JP6790972B2 - 溶融金属めっき装置及び溶融金属めっき方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属めっき装置及び溶融金属めっき方法に関する。

従来、溶融金属めっき方法として、金属板を加熱焼鈍した後、上部が焼鈍炉に接続され下端が溶融金属めっき浴（以下、単に「めっき浴」ともいう。）に浸漬されたスナウトの内部を通じて、焼鈍後の金属板を溶融金属中に浸漬させ、浴中の浸漬ロールにより金属板の進行方法を変えて上方に引き上げた後、気体絞り法により金属板の表面に付着した溶融金属の付着量を制御する方法が用いられている。

上記スナウト内は大気と遮断され、かつ、窒素ガス等の非酸化性雰囲気に保持されており、めっきを施す金属板の表面の酸化汚染を防止している。しかしながら、非酸化性雰囲気あるいは焼鈍後の金属板表面には微量の酸素や水分が含有されているため、これらの酸素や水分が溶融金属浴面の溶融金属と反応して、浮遊ドロスが生成される。また、金属板から溶融金属中に溶出した金属（例えば、鋼板から溶出したＦｅ）と、めっき密着性向上のために浴中に添加されているＡｌとが反応して、ドロスが生成されることも知られている。このようにして生成されたドロスは、めっき浴の浴面に浮遊しておりめっき浴内に浸漬される金属板の表面に付着して品質不良を生じさせる原因になっていた。

溶融金属めっき処理においては、焼鈍炉で加熱焼鈍された金属板は、スナウトの内部を通じて溶融金属のめっき浴に浸漬される。金属板が溶融金属中に浸漬される際に、めっき浴の浴面に浮遊する異物を巻き込むことで、不めっきやドロス疵等といった外観の品質不良が発生することがある。めっき浴の浴面には、溶融金属が酸化もしくは凝固したスカムと呼ばれる膜状の異物や、蒸発した溶融金属が凝固し浴面に落下することで生じるヒュームと呼ばれる粒子状の異物が存在する。これらの異物が金属板の溶融金属への浸漬に伴う浴中随伴流によって巻き込まれることで、外観の品質不良が発生する。

そこで、めっき浴の浴面を浮遊するドロスが金属板の表面に付着することを防ぐため、スナウト内で、めっき浴の表面に流動を形成させて、浴面に浮遊する浮遊スカムを系外に排出する手法が広く採用されている。例えば、特許文献１には、スナウト内の浴面に、鋼帯を幅方向に挟むように一対の吐出口と吸い込み口とを設け、吐出口から液流を噴出させて鋼帯の表面および裏面に沿った液流を幅方向一端側から他端側へ流動させ、吸い込み口から溶融金属とドロスを吸い込み、スナウトの外方に導く構成が開示されている。

特開２００８−７８２３号公報 特開２０１４−１１４４８３号公報 特開２０１４−１１４４８４号公報

しかし、上記特許文献１に記載の方法では、吐出口から吐出される溶融金属が流通する吐出管路を浴面に対して垂直に近い状態となるようにするため、めっき浴の浴面へ傾斜して設置されるスナウトの先端部の開口を大きくする必要があり、めっき浴背面側（焼鈍炉側）の浴中スペースが狭くなる。このため、インゴットの投入スペースや、スナウトポンプ・配管等の付帯機器類の設置スペースに制約がかかったり、溶融金属の流れが阻害され、成分偏析によるドロス生成が助長されたりする懸念がある。

また、上記特許文献２、３では、１つの吐出口からの吐出により形成される吐出流がめっき浴内部に分散することで生じる品質欠陥を抑制するため、吐出流の広がりや吐出口からの吐出により発生する波立ちを防止するために吐出口のノズル形状を改善している。しかし、吐出口から吐出される溶融金属が流通する筒部は、上記特許文献１と同様、浴面に対して垂直に近い状態に設置されており、めっき浴の浴面に対して傾斜設置されるスナウトと干渉する可能性が高い。筒部を傾斜させてスナウトとの干渉を回避することも考えられるが、筒部を傾斜させると吐出口からの吐出流の分布が変化するため、スナウト内の幅方向におけるめっき浴の浴面の流動が不均一となり、適切に異物を吸い込み口へ導くことができなくなる可能性もある。

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、溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜設置されるスナウトとの干渉を回避し、かつ、スナウト内のめっき浴の浴面の流動を均一にすることが可能な、新規かつ改良された溶融金属めっき装置及び溶融金属めっき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、連続搬送される金属板を、一端が溶融金属めっき浴に浸漬されたスナウト内を通して溶融金属めっき浴に浸漬させて、金属板にめっきする溶融金属めっき装置であって、スナウトは、溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜して設置され、スナウト内の溶融金属めっき浴の浴面の位置には、溶融金属めっき浴に進入する金属板に対して溶融金属を吐出する吐出ノズルと、金属板の幅方向に金属板を挟んで吐出ノズルと対向し、溶融金属を吸引する吸引ノズルと、が設置されており、吐出ノズルは、金属板に対して溶融金属めっき装置のフロント側とバック側とにそれぞれ位置するように配置された２つの吐出口を有するヘッド部と、ヘッド部からスナウトの傾斜に沿って溶融金属めっき浴に浸漬される配管と、を有し、配管とヘッド部との接合位置は、吐出口の中間位置よりフロント側にある、溶融金属めっき装置が提供される。

２つの吐出口の中心間距離を２Ｌ、吐出口の中間位置と接合位置との距離をＤとしたとき、接合位置は、Ｄ／Ｌが０．４以上となる範囲内に設けられるように構成される。

また、各吐出口の口径は同一であってもよい。

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、連続搬送される金属板を、一端が溶融金属めっき浴に浸漬されたスナウト内を通して溶融金属めっき浴に浸漬させて、金属板にめっきする溶融金属めっき方法であって、スナウトは、溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜して設置され、スナウト内の溶融金属めっき浴の浴面の位置には、金属板に対して溶融金属めっき装置のフロント側とバック側とにそれぞれ位置するように配置された２つの吐出口を有するヘッド部と、ヘッド部からスナウトの傾斜に沿って溶融金属めっき浴に浸漬される配管と、を有し、配管とヘッド部との接合位置が、吐出口の中間位置よりフロント側に位置するように構成された、溶融金属を吐出する吐出ノズルと、金属板の幅方向に金属板を挟んで吐出ノズルと対向し、溶融金属を吸引する吸引ノズルと、が設置されており、吐出ノズルから溶融金属を吐出し、吐出ノズルと対向する吸引ノズルにより溶融金属を吸引して、溶融金属めっき浴に金属板が進入する位置におけるスナウト内の浴面を流動させる、溶融金属めっき方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜設置されるスナウトとの干渉を回避し、かつ、スナウト内のめっき浴の浴面の流動を均一にすることができる。

本発明の一実施形態にかかる溶融金属めっき装置の構成を模式的に示した説明図である。 同実施形態に係る溶融金属めっき装置のスナウト内部の状態を示した模式図である。 同実施形態に係る溶融金属めっき装置の吐出ノズルの比較構成として、２つの吐出口の中間位置に配管が接合された吐出ノズルを示す説明図である。 同実施形態に係る溶融金属めっき装置の吐出ノズルの構成を示す説明図である。 同実施形態に係る吐出ノズルの具体的構成を示す平面図及び側面図である。 ２つの吐出口の中間位置からの配管の接合位置のシフト量と、２つの吐出口からの吐出流の流速比との関係との関係を示すグラフである。 比較例Ａにおけるノズル径比、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口からの浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。 比較例Ａにおけるフロント側吐出口の口径を拡大した場合のノズル径比と流量比及び吐出流速比とを示すグラフである。 比較例Ｂにおけるノズル径比、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口からの浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。 比較例Ｂにおけるバック側吐出口の口径を縮小した場合のノズル径比と流量比及び吐出流速比とを示すグラフである。 配管シフト有無による浴面流速分布を検証した時の、ノズル径比、配管シフト量、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口からの浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。 配管シフト有無による流量比及び吐出流速比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．溶融金属めっき装置の全体構成＞
まず、図１及び図２に基づいて、本発明の一実施形態に係る溶融金属めっき装置（連続溶融金属めっき装置）の全体構成の一例について、詳細に説明する。図１は、溶融金属めっき装置１００の構成例を模式的に示した説明図であり、溶融金属めっき装置１００を側方（金属板Ｓの幅方向）から見た模式図を示している。図２は、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００のスナウト１２０内部の状態を示した模式図であり、下図は装置前方（金属板Ｓの板厚方向）から見た模式図であり、上図は下図のＩ−Ｉ切断線において上部側から見た模式図である。

溶融金属めっき装置１００は、例えば溶融亜鉛等の溶融金属５が収容されているめっき槽１０１と、スナウト１２０と、シンクロール１３０と、ガスワイピング装置１４０とを備える。溶融金属めっき装置１００の前段に設けられている焼鈍炉１１０は、内部が還元性雰囲気に維持されており、連続搬送される鋼板等の金属板Ｓを加熱する。かかる焼鈍炉１１０によって、金属板Ｓの表面が活性化され、また、金属板Ｓの機械的性質が調整される。

かかる焼鈍炉１１０の出側端部は、ターンダウンロール１１１が設けられた空間を経由して、スナウト１２０の上流側の端部に接続されている。スナウト１２０は、上流側の端部が焼鈍炉１１０の出側端部に接続され、下流側の端部が溶融金属５中に斜め上方から浸漬されている。かかるスナウト１２０の内部は大気雰囲気から遮断され、還元性雰囲気に維持されている。また、スナウト１２０の前段に位置する焼鈍炉１１０の内部についても、大気雰囲気から遮断されている。スナウト１２０は、一般的に、金属板の通板方向に対して直交する方向の断面が長方形を成す。本明細書において、溶融金属めっき装置１００の「フロント」とは、スナウト１２０に対してガスワイピング装置１４０が位置する方向を意味し、溶融金属めっき装置１００の「バック」とは、ガスワイピング装置１４０に対してスナウト１２０が位置する方向を意味する。

ターンダウンロール１１１により通板方向が下向きに変えられた金属板Ｓは、スナウト１２０の内部を通過して、めっき槽１０１に保持されている溶融金属５へと連続的に浸漬される。かかるめっき槽１０１の内部には、シンクロール１３０が設けられている。シンクロール１３０は、金属板Ｓの幅方向に平行な回転軸を有しており、シンクロール１３０の外周面における、回転軸に沿う方向の幅は、金属板Ｓの幅以上となっている。かかるシンクロール１３０により、金属板Ｓの通板方向が上向きに変えられる。

ガスワイピング装置１４０は、めっき槽１０１から導出される金属板Ｓの両面に対してガスを吹き付けることにより、金属板Ｓの表面に付着した溶融金属めっきの一部を掻き落とす。これにより、金属板Ｓの表面の溶融金属めっきの付着量が調整される。このとき、めっき槽１０１から導出される金属板Ｓは、両面に付着する溶融金属めっきの付着量を調整しやすくするために、めっき槽１０１から略垂直に導出される。

シンクロール１３０によって通板方向を垂直方向に上向きに変えて金属板Ｓを導出するためには、シンクロール１３０はガスワイピング装置１４０の下方に配置される。溶融金属５内に浸漬させる金属板Ｓが通過するスナウト１２０は、ガスワイピング装置１４０を避けて配置されることが必要であり、シンクロール１３０の斜め上方に位置する。このため、シンクロール１３０に向けて搬送される金属板Ｓは、溶融金属５の浴面に対して斜め方向から進入させられる。これに伴って、スナウト１２０も、内部空間が金属板Ｓの通板方向に対して略平行となるように設けられている。

このときの金属板Ｓの進入角度は、例えば５０〜７０°の範囲内の値とされる。金属板Ｓの進入角度が大きすぎると、金属板Ｓの周りを囲むスナウト１２０がガスワイピング装置１４０に緩衝するおそれがある。また、金属板Ｓの進入角度が小さすぎると、めっき槽１０１を大きくする必要が生じる。したがって、金属板Ｓの通板方向と略平行に設けられるスナウト１２０も、全体的に５０〜７０°程度傾いている。

図１に示した溶融金属めっき装置１００は、例えば５０ｍ／分以上の、比較的高速の通板速度下で使用される。金属板Ｓの通板速度が速くなるほど、スナウト１２０内の溶融金属５の浴面近傍では、溶融金属５に進入する金属板Ｓに付随して溶融金属５が引き込まれることによる随伴流が生成されやすくなる。そのため、溶融金属５の浴面に浮遊しているスカム等の異物が、随伴流に乗って引き込まれて金属板Ｓに付着しやすくなる。このため、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００は、図２に示すように、スナウト１２０内の溶融金属５の浴面近傍に、金属板Ｓを幅方向に挟むように、溶融金属を吐出する吐出ノズル１５０と、溶融金属を吸引する吸引ノズル１６０とが設けられている。吐出ノズル１５０からの溶融金属の吐出により、板厚方向（Ｙ方向）に金属板Ｓを挟むように、吐出ノズル１５０側から吸引ノズル１６０側へ向かう吐出流が形成される。これにより、ダスト等の異物を含むスナウト１２０内の溶融金属５が吸引ノズル１６０に接続されたメタルポンプ等のポンプにより吸引され、スナウト１２０の外側へと排出される。

＜２．吐出ノズルの構成＞
本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００では、図２に示したように、スナウト１２０の内部に吐出ノズル１５０及び吸引ノズル１６０を設けることで、スナウト１２０内のめっき浴の浴面付近に浮遊する異物をスナウト１２０内部のめっき浴から除く。ここで、金属板Ｓを浴面に対して傾斜するようにめっき浴へ進入させることから、スナウト１２０は、金属板Ｓの傾斜に対して略平行となるように傾斜して配置される。そこで、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００では、吐出ノズル１５０及び吸引ノズル１６０の配管を、浴面に対して傾斜配置されたスナウト１２０と干渉しないように傾斜させる。そして、吐出ノズル１５０からの吐出流が均一となるように、溶融金属を吐出する吐出ノズル１５０の吐出口を有するヘッド部に対して、ヘッド部へ供給される溶融金属が流通する配管を、２つの吐出口の中間位置から前方（すなわち、溶融金属めっき装置１００のフロント側）にシフトさせた位置に接合する。

なお、以下の説明において、スナウト１２０において、溶融金属めっき装置１００のバック側に位置する部分をバック部１２１、バック部１２１と対向し、溶融金属めっき装置１００のフロント側に位置する部分をフロント部１２３とする（図３参照）。また、バック部１２１とフロント部１２３との対向方向を前後方向（Ｙ方向）、スナウト１２０内を通板される金属板Ｓの板幅方向に対応し、前後方向に対して直交する方向を幅方向（Ｘ方向）とする。

［２−１．配管シフトによる作用］
まず、図３及び図４に基づいて、本実施形態に係る吐出ノズル１５０において、配管をフロント側へずらしてヘッド部に接合する理由について説明する。図３は、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００の吐出ノズル１５０の比較構成として、ヘッド部５１の２つの吐出口の中間位置に配管５３が接合された吐出ノズル５０を示す説明図である。図４は、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００の吐出ノズル１５０の構成を示す説明図である。図３及び図４は、いずれも吸引ノズル側から幅方向（Ｘ方向）に吐出ノズルを見た状態を示している。

本実施形態に係る吐出ノズル１５０は、金属板Ｓの幅方向（Ｘ方向）に溶融金属５を吐出する。吐出ノズル１５０からの吐出流は、金属板Ｓの前面側と背面側とを流れ、金属板Ｓを挟んで幅方向（Ｘ方向）に対向する吸引ノズル１６０側へ向かう。このとき、吐出流による浴面流速は、スナウト１２０内の浴面付近に浮遊する異物が金属板Ｓの表面に付着しないように、金属板Ｓの前面側と背面側とで略均一となることが望ましい。このため、本実施形態に係る吐出ノズル１５０は、図４に示すように、ヘッド部１５１の金属板Ｓ側の面に、溶融金属を吐出する２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂを前後方向（Ｙ方向）に並んで配置している。フロント側吐出口１５５ｆは、金属板Ｓの前面に沿って溶融金属を吐出し、バック側吐出口１５５ｂは、金属板Ｓの背面に沿って溶融金属を吐出する。このように、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂを設けることで、金属板Ｓの前面側と背面側の浴面流速が略均一となりやすくなる。

ここで、上述したように、スナウト１２０は溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜設置されるため、吐出ノズル１５０のヘッド部１５１に接合される配管１５３及び吸引ノズル１６０の配管は、スナウト１２０との干渉を回避するため、スナウト１２０の傾斜に合わせて、スナウト１２０と略平行となるように５０〜７０°程度傾斜させて配置される。しかし、吐出ノズル１５０の配管１５３の傾斜は、吐出流速に影響を及ぼし、浴面流速を不均一にする要因となる。

例えば、図３に示すように、ヘッド部１５１と配管１５３とを、ヘッド部１５１の２つの吐出口の中間位置にて接合させたとする。このとき、配管１５３内をヘッド部１５１に向かって上昇して流れる溶融金属は２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂから吐出されるが、配管１５３は浴面に対して垂直な状態からスナウト１２０のバック部１２１に（図３においては反時計回りに）傾斜されているため、フロント側吐出口１５５ｆよりもバック側吐出口１５５ｂから吐出される溶融金属の吐出量が多くなる。その結果、フロント側吐出口１５５ｆからの吐出流速が、バック側吐出口１５５ｂからの吐出流速よりも小さくなり、スナウト１２０内の溶融金属５の浴面流れが不均一となる。このため、一般的に、スナウト１２０のフロント部１２３側に起因する欠陥が多く発生している。

そこで、本実施形態では、図４に示すように、吐出ノズル１５０のヘッド部１５１と配管１５３との接合位置を、ヘッド部１５１の２つの吐出口の中間位置よりもフロント側とする。これにより、ヘッド部１５１と配管１５３との接合位置がヘッド部１５１の２つの吐出口の中間位置にある場合よりも、配管１５３を流れてきた溶融金属がフロント側吐出口１５５ｆから吐出され易くなる。その結果、フロント側吐出口からの溶融金属の吐出量が増加され、フロント側吐出口１５５ｆとバック側吐出口１５５ｂとで吐出流速を均一にすることができる。

［２−２．具体的構成］
図５及び図６に基づき、本実施形態に係る吐出ノズル１５０の具体的な構成を説明する。図５は、本実施形態に係る吐出ノズル１５０の具体的構成を示す平面図及び側面図である。図６は、ヘッド部１５１の２つの吐出口の中間位置からの配管１５３の接合位置のシフト量と、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂからの吐出流速比との関係との関係を示すグラフである。

本実施形態に係る吐出ノズル１５０は、図５に示すように、溶融金属を吐出する吐出口１５５ｆ、１５５ｂを有するヘッド部１５１と、吐出口１５５ｆ、１５５ｂから吐出される溶融金属が流通する配管１５３とからなる。

ヘッド部１５１は、図２に示したように、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂがスナウト１２０内の金属板Ｓと対向するように、めっき浴の浴面付近に配置される。このとき、フロント側吐出口１５５ｆとバック側吐出口１５５ｂとで金属板Ｓを前後方向（Ｙ方向）に挟むように吐出ノズル１５０を設置して、フロント側吐出口１５５ｆからの吐出流が金属板Ｓの前面に沿って流れ、バック側吐出口１５５ｂからの吐出流が金属板Ｓの背面に沿って流れるようにする。本実施形態では、フロント側吐出口１５５ｆ及びバック側吐出口１５５ｂの開口形状は円形であり、その口径は同一とするが、本発明はかかる例に限定されず、各吐出口からの吐出流速比が後述の範囲内であれば、開口形状は楕円形、多角形であってもよく、その開口面積も厳密に同一でなくてもよい。

配管１５３は、例えばヘッド部１５１の底面（Ｚ軸負方向側の面）に接合される。配管１５３は、ヘッド部１５１との接合位置から下方（Ｚ軸負方向側）に向かうにつれて前方（Ｙ軸正方向側）へ向かうように傾斜している。配管１５３は、例えば断面形状が円形の円筒であってもよい。なお、配管１５３の断面形状はかかる例に限定されず、例えば楕円形状の断面を有する筒状部材や多角形状の断面を有する中空の角管等を用いてもよい。また、配管１５３の開口面積は、特に限定されないが、圧力損失を最小とするため、配管１５３の周囲に配置されている装置等と干渉しない範囲で大きくするのがよい。

本実施形態において、ヘッド部１５１と配管１５３との接合位置は、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中間位置Ｃ_１より、フロント側吐出口１５５ｆ側に距離Ｄ（「シフト量Ｄ」ともいう。）だけシフトした位置に設けられる。接合位置をフロント側へずらすことで、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中間位置Ｃ_１に接合位置を設けた場合に吐出流速が弱くなるフロント側吐出口１５５ｆからの吐出流を、バック側吐出口１５５ｂからの吐出流と同等の吐出流速にする。

より詳細には、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中心間距離を２Ｌ、吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中間位置Ｃ_１からの接合位置のシフト量をＤとしたとき、接合位置は、Ｄ／Ｌが０．４以上となる範囲内に設けるようにする。なお、接合位置は、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの高さ方向（Ｚ方向）における中心位置Ｃ_２と配管１５３の中心Ｃ_３との交点として考える。

Ｄ／Ｌが０．４以上となる範囲は、図６に示すＤ／Ｌと２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂからの吐出流速比との関係より、各吐出口１５５ｆ、１５５ｂからの吐出流速が同程度とみなせる吐出流速比が１．１以下となるＤ／Ｌの範囲である。図６に示すように、Ｄ／Ｌの値が大きくなるにつれて２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの吐出流速比は小さくなり、Ｄ／Ｌが０．６７のときに吐出流速比が１に近づく。さらにＤ／Ｌの値が大きくなると吐出流速比は僅かに大きくなるが、１に近い値から大きく変化することはない。したがって、Ｄ／Ｌが０．４以上となるようにヘッド部１５１と配管１５３との接合位置を設定することで、各吐出口１５５ｆ、１５５ｂからの吐出流による浴面流速を略同一にすることができる。

なお、接合位置のシフト量Ｄの上限は、配管１５３がスナウト１２０のフロント部１２３に接触しない範囲であればよい。例えば、配管１５３がヘッド部１５１の底面に接合されている場合には、シフト量Ｄの上限は、スナウト１２０のフロント部１２３に接触せず、かつ、吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中間位置Ｃ_１からヘッド部１５１のフロント側端部に最も寄せた位置までの距離となる。このとき、接合位置は、フロント側吐出口１５５ｆよりもフロント側へずれていてもよい。また、配管１５３は、ヘッド部１５１の側面に接合されてもよく、この場合にも、配管１５３は、スナウト１２０のフロント部１２３に接触しないように設けられていればよい。

Ｄ／Ｌと吐出流速比との関係は、配管１５３の傾斜角度によって変動するが、５０〜７０°の範囲においては略一定であり、その変動は無視できる程度のものである。すなわち、配管１５３の傾斜角度が５０〜７０°においては、Ｄ／Ｌが０．４以上となるように配管１５３を接合位置からフロント側へシフトさせることで、各吐出口１５５ｆ、１５５ｂからの吐出流による浴面流速を略同一にすることができる。

以下、本実施形態に係る溶融金属めっき装置１００の吐出ノズル１５０の構成により浴面流速分布が均一となることを検証するため、２つの吐出口を有する吐出ノズルの吐出口の口径またはヘッド部と配管との接合位置を変化させたときの浴面流速分布について数値流体解析を実施した。

まず、上記図３に示したように、フロント側吐出口５５ｆとバック側吐出口５５ｂとの口径を同一とし、２つの吐出口５５ｆ、５５ｂの中間位置に配管５３を接合させたとき、溶融金属は、バック側吐出口５５ｂから優先的に吐出され、フロント側吐出口５５ｆからの吐出が弱い傾向にあった。

［比較例］
まず、２つの吐出口５５ｆ、５５ｂの口径比を変更したときの各吐出口５５ｆ、５５ｂからの浴面流速分布を調べた。

比較例Ａとして、吐出の弱いフロント側吐出口５５ｆの口径を拡大した場合を検証した。その結果を図７及び図８に示す。図７は、比較例Ａにおけるノズル径比、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口５５ｆ、５５ｂから吸引ノズル６０へ向かう浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。ノズル形状の模式図は、吐出ノズル５０を吐出ノズル５０側から吸引ノズル６０を見たときの状態を示しており、浴面コンター図は、スナウト内部における浴面を上方からみた状態を示している。図８は、比較例Ａにおけるフロント側吐出口５５ｆの口径を拡大した場合のノズル径比と流量比及び吐出流速比とを示すグラフである。図７及び図８において、ノズル径比が１の場合は、２つの吐出口５５ｆ、５５ｂが同一口径である場合であり、ノズル径比が０．８の場合は、バック側吐出口５５ｂの形状は変化させず、フロント側吐出口５５ｆの口径を拡大した場合である。また、図７の浴面コンター図においては、色が薄い部分ほど浴面流速が大きいことを示している。

図８に示すように、フロント側吐出口５５ｆの口径を拡大した場合、溶融金属の吐出流量を大きくすることはできる。しかし、開口部分の断面積増加に伴い、吐出流速比は２つの吐出口５５ｆ、５５ｂの口径が同一である場合よりも低下する結果となった。また、図７の浴面コンター図より、浴面流速分布のバック側とフロント側との差も拡大した。

次に、比較例Ｂとして、吐出が強いバック側吐出口５５ｂの径を縮小した場合を検証した。その結果を図９及び図１０に示す。図９は、比較例Ｂにおけるノズル径比、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口５５ｆ、５５ｂからの浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。図１０は、比較例Ｂにおけるバック側吐出口５５ｂの口径を縮小した場合のノズル径比と流量比及び吐出流速比とを示すグラフである。図９及び図１０において、ノズル径比が１の場合は、２つの吐出口５５ｆ、５５ｂが同一口径である場合であり、ノズル径比が０．８、０．６２５の場合は、フロント側吐出口５５ｆの形状は変化させず、バック側吐出口５５ｂの口径を縮小した場合である。また、図９においても、浴面コンター図では色が薄い部分ほど浴面流速が大きいことを示している。

バック側吐出口５５ｂの口径を縮小した場合、図１０に示すように、各吐出口５５ｆ、５５ｂから吐出される溶融金属の流量比は、ノズル径比が小さくなるにつれて小さくなり、吐出流速比も、２つの吐出口５５ｆ、５５ｂの口径が同一である場合よりも１に近づき若干改善した。図９に示す浴面コンター図からも、浴面流速分布のバック側とフロント側との差が若干改善している。

この結果は、配管５３からヘッド部５１へ供給される溶融金属のうち、フロント側吐出口５５ｆへの溶融金属の配分量が増加し、さらに、フロント側吐出口５５ｆの断面積が不変であることから、フロント側吐出口５５ｆの吐出流速も増加させることができたと考えられる。しかし、吐出口の口径を縮小することは、溶融金属の合金層付着によるノズルの詰まりを誘発するため望ましくない。このようなノズル閉塞のリスクを考えると、各吐出口５５ｆ、５５ｂから吐出される溶融金属の吐出流速比の改善効果は小さく、有効な対策とは言えない。

［実施例］
一方で、上記比較例Ａ、Ｂの解析結果より、浴面流速分布、より具体的には各吐出口からの吐出流の到達距離は、溶融金属の流量ではなく、吐出流速に依存することが明確となった。例えば、図９のノズル径比０．６２５の場合には、フロント側吐出口５５ｆからの吐出流量はバック側吐出口５５ｂからの吐出流量より大きくなったにも関わらず、吐出流の到達距離は、浴面コンター図よりバック側吐出口５５ｂからの吐出流の方が長くなっている。

以上の比較例Ａ、Ｂの解析結果より、ｉ）スナウト１２０内の浴面流れの均一化には吐出口からの流量でなく流速が重要である、ｉｉ）吐出口の口径比を変化させるだけではスナウト１２０内の浴面流れの均一化は達成できない、という知見を得た。これらを踏まえて、本願発明者らは、２つの吐出口からの溶融金属の吐出によって形成される浴面流速を均一化するため、吐出口の口径比を変化させることに頼らず、傾斜してめっき浴に挿入される配管１５３と浴面に対して水平に設置されるヘッド部１５１との接合位置を、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂの中間位置からシフトさせる構成を想到した。

図１１及び図１２に、２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂ（５５ｆ、５５ｂ）の口径は同一として、ヘッド部１５１（５１）と配管１５３（５３）との接合位置を、２つの吐出口の中間位置とした場合（Ｄ／Ｌ＝０．００（配管シフトなし））と、２つの吐出口の中間位置からフロント側にシフトした場合（Ｄ／Ｌ＝０．６７（配管シフトあり））とについて検証した結果を示す。図１１は、配管シフト有無による浴面流速分布を検証した時の、ノズル径比、配管シフト量、ノズル形状の模式図、及び、各吐出口からの浴面流速分布を表す浴面コンター図を示す説明図である。図１２は、配管シフト有無による流量比及び吐出流速比を示すグラフである。配管の傾斜角度（すなわち、スナウト１２０の浸漬角度）は６０°であった。また、図１２においても、浴面コンター図では色が薄い部分ほど浴面流速が大きいことを示している。

図１１に示すように、２つの吐出口の中間位置からヘッド部と配管との接合位置をシフトさせた場合、浴面コンター図より、ヘッド部と配管との接合位置を２つの吐出口の中間位置に設けた場合（すなわち、配管シフトなしの場合）と比較して、フロント側吐出口１５５ｆからの吐出流及びバック側吐出口１５５ｂからの吐出流の到達距離が長くなっていることがわかる。また、図１２より、ヘッド部と配管との接合位置をシフトさせることで、流量比及び吐出流速比共にバック側とフロント側とでの差がほぼなくなり、均一な吐出流が形成されることがわかる。

以上より、本実施形態のように２つの吐出口の中間位置からヘッド部と配管との接合位置をＤ／Ｌが０．４以上となるように設定することで、均一な吐出流を形成できることがわかる。なお、配管のシフト量の適切な値は、実際には、スナウトの浸漬角度、吐出口の中心間距離、吐出口の開口形状等によって変化するため、数値流体解析または水モデル等の模型実験または実機試験により決定するのが望ましい。

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、上記実施形態では、吐出ノズル１５０には２つの吐出口１５５ｆ、１５５ｂを設ける構成としたが、本発明はかかる例に限定されない。吐出ノズルの吐出口は複数であればよく、例えば３つ以上であってもよい。このとき、各吐出口は、スナウトのバック部とフロント部とが対向する前後方向に配列される。また、吐出ノズルの配管は、例えば前後方向の両端にある吐出口の中間位置よりもフロント側へシフトするようにしてもよい。実際には、各吐出口からの吐出流が略均一となるように、数値流体解析あるいは実験により配管のシフト量を決定するのがよい。

５ 溶融金属
１００ 溶融金属めっき装置
１０１ めっき槽
１２０ スナウト
１２１ バック部
１２３ フロント部
１３０ シンクロール
１４０ ガスワイピング装置
１５０ 吐出ノズル
１５１ ヘッド部
１５３ 配管
１５５ｆ フロント側吐出口
１５５ｂ バック側吐出口
１６０ 吸引ノズル
Ｓ 金属板

Claims (4)

1. 連続搬送される金属板を、一端が溶融金属めっき浴に浸漬されたスナウト内を通して前記溶融金属めっき浴に浸漬させて、前記金属板にめっきする溶融金属めっき装置であって、
   前記スナウトは、前記溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜して設置され、
   前記スナウト内の前記溶融金属めっき浴の浴面の位置には、
   前記溶融金属めっき浴に進入する前記金属板に対して溶融金属を吐出する吐出ノズルと、
   前記金属板の幅方向に前記金属板を挟んで前記吐出ノズルと対向し、前記溶融金属を吸引する吸引ノズルと、
   が設置されており、
   前記吐出ノズルは、
   前記金属板に対して前記溶融金属めっき装置のフロント側とバック側とにそれぞれ位置するように配置された２つの吐出口を有するヘッド部と、前記ヘッド部から前記スナウトの傾斜に沿って前記溶融金属めっき浴に浸漬される配管と、を有し、
   前記配管と前記ヘッド部との接合位置は、前記吐出口の中間位置より前記フロント側にある、溶融金属めっき装置。
2. ２つの前記吐出口の中心間距離を２Ｌ、前記吐出口の中間位置と前記接合位置との距離をＤとしたとき、前記接合位置は、Ｄ／Ｌが０．４以上となる範囲内に設けられている、請求項１に記載の溶融金属めっき装置。
3. 各前記吐出口の口径は同一である、請求項１または２に記載の溶融金属めっき装置。
4. 連続搬送される金属板を、一端が溶融金属めっき浴に浸漬されたスナウト内を通して前記溶融金属めっき浴に浸漬させて、前記金属板にめっきする溶融金属めっき方法であって、
   前記スナウトは、前記溶融金属めっき浴の浴面に対して傾斜して設置され、
   前記スナウト内の前記溶融金属めっき浴の浴面の位置には、
   前記金属板に対して前記溶融金属めっき装置のフロント側とバック側とにそれぞれ位置するように配置された２つの吐出口を有するヘッド部と、前記ヘッド部から前記スナウトの傾斜に沿って前記溶融金属めっき浴に浸漬される配管と、を有し、前記配管と前記ヘッド部との接合位置が、前記吐出口の中間位置より前記フロント側に位置するように構成された、溶融金属を吐出する吐出ノズルと、
   前記金属板の幅方向に前記金属板を挟んで前記吐出ノズルと対向し、前記溶融金属を吸引する吸引ノズルと、
   が設置されており、
   前記吐出ノズルから溶融金属を吐出し、前記吐出ノズルと対向する前記吸引ノズルにより前記溶融金属を吸引して、前記溶融金属めっき浴に前記金属板が進入する位置における前記スナウト内の浴面を流動させる、溶融金属めっき方法。