
２に対するめっき金属３の高さ、すなわち溶湯静圧で制
御される。給気管１６から不活性ガス等をめっき金属槽
１４に導入し、ガス圧によってめっき金属の流出量を補
助的に制御することもできる。図３（ｂ）の設備構成
は、片面めっき用のものである。鋼帯７の両面にめっき
層を形成する場合、図３（ｂ）の設備構成で片面めっき
した後、鋼帯７の裏面をめっきするように、鋼帯７の表
裏両面に対向して同様な設備構成のめっき装置を二段に
配置する。このとき、鋼帯７の表裏に対向するノズル２
として、それぞれ厚めっき用及び薄めっき用のノズルを
使用すると、差厚めっき鋼板が得られる。複層めっきの
場合にも、めっき層の層構成に応じて多段にめっき装置
を配置する。このようにして、極めて操業柔軟性に富む
めっき装置が構築される。

【００１３】

【実施例】スリット５の開口高さＡに対する奥行きＢの
比Ａ／Ｂが２５のノズル２を、図３（ｂ）の装置に組み
込み、片面溶融Ｚｎめっきを鋼帯７に施した。比較のた
め、比Ａ／Ｂ＝１５のノズル２を使用して、同様な片面
溶融Ｚｎめっきを行った。使用したノズルのスリット形
状を、表１に対比する。

【００１４】

【表１】

【００１５】他のめっき条件は、次の通りである。 ［めっき条件］ めっき原板：板厚０．８ｍｍ及び板幅１，０００ｍｍの
低炭素鋼圧延材 ラインスピード：１００ｍ／分 ガス還元・焼鈍：５０体積％Ｈ₂ −Ｎ₂ 雰囲気中で７０
０℃に３０秒加熱 めっき室１０内の雰囲気：５０体積％Ｈ₂ −Ｎ₂ めっき金属槽１４に導入するガス：Ｎ₂ 溶融Ｚｎ温度：４６０℃ 目標めっき付着量：４５ｇ／ｍ² （薄めっき），１５０
ｇ／ｍ² （厚めっき） ノズル２の材質：ステンレス鋼ＳＵＳ３１６Ｌ ノズル２の先端から鋼帯７の表面までの距離：０．５ｍ
ｍ

【００１６】溶融Ｚｎめっきした鋼帯から直径４０ｍｍ
の試験片を切り出し、めっき付着量を測定し、板幅方向
の付着量分布を調査した。調査結果を表２に示す。な
お、めっき付着量は、試験片のＺｎめっき層を５％塩酸
水溶液で溶解し、溶解前後の重量差に基づいた。

【００１７】

【表２】

【００１８】表１から明らかなように、本発明に従った
ノズルを使用した実施例では、鋼帯の幅方向に関してめ
っき付着量が均一な分布になっており、均一な厚みをも
っためっき層が形成されていることが判る。これに対
し、比Ｂ／Ａ＝１５のノズルを使用した比較例では、鋼
帯の幅方向両端部におけるめっき付着量が少なく、不均
一なめっき付着量分布となっている。以上の実施例で
は、溶融Ｚｎめっきを例にとって説明した。しかし、溶
融Ａｌめっき，溶融Ｚｎ−Ａｌ合金めっき等において
も、比Ｂ／Ａを２５以上としたノズルを使用した場合、
同様にスリットの長手方向、すなわち鋼帯の板幅方向に
関してめっき金属が均一な流量分布で吐出され、付着量
が均一化されためっき層が鋼帯表面に形成された。

【００１９】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明のノズル
は、スリットの開口高さに比較して奥行きを２５倍以上
にすることにより、スリットを通過するめっき金属の流
動抵抗を大きくし、スリット長手方向に関する流量分布
を均一化させている。そのため、鋼帯表面に、均一な付
着量分布でめっき層を形成することができる。このよう
にして、ノズルめっき法による溶融めっき鋼板の品質を
安定化させ、生産コストを低減することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来のノズルめっき法に使用するノズル

【図２】 従来のノズルめっき法における問題点を説明
する図

【図３】 本発明に従ったノズル（ａ）及びめっき装置
（ｂ）

【符号の説明】

１：金属供給管 ２：ノズル ３：めっき金
属 ４：貯留部 ５：スリット ６：支持ロール ７：鋼帯
８：めっき層 ９：不めっき部分 １０：めっき室 １１：金属溶
解槽 １２：ヒータ １３：流出管 １４：めっき金属槽 １５：ストッパーノズル １６：給気管 Ａ：スリットの開口高さ Ｂ：スリット
の奥行き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スリットから吐出した溶融めっき金属に
   より連続走行している鋼帯を溶融めっきするノズルであ
   って、前記スリットの開口高さＡに対する奥行きＢの比
   Ｂ／Ａが２５以上である溶融めっき用ノズル。