JP4779529B2 - 溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびガスワイピングノズル - Google Patents

Description

本発明は、溶融めっきプロセスにおいて、ガスワイピングノズルのめっき掻き取り力を向上させ、また、スプラッシュ飛散を軽減し、またエッジオーバーコートを防止できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびガスワイピングノズルに関するものである。

連続溶融めっきプロセス等においては、図３に示すように、一般的に溶融金属が満たされているめっき浴２５に鋼帯１０を浸漬させシンクロール２４で方向転換した後、該鋼帯１０を垂直上方に引き上げる工程の後に、鋼帯表面に付着した溶融金属が板幅方向および板長手方向に均一に所定のめっき厚になるように、この鋼帯を挟んで対向して設けた鋼帯幅方向に延在するガスワイピングノズル２２から気体を鋼帯上に噴出させて、余剰な溶融金属を絞り取り、溶融金属の付着量を制御するガスワイピング装置が設けられている。ガスワイピングノズルは、多様な鋼帯の幅に対応すると同時に鋼帯引き上げ時の幅方向のズレなどに対応するため、通常、鋼帯の幅より長く、すなわち鋼帯の幅端部より外側まで延びている。このようなガスワイピング装置では、鋼帯エッジ部に衝突する噴流がやや外側を向いてしまって衝突力が減少するために、鋼帯エッジ部のめっき厚が中央部に比べて厚くなるエッジオーバーコートが発生したり、鋼帯に衝突した噴流の乱れによって鋼帯下方に落下する溶融金属が周囲に飛び散る、いわゆるスプラッシュが発生したりして、鋼帯表面品質の低下を招く。

上記の問題を解決するため、主として鋼帯に付着した溶融金属の付着量を制御するワイピングノズル（主ノズル）の周囲に補助的なノズル（副ノズル）を配置し、副ノズルの作用によって、主ノズルの性能を向上させる方法、幅方向の衝突力均一性を向上させる方法、あるいは発生したスプラッシュを回収する方法以下の通り開示されている。

特許文献１に開示された方法は、主ノズルの上下部に、且つ幅方向に３分割以上分けられた、それぞれ独立に制御可能な補助ノズル（副ノズル）を設けて噴射することより、主ノズルからの主噴流の広がりを抑えられ、衝突後鋼板に沿って流れるガスが安定するとしている。

特許文献２に開示された方法は、主ノズルと副ノズルの仕切り板の噴出口先端を鋭角にし、尚且つ主ノズルに対して副ノズルを５〜２０°傾け、ポテンシャル・コアを長くした結果、付着量制御性が増加し、噴流が安定するため騒音も低減するとしている。

特許文献３に開示された方法は、ワイピングノズル吹出し口直近に吸込みチャンバーを設けて、発生したスプラッシュを吸引し、スプラッシュ欠陥を低減させる方法である。
特開平１−２３０７５８号公報 特開平１０−２０４５９９号公報 特開平６−４１７１０号公報

ところが、特許文献１に開示された方法では、主ノズルと副ノズルとの仕切り板付近に不安定な渦が発生し、この渦の混合作用によってせん断渦が増大して、衝突ガスによって鋼板上に形成される静圧分布がなだらかになり、めっき掻き取り量が低減すると共に、スプラッシュが悪化しやすいことがわかった。また、副ノズルからも相当量のガスを噴射するため、配管やエネルギーコストの面で不利である。

特許文献２に開示された方法は、上記特許文献１の問題点を解決すべく実施された。しかしながら、上記副噴流を主噴流と等速度でその近傍から与えた場合、３つの噴流がすぐに結合して１つの噴流になるため、見かけ上は主ノズルの３倍のスリットギャップを有するノズルから噴射するのと同等である。二次元自由噴流のポテンシャル・コアは、噴射幅の６〜１０倍程度であることが一般的に知られている。したがって、このような噴流のポテンシャル・コア長が長くなるのは当然であり、１つの広い噴出口をもつノズルからの噴流と変わらず、投入するガス量が増加する割には、めっき掻き取り量は少なく、溶融金属の薄目付け制御には不向きである。また、噴射口の仕切り板先端角度を５°以下にする必要があるとしており、ノズル剛性の低下やノズル清掃の不便さといった操業面のリスクが問題となる。副流ノズルへの供給ガスは、主ノズルと同等の圧力が必要であることから、設備的に煩雑になり、エネルギーコストも大きい。

特許文献３に開示された方法では、吸込まれた空気は単に排出されるだけであり、エネルギーロスが非常に多い。また、スプラッシュは鋼板の両端部での発生が多いから、幅方向に一様な吸引力で吸引することは効率的な方法ではない。また、吸引力が大きすぎると逆に幅方向中央部では目付け量制御用の噴射ガスが拡散してしまい、ワイピング力が低下してしまう。

本発明は、上記の問題点を解消し、ガスワイピングノズルの主噴流の広がりを抑えることでめっき掻き取り力（ワイピング力）を向上させ、さらにエネルギーロスを少なくして、スプラッシュ飛散を軽減し、またエッジオーバーコートを防止できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法およびガスワイピングノズルを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の手段は次のとおりである。

（１）溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、主に付着金属の厚さを制御するガスを噴射する主ノズルと、前記主ノズルの上部及び下部の少なくとも一方に、主ノズルから噴射されるガスの噴射方向に対して傾斜した、主ノズルから噴射するガスよりも低速のガスを噴射する副ノズルを一つ設け、ガスワイピングノズル近傍吸引口を設けてガスワイピングノズル近傍のガスを吸引し、吸引したガスから異物を除去し、異物を除去したガスを副ノズルから噴射することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（２）鋼帯幅方向中央部よりも鋼帯幅方向両端部付近の雰囲気を多く吸引するとともに、前記副ノズルから噴射するガスの噴射速度を鋼帯幅方向中央部よりも鋼帯幅方向両端部側を速くすることを特徴とする（１）に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面にガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御するガスワイピングノズルにおいて、主に付着金属の厚さを制御するガスを噴射する主ノズルと、前記主ノズルの上部及び下部の少なくとも一方に、主ノズルから噴射されるガスの噴射方向に対して傾斜した、主ノズルから噴射するガスよりも低速のガスを噴射する副ノズルと、ガスワイピングノズル近傍に設けた吸引口からファンを介してガスワイピングノズル近傍のガスを吸引し、吸引したガスを前記副ノズルに送るガス供給系統と、前記ガス供給系統の途中に吸引したガス中の異物を除去する異物除去手段を備えることを特徴とするガスワイピングノズル。

（４）前記ファンがノズル幅方向に３基以上設置され、ガス吸引量は、幅方向中央部のファンより両端部付近側のファンの方が大きいことを特徴とする（３）に記載のガスワイピングノズル。

本発明によれば、主ノズルから噴射される噴流は、副ノズルからの低速の噴流によって拡散が防止されることでワイピング力が向上する。また、ノズル周辺のガスを吸引して清浄化した後このガスを副ノズルに供給することで、エネルギーロスを少なくして、スプラッシュとエッジオーバーコートを防止できる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態の詳細を説明する。図１は、本発明の実施の形態に係るガスワイピングノズルの断面図である。主にめっき厚みの制御を行う主ノズル１には、ブロア等（図示なし）の機器によって空気、窒素ガスなどのガスが供給される。ガスは加熱されたガスであってもよい。主ノズル１の上下に、副ノズル２、２’が設置されている。副ノズル２、２’からは、主ノズルから噴射されるガスの噴射方向に対して傾斜したガスが噴射される。図１のガスワイピングノズルは、副ノズル２、２’近傍に設けた吸引口からノズル周囲のガスを吸引し、吸引したガスを前記副ノズル２、２’に供給するガス供給系統３、３’を備える。ガス供給系統３、３’はファン５、５’を内蔵する。ファン５、５’によって、ノズル周囲のガスを吸引し、吸引したガスを副ノズル２、２’に供給する。該ファン５、５’は、１つのガス吸引排気系統に対して、ワイピングノズル幅方向に３つ以上設置される。吸引される空気には、主に溶融金属の飛沫等の異物が含まれており、フィルタ４、４’でこの異物を除去する。ファン５、５’によって供給される空気はファン５、５’の回転に伴う圧力変動が生じるが、整流板６、６’によりこれを解消することができる。フィルタ４、４’は、吸引されるガス温度に対して耐熱性を有するものであればよく、例えばＳＵＳ３０４の網状フィルタ等を使用することができる。

吸引後フィルタ４、４’で清浄化されたガスは、副ノズル２、２’に供給され、主ノズル１の上下から噴射される。副ノズル２、２’からは主ノズル１から噴射される噴流の速度よりも低速の噴流が噴射される。副ノズル２、２’から噴射される噴流の速度はファン５、５’の回転数を制御することで制御される。主ノズル１から噴射される噴流は、副ノズル２、２’からの低速の噴流によって拡散が防止され、ワイピング力が向上する。

また、図２に示すように、ノズル幅方向に３基以上のファンを設置し、それぞれの回転数を個別に制御できるようにし、スプラッシュ発生が多く、めっき掻き取り力が低い鋼板エッジ部に対応するファンの回転数を、鋼板中央部に対応するファンの回転数よりも大きくすれば、鋼帯エッジ部に対応する部分のガス吸引量が大きくなり、スプラッシュを回収しながら、鋼板端部への噴流の衝突圧力を上昇させることができるので、幅方向でより均一な目付け量分布が可能となる。

ノズル幅方向の吸引力や副ノズルからの幅方向の噴射量をより区分けして制御するためには、ファン室７、７’を各々幅方向に３分割以上に分割する仕切り板を設けるとよい。図２では、各々幅方向に５基のファン５、５’を設置し、鋼帯両端部に対応するファン２基と中央部に対応するファン１基とを分割するように仕切り板８を２枚設けている。ファン５、５’の台数は３基以上、仕切り板８は２枚以上（３分割以上）であればよく、図２の配置に限らない。

図１に示した本発明のガスワイピングノズルを、連続溶融亜鉛めっきラインのガスワイピング装置に設置し、溶融亜鉛めっき鋼板の製造実験を行い、従来ノズルとの比較を行った。製造条件は、主ノズルのスリットギャップおよび副ノズルのスリットギャップ（いずれも０．８ｍｍ）、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４２０ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃等を同一とし、鋼帯のサイズは、１．０ｍｍ厚×１．８ｍ幅とした。副ノズルは主ノズルの上下に設けられ、副ノズルに空気を供給するファンは図２の通りそれぞれ幅方向に５台ずつ設置し、仕切り板によって３分割した。上記ファンは、５台全てのファンを出力１００％で回転させると、副ノズル圧力は幅方向均一に０．２ｋｇｆ／ｃｍ^２に達するもので、通常の主ノズル圧力である０．４〜１．２ｋｇｆ／ｃｍ^２を超えることはない。フィルタはＳＵＳ３０４の網状フィルタを複数段に配置し、最後の段は網目間隔が最も細かい０．１ｍｍのものを用いた。

その他の製造条件およびめっき付着量、めっき付着量バラツキ（幅方向１０点の標準偏差）、スプラッシュ発生量の調査結果を表１に示す。スプラッシュ発生量は、各製造条件で通過した鋼帯長さに対する検査工程でスプラッシュ欠陥ありと判定された鋼帯長さの比率であり、実用上問題とならない軽度のスプラッシュ欠陥を含んでいる。

実施例１は、ファン回転数をすべて１００％にした場合であるが、主ノズルのみの比較例１と比べて付着量が減少するとともに、スプラッシュも１０分の１に減少した。しかしながら、ファン回転数が幅方向に均一であるために、エッジオーバーコートによる付着量のバラツキはほとんど軽減しなかった。

実施例２は、ファン回転数をすべて２０％にした場合で、付着量およびスプラッシュは、実施例１よりも若干悪い結果であったが、比較例１と比べると半減した。

実施例３は、ファン回転数を鋼帯両端部では６０〜１００％、中央部では２０％に変えた場合である。めっき付着量とスプラッシュは実施例１と同程度で、実施例１よりも付着量バラツキが低減し、すべての条件のなかで最も良好な結果であった。

実施例４は、ファン回転数を実施例３と同じ条件として通板速度を２５０ｍｐｍに増速した場合である。通常ノズルの場合である比較例２では、スプラッシュ欠陥がひどすぎてほぼ操業不可能なレベルであったのに対し、実施例４ではめっき付着量、付着量バラツキが低減し、スプラッシュ発生量を比較例１と同等の状態にすることができた。

比較例３は、副流ノズルの噴射口をふさいで吸引したガスを外部に排出（吸引のみを実施）した場合である。比較例１に比べてスプラッシュ発生量は減少したが、めっき付着量はやや増加し、付着量バラツキも大きくなった。

本発明の鋼帯の製造方法は、溶融めっきプロセスにおいて、ガスワイピングノズルのめっき掻き取り力を向上させ、また、スプラッシュ飛散を軽減し、またエッジオーバーコートを防止できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法として利用することができる。

本発明のガスワイピングノズルは、前述の鋼帯を製造するためのガスワイピングノズルとして利用することができる。

本発明のガスワイピングノズルの一実施形態を示す断面図である。 本発明のガスワイピングノズルのファン室の内部構造を示す図である。 連続溶融金属めっき鋼板の製造装置を示す断面図である。

符号の説明

１ 主ノズル
２、２’ 副ノズル
３、３’ ガス供給系統
４、４’ フィルタ
５、５’ ファン
６、６’ 整流板
７、７’ ファン室
８ 仕切り板
１０ 鋼帯（鋼板）
２１ サポートロール
２２ ガスワイピングノズル
２３ サポートロール
２４ シンクロール
２５ 溶融金属（めっき浴）

Claims (4)

1. 溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、主に付着金属の厚さを制御するガスを噴射する主ノズルと、前記主ノズルの上部及び下部の少なくとも一方に、主ノズルから噴射されるガスの噴射方向に対して傾斜した、主ノズルから噴射するガスよりも低速のガスを噴射する副ノズルを一つ設け、ガスワイピングノズル近傍吸引口を設けてガスワイピングノズル近傍のガスを吸引し、吸引したガスから異物を除去し、異物を除去したガスを副ノズルから噴射することを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
2. 鋼帯幅方向中央部よりも鋼帯幅方向両端部付近の雰囲気を多く吸引するとともに、前記副ノズルから噴射するガスの噴射速度を鋼帯幅方向中央部よりも鋼帯幅方向両端部側を速くすることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
3. 溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面にガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御するガスワイピングノズルにおいて、主に付着金属の厚さを制御するガスを噴射する主ノズルと、前記主ノズルの上部及び下部の少なくとも一方に、主ノズルから噴射されるガスの噴射方向に対して傾斜した、主ノズルから噴射するガスよりも低速のガスを噴射する副ノズルと、ガスワイピングノズル近傍に設けた吸引口からファンを介してガスワイピングノズル近傍のガスを吸引し、吸引したガスを前記副ノズルに送るガス供給系統と、前記ガス供給系統の途中に吸引したガス中の異物を除去する異物除去手段を備えることを特徴とするガスワイピングノズル。
4. 前記ファンがノズル幅方向に３基以上設置され、ガス吸引量は、幅方向中央部のファンより両端部付近側のファンの方が大きいことを特徴とする請求項３に記載のガスワイピングノズル。
   

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