添加物の溶融方法及び溶融装置、並びに亜鉛系成形体の製造方法及び製造装置
【課題】溶融亜鉛に添加した添加物を従来よりも短時間で確実に溶融して溶融亜鉛内で均一化し、溶融亜鉛に添加された添加物を溶融する効率と添加物の添加された溶融亜鉛の品質とを向上させる。
【解決手段】添加物の溶融装置２が、溶融亜鉛Ｌを進行させる流路８と、前記流路８を進行する溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加する添加部２５と、を有するように構成する。また、流路８に開口部を備えたゲート２６（２７）を設け、その開口部の大きさはゲート２６（２７）の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されるようにする。さらに、前記開口部が、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されているようにする。
【解決手段】添加物の溶融装置２が、溶融亜鉛Ｌを進行させる流路８と、前記流路８を進行する溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加する添加部２５と、を有するように構成する。また、流路８に開口部を備えたゲート２６（２７）を設け、その開口部の大きさはゲート２６（２７）の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されるようにする。さらに、前記開口部が、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されているようにする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融亜鉛に添加物を溶融する溶融方法及び溶融装置、並びに添加物が添加含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛は空気中の酸素と反応して酸化被膜を生じるため、鉄鋼の防錆材、防食材としてのメッキ皮膜の材料に好まれている。一般に、鉄鋼等の被めっき材を溶融亜鉛めっきする場合には、亜鉛を溶融した溶融亜鉛めっき浴槽内に被めっき材を浸漬することによって行われる。メッキ材として用いられる亜鉛は、亜鉛に予め元素を添加混合した例えばインゴット等の亜鉛系成形体が用いられており、これらの添加元素は、溶融亜鉛めっきの仕上がりや手順を左右するため非常に重要である。
【０００３】
例えば、めっき浴槽内の溶融亜鉛に含まれているＡｌ（アルミニウム）の量はＦｅ（鉄）とＺｎ（亜鉛）の合金化反応に影響を及ぼし、溶融亜鉛めっきされた被めっき材の耐食性に影響を与えることが知られている。また、めっき浴槽内の溶融亜鉛に含まれているＳｂ（アンチモン）の量は経時めっき剥離性を改善させることが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の溶融亜鉛めっき技術では、亜鉛（Ｚｎ）の他に添加元素としてＡｌを０．１〜０．２ｗｔ％未満、Ｓｂを０．１〜０．５ｗｔ％含有し、Ｆｅ（鉄）を除くＰｂ（鉛）、Ｃｄ（カドミウム）又はＳｎ（錫）等の不可避的不純物が合計０．０２ｗｔ％未満含まれる溶融メッキ浴に鋼板を浸漬することによって、屋内長期経時における耐めっき剥離性に優れた亜鉛めっき材料を製造している。
【特許文献１】特昭５７−２６１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、溶融メッキ浴の原料となる、亜鉛に元素を添加した亜鉛系成形体を製造する際は、坩堝内で亜鉛を溶融し、その坩堝内の溶融亜鉛にインゴットの添加金属（添加元素）を粉砕してから添加し、撹拌することにより添加金属を溶融させ、その後、添加金属を溶融させた溶融亜鉛を冷却して亜鉛系成形体を製造していた。この従来の方法では添加金属を溶融させる時間が非常に長くなってしまっていた。例えば、従来公知の添加金属の溶融技術を用いた場合には、金属を添加した溶融亜鉛を２時間以上も撹拌しなければならない場合があり、非常に生産効率が悪かった。
【０００６】
また、添加物として例えばＳｂ（アンチモン）等のようにＺｎ（亜鉛）と比重が近い元素を添加する場合には、添加物の溶融状況が把握できず、添加物が完全に溶融されずに塊として残留してしまう恐れがあった。このように添加物が完全に溶融されていない添加物含有溶融亜鉛から製造される亜鉛系成形体は、亜鉛系成形体内部に添加元素が偏析し、組成のばらつきが生じてしまうため、従来公知の亜鉛系成形体の製造技術では亜鉛系成形体を所望する組成で製造することが困難であった。そして亜鉛系成型体中にＳｂ等の塊があると、メッキする鋼板にＳｂが付着してメッキ不良を引きおこすという問題も存在していた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶融亜鉛に添加物を従来よりも短時間で確実に溶融して溶融亜鉛内で均一化し、溶融亜鉛に添加された添加物を溶融する効率と添加物が溶融した添加物含有溶融亜鉛の品質とを向上させることをその目的とする。さらに、添加物含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する場合に、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体の製造を可能にすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によれば、溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させ、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることを特徴とする、添加物の溶融方法が提供される。
【０００９】
上記添加物の溶融方法において、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させる工程は、前記添加物を滞留させて前記添加物を所定の大きさ以下に溶融させる第１工程と、前記所定の大きさ以下に溶融させた添加物を前記所定の流路に沿って進行させながら溶融させる第２工程と、を含んでいてもよい。
【００１０】
上記添加物の溶融方法において、前記添加物が亜鉛と比重が近い元素を含んでいてもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、上記溶融方法により前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体を製造することを特徴とする、亜鉛系成形体の製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、溶融亜鉛を進行させる流路と、前記流路を進行する溶融亜鉛に添加物を添加する添加部と、を有することを特徴とする、添加物の溶融装置が提供される。
【００１３】
上記添加物の溶融装置において、前記流路に開口部を備えたゲートが設けられており、前記開口部の大きさは前記ゲートの下流に配置された前記流路の長さに基づいて設定されていてもよい。
【００１４】
上記添加物の溶融装置において、前記開口部は、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されていてもよい。
【００１５】
上記添加物の溶融装置において、前記ゲートは、前記流路に複数設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、上記溶融装置によって前記添加物含有溶融亜鉛を冷却して亜鉛系成形体に成形する鋳型を有することを特徴とする、亜鉛系成形体を製造する製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させながら、この溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることによって、溶融亜鉛に添加物を従来よりも短時間で確実に溶融して溶融亜鉛内で均一化させることができるため、添加物が添加された添加物含有溶融亜鉛の生産性及び品質を向上させることが可能になる。特に、添加物を所定の大きさ以下になるまでは、滞留させた状態で溶融し、所定の大きさ以下になった後に流路に沿って進行させながら溶融させた場合には、添加物の溶融が溶融亜鉛内でより均一化される。また、このような添加物が均一に溶解した添加物含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造することにより、添加物の偏析のない亜鉛成形体を製造することができる。また、亜鉛成形体を所望する組成により近い組成とすることが可能であり、これにより、多種多様の用途及び目的に応じた所望の組成を備えた高品質の亜鉛系成形体を製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１の構成図である。図１に示すように、製造装置１は、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加して溶融する添加物の溶融装置２に、添加物Ａの添加された溶融亜鉛Ｌの保温を行う調合炉１５を接続した構成を有する。後述するように、この調合炉１５の下方には亜鉛系成形体Ｆを成形するように鋳型２０が配置されている。
【００２０】
溶融装置２は、例えば５２０〜５４０℃に加熱された溶融亜鉛Ｌが充填された溶湯容器５から排出手段としてのメタルポンプ６を用いて溶融亜鉛Ｌを下方にある流路８に排出するように構成されている。この流路８は、溶融亜鉛Ｌを中継する中継室１０を経由し、この中継室１０の下方に配置された調合炉１５に接続されている。
【００２１】
流路８は、溶湯容器５から調合炉１５側が低くなるように配置されている。これにより、流路８に排出された溶融亜鉛Ｌは、メタルポンプ６の圧送、重力によって図１に示す矢印方向に進行して中継室１０で中継され、調合炉１５に供給されるようになっている。
【００２２】
調合炉１５に供給された溶融亜鉛Ｌは、調合炉１５の下方にある鋳型２０に注入されてから所定時間冷却され、亜鉛系成形体Ｆが成形されるようになっている。本実施の形態では、複数の鋳型２０を備えたターンテーブル２１が水平面内で一定の速度で回転し、各鋳型２０を調合炉１５が下部に備える管状の注入部２２の直下に順に循環して配置するように構成されている。注入部２２には開閉弁（図示せず）が設けられており、ターンテーブル２０の回転により注入部２２の直下に鋳型２０が配置されたタイミングでこの開閉弁（図示せず）を開くように設定されている。なお、上記では注入部２２に設けた開閉弁（図示せず）の開閉により各鋳型２０に溶融亜鉛Ｌを注入する場合について説明したが、調合炉１５を傾斜させることによって必要量の溶融亜鉛Ｌを各鋳型２０に注入するようにしてもよい。
【００２３】
図１では、ターンテーブル２１に配置された各鋳型２０のうち、溶融亜鉛Ｌが注入された鋳型２０を黒塗りで示し、空の状態になっている鋳型２０を白抜きで示した。鋳型２０に注入された溶融亜鉛Ｌは、ターンテーブル２１が回転する間に冷却されて例えばインゴット等の亜鉛系成形体Ｆとなり、鋳型２０が再度、注入部２２の直下に配置される前に取出されて搬送されるようになっている。
【００２４】
以下では、溶融亜鉛Ｌを進行させる流路８について詳しく説明する。まず、流路８の溶湯容器５から中継室１０までの部分について説明する。流路８の溶湯容器５から中継室１０までの部分は上から見て直線状に配置されており、その上面が開放されて断面がＵ字型の溝状に形成されている。図１に示すように、流路８には、湯容器５及び中継室１０の間に、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加する添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が、溶融亜鉛Ｌの進行方向（図１中、矢印方向）に沿って順に設けられている。
【００２５】
図２は、添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が設けられている流路８を上から見た部分的な平面図である。図２に示すように、添加部２５では、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａが貯留できるように、流路８の幅が十部に広く設定されている。これにより、添加部２５では、添加物Ａを上方から適宜供給し、流路８を図２に示す矢印方向に流れる溶融亜鉛Ｌが添加物Ａを溶融することによって溶融亜鉛Ｌに添加物Ａが添加されるようになっている。本実施の形態では、添加物Ａとして例えば固体状のアンチモン（Ｓｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属や、２種以上の金属からなる母合金の塊が用いられており、添加部２５に進行させる溶融亜鉛Ｌの量に対して所定の組成とするのに必要量の添加物Ａが存在するように設定されている。
【００２６】
第１のゲート２６は、図２に示すように、添加部２５において溶融亜鉛Ｌの進行方向側に設けられている。図３は、第１のゲート２６の構成を示す斜視図である。図３に示すように、第１のゲート２６は、流路８を構成する両側壁３０の上に流路８の幅方向に架設された直方体形状の支持体３５を備えている。この支持体３５は、例えば溶接等によってその両端が両側壁３０に各々固定されている。支持体３５には５本の棒状部材４０が鉛直方向下方に延設されており、これら５本の棒状部材４０の下端は流路８を構成する底壁３６に到達している。これら５本の棒状部材４０は、例えば支持体３５に設けた孔に嵌合されて支持体３５に固定されている。本実施の形態では、棒状部材４０はいずれも断面が略円形に形成されている。
【００２７】
第１のゲート２６が備える５本の棒状部材４０は、流路８の両側壁３０の間に幅方向に沿って互いに等間隔で配置されている。棒状部材４０同士の間と、流路８の両側壁３５及び棒状部材４０の間とには、鉛直方向に沿ったスリット状の開口部４１が各々形成されている。本実施の形態では、第１のゲート２６には合計６個の開口部４１が概ね同じ大きさで形成されている。これにより、流路８を流れる溶融亜鉛Ｌが第１のゲート２６を通過する際には、これら６個の開口部４１を通過して下流に流れるようになっている。
【００２８】
図２に示すように、第１のゲート２６の下流には第２のゲート２７が設けられている。本実施の形態では、流路８の幅は、第１のゲート２６から下流に進むに従って徐々に小さくなり、最終的には一定の大きさになっている。第２のゲート２７は、第１のゲート２６の下流において流路８の幅が一定になった部分に設けられている。図４は、第２のゲート２７の構成を示す斜視図である。なお、第１のゲート２６から第２のゲート２７までの流路８の幅は一定であってもよい。
【００２９】
図４に示すように、第２のゲート２７は、図３に示す第１のゲート２６と同様に構成されており、流路８の両側壁３０の上に幅方向に沿って架設された直方体形状の支持体４５が、線直方向下方に延設されて流路８の底壁まで到達する複数の棒状部材５０とを備えている。第２のゲート２７の支持体４５が備える棒状部材５０の個数は２本に設定されており、各棒状部材５０、流路８の両側壁３０及び底壁３６によって形成されるスリット状の開口部５１の個数が３になっている。また、第２のゲート２７に形成された開口部５１のスリット幅は、第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅よりも小さくなっている。
【００３０】
次に、流路８の中継室１０から調合炉１５までの部分について説明する。流路８の中継室１０から調合炉１５までの部分は、管状に形成されている。溶湯容器５からの溶融亜鉛Ｌが中継室１０に到達した際に、この溶融亜鉛Ｌが中継室１０の壁に衝突して流れる方向が変更されるように、中継室１０から調合炉１５までの部分は、溶湯容器５から中継室１０までの部分の延長線上から外れる位置に配置されている。これにより、溶融亜鉛Ｌが中継室１０内を通過する際に撹拌流が生じるようになっている。なお、中継室１０から調合炉１５までの部分は、鉛直方向に沿って配置されていてもよいが、溶融亜鉛Ｌが中継室１０内に滞在する滞在時間をより長くするように傾斜して配置するのが好ましい。また、中継室１０と調合炉１５との間には、溶融亜鉛Ｌの撹拌を目的として流路８の内径を大きくした小部屋６０が設けられている。これにより、流路８を流れる溶融亜鉛Ｌがこの小部屋６０を通過する際に撹拌されて、組成のむらが低減されるようになっている。
【００３１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造する製造方法について説明する。
【００３２】
まず、亜鉛系成形体Ｆを製造する際に、製造装置１が備える本実施の形態に係る添加物の溶融装置２を用いて、溶融亜鉛Ｌに添加した添加物Ａを溶融する方法を説明する。
【００３３】
溶湯容器５内に、溶融亜鉛Ｌを充填し、撹拌装置（図示せず）を用いて撹拌しながら５２０〜５４０℃以上に恒温保持する。本実施の形態では、溶湯容器５として、例えば低周波誘導炉等の電気炉を用いている。
【００３４】
撹拌により溶湯容器５内で均一に５３０℃以上の温度に保持された溶融亜鉛Ｌが、図１に示すように、溶湯容器５内からメタルポンプ６によって排出され、流路８に供給される。なお、本実施の形態では、ロードセル（図示せず）によって溶湯容器５内から一回の製造に必要な一定量の溶融亜鉛Ｌが流路８に流されるようになっている。
【００３５】
流路８に供給された溶融亜鉛Ｌは、重力によって流路８に沿って中継室１０に向かって図１に示す矢印方向に進行し、添加部２５に到達する。この添加部２５には、流路８の上方から進行させる溶融亜鉛Ｌの量に対して所定の組成とするのに必要な量の添加物Ａが、第１のゲート２６の開口部４１の寸法よりも大きい固体形状で予め供給されている。なお、この添加物Ａの溶け残りが存在している場合には、製造された亜鉛系成形体Ｆの組成が所望する組成から外れてしまっていると判別可能である。本実施の形態では、第１のゲート２６の開口部４１の寸法は、第１のゲート２６の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されている。具体的に説明すると、第１のゲート２６の開口部の寸法は、この開口部４１をすり抜けて第１のゲート２６の下流に進行した固体形状の添加物Ａが溶融装置２の備える流路８を進行する間に完全に溶融させることが可能な大きさに設定されている。
【００３６】
添加部２５に到達した溶融亜鉛Ｌが添加部２５の添加物Ａを溶融し、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａが添加される。図５は、添加物Ａが溶融亜鉛Ｌに溶融される状態を示す添加部２５の側面図である。図５に示すように、第１のゲート２６の上流側に到達した溶融亜鉛Ｌは、添加部２５に配置された添加物Ａによって一点鎖線で示す液面が高くなる（即ち、溶融亜鉛Ｌの深さが深くなる）。また、第１のゲート２６のスリット状の開口部４１が部分的に添加物Ａによって塞がれるため、溶融亜鉛Ｌの一部は図５の点線矢印で示すように逆流し、この逆流の際に添加物Ａが回転される。この回転によって溶融亜鉛Ｌによる添加物Ａの溶融が促進される。
【００３７】
添加部２５で溶融されて第１のゲート２６のスリット状の開口部４１のスリット幅よりも径が小さくなった添加物Ａは、第１のゲート２６の開口部４１をすり抜け、第２のゲート２７に到達する。しかしながら、第２のゲート２７のスリット状の開口部５１のスリット幅は、第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅よりも小さいため、添加物Ａはこの第２のゲート２７の開口部５１を通過できずに堰き止められる。なお、第２のゲート２７の開口部５１の寸法は、上述した第１のゲート２６の開口部４１の寸法の場合と同様に、第２のゲート２６の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されている。
【００３８】
添加部２５で添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等によって添加部２５の下流に進行し、第１のゲート２６を通過する。添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６を通過する際に、第１のゲート２６の６個の開口部４１によって６つに分流される。そして、分流した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６の６個の開口部４１を通過後に１つに合流する。このようにして添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６を通過する際に、分流及び合流が順に行われて効果的に撹拌される。
【００３９】
第１のゲート２６を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等によって流路８に沿って下流側に進行し、第２のゲート２７を通過する。第２のゲート２７を通過する際にも第１のゲート２６を通過する場合と同様に、添加物含有溶融亜鉛Ｌの分流及び合流が順に行われる。これにより、添加金属含有溶融亜鉛Ｌは、第２のゲート２７を通過することによって再度、効果的に撹拌される。
【００４０】
第２のゲート２７を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等により流路８に沿ってさらに下流側に進行し、中継室１０に到達する。中継室１０に到達した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、流れる方向が変更されて流路８を鉛直方向下方に進行し、添加物含有溶融亜鉛Ｌは小部屋６０を通過する。小部屋６０は管状の流路８よりも内径が大きくなっているため、添加物含有溶融亜鉛Ｌが小部屋６０を流れる際には、その流れに変化が生じて添加物含有溶融亜鉛Ｌが撹拌される。
【００４１】
なお、第２のゲート２７において既述したように第１のゲート２６の開口部４１をすり抜けてきて堰き止められている添加物Ａは、図５を用いて第１のゲート２７について説明した場合と同様に溶融亜鉛Ｌの流れにより第２のゲート２７付近で回転される。この回転によって、第２のゲート２７においても溶融亜鉛Ｌによる添加物Ａの溶融が促進され、添加物Ａはさらに径が小さくなる。最終的には、この添加物Ａは第２のゲート２７の開口部５１のスリット幅よりも径が小さくなり、第２のゲート２７の開口部５１をすり抜けてさらに下流に流れていく。このように下流に流れていく際には、添加物Ａの比表面積が非常に大きくなっており、また、回転しながら流れていくため、溶融亜鉛Ｌへの溶融が促進される。
【００４２】
小部屋６０を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等により流路８に沿ってさらに下流側に進行し、調合炉１５に到達する。以上により、溶融装置２を用いて、溶融亜鉛Ｌに添加した添加物Ａを溶融する手順が完了する。
【００４３】
以下、溶融装置２によって添加物Ａが添加されて溶融された添加物含有溶融亜鉛Ｌから亜鉛系成形体Ｆの製造が完了するまでの手順について説明する。
【００４４】
溶融装置２から調合炉１５に到達した添加物含有溶融亜鉛Ｌは貯留される。調合炉１５の下方では、ターンテーブル２０の一定の速度で回転しており、この回転により注入部２２の直下に鋳型２０が配置されたタイミングで、調合炉１５の注入部２２の開閉弁（図示せず）が開かれる。これにより、調合炉１５に貯留された添加物含有溶融亜鉛Ｌがターンテーブル２０の各鋳型２０に注入される。鋳型２０への注入が完了すると、注入部２２の開閉弁（図示せず）が閉じられる。以下同様にして、調合炉１５からターンテーブル２０の各鋳型２０に１つずつ順に注入される。
【００４５】
鋳型２０に注入された添加物含有溶融亜鉛Ｌは、回転するターンテーブル２１で冷却され、例えばインゴット等の亜鉛系成形体Ｆに成形される。本実施の形態では、ターンテーブル２１の回転周期が、添加物含有溶融亜鉛Ｌを冷却して亜鉛系成形体Ｆにするのに必要な所定時間よりも大きく設定されており、ターンテーブル２１の回転により亜鉛系成形体Ｆの入った鋳型２０が再度、注入口２２の直下に到達する前に取出されて、製品として搬送される。
【００４６】
以上の実施の形態によれば、加熱した溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させ、添加部２５で添加物Ａを添加して溶融させたことによって、進行する溶融亜鉛Ｌの中で添加物Ａを従来よりも短時間で確実に溶融させることができ、溶融亜鉛Ｌ内で均一化させることができる。特に、添加物Ａの添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌが開口部４１を備えた第１のゲート２６を通過するようにして添加物Ａが所定の大きさ以下になるまでは滞留させながら溶融し、所定の大きさ以下になった後は流路８に沿って進行しながら溶融させた場合には、添加した添加物Ａを第１のゲート２６の開口部４１で堰き止めながら溶融亜鉛Ｌの対流等により回転させながら溶融させることができ、添加された添加物Ａを溶融亜鉛Ｌにより短時間で確実に溶融すると共にその組成を均一化することが可能になる。例えば、従来公知の坩堝内でヒータ溶融する場合に２時間以上かかってしまう溶融時間が、図１に示す溶融装置２を用いると約１分で溶融させることが可能になる。これにより、添加物Ａを溶融する際の作業効率が非常に向上する。また、添加物Ａが溶け残ってしまうことが防止され、万一、添加物Ａが溶け残った場合でも目視により容易に判別可能である。
【００４７】
さらに、上述のようにして添加物Ａが添加されて溶融された添加物含有溶融亜鉛Ｌの場合には、添加物Ａが溶融亜鉛内Ｌで均一化されているため、冷却して亜鉛系成形体Ｆを成形する際に、製造する亜鉛系成形体Ｆの組成の調整が容易化され、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。また、溶融亜鉛Ｌに添加された添加物Ａの溶融時間が短縮されているため、亜鉛系成形体Ｆの生産効率も向上する。
【００４８】
さらに、加熱した溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させ、添加部２５で添加物Ａを添加した後に６個の開口部４１を備えた第１のゲート２６を通過させることによって分流及び合流を順に行って効果的に撹拌することができ、添加された添加物Ａを溶融亜鉛Ｌと確実に混合してその組成を均一化することが可能になる。これにより、添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌを冷却して亜鉛系成形体Ｆを成形する際に、製造する亜鉛系成形体Ｆの組成の調整が容易化され、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。
【００４９】
さらに、添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌに第１のゲート２６を通過させた後に、第１のゲート２６の開口部４１よりスリット幅の小さい開口部５１を備えた第２のゲート２７を通過させることによって、溶融により第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅より小さい径になって開口部４１をすり抜けてきた添加物Ａを、第１のゲート２６の場合と同様にして第２のゲート２７の開口部５１で堰き止めながら溶融亜鉛Ｌの流れにより回転させながら溶融させることができる。また、第１のゲート２６と同様に分流及び合流を順に行い、再度、撹拌することができる。これらの点により、第１のゲート２６を通過して径がより小さくなった添加物Ａを溶融亜鉛Ｌにより確実に混合して溶け残りを防止してその組成をさらに均一化することができるうえに、溶融時間をさらに短縮させることができる。
【００５０】
さらに、流路８に溶融亜鉛Ｌの流れを変更させる中継室１０と、流路８の径よりも大きい小部屋６０とを設けたことによって、添加物含有溶融亜鉛Ｌを撹拌し、溶融亜鉛Ｌの中に添加物Ａが固形状のままで存在する場合には、亜鉛系成形体Ｆとして成形を行う前にさらに溶融することによって、溶融亜鉛Ｌの中に混合された添加物Ａが固形状で溶け残らないようにすることが可能である。また、溶融亜鉛Ｌに混合された添加物Ａを撹拌し、より均一な組成にすることができる。
【００５１】
特に、溶融亜鉛めっき処理のめっき浴槽に利用する亜鉛系成形体Ｆを製造する場合のように、亜鉛（Ｚｎ）との比重差が小さい例えばアンチモン（Ｓｂ）等の添加物Ａを添加した添加物含有溶融亜鉛を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造する場合に、添加物Ａ及び溶融亜鉛Ｌを確実に混合して均一化することができ、溶融亜鉛めっき処理に最適な亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。このように、多種多様の用途及び目的に応じた所望の組成を備えた高品質の亜鉛系成形体を製造することが可能になる。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
上述した実施形態においては、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａがアンチモン（Ｓｂ）である場合について説明したが、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）等、アンチモン（Ｓｂ）以外の添加物Ａであってもよい。
【００５４】
上述した実施形態においては、溶融亜鉛Ｌを注入して冷却する鋳型２０が回転式のターンテーブル２１に設けられている場合について説明したが、鋳型２０は、例えばスライド式の支持体等、ターンテーブル２１以外に設けられていてもよい。
【００５５】
上述した実施形態においては、溶湯容器５から溶融亜鉛Ｌを排出する排出手段としてメタルポンプ６が用いられている場合について説明したが、メタルポンプ６以外の排出手段が用いられてもよいし、例えば溶湯容器５を傾斜させて、重力により溶融亜鉛Ｌを排出するようにしてもよい。
【００５６】
上述した実施形態においては、溶湯容器５から中継室１０までの流路８を、溶湯容器５側よりも中継室１０側が低くなるように傾斜して配置すると共に、中継室１０から調合炉１５までの流路８を鉛直方向に沿って配置し、溶融亜鉛Ｌが主として重力で流路８に沿って進行させる場合について説明したが、例えば流路８に圧送手段を設ける等して、溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させるようにしてもよい。また、流路８は、上記以外の構成であってもよい。
【００５７】
上述した実施形態においては、添加部２５に添加物Ａが貯留できるように流路８の幅が十部に広く設定されている場合について説明したが、これに代えて又はこれに加えて添加部２５に添加物Ａが貯留できるように、例えば第１のゲート２６の上流側の底壁３６が下流側の底壁３６より低くなるように底壁３６に段差を設けたり、添加部２５における流路８の傾斜を中継室１０側よりも溶湯容器５側が低くなるように構成する等してもよい。
【００５８】
上述した実施形態では、溶湯容器５が低周波誘導炉等の電気炉である場合について説明したが、溶湯容器５は電気炉以外であってもよい。
【００５９】
上述した実施形態においては、第１のゲート２６が備えるスリット状の開口部４１の個数が６である場合について説明したが、第１のゲート２６が任意の個数の開口部４１を備えていてもよい。
【００６０】
上述した実施形態においては、第２のゲート２７が備えるスリット状の開口部５１の個数が３である場合について説明したが、第２のゲート２７が任意の個数の開口部５１を備えていてもよい。
【００６１】
上述した実施形態においては、第１のゲート２６が備える開口部４１及び第２のゲート２７が備える開口部５１の形状は、鉛直方向に沿って形成されたスリット状である場合について説明したが、ゲートが備える形状は任意の形状であってもよい。
【００６２】
上述した実施形態においては、流路８に２つのゲート２６、２７が設けられている場合について説明したが、任意の数のゲートが流路８に設けられてもよい。
【実施例】
【００６３】
図１に示す本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造し、本発明を検証する。
【００６４】
図６は、図１に示す本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて製造した亜鉛系成形体の組成（重量百分率）について各成分の目標値からのずれ（重量百分率）を示した表である。なお、亜鉛系成形体を製造する際には、重量が１ｔの溶融亜鉛Ｌに対して、添加物Ａとして所定量のＡｌ、Ｓｂを添加して溶融させた。溶融させる時間（溶融亜鉛Ｌを流す時間）は１分に設定し、溶融後に第１のゲート２６の開口部４１と第２のゲート２７の開口部５１との前に溶け残ったＡｌ、Ｓｂは存在していなかった。
【００６５】
図６に示すように、本発明の製造装置を用いて製造した１８個の亜鉛系成形体（サンプルＮｏ．１〜１８）が含有するＡｌ、Ｓｂの各重量百分率はほとんどばらつきがなく、いずれも目標値（Ａｌの目標値は０．５ｗｔ％、Ｓｂの目標値は０．３ｗｔ％）に非常に近い値になっている。このように本発明によれば、従来公知の技術の場合には２時間程度もかかってしまう添加物の溶融時間を１分にまで短縮することができる。また、溶融亜鉛に添加したＳｂが残留する恐れがなくなるうえに、万一、Ｓｂが残留した場合には、目視により確認して添加物の添加された溶融亜鉛の組成が所望する組成（上記目標値）になっていないことを判別可能である。また、溶融亜鉛が均一に分散され、各鋳型内における添加物の偏析や鋳型間での添加物のばらつきがなくなった均一な亜鉛系成形体が製造されている。さらに、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形物を得ることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する製造装置に適用する際に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１の構成図である。
【図２】添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が設けられている流路８を上から見た部分的な平面図である。
【図３】第１のゲート２６の構成を示す斜視図である。
【図４】第２のゲート２７の構成を示す斜視図である。
【図５】添加部２５において添加物Ａが溶融亜鉛Ｌに溶融される状態を示す添加部２５の側面図である。
【図６】図１に示す本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて製造した亜鉛系成形物の組成を重力百分率で示した表である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 亜鉛系成形体の製造装置
２ 添加物の溶融装置
５ 溶湯容器
６ メタルポンプ
８ 流路
１０ 中継室
１５ 調合炉
２０ 鋳型
２１ ターンテーブル
２２ 注入部
２５ 添加部
２６ 第１のゲート
２７ 第２のゲート
３０ 流路の側壁
３５、４５ 支持体
３６ 流路の底壁
４０、５０ 棒状部材
４１ 開口部
６０ 小部屋
添加物 Ａ
亜鉛系成形体 Ｆ
溶融亜鉛 Ｌ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融亜鉛に添加物を溶融する溶融方法及び溶融装置、並びに添加物が添加含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛は空気中の酸素と反応して酸化被膜を生じるため、鉄鋼の防錆材、防食材としてのメッキ皮膜の材料に好まれている。一般に、鉄鋼等の被めっき材を溶融亜鉛めっきする場合には、亜鉛を溶融した溶融亜鉛めっき浴槽内に被めっき材を浸漬することによって行われる。メッキ材として用いられる亜鉛は、亜鉛に予め元素を添加混合した例えばインゴット等の亜鉛系成形体が用いられており、これらの添加元素は、溶融亜鉛めっきの仕上がりや手順を左右するため非常に重要である。
【０００３】
例えば、めっき浴槽内の溶融亜鉛に含まれているＡｌ（アルミニウム）の量はＦｅ（鉄）とＺｎ（亜鉛）の合金化反応に影響を及ぼし、溶融亜鉛めっきされた被めっき材の耐食性に影響を与えることが知られている。また、めっき浴槽内の溶融亜鉛に含まれているＳｂ（アンチモン）の量は経時めっき剥離性を改善させることが知られている。
【０００４】
特許文献１に記載の溶融亜鉛めっき技術では、亜鉛（Ｚｎ）の他に添加元素としてＡｌを０．１〜０．２ｗｔ％未満、Ｓｂを０．１〜０．５ｗｔ％含有し、Ｆｅ（鉄）を除くＰｂ（鉛）、Ｃｄ（カドミウム）又はＳｎ（錫）等の不可避的不純物が合計０．０２ｗｔ％未満含まれる溶融メッキ浴に鋼板を浸漬することによって、屋内長期経時における耐めっき剥離性に優れた亜鉛めっき材料を製造している。
【特許文献１】特昭５７−２６１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来、溶融メッキ浴の原料となる、亜鉛に元素を添加した亜鉛系成形体を製造する際は、坩堝内で亜鉛を溶融し、その坩堝内の溶融亜鉛にインゴットの添加金属（添加元素）を粉砕してから添加し、撹拌することにより添加金属を溶融させ、その後、添加金属を溶融させた溶融亜鉛を冷却して亜鉛系成形体を製造していた。この従来の方法では添加金属を溶融させる時間が非常に長くなってしまっていた。例えば、従来公知の添加金属の溶融技術を用いた場合には、金属を添加した溶融亜鉛を２時間以上も撹拌しなければならない場合があり、非常に生産効率が悪かった。
【０００６】
また、添加物として例えばＳｂ（アンチモン）等のようにＺｎ（亜鉛）と比重が近い元素を添加する場合には、添加物の溶融状況が把握できず、添加物が完全に溶融されずに塊として残留してしまう恐れがあった。このように添加物が完全に溶融されていない添加物含有溶融亜鉛から製造される亜鉛系成形体は、亜鉛系成形体内部に添加元素が偏析し、組成のばらつきが生じてしまうため、従来公知の亜鉛系成形体の製造技術では亜鉛系成形体を所望する組成で製造することが困難であった。そして亜鉛系成型体中にＳｂ等の塊があると、メッキする鋼板にＳｂが付着してメッキ不良を引きおこすという問題も存在していた。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、溶融亜鉛に添加物を従来よりも短時間で確実に溶融して溶融亜鉛内で均一化し、溶融亜鉛に添加された添加物を溶融する効率と添加物が溶融した添加物含有溶融亜鉛の品質とを向上させることをその目的とする。さらに、添加物含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する場合に、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体の製造を可能にすることをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明によれば、溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させ、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることを特徴とする、添加物の溶融方法が提供される。
【０００９】
上記添加物の溶融方法において、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させる工程は、前記添加物を滞留させて前記添加物を所定の大きさ以下に溶融させる第１工程と、前記所定の大きさ以下に溶融させた添加物を前記所定の流路に沿って進行させながら溶融させる第２工程と、を含んでいてもよい。
【００１０】
上記添加物の溶融方法において、前記添加物が亜鉛と比重が近い元素を含んでいてもよい。
【００１１】
また、本発明によれば、上記溶融方法により前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体を製造することを特徴とする、亜鉛系成形体の製造方法が提供される。
【００１２】
また、本発明によれば、溶融亜鉛を進行させる流路と、前記流路を進行する溶融亜鉛に添加物を添加する添加部と、を有することを特徴とする、添加物の溶融装置が提供される。
【００１３】
上記添加物の溶融装置において、前記流路に開口部を備えたゲートが設けられており、前記開口部の大きさは前記ゲートの下流に配置された前記流路の長さに基づいて設定されていてもよい。
【００１４】
上記添加物の溶融装置において、前記開口部は、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されていてもよい。
【００１５】
上記添加物の溶融装置において、前記ゲートは、前記流路に複数設けられていてもよい。
【００１６】
また、本発明によれば、上記溶融装置によって前記添加物含有溶融亜鉛を冷却して亜鉛系成形体に成形する鋳型を有することを特徴とする、亜鉛系成形体を製造する製造装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させながら、この溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることによって、溶融亜鉛に添加物を従来よりも短時間で確実に溶融して溶融亜鉛内で均一化させることができるため、添加物が添加された添加物含有溶融亜鉛の生産性及び品質を向上させることが可能になる。特に、添加物を所定の大きさ以下になるまでは、滞留させた状態で溶融し、所定の大きさ以下になった後に流路に沿って進行させながら溶融させた場合には、添加物の溶融が溶融亜鉛内でより均一化される。また、このような添加物が均一に溶解した添加物含有溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造することにより、添加物の偏析のない亜鉛成形体を製造することができる。また、亜鉛成形体を所望する組成により近い組成とすることが可能であり、これにより、多種多様の用途及び目的に応じた所望の組成を備えた高品質の亜鉛系成形体を製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について説明をする。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１の構成図である。図１に示すように、製造装置１は、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加して溶融する添加物の溶融装置２に、添加物Ａの添加された溶融亜鉛Ｌの保温を行う調合炉１５を接続した構成を有する。後述するように、この調合炉１５の下方には亜鉛系成形体Ｆを成形するように鋳型２０が配置されている。
【００２０】
溶融装置２は、例えば５２０〜５４０℃に加熱された溶融亜鉛Ｌが充填された溶湯容器５から排出手段としてのメタルポンプ６を用いて溶融亜鉛Ｌを下方にある流路８に排出するように構成されている。この流路８は、溶融亜鉛Ｌを中継する中継室１０を経由し、この中継室１０の下方に配置された調合炉１５に接続されている。
【００２１】
流路８は、溶湯容器５から調合炉１５側が低くなるように配置されている。これにより、流路８に排出された溶融亜鉛Ｌは、メタルポンプ６の圧送、重力によって図１に示す矢印方向に進行して中継室１０で中継され、調合炉１５に供給されるようになっている。
【００２２】
調合炉１５に供給された溶融亜鉛Ｌは、調合炉１５の下方にある鋳型２０に注入されてから所定時間冷却され、亜鉛系成形体Ｆが成形されるようになっている。本実施の形態では、複数の鋳型２０を備えたターンテーブル２１が水平面内で一定の速度で回転し、各鋳型２０を調合炉１５が下部に備える管状の注入部２２の直下に順に循環して配置するように構成されている。注入部２２には開閉弁（図示せず）が設けられており、ターンテーブル２０の回転により注入部２２の直下に鋳型２０が配置されたタイミングでこの開閉弁（図示せず）を開くように設定されている。なお、上記では注入部２２に設けた開閉弁（図示せず）の開閉により各鋳型２０に溶融亜鉛Ｌを注入する場合について説明したが、調合炉１５を傾斜させることによって必要量の溶融亜鉛Ｌを各鋳型２０に注入するようにしてもよい。
【００２３】
図１では、ターンテーブル２１に配置された各鋳型２０のうち、溶融亜鉛Ｌが注入された鋳型２０を黒塗りで示し、空の状態になっている鋳型２０を白抜きで示した。鋳型２０に注入された溶融亜鉛Ｌは、ターンテーブル２１が回転する間に冷却されて例えばインゴット等の亜鉛系成形体Ｆとなり、鋳型２０が再度、注入部２２の直下に配置される前に取出されて搬送されるようになっている。
【００２４】
以下では、溶融亜鉛Ｌを進行させる流路８について詳しく説明する。まず、流路８の溶湯容器５から中継室１０までの部分について説明する。流路８の溶湯容器５から中継室１０までの部分は上から見て直線状に配置されており、その上面が開放されて断面がＵ字型の溝状に形成されている。図１に示すように、流路８には、湯容器５及び中継室１０の間に、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａを添加する添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が、溶融亜鉛Ｌの進行方向（図１中、矢印方向）に沿って順に設けられている。
【００２５】
図２は、添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が設けられている流路８を上から見た部分的な平面図である。図２に示すように、添加部２５では、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａが貯留できるように、流路８の幅が十部に広く設定されている。これにより、添加部２５では、添加物Ａを上方から適宜供給し、流路８を図２に示す矢印方向に流れる溶融亜鉛Ｌが添加物Ａを溶融することによって溶融亜鉛Ｌに添加物Ａが添加されるようになっている。本実施の形態では、添加物Ａとして例えば固体状のアンチモン（Ｓｂ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属や、２種以上の金属からなる母合金の塊が用いられており、添加部２５に進行させる溶融亜鉛Ｌの量に対して所定の組成とするのに必要量の添加物Ａが存在するように設定されている。
【００２６】
第１のゲート２６は、図２に示すように、添加部２５において溶融亜鉛Ｌの進行方向側に設けられている。図３は、第１のゲート２６の構成を示す斜視図である。図３に示すように、第１のゲート２６は、流路８を構成する両側壁３０の上に流路８の幅方向に架設された直方体形状の支持体３５を備えている。この支持体３５は、例えば溶接等によってその両端が両側壁３０に各々固定されている。支持体３５には５本の棒状部材４０が鉛直方向下方に延設されており、これら５本の棒状部材４０の下端は流路８を構成する底壁３６に到達している。これら５本の棒状部材４０は、例えば支持体３５に設けた孔に嵌合されて支持体３５に固定されている。本実施の形態では、棒状部材４０はいずれも断面が略円形に形成されている。
【００２７】
第１のゲート２６が備える５本の棒状部材４０は、流路８の両側壁３０の間に幅方向に沿って互いに等間隔で配置されている。棒状部材４０同士の間と、流路８の両側壁３５及び棒状部材４０の間とには、鉛直方向に沿ったスリット状の開口部４１が各々形成されている。本実施の形態では、第１のゲート２６には合計６個の開口部４１が概ね同じ大きさで形成されている。これにより、流路８を流れる溶融亜鉛Ｌが第１のゲート２６を通過する際には、これら６個の開口部４１を通過して下流に流れるようになっている。
【００２８】
図２に示すように、第１のゲート２６の下流には第２のゲート２７が設けられている。本実施の形態では、流路８の幅は、第１のゲート２６から下流に進むに従って徐々に小さくなり、最終的には一定の大きさになっている。第２のゲート２７は、第１のゲート２６の下流において流路８の幅が一定になった部分に設けられている。図４は、第２のゲート２７の構成を示す斜視図である。なお、第１のゲート２６から第２のゲート２７までの流路８の幅は一定であってもよい。
【００２９】
図４に示すように、第２のゲート２７は、図３に示す第１のゲート２６と同様に構成されており、流路８の両側壁３０の上に幅方向に沿って架設された直方体形状の支持体４５が、線直方向下方に延設されて流路８の底壁まで到達する複数の棒状部材５０とを備えている。第２のゲート２７の支持体４５が備える棒状部材５０の個数は２本に設定されており、各棒状部材５０、流路８の両側壁３０及び底壁３６によって形成されるスリット状の開口部５１の個数が３になっている。また、第２のゲート２７に形成された開口部５１のスリット幅は、第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅よりも小さくなっている。
【００３０】
次に、流路８の中継室１０から調合炉１５までの部分について説明する。流路８の中継室１０から調合炉１５までの部分は、管状に形成されている。溶湯容器５からの溶融亜鉛Ｌが中継室１０に到達した際に、この溶融亜鉛Ｌが中継室１０の壁に衝突して流れる方向が変更されるように、中継室１０から調合炉１５までの部分は、溶湯容器５から中継室１０までの部分の延長線上から外れる位置に配置されている。これにより、溶融亜鉛Ｌが中継室１０内を通過する際に撹拌流が生じるようになっている。なお、中継室１０から調合炉１５までの部分は、鉛直方向に沿って配置されていてもよいが、溶融亜鉛Ｌが中継室１０内に滞在する滞在時間をより長くするように傾斜して配置するのが好ましい。また、中継室１０と調合炉１５との間には、溶融亜鉛Ｌの撹拌を目的として流路８の内径を大きくした小部屋６０が設けられている。これにより、流路８を流れる溶融亜鉛Ｌがこの小部屋６０を通過する際に撹拌されて、組成のむらが低減されるようになっている。
【００３１】
以上のように構成された本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造する製造方法について説明する。
【００３２】
まず、亜鉛系成形体Ｆを製造する際に、製造装置１が備える本実施の形態に係る添加物の溶融装置２を用いて、溶融亜鉛Ｌに添加した添加物Ａを溶融する方法を説明する。
【００３３】
溶湯容器５内に、溶融亜鉛Ｌを充填し、撹拌装置（図示せず）を用いて撹拌しながら５２０〜５４０℃以上に恒温保持する。本実施の形態では、溶湯容器５として、例えば低周波誘導炉等の電気炉を用いている。
【００３４】
撹拌により溶湯容器５内で均一に５３０℃以上の温度に保持された溶融亜鉛Ｌが、図１に示すように、溶湯容器５内からメタルポンプ６によって排出され、流路８に供給される。なお、本実施の形態では、ロードセル（図示せず）によって溶湯容器５内から一回の製造に必要な一定量の溶融亜鉛Ｌが流路８に流されるようになっている。
【００３５】
流路８に供給された溶融亜鉛Ｌは、重力によって流路８に沿って中継室１０に向かって図１に示す矢印方向に進行し、添加部２５に到達する。この添加部２５には、流路８の上方から進行させる溶融亜鉛Ｌの量に対して所定の組成とするのに必要な量の添加物Ａが、第１のゲート２６の開口部４１の寸法よりも大きい固体形状で予め供給されている。なお、この添加物Ａの溶け残りが存在している場合には、製造された亜鉛系成形体Ｆの組成が所望する組成から外れてしまっていると判別可能である。本実施の形態では、第１のゲート２６の開口部４１の寸法は、第１のゲート２６の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されている。具体的に説明すると、第１のゲート２６の開口部の寸法は、この開口部４１をすり抜けて第１のゲート２６の下流に進行した固体形状の添加物Ａが溶融装置２の備える流路８を進行する間に完全に溶融させることが可能な大きさに設定されている。
【００３６】
添加部２５に到達した溶融亜鉛Ｌが添加部２５の添加物Ａを溶融し、溶融亜鉛Ｌに添加物Ａが添加される。図５は、添加物Ａが溶融亜鉛Ｌに溶融される状態を示す添加部２５の側面図である。図５に示すように、第１のゲート２６の上流側に到達した溶融亜鉛Ｌは、添加部２５に配置された添加物Ａによって一点鎖線で示す液面が高くなる（即ち、溶融亜鉛Ｌの深さが深くなる）。また、第１のゲート２６のスリット状の開口部４１が部分的に添加物Ａによって塞がれるため、溶融亜鉛Ｌの一部は図５の点線矢印で示すように逆流し、この逆流の際に添加物Ａが回転される。この回転によって溶融亜鉛Ｌによる添加物Ａの溶融が促進される。
【００３７】
添加部２５で溶融されて第１のゲート２６のスリット状の開口部４１のスリット幅よりも径が小さくなった添加物Ａは、第１のゲート２６の開口部４１をすり抜け、第２のゲート２７に到達する。しかしながら、第２のゲート２７のスリット状の開口部５１のスリット幅は、第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅よりも小さいため、添加物Ａはこの第２のゲート２７の開口部５１を通過できずに堰き止められる。なお、第２のゲート２７の開口部５１の寸法は、上述した第１のゲート２６の開口部４１の寸法の場合と同様に、第２のゲート２６の下流に配置された流路８の長さに基づいて設定されている。
【００３８】
添加部２５で添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等によって添加部２５の下流に進行し、第１のゲート２６を通過する。添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６を通過する際に、第１のゲート２６の６個の開口部４１によって６つに分流される。そして、分流した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６の６個の開口部４１を通過後に１つに合流する。このようにして添加物含有溶融亜鉛Ｌは、第１のゲート２６を通過する際に、分流及び合流が順に行われて効果的に撹拌される。
【００３９】
第１のゲート２６を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等によって流路８に沿って下流側に進行し、第２のゲート２７を通過する。第２のゲート２７を通過する際にも第１のゲート２６を通過する場合と同様に、添加物含有溶融亜鉛Ｌの分流及び合流が順に行われる。これにより、添加金属含有溶融亜鉛Ｌは、第２のゲート２７を通過することによって再度、効果的に撹拌される。
【００４０】
第２のゲート２７を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等により流路８に沿ってさらに下流側に進行し、中継室１０に到達する。中継室１０に到達した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、流れる方向が変更されて流路８を鉛直方向下方に進行し、添加物含有溶融亜鉛Ｌは小部屋６０を通過する。小部屋６０は管状の流路８よりも内径が大きくなっているため、添加物含有溶融亜鉛Ｌが小部屋６０を流れる際には、その流れに変化が生じて添加物含有溶融亜鉛Ｌが撹拌される。
【００４１】
なお、第２のゲート２７において既述したように第１のゲート２６の開口部４１をすり抜けてきて堰き止められている添加物Ａは、図５を用いて第１のゲート２７について説明した場合と同様に溶融亜鉛Ｌの流れにより第２のゲート２７付近で回転される。この回転によって、第２のゲート２７においても溶融亜鉛Ｌによる添加物Ａの溶融が促進され、添加物Ａはさらに径が小さくなる。最終的には、この添加物Ａは第２のゲート２７の開口部５１のスリット幅よりも径が小さくなり、第２のゲート２７の開口部５１をすり抜けてさらに下流に流れていく。このように下流に流れていく際には、添加物Ａの比表面積が非常に大きくなっており、また、回転しながら流れていくため、溶融亜鉛Ｌへの溶融が促進される。
【００４２】
小部屋６０を通過した添加物含有溶融亜鉛Ｌは、重力等により流路８に沿ってさらに下流側に進行し、調合炉１５に到達する。以上により、溶融装置２を用いて、溶融亜鉛Ｌに添加した添加物Ａを溶融する手順が完了する。
【００４３】
以下、溶融装置２によって添加物Ａが添加されて溶融された添加物含有溶融亜鉛Ｌから亜鉛系成形体Ｆの製造が完了するまでの手順について説明する。
【００４４】
溶融装置２から調合炉１５に到達した添加物含有溶融亜鉛Ｌは貯留される。調合炉１５の下方では、ターンテーブル２０の一定の速度で回転しており、この回転により注入部２２の直下に鋳型２０が配置されたタイミングで、調合炉１５の注入部２２の開閉弁（図示せず）が開かれる。これにより、調合炉１５に貯留された添加物含有溶融亜鉛Ｌがターンテーブル２０の各鋳型２０に注入される。鋳型２０への注入が完了すると、注入部２２の開閉弁（図示せず）が閉じられる。以下同様にして、調合炉１５からターンテーブル２０の各鋳型２０に１つずつ順に注入される。
【００４５】
鋳型２０に注入された添加物含有溶融亜鉛Ｌは、回転するターンテーブル２１で冷却され、例えばインゴット等の亜鉛系成形体Ｆに成形される。本実施の形態では、ターンテーブル２１の回転周期が、添加物含有溶融亜鉛Ｌを冷却して亜鉛系成形体Ｆにするのに必要な所定時間よりも大きく設定されており、ターンテーブル２１の回転により亜鉛系成形体Ｆの入った鋳型２０が再度、注入口２２の直下に到達する前に取出されて、製品として搬送される。
【００４６】
以上の実施の形態によれば、加熱した溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させ、添加部２５で添加物Ａを添加して溶融させたことによって、進行する溶融亜鉛Ｌの中で添加物Ａを従来よりも短時間で確実に溶融させることができ、溶融亜鉛Ｌ内で均一化させることができる。特に、添加物Ａの添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌが開口部４１を備えた第１のゲート２６を通過するようにして添加物Ａが所定の大きさ以下になるまでは滞留させながら溶融し、所定の大きさ以下になった後は流路８に沿って進行しながら溶融させた場合には、添加した添加物Ａを第１のゲート２６の開口部４１で堰き止めながら溶融亜鉛Ｌの対流等により回転させながら溶融させることができ、添加された添加物Ａを溶融亜鉛Ｌにより短時間で確実に溶融すると共にその組成を均一化することが可能になる。例えば、従来公知の坩堝内でヒータ溶融する場合に２時間以上かかってしまう溶融時間が、図１に示す溶融装置２を用いると約１分で溶融させることが可能になる。これにより、添加物Ａを溶融する際の作業効率が非常に向上する。また、添加物Ａが溶け残ってしまうことが防止され、万一、添加物Ａが溶け残った場合でも目視により容易に判別可能である。
【００４７】
さらに、上述のようにして添加物Ａが添加されて溶融された添加物含有溶融亜鉛Ｌの場合には、添加物Ａが溶融亜鉛内Ｌで均一化されているため、冷却して亜鉛系成形体Ｆを成形する際に、製造する亜鉛系成形体Ｆの組成の調整が容易化され、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。また、溶融亜鉛Ｌに添加された添加物Ａの溶融時間が短縮されているため、亜鉛系成形体Ｆの生産効率も向上する。
【００４８】
さらに、加熱した溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させ、添加部２５で添加物Ａを添加した後に６個の開口部４１を備えた第１のゲート２６を通過させることによって分流及び合流を順に行って効果的に撹拌することができ、添加された添加物Ａを溶融亜鉛Ｌと確実に混合してその組成を均一化することが可能になる。これにより、添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌを冷却して亜鉛系成形体Ｆを成形する際に、製造する亜鉛系成形体Ｆの組成の調整が容易化され、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。
【００４９】
さらに、添加物Ａが添加された添加物含有溶融亜鉛Ｌに第１のゲート２６を通過させた後に、第１のゲート２６の開口部４１よりスリット幅の小さい開口部５１を備えた第２のゲート２７を通過させることによって、溶融により第１のゲート２６の開口部４１のスリット幅より小さい径になって開口部４１をすり抜けてきた添加物Ａを、第１のゲート２６の場合と同様にして第２のゲート２７の開口部５１で堰き止めながら溶融亜鉛Ｌの流れにより回転させながら溶融させることができる。また、第１のゲート２６と同様に分流及び合流を順に行い、再度、撹拌することができる。これらの点により、第１のゲート２６を通過して径がより小さくなった添加物Ａを溶融亜鉛Ｌにより確実に混合して溶け残りを防止してその組成をさらに均一化することができるうえに、溶融時間をさらに短縮させることができる。
【００５０】
さらに、流路８に溶融亜鉛Ｌの流れを変更させる中継室１０と、流路８の径よりも大きい小部屋６０とを設けたことによって、添加物含有溶融亜鉛Ｌを撹拌し、溶融亜鉛Ｌの中に添加物Ａが固形状のままで存在する場合には、亜鉛系成形体Ｆとして成形を行う前にさらに溶融することによって、溶融亜鉛Ｌの中に混合された添加物Ａが固形状で溶け残らないようにすることが可能である。また、溶融亜鉛Ｌに混合された添加物Ａを撹拌し、より均一な組成にすることができる。
【００５１】
特に、溶融亜鉛めっき処理のめっき浴槽に利用する亜鉛系成形体Ｆを製造する場合のように、亜鉛（Ｚｎ）との比重差が小さい例えばアンチモン（Ｓｂ）等の添加物Ａを添加した添加物含有溶融亜鉛を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造する場合に、添加物Ａ及び溶融亜鉛Ｌを確実に混合して均一化することができ、溶融亜鉛めっき処理に最適な亜鉛系成形体Ｆを製造することが可能になる。このように、多種多様の用途及び目的に応じた所望の組成を備えた高品質の亜鉛系成形体を製造することが可能になる。
【００５２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５３】
上述した実施形態においては、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａがアンチモン（Ｓｂ）である場合について説明したが、溶融亜鉛Ｌに添加する添加物Ａは、例えばアルミニウム（Ａｌ）等、アンチモン（Ｓｂ）以外の添加物Ａであってもよい。
【００５４】
上述した実施形態においては、溶融亜鉛Ｌを注入して冷却する鋳型２０が回転式のターンテーブル２１に設けられている場合について説明したが、鋳型２０は、例えばスライド式の支持体等、ターンテーブル２１以外に設けられていてもよい。
【００５５】
上述した実施形態においては、溶湯容器５から溶融亜鉛Ｌを排出する排出手段としてメタルポンプ６が用いられている場合について説明したが、メタルポンプ６以外の排出手段が用いられてもよいし、例えば溶湯容器５を傾斜させて、重力により溶融亜鉛Ｌを排出するようにしてもよい。
【００５６】
上述した実施形態においては、溶湯容器５から中継室１０までの流路８を、溶湯容器５側よりも中継室１０側が低くなるように傾斜して配置すると共に、中継室１０から調合炉１５までの流路８を鉛直方向に沿って配置し、溶融亜鉛Ｌが主として重力で流路８に沿って進行させる場合について説明したが、例えば流路８に圧送手段を設ける等して、溶融亜鉛Ｌを流路８に沿って進行させるようにしてもよい。また、流路８は、上記以外の構成であってもよい。
【００５７】
上述した実施形態においては、添加部２５に添加物Ａが貯留できるように流路８の幅が十部に広く設定されている場合について説明したが、これに代えて又はこれに加えて添加部２５に添加物Ａが貯留できるように、例えば第１のゲート２６の上流側の底壁３６が下流側の底壁３６より低くなるように底壁３６に段差を設けたり、添加部２５における流路８の傾斜を中継室１０側よりも溶湯容器５側が低くなるように構成する等してもよい。
【００５８】
上述した実施形態では、溶湯容器５が低周波誘導炉等の電気炉である場合について説明したが、溶湯容器５は電気炉以外であってもよい。
【００５９】
上述した実施形態においては、第１のゲート２６が備えるスリット状の開口部４１の個数が６である場合について説明したが、第１のゲート２６が任意の個数の開口部４１を備えていてもよい。
【００６０】
上述した実施形態においては、第２のゲート２７が備えるスリット状の開口部５１の個数が３である場合について説明したが、第２のゲート２７が任意の個数の開口部５１を備えていてもよい。
【００６１】
上述した実施形態においては、第１のゲート２６が備える開口部４１及び第２のゲート２７が備える開口部５１の形状は、鉛直方向に沿って形成されたスリット状である場合について説明したが、ゲートが備える形状は任意の形状であってもよい。
【００６２】
上述した実施形態においては、流路８に２つのゲート２６、２７が設けられている場合について説明したが、任意の数のゲートが流路８に設けられてもよい。
【実施例】
【００６３】
図１に示す本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１を用いて亜鉛系成形体Ｆを製造し、本発明を検証する。
【００６４】
図６は、図１に示す本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて製造した亜鉛系成形体の組成（重量百分率）について各成分の目標値からのずれ（重量百分率）を示した表である。なお、亜鉛系成形体を製造する際には、重量が１ｔの溶融亜鉛Ｌに対して、添加物Ａとして所定量のＡｌ、Ｓｂを添加して溶融させた。溶融させる時間（溶融亜鉛Ｌを流す時間）は１分に設定し、溶融後に第１のゲート２６の開口部４１と第２のゲート２７の開口部５１との前に溶け残ったＡｌ、Ｓｂは存在していなかった。
【００６５】
図６に示すように、本発明の製造装置を用いて製造した１８個の亜鉛系成形体（サンプルＮｏ．１〜１８）が含有するＡｌ、Ｓｂの各重量百分率はほとんどばらつきがなく、いずれも目標値（Ａｌの目標値は０．５ｗｔ％、Ｓｂの目標値は０．３ｗｔ％）に非常に近い値になっている。このように本発明によれば、従来公知の技術の場合には２時間程度もかかってしまう添加物の溶融時間を１分にまで短縮することができる。また、溶融亜鉛に添加したＳｂが残留する恐れがなくなるうえに、万一、Ｓｂが残留した場合には、目視により確認して添加物の添加された溶融亜鉛の組成が所望する組成（上記目標値）になっていないことを判別可能である。また、溶融亜鉛が均一に分散され、各鋳型内における添加物の偏析や鋳型間での添加物のばらつきがなくなった均一な亜鉛系成形体が製造されている。さらに、所望する組成により近い組成の亜鉛系成形物を得ることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、例えば溶融亜鉛から亜鉛系成形体を製造する製造装置に適用する際に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態に係る亜鉛系成形体の製造装置１の構成図である。
【図２】添加部２５、第１のゲート２６及び第２のゲート２７が設けられている流路８を上から見た部分的な平面図である。
【図３】第１のゲート２６の構成を示す斜視図である。
【図４】第２のゲート２７の構成を示す斜視図である。
【図５】添加部２５において添加物Ａが溶融亜鉛Ｌに溶融される状態を示す添加部２５の側面図である。
【図６】図１に示す本発明の実施の形態に係る製造装置１を用いて製造した亜鉛系成形物の組成を重力百分率で示した表である。
【符号の説明】
【００６８】
１ 亜鉛系成形体の製造装置
２ 添加物の溶融装置
５ 溶湯容器
６ メタルポンプ
８ 流路
１０ 中継室
１５ 調合炉
２０ 鋳型
２１ ターンテーブル
２２ 注入部
２５ 添加部
２６ 第１のゲート
２７ 第２のゲート
３０ 流路の側壁
３５、４５ 支持体
３６ 流路の底壁
４０、５０ 棒状部材
４１ 開口部
６０ 小部屋
添加物 Ａ
亜鉛系成形体 Ｆ
溶融亜鉛 Ｌ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させ、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることを特徴とする、添加物の溶融方法。
【請求項２】
前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させる工程は、前記添加物を滞留させて前記添加物を所定の大きさ以下に溶融させる第１工程と、前記所定の大きさ以下に溶融させた添加物を前記所定の流路に沿って進行させながら溶融させる第２工程と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の添加物の溶融方法。
【請求項３】
前記添加物が亜鉛と比重が近い元素を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の添加物の溶融方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の添加物の溶融方法により前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体を製造することを特徴とする、亜鉛系成形体の製造方法。
【請求項５】
溶融亜鉛を進行させる流路と、
前記流路を進行する溶融亜鉛に添加物を添加する添加部と、を有することを特徴とする、添加物の溶融装置。
【請求項６】
前記流路に開口部を備えたゲートが設けられており、
前記開口部の大きさは前記ゲートの下流に配置された前記流路の長さに基づいて設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の添加物の溶融装置。
【請求項７】
前記開口部は、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の添加物の溶融装置。
【請求項８】
前記ゲートは、前記流路に複数設けられていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の添加物の溶融装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載の添加物の溶融装置によって前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体に成形する鋳型を有することを特徴とする、亜鉛系成形体を製造する製造装置。
【請求項１】
溶融亜鉛を所定の流路に沿って進行させ、前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させることを特徴とする、添加物の溶融方法。
【請求項２】
前記溶融亜鉛の流路内で添加物を溶融させる工程は、前記添加物を滞留させて前記添加物を所定の大きさ以下に溶融させる第１工程と、前記所定の大きさ以下に溶融させた添加物を前記所定の流路に沿って進行させながら溶融させる第２工程と、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の添加物の溶融方法。
【請求項３】
前記添加物が亜鉛と比重が近い元素を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の添加物の溶融方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の添加物の溶融方法により前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体を製造することを特徴とする、亜鉛系成形体の製造方法。
【請求項５】
溶融亜鉛を進行させる流路と、
前記流路を進行する溶融亜鉛に添加物を添加する添加部と、を有することを特徴とする、添加物の溶融装置。
【請求項６】
前記流路に開口部を備えたゲートが設けられており、
前記開口部の大きさは前記ゲートの下流に配置された前記流路の長さに基づいて設定されていることを特徴とする、請求項５に記載の添加物の溶融装置。
【請求項７】
前記開口部は、鉛直方向に沿ってスリット状に形成されていることを特徴とする、請求項５又は６に記載の添加物の溶融装置。
【請求項８】
前記ゲートは、前記流路に複数設けられていることを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の添加物の溶融装置。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれかに記載の添加物の溶融装置によって前記添加物を溶融させた添加物含有溶融亜鉛を冷却し、亜鉛系成形体に成形する鋳型を有することを特徴とする、亜鉛系成形体を製造する製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−５６９８１（Ｐ２００８−５６９８１Ａ）
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２３４６４６（Ｐ２００６−２３４６４６）
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月１３日（２００８．３．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００２２４７９８）ＤＯＷＡホールディングス株式会社 (550)
【Ｆターム（参考）】
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