JP6052549B2 - Gas wiping nozzle - Google Patents
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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。 The present invention relates to a gas wiping nozzle that is used in a manufacturing process of a hot dipped metal strip and supplies a wiping gas to the metal strip to wipe off excess molten metal adhering to the metal strip.
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。 As a method for continuously plating a metal strip such as a steel strip, a hot dipping method in which the metal strip is immersed in a molten metal such as zinc or aluminum and the surface of the metal strip is plated is known.
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。 The hot dipping method will be described with reference to FIG. 4. First, the
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。 However, this hot dipping method has many advantages, such as the ability to produce a plated metal strip at low cost and the ability to easily produce a thick plated metal strip, but in gas wiping, the tip of the nozzle is made of metal. Since the excess molten metal is wiped off by the discharge gas in a state of being very close to the belt, the wiped
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。 Moreover, the adhesion of molten metal droplets is very strong and does not easily drop off due to the force of the discharge gas, so if a nozzle is clogged, insert a dedicated cleaning jig into the nozzle slit. It was being cleaned. However, in such a method, the product cannot be produced during the nozzle cleaning, which deteriorates the yield.
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。 Therefore, in order to prevent molten metal droplets from adhering to the nozzle tip, the wiping nozzle shape can be devised, or as a countermeasure when molten metal droplets adhere to the nozzle tip, hard chrome plating, etc. Surface treatment is performed.
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。 For example, there is a gas wiping nozzle described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-270161 as a devised wiping noise shape. In this gas wiping nozzle, the angle α formed with the horizontal surface on the nozzle front end side of the nozzle upper surface is in the range of 10 to 20 degrees, the length of the portion is 5 to 40 mm, and 45 to 45 mm on the nozzle rear end side. Flat within the range of 50 degrees, the angle β formed with the horizontal surface of the inclined surface of the lower surface of the nozzle is small on the nozzle tip side, and further, the angle γ formed with the slit surface at the nozzle front end is within the range of 80 to 110 degrees. And the curvature radius R of the lower corner portion of the nozzle upper member at the slit tip of the gas wiping nozzle and the curvature radius R of the upper corner portion of the nozzle lower member are both 0.5 mm or less. By adopting such a shape, it is described that the flow of the discharge gas from the wiping nozzle can be controlled and the scattering of molten metal splash can be reduced.
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。 Moreover, there is a gas wiping nozzle described in Japanese Utility Model Publication No. 63-34161 as a configuration in which the surface of the nozzle body is subjected to surface treatment such as hard chrome plating. In this gas wiping nozzle, there is described a configuration in which hard chrome plating is applied to the surface to which the molten metal splashes scattered at the time of gas wiping adhere on at least the surface facing the upper mold slit and the outer surface of the upper mold and the lower mold. It is described that even when molten metal droplets adhere, it is possible to remove the adhered molten metal droplets easily when cleaning with a dedicated cleaning jig.
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。 However, as disclosed in
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。 Also, as in
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。 That is, in general, the nozzle body of the gas wiping nozzle is made of SCM (chrome molybdenum steel) and the surface thereof is subjected to surface treatment. The thickness of the surface treatment layer is 30 to 30 in a hard chrome plating layer. 50 μm, 50 to 100 μm by WC spraying. As a result, the slit portion of the nozzle is easily damaged by the discharge of the wiping gas, and the repair is often required. Moreover, although it is necessary to carry out cleaning to remove the molten metal splashes that frequently adhere, it is often damaged by cleaning and often requires repairs. In the repair, all the surface-treated portions are peeled off and then the re-surface treatment is performed. Therefore, the productivity is remarkably deteriorated, and since the repair is frequently required, the running cost is not stupid. Also, in order to control the discharge gas, it is necessary to edge process the tip of the nozzle body. However, with hard chrome plating or WC spraying, if the edge is raised, blade spillage will occur and the edge cannot be raised. In this state, it is difficult to create a delicate tip edge shape that can adjust the discharge gas.
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。 The gas wiping nozzle of the present invention has been developed to solve the problem of molten metal splash that has been continued from the past and has not yet been fully solved.
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。 The gas wiping nozzle of the present invention is a gas wiping nozzle used in a manufacturing process of a hot-dip metal strip, and is a gas wiping which has a surface treatment on the tip of the gas wiping nozzle body as a countermeasure against wiping molten metal splashes At the tip of the gas wiping nozzle body where molten metal droplets adhere to the nozzle, an HIP layer is formed by direct diffusion bonding of alloy powder made of nickel-based alloy or cobalt-based alloy with good corrosion resistance and wear resistance by HIP treatment In addition, the surface of the HIP layer is mirror-polished.
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。 The gas wiping nozzle of the present invention is characterized in that the base material constituting the gas wiping nozzle body is made of austenite / ferrite duplex stainless steel.
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。 The gas wiping nozzle of the present invention is a gas wiping nozzle manufacturing method in which at least the tip of the gas wiping nozzle body to which molten metal droplets adhere is gasified with an alloy powder having good corrosion resistance and wear resistance by HIP treatment. The wiping nozzle body is formed by an HIP layer directly joined to a base material constituting the wiping nozzle body.
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。 In the gas wiping nozzle of the present invention, an alloy powder made of a nickel-based alloy or a cobalt-based alloy having good corrosion resistance and wear resistance is directly diffusion-bonded by HIP treatment at the tip of the gas wiping nozzle body to which molten metal droplets adhere. In addition, since the HIP layer is formed and the surface of the HIP layer is mirror-polished, it is difficult for molten metal splash to adhere, and adhesion of the molten metal splash scattered by the discharge gas to the nozzle tip can be suppressed. .
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。 Further, since the surface of the HIP layer is mirror-polished, the adhered molten metal splash can be easily removed without damaging the nozzle using a dedicated cleaning tool.
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。 Moreover, hard chrome plating or WC spraying as a surface treatment layer cannot ensure a sufficient thickness and frequent resurface treatment by repair is required, but the HIP layer has a thickness of 5 to 10 mm. As a result, rupture can be done several tens of times with only training processing, and the operation rate can be improved when production increases.
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。 Further, since the surface treatment is the HIP layer, it is possible to make an edge even in the edge treatment of the nozzle tip, and the discharge gas can be easily controlled.
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。 As a result, the running cost is less than half that of a gas wiping nozzle provided with a hard chrome plating layer or a WC sprayed layer.
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。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
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。 The
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。 The material of the
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。 Nickel alloy powder or cobalt alloy powder is used as the alloy powder having good corrosion resistance and wear resistance used for the HIP layer. Preferred constituents of the nickel-based alloy powder are as follows: nickel 69.75% by weight, chromium 16.5% by weight, boron 3.3% by weight, silicon 4.0% by weight, carbon 0.65% by weight,
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。 The manufacturing method for forming the HIP layer on the
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。 When the
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。 FIG. 2 illustrates the processing of the tip of the nozzle body provided with the HIP layer. Since the HIP layer has a sufficient surface treatment thickness, the tip is rounded as shown in FIG. 2 (a) in consideration of the amount and direction of the discharge gas and the scattered state of the molten metal splash. It can be ground freely, including surface treatment and C-surface treatment with the tip cut as shown in FIG. It is also possible to create a delicate tip edge shape.
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。 FIG. 3 shows an HIP layer in which an alloy powder made of nickel-based alloy or cobalt-based alloy having good corrosion resistance and wear resistance is directly diffusion-bonded by HIP treatment at the tip of a gas wiping nozzle body to which molten metal droplets adhere. 7, and the
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。 At that time, molten metal droplets 9 are formed, and the molten metal droplets 9 scattered under the influence of the turbulent air flow due to the discharge gas are attached to the
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
7 HIP層
7a R面
7b C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DESCRIPTION OF
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