JP5851492B2 - ワイピング装置およびこれを用いた溶融めっき装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワイピング装置およびこれを用いた溶融めっき装置に関する。
本願は、２０１１年０９月２２日に、日本に出願された特願２０１１−２０８１１８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

図１４は、連続式溶融めっき装置の概要を示す断面図である。図１４に示すように、連続式の溶融めっき装置１１では、鋼板Ｐをスナウト１３から溶融めっき浴１２に浸漬することで、鋼板Ｐに溶融金属をめっきし、シンクロール１４を介して引き上げ、ワイピングノズル１５によるガスワイピングを行うことでめっきを行う。

ワイピングノズル１５によるガスワイピングは、鋼板Ｐ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なめっき厚となるように、鋼板Ｐを挟んで両側に配置されたワイピングノズル１５からワイピングガスを吹き付けることにより、過剰な溶融金属を払拭し、溶融金属の付着量を制御するものである。ワイピングノズル１５は、鋼板Ｐの幅方向に延設されたスリットからワイピングガスを噴出するものであり、このスリットは、多様な鋼板Ｐの幅に対応するため、鋼板Ｐの幅よりも長く、すなわち鋼板Ｐのエッジ部より外側まで延びている。

このようなワイピングノズル１５から吹き付けられたワイピングガスは、高速噴流として鋼板Ｐに衝突した後に上下方向に分離されることで、過剰な溶融金属が上下方向に払拭され、均一なめっき厚を実現しようとするものである。ところが、鋼板Ｐのエッジ部については、このエッジ部に衝突する噴流が横方向に逃げてしまうため、噴流の衝突力が減少してエッジ部のめっき厚がセンター部に比べて厚くなる、いわゆるエッジオーバーコートが発生する。また、エッジ部に衝突した噴流の乱れによって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て鋼板表面に付着することにより、鋼板Ｐの表面品質の低下を招く。

このような問題を解決する試みとして、例えば特許文献１に記載のように、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設け、副ノズルからの低速の噴流によって主ノズルから噴射される噴流の拡散を防止することが提案されている。

また、特許文献２には、鋼板の幅方向の両側に、鋼板と平行にエッジプレート（０．５ｍｍ厚、７５５ｍｍ幅）を配設し、エッジプレートを鋼板の側端面から適宜間隔を隔てること、エッジプレートの鋼板の側端面に対向する部分に帯板を取り付けることで、エッジプレート側のガスと鋼板側のガスとが衝突しないようにし、ガスの乱流を発生させないようにして、エッジオーバーコートを防止することが提案されている。また、特許文献３では、鋼板の側端面に対向して吸引用ノズルを設け、エアー圧を利用することで、余分の溶融金属を除去する装置が提案されている。

日本国特開２００７−８４８７８号公報 日本国特開平１０−３６９５３号公報 日本国特開平９−１４３６６３号公報

特許文献１に記載のように主ノズル上に副ノズルが固定された場合、鋼板の両側の主ノズル間の距離が拡大するなどして変更されると、副ノズルが主ノズルの噴流を阻害することになるため、ワイピング効果が減少する。また、特許文献２に記載のようにエッジプレートおよび帯板を設置すると、鋼板のエッジ部へのワイピングガスの衝突圧が増加するため、溶融金属のスプラッシュが増加し、鋼板と帯板との間にスプラッシュが付着してエッジの品質不良を引き起こす。

また、特許文献３の装置では、吸引管形状が円形となっているため、吸引管周辺の流れが乱れスプラッシュが発生し易い。そして、吸引用ノズルにより溶融金属を吸引するため、吸引した溶融金属がノズルに付着し、ノズルを閉塞してしまうという問題がある。

そこで、本発明においては、鋼板のエッジ部のワイピングガスの流れを改善することによりエッジオーバーコートおよびスプラッシュを防止することが可能なワイピング装置およびこれを用いた溶融めっき装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記課題を解決して係る目的を達成するために、以下を採用するに到った。
（１）本発明の一態様は、溶融めっき浴から引き上げられる鋼板を挟んで、両側に前記鋼板の板面に向かってそれぞれ配置された一対のワイピングノズルから、ワイピングガスを前記鋼板に吹き付けるワイピング装置であって、前記一対のワイピングノズル間の前記鋼板の幅方向の両側に、前記鋼板と平行にそれぞれ配置され、エアーを吸引する吸込口が前記鋼板の側端面に向かって配置され、断面形状が前記鋼板の引き上げ方向に幅広である吸引管を備え、前記吸引管は、断面の短辺に対する長辺の比が１．２〜１０である。

（２）上記（１）に記載のワイピング装置では、前記長辺の長さが１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であってもよい。

（３）上記（１）又は（２）に記載のワイピング装置では、前記吸込口と前記鋼板の前記側端面との距離が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。

（４）本発明の別態様の溶融めっき装置は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載のワイピング装置を備えている。

本発明のワイピング装置によれば、ワイピングノズルから吹き付けられたワイピングガスが高速噴流として鋼板に衝突した後に上下に分離されることで、過剰な溶融金属が上下方向に払拭されるとともに、板幅方向の圧力分布が均一化されることにより均一なめっき厚が実現される。このとき、鋼板の幅方向の外側で一対のワイピングノズルから吹き付けられたワイピングガスは、一対のワイピングノズル間の鋼板の幅方向の両側に配置された吸引管に衝突して上下に分離される。ここで、吸引管は、断面形状が鋼板の引き上げ方向に幅広であるため、吸引管に衝突して上下に分離されたワイピングガスは吸引管の外側の凸形状に沿って上下に導かれ、整流されるので、鋼板の外側でワイピングガス同士が直接衝突することによる乱流の発生が防止される。同時に、鋼板の側端面に向かって配置された吸引口からのエアーの吸引によって、鋼板のエッジ部から吸引管先端部間におけるワイピングガスの衝突点位置の変動が抑制され、衝突点の変動に起因するガスの圧力低下が小さくなるために、鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの噴流の衝突力の低下を抑制することができる。更に前記乱流発生によるスプラッシュの発生を防止し、品質トラブルを回避可能となる。

上記（１）〜（４）に記載の態様によれば、一対のワイピングノズル間の鋼板の幅方向の両側に、鋼板と平行にそれぞれ配置され、エアーを吸引する吸込口が鋼板の側端面に向かって配置される。そして、断面形状が鋼板の引き上げ方向に幅広である吸引管を備えたことにより、鋼板の外側でワイピングガス同士が直接衝突することによる乱流の発生を防止するとともに、鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの噴流の鋼板への衝突力の低下を抑制することができる。従って、エッジオーバーコートおよびスプラッシュを防止することが可能となる。

本発明の実施形態におけるワイピング装置の縦断面図である。 図１の鋼板のエッジ部のＡ−Ａ矢視図である。 鋼板の幅方向のセンター部の断面図である。 図２のＢ−Ｂ矢視図である。 吸引管が無い場合の図２のＢ−Ｂ矢視図である。 鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの衝突ガス圧力変動のグラフを示す図である。 鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの衝突ガス圧力変動を測定する装置の概略図である。 鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの衝突ガス圧力変動を測定する装置の配置図である。 鋼板の幅方向におけるワイピングガスの衝突ガス圧力分布のグラフを示す図である。 鋼板の幅方向におけるワイピングガスの衝突ガス圧力分布を測定する装置の配置図である。 スプラッシュ発生の概念図である。 鋼板のエッジ部におけるガス流れの概念図である（吸引管有無）。 鋼板のエッジ部におけるガス流れの概念図である（圧力低下が大きい場合）。 鋼板のエッジ部におけるガス流れの概念図である（エッジプレート有無）。 鋼板のエッジ部におけるスプラッシュ飛散角度θの概略図である。 衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）とスプラッシュ飛散角度θの関係図である。 エッジプレートを使用した場合の、エッジプレートと鋼板のエッジ部との距離と、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）およびスプラッシュ飛散角度θとの関係を示す図である。 吸引管を使用した場合の、吸引管と鋼板のエッジ部との距離と、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）およびスプラッシュ飛散角度θとの関係を示す図である。 本実施形態における吸引管と従来のエッジプレートについて、各整流化装置と鋼板のエッジ部との距離における、鋼板のセンター部に対するエッジ部の衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）と装置へのスプラッシュの付着量（ｇ／Ｈｒ）との関係を示す図である。 変形例に係る吸引管の断面形状を示す図である。 変形例に係る吸引管の断面形状を示す図である。 変形例に係る吸引管の断面形状を示す図である。 変形例に係る吸引管の断面形状を示す図である。 吸引管の長辺長さと衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）及び、スプラッシュ付着量との関係を示す図である。 連続式溶融めっき装置の概要を示す断面図である。

図１は、本発明の実施形態におけるワイピング装置１の縦断面図である。図２は、図１の鋼板Ｐのエッジ部のＡ−Ａ矢視図である。

図１および図２に示すように、本発明の実施形態におけるワイピング装置１は、前述の図１４に示すような連続式の溶融めっき装置１１に備えられるものである。そして、溶融めっき浴１２から引き上げられる鋼板Ｐを挟んで両側に、それぞれ配置された一対のワイピングノズル２ａ，２ｂと、一対のワイピングノズル２ａ，２ｂ間の鋼板Ｐの幅方向の両側に、鋼板Ｐと平行にそれぞれ配置された吸引管３とを備える。

ワイピングノズル２ａ，２ｂは、鋼板Ｐの板面に向かって鋼板の幅方向に延設された直線状のスリット４ａ，４ｂからそれぞれワイピングガスＧを噴出するノズルである。このスリット４ａ，４ｂは、多様な鋼板Ｐの幅に対応するため、図２に示すように、鋼板Ｐの幅よりも長く形成されており、鋼板Ｐのエッジ部Ｅより外側まで延びている。ワイピングノズル２ａ，２ｂから鋼板Ｐの板面に吹き付けられたワイピングガスＧは、高速噴流として鋼板Ｐに衝突した後に上下方向に分離され、過剰な溶融金属を払拭する。

吸引管３は、エアーを吸引する吸引口３ａが鋼板Ｐの側端面に向かって配置された断面形状が楕円形（oval）の管である。吸引管３は、その楕円形断面の長辺が鋼板Ｐの引き上げ方向Ｄとなるように配置されている。また、吸引管３の途中には、吸引管３をエゼクタとして作動させるための駆動ガスｇを供給する供給管３ｂが設けられている。この供給管３ｂに高圧の駆動ガスｇを送り込むことにより、吸引管３ａから鋼板Ｐのエッジ部Ｅ周辺のエアーが吸引される。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃは、ワイピングノズル２ａ，２ｂから噴出されたワイピングガスＧの流れを可視化した図である。図３Ａは、鋼板Ｐの幅方向のセンター部Ｃの断面図である。図３Ｂは、図２のＢ−Ｂ矢視図である。図３Ａに示すように、鋼板Ｐの幅方向のセンター部Ｃにおいて、鋼板Ｐに衝突したワイピングガスＧは上下に均一に分配される。一方、図３Ｂに示すように、吸引管３に衝突したワイピングガスＧは、上下に分離された後、楕円形断面の吸引管３の外側の凸形状に沿って上下に導かれ、整流されるので、幅方向センター部Ｃと同様に鋼板Ｐが存在するかのように吸引管３の中心がワイピングガスＧの衝突点となり、安定した流れが形成される。なお、吸引管３が存在しない場合には、一対のワイピングノズル２ａ，２ｂから噴出されたワイピングガスＧ同士が直接衝突する。この場合は、図３Ａ、図３Ｂの場合のように固体(鋼板Ｐあるいは吸引管３)によって気体の流れが規定されないため、各空間点ごとのガス流れのわずかな揺らぎが全て反映されて、ワイピングガス同士の衝突点が決定される。そのため図３Ｃに示すようにワイピングガスＧの衝突点が一点に固定されずに、位置が変動するため、その周辺は複雑な乱流となる。

上記構成のワイピング装置１によれば、ワイピングノズル２ａ，２ｂから吹き付けられたワイピングガスＧが高速噴流として鋼板Ｐに衝突した後に上下に分離されることで、過剰な溶融金属が上下方向に払拭され、板幅方向の圧力分布が均一化されることにより均一なめっき厚が実現される。このとき、鋼板Ｐの幅方向の外側にワイピングノズル２ａ，２ｂから吹き付けられたワイピングガスＧは、前述のように吸引管３の外側の凸形状に沿って上下に導かれ、整流されるので、鋼板Ｐの外側でワイピングガスＧ同士が直接衝突することによる乱流の発生が防止される。

また、このワイピング装置１では、上記の効果に加え、鋼板Ｐの側端面に向かって配置された吸引管３の吸引口３ａからのエアーの吸引によって、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから吸引管３の間に形成されるワイピングガスＧの衝突点の変動が抑制され、ガス圧力低下が抑制されることで鋼板Ｐのエッジ部Ｅから横方向に逃げるワイピングガスＧが減少する。これにより鋼板Ｐのエッジ部ＥにおけるワイピングガスＧの噴流の衝突力の低下も抑制される。

次に、本実施形態におけるワイピング装置１の吸引管３によるエッジオーバーコートおよびスプラッシュＳの防止効果について確認試験を行った。ワイピング条件は、ワイピングノズル２ａ、２ｂと鋼板Ｐとの距離ｄ１が８ｍｍで、ワイピングノズル２ａ、２ｂからのガス量が各々７００Ｎｍ^３／Ｈｒである。吸引管条件は、鋼板Ｐのエッジ部Ｅと吸引管３との距離ｄ２が５ｍｍであり、長辺２５ｍｍ、短辺１５ｍｍの楕円形状の吸引管３と、直径１５ｍｍの円形状の吸引管１０３を使用した。圧力計Ａ（岡野製作所ディジタル圧力計を使用）により、衝突ガス圧力を測定した。図４Ａの測定は、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆ（図４Ｃ参照）で実施した。図４Ａに示すように、本実施形態におけるワイピング装置１において、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆの平均衝突ガス圧力は、センター部Ｃの圧力に近く、吸引管３が無い場合、また断面形状が円形の吸引管１０３を使用した場合よりも大きい。また、圧力変動も小さくなっており、吸引管３による整流効果が発揮されていると考えられる。

図５Ａに示すように、本実施形態におけるワイピング装置１では、楕円形状の吸引管３を設けることにより、吸引管無し、あるいは円形の吸引管１０３を使用した場合よりも、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆでの圧力降下が抑制されている。

以上のように、本実施形態におけるワイピング装置１において、吸引管３によって鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆの衝突ガス平均圧力は、センター部Ｃの圧力に近い圧力となり、圧力変動も小さく、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆの圧力降下も抑制されるため、鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆにおいてセンター部Ｃと同様のワイピング効果が得られ、エッジオーバーコートを防止することが可能となる。

次に、本実施形態におけるワイピング装置１によるスプラッシュＳ防止効果について詳述する（図６）。ワイピングガスＧによって払拭された溶融金属のスプラッシュＳの発生条件については、様々な液体を使用した相似実験により定量化されている。一つの考え方として溶融金属のスプラッシュＳは、ワイピングガスＧによる慣性力（ρ・δ₀ ²・Ｕｇ²）と溶融金属に働く表面張力（σ／δ₀）に関係がある（但し、ρ：密度、δ₀：ストリップによる持ち上げ液膜、Ｕｇ：ワイピングガス速度、σ：溶融金属の表面張力）。

本実施形態におけるワイピング装置１では、図４Ａおよび図５Ａに示すようにエッジ部Ｅの衝突ガス平均圧力を増加させることになる。しかし、前述のように吸引管３の形状および吸引口３ａからのエアーの吸引によって、エッジ部ＥのワイピングガスＧの流れを整流化し、鋼板Ｐの外側から鋼板Ｐの上下方向へ改善することによって、スプラッシュＳが鋼板Ｐの外側へ飛散することを防止している。

ワイピングガスＧは、鋼板Ｐに衝突すると上下方向に分配されるが、従来のワイピング装置１において、鋼板Ｐのエッジ部Ｅの外側では衝突点が変動するためにガスが持つ運動エネルギーが減少し、衝突ガス平均圧力が低下する。このように鋼板Ｐのエッジ部Ｅから鋼板Ｐのセンター部Ｃへ３ｍｍ内側の点Ｆの衝突ガス圧力が低下する結果、鋼板Ｐのエッジ部Ｅのガス圧力差が発生し、この圧力差によって鋼板Ｐのエッジ部Ｅに衝突したガスは外側に流れることになる。図７Ｂに示すように、鋼板Ｐのエッジ部Ｅの外側のガス流れの乱れが大きいほど、圧力勾配が大きくなり、鋼板外側へのガス流れが大きくなる。この場合、ワイピングガスＧにより発生したスプラッシュＳは、鋼板Ｐのエッジ部Ｅに飛散することになる。

また、図７Ｃに示すように、鋼板Ｐのエッジ部Ｅの外側にエッジプレートＢ等の整流板を設置した場合、整流化効果によりエッジ部Ｅの圧力低下が抑制され、その結果、横方向へのスプラッシュＳの飛散は抑制される。しかし、エッジプレートＢは、鋼板Ｐのエッジ部Ｅに近接して設置する必要があるため、スプラッシュＳが付着して堆積し、鋼板Ｐのエッジ部Ｅの擦り疵発生の原因となる。一方、図７Ａに示すように、本実施形態におけるワイピング装置１では、吸引管３の供給管３ｂへ駆動ガスｇを供給して、吸引口３ａからエアーを吸引することで、鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を大きくしても、エッジ部Ｅの外側のワイピングガスＧの衝突を安定化し、エッジ部Ｅの圧力低下を抑制することができる。

次に、吸引管３やエッジプレートＢ等による整流化効果を示す指標として、鋼板Ｐのセンター部Ｃに対するエッジ部Ｅの衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）を定義し、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）とスプラッシュ飛散角度θとの関係について実験的に調査を行った（Ｐｅ：鋼板Ｐのエッジ部Ｅの衝突ガス圧力、Ｐｃ：鋼板Ｐのセンター部Ｃの衝突ガス圧力）。衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）は、吸引管３の断面形状、吸引管エアー供給量を変更して調整した。図８Ｂからエッジ部Ｅのガス圧力が低下する程、横方向のスプラッシュＳ飛散が多くなることが分かる。したがって、鋼板Ｐのエッジ部Ｅと整流化装置との距離が小さいと、スプラッシュＳの付着量が多くなることが考えられる。そこで、整流化の指標として、鋼板Ｐのセンター部Ｃに対するエッジ部Ｅの衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）を用いることとした。

図９および図１０に、それぞれエッジプレートＢおよび吸引管３の設置位置と、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）およびスプラッシュ飛散角度θとの関係を整理した。図９に示すように、エッジプレートＢの場合、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）が０．８未満では、エッジオーバーコートが発生したため、エッジオーバーコート対策のために衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）は０．８以上必要である。また、エッジプレートＢと鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離は、６ｍｍ以内を確保する必要がある。しかしながら、この場合、スプラッシュ飛散角度θは１０°程度であるが、エッジプレートＢが鋼板Ｐのエッジ部Ｅに近接している。そして、エッジプレートＢと鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離が７ｍｍ以下において、スプラッシュＳが付着し、長期間での操業は困難であることが判明した。

一方、本実施形態における吸引管３を使用した場合は、図１０に示すように吸引管３と鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を１５ｍｍ以内とすることで、エッジオーバーコートを安定して回避することが可能となる。また、吸引管３と鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を２ｍｍ以上とすることで、スプラッシュＳ付着をより確実に回避することができる。以上より、吸引管３と鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を２〜１５ｍｍの範囲にて設置することで、長時間での操業で使用可能であることが判明した。

図１１の図中の数字は、各整流化装置と鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を示している。図９および図１０に示すように、いずれの整流化装置においても鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を所定の条件とすることで、エッジ部Ｅの圧力低下を抑制することは可能であるが、同一距離の場合、吸引管３を用いる方が、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）が大きく改善される。これは吸引管３を用いることで、鋼板Ｐの外側でワイピングガスＧ同士が、直接衝突することによる乱流発生が抑制される効果に加え、吸引管３からのエアー吸引によるワイピングガスＧ同士の衝突点の変動が抑制されるためである。所定の衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）（０．８以上）を得るために、エッジプレートＢの場合には、図１１に示すようにエッジプレートＢへの付着量が増加することが判明した。図８Ｂに示したように、圧力比を改善した場合に、スプラッシュＳの横方向の飛散が改善するものの、エッジプレートＢの場合は、鋼板Ｐのエッジ部Ｅに近接させる必要があり、スプラッシュＳの付着を回避することが困難なためである。一方、本実施形態におけるワイピング装置１では、吸引管３と鋼板Ｐのエッジ部Ｅとの距離を離すことが可能であり、圧力比に拘わらずスプラッシュＳの付着を回避可能となる。したがって、連続式の溶融めっき装置において長期間に亘り、板幅方向のめっき厚みを均一化することが可能である。

なお、本実施形態におけるワイピング装置１では、吸引管３の断面形状を楕円形としているが、変形例として、図１２Ａに示すようなエッジプレートＢに吸引管３効果を取り入れた長方形の吸引管３Ａとしたり、図１２Ｂ、図１２Ｃ或いは、図１２Ｄの示すような整流プレートｐによる整流効果を発揮する類似の形状の吸引管３Ｂ、３Ｃ、３Ｄにすることも可能である。なお、いずれの場合も、断面形状が鋼板Ｐの引き上げ方向Ｄに幅広で、かつ外側に凸形状とする。これにより、吸引管３に衝突して上下に分離されたワイピングガスＧは、吸引管３の外側の凸形状に沿って上下に導かれ、整流されるので、鋼板Ｐの外側でワイピングガスＧが衝突することによる乱流の発生が防止され、前述と同様の整流効果が得られる。

次に、吸引管３の形状による整流効果について説明する（図１３）。なお、比較のために図１３では、円形断面の吸引管１０３の場合についても示している。円形断面の吸引管１０３の場合、ワイピングガスＧが円形断面の吸引管１０３に衝突後、円形断面の吸引管３を回り込んで再び衝突するため、ガス流れが乱れて衝突点が振動する。一方吸引管３（楕円）や吸引管３Ａ（長方形）の場合、これらの形状の吸引管３に衝突したワイピングガスＧは、吸引管３に沿って上下方向向きに導かれる。ガスの吸引管３壁面からの剥離点でのガス流れの向きが、吸引管３（楕円）や吸引管３Ａ（長方形）では上下方向寄りとなるため、ガス同士の再衝突の際の衝突圧が低下し、乱流の発生が防止される。そのため、楕円や長方形などと比較して整流効果が低下し、スプラッシュ付着量も他形状と比較して大きいことが判明した。円形断面の場合、エッジオーバーコート解消のためには、吸引管の長辺長さ（直径）を３５ｍｍ程度にする必要がある。一方、溶融めっき鋼板の製造条件において、図１に記載のワイピングノズル２ａ，２ｂ間の距離の最小値は、１０〜２０ｍｍ程度に設定する必要があるため、この円形断面の吸引管では設置が困難である。そこで本実施形態におけるワイピング装置１では、断面形状を鋼板Ｐの引き上げ方向Ｄに幅広とし、かつ外側に凸形状である吸引管３とすることで、ワイピングノズル２ａ，２ｂ間に設置可能とし、かつ種々の操業条件においても整流効果を発揮可能とした。

次に吸引管の断面形状について、詳細検討を行った。本実施形態におけるワイピング装置１において、整流効果を発揮させるために、長辺長さで１５〜５０ｍｍ、断面の短辺に対する長辺の比が１．２〜１０であることが望ましいことを実験により明らかにした。以下に、その内容について説明する。

本実施形態におけるワイピング装置１の吸引管３の使用前には、エッジ部Ｅの圧力低下が大きく、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）で０．４６程度であった。そこで、吸引管３を使用したワイピング装置１の目標圧力比を０．８以上とし、改善可能な吸引管形状について調査を行った。

吸引管の断面形状については、図１３で述べたように、ワイピングガスＧの衝突後の流れにおいて整流化効果が最も大きい楕円を使用することが望ましい。また、図１に記載のワイピングノズル２ａ，２ｂ間の距離の最小値は１０〜２０ｍｍ程度に設定する必要があるため、図２に記載の吸引管３への駆動ガスｇの供給管３ｂは外径（短辺）を１０〜２０ｍｍ以下とする必要がある。吸引管３内において、供給管３ｂからの駆動ガスｇにおけるエゼクタ効果を発揮させるためには、供給管３ｂ径を小さくして吸引管３内における流速を向上させることがエゼクタとしての機能を最大限発揮させることがわかった。よってガス供給管の断面形状として円形を使用する場合、工業用配管における最小径である６Ａ（外径１０．５ｍｍ）を使用することとした。

表１〜表３には、各種楕円形状の吸引管３を製作、供給管３ｂより駆動ガスｇとして圧縮空気を導入した場合のエッジオーバーコート解消効果について調査した結果を示す。なお、以下の表中において、エッジオーバーコート改善効果は、４段階表示で、
４：Ｐｅ／Ｐｃ＞０．９、
３：０．８≦Ｐｅ／Ｐｃ≦０．９、
２：０．６≦Ｐｅ／Ｐｃ＜０．８、
１：０．６＞Ｐｅ／Ｐｃ
を示す。４段階表示で数値が大きいほど、エッジオーバーコート改善効果が大きいとする。また、メタル付着状況は、３段階表示で、
３：メタル付着なし、
２：メタルは付着するが、長時間操業が可能、
１：メタル付着により長時間操業が不可能
を示す。

表１より、短辺長さが最小の１０ｍｍとした場合、長辺長さが１０ｍｍの場合には、エッジオーバーコートの改善効果が不十分であり、さらに吸引管３へのメタル付着により長時間使用が困難であることが判明した。そこで、長辺長さを１５ｍｍ以上に大きくした場合、吸引管３の吸引風量が増加し、衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）が大きく改善することが判明した。なお、長辺長さが５５ｍｍ以上の場合、供給管３ｂの直径に対して吸引管３の断面積が大きくなりすぎるため、吸引風速が減少し、エッジオーバーコート改善効果が得られないことが判明した。これにより、長辺長さの最適範囲は１５ｍｍ〜５０ｍｍであることが確認できた。

次に、表２より、短辺長さを１５ｍｍに設定した場合、同一長辺長さにおいて吸引風量が短辺１０ｍｍよりも増加するが、吸引管３の風速が低下するため、改善効果が減少することが判明した。同様に長辺長さを長くしたところ、改善効果を確認したが、長辺が５５ｍｍの場合、短辺長さ１０ｍｍと同様にエッジオーバーコートの改善効果が得られないことが判明した。また、表３より、短辺長さを２０ｍｍとした場合、短辺長さを１５ｍｍとした場合よりもさらに操業可能範囲は減少した。これにより、長辺／短辺の比の下限値は１．０〜１．２５であり、最適範囲は１．２以上であることが確認できた。

次に、吸引管３の断面形状が長方形の吸引管３Ａを用いる場合について、調査を行った。表４〜表６は、その調査結果を示している。楕円管は円管を変形させて製作したが、長方形については鋼板を溶接して製作可能なため、任意の板厚の素材を用いて製作可能である。短辺長さとして５ｍｍの長方形管の場合、供給管３ｂの外径も５ｍｍ以下とする必要があるため、吸引風量が３０Ｎｍ³／Ｈｒが上限となった。また、効果を発揮する長辺長さも楕円形同様、５０ｍｍ以下となることが判明した。短辺長さが１０ｍｍ、１５ｍｍの長方形管の場合は楕円形状同様、断面積増により吸引風量は改善されるものの、短辺５ｍｍに対して吸引風速が低下するため、エッジオーバーコート改善効果が小さくなった。長方形管の場合、エッジオーバーコート改善効果を発揮可能な長辺／短辺比は１０以下であることが確認できた。

次に、吸引管形状がひし形の吸引管３Ｂについての同様の検討を行った。表７〜表９は、その調査結果を示している。ひし形の場合、長方形に対して吸引風量は減少するが、断面積が小さくなるため吸引風速が増加する。その結果、エッジオーバーコート改善効果は大きくなることが判明した。

なお、目標のエッジオーバーコート改善効果が得られた吸引管３の形状であれば、スプラッシュの付着量は数ｇ／Ｈｒ程度と軽微であり、付着増に伴うトラブルは確認されなかった。
以上の知見から、吸引管の長辺長さは１５ｍｍ〜５０ｍｍとし、断面の短辺に対する長辺の比が１．２〜１０を最適形状とした。なお、吸引管の最適形状について、オーバーコート改善に必要な衝突ガス圧力比（Ｐｅ／Ｐｃ）の目標に応じて異なるため、前記と同等の効果が得られた場合は、全て本発明と同様の効果とすべきである。

本発明によれば、断面形状が鋼板の引き上げ方向に幅広である吸引管を備えたことにより、鋼板の外側でワイピングガス同士が直接衝突することによる乱流の発生を防止するとともに、鋼板のエッジ部におけるワイピングガスの噴流の鋼板への衝突力の低下を抑制することができる。従って、エッジオーバーコートおよびスプラッシュを防止することが可能となる。

１：ワイピング装置
２ａ、２ｂ：ワイピングノズル
３、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、１０３：吸引管
３ａ：吸引口
３ｂ：供給管
４ａ、４ｂ：スリット
１１：溶融めっき装置
１２：溶融めっき浴
１３：スナウト
１４：シンクロール
１５：ワイピングノズル
Ａ：圧力計
Ｂ：エッジプレート
Ｃ：センター部
Ｄ：引き上げ方向
ｄ１：ワイピングノズルと鋼板との距離
ｄ２：エッジ部と吸引管との距離
Ｅ：エッジ部
Ｆ：鋼板のエッジ部から鋼板のセンター部へ３ｍｍ内側の点
Ｇ：ワイピングガス
ｇ：駆動ガス
Ｐ：鋼板
ｐ：整流プレート
Ｓ：スプラッシュ
Ｕｇ：ワイピングガス速度
δ₀：ストリップによる持ち上げ液膜

Claims (4)

1. 溶融めっき浴から引き上げられる鋼板を挟んで、両側に前記鋼板の板面に向かってそれぞれ配置された一対のワイピングノズルから、ワイピングガスを前記鋼板に吹き付けるワイピング装置であって、
   前記一対のワイピングノズル間の前記鋼板の幅方向の両側に、前記鋼板と平行にそれぞれ配置され、エアーを吸引する吸込口が前記鋼板の側端面に向かって配置され、断面形状が前記鋼板の引き上げ方向に幅広である吸引管を備え、
   前記吸引管は、断面の短辺に対する長辺の比が１．２〜１０である
   ことを特徴とするワイピング装置。
2. 前記吸引管は、前記長辺の長さが１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のワイピング装置。
3. 前記吸込口と前記鋼板の前記側端面との距離が２ｍｍ以上１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイピング装置。
4. 請求項１〜３のいずれかの請求項に記載のワイピング装置を備えていることを特徴とする溶融めっき装置。

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