JP5841247B2 - 金属ストリップを被覆する被覆工程でガス噴射を生成する装置 - Google Patents

金属ストリップを被覆する被覆工程でガス噴射を生成する装置 Download PDF

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Description

本発明は、金属ストリップ用の高温被覆工程でガス流を生成する装置を示す。係る装置は、一般に、エアナイフとしても知られている。
既知のように、高温亜鉛めっき工程は、タンクに収容された溶融亜鉛(450℃〜470℃)の槽内に鋼ストリップを浸し、鋼ストリップの両面に、最終用途に応じて厚みの異なる被覆を有する亜鉛を被覆する。この工程は、連続タイプであり、鋼ストリップは、標準化され、その両面は、地金に亜鉛を完全に接着させ、きわめて薄く均一な亜鉛層を形成するように適切に作成される。
亜鉛被覆厚の調整は、エアナイフシステムによって行われ、エアナイフシステムは、ストリップの両面の長さ全体にわたって被覆を一様に分散させることを可能にする。エアナイフのシステムは、本質的には、2つのリップで構成され、これらのリップは、他と比べて正確な寸法を有しかつ平坦な噴射を生成するように適応されたノズルを規定し、平坦な噴射は、ストリップが亜鉛タンクから出るときにストリップの幅全体と各側面にエア噴射を送る。
被覆される金属ストリップに付着する液体材料の性質に関係なく、金属ストリップを被覆する工程一般に同じ手順が使用される。亜鉛合金の他に、実際には、液体は、アルミニウム合金又は塗料でよい。
各側面で異なることがある必要な被覆厚を形成するために、調整システムは2つのリップを互いに傾け離間させることができる。
得られた亜鉛被覆の厚さを測定するシステムに基づき閉ループ制御システムは、亜鉛の量を最適化し、これにより被覆厚を最適化する。
鋼ストリップの最終用途に応じて、両面の亜鉛被覆全体の質量/面積比(g/m2)の最小値、又は面上の最小被覆厚(マイクロメートル)は規格で決まる。
このことは、時間の経過による材料の耐蝕性が、金属ストリップに塗布された亜鉛厚に正比例することにより説明される。
したがって、エアナイフによって作成される噴射の品質は、高温亜鉛めっき工程の基本的要因の1つである。
被覆厚の公称値からの逸脱を最小にするには、ストリップの両面に空気流を空間的と時間的に均一に分散させることが望ましい。
前述の空間的と時間的な空気分散の均一性を得るために、ノズルを通る前に、エアナイフは、ストリップの幅全体に広がり、乱流をそこに制限する。
圧力分布を均一にしかつ空気流の渦度を最小にするには、装置内の負荷損失(load loss)がかなり高めることになるが、これは大きな制限である。したがって、適度の負荷損失にもかかわらず空気流の十分な均一性を保証する解決策を発見する試みが行われてきた。
エアナイフは、送出マニホールドとしても知られ、一種の環状室に空気を注入する円筒管を有する装置である。円筒管の外側面には、加圧空気用の出口孔に設けられ、これらの出口孔は、円筒の全長にわたって整列される。環状室内の空気流を均一にするために、1つ又は複数の有孔隔壁が配置されることがある。円筒管は、一般に、両端からプレナム(plenum)内に通される。
ノズルはガス圧力の起こり得る不均一性の一部分しか回復できないので、理論的には、給送の均一性は、エアナイフ本体によって得なければならない。
特許文献1では、例えば、第1の変形例は、円筒管の対称軸と平行に配置され整列された孔を有する円筒管を示す。別の変形例では、円筒管は、互いに平行で円筒管の経線にしたがって配置された溝を有する。第3の変形例は、互いに平行で円筒管の経線にしたがって配置され整列された孔を有する円筒管を示す。第1の有孔隔壁は、垂直方向、即ち環状室の断面の展開軸(development axis)に対して垂直に配置される。第2のすぐ後続の隔壁は、時計回りのガスの動きに従い、環状室の実質的に接線方向でかつ平坦ノズルで最高点になる出口管の展開面に対してほぼ垂直に開いた孔とほぼ水平である。
特許文献1に示された装置では、
ノズルに至る直線的範囲は、環状室に隣接し、環状室と直線的最終範囲によって構成された全管の中間展開面に不連続点を規定する。
最後の隔壁は、ノズルに至る直線的範囲の展開とほぼ平行である。
時計回り方向に回転するガスの一部分は、垂直隔壁を通過し、一方、反時計回り方向に回転する残りの部分は、最後の隔壁だけを通過し、この結果、装置の環状容器に2つの平行室が収容される。
係る文書に示された装置によって、加圧ガスは、最後の直線的範囲の下側壁に当たって跳ね返り、装置内の乱流がかなり大きくなる。更に、2つのガス部分が、最後の隔壁を通過する前に衝突し、それにより更に乱流が生じる。
ドイツ特許公報19954231
本発明の目的は、特に金属ストリップの高温被覆工程に適した平坦な噴射を生成するように適応されたノズルに沿ったガス流を均一化し、またノズルの長さ全体にわたるガス分布の均一性を改善するように適応された装置を提供することである。
本発明の目的は、特に金属ストリップ用の高温被覆工程において平坦な層状ガス噴射を生成する装置であり、請求項1によれば、
第1の孔を有する周辺壁を有する長手方向の送出マニホールドと、
前記第1の孔を介して前記長手方向送出マニホールドと連通する均一化予室と、
第1端で前記均一化予室と連通する均一化管と、
平坦なガス噴射を生成するように適応されたノズルとを有し、
前記均一化管が、その第2端で前記ノズルと連通し前記第2端は前記第1端と反対側で前記第1端より小さい断面を有してテーパ形状とされ、前記均一化予室からノズルまでのガス流経路を形成し、前記経路が湾曲中間展開面を規定し、
前記均一化管内に前記湾曲中間展開面に垂直に配置され、それにより、互いに接続された均一化管の少なくとも2つの連続し隣接する部分が規定される少なくとも2つの有孔隔壁を有し、
第1の孔が、送出マニホールドの周辺壁の第1の長手方向セクタ内にだけ設けられ、前記均一化予室が、少なくとも前記第1の長手方向セクタのまわりに外方に延び、
均一化管の第1の部分が、第1の長手方向セクタと隣接した送出マニホールドの周辺壁の第2の長手方向セクタのまわりに外方に延び、
均一化管の第2の部分が、前記第2の長手方向セクタの下流で送出マニホールドに対して実質的に接線方向に配置され、
それにより、前記湾曲中間展開面が角のない理想的な連続湾曲面にされて、均一化管の第1端での乱流から第2端での層流へのガス流の変換を最適化する。
好ましい変形例では、均一化予室は前記第1の長手方向セクタのまわりの外部に巻き付けられ、均一化管の第1の部分は前記第2の長手方向セクタのまわりの外部に巻き付けられていることが好ましい。
均一化管の第1の部分は、送出マニホールドの前記第2のセクタ又は長手方向部分のまわりに30°〜180°の角度範囲(例えば、約90°)にわたって巻き付けられていることが好ましい。
好ましい変形例では、均一化予室は、好ましいが必須ではない約90°の角度範囲を有する前記第1の長手方向セクタのまわりだけに巻き付けられる。
装置は、送出マニホールドから出るガス流が、第1の孔を通り、単一回転方向に均一化予室を横切って均一化管に達するように構成される。
湾曲中間展開面の第1の範囲は実質的に半円筒の外側面の少なくとも一部分であり、前記第1の範囲と隣接した前記湾曲中間展開面の第2の範囲は実質的に平坦面である。
本発明は、ノズルに、ノズルの全体にわたって均一でかつ特に経時的に均一(即ち、不安定でない)流れを供給する問題を有利に解決する。詳細には、連続的で角のない均一化管の展開面は、ガス流の方向における管の任意の点で管の展開面に関して計算された一次導関数が連続的であることを示唆する。それにより、流れが管の壁に斜めに当たって乱流を引き起こす領域がなくなる。更に、これにより、均一化隔壁を、ガス流に対して(つまり均一化管の展開面に)垂直な面と、前記隔壁が配置された位置に応じてガス流の方向に平行な孔軸を有するように挿入することができる。
したがって、ひとつの有孔隔壁と次の有孔隔壁の間に、加圧ガス流均一化管の一部分が規定される。したがって、均一化管の範囲は、予室の下流に、互いに連続又は段階的に配列され、ガス流の漸進的な均質化が提供される。
均一化管は、均一化管の前記漸進的範囲を含み、ノズルに近づくほど次第に小さくなる面積を有するガス流に直角の断面を有し、その結果、送出マニホールドの一部分に巻き付けられた均一化管の部分に乱流を生じさせない。更に、均一化管の第1と第2の部分は、第2の部分の対応する中間展開面と平行な第2の部分に流れが導入されるように接続される。
更に、流体が通される隔壁孔は、直径が次第に小さくなり、同時に、ガス流の方向の展開に沿ったそれぞれの隔壁の位置によって数が増え、したがって、流体の流れが管の壁と平行になり、ガス流の動きが乱流から直線的になる。更に他の利点は、特に乱流率が既に著しく低下した均一化管のほぼ直線部分に隔壁が配置され、その結果、乱流が更に決定的に減少し、ほとんど空気力学に理想的な直線に近づくことである。
従属クレームは、本発明の好ましい実施形態について述べ、この説明の一体部分を構成する。
本発明の更に他の特徴及び利点は、添付図面の支援により非限定的な例として示された、例えば亜鉛合金又はアルミニウム合金による、特に金属ストリップの高温被覆工程のために、平坦な噴射を生成するように適応されたノズルに沿ったガス流を均一化する装置の好ましいが排他的でない実施形態の詳細な説明を参照して明らかになる。
図の同じ参照番号と文字は、同じ要素又は構成要素を示す。
装置の概略断面図である。 図1の装置のガス流の方向に垂直な断面を表わす図である。 図1の装置のガス流の方向に垂直な断面を表わす図である。 図1の装置のガス流の方向に垂直な断面を表わす図である。
図1を参照すると、本発明によるガス流を均一化する装置は、長手方向の送出マニホールド1と、ガスを送出マニホールド1から均一化管3に導く均一化予室2とを有し、均一化管3にはノズル10が係合される。送出マニホールドの周辺壁は、約90°の角度範囲の第1の長手方向セクタ11に、前記マニホールドの全長さ又は長手方向範囲にわたって、ガスを通すための第1の孔12を有する。図1と図2aでは、例えば、3個の行の第1の孔12が提供される。他の変形例では、第1の孔12の行数は、3と異なってもよい。均一化予室2は、孔12が開いた第1の長手方向セクタ11に重なり、均一化管3に接続され、均一化管3は、第2の長手方向セクタのまわりに好ましくは約90°にわたって送出マニホールド1に巻き付けられた第1の範囲又は部分3aと、送出マニホールド1に対して実質的に接線方向に延在する第2の範囲又は部分3bとに分割される。均一化管3の2つの部分は、均一化管全体に沿った縁の存在を回避し、隣接し互いに完全に接続される。
長手方向の送出マニホールド1は、円形や楕円などの断面を有してもよく、その外側面は、等しいか又は異なる角度範囲の長手方向セクタに分割されてもよい。均一化管3の第1の部分3aは、好ましくは30°〜180°の角度で、送出マニホールド1の一部分又は長手方向セクタのまわりに延在してもよい。
参照文字Zは、均一化管3の理想的な中間展開面の輪郭を示し、この輪郭は、図1に示された装置の断面に従う展開軸と、実質的又は完全に線形の管範囲内のガス流の方向とに対応する。
均一化管3は、第1の部分3aから第2の部分3bの方に出口管4まで先細りであり、出口管4にはノズル10が係合される。
ノズル10は、別個の構成要素でもよく、出口管4と1個の部品で一体的に作成されてもよい。図1に示されたノズル10は、単に、平坦なガス噴射を生成するような幅を有するノズルの存在を図式化したものである。
孔12は、ガスを均一化予室2に導入することを可能にする。送出管1の側壁の第1の孔12が開いた範囲は、送出管1と均一化予室2との間で共通でもよい。
実質的に均一化予室2と均一化管3の第1の部分3aとの間の接続点に、隔壁5が配置される。この隔壁5は、第2の貫通孔25を有する。
実質的に、ガス流方向に対して第1の隔壁5の下流の、均一化管3の第2の部分3bの中間領域内に、連続隔壁6が配置される。この隔壁6は、第3の貫通孔26を有する。
隔壁5及び6は、装置の保守と装置構成変更の両方のために脱着可能であることが好ましい。
隔壁5及び6は、湾曲中間展開面Zに対して垂直である。前記面Zは、まず実質的に半円筒状で、次に実質的に平坦なパターンとなる。即ち、湾曲中間展開面Zの第1の範囲は半円筒の外側面の実質的に少なくとも一部分であり、一方、前記湾曲面Zの第2の範囲は実質的に平坦面である。
管3の形状の場合、図1の装置の変形例を特に参照すると、隔壁5は、実質的に水平であり、隔壁6は、実質的に垂直である。より一般には、2つの隔壁5,6は、互いに直交するそれぞれの平面上に配置される。
本発明によれば、それぞれ丸められた壁を有する均一化管3の第1の部分3aと第2の部分3bとの間の完全な接続が、乱流現象を引き起こすことなくガスの流出を容易にする。
更に、有孔隔壁5及び6は、常に、面Zと垂直であり、それぞれの孔の軸は、均一化管3に沿ったそれぞれの位置でのガス流の層運動の方向と平行である。
乱流強度と有孔隔壁5及び6の位置との間には関係がある。特に隔壁6に関して、流体が高い乱流率で有孔隔壁6に達した場合、孔26の均一化作用が十分に活用されないことが確認された。隔壁6は前の隔壁5から離間されることが好ましく、それにより、隔壁6の入口での乱流率は、ガス流全体より少なくとも7%低く、残りの流れは層運動で移動する。
したがって、隔壁6が、7%低く、好ましくは5%低い乱流率で機能することが、特に重要である。
均一化管3の小径化は、本質的に、隔壁5と出口管4との間で生じてノズル10で終わる。寸法が他より重要なノズルを有する装置、即ち約2〜3メートルの幅と、幅よりかなり小さい高さと長さを有するノズルを有する装置の場合には、2〜3メートルの幅を有する対応する平坦ガス噴射を生成するために、断面が4分の1に減少し、例えば断面が60mmから15mmに変化する。これは、理想面Z上で測定された500〜900mmの経路全体に提供される。
本発明の別の態様によれば、第1の孔12、第2の孔25、及び第3の孔26は、互いに特定の関係を有するように寸法決めされ配置される。
第1の孔12、第2の孔25、及び第3の孔26は、好ましくは丸い穴である。
図2a、図2b及び図2cを参照すると、
第1の孔12は、直径Φ1を有し、第1の方向にd1に相当する寸法、第1の方向に垂直な第2の方向にs1に相当する寸法だけ互いから離間される。
第2の孔25は、直径Φ2を有し、第1の方向にd2に相当する寸法、第1の方向に垂直な第2の方向にs2に相当する寸法だけ互いから離間される。
第3の孔26は、直径Φ3を有し、第1の方向にd3に相当する寸法、第1の方向に垂直の第2の方向にs3に相当する寸法だけ互いから離間される。
直径Φ1とΦ2の関係と直径Φ2とΦ3との関係は、孔数の増える割合と等しいと好ましい。したがって、孔の間の距離s2,d2及びs3,d3は、ガス流経路に沿って減少する。例えば、隔壁5にある第2の孔25の直径が、第1の孔12の直径の半分になった場合、第2の孔25の数は、第1の孔12の数の2倍になる。これは、均一化管3の孔が配置された部分と無関係に起こる。これは必然的に、図1の変形例の場合のような一連の3個の孔が、同じ負荷損失を表すことになる。したがって、全体的な負荷損失は、一連の3個の孔のうちの1個の負荷損失の3倍に等しい。
一連の孔において、2つの連続した行の孔は、孔が整列された場合の倍の列数を定義するように、相互にずらされる。更に、連続した列は、互いから等しく離間される。孔の寸法と位置を決めるための同じ規則は、3個以上の隔壁、例えば3個又は4個の隔壁があるときにも当てはまる。
図2a、図2b、及び図2cは、上から下に、第1の一連の孔12(図2a)、隔壁5(図2b)、及び隔壁6(図2c)を示す。2本の平行線と垂直線a及びbは、2つの連続した列の孔12の中心を通ることに注意されたい。
前記線a及びbはそれぞれ、隔壁5及び6上の孔25の中心と、更に他の孔26の中心を通る。
線aとbの間に孔25の中間行があり、この行は線と交差しない。
線aとbの間には孔26の3個の中間行があり、これらの行は線と交差しない。
したがって、孔の行の数が増えるほど前記孔の直径が小さくなることに注意されたい。
本発明は、ノズル10に、ノズルの全長にわたって均一でかつ経時的に安定した流れを供給する問題を有利に解決する。
これは、まず、均一化管3の展開面Zに不連続点がないことによるものであり、次に流体が通る隔壁が常に展開面Zに垂直に配置されることによるものである。
更なる流れの最適化は、孔が、送出マニホールドの周辺壁の孔から均一化管の最後の有孔隔壁に設けられた孔まで、数が増えるほど直径が次第に小さくなるために得られる。
更に、隔壁6は、中間展開面の対応部分が実質的に平坦な部分3bに配置され、これにより、均一化管3の前記部分3bとそこに配置された隔壁6との間に相乗効果が生じる。また、特に前記隔壁6が、乱流を2%未満の割合に更に減少させることを可能にするきわめて小さい直径の孔を有するので、出口管4にほぼ層状だけのガス流の動きが生成される。
本発明の装置は、低い損失負荷を有し、平坦ノズル10に導かれるガス流の均一性が等しいので好都合である。この結果、ストリップに加わる噴射の剪断応力が大きくなり、過剰な亜鉛がより適切に除去される。
様々な好ましい実施形態に示された要素と機能は、本出願の保護範囲から逸脱することなく組み合わせることができる。
1 送出マニホールド
2 均一化予室
3 均一化管
3a,3b 隣接部分
5,6 有孔隔壁
10 ノズル
11 長手方向セクタ
12 孔
Z 湾曲中間展開面

Claims (13)

  1. 属ストリップの高温被覆工程に適した平坦な層状ガス噴射を生成する装置であって、
    第1の孔(12)を備えた周辺壁を有する長手方向の送出マニホールド(1)と、
    前記第1の孔(12)を介して前記長手方向の送出マニホールド(1)と連通する均一化予室(2)と、
    第1端で前記均一化予室(2)と連通する均一化管(3)と、
    平坦層状ガス噴射を生成するように適応されたノズル(10)とを有し、
    前記均一化管(3)は、その第2端で前記ノズル(10)と連通し前記第2端は前記第1端と反対側で前記第1端より小さい断面を有してテーパ形状とされ、前記均一化予室(2)から前記ノズル(10)までのガス流経路を作成し、前記ガス流経路が湾曲中間展開面(Z)を規定し、
    前記均一化管(3)内に前記湾曲中間展開面(Z)に垂直に配置され、それにより、互いに接続された前記均一化管(3)の少なくとも2個の連続し隣接する部分(3a,3b)が規定される少なくとも2個の有孔隔壁(5,6)とを有し、
    前記第1の孔(12)が長尺の前記送出マニホールド(1)の前記周辺壁の第1の長手方向セクタ(11)にだけ設けられ、前記均一化予室(2)が少なくとも前記第1の長手方向セクタ(11)のまわりの外部に延び、
    前記均一化管(3)の第1の部分(3a)が、前記第1の長手方向セクタ(11)に隣接する長尺の前記送出マニホールド(1)の前記周辺壁の第2の長手方向セクタのまわりの外部に延在し、
    前記均一化管(3)の第2の部分(3b)が、前記第2の長手方向セクタの下流で長尺の前記送出マニホールド(1)に対して線方向に配置され、
    それにより、前記湾曲中間展開面(Z)が角のない続湾曲面にされて、前記均一化管(3)の前記第1端での乱流から前記第2端での層流への前記ガス流の変換を最適化する装置。
  2. 前記均一化予室(2)が前記第1の長手方向セクタ(11)の外部に巻き付けられ、前記均一化管(3)の前記第1の部分(3a)が前記第2の長手方向セクタの外部に巻き付けられている、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1の部分(3a)が前記第2の長手方向セクタの回りに30°〜180°の角度範囲で巻き付けられている、請求項1記載の装置。
  4. 前記第1の部分(3a)が前記第2の長手方向セクタの回りに90°まで巻き付けられている、請求項3に記載の装置。
  5. 前記均一化予室(2)が、前記第1の長手方向セクタ(11)だけを取り囲む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記湾曲中間展開面(Z)の第1の範囲が円筒の外側面の少なくとも一部分であり、前記第1の範囲に隣接した前記湾曲中間展開面(Z)の第2の範囲が坦面である、請求項1〜のいずれか一項に記載の装置。
  7. 第1の有孔隔壁(5)と、前記第1の隔壁の下流に配置された第2の有孔隔壁(6)とを有する、請求項1〜のいずれか一項に記載の装置。
  8. 前記第1の有孔隔壁(5)が、前記均一化予室(2)と前記均一化管(3)の前記第1の部分(3a)との間の接続点に配置されている、請求項に記載の装置。
  9. 前記第2の有孔隔壁(6)が、記均一化管(3)の前記第1の部分(3a)と前記第2の部分(3b)との間の接続点に配置されている、請求項又はに記載の装置。
  10. 前記第1の有孔隔壁(5)と出口管(4)との間の範囲内の前記均一化管(3)の断面が、初期値の/4に小さくされている、請求項1〜のいずれか一項に記載の装置。
  11. 前記第1の有孔隔壁(5)が、第2の孔(25)を有し、前記第2の有孔隔壁(6)が、第3の孔(26)を有し、
    前記孔(12,25,26)の直径(Φ1,Φ2,Φ3)は、孔(12,25,26)の数の増加に伴って前記ガス流経路に沿って小さくなる、請求項1〜1のいずれか一項に記載の装置。
  12. 前記第2の孔(25)の直径(Φ2)が前記第1の孔(12)の直径(Φ1)の半分であり、前記第2の孔(25)の数が前記第1の孔(12)の数の2倍である、請求項1に記載の装置。
  13. 前記第3の孔(26)の直径(Φ3)が前記第2の孔(25)の直径(Φ2)の半分であり、前記第3の孔(26)の数が前記第2の孔(25)の数の2倍である、請求項1又は1に記載の装置。
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