JP6205753B2 - ガスワイピングノズル及びガスワイピング方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属帯に対する溶融金属の付着量を均一にするためのガスワイピングノズルと、当該ガスワイピングノズルを用いたガスワイピング方法に関する。

連続溶融金属めっき装置は、金属帯（例えば鋼帯）を亜鉛などの溶融金属でめっきするための装置である。この連続溶融金属めっき装置は、溶融金属を満たしためっき浴中に配置されるロールとして、例えば、鋼帯の進行方向を転換するためのシンクロール（ポットロールとも称する。）と、鋼帯の形状を矯正する一対のサポートロールを備える。めっき浴内に斜め下方に向けて導入された鋼帯は、シンクロールによりその進行方向を鉛直方向上方に転換された後に、一対のサポートロールの間を通過してめっき浴外に引き上げられる。その後、鋼帯の両側に配置されたガスワイピングノズルから鋼帯表面に気体を吹き付けることにより、鋼帯表面に付着した余剰の溶融金属を払拭して、所定のめっき付着量（目付量）に制御される。

ガスワイピングノズルの先端には、ガス噴射口として、水平方向に延びるスリットが形成されている。ガスワイピングノズルは、当該スリットから高圧のガスを噴射し、めっき浴から引き上げられた鋼帯表面に対して吹き付けることで、当該鋼帯表面に付着している余剰の溶融金属を吹き飛ばす。かかるガスワイピングノズルを用いたガスワイピング法では、鋼帯表面に対するガスの噴流の衝突箇所を基点として、当該噴流によって吹き飛ばされた余剰の溶融金属の飛沫（以下、スプラッシュという。）が飛散する現象が発生する。特に、鋼帯の搬送速度（通板速度）が高速（例えば１５０〜２５０ｍ／ｍｉｎ）である場合、このスプラッシュの発生が顕著となる。

このため、従来のガスワイピングノズルでは、ワイピング力を向上させ、またスプラッシュの発生を抑制する観点から、ノズル先端部の上面及び下面に傾斜面が設けられている。例えば、特許文献１には、ノズル先端に対して溶融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ために、ノズル上面の傾斜面（傾斜角α）とノズル下面の傾斜面（傾斜角β）を、ノズル先端側で小さくすることが開示されている。

また、特許文献２には、スプラッシュが上方へ飛散することを防止するために、ガスの噴射方向を斜め下方にすることが開示されている。また、この特許文献２では、ガス噴射口近傍の強度不足を防ぐため、ノズル先端部の上側リップ角β及び下側リップ角γを１５°以上とすることが開示されている。さらに、溶融金属の微細粒子が鋼帯やスリットノズルに付着することを防止するために、上側リップ角βを４５°以下とするとともに、鋼帯の側端部で発生したスプラッシュが反対側のスリットノズルに付着しないようにするために、下側リップ角γを２５°以下とすることが開示されている。

特開２００７−２７０１６１号公報 特開２００７−３１４８５１号公報

ところで、ガスワイピングノズルから噴射されるガスの噴流の流速は、例えば２００ｍ／ｓと非常に高速である。本願発明者が鋭意検討したところ、ノズル先端部の上面又は下面の傾斜面の角度θ１、θ２が大きい場合には、高速のガス噴流の影響により、ノズルの傾斜面と鋼帯表面との間の空間の気圧が低下するため、当該ガス噴流が上方向又は下方向に引き寄せられて曲がってしまうことが分かった。このように、ガス噴流が鋼帯表面に向けて水平方向に直線的に進行せずに、上方向又は下方向に引き寄せられて曲がってしまうと、ガス噴流による溶融金属の払拭量にバラツキが生じ、溶融金属の目付量の均一性が低下してしまう。従って、溶融金属の目付量の均一化するためには、上記ガス噴流の曲がりが生じないように、ノズル先端部の上面又は下面の傾斜面の角度θ１、θ２を適切に調整する必要がある。

さらに、ノズルよりも下方側でスプラッシュが発生している場合には、ノズル先端部の下面の傾斜面と鋼帯表面との間の空間が、当該スプラッシュの飛散領域の分だけ狭くなるので、上述したガス噴流が引き寄せられて曲がる現象が顕著になることが分かった。このスプラッシュの飛散領域は、ノズル下面の傾斜角度θ２のみならず、ノズル上面の傾斜角度θ１の影響をも受けるものである。従って、スプラッシュ発生時に上記ガス噴流の下方向への曲がりを防止するためには、スプラッシュの飛散領域（後述するスプラッシュ角度θ３）や、ノズル上面の傾斜角度θ１をも考慮して、ノズル下面の傾斜角度θ２を、適切に調整する必要がある。

しかしながら、上記特許文献１、２に記載の従来のガスワイピングノズルでは、ノズル先端部の傾斜面の角度を設計する際に、前述したガス噴流が上方向又は下方向に引き寄せられて曲がってしまう現象や、ノズル上面や下面の傾斜角度θ１、θ２の相互関係を何ら考慮していない。このため、ノズル上面や下面の傾斜角度θ１、θ２が適切に調整されていないので、ガス噴流が上方向又は下方向に引き寄せられて曲がることによって、溶融金属の目付量が不均一になってしまうという問題があった。

そこで、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、ノズル先端部の上面と下面の傾斜角度の相互関係やスプラッシュの飛散領域を考慮して、当該傾斜角度を適切に調整することで、ノズルから噴射されるガス噴流の曲がりを防止して、金属帯に対する溶融金属の付着量を均一化することが可能な、新規かつ改良されたガスワイピングノズル及びガスワイピング方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
１５０〜２５０ｍ／ｍｉｎで金属帯を搬送する連続溶融金属めっき装置に設けられ、めっき浴から鉛直方向に引き上げられる前記金属帯の全幅に渡って、水平方向に同時にガスを吹き付けるガスワイピングノズルにおいて、
前記ガスワイピングノズルのノズル先端側の上面は、ガス噴射方向に向けて下るように傾斜した傾斜面であり、
前記ガスワイピングノズルのノズル先端側の下面は、前記ガス噴射方向に向けて上るように傾斜した傾斜面であり、
前記ガスワイピングノズルの上面の前記傾斜面が水平面となす傾斜角度θ１と、前記ガスワイピングノズルの下面の前記傾斜面が水平面となす傾斜角度θ２が、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする、ガスワイピングノズル。
５°≦θ１≦４０° ・・・（１）
０°≦θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（２）

さらに、前記傾斜角度θ１が２０°以上であるようにしてもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、前記ガスワイピングノズルを用いて、めっき浴から鉛直方向に引き上げられる金属帯に対して水平方向にガスを吹き付けることにより、前記金属帯に対する溶融金属の付着量を制御することを特徴とする、ガスワイピング方法が提供される。

さらに、前記ガスワイピングノズルの最先端と前記金属帯との距離ｄが、６〜８ｍｍであり、
前記ガスワイピングノズルのスリット幅δが、０．６〜０．８ｍｍであり、
前記ガスワイピングノズルの最先端に、前記金属帯の表面と対向する平坦部が形成され、前記平坦部の長さｔが、５〜７ｍｍであり、
前記ガスワイピングノズルから噴射されたガスが前記金属帯に衝突するときのガス圧Ｐｗが、５〜２５ｋＰａであるようにしてもよい。

以上の構成によれば、ノズル先端部の上面の傾斜角度θ１と下面の傾斜角度θ２の相互関係やスプラッシュの飛散領域を考慮して、当該傾斜角度θ１、θ２を適切に調整することができる。これにより、ノズルから噴射されるガスの噴流の曲がり（偏流）を防止して、水平方向に進行するガス噴流を用いて適切にガスワイピングを実行できる。従って、金属帯に対する溶融金属の目付量のばらつきを抑制して、目付量を均一化できる。

以上説明したように本発明によれば、ノズル先端部の上面と下面の傾斜角度の相互関係やスプラッシュの飛散領域を考慮して、当該傾斜角度を適切に調整することで、ノズルから噴射されるガス噴流の曲がりを防止して、金属帯に対する溶融金属の付着量を均一化することができる。

本発明の第１の実施形態に係るガスワイピングノズルが適用された連続溶融金属めっき装置を示す模式図である。 同実施形態に係るガスワイピングノズルの構造例を示す垂直断面図である。 同実施形態に係るガスワイピングノズルの先端部を示す模式図である。 ガスワイピングノズルから噴射されたガス噴流が上方に引き寄せられた状態を示す模式図である。 ガスワイピングノズルから噴射されたガス噴流が下方に引き寄せられた状態を示す模式図である。 ノズル上下面の傾斜角度θ１、θ２と、スプラッシュ角度θ３の関係を示すグラフである。 ノズル上下面の傾斜角度θ１、θ２と、θ２＋θ３との関係を示すグラフである。 同実施形態に係るガスワイピングノズルの上下面の傾斜角度θ１、θ２の適正範囲を示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

［１．連続溶融金属めっき装置の構成］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係るガスワイピングノズルが適用される連続溶融金属めっき装置について説明する。図１は、本実施形態に係る連続溶融金属めっき装置１を示す模式図である。

図１に示すように、連続溶融金属めっき装置１は、鋼帯２を、溶融金属を満たしためっき浴３に浸漬することにより、鋼帯２の表面に溶融金属を連続的に付着させるための装置である。連続溶融金属めっき装置１は、浴槽４と、スナウト５と、シンクロール６と、上下一対のサポートロール７、８と、ガスワイピングノズル１０と、を備える。

鋼帯２は、溶融金属によるめっき対象となる金属帯の一例である。本実施形態では鋼帯２の例を上げて説明するが、本発明の金属帯は、めっき対象となる帯状の金属材料であれば、その材質は問わない。また、めっき浴を構成する溶融金属は、亜鉛、鉛−錫、アルミニウムなどの耐食性金属が一般的であるが、めっき金属として使用されるその他の金属であってもよい。溶融金属で鋼帯２をめっきして得られる溶融金属めっき鋼板としては、亜鉛めっき鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板等が代表的であるが、その他の種類のめっき鋼板であってもよい。以下では、めっき浴３をなす溶融金属として溶融亜鉛を用い、鋼帯２の表面に溶融亜鉛を付着させて、亜鉛めっき鋼板を製造する例について説明する。

浴槽４は、上記溶融金属からなるめっき浴３を貯留する。スナウト５は、その一端をめっき浴３内に浸漬されるように傾斜配設される。

シンクロール６は、めっき浴３中の最下方に配設され、サポートロール７、８よりもロール径が大きい。シンクロール６は、鋼帯２の走行に伴って図示の時計回りに回転する。このシンクロール６は、スナウト５を通ってめっき浴３内に斜め下方に向けて導入された鋼帯２を、鉛直方向上方に方向転換する。

サポートロール７、８は、めっき浴３中のシンクロール６の上方に配置され、シンクロール６から鉛直方向に引き上げられた鋼帯２を左右両側から挟み込むようにして配設される。サポートロール７、８は、不図示の軸受け（例えば、滑り軸受け、転がり軸受け等）により回転自在に支持される。なお、サポートロールを１つだけ、又は３つ以上設置してもよいし、サポートロールを配置してなくてもよい。トップロール９は、めっき浴３の上方であってシンクロール６の直上に配置される。このトップロール９は、シンクロール６から鉛直方向上方に引き上げられた鋼帯２を、搬出方向に方向転換する。

ガスワイピングノズル１０は、鋼帯２の表面にガス（例えば空気）を吹き付けて、鋼帯２に対する溶融金属の付着量を制御する機能を有する。ガスワイピングノズル１０は、鋼帯２の厚み方向の両側に配設され、サポートロール７、８の直上のめっき浴３外であって、めっき浴３の浴面から所定の高さだけ上方に配置される。かかるガスワイピングノズル１０は、めっき浴３から鉛直方向上方に引き上げられた鋼帯２の両面にガスを吹き付けて、余剰な溶融金属を払拭する。これにより、鋼帯２の表面に対する溶融金属の付着量（目付量）が適正量に制御される。

ここで、上記構成の連続溶融金属めっき装置１の動作について説明する。連続溶融金属めっき装置１は、不図示の駆動源により鋼帯２を長手方向に移動させて、装置内の各部を通板させる。この鋼帯２は、スナウト５を通じてめっき浴３中に斜め下方に導入され、シンクロール６を周回して、その進行方向が鉛直方向上方に変換される。次いで、鋼帯２は、サポートロール７、８の間を通過して上昇し、めっき浴３外に引き上げられる。その後、ガスワイピングノズル１０から吹き付けられるガスの圧力により、めっき浴３外に引き上げられた鋼帯２の表面に付着している余剰な溶融金属が払拭されて、鋼帯２の表面に対する溶融金属の付着量が所定の目付量に制御される。以上のようにして、連続溶融金属めっき装置１は、鋼帯２をめっき浴３中に連続的に浸漬して、溶融金属、例えば溶融亜鉛でめっきすることで、所定の目付量の溶融金属めっき鋼板を製造する。

［２．ガスワイピングノズルの構成］
次に、図２を参照して、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０の構成について詳細に説明する。図２は、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０の構造例を示す垂直断面図である。

図２に示すように、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０は、上下二つの部材、例えば、ノズル上部部材１１とノズル下部部材１２を組み合わせて構成される。ノズル上部部材１１とノズル下部部材１２とをボルト・ナットセット１３、１４で一体的に組み立てることで、ノズル本体が構成される。このノズル本体は、不図示のガスヘッダーに接続される。このノズル本体の後端側に形成された導入孔１６からガスがノズル本体内に流入する。また、ノズル本体のガス噴射方向先端側の部分をノズル先端部１５と称する。ノズル先端部１５におけるノズル上部部材１１とノズル下部部材１２との間の空間部がノズルヘッダー１８となり、ノズル上部部材１１の先端部とノズル下部部材１２の先端部との間には、所定のスリット幅δのスリット１９が形成されている。このスリット１９のノズル最先端側が、ガス噴射口２０となる。

また、ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５の上面、即ち、ノズル上部部材１１の上面は、ガス噴射方向に向けて傾斜した傾斜面２１となっている。同様に、ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５の下面、即ち、ノズル下部部材１２の下面も、ガス噴射方向に向けて傾斜した傾斜面２２となっている。ノズル先端部１５上面の傾斜面２１の傾斜角度をθ１、ノズル先端部１５下面の傾斜面２２の傾斜角度をθ２とする。かかる傾斜面２１、２２を形成することで、ガス噴流の衝突による溶融金属のスプラッシュの発生を抑制することができるが、詳細は後述する。

また、ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５の最先端には、鋼帯２の表面と対向する平坦部２３が形成されている。平坦部２３は、鋼帯２の表面に対して平行、若しくは若干傾斜した平面である。この平坦部２３は、ノズル上部部材１１の最先端とノズル下部部材１２の最先端にそれぞれ形成される。

上記のノズル構造において、不図示のガス供給源から供給されるガスは、ガスヘッダーから導入孔１６を通じてノズル本体内に供給される。さらに、当該ガスは、ノズルヘッダー１８に供給された後、ノズル上部部材１１とノズル下部部材１２の先端部間に形成されたスリット１９を通ってガス噴射口２０から噴射され、めっき浴３から引き上げられた鋼帯２の表面に吹き付けられる

ガスワイピングノズル１０の幅（鋼帯２の幅方向の幅。図２の紙面垂直方向）は、鋼帯２の幅と同程度かそれ以上であり、スリット１９の奥行き方向の幅も鋼帯２の幅と同程度かそれ以上である。このため、ガスワイピングノズル１０のスリット１９から噴射されたガスの噴流は、めっき浴３から引き上げられた鋼帯２の全幅に渡って同時に吹き付けられて、余剰の溶融金属を払拭する。

［３．ノズル上下面の傾斜角度θ１、θ２］
次に、図３を参照して、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５の上面（傾斜面２１）と下面（傾斜面２２）の傾斜角度θ１、θ２の適正値について詳細に説明する。図３は、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０を示す模式図である。

図３に示すように、一対のガスワイピングノズル１０、１０が、めっき浴３から鉛直方向に引き上げられる鋼帯２の厚み方向両側に設置される。これら２つのガスワイピングノズル１０、１０は、同一の高さ位置に対向配置され、当該２つのガスワイピングノズル１０、１０の最先端から鋼帯２の表面までの距離ｄは等距離である。距離ｄは例えば５〜１０ｍｍである。ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５には、ガス噴出孔であるスリット１９が形成されており、スリット１９の幅δ（以下、スリット幅δという。）は例えば０．５〜１．０ｍｍである。また、ノズル先端部１５の最先端に形成された平坦部２３の縦方向の長さｔは、例えば４〜８ｍｍである。

かかるガスワイピングノズル１０は、鋼帯２の表面に向けて水平方向にガス（例えば圧縮空気）の噴流３０を噴射する。各ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５から噴射されたガスの噴流３０は、鋼帯２の表面に衝突し、当該表面に付着している余剰の溶融金属３１を吹き飛ばす。かかるガスワイピングにより、鋼帯２の表面に付着する溶融金属３１の厚さが所望の厚さＤに調整され、目付量が均一化される。

ところで、上記ガスワイピングでは、鋼帯２の表面から吹き飛ばされた溶融金属３１の飛沫（スプラッシュ３２）が主に下方に向けて飛散する。このスプラッシュ３２の飛散領域は、噴流３０と鋼帯２の表面との衝突点３３を基点とした略三角形状の断面領域となり、当該スプラッシュ３２の飛散領域の表面３４（飛散領域と非飛散領域の境界面）は、鋼帯２の表面（鉛直面）に対して所定角度θ３だけ傾斜した傾斜面となる。このようなスプラッシュ３２の飛散領域を表す角度θ３をスプラッシュ角度と称する。

スプラッシュ角度θ３が大きくなるほど、スプラッシュ３２がガスワイピングノズル１０の先端に付着してノズル詰まりを引き起こす、或いは鋼帯２の表面に再付着して鋼板品質を劣化させるといった弊害を引き起こす。鋼帯２の通板速度ｖ（搬送速度）が大きくなるほど、噴流３０により単位時間当りに吹き飛ばされる溶融金属３１の量が増えるため、スプラッシュ３２の量が増加し、スプラッシュ角度θ３も大きくなる。特に、１５０〜２５０ｍ／ｍｉｎの高速通板時には、大量のスプラッシュ３２が発生するので、的確にスプラッシュ３２を抑制する必要が生じる。

そこで、本願発明者は、ガスワイピングノズル１０の形状やガス噴射条件を変更して数値解析することにより、上記ガスワイピングノズル１０から噴射されるガスの噴流３０とスプラッシュ３２の挙動について検討した。この結果、ガスワイピングノズル１０のノズル先端部１５の上面の傾斜面２１が水平面となす傾斜角度θ１（以下、ノズル上面の傾斜角度θ１という。）と、当該ノズル先端部１５の下面の傾斜面２２が水平面となす傾斜角度θ２（以下、ノズル下面の傾斜角度θ２という。）が、ガスの噴流３０の進行方向とスプラッシュ３２の発生に対して大きく影響することが判明した。そして、かかる知見を基に、溶融金属３１の目付量を均一化する上で適切な傾斜角度θ１、θ２を見出した。

即ち、下記式（１）及び（２）を満たすように、ノズル上面の傾斜角度θ１とノズル下面の傾斜角度θ２を調整することによって、噴流３０の進行方向を水平方向の直線状にすることができ、鋼帯２に対する溶融金属３１の目付量を均一化できることが判明した。
０°≦θ１≦４０° ・・・（１）
０°≦θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（２）

以下に、上記式（１）及び（２）が好ましい理由について説明する。

本願発明者は、粒子法解析と数値流体解析のハイブリット解析を用いて、液体金属とガス流れの２相流の数値解析を行い、ガスの噴流３０の流速ベクトルやスプラッシュ３２の状況について調べた。この数値解析では、液体金属を粒子法で解析し、ガス流れを数値流体解析で解析し、それぞれの流体の界面での相互作用を界面での反力として与え、各計算ステップで誤差を収束させるように時系列で解析した。なお、この数値解析の計算条件は、以下の表１の通りである。

（１）θ１≦４０°の根拠
まず、ノズル上面の傾斜角度θ１の上限について説明する。上記の数値解析結果によれば、ノズル上面の傾斜角度θ１が４０°超になると（換言すると、ノズル上面の傾斜面２１と鋼帯２の表面との角度θ４が５０°未満になると）、図４に示すように、ガスの噴流３０が上方向に引き寄せられ、噴流３０の進行方向が上側に曲がることが分かった。

この理由としては、θ１が４０°超である場合、ノズル上面の傾斜面２１と鋼帯２の表面の間の空間３５が狭くなるため、高流速の噴流３０により当該空間３５の気圧が低下し、噴流３０が引き寄せられると考えられる。例えば、圧縮性流体のベルヌイの法則によれば、以下の式（３）から分かるように、流体の流速が２００ｍ／ｓ以上である場合、その周辺の空間の圧力は約０．１気圧も低下する。なお、式（３）において、ｕは流体の流速であり、Ｐは流体の圧力であり、ρは流体の密度であり、ｋは流体の比熱比である。

ガスワイピングノズル１０から噴射されるガスの噴流３０の流速ｕは、例えば１００〜３００ｍ／ｓ程度の高速であり、当該噴流３０の周辺の気圧が低下する。この結果、図４に示すように、θ１＞４０°（θ４＜５０°）となると、ノズル上面の傾斜面２１と鋼帯２の表面の間の狭い空間３５に、噴流３０に起因する低圧部３６が安定的に発生し、噴流３０が上方に引き寄せられて曲がることになる。噴流３０が上方に引き寄せられると、鋼帯２に対する噴流３０の衝突点３３の位置や衝突範囲、ガス圧Ｐｗ等が変動するため、溶融金属３１を適切に払拭できず、目付量がばらついてしまう。

従って、図４のように噴流３０が上方に引き寄せられる現象を防止するためには、θ４を５０°以上とする、即ち、θ１を４０°以下として、ノズル上面の傾斜面２１と鋼帯２の表面の間の空間３５を、ある程度広く確保することが好ましい。従って、以下の式（４）が得られる。
θ１≦４０° ・・・（４）

（２）θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５°の根拠
次に、ノズル下面の傾斜角度θ２の上限について説明する。高速通板といえども、鋼帯２の通板速度ｖは５ｍ／ｓ以下（即ち、３００ｍ／ｍｉｎ以下）であり、噴流３０の流速ｕに対して通板速度ｖは無視できる程度に小さい。従って、上記噴流３０が引き寄せられる現象は、鋼帯２の通板方向に関わらず発生し、ガスワイピングノズル１０の下側でも発生する。つまり、ノズル下面の傾斜角度θ２が大きくなると、図５に示すように、ガスの噴流３０が下方向に引き寄せられ、噴流３０の進行方向が下側に曲がることになる。

この際、本願発明者による数値解析結果によれば、スプラッシュ３２のように空間に飛散した粒子でも、上記噴流３０に起因する圧力低下を引き起こす空間の壁となることが分かった。つまり、図５に示すように、スプラッシュ３２の飛散領域の表面３４とノズル下面の傾斜面２２との間の角度θ５（θ５＝９０°−θ２−θ３）が５０°未満となると、当該傾斜面２２とスプラッシュ３２の飛散領域の表面３４との間の空間３７が狭くなる。このため、高流速の噴流３０により当該空間３７の気圧が低下して、噴流３０に起因する低圧部３８が安定的に発生し、噴流３０が下方に引き寄せられて曲がる現象が発生する。このように、噴流３０が下方に引き寄せられたときにも、鋼帯２に対する噴流３０の衝突点３３の位置や衝突範囲、ガス圧Ｐｗ等が変動するため、溶融金属３１を適切に払拭できず、目付量がばらついてしまう。

従って、図５のように噴流３０が下方に引き寄せられる現象を防止するためには、θ５を５０°以上とする、即ち、θ２＋θ３を４０°以下として、ノズル下面の傾斜面２２と鋼帯２の表面の間の空間３７を、ある程度広く確保することが好ましい。従って、以下の式（５）が得られる。
θ２＋θ３≦４０° ・・・（５）

ところで、上述した数値解析結果によれば、スプラッシュ角度θ３と傾斜角度θ１、θ２との間には相関があることが分かった。図６は、スプラッシュ角度θ３と傾斜角度θ１、θ２との関係を示すグラフである。

図６に示すように、θ１≦４０°の範囲では、θ１が大きいほど、θ３が小さくなる傾向にある。また、θ１≧４０°の範囲では、θ１に関わらず、θ３はほぼ一定である。従って、上記式（４）のθ１≦４０°の範囲（ガスの噴流３０の上方向の曲がりを防止可能なθ１の範囲）では、θ１をできるだけ大きくし、４０°に近づけた方が好ましいといえる。これにより、スプラッシュ角度θ３をできるだけ小さくして、スプラッシュ３２の発生を抑制できる。よって、鋼帯２の表面の目付量のばらつきや、スプラッシュ３２の付着によるノズル詰まり、鋼帯２の表面におけるスプラッシュ３２に起因する疵の発生等を抑制できる。

一方、θ２に関しては、図６に示すように、θ２が小さいほど、θ３が小さくなる傾向にある。従って、θ２をできるだけ小さくし、０°に近づけた方が好ましい。これにより、スプラッシュ角度θ３を小さくして、スプラッシュ３２の発生を抑制できる。よって、鋼帯２の表面の目付量のばらつきや、スプラッシュ３２の付着によるノズル詰まり、鋼帯２の表面におけるスプラッシュ３２に起因する疵の発生等を抑制できる。

また、図６のθ３とθ１、θ２との関係から、図７の関係が得られる。図７は、θ２＋θ３と傾斜角度θ１、θ２との関係を示すグラフである。

図７から分かるように、上述した式（５）の条件（θ２＋θ３≦４０°）を満たすためには、θ２は多くとも１１．５°以下である必要がある。つまり、次の式（６）を満たすことが必要条件となる。
θ２≦１１．５° ・・・（６）

さらに、式（５）の条件（θ２＋θ３≦４０°）を満たすためには、θ１に値に応じて、θ２の値を調整する必要がある。図７の結果からは、当該条件を満たすためのθ１とθ２の臨界値は、表２の通りである。

さらに、上記表２の臨界点を表すθ１とθ２の関係式を最小二乗法により求めると、以下の式（７）となる。よって、式（５）の条件（θ２＋θ３≦４０°）を満たすためには、次の式（８）を満たす必要がある。θ２＝０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（７）θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（８）

上記式（８）を満たせば、スプラッシュ３２の飛散領域の表面３４とノズル下面の傾斜面２２との間の角度θ５（θ５＝９０°−θ２−θ３）が、５０°超となる。従って、高速のガスの噴流３０により生成される低圧部３８により当該噴流３０が偏流することを防止できる。

（３）θ１≧０°、θ２≧０°の根拠
さらに、θ１が０°未満であると、ガスワイピングノズル１０のノズル上部部材１１を製造することが非常に困難になったり、ノズル先端部１５におけるノズル上部部材１１の強度が低下したりしてしまう。従って、θ１は、少なくとも０°以上であることが好ましい。θ１≧０°であれば、ノズル先端部１５におけるノズル上部部材１１の厚みが厚くなり、ノズル先端部１５の強度を確保できるとともに、当該ノズル先端部１５を切削加工等により容易に製造可能となる。
θ１≧０° ・・・（９）

また、同様な理由から、θ２も、少なくとも０°以上であることが好ましい。θ２≧０°であれば、ノズル先端部１５におけるノズル下部部材１２の厚みが厚くなり、ノズル先端部１５の強度を確保できるとともに、当該ノズル先端部１５を切削加工等により容易に製造可能となる。
θ２≧０° ・・・（１０）

（４）θ１≧２０°の根拠
さらに、ノズル上面の傾斜角度θ１は２０°以上であることがより好ましい。θ１が２０°未満であると、鋼帯２の通板速度ｖが１５０ｍ／ｍｉｎ以上の高速通板となったときに、圧縮性流体（噴流３０）のコアンダ効果の上下のアンバランスが原因で、ガスの噴流３０が下方に引き寄せられる場合がある。つまり、θ１が２０°未満であると、ノズル上面側の空間３５よりもノズル下面側の空間３７が小さくなるため、ノズル上面側の空間３５における噴流３０のコアンダ効果よりも、ノズル下面側の空間３７における噴流３０のコアンダ効果が顕著に大きくなり、噴流３０が下方に湾曲する場合がある。この結果、ガ下方に湾曲した噴流３０によるガスワイピングが不適切になり、溶融金属３１の目付量にばらつきが生じる可能性がある。これに対し、θ１が２０°以上であれば、噴流３０を水平方向に直線的に進行させて、適切なガスワイピングを実現できるので、目付量のばらつきを更に好適に抑制できる。
θ１≧２０° ・・・（１１）

（５）まとめ
以上の式（４）、（８）、（９）、（１０）をまとめると、上述した式（１）、（２）が得られる。
０°≦θ１≦４０° ・・・（１）
０°≦θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（２）

図８は、本実施形態に係るノズル上面の傾斜角度θ１とノズル下面の傾斜角度θ２の適正範囲を示すグラフである。この図８は、式（１）及び式（２）を満たすθ１とθ２の範囲（斜線領域）を示している。

図８に示すように、本実施形態に係るθ１とθ２の適正範囲は、特許文献１、２に開示された従来のθ１とθ２の組み合わせ（（θ１，θ２）＝（５°，５°）、（１５°〜２５°，１５°〜２５°）を含んでいない。

ガスワイピングノズル１０のノズル上下面の傾斜角度θ１、θ２を、図８に示す適正範囲に調整することで、ガスワイピングノズル１０から噴射されたガスの噴流３０が上下どちらの方向にも引き寄せられない中立状態となる。従って、ガスの噴流３０の上又は下方向への曲がりを防止して、当該噴流３０を鋼帯２に向けて水平方向に直進させることができるので、ガスワイピングを均一化することができる。よって、鋼帯２の表面の目付量のばらつきを、５ｇ／ｍ^２以下に抑制して、当該目付量を均一化することができる。

［４．ガスワイピング方法］
次に、本実施形態に係るガスワイピングノズル１０を用いて、鋼帯２に対して水平方向にガスを吹き付け、鋼帯２に対する溶融金属３１の付着量を制御するガスワイピング方法について説明する。本実施形態に係るガスワイピング方法の条件は以下の通りである。

ノズル最先端と鋼帯２との距離ｄ ：６〜８ｍｍ
ノズルのスリット幅δ ：０．６〜０．８ｍｍ
ノズル最先端の平坦部２３の長さｔ ：５〜７ｍｍ
鋼帯２に対する衝突時のガス圧Ｐｗ ：５〜２５ｋＰａ

（１）ｄ：６〜８ｍｍ、δ：０．６〜０．８ｍｍの根拠
距離ｄを６ｍｍ未満にすると、鋼帯２とノズル１０との距離が近すぎて、鋼帯２の振動時に、鋼帯２とノズル１０が接触する可能性が高くなる。従来のワイピング方法では、ｄ／δ＝１０程度であり、その場合、距離ｄは、コアの長さｃの２倍程度となっている。なお、コアとは、噴流３０の吐出方向に沿って噴流３０の流速が減衰しない領域のことであり、コアの長さｃはスリット幅δの５倍程度である（ｃ＝５×δ）。ｄを大きくすると、δも大きくなり、同じ圧力では、気体流量が増加する。距離ｄが８ｍｍを越えると、所望のガス圧Ｐｗを得るためには、ガスの流量を多くする必要があるので、ブロアの運転コストが増加するだけでなく、溶融亜鉛のめっき浴３の表面の波立ちが発生して、製造されるめっき鋼板の品質に悪影響を与える。よって、ｄは６ｍｍ以上、８ｍｍ以下であることが好ましい。

また、ｄ／δは、２０／３以上、４０／３以下であることが好ましい。ｄ／δ＝１０であることが適切であるが、ｄの誤差として、鋼帯２の振動振幅２ｍｍ程度は許容される。従って、例えば、ｄ＝６、δ＝０．６ｍｍのときには、（６−２）／０．６≦ｄ／δ≦（６＋２）／０．６より、２０／３≦ｄ／δ≦４０／３であることが好ましい。

（２）ｔ：４〜７ｍｍの根拠
ガスワイピングノズル１０の最先端の平坦部２３の長さｔが４ｍｍ未満である場合には、ガスワイピングノズル１０の機械加工が困難となる。一方、ｔが７ｍｍ超である場合には、平坦部２３への噴流付着効果が発生するので好ましくない。よって、ｔは４ｍｍ以上、７ｍｍ以下であることが好ましい。

（３）Ｐｗ：５〜２５ｋＰａの根拠
鋼帯２に対してガスの噴流３０が衝突する時のガス圧Ｐｗが５ｋＰａ以下である場合には、ガスワイピング力が弱すぎるため、鋼帯２に対する溶融金属の目付量が厚くなる。一方、Ｐｗが２５ｋＰａ超である場合には、ガスワイピング力が強すぎるため、目付量が薄くなる。よって、Ｐｗは５ｍｍ以上、７ｍｍ以下であることが好ましい。

以下に本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は本発明の効果を実証すするために行った例示にすぎず、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

表３は、本実施例に係るガスワイピング試験の試験条件と評価結果を示す。

表３に示すように、上記ガスワイピングノズル１０の上下面の傾斜角度θ１、θ２を変更して、相異なるノズル形状のノズル試験体を作成し、ガスワイピング試験を行った。この試験では、以下の条件で、ガスワイピングノズル１０からガスの噴流３０を鋼帯２に噴射して、溶融金属３１の目付量を調整した。なお、ノズル最先端の平坦部２３の長さｔは、加工可能範囲である５〜７ｍｍとした。この際、鋼帯２に対する溶融金属３１の目付量が４５ｇ／ｍ^２となるように、Ｐｊ、Ｐｗを調整した。

ノズル最先端と鋼帯２との距離ｄ ：８ｍｍ
ノズルのスリット幅δ ：０．８ｍｍ
ノズル最先端の平坦部２３の長さｔ ：５〜７ｍｍ
ノズル内部でのガス圧Ｐｊ ：１５０ｋＰａ
鋼帯２に対する衝突時のガス圧Ｐｗ ：２５ｋＰａ
鋼帯２の通板速度ｖ ：１８０ｍ／ｍｉｎ

そして、上記各種のノズルを用いたガスワイピング時において、スプラッシュ３２の発生状況や、ガスワイピング後の溶融金属３１の目付状態を評価した。表３に示すスプラッシュ無害化の評価において、〇は、スプラッシュ３２がノズルや鋼帯２に付着して疵にならない状態であることを表し、△は、当該疵が通板時間１分に対し１個以上発生する状況であることを表し、×は、当該疵が通板時間１分に対し２個以上発生する状況であることを表す。〇の場合は、スプラッシュ３２が無害化されており、噴流３０の上下方向への偏流（曲がり）を完全に防止できているといえる。△の場合は、疵は発生するものの、その発生頻度は許容範囲内であり、スプラッシュ３２を十分に無害化できているといえる。×の場合は、疵の発生頻度は許容範囲外であり、スプラッシュ３２を無害化できていないといえる。

また、表３に示す目付状態の評価において、〇は、鋼帯２の表面の目付量のばらつきが５ｇ／ｍ^２未満であることを表し、△は、当該目付量のばらつきが５ｇ／ｍ^２以上となることが通板方向で５％未満発生することを表し、×は、当該目付量のばらつきが５ｇ／ｍ^２以上なることが通板方向で５％以上発生することを表す。

表３から分かるように、本実施例１〜１０では、ノズル上下面の傾斜角度θ１、θ２が、上述した式（１）の条件「０°≦θ１≦４０°」と、式（２）の条件「０°≦θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５°」を満たしている。この結果、本実施例１〜１０では、スプラッシュ３２を無害化できるとともに、ノズルから噴射されたガスの噴流３０が上下に偏流することなく、鋼帯２に適切に衝突しているので、目付量を均一化できた。即ち、溶融金属３１の目付量のばらつきを５ｇ／ｍ^２未満に抑えるか（実施例１〜７）、５ｇ／ｍ^２以上の目付量のばらつきが発生したとしても、その割合を通板方向で５％未満とすることができており（実施例８〜１０）、鋼帯２全体としては、良好な目付状態を得ることができた。

一方、比較例１〜８では、当該式（１）又は式（２）の少なくともいずれかの条件を満たしていないので、ガスの噴流３０が上方又は下方に偏流してしまい、ワイピング力の低下のため、目付量が不均一となり、目付量のばらつきが５ｇ／ｍ^２以上なることが通板方向で５％以上発生した。また、有害なスプラッシュ３２が発生したため、スプラッシュ３２がノズルや鋼帯２に付着して、鋼帯２に疵が発生する場合があった。

また、実施例１〜７は、ノズル上下面の傾斜角度θ１が、上記式（１）及び式（２）の条件に加えて、上述した式（１１）の条件「θ１≧２０°」も満たしている。これにより、鋼帯２に付着して疵にならない程度に、スプラッシュ３２の発生を抑制して無害化できるとともに、ガスの噴流３０が下方に曲がることを防止して、ガスの噴流３の直進性をより向上できるため、目付量ばらつきを５ｇ／ｍ^２未満にできるという効果があった。一方、実施例８〜１０では、当該式（１１）の条件「θ１≧２０°」を満たさないため、ガスの噴流３０が下方に曲がり、目付量ばらつきが５ｇ／ｍ^２以上となることが通板方向で５％未満発生するという弊害があり、実施例１〜７よりも目付状態が劣化していた。

以上により、ノズル先端部の上面と下面の傾斜角度θ１、θ２の相互関係やスプラッシュ角度θ３を考慮して、当該傾斜角度θ１、θ２を適切に調整することにより、スプラッシュ３２を無害化できるとともに、ノズルから噴射されるガス噴流３０の曲がりを防止して、ガスワイピングを好適に行って、鋼帯２に対する溶融金属３１の付着量を均一化できることが実証されたといえる。

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。

１ 連続溶融金属めっき装置
２ 鋼帯
３ めっき浴
４ 浴槽
５ スナウト
６ シンクロール
７、８ サポートロール
９ トップロール
１０ ガスワイピングノズル
１１ ノズル上部部材
１２ ノズル下部部材
１３ スペーサ
１５ ノズル先端部
１９ スリット
２０ ガス噴射口
２１、２２ 傾斜面
２３ 平坦部
３０ 噴流
３１ 溶融金属
３２ スプラッシュ
３３ 衝突点
３４ 表面
３５、３７ 空間
３６、３８ 低圧部

Claims (4)

1. １５０〜２５０ｍ／ｍｉｎで金属帯を搬送する連続溶融金属めっき装置に設けられ、めっき浴から鉛直方向に引き上げられる前記金属帯の全幅に渡って、水平方向に同時にガスを吹き付けるガスワイピングノズルにおいて、
   前記ガスワイピングノズルのノズル先端側の上面は、ガス噴射方向に向けて下るように傾斜した傾斜面であり、
   前記ガスワイピングノズルのノズル先端側の下面は、前記ガス噴射方向に向けて上るように傾斜した傾斜面であり、
   前記ガスワイピングノズルの上面の前記傾斜面が水平面となす傾斜角度θ１と、前記ガスワイピングノズルの下面の前記傾斜面が水平面となす傾斜角度θ２が、下記式（１）及び（２）を満たすことを特徴とする、ガスワイピングノズル。
   ５°≦θ１≦４０° ・・・（１）
   ０°≦θ２≦０．２２５×θ１＋２．７５° ・・・（２）
2. 前記傾斜角度θ１が２０°以上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ノズル。
3. 請求項１又は２に記載のガスワイピングノズルを用いて、めっき浴から鉛直方向に引き上げられる金属帯に対して水平方向にガスを吹き付けることにより、前記金属帯に対する溶融金属の付着量を制御することを特徴とする、ガスワイピング方法。
4. 前記ガスワイピングノズルの最先端と前記金属帯との距離ｄが、６〜８ｍｍであり、
   前記ガスワイピングノズルのスリット幅δが、０．６〜０．８ｍｍであり、
   前記ガスワイピングノズルの最先端に、前記金属帯の表面と対向する平坦部が形成され、前記平坦部の長さｔが、５〜７ｍｍであり、
   前記ガスワイピングノズルから噴射されたガスが前記金属帯に衝突するときのガス圧Ｐｗが、５〜２５ｋＰａであることを特徴とする、請求項３に記載のガスワイピング方法。
   

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