JP2014181361A - ガスワイピング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼帯が溶融めっき浴から引き上げられた後、余分な溶融めっき金属を一対の対向するガスワイピングで払拭する方式の連続溶融めっきプロセスにおいて、ガスワイピング時のスプラッシュ発生を安定的に軽減し得るガスワイピング装置を提供する。
【解決手段】本発明のガスワイピング装置は、鋼帯幅方向両端部近傍の鋼帯幅方向外側に延長した面上で、かつ、ガスワイピングノズルから噴出されたガスが鋼帯表面に衝突するガス衝突点を含む高さに配置された一対のバッフルプレートを有するガスワイピング装置において、前記ガスワイピングノズルから噴射されたガスがバッフルプレートに衝突する位置よりも上方で、前記ガスワイピングノズルと前記バッフルプレートとで挟まれた空間に、通気性を有する流体抵抗要素を配置することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、帯状材として鋼帯を、また液体浴として溶融亜鉛などのめっき浴を想定し、鋼帯に溶融めっきを行うに際し、鋼帯が溶融めっき浴から引き上げられた後、余分な溶融めっき金属をガスワイピングで払拭する方式の連続溶融めっきプロセスにおいて、ガスワイピング時のスプラッシュ発生を軽減し得るガスワイピング装置に関する。

通常、鋼帯の連続溶融めっきプロセスにおいては、めっき浴に浸漬して垂直に引き上げた鋼帯の両面に、引き上げ直後、一対のスリット状のワイピングノズルから気体（不活性ガス、空気等）を吹き付けて、鋼帯に付着した未凝固の溶融めっき金属を除去し、鋼帯面におけるめっき付着量を調節する。

このとき、鋼帯端部に付着している未凝固の溶融めっき金属が、鋼帯端部から飛沫（以後スプラッシュと呼ぶ）となって飛散し、ワイピングノズルや、鋼帯のめっき面に付着する。スプラッシュがワイピングノズルに付着すると、ノズルが閉塞するなどして、めっき金属の除去が充分に行われず、めっき面外観が著しく損なわれる。また、スプラッシュそのものが鋼帯のめっき面に付着し、そのまま凝固しても、めっき面の外観が損なわれる。

また、上記の連続溶融めっきプロセスにおいて、生産量を増加させるには、鋼帯通板速度を増加させればよいが、鋼帯通板速度の増加により、鋼帯による溶融めっき金属の持ちあげ量が増大し、めっき付着量を一定範囲内に制御するためにワイピングガス圧力をより高圧に設定せざるを得ない。それによって、ワイピングガス噴流の乱流成分が大きくなるため、スプラッシュが大幅に増加し、良好なめっき面外観を維持できなくなる。すなわち、スプラッシュの発生が、上記の溶融亜鉛めっきプロセスの生産性の上限制約となっている。

それ故、これまで、スプラッシュの飛散や付着を防止又は抑制するため、上記ワイピングノズルに加えて、鋼帯両端部近傍に追加の気体ノズルを設ける方法や、鋼帯両端部延長面上に位置するバッフルプレートを設けるといった、様々な方法が開示されており、特許文献１において、先行技術例としてその代表的なものが幾つか提示されている。

しかし、特許文献１にて指摘されたように、それら先行技術例は、ワイピングノズルから吹きつけられる気体の乱れが原因で発生すると考えられるスプラッシュを必ずしも安定的に抑制できない等、不十分な点が多々あった。

そこで、特許文献１では、より改良されたバッフルプレートによりガスの乱れを低減させることでスプラッシュの発生を抑制させる方法を開示している。すなわち、特許文献１には、図４に示すように、鋼帯Ｓの幅方向両側端部近傍の延長面上に、ガスワイピングノズル１から噴射されたガス同士の衝突を遮断するバッフルプレート３を設け、該バッフルプレート３の板厚は、めっき浴方向に向かって薄くなるようにするとともに、該バッフルプレート３のガスワイピングノズル１から噴射されたガス同士が衝突する位置よりも上方に、該バッフルプレート３の厚みよりも幅が広い邪魔板４を取り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が開示されている。

特許第４８１６１０５号

特許文献１に開示された方法に関し、そのスプラッシュ抑制効果を本願発明者らが実験により確認したところ、邪魔板４とガスワイピングノズル１との位置関係によっては、十分なスプラッシュ抑制効果が得られない場合があるという不都合があることが判明した。

ここで、本願発明者らは、このような不都合が生じる原因を解明すべく、図４に示した特許文献１に開示されたガスワイピング装置を溶融亜鉛めっきラインに設置し、邪魔板４とガスワイピングノズル１との位置関係を系統立てて変更し、スプラッシュ抑制効果を実験的に確認調査したところ、次に示す知見を得た。

最初に、本願発明者らが行った効果確認実験方法について、その概要を説明する。

実験にて変化させた邪魔板４とガスワイピングノズル１との位置関係について、図５を用いて示す。図５は、特許文献１に開示された方法のガスワイピングノズル１およびバッフルプレート３、邪魔板４を鋼帯Ｓの側方断面方向から見た図であり、ガスワイピングノズル１、バッフルプレート３、邪魔板４、鋼帯Ｓの配置を模式的に示す。本願発明者らが行った効果確認実験では、邪魔板４の幅Ｂ（ｍｍ）、邪魔板４の下面とガスワイピングノズル１のガス噴出口上端までの高さ方向距離Ｈ（ｍｍ）、ワイピングノズル１から鋼帯Ｓまでの距離Ｄ（ｍｍ）を種々変更した。

ここで注意すべきは、幅Ｂ、距離Ｄ、高さ方向距離Ｈを変化させることにより、邪魔板４の端部とガスワイピングノズル１の上面との隙間間隔Ｃ（ｍｍ）も変化するという点である。後述するように、本願発明者らが行った確認実験により、この隙間間隔Ｃが、スプラッシュ抑制効果に大きく影響を与えるということが明らかになり、そのメカニズムを鋭意解明した結果、本発明を成すに至ったのである。

実験では、上記のように、幅Ｂ、距離Ｄ、高さ方向距離Ｈを種々変化させて（すなわち隙間間隔Ｃも変化させて）、鋼帯Ｓの通板時に発生したスプラッシュ量を評価した。発生したスプラッシュ量の評価は、図には示していないが、鋼帯Ｓの幅方向端部近傍に設置したスプラッシュ採取装置にて、一定時間採取しその重量を計測することにより行った。なお、本スプラッシュ採取装置で採取したスプラッシュの単位時間当たりの重量とスプラッシュによる外観不良発生頻度とは、正の相関がみられることが事前の検討により分かっている。すなわち、スプラッシュ採取装置で採取した単位時間の重量が少ないほど、スプラッシュ発生量が少なくなり、スプラッシュ抑制効果、すなわち鋼帯の表面品質向上効果が大きいといえる。

以降、スプラッシュ採取装置で採取した単位時間当たりのスプラッシュ重量をスプラッシュ発生量と表記する。

邪魔板４とガスワイピングノズル１との位置関係以外の実験条件は、特許文献１において開示された、好適とされる実施例１１〜１４とほぼ同等としている。すなわち、ワイピングノズルスリットギャップ０．８ｍｍ、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４２０ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃とし、鋼帯Ｓのサイズは、１．０ｍｍ厚×１．８ｍ幅とした。バッフルプレート３の寸法は、縦５０ｍｍ、幅２００ｍｍで、その形状は、めっき浴側が、めっき浴に向かって厚さが薄くなり、かつ、鋼帯Ｓの端部側が、鋼帯Ｓの端部に向かって厚さが薄くなる形状である。ワイピングガスの衝突位置はバッフルプレート３の上部から２０ｍｍの位置とした。また、バッフルプレート３と鋼帯Ｓとの距離は１０ｍｍとした。邪魔板４の幅Ｂも、特許文献１と同じく、幅を１０ｍｍ、２０ｍｍと変え、厚さも５ｍｍとした。

また、実験条件について留意すべき点として、特許文献１では、幅Ｂ（ｍｍ）と距離Ｄ（ｍｍ）の記載はあるものの、高さ方向距離Ｈ（ｍｍ）とワイピングノズル１の先端角度θ（°）の記載がないため、これら幅Ｂ、距離Ｄ、高さ方向距離Ｈ、先端角度θからほぼ幾何学的に定まる、隙間間隔Ｃ（ｍｍ）が不明な点がある。定性的には、特許文献１においても、実施例１２と実施例１３とで比較しているように、ガスワイピング装置の上から見た場合に邪魔板４の端部がワイピングノズル１噴射口に達するように設けることが好ましいことが提示されているが、具体的に隙間間隔Ｃの値にまでは言及していない。例えば、幅Ｂ、先端角度θが一定であっても、距離Ｄや高さ方向距離Ｈが大きくなれば、隙間間隔Ｃも大きくなる。後述するように、特許文献１にて開示された技術は、この隙間間隔Ｃを一定に保つことがなければ、安定したスプラッシュ防止効果が得られないということが、本願発明者らが発見した実験事実である。

上記のような実験によって得られたスプラッシュ発生量の測定結果を、実験条件と供に、図８に示す。図８に示されるように、本検証実験では、距離Ｄを８ｍｍ、６ｍｍ、４ｍｍと変え（特許文献１では、距離Ｄは８ｍｍのみの場合を開示）、また、幅Ｂを２０ｍｍ、１０ｍｍと変え、さらに、高さ方向距離Ｈを１〜１０ｍｍの間で幾つか変えることで、隙間間隔Ｃを０ｍｍ〜約６ｍｍの間で変化させている。

図６は、特許文献１に開示されたガスワイピング装置を用いて、本願発明者らが行ったスプラッシュ抑制効果確認実験の結果を示すグラフであり、図８に示した、スプラッシュ発生量を幅Ｂについてプロットしたものである。図６では、横軸を幅Ｂ（ｍｍ）で整理して示している。図６より、特許文献１にて開示されているように、ガスワイピング装置の上から見た場合に邪魔板４の端部がワイピングノズル１噴射口に達するように設けられた幅Ｂ＝２０ｍｍの方が、そうでない幅Ｂ＝１０ｍｍよりもスプラッシュ発生量は、少ないように見える。しかしながら、そのばらつきは大きく、安定的にスプラッシュ発生量を抑制しているとは言い難いことが分かる。

一方、図７は、特許文献１に開示されたガスワイピング装置を用いて、本願発明者らが行ったスプラッシュ抑制効果確認実験の結果について、スプラッシュ発生量を隙間間隔Ｃで整理したもので、図６とは異なり、おおよそ一本の曲線に整理されていることが分かる。すなわち、幅Ｂ、距離Ｄ、高さ方向距離Ｈを様々に変化させて実験を行ったが、結局は、スプラッシュ発生量は、主に隙間間隔Ｃの値により支配されているということが分かる。しかも、図７から分かるように、隙間間隔Ｃが２ｍｍ前後、より詳しく言えば、隙間間隔Ｃ＝１．５ｍｍ〜２．５ｍｍといった極めて狭い範囲で、最もスプラッシュ抑制効果が大きくなることがわかった。

以上述べたように、本願発明者らが行った確認実験により、特許文献１にて開示されるバッフルプレート３では、隙間間隔Ｃが、スプラッシュ抑制効果に大きく影響を与えるということが明らかになり、この隙間間隔Ｃの値を適切に制御せねば、十分なスプラッシュ抑制効果を安定的に発揮できないという不都合があることが分かった。さらには、最も効果的な隙間間隔Ｃの値は、その範囲が約１．５ｍｍ〜２．５ｍｍと狭く、極めて注意深くバッフルプレート３の設置をしなければならないという不都合があることも分かった。

一方、バッフルプレートは、一般的には、ワイピングノズルの両端上部に設けたサーボモーターによる幅方向位置制御装置からフレームを伸ばした先に取り付けられ、通板される鋼帯の幅に応じて鋼帯との接触を避けるように幅方向に移動するようになっており、特許文献１にて開示されるバッフルプレート３も同様である。この時、フレームに取り付けられたバッフルプレート３には、ワイピングノズル１のからのガス噴流による強い圧力を受けるためこのフレームにも強い曲げ力が働き、さらに、フレームやバッフルプレート３自身には高温のめっき浴や鋼帯Ｓからの輻射熱を受けるため熱ひずみを生じ、バッフルプレート３の正確な位置決めを困難なものとしている。すなわち正確な位置決めを行うには、ガス噴流による強い圧力を受けても曲がらない太いフレームや、熱ひずみを緩和するための冷却機構や、また、隙間間隔Ｃを正確に計測し、その大きさを精度よく一定に保つ制御装置が必要になり、設備コストが高くなる。そもそも、一般的にワイピングノズル１まわりは極めて狭く、大きなフレームや、冷却機構、隙間間隔Ｃの計測装置などを設置する余分な空間はほとんどなく、仮にそれらを設置したとすると、メンテナンス等の作業性が著しく悪くなる。すなわち、適正な隙間間隔Ｃを精度よく維持するには、コストがかかり、作業性も悪くなるという不都合があるのである。

本発明は、係る知見に基づきなされたものであり、装置設置による設備コストが高くなること及び作業性が悪くなることを解消し、スプラッシュを安定的に抑制するガスワイピング装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、液体浴中から連続的に引き上げられて進行する帯状材を挟み、液体浴面と同一高さで、かつ帯状材の幅方向に沿って配置され、帯状材の表面に向けてガスを噴出することにより、帯状材の表面に付着した液体の付着量を調節する、少なくとも一対の対向するガスワイピングノズルと、帯状材の幅方向の延長面上の帯状材の両側近傍に設けられ、かつ、ワイピングノズルから噴出されたガスが帯状材表面に衝突するガス衝突点を含む高さに配置された一対のバッフルプレートと、ガスワイピングノズルから噴射されたガスがバッフルプレートに衝突する位置よりも上方で、かつ、ガスワイピングノズルとバッフルプレートとの間に、通気性を有する流体抵抗要素と、を備えることを特徴とする、ガスワイピング装置が提供される。

バッフルプレートは、対向するガスワイピングノズルから噴射されたガス噴流同士が、帯状材から外れた位置で衝突するのを防ぐよう配置される。また、流体抵抗要素は、強い渦を伴ってガス噴流がバッフルプレートに衝突することで生じる乱れをダンピング効果により減衰させるために設けられ、これによりガスワイピングノズルとバッフルプレートの隙間間隔に影響されず安定してスプラッシュの発生を抑制することが可能となる。

流体抵抗要素は、通気性を有する多孔体であってもよい。流体抵抗要素として多孔体を用いることで、隙間間隔に影響されずにダンピング効果によるスプラッシュ抑制効果が得られ、特に平均孔径が０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲であれば、さらに良好なスプラッシュ抑制効果を得ることができる。

流体抵抗要素は、通気性を有する繊維質状体であってもよい。流体抵抗要素は、多数の流路と様々な大きさの流路径からなる。したがって、流行抵抗要素は、上記多孔体に限らず、例えば繊維質状体でも同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、ガスワイピングノズルとバッフルプレートとで挟まれた空間に配置された流体抵抗要素によるダンピング効果により、強い渦を伴ったガス噴流がバッフルプレートに衝突する際に生じるガス流の乱れを減衰することで、安定的にスプラッシュ発生を抑制できる。

また、本発明によれば、ガスワイピングノズルとバッフルプレートとで挟まれた空間に流体抵抗要素を配置するだけで安定的にスプラッシュ発生を抑制できるため、従来技術に比べて、スプラッシュ抑制にかかる設備コストを低減し、装置周辺での作業性を確保することができる。

本発明の第１実施形態に係るガスワイピング装置を鋼帯の側方断面方向から見た説明図である。 本発明の第２実施形態に係るガスワイピング装置を鋼帯の側方断面方向から見た説明図である。 本発明の第２実施形態と従来とについて邪魔板の端部とガスワイピングノズルの上面との隙間間隔とスプラッシュ発生量との関係を示すグラフである。 特許文献１に開示されたガスワイピング装置の鋼帯端部近傍部分を示す概略斜視図である。 特許文献１に開示されたガスワイピング装置を側方断面方向から見た図である。 特許文献１に開示されたガスワイピング装置を用いて、本願発明者らが行ったスプラッシュ抑制効果確認実験の結果を示すグラフである。 特許文献１に開示されたガスワイピング装置を用いて、本願発明者らが行ったスプラッシュ抑制効果確認実験の結果を示すグラフである。 引用文献１の効果確認試験の実験結果を示す表である 第２実施形態のスプラッシュ抑制効果試験の実験結果を示す表である。 本願実施例に対する引用文献１の効果確認試験結果の比較例を示す表である。 第１実施形態のスプラッシュ抑制効果試験の実験結果を示す表である。

上記のように、特許文献１に記載の従来の技術では、スプラッシュ発生量は邪魔板４からガスワイピングノズル１の上面までの隙間間隔Ｃに影響を受けており、安定的にスプラッシュを抑制しようとするには、隙間間隔Ｃを狭い範囲で精度良く制御する必要があった。そこで、本願発明者らは上記知見に基づき、さらに鋭意研究を行ったところ、スプラッシュ発生量は、隙間間隔Ｃに本質的に影響を受けているわけでなく、バッフルプレート３や邪魔板４とガスワイピングノズル１とで挟まれた空間の、流体抵抗の大小に本質的に影響を受けていることを見出した。すなわち、ワイピングノズル１から噴出されたガスがバッファープレートに衝突した後、その一部は、邪魔板４とガスワイピングノズル１とで挟まれた空間を通って流れて行くが、この流れに作用する流体抵抗の大小がスプラッシュ発生量に影響することを見出したのである。このことは、例えば、邪魔板４の表面やガスワイピングノズル１の上面の粗度を変えたり、図２に示すがごとく、邪魔板４とガスワイピングノズル１とで挟まれた空間に通気性を有する多孔体やあるいは繊維質体といった通気抵抗を変化させる部材を配置したりすることなどにより、スプラッシュ発生量が変化することを示す。ここで翻ってみるに、そもそも、隙間間隔Ｃを増減させることは、まさに、邪魔板４とガスワイピングノズル１とで挟まれた空間の流路断面積を変化させることにより流体抵抗の大きさを変化させるための一つの手段であることに相当する。つまり、スプラッシュ抑制のためには、隙間間隔Ｃを増減させることが本質的ではなく、邪魔板４とガスワイピングノズル１とで挟まれた空間に流体抵抗を付与するということが本質であることが分かったのである。

さらに本願発明者らは、図２のように、ガスワイピングノズル１と邪魔板４とで挟まれた空間に、通気性を有する多孔体や繊維質体といった流体抵抗要素を配置することで、隙間間隔Ｃが、多少変化してもそのスプラッシュ抑制効果にあまり影響を与えず、安定的な操業を可能とすることを発見した。

上記知見に関し、本願発明者らはそのメカニズムを次のように考えた。
一般的に、鋼帯Ｓの端部にてスプラッシュが発生しやすいのは、鋼帯Ｓが無い部分では、ガスワイピングノズル１から噴射されたガス噴流同士が衝突し、ガス流れに大きな乱れが生じるためと考えられている。特許文献１に開示されたようなバッフルプレート３を用いるスプラッシュ防止技術は、このガス噴流同士の衝突をバッフルプレート３により遮断することによりガス流れに大きな乱れを生じにくくしてスプラッシュを抑制しようとするものである。

確かに、バッフルプレート３によりガス噴流同士の衝突による乱れは軽減され、スプラッシュ抑制効果を発揮するものと考えられる。しかしながら、そもそも、ガスワイピングノズル１から噴出されるガス流れは、非常に高速であるため、ガスワイピングノズル１から噴出された直後から周囲のガスを巻きこんで、そのガス噴流外縁部に強い渦を伴っている。この強い渦は、ガス噴流とともにバッフルプレート３に衝突し、周囲に強い乱れを生じ、これもスプラッシュを発生する大きな原因となっていると考えられる。

すなわち、スプラッシュ発生を抑制するためには、バッフルプレート３によるガス噴流同士の衝突による乱れを軽減させるだけでなく、強い渦を伴ってバッフルプレート３に衝突したガス噴流から生じる乱れも軽減させる必要があると考える。

本願発明者らは、図２のように、ガスワイピングノズル１と邪魔板４とで挟まれた空間に、通気性を有する多孔体や繊維質体等の流体抵抗要素を配置することで、上記の強い渦を伴ってバッフルプレート３’に衝突したガス噴流から生じる乱れを軽減し得るものと考えた。すなわち、強い渦を伴ったガス噴流がバッフルプレート３’に衝突することによって生じたガス噴流の乱れに対し、流体抵抗要素がダンパーとして働き、ガス噴流の乱れの運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、結果的に乱れを減衰させると推測した。

特許文献１に開示されたように、バッフルプレート３の上部に邪魔板４を取り付けることは、結果として隙間間隔Ｃを減少させることで流体抵抗を大きくして、上記のダンピング効果を生じさせたものと考えられるが、本願発明者らの行った実験に示されるように、隙間間隔Ｃで流体抵抗をコントロールするのは、僅かな隙間間隔Ｃの違いにより、その流体抵抗が大きく変化すると考えられる。すなわち、先に図７を用いて説明した、特許文献１に開示されたガスワイピング装置を用いて本願発明者らが行ったスプラッシュ抑制効果確認実験の結果にて見られたように、隙間間隔Ｃが２ｍｍ前後で、最もスプラッシュ抑制効果が大きくなり、隙間間隔Ｃが、それより広くても、狭くてもスプラッシュ抑制効果が小さくなっていく。

隙間間隔Ｃが、２ｍｍより広くなるにつれ、スプラッシュ抑制効果が小さくなっていく理由は、隙間間隔Ｃが広がるにつれ、流体抵抗が小さくなるからにほかならない。一方、隙間間隔Ｃが、２ｍｍより狭くなるにつれ、スプラッシュ抑制効果が小さくなっていく理由は、流体抵抗が大きくなり過ぎ、邪魔板４の端部とガスワイピングノズル１の上面との隙間を流れる流体の流量が少なくなりすぎてしまい、ガス噴流の乱れの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する割合が減少してしまったためと考える。すなわち、ガス噴流の乱れの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する割合は、流体抵抗の大きさと、邪魔板４の端部とガスワイピングノズル１の上面との隙間を流れる流体の流量の両方に影響されるのである。そのため、結果として、隙間間隔Ｃが、２ｍｍ前後にてスプラッシュ抑制効果が極大となり、それより広くても、狭くてもスプラッシュ抑制効果が小さくなり、安定的にスプラッシュを抑制する事が出来なかったものと考えられる。

一方、ガスワイピングノズル１と邪魔板４とで挟まれた空間に、通気性を有する多孔体や繊維質体といった流体抵抗要素を配置した場合は、その流体抵抗要素の隙間に多数の細かい流路が形成されており、単に邪魔板４を置いただけよりも大きなダンピング効果を発揮すると考えられる。

さらに多孔体や繊維質体といったものの隙間に出来た多数の流路の流路径は一般的には分布を有し様々な大きさからなる。従って、ガスワイピングノズル１と邪魔板４とで挟まれた空間の流体抵抗も各々の流路経に応じた流体抵抗の合計となり、例え、流体抵抗要素の配置や形状等が少々変化しても、その合計された流体抵抗自体には大きな変化はなく、安定的なスプラッシュ抑制効果を発揮するものと考えられる。

つまり、バッフルプレート３の上部に邪魔板４を取り付けただけで、流体抵抗要素を配置しなかった場合には、隙間間隔Ｃという、単一の流体抵抗制御因子しか存在せず、隙間間隔Ｃの僅かな違いがスプラッシュ抑制効果の大きな変動につながったと考えられる。

一方、ガスワイピングノズル１と邪魔板４とで挟まれた空間に、通気性を有する多孔体や繊維質体といった流体抵抗要素を配置した場合は、そもそも、流体抵抗要素の隙間に存在する多数の細かい流路の流路径は、隙間間隔Ｃよりもかなり小さく、単に邪魔板４を置いただけよりも大きなダンピング効果を発揮すると考えられる。さらに、その流路径は分布を有するために、隙間間隔Ｃの違いによる流体抵抗要素全体の流体抵抗値の変動が緩和され、結果として安定的なスプラッシュ防止効果が得られたものと考える。

さらに、本願発明者らは、上記の流体抵抗要素によるスプラッシュ防止効果のメカニズムに鑑みて鋭意検討を加えた結果、そもそも邪魔板４は不要であることを見出した。すなわち、図１に示すがごとく、ガスワイピングノズル１とバッフルプレート３とで挟まれた空間に、通気性を有する多孔体や繊維質体といった流体抵抗要素を配置するだけで、同等のスプラッシュ抑制効果を発揮できることを見出したのである。これは、ガス噴流の乱れに対するダンピング効果が、主として流体抵抗要素によるものであるからと考えられる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガスワイピング装置を鋼帯Ｓの側方断面方向から見た図である。図１は、特に鋼帯の溶融めっきプロセスにおけるガスワイピング装置を示しており、図１において、１はガスワイピングノズル、３’はバッフルプレート、２はガスワイピングノズル１とバッフルプレート３’とで挟まれた空間に配置された流体抵抗要素、Ｓは鋼帯である。また、図１中の二股に分かれた矢印付き曲線５は、ガスワイピングノズル１から噴射されたガスの平均的な流れを模式的にあらわしたものであり、矢印の向きが流れの方向を示しており、曲線はガスが流れる軌跡を表す。また曲線が二股に分かれているのは、その近傍でガス流れが、バッフルプレート３’に衝突し、流れが上下に分かれることを示している。

ガスワイピングノズル１は、溶融めっき浴中から連続的に引き上げられて進行する鋼帯Ｓを挟むように対向して、めっき浴面から同じ高さで、かつ鋼帯Ｓの幅方向に沿って配置され、鋼帯Ｓの表面に向けてガスを噴出することにより、鋼帯Ｓの表面に付着した溶融めっき金属の付着量を調節する。

また、バッフルプレート３’は、鋼帯Ｓの幅方向の両側近傍の延長面上で、かつ、ワイピングノズル１から噴出されたガスが鋼帯Ｓの表面に衝突するガス衝突点を含む高さに配置されている。バッフルプレート３’の材質や厚みは、溶融めっき金属のめっき浴温度（溶融亜鉛では、４２０℃〜４８０℃程度）に耐えることが出来る材質で、ワイピングノズル１からのガス衝突圧（０．１×１０^５Ｐａ〜０．９×１０^５Ｐａ程度）に耐えられる強度を有する厚みであれば何でもよい。例えば、バッフルプレート３’の材質はステンレスで、その厚みは４〜１０ｍｍ程度でよい。

本発明を最も特徴付ける流体抵抗要素２は、ガスワイピングノズル１から噴射されたガスがバッフルプレート３’に衝突する位置よりも上方で、かつ、バッフルプレート３’の幅方向（図１においては紙面垂直方向）の全幅に、適切な方法でバッフルプレート３’に密着するように設置されている。ここで、図１では、流体抵抗要素２は、ガスワイピングノズル１の上面に対して密着している場合を示しているが、必ずしもガスワイピングノズル１の上面に対して密着している必要はない。また、流体抵抗要素２は、ガスワイピングノズル１から噴射されたガスがバッフルプレート３’に衝突する位置よりも上方に配置しているが、下方、又は上方と下方の両方に配置しても、スプラッシュ防止効果は得られるが、下方に配置した場合は、僅かに発生するスプラッシュが流体抵抗要素２に付着し堆積する可能性があり、長期運転時には、付着量が増え、堆積物の先端が通板される鋼帯Ｓに接触する可能性があるので望ましくない。

流体抵抗要素２の材質は、溶融めっき金属のめっき浴温度（溶融亜鉛では、４２０℃〜４８０℃程度）に耐えることが出来、ワイピングノズル１からのガス噴流に吹き飛ばされない程度の強度を有しており、適度な通気性を有しておればよい。例えば、流体抵抗要素２は、金属多孔体やセラミックスの焼結体といった多孔体や、繊維状の金属やガラス繊維など高温に耐えられる材質で、通気性を有するものであればよい。本発明では、もっぱら金属多孔体（例えば、セルメット（登録商標））を用いた。この金属多孔体の流路径（この場合は孔径とみなす）は、様々な大きさのものが市販されているが、最もスプラッシュ抑制に効果的であったものは、平均の孔径が０．２ｍｍ〜１．３ｍｍのものであった。

＜第２の実施形態＞
図２は、本発明の第２の実施形態に係るガスワイピング装置を鋼帯Ｓの側方断面方向から見た図である。図２において、１はガスワイピングノズル、３’はバッフルプレート、４は邪魔板、２は流体抵抗要素、Ｓは鋼帯である。本実施形態に係るガスワイピング装置は、第１の実施形態と比較してバッフルプレート３’に邪魔板４も設けた点が異なる。また、図１と同様にガスワイピングノズル１から噴射されたガスの平均的な流れを示す。本実施形態に係るバッフルプレート３’は、図２に示すようにその厚みは均一のものでよい。特許文献１では、バッフルプレート３の板厚は、図４、図５に示したように、その板厚は、めっき浴方向に向かって薄くすることで、ガスの乱れを抑えることが可能であるとして推奨されているが、本発明においては、本発明を最も特徴付ける流体抵抗要素２によるガス乱れ抑制効果により、必ずしもそのようにする必要はない。

上記、二つの実施形態を示したが、先に述べたように、図２の第２実施形態で示されるような邪魔板４は、本質的には不要で、本発明の本質的な特徴は、図１に示すように、ガスワイピングノズル１とバッフルプレート３’とで挟まれた空間に配置された流体抵抗要素２にある。以下に、スプラッシュ防止に対しては邪魔板４が本質的な要素ではなく、流体抵抗要素２が本質的であることを明確にするために、本発明に係る実施形態に関するスプラッシュの抑制効果検証結果について、図２、図１の実施形態の順番で述べる。

第１、２実施形態に係るガスワイピング装置をそれぞれ溶融亜鉛めっきラインに設置し、本願発明者らが先に行った特許文献１のガスワイピングノズルの効果確認実験と同様に、スプラッシュ抑制効果を実験的に調査した。

下記第１実施例では、特許文献１に対して、本発明の流体抵抗要素２の効果が明確になるように、図２に示すように、特許文献１の構成要素でもある邪魔板４を有したガスワイピング装置に流体抵抗要素２を配置し、先に行った実験のように、隙間間隔Ｃを変化させスプラッシュ発生量への影響を調査し、その結果を流体抵抗要素２が無い場合と比較し、流体抵抗要素２の有無によるスプラッシュ抑制効果の差異を確認した。

下記第２実施例では、図１に示されるところの本発明に係るガスワイピング装置を溶融亜鉛めっきラインに設置し、本願発明者らが先に行った特許文献１のガスワイピングノズルの効果確認実験と同様に、スプラッシュ抑制効果を実験的に調査した。すなわち、ガスワイピングノズル１とバッフルプレート３’とで挟まれた空間に、金属多孔体からなる流体抵抗要素２を配置し、スプラッシュ発生量を調査確認した。

実験条件としては、第１、２実施例共に、ワイピングノズルスリットギャップ０．８ｍｍ、溶融亜鉛浴からのノズル高さ４２０ｍｍ、溶融亜鉛浴温度４６０℃とし、鋼帯Ｓのサイズは、１．０ｍｍ厚×１．８ｍ幅とした。バッフルプレート３’の寸法は、縦５０ｍｍ、幅２００ｍｍで、その形状は、厚み５ｍｍの均一厚みの平板である。また、バッフルプレート３’と鋼帯Ｓとの距離は１０ｍｍとした。金属多孔体からなる流体抵抗要素２の平均孔径αは、０．１ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲で幾つか変化させた。また第１実施例では、邪魔板４の幅Ｂを、幅を１０ｍｍ、２０ｍｍと変え、厚さは５ｍｍとした。

上記の実施形態の実験によって得られたスプラッシュ発生量の測定結果を、実験条件と共に、図９、図１１に示す。図９は、邪魔板４と流体抵抗要素２とを有する第２の実施形態に係るガスワイピング装置に対する第１実施例の実験結果であり、図１１は、邪魔板４なしの流体抵抗要素２のみの第１の実施形態に係るガスワイピング装置に対する第２実施例の実験結果である。また、図１０は、本発明の実施例に対する比較例として、邪魔板４のみで流体抵抗要素２が無いガスワイピング装置に対するスプラッシュ発生量の測定した、引用文献１の効果確認試験の結果である。

［第１実施例］
まず、図９に基づいて、邪魔板４と流体抵抗要素２とを有する上記第２の実施形態に係るガスワイピング装置に対する実験結果を説明する。図９において、実施例１〜６は、金属多孔体からなる流体抵抗要素２の平均の孔径α＝０．１ｍｍの場合、実施例７〜１２は、孔径α＝０．２ｍｍの場合、実施例１３〜１８は、孔径α＝０．５ｍｍの場合、実施例１９〜２２は、孔径α＝１．０ｍｍの場合、実施例２３〜２６は、孔径α＝１．３ｍｍの場合、実施例２７〜３０は、孔径α＝１．９ｍｍの場合、実施例３１〜３３は、孔径α＝３．２ｍｍの場合を示している。そして、孔径αの各条件に対して、隙間間隔Ｃも変化させている。

また、図３は、図９に示した実施例と、図１０に示した比較例におけるスプラッシュ発生量を、隙間間隔Ｃについて整理比較したものである。図３に示されるように、流体抵抗要素２を設置した場合（実施例の結果を示す図９のデータで、図３中では、＊、□、◇、○、△、×、＋でプロット）は、孔径α＝０．１ｍｍ〜３．２ｍｍの範囲では、その大小にかかわらず、何れも隙間間隔Ｃが変化しても、各々の孔径αの値に対応して概ね一定のスプラッシュ発生量に抑えられている。一方、流体抵抗要素２が無い場合（比較例の結果を示す図１０のデータで、図３中●でプロット）は、先述したように、隙間間隔Ｃの値によってスプラッシュ発生量が大きく変動してしまう。すなわち、流体抵抗要素２を設置することにより、隙間間隔Ｃの値が少々異なっていても、安定的にスプラッシュを抑制し得ることが分かる。

さらに、図３から分かるように、流体抵抗要素２を設置した場合は、特に孔径α＝０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲（図３中□、◇、○、△でプロット）で、スプラッシュ抑制効果が大きく、流体抵抗要素２が無い場合（図３中●でプロット）の最もスプラッシュ発生量が少ないレベルであることが分かる。しかし、孔径α＝０．２ｍｍより小さい場合（孔径α＝０．１ｍｍの場合で図３中＊でプロット）のように、あまりに孔径αが小さいと、通気抵抗が大きくなりすぎて、結局、スプラッシュ発生量は、邪魔板４のみの隙間間隔Ｃ＝０ｍｍの場合と同じ程度になってしまい、十分なダンピング効果が得られなくなってしまうのである。すなわち、通気抵抗が大きくなりすぎたことで、流体抵抗要素２を流れる流体量が少なくなりすぎてしまい、ガス噴流の乱れの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する割合が減少してしまったためと考える。但し、孔径α＝０．１ｍｍの場合であっても、流体抵抗要素２が無い場合の隙間間隔Ｃが約５ｍｍ以上でのスプラッシュ発生量（約１２０ｇ／ｍｉｎ）よりも発生量は少なく抑えられている。

一方、逆に孔径α＝１．３ｍｍより大きい場合（孔径α＝１．９ｍｍ、３．２ｍｍの場合で、各々図３中×、＋でプロット）のようにあまりにαが大きいと、流体抵抗要素２を流れる流体量は十分にあるにもかかわらず、通気抵抗の方が小さくなりすぎるため、ガス噴流の乱れの運動エネルギーを熱エネルギーに変換する割合が減少してしまい、これも十分なダンピング効果が得られなくなったものと考える。但し、孔径α＝１．９ｍｍ、３．２ｍｍの場合であっても、やはり隙間間隔Ｃが約５ｍｍ以上でのスプラッシュ発生量（約１２０ｇ／ｍｉｎ）以下に抑えられている。

なお、鋼帯のめっき面外観について、一般的には約１２０ｇ／ｍｉｎ程度以下のスプラッシュ発生量であれば十分な品質レベルを確保でき、孔径α＝０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲でのスプラッシュ発生量（約５０ｇ／ｍｉｎ以下）であれば、高い外観品質要求にも十分応え得る品質レベルといえる。

［第２実施例］
次に、図１１に基づいて、邪魔板４なしで流体抵抗要素２のみの上記第１実施形態に係るガスワイピング装置に対する実験結果を説明する。図１１において、実施例３４〜４０にて、金属多孔体からなる流体抵抗要素２の平均の孔径αを０．１ｍｍ、０．２ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．３ｍｍ、１．９ｍｍ、３．２ｍｍと変化させた場合を示している。なお、本実施例は、図１に示す第１実施形態に係るガスワイピング装置に対するものであり、邪魔板４がないため隙間間隔Ｃは定義できない。このため、図１１中のバッフルプレート条件の項目には隙間間隔Ｃのデータは無い。

図１１からもわかるように、邪魔板４なしの流体抵抗要素２のみのガスワイピング装置においても、概ねスプラッシュ抑制効果は良好で、孔径αが、特に０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲で、スプラッシュ抑制効果が大きいことが分かる。つまり、邪魔板４なしの流体抵抗要素２のみのガスワイピング装置においても、先述したように、通気抵抗は、大きすぎても、小さすぎても、十分なダンピング効果が得られない。

先に述べたダンピング効果は、引用文献１の効果確認試験の結果についても同様のことがいえ、図７に示したように隙間間隔Ｃに対してスプラッシュ発生量が隙間間隔Ｃ＝１．５〜２．５ｍｍの狭い範囲で少なくなるのは、この範囲でダンピング効果が効果的に得られていることを示している。つまり、スプラッシュ防止のためには、そもそも特許文献１に開示されたような邪魔板４が本質的に必要なわけではなく、ガスワイピングノズル１とバッフルプレート３とで挟まれた空間に、流体抵抗要素２を配置することが本質的に必要となる。さらに、通気性を有する多孔体や繊維質体といった流体抵抗要素２を用いることで、隙間間隔Ｃの変動を緩和し、安定的にスプラッシュ抑制効果を発揮できることが示されたのである。

以上、本発明に係るガスワイピング装置の実施例を示した。但し、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

本発明は、例えば、帯状材として鋼帯を、また液体浴として溶融亜鉛などのめっき浴を想定し、鋼帯に溶融めっきを行うに際し、鋼帯が溶融めっき浴から引き上げられた後、余分な溶融めっき金属をガスワイピングで払拭する方式の連続溶融めっきプロセスにおいて、ガスワイピング時のスプラッシュ発生を安定的に軽減し得るガスワイピング装置として利用できる。

１ ガスワイピングノズル
２ 流体抵抗要素
３ 特許文献１にて開示されたバッフルプレート
３’ バッフルプレート
４ 邪魔板
５ ガスワイピングノズル１から噴出されたガス流れ
Ｓ 鋼帯
Ｂ 邪魔板４の幅
Ｃ 邪魔板４の端部とガスワイピングノズル１の上面との隙間間隔
Ｄ ワイピングノズル１と鋼帯Ｓとの面直方向距離
Ｈ 邪魔板４とガスワイピングノズル１との高さ方向距離
θ ワイピングノズル１の先端部分の上面が水平方向となす角度
α 多孔体からなる流体抵抗要素２の平均孔径

Claims (4)

1. 液体浴の中から連続的に引き上げられて進行する帯状材を挟み、該液体浴の浴面から同一高さで、かつ該帯状材の幅方向に沿って配置され、該帯状材の表面に向けてガスを噴出することにより、該帯状材の表面に付着した液体の付着量を調節する、少なくとも一対の対向するガスワイピングノズルと、
   前記帯状材の幅方向の延長面上の該帯状材の両側近傍に設けられ、かつ、前記ガスワイピングノズルから噴出されたガスが前記帯状材の表面に衝突するガス衝突点を含む高さに配置された一対のバッフルプレートと、
   前記ガスワイピングノズルから噴射されたガスがバッフルプレートに衝突する位置よりも上方で、かつ、前記ガスワイピングノズルと前記バッフルプレートとの間に設けられた、通気性を有する流体抵抗要素と、
   を備えることを特徴とする、ガスワイピング装置。
2. 前記流体抵抗要素は、通気性を有する多孔体であることを特徴とする、請求項１に記載のガスワイピング装置。
3. 前記多孔体は、平均孔径が、０．２ｍｍ〜１．３ｍｍの範囲であることを特徴とする、請求項２に記載のガスワイピング装置。
4. 前記流体抵抗要素は、通気性を有する繊維質状体であることを特徴とする、請求項１に記載のガスワイピング装置。
   

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