JP2009144212A

JP2009144212A - 溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法

Info

Publication number: JP2009144212A
Application number: JP2007324108A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Daimatsu; 義典大松; Kazuhisa Kabeya; 和久壁矢
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-12-17
Filing date: 2007-12-17
Publication date: 2009-07-02

Abstract

【課題】ガスワイピングノズル付きの溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法において、ガスワイピングノズルの目詰まりを除去し、また、目詰まりを防止する装置及び方法を提供することを目的とする。
【解決手段】金属帯１０に付着した溶融金属を払拭するガスワイピングノズル２１が配設され、ガスワイピングノズル２１は、一端がノズルギャップをなして対向する上リップ２２および下リップ２３からなり、上リップ２２と下リップ２３との間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータ２４が配設され、その複数の歪誘起型アクチュエータ２４の内の１個の歪誘起型アクチュエータ２４ｅには、電圧の印可をしないときにガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための電圧信号線２６が配設されていることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造装置。
【選択図】図４

Description

本発明は、ガスワイピングノズル付きの溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法に関するものである。

鋼帯などの金属帯を連続してめっきする方法として、金属帯を亜鉛、アルミニウム等の溶融金属中に浸漬してその金属帯の表面にめっきを施す溶融めっき法が知られている。

溶融めっき法では、所定方法で、板厚、性能が調整された金属帯、例えば、冷間圧延プロセスにおいて圧延され、続く洗浄プロセスにおいて表面が洗浄された金属帯を、無酸化性あるいは還元性の雰囲気に保たれた焼鈍炉において表面酸化膜を除去するとともに焼鈍処理をした後、溶融金属の温度とほぼ同程度まで冷却した金属帯を、図１に示すように、スナウト１７を経由させて、溶融金属浴１２に設けられたシンクロール１８に巻き付けて略Ｖ字形の経路で溶融金属１３中を通板することで浸漬して、その表面に溶融金属１３を付着させる。そして、溶融金属浴１２から引き出された金属帯１０に、当該金属帯１０の表裏両面側から挟むように対向して配置されたガスワイピングノズル２０から噴出するワイピングガスを吹き付けて過剰の溶融金属を払拭して金属付着量の調整を行う。

この溶融めっき方法は、他のめっき方法である電気めっき方法と比較した場合、安価にめっき金属帯を製造できる、容易に厚めっきの金属帯を製造できるなど多くの特長を有している。

ちなみに、金属帯１０を溶融金属浴１２中でＶ字形の経路で案内するシンクロール１８における曲げと曲げ戻しにより、シンクロール１８と反対側に幅方向凸状の反り（Ｃ反り）を発生する。このため、溶融金属浴１２においてシンクロール１８の後段に、このＣ反りを矯正するための一対のサポートロール１９を配置している。この矯正により、金属帯１０の形状をフラットにできれば、付着量分布はかなり均一化することができる。

ただし、通常は、ガスワイピングノズル２０に溶融金属飛沫などの異物が付着してノズルギャップに目詰まりを生じやすく、この目詰まりが生じると、ノズル幅方向のガス流量ムラができ、金属帯幅方向で付着量が不均一となってしまい、製品の品質不良（格落ち等）や歩留低下（スクラップ発生等）を招くことになる。

この問題に対して、例えば、図２に断面図、図３に図２のＡ−Ａ矢視図を示すように、ガスワイピングノズル２０に歪誘起型アクチュエータ（圧電素子等）２４を内蔵したギャップ可変式ガスワイピングノズル２１が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このギャップ可変式ガスワイピングノズル２１によれば、上リップ２２と下リップ２３の根元部間を架橋するように配設した歪誘起型アクチュエータ２４をノズル幅方向（金属帯幅方向）に複数個配置し、それぞれの歪誘起型アクチュエータ２４に駆動信号線２５から周波数や連続／断続周期等の情報を設定して、電圧を印加して、矢示振動方向２７に振動させることにより、ノズル先端が矢示振動方向２８に振動し、ノズル先端に付着した異物や付着しようとした異物が振るい落とされて、目詰まりが防止される。
特開２００５−１３３２０８号公報

上記の特許文献１に記載のギャップ可変式ガスワイピングノズル２１においては、歪誘起型アクチュエータ２４を用いた加振による異物の除去能力（自浄能力）を最大限にするためには、ガスワイピングノズル２１の共振周波数での加振が最も効果的である。

その場合、ガスワイピングノズル２１の共振周波数を事前に測定しておき、その周波数で歪誘起型アクチュエータ２４を振動させて加振することになるが、ガスワイピングノズル２１の経年変化（取り付けボルトの緩み等）や操業条件の変更（ワイピングガス圧力の変更等）によって、操業中のガスワイピングノズル２１の共振周波数が事前の測定値から変化し、期待通りの異物振り落とし効果・目詰まり防止効果が得られない場合がある。

操業中のガスワイピングノズル２１の共振周波数を直接測定する方法としては、ワイピングノズル２１への振動センサ（加速度センサ）の貼り付けが考えられるが、溶融金属浴１２の直上で使用されることから、高温による故障の可能性を抱え、しかも故障時のメンテナンスはほぼ不可能である。

本発明は、ガスワイピングノズル付きの溶融めっき金属帯の製造装置及び製造方法において、ガスワイピングノズルの目詰まりを除去し、また、目詰まりを防止する装置及び方法を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明者は、歪誘起型アクチュエータが配設されたガスワイピングノズルの操業中の共振周波数を、新たに振動センサ等を設置することなく捕捉する方法を鋭意検討した。その結果、ガスワイピングノズルに配設されている歪誘起型アクチュエータ自体を振動センサとして用いることを想到した。

すなわち、歪誘起型アクチュエータ（圧電素子等）は、電圧が印加されるとそれ自体が伸縮するが、他から伸縮等の変位を受けると、その変位量に応じた電圧を発生する特性を持つ。そこで、この特性を利用することにし、歪誘起型アクチュエータに電圧を印可してその歪誘起型アクチュエータを振動・変位させてガスワイピングノズルを振動させる際に、この中の１台のアクチュエータには通電しない（以下、そのアクチュエータを無通電アクチュエータと呼ぶ）でおけば、その無通電アクチュエータはガスワイピングノズルから受けた振動（変位）を電圧に変換する。したがって、通電アクチュエータの振動周波数（正弦波電圧等の周波数）を変化させて、その際の無通電アクチュエータの電圧を測定すれば、電圧が極大となる電圧を発する周波数が共振周波数ということになる。

本発明は、上記のような考えに基づいてなされたものであり、以下のような特徴を有している。

［１］金属帯に溶融めっきを施す装置であって、金属帯に付着した溶融金属を払拭するガスワイピングノズルが配設され、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には、電圧の印可をしないときにガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設されていることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造装置。

［２］金属帯に溶融めっきを施す装置であって、金属帯に付着した溶融金属を払拭するガスワイピングノズルが配設され、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には、電圧の印可をしないときにガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設され、前記発生した電圧値に応じて歪誘起型アクチュエータの電圧印可時の周波数を制御する制御装置が配設されていることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造装置。

［３］金属帯に付着した溶融金属をガスワイピングノズルにて払拭する溶融めっき金属帯の製造方法であって、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には電圧を印可して共振周波数で振動させ、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には電圧を印可せずに、ガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設され、前記発生した電圧値に応じて歪誘起型アクチュエータの電圧印可時の周波数を制御することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。

本発明においては、歪誘起型アクチュエータを、振動させるための機能だけでなく、振動が的確に行われているか否かを確認するためのセンサとして利用しているので、加速度センサなどの新たな設置をすることなく、歪誘起型アクチュエータでの加振による異物振り落とし効果を最大限発揮させることができ、ガスワイピングノズルの目詰まりを的確に防止することができる。その結果、ガスワイピングノズルの目詰まりによる品質不良や歩留低下を抑止することが可能となる。

本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

この実施形態において適用対象としているのは、前述の図１に示した金属帯の溶融めっきラインである。この金属帯の溶融めっきラインでは、金属帯１０を溶融金属浴１２に設けられたシンクロール１８に巻き付けて略Ｖ字形の経路で溶融金属１３中を通板することで浸漬して、その表面に溶融金属１３を付着させる。そして、溶融金属浴１２から引き出された金属帯１０に、当該金属帯１０の表裏両面側から挟むように対向して配置されたガスワイピングノズル２０から噴射するワイピングガスを吹き付けて過剰の溶融金属を払拭して金属付着量の調整を行う。

そして、この実施形態においては、ガスワイピングノズル２０として、前述の図２、図３に示したギャップ可変式ガスワイピングノズル２１を用いる。このギャップ可変式ガスワイピングノズル２１は、上リップ２２と下リップ２３の根元部間を架橋するように配設した歪誘起型アクチュエータ（積層型圧電アクチュエータ）２４をノズル幅方向に複数個配置し（図３では、一例として５個）、１個以上（図３では、一例として５個）の歪誘起型アクチュエータ２４に駆動信号線２５から駆動電圧（正弦波電圧等）を印加して、歪誘起型アクチュエータ２４を振動させることができるようになっている。また、１個以上（図３では、一例として１個）の歪誘起型アクチュエータ２４には、電圧信号線２６（図４）が配設され、ガスワイピングノズルから受けた振動などの変位により発生した電圧を測定出来るようになっている。電圧信号線２６を配設された歪誘起型アクチュエータは、駆動信号線２５でアクチュエータ駆動回路部３２（図４）と接続されていても接続されていなくてもどちらでもよい。電圧信号線２６をそなえる歪誘起型アクチュエータは、幅方向のどの位置に設置されていてもよく、個数も１個以上であれば特に制限するものではない。

このような装置を用い、溶融めっき金属帯を製造する方法としては、複数（図３では、一例として５個）の歪誘起型アクチュエータ２４（２４ａ〜２４ｅ）の内の１個以上（図３では、一例として４個）の歪誘起型アクチュエータ２４（２４ａ〜２４ｄ）に電圧を印可して振動させるとともに、それ以外の１個以上（図３では一例として１個）の歪誘起型アクチュエータ２４（２４ｅ）には電圧を印可せず、ガスワイピングノズルの振動から受けた変位によって発生した電圧を電圧信号線２６から測定し、その値を振動が確実に行われているかどうかの確認値として用い、必要に応じてその値が大きくなるようにアクチュエータ駆動回路部３２の値を調整することができる。

歪誘起型アクチュエータは、共振周波数での駆動で最も効果的に振動させることができるが、共振周波数は、その他の条件などで微妙に変化する。そこで、アクチュエータ駆動回路部３２での設定値は、図５に示すように、予め、周波数を変更した時の発生電圧を測定しておき、できるだけ電圧の高い周波数（例えば、図５で○をつけたような発生電圧が極大を示すときの周波数）を選定することが好ましい。しかしながら、発生電圧が極大を示すときの周波数で操業していても、各種の条件によって若干ずれてくる場合があるため、前述のように、電圧を印可しない歪誘起型アクチュエータで発生する電圧を測定しておき、電圧値が設定値より小さくなった場合には、アクチュエータ駆動回路部３２での周波数設定値を設定値近傍で変更していき、電圧を印可しない歪誘起型アクチュエータで発生する電圧値が設定した値より大きくなるように再設定すればよい。

このような構成とすることで、歪誘起型アクチュエータを確実に伸縮させ、ガスワイピングノズル２１を確実に振動させることが可能となり、ノズル先端に付着した異物や付着しようとした異物をふるい落として目詰まりを防止することが可能となる。

詳説すると、図４は、この実施形態における制御ブロック図を示しており、ノズル制御部３０が、歪誘起型アクチュエータ２４の駆動等を制御するための計算機３１と、計算機３１用のメモリー３１ａと、歪誘起型アクチュエータ２４に電圧印加（通電）して駆動させるためのアクチュエータ駆動回路部３２とを備えている。また、歪誘起型アクチュエータ２４の１個以上がアクチュエータ駆動回路部３２と駆動信号線２５を介して接続しているとともに、その内の１個以上の歪誘起型アクチュエータ２４（図４では一例として２４ｅ）と計算機３１の間には電圧信号線２６が配され、発生した電圧が測定出来るようになっている。以上のような、歪誘起型アクチュエータへの電圧印可によるガスワイピングノズルの振動は、異物の除去と異物付着の防止を兼ねているので、常時行うことが最も効果的であるが、必要なときのみ行ってもよい。また、歪誘起型アクチュエータへの電圧印可時には、適切に振動しているかどうかを判断するために電圧を印可しない歪誘起型アクチュエータを設けて発生する電圧を測定することを常時行うことが最も効果的であるが、必要なときのみに電圧を印可しない歪誘起型アクチュエータから発生する電圧を測定してもよい。例えば、歪誘起型アクチュエータ２４への印可時に、ガスワイピングノズル２１の共振周波数の変化が予測されるような操業条件の変化を生じた場合（例えば、ラインの休止後再稼動時やワイピングガスの圧力変更時）に、計算機３１から予め設定された周波数範囲での正弦波スイープの指示がアクチュエータ駆動回路部３２に出されるように設定しておき、その際、電圧を印可しない歪誘起型アクチュエータ２４を１個以上設け、ワイピングノズル２１の振動によって電圧を印可していない歪誘起型アクチュエータ２４（２４ｅ）に発生する電圧を電圧信号線２６を介して計算機３１に取り込み、その発生電圧を連続測定する。この連続測定電圧データのうちで電圧が予め設定した電圧値以上になる周波数（すなわち、所望以上のワイピングノズル２１の振幅となる周波数）を共振周波数としてメモリー３１ａに記憶し、その周波数で振動させるように条件変更を行うように設定すればよい。

なお、再び、ガスワイピングノズル２１の共振周波数の変化が予測される操業条件の変化を生じた場合は、上記をその都度実施すればよい。

ここで、図５（ａ）は、他の歪誘起型アクチュエータ２４ａ〜２４ｄによるワイピングノズル２１の振動によって歪誘起型アクチュエータ２４ｅに発生した電圧データの一例を示すものである。一方、図５（ｂ）は、その際のワイピングノズル２１の振幅を、別途ワイピングノズル２１に振動センサ（加速度センサ）を取り付けて測定したものである。

図５（ａ）の電圧データと図５（ｂ）の振幅データを対比すれば、その極大値（ピーク値）が生じる周波数が一致しており、歪誘起型アクチュエータ２４ｎの発生電圧によって、ワイピングノズル２１の共振周波数を的確に捕捉できることを示している。

ちなみに、どの歪誘起型アクチュエータを駆動させて、どの歪誘起型アクチュエータの発生電圧を測定するかは適宜定めればよい。最小限、１個の歪誘起型アクチュエータを駆動させて、１個の歪誘起型アクチュエータの発生電圧を測定すればよく、複数の歪誘起型アクチュエータを駆動させて、複数の歪誘起型アクチュエータの発生電圧を測定するようにしてもよい。

このようにして、この実施形態においては、歪誘起型アクチュエータ２４の特性を利用して予めガスワイピングノズル２１の共振周波数を捕捉しておき、この捕捉した共振周波数を含めたその近傍の周波数で歪誘起型アクチュエータ２４を振動させるようにしているので、歪誘起型アクチュエータ２４での加振による異物振り落とし効果を最大限発揮させることができ、ガスワイピングノズル２１の目詰まりを的確に除去および／または防止することができる。その結果、ガスワイピングノズル２１の目詰まりによる品質不良や歩留低下を抑止することが可能となる。

金属帯の溶融めっきラインを示す図である。本発明の一実施形態において用いるガスワイピングノズルを示す図である。本発明の一実施形態において用いるガスワイピングノズルを示す図である。本発明の一実施形態における制御ブロック図である。歪誘起型アクチュエータの発生電圧データと振動センサの振幅測定データを対比した図である。

符号の説明

１０金属帯
１２溶融金属浴
１３溶融金属
１７スナウト
１８シンクロール
１９サポ−トロール
２０ガスワイピングノズル
２１ギャップ可変式ガスワイピングノズル
２２上リップ
２３下リップ
２４、２４ａ〜２４ｅ歪誘起型アクチュエータ
２５駆動信号線
２６電圧信号線
２７振動方向
２８振動方向
３０ノズル制御部
３１計算機
３１ａメモリー
３２アクチュエータ駆動回路部

Claims

金属帯に溶融めっきを施す装置であって、金属帯に付着した溶融金属を払拭するガスワイピングノズルが配設され、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には、電圧の印可をしないときにガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設されていることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造装置。
金属帯に溶融めっきを施す装置であって、金属帯に付着した溶融金属を払拭するガスワイピングノズルが配設され、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には、電圧の印可をしないときにガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設され、前記発生した電圧値に応じて歪誘起型アクチュエータの電圧印可時の周波数を制御する制御装置が配設されていることを特徴とする溶融めっき金属帯の製造装置。
金属帯に付着した溶融金属をガスワイピングノズルにて払拭する溶融めっき金属帯の製造方法であって、前記ガスワイピングノズルは、一端がノズルギャップをなして対向する上リップおよび下リップからなり、前記上リップと前記下リップとの間のノズルギャップ開度を調整するための複数個の歪誘起型アクチュエータが配設され、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には電圧を印可して共振周波数で振動させ、前記歪誘起型アクチュエータの内の１個以上には電圧を印可せずに、ガスワイピングノズルの伸縮変形によって発生した電圧を測定するための装置が配設され、前記発生した電圧値に応じて歪誘起型アクチュエータの電圧印可時の周波数を制御することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。