JP2014169494A

JP2014169494A - ガスワイピングノズル

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Publication number: JP2014169494A
Application number: JP2013070239A
Authority: JP
Inventors: Masao Hirai; 昌夫平井
Original assignee: HIRAI KOGYO KK
Current assignee: HIRAI KOGYO KK
Priority date: 2013-02-28
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-09-18
Anticipated expiration: 2033-02-28
Also published as: JP6052549B2

Abstract

【課題】鋼板等の金属帯への溶融メッキ方法において、吐出ガスによって飛散する溶融金属飛沫の付着性を抑え、付着した溶融金属飛沫をノズルを傷つけることなく簡単に清掃することができ、しかも何度も研削加工によって破膜することができるガスワイピングノズルを開発すること。
【解決手段】溶融金属飛沫８が付着するガスワイピングノズル本体１の先端部に、耐食性及び耐摩耗性が良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によって直接拡散接合されたＨＩＰ層６を形成し、かつ、ＨＩＰ層の表面が鏡面研削加工されてなることを特徴とするガスワイピングノズルであり、鏡面研削加工されたＨＩＰ層により、溶融金属飛沫に係る問題点であるノズルへの付着性、清掃効率、生産効率を確実に向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融メッキ金属帯の製造過程に用いられ、金属帯にワイピングガスを供給して金属帯に付着している過剰な溶融金属を払拭するガスワイピングノズルに関するものである。

鋼帯などの金属帯を連続してメッキする方法として、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メッキを施す溶融メッキ法が知られている。

溶融メッキ法を、図４を用いて説明すると、最初に、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鋼板等の金属帯１０１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、溶融金属液１０４の温度とほぼ同程度まで冷却し、その後、メッキ槽１０３内の亜鉛等の溶融金属液１０４中をロール１０５で反転させながら通板することで浸漬し、その表面に溶融金属液１０４を付着させる方法である。メッキ槽１０３から引き上げられた金属帯１０１は、金属帯の表裏両面側から挟むように対向配置されたガスワイピングノズル１０２，１０２から噴出するワイピングガスの吹付により、過剰の溶融金属液１０４を払拭して金属の付着量の調整が行なわれている。

しかし、この溶融メッキ法は、安価にメッキ金属帯を製造でき、容易に厚メッキの金属帯を製造できる等、多くのメリットを有しているのであるが、ガスワイピングにおいて、ノズルの先端を金属帯にかなり接近させた状態で吐出ガスにより過剰の溶融金属を払拭するので、ワイピングされた溶融金属飛沫１０６がノズル先端部に付着する。場合によっては、付着した溶融金属飛沫１０６が局部的にノズルスリットを塞いでしまい、ノズル詰まりが起こってしまう問題がある。ノズル詰まりが発生してしまうと、局部的に吐出ガスのワイピング力が弱まり、その結果、金属帯にはその部分のメッキ付着量が残ってしまい、不良品を製造してしまうこととなっていた。

しかも、溶融金属飛沫の付着は非常に強固であり、吐出ガスの力で容易に脱落するようなものでないため、ノズル詰まりが発生した場合には、専用の清掃治具をノズルスリットに挿入して掃除することが行われていた。ただ、このような方法では、ノズル清掃の間は、製品を生産することができず、歩留まりを悪化させていた。

そこで、溶融金属飛沫がノズル先端部に付着することを防止するために、ワイピングノズル形状を工夫したり、溶融金属飛沫がノズル先端部に付着した場合の対応として、ノズル表面に硬質クロムメッキなどの表面処理を施したりすることが行われている。

例えば、ワイピングノイズ形状を工夫したものとして、特開２００７−２７０１６１に記載されているガスワイピングノズルがある。このガスワイピングノズルでは、ノズル上面のノズル先端側で水平面となす角度αが１０〜２０度の範囲内にあり、その部分の長さが５〜４０ｍｍであり、かつ、ノズル後端側で４５〜５０度の範囲内にあり、ノズル下面の傾斜面の水平面となす角度βがノズル先端側で小さく、さらにノズル最先端部に、スリット面となす角度γが８０〜１１０度の範囲内にある平坦面を有し、ガスワイピングノズルのスリット先端のノズル上部部材の下部コーナ部の曲率半径Ｒおよびノズル下部部材の上部コーナ部の曲率半径Ｒはいずれも０．５ｍｍ以下である構成が記載されていて、そのような形状を採用することにより、ワイピングノズルからの吐出ガスの流れをコントールでき溶融金属飛沫の飛散を少なくすることができると記載されている。

また、ノズル本体の表面に硬質クロムメッキなどの表面処理を施した構成として、実開昭６３−３４１６１に記載されているガスワイピングノズルがある。このガスワイピングノズルでは、上型のスリットへの対向面、及び上型と下型の外面の少なくともガスワイピング時に飛散した溶融金属飛沫が付着する範囲に硬質クロムメッキを施した構成が記載されていて、溶融金属飛沫が付着しても、専用の清掃治具で掃除する際に容易に付着した溶融金属飛沫を取り除くことができると記載されている。

特開２００７−２７０１６１号公報実開昭６３−３４１６１号公報

しかしながら、特許文献１のように、ガスワイピングノズルの形状をいくら工夫しても、溶融金属飛沫の飛散は防止することが出来ず、特に最近では増産することを目的に鋼板等の金属帯の移動速度を上昇させることから、結果的にガスワイピングノズルのガス圧を高めに設定しているので、溶融金属飛沫が多くなることは避けられず、ワイピングノズルへの溶融金属飛沫の付着は防ぐことができない。また、吐出ガスのコントロールする方法として、別に副ノズルを設けてコントロールするような構成も考えられているが、結果的には飛沫をなくすことはできない。

また、特許文献２のように、溶融金属飛沫をなくすことができないことを前提に、ノズルの表面に硬質クロムメッキ層を設け、溶融金属飛沫がノズルに付着して専用の清掃治具による清掃の際に付着した溶融金属飛沫を容易に取り除くことができるようにしたとしても、頻繁に清掃する必要性があり、また、その清掃にしても硬質クロムメッキ層を傷つけてしまうことになる。また、表面処理として、ＷＣ溶射（タングステンカーバイト溶射）が採用されているものもあるが、硬質クロムメッキ層を設けることとそれほどの違いはない。

すなわち、一般的にガスワイピングノズルのノズル本体はＳＣＭ（クロームモリブデン鋼）が採用されていて、その表面に表面処理を施すことになるが、表面処理層の厚さは硬質クロムメッキ層で３０〜５０μｍ、ＷＣ溶射で５０〜１００μｍである。この結果、ワイピングガスの吐出によりノズルのスリット部分に傷がつきやすく、補修が必要となる場合が多くなる。また、頻繁に付着した溶融金属飛沫を取り除く清掃を実施することも必要になるが、清掃によっても傷がつきやすく補修が必要となる場合が多い。補修は、表面処理した部分をすべて剥がしてから再表面処理が実施することになるので、生産性が著しく悪くなり、しかも、頻繁に補修する必要があるのでランニング費用も馬鹿にならない。また、吐出ガスをコントロールするために、ノズル本体の先端部をエッジ処理する必要があるが、硬質クロムメッキやＷＣ溶射ではエッジを立てると刃こぼれが発生してしまうのでエッジを立てることが出来ず、吐出ガスが調整できる微妙な先端エッジ形状を作成しづらく丸めるしか方法がない状態である。

本発明のガスワイピングノズルはこのような従来から継続し、いまだに十分な解決に至っていない溶融金属飛沫の課題を一気に解決するために開発されたものである。

本発明のガスワイピングノズルは、溶融メッキ金属帯の製造工程に用いられるガスワイピングノズルであって、ワイピングされた溶融金属飛沫への対策としてガスワイピングノズル本体の先端部を表面処理しているガスワイピングノズルにおいて、溶融金属飛沫が付着するガスワイピングノズル本体の先端部に、耐食性及び耐摩耗性が良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によって直接拡散接合されたＨＩＰ層を形成し、かつ、該ＨＩＰ層の表面が鏡面研削加工されてなることを特徴とする。

また、本発明のガスワイピングノズルは、ガスワイピングノズル本体を構成する母材は、オーステナイト／フェライトの２相系ステンレスからなることを特徴とする。

なお、本発明のガスワイピングノズルは、ガスワイピングノズルを製造する方法において、少なくとも溶融金属飛沫が付着するガスワイピングノズル本体の先端部を、ＨＩＰ処理により耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末をガスワイピングノズル本体を構成する母材に直接接合させたＨＩＰ層によって形成するものである。

本発明のガスワイピングノズルは、溶融金属飛沫が付着するガスワイピングノズル本体の先端部に、耐食性及び耐摩耗性が良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によって直接拡散接合されたＨＩＰ層を形成し、かつ、ＨＩＰ層の表面が鏡面研削加工されているので、溶融金属飛沫が付着しにくくなり、吐出ガスによって飛散する溶融金属飛沫のノズル先端への付着を抑えることができる。

またＨＩＰ層の表面を鏡面研削加工しているので、付着してしまった溶融金属飛沫を専用の清掃具を使用してノズルを傷つけることなく簡単に取り除くことができる。

しかも、表面処理層として硬質クロムメッキやＷＣ溶射では十分な厚さを確保することが出来ず、頻繁に補修による再表面処理が必要になってくるが、ＨＩＰ層では５〜１０ｍｍの厚さがあるので、研修加工のみで破膜が数十回可能であり、増産している場合にその稼働率を向上させることができる。

さらに、表面処理がＨＩＰ層であるので、ノズル先端部のエッジ処理においても、エッジを立てることが可能であり、吐出ガスのコントロールをしやすくなる。

その結果、ランニング費用は硬質クロムメッキ層を設けたり、ＷＣ溶射層を設けたりしたガスワイピングノズルより半分以下になる。

本発明のＨＩＰ層を設けたガスワイピングノズルの図面本発明のガスワイピングノズルの先端部の加工を表した図面本発明のガスワイピングノズルを使用して溶融メッキ処理をしている図面溶融メッキ処理について説明した図面

以下に本発明の好適な一実施形態を図面にもとづいて説明する。図１に示すように、ガスワイピングノズル１は、上部部材２と下部部材３とからなるノズル本体４を有し、上部部材２、下部部材３の間にはワイピングガス流路６が設けられ、その先端部５はスリットとなっている。

このガスワイピングノズル１の特徴は、少なくとも溶融金属飛沫が付着するノズル本体４の先端部である上部部材２の傾斜面２ａ、スリット面２ｂ、下部部材３の傾斜面３ａ、スリット面３ｂに、耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末をＨＩＰ（熱間等方圧加圧）処理によってノズル本体４の母材に直接拡散接合したＨＩＰ層７により形成されている点であり、このＨＩＰ層７を各図面にはハッチング模様で示している。このＨＩＰ層は、厚さが５〜１０ｍｍであり、上部部材２の傾斜面２ａや下部部材３の傾斜面３ａの長さは少なくとも１００ｍｍであり、上部部材２のスリット面２ｂや下部部材３のスリット面３ｂの長さは少なくとも２０〜３０ｍｍである。

ノズル本体４の素材は、ＨＩＰ層との接合性を考慮するとガスワイピングノズルで一般的に採用されているＳＣ（クロム鋼）材、ＳＣＭ（クロムモリブデン鋼）材で構わない。また、ＨＩＰ層７の合金粉末に使用されるニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末と熱膨張率が近いＳＵＳ３２９Ｊ１〜４（オーステナイト／フェライトの２相系ステンレス）を採用することもできる。

ＨＩＰ層に使用される耐食性及び耐摩耗性の良好な合金粉末としては、ニッケル系合金粉末又はコバルト系合金粉末を使用する。ニッケル系合金粉末として好ましいものの構成元素比率は、ニッケル６９．７５重量％、クロム１６．５重量％、ホウ素３．３重量％、珪素４．０重量％、炭素０．６５重量％、鉄３．５重量％、モリブデン３．０重量％及び銅２．３重量％からなるものである。他の好ましいニッケル系合金粉末は、ニッケル５８．２重量％、クロム１８．０重量％、ホウ素３．３重量％、珪素３．７重量％、炭素０．８重量％、鉄１．５重量％、モリブデン２．５重量％及びタングステン１２．０重量％からなるものである。更に他の好ましいニッケル系合金粉末は、ニッケル５０．０５重量％、クロム１９．０重量％、ホウ素３．０重量％、珪素３．１重量％、炭素０．８５重量％、鉄１．５重量％、モリブデン２．５重量％及びタングステン２０．０重量％からなるものである。一方、コバルト系合金粉末として好ましいものは、その構成元素比率が、コバルト４５．７重量％、クロム１９．０重量％、タングステン１５．０重量％、銅１．３重量％、ニッケル１３．０重量％、ホウ素３．０重量％及び珪素３．０重量％からなるものである。

ノズル本体４にＨＩＰ層を形成する製造方法は、すでに周知の方法、たとえば特許４８８２０１７号公報に記載されているＨＩＰ層を設けたダイ本体からなる塗工ダイの製造方法と同様な製造方法で形成することができる。

ノズル本体４が作成されると、上部部材２及び下部部材３に設けられたＨＩＰ層の表面を鏡面研削加工によって鏡面加工する。ＨＩＰ層の先端エッジは１μｍで仕上がり、その表面粗度（表面粗さ）は、Ｒｙ（最大高さ）０．１μｍの精度に仕上げられる。そしてさらにラップを行えば、合わせ面の表面粗度は、Ｒｙ０．０アルファー単位まで仕上げることができる。

図２には、ＨＩＰ層を設けたノズル本体の先端部の加工について図示している。ＨＩＰ層は表面処理の厚さが十分であるので、吐出ガスの量や方向性、溶融金属飛沫の飛散状態を考慮して、図２の（ａ）のように先端に丸みを持たせたＲ面処理や、図２の（ｂ）のように先端をカットしたＣ面処理を含めて、自由に研削加工することができる。微妙な先端エッジ形状の作成も可能である。

図３には、溶融金属飛沫が付着するガスワイピングノズル本体の先端部に、耐食性及び耐摩耗性が良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によって直接拡散接合されたＨＩＰ層７を形成し、かつ、ＨＩＰ層７の表面が鏡面研削加工したガスワイピングノズル１を使用している状態を図示している。メッキ槽（図示していない）から引き上げられた鋼板等の金属帯８は、金属帯の表裏両面側から挟むように対向配置されたガスワイピングノズル１、１から噴出するワイピングガスの吹付により、過剰の溶融金属液を払拭して金属の付着量の調整が行なわれる。

その際に、溶融金属飛沫９が形成され、吐出ガスによる乱気流の影響で飛散している溶融金属飛沫９がノズルの先端部のＨＩＰ層７に付着する状態になる。しかし、ノズル本体４のＨＩＰ層は吐出ガスをこまかくコントロールできるように微妙な先端形状に加工され、溶融金属飛沫９の飛散が極力少なくなるように形成されている。また、ノズル本体４の先端部が鏡面研削加工されたＨＩＰ層７で形成されているので、付着してしまう可能性を極力少なくすることができる。したがって、ノズル本体４への溶融金属飛沫の付着を少なくできるとともに、付着した溶融金属飛沫はＨＩＰ層が鏡面研削加工されているので容易に取り除くことができる。しかも、補修する必要が生じても、ＨＩＰ層を研削加工することのみで数十回可能であるので、表面処理層を剥がして再表面処理層を形成する必要もなく、生産性を落とすことなくメンテナンス費用を抑えた形で溶融メッキされた金属帯の増産が可能となるのである。

１ガスワイピングノズル
２上部部材
２ａ上部部材の傾斜面
２ｂ上部部材のスリット側の面
３下部部材
３ａ下部部材の傾斜面
３ｂ下部部材のスリット側の面
４ノズル本体
５スリット
６ガス流路
７ＨＩＰ層
７ａＲ面
７ｂＣ面
８鋼板
９溶融金属飛沫
１０１鋼板等の金属帯
１０２ガスワイピングノズル
１０３メッキ槽
１０４溶融金属液
１０５ロール
１０６溶融金属飛沫

Claims

溶融メッキ金属帯の製造工程に用いられるガスワイピングノズルであって、ワイピングされた溶融金属飛沫への対策としてガスワイピングノズル本体の先端部を表面処理しているガスワイピングノズルにおいて、溶融金属飛沫が付着するガスワイピングノズル本体の先端部に、耐食性及び耐摩耗性が良好なニッケル系合金又はコバルト系合金からなる合金粉末をＨＩＰ処理によって直接拡散接合されたＨＩＰ層を形成し、かつ、該ＨＩＰ層の表面が鏡面研削加工されてなることを特徴とするガスワイピングノズル。
ガスワイピングノズル本体を構成する母材は、オーステナイト／フェライトの２相系ステンレスからなることを特徴とする請求項１に記載のガスワイピングノズル。