(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続溶融金属めっき設備の溶融金属めっき浴に用いるガスリフトポンプであって、溶融金属を輸送する流動配管の吐出部分を２俣に分岐し、分岐した各々の吐出配管内にＮ２ガスを吐出するＮ２ガス吐出管を設け、
ガスリフトポンプの揚程高さ：Ｌ（ｍ）、前記吐出配管の内径：Ｄ１（ｍ）は、Ｌ：１．０〜１．５ｍ、Ｄ１：０．１０〜０．１５ｍ、かつ０．１０≦Ｄ１／Ｌ≦０．１５を満足することを特徴とするガスリフトポンプ。
【請求項２】
前記Ｎ２ガス吐出管には、各々吐出ガス圧を調整する圧力調整弁と圧力計が設けられて
いることを特徴とする請求項１に記載のガスリフトポンプ。
【請求項３】
前記流動配管の溶融金属の吸い込み部をスナウト内に配置し、溶融金属の吐出部をスナウト外に配置したことを特徴とする請求項１または２に記載のガスリフトポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融金属めっき設備の溶融金属めっき浴に用いるガスリフトポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融金属めっき、例えば連続溶融亜鉛めっきは、一般に、焼鈍炉からスナウトを介してめっき浴槽に導入して浸漬めっきした鋼板を、浴中のシンクロールで上方に方向転換した後、浴外に引上げ、ガスワイピングノズルにより所定のめっき付着量に調整する手順で行われる。
【０００３】
このような連続溶融亜鉛めっきにおいて、ドロスと称される異物やアッシュと称される異物が浴槽にて鋼板に付着し、品質上の欠陥を生じる場合がある。
【０００４】
ドロスとは、鋼板から亜鉛浴に溶出したＦｅと、めっき密着性向上等のために亜鉛浴に０．１〜０．２％添加されたＡｌとが反応して生じたＦｅ２Ａｌ５であり、このようなドロスが付着した鋼板をプレス加工すると、押し傷となったり、金型を傷つけたりする不具合を招く。鋼板の亜鉛浴中への進行に伴って生ずる流れにより亜鉛浴中を浮遊しているドロス等はスナウト内へ引き込まれるため、スナウト内はドロス等が溜まりやすい状況にある。
【０００５】
アッシュとは、亜鉛ヒュームの固体であって、スナウト内で鋼板に付着すると、ガスワイピング時に吹き飛ばされてその部分のめっきが不十分（不めっき欠陥）になる不具合を招く。なお、異物としては、上記ドロスやアッシュ以外にも、溶融亜鉛の浴面に常時生成されている亜鉛の酸化膜が、浴面の波立ちによって割れて、その下側の亜鉛浴が空気に接触することによって、過剰に生成した酸化亜鉛（酸化ドロスと称されるもの）があり、これが鋼板に付着すると、アッシュと同様、不めっき欠陥になる不具合を招く。
【０００６】
ドロスやアッシュ等の異物は、鋼板が最初に亜鉛浴に進入するスナウト内浴面で鋼板に付着する場合が多い。
【０００７】
このような問題への対処法として、モータポンプによりスナウト内浴面のドロス等の異物を溶融亜鉛と共にスナウト外へ輸送する方法（特許文献１参照）が知られている。しかし、モータポンプを用いる方法は、亜鉛による腐食や摩耗のためモータポンプの寿命が短く（３〜４ヶ月程度）、その補修費用が嵩む問題がある。
【０００８】
上述の問題点を解決する方法として、ガスリフトポンプによりスナウト内浴面のドロス等の異物を溶融亜鉛と共にスナウト外へ輸送する方法（特許文献２参照）がある。ガスリフトポンプは、モータポンプに比べて、安価で故障し難いだけでなく、装置を小型化できる利点がある。
【０００９】
ガスリフトポンプを用いる方法では、図１に示すように、一端に溶融金属の吸い込み部３、他端に溶融金属の吐出部４を有するＵ型の単管からなる流動配管２内に溶融金属を満たし、Ｎ２ガス吐出管６を流動配管２の溶融金属吐出側（吐出配管５）に、Ｎ２ガス吐出管６のガス吐出部が吐出配管５内の所定の深さになるようにして設置し、Ｎ２ガスを吐出配管５内の溶融金属中に吐出し、Ｎ２ガスと溶融金属の混合流体を形成して浮力を発生させるガスリフトポンプ１を用い、流動配管２の溶融金属の吸い込み部３をスナウト８内の鋼板９の端部側方に、溶融金属の吐出部４をスナウト８外に配置し、スナウト８内浴面のドロス等の異物１０を溶融金属とともにスナウト８外に排出する。
【００１０】
ガスリフトポンプは、溶融金属の揚液量（吐出量）はガスリフトポンプの揚程高さに比例して大きくなるが、溶融金属めっき浴にガスリフトポンプを設置する際の設置スペースは限られており、十分な揚程高さを確保できないことが多い。ガスリフトポンプの流動配管の径を大きくして溶融金属の揚液量を増大させることが考えられるが、流動配管の径を大きくしても揚液量の増大効果が少ないだけでなく、流動配管の径を大きくしすぎると却って揚液量が減少する。
【００１１】
従って、上記のような構造の従来のガスリフトポンプでは、限られた設置スペースにおいて溶融金属の揚液量を大幅に増大させることができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平３−１４０４４８号公報
【特許文献２】特開２００５−２６４２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、従来のガスリフトポンプの問題点を解決し、設置スペースが従来と同程度であっても、溶融金属の揚液量を大幅に増大できるガスリフトポンプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決する本発明の手段は、下記のとおりである。
【００１５】
（１）連続溶融金属めっき設備の溶融金属めっき浴に用いるガスリフトポンプであって、溶融金属を輸送する流動配管の吐出部分を２俣に分岐し、分岐した分岐した各々の吐出配管内にＮ２ガスを吐出するＮ２ガス吐出管を設けたことを特徴とするガスリフトポンプ。
【００１６】
（２）前記Ｎ２ガス吐出管には、各々吐出ガス圧を調整する圧力調整弁と圧力計が設けられていることを特徴とする（１）に記載のガスリフトポンプ。
【００１７】
（３）ガスリフトポンプの揚程高さ：Ｌ（ｍ）、前記吐出配管の内径：Ｄ１（ｍ）は、Ｌ：１．０〜１．５ｍ、Ｄ１：０．１０〜０．１５ｍ、かつ０．１０≦Ｄ１／Ｌ≦０．１５を満足することを特徴とする（１）または（２）に記載のガスリフトポンプ。
【００１８】
（４）前記流動配管の溶融金属の吸い込み部をスナウト内に配置し、溶融金属の吐出部をスナウト外に配置したことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のガスリフトポンプ。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガスリフトポンプによれば、溶融金属を輸送する流動配管の吐出部分を２俣に分岐し、分岐した分岐した各々の吐出配管内にＮ２ガスを吐出するＮ２ガス吐出管を設けたことで、設置スペースが従来と同程度であっても、従来のガスリフトポンプに比べて、溶融金属の揚液量を大幅に増やすことができる。また、Ｎ２ガス吐出管へＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給配管に各々圧力調整弁と圧力計を設置し個々にＮ２ガス吐出管のＮ２吐出量を調整可能とすることで、各吐出配管による亜鉛揚液量を個々に調整でき、より効率的に亜鉛揚液量を確保することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ガスリフトポンプを用いてスナウト内の異物をスナウト外に排出する方法を説明する概略縦断面図である。
【図２】従来のガスリフトポンプの要部を示す概略図である。
【図３】従来のガスリフトポンプのＮ２吹き込み量と亜鉛揚液量の関係を示す図である。
【図４】本本発明の実施形態に係るガスリフトポンプの要部を示す概略図である。
【図５】本発明の実施形態に係るガスリフトポンプのＮ２吹き込み量と亜鉛揚液量の関係を示す図である。
【図６】従来のガスリフトポンプのＮ２吹き込み量と亜鉛揚液量の関係を示す実験結果。
【図７】本発明の実施形態に係るガスリフトポンプのＮ２吹き込み量と溶融亜鉛揚液量の関係を示す実験結果。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明者は、ガスリフトポンプによって溶融金属の揚液量を増大する方法について種々検討した。その結果、溶融金属を輸送する流動配管の吐出部分を２俣に分岐し、分岐した各々の吐出配管内に窒素ガスを吐出するガス吐出管を設けることを着想し、これによって、限られた設置スペースにおいて溶融金属の揚液量を飛躍的に増大させることが可能になることが分かった。
【００２２】
以下、従来のガスリフトポンプと対比して本発明のガスリフトポンプを説明する。
【００２３】
図２は従来のガスリフトポンプの要部を示す概略図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図、（ｃ）は上面図である。図２において、２は溶融金属を輸送する流動配管、６はＮ２ガス吐出管である。（ｃ）にはＮ２ガス吐出管は記載されていない。図３は、図２のガスリフトポンプにおけるＮ２吹き込み量と溶融亜鉛の揚液量（以下、亜鉛揚液量）の関係を示す。図３中、Ｄ１／Ｌは、流動配管の内径Ｄ１（ｍ）とポンプの揚程高さＬ（ｍ）の比で、流路における流体の流れ易さの指標である。
【００２４】
ガスリフトポンプにおけるＮ２ガスの吹き込み量と亜鉛揚液量の関係は、気液混相流による流動様式によって変化する。即ちＮ２ガスの空搭速度の増大に伴い気泡流、スラグ流、フロス流と遷移していく。気泡流からスラグ流に遷移した時点で揚液が始まり、揚液量はスラグ流の領域において空搭速度の増加とともに増大し、スラグ流からフロス流に遷移する付近で最大値となり、フロス流に遷移以降は、揚液量は減少していく。したがって、ガスリフトポンプにおいてはスラグ流の領域内でＮ２ガスの吹き込み量を調整することが必要である。スラグ流の領域内ではＮ２ガスの吹き込み量が増えれば亜鉛揚液量も増えるが、フロス流に遷移すると亜鉛揚液量が減少し、必要な亜鉛揚液量を確保できなくなるためである。
【００２５】
図３において、Ｄ１／Ｌが０．０８〜０．１５の範囲内では、亜鉛揚液量が最大になるＮ２吹き込み量があり、この亜鉛揚液量が最大になるＮ２吹き込み量までは、Ｎ２吹き込み量の増加に応じて亜鉛揚液量が増加しているので、流動様式はスラグ流の領域と判断される。亜鉛揚液量が最大になるＮ２吹き込み量を超えると、Ｎ２吹き込み量の増加に応じて亜鉛揚液量が増加しているので、流動様式はフロス流の領域と判断される。Ｄ１／Ｌが０．２０では、亜鉛揚液量がＤ１／Ｌが０．１５の場合より減少していることからフロス流に遷移していると判断される。従って、Ｄ１／Ｌはスラグ流の流動様式が得られる０．１５以下が好ましい。一方、Ｄ１／Ｌが小さくなるに従い溶融亜鉛の流路における圧力損失が大きくなり、亜鉛揚液の効率が悪くなるため、Ｄ１／Ｌは０．１０以上にすることが好ましい。以上から、Ｄ１／Ｌは０．１０以上０．１５以下が好ましい。
【００２６】
溶融亜鉛の揚液量はガスリフトポンプの揚程高さに比例して大きくなるが、溶融亜鉛めっき浴におけるガスリフトポンプの設置スペースは限られており、揚程高さは大抵１．０〜１．５ｍ程度しか確保できない。そのため、本発明では、揚程高さが１．０〜１．５ｍの範囲内にあることを前提にして揚液量を増加させることを検討することとした。
【００２７】
亜鉛揚液量は流動配管の配管径に依存し、配管径を大きくすることで溶融亜鉛の揚液量を増大できると考えられたが、図３に示すように、流動配管径の増分に対する揚液量の増分は、配管径が大きくなるにつれて小さくなり、さらに配管径が大きくなると亜鉛揚液量は増加せず却って減少する。従って、図２のような構造のガスリフトポンプでは、亜鉛揚液量を増大しようとしても、流動様式、設置スペース及び配管径の制約により、必要な亜鉛揚液量まで増加させることができない。
【００２８】
図４は本発明の実施形態に係るガスリフトポンプの要部を示す概略図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図、（ｃ）は上面図である。図４において、２は溶融金属を輸送する流動配管、３は吸い込み部、４は吐出部、５ａ、５ｂは吐出配管、６ａ、６ｂはＮ２ガス吐出管である。（ｃ）にはＮ２ガス吐出管は記載されていない。
【００２９】
流動配管２は吐出側底部で２俣に分岐し、２本の吐出配管５ａ、５ｂを備える。分岐前の亜鉛流動配管２の内径、分岐後の吐出配管５ａ、５ｂの内径は同径である。吐出配管５ａ、５ｂには、それぞれＮ２ガス吐出管６ａ、６ｂが配置されている。Ｎ２ガスはＮ２ガス供給管７から分岐した分岐管７ａ、７ｂを介してＮ２ガス吐出管６ａ、６ｂに供給され、Ｎ２ガス吐出管６ａ、６ｂの下端から吐出管５ａ、５ｂ内に吐出される。分岐管７ａ、７ｂには各々吐出ガス圧を調整する圧力調整弁１１ａ、１１ｂ、圧力計１２ａ、１２ｂが設置されている。
【００３０】
図２のガスリフトポンプでスラグ流の領域にある場合について、図４のガスリフトポンプを用いてＮ２吹き込み量と亜鉛揚液量の関係を調査した。調査結果を図５に示す。Ｎ２吹き込み量は２本のＮ２ガス吐出管６ａ、６ｂの合計吹き込み量である。なお、圧力調整弁１１ａ、１１ｂによってＮ２ガス吐出管６ａ、６ｂからの吐出圧力が同じ圧力になるようにした。
【００３１】
同じ揚程高さでも、図５では、図３に比べて、亜鉛揚液量が格段に増加している。図５のＮ２吹き込み量を２で割ると、Ｎ２ガス吐出管１本当たりのＮ２吹き込み量となる。この流量に対応する図３の亜鉛揚液量との対比から、図４の構造のガスリフトポンプでは、図２のガスリフトポンプの亜鉛溶液量の１．５倍以上の揚液量が得られている。分岐した吐出管を有するガスリフトポンプのスラグ流の領域内における亜鉛揚液量は、各分岐吐出配管の揚液量の和となることから、設置スペース制約による揚程高さが従来と同じであっても、亜鉛揚液量を大幅に増加させることができる。
【００３２】
また、本発明の実施形態に係るガスリフトポンプにおいても、前記した理由から、Ｄ１／Ｌは０．１０以上０．１５以下とすることが好ましい。
【００３３】
吐出配管の内径Ｄ１は、大きすぎると他の設備と干渉し、小さすぎると圧力損失が大きくなるので、０．１０〜０．１５ｍが好ましい。
【００３４】
また、各Ｎ２ガス吐出管へＮ２ガスを供給するＮ２ガス供給配管に各々圧力調整弁と圧力計を設置し個々にＮ２ガス吐出管６ａ、６ｂのＮ２ガス吐出量を調整可能とすることで、吐出配管５ａ、５ｂによる亜鉛揚液量を個々に調整でき、より効率的に亜鉛揚液量を確保することができるようになる。
【００３５】
Ｎ２ガス吐出管は、図４のように吐出配管の上部から吐出配管内に挿入してもよいし、吐出配管の高さ方向の途中で吐出配管内に挿入するようにしてもよい。
【００３６】
なお、分岐した輸送配管の配管径は最適な溶融亜鉛の揚液量となる径を選定する。そして分岐した吐出配管の各々にＮ２ガスを吹き込むことで溶融亜鉛の必要な揚液量を確保することができる。
【００３７】
図４のガスリフトポンプの溶融金属の吸い込み部をスナウト内の鋼板端部側方の浴面位置に配置し、溶融金属の吐出部をスナウト外に配置することで、設置スペースが従来と同程度でありながら、スナウト内の溶融金属のスナウト外への排出量を大幅に増加させることが可能になる。
【実施例】
【００３８】
図２に示した従来のガスリフトポンプ、図４に示した本発明の実施形態に係るガスリフトポンプを用いて溶融亜鉛の吐出実験を行った。
【００３９】
従来のガスリフトポンプ（図２）は、流動配管の内径を１５０ｍｍ、１００ｍｍ、溶融亜鉛の吸い込み部を略浴面位置に配置し、Ｎ２ガス吹き込み管は内径を２５ｍｍ、肉厚を３ｍｍ、揚程高さを１．０ｍとし、Ｎ２吹き込み量を変えて溶融亜鉛の吐出量（亜鉛揚液量）を調査した。
【００４０】
本発明の実施形態に係るガスリフトポンプ（図４）は、流動配管の内径を１５０ｍｍ、１００ｍｍ（分岐後の吐出配管の内径も同じ）、溶融亜鉛の吸い込み部を略浴面位置に配置し、Ｎ２ガス吹き込み管は内径を２５ｍｍ、肉厚を３ｍｍ、揚程高さを１．０ｍとし、Ｎ２吹き込み量を変えて亜鉛揚液量を調査した。Ｎ２吹き込み量は２本のＮ２ガス吹き込み管の合計吹き込み量である。
【００４１】
調査結果を図６及び図７に示す。本発明の実施形態に係るガスリフトポンプは、従来のガスリフトポンプに比べて、亜鉛揚液量が１．５倍に増加しており、さらに、従来のガスリフトポンプは、Ｎ２吹き込み量が変動すると亜鉛揚液量が大きく変動するのに対して、本発明の実施形態に係るガスワイピングノズルは、Ｎ２吹き込み量が変動しても亜鉛揚液量の変動が小さく、所望の亜鉛揚液量が安定して得られている。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明のガスリフトポンプによれば、設置スペースを大きくしないで、溶融金属の揚液量（輸送量）を大幅に増やすことができる。
【符号の説明】
【００４３】
１    ガスリフトポンプ
２    単管（流動配管）
３    溶融金属の吸い込み部
４    溶融金属の吐出部
５、５ａ、５ｂ    吐出配管
６、６ａ、６ｂ    Ｎ２ガス吐出管
７    Ｎ２ガス供給管
７ａ、７ｂ    分岐管
８    スナウト
９    鋼板
１０    異物
１１ａ、１１ｂ    圧力調整弁
１２ａ、１２ｂ    圧力計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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