JPH09104957A - 溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去装置および方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】構造が簡単かつ高耐久性であり、しかもドロス
の除去効率が高く、かつドロスの設備外への排出が容易
な、溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去装置および
ドロス除去方法を提供すること。 【解決手段】溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去装
置は、めっき槽１に隣接して設けられたドロス沈殿槽３
と、めっき槽１とドロス沈殿槽３との間で亜鉛融液Ｌを
２ｍ³ ／時以上２０ｍ³ ／時以下の移送量で移送する移
送手段４，５，６とを備えている。めっき槽１の亜鉛融
液を貯留すべき部分の容量が、３ｍ³ 以上および亜鉛融
液の移送量の１０時間分以内かつ４０ｍ³ 以下であり、
沈殿槽３亜鉛融液を貯留すべき部分の容量が２０ｍ³ 以
上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融亜鉛めっき設
備におけるドロス除去装置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドロス性表面欠陥は溶融亜鉛めっき鋼板
の表面欠陥のうち最も深刻なものである。ドロスは被め
っき鋼板から溶出した鉄と亜鉛の反応によって生じた異
物（ＦｅＺｎ₇ など）であり、その寸法は球換算の直径
で５〜３００μｍである。このドロスは溶融亜鉛の流れ
がなく静かな状態であれば、めっき槽の底部に堆積した
ままの状態である。しかし、被めっき鋼板の走行や、浴
中ロールの回転運動によって亜鉛融液が激しく撹拌され
ると、亜鉛融液との比重差が非常に小さいため、ドロス
は底部より巻き上げられて被めっき鋼板に付着し、これ
がドロス性表面欠陥となる。

【０００３】従来、ドロスを除去するため、非常に多＜
の提案がなされている。これらの提案は、亜鉛融液をめ
っき槽外に汲み出しドロスを沈殿させる方法、濾過する
方法、Ａｌを添加して浮上分離する方法などである。

【０００４】しかし、提案が数多くなされているのにも
かかわらず、従来の提案はいずれも実用化されていな
い。その理由は、これら提案の技術は机上では成立する
ものであっても、実設備では、機構が複雑すぎたり、除
去が不完全であったり、耐久性が不十分であったり、分
離したドロスの設備外への排出が煩雑であったりするか
らである。

【０００５】沈殿法で代表的なものは特開昭５３−８８
６３３号、実開昭５６−１７０２６０号、特開平３−２
６７３５７号、特開平３−２７１３５３号、特開平４−
１５４９４８号、特開平５−９８４０５号の各公報に開
示されている。

【０００６】特開昭５３−８８６３３号公報には、沈殿
槽での亜鉛融液を冷却し、沈殿槽内でドロスを生成・沈
殿除去することが開示されている。さらに、その実施例
では沈殿槽の大きさをめっき槽の大きさの約１／４にす
ることを示している。しかし、この方法ではドロスは十
分には沈殿除去されない。

【０００７】実開昭５６−１７０２６０号公報には、め
っき槽底部から亜鉛融液と共にドロスを汲み上げ、沈降
箱内に導入し、ドロスを沈降除去した後、亜鉛融液をめ
っき槽に戻すことが開示されている。しかし、この公報
には本発明において最も重要なドロスを沈殿させる手段
については開示されていない。

【０００８】特開平３−２６７３５７号公報には、沈殿
槽内に邪魔板を設けることが開示されている。しかしこ
の公報に記載されているドロス沈降の促進効果は弱い。
すなわち、この公報ではドロスを沈降除去する根本的対
策については何等提案されていない。さらにこの公報に
示されているような邪魔板が設置されている沈殿槽で
は、ドロスが沈殿したとしても、その除去作業が邪魔板
に妨害され、非常に煩雑なものとなる。

【０００９】特開平３−２７１３５３号公報には、沈殿
槽を複数段設けることが示されている。これは機能的に
は上述の特開平３−２６７３５７と同じである。この特
開平３−２７１３５３号公報に示された各々の槽が特開
平３−２６７３５７の下部邪魔板間の空間に対応する。
従って、この公報に示された技術においても特開平３−
２６７３５７と同様ドロスの問題を解決することができ
ない。

【００１０】特開平４−１５４９４８号公報には、めっ
き槽にドロスが沈殿するのを回避するため、めっき槽を
特定の寸法・形状にすることと、沈殿槽の底面にドロス
が沈殿堆積しやすいように、沈殿槽を十分な平面積と深
さを有するようにすることが示されている。

【００１１】しかし、沈殿槽に関し、ドロス処理では水
処理の分野とは異なり、技術の蓄積・体系化が全くなさ
れていなく、かつ以下に示すようにドロスの生成・成長
機構が水中の異物とは全く異なるため、この公報に示さ
れた技術はドロスを沈殿堆積しやすくする具体的手段を
示したものとはいえない。

【００１２】ドロスは溶質である鉄が溶媒である亜鉛と
化学反応して生成された鉄亜鉛化合物（ＦｅＺｎ₁₃（ζ
相）、ＦｅＺｎ₇ （δ相）、Ｆｅ₅ Ｚｎ₂₁（Γ相）な
ど）である。そして、亜鉛融液中の鉄の溶解度は温度の
影響を強く受け、例えば、４６０℃で０．０４％、４３
０℃で０．０１％である。この溶解度の温度変化が温度
そのものと相俟って、ドロスの生成・成長に大きな影響
を及ぼす。さらにドロスは成長とともにζ相、δ相から
Γ相へと相変態すると考えられている。相が異なれば密
度など物性値が異なる。すなわち沈降挙動が異なる。

【００１３】以上のようなことは、水との反応性のない
外来性異物を対象としている水処理では起こらない。特
開平５−９８４０５号公報には、球相当直径が５０μｍ
以上のドロスを沈降除去することができる小容量の沈殿
槽を設置することが開示されている。しかし、この公報
にはドロスを沈殿させるための具体的な手段については
示されておらず、しかも、この発明で紹介されている沈
殿槽では、ドロスの沈殿効率が非常に悪い。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる事情に
鑑みてなされたものであって、構造が簡単かつ高耐久性
であり、しかもドロスの除去効率が高く、かつドロスの
設備外への排出が容易な、溶融亜鉛めっき設備における
ドロス除去装置およびドロス除去方法を提供することを
目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明はドロスの生成・
成長挙動、ドロスの沈降挙動、表面欠陥として実用上問
題となるドロスの大きさ、実設備化に適した構造・材料
などに関して詳細に検討を重ねた結果完成されたもので
ある。

【００１６】本発明は、第１に、溶融亜鉛めっき設備の
めっき部において、めっき槽に隣接して設けられたドロ
ス沈殿槽と、前記めっき槽と前記ドロス沈殿槽との間で
亜鉛融液を２ｍ³ ／時以上２０ｍ³／時以下の移送量で
移送する移送手段と、を備え、前記めっき槽の亜鉛融液
を貯留すべき部分の容量が３ｍ³ 以上および亜鉛融液の
移送量の１０時間分以内かつ４０ｍ³ 以下であり、前記
沈殿槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量が２０ｍ³ 以
上であることを特徴とする溶融亜鉛めっき設備における
ドロス除去装置を提供する。

【００１７】また、本発明は、第２に、亜鉛めっき設備
のめっき部において、めっき槽に隣接してドロス沈殿槽
を設け、前記めっき槽から前記ドロス沈殿槽へ２ｍ³ ／
時以上２０ｍ³ ／時以下の移送量で亜鉛融液を移送し、
めっき槽の亜鉛融液の容量を３ｍ³ 以上および亜鉛融液
の移送量の１０時間分以内かつ４０ｍ³ 以下とし、前記
沈殿槽の亜鉛融液を２０ｍ³ 以上とし、前記沈殿槽内の
亜鉛融液の温度を４３０℃以上で、かつめっき槽での亜
鉛融液温度以下とし、前記沈殿槽内でドロスを沈殿除去
することを特徴とする溶融亜鉛めっき設備におけるドロ
ス除去方法を提供する。

【００１８】このように構成される本発明の作用は以下
のとおりである。鋼板の処理量に応じたドロスがめっき
槽で発生するが、このドロスが成長し有害な寸法になる
前に、沈殿槽に送り込む。めっき槽の容量および融液の
循環量に制限を設けたのはこのためである。表面欠陥と
して実用上問題となるドロスの大きさは直径で約１００
μｍ以上のものである。ドロスは、その粒子径が大きい
ほど沈殿しやすくなる。実測によればドロスの沈降速度
は直径１００μｍで約１．２ｍ／時、２００μｍで約５
ｍ／時である。沈殿槽では融液の温度を低く、そして流
速を緩くすることによりドロスをできるだけ成長させる
ことと、滞留時間すなわち沈殿時間を十分にとることが
肝要である。沈殿槽の容量、融液温度に制限を設けたの
はこのためである。このようにして有害なドロスを沈降
除去し、さらにそれにより鉄含有量も低減した後、亜鉛
融液をめっき槽に戻す。

【００１９】本発明の他の骨子としては、上記装置にお
いて、前記移送手段は、前記めっき槽から前記沈殿槽へ
亜鉛融液を移送する第１の移送管と、前記沈殿槽から前
記めっき槽へ亜鉛融液を移送する第２の移送管と、これ
ら第１および第２移送管の少なくとも一方に設けられた
ポンプとを備え、このポンプは気泡の浮上力を活用した
ポンプであり、前記第１および第２の移送管およびポン
プがセラミック材料で形成されていることが挙げられ
る。また、上記装置において、第１の移送管内の亜鉛融
液を冷却する冷却手段をさらに有することが挙げられ
る。さらに、上記装置において、前記移送手段の第１の
移送管は、亜鉛融液の吸い込み口が上記めっき槽の底部
に位置することが挙げられる。さらにまた、上記方法に
おいて、沈殿槽における亜鉛融液の温度がめっき槽にお
ける亜鉛融液の温度よりも５℃以上低温であることが挙
げられる。さらにまた、上記方法において、前記めっき
槽の亜鉛融液の液位と、前記沈殿槽の亜鉛融液の液位と
が実質的に等しいことが挙げられる。

【００２０】気泡の浮上力を活用したポンプ（以下ガス
リフトポンプと略称）とセラミックスの採用は操業の安
定化と耐久性の大幅な向上に寄与する。めっき槽と沈殿
槽の液位をほぼ等しくするのはガスリフトポンプの使用
を容易にするためである。また、第１の移送管内の亜鉛
融液を冷却する冷却手段を設けることにより、融液をド
ロスの成長・沈降に適した温度にまで冷却することがで
きる。そして、融液温度をめっき槽での温度より５℃以
上低くするとドロスの成長促進効果が顕著となる。さら
に、吸い込み口をめっき槽の底部に設けることによりド
ロスの収集・移送効率を高めることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の具体例について図１、図
２を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係
るドロス除去装置を示す断面図、図２はその平面図であ
る。溶融亜鉛めっき設備は、亜鉛融液Ｌを貯留しためっ
き槽１と、ドロス除去装置とを有している。このドロス
除去装置は、めっき槽１に隣接して設けられた沈殿槽３
と、めっき槽１から沈殿槽３へ亜鉛融液を移送するため
の第１の移送管４と、沈殿槽３からめっき槽１へ亜鉛融
液を移送するための第２の移送管５と、移送管５に設け
られたポンプ６とを有している。また、第１の移送管４
を囲繞するように冷却手段９が設けられており、沈殿槽
３の外側の第２の移送管５近傍には誘導加熱装置１０が
設けられている。

【００２２】加熱炉から出た被めっき鋼帯Ｓは、スナウ
ト１１を経由してめっき槽１まで搬送され、めっき槽１
に貯留された亜鉛融液Ｌ中に浸漬される。そして、鋼帯
Ｓはめっき槽１の中に設けられたシンクロール２によっ
て方向転換された後、失印に示す方向に走行する。

【００２３】この間、被めっき鋼帯Ｓから鉄原子が溶出
する。この際の鉄原子の溶出の態様としては、鋼帯から
直接溶出する場合と、鋼板表面にできた微小鉄亜鉛合金
層が剥離後、溶解する場合の二通りあると考えられてい
る。

【００２４】このようにして溶解している鉄分が再析出
し、ドロスへと成長する。ドロスの発生量は鋼板の処理
量（表面積）に比例する。１ｍｍの鋼帯を１５０ｍ／分
の速度で走行させた場合で、その発生量は約６０ｋｇ／
時である。発生直後のドロスは直径５〜１０μｍと非常
に小さく、ζ相である。このζ相は小さい上に亜鉛融液
との比重差も小さいため沈降しにくい。めっき槽１での
融液温度は約４６０℃であるが、この温度はめっき作業
性の観点から決定される。

【００２５】亜鉛融液Ｌはめっき槽１から移送手段とし
ての移送管４により沈殿槽３に送り込まれる。この際の
亜鉛融液Ｌの移送量は、めっき槽１からドロスを十分に
排除できる量でなければならない。この観点から移送量
の下限を２ｍ³ ／時に規定する。

【００２６】一方、ドロスの排除という点のみを考慮す
ると、亜鉛融液Ｌの移送量は多ければ多いほどよい。し
かし後述するように、移送量を多くすると、それに見合
うだけ沈殿槽３の容量を大きくしなければならず、ひい
ては、溶融亜鉛めっき設備自体が大きなものとなってし
まい不経済である。したがって、このような観点から亜
鉛融液の移送量の上限を２０ｍ³ ／時に規定する。

【００２７】移送手段４のめっき槽１内での融液の吸い
込み口はめっき槽の底部が望ましい。これは底部の方
が、上部よりドロス濃度が高くなっているので、ドロス
の収集・移送効率が高いからである。

【００２８】発生したドロスが、めっき槽１の実操業に
おける攪拌環境で有害な大きさである直径１００μｍに
まで成長するのに要する時間は、実操業でのドロスの成
長挙動の解析により約１０時間であると推定される。し
たがって、本発明ではこの観点からめっき槽１の亜鉛融
液が貯留されるべき部分の容量を亜鉛融液移送量の１０
時間分以下と規定している。また、めっき槽１の亜鉛融
液量が４０ｍ³ を超えると、めっき槽１の底部隅部に融
液流のよどみ領域が現われ、そこにドロスが長時間滞留
するのようになるので、それを避けるため、めっき槽１
の亜鉛融液が貯留されるべき部分の容量を４０ｍ³ 以下
と規定した。一方、ド口スの成長を避けるためにはめっ
き槽１の容量は小さいほど望ましいが、装置製作上の制
約から３ｍ³ が下限となる。

【００２９】沈殿槽３に移送された融液中のドロス８
は、ここで成長・沈殿除去される。沈殿除去率を高める
ための基本的考え方は、ドロス自体をできるだけ大きな
寸法および大きな比重にすることと、沈降時間を十分に
確保することである。ドロスは成長とともに化合物相も
変化し、ζ相からδ相へ、さらにはΓ相へと次第に比重
が大きくなり、亜鉛との比重差も順次大きくなって沈降
しやすくなる。

【００３０】また、ドロスの成長を促進するための条件
は沈殿槽内の融液の温度をめっき槽での温度以下にする
ことと、融液の流れをできるだけ緩やかにすることであ
る。融液温度を下げることにより、溶質である鉄分の過
飽和度を上げ、析出結晶であるドロスを静かに成長させ
るのである。融液温度の上限をめっき槽での融液温度と
したのは、これを超えるとドロスの成長促進効果が現わ
れないからである。

【００３１】ドロスの成長促進に対しては融液温度は低
いほど望ましい。融液温度をめっき槽での温度より５℃
以上低くすると成長促進効果が顕著になる。しかし亜鉛
の溶解温度が４２０℃であるので安定操業上の下限が存
在し、その観点から４３０℃が実質的に下限となる。

【００３２】沈殿槽の融液流を緩やかに、すなわち流速
を遅くするための基本はいうまでもなく、沈殿槽の容量
を大きくすることである。沈殿槽の亜鉛融液容量の下限
を２０ｍ³ とした理由のひとつは、ドロスの成長に適し
た緩やかな流速を得るためである。沈降時間を確保する
ための基本も、いうまでもなく沈殿槽の容量を大きくす
ることである。大きくすればするほど除去率が向上す
る。

【００３３】沈殿槽の亜鉛融液容量の下限を２０ｍ³ と
したもうひとつの理由は、これ以下では直径１００μｍ
以上にまで成長した有害なドロスを十分に沈殿できない
からである。これはあくまで参考までにではあるが、水
処理の場合の沈殿槽の必要容量を見積ってみる。

【００３４】水処理では理想的常流の場合の除去率はカ
ンプの式、 除去率＝沈降速度／（流入水量／沈殿槽の表面積） で与えられる。この式より、ドロスの直径が１００μｍ
の場合につき、沈殿槽の深さを１ｍとし、亜鉛融液流入
量を２０ｍ³ ／時として、完全除去が達成される沈殿槽
の容量を求めると１６ｍ³ になる。

【００３５】なお、上述したように、沈殿槽３の容量を
大きくすればするほど沈殿効率が上昇するが、設備費を
考慮するとその容量は１００ｍ³ 以下が好ましい。ドロ
スが除去された融液は第２の移送管５によりめっき槽１
に戻される。移送のためのポンプ６としては気泡の浮上
力を活用したガスリフトポンプを用いることが好まし
い。窒素ガスは導管７でポンプに供給される。ガスリフ
トポンプは揚程が小さいので、めっき槽１と沈殿槽３の
液位差は小さい程よい。できればほぼ等しいことが望ま
しい。

【００３６】ガスリフトポンプは主な構造部材が管体で
あり、構造が簡単なため、セラッミクス化が可能であ
る。亜鉛融液は溶融金属腐食か激しいので、金属は移送
手段用材料としては不適である。安定操業のためには移
送管の材料もセラミックスであることが好ましい。

【００３７】これらに用いられるセラミックスの種類と
しては、黒鉛系、ＢＮ系、ＡＩＮ系、ＳｉＮ系、Ａｌ₂
Ｏ₃ 系、ＳｉＣ系、ＳｉＯ₂ 系、ＺｒＯ₂ 系、ＭｇＯ系
が挙げられる。

【００３８】ポンプ６は第１および第２の移送管４、５
のどちらか−方に組み込めばよい。ポンプが組み込まれ
ていない方の移送管は、サイフォン方式で融液を移送す
る。この方式が容易に成立するためには、めっき槽１と
沈殿槽３での融液の液位がほぼ等しいことが必須であ
る。

【００３９】第１および第２の移送管４、５の両者にポ
ンプを組み込んでもよい。しかし、この場合には、第１
および第２の移送管４、５での移送量が等しくなるよう
に両ポンプを制御する手段が必須になる。

【００４０】沈殿槽への移送手段４は融液を冷却する冷
却手段９を備えた構造になっている。冷却手段９は、例
えば空冷により、融液をドロスの成長・沈降に適した温
度にまで冷却する。

【００４１】また、めっき槽１に戻される融液は、その
温度をめっき槽での融液温度にほぼ等しくした方が、め
っき作業の安定化にとって望ましい。誘導加熱装置１０
は、このための加熱装置であり、ポンプ６に吸い込まれ
る融液を加熱する。

【００４２】このようなドロス除去装置によれば、簡単
な構造であるにもかかわらず、沈殿槽３へ移送された亜
鉛融液Ｌに含有されるドロスを有効に沈殿除去すること
ができ、めっき槽１へはドロスをほとんど含まない亜鉛
融液を返戻することができる。したがって、亜鉛めっき
鋼板のドロス性表面欠陥を有効に防止することができ
る。また、亜鉛沈殿槽３には邪魔板などのドロス除去に
妨げとなる部材が配置されていないので、ドロスの排出
が容易である。また、構造が簡単であるため、装置の耐
久性が高い。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
構造が簡単かつ高耐久性であり、しかもドロスの除去効
率が高く、かつドロスの設備外への排出が容易な、溶融
亜鉛めっき設備におけるドロス除去装置、ならびにドロ
スを効率良く除去することができる溶融亜鉛めっき設備
におけるドロス除去方法を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るドロス除去装置を示
す断面図。

【図２】本発明の一実施形態に係るドロス除去装置を示
す平面図。

【符号の説明】

１……めっき槽、２……シンクロール、３……沈殿槽、
４……第１の移送管、５……第２の移送管、６……ポン
プ、７……導管、８……ドロス、９……冷却手段、１０
……誘導加熱装置。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融亜鉛めっき設備のめっき部におい
   て、めっき槽に隣接して設けられたドロス沈殿槽と、 前記めっき槽と前記ドロス沈殿槽との間で亜鉛融液を２
   ｍ³ ／時以上２０ｍ³／時以下の移送量で移送する移送
   手段と、を備え、 前記めっき槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量が３ｍ
   ³ 以上および亜鉛融液の移送量の１０時間分以内かつ４
   ０ｍ³ 以下であり、 前記沈殿槽の亜鉛融液を貯留すべき部分の容量が２０ｍ
   ³ 以上であることを特徴とする溶融亜鉛めっき設備にお
   けるドロス除去装置。
2. 【請求項２】 前記移送手段は、前記めっき槽から前記
   沈殿槽へ亜鉛融液を移送する第１の移送管と、前記沈殿
   槽から前記めっき槽へ亜鉛融液を移送する第２の移送管
   と、これら第１および第２移送管の少なくとも一方に設
   けられたポンプとを備え、このポンプは気泡の浮上力を
   活用したポンプであり、前記第１および第２の移送管お
   よびポンプがセラミック材料で形成されていることを特
   徴とする請求項１に記載の溶融亜鉛めっき設備における
   ドロス除去装置。
3. 【請求項３】 前記第１の移送管内の亜鉛融液を冷却す
   る冷却手段をさらに有することを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載の溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去
   装置。
4. 【請求項４】 前記移送手段の第１の移送管は、亜鉛融
   液の吸い込み口が上記めっき槽の底部に位置することを
   特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の溶
   融亜鉛めっき設備におけるドロス除去装置。
5. 【請求項５】 亜鉛めっき設備のめっき部において、め
   っき槽に隣接してドロス沈殿槽を設け、 前記めっき槽から前記ドロス沈殿槽へ２ｍ³ ／時以上２
   ０ｍ³ ／時以下の移送量で亜鉛融液を移送し、 めっき槽の亜鉛融液の容量を３ｍ³ 以上および亜鉛融液
   の移送量の１０時間分以内かつ４０ｍ³ 以下とし、 前記沈殿槽の亜鉛融液を２０ｍ³ 以上とし、 前記沈殿槽内の亜鉛融液の温度を４３０℃以上で、かつ
   めっき槽での亜鉛融液温度以下とし、 前記沈殿槽内でドロスを沈殿除去することを特徴とする
   溶融亜鉛めっき設備におけるドロス除去方法。
6. 【請求項６】 前記沈殿槽における亜鉛融液の温度がめ
   っき槽における亜鉛融液の温度よりも５℃以上低温であ
   ることを特徴とする請求項５に記載の溶融亜鉛めっき設
   備におけるドロス除去方法。
7. 【請求項７】 前記めっき槽の亜鉛融液の液位と、前記
   沈殿槽の亜鉛融液の液位とが実質的に等しいことを特徴
   とする請求項５または６に記載の溶融亜鉛めっき設備に
   おけるドロス除去方法。