JP6870659B2 - 溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル、溶融金属めっきのガスワイピング方法、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル、溶融金属めっきのガスワイピング方法、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

連続溶融金属めっきラインでは、図９に示すように、還元雰囲気の連続焼鈍炉で焼鈍された鋼帯Ｓは、スナウト１０内を通過して、めっき槽１２内の溶融金属浴１４中に連続的に導入される。その後鋼帯Ｓは、溶融金属浴１４中のシンクロール１６、サポートロール１８を介して溶融金属浴１４の上方に引き上げられ、ガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂで所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて後工程に導かれる。ガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂは、めっき槽１２上方に、鋼帯Ｓを挟んで対向して配置され、その噴射口から鋼帯Ｓの両面に向けてガスを吹き付ける。このガスワイピングにより、余剰な溶融金属が掻き取られて、鋼帯表面のめっき付着量が調整されるとともに、鋼帯表面に付着した溶融金属が板幅方向及び板長手方向で均一化される。ガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂは、多様な鋼帯幅に対応するとともに、鋼帯引き上げ時の幅方向の位置ズレなどに対応するため、通常、鋼帯幅より幅広く構成され、鋼帯の幅方向端部より外側まで延びている。

このようなガスワイピングノズルでは、所望のめっき付着量（めっき厚み）に制御するため、鋼帯通板速度も考慮しながらガス噴射圧力、ノズル−鋼帯間距離、及びノズル高さを逐次変更しながら、溶融金属めっき鋼帯を製造する。図５に示すように、ガスワイピング後の金属めっき表面では、鋼帯の長手方向にあるピッチで波状の凹凸（付着量変動）ができ、特にガスワイピング後の加熱処理を行わないとそのまま凝固して波模様となってしまう。ガスワイピング後のめっき厚みが厚いほど、鋼帯長手方向の波ピッチは長くなり、その波の高さも高くなる。ガスワイピングでできた波は、溶融状態の間は通板中にリフロー（平滑化）するが、固化するまでに完全に平滑化することは無く、結果的に「湯ジワ」、「さざ波」あるいは「リップルマーク」と呼ばれる表面欠陥になってしまい、表面外観を著しく低下させるとともに付着量ムラにもなり問題であった。

このような問題に対して、特許文献１には、
「ガス供給管に繋がるインナチューブと、噴射口を備え、前記インナチューブを囲うノズル本体とからなり、ノズル本体内部をインナチューブで第１均圧室と噴射口に続く第２均圧室に区分し、前記インナチューブに第１均圧室に臨むオリフイスを開口し、また、インナチューブとノズル本体との間の狭い隙間を絞り部とし、これらの絞り部を介して第１均圧室から第２均圧室に流れ込むガス流れを壁に沿わせて流すためのガイド面を第２均圧室に形成したことを特徴とするガスワイピングノズル」
が記載されており、この構成によって、リップルマークを抑制できることが記載されている。

また、特許文献２には、
「ガスワイピングノズル端部におけるガスワイピングノズルの鋼帯に対面する側の上面と下面のなす角度が、ガスワイピングノズル端部の方がガスワイピングノズル中央部より小さいガスワイピングノズル」
が記載されており、この構成によって、スプラッシュ欠陥やさざ波欠陥が抑制できることが記載されている。

特開平９−２１７１６２号公報 特開２００３−３１３６４８号公報

本発明者らが、図５に示すような湯ジワが形成される原因を検討したところ、その一因は、図５に示すように、従来のガスワイピングノズル２０Ｃから噴射されるガス噴流が乱流となっており、ガス噴流自体が激しく上下に振動しながら溶融めっき金属Ｍに吹き付けられているためであることを突き止めた。

しかしながら、特許文献１に記載のガスワイピングノズルでは、ガスワイピングノズル内部での圧力変動を抑えることができても、噴射口から噴射された後のガス噴流は周囲気体との速度差に起因して拡散し、上下に激しく振動するようになる。このため、湯ジワを低減する効果が不十分であることが判明した。

特許文献２に記載のガスワイピングノズルでも同様で、ノズル外形によって噴射口から噴射されるガス噴流に随伴する気体流れは多少変化するものの、ガス噴流そのものの性質は変わらないため、ガス噴流の上下振動に起因する表面欠陥には効果がなかった。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル、溶融金属めっきのガスワイピング方法、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討したところ、以下の知見を得た。従来のガスワイピングノズルにおいて、図５に示すようにガス噴流が激しく上下に振動する理由は、図７に示すように、噴射口において、ノズル壁面付近で流速が小さいガス流速分布となり、ガス噴流の直進性が維持できなくなるためである。このようなガス流速分布となる理由は、第一に、ガス流路の流路断面積が噴射口に向かって漸減する部分において、鋼帯に垂直な断面視でノズル部材の内壁が直線形状を有していること、そして、第二に、ガス流路の流路断面積が一定となるガス噴射口の出口部分が長いことであると判明した。そこで、本発明者らは、鋼帯に垂直な断面視でノズル部材の内壁が非直線形状となるように流路断面積を漸減させ、かつ、ガス流路の流路断面積が一定となるガス噴射口の出口部分を短くすることを着想した。その結果、図８に示すように、ノズル壁面付近でもガス流速が落ちず、噴射口におけるガス流路分布を矩形に近づけることができ、ガス噴流の直進性が高まる。その結果、図６に示すように、ガス噴流Ｆの上下振動の振幅を小さくすることができ、その結果、鋼帯の長手方向に波状の凹凸が形成されるのを抑制できた。

上記知見に基づき完成された本発明の要旨構成は以下のとおりである。
［１］溶融金属浴から引き上げられた鋼帯にガスを吹き付けて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整する溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズルであって、
ノズルヘッダと、上ノズル部材及び下ノズル部材からなるノズル本体と、整流板とを有し、
前記ノズルヘッダは、上側端部と下側端部とを有し、ガス供給管が接続され、内部に前記ガス供給管と連通し、前記鋼帯の幅方向に延在するヘッダ空間を区画し、
前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材は、それぞれ前記ノズルヘッダの前記上側端部及び前記下側端部に接続された基端部から延在し、内部に前記鋼帯の幅方向に延在するガス流路を区画しつつ、互いに対向するそれぞれの先端部によって前記鋼帯の幅方向に延在するスリット状のガス噴射口を区画し、
前記整流板は複数の貫通孔を有し、前記ノズルヘッダと前記ノズル本体との間に位置し、前記複数の貫通孔を介して前記ヘッダ空間から前記ガス流路にガスが供給され、
前記ノズル本体は、前記ガス流路の流路断面積が前記基端部から前記先端部に向かって漸減する漸減部を有し、
前記漸減部では、前記鋼帯に垂直な断面視で、前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材の内壁が非直線形状を呈し、
前記ガス流路の流路断面積が一定となる前記ガス噴射口の出口部分のガス流れ方向長さＬは、前記ガス噴射口のスリットギャップＢに対して、０≦Ｌ／Ｂ≦５であることを特徴とする溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［２］前記鋼帯に垂直な断面視で、前記漸減部における前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材の内壁の、前記基端部側の端点をそれぞれＲ_S1及びＲ_S2とし、前記先端部側の端点をそれぞれＲ_E1及びＲ_E2とし、
Ｒ_S1及びＲ_S2間の距離をＢｓとし、Ｒ_E1及びＲ_E2間の距離は前記スリットギャップと等しいＢであり、
Ｒ_S1とＲ_S2とを結ぶ直線をｙ軸、Ｒ_S1とＲ_S2との中点Ｒ_S0と、Ｒ_E1とＲ_E2との中点Ｒ_E0とを結ぶ直線をｘ軸としたｘｙ平面において、中点Ｒ_S0をｘ＝０、中点Ｒ_Eoをｘ＝Ｌｓとしたとき、
位置ｘにおける、前記ｘ軸から前記上ノズル部材の内壁までの距離Ｙ₁を示す関数Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）は、
０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点Ｒ_M1から前記Ｒ_E1までが、前記ｘ軸に向かって凸の曲線となり、
位置ｘにおける、前記ｘ軸から前記下ノズル部材の内壁までの距離Ｙ₂を示す関数Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）は、
０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ−０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦−０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点Ｒ_M2から前記Ｒ_E2までが、前記ｘ軸に向かって凸の曲線となる、上記［１］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［３］前記ｘ軸に向かって凸の曲線は、コサインカーブの少なくとも一部である、上記［２］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［４］前記Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）は、前記Ｒ_S1から前記Ｒ_M1までが、前記ｘ軸と離れて凸の曲線となり、
前記Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）は、前記Ｒ_S2から前記Ｒ_M2までが、前記ｘ軸と離れて凸の曲線となる、上記［２］又は［３］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［５］前記ｘ軸と離れて凸の曲線は、コサインカーブの少なくとも一部である、上記［４］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［６］前記Ｒ_M1は、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）に位置し、
前記Ｒ_M2は、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝−０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）に位置する、上記［２］〜［５］のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［７］前記Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及び前記Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（１）及び式（２）を満たすコサインカーブである、上記［２］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［８］０≦ｘ≦Ｌｓ／２の範囲では、前記Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及び前記Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（３）及び式（４）を満たす３次関数曲線であり、
Ｌｓ／２＜ｘ≦Ｌｓの範囲では、前記Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及び前記Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（５）及び式（６）を満たす３次関数曲線である、上記［２］に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［９］前記基端部における前記ガス流路の流路断面積が、前記先端部における前記ガス流路の流路断面積の３０〜６０倍である、上記［１］〜［８］のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［１０］前記整流板の前記複数の貫通孔は、直径がスリットギャップＢの３〜８倍の円形孔であり、前記鋼帯の幅方向に均等に配置されており、孔断面積の合計が前記基端部における前記ガス流路の流路断面積の３〜８倍である、上記［１］〜［９］のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。

［１１］溶融金属浴から引き上げられた鋼帯に、上記［１］〜［１０］のいずれか一項に記載のガスワイピングノズルからガスを吹き付けて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整する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のガスワイピング方法。

［１２］前記ガスワイピング後の金属めっき皮膜の平均厚さを１０μｍ以上とする、上記［１１］に記載の溶融金属めっきのガスワイピング方法。

［１３］前記ガスワイピングノズルの前記ノズルヘッダ最下端と前記溶融金属浴の表面との距離Ｈを１０〜３００ｍｍとする、上記［１１］又は［１２］に記載の溶融金属めっきのガスワイピング方法。

［１４］溶融金属浴に連続的に鋼帯を浸漬する工程と、
前記溶融金属浴から引き上げられる鋼帯を挟んで配置した、上記［１］〜［１０］のいずれか一項に記載の一対のガスワイピングノズルから、前記鋼帯にガスを吹き付けて、該鋼帯の両面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、
を含むことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

［１５］溶融金属浴に連続的に鋼帯を浸漬する工程と、
上記［１１］〜［１３］のいずれか一項に記載のガスワイピング方法を用いて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、
を含むことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

本発明の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル、溶融金属めっきのガスワイピング方法、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる。

本発明の一実施形態による溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル２０の、鋼帯に垂直な断面図である。 ガスワイピングノズル２０の上下ノズル部材４０Ａ，４０Ｂの内壁が示す非直線形状の一例を示すグラフである。 ガスワイピングノズルのノズルヘッダ最下端と溶融金属浴の表面との距離Ｈを示す模式図である。 ガスワイピングノズル２０で用いる整流板５０の正面図である。 従来のガスワイピングノズル２０Ｃを用いた場合の、ガス噴流の振動と、鋼帯表面のめっき金属の脈動状態を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるガスワイピングノズル２０を用いた場合の、ガス噴流の振動と、鋼帯表面のめっき金属の脈動状態を示す模式図である。 従来のガスワイピングノズル２０Ｃを用いた場合の、ガス噴射口から噴射した直後のガス噴流の流速分布を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるガスワイピングノズル２０を用いた場合の、ガス噴射口から噴射した直後のガス噴流の流速分布を示す模式図である。 連続溶融金属めっき設備の構成を示す模式図である。

図９を参照して、連続溶融金属めっき設備１００は、スナウト１０と、溶融金属を収容するめっき槽１２と、シンクロール１６と、サポートロール１８とを有する。スナウト１０は、鋼帯Ｓが通過する空間を区画する、鋼帯進行方向に垂直な断面が矩形状の部材であり、その先端は、めっき槽１２に形成される溶融金属浴１４に浸漬されている。一実施形態において、還元雰囲気の連続焼鈍炉で焼鈍された鋼帯Ｓは、スナウト１０内を通過して、めっき槽１２内の溶融金属浴１４中に連続的に導入される。その後鋼帯Ｓは、溶融金属浴１４中のシンクロール１６、サポートロール１８を介して溶融金属浴１４の上方に引き上げられ、一対のガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂで所定のめっき厚みに調整された後に、冷却されて後工程に導かれる。

一対のガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂは、めっき槽１２上方に、鋼帯Ｓを挟んで対向して配置される。ガスワイピングノズル２０Ａは、その先端で鋼帯の板幅方向に延在するスリット状のガス噴射口から鋼帯Ｓに向けてガスを吹き付け、鋼帯の表面のめっき付着量を調整する。他方のノズル２０Ｂも同様であり、これら一対のノズル２０Ａ，２０Ｂによって、余剰な溶融金属が掻き取られて、鋼帯Ｓの両面のめっき付着量が調整され、かつ、板幅方向及び板長手方向で均一化される。ガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂは、多様な鋼帯幅に対応するとともに、鋼帯引き上げ時の幅方向の位置ズレなどに対応するため、通常、鋼帯幅より長く構成され、鋼帯の幅方向端部より外側まで延びている。

（溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル）
本発明の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズルは、上記のような連続溶融金属めっき設備１００に適用可能である。以下、図１及び図２を参照して、本発明の一実施形態による溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル２０（以下、単に「ガスワイピングノズル」とも称する。）を説明する。

図１を参照して、ガスワイピングノズル２０は、ノズルヘッダ３０と、上ノズル部材４０Ａ及び下ノズル部材４０Ｂからなるノズル本体４０と、整流板５０とを有する。

本実施形態において、ノズルヘッダ３０は、上側板状部材３１Ａ、下側板状部材３１Ｂ、及びこれらを連結する連結板状部材３３を備え、これら部材はいずれも、その長手方向が鋼帯幅方向に延在する。そのため、ノズルヘッダ３０は、内部に鋼帯の幅方向に延在するヘッダ空間３５を区画する。ノズルヘッダの上側端部３２Ａ及び下側端部３２Ｂは、それぞれ上側板状部材３１Ａ及び下側板状部材３１Ｂの鋼帯側端部に相当する。ノズルヘッダ３０には、ガス供給管３４が接続され、ヘッダ空間３５はガス供給管３４と連通している。そのため、ガス供給管３４からヘッダ空間３５にガスを供給することができる。

ノズル本体４０を構成する上ノズル部材４０Ａ及び下ノズル部材４０Ｂは、それぞれノズルヘッダの上側端部３２Ａ及び下側端部３２Ｂに接続された基端部４１Ａ，４１Ｂから延在し、内部に鋼帯の幅方向に延在するガス流路４４を区画しつつ、互いに対向するそれぞれの先端部４２Ａ，４２Ｂによって鋼帯の幅方向に延在するスリット状のガス噴射口４５を区画する。また、ノズル本体４０は、ガス流路の流路断面積が基端部４１Ａ，４１Ｂから先端部４２Ａ，４２Ｂに向かって漸減する漸減部４３Ａ，４３Ｂを有する。ここで、「ガス流路の流路断面積」とは、図１のｘ軸に垂直なガス流路４４の断面積を意味する。なお、ｘ軸の定義は後記する。

図４も参照して、整流板５０は複数の貫通孔５１を有する矩形の板状部材であり、ノズルヘッダ３０とノズル本体４０との間に位置する。そのため、複数の貫通孔５１を介してヘッダ空間３５からガス流路４４にガスが供給される。

本実施形態では、第一に、漸減部４３Ａ，４３Ｂにおいて、鋼帯に垂直な断面視で（すなわち図１を参照して）、上ノズル部材４０Ａ及び下ノズル部材４０Ｂの内壁が非直線形状を呈すること、第二に、ガス流路の流路断面積が一定となるガス噴射口の出口部分４６（平行部）のガス流れ方向長さＬが、ガス噴射口のスリットギャップＢに対して、０≦Ｌ／Ｂ≦５であること、が肝要である。ここで、「ガス流れ方向」とは、図１のｘ軸方向を意味する。

図５及び図７に示すように、従来のガスワイピングノズル２０Ｃでは、ガス噴射口にはスリットギャップＢに対して１０倍以上の長さＬの平行部を設け、その上流では、上下ノズル部材の内壁が直線形状を呈している。この場合、ガス流速の幅方向均一性は維持できるが、その代わり、図７のように、噴射口では壁面速度がゼロの速度分布となる。これに対して、本実施形態では、ガス流路の流路断面積が一定となるガス噴射口の出口部分４６（平行部）の長さを短くしつつ、この出口部分４６の上流に、非直線形状の内壁部分を配置する。これにより、図８に示すように、ノズル壁面付近でもガス流速が落ちず、噴射口におけるガス流路分布を矩形に近づけることができ、ガス噴流の直進性が高まる。その結果、図６に示すように、ガス噴流Ｆの上下振動の振幅を小さくすることができ、その結果、鋼帯Ｓの長手方向に波状の凹凸が形成されるのを抑制できる。すなわち、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる。

Ｌ／Ｂ＞５の場合、平行部が長すぎて、上記した本実施形態の作用効果を得ることができない。また、本実施形態では、Ｌ／Ｂ＝０、すなわち平行部が存在しなくてもよい。この場合でも、ノズル壁面付近でもガス流速が落ちず、ガス噴流の直進性を高めることができる。

上下ノズル部材の内壁の非直線形状について、図２を参照して、上記した本実施形態の作用効果を十分に得ることができる好適な形態を説明する。図２に説明するように、鋼帯に垂直な断面視で、以下のように定義する。
Ｒ_S1：漸減部４３Ａにおける上ノズル部材４０Ａの内壁の、基端部４１Ａ側の端点
Ｒ_S2：漸減部４３Ｂにおける下ノズル部材４０Ｂの内壁の、基端部４１Ｂ側の端点
Ｒ_E1：漸減部４３Ａにおける上ノズル部材４０Ａの内壁の、先端部４２Ａ側の端点
Ｒ_E2：漸減部４３Ｂにおける下ノズル部材４０Ｂの内壁の、先端部４２Ｂ側の端点
Ｂｓ：Ｒ_S1及びＲ_S2間の距離
Ｂ：Ｒ_E1及びＲ_E2間の距離（スリットギャップと等しくなる。）
ｙ軸：Ｒ_S1とＲ_S2とを結ぶ直線
ｘ軸：Ｒ_S1とＲ_S2との中点Ｒ_S0と、Ｒ_E1とＲ_E2との中点Ｒ_E0とを結ぶ直線

このｘｙ平面において、中点Ｒ_S0をｘ＝０、中点Ｒ_Eoをｘ＝Ｌｓとする。また、一例として、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）の点をＲ_M1とし、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝−０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）の点をＲ_M2とする。

このとき、位置ｘにおける、ｘ軸から上ノズル部材４０Ａの内壁までの距離Ｙ₁を示す関数Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）は、点Ｒ_S1から点Ｒ_M1までがｘ軸と離れて凸の曲線となり、点Ｒ_M1から点Ｒ_E1までがｘ軸に向かって凸の曲線となることが好ましい。同様に、位置ｘにおける、ｘ軸から下ノズル部材４０Ｂの内壁までの距離Ｙ₂を示す関数Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）は、点Ｒ_S2から点Ｒ_M2までがｘ軸と離れて凸の曲線となり、点Ｒ_M2から点Ｒ_E2までがｘ軸に向かって凸の曲線となることが好ましい。

このように、漸減部４３Ａ，４３Ｂが、基端部側から先端部側に向けて、ノズル外側に凸の曲線から変曲点Ｒ_M1，Ｒ_M2を境にノズル内側に凸の曲線になることにより、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給され、ガス噴流の直進性をより高めることができる。

ただし、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給するためには、上下ノズル部材の先端部４２Ａ，４２Ｂ側の、ノズル内側に凸の曲線部分が重要である。そのため、本実施形態は上記の図２のような場合に限定されず、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）は、点Ｒ_M1から点Ｒ_E1までがｘ軸に向かって凸の曲線となり、Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）は、点Ｒ_M2から点Ｒ_E2までがｘ軸に向かって凸の曲線となるだけでも構わない。この場合、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）の点Ｒ_S1から点Ｒ_M1までの部分と、Ｙ₂＝ｆ₂（ｘ）の点Ｒ_S2から点Ｒ_M2までの部分の形状は、特に限定されず、例えば直線形状であってもよい。

また、図２の例では、変曲点Ｒ_M1，Ｒ_M2（つまり、ノズル内側に凸の曲線部分の開始点）に関しては、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）の点をＲ_M1とし、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝−０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）の点をＲ_M2としたが、本実施形態はこれに限定されない。ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給する観点からは、図２の斜線で示す領域内、すなわち点Ｒ_M1は、０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点とすることができ、点Ｒ_M2は、０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ−０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦−０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点とすることができる。点Ｒ_M1に関して、０．６０Ｌｓ＜ｘかつｙ＜０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）の場合、ノズル内側に凸の曲線部が短すぎて、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給することができない。また、０．６０Ｌｓ＜ｘかつ０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙの場合や、０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）＜ｙの場合は、ノズル内側に凸の曲線部の勾配が急になり、やはりガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給することができない。ｘ≦０．６０Ｌｓかつｙ＜０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）の場合や、ｘ＜０．４０Ｌｓかつ０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）の場合は、点Ｒ_S1から点Ｒ_M1までの勾配が急にならざるを得ず、やはりガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給することができない。ｘ＜０．４０Ｌｓかつ０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）＜ｙの場合は、ノズル内側に凸の曲線部が長すぎて、当該曲線部の勾配が緩やかになりすぎ、従来の直線形状の場合に近いガス流となってしまう。

上記したｘ軸に向かって凸の曲線及びｘ軸と離れて凸の曲線は、特に限定されないが、一例として、コサインカーブ（余弦波）の少なくとも一部とすることができる。これにより、変曲点Ｒ_M1，Ｒ_M2で内壁面が急激に傾斜することなく、しかも、ガス噴射口の出口部分４６の近傍は傾斜の変動が緩やかな曲線となる。このため、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給することができる。

このような曲線の一例として、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及びＹ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（１）及び式（２）を満たすコサインカーブである場合が特に好ましい。

この場合、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及びＹ₂＝ｆ₂（ｘ）は、０≦ｘ≦０．５Ｌｓではｘ軸と離れて凸のコサインカーブとなり、０．５Ｌｓ＜ｘ≦Ｌｓではｘ軸に向かって凸のコサインカーブとなる。このため、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給され、ガス噴流の直進性をより高めることができる。

また、好適な非曲線形状の他の例として、０≦ｘ≦Ｌｓ／２の範囲では、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及びＹ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（３）及び式（４）を満たす３次関数曲線であり、Ｌｓ／２＜ｘ≦Ｌｓの範囲では、Ｙ₁＝ｆ₁（ｘ）及びＹ₂＝ｆ₂（ｘ）が、それぞれ以下の式（５）及び式（６）を満たす３次関数曲線である場合を挙げることができる。

この場合も、０≦ｘ≦Ｌｓ／２ではｘ軸と離れて凸の緩やかな曲線となり、Ｌｓ／２＜ｘ≦Ｌｓではｘ軸に向かって凸の緩やかな曲線となる。このため、ガス噴射口４５に直進性の高いガス流が供給され、ガス噴流の直進性をより高めることができる。

漸減部４３Ａ，４３Ｂのガス流れ方向長さＬｓは、特に限定されないが、８０〜２５０ｍｍとすることが好ましい。Ｌｓが８０ｍｍ以上の場合、流路縮小による圧損の急増を招かず、Ｌｓが２５０ｍｍ以下の場合、流路漸減による整流効果を十分に享受できるからである。

スリットギャップＢ及び平行部のガス流れ方向長さＬは、上記の０≦Ｌ／Ｂ≦５の関係を満たす限り特に限定されないが、Ｂは０．７〜２．０ｍｍ程度とすることができ、Ｌは０〜１０ｍｍ程度とすることができる。

ガス流路での圧力損失を抑えるため、基端部４１Ａ，４１Ｂにおけるガス流路の流路断面積Ｓ１は、先端部４２Ａ，４２Ｂにおけるガス流路の流路断面積Ｓ２の３０〜６０倍とすることが好ましい。３０倍以上とすれば、ガス流路での圧力損失が十分に抑えられ、本実施形態の作用効果を阻害することがない。６０倍以下とすれば、ノズル外形が大きくなりすぎることがないため、亜鉛飛沫（スプラッシュ）がノズルに付着しやすくなるなどの操業性の劣化を招くことがない。なお、本実施形態において、ノズル形状は鋼帯幅方向の位置に依らず一定であるため、Ｓ１／Ｓ２はＢｓ／Ｂと等しくなる。

平行部の長さＬが短いと圧力損失が低下するため、ガス噴射口４５での幅方向流速が不均一になりがちである。そこで、ガス噴射口４５より上流側の整流板５０によって、幅方向均一化を図ることが好ましい。この観点から、図４を参照して、整流板の複数の貫通孔５１は、直径ａがスリットギャップＢの３〜８倍の円形孔であり、鋼帯の幅方向に均等に配置されており、孔断面積の合計Ｓ３が基端部４１Ａ，４１Ｂにおけるガス流路の流路断面積Ｓ１の３〜８倍であることが好ましい。ここで、「孔断面積の合計」とは、各貫通孔５１のｘ軸に垂直な断面積を全ての貫通孔について合計した面積である。

孔断面積の合計Ｓ３がＳ１の３倍以上であれば、整流板での圧力損失が過大となることがないため、貫通孔間でのガス噴流速度差が出にくく、貫通孔がある位置とない位置との間でのめっきムラが発生しにくい。孔断面積の合計Ｓ３がＳ１の８倍以下であれば、整流板での整流効果を損なうことがなく、幅方向に均一なめっき付着量制御が実現できる。

また、整流板の貫通孔の直径ａがスリットギャップＢの３倍以上であれば、貫通孔がある位置とない位置との間でのめっきムラが現れにくく、貫通孔の直径ａがスリットギャップＢの８倍以下であれば、貫通孔間のピッチ距離が長くなることがなく、やはり貫通孔がある位置とない位置との間でのめっきムラが現れにくい。

複数の貫通孔５１は、鋼帯の幅方向に均等に配置されることが好ましく、その間隔（中心間距離）は、直径ａの２〜５倍程度が好ましい。また、整流板の短手方向における貫通孔列の数は、Ｂｓに応じて適宜設定すればよいが、列間隔は、直径ａの０．５〜４倍程度が好ましい。

（溶融金属めっきのガスワイピング方法）
本発明の一実施形態による溶融金属めっきのガスワイピング方法は、溶融金属浴から引き上げられた鋼帯に、上記実施形態のガスワイピングノズル２０からガスを吹き付けて、鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピングを行うことを特徴とする。本実施形態のガスワイピング方法によれば、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる。

図３を参照して、ガスワイピングノズルのノズルヘッダ最下端と溶融金属浴１４の表面との距離Ｈは１０〜３００ｍｍとすることが好ましい。噴射されたガス噴流が鋼帯Ｓに衝突し鋼帯Ｓに沿って流れるが、平均的には上下均等なガス流量配分となる。したがって、図６のように、多少なりともガス噴流Ｆの振動が起きる状況となる。そこで、ガスワイピングノズル高さを下げて溶融金属浴表面との距離を縮めると、ワイピングノズル下方にガスが流れにくくなり、ワイピングノズル上方へガスが流れやすくなる。その結果、ガス噴流振動の振幅をより小さくすることができる。この観点から、距離Ｈは３００ｍｍ以下とすることが好ましい。また、浴表面のガスワイピングノズルとの接触を確実に防止する観点から、距離Ｈは１０ｍｍ以上とすることが好ましい。

湯ジワ等のめっき付着量変動に起因する表面欠陥は、いかなる金属めっき皮膜厚みでも発生しうるが、厚いほど顕著になる。そのため、ガスワイピング後の金属めっき皮膜の平均厚さを１０μｍ以上とすると、本発明による外観改善効果が顕著になる。

ガスワイピングノズル２０から噴射されるガスは、特に限定されず、例えば空気とすることができるが、不活性ガスとしてもよい。不活性ガスにすることで、鋼帯表面上の溶融金属の酸化を防止できるため、溶融金属の粘度ムラをさらに抑制することができる。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。

（溶融金属めっき鋼板の製造方法）
図９を参照して、本発明の一実施形態による溶融金属めっき鋼板の製造方法は、溶融金属浴１４に連続的に鋼帯Ｓを浸漬する工程と、溶融金属浴１４から引き上げられる鋼帯Ｓを挟んで配置した、上記実施形態による一対のガスワイピングノズル２０Ａ，２０Ｂから、鋼帯Ｓにガスを吹き付けて、該鋼帯Ｓの両面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、を含む。

また、本発明の他の実施形態による溶融金属めっき鋼板の製造方法は、溶融金属浴に連続的に鋼帯を浸漬する工程と、上記実施形態によるガスワイピング方法を用いて、鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、を含む。

これらの方法によれば、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる。

溶融金属の成分は、特に限定されず、例えば５質量％Ａｌ−Ｚｎや、５５質量％Ａｌ−Ｚｎ等の溶融亜鉛系めっきとすることができる。また、Ａｌ：１．０〜１０質量％、Ｍｇ：０．２〜１質量％、Ｎｉ：０〜０．１質量％を含有し、残部がＺｎ及び不可避的不純物からなる組成とすることも好ましい。このようにＭｇが含まれると、溶融金属の酸化／冷却による粘度ムラが生じやすく、湯ジワが発生しやすくなることが確認されている。そのため、溶融金属が上記成分組成を有する場合に、本発明の湯ジワを抑制する効果が顕著に表れる。

本発明の製造方法で製造される溶融金属めっき鋼板としては、溶融亜鉛めっき鋼板を挙げることができ、これは、溶融亜鉛めっき処理後合金化処理を施さないめっき鋼板（ＧＩ）と、合金化処理を施すめっき鋼板（ＧＡ）のいずれも含む。

図９に示す連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、表１に示す各種製造条件で溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。Ｎｏ．１〜２０は、Ａｌ濃度が０．１９質量％の溶融亜鉛めっき鋼板で、めっき膜厚の板内最小が１０μｍである規格の鋼板である。Ｎｏ．２１〜４０は、Ａｌ，Ｍｇ，Ｎｉを表１のとおりに含む溶融亜鉛めっき鋼板で、めっき膜厚の板内最小が１６μｍである規格の鋼板である。ガスワイピングノズルのノズル本体の内部形状や各種寸法は、表１に示すとおりである。

以下の方法でめっき平均膜厚を求め、結果を表１に示した。めっき膜厚は、幅方向５か所（幅方向センター、幅方向センターから両側に３００ｍｍの位置、及び両エッジから５０ｍｍの位置）で、長手方向に１００ｍずつ間隔をあけた５か所の計２５か所をφ４８ｍｍで打抜き、希塩酸で亜鉛めっきを片面ずつ溶解させた前後で重量測定し、その差分から膜厚に換算し、平均膜厚を算出した。

鋼板の外観評価については、以下の基準で合否を判断した。なお、Ｗａは、ＪＩＳ Ｂ０６０１−２００１の規格に基づいて測定した算術平均うねりＷａ［μｍ］の値である。結果を表１に示す。
×：不合格＝目視で大きな湯じわが確認できる亜鉛めっき鋼板（１．５０＜Ｗａ）
△：不合格＝目視で小さな湯じわが確認できる亜鉛めっき鋼板（１．０＜Ｗａ≦１．５０）
○：合格＝目視で湯じわが確認できない美麗な亜鉛めっき鋼板（０．５０＜Ｗａ≦１．００）
◎：合格＝目視で湯じわが確認できない非常に美麗な亜鉛めっき鋼板（０＜Ｗａ≦０．５０）

ノズル本体の内部形状が非直線形状であること（条件１）と、０≦Ｌ／Ｂ≦５であること（条件２）の両方を満たさない比較例Ｎｏ．１及びＮｏ．２１では、めっき付着量むらが大きいため、最小膜厚を確保するには平均めっき膜厚が厚くなり、湯じわ欠陥も顕著に現れた。また、条件２は満たすが条件１を満たさない比較例Ｎｏ．２及びＮｏ．２２では、噴射口の平行部が短いので圧損が低下するため、Ｎｏ．１及びＮｏ．２１に比べてめっき付着量は低減するものの、噴流振動が低減せずに整流孔影響も出やすくなるので、むしろめっき凹凸（Ｗａ）は悪化した。条件１は満たすが条件２を満たさない比較例Ｎｏ．６，７，９及びＮｏ．２６，２７，２９では、噴射口の平行部が長いため、やはり良好な表面外観は得られなかった。それに対して、条件１及び条件２の両方を満たす本発明例においては、コイル全長全巾に亘って良好な表面外観となった。

本発明の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル、溶融金属めっきのガスワイピング方法、及び溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、表面外観に優れ、めっき付着量ムラの少ない溶融金属めっき鋼帯を安定して製造できる。

１００ 連続溶融金属めっき設備
１０ スナウト
１２ めっき槽
１４ 溶融金属浴
１６ シンクロール
１８ サポートロール
２０ ガスワイピングノズル
３０ ノズルヘッダ
３１Ａ 上側板状部材
３１Ｂ 下側板状部材
３２Ａ 上側端部
３２Ｂ 下側端部
３３ 連結板状部材
３４ ガス供給管
３５ ヘッダ空間
４０ ノズル本体
４０Ａ 上ノズル部材
４１Ａ 上ノズル部材の基端部
４２Ａ 上ノズル部材の先端部
４３Ａ 上ノズル部材の漸減部
４０Ｂ 下ノズル部材
４１Ｂ 下ノズル部材の基端部
４２Ｂ 下ノズル部材の先端部
４３Ｂ 下ノズル部材の漸減部
４４ ガス流路
４５ ガス噴射口
４６ ガス噴射口の出口部分
５０ 整流板
５１ 貫通孔
Ｓ 鋼帯
Ｆ ガス噴流
Ｍ 溶融めっき金属

Claims (14)

1. 溶融金属浴から引き上げられた鋼帯にガスを吹き付けて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整する溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズルであって、
   ノズルヘッダと、上ノズル部材及び下ノズル部材からなるノズル本体と、整流板とを有し、
   前記ノズルヘッダは、上側端部と下側端部とを有し、ガス供給管が接続され、内部に前記ガス供給管と連通し、前記鋼帯の幅方向に延在するヘッダ空間を区画し、
   前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材は、それぞれ前記ノズルヘッダの前記上側端部及び前記下側端部に接続された基端部から延在し、内部に前記鋼帯の幅方向に延在するガス流路を区画しつつ、互いに対向するそれぞれの先端部によって前記鋼帯の幅方向に延在するスリット状のガス噴射口を区画し、
   前記整流板は複数の貫通孔を有し、前記ノズルヘッダと前記ノズル本体との間に位置し、前記複数の貫通孔を介して前記ヘッダ空間から前記ガス流路にガスが供給され、
   前記ノズル本体は、前記ガス流路の流路断面積が前記基端部から前記先端部に向かって漸減する漸減部を有し、
   前記漸減部では、前記鋼帯に垂直な断面視で、前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材の内壁が非直線形状を呈し、
   前記鋼帯に垂直な断面視で、前記漸減部における前記上ノズル部材及び前記下ノズル部材の内壁の、前記基端部側の端点をそれぞれＲ _Ｓ１ 及びＲ _Ｓ２ とし、前記先端部側の端点をそれぞれＲ _Ｅ１ 及びＲ _Ｅ２ とし、
   Ｒ _Ｓ１ 及びＲ _Ｓ２ 間の距離をＢｓとし、Ｒ _Ｅ１ 及びＲ _Ｅ２ 間の距離は前記スリットギャップと等しいＢであり、
   Ｒ _Ｓ１ とＲ _Ｓ２ とを結ぶ直線をｙ軸、Ｒ _Ｓ１ とＲ _Ｓ２ との中点Ｒ _Ｓ０ と、Ｒ _Ｅ１ とＲ _Ｅ２ との中点Ｒ _Ｅ０ とを結ぶ直線をｘ軸としたｘｙ平面において、中点Ｒ _Ｓ０ をｘ＝０、中点Ｒ _Ｅ０ をｘ＝Ｌｓとしたとき、
   位置ｘにおける、前記ｘ軸から前記上ノズル部材の内壁までの距離Ｙ _１ を示す関数Ｙ _１ ＝ｆ _１ （ｘ）は、
   ０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点Ｒ _Ｍ１ から前記Ｒ _Ｅ１ までが、前記ｘ軸に向かって凸の曲線となり、
   位置ｘにおける、前記ｘ軸から前記下ノズル部材の内壁までの距離Ｙ _２ を示す関数Ｙ _２ ＝ｆ _２ （ｘ）は、
   ０．４０Ｌｓ≦ｘ≦０．６０Ｌｓかつ−０．３０（Ｂｓ＋Ｂ）≦ｙ≦−０．２０（Ｂｓ＋Ｂ）を満たす任意の点Ｒ _Ｍ２ から前記Ｒ _Ｅ２ までが、前記ｘ軸に向かって凸の曲線となり、
   前記ガス流路の流路断面積が一定となる前記ガス噴射口の出口部分のガス流れ方向長さＬは、前記ガス噴射口のスリットギャップＢに対して、０≦Ｌ／Ｂ≦５であることを特徴とする溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
2. 前記ｘ軸に向かって凸の曲線は、コサインカーブの少なくとも一部である、請求項１に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
3. 前記Ｙ_１＝ｆ_１（ｘ）は、前記Ｒ_Ｓ１から前記Ｒ_Ｍ１までが、前記ｘ軸と離れて凸の曲線となり、
   前記Ｙ_２＝ｆ_２（ｘ）は、前記Ｒ_Ｓ２から前記Ｒ_Ｍ２までが、前記ｘ軸と離れて凸の曲線となる、請求項１又は２に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
4. 前記ｘ軸と離れて凸の曲線は、コサインカーブの少なくとも一部である、請求項３に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
5. 前記Ｒ_Ｍ１は、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）に位置し、
   前記Ｒ_Ｍ２は、ｘ＝０．５０Ｌｓかつｙ＝−０．２５（Ｂｓ＋Ｂ）に位置する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
6. 前記Ｙ_１＝ｆ_１（ｘ）及び前記Ｙ_２＝ｆ_２（ｘ）が、それぞれ以下の式（１）及び式（２）を満たすコサインカーブである、請求項１に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
   

   

   
7. ０≦ｘ≦Ｌｓ／２の範囲では、前記Ｙ_１＝ｆ_１（ｘ）及び前記Ｙ_２＝ｆ_２（ｘ）が、それぞれ以下の式（３）及び式（４）を満たす３次関数曲線であり、
   Ｌｓ／２＜ｘ≦Ｌｓの範囲では、前記Ｙ_１＝ｆ_１（ｘ）及び前記Ｙ_２＝ｆ_２（ｘ）が、それぞれ以下の式（５）及び式（６）を満たす３次関数曲線である、請求項１に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
   

   

   

   

   
8. 前記基端部における前記ガス流路の流路断面積が、前記先端部における前記ガス流路の流路断面積の３０〜６０倍である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
9. 前記整流板の前記複数の貫通孔は、直径がスリットギャップＢの３〜８倍の円形孔であり、前記鋼帯の幅方向に均等に配置されており、孔断面積の合計が前記基端部における前記ガス流路の流路断面積の３〜８倍である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶融金属めっき設備用ガスワイピングノズル。
10. 溶融金属浴から引き上げられた鋼帯に、請求項１〜９のいずれか一項に記載のガスワイピングノズルからガスを吹き付けて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整する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のガスワイピング方法。
11. 前記ガスワイピング後の金属めっき皮膜の平均厚さを１０μｍ以上とする、請求項１０に記載の溶融金属めっきのガスワイピング方法。
12. 前記ガスワイピングノズルの前記ノズルヘッダ最下端と前記溶融金属浴の表面との距離Ｈを１０〜３００ｍｍとする、請求項１０又は１１に記載の溶融金属めっきのガスワイピング方法。
13. 溶融金属浴に連続的に鋼帯を浸漬する工程と、
    前記溶融金属浴から引き上げられる鋼帯を挟んで配置した、請求項１〜９のいずれか一項に記載の一対のガスワイピングノズルから、前記鋼帯にガスを吹き付けて、該鋼帯の両面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、
    を含むことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。
14. 溶融金属浴に連続的に鋼帯を浸漬する工程と、
    請求項１０〜１２のいずれか一項に記載のガスワイピング方法を用いて、前記鋼帯の表面の溶融金属の付着量を調整するガスワイピング工程と、
    を含むことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。

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