JP2011089211A - 溶融金属めっき鋼帯の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高速通板時においてもスプラッシュによる表面欠陥を低減する。
【解決手段】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、各ノズルのガス噴射口間がガス出口側端部の厚みが０．１〜２．０ｍｍの仕切り板で仕切られ、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以上設けて、溶融めっき金属浴から引き上げられた鋼帯の表面に、主ノズルから噴射したガスの噴流と副ノズルから噴射したガスの噴流の合成噴流を吹き付ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、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、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関するものである。

連続溶融めっきプロセスにおいては、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２３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で所定の付着量になるように、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１０上に噴出させて、余剰な溶融金属を掻き取り、溶融金属の付着量を制御するガスワイピング方式が行われている。ガスワイピングノズル２２は、多様な鋼帯幅に対応すると同時に鋼帯引き上げ時の幅方向の位置ズレなどに対応するため、通常、鋼帯の幅より長く、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方式では、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。

連続プロセスにおいて、生産量を増加させるには、鋼帯通板速度（ライン速度）を増加させればよい。しかし、連続溶融めっきプロセスにおいてガスワイピング方式でめっき付着量を制御する場合、溶融金属の粘性により、ライン速度の増加に伴って鋼帯のめっき浴通過直後の初期付着量が増加するため、めっき付着量を一定範囲内に制御するには、ワイピングガス圧力をより高圧に設定せざるを得ず、それによってスプラッシュが大幅に増加し、良好な表面品質を維持できなくなる。

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）の上下に補助的なノズル（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、幅方向に３分割以上分けられた、分割部がそれぞれ独立に圧力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間の仕切り板の噴出口先端を鋭角にし、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・コアを長くすることで、付着量制御性が向上し、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、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。

特開平１−２３０７５８号公報 特開平１０−２０４５９９号公報 特開２００２−３４８６５０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を仕切る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の広がりが抑えられず、最大値も低くなり、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。

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開発されたものであるが、主噴流と等速度の副噴流を主噴流の近傍から与えるので、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の作用となる。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°以下にするため、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問題点がある。

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、鋼帯幅方向の付着量ムラが発生しやすいことがわかった。

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、ワイピングノズルからの主噴流の広がりを抑え、主噴流せん断力を鋼帯幅方向で均一に強化することで、めっき掻き取り力を増進させ、高速通板時においてもスプラッシュによる表面欠陥を低減することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の手段は下記の通りである。
（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、各ノズルのガス噴射口間がガス出口側端部の厚みが０．１〜２．０ｍｍの仕切り板で仕切られ、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以上設けて、溶融めっき金属浴から引き上げられた鋼帯の表面に、主ノズルから噴射したガスの噴流と副ノズルから噴射したガスの噴流の合成噴流を吹き付けることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（２）主ノズルの上部及び下部に各々副ノズルを一つ以上設け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。

（３）主ノズル上部の副ノズルから噴射するガスの噴流速度を主ノズル下部の副ノズルから噴射するガスの噴流速度より速くすることを特徴とする（２）に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（４）鋼帯表面における鋼帯通板方向の合成噴流の静圧分布曲線の溶融金属めっき槽に近い側の圧力勾配の最大値を、溶融金属めっき槽から遠い側の圧力勾配の最大値よりも大きくすることを特徴とする（１）または（２）に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（５）副ノズルからの噴流は、主ノズルからの噴流に対して１０〜７０°傾斜していることを特徴とする（１）〜（４）のうちのいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（６）副ノズルのノズルギャップは０．１〜２．５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする（１）〜（５）のうちのいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（７）ノズル本体先端を基準として、仕切り板先端の鋼帯側への突出量は−１０ｍｍ〜＋６ｍｍの範囲内にあることを特徴とする（１）〜（６）のうちのいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
ただし、「＋」は仕切り板先端がノズル本体先端より鋼帯側に突出し、「−」は、仕切り板先端がノズル本体内部に位置していることを意味する。

本発明によれば、副ノズルから主ノズルの噴流に対して所定の角度傾斜させた噴流を、主噴流より遅い速度で噴射することにより、鋼帯表面で噴流の衝突圧力が上昇し、また鋼帯通板方向の衝突圧力分布の圧力勾配が急峻になる。この噴流により、めっき掻き取り力が向上し、所要のめっき厚にする際に、従来技術よりも主噴流の噴射圧力を下げたり、ノズルと鋼帯の距離を遠ざけたりすることが可能で、スプラッシュがノズルにつきにくくなるので、ノズル詰りを防止する点からも有利であり、効率よく、スプラッシュの少ない溶融金属めっき厚の制御が可能になり、また高速通板時であっても薄目付けが可能になる。

一般的な連続溶融金属めっき鋼板の製造装置の要部を示す断面図である。 従来のガスワイピングノズルおよび本発明の実施に使用するガスワイピングノズルの衝突圧力分布を示す図である。 本発明の実施に使用するガスワイピングノズルの概略構成例を示す図である。 図３のガスワイピングノズルの噴射口先端部の拡大図である。 本発明において、ガスワイピングノズルの副噴流を適用したときの衝突圧力上昇効果を説明する図である。 本発明において、ガスワイピングノズルの副噴流を適用したときの圧力勾配を説明する図である。 本発明において、ガスワイピングノズルの噴流の隙間ｃの定義を説明する図である。 本発明において、仕切り板先端をＲ加工したときのガスワイピングノズルの噴流の隙間ｃの定義を説明する図である。 ガスワイピングノズルの噴流の隙間ｃの衝突圧力比への影響を説明する図である。 ガスワイピングノズルの副噴流の主噴流に対する傾斜角度の衝突圧力への影響を説明する図である。 ガスワイピングノズルの副ノズルのノズルギャップの衝突圧力比への影響を説明する図である。 ガスワイピングノズルの仕切り板先端位置の衝突圧力比への影響を説明する図である。 本発明において、ガスワイピングノズルの仕切り板先端位置の定義を説明する図である。 本発明の実施に使用する別の実施の形態に係るガスワイピングノズルの噴射口先端部の拡大図である。

図２の（ａ）は、通常の二次元噴流（従来の単純スリット）の衝突圧力分布曲線を示す。図２において、ｂはスリットギャップ、ｙは噴流中心（ｙ＝０）からの距離である。また、横軸はｙ／ｂ、縦軸は（ａ）の衝突圧力分布曲線の最大圧力を基準（１．０）とし、その最大圧力に対する圧力比である。ｙ＜０は噴流中心より下方側（溶融めっき槽側）、ｙ＞０は噴流中心より上方側（反溶融めっき槽側）である。

図２の（ａ）に示されるように、従来の単純スリットノズルでは、衝突圧力は噴流中心に対して対称（ｙ／ｂ＝０の軸に対して対称）の分布であり、衝突圧力分布は、ノズル出口速度でほぼ決定する性質をもつ。ワイピングガスの噴射方向を鋼帯面に直角方向から±３０度程度の範囲内で傾斜させても、衝突圧力分布曲線の圧力勾配の急峻度（図２の衝突圧力分布曲線の勾配）はほとんど変化しない。衝突圧力分布曲線の圧力勾配の急峻度は、ｙ／ｂが−１．５〜０の範囲における圧力勾配の最大値で評価できる。

溶融金属のめっき付着量を制御する場合、めっき掻き取り力を高めて、付着量制御性を向上させるには、鋼帯面におけるワイピングガスの噴流の最大衝突圧を高くすることだけでなく、鋼帯通板方向の衝突圧力分布曲線の圧力勾配を急峻にすることが有効である。

図２の（ｂ）は、本発明の実施に使用する図３及び図４のガスワイピングノズルを用いて、主ノズル７の上下の副ノズル８及び９からの噴流を適切に制御したときの衝突圧力分布曲線の一例を示す。（ａ）の場合に比べて、主噴流の拡散が抑制され、衝突圧力分布曲線の圧力勾配が急峻に変化すると共に、衝突圧力が上昇しており、これによって、（ａ）に比べて、めっき掻き取り力が向上する。

また、溶融めっき槽を通過した鋼帯はガスワイピング部を下から上へと通板されるので、めっき付着量制御に寄与するワイピングガスは、この圧力分布曲線の中でも特にｙ／ｂ≦０の範囲のワイピングガスである。従って、圧力分布曲線のｙ／ｂ≦０の範囲の圧力勾配の急峻度を大きくすれば、めっき掻き取り力をより効果的に向上させることができると考えられた。

そこで、本発明者らは、鋼帯面におけるワイピングガスの噴流の最大衝突圧を高くすることに加えて、鋼帯通板方向の衝突圧力分布曲線の圧力勾配を急峻にする方法、またさらに噴流中心より下方側（溶融めっき槽側）の衝突圧力分布曲線の圧力勾配を急峻にする方法について検討し、本発明に至った。

以下、本発明の限定理由について説明する。

図３は本発明の実施に使用するガスワイピングノズルの概略構成例を示す図である。図４は、図３のガスワイピングノズル１のガス噴射口先端部分の拡大図である。ガスワイピングノズル１は、ノズル本体上部部材１２とノズル本体の下部部材１３間に、主にめっき付着量を制御する主噴流を噴射する主ノズル７と、主ノズル７の上下に隣接して、主ノズル７とは仕切り板１４、１５で仕切られた、それぞれ１個の副ノズル８、９が設けられている。

仕切り板１４のガス噴出口側端部下面と仕切り板１５のガス噴出側端部上面は平坦で、間隔をあけて平行に配置され、主ノズル７のガス噴出口（スリット）を形成する。本図の装置では、主ノズル７のガス噴射口は鋼帯表面にほぼ直角方向にガスを噴射するように構成されている。

仕切り板１４のガス噴出口側端部上面は、仕切り板１４のガス噴出口側端部下面に対して傾斜状に形成され（傾斜角度θ）、また仕切り板１４のガス噴出口側端部上面とノズル本体上部部材１２のガス噴出口側端部下面は平坦で、間隔をあけて平行に配置され、副ノズル８のガス噴出口（スリット）を形成する。

同様に、仕切り板１５のガス噴出口側端部下面は、仕切り板１５のガス噴出口側端部上面に対して傾斜状に形成され（傾斜角度θ）、また仕切り板１５のガス噴出口側端部下面とノズル本体の下部部材１３のガス噴出口側端部上面は平坦で、間隔をあけて平行に配置され、副ノズル９のガス噴出口（スリット）を形成する。

また、仕切り板１４のガス噴出口側先端は、図８に示されるように、半径Ｒの円弧が接する形状にＲ加工されている。仕切り板１５のガス噴出口側先端も同様のＲ加工が施されている。

各ノズル７〜９は、それぞれの噴射ガス圧力を任意に調整できるように、個別の圧力室２〜４を有している。圧力室（ヘッダ）２〜４には、図示されていないガス供給系統から各々個別に圧力制御されたワイピングガスが供給され、圧力室２〜４に供給されたワイピングガスは、整流板５を通して各ノズル室２ａ〜４ａに供給され、各々のノズル７〜９からガスを噴射する。なお、本明細書では、主ノズルから噴射されるガスの噴流を主噴流、副ノズルから噴射されるガスの噴流を副噴流とも記載する。

主ノズル７からの主噴流は鋼帯表面にほぼ直角にガスが噴射され、副ノズル８および副ノズル９からの副噴流は主噴流に対して傾斜（傾斜角度θ）したガスが噴射される。主ノズル７からの主噴流に対して、主ノズル７の上下部に設けた副ノズル８、９からの副噴流を適正に制御することによって、ノズル７からの主噴流の拡散が抑制され、噴射後すぐに主噴流と副噴流は合成されて、図２（ｂ）に示すように、圧力分布曲線は一つの高いピークを有し、圧力勾配が急峻な合成噴流となり、この合成噴流６が溶融めっき槽を通過した鋼帯１０に吹き付けられることにより、溶融めっき金属を掻き落とす。

図３及び図４に示したガスワイピングノズルの性能を評価するため、ガスワイピングノズルの各ノズル７〜９から噴射させるエアの条件を変えてノズル噴射口から１０ｍｍ離れた位置に設けた静圧測定板（固定）に衝突させ、噴流の静圧（衝突圧力）計測をオフラインで行った。具体的な実験結果を以下に示す。

図５は、主ノズル７のノズルギャップ（スリットギャップ）１．０ｍｍ、副ノズル８、９のノズルギャップ（スリットギャップ）０．８ｍｍ、仕切り板１４のガス噴出口側端部下面に対する上面の傾斜角度θ、仕切り板１５のガス噴出口側端部上面に対する下面の傾斜角度θ（副ノズル８、９からの噴流の主ノズルからの噴流に対する傾斜角度θ）＝２０°、仕切り板１４、１５の先端隙間ｃ＝０．５ｍｍのガスワイピングノズルを使用し、副噴流を適用した場合の衝突圧力の最大値を比較した図である。仕切り板１４、１５の先端隙間ｃは、図８の仕切り板先端のＲ加工された部分の厚みである。仕切り板の先端部厚みの定義については後述する。ヘッダ圧力比は、主ノズル７だけを使用した場合のヘッダ圧力を基準（１．０）として、それに対する各ノズルのヘッダ圧力の比である。衝突圧力は、主ノズルだけを使用した場合の衝突圧力の最大値を基準（１．０）として、それに対する各々の衝突圧の最大値の比である。主噴流だけを噴射した場合と比べて、主噴流より低速度の上部副噴流を適用した場合、上部及び下部の両方から副噴流を適用した場合の順に衝突圧力が上昇する傾向が見られた。なお、主噴流の噴射速度とは主ノズル出口のガス速度であり、副噴流の噴射速度とは副ノズル出口のガス速度である。

図６は、図５の場合と同じ実験で、ｙ／ｂ≦０の範囲の圧力勾配を説明する図である。衝突圧力比は、主ノズルだけを使用した場合の衝突圧力の最大値を基準（１．０）として、それに対する比で示してある。図６から、上部及び下部の両方から副噴流を適用した場合、上部からの副噴流の噴射速度を下部からの副噴流の噴射速度より速くすると、衝突圧力のピークが減少することなく負の側（図の左側）に移動し、衝突圧力のピークに対応するｙ／ｂの値以下のｙ／ｂの範囲で衝突圧力の圧力勾配がさらに急峻になることがわかる。したがって、ガスワイピングの際は、主噴流の上部と下部の両方から主噴流より速度の遅い副噴流を噴射し、且つ上部副噴流が下部噴副噴流より噴射速度が速い方が望ましい。具体的には、上部副噴流の速度は主噴流の２０〜８０％（圧力換算では４〜６５％）であれば、速度が速いほど効果が大きくて望ましく、このとき下部副噴流速度は、上部副噴流速度の４５〜１４０％（圧力換算で２０〜２００％。但し、主噴流の速度未満である。）で圧力勾配急峻化の効果が発現し、５０〜９５％（圧力換算で２５〜９０％）であることが望ましい。

傾斜した副噴流を主噴流に速やかに合流させるには、噴流同士の隙間は狭い方がよい。この隙間は、図７に示す主ノズルと副ノズル間の仕切り板先端部の厚みｃで定義される。仕切り板先端部は、噴流が滑らかに合流するようにＲ加工するのが望ましい。この場合、先端厚みｃは、図８に示す通り、仕切り板のＲ加工された部分の厚みｃで定義される。

図９は、主ノズル７のノズルギャップ１．０ｍｍ、副ノズル８、９のノズルギャップ０．８ｍｍ、副ノズル８、９のガス噴射方向の主ノズル７のガス噴射方向に対する傾斜角度θ＝２０°、仕切り板先端をＲ加工したガスワイピングノズルを使用し、主噴流に対する副噴流の噴射速度を一定（ヘッダ圧力比は、主ノズル７：副ノズル８：副ノズル９＝１：０．３：０．３）にして、先端端部厚みｃによる衝突圧力比を示したものである。衝突圧力比は、主ノズルだけを使用した場合の衝突圧力の最大値を基準（１．０）として、それに対する衝突圧力の最大値の比である。

この結果より、先端端部厚み（噴流同士の隙間）ｃが小さいほど衝突圧力は上昇する。しかし、先端端部厚み（噴流同士の隙間）をｃ＜０．１ｍｍの範囲しようとすると、加工が困難になるのに加え、ノズル清掃作業もしにくくなり、ノズルの強度も低下するので望ましくない。したがって、先端端部厚み（噴流同士の隙間）ｃは、０．１ｍｍ≦ｃ≦２．０ｍｍの範囲内とするのが望ましく、０．１ｍｍ≦ｃ≦１．０ｍｍとするのがより望ましい。

図１０は、主ノズル７のノズルギャップ１．０ｍｍ、副ノズル８、９のノズルギャップ０．８ｍｍ、仕切り板１４、１５の先端厚みｃ＝０．５ｍｍのワイピングノズルを用いて、主噴流に対する副噴流の噴射速度を一定（ヘッダ圧力比は、主ノズル７：副ノズル８：副ノズル９＝１：０．３：０．３）にして、主噴流に対する副噴流の傾斜角度θの影響を示した図である。

傾斜角度θは、５°≦θ≦７０°の範囲で主噴流のみの場合よりも衝突圧力が上昇した。θ＝５°の場合、平均的な衝突圧力は上昇したものの、仕切り板先端部分が変形してノズル口開きが発生し、ノズル幅方向の均一性が確保できなかった。ノズル口開きは、仕切り板をリブ等で補強することで防止は可能であるが、噴射口近傍に単純な構造物を設けるとガス流を乱すと考えられるので、翼のような流線形のリブを用いることで剛性を確保することが必要である。以上の結果より、副ノズルの傾斜角度は１０°≦θ≦７０°とするのが望ましい。ノズル性能に加え、操業上問題となるノズル剛性、ノズル清掃のしやすさ、ノズル重量等を考慮すると、１５°≦θ≦４５°の範囲に設定するのがさらに望ましい。

上述したように、副噴流は、速度の速い主噴流の広がりを抑制する効果がある。これは、主噴流のせん断層に副噴流が作用しているためであるから、副ノズルのスリットギャップは、主噴流のせん断層に効果的に作用するように設定することが好ましい。そこで、主ノズル７のノズルギャップは一定（１．０ｍｍ、３．０ｍｍ）、ヘッダ圧力比は、主ノズル７：副ノズル８：副ノズル９＝１：０．３：０．３）にして、仕切り板１４のガス噴出口側端部下面に対する上面の傾斜角度θ、仕切り板１５のガス噴出口側端部上面に対する下面の傾斜角度θ（副ノズル８、９からの噴流の主ノズルからの噴流に対する傾斜角度θ）＝２０°、仕切り板１４、１５の先端隙間ｃ＝０．５ｍｍのガスワイピングノズルを使用し、上部及び下部の副ノズル８、９のノズルギャップを変更（副ノズル８、９のノズルギャップは同一）する検討を行った。結果を図１１に示す。図１１に示すように、衝突圧力比は、主ノズル７のノズルギャップにはほとんど影響なく、副ノズル８、９のノズルギャップは０．１ｍｍ〜２．５ｍｍの範囲で有効である。性能に加え、ノズル加工性や幅方向均一性および供給エア量削減による省エネルギー化を考慮すると、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍとするのが望ましく、０．３ｍｍ〜１．０ｍｍとするのがさらに望ましい。

なお、主ノズルのノズルギャップは特に限定されず、通常のガスワイピングにおいて採用されるものでよい。例えば、０．５〜２ｍｍである。また、主ノズルの圧力は、通常使用される圧力範囲に適用可能で、例えば０．１〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

図１２は、主ノズル７のノズルギャップ１．０ｍｍ、副ノズル８、９のノズルギャップ０．８ｍｍ、ヘッダ圧力比は、主ノズル７：副ノズル８：副ノズル９＝１：０．３：０．３）、仕切り板１４のガス噴出口側端部下面に対する上面の傾斜角度θ、仕切り板１５のガス噴出口側端部上面に対する下面の傾斜角度θ（副ノズル８、９からの噴流の主ノズルからの噴流に対する傾斜角度θ）＝２０°、仕切り板１４、１５の先端隙間ｃ＝０．５ｍｍのガスワイピングノズルを使用し、ノズル間の仕切り板の先端位置Ｌｐの衝突圧力比への効果を示す図である。ノズル間の仕切り板の先端位置Ｌｐは、図１３に示すように、ノズル間の仕切り板先端のノズル本体（上部部材１２及び下部部材１３）先端からの突出距離Ｌｐである。仕切り板先端は、Ｌｐ＜０ｍｍであればノズル本体の内側にあり、Ｌｐ＞０であればノズル本体から突き出ており、Ｌｐ＝０ｍｍであればノズル本体の先端と同じ面にある。

図１２から、ノズル間の仕切り板先端がノズル本体に対して、−１０ｍｍ≦Ｌｐ≦６ｍｍの範囲内にあればよく、−５ｍｍ≦Ｌｐ≦３ｍｍの範囲内がより望ましい。Ｌｐ＜０ｍｍのときは、主および副噴流の合流地点が早まるが、副噴流によって主噴流の拡散を抑制しているため、Ｌｐが小さくなってもノズル性能に対する影響は小さい。一方、Ｌｐがあまりに大きくなると、外側にある副噴流が主噴流と合流する前に拡散が進行してしまうため、ノズル性能が低下してしまうので、望ましくない。

前述のガスワイピングノズルは、鋼帯面に対して垂直な方向にガスを噴射する主ノズル７と、主ノズル７からの噴流に対して所定の角度だけ傾斜したガスを噴射する、主ノズル７の上部と下部の各々に一つずつ配置された副ノズル８、９より構成されているが、主ノズル７のガスの噴射方向は必ずしも鋼帯に対して垂直である必要はなく、また上下の副ノズルの主ノズルに対する傾斜角度は同じでなくてもよい。

また、副ノズルは主ノズルの上部と下部の各々に１つずつ設ける必要は無く、１つであってもよい。この場合、主ノズル上部に設けることが好ましい。また、図１４のように、例えば上部に２つの副ノズル８−１、８−２を設けてもよい。

図３及び図４に示した３つの噴射ノズルを有する本発明のガスワイピング装置を、溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインに設置し、厚さ０．８ｍｍ×幅２０００ｍｍの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、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４２０ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃等を同一とした。その他の製造条件および付着量、スプラッシュの結果を表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、現操業条件のレベル（製造例１４）を基準（１．０）として比較した。

製造例１は、主ノズルおよび上部副ノズルを使用した場合であり、主ノズルのみの製造例１４（従来例）と比べて付着量が減少し、同時にスプラッシュの飛散もやや減少しており、ノズル性能が向上した。製造例２は、上部と同程度の下部副ノズルを使用した場合で、製造例１よりも、付着量およびスプラッシュが改善した。製造例３、４は、下部副ノズルの噴射速度を上部副ノズルの噴射速度より小さくした場合で、さらに付着量が減少し、スプラッシュも減少した。製造例１５は、主ノズルのみを使用して付着量を減少するためにヘッダ圧力を高圧にした場合であるが、スプラッシュ欠陥が多く、生産不可能であった。

製造例１〜４の効果は、噴流の衝突圧力が上昇すると共に圧力勾配が急峻に変化したことに起因するもので、この効果によって、高圧の主ノズルのみ使用した製造例１５と同等の付着量にすることができ、スプラッシュは大幅に改善することができる。

下部副ノズルの噴射速度を上部ノズルの噴射速度より大きくした製造例５は、製造例２〜４よりは劣るものの、製造例１４に比べて、付着量が少なく、スプラッシュ発生も少なく、副ノズルの効果が現れている。

製造例６〜１０は、製造例３の条件において、主ノズルの傾斜角度または副ノズルの傾斜角度を変えた場合であるが、製造例３とほぼ同等の効果が確認できた。

製造例１０は、製造例３の条件において、上下部副ノズルのノズルギャップをせまくした場合であるが、付着量は製造例３と同等であったが、スプラッシュはより改善されていた。これは、合成噴流幅が製造例３より狭くなり、噴流の乱れが減少したためである。

製造例１１は、製造例３の条件において、先端位置Ｌｐを内側に変化させた場合であるが、製造例３と同等の効果であった。このことは、ノズル製作誤差により先端位置が許容範囲内で異なっても、性能に変化がないことを示す。

製造例１２は、製造例３の条件において、ノズル−鋼板距離を１５ｍｍに変更した場合である。このときに製造例１４と同等の付着量であり、ノズルの距離が離れたことによって、スプラッシュの発生を著しく減少することができた。

製造例１３は、製造例３の条件において、鋼帯の通板速度を２４０ｍ／ｍｉｎに増速した場合である。通板速度が増加すると、めっき槽を通過した鋼帯が持ち上げるめっき量そのものが増加するため、必然的に付着量が増加するにも係わらず、主ノズルのみを使用して２４０ｍ／ｍｉｎに増速して主ノズルのみを使用した製造例１５に比べて付着量が減少しており、製造例１４と同等の付着量が得られている。したがって、同等の付着量を得るのに、通板速度を約７０％増加できており、すなわち７０％の生産能力増強に等しい。

製造例１７、１９は、副ノズルを適切な状態で使用していない場合であり、付着量あるいはスプラッシュが悪化することを確認した。

副ノズルの傾斜角度、仕切り板の先端位置が本発明の好適範囲内にある製造例３、６、７、１１は副ノズルの傾斜角度、仕切り板の先端位置が本発明の好適範囲を外れる製造例１８、２０に比べて、付着量あるいはスプラッシュがより低減されている。

本発明では、いずれも主噴流と副噴流の合成による鋼板幅方向の付着量ムラは発生しなかった。

本発明は、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、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として利用することができる。

１ ガスワイピングノズル
２ 主ノズル圧力室（主ノズルヘッダ）
３ 上部副ノズル圧力室（上部副ノズルヘッダ）
４ 下部副ノズル圧力室（下部副ノズルヘッダ）
５ 整流板
６ 噴射ガス
７ 主ノズル
８ 上部副ノズル
９ 下部副ノズル
１０ 鋼帯（鋼板）
１１ 溶融金属
１２ ノズル本体上部部材
１３ ノズル本体下部部材
１４、１４−１、１４−２、１５ 仕切り板
２１ ロール
２２ ガスワイピングノズル
２３ 溶融金属（めっき浴）
θ 副ノズルから噴射されるガスの噴射方向の主ノズルから噴射されるガスに噴射方向に対する傾斜角度

Claims (7)

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、各ノズルのガス噴射口間がガス出口側端部の厚みが０．１〜２．０ｍｍの仕切り板で仕切られ、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以上設けて、溶融めっき金属浴から引き上げられた鋼帯の表面に、主ノズルから噴射したガスの噴流と副ノズルから噴射したガスの噴流の合成噴流を吹き付けることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
2. 主ノズルの上部及び下部に各々副ノズルを一つ以上設け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. 主ノズル上部の副ノズルから噴射するガスの噴流速度を主ノズル下部の副ノズルから噴射するガスの噴流速度より速くすることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
4. 鋼帯表面における鋼帯通板方向の合成噴流の静圧分布曲線の溶融金属めっき槽に近い側の圧力勾配の最大値を、溶融金属めっき槽から遠い側の圧力勾配の最大値よりも大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
5. 副ノズルからの噴流は、主ノズルからの噴流に対して１０〜７０°傾斜していることを特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかの項に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
6. 副ノズルのノズルギャップは０．１〜２．５ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかの項に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
7. ノズル本体先端を基準として、仕切り板先端の鋼帯側への突出量は−１０ｍｍ〜＋６ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１〜６のうちのいずれかの項に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
   ただし、「＋」は仕切り板先端がノズル本体先端より鋼帯側に突出し、「−」は、仕切り板先端がノズル本体内部に位置していることを意味する。

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