JP6094362B2 - 溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置およびワイピング方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関連し、ガスワイピングの際に発生するスプラッシュを低減できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関するものである。

溶融金属めっき鋼帯は、溶融金属中を通過後、ガスワイピング装置にて所定の目付量に制御される。ガスワイピング装置は、溶融金属中を通過した鋼帯に余剰に付着している溶融金属を吹き飛ばす。このガスワイピングによって表裏から掻き落とされた溶融金属の一部は、鋼帯から引きちぎれ、液滴的となり周囲に飛散する。この液滴をスプラッシュと呼ぶ。スプラッシュは、鋼帯に付着することにより疵を発生し、また、ワイピングノズルを詰まらせるなど操業に悪影響を与える。鋼帯に疵が発生するとめっき鋼帯の歩留まりが悪化し、ノズル詰まりは操業者によるノズル清掃といった作業負荷を増すという問題がある。

昨今、海外の安価な溶融金属めっき鋼帯と対抗するため、溶融金属めっき鋼帯の高速製造への取り組みが加速し、めっき鋼帯の競争力強化を目指した製造がおこなわれている。

一般的に通板速度を高速化すると、非特許文献１に記載されているが、鋼帯に持ち上げられる液膜量が増加する。高速化しても目付量を一定にするために、ワイピングノズルと鋼帯との距離の近接化、ワイピングガス供給量の増大により、鋼帯表面へのワイピングガス衝突圧を増やす必要がある。しかし、ノズル鋼帯間の距離を近接させた場合、鋼帯のパスラインの変動や鋼帯振動によりワイピングノズルと鋼帯が接触し、これによって鋼帯の表面に疵がつく可能性が高まる。また、ワイピングガス衝突圧の上昇はスプラッシュ発生量を増大させるという問題がある。そのため、ノズル鋼帯間距離、ガス供給量をいずれも安定操業が可能な範囲内に調整して操業しているのが現状である。

この課題を解決するには、溶融金属浴からの持ち上げ液膜量を減らしワイピング位置における溶融金属掻き取り量を低減することにより、スプラッシュ発生の抑制に取り組む必要がある。

特許文献１に開示された電磁ガス複合ワイピング方法は、ガスワイピング領域の直下にリニアモーターによる電磁力を付加することで持ち上げ液膜量を削減した後、ガスワイピングで液膜を掻き取る手法である。この方法では、電磁力によって鋼帯上に進行方向と反対向きに働く力を増やし、液膜を掻き落とすことで、ガスワイピング直前の持ち上げ液膜量が減る。

特許文献２に開示された電磁ガス複合ワイピング方法も、ガスワイピング領域の直下にリニアモーターによる電磁力を付加することで持ち上げ液膜量を削減した後、ガスワイピングで液膜を掻き取る手法である。この方法も、特許文献１と同様に、電磁力によってガスワイピング直前の持ち上げ液膜量を削減し、スプラッシュ発生抑制を狙う。

特許文献３には、持ち上げ液膜量を低減する取り組みとして、溶融金属浴直上でピンチロールによる接触掻き取りを行い、その後噴流ガスにより最終液膜量までワイピングする技術が開示されている。

特許文献４には、溶融金属浴から引き上げられる鋼帯に密接するように多数の浮遊体を配置することで、持ち上げ液膜量を削減する技術が開示されている。

特許文献５には、溶融金属浴中に、鋼帯通板方向に形成される随伴流を抑制する溶融金属絞り部材を設置することで、溶融金属の持ち上げ液膜量を抑制する技術が開示されている。

特許文献６には、ワイピングノズル下部のノズル（以下、プレノズルと呼ぶ）を全幅に設置し、プレノズルによるワイピングで予め液膜を掻き取り、その後ワイピングノズル（以下、主ノズルと呼ぶ）で掻き取る手法、いわゆるガス二段ワイピングが開示されている。

特開平０５−３３１６１０号公報 特開２００９−１６７４７３号公報 特開昭６２−２０５２５６号公報 特開２０１０−２１６０１０号公報 特開２０１０−１４４１８９号公報 特開平６−３４６２１１号公報 特開２０００−２１９９５１号公報 特開２００７−２６０１６１号公報 特開２００７−１９７７８１号公報

Ｄ． Ａ． Ｗｈｉｔｅ ａｎｄ Ｊ． Ａ． Ｔａｌｌｍａｄｇｅ； Ｃｈｅｍ． Ｅｎｇ． Ｓｃｉ．， ２０ （１９６５） ｐ３３

しかしながら、既存の持ち上げ液膜量を抑制して高速化を実現する技術には、４つの課題がある。第一は設備費が高額となる問題である。例えば、特許文献１では、リニアモーターを各設備に設置するため、設備費が高額となる。

第二は接触式掻き取りの場合、鋼帯に疵を与える可能性がある。特許文献３に開示された技術は、浴中ロールを浴上に出して鋼帯に接触させ、溶融金属を掻き取る手法であるが、この影響により鋼帯に疵を与える可能性がある。特許文献４に開示された技術は、浴上に浮遊物体を置き、鋼帯に接触させて溶融金属を掻き取る手法である。この技術では、ワイピングノズルによる掻き取りで下降する液膜の一部が固化して浮遊物体に接着した場合、固化した金属が連続的に鋼帯に疵を与える可能性がある。

第三は持ち上げ液膜掻き取り量の問題である。特許文献５に開示された技術では、非接触式の浴内構造物を使用するので、鋼帯へ疵を発生させるなどの影響はない。しかし、浴内構造物は非接触式のため持ち上げ液膜量の掻き取りが少なく、主ワイピング直前での持ち上げ液膜量を十分に削減できない。

第四は主ノズルとプレノズルとの間に生じる溶融金属溜まりである。特許文献６では主ノズル下部に予め液膜を削るプレノズルを設置して、主ノズルで掻き取る液膜量の低減に取り組んでいる。しかし、この技術では、プレノズルが鋼帯の全幅で液膜を掻き取るので、主ノズルによって掻き取られ、下降した液膜がプレノズルから噴射されるガスによってせき止められる。すなわち、主ノズルとプレノズルとの間に溶融金属溜まりが生じる。そして、プレノズルを通過した液膜は、この溶融金属溜まりによって一定の膜厚を持つ平衡膜厚まで成長し続けるため、プレノズルによる効果が徐々に低下する。よって、主ノズルでの掻き取り液膜量も増加するため、スプラッシュ発生の抑制には難がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、安価であり、疵の発生を抑制し、さらにスプラッシュ抑制に足る持ち上げ液膜掻き取り量を確保しつつ、また主ノズルとプレノズルとの間の溶融金属溜まりを低減することで、スプラッシュ発生を少なくとも主ワイピング領域に必要な程度抑制し、かつ目付均一性を得るワイピング装置及びワイピング方法の開発にある。

本発明者らは上記の課題認識のもと、持ち上げ液膜低減を実現し、かつ安価で疵を抑制できるワイピング装置の開発のため、実験および文献調査による検討を重ねた。その結果、持ち上げ液膜低減のためのプレワイピング装置には、非接触で安価、かつ操業障害が少なく制御性や安定性の良い現状ワイピングと同じ衝突噴流方式のワイピング装置を採用した。さらに、特許文献６のように全幅方向にガスワイピングを二段設置した場合、主ノズルとプレノズルとの間に溶融金属溜まりが現れるが、この課題は、鋼帯幅方向に堆積液膜を防止する逃げ道を作成することで解決できると考えた。さらに、幅方向に関しては、スプラッシュは鋼帯端部から発生するので、その鋼帯端部にプレワイピングを行い、持ち上げ液膜量を削減すればエッジスプラッシュを防止できると考えた。さらに、将来通板速度が更に高速化した場合、鋼帯センター部からもスプラッシュが発生する可能性がある。そのため、鋼帯幅方向にプレノズルを複数列にわたって配置し、かつ鋼帯幅方向に液膜が流れる逃げ道を設けることで、従来の電磁＋ガス複合ワイピングと同等の効果を実現できることを検証でき、本発明の開発に至った。

本発明は以下の（１）〜（６）よりなる。
（１）溶融金属溜まりから引抜かれた鋼帯の両面に、ノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置において、
ガスを鋼帯の全幅に噴射する主ノズルと、
前記主ノズルの上流側の鋼帯両面上にそれぞれ複数設置され、かつ、ガスを鋼帯の全幅の一部に噴射する複数のプレノズル噴射部分と、を備え、
前記プレノズル噴射部分が鋼帯の幅方向に二列以上配置され、
前記プレノズル噴射部分が鋼帯の面上にＶ字型又は逆Ｖ字型に配置されていることを特徴とする、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
（２）溶融金属溜まりから引抜かれた鋼帯の両面に、ノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置において、
ガスを鋼帯の全幅に噴射する主ノズルと、
前記主ノズルの上流側の鋼帯両面上にそれぞれ複数設置され、かつ、ガスを鋼帯の全幅の一部に噴射する複数のプレノズル噴射部分と、を備え、
前記プレノズル噴射部分が鋼帯の幅方向に二列以上配置され、
前記プレノズル噴射部分が鋼帯の面上に千鳥配置されていることを特徴とする、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
（３）プレノズル噴射部分が鋼帯に関して面対称の位置に配置されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
（４）プレノズル噴射部分の位置が、鋼帯の一面と他面とで異なることを特徴とする（１）又は（２）に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
（５）鋼帯からプレノズル噴射部分までの距離が、鋼帯から主ノズルまでの距離よりも大きいことを特徴とする、（１）から（４）の何れか１項に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
（６）（１）〜（５）の何れか１項に記載のガスワイピング装置を用いて、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピングを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯のワイピング方法。

本発明では、主ノズル上流に設置された複数のプレノズル噴射部分による液膜掻き取りにより、鋼帯幅が変わっても、プレノズル噴射部分の配置、個数等を調整することで、主ノズルで掻き落とされる余剰の持ち上げ液膜が低減された状態は維持される。そのため、スプラッシュの発生を鋼帯全幅にわたって大幅に抑制することができる。すなわち、本発明のプレノズルは、衝突噴流方式のワイピング装置であるので、スプラッシュ抑制に足る持ち上げ液膜掻き取り量を確保することができる。さらに、プレノズル噴射部分は、ガスを全幅の一部に噴射するので、主ノズルによって掻き取られ、下降した液膜は、プレノズルから噴射されたガスの間を通る。したがって、主ノズルとプレノズルとの間の溶融金属溜まりが低減される。したがって、本発明は、スプラッシュの発生を鋼帯全幅にわたって大幅に抑制することができる。さらに、プレノズルは安価である。さらに、プレノズルは非接触式なので、接触式掻き取りに起因する疵は発生しない。また、本発明によって、通板速度を上昇させてもスプラッシュ発生を大幅に抑制でき、かつめっき厚みは均一に保持されているので、表面欠陥のなく、まためっき厚みが整った溶融金属めっき鋼帯を高い生産性を維持して製造することが可能となる。

本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造装置の一実施形態を示す図である。 本発明例の主ノズル噴射角度を鋼帯端部（側面）から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面（鋼帯の面上）から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面から見た図である。 本発明には属しない主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯側面から見た図である。 本発明例の主ノズル、プレノズルの配置を鋼帯正面から見た図である。

以下に本発明のガスワイピング装置について詳細に説明する。本発明のガスワイピング装置は、溶融金属めっき鋼帯の製造ラインに設置されるものである。溶融金属の種類は、Ｆｅの融点より充分低い温度で溶融状態にあれば、特に制限は無いが、実用的には、例えば、Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｎ，Ｐｂの単体またはこれらの合金が例示される。あるいはこれらに、例えばＳｉ，Ｐ等の非金属元素、Ｃａ，Ｍｇ，Ｓｒ等の典型金属元素、Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ等の遷移金属元素を含有するものも含まれる。

溶融金属めっき鋼帯の製造ラインの方式にも制約は無い。例えば、鋼帯を溶融金属ポットに浸漬したのち鉛直方向に引き上げる方式、電磁力により浮遊させた溶融金属中を鋼帯が通過する方式、さらには、鋼帯を水平方向に通板しながらその上下から溶融金属を供給する方式等があげられる。いずれにおいても、鋼帯が溶融金属と接触する部分では、溶融金属がある程度溜まった状態にある。本発明ではこれらをすべて「溶融金属溜まり」と呼ぶことにする。

本発明のガスワイピング装置に用いられる主ノズルは、ガスを鋼帯の全幅に噴射して、主に付着金属の厚さを制御するものである。主ノズルは、鋼帯の片面あたりただひとつだけ必要である。主ノズルの形状については既存技術のものでよく、例えば特許文献７や特許文献８等が例示される。高速通板時のスプラッシュ抑制や薄目付化を達成するには、一般に、図２に示すように、水平面とガス噴射方向とのなす角度θが４０°以下であることが好適である。より好ましくは３０°以下である。なお、図１〜９中、符号１、２、３、４、５は、鋼帯、主ノズル、プレノズル、鋼帯の通板方向、及び溶融金属溜まりを示す。

本発明のガスワイピング装置に用いられるプレノズルは、溶融金属溜まりから鋼帯に随伴された余剰な溶融金属をあらかじめ掻き落とすために、主ノズルの上流側に設置され、かつ、ガスを鋼帯の全幅ではなく、その一部に噴射するものである。プレノズルは、鋼帯の片面あたり２個以上必要である。ただし、一つの全幅ノズルの所々がマスキングされてガス噴射部分が複数に分かれているような場合には、分かれた噴射部分の数だけプレノズルがあると数えることにする。すなわち、本実施形態では、プレノズルのガス噴射部分（すなわちプレノズル噴射部分）が主ノズルの上流側の鋼帯両面上にそれぞれ複数設けられていればよい。また主ノズルの上流側とは、主ノズルから通板方向とは逆方向に戻った位置（主ノズルよりも溶融金属溜まりに近い位置）のことである。プレノズルの形状については、主ノズル同様に既存技術のものでよい。また、主ノズルと同じ形状であっても異なっていても良い。すべてのプレノズルが同じ形状であっても良いし、異なっていても良い。主ノズルが溶融金属めっきの最終膜厚を決定するものであるのに対して、プレノズルは余剰な溶融金属の掻き落しが目的であることから、主ノズルよりも掻き落し力は小さくても良い。

本発明の要点は、主ノズル、プレノズルの配置にある。まず、本発明の範囲を明確にするため、本発明には属しない主ノズル、プレノズルの配置について、図７を用いて説明する。鋼帯１は溶融金属溜まり５から引き抜かれたあと、矢印４の方向に通板されている。Ｘの例はプレノズル３が配置されていない例である。Ｙ−１〜Ｙ−３の例はいずれも、主ノズル２及びプレノズル３がいずれも全幅ノズルとなっている。すなわち、全幅ノズルが２つ以上ある（＝ガス２段ワイピング）。このようなノズル配置にすると、上流側の全幅ノズルで掻き落とされた溶融金属が通板逆方向に流れ去ることを、下流側の全幅ノズルから噴射されたガスが妨げる。この結果、掻き落とされた溶融金属は、下流側全幅ノズルの両端から板道外へ激しく飛散するため好ましくない。また、溶融金属溜まりの問題も生じる。

一方、Ｚ−１〜Ｚ−３の例はいずれも、主ノズル２が全幅ノズルでは無いため、最終膜厚が幅方向に均一にならない懸念がある。もちろんＺ−１のような場合には、下流側ノズル（主ノズル２）のガス噴射圧力を下げて、上流側にある全幅ノズル（プレノズル３）のガス噴射圧力を高くすれば、均一に膜厚制御できるが、この場合、下流側ノズルが何の効果も持たない。すなわち、本発明のノズル配置は、ガスを鋼帯の全幅に噴射する１つの主ノズルと、主ノズルの上流側に設置され、ガスを鋼帯の全幅ではなく、その一部に噴射する複数のプレノズルからなることを特徴とする。

図３に本発明例を示す。Ａ−１〜Ａ−３、Ａ−７、Ａ−８は、主ノズルの上流側に、プレノズルを２個、同一直線上に、かつ鋼帯端部にガス噴射されるように配置したものである。すなわち、これらの例では、プレノズルは鋼帯の幅方向に２列配置される。図３〜図６中の符号６、７、８、９は、狭幅材の通板位置、広幅材の一方の端部（ワークサイド、ＷＳ）、広幅材の他方の端部（ドライブサイド、ＤＳ）、広幅材のセンター部（Ｃ）を示す。以下、広幅材の一方の端部を広幅端部ＷＳとも称し、広幅材の他方の端部を広幅端部ＤＳとも称する。このような配置はエッジスプラッシュの抑制に対して有効である。さらなる高速化によるセンタースプラッシュ抑制を意図した場合、Ａ−１よりもＡ−２、Ａ−３、Ａ−７、Ａ−８が有利と思われるが、一方で、プレノズルの間隔が狭いほど通板逆方向に溶融金属が流れ去ることが妨げられるため、最大板幅や通板速度に応じた最適設計が必要である。また、狭幅材の通板時にはプレノズルの位置を板エッジに追随して移動させることが必要となる場合がある。エッジスプラッシュ抑制のためには、鋼帯端部からプレノズルを５０〜１５０ｍｍ差し込むことが好ましい。図９にプレノズル差し込み幅の説明を記載した。図中７、８は、各々狭幅材の一方の端部（ワークサイド、ＷＳ）、狭幅材の他方の端部（ドライブサイド、ＤＳ）を示す。以下、狭幅材の一方の端部を狭幅端部ＷＳとも称し、狭幅材の他方の端部を狭幅端部ＤＳとも称する。図中１２、１３は各々広幅端部ＷＳ、ＤＳの差し込み幅、図中１４、１５は各々狭幅端部ＷＳ、ＤＳの差し込み幅について示した。すなわち、各端部の差し込み幅は、プレノズル（より具体的にはプレノズル噴射部分）と各端部とが重なる部分の幅を意味する。

Ａ−４とＡ−５、Ａ−６、Ａ−７、Ａ−９、Ａ−１０は、主ノズルの上流側に、プレノズルを同一直線上に複数個、配置したものである。このように配置すれば、板幅が変わってもプレノズルの位置を変更する必要がない。ただし、プレノズルの間隔が狭いと、通板逆方向に溶融金属が流れ去ることが妨げられるため、最大板幅や通板速度に応じた最適設計が必要である。同一直線状のプレノズルの幅方向の間隔は１０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がさらに好ましい。図９にプレノズル幅方向の間隔の説明を記載した。図中１１にプレノズル幅方向の間隔を示した。

図４は、主ノズルの上流側に、プレノズルを鋼帯の長手方向に２列またはそれ以上配置したものであり、本発明の好適例である。Ｂ−１は同一直線上の鋼帯端部にプレノズルを２個配置し、鋼帯中央部にプレノズルを１個配置し、ガスを噴射させるものである。鋼帯中央部にプレノズルを配置することにより、高速化した際のセンタースプラッシュ対策への効果を発揮すると予想されるが、狭幅材が通板した際、狭幅部のエッジ掻き取りが難しくエッジスプラッシュが発生すると予想されるため、板幅変更時の対応が難しい恐れがある。Ｂ−３は端部のプレノズルと中央部のプレノズルの高さをＢ−１とは逆に設置したものである。狭幅鋼帯の通板時には端部ワイピングが難しくなる恐れがある。しかし、これらの配置であっても、従来の二段ガスワイピング装置（図９中のＹ−１〜Ｙ−３）よりもスプラッシュを抑制することができる。

一方、Ｂ−２は同一直線上の鋼帯端部にプレノズルを２個配置し、より鋼帯中央部に同一直線上にあるプレノズルを２個配置したものである。Ｂ−１と比較して、狭幅材通板時にも鋼帯端部からのスプラッシュ発生を抑制できる可能性がある。しかし高速化すると余剰溶融金属量が増加するため、鋼帯中央部よりスプラッシュが発生する懸念がある。したがって、鋼帯中央部に配置したプレノズル間の間隔を広げる等の調整が必要な場合がある。

一方、Ｂ−４、Ｂ−５、Ｂ−６、Ｂ−７では、狭幅材通板時に片側の端部のプレワイピングが行えないため、片側のエッジスプラッシュを抑制できない。しかし、この配置であっても、従来の二段ガスワイピング装置（図９中のＹ−１〜Ｙ−３）よりもスプラッシュを抑制することができる。Ｂ−８は主ノズル上流側からプレノズルを鋼帯端部から他端部に向かうに従ってプレノズルを一定間隔で下流側に配置し、階段状に配置した。この配置の端部では、プレノズルと主ノズルとの距離が遠く、主ノズルで掻き取られた液膜が厚くなりやすいので、端部におけるプレノズルと主ノズルとの距離を縮める等の調整が必要な場合がある。

そのため、プレノズルを図５に示すように配列することがさらに好適である。図５は、プレノズルを鋼帯の面上にＶ字型又は逆Ｖ字型に配置した例である。Ｃ−１、Ｃ−３、Ｃ−４がＶ字型配列の例であり、Ｃ−２、Ｃ−５、Ｃ−６が逆Ｖ字型配列の例である。すなわち、Ｖ字の頂点が上流側に向く配列がＶ字型であり、Ｖ字の頂点が下流側に向く配列が逆Ｖ字型である。図５のＣ−１で示すように同一直線上の鋼帯端部にプレノズルを２個配置し、主ノズルよりさらに上流側の鋼帯中央部に同一直線上にあるプレノズルを２個配置、さらに上流側の鋼帯中央部にプレノズルを１個配置したものであり、プレノズルによって鋼帯全幅の余剰溶融金属を予め削り取る。このことで、高速通板時もスプラッシュが抑制されると予想されるが、主ノズルと鋼帯中央部のプレノズルとの距離が長くなると、主ノズルで掻き取られて通板方向と逆方向に流れる液膜が厚くなるため、プレノズルでの掻き取り効果が低減して、主ノズルでの掻き取り量が増加し、スプラッシュ発生を促進する可能性がある。したがって、鋼帯中央部におけるプレノズルと主ノズルとの距離を縮める等の調整が必要な場合がある。

一方、Ｃ−２は主ノズルから最も上流側に鋼帯端部をカバーし同一直線上にあるプレノズルを２個配置、さらにこれらのプレノズルの下流側に狭幅鋼帯通板時に対応するためにプレノズルを２個配置し、さらに下流側に鋼帯中央部を掻き取るプレノズルを１個配置したものである。このことで、高速通板時もスプラッシュが抑制されると予想されるが、主ノズルと鋼帯端部のプレノズルとの距離が長くなると、主ノズルで掻き取られて流れおちる液膜が厚くなるため、プレノズルでの掻き取り効果が低減して、主ノズルでの掻き取り量が増加し、鋼帯端部よりスプラッシュ発生を促進する可能性がある。したがって、鋼帯端部におけるプレノズルと主ノズルとの距離を縮める等の調整が必要な場合がある。

Ｃ−３、Ｃ−４は鋼帯中央部に設置されたプレノズルと主ノズル間の距離が遠いため、板中央部のスプラッシュが抑制できない可能性がある。したがって、鋼帯中央部におけるプレノズルと主ノズルとの距離を縮める等の調整が必要な場合がある。一方、Ｃ−５、Ｃ−６は端部に設置されたプレノズルと主ノズルとの距離が遠く、エッジスプラッシュを抑制できない可能性がある。したがって、特に鋼帯端部におけるプレノズルと主ノズルとの距離を縮める等の調整が必要な場合がある。

図６は、主ノズルの上流側に、プレノズルを２列、千鳥配置したものであり、本発明のさらなる好適例である。プレノズルは２列以上であっても良い。例えばＤ−１は主ノズル上流側に狭幅両端部の液膜を掻き取るプレノズルを設置し、一定間隔で同一直線上にプレノズルを配置する。また、主ノズル下流には上流側での掻き取りをカバーしきれなかった領域を埋めるようにプレノズルを配置する。Ｄ−３は主ノズル上流側に狭幅中央部の液膜を掻き取るプレノズルを設置し、一定間隔で同一直線上にプレノズルを配置する。また、主ノズル下流には上流側での掻き取りをカバーしきれなかった領域（例えば狭幅端部及び広幅端部）を埋めるようにプレノズルを配置する。また、Ｄ−２、Ｄ−４は各々Ｄ−１、Ｄ−３とプレノズル上流側と下流側の配置を逆にしたものである。本配置では、各プレノズルと主ノズルとの距離が図５のＣ−１、Ｃ−２と比較して端部及び中央部とも近く、主ノズル−プレノズル間液膜は薄いため、エッジおよびセンタースプラッシュとも発生せず、本発明の好適例である。主ノズルからの掻き取られた液膜逃げ道確保のため、プレノズルの幅方向の間隔は１０ｍｍ以上遠ざけることが好ましく、５０ｍｍ以上遠ざけることがさらに好ましい。さらに２列以上にプレノズルを並べる場合、流れ方向の間隔は１０ｍｍ以上遠ざけることが好ましく、５０ｍｍ以上遠ざけることがさらに好ましい。図９にプレノズル流れ方向の間隔についての説明を記載した。図中１０はプレノズル流れ方向間隔を示す。

図８は、鋼帯側面から見た本発明のノズル配置の例である。Ｐは主ノズルとプレノズルは通板方向に対して左右対称である（すなわち、鋼帯に関して面対称の位置に配置されている）。さらに、Ｐでは、プレノズル鋼帯間ギャップは主ノズルの鋼帯間ギャップと同じである。Ｐの適用例を実施例４に示すが、鋼帯のコイル換えの際の溶接点通過時では、鋼帯表面に凹凸があり、ワイピングガス流動が乱れるため、センター及びエッジスプラッシュが発生する。そのためプレノズル外壁にスプラッシュが付着する。そこで、Ｑはプレノズル鋼帯間ギャップを主ノズルより広くし、主ノズル上流ほどより広くしたものである。Ｑではプレノズルに堆積するスプラッシュ量がＰと比較して少なくなった。下流側（主ノズルに近い側）ではプレノズル鋼帯ギャップは主ノズル鋼帯ギャップより＋１ｍｍ以上が好ましく、＋２ｍｍ以上がさらに好ましい。上流側（主ノズルから遠い側）ではプレノズル鋼帯ギャップは主ノズル鋼帯ギャップより＋３ｍｍ以上が好ましく、＋４ｍｍ以上がさらに好ましい。なお、Ｐの例であっても、後述する実施例１〜３に示されるように、従来よりもワイピング装置全体としてスプラッシュの発生を抑制することができる。

図８のＲは、表裏プレノズルの流れ方向の位置を変化した図である。プレノズルにおいても鋼帯のコイル換えの際の溶接点通過時では、ワイピングガス流動が乱れるため、センター及びエッジスプラッシュが発生する。そのため、プレノズルに付着するスプラッシュが存在した。Ｒは、プレノズルの鋼帯表裏の設置高さにオフセットを設けたものである。結果、Ｑと比較してスプラッシュ堆積の減少が確認できた。表裏プレノズルのオフセットは０．５ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がさらに好ましい。

なお、本発明において、主ノズル、プレノズルが通板方向に対してなす角度については、本発明の効果に大きく影響しないため任意で良いが、特段の理由が無ければ通板方向に対して垂直で良い。従って、図３〜図８はすべて、プレノズルが通板方向に対して垂直な例を示した。ただし、実験条件によってスプラッシュ飛散が問題となる場合は、主ノズルおよびプレノズルが通板方向に対して斜めに傾けて設置する場合も含むこととする。

また、主ノズル、プレノズルのガス噴射方向が鋼帯となす角度についても、本発明においては本質では無く、一般には垂直で良い。ただし、スプラッシュ抑制のためには、ワイピングノズルを鋼帯に対して垂直より傾けてガス噴射方向を変更することでスプラッシュ飛散範囲を狭めるなどにより、さらなる高速通板時の対策をとる。

主ノズル、プレノズル以外に、特許文献９に記載される特開２００７−１９７７８１号公報に例示されるようなバッフルプレートを設置してもかまわない。

つぎに、本実施形態の実施例を説明する。まず、実施例及び比較例の製造条件を説明する。プレノズル幅（噴射部分の幅）５０〜１８００ｍｍ、目付量４５ｇ／ｍ^２、主ワイプ圧１ｋｇｆ、プレノズル圧０．６ｋｇｆ、通板速度１５０、２５０ｍｐｍ、板幅８００、１６００ｍｍで試験を実施した。主ノズル設置高さは浴面から４５０ｍｍ。一方、プレノズル設置高さは浴面から３００ｍｍ。プレノズルが鋼帯長手方向に複数列にわたる時は、最下流設置側を３００ｍｍとし、上流に向かうにつれて５０ｍｍずつ下げて設置した。

実施例及び比較例では、連続溶融亜鉛めっきラインに図１に示したワイピング装置を設置し、溶融金属めっき鋼帯の製造を行った。このワイピング装置は、溶融金属の目付量が所定の目付量になるようにガスワイピングを行い、図３〜図８に示すように、鋼帯の幅方向にわたって配置されたプレノズルを有する。

また、実施例及び比較例では、特に言及がない限り、水平面と主ノズルガス噴射方向とのなす角度θ（図２参照）を０°とした。すなわち、主ノズルは鋼帯に垂直な方向にガスを噴射することとした。プレノズルも同様に鋼帯に垂直な方向にガスを噴射することとした。また、実施例１〜３では、鋼帯表裏面上でのプレノズルの配置は図８に示すＰとし、主ノズル及びプレノズルと鋼帯とのギャップを５ｍｍとした。

（実施例１）プレノズル差し込み幅の影響確認
プレノズル配置を検討した際、鋼帯端部からプレノズルによるプレワイピング効果を得るためには、プレノズルを鋼帯端部から差し込む必要がある。プレノズル差し込み幅とエッジスプラッシュ抑制との関係を調査した。結果を表１に示す。ＬＳ（通板速度）は１５０ｍｐｍ、鋼帯幅は１６００ｍｍを使用し、プレノズルは幅４００ｍｍのスリットノズルを使用した。スプラッシュ疵はＷＳおよびＤＳのスプラッシュ疵を検出し評価した。

表１のＮｏ．１〜６はノズル配置を図３のＡ−１とし、プレノズル差し込み幅を１０〜２００ｍｍまで変化させた結果である。Ｎｏ．７はプレノズル無しの比較例である。プレノズル差し込み幅１０、３０ｍｍではスプラッシュは比較例より抑制することができ。一方、プレノズル差し込み幅５０〜１５０ｍｍではスプラッシュ疵は大幅に抑制できた。一方、差し込み幅２００ｍｍになると、スプラッシュ抑制効果が低減した。その理由として、プレノズルで掻き取られた液膜と主ノズルで掻き取られて下降する液膜との境界域に液膜乱れが発生し、スプラッシュ疵発生が見られたためである。

（実施例２）プレノズル間隙間と液膜流路の関係調査
プレノズル配置を検討する上で、プレノズル間の安定した液膜逃げ道を確保しガス２段ワイピングを行う必要がある。結果を表２に示す。ＬＳは１５０ｍｐｍ、鋼帯幅は１６００ｍｍを使用した。液膜逃げ道流路は鋼帯ＷＳ、ＤＳおよび鋼帯Ｃ部を各々評価した。

表２のＮｏ．１〜４は図３のＡ−２のノズル配置とし、プレノズル幅８００ｍｍを使用した。プレノズル幅方向の間隔を１０〜１００ｍｍと変化させたところ、５０ｍｍ以上で特に安定した流路が形成できた。一方、表２のＮｏ．５〜８は図４のＢ−２のノズル配置とし、プレノズル幅４００ｍｍとした。プレノズル幅方向間隔は５０ｍｍに固定し、プレノズル端部とプレノズル中央部の流れ方向の間隔を１０〜１００ｍｍと変化させた。流れ方向の間隔５０ｍｍ以上遠ざけることで特に安定した流路が形成できた。

（実施例３）鋼帯全幅にわたってスプラッシュ疵を抑制可能なプレノズル配置
鋼帯全幅にわたってスプラッシュを抑制可能なプレノズル配置を検討する。結果を表３に示す。ＬＳは１５０、２５０ｍｐｍ、鋼帯幅は８００、１６００ｍｍを使用した。スプラッシュ疵は鋼帯ＷＳ、ＤＳおよび鋼帯Ｃ部を鋼板幅別に評価した。プレノズルの最も下流に設置されたプレノズルを１段目とし、上流に行くに従って２段目、３段目と表記した。

プレノズルを設置しないＮｏ．１７の比較例は、鋼帯端部よりスプラッシュが発生した。一方、全幅にわたってプレノズルを設置したＮｏ．１９の比較例は鋼帯全幅よりスプラッシュが発生した。一方、Ｎ０．１８は通板速度２５０ｍｐｍまで行ったが、鋼帯Ｃ部よりスプラッシュ疵発生が見られた。

Ｎｏ．１は鋼帯中央部を軸に鋼帯端部にプレノズルを設置した。ＷＳは幅２００ｍｍのプレノズル、ＤＳは幅６００ｍｍのプレノズルを使用した。鋼帯幅１６００ｍｍ通板時にはエッジスプラッシュは抑制できた。一方、鋼帯幅８００ｍｍでは、ＷＳにプレワイピングが及ばない領域が存在し、ＷＳに比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。

Ｎｏ．２、３は、鋼帯端部に鋼帯正面から見て左右対称にプレノズルを配置した。Ｎｏ．２はＷＳ、ＤＳとも幅２００ｍｍのプレノズル、Ｎｏ．３はＷＳ、ＤＳとも幅５００ｍｍのプレノズルを使用した。Ｎｏ．２は鋼帯幅８００ｍｍの際は、プレワイピング領域が及ばず、ＷＳ及びＤＳに比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。一方、Ｎｏ．３は鋼帯幅８００ｍｍの場合は、スプラッシュ疵は抑制できた。しかし、広幅の際は、ＷＳ、ＤＳとも差し込み幅が広く、比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。

Ｎｏ．４は、鋼帯端部および中央部よりにプレノズルを設置し、かつプレノズルを複数列にわたって設置した。プレノズルは幅２００ｍｍのノズルを３個使用した。鋼帯幅が８００ｍｍに変更になった際、ＤＳに比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ抑制が見られた。

Ｎｏ．５は、鋼帯端部および中央部よりに鋼帯正面から見て左右対称にプレノズルを設置した。プレノズルは幅２００ｍｍのノズルを使用し、広幅の鋼帯端部ＷＳ、ＤＳに各１個、鋼帯中央部に１個設置した。鋼帯幅８００ｍｍの際には、鋼帯端部にプレワイピングが及ばず端部に比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。一方、Ｎｏ．６は、Ｎｏ．５と比べて鋼帯中央部に幅２００ｍｍのプレノズルを２個鋼帯正面から左右対称に設置した。鋼帯中央部のプレノズル幅方向間隔は５０ｍｍとした。鋼帯幅が狭い場合でもスプラッシュは抑制できた。

Ｎｏ．７は、プレノズルをＶ字配置した。幅２００、６００ｍｍのプレノズルを表３の条件を満たすように設置した。鋼帯ＷＳに幅２００ｍｍのプレノズル、鋼帯中央部に幅２００ｍｍのプレノズル、鋼帯ＤＳに幅６００ｍｍのプレノズルを設置した。鋼帯中央部のプレノズルは鋼帯正面から見て左右対称となるように設置した。狭幅の際は、ＷＳ、ＤＳともスプラッシュ疵が抑制できたが、広幅の際、鋼帯ＤＳの差し込み幅が広く、比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。一方、Ｎｏ．８は、Ｎｏ．７と比較してプレノズルを逆Ｖ字に設置したものであるが、幅２００、６００ｍｍのプレノズルを表３の条件を満たすように設置した。鋼帯幅１６００ｍｍの際、鋼帯端部ＤＳとプレノズルの距離が遠く、比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。また広幅ＷＳはプレノズル差し込み幅が広く、比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。

Ｎｏ．９は、鋼帯正面から見て左右対称にプレノズルをＶ字に配置した。幅２００ｍｍのプレノズルを５個使用し、鋼帯正面に設置したプレノズルは鋼帯正面から見て左右対称である。鋼帯幅にかかわらずスプラッシュを抑制できた。一方、Ｎｏ．１０は鋼帯正面から見て左右対称にプレノズルを逆Ｖ字に配置した。幅２００ｍｍのプレノズルを５個使用し、鋼帯正面に設置したプレノズルは鋼帯正面から見て左右対称である。鋼帯幅１６００ｍｍの際、鋼帯端部とプレノズル間の距離が遠く、液膜が厚くなるため、比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。

Ｎｏ．１１は鋼帯幅方向にプレノズルを千鳥配置した。プレノズルは幅２００ｍｍを使用し表３の条件満たすよう設置した。板幅変更した後もスプラッシュは安定的に抑制できた。一方、Ｎｏ．１２は鋼帯中央部を軸に左右対称にプレノズルを設置し、かつプレノズルを２列に分けて千鳥配列した。プレノズルは幅２００ｍｍを使用した。板幅変更した後もスプラッシュは安定的に抑制できた。

Ｎｏ．１３〜１６はそれぞれＮｏ．６、９、１１、１２の配置で高速化（２５０ｍｐｍ）に取り組んだ例である。Ｎｏ．１４、１５は鋼帯中央部へのプレワイピング掻き取り効果が小さく、鋼帯中央部に比較例よりは少ないものの、若干のスプラッシュ疵が見られた。一方、Ｎｏ．１３、１６は鋼帯中央部および鋼帯端部のスプラッシュ発生が抑制できたため、本発明の好適例である。

（実施例４）プレノズル鋼板間ギャップとプレノズルオフセットの影響評価
プレノズル鋼板間ギャップとプレノズルオフセットを変化させた時の、騒音影響およびプレノズル亜鉛堆積量について評価した。実施例は、高速通板時（２５０ｍｐｍ）でも鋼帯全幅にわたってスプラッシュ疵抑制が可能な図６のＤ−１とした。結果を表４に示す。

Ｎｏ．１は、表３で示したＬＳ１５０ｍｐｍのノズル配置Ｄ−１の結果である。騒音は１００−１１０ｄＢであり、プレノズルへの亜鉛堆積は一段目および２段目とも存在した。騒音についてはＮｏ．２はプレノズルを設置しない条件で測定した結果であるが、騒音は９０−１００ｄＢであったため、プレノズルを設置することで約１０ｄＢの騒音が増したことが分かる。

Ｎｏ．３、４はプレノズル鋼板間ギャップを広げた。６ｍｍまで広げると、１段目のプレノズル亜鉛堆積量が改善し、プレノズル鋼板ギャップ７ｍｍに広げると、１段目のプレノズル亜鉛堆積は無くなった。一方、２段目のプレノズルへの亜鉛堆積は改善されず、Ｎｏ．５、６では１段目プレノズル鋼板ギャップは７ｍｍに固定し、２段目プレノズル鋼板ギャップを広げた。８ｍｍまで広げると２段目プレノズルの亜鉛堆積量が改善し、９ｍｍまで広げると亜鉛堆積がなくなった。

Ｎｏ．７、８は、表裏プレノズル設置高さにオフセットを設けた。表裏オフセットを０．５ｍｍつけると、騒音が約２ｄＢ程度、オフセットを１ｍｍつけると騒音を約５ｄＢ程度抑制できた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。例えば、上述した実施例では、複数のプレノズルを主ノズルの上流側に配置したが、１つのプレノズルを主ノズルの上流側に配置し、このプレノズルの一部を適宜マスキングするようにしてもよい。

本発明により、品質の安定した合金化溶融亜鉛めっき鋼帯を安価にかつ安定的に供給することができ、防錆性に優れた自動車の普及がますます促進される。これは自動車の寿命や安全性向上につながり、また省資源の観点から地球環境の改善にも寄与する。したがって産業上の利用価値は極めて大きい。

１ 鋼帯
２ 主ノズル
３ プレノズル
４ 通板方向
５ 溶融金属溜まり
６ 狭幅材の通板位置
７ ＷＳ（ワークサイド）
８ ＤＳ（ドライブサイド）
９ Ｃ（センター部）
１０ プレノズル流れ方向間隔
１１ プレノズル幅方向間隔
１２ 広幅端部ＷＳ差し込み幅
１３ 広幅端部ＤＳ差し込み幅
１４ 狭幅端部ＷＳ差し込み幅
１５ 狭幅端部ＤＳ差し込み幅

Claims (6)

1. 溶融金属溜まりから引抜かれた鋼帯の両面に、ノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置において、
   ガスを鋼帯の全幅に噴射する主ノズルと、
   前記主ノズルの上流側の鋼帯両面上にそれぞれ複数設置され、かつ、ガスを鋼帯の全幅の一部に噴射する複数のプレノズル噴射部分と、を備え、
   前記プレノズル噴射部分が鋼帯の幅方向に二列以上配置され、
   前記プレノズル噴射部分が鋼帯の面上にＶ字型又は逆Ｖ字型に配置されていることを特徴とする、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
2. 溶融金属溜まりから引抜かれた鋼帯の両面に、ノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置において、
   ガスを鋼帯の全幅に噴射する主ノズルと、
   前記主ノズルの上流側の鋼帯両面上にそれぞれ複数設置され、かつ、ガスを鋼帯の全幅の一部に噴射する複数のプレノズル噴射部分と、を備え、
   前記プレノズル噴射部分が鋼帯の幅方向に二列以上配置され、
   前記プレノズル噴射部分が鋼帯の面上に千鳥配置されていることを特徴とする、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
3. 前記プレノズル噴射部分が鋼帯に関して面対称の位置に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
4. 前記プレノズル噴射部分の位置が、鋼帯の一面と他面とで異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
5. 鋼帯から前記プレノズル噴射部分までの距離が、鋼帯から前記主ノズルまでの距離よりも大きいことを特徴とする、請求項１から４の何れか１項に記載の溶融金属めっき鋼帯のガスワイピング装置。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のガスワイピング装置を用いて、溶融金属めっき鋼帯のガスワイピングを行うことを特徴とする溶融金属めっき鋼帯のワイピング方法。
   

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