JPH08319551A - ガスワイピングノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 リップルマークの発生を伴わないワイピング
ノズルを提供する。 【構成】 ワイピングノズル１は、上部ノズル半体２と
下部ノズル半体３との間に、ガス入口４、多孔ブロック
５、第１均圧室６、絞り部７、第２均圧室８及びガス出
口としてのスリット９をこの順に備え、且つ流路を湾曲
させるべく前記絞り部７を、スリット９の中心線Ｌから
δだけオフセットさせたものである。 【効果】 絞り部をオフセットさせて流路を湾曲させる
ことにより、圧力変動を抑え、リップルマークの発生を
抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶融金属メッキに好適な
ガスワイピングノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】金属ストリップ（薄板）の表面に亜鉛、
アルミニウムなどの金属皮膜を形成する技術に連続溶融
金属メッキ装置があり、溶融金属槽を通した金属ストリ
ップの金属付着量を均一にするために、ガスを吹き付け
る技術があり、そのための装置をガス・ワイピング・ノ
ズル（ガスワイピングノズル）と言い、以下単にワイピ
ングノズルと記す。

【０００３】連続溶融金属メッキは、一般にフラックス
法あるいは水素還元法などで表面を活性処理した金属ス
トリップを溶融金属に浸漬したのち、連続的に引き上
げ、過剰に付着した溶融金属をワイピングノズルで払拭
してストリップ表面の溶融金属の膜厚を均一にする。ワ
イピングノズルは、金属付着量の制御のみならず、表面
性能を決定する上できわめて重要である。

【０００４】ワイピングノズルの改良に関する発明は、
例えば特開昭６２−１３３０５８号公報「ガスワイピ
ングノズル」及び実開昭６２−１１１６８号公報「溶
融金属メッキ付着量制御用ガスノズル」が知られてい
る。上記は同公報の第２図に示される通りの、菱形ま
たは平行四辺形の開口１２を多数設けたノズルスペーサ
１１をノズル１次側に設け、且つこのノズルスペーサ１
１の２次側に整流棒９ａ，９ｂを配置したことを特徴と
する。上記は同公報の第２図に示される通り、多数の
開口３・・・（・・・は複数個を示す。以下同様。）を設けた
ダンパー４をノズルの１次側に設けたことを特徴とす
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記及び
のワイピングノズルは、基本的にはスリットの１次側で
丸又は菱形の開口を有する板でガスを分散する、又は整
流棒で更に分散することを基本原理とし、この原理に基
づくワイピングノズルで、金属ストリップを処理する
と、ストリップの走行方向に直角にほぼ一定のピッチで
「リップルマーク」と称する筋むらを生じることがあ
る。このリップルマークは製品表面の美観を損ねる。そ
して、リップルマークは幅方向に不規則に現われ、更に
美観を悪化する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】スリットからの流量分布
及び圧力分布が改善されたにも拘らず、リップルマーク
が発生することに疑問を感じた本発明者らは、他に原因
があるのではないかと考え、圧力測定のみならず、高応
答性圧力計にて「圧力変動」の確認を試み、その結果、
以下の知見を得た。 ワイピングノズルにおける圧力変動周波数は、０．５
〜２．５ｋＨｚであった。 上記圧力変動周波数は、リップルマークの発生と相関
関係が認められた。 上記圧力変動周波数は、ワイピングノズルの内圧の変
化に関連している。 ワイピングノズルの圧力変動は、幅方向には不均一で
あり、リップルマークの幅方向不揃いと合致する。 ワイピングノズルに供給するガスの元圧には、上記圧
力変動周波は認められなかった。 以上の結果から、リップルマークは、ワイピングノズル
内の圧力変動により発生すると推定できる。

【０００７】更に、ワイピングノズル内の圧力変動発生
位置を明らかにするために、詳細にノズル内部の圧力及
び圧力変動を測定した。その結果、圧力変動はワイピン
グノズル内部の流路の急拡大部で発生していることが分
かった。更に、急拡大部ではワイピングノズルの幅方向
に圧力変動が認められた。これは、急拡大部に噴出され
るガス流れが不安定であり、このガス流れの僅かな乱れ
が局部的な振動を励起し、圧力変動を発生しているとの
結論に達した。

【０００８】そこで、本発明者らはワイピングノズル内
部の急拡大部の構造を改造することにした。しかし、ワ
イピングノズルは構造的にガス供給管とノズル部とでＴ
字形状をせざるを得ず、必然的に絞り部は残ってしま
う。そこで、更に構造的な検討及び実験を続け、絞り部
でガス流れを軸に対して非対称、即ちオフセットさせる
ことを試みた。

【０００９】図１は本発明に係るワイピングノズルの断
面図であり、ワイピングノズル１は、上部ノズル半体２
と下部ノズル半体３との間に、ガス入口４、多孔ブロッ
ク５、第１均圧室６、絞り部７、第２均圧室８及びガス
出口としてのスリット９をこの順に備え、且つ流路を湾
曲させるべく前記絞り部７を、スリット９の中心線Ｌか
らδだけオフセットさせたものである。

【００１０】図２は図１の２矢視図（多孔ブロックの部
分拡大図）であり、多孔ブロック５は直径ｄの小孔１１
・・・が千鳥に開けられたもので、ガスを整流する作用を
なす。なお、開口面積の和を孔開け前の面積で割ったも
のが開口率となる。

【００１１】上記ワイピングノズル１の各部の寸法を色
々変更して実験を進めることにした。図３は多孔ブロッ
クの開口率と圧力損失の関係を調べたグラフであり、横
軸は多孔ブロック５の開口率、縦軸は圧力損失を示す。
開口率は２０％以下で圧力損失が急増するため、２０％
以上、好しくは３０％以上とする。

【００１２】図４は多孔ブロックによる圧力変動の減衰
性を調べたグラフであり、横軸は多孔ブロックの小孔の
等価径をスリットのギャップで割った無次元数（−）で
ある。ここで小孔の等価径は、４×（小孔の断面積）÷
（小孔の周長）で計算される。縦軸は、圧力変動の減衰
率であり、次の式で計算される。

【００１３】

【数１】

【００１４】横軸において、小孔の等価径が大きくなる
と抵抗が小さくなるのでダンピング効果、すなわち圧力
変動の減衰率が小さくなる。減衰率は少なくとも５０％
が必要であるとすれば、このときには横軸は１０以下で
ある。従って、各小孔の等価径がスリットのギャップの
１０倍を超えない範囲とする。

【００１５】図５は多孔ブロックの小孔から噴出したガ
スの流れ図であり、小孔１１の径ｄを基準として、６×
ｄ以内ではポテンシャルコアと称する流速一定（ガス流
れの径がほぼｄ）の部分となる。ポテンシャルコアであ
るから隣り合うガス流れ同士の混合は望めない。そこ
で、ある程度ガス流れの径が大きくなる６×ｄまたはそ
れより遠い位置で壁２ａ（図１参照）にガス流れを衝突
させれば、より良い均一混合が図れる。そこで、第１均
圧室６の流れ方向の寸法Ａ（図１参照）を少なくとも小
孔径ｄの６倍とする。

【００１６】図６（ａ）〜（ｄ）は比較試験に使用した
ノズルモデル図であり、（ａ）は流れが円滑にスリット
に至るノズルであり、（ｂ）はガス流れを均圧室１２の
壁１２ａに衝突させる形式のノズルであり、（ｃ）は均
圧室を絞り部１３で仕切って、第１均圧室６と第２均圧
室８にするとともに、絞り部１３をスリット９の中心線
Ｌからδ１だけオフセットさせたノズルであり、（ｄ）
は絞り部７をスリット９の中心線Ｌからδだけオフセッ
トさせて第１均圧室６の底面と絞り部７とを連続させた
ノズル（図１と同形）である。

【００１７】図７は絞り部の位置と圧力変動との関係を
調べたグラフであり、スリット９からギャップの１０倍
離れた位置での圧力変動率を縦軸、図６の（ａ）〜
（ｄ）を横軸として得られたデータをプロットしたもの
である。（ａ）→（ｂ）→（ｃ）→（ｄ）の順で圧力変
動率が低下し、成績良好となる。従って、絞り部７をδ
だけオフセットさせて流路を湾曲させると良い結果が得
られることが確認された。

【００１８】以上をまとめると本発明は、溶融金属メッ
キ槽から連続的に引き上げられる鋼帯の表面にガスを吹
き付けて付着金属の厚さを制御するガスワイピングノズ
ルにおいて、このガスワイピングノズルは、ガス入口、
多孔ブロック、第１均圧室、絞り部、第２均圧室及びガ
ス出口としてのスリットをこの順に備え、且つ流路を湾
曲させるべく前記絞り部を、スリット中心線からオフセ
ットさせたものであり、前記多孔ブロックは開孔率が少
なくとも２０％であり、且つ各小孔の等価径が前記スリ
ットのギャップの１０倍を超えない値であり、前記第１
均圧室は多孔ブロックの小孔径の少なくとも６倍の流路
長さを有し、前記絞り部は前記スリットのギャップより
は大きなギャップを有することを特徴とする。

【００１９】

【作用】絞り部をオフセットさせて流路を湾曲させるこ
とにより、ノズル幅方向の圧力変動を抑え、多孔ブロッ
クの開口率を少なくとも２０％にすることで圧力損失を
適度に抑え、多孔ブロックの小孔の等価径をスリットの
ギャップの１０倍以内とすることにより、圧力変動の減
衰率を５０％以上とし、第１均圧室の流路長さを多孔ブ
ロックの小孔径の６倍以上とすることで均一混合を図
り、これらの総合作用によって圧力変動が少なく、幅方
向の圧力が均一なワイピングノズルを得る。

【００２０】

【実施例】図１に示す本発明のワイピングノズル１をベ
ースとした実施例を次に述べる。ワイピングノズル１
は、上部ノズル半体２と下部ノズル半体３との間に多孔
ブロック５を挟み、ボルト１４，１４で固定したもので
あるが、上部ノズル半体２と多孔ブロック５との間にシ
ム１５を介在させ、このシム１５の厚さを変更すること
で先端のスリット９のギャップを変更することができ
る。そこで、本実施例では各部の寸法を次の通りとし
た。 多孔ブロックの小孔の径；３．２ｍｍ 多孔ブロックの小径の配置；千鳥配置 多孔ブロックの開口率；４６％ 絞り部のオフセット量；δ＝３ｍｍ 絞り部のギャップ；３ｍｍ スリットのギャップ；０．８ｍｍ

【００２１】また、比較例として図６（ａ）のモデルを
使用した。図８は実施例ノズルと比較例ノズルとの圧力
変動率比較グラフであり、横軸はスリット先端からの距
離をスリットのギャップで無次元化したものであり、数
が大きいほど測定位置がノズル先端から離れることを示
す。横軸の目盛１０において、○で示した比較例は圧力
変動率が６％〜９％と変動するから、比較例の圧力変動
率は平均７．５％で変動幅は３％である。一方、横軸の
目盛１０において、●で示した実施例の圧力変動率は平
均４．５％で変動幅は１．５％である。従って、実施例
ノズルは比較例ノズルに比較して、圧力変動率及び変動
幅ともに半減する。

【００２２】図９は実施例ノズルと比較例ノズルとの圧
力分布比較グラフであり、横軸はノズルの幅方向位置を
示し、目盛０がノズルの中央である。△で示した比較例
ノズルは、ノズル幅方向に±８％の圧力ばらつきがあっ
た。これに対して●で示した実施例ノズルは、ノズル幅
方向の圧力ばらつきが±２％であり、幅方向の分布は大
幅に改善された。

【００２３】この結果、本実施例のワイピングノズルに
て連続溶融亜鉛メッキのガスワイピングを実施したとこ
ろ、幅方向のメッキ膜厚が均一化し、且つリップルマー
クは殆ど認められず、表面が綺麗なメッキ鋼帯を得るこ
とができた。

【００２４】

【発明の効果】本発明は上記構成により次の効果を発揮
する。請求項１のガスワイピングノズルは、ガス入口、
多孔ブロック、第１均圧室、絞り部、第２均圧室及びガ
ス出口としてのスリットをこの順に備えたものにおい
て、流路を湾曲させるべく絞り部を、スリット中心線か
らオフセットさせたので、圧力変動を抑えることがで
き、多孔ブロックの開孔率を少なくとも２０％としたの
で、圧力損失を抑えることができ且つ各小孔の等価径を
スリットのギャップの１０倍を超えないようにしたの
で、圧力変動の減衰性能を良好に保て、第１均圧室を多
孔ブロックの小孔径の少なくとも６倍の流路長さにした
ので、ガスの良好な均一混合が図れる。従って、本発明
のガスワイピングノズルを採用したことにより、メッキ
膜厚が均一化し、且つリップルマークは殆ど認められ
ず、表面が綺麗なメッキ鋼帯を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワイピングノズルの断面図

【図２】図１の２矢視図（多孔ブロックの部分拡大図）

【図３】多孔ブロックの開口率と圧力損失の関係を調べ
たグラフ

【図４】多孔ブロックによる圧力変動の減衰性を調べた
グラフ

【図５】多孔ブロックの小孔から噴出したガスの流れ図

【図６】比較試験に使用したノズルモデル図

【図７】絞り部の位置と圧力変動との関係を調べたグラ
フ

【図８】実施例ノズルと比較例ノズルとの圧力変動率比
較グラフ

【図９】実施例ノズルと比較例ノズルとの圧力分布比較
グラフ

【符号の説明】

１…ワイピングノズル、２…上部ノズル半体、３…下部
ノズル半体、４…ガス入口、５…多孔ブロック、６…第
１均圧室、７…絞り部、８…第２均圧室、９…スリッ
ト、１１…多孔ブロックの小孔、ｄ…小孔の直径、Ｌ…
スリットの中心線、δ…オフセット量。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属メッキ槽から連続的に引き上げ
   られる鋼帯の表面にガスを吹き付けて付着金属の厚さを
   制御するガスワイピングノズルにおいて、 このガスワイピングノズルは、ガス入口、多孔ブロッ
   ク、第１均圧室、絞り部、第２均圧室及びガス出口とし
   てのスリットをこの順に備え、且つ流路を湾曲させるべ
   く前記絞り部を、スリット中心線からオフセットさせた
   ものであり、 前記多孔ブロックは開孔率が少なくとも２０％であり、
   且つ各小孔の等価径が前記スリットのギャップの１０倍
   を超えない値であり、 前記第１均圧室は多孔ブロックの小孔径の少なくとも６
   倍の流路長さを有することを特徴としたガスワイピング
   ノズル。