JP4899588B2 - ガスワイピングノズルおよび溶融金属めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続的にめっき浴から引き上げられる鋼帯に気体を吹き付けて、余剰な溶融金属を払拭し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および該ガスワイピングノズルを用いてめっき付着量を制御する溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

鋼帯に連続的に溶融めっきを施す際の溶融金属の付着量を制御する方法として、一般的に、鋼板を溶融めっき浴に浸漬させて溶融めっきを施したのち、めっき浴から引き上げた鋼帯表面にスリットノズルから気体を吹き付けて余剰な溶融金属を払拭するガスワイピング法が行なわれている。

ガスワイピング法で使用されるガスワイピングノズルの構造は、例えば図２のような構造である。すなわち、ノズル上部部材２１とノズル下部部材２２とをスペーサ２３を介してボルト・ナットセット２４で一体的に組み立て、ノズル本体２５を形成する。このノズル本体２５は、ボルト・ナットセット（図示なし）でガスヘッダー２６に接続される。

図２の装置では、ワイピングガス用ガスを図示されていないガス供給装置からガスヘッダー２６に供給し、さらにスペーサ２３の連通孔２７を通ってノズルヘッダー２８に供給した後、ノズル上部部材２１とノズル下部部材２２の先端部間に形成したスリット２９からめっき浴から引き上げた鋼板表面に吹き付ける。

ノズル本体２５は、ワイピング力を向上させ、またスプラッシュの発生を少なくする観点から、ノズル上部部材２１の上面およびノズル下部部材２２の下面に水平面に対してなす角度（図２の角度θ）が小さい傾斜面２１ａ、２２ａを有する。ノズル先端が損傷するため、ノズル先端はある程度の厚さを有することが好ましい。そのため、ノズル上部部材２１、ノズル下部部材２２の各ノズル最先端部に各々平坦面３０、３１が形成されている。ノズル先端の損傷防止とスプラッシュ防止の点から、平坦面３０、３１は、鋼板面に対して若干傾斜するように構成され、また、該平坦面３０、３１のスリット２９側コーナー部の曲率半径Ｒは、通常１．０ｍｍ程度である。

前述のガスワイピングノズルを用いて厚めっき溶融亜鉛めっき鋼板を製造すると、めっき表面に凹凸のある付着量ムラ（以下、さざ波と称す）が発生する。さざ波は、鋼板表面の美観を損なうばかりでなく、塗装ムラの原因にもなる。

さざ波の発生を防止する技術として、ノズルと鋼帯との間隔をある値以下に近接させてガスワイピングする方法が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、ノズルと鋼帯との間隔を近接させると、ノズル先端部に亜鉛のスプラッシュが付着してノズル詰まりが発生しやすくなるという問題がある。特にワイピングガス圧が０．１〜０．６ｋｇ／ｃｍ^２の低ガス圧時にスプラッシュが発生しやすい。
特開平５−２３９６１１号公報

本発明の目的は、ノズル先端部に溶融めっき金属のスプラッシュが付着してノズル詰まりが発生することを抑制することが可能なガスワイピングノズルおよび溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することである。

本発明者らは上記課題を解決するために、ガスワイピングノズルの形状について鋭意検討を重ねた結果、ガスワイピングノズルの形状を最適な形状にすることにより、ノズル詰まりが発生しにくくなることを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたもので、その要旨は以下のとおりである。

（１）ワイピングガスが噴出されるスリットを有するガスワイピングノズルであって、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αが、ノズル先端側で小さいことを特徴とするガスワイピングノズル。

（２）ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αは、ノズル先端側で１０〜２０度の範囲内にあり、かつ、該角度αが１０〜２０度の範囲内にある部分の長さが５〜４０ｍｍであることを特徴とする（１）に記載のガスワイピングノズル。

（３）ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αは、ノズル先端側で１０〜２０度の範囲内にあり、かつ、ノズル後端側で４５〜５０度の範囲内にあることを特徴とする（１）または（２）に記載のガスワイピングノズル。

（４）ノズル下面の傾斜面が水平面となす角度βが、ノズル先端側で小さいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のガスワイピングノズル。

（５）前記ガスワイピングノズルは、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することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のガスワイピングノズル。

（６）前記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以下であることを特徴とする（５）に記載のガスワイピングノズル。

（７）（１）〜（６）のいずれかに記載のガスワイピングノズルを用いて、溶融金属めっき付着量を調整することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

本発明によれば、ガスワイピングノズルと鋼板との間隔を近接化してもガスワイピングノズル先端部にめっき金属が付着してノズル詰まりが発生することを抑制出来る。

以下、本発明について詳細に述べる。以下の説明は鋼板に溶融亜鉛めっきを行う場合について行う。なお、本明細書では、「ガスワイピングノズル」を単に「ノズル」とも記載する。

ガスワイピングノズル先端部に亜鉛が付着してノズル詰まりが発生する現象は、ワイピングガスにより鋼板から溶融亜鉛を掻き落す際に、亜鉛がスプラッシュとして周囲に飛び散り、ノズル先端に付着するものである。この付着現象は、ノズル先端のガス流れの影響を受けるが、このガス流れはノズル先端形状に大きく左右され、ノズル先端部に乱流渦が発生すると、亜鉛が先端に付着しやすくなることを見出した。従って、この乱流渦を低減することによりノズル先端部への亜鉛の付着が抑制できると考えられ、その低減手法について検討を重ねて本発明を完成したものである。

図１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造を示す図で、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル先端部分の拡大図である。

ノズル上部部材１とノズル下部部材２とをスペーサ３を介して、ボルト・ナットセット４で一体的に組み立て、ノズル本体５を形成する。ノズル上部部材１の先端部とノズル下部部材２の先端部間にスリット７が形成されている。以下の説明では、スリット７のスリット面を水平面（基準面）として説明する。

本発明のノズルでは、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αは、ノズル先端側で小さくなるように構成されることが必要である。図１のノズルでは、ノズル上部部材１の傾斜面の傾斜を２段階としている。

すなわち、ノズル上部部材１は、上面にノズル先端に向かって下方に傾斜した傾斜面１１を有する。該傾斜面１１は、傾斜度の異なるノズル後端側傾斜面１２とノズル先端側傾斜面１３が接続して形成されている。傾斜面１１が水平面となす角度αは、ノズル先端側傾斜面１３が水平面となす角度がα１、ノズル後端側傾斜面１２が水平面となす角度がα２であり、α１はα２より小さい。なお、図１において、ノズル上部部材１は上面後部に水平部を有するが、この水平部は、本発明で規定する傾斜部に該当しない。つまり本発明では、ノズル上部部材１上面の後部側に水平部を有していてもよい。同様に、後記するノズル下部部材２も、下面の後部側に水平部を有していてもよい。

ノズル上面の傾斜角度（ノズル上部部材１上面の傾斜面の傾斜角度）はノズル先端部への亜鉛の付着へ影響を及ぼす。これは、スプラッシュとして周囲に飛び散った亜鉛のうち、ノズル上面に降下もしくは接近した亜鉛がノズル上面に沿ってノズル先端部に移動する現象に関連している。図１のノズルのように、ノズル上面の傾斜面の傾斜角度がノズル先端側で小さくなる、すなわち、ノズル上部部材１上面の傾斜面１１が水平面となす角度（ノズル上面の傾斜角度）がノズル先端側で小さくなっている場合にノズルへの亜鉛の付着が抑制される。この現象の解析は充分出来ていないが、ノズル上面の傾斜面の傾斜角度がノズル端部側に向かって小さくなると、ノズル上面の傾斜面に沿って流れてきた亜鉛を含む空気流れがノズル上面から剥離し、ノズル先端への亜鉛移動量が減少するためではないかと推察される。

傾斜面の水平面に対してなす角度をノズル先端側で小さくする手法として、図１に示すように、傾斜を２段階にする手法では、傾斜面の水平面に対してなす角度αはノズル先端側傾斜面１３が１０〜２０度の範囲内（図１（ｂ）の角度α１）、ノズル後端側傾斜面１２が４５〜５０度の範囲内（図１（ｂ）の角度α２）とすると、亜鉛の付着抑制効果がより顕著であるので好ましい。また、ノズル先端側で傾斜面の水平面に対してなす角度が１０〜２０度である傾斜面１３の長さＬは５〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

図１のノズルでは、以下に説明するように、ノズル下部部材２の傾斜面の傾斜を２段階としている。すなわち、ノズル下部部材２は、下面にノズル先端に向かって上方に傾斜した傾斜面１４を有する。該傾斜面１４は、傾斜度の異なるノズル後端側傾斜面１５とノズル先端側傾斜面１６が接続して形成されている。傾斜面１４が水平面となす角度βは、ノズル先端側傾斜面１６が水平面となす角度がβ１、ノズル後端側傾斜面１５が水平面となす角度がβ２であり、β１はβ２より小さい。

本発明では、ノズル上面だけでなく、ノズル下面の傾斜面が水平面となす角度βが、ノズル先端側で小さくなるように構成することによって、ノズル先端部の亜鉛付着がより抑制される。これは、上面と同様に下面でも、スプラッシュとして周囲に飛び散った亜鉛のうち、ノズル下面に付着した、もしくは接近した亜鉛がノズル下面に沿ってノズル先端部に移動しており、ノズル上面と同様にノズル下面でのノズル先端への亜鉛の移動量が減少するためと考えられる。

上記のように下面の傾斜面の傾斜を２段階にする場合、下面の傾斜面の水平面に対してなす角度βは、上面の場合と同様の理由から、ノズル先端側傾斜面１６が１０〜２０度の範囲内（図１（ｂ）の角度β１）、ノズル後端側傾斜面１５が４５〜５０度の範囲内（図１（ｂ）の角度β２）であることが好ましく、また、ノズル先端側で傾斜面の水平面に対してなす角度が１０〜２０度である傾斜面１６の長さＬは５〜４０ｍｍの範囲内であることが好ましい。

傾斜面の水平面に対してなす角度をノズル先端側で小さくするその他の手法としては、傾斜を３段以上にする方法、あるいは、ノズル上面を下方に凸形状の円弧状にする方法、ノズル下面を上方に凸形状の円弧状にする方法等が考えられる。

また、ノズル上部部材１、ノズル下部部材２は、各々ノズルの最先端部に平坦部１７、１８を形成し、該平坦面１７、１８がスリット面となす角度γを８０〜１１０度の範囲内とすることにより、乱流渦の発生が抑制され、ノズル先端部への亜鉛の付着がより抑制される。角度γは８５〜９５度の範囲内でその効果が特に顕著である。平坦面１７、１８の寸法（ノズル上部部材１，ノズル下部部材２の先端厚さ）は従来のズルと同様、例えば１〜４ｍｍ程度でよい。

本発明では、平坦面１７、１８のスリット側（ノズル上部部材１のノズル先端下部コーナ部およびノズル下部部材２のノズル先端下部コーナ部）の曲率半径Ｒ（図１（ｂ）の曲率半径Ｒ）を小さくすることによって乱流渦の発生が抑制され、ノズル先端部への亜鉛の付着がより抑制されるが、曲率半径Ｒが０．５ｍｍ以下でその効果が特に顕著である。

このノズル本体５は、従来技術のノズルと同様、ボルト・ナットセットでガスヘッダー（いずれも図示なし）に接続される。ワイピングガス用ガスを図示されていないガス供給装置からガスヘッダーに供給し、さらにスペーサ３の連通孔６を通ってノズルヘッダー８に供給した後、ノズル上部部材１の先端部とノズル下部部材２の先端部間に形成したスリット７からめっき浴から引き上げた鋼板表面に吹き付ける。

上記のガスワイピングノズルを用いて、溶融亜鉛めっき付着量を調整することにより、ノズル先端への亜鉛の付着を抑制することが可能となり、ノズル詰まりを抑制して、ノズル詰まりによるめっき付着ムラの発生を抑制した溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能となる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

先ず、水モデルを用いてノズル形状を変化させた場合の亜鉛スプラッシュに相当する粒子のノズル先端の付着状況を評価した。水モデル試験では、スプラッシュで飛散する亜鉛粒に相当する粒子としてφ１ｍｍ、比重１．０３の粒子をノズル上方から落下させた。ノズルからは粒子を含まない水を噴射して液流れを生じさせ、該粒子とノズル先端とが接触している時間を評価した。接触している時間が長いほど、ノズルに詰まる確率が高くなると考えられるためである。

ノズル形状については、図１に示した形状のノズルは、ノズル上部部材、ノズル下部部材の傾斜面の傾斜角度α（α１、α２）、β（β１、β２）、先端側長さＬ、ノズル先端の平坦面の角度γ、平坦面のスリット側曲率半径Ｒを変化させた。ノズル上部部材とノズル下部部材の傾斜部長さＬ、ノズル先端の平坦面の角度γ、平坦面のスリット側曲率半径Ｒは同じとした。また、図２に示した形状の従来技術のノズルについても、ノズル上部部材とノズル下部部材の傾斜面の角度θ、平坦面のスリット側曲率半径Ｒは同じとした。ノズルの長さは２５０ｍｍ、スリット幅は５ｍｍ、噴射液の流速は２．５ｍ／秒とした。

表１に結果を示した。従来技術のノズル形状を採用した比較例１では、粒子とノズル先端とが接触している時間が３．３秒であった。表１の接触時間は、比較例１の接触時間を基準（接触時間＝１００）とし、他の例は比較例１の接触時間に対する比で表したものである。

本発明例のガスワイピングノズルは、比較例１〜３のガスワイピングノズルに比べて、粒子がノズル先端に接触する時間が短縮されている。

本発明例のうち、請求項４〜６の範囲を満足するものは、接触時間がさらに短縮されている。請求項６を満足するもののなかでは、曲率半径Ｒが小さいもの（Ｒが０．３ｍｍのもの）でより優れた結果が得られた。

次に、上記水モデル試験で本発明例のうちで最も良好な結果が得られた形状のガスワイピングノズルを用いて連続溶融めっきラインで溶融亜鉛めっきを行ない、従来用いていた図２に示したガスワイピングノズルを用いた溶融亜鉛めっきの結果と比較した。

本発明例のガスワイピングノズルは、図１の曲率半径Ｒは０．３ｍｍ、先端の角度γは９０度とした。また、ノズル上面と下面の傾斜は２段とし、ノズル上面または下面が水平面となす角度は、ノズル先端側の角度α１、β１が１５度、ノズル後端側の角度α２、β２が４５度とした。ノズル先端側の角度α１、β１が１５度であるノズル先端部の長さＬは２０ｍｍ、ノズル先端の厚さは２ｍｍとした。比較例のガスワイピングノズルは、表１の比較例１と同じ形状で、ノズル先端の厚さは２ｍｍである。

めっき付着量は片面あたり３０〜３００ｇ／ｍ^２、ガス圧は０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ^２、ノズルと鋼板との間隔は１０〜７０ｍｍ、スリット幅は１．０ｍｍとした。各ノズルを用いた時のノズル詰まりによる表面外観ムラの発生率は、本発明例のガスワイピングノズルを用いた場合は、図２に示した比較例の場合の１／５となり、本発明の効果が確認された。

本発明は、ノズル詰まりが抑制され、ノズル詰まりに起因するムラが発生し難い溶融亜鉛めっき鋼板の製造に利用することができる。

本発明の実施の形態に係るガスワイピングノズルの構造を示す図で、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル先端部分の拡大図である。 従来のガスワイピングノズルの構造を示す図で、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は（ａ）のノズル先端部分の拡大図である。

符号の説明

１、２１ ノズル上部部材
２、２２ ノズル下部部材
３、２３ スペーサ
４、２４ ボルト・ナットセット
５、２５ ノズル本体
７、２９ スリット
１１、１４、２１ａ、２２ａ 傾斜面
１２、１５ ノズル後端側傾斜面
１３、１６ ノズル先端側傾斜面
１７、１８、３０、３１ 平坦面
２６ ガスヘッダー

Claims (9)

1. ワイピングガスが噴出されるスリットを有するガスワイピングノズルであって、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αが、ノズル先端側で小さく、該角度αはノズル先端側で１０〜２０度の範囲内にあり、かつ、該角度αが１０〜２０度の範囲内にある部分の長さが５〜４０ｍｍであることを特徴とするガスワイピングノズル。
2. ワイピングガスが噴出されるスリットを有するガスワイピングノズルであって、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αが、ノズル先端側で小さく、該角度αは、ノズル先端側で１０〜２０度の範囲内にあり、かつ、ノズル後端側で４５〜５０度の範囲内にあることを特徴とするガスワイピングノズル。
3. ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αは、ノズル先端側で１０〜２０度の範囲内にあり、かつ、ノズル後端側で４５〜５０度の範囲内に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ノズル。
4. ノズル下面の傾斜面が水平面となす角度βが、ノズル先端側で小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスワイピングノズル。
5. 前記ガスワイピングノズルは、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することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガスワイピングノズル。
6. 前記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以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガスワイピングノズル。
7. ワイピングガスが噴出されるスリットを有するガスワイピングノズルであって、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αが、ノズル先端側で小さく、前記ガスワイピングノズルは、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することを特徴とするガスワイピングノズル。
8. ワイピングガスが噴出されるスリットを有するガスワイピングノズルであって、ノズル上面の傾斜面が水平面となす角度αが、ノズル先端側で小さく、前記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以下であることを特徴とするガスワイピングノズル。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のガスワイピングノズルを用いて、溶融金属めっき付着量を調整することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

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