溶融金属浄化装置および溶融金属の浄化方法
【課題】高い浄化効率で安定して、介在物を含む溶融金属を浄化できる装置および方法を提供する。
【解決手段】溶融金属流路１０を流れる介在物を含む溶融金属に、上流側と下流側に１２ａ，１２ｂ電極を配設し電場の向きを溶融金属の流れの向きに一致するように電場を作用させ、溶融金属流路を磁場の向きに直交するように構成して磁場を溶融金属の流れの向きに直交するように作用させる。少なくとも１巻のらせん部１０ａを有し、らせん部の芯の向きが磁場の向きに一致するように構成された流路であり、らせん部の芯の向きを重力の向きと一致するように構成する。少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された流路としてもよい。一対の電極のうち、下流側の電極を溶融金属流路の出側に設けられた分岐部配管上で流路配管の中心線の延長と交叉する領域に、配置する。
【解決手段】溶融金属流路１０を流れる介在物を含む溶融金属に、上流側と下流側に１２ａ，１２ｂ電極を配設し電場の向きを溶融金属の流れの向きに一致するように電場を作用させ、溶融金属流路を磁場の向きに直交するように構成して磁場を溶融金属の流れの向きに直交するように作用させる。少なくとも１巻のらせん部１０ａを有し、らせん部の芯の向きが磁場の向きに一致するように構成された流路であり、らせん部の芯の向きを重力の向きと一致するように構成する。少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された流路としてもよい。一対の電極のうち、下流側の電極を溶融金属流路の出側に設けられた分岐部配管上で流路配管の中心線の延長と交叉する領域に、配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、溶融亜鉛めっき浴等の溶融金属めっき装置等に好適な、介在物を含む溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置および溶融金属の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、被めっき板である金属板（金属帯板）への溶融金属めっきは、図７に示すような連続溶融金属めっき装置を使用して行われる。例えば、鋼帯（鋼板）に溶融亜鉛めっき処理を行う際には、鋼帯（金属板）Ａをスナウト102を通り、溶融亜鉛めっき浴（溶融金属めっき浴）100a中に連続的に導き入れ、シンクロール101によって進行方向を上方に変更して、一対のピンチロール103でめっき浴から引き出し、めっき厚調整手段104により溶融亜鉛めっき層の厚さを調節して、溶融亜鉛めっき鋼板とする。この場合、溶融亜鉛めっき浴100a中では、鋼帯や浴中機器から溶出したFeが、溶融亜鉛めっき浴の亜鉛ZnやアルミニウムAlと反応して、一般にドロスと呼ばれる介在物を生成する。浴の底部に堆積する介在物（FeZn7、FeZn13）はボトムドロスと呼ばれ、また浴面に浮上する介在物（Fe2Al5）はトップドロスと呼ばれる。大きさはいずれも、数μm〜数百μmである。
【０００３】
溶融亜鉛めっき浴内の流動や浴面の波立ち等によって、これらのトップドロスやボトムドロスが、浴中を浮遊し、溶融亜鉛めっき浴を通過中の鋼帯表面上に付着することがある。特に、ボトムドロスは溶融亜鉛との比重差が小さいことが多いため、一度浴中に舞い上がると再び沈降するまで数時間を要する。浮遊したこれらドロスの付着は、めっき鋼板の外観を著しく損ない、めっき品質欠陥となり、めっき鋼帯の歩留低下を招く。
【０００４】
このようなめっき浴中のドロスの浮遊を防止するためには、めっき浴内を攪拌しないように操業することが考えられる。しかし、実操業上は、所望のめっき仕様を確保するために、ラインスピードの調整や浴中機器の位置調整などを優先するため、めっき浴内の流動を乱してしまうことが多い。
また、ドロスは、例えば、めっき浴中で鋼帯の方向を変えるシンクロールや、めっき浴中で鋼帯の振動・Ｃ反りを矯正するためのサポートロールなどの浴中機器にも析出する。これらのロール等にドロスが析出すると、鋼帯への押し疵や擦り傷などの表面欠陥の原因となる。このため、製造ラインを停止して、ドロスが析出した浴中機器を取り替えることが必要となる。製造ラインの停止は、当然ながら、生産コストの高騰を招く。
【０００５】
トップドロスによる上記したような問題を回避するため、従来から、トップドロスを操業中に定期的に柄杓状の道具で掻き出すことが行われていた。しかし、この掻き出し作業自体が、めっき浴面を乱し、ドロスの生成を促進することになる場合があり、また、この掻き出し作業は、重筋作業であるとともに、作業者により掻き出しに差が生じるという問題がある。
【０００６】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、トップドロスの回収を機械化した、トップドロス分離回収装置が提案されている。特許文献１に記載されたトップドロス分離回収装置では、トップドロスを撹拌羽根付き回転軸によりフラックスと撹拌混合し、フラックスと混合したトップドロスを、圧空噴射ノズルから噴射された圧空でアッシュとして飛散させて、防塵器で吸引回収する。特許文献１に記載された技術では、トップドロスとフラックスとを反応させて回収容易な状態にするために、攪拌容器をめっき浴内に配置する必要がある。しかし、撹拌容器をめっき浴内に設置し、めっき浴を撹拌することは、逆にドロス生成を促進させてしまうという懸念がある。
【０００７】
また、特許文献２には、アームの先端にドロス捕集網を取り付け、溶融金属めっき相中のトップドロスを除去するロボットを設け、掻き出し作業をロボット化したドロス除去装置が提案されている。しかし、特許文献２に記載された技術では、予めプログラムされた掻き出し動作を繰り返すだけで、掻き出しきれずに浴内にドロスが残る場合があるという問題があった。
【０００８】
また、ボトムドロスの除去は、通常、数週間に１回程度の浴中機器のメンテナンス時に、ポンプや重機で排出している。しかし、ボトムドロスは、時間が経つと浴底に固着してしまうため、このような数週間に１回程度しか実施できない方法では、ボトムドロスの完全な除去はできていないのが実状である。
このようなボトムドロス、あるいはトップドロスの大部分は浴中に浮遊するドロスに起因しており、このような浴中に浮遊するドロスを除去する方法として、例えば、特許文献３には、セラミックフィルターで溶融金属を濾過するとともに、ガスを吹込みフィルターを通過させてガスを微細化して、浴中を浮上させることにより、微細ドロスを浴面に速やかに浮上させ、分離除去する、溶融めっき金属の介在物除去方法が記載されている。しかし、特許文献３に記載された技術では、浴中にセラミックフィルターを配置する必要があり、フィルター自体が目詰まりしやすいことや、フィルターの保守・交換等に多大の労力を要するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献４には、溶融金属中の固形介在物を遠心分離する機能を有する装置と溶融金属中の固形介在物を浮上分離する機能を有する装置とを備え、溶融金属を該二つの装置内を通過させ、溶融金属中の固形介在物を除去し、清浄化した溶融金属を溶融金属めっき槽内へ還流する、溶融金属めっき方法が提案されている。特許文献４に記載された技術では、遠心分離効果を得るために、溶融金属の流速を大きくする必要があるが、大きな流速を有する溶融金属をそのまま、めっき浴槽内に還流すると、めっき浴内の流動を撹乱するという問題があった。そのため、還流する溶融金属の流速を低減するために更なる装置の付加が必要となり、多大の投資を必要とするという問題がある。
【００１０】
また、特許文献５には、溶融亜鉛めっき浴槽と、その近傍に少なくとも２本の通管でめっき浴槽と循環連通する補助ポットとを設け、めっき浴槽から補助ポットに溶融亜鉛を流入させる通管に設けた冷却装置で溶融亜鉛を冷却し、補助ポット内に溶融亜鉛中の浮遊ドロスを沈下させて浮遊ドロスの無い溶融亜鉛として、加熱装置を設けた他の通管からめっき浴槽内に循環させる、連続溶融亜鉛めっき槽内に浮遊ドロスを生成せしめない方法が提案されている。特許文献５に記載された技術は、沈殿法と呼ばれるものであるが、しかし、特許文献５に記載された技術ではドロスは十分に沈殿除去されないという問題があった。
【００１１】
また、特許文献６には、溶融亜鉛めっき槽とそれに隣接して設けられたドロス沈殿槽とを有し、溶融亜鉛めっき槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量、ドロス沈殿槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量とをそれぞれ所定範囲の容量としたうえで、溶融亜鉛めっき槽とドロス沈殿槽との間で亜鉛融液を移送する移送手段の移送量を限定したドロス除去装置が提案されている。これにより、沈殿法を用いた、ドロスの除去効率が向上するとしている。
【００１２】
また、上記した技術とは別に、特許文献７には、電磁アルキメデス効果を利用した溶融金属から不純物元素を除去する方法が記載されている。特許文献７に記載された技術は、溶融金属に対して、除去すべき不純物と金属間化合物を形成する元素を添加して金属間化合物を形成させ、溶融金属を細管又は細孔を有する細孔体に保持、または流通させながら直流電流を通じ、更に直流電流とほぼ直流方向に直流磁界をかけて電磁気力を発生させ、これにより金属間化合物を溶融金属から分離する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実開昭60−122358号公報
【特許文献２】特開平５−302157号公報
【特許文献３】特開昭62−202070号公報
【特許文献４】特開平5−230606号公報
【特許文献５】特開昭53−88633号公報
【特許文献６】特開平９−104957号公報
【特許文献７】特開平08−60263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献５、６に記載された技術はいずれも、溶融亜鉛めっき槽に隣接して設けられた沈殿槽（補助ポット）で、浮遊ドロスを溶融亜鉛とドロスとの比重差を利用して分離、除去しようとするものである。しかし、特許文献５、６に記載された技術では、溶融亜鉛とドロスとの比重差が小さいため、分離に長時間を要するという問題がある。分離に長時間を要すると、溶融亜鉛の温度が低下し、ドロスが生成しやすくなる。そのため、特許文献５、６に記載された技術では、溶融亜鉛を加熱・保温する必要があり、大掛かりな加熱・保温装置を必要とするという問題があった。
【００１５】
また、特許文献７に記載された技術は、不純物元素を含有する溶融金属に除去すべき不純物元素と金属間化合物を形成する元素を添加し、電場と磁場とを作用させ、金属間化合物を溶融金属から分離させて、溶融金属から不純物元素を除去しようとするものであるが、主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を対象としており、除去すべき不純物元素と金属間化合物を形成する元素を添加することを必須の要件としているうえ、高い不純物元素除去効率を安定して確保できないという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインにおける溶融亜鉛めっき浴等の、介在物を含む溶融金属から介在物を容易に除去でき、高い浄化効率で安定して溶融金属を浄化できるとともに、点検・保守が容易なメンテナンス性に優れた溶融金属浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、介在物を含む溶融金属に、電場と磁場を作用させて溶融金属から介在物を分離・除去し、溶融金属を浄化する分離除去手段について鋭意研究し、本発明者らの一人は、電磁アルキメデス効果を利用した分離除去手段を有する溶融金属溶融金属めっき装置を特開2008−231526号公報として、すでに提案している。
【００１８】
介在物を含む溶融金属に、例えば、図４に示す向きに電場と磁場を作用させると、溶融金属にはフレミングの法則に従った図４に示す向きに電磁力が作用する。図４では、電場は溶融金属の流れの向きを横切る向きに、磁場は溶融金属の流れと平行する向きに、それぞれ作用させている。なお、磁場はコイル状電磁石で発生させている。
ここで、溶融金属と介在物は一般に強磁性体でないから、磁場による磁化力の作用は無視できる。介在物は、酸化物あるいは金属間化合物であり、溶融金属よりも電気伝導度が小さいことがほとんどである。介在物は電気伝導度が小さい、すなわち電気抵抗が大きいため、電場は、介在物には作用せず、電磁力も働かない。このため、介在物は、介在物を取り巻く溶融金属から介在物表面に電磁力を受けるが、反作用の合力として電磁力とは逆向きの力を受けることになる。この現象はあたかも、重力場における浮力の作用と同じであるため、電磁アルキメデス効果と呼ばれ、作用する力は電磁アルキメデス力と称されている。図４に示す向きに電場と磁場を作用させると、介在物には、電磁アルキメデス力が一方向に作用し、図４に示すように、介在物を溶融金属流内の一方の領域に濃化・偏析させることができる。そして、電場と磁場を作用させる分離除去手段の出側の溶融金属流路に二股の分岐部を設けることにより、介在物が分離除去され浄化された溶融金属と、介在物が濃化・偏析した溶融金属に分離でき、介在物を含む溶融金属を容易に浄化することができる。
【００１９】
このようなことから、本発明者らは、介在物を溶融金属内の一方の領域に濃化・偏析させるには、強力な磁場発生装置と強力な電場発生装置を設置し、介在物を含む溶融金属に磁場、電場を広範囲に作用させ、電磁力を広範囲に作用させれば、電磁アルキメデス効果が広範囲に得られると考えた。しかし、電磁アルキメデス効果が得られる範囲を広範囲とするためには、広い板状の電極とする必要があり、また点状の電極であれば、図５に示すように列状に多数配置する必要がある。広い板状の電極や多数の点状の電極を溶融金属が移送される溶融金属流路内に浸漬して配設すると、得られる電場が局所的となることが多いうえ、電極のみの交換が難しく、溶融金属流路ごとの交換となり多大の労力を必要とし、実操業においては、装置のメンテナンス性を低下させる原因となる。また、点状の電極を利用すると、不均一な電場となり、溶融金属に対流を引き起こすため、電磁アルキメデス効果が低減するという問題があった。
【００２０】
このような問題に対し、本発明者らは、電極を、溶融金属の流れの上流側と下流側に一対配設することに想到した。これにより、広い電極を作製する必要もなく、電場を溶融金属の流れに沿って均一に発生することが可能となる。本発明者らは、更なる検討により、電極を溶融金属の流れの上流側と下流側にそれぞれ配設して一対とし、電場の向きが、溶融金属の流れの向きに一致するようにしたうえで、溶融金属流路を、常に、磁場の向きに直交する向きに一致するように構成することにより、溶融金属に大きな電磁力、電磁アルキメデス力を作用させることができ、介在物を溶融金属流内の一方の領域に効率よく濃化・偏析させ、溶融金属の浄化力を飛躍的に高めることができることに思い至った。
【００２１】
そして、さらに、本発明者らは、上記した装置で、介在物が分離除去され浄化された溶融金属と、介在物が濃化・偏析した溶融金属に分離することに加えて、分離除去手段の出側の溶融金属流路に設置した二股の分岐部で、浄化された溶融金属と介在物が濃化した溶融金属とを確実に分離することが肝要であることに思い至った。というのは、分離除去手段の出側の溶融金属流路に設置した二股の分岐部で、流れの乱れやよどみが生じ、一旦分離された、浄化された溶融金属と介在物が濃化した溶融金属とが、再び混じりあう場合があり、結果として浄化能が低下する場合がある。そこで、本発明者らは、分岐部流入前の溶融金属にさらに効果的に電磁アルキメデス力が作用するように、一対の電極のうち下流側に配置する電極を、分岐部配管上で溶融金属流路配管の中心線の延長と交叉する領域（分岐部座部）に配置することを思いついた。これにより、電磁アルキメデス力が分岐方向に作用し、更なる浄化能向上に効率的であることを見出した。
【００２２】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）磁場発生手段と、電場発生手段とを有し、溶融金属流路を移送される介在物を含む溶融金属に、磁場および電場を作用させて溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置であって、前記電場発生手段が、前記溶融金属流路の上流側および下流側に一対となるように電極を配してなり、前記溶融金属流路を、前記溶融金属の流れの向きが前記電場の向きに一致し、かつ前記磁場の向きに直交する向きに一致するように、構成し、かつ該溶融金属流路の出側に二股の分岐部を有することを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２３】
（２）（１）において、前記一対の電極のうち、下流側に配される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする溶融金属浄化装置。
（３）（１）または（２）において、前記溶融金属流路が、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２４】
（４）（３）において、前記溶融金属流路のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
（５）（１）または（２）において、前記溶融金属流路が、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２５】
（６）（５）において、前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
（７）溶融金属流路を流れる介在物を含む溶融金属に、少なくとも１段の、磁場および電場を作用させて、介在物を前記溶融金属流路内の一方の領域に濃化・偏析させ、前記溶融金属流路の出側に配置された二股の分岐部で、前記一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する溶融金属の浄化方法であって、前記電場を、該電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させ、かつ前記磁場を、前記溶融金属の流れの向きに直交するように、作用させることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２６】
（８）（７）において、前記溶融金属流路に沿って、上流側と下流側に電極を一対配設することを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（９）（８）において、前記下流側に配設される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２７】
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（１１）（１０）において、前記らせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２８】
（１２）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（１３）（１２）において、前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、介在物を含む溶融金属から介在物を分離し、溶融金属を浄化する能力が飛躍的に向上し、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、連続溶融金属めっきラインの溶融金属めっき浴を簡便に浄化でき、介在物性欠陥の発生を防止して、優れた表面品質を有する溶融金属めっき金属板を容易に製造できるという効果もある。また、本発明によれば、溶融金属めっき浴中機器の点検・保守の頻度が低減して、メンテナンスコストが大幅に低減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の溶融金属浄化装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の溶融金属浄化装置の構成の他の一例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の溶融金属浄化装置の構成の他の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】磁場および電場による、溶融金属からの介在物の分離機構を模式的に説明する説明図である。
【図５】点状電極の配置の一例を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の溶融金属浄化装置における、下流側電極の好ましい配置位置の一例を摸式的に示す説明図である。（ａ）は分岐部がＹ字型を呈する場合、（ｂ）は分岐部がＴ字型を呈する場合である。
【図７】本発明の実施例で使用した連続溶融亜鉛めっき装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図８】通常の連続溶融亜鉛めっき装置における、溶融亜鉛めっき浴中のドロス生成を模式的に説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の溶融金属浄化装置１は、介在物を含む溶融金属が移動する溶融金属流路10と、磁場発生手段11と、電場発生手段12とを有する。本発明では、溶融金属の流れの向きに一致して、溶融金属に電場を作用させることができるように、電場発生手段12(12a,12b)を配置する。なお、ここでいう「一致」とは、溶融金属の流れの向きと電場の向きとが完全に一致する場合と、±20°以内好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。すなわち、図１に示すように、電場発生手段12は、溶融金属流路10で、溶融金属の流れの上流側と下流側とに、一つの電極対となるように電極12a,12bを配置したものとすることが好ましい。これにより、ほぼ均一な電場を溶融金属に作用させることができる。なお、使用する電極の形状は、とくに限定する必要はないが、板状あるいは曲板状、線状とすることが好ましい。
【００３２】
また、一対の電極のうち、下流側に配置される電極12bを、浄化能の更なる向上のために、例えば図６に示すように、分岐部10bの配管上で溶融金属流路10の配管中心線の延長と交叉する領域（分岐部10bの座部10bt）に配することが好ましい。これにより、電磁アルキメデス力が分岐方向に強く作用するようになる。分岐部において、多少の流れの乱れやよどみが生じても、分岐部流入前の溶融金属流に効果的に電磁アルキメデス力を作用することができ、浄化能の更なる向上が期待できる。
【００３３】
また、電場の強さは、溶融金属中の介在物の濃度、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されないが、実操業という観点から電流密度が、１〜100,000Ａ／ｍ2とすることが好ましい。
さらに、本発明では、溶融金属流路10を、溶融金属の流れの向きが磁場の向きに直交する向きに一致するように構成する。なお、ここでいう「直交する向きに一致する」とは、溶融金属の流れの向きと滋場の向きとが直交する場合と、直交する向きから±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。例えば図１に示すように、溶融金属流路10を少なくとも１巻のらせん部を有するように形成することが好ましい。らせん部は、らせん芯方向の射影で見れば、円状を呈しており、その芯の向きを磁場の向きと一致するように形成することがより好ましい。なお、ここでいう「一致」とは、らせん芯の向きと磁場の向きが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。らせん部は、配管を、曲げ加工等により所望の寸法となるように作製することが好ましい。また配管の曲げ加工に代えて、所望の寸法のらせん部（溶融金属流路）が形成されるように機械加工品を組み合わせて構成してもよい。
【００３４】
なお、磁場発生手段11としては、永久磁石、電磁石、あるいは超伝導電磁石とすることが好ましいが、図１では、磁場発生手段11は、コイル状の電磁石を用いて、磁場の向きが溶融金属流の流れの向きに常に直交するように、溶融金属流路を構成した例を示す。
なお、磁場の強さは、溶融金属中の介在物の濃度、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されないが、磁束密度が、0.01〜30Ｔとなる磁場を付与することが設備構成の観点から好ましい。
【００３５】
上記したように本発明の溶融金属浄化装置では、電場を溶融金属の流れの向きに一致して、作用させるため、電場の向きは溶融金属流路に沿った向きとなる。そのため、本発明の溶融金属浄化装置では、電場と磁場は常に直交して溶融金属に作用する。したがって、図１に示すように、本発明における溶融金属流路10においては、溶融金属には電磁力が、介在物には電磁アルキメデス力が常に働き続けることになる。そのため、溶融金属流路10の一方の領域には、効率よく容易に、介在物が濃化・偏析することになる。図１の場合には、電磁アルキメデス力は、らせん部の外側に向かって働き、介在物はらせん部（溶融金属流路）の外周側に濃化・偏析することになる。
【００３６】
本発明では、溶融金属流路10の出側に、二股の分岐部10bを配置する。これにより、一方（図１では外周側）には介在物が濃化・偏析した溶融金属が、他方（図１では内周側）には浄化された溶融金属が、分離され、介在物が濃化・偏析した溶融金属は回収され、浄化された溶融金属は還流されることになる。
なお、更なる浄化能の向上のためには、分岐部10bは、Ｔ字型、あるいはＹ字型とすることが好ましい。Ｙ字型やＴ字型の分岐部とすることにより、流路配管内を間仕切りし二股の分岐部とすることに比べ、配管の内部構造が簡単で、流路面積を格段に広くでき、溶融金属のつまりなどのトラブルを回避できる。また、これにより分岐部の座部に電極の設置が容易となり、溶融金属中の介在物の分離が極めて容易となる。なお、図６は、図１のＢ−Ｂ矢視と同様の、本発明の溶融金属浄化装置１の分岐部10b近傍のＢ−Ｂ矢視であり、（ａ）は、分岐部10bがＴ字型である場合、（ｂ）は、分岐部10bがＹ字型である場合である。
【００３７】
なお、本発明では、図２に示すように、溶融金属流路10のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成することが好ましい。なお、ここでいう「一致」とは、らせん部の芯の向きと重力方向とが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。 これにより、操業後に流路内に溶融金属が残存することがなくなる。
なお、図１に示す溶融金属流路10は、らせん部を有するが、本発明ではこれに限定されないことは言うまでもない。らせん部に代えて、図３に流路の芯のみを表示した模式図で示すように、少なくとも１個の円弧部10cを有する形状としてもよい。この場合、円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが磁場の向きに一致するように溶融金属流路を構成するものとする。なお、ここでいう「一致」とは、法線ベクトルと磁場の向きが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。図３に例示する溶融金属流路10は、少なくとも１個の円弧部と、それらを接続する接続直管10dとから構成されている。
【００３８】
なお、本発明では、溶融金属流路10の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成することがより好ましい。これにより、操業後に流路内に溶融金属が残存することがなくなる。
また、溶融金属流路10は、少なくとも１個の円弧部10aに代えて、少なくとも１個の多角形部としてもよい。多角形としては、加工の仕易さの観点から三角形、四角形としてもよい。
【００３９】
なお、本発明の溶融金属浄化装置は、配管流路の終端部に、複数段、直列に配設してもよく、浄化能力をさらに向上させることができる。
つぎに、上記した本発明の溶融金属浄化装置を用いて、介在物を含む溶融金属を浄化する溶融金属の浄化方法について説明する。
本発明の溶融金属の浄化方法では、介在物を含む溶融金属を、溶融金属めっき浴等の溶融金属浴の外に、ポンプ等の排出手段を用いて、一旦排出し、移送手段である溶融金属流路（配管流路）等を用いて移送し、配管流路等の終端に本発明の溶融金属浄化装置を配設し、介在物を含む溶融金属に電場と磁場とが直交するように作用させて、溶融金属流路の一方の領域に、介在物を濃化・偏析させる。そして、配管流路の出側に配置された二股の分岐部で、一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する。介在物が低減され浄化された溶融金属は還流され、一方の介在物が濃化・偏析した溶融金属は回収されることが好ましい。
【００４０】
本発明では、好ましくは、溶融金属の流れに沿って上流側と下流側に電極を一対の電極対となるように配設し、電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させるとともに、溶融金属流路を、溶融金属の流れの向きが磁場の向きと直交する向きに一致するように、構成した流路とする。
すなわち、溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように、あるいはさらにらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成することが好ましい。また、溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された流路としてもよい。これにより、介在物を含む溶融金属に、電場と磁場とが常に直交するように作用させることができ、含まれる介在物の分離能を向上させ、溶融金属の浄化能を顕著に向上させることができる。
【００４１】
なお、作用させる磁場の強さは、溶融金属中に含まれ介在物の量、粒径等に応じて規定すればよく、とくに限定されないが、磁束密度が、0.01〜30Ｔとなる磁場を付与することが好ましい。また、作用させる電場の強さは、溶融金属中に含まれ介在物の量、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されない。
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００４２】
図６に示す連続溶融金属めっき装置の移送手段（配管流路）21の終端に配設される分離手段１として、図１に示す溶融金属浄化装置1の、らせん部を３個有する装置を用いて、溶融亜鉛めっき浴（溶融金属）の浄化を行いながら、鋼板（鋼帯）（板厚0.1〜3.0mm×板幅600〜2400mm）に溶融亜鉛めっきを連続的に施し、溶融亜鉛めっき鋼板とした。なお、ポンプＰは、電磁誘導式ポンプとした。使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、磁場発生手段11を、冷凍機を使用した無冷媒型の超伝導磁石とした。使用した磁石はコア内径：100mmφ、コア中心における最大磁束密度：10Ｔであるが、磁束密度の調整が可能な磁石とした。なお、超伝導磁石は耐熱性が低いため、水冷ジャケット配管を用いた。また、使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、電場発生手段12を、電極を溶融金属流の上流側と下流側にそれぞれ１個12a,12bを配置して一つの電極対を形成する構成とした。これにより、電場を、溶融金属流路10の溶融金属の流れの向きと一致するように作用させた。さらに使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、らせん芯の向きを含め溶融金属流路のらせん部を、溶融金属の流れの向きと直交する向きに磁場が作用するように、構成した。さらに、本発明の溶融金属浄化装置１では、らせん部の出側に二股の分岐部10bを配置した。なお、一部では、分岐部10ｂをＴ字型分岐とし、下流側に配される電極12bを分岐部10ｂの座部10btに配置した。
【００４３】
上記した電場、磁場の作用により、本発明の溶融金属浄化装置１の、溶融金属流路の一方の領域（外周側）には、介在物が濃化・偏析した溶融金属が、他方の領域〈内周側〉には、浄化された溶融金属が分離された。終端に配設した分岐部10bにより、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、浄化された溶融金属との二つの流れに分離された。
なお、移送手段である配管流路には、配管径：30mmφのＳＵＳ鋼管を使用した。また配管流路には、保熱用のヒータを多数巻きつけ、断熱材を使用し保熱対策とした。また、溶融金属の移送速度は２ l/minとした。
【００４４】
本発明の溶融金属浄化装置を用いて浄化された溶融亜鉛と、浄化前の溶融金属めっき浴とについて、サンプルを凝固させ、凝固したサンプルを切断し、光学顕微鏡（倍率：50倍）を用いてドロス分布密度を測定し、含まれる介在物量を算出した。その結果、浄化された溶融亜鉛に含まれる介在物量は、浄化前の溶融亜鉛めっき浴中の介在物量（基準：1.0）に比べ、大幅に（0.1以下）減少していた。なお、分岐部10ｂをＴ字型分岐とし、下流側に配される電極12bを分岐部の座部10btに配置した場合には、それ以外の場合に比し、50％程度さらに浄化された溶融亜鉛に含まれる介在物量が低減していた。
【符号の説明】
【００４５】
１ 分離手段（溶融金属浄化装置）
10 溶融金属流路（配管流路）
10a らせん部
10b 分岐部
10bt 分岐部座部
10c 円弧部
10d 接続直管
11 磁場発生手段
12 電場発生手段
12a,12b 電極
100 溶融金属
100a 溶融金属めっき浴
101 シンクロール
102 スナウト
103 ピンチロール
104 めっき厚調整手段
21 排出・移送手段（溶融金属流路、配管流路）
22 回収・搬送手段
23 還流・移送手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、溶融亜鉛めっき浴等の溶融金属めっき装置等に好適な、介在物を含む溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置および溶融金属の浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、被めっき板である金属板（金属帯板）への溶融金属めっきは、図７に示すような連続溶融金属めっき装置を使用して行われる。例えば、鋼帯（鋼板）に溶融亜鉛めっき処理を行う際には、鋼帯（金属板）Ａをスナウト102を通り、溶融亜鉛めっき浴（溶融金属めっき浴）100a中に連続的に導き入れ、シンクロール101によって進行方向を上方に変更して、一対のピンチロール103でめっき浴から引き出し、めっき厚調整手段104により溶融亜鉛めっき層の厚さを調節して、溶融亜鉛めっき鋼板とする。この場合、溶融亜鉛めっき浴100a中では、鋼帯や浴中機器から溶出したFeが、溶融亜鉛めっき浴の亜鉛ZnやアルミニウムAlと反応して、一般にドロスと呼ばれる介在物を生成する。浴の底部に堆積する介在物（FeZn7、FeZn13）はボトムドロスと呼ばれ、また浴面に浮上する介在物（Fe2Al5）はトップドロスと呼ばれる。大きさはいずれも、数μm〜数百μmである。
【０００３】
溶融亜鉛めっき浴内の流動や浴面の波立ち等によって、これらのトップドロスやボトムドロスが、浴中を浮遊し、溶融亜鉛めっき浴を通過中の鋼帯表面上に付着することがある。特に、ボトムドロスは溶融亜鉛との比重差が小さいことが多いため、一度浴中に舞い上がると再び沈降するまで数時間を要する。浮遊したこれらドロスの付着は、めっき鋼板の外観を著しく損ない、めっき品質欠陥となり、めっき鋼帯の歩留低下を招く。
【０００４】
このようなめっき浴中のドロスの浮遊を防止するためには、めっき浴内を攪拌しないように操業することが考えられる。しかし、実操業上は、所望のめっき仕様を確保するために、ラインスピードの調整や浴中機器の位置調整などを優先するため、めっき浴内の流動を乱してしまうことが多い。
また、ドロスは、例えば、めっき浴中で鋼帯の方向を変えるシンクロールや、めっき浴中で鋼帯の振動・Ｃ反りを矯正するためのサポートロールなどの浴中機器にも析出する。これらのロール等にドロスが析出すると、鋼帯への押し疵や擦り傷などの表面欠陥の原因となる。このため、製造ラインを停止して、ドロスが析出した浴中機器を取り替えることが必要となる。製造ラインの停止は、当然ながら、生産コストの高騰を招く。
【０００５】
トップドロスによる上記したような問題を回避するため、従来から、トップドロスを操業中に定期的に柄杓状の道具で掻き出すことが行われていた。しかし、この掻き出し作業自体が、めっき浴面を乱し、ドロスの生成を促進することになる場合があり、また、この掻き出し作業は、重筋作業であるとともに、作業者により掻き出しに差が生じるという問題がある。
【０００６】
このような問題に対し、例えば、特許文献１には、トップドロスの回収を機械化した、トップドロス分離回収装置が提案されている。特許文献１に記載されたトップドロス分離回収装置では、トップドロスを撹拌羽根付き回転軸によりフラックスと撹拌混合し、フラックスと混合したトップドロスを、圧空噴射ノズルから噴射された圧空でアッシュとして飛散させて、防塵器で吸引回収する。特許文献１に記載された技術では、トップドロスとフラックスとを反応させて回収容易な状態にするために、攪拌容器をめっき浴内に配置する必要がある。しかし、撹拌容器をめっき浴内に設置し、めっき浴を撹拌することは、逆にドロス生成を促進させてしまうという懸念がある。
【０００７】
また、特許文献２には、アームの先端にドロス捕集網を取り付け、溶融金属めっき相中のトップドロスを除去するロボットを設け、掻き出し作業をロボット化したドロス除去装置が提案されている。しかし、特許文献２に記載された技術では、予めプログラムされた掻き出し動作を繰り返すだけで、掻き出しきれずに浴内にドロスが残る場合があるという問題があった。
【０００８】
また、ボトムドロスの除去は、通常、数週間に１回程度の浴中機器のメンテナンス時に、ポンプや重機で排出している。しかし、ボトムドロスは、時間が経つと浴底に固着してしまうため、このような数週間に１回程度しか実施できない方法では、ボトムドロスの完全な除去はできていないのが実状である。
このようなボトムドロス、あるいはトップドロスの大部分は浴中に浮遊するドロスに起因しており、このような浴中に浮遊するドロスを除去する方法として、例えば、特許文献３には、セラミックフィルターで溶融金属を濾過するとともに、ガスを吹込みフィルターを通過させてガスを微細化して、浴中を浮上させることにより、微細ドロスを浴面に速やかに浮上させ、分離除去する、溶融めっき金属の介在物除去方法が記載されている。しかし、特許文献３に記載された技術では、浴中にセラミックフィルターを配置する必要があり、フィルター自体が目詰まりしやすいことや、フィルターの保守・交換等に多大の労力を要するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献４には、溶融金属中の固形介在物を遠心分離する機能を有する装置と溶融金属中の固形介在物を浮上分離する機能を有する装置とを備え、溶融金属を該二つの装置内を通過させ、溶融金属中の固形介在物を除去し、清浄化した溶融金属を溶融金属めっき槽内へ還流する、溶融金属めっき方法が提案されている。特許文献４に記載された技術では、遠心分離効果を得るために、溶融金属の流速を大きくする必要があるが、大きな流速を有する溶融金属をそのまま、めっき浴槽内に還流すると、めっき浴内の流動を撹乱するという問題があった。そのため、還流する溶融金属の流速を低減するために更なる装置の付加が必要となり、多大の投資を必要とするという問題がある。
【００１０】
また、特許文献５には、溶融亜鉛めっき浴槽と、その近傍に少なくとも２本の通管でめっき浴槽と循環連通する補助ポットとを設け、めっき浴槽から補助ポットに溶融亜鉛を流入させる通管に設けた冷却装置で溶融亜鉛を冷却し、補助ポット内に溶融亜鉛中の浮遊ドロスを沈下させて浮遊ドロスの無い溶融亜鉛として、加熱装置を設けた他の通管からめっき浴槽内に循環させる、連続溶融亜鉛めっき槽内に浮遊ドロスを生成せしめない方法が提案されている。特許文献５に記載された技術は、沈殿法と呼ばれるものであるが、しかし、特許文献５に記載された技術ではドロスは十分に沈殿除去されないという問題があった。
【００１１】
また、特許文献６には、溶融亜鉛めっき槽とそれに隣接して設けられたドロス沈殿槽とを有し、溶融亜鉛めっき槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量、ドロス沈殿槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量とをそれぞれ所定範囲の容量としたうえで、溶融亜鉛めっき槽とドロス沈殿槽との間で亜鉛融液を移送する移送手段の移送量を限定したドロス除去装置が提案されている。これにより、沈殿法を用いた、ドロスの除去効率が向上するとしている。
【００１２】
また、上記した技術とは別に、特許文献７には、電磁アルキメデス効果を利用した溶融金属から不純物元素を除去する方法が記載されている。特許文献７に記載された技術は、溶融金属に対して、除去すべき不純物と金属間化合物を形成する元素を添加して金属間化合物を形成させ、溶融金属を細管又は細孔を有する細孔体に保持、または流通させながら直流電流を通じ、更に直流電流とほぼ直流方向に直流磁界をかけて電磁気力を発生させ、これにより金属間化合物を溶融金属から分離する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】実開昭60−122358号公報
【特許文献２】特開平５−302157号公報
【特許文献３】特開昭62−202070号公報
【特許文献４】特開平5−230606号公報
【特許文献５】特開昭53−88633号公報
【特許文献６】特開平９−104957号公報
【特許文献７】特開平08−60263号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献５、６に記載された技術はいずれも、溶融亜鉛めっき槽に隣接して設けられた沈殿槽（補助ポット）で、浮遊ドロスを溶融亜鉛とドロスとの比重差を利用して分離、除去しようとするものである。しかし、特許文献５、６に記載された技術では、溶融亜鉛とドロスとの比重差が小さいため、分離に長時間を要するという問題がある。分離に長時間を要すると、溶融亜鉛の温度が低下し、ドロスが生成しやすくなる。そのため、特許文献５、６に記載された技術では、溶融亜鉛を加熱・保温する必要があり、大掛かりな加熱・保温装置を必要とするという問題があった。
【００１５】
また、特許文献７に記載された技術は、不純物元素を含有する溶融金属に除去すべき不純物元素と金属間化合物を形成する元素を添加し、電場と磁場とを作用させ、金属間化合物を溶融金属から分離させて、溶融金属から不純物元素を除去しようとするものであるが、主としてアルミニウムあるいはアルミニウム合金を対象としており、除去すべき不純物元素と金属間化合物を形成する元素を添加することを必須の要件としているうえ、高い不純物元素除去効率を安定して確保できないという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記した従来技術の問題を解決し、溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインにおける溶融亜鉛めっき浴等の、介在物を含む溶融金属から介在物を容易に除去でき、高い浄化効率で安定して溶融金属を浄化できるとともに、点検・保守が容易なメンテナンス性に優れた溶融金属浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、介在物を含む溶融金属に、電場と磁場を作用させて溶融金属から介在物を分離・除去し、溶融金属を浄化する分離除去手段について鋭意研究し、本発明者らの一人は、電磁アルキメデス効果を利用した分離除去手段を有する溶融金属溶融金属めっき装置を特開2008−231526号公報として、すでに提案している。
【００１８】
介在物を含む溶融金属に、例えば、図４に示す向きに電場と磁場を作用させると、溶融金属にはフレミングの法則に従った図４に示す向きに電磁力が作用する。図４では、電場は溶融金属の流れの向きを横切る向きに、磁場は溶融金属の流れと平行する向きに、それぞれ作用させている。なお、磁場はコイル状電磁石で発生させている。
ここで、溶融金属と介在物は一般に強磁性体でないから、磁場による磁化力の作用は無視できる。介在物は、酸化物あるいは金属間化合物であり、溶融金属よりも電気伝導度が小さいことがほとんどである。介在物は電気伝導度が小さい、すなわち電気抵抗が大きいため、電場は、介在物には作用せず、電磁力も働かない。このため、介在物は、介在物を取り巻く溶融金属から介在物表面に電磁力を受けるが、反作用の合力として電磁力とは逆向きの力を受けることになる。この現象はあたかも、重力場における浮力の作用と同じであるため、電磁アルキメデス効果と呼ばれ、作用する力は電磁アルキメデス力と称されている。図４に示す向きに電場と磁場を作用させると、介在物には、電磁アルキメデス力が一方向に作用し、図４に示すように、介在物を溶融金属流内の一方の領域に濃化・偏析させることができる。そして、電場と磁場を作用させる分離除去手段の出側の溶融金属流路に二股の分岐部を設けることにより、介在物が分離除去され浄化された溶融金属と、介在物が濃化・偏析した溶融金属に分離でき、介在物を含む溶融金属を容易に浄化することができる。
【００１９】
このようなことから、本発明者らは、介在物を溶融金属内の一方の領域に濃化・偏析させるには、強力な磁場発生装置と強力な電場発生装置を設置し、介在物を含む溶融金属に磁場、電場を広範囲に作用させ、電磁力を広範囲に作用させれば、電磁アルキメデス効果が広範囲に得られると考えた。しかし、電磁アルキメデス効果が得られる範囲を広範囲とするためには、広い板状の電極とする必要があり、また点状の電極であれば、図５に示すように列状に多数配置する必要がある。広い板状の電極や多数の点状の電極を溶融金属が移送される溶融金属流路内に浸漬して配設すると、得られる電場が局所的となることが多いうえ、電極のみの交換が難しく、溶融金属流路ごとの交換となり多大の労力を必要とし、実操業においては、装置のメンテナンス性を低下させる原因となる。また、点状の電極を利用すると、不均一な電場となり、溶融金属に対流を引き起こすため、電磁アルキメデス効果が低減するという問題があった。
【００２０】
このような問題に対し、本発明者らは、電極を、溶融金属の流れの上流側と下流側に一対配設することに想到した。これにより、広い電極を作製する必要もなく、電場を溶融金属の流れに沿って均一に発生することが可能となる。本発明者らは、更なる検討により、電極を溶融金属の流れの上流側と下流側にそれぞれ配設して一対とし、電場の向きが、溶融金属の流れの向きに一致するようにしたうえで、溶融金属流路を、常に、磁場の向きに直交する向きに一致するように構成することにより、溶融金属に大きな電磁力、電磁アルキメデス力を作用させることができ、介在物を溶融金属流内の一方の領域に効率よく濃化・偏析させ、溶融金属の浄化力を飛躍的に高めることができることに思い至った。
【００２１】
そして、さらに、本発明者らは、上記した装置で、介在物が分離除去され浄化された溶融金属と、介在物が濃化・偏析した溶融金属に分離することに加えて、分離除去手段の出側の溶融金属流路に設置した二股の分岐部で、浄化された溶融金属と介在物が濃化した溶融金属とを確実に分離することが肝要であることに思い至った。というのは、分離除去手段の出側の溶融金属流路に設置した二股の分岐部で、流れの乱れやよどみが生じ、一旦分離された、浄化された溶融金属と介在物が濃化した溶融金属とが、再び混じりあう場合があり、結果として浄化能が低下する場合がある。そこで、本発明者らは、分岐部流入前の溶融金属にさらに効果的に電磁アルキメデス力が作用するように、一対の電極のうち下流側に配置する電極を、分岐部配管上で溶融金属流路配管の中心線の延長と交叉する領域（分岐部座部）に配置することを思いついた。これにより、電磁アルキメデス力が分岐方向に作用し、更なる浄化能向上に効率的であることを見出した。
【００２２】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は次のとおりである。
（１）磁場発生手段と、電場発生手段とを有し、溶融金属流路を移送される介在物を含む溶融金属に、磁場および電場を作用させて溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置であって、前記電場発生手段が、前記溶融金属流路の上流側および下流側に一対となるように電極を配してなり、前記溶融金属流路を、前記溶融金属の流れの向きが前記電場の向きに一致し、かつ前記磁場の向きに直交する向きに一致するように、構成し、かつ該溶融金属流路の出側に二股の分岐部を有することを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２３】
（２）（１）において、前記一対の電極のうち、下流側に配される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする溶融金属浄化装置。
（３）（１）または（２）において、前記溶融金属流路が、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２４】
（４）（３）において、前記溶融金属流路のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
（５）（１）または（２）において、前記溶融金属流路が、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
【００２５】
（６）（５）において、前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属浄化装置。
（７）溶融金属流路を流れる介在物を含む溶融金属に、少なくとも１段の、磁場および電場を作用させて、介在物を前記溶融金属流路内の一方の領域に濃化・偏析させ、前記溶融金属流路の出側に配置された二股の分岐部で、前記一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する溶融金属の浄化方法であって、前記電場を、該電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させ、かつ前記磁場を、前記溶融金属の流れの向きに直交するように、作用させることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２６】
（８）（７）において、前記溶融金属流路に沿って、上流側と下流側に電極を一対配設することを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（９）（８）において、前記下流側に配設される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２７】
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（１１）（１０）において、前記らせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【００２８】
（１２）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、前記溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
（１３）（１２）において、前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、介在物を含む溶融金属から介在物を分離し、溶融金属を浄化する能力が飛躍的に向上し、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、連続溶融金属めっきラインの溶融金属めっき浴を簡便に浄化でき、介在物性欠陥の発生を防止して、優れた表面品質を有する溶融金属めっき金属板を容易に製造できるという効果もある。また、本発明によれば、溶融金属めっき浴中機器の点検・保守の頻度が低減して、メンテナンスコストが大幅に低減できるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の溶融金属浄化装置の構成の一例を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の溶融金属浄化装置の構成の他の一例を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の溶融金属浄化装置の構成の他の一例を模式的に示す説明図である。
【図４】磁場および電場による、溶融金属からの介在物の分離機構を模式的に説明する説明図である。
【図５】点状電極の配置の一例を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の溶融金属浄化装置における、下流側電極の好ましい配置位置の一例を摸式的に示す説明図である。（ａ）は分岐部がＹ字型を呈する場合、（ｂ）は分岐部がＴ字型を呈する場合である。
【図７】本発明の実施例で使用した連続溶融亜鉛めっき装置の構成を模式的に示す説明図である。
【図８】通常の連続溶融亜鉛めっき装置における、溶融亜鉛めっき浴中のドロス生成を模式的に説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の溶融金属浄化装置１は、介在物を含む溶融金属が移動する溶融金属流路10と、磁場発生手段11と、電場発生手段12とを有する。本発明では、溶融金属の流れの向きに一致して、溶融金属に電場を作用させることができるように、電場発生手段12(12a,12b)を配置する。なお、ここでいう「一致」とは、溶融金属の流れの向きと電場の向きとが完全に一致する場合と、±20°以内好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。すなわち、図１に示すように、電場発生手段12は、溶融金属流路10で、溶融金属の流れの上流側と下流側とに、一つの電極対となるように電極12a,12bを配置したものとすることが好ましい。これにより、ほぼ均一な電場を溶融金属に作用させることができる。なお、使用する電極の形状は、とくに限定する必要はないが、板状あるいは曲板状、線状とすることが好ましい。
【００３２】
また、一対の電極のうち、下流側に配置される電極12bを、浄化能の更なる向上のために、例えば図６に示すように、分岐部10bの配管上で溶融金属流路10の配管中心線の延長と交叉する領域（分岐部10bの座部10bt）に配することが好ましい。これにより、電磁アルキメデス力が分岐方向に強く作用するようになる。分岐部において、多少の流れの乱れやよどみが生じても、分岐部流入前の溶融金属流に効果的に電磁アルキメデス力を作用することができ、浄化能の更なる向上が期待できる。
【００３３】
また、電場の強さは、溶融金属中の介在物の濃度、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されないが、実操業という観点から電流密度が、１〜100,000Ａ／ｍ2とすることが好ましい。
さらに、本発明では、溶融金属流路10を、溶融金属の流れの向きが磁場の向きに直交する向きに一致するように構成する。なお、ここでいう「直交する向きに一致する」とは、溶融金属の流れの向きと滋場の向きとが直交する場合と、直交する向きから±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。例えば図１に示すように、溶融金属流路10を少なくとも１巻のらせん部を有するように形成することが好ましい。らせん部は、らせん芯方向の射影で見れば、円状を呈しており、その芯の向きを磁場の向きと一致するように形成することがより好ましい。なお、ここでいう「一致」とは、らせん芯の向きと磁場の向きが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。らせん部は、配管を、曲げ加工等により所望の寸法となるように作製することが好ましい。また配管の曲げ加工に代えて、所望の寸法のらせん部（溶融金属流路）が形成されるように機械加工品を組み合わせて構成してもよい。
【００３４】
なお、磁場発生手段11としては、永久磁石、電磁石、あるいは超伝導電磁石とすることが好ましいが、図１では、磁場発生手段11は、コイル状の電磁石を用いて、磁場の向きが溶融金属流の流れの向きに常に直交するように、溶融金属流路を構成した例を示す。
なお、磁場の強さは、溶融金属中の介在物の濃度、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されないが、磁束密度が、0.01〜30Ｔとなる磁場を付与することが設備構成の観点から好ましい。
【００３５】
上記したように本発明の溶融金属浄化装置では、電場を溶融金属の流れの向きに一致して、作用させるため、電場の向きは溶融金属流路に沿った向きとなる。そのため、本発明の溶融金属浄化装置では、電場と磁場は常に直交して溶融金属に作用する。したがって、図１に示すように、本発明における溶融金属流路10においては、溶融金属には電磁力が、介在物には電磁アルキメデス力が常に働き続けることになる。そのため、溶融金属流路10の一方の領域には、効率よく容易に、介在物が濃化・偏析することになる。図１の場合には、電磁アルキメデス力は、らせん部の外側に向かって働き、介在物はらせん部（溶融金属流路）の外周側に濃化・偏析することになる。
【００３６】
本発明では、溶融金属流路10の出側に、二股の分岐部10bを配置する。これにより、一方（図１では外周側）には介在物が濃化・偏析した溶融金属が、他方（図１では内周側）には浄化された溶融金属が、分離され、介在物が濃化・偏析した溶融金属は回収され、浄化された溶融金属は還流されることになる。
なお、更なる浄化能の向上のためには、分岐部10bは、Ｔ字型、あるいはＹ字型とすることが好ましい。Ｙ字型やＴ字型の分岐部とすることにより、流路配管内を間仕切りし二股の分岐部とすることに比べ、配管の内部構造が簡単で、流路面積を格段に広くでき、溶融金属のつまりなどのトラブルを回避できる。また、これにより分岐部の座部に電極の設置が容易となり、溶融金属中の介在物の分離が極めて容易となる。なお、図６は、図１のＢ−Ｂ矢視と同様の、本発明の溶融金属浄化装置１の分岐部10b近傍のＢ−Ｂ矢視であり、（ａ）は、分岐部10bがＴ字型である場合、（ｂ）は、分岐部10bがＹ字型である場合である。
【００３７】
なお、本発明では、図２に示すように、溶融金属流路10のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成することが好ましい。なお、ここでいう「一致」とは、らせん部の芯の向きと重力方向とが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。 これにより、操業後に流路内に溶融金属が残存することがなくなる。
なお、図１に示す溶融金属流路10は、らせん部を有するが、本発明ではこれに限定されないことは言うまでもない。らせん部に代えて、図３に流路の芯のみを表示した模式図で示すように、少なくとも１個の円弧部10cを有する形状としてもよい。この場合、円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが磁場の向きに一致するように溶融金属流路を構成するものとする。なお、ここでいう「一致」とは、法線ベクトルと磁場の向きが±20°好ましくは±10°以内で異なる場合までを含むものとする。図３に例示する溶融金属流路10は、少なくとも１個の円弧部と、それらを接続する接続直管10dとから構成されている。
【００３８】
なお、本発明では、溶融金属流路10の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成することがより好ましい。これにより、操業後に流路内に溶融金属が残存することがなくなる。
また、溶融金属流路10は、少なくとも１個の円弧部10aに代えて、少なくとも１個の多角形部としてもよい。多角形としては、加工の仕易さの観点から三角形、四角形としてもよい。
【００３９】
なお、本発明の溶融金属浄化装置は、配管流路の終端部に、複数段、直列に配設してもよく、浄化能力をさらに向上させることができる。
つぎに、上記した本発明の溶融金属浄化装置を用いて、介在物を含む溶融金属を浄化する溶融金属の浄化方法について説明する。
本発明の溶融金属の浄化方法では、介在物を含む溶融金属を、溶融金属めっき浴等の溶融金属浴の外に、ポンプ等の排出手段を用いて、一旦排出し、移送手段である溶融金属流路（配管流路）等を用いて移送し、配管流路等の終端に本発明の溶融金属浄化装置を配設し、介在物を含む溶融金属に電場と磁場とが直交するように作用させて、溶融金属流路の一方の領域に、介在物を濃化・偏析させる。そして、配管流路の出側に配置された二股の分岐部で、一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する。介在物が低減され浄化された溶融金属は還流され、一方の介在物が濃化・偏析した溶融金属は回収されることが好ましい。
【００４０】
本発明では、好ましくは、溶融金属の流れに沿って上流側と下流側に電極を一対の電極対となるように配設し、電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させるとともに、溶融金属流路を、溶融金属の流れの向きが磁場の向きと直交する向きに一致するように、構成した流路とする。
すなわち、溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように、あるいはさらにらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成することが好ましい。また、溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された流路としてもよい。これにより、介在物を含む溶融金属に、電場と磁場とが常に直交するように作用させることができ、含まれる介在物の分離能を向上させ、溶融金属の浄化能を顕著に向上させることができる。
【００４１】
なお、作用させる磁場の強さは、溶融金属中に含まれ介在物の量、粒径等に応じて規定すればよく、とくに限定されないが、磁束密度が、0.01〜30Ｔとなる磁場を付与することが好ましい。また、作用させる電場の強さは、溶融金属中に含まれ介在物の量、粒径等に応じて適宜決定すればよく、とくに限定されない。
以下、実施例に基づき、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００４２】
図６に示す連続溶融金属めっき装置の移送手段（配管流路）21の終端に配設される分離手段１として、図１に示す溶融金属浄化装置1の、らせん部を３個有する装置を用いて、溶融亜鉛めっき浴（溶融金属）の浄化を行いながら、鋼板（鋼帯）（板厚0.1〜3.0mm×板幅600〜2400mm）に溶融亜鉛めっきを連続的に施し、溶融亜鉛めっき鋼板とした。なお、ポンプＰは、電磁誘導式ポンプとした。使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、磁場発生手段11を、冷凍機を使用した無冷媒型の超伝導磁石とした。使用した磁石はコア内径：100mmφ、コア中心における最大磁束密度：10Ｔであるが、磁束密度の調整が可能な磁石とした。なお、超伝導磁石は耐熱性が低いため、水冷ジャケット配管を用いた。また、使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、電場発生手段12を、電極を溶融金属流の上流側と下流側にそれぞれ１個12a,12bを配置して一つの電極対を形成する構成とした。これにより、電場を、溶融金属流路10の溶融金属の流れの向きと一致するように作用させた。さらに使用した本発明の溶融金属浄化装置1では、らせん芯の向きを含め溶融金属流路のらせん部を、溶融金属の流れの向きと直交する向きに磁場が作用するように、構成した。さらに、本発明の溶融金属浄化装置１では、らせん部の出側に二股の分岐部10bを配置した。なお、一部では、分岐部10ｂをＴ字型分岐とし、下流側に配される電極12bを分岐部10ｂの座部10btに配置した。
【００４３】
上記した電場、磁場の作用により、本発明の溶融金属浄化装置１の、溶融金属流路の一方の領域（外周側）には、介在物が濃化・偏析した溶融金属が、他方の領域〈内周側〉には、浄化された溶融金属が分離された。終端に配設した分岐部10bにより、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、浄化された溶融金属との二つの流れに分離された。
なお、移送手段である配管流路には、配管径：30mmφのＳＵＳ鋼管を使用した。また配管流路には、保熱用のヒータを多数巻きつけ、断熱材を使用し保熱対策とした。また、溶融金属の移送速度は２ l/minとした。
【００４４】
本発明の溶融金属浄化装置を用いて浄化された溶融亜鉛と、浄化前の溶融金属めっき浴とについて、サンプルを凝固させ、凝固したサンプルを切断し、光学顕微鏡（倍率：50倍）を用いてドロス分布密度を測定し、含まれる介在物量を算出した。その結果、浄化された溶融亜鉛に含まれる介在物量は、浄化前の溶融亜鉛めっき浴中の介在物量（基準：1.0）に比べ、大幅に（0.1以下）減少していた。なお、分岐部10ｂをＴ字型分岐とし、下流側に配される電極12bを分岐部の座部10btに配置した場合には、それ以外の場合に比し、50％程度さらに浄化された溶融亜鉛に含まれる介在物量が低減していた。
【符号の説明】
【００４５】
１ 分離手段（溶融金属浄化装置）
10 溶融金属流路（配管流路）
10a らせん部
10b 分岐部
10bt 分岐部座部
10c 円弧部
10d 接続直管
11 磁場発生手段
12 電場発生手段
12a,12b 電極
100 溶融金属
100a 溶融金属めっき浴
101 シンクロール
102 スナウト
103 ピンチロール
104 めっき厚調整手段
21 排出・移送手段（溶融金属流路、配管流路）
22 回収・搬送手段
23 還流・移送手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場発生手段と、電場発生手段とを有し、溶融金属流路を移送される介在物を含む溶融金属に、磁場および電場を作用させて溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置であって、前記電場発生手段が、前記溶融金属流路の上流側および下流側に一対となるように電極を配してなり、前記溶融金属流路を、前記溶融金属の流れの向きが前記電場の向きに一致し、かつ前記磁場の向きに直交する向きに一致するように、構成し、かつ該溶融金属流路の出側に二股の分岐部を有することを特徴とする溶融金属浄化装置。
【請求項２】
前記一対の電極のうち、下流側に配される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項３】
前記溶融金属流路が、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項４】
前記溶融金属流路のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項５】
前記溶融金属流路が、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項６】
前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項７】
溶融金属流路を流れる介在物を含む溶融金属に、少なくとも１段の、磁場および電場を作用させて、介在物を前記溶融金属流路内の一方の領域に濃化・偏析させ、前記溶融金属流路の出側に配置された二股の分岐部で、前記一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する溶融金属の浄化方法であって、前記電場を、該電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させ、かつ前記磁場を、前記溶融金属の流れの向きに直交するように、作用させることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【請求項８】
前記溶融金属流路に沿って、上流側と下流側に電極を一対配設することを特徴とする請求項７に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項９】
前記下流側に配設される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする請求項８に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１０】
前記溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１１】
前記らせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１２】
前記溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１３】
前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項１２に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１】
磁場発生手段と、電場発生手段とを有し、溶融金属流路を移送される介在物を含む溶融金属に、磁場および電場を作用させて溶融金属を浄化する溶融金属浄化装置であって、前記電場発生手段が、前記溶融金属流路の上流側および下流側に一対となるように電極を配してなり、前記溶融金属流路を、前記溶融金属の流れの向きが前記電場の向きに一致し、かつ前記磁場の向きに直交する向きに一致するように、構成し、かつ該溶融金属流路の出側に二股の分岐部を有することを特徴とする溶融金属浄化装置。
【請求項２】
前記一対の電極のうち、下流側に配される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項３】
前記溶融金属流路が、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項４】
前記溶融金属流路のらせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項３に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項５】
前記溶融金属流路が、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項６】
前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項５に記載の溶融金属浄化装置。
【請求項７】
溶融金属流路を流れる介在物を含む溶融金属に、少なくとも１段の、磁場および電場を作用させて、介在物を前記溶融金属流路内の一方の領域に濃化・偏析させ、前記溶融金属流路の出側に配置された二股の分岐部で、前記一方の領域の、介在物が濃化・偏析した溶融金属と、他方の領域の、介在物が低減した溶融金属とに分離する溶融金属の浄化方法であって、前記電場を、該電場の向きが該溶融金属の流れの向きに一致するように、作用させ、かつ前記磁場を、前記溶融金属の流れの向きに直交するように、作用させることを特徴とする溶融金属の浄化方法。
【請求項８】
前記溶融金属流路に沿って、上流側と下流側に電極を一対配設することを特徴とする請求項７に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項９】
前記下流側に配設される電極を、前記分岐部の配管上で前記溶融金属流路の配管中心線の延長と交叉する領域に配することを特徴とする請求項８に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１０】
前記溶融金属流路を、少なくとも１巻のらせん部を有し、該らせん部の芯が磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１１】
前記らせん部の芯が、重力方向と一致するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１２】
前記溶融金属流路を、少なくとも１個の円弧部を有し、該円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが前記磁場の向きに一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の溶融金属の浄化方法。
【請求項１３】
前記溶融金属流路の円弧部の曲率半径ベクトルの法線ベクトルが、重力方向と一致するように構成された溶融金属流路とすることを特徴とする請求項１２に記載の溶融金属の浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−３７６５０（Ｐ２０１０−３７６５０Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５０５４（Ｐ２００９−５５０５４）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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