ドロス回収装置を有する溶融金属めっき槽
【目的】 本発明のめっき槽は、連続溶融亜鉛めっきラインの溶融亜鉛めっき液中に浮遊ドロスを大径化して沈降させ、ドロスを系外に排出するのに適する。
【構成】 溶融亜鉛めっき槽は槽内にめっき液５を循環させる流路４と、その流路入口にめっき液５を矢印の方向へ流すためのリニア型電磁コイル３と前記めっき液５を加熱するための高周波誘導加熱装置２と、その流路出口に隣接してドロス回収バケット６を設けたものである。流路入り口で、めっき液の温度を昇温して溶融亜鉛に対する鉄の溶解度を増加させてドロスを溶解し、流路内で昇温後のめっき液温度をゆっくり冷却し、流路を循環しためっき液の過飽和状態の鉄を晶出する際に、既存のドロスを核にして析出させ大径化する。それをドロス回収バケット６で回収する。
【構成】 溶融亜鉛めっき槽は槽内にめっき液５を循環させる流路４と、その流路入口にめっき液５を矢印の方向へ流すためのリニア型電磁コイル３と前記めっき液５を加熱するための高周波誘導加熱装置２と、その流路出口に隣接してドロス回収バケット６を設けたものである。流路入り口で、めっき液の温度を昇温して溶融亜鉛に対する鉄の溶解度を増加させてドロスを溶解し、流路内で昇温後のめっき液温度をゆっくり冷却し、流路を循環しためっき液の過飽和状態の鉄を晶出する際に、既存のドロスを核にして析出させ大径化する。それをドロス回収バケット６で回収する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば連続溶融亜鉛めっきラインの溶融亜鉛めっき浴中に浮遊しているドロスを大径化させて除去することに適した溶融亜鉛めっき槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続溶融亜鉛めっきラインでは、通常の溶融亜鉛めっき鋼板と、溶融亜鉛めっき後に熱拡散処理を行いめっき層を鉄と亜鉛の合金層とした合金化溶融亜鉛めっき鋼板とを製造する。一般に両者は同一ラインで適宜製造条件を切り換えることによって、連続的に製造される。上記操業では溶融亜鉛めっき槽で鋼板から溶融亜鉛めっき浴中に鉄が溶出して鉄と亜鉛の金属間化合物を主体とする不純物、いわゆるドロスが生成する。これらドロスは、溶融亜鉛より密度が僅かに大きいので、比較的大きいものは溶融亜鉛めっき槽の底部に沈殿して堆積する。
【０００３】しかし、小さいものは溶融亜鉛めっき浴中を鋼板が通板することによって随伴された溶融亜鉛の流れによって攪拌されて、沈降できずに、常に溶融亜鉛めっき浴中に浮遊している状態にある。この溶融亜鉛めっき浴中に浮遊するドロスが鋼板に付着すると、表面外観が悪化したり、プレス成形時に表面欠陥を生じる原因になるため、特に優れた表面性状を要求される自動車用外板においてはドロスの付着を防止する必要がある。
【０００４】このようなドロスの問題を解決する手段として、以下のような技術が開示されている。特開平４−２２１０４９号公報では、溶融亜鉛めっき槽とは別に設けた補助槽に溶融亜鉛を導いて、ドロスを鎮静させた後に、上澄液を溶融亜鉛めっき槽のめっき浴温度より高くした後に、元の温度に低下して、溶融亜鉛めっき槽に戻している。これにより、溶融亜鉛めっき槽とは別に設けた補助槽内で大径のドロスは沈降し、溶融亜鉛を昇温した後に元の温度に冷却することでドロスをめっき液に溶解して、ドロス自体を微細化することができるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した技術では、溶融亜鉛めっき槽とは別に補助槽を設け、その中で温度操作等を加えることで大径ドロスを除去、ドロスを微細化することでドロスを無害化するものである。
【０００６】しかしながら、以下の問題点がある。第一に、補助浴槽で５００℃ないし６５０℃にまで昇温して、ドロスを溶融亜鉛液中に溶解させた後に、昇温した溶融亜鉛液を溶融亜鉛めっき槽の使用温度である４４０℃ないし４８０℃に冷却するためには、膨大なエネルギーが必要であり、熱回収を行ったとしても、エネルギー使用の効率が著しく低い。
【０００７】第二に、溶融亜鉛めっき槽とは別に補助槽を設けることは、その浴槽及び循環設備が必要であるために、設備コストがかかる。また、その設備を稼動させるためには、循環に使用するポンプの動力、あるいはメンテナンスが必要であり、いわゆるランニングコストがかかる。そのため、装置を稼動させるためには相当の費用を有する問題がある。
【０００８】第三に、補助浴槽である静定層に堆積した大径のドロスを除去するためには、溶融亜鉛めっき槽と同様の作業を行う必要があり、装置的には溶融亜鉛めっき槽を大型化して機能分担したのと等価であり根本的解決にはなっていない。また、既存の設備への設備化を検討した場合には、スペース制約等の問題で対応することが必ずしもできない。
【０００９】このような技術によってドロスを効率的に除去する、または無害化する設備を簡便な方法で作ることは非常に困難である。本発明は、上記のような問題点の解決を図ったものであり、ドロスを効率的に除去することに適した溶融亜鉛めっき槽を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、通板する鋼板に溶融金属めっきを施すめっき槽において、前記めっき槽に、溶融金属を循環させる流路と、当該流路内の溶融金属を循環させる循環装置を設けるとともに、前記流路入口に溶融金属を加熱する加熱装置と、その流路出口に隣接してドロスを回収する回収装置を設けたことを特徴としている。
【００１１】
【作用】本願発明のめっき槽においては、めっき浴の循環装置によってめっき浴を流路に導くとともに、流路内のめっき浴を加熱装置によって加熱する。流路を循環させられためっき浴は、ドロスの回収装置を通過するときにドロスを回収されて清浄な状態で再びめっき槽内に還流される。
【００１２】本発明は上記のような構成なので、めっき槽内に収納された溶融金属を流路の入口で例えば５００℃〜７５０℃に昇温して流路に流入させ、流路を通過している間に例えば１０℃／分以下で冷却して、流路出口で溶融金属の保温に必要な温度になるようにする。溶融金属の温度を昇温するのは、溶融金属に対する鉄の溶解度を増加させてドロスを溶解するためである。
【００１３】このとき、もともと溶融めっき浴中に存在するドロスのうち、細かいものは完全に溶解し、大きいものは一部が溶解して小径化する。昇温する温度の範囲は５００℃〜７５０℃が好ましい。５００℃未満では昇温する前の溶融金属の溶解度との違いが小さいために、細かいドロスを十分溶解できないためである。また、７５０℃を超える温度では昇温しても溶解度に大きな差がないので、効果が変わらないためである。
【００１４】次に、昇温後の溶融金属温度をゆっくり冷却するのは、過飽和状態の鉄が晶出する際に、既存のドロスを核にして析出することによって、既存のドロスの大径化を促進するためである。冷却速度は１０℃／分以下にすることが好ましい。冷却速度を１０℃／分以下にすると、過飽和状態の鉄が晶出する際に、新たなドロス核を生成する反応よりも、既存のドロスを核にして析出することが優先して、既存のドロスの大径化を促進することが出来る。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明する。図１は本発明の一実施例を示す斜視図である。図１において、１はめっき槽であり、この槽内は溶融亜鉛５で満たされている。
【００１６】２は高周波誘導加熱装置、３はリニア型電磁コイルを示している。リニア型電磁コイル３は、磁極３ａに水平方向に走る溝３ｂを、磁極３ａの長さ方向に一定間隔で多数設け、この溝３ｂに電線（図示略）を通し、山部が垂直方向に交互に１山以上の任意のピッチでＮ極とＳ極に磁化されるように配線する。そして、複数山のピッチで正弦状にＮＳが変化する進行磁場を利用する。
【００１７】４はめっき槽１内に設けた流路であり、槽の側壁に近接させた仕切り壁９を設けて形成している。溶融亜鉛はＡ、Ｂ，Ｃ、Ｄ点を通り矢印の方向に流れてめっき槽内を循環する。６は冷却された溶融亜鉛に含まれる大径化して沈降したドロスを槽外に汲み出すためのドロス回収バケットである。
【００１８】本発明による溶融亜鉛５のめっき槽１内における温度の履歴の一実施例を図２に示す。溶融亜鉛５はめっき槽１内のＡ点よりＢ点を経て高週波誘導加熱装置２及びリニア型電磁コイル３内に流れ、Ｃ点までに、５４０℃に昇温された溶融亜鉛は流路４を経てＤ点まで流れる。流路４を流れる間に５４０℃の溶融亜鉛の熱は、仕切り壁９を介して内側の溶融亜鉛５に熱が伝わり、溶融亜鉛の保温効果とドロスを大径化するための溶融亜鉛の冷却効果が同時に行われる。
【００１９】Ｄ点から溶融亜鉛めっき槽内の元の位置に循環した溶融亜鉛は含有するドロスは大径化しているので、流路出口に隣接して設けたドロス回収バケット６で沈降する。ドロス回収バケット６は周面に細孔を有するもので、ドロスを捕獲し、溶融亜鉛は通過させる。ドロス回収バケット６に堆積したドロスは回収バケットごと槽外に取り出すことで、ドロスの除去が出来る。回収バケットを通過した清浄な溶融亜鉛は浸漬ロール７で反転して引抜かれる鋼板８のめっきに寄与される。
【００２０】次に図１に示すめっき槽を用いて、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。めっき槽１内には、４６０℃に加熱された２５ｍ3 の溶融亜鉛５が入っている。一対の高周波誘導加熱装置２とリニア型電磁コイル３には４ｍ3 ／ｈの流量でめっき浴が循環している。８０℃昇温して５４０℃になった昇温溶融亜鉛が循環流路４を流れて４６０℃に低下してめっき槽１の元の位置に循環する。
【００２１】循環流路の幅は溶融亜鉛が凝固しないで流動出来るように１０ｃｍ、深さは１ｍである。つまり、溶融亜鉛流速は２０ｍ／ｈ、めっき槽の長さが５ｍであるので１５分で出口に到達する。
【００２２】即ち、冷却速度は８０℃／１５＝５．３℃／分である。単位時間当たりの入熱量は４ｍ3 ／ｈ ×６６００ｋｇ／ｍ3 ×０．１２ｋｃａｌ／ｋｇ℃×８０℃＝２５３ＭＪまた、放熱量はめっき槽の大きさが長さ５ｍ、幅２．５ｍ、深さ２ｍであることから、表面での放熱量は ４．８８×（７．３３4 −３4 ) ×5 ×2.5 ＝１７１ＭＪめっき槽の耐火物からの抜熱量は２０００×（５×２．５＋２×１５）＝８５ＭＪとなり、ほぼ熱バランスは取れることになる。
【００２３】これにより、ドロス回収バケットには、５００〜１０００μに大径化したドロスが堆積し、その量は２ｍ3 ／月にも達した。また、めっき槽１の浴中ドロスの平均径は１００μから３０μにまで低下して、従来発生していたドロス欠陥は皆無になった。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、溶融亜鉛中に存在するドロスを大径化することによって、沈降させてドロスの系外排出を容易にすることにより、工業的有用な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の溶融亜鉛の温度履歴を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶融亜鉛めっき槽
２ 高周波誘導加熱装置
３ リニア型電磁コイル
４ 流路
５ 溶融亜鉛
６ ドロス回収パケット
７ 浸漬ロール
８ 鋼板
９ 仕切り壁
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば連続溶融亜鉛めっきラインの溶融亜鉛めっき浴中に浮遊しているドロスを大径化させて除去することに適した溶融亜鉛めっき槽に関する。
【０００２】
【従来の技術】連続溶融亜鉛めっきラインでは、通常の溶融亜鉛めっき鋼板と、溶融亜鉛めっき後に熱拡散処理を行いめっき層を鉄と亜鉛の合金層とした合金化溶融亜鉛めっき鋼板とを製造する。一般に両者は同一ラインで適宜製造条件を切り換えることによって、連続的に製造される。上記操業では溶融亜鉛めっき槽で鋼板から溶融亜鉛めっき浴中に鉄が溶出して鉄と亜鉛の金属間化合物を主体とする不純物、いわゆるドロスが生成する。これらドロスは、溶融亜鉛より密度が僅かに大きいので、比較的大きいものは溶融亜鉛めっき槽の底部に沈殿して堆積する。
【０００３】しかし、小さいものは溶融亜鉛めっき浴中を鋼板が通板することによって随伴された溶融亜鉛の流れによって攪拌されて、沈降できずに、常に溶融亜鉛めっき浴中に浮遊している状態にある。この溶融亜鉛めっき浴中に浮遊するドロスが鋼板に付着すると、表面外観が悪化したり、プレス成形時に表面欠陥を生じる原因になるため、特に優れた表面性状を要求される自動車用外板においてはドロスの付着を防止する必要がある。
【０００４】このようなドロスの問題を解決する手段として、以下のような技術が開示されている。特開平４−２２１０４９号公報では、溶融亜鉛めっき槽とは別に設けた補助槽に溶融亜鉛を導いて、ドロスを鎮静させた後に、上澄液を溶融亜鉛めっき槽のめっき浴温度より高くした後に、元の温度に低下して、溶融亜鉛めっき槽に戻している。これにより、溶融亜鉛めっき槽とは別に設けた補助槽内で大径のドロスは沈降し、溶融亜鉛を昇温した後に元の温度に冷却することでドロスをめっき液に溶解して、ドロス自体を微細化することができるとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述した技術では、溶融亜鉛めっき槽とは別に補助槽を設け、その中で温度操作等を加えることで大径ドロスを除去、ドロスを微細化することでドロスを無害化するものである。
【０００６】しかしながら、以下の問題点がある。第一に、補助浴槽で５００℃ないし６５０℃にまで昇温して、ドロスを溶融亜鉛液中に溶解させた後に、昇温した溶融亜鉛液を溶融亜鉛めっき槽の使用温度である４４０℃ないし４８０℃に冷却するためには、膨大なエネルギーが必要であり、熱回収を行ったとしても、エネルギー使用の効率が著しく低い。
【０００７】第二に、溶融亜鉛めっき槽とは別に補助槽を設けることは、その浴槽及び循環設備が必要であるために、設備コストがかかる。また、その設備を稼動させるためには、循環に使用するポンプの動力、あるいはメンテナンスが必要であり、いわゆるランニングコストがかかる。そのため、装置を稼動させるためには相当の費用を有する問題がある。
【０００８】第三に、補助浴槽である静定層に堆積した大径のドロスを除去するためには、溶融亜鉛めっき槽と同様の作業を行う必要があり、装置的には溶融亜鉛めっき槽を大型化して機能分担したのと等価であり根本的解決にはなっていない。また、既存の設備への設備化を検討した場合には、スペース制約等の問題で対応することが必ずしもできない。
【０００９】このような技術によってドロスを効率的に除去する、または無害化する設備を簡便な方法で作ることは非常に困難である。本発明は、上記のような問題点の解決を図ったものであり、ドロスを効率的に除去することに適した溶融亜鉛めっき槽を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、通板する鋼板に溶融金属めっきを施すめっき槽において、前記めっき槽に、溶融金属を循環させる流路と、当該流路内の溶融金属を循環させる循環装置を設けるとともに、前記流路入口に溶融金属を加熱する加熱装置と、その流路出口に隣接してドロスを回収する回収装置を設けたことを特徴としている。
【００１１】
【作用】本願発明のめっき槽においては、めっき浴の循環装置によってめっき浴を流路に導くとともに、流路内のめっき浴を加熱装置によって加熱する。流路を循環させられためっき浴は、ドロスの回収装置を通過するときにドロスを回収されて清浄な状態で再びめっき槽内に還流される。
【００１２】本発明は上記のような構成なので、めっき槽内に収納された溶融金属を流路の入口で例えば５００℃〜７５０℃に昇温して流路に流入させ、流路を通過している間に例えば１０℃／分以下で冷却して、流路出口で溶融金属の保温に必要な温度になるようにする。溶融金属の温度を昇温するのは、溶融金属に対する鉄の溶解度を増加させてドロスを溶解するためである。
【００１３】このとき、もともと溶融めっき浴中に存在するドロスのうち、細かいものは完全に溶解し、大きいものは一部が溶解して小径化する。昇温する温度の範囲は５００℃〜７５０℃が好ましい。５００℃未満では昇温する前の溶融金属の溶解度との違いが小さいために、細かいドロスを十分溶解できないためである。また、７５０℃を超える温度では昇温しても溶解度に大きな差がないので、効果が変わらないためである。
【００１４】次に、昇温後の溶融金属温度をゆっくり冷却するのは、過飽和状態の鉄が晶出する際に、既存のドロスを核にして析出することによって、既存のドロスの大径化を促進するためである。冷却速度は１０℃／分以下にすることが好ましい。冷却速度を１０℃／分以下にすると、過飽和状態の鉄が晶出する際に、新たなドロス核を生成する反応よりも、既存のドロスを核にして析出することが優先して、既存のドロスの大径化を促進することが出来る。
【００１５】
【実施例】以下に本発明の実施例を図によって説明する。図１は本発明の一実施例を示す斜視図である。図１において、１はめっき槽であり、この槽内は溶融亜鉛５で満たされている。
【００１６】２は高周波誘導加熱装置、３はリニア型電磁コイルを示している。リニア型電磁コイル３は、磁極３ａに水平方向に走る溝３ｂを、磁極３ａの長さ方向に一定間隔で多数設け、この溝３ｂに電線（図示略）を通し、山部が垂直方向に交互に１山以上の任意のピッチでＮ極とＳ極に磁化されるように配線する。そして、複数山のピッチで正弦状にＮＳが変化する進行磁場を利用する。
【００１７】４はめっき槽１内に設けた流路であり、槽の側壁に近接させた仕切り壁９を設けて形成している。溶融亜鉛はＡ、Ｂ，Ｃ、Ｄ点を通り矢印の方向に流れてめっき槽内を循環する。６は冷却された溶融亜鉛に含まれる大径化して沈降したドロスを槽外に汲み出すためのドロス回収バケットである。
【００１８】本発明による溶融亜鉛５のめっき槽１内における温度の履歴の一実施例を図２に示す。溶融亜鉛５はめっき槽１内のＡ点よりＢ点を経て高週波誘導加熱装置２及びリニア型電磁コイル３内に流れ、Ｃ点までに、５４０℃に昇温された溶融亜鉛は流路４を経てＤ点まで流れる。流路４を流れる間に５４０℃の溶融亜鉛の熱は、仕切り壁９を介して内側の溶融亜鉛５に熱が伝わり、溶融亜鉛の保温効果とドロスを大径化するための溶融亜鉛の冷却効果が同時に行われる。
【００１９】Ｄ点から溶融亜鉛めっき槽内の元の位置に循環した溶融亜鉛は含有するドロスは大径化しているので、流路出口に隣接して設けたドロス回収バケット６で沈降する。ドロス回収バケット６は周面に細孔を有するもので、ドロスを捕獲し、溶融亜鉛は通過させる。ドロス回収バケット６に堆積したドロスは回収バケットごと槽外に取り出すことで、ドロスの除去が出来る。回収バケットを通過した清浄な溶融亜鉛は浸漬ロール７で反転して引抜かれる鋼板８のめっきに寄与される。
【００２０】次に図１に示すめっき槽を用いて、本発明の効果を確認するために行った実験について説明する。めっき槽１内には、４６０℃に加熱された２５ｍ3 の溶融亜鉛５が入っている。一対の高周波誘導加熱装置２とリニア型電磁コイル３には４ｍ3 ／ｈの流量でめっき浴が循環している。８０℃昇温して５４０℃になった昇温溶融亜鉛が循環流路４を流れて４６０℃に低下してめっき槽１の元の位置に循環する。
【００２１】循環流路の幅は溶融亜鉛が凝固しないで流動出来るように１０ｃｍ、深さは１ｍである。つまり、溶融亜鉛流速は２０ｍ／ｈ、めっき槽の長さが５ｍであるので１５分で出口に到達する。
【００２２】即ち、冷却速度は８０℃／１５＝５．３℃／分である。単位時間当たりの入熱量は４ｍ3 ／ｈ ×６６００ｋｇ／ｍ3 ×０．１２ｋｃａｌ／ｋｇ℃×８０℃＝２５３ＭＪまた、放熱量はめっき槽の大きさが長さ５ｍ、幅２．５ｍ、深さ２ｍであることから、表面での放熱量は ４．８８×（７．３３4 −３4 ) ×5 ×2.5 ＝１７１ＭＪめっき槽の耐火物からの抜熱量は２０００×（５×２．５＋２×１５）＝８５ＭＪとなり、ほぼ熱バランスは取れることになる。
【００２３】これにより、ドロス回収バケットには、５００〜１０００μに大径化したドロスが堆積し、その量は２ｍ3 ／月にも達した。また、めっき槽１の浴中ドロスの平均径は１００μから３０μにまで低下して、従来発生していたドロス欠陥は皆無になった。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、溶融亜鉛中に存在するドロスを大径化することによって、沈降させてドロスの系外排出を容易にすることにより、工業的有用な効果をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による装置の一実施例を示す図である。
【図２】本発明の溶融亜鉛の温度履歴を示す図である。
【符号の説明】
１ 溶融亜鉛めっき槽
２ 高周波誘導加熱装置
３ リニア型電磁コイル
４ 流路
５ 溶融亜鉛
６ ドロス回収パケット
７ 浸漬ロール
８ 鋼板
９ 仕切り壁
【特許請求の範囲】
【請求項１】 通板する鋼板に溶融金属めっきを施すめっき槽において、前記めっき槽に、溶融金属を循環させる流路と、当該流路内の溶融金属を循環させる循環装置を設けるとともに、前記流路入口に溶融金属を加熱する加熱装置と、その流路出口に隣接してドロスを回収する回収装置を設けたことを特徴とするドロス回収装置を有する溶融金属めっき槽。
【請求項１】 通板する鋼板に溶融金属めっきを施すめっき槽において、前記めっき槽に、溶融金属を循環させる流路と、当該流路内の溶融金属を循環させる循環装置を設けるとともに、前記流路入口に溶融金属を加熱する加熱装置と、その流路出口に隣接してドロスを回収する回収装置を設けたことを特徴とするドロス回収装置を有する溶融金属めっき槽。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開平８−３７０７
【公開日】平成８年（１９９６）１月９日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平６−１４０５２６
【出願日】平成６年（１９９４）６月２２日
【出願人】（０００００４１２３）日本鋼管株式会社 (1,044)
【公開日】平成８年（１９９６）１月９日
【国際特許分類】
【出願日】平成６年（１９９４）６月２２日
【出願人】（０００００４１２３）日本鋼管株式会社 (1,044)
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