JP2014043633A

JP2014043633A - 連続溶融亜鉛めっき方法

Info

Publication number: JP2014043633A
Application number: JP2012188139A
Authority: JP
Inventors: Yoshitake Abe; 吉剛阿部; Katsuichi Suzuki; 克一鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2014-03-13

Abstract

【課題】スナウト内で発生する溶融亜鉛蒸気に起因する品質欠陥の発生を抑制し、さらに不めっきの発生を防止できる連続溶融亜鉛めっき方法および装置を提供する。
【解決手段】鋼帯を連続熱処理炉で連続的に熱処理した後、溶融亜鉛を保持しためっき槽に導入して溶融亜鉛めっきを行う連続溶融亜鉛めっき方法において、連続熱処理炉とめっき槽の間に設けられたスナウト内雰囲気ガスをスナウト外に導いて、前記雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量を計測し、該計測した亜鉛蒸気量が予め設定した雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量となるように、雰囲気ガスの露点を制御することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、スナウト内で発生する溶融亜鉛蒸気に起因する品質欠陥の発生を防止する連続溶融亜鉛めっき方法に関するものである。

鋼帯の連続溶融亜鉛めっき製造ラインでは、通常、表面を洗浄した鋼帯を連続熱処理炉で連続的に焼鈍し、所定温度に冷却後、図３に示す連続溶融亜鉛めっき装置に導入し、溶融亜鉛が満たされているめっき槽２内を通板させて溶融亜鉛めっきを行う。通常、連続熱処理炉での焼鈍・冷却工程は還元雰囲気下で行われており、鋼帯Ｓが連続熱処理炉を出てめっき槽２に達するまでの間の鋼帯通板路を大気から遮断し、鋼帯Ｓが還元雰囲気中を通板できるようにするため、連続熱処理炉とめっき槽２の間にスナウト１と呼ばれる矩形断面の通路が設けられている。めっき槽内にはシンクロール４が設置されており、鋼帯Ｓはシンクロール４で走行方向を転換されて鉛直方向に上昇する。めっき槽２から引き上げられた鋼帯Ｓはガスワイピングノズル６で所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて後工程に導かれる。

この連続溶融亜鉛めっき装置では、スナウト１内は還元雰囲気であるために、スナウト１内のめっき浴面には酸化膜が形成されにくく、薄い酸化膜が形成されているだけである。このようにスナウト内のめっき浴面に形成される酸化膜は強固なものではないため、鋼帯Ｓがめっき浴３に進入する際、振動等により溶融亜鉛が浴面に露出し、そこからスナウト１内に溶融亜鉛が蒸発する。この場合、溶融亜鉛は、その飽和蒸気圧まで還元雰囲気ガス内に蒸発する。

蒸発した溶融亜鉛の蒸気は、還元雰囲気ガス内に微少量存在する酸素と反応して酸化物（通常固体）を形成する。また、蒸発した溶融亜鉛が酸化されない場合でも溶融亜鉛の蒸気圧が飽和蒸気圧以上になると、蒸発した溶融亜鉛の一部は、液相あるいは固相の亜鉛に相変化する。特に、スナウト１は薄い耐熱材料で構成されているだけなので、スナウト１内壁の温度は外気の影響を受けて蒸発した溶融亜鉛の蒸気圧における飽和温度以下の温度になりやすく、その温度以下になった部位で蒸気が亜鉛粉になり、スナウト１内面に付着する。

以上のような酸化物や付着物（いわゆるアッシュ）が、清浄化された鋼帯Ｓに直接付着した場合、めっきが不均一になったり、不めっき部を生じさせる等の品質欠陥が発生する。また、酸化物がスナウト１内のめっき浴面に落下した場合、酸化物の溶融温度は溶融亜鉛浴の温度よりも高いために溶融亜鉛浴に再溶解しない。さらに、付着物がスナウト１内のめっき浴面に落下した場合、付着物が溶融亜鉛と同じ亜鉛の場合には再溶解するが、多くの場合、付着物には不純物が混入しているため、付着物も溶融亜鉛浴に再溶解しないことが多い。したがって、こうした再溶解しない酸化物や付着物は、スナウト内の浴面を浮遊し、スナウト内を走行してめっき浴３に進入する鋼帯Ｓに随伴する溶融亜鉛浴の流れにのり、鋼帯Ｓ側に移動して鋼帯Ｓ表面に付着する。この場合も、再溶解しない酸化物や付着物は、鋼帯Ｓのめっきを阻害する要因として作用し、その結果、めっき厚が薄くなったり、不めっきになったりして、品質欠陥が発生する。

このようなスナウト内で発生する溶融亜鉛蒸気に起因する品質欠陥（以下、アッシュ性品質欠陥と称することもある。）の発生を解決する方法が従来から多数提案されている。例えば、特許文献１には、スナウト浴面にセラミックボールを浮遊させて亜鉛蒸気を低減させる方法が開示されている。また、特許文献２にはスナウト内壁をヒータで加熱し、さらに該ヒータ外側を断熱材で断熱し、浴温とスナウト部の温度差を１５０℃以下とすることで内壁へのアッシュ付着を防止する方法が開示されている。さらに、特許文献３及び４には、炉内ガスに含まれる金属ヒュームをスナウトから炉外に排出してアッシュにして回収除去し、次いで、金属ヒュームを除去した炉内ガスをスナウトから放散管を介して外気中に放散する方法が開示されている。特許文献５には、めっき浴中に吸引ブロアを設置し、この吸引ブロアの吸引側にスナウト内の浴面より高い位置に吸引口を有する吸引管を連結してスナウト内の亜鉛蒸気を系外に排出する方法が開示されている。特許文献６には、スナウト内の雰囲気の酸素濃度と露点を管理して、亜鉛浴面に亜鉛酸化物膜を形成させて、スナウト内の亜鉛蒸気量を低減させる技術が開示されている。また、特許文献７には、母材鋼板中のＳｉとＡｌの濃度の和とスナウト内の雰囲気の露点との関係について開示されている。

特開平７−６２５１２号公報特開平８−１７６７７３号公報特開平１１−１００６５０号公報特開２００３−３２８０９８号公報特開平８−３０２４５３号公報特開平７−１５０３２０号公報特開２００６−１１１８９３号公報

しかし、特許文献１のスナウト浴面にセラミックボールを浮遊させる方法では、スナウト壁に付着したアッシュが直接鋼帯表面に落下することにより発生する品質欠陥を防止することが全く考慮されておらず、またセラミックボールが浴内に混入することによる欠陥発生の問題が懸念される。
特許文献２の方法では、十分な効果を奏するには、大規模なヒータと断熱材が必要であり、また、熱応力による設備破損の危険性も高いため、現実的ではない。
また、特許文献３、４の排気口を設ける方法では、確かにめっき浴面から生成されるアッシュを排気口から排出するので一定の効果は認められるが、アッシュ性品質欠陥を完全に防止するためには大きな排出流量が必要であり、ガス放出のためのコスト上昇や炉圧確保等の操業上の問題が数多く発生するため、実現が困難である。
また特許文献５の方法は、スナウト内の亜鉛蒸気を確実に排出できないため、排出されなかった亜鉛蒸気がスナウト壁に付着し、スナウト内の亜鉛蒸気に起因する品質欠陥を防止する効果が不十分である。
特許文献６、７の方法では、スナウト内雰囲気露点とアッシュ性品質欠陥発生原因であるスナウト内の亜鉛蒸気量との関係に変動幅があるために、露点と酸素濃度の制御では確実なアッシュ性品質欠陥抑制が難しいという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、スナウト内で発生する溶融亜鉛蒸気に起因する品質欠陥の発生を抑制し、さらに不めっきの発生を防止できる連続溶融亜鉛めっき方法および装置を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、以下の通りである。
［１］鋼帯を連続熱処理炉で連続的に熱処理した後、溶融亜鉛を保持しためっき槽に導入して溶融亜鉛めっきを行う連続溶融亜鉛めっき方法において、連続熱処理炉とめっき槽の間に設けられたスナウト内雰囲気ガスをスナウト外に導いて、前記雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量を計測し、該計測した亜鉛蒸気量が予め設定した雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量となるように、雰囲気ガスの露点を制御することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき方法。

本発明によれば、スナウト内雰囲気の亜鉛蒸気量を直接計測し、露点制御することによって、スナウト内雰囲気の適正な亜鉛蒸気量を維持することができる。その結果、スナウト内で発生する溶融亜鉛蒸気に起因する品質欠陥の発生を抑制し、さらに不めっきの発生を防止して良好な外観の溶融亜鉛めっき鋼板が製造可能となる。

スナウト露点と亜鉛蒸気量（Ｚｎ蒸気捕集量）との関係を示すグラフである。従来の連続溶融亜鉛めっき装置を示す説明図である。

本発明者らは、スナウト内雰囲気中の露点を変化させて、スナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量と不めっき発生率を測定した。まず、スナウト内雰囲気ガスをスナウト外に導いて、スナウト内雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量を測定した。具体的には、吸引ポンプにより一定流量のガスをスナウト内から吸引し、スナウト内雰囲気ガスをフィルターに通過させた。フィルター通過ガス量を亜鉛蒸気量とし、フィルター面積１ｍ^２で１時間あたりの亜鉛蒸気量（ｇ／ｍ^２・Ｈｒ）を求めた。そして、許容されるスナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量の目標値を１３−１７ｇ／ｍ^２・Ｈｒに設定し、露点を制御した。

スナウト内雰囲気中の露点とスナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量および酸化膜厚（ＺｎＯ）との関係を図１に示す。スナウト内では、亜鉛浴表面でＨ_２Ｏ＋Ｚｎ＝Ｈ_２＋ＺｎＯの平衡反応が起こっている。スナウト内の露点が高い場合、ＺｎＯの形成が促進されて亜鉛蒸気量は抑制される。一方、露点が低い場合、ＺｎＯの形成が不十分となるため、亜鉛蒸気量は増加する。本発明者らは、スナウト内雰囲気の露点とスナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量と酸化膜厚との関係は、通常の連続溶融亜鉛めっき設備では共通であるが、図１に示すような曲線の位置は、溶融亜鉛めっき設備のスナウト部構造、亜鉛浴温度等の製造条件により露点軸方向に変動し、一定ではないという知見を得た。したがって、露点の絶対値では亜鉛蒸発量を好ましい範囲に制御できない。

そこで、本発明では、実際に亜鉛蒸気量を測定して亜鉛蒸気量を好ましい範囲に制御することを特徴とする。亜鉛蒸気量を制御することにより、露点を制御することができる。すなわち、スナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量を下げるのには露点を上げ、亜鉛蒸気量を上げるのには露点を下げるという手法は、図１の結果から有効であるといえる。したがって、スナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量を適宜設定することにより、露点の制御が可能である。

本発明において、スナウト雰囲気ガス中に含まれる亜鉛蒸気量は、雰囲気ガス中に含まれる亜鉛濃度のことである。スナウト雰囲気ガス中に含まれる亜鉛蒸気量の測定方法としては、上述したように、吸引ポンプにより一定流量のガスをスナウト内から吸引すればよい。吸引ポンプで吸引する際は、スナウト内雰囲気ガスをフィルターに通過させることによりろ過し、ろ過後のガスを予め設定する。スナウト内雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量は、商品によって設定値が異なる。

図２に示す装置を用いて、鋼帯に溶融亜鉛めっきを行った。鋼帯幅は１．５ｍであり、平均鋼帯処理速度は１２０ｍｐｍである。
スナウト内雰囲気の露点を変化させながら、スナウト内雰囲気ガスをスナウト外へ吸引し、一定量フィルターで濾過させることにより、スナウト内雰囲気中の亜鉛蒸気量を測定した。亜鉛蒸気量の測定は濾過した亜鉛を酸溶解して、分析することで求めた。具体的には、塩酸で溶解してＩＣＰで定量分析した。同時に、アッシュ性品質欠陥の発生量と不めっき発生率を測定した。商品出荷判定基準に基づき、許容範囲のアッシュ性品質欠陥の発生率と不めっき発生率が得られるスナウト内雰囲気の亜鉛蒸気量の上下限を１３−１７（ｇ／ｍ２・Ｈｒ）に設定した。

アッシュ性品質欠陥の発生率、不めっき発生率は、装入量に対する欠陥発生量の割合をそれぞれの発生率として算出した。なお、スナウト内雰囲気の露点は、露点を上げる場合は加湿器を通したＮ_２ガスをスナウト内に導入することで、また、露点を下げる場合は水分を除去して乾燥させた露点が約−５０℃のＮ_２ガスを導入することで、制御した。

スナウト内雰囲気の亜鉛蒸気量を上記で設定した上下限内に維持するように露点を制御しながら約１０００トンの溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。亜鉛蒸気量を制御した本発明の場合、アッシュ性品質欠陥の発生率は０．１０％、不めっき発生率は０．１２％となった。スナウト内雰囲気の亜鉛量を測定することなく、スナウト内の露点を一定基準内に制御する従来技術の場合、アッシュ性品質欠陥の発生率は０．４３％、不めっき発生率は０．３３％となった。したがって、本発明により、アッシュ性品質欠陥の発生率、不めっき発生率共に大幅に低下した。

１スナウト
２０スナウト上壁部
３０スナウト下壁部
２めっき槽
３めっき浴
４シンクロール
５サポートロール
６ガスワイピングノズル
７タッチロール
Ｓ鋼帯

Claims

鋼帯を連続熱処理炉で連続的に熱処理した後、溶融亜鉛を保持しためっき槽に導入して溶融亜鉛めっきを行う連続溶融亜鉛めっき方法において、連続熱処理炉とめっき槽の間に設けられたスナウト内雰囲気ガスをスナウト外に導いて、前記雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量を計測し、該計測した亜鉛蒸気量が予め設定した雰囲気ガス中の亜鉛蒸気量となるように、雰囲気ガスの露点を制御することを特徴とする連続溶融亜鉛めっき方法。