JP2005344178A - Method for controlling coating weight of hot dip plating and gas wiping nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融めっきプロセス等における溶融めっき付着量制御方法およびめっき付着量の制御に使用するガスワイピングノズルに関するものである。より具体的には、板幅方向の目付量を均一に制御し、且つスプラッシュの発生を抑え、効率的な操業を行うのに適した溶融めっき付着量制御方法およびガスワイピングノズルに関するものである。 The present invention relates to a hot dip coating amount control method in a hot dip plating process and the like, and to a gas wiping nozzle used for control of a galvanizing amount. More specifically, the present invention relates to a hot-dip coating amount control method and a gas wiping nozzle suitable for controlling the basis weight in the plate width direction uniformly, suppressing the occurrence of splash, and performing efficient operation.
例えば、連続溶融めっきプロセス等においては、図1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を浸漬させた後、該鋼帯10を垂直上方に引き上げる工程の後に、鋼帯10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、鋼帯10と平行な面内に、この鋼帯10を挟んで対向して設けた帯体幅方向に延在するワイピングノズル22から気体(ワイピングガス)を鋼帯に向かって噴出させて、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。
For example, in a continuous hot dipping process or the like, as shown in FIG. 1, after the
ワイピングノズル22は、多様な鋼帯10の幅に対応すると同時に、鋼帯10の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10の幅より長く、すなわち鋼帯10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鋼帯中央部に比べて厚くなるエッジオーバーコート及び付着量ムラが発生したり、鋼帯10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。
The
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が開示されている。 In order to solve the above problem, an auxiliary nozzle (sub nozzle) is arranged around the wiping nozzle (main nozzle) that mainly controls the amount of molten metal adhering to the steel strip. A method for improving nozzle performance is disclosed.
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されている。
In the method disclosed in
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度傾け、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。
The method disclosed in
特許文献3に開示された方法は、主噴流を噴射する際、主噴流を周囲の空気から遮断するための遮断ガスとして火炎を放射することにより、主噴流の周りを高温ガスで囲んで、主噴流の流動抵抗を低下させ、ポテンシャルコア延長による衝突力向上が可能になるとしている。
In the method disclosed in
以下に先行技術文献情報について記載する。なお、非特許文献1及び非特許文献2については説明の都合上、発明を実施するための最良の形態の項で説明する。
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、ポテンシャルコアの成長が阻害されるため、付着量制御のためには主ノズルの噴射圧力を増加させなくてはならず、スプラッシュが悪化する。
However, in the method disclosed in
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。上記副噴流を主噴流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、整流効果によって噴流の直進性は増加すると考えられるが、実質上1つのやや広い噴出口をもつノズルからの噴流制御と変わらず、溶融金属の薄目付け制御には不向きである。
The method disclosed in
特許文献3に開示された方法は、主噴流(低温ガス)と副噴流(高温ガス)との間で、比重の相違による不均一な混合作用が働き、付着量ムラが発生しやすいことがわかった。
The method disclosed in
本発明は、上記の問題点を解消すべく案出されたものであり、副ノズルからの脈動流で主噴流のせん断渦を一定の周波数で積極的に励起し、主噴流のせん断力を幅方向で均一に強化し、溶融金属の絞り取り力を増進させ、低ノズル圧力での操業を可能にすることで、スプラッシュによる表面欠陥を低減させることを目的とする。 The present invention has been devised to solve the above-described problems. The pulsating flow from the sub-nozzle actively excites the shear vortex of the main jet at a constant frequency, thereby reducing the shear force of the main jet. The aim is to reduce surface defects due to splash by strengthening uniformly in the direction, increasing the squeezing power of the molten metal, and enabling operation at low nozzle pressure.
上記課題を解決する本発明の手段は次のとおりである。 Means of the present invention for solving the above-mentioned problems are as follows.
第1発明は、溶融めっき金属浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ワイピングノズルからガスを吹き付けて溶融めっき金属の付着量を制御するガスワイピング方法において、鋼帯幅方向に噴出口が設けられた、主に溶融めっき金属の付着量を調節する主噴流を噴射する主ノズルと、主ノズルの上下のうちの少なくとも一方に、主ノズルの噴出口と平行な噴出口から脈動流を噴射する副ノズルとを設けて、溶融めっき金属浴から引き上げられる鋼帯の表裏両面に前記主ノズルからの主噴流及び前記副ノズルからの脈動流を吹き付け、前記副ノズルから噴射する脈動流の脈動周波数は、前記主ノズルから噴射される主噴流のせん断渦周波数以上の周波数とすることを特徴とする溶融めっき付着量の制御方法である。 A first aspect of the present invention is a gas wiping method for controlling the amount of adhesion of a molten plating metal by spraying a gas from a wiping nozzle onto the surface of a steel strip that is continuously pulled up from a hot dipped metal bath. A pulsating flow is jetted from a jet nozzle parallel to the jet nozzle of the main nozzle on at least one of the main nozzle that is provided and mainly controls the amount of adhesion of hot-dip plated metal and the upper and lower sides of the main nozzle. The pulsating frequency of the pulsating flow that is sprayed from the sub nozzle by spraying the main jet flow from the main nozzle and the pulsating flow from the sub nozzle onto both the front and back surfaces of the steel strip pulled up from the hot dipped metal bath. Is a method for controlling the amount of hot dip coating, characterized in that the frequency is equal to or higher than the shear vortex frequency of the main jet injected from the main nozzle.
第2発明は、第1発明において、前記副噴流の脈動流は、前記副ノズルの噴出口でのガスの吸い込み・吐き出しに基づく脈動流であることを特徴とする溶融めっき付着量の制御方法である。 A second aspect of the present invention is the method of controlling a hot-dip coating amount according to the first aspect of the present invention, wherein the pulsating flow of the sub-jet is a pulsating flow based on gas suction and discharge at the sub-nozzle outlet. is there.
第3発明は、第1発明において、前記副ノズルの噴出口におけるガス流れ方向がガス吐き出し方向を正方向とすると、前記副ノズルの噴出口における脈動流のガス流れ方向は常に正方向であることを特徴とする溶融めっき付着量の制御方法である。 According to a third invention, in the first invention, when the gas flow direction at the outlet of the sub nozzle is a positive direction of the gas discharge direction, the gas flow direction of the pulsating flow at the outlet of the sub nozzle is always the positive direction. This is a method of controlling the amount of hot dip coating that is characterized by the following.
第4発明は、第2発明又は第3発明において、前記副ノズルから噴射する脈動流の脈動周波数を、前記主ノズルより噴射される主噴流のせん断渦周波数の1〜10倍の周波数範囲とすることを特徴とする溶融めっき付着量の制御方法である。 According to a fourth invention, in the second invention or the third invention, the pulsation frequency of the pulsating flow injected from the sub nozzle is set to a frequency range of 1 to 10 times the shear vortex frequency of the main jet injected from the main nozzle. This is a method for controlling the amount of hot-dip plating deposited.
第5発明は、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、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ガスワイピングノズルにおいて、ワイピングノズルとして、鋼帯幅方向に噴出口が設けられた、主に溶融めっき金属の付着量を調節する主噴流を噴射する主ノズルと、主ノズルの上下に主ノズルの噴出口と平行な噴出口から脈動流を噴射する副ノズルを有することを特徴とするガスワイピングノズルである。 5th invention is a gas wiping nozzle which controls the thickness of a deposit metal by spraying gas from a wiping nozzle on the surface of a steel strip pulled up continuously from a molten metal plating bath. A main nozzle that ejects a main jet that mainly adjusts the amount of hot-dip plated metal, and a sub-nozzle that ejects a pulsating flow above and below the main nozzle from a jet parallel to the jet nozzle of the main nozzle. It is a gas wiping nozzle characterized by having.
本発明によれば、上記手段を有するので、主噴流の上下のうちの少なくとも一方からの脈動する副噴流によって、主噴流のせん断渦が一定周波数で固着され、安定且つ強いせん断力の主噴流を形成することができ、溶融めっき付着量を効率よく制御可能となる。 According to the present invention, since the above means is provided, the shear vortex of the main jet is fixed at a constant frequency by the pulsating sub-jet from at least one of the upper and lower sides of the main jet, so that the main jet having a stable and strong shear force can be obtained. It can be formed and the amount of hot-dip plating can be controlled efficiently.
本発明によれば、副ノズルからの脈動流を最適周波数範囲にすることで、主噴流せん断層が固着されたような状態になり、ポテンシャルコアはより下流まで延長され、せん断渦のせん断力が増加するため、主噴流の広がり角を狭くし、溶融めっきの付着量を制御するワイピング力を増加させることができる。したがって、主噴流の吐出圧を下げても効率よくワイピングすることが可能となり、目付け量制御性が向上するとともに、スプラッシュを低減させることができる。 According to the present invention, by setting the pulsating flow from the sub nozzle to the optimum frequency range, the main jet shear layer is fixed, the potential core is extended further downstream, and the shear force of the shear vortex is reduced. Since it increases, the spreading angle of the main jet can be narrowed, and the wiping force for controlling the adhesion amount of the hot dipping can be increased. Therefore, even if the discharge pressure of the main jet flow is lowered, wiping can be performed efficiently, and the basis weight controllability can be improved and splash can be reduced.
以下、図面を参照しながら本発明の溶融めっき制御方法およびガスワイピング装置を説明する。 Hereinafter, the hot dipping control method and gas wiping apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の実施の形態に係るガスワイピングノズルの構成例を示す概略図である。図2に示すように、ガスワイピングノズル1は、ガス供給口2から圧力ヘッダー3に供給されたワイピングガス(主噴流)8を、ガス通過口(図示なし)を有する整流板4にて鋼帯幅方向の圧力分布を均一にし、主ノズル5から鋼帯10に向けて噴射するようにする。副ノズル7は、主ノズル5の上下に配置され、副ノズル7の各噴出口は主ノズル5の噴出口と平行に設置され、主ノズル5と同等の有効長を有する。副ノズル7の噴射口から吐出される脈動流(本明細書では、副ノズル7から噴射されたガス流を「副噴流」とも記載する。)は、主噴流に対してやや傾斜して噴射され、一定の周波数および振幅をもって脈動しており、噴射後直ちに一定周波数(脈動周波数)の微小な渦流9になって主噴流に作用する。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the gas wiping nozzle according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the
本ワイピングノズルの性能を評価するため、ノズル出口の風速測定(ポテンシャルコア長測定)をオフラインで行った。ここで、2次元噴流の特性および測定方法について簡単に示す。尚、2次元噴流に関する記述は、非特許文献1によった。図3に示すとおり、ノズルからの噴流は、その軸方向に向かって“展開領域”と“発達領域”の2つの部分に分けることができる。展開領域は、噴流の中心線に向かって、外部からの乱れが次第に浸透していく領域であって、そこでは噴流初期速度U0の平均速度が全く衰えないくさび型の領域が存在する。このくさび型の領域はポテンシャルコアと呼ばれ、その両側を混合領域で囲まれている。図3中に示すように、発達領域では、噴流軸方向と垂直な断面の速度分布が相似形となる。
In order to evaluate the performance of this wiping nozzle, wind speed measurement (potential core length measurement) at the nozzle outlet was performed off-line. Here, the characteristics of the two-dimensional jet and the measurement method will be briefly described. The description regarding the two-dimensional jet is based on Non-Patent
前述のガスワイピングノズルにおいて、このような噴流の速度分布を測定するため、本測定実験では、空間分解能、周波数分解能が高く、乱流計測に一般的に用いられる熱線風速計を用いた。熱線風速計とは、気流中に加熱された金属細線(熱線プローブ)を配置し、気流の冷却効果によって流速を計測する測定機である。 In order to measure the velocity distribution of such a jet in the gas wiping nozzle described above, a hot-wire anemometer having high spatial resolution and frequency resolution and generally used for turbulent flow measurement was used in this measurement experiment. A hot-wire anemometer is a measuring device that arranges a heated metal wire (hot-wire probe) in an air stream and measures the flow velocity by the cooling effect of the air stream.
熱線流速計から得られるデータは図4に示すような変化の大きい速度の時系列データuiで、式(1)より平均速度Uavgが得られる(n:サンプル数)。また、速度の時系列データuiをFFT(高速フーリエ変換)処理することで、周波数解析をすることができる。 The data obtained from the hot-wire anemometer is time-series data u i having a large change speed as shown in FIG. 4, and the average speed Uavg is obtained from equation (1) (n: number of samples). Further, frequency analysis can be performed by performing FFT (Fast Fourier Transform) processing on the time series data u i of the velocity.
本測定では、図5に示す座標系において、噴流の中心軸即ちy=0の線に沿って、熱線流速計の測定センサーである熱線プローブを設置し、ワイピングガスの平均流速Uavgを測定することにより、ポテンシャルコア長を測定した。 In this measurement, in the coordinate system shown in FIG. 5, along the central axis of the jet, that is, the line of y = 0, a hot wire probe that is a measurement sensor of the hot wire anemometer is installed, and the average flow velocity Uavg of the wiping gas is measured. Thus, the potential core length was measured.
実験の結果、副ノズルの脈動周波数を変化させると、主噴流のポテンシャルコア長が増減する現象を発見した。同実験を詳細に行った結果を図6に示す。ここで、D:ノズルギャップ(主ノズルギャップ)、F:脈動周波数、F0:主噴流せん断渦周波数、P:ポテンシャルコア長である。なお、F/F0=0は副ノズルの噴射無しの状態である。主噴流せん断渦周波数F0は、主噴流速度およびノズル出口形状によって変化する数値で、本発明ではポテンシャルコアのY方向端部における速度データを周波数分析して得られる卓越周波数(図7に示すようなパワースペクトルのピーク)で規定した。尚、副噴流の脈動の強さ(脈動の変動振幅Vr)に関しては、後述する。 As a result of the experiment, we discovered a phenomenon in which the potential core length of the main jet increases and decreases when the pulsation frequency of the sub nozzle is changed. The result of carrying out the experiment in detail is shown in FIG. Here, D: nozzle gap (main nozzle gap), F: pulsation frequency, F 0 : main jet shear vortex frequency, and P: potential core length. Note that F / F 0 = 0 is a state where there is no injection of the sub nozzle. The main jet shear vortex frequency F 0 is a numerical value that varies depending on the main jet velocity and the nozzle outlet shape. In the present invention, the dominant frequency (as shown in FIG. 7) obtained by frequency analysis of velocity data at the Y direction end of the potential core. Power spectrum peak). The pulsation strength (pulsation fluctuation amplitude Vr) of the sub-jet will be described later.
このように、脈動周波数に伴ってポテンシャルコア長が変化する原因は、次のように推測される。渦流9が発生すると、主噴流のせん断渦が励起され、渦流9の周波数(=脈動周波数)で主噴流せん断層が固着されたような状態になる。脈動周波数を所定範囲内に設定すると、即ち、F/F0≧1とすると、固着されたせん断層によって、主噴流のポテンシャルコアはより下流まで延長する。しかし、脈動周波数を所定範囲内に設定しないと、即ち、F/F0<1とすると、主噴流自体が上下に振動し始め、ポテンシャルコアが減少してめっき付着量制御には不向きな噴流となる。この傾向は、副噴流の平均速度の大小によらず見られた。主噴流のせん断渦が固着されるということは、せん断渦のせん断力が増加したことを意味しており、主噴流の広がり角を狭くし、溶融めっきの付着量を制御するいわゆる“ワイピング力”の増加を示すということである。ワイピング力の増加は、主噴流が同等でも、めっき付着量が低下することを意味する。したがって、主噴流のガスヘッダ圧力を下げても効率よくワイピングすることが可能となり、付着量制御性が向上するとともに、スプラッシュを低減させることができると考えられる。 As described above, the reason why the potential core length changes with the pulsation frequency is estimated as follows. When the vortex 9 is generated, the shear vortex of the main jet is excited, and the main jet shear layer is fixed at the frequency of the vortex 9 (= pulsation frequency). When the pulsation frequency is set within a predetermined range, that is, F / F 0 ≧ 1, the potential core of the main jet is extended further downstream by the fixed shear layer. However, if the pulsation frequency is not set within the predetermined range, that is, if F / F 0 <1, the main jet itself starts to vibrate up and down, the potential core decreases, and the jet flow is unsuitable for controlling the amount of coating. Become. This tendency was observed regardless of the average velocity of the secondary jet. The fact that the shear vortex of the main jet is fixed means that the shear force of the shear vortex has increased, and the so-called “wiping force” that controls the adhesion amount of hot dipped plating by narrowing the spread angle of the main jet It shows that the increase. An increase in the wiping force means that the amount of plating adhesion decreases even if the main jet flow is the same. Therefore, it is possible to perform wiping efficiently even if the gas header pressure of the main jet flow is lowered, so that the adhesion amount controllability is improved and the splash can be reduced.
めっき付着量制御性にはポテンシャルコア長が長い方が有利であると考えられる。図6に示す結果に基き、脈動周波数の好ましい範囲は1≦F/F0≦10とした。脈動周波数のより好ましい範囲は3≦F/F0≦7であり、最適範囲は3≦F/F0≦5である。 It is considered that a longer potential core length is more advantageous for controlling the amount of plating adhesion. Based on the results shown in FIG. 6, the preferable range of the pulsation frequency is 1 ≦ F / F 0 ≦ 10. A more preferable range of the pulsation frequency is 3 ≦ F / F 0 ≦ 7, and an optimal range is 3 ≦ F / F 0 ≦ 5.
本発明は、溶融金属めっきのワイピングノズルを対象としており、通常、ノズル圧力は0.1〜1.5kgf/cm2程度である。このときノズル出口風速は120〜360m/sであり、上記測定位置におけるせん断渦周波数はおよそ100Hzから50000Hzに亘ることが知られている。したがって、脈動周波数の最適範囲を選ぶなら、F0=100Hzであれば、300Hz≦F≦500Hz、F0=50000Hzであれば、150000≦F≦250000Hzの範囲で制御するが妥当である。 The present invention is directed to a wiping nozzle for molten metal plating, and the nozzle pressure is usually about 0.1 to 1.5 kgf / cm 2 . At this time, the nozzle exit wind speed is 120 to 360 m / s, and it is known that the shear vortex frequency at the measurement position ranges from approximately 100 Hz to 50000 Hz. Therefore, if the optimum range of the pulsation frequency is selected, it is appropriate to control in the range of 150,000 ≦ F ≦ 250,000 Hz if F 0 = 100 Hz and 300 Hz ≦ F ≦ 500 Hz and F 0 = 50000 Hz.
以上の調査は、脈動する副噴流の流速の変動振幅Vr(Vrは図9,図12参照)を主噴流出口風速の20%に設定して行った。 The above investigation was performed by setting the fluctuation amplitude Vr (see FIGS. 9 and 12 for Vr for the flow velocity) of the pulsating sub-jet to 20% of the main jet outlet wind speed.
副噴流の流速の変動振幅Vrの最適値に関する詳細な調査結果を図8に示す。副噴流の流速の変動振幅Vrの測定は、副ノズル出口に熱線プローブを配置し、主噴流なしの状態で副噴流の流速の変動振幅を定量化した。このときの脈動周波数FはF/F0=4に固定した。図8より副噴流の流速の変動振幅Vrは、Vr/U≧0.05を満足することが好ましく、最適範囲はVr/U≧0.2である。但し、U:主噴流出口平均流速である。 FIG. 8 shows a detailed investigation result regarding the optimum value of the fluctuation amplitude Vr of the flow velocity of the secondary jet. For measuring the fluctuation amplitude Vr of the sub-jet flow velocity, a hot-wire probe was placed at the sub-nozzle outlet, and the fluctuation amplitude of the sub-jet flow velocity was quantified without the main jet. The pulsation frequency F at this time was fixed to F / F 0 = 4. From FIG. 8, it is preferable that the fluctuation velocity Vr of the sub-jet flow velocity satisfies Vr / U ≧ 0.05, and the optimum range is Vr / U ≧ 0.2. However, U: It is the main jet outlet average velocity.
以上の調査は、主噴流および主噴流の上下の2つの副噴流のすべてからガスを噴射して行った。副噴流のどちらか一方のみを使用した場合、影響度はやや低減するものの、ポテンシャルコアが延長する効果が見られた。ただし、上下でポテンシャルコアの延長に差異はなかった。 The above investigation was performed by injecting gas from all of the main jet and the two sub jets above and below the main jet. When only one of the sub-jets was used, the effect of extending the potential core was seen, although the degree of influence decreased somewhat. However, there was no difference in the extension of the potential core between the top and bottom.
副ノズル出口における副噴流の流れ方向について、副ノズルから吐き出される流れを正方向の流れ、その逆方向、すなわち副ノズル内へ吸い込まれる流れを負方向の流れとしたときに、副ノズルから噴射する脈動流の実施の形態の一例として、図9に示すように、ノズル出口での流れの方向がある周期で正負を交互に繰り返す、即ち吐出しと吸込みを連続的に繰り返す脈動流が考えられる。 As for the flow direction of the sub-jet at the sub-nozzle outlet, when the flow discharged from the sub-nozzle is the forward flow and the reverse direction, that is, the flow sucked into the sub-nozzle is the negative flow, the sub-jet is ejected. As an example of an embodiment of the pulsating flow, as shown in FIG. 9, a pulsating flow in which the flow direction at the nozzle outlet alternately repeats positive and negative at a certain period, that is, discharge and suction are continuously repeated can be considered.
このような脈動流を発生させる具体的な手法として、副ノズルのガス流路(ガス供給口、ノズル内、出口等)に、往復運動するピストン機構、振動体、あるいはスピーカーなどの脈動流付与手段を取りつけ、これらの装置に信号発生器から正弦波信号を入力することで、任意の周波数の脈動流を付与する方法を例示できるが、本発明の実施は特にこの形態でなくともよい。振動体やスピーカー等の振動発生源がノズル内、出口等に設置された場合、ガス供給口を設けなくてもよい。 As a specific method for generating such pulsating flow, pulsating flow applying means such as a piston mechanism, a vibrating body, or a speaker that reciprocates in the gas flow path (gas supply port, inside of nozzle, outlet, etc.) of the sub nozzle. And a method of applying a pulsating flow of an arbitrary frequency by inputting a sine wave signal from a signal generator to these devices can be exemplified, but the embodiment of the present invention may not be particularly in this form. When a vibration source such as a vibrating body or a speaker is installed in the nozzle, at the outlet or the like, the gas supply port may not be provided.
図10は、副ノズル7のガス出口近傍のノズル内に振動体31を取り付けた例である。振動体31としては圧電素子を例示できる。振動体31がガス流れ方向に往復動することで、副ノズルガス出口で正方向と逆方向の交互のガス流れが発生する。
FIG. 10 is an example in which a vibrating
図11は、副ノズル7のノズル内にスピーカー32を取り付けた例である。スピーカー32の出力を図6に示した範囲の一定周波数に設定することで、副ノズルガス出口で正方向と逆方向の交互のガス流れが発生する。
FIG. 11 shows an example in which a
副ノズルから噴射する脈動流の実施の形態の別の例として、図12に示すように、副ノズル出口の流れ方向が常に正方向の流れで、副ノズル内の加振装置あるいは渦発生部によって振動を与えられた脈動流が考えられる。副ノズルの平均速度Vavgは、0<Vavg≦Uの範囲とする。このような脈動流を供給する具体的な手法には、ガス供給口より一定圧力でガスを供給し、流速Uで副ノズルのガス流路(ガス供給口、ノズル内、出口等)に、加振装置(圧電素子やスピーカー)を設けたり、ノズル内に片持ちの薄い弾性体(例えば金属薄板)に対し、突起のついた回転軸を回転させ、突起と弾性体の周期的な衝突によってガスを振動させたり、あるいはそれ自身は動作しない単なる突起物や細線を設けることで渦を発生し、圧力変動を発生させる方法があるが、特にこの形態でなくともよい。図13は、副ノズルのノズル内に細線33を取り付けた例である。
As another example of the embodiment of the pulsating flow injected from the sub nozzle, as shown in FIG. 12, the flow direction of the sub nozzle outlet is always a positive flow, and the vibration is generated by the vibration device or the vortex generator in the sub nozzle. A pulsating flow given vibration can be considered. The average speed Vavg of the sub nozzles is in the range of 0 <Vavg ≦ U. A specific method for supplying such a pulsating flow is to supply gas at a constant pressure from the gas supply port, and add it to the gas flow path (gas supply port, inside the nozzle, outlet, etc.) of the sub nozzle at a flow velocity U. A vibration device (piezoelectric element or speaker) is provided, or a rotating shaft with a protrusion is rotated against a thin elastic body (for example, a metal thin plate) that is cantilevered in the nozzle, and gas is generated by periodic collision between the protrusion and the elastic body. Although there is a method of generating a vortex by providing a simple protrusion or thin wire that does not operate itself, and generating a pressure fluctuation, this form is not particularly required. FIG. 13 shows an example in which a
例えば、副ノズル出口近傍に針金(円柱型)を設置する場合、針金の後方(副ノズルの出口側)に発生する渦周波数は次式(2)より求められる。ここで、St:ストローハル数、f:渦周波数[Hz]、d:針金(円柱)直径[m]、U:出口流速[m/s]である。 For example, when a wire (cylindrical type) is installed in the vicinity of the sub-nozzle outlet, the vortex frequency generated behind the wire (sub-nozzle outlet side) is obtained from the following equation (2). Here, St: Strouhal number, f: Vortex frequency [Hz], d: Wire (cylinder) diameter [m], U: Outlet flow velocity [m / s].
非特許文献2によると、ストローハル数Stは広い流速範囲にわたってほぼSt=0.21であることから、d=3mm、U=50m/sとすると、渦周波数はf=3500Hzという具合に簡単に計算できる。
According to
上記主ノズル5の上下に位置する副ノズル7からの脈動流の制御方法としては、周波数および速度変動の振幅の2つのパラメータを組み合わせることにより種々の制御を想定できる。また、主ノズル5からの主噴流8の幅方向速度プロフィルが不均一分布になる主ノズルの場合、上記副ノズル7を、幅方向に分割して制御することで、幅方向均一性を増進させることも可能である。後述する本実施例では、副ノズル7から噴射する脈動流の周波数、速度変動の振幅は上下一体で制御し、主ノズルの幅方向速度プロフィルが許容範囲内であったことより、副ノズルの幅方向分割は無しとして実施した。
As a method for controlling the pulsating flow from the
図2に示した本発明のガスワイピングノズルを、溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに設置し、溶融亜鉛めっきの製造実験を行い、付着量制御性及びスプラッシュ発生程度について従来ノズルとの比較を行った。製造条件は、通板速度90mpm、主ノズルギャップ0.8mm、副ノズルギャップ0.8mm、溶融亜鉛浴からのノズル高さ420mm、溶融亜鉛浴温度460℃、主ノズルのワイピングガス圧0.3kgf/cm2等を同一とした。その他の製造条件および付着量、スプラッシュ発生程度の評価結果を表1に示す。スプラッシュ発生程度は、ノズル側面に設置したビデオカメラでモニタリングし、画面内に占めるスプラッシュの面積にて定量化し、現操業の管理基準(比較例1)を1.0として比較した。尚、前述したように、本実施例では、片側の主ノズルの上下に1個ずつ、計4個の副ノズルからの脈動流は同周波数、同速度変動振幅として実験した。 The gas wiping nozzle of the present invention shown in FIG. 2 was installed in a hot dip galvanized steel plate production line, hot galvanizing production experiments were performed, and the amount of adhesion controllability and the degree of splash were compared with conventional nozzles. . The manufacturing conditions were: plate speed 90 mpm, main nozzle gap 0.8 mm, sub nozzle gap 0.8 mm, nozzle height from molten zinc bath 420 mm, molten zinc bath temperature 460 ° C., main nozzle wiping gas pressure 0.3 kgf / cm 2 etc. were the same. Table 1 shows the evaluation results of other manufacturing conditions, the amount of adhesion, and the degree of occurrence of splash. The degree of occurrence of splash was monitored by a video camera installed on the side of the nozzle, quantified by the area of splash in the screen, and compared with 1.0 as the management standard for current operation (Comparative Example 1). As described above, in this embodiment, the pulsating flow from a total of four sub nozzles, one above and one below the main nozzle on one side, was tested with the same frequency and the same speed fluctuation amplitude.
上記製造条件で本実施例のガスワイピング主ノズルを噴射した場合、せん断渦周波数F0は約400Hzであった。表1の発明例1〜4および比較例3,4では、副ノズルのガス供給口をノズル幅方向一定間隔に10ヶ所設け、それぞれのガス供給口に電磁石を利用したピストン装置を設置した。ピストン装置に信号発生器の信号を入力することにより、全てのピストン装置を、任意の周波数且つ速度変動振幅で制御可能である。この仕組みにより、副ノズル出口では、ガスの吐き出し・吸い込みが交互に連続的に行われる。また、発明例5〜8は、副ノズル内部にφ5mmの針金(円柱型)を1本張ることで、針金の後流に渦を発生させ、副ノズル出口より脈動流を噴射した。発明例5、6では、ノズル出口平均流速を38m/sに設定して周波数1600Hz、発明例7、8では、ノズル出口平均流速を76m/sに設定して周波数3200の脈動流を実現した。発明例9、10は、発明例5と同様の脈動周波数で、主ノズルの上下に設けた副ノズルのいずれか一方のみから脈動流を噴射した。比較例1、2は副ノズルなしの、最も基本的なワイピングノズルである。 When the gas wiping main nozzle of this example was jetted under the above manufacturing conditions, the shear vortex frequency F 0 was about 400 Hz. In Invention Examples 1 to 4 and Comparative Examples 3 and 4 in Table 1, the gas supply ports of the sub nozzles were provided at 10 positions at regular intervals in the nozzle width direction, and piston devices using electromagnets were installed in the respective gas supply ports. By inputting the signal of the signal generator to the piston device, all the piston devices can be controlled at an arbitrary frequency and velocity fluctuation amplitude. With this mechanism, gas is discharged and sucked alternately and continuously at the sub nozzle outlet. In Invention Examples 5 to 8, a single φ5 mm wire (cylindrical type) was stretched inside the sub nozzle, thereby generating a vortex in the wake of the wire and jetting a pulsating flow from the sub nozzle outlet. In Invention Examples 5 and 6, the nozzle outlet average flow velocity was set to 38 m / s and a frequency of 1600 Hz, and in Invention Examples 7 and 8, the nozzle outlet average flow velocity was set to 76 m / s and a pulsating flow having a frequency of 3200 was realized. Inventive Examples 9 and 10 have a pulsation frequency similar to that of Inventive Example 5 and jetted pulsating flow from only one of the sub nozzles provided above and below the main nozzle. Comparative Examples 1 and 2 are the most basic wiping nozzles without a sub nozzle.
発明例1と比較例1の結果から、本発明例によりノズルワイピング力が増加しており、付着量の減少が確認でき、さらに付着量ムラも無かった。発明例2と比較例2より、この傾向はノズル−鋼帯距離を広げても効果があり、スプラッシュ低減も顕著であった。同様の結果が発明例5、6からも得られ、吐き出し・吸い込み方式(発明例1、2)と吐き出し方式(発明例5、6)の差はほぼなかった。脈動周波数を8倍に増加させた発明例3、4では、発明例1、2よりも付着量は若干増加するものの、従来技術からのワイピング力の増加は確認できた。発明例7、8では、発明例3、4よりも若干付着量が増加することから、鋼板−ノズル距離が離れたときには、吐き出し・吸い込み方式が有効である。主ノズルの上下に設けた副ノズルのうちのいずれか一方のみから副噴流を噴射させた場合(発明例9、10)、いずれも比較例1よりも付着量、スプラッシュの両方が減少していた。発明例9、10の比較より、ポテンシャルコア長としては差がなかったが、ワイピングの観点からは主ノズルの下側の副ノズルから副噴流を噴射する方が有利である。 From the results of Invention Example 1 and Comparative Example 1, the nozzle wiping force was increased according to the present invention example, a decrease in the adhesion amount was confirmed, and there was no adhesion amount unevenness. From Invention Example 2 and Comparative Example 2, this tendency was effective even when the nozzle-steel strip distance was increased, and the splash reduction was significant. Similar results were obtained from Invention Examples 5 and 6, and there was almost no difference between the discharge / suction system (Invention Examples 1 and 2) and the discharge system (Invention Examples 5 and 6). In Invention Examples 3 and 4 in which the pulsation frequency was increased by 8 times, the adhesion amount was slightly increased compared to Invention Examples 1 and 2, but an increase in wiping force from the prior art was confirmed. In Invention Examples 7 and 8, since the adhesion amount is slightly increased as compared with Invention Examples 3 and 4, the discharge / suction system is effective when the steel plate-nozzle distance is increased. When the sub-jet was jetted from only one of the sub-nozzles provided above and below the main nozzle (Invention Examples 9 and 10), both the amount of adhesion and the splash were reduced compared to Comparative Example 1. . Compared to Invention Examples 9 and 10, there was no difference in potential core length, but from the viewpoint of wiping, it is more advantageous to inject a sub jet from the sub nozzle below the main nozzle.
一方、脈動周波数を最適範囲内に制御しなかった比較例3および4は、付着量制御性、スプラッシュ発生の両面において悪化しており、脈動周波数の制御が重要であることを示す結果となった。 On the other hand, Comparative Examples 3 and 4 in which the pulsation frequency was not controlled within the optimum range were deteriorated in both adhesion amount controllability and splash occurrence, and the results showed that control of the pulsation frequency is important. .
本発明の方法は、溶融めっきプロセスにおいて、めっき付着量を制御する方法として利用することができる。 The method of the present invention can be used as a method for controlling the plating adhesion amount in the hot dipping process.
本発明のガスワイピングノズルは、溶融めっきプロセスにおいて、めっき付着量を制御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。 The gas wiping nozzle of the present invention can be used as a gas wiping nozzle for controlling the amount of plating adhesion in a hot dipping process.
1 ガスワイピングノズル
2 ガス供給口
3 圧力ヘッダー
4 整流板
5 主ノズル
6 副ノズルガス供給口
7 副ノズル
8 主噴流
9 副ノズルより噴射された渦流
10 鋼帯(鋼板)
11 溶融金属
21 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)
31 振動体
32 スピーカー
33 針金
1
11
31
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