WO2025013447A1

WO2025013447A1 - 溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法、溶融金属めっき鋼帯の製造方法、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置および溶融金属めっき鋼帯製造設備

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Abstract

本発明は、ガスワイピングノズルを用いてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を提供することを目的とする。　溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法であって、基準周波数帯設定ステップと、パワースペクトル特定ステップと、スペクトル強度特定ステップと、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測ステップと、を含む、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。

Description

溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法、溶融金属めっき鋼帯の製造方法、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置および溶融金属めっき鋼帯製造設備

　本発明は、溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、ガスワイピングノズルから気体を吹き付け、鋼帯表面のめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造方法に関するものである。

　溶融金属めっき鋼板は、建材、自動車、家電等の分野で広く使用されている。そして、これらの用途では、外観に優れることが溶融めっき鋼板に対して要求される。ここで、塗装後の外観は、めっき膜厚むら、疵、異物付着等の表面欠陥の影響を強く受けるため、溶融亜鉛めっき鋼板には表面欠陥が存在しないことが重要である。

　溶融金属めっき鋼帯は、一般的には図１に示すような連続溶融金属めっきラインで製造される。すなわち、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２内を通過して、めっき槽３内の溶融金属浴４中に連続的に導入される。その後鋼帯Ｓは、溶融金属浴４中のシンクロール５、サポートロール６を介して溶融金属浴４の上方に引き上げられ、一対のガスワイピングノズル１０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１０は、めっき槽３上方に、鋼帯Ｓを挟んで対向して配置され、ガスの噴射口は、鋼帯Ｓの板幅方向に延在するスリット１１により構成される。ガスワイピングノズル１０は、多様な鋼帯幅に対応すると同時に鋼帯引き上げ時の幅方向の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Ｓの幅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装置では、スリット１１から噴射されたガスが鋼帯Ｓの表面に吹き付けられ、その結果、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。
このようなガスワイピングノズル１０において、ガス噴射によって飛散した溶融金属の液滴Ｐ（以下、「スプラッシュ」と称する。）が鋼帯表面に付着してめっき鋼帯の表面品質の低下を招くという問題がある。溶融金属のスプラッシュの多くは、鋼帯エッジ部から発生する（エッジスプラッシュ）。これは以下のような理由による。鋼帯両側に配置されたガスワイピングノズルから吐出されたガス噴流は、鋼帯センター部では、鋼帯に衝突した後は単独噴流のまま壁面噴流となるのに対し、鋼帯エッジ部では、図２に示すように対向する両ガスワイピングノズルからのガス噴流が互いに衝突し、上下に大きく振動する（例えば、Ｓ．Ｊ．Ｋｉｍ、Ｊ、Ｗ．Ｃｈｏ、Ｋ、Ｊ．Ａｈｎ　ａｎｄ　Ｍ．Ｋ．Ｃｈｕｎｇ：ＩＳＩＪ　Ｉｎｔ．、４３（２００３））。このため鋼帯エッジ部ではガスの速度変動（乱れ）が非常に大きくなり、スプラッシュが発生しやすくなる。鋼帯の連続処理プロセスにおいて生産量を増加させるには、鋼帯通板速度を増加させればよい。しかし、連続溶融めっきプロセスにおいてワイピング方式でめっき付着量を制御する場合、鋼帯通板速度を増加させると、溶融金属の粘性によって鋼帯Ｓのめっき浴通過直後の初期付着量が増加するため、めっき付着量を一定範囲内に制御するには、ガスワイピングノズル１０（１０ａ、１０ｂ）から鋼帯面に吹き付けるガスＧをより高圧に設定する必要があり、これによって鋼帯エッジ部での噴流同士の衝突によるスプラッシュが大幅に増加し、良好な表面品質を維持できなくなる。

　上記のような問題を解決するため、特許文献１の技術は、通板する鋼帯両脇部にバッフルプレートを配置するとともに、このバッフルプレートの鋼帯側コーナー下部に、鋼帯エッジ付近の噴射ガスの流れを内向きに変える傾斜ガイドを設けたものである。

　また、特許文献２の技術は、主ノズル（ワイピングノズル）に隣接して副ノズル（補助ノズル）を設け、主ノズルと副ノズルの仕切り板の噴出口先端を鋭角にするとともに、主ノズルからの主噴流に対して副ノズルからの副噴流を僅かに傾けるものであり、同文献によれば、ポテンシャル・コアが長くなる結果、付着量制御性が高まり、ガス噴流が安定するため騒音も低減するとしている。

　特許文献３には、次のような方法が提案されている。この方法は、ガスワイピング部で発生する音波の周波数スペクトルとスプラッシュ発生との相関関係を利用し、ガスワイピング部で発生する音波を測定して周波数スペクトルに変換し、この周波数スペクトルの特定周波数領域での音圧強度又は音圧強度の積分値が基準値以下となるように、ガスワイピングノズルの位置を調整するものである。

　特許文献４には、ガスワイピング部で発生する音波の周波数スペクトルとスプラッシュ発生との相関関係を利用し、特定の周波数領域に周波数スペクトルのピークが現れないように、ガスワイピングノズルの設定条件を調整する技術が提案されている。

特開２００３－３２１７５６号公報特開平１０－２０４５９９号公報特開２００７－３０８７７８号公報特開２０１１－３２５２６号公報

　特許文献１、２の技術では、一時的なスプラッシュ低減は図れるものの、操業中にスプラッシュの発生を安定的に低減させることはできない。すなわち、溶融金属用のガスワイピングノズルのスリットギャップは、一般に縦横比が非常に小さく（アスペクト比＝１：２０００程度）、このためノズルの加工精度や取り付け精度がガスワイピングの適否に与える影響が非常に大きい。したがって、ガスワイピングノズル自体の加工精度や取り付け精度、さらにはライン速度、鋼帯の反り量などの操業条件によって、スプラッシュが発生しにくい最適条件は異なったものとなる。このため、特許文献１、２の技術を用いたとしても、スプラッシュの発生を安定的に抑えることは困難である。

　特許文献３の方法では、評価の対象とする「特定周波数領域」が広い周波数領域に亘っており、スプラッシュ発生に関連するガス振動周波数スペクトルのわずかな変化に対応できないため、鋼帯サイズの変更やその他種々の操業条件の変更によるスプラッシュ発生状況変化を適切に検知することができず、このため操業が安定しないことがある。

　特許文献４の方法は、ガス圧やノズル間距離によって、スペクトルのピークを抑制すべき周波数帯を算出するが、付着量の規格がほぼ一定のラインでは抑制すべき周波数帯がほぼ一定で、実用性に欠けるという問題があった。また、図３に示すようなブロードなピークが出現する場合があり、このようなときにノズル角度やノズル高さの変更では、抑制すべき周波数帯のピークが低減されないという問題もあった。

　本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決し、ガスワイピングノズルを用いてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を提供することを目的とする。さらに、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を用いた溶融金属めっき鋼帯の製造方法、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置を含む溶融金属めっき鋼帯製造設備を提供することを目的とする。

　上記課題を解決するためになされた本発明とは、以下の構成を要旨とするものである。
［１］　溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法であって、
前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおけるピークとなる周波数を含む基準周波数帯ＨＢを設定する基準周波数帯設定ステップと、
溶融金属めっき鋼帯を製造する際に、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けるときにガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを特定するパワースペクトル特定ステップと、
前記パワースペクトル特定ステップで特定したパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なり、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける時に、鋼帯道外で発生する対向噴流の干渉に起因する周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡとを特定するスペクトル強度特定ステップと、
前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測ステップと、を含む、
溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
［２］　前記ピークは、前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、前記ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルの最大値である、［１］に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
［３］　前記スペクトル強度特定ステップで特定する、前記スペクトル強度ＰＢは前記基準周波数帯ＨＢにおいて最大のスペクトル強度であり、かつ前記スペクトル強度ＰＡは、前記基準周波数帯ＨＢよりも低い周波数帯における最大のスペクトル強度である、
［１］または［２］に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
［４］　前記基準周波数帯ＨＢは、前記基準周波数帯設定ステップにおいて、周波数２０００Ｈｚ以上３０００Ｈｚ未満におけるスペクトル強度のピークから設定し、
前記スペクトル強度特定ステップで特定する最大スペクトル強度ＰＡは、周波数１０００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の周波数帯における最大のスペクトル強度である、
［１］～［３］のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
［５］　［１］～［４］のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を用いて、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥の発生を予測し、スプラッシュ欠陥の発生を抑制するように、前記溶融金属めっき設備の操業条件を設定し、溶融金属めっき鋼帯を製造する、
溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
［６］　前記溶融金属めっき設備の操業条件は、前記ガスワイピングノズルのガス噴射口から噴射する前記ガスの噴射方向と水平面とのなす角度であるノズル角度、前記溶融金属めっき浴の液面から前記ガスワイピングノズルのノズル口までの距離であるノズル高さ、前記ガスワイピングノズルのノズルヘッダの内部の圧力、前記ガス噴射口の先端と前記鋼帯との間隔であるノズル鋼板距離、および前記鋼帯が通板される通板速度、から選択した少なくとも一つである、
［５］に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
［７］　溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置であって、
前記ガスワイピングノズルのガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを取得するパワースペクトル取得部と、
前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおけるピークとなる周波数を含む基準周波数帯ＨＢを設定する基準周波数帯設定部と、
溶融金属めっき鋼帯の製造工程において、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける際に取得されるパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定部と、
前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測部と、を含む、
溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
［８］　前記基準周波数帯設定部における前記ピークは、前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルの最大値である、［７］に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
［９］　前記スペクトル強度特定部で特定する、前記スペクトル強度ＰＢは基準周波数帯ＨＢにおいて最大のスペクトル強度であり、かつ前記スペクトル強度ＰＡは、前記基準周波数帯ＨＢよりも低い周波数帯における最大のスペクトル強度である、
［７］または［８］に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
［１０］　［７］～［９］のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置を含む、溶融金属めっき鋼帯製造設備。

　本願発明によれば、スプラッシュ発生源となるガスワイピングによって生じる溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を提供することができる。さらに、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を用いた溶融金属めっき鋼帯の製造方法、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置を含む、溶融金属めっき鋼帯製造設備を提供することを可能とする。

連続溶融金属めっき設備の一例を示した図である。対向する両ガスワイピングノズルからのガス噴流が互いに衝突する様子を表した図である。周波数とパワースペクトルの関係においてブロードなピークを有することを表す図である。ガスワイピングノズルの構成を示した図である。溶融亜鉛メッキラインにおけるスプラッシュ欠陥検出装置の概略である。一対のガスワイピングノズルと鋼帯の位置関係を表した図である。所定の条件でガスワイピングノズルの上下方向でのガス噴射角度を変化させた時のガスワイピング振動音の音波を周波数解析し、周波数スペクトルに変換した結果を示した図である。周波数と各周波数のスペクトルの関係を表した図である。ＰＡとスプラッシュ欠陥混入率の関係を表した図である。ＰＢとスプラッシュ欠陥混入率の関係を表した図である。ＰＡ／ＰＢとスプラッシュ欠陥混入率の関係を表した図である。本発明の設備レイアウトの上面図である。データ処理ブロック図である。本発明例と従来例の各々１０日間のスプラッシュ欠陥率推移を表した図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。また、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。

　本発明は、溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法であって、まず溶融金属めっき鋼帯の製造設備とスプラッシュ欠陥測定方法について説明し、その後処理工程のフロー図を使って説明する。

　図１に示す連続溶融金属めっき設備１は、金属帯としての鋼帯Ｓを、溶融金属からなる溶融金属浴４に浸漬することにより、鋼帯Ｓの表面に溶融金属を連続的に付着させた後、溶融金属を所定の付着量にするための設備である。連続溶融金属めっき設備１は、スナウト２と、めっき槽３と、シンクロール５と、サポートロール６とを備えている。

　スナウト２は、鋼帯Ｓが通過する空間を区画する、鋼帯Ｓの進行方向７に垂直な断面が矩形状の部材であり、その上端が例えば連続焼鈍炉の出口側に接続され、下端がめっき槽３内に貯留された溶融金属浴４内に浸漬される。本実施形態においては、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２内を通過して、めっき槽３内の溶融金属浴４中に連続的に導入される。その後、鋼帯Ｓは、溶融金属浴４中のシンクロール５、サポートロール６を介して溶融金属浴４からその上方に引き上げられる。そして、溶融金属浴４からその上方に引き上げられた鋼帯Ｓの両面には、当該鋼帯Ｓの両面側に一対配置されたガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂからワイピングガスが吹き付けられて、鋼帯Ｓの両面に付着した溶融金属の付着量が調整される。その後、鋼帯Ｓは、図示しない冷却設備により冷却されて後工程に導かれ、連続的に溶融金属めっき鋼帯Ｓが製造される。

　図４にガスワイピングノズルの構成を示す。ここで、鋼帯Ｓの両面側に配置された一対のガスワイピングノズル１０は、図４に示すように、ノズルヘッダ１２と、ノズルヘッダ１５に連結された上側に配置される第１のノズル部材１３及び下側に配置される第２のノズル部材１４とを備えている。第１のノズル部材１３及び第２のノズル部材１４は、互いに対向して設けられており、ガス噴射口としてのスリット１１を長さ方向Ｘに細長く延びるように形成してある。スリット１１（ノズル出口）の口の幅をスリットギャップ１６とよぶ。ノズル高さは、溶融金属めっき浴の液面からガスワイピングノズルのノズル口までの距離のことをいう。

　そして、ガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂは、スリット１１の長さ方向Ｘが鋼帯Ｓの板幅方向に沿い、スリット１１の長さ方向Ｘに直交する幅方向Ｚが鋼帯Ｓの板長方向（通板方向）に沿い、スリット１１の長さ方向Ｘに直交する奥行方向Ｙが鋼帯Ｓの板厚方向に沿うように、鋼帯Ｓの各面側に配置される。スリットの幅方向Ｚは、ガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂの上下方向と同一方向である。そして、片方のガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂからはスリット１１からワイピングガスが鋼帯Ｓの片面に向けて吹付けられる。また、他方のガスワイピングノズル１０からはスリット１１からワイピングガスが鋼帯Ｓの他面に向けて吹付けられる。これにより、鋼帯Ｓの両面において、余剰な溶融金属が掻き取られて、めっき（溶融金属）の付着量が調整され、かつ鋼帯Ｓの板幅方向及び板長方向で均一化される。ガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂは、多様な鋼帯Ｓの板幅に対応するとともに、鋼帯Ｓの引き上げ時の幅方向の位置ずれなどに対応するために、スリット１１の長さが鋼帯Ｓの板幅よりも長くなるように、鋼帯Ｓの板幅よりも長く構成され、鋼帯Ｓの幅方向端部より外側まで延びている。鋼帯Ｓの板幅に比べたスリット１１の長さは特に限定されるものではないが、スリット１１の長さ－鋼帯Ｓの板幅は５０ｍｍ以上であることが好ましく、１００ｍｍ以上であることがより好ましく、２００ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、上限は特に限定されるものではないが、スリット１１の長さ－鋼帯Ｓの板幅は１５００ｍｍ以下とすることが好ましく、１２００ｍｍ以下とすることがより好ましく、１０００ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。
なお、上記めっき付着量は、蛍光Ｘ線分析（Ｒｉｇａｋｕ製）にて測定して得られた結果である。

　続いて、前記設備を有する実機の溶融亜鉛メッキラインにおいてスプラッシュ現象を検証した。ガスワイピングノズル形状はスリットギャップ：１．０ｍｍ、ノズル間距離：１４～２０ｍｍ、スリット幅：１７００ｍｍであり、めっきには亜鉛を使用し、めっき浴温は４６０℃で、板厚０．６～１．２ｍｍ、板幅９００～１５００ｍｍの鋼帯を１．６～２．０ｍ／ｓで通板させ、付着量が４５～５０ｇ／ｍ^２となるようにノズルガス圧を５５～６５ｋＰａの範囲で調整した。

　上記のガスワイピングノズル形状は１例であり、上記に特に限定されるものではないが、以下の範囲とすることが好ましい。スリットギャップは０．５ｍｍ以上が好ましく、０．８ｍｍ以上がより好ましく、１ｍｍ以上がさらに好ましい。また、スリットギャップは５ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。ノズル間距離は、４ｍｍ以上が好ましい。また、ノズル間距離は、２０ｍｍ以下が好ましく、１５ｍｍ以下がより好ましく、１０ｍｍ以下がさらに好ましい。

　めっきは、例えば亜鉛を使用することができるが、他にはアルミニウムを使用することもできる。浴温について、特に限定されないが、浴温は４４０℃以上とすることが好ましい。また、浴温は４７０℃以下とすることが好ましい。

　板厚について特に限定されないが、板厚は０．６ｍｍ以上とすることが好ましい。また、板厚は３．２ｍｍ以下とすることが好ましい。板幅について特に限定されないが、板幅は７００ｍｍ以上とすることが好ましい。また、板幅は１８００ｍｍ以下とすることが好ましい。

　通板速度について特に限定されないが、通板速度は３０ｍｐｍ以上とすることが好ましい。また、通板速度は１５０ｍｐｍ以下とすることが好ましい。

　付着量について特に限定されないが、付着量は片面あたり２０ｇ／ｍ^２以上とすることが好ましい。また、付着量は片面あたり１８０ｇ／ｍ^２以下とすることが好ましい。

　ノズルガス圧は、２ｋＰａ以上が好ましく、２０ｋＰａ以上がより好ましく、４０ｋＰａ以上がさらに好ましい。ノズルガス圧は、１００ｋＰａ以下が好ましく、９０ｋＰａ以下がより好ましく、８０ｋＰａ以下がさらに好ましい。

　また、連続溶融めっきラインの出側に設置した欠陥計において、スプラッシュ欠陥の個数をカウントした。欠陥検出装置２０の概略を図５に示す。欠陥検出装置２０は投光器２１とカメラ２２とを含む。投光器２１は溶融亜鉛めっき鋼帯Ｓの進行方向に対して一定の角度をもって、鋼板表面に白色光または単色光を照射する装置である。投光器２１は鋼板表面に対し平行光を入射することが好ましい。カメラ２２は、溶融亜鉛めっき鋼帯Ｓの板幅方向に複数台（例えば２０台以上）、溶融亜鉛めっき鋼帯Ｓの進行方向７に対して所定の角度から画像を取得するように配置することが好ましい。カメラ２２の台数は特に限定されるものではないが、２０台以上とすることが好ましい。３０台以上とすることがより好ましく、４０台以上とすることがさらに好ましい。上限は特に限定されるものではないが、６０台以下とすることが好ましく、５０台以下とすることがより好ましい。

　鋼板（鋼帯）表面に欠陥がない場合、投光器２１から照射された光は、鋼板表面にて正反射する。一方、欠陥がある場合、照射した光は鋼板表面にて乱反射する。この乱反射光をカメラ２２で受光することにより、スプラッシュ欠陥を検出することができる。図７の例においては、溶融亜鉛めっき鋼帯Ｓの幅方向に沿って並んだカメラ２２が、検査線Ｌ上にてスプラッシュ欠陥を検出している。スプラッシュ欠陥の大きさとして、１００μｍ以上のものを検出できるカメラを用いることが好ましい。スプラッシュ欠陥の大きさとして、１００μｍ以上のものを検出できるカメラを用いることがより好ましく、５０μｍ以上のものを検出できるカメラを用いることがさらに好ましく、１０μｍ以上のものを検出できるカメラを用いることがもっとも好ましい。大きさの上限は特に限定されるものではないが、５０００μｍ以下のものを検出されるカメラを用いればよい。

　上記条件において、ガス圧力６０ｋＰａ、ノズル間距離２０ｍｍ、板厚０．６ｍｍ、板幅１０００ｍｍにおけるガスワイピングノズルの上下方向でのガス噴射角度を変化させた場合の実験結果を以下に示す。図６に示すように、一対のガスワイピングノズル１０ａ、１０ｂの上下方向でのガス噴射角度にそれぞれ－０．８°、－１．１°の角度差θ（θａ－θｂ）をつけて実験を行った。なお、上記角度差θは、０．１°以上とすることが好ましく、０．２°以上とすることがより好ましく、０．３°以上とすることがさらに好ましい。また、上記角度差θは、５°以下とすることが好ましく、３°以下とすることがより好ましく、２°以下とすることがさらに好ましい。

　図７に、ガスワイピング振動音を測定し、測定した音波を周波数解析し、周波数スペクトルに変換した結果を示す。図７から、１６００～１８００Ｈｚ付近と２０００～２２００Ｈｚ付近の２か所に特徴的なピークが出現していることが分かる。後述するが、Ａ帯のピークは一対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける時に発生する鋼帯道外で発生する対向噴流の干渉に起因するもので、Ｂ帯のピークはガスワイピングノズルからのガス吐出音に起因するピークである。なお、基準周波数帯ＨＢとＨＡの周波数帯が異なるとは、Ａ帯とＢ帯の周波数帯は重複する場合もあっても、それぞれの周波数帯でピークが出る周波数は異なっており、周波数帯が異なるという。基準周波数帯ＨＢを設定する際に、前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおいてピークとなる周波数を含む周波数帯に設定する必要がある。その際に、前記ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルから最大となるスペクトル強度が含まれることが好ましい。

　図７において、ノズル角度によらずＢ帯のピークはおおよそ値が変わっていないが、Ａ帯のピーク値が大きく異なっている。ノズル角度の差によって、対向噴流の衝突の程度が変化し、ピーク値が大きく異なったものと推定される。後述しているが、ガスワイピングノズルからのガス吐出音については、片側のガスワイピングノズル（１０ａあるいは１０ｂのいずれか）のみからガス吐出した時（対向噴流が発生しない時）に測定される音波の周波数解析を実施したところ、スペクトルピークが２０００～２２００Ｈｚ付近で認められ、それをガスワイピングノズルからのガス吐出音に起因するピーク、つまりＢ帯のピークとした。

　この条件を含め、各種操業条件を種々変化させ、音声特徴量（Ａ帯、Ｂ帯のピーク値）と単位面積当たりのスプラッシュ欠陥を調べた。スプラッシュ欠陥がどの程度存在するかといった指標として、単位面積あたりのスプラッシュ欠陥個数であるスプラッシュ欠陥混入率を用いた。その結果、例えばスリットギャップ１６が０．８～１．５ｍｍ、ガス圧が５０～７０ｋＰａ、ノズル平行部長さが２０～３０ｍｍの場合であれば、対向噴流の干渉に起因して現れるピークのスペクトル強度ＰＡは８００～２５００Ｈｚ、ガスの吐出音に起因して現れるピークのスペクトル強度ＰＢは１５００～３５００Ｈｚの間に存在した。スペクトル強度ＰＡの好ましい範囲としては、スペクトル強度ＰＡは、前記基準周波数帯ＨＢよりも小さい周波数帯における最大のスペクトル強度であることが好ましい。その中でも特に対向噴流の干渉に起因するピークＰＡが現れる周波数帯は１０００～２０００Ｈｚ未満、ガスの吐出音に起因するピークＰＢは２０００～３０００Ｈｚ未満に多く出現することが判明したため、整理に当たっては一例として当該周波数帯に現れるスペクトルの最大値を探索し、データを整理した。なお、上記ピークのスペクトル強度ＰＡが存在する周波数帯は、１０００Ｈｚ以上であることが好ましい。また、上記ピークＰＡは、２０００Ｈｚ未満であることが好ましい。また、上記ピークＰＢは、２０００Ｈｚ以上であることが好ましい。また、上記ピークＰＢは、３０００Ｈｚ未満であることが好ましい。

　結果を図８に示す。図８（ａ）に周波数と各周波数のスペクトルの関係、図８（ｂ）にＰＡとスプラッシュ欠陥混入率の関係、図８（ｃ）にＰＢとスプラッシュ欠陥混入率の関係、図８（ｄ）にＰＡ／ＰＢとスプラッシュ欠陥混入率の関係を示す。

　図８（ｂ）、図８（ｃ）から、対向噴流の干渉に起因するピークＰＡのみ、ガス吐出音に起因するピークＰＢのみでは結果は整理できない、つまりばらつきが大きく傾向が明確ではない。特に、噴流の干渉によって生じるＰＡが同じ音圧であっても、スプラッシュ欠陥混入率に差が生じた。一方、ＰＢとＰＡを演算し、比ＰＡ／ＰＢを取ることによって結果が層別可能となった。
ガスワイピングノズルのノズルヘッダの内部の圧力（以降、ガス圧ともいう）とはノズルヘッダで測定されるガス圧力である。ノズルヘッダとは幅方向で均一にガスを出すために、ノズルの前にガスを溜める空間である。
ガス圧が大きいほどワイピングで掻き落される亜鉛の量は多くなり、液滴として飛散する亜鉛の量も増える。ガス圧に依存して変化するのはＰＢであり、このパラメータは飛散するベースの亜鉛の量と相関があると考えられる。これに対し、ノズルエッジにおける噴流の干渉の程度を表すパラメータがＰＡである。スプラッシュ欠陥となるかは掻き落される亜鉛がどれだけあるか、という点とその亜鉛が、噴流の干渉によってノズル上方にどれだけ飛散するか、という点で決まると考えられる。このため、単にそれぞれのパラメータのみでは欠陥の発生は説明できず、比を取ることによって初めて整理が可能になったと考えられる。

　本発明で使用した設備レイアウト（上面図）とデータ処理ブロック図を図９、１０に示す。図９で示すように、ガスワイピング部近傍（ガスワイピングノズル３２側部から５ｍ離れた位置）に音圧検出用マイク（集音マイク）３０を設置し、ガスワイピング部からの音波を測定して、この音波を音波解析装置（周波数解析装置）３１で周波数スペクトルに変換する。図１０に示すように、まず、Ｓ１にて、ガスワイピングノズル１０からのガス吐出音に起因するピークを同定するにあたっては、対向するガスワイピングノズル１０の片側のみから、操業中に想定されるガス圧の範囲でガスを吐出し、その際に集音を行ってピークを同定する。
この工程が前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおけるピークとなる周波数を含む基準周波数帯設定ステップに相当する。Ｓ２にて、対向噴流に起因するピークは、対向するガスワイピングノズル１０の両方から、操業中に想定されるガス圧の範囲でガスを吐出し、その際に集音を行ってピークの周波数帯を同定する。この工程が、溶融金属めっき鋼帯を製造する際に、前記１対のガスワイピングノズル１０から前記鋼帯の両面にガスを吹き付けるときにガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを特定するパワースペクトル特定ステップに相当する。Ｓ３にて、プロセス制御装置ではＰＡ／ＰＢを算出し、設定した閾値以上であれば、ガスワイピングの操業条件を変更し、ＰＡ／ＰＢが閾値以下となるように調整する。この工程が、パワースペクトル特定ステップで特定したパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定ステップと、前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測ステップに相当する。なお、変更可能なガスワイピング条件としては、ノズル角度、ノズル高さ、ライン速度、ガス圧、ノズル間距離が挙げられる。
ＰＡ／ＰＢの閾値は各ラインで必要とされるスプラッシュ欠陥の管理範囲に基づいて適宜設定する。ＰＡ／ＰＢ値は製造条件によって変化しており、特に限定されるものではないが、例えば３以下であってよい。また、ＰＡ／ＰＢは０より大きい値（０超え）となる。

　なお、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定ステップでは、いずれも最大スペクトル強度ＰＢと最大スペクトル強度ＰＡを特定することが好ましいが、いずれも最大値でなくても上記は実施できる。

　なお、このようなガスワイピング部からの音波の周波数スペクトルの解析とこれに基づくガスワイピングノズルの位置調整は、操業中連続的に行ってもよいし、適宜時間的な間隔をおいて行ってもよい。また、めっき条件の変更時に適宜行ってもよい。

　なお、溶融金属めっき設備の操業条件は、前記ガスワイピングノズルのガス噴射口から噴射する前記ガスの噴射方向と水平面とのなす角度であるノズル角度、前記溶融金属めっき浴の液面から前記ガスワイピングノズルのノズル口までの距離であるノズル高さ、前記ガスワイピングノズルのノズルヘッダの内部の圧力、前記ガス噴射口の先端と前記鋼帯との間隔であるノズル鋼板距離、および前記鋼帯が通板される通板速度、から選択した少なくとも一つである。

　また、本発明の溶融金属めっき鋼帯の製造方法は、上記に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を用いて、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥の発生を予測し、スプラッシュ欠陥の発生を抑制するように、前記溶融金属めっき設備の操業条件を設定し、溶融金属めっき鋼帯を製造する方法である。

　また、本発明の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置は、溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置であって、
前記ガスワイピングノズルのガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを取得するパワースペクトル取得部と、
予め、前記ガスワイピングノズルの一方からガスを噴射した際に取得されるパワースペクトルからスペクトル強度のピークを含む基準周波数帯ＨＢを設定する基準周波数帯設定部と、
溶融金属めっき鋼帯の製造工程において、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける際に取得されるパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定部と、
前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測部と、を含むものである。
基準周波数帯設定部では、前記ガスワイピングノズルから前記鋼帯にガスを噴射した際にガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルからスペクトル強度が最大である周波数を含む基準周波数帯ＨＢに設定することが好ましい。また、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定部では、いずれも最大スペクトル強度ＰＢと最大スペクトル強度ＰＡとを特定することが好ましいが、いずれも最大値でなくても上記は実施できる。

　また、本発明の溶融金属めっき鋼帯製造設備は上記の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置を含むものである。

　以下、実施例に基づき、本発明を説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

　図１に示す基本構成の連続溶融金属めっき設備１において、板厚０．６ｍｍ、板幅９００～１５００ｍｍの鋼帯Ｓを片面めっき付着量：４５～５０ｇ／ｍ^２、通板速度：１．６７～２．０ｍ／ｓｅｃ．の速度で通板し、溶融亜鉛めっき鋼帯を製造した。

　使用したガスワイピングノズル１０は、スリット幅：２０００ｍｍ、スリットギャップ：１ｍｍであり、ノズルガス圧力：５５～７０ｋＰａ、ノズル－鋼板距離：７～１０ｍｍ、めっき浴面からのノズル高さ：２００～７００ｍｍとした。ガスワイピングノズル側部から５ｍ離れた場所にマイクロフォンを設置してガスワイピング部からの音波を測定し、その音波を音波解析装置（サンプリング周波数５０ｋＨｚ、サンプリング時間２秒）で５０秒ごとに周波数解析により周波数スペクトルに変換処理し、周波数Ａ帯：１０００～２０００Ｈｚにおける最大値ＰＡ、周波数Ｂ帯：２０００～３０００Ｈｚにおける最大値ＰＢからＰＡ／ＰＢを算出し、その値が閾値以下となるように操業条件を変更した。

　本発明例と従来例（特許文献３、４の各方法）の各々１０日間のスプラッシュ欠陥率推移を図１１に示す。なお、スプラッシュ欠陥は図８に示す欠陥検出装置により１００μｍ以上の大きさを有する欠陥をスプラッシュ欠陥として、鋼帯の単位通板面積に対するスプラッシュ欠陥混入数を調べた。実用上問題とならないスプラッシュ欠陥混入率は１個／１００ｍ^２である。スプラッシュ欠陥混入率は、従来例１（特許文献３）に比べて大幅に低減し、従来例２（特許文献４）に比べても低位で安定することを確認した。なお、上記の従来法の実施方法として、特許文献３では、特定周波数域での音圧強度、音圧強度の積分値の制御を行い、ワイピング条件を制御している。特許文献４では、特定周波数域でピークが現れないようにワイピング条件を制御している。

　１　連続溶融金属めっき設備
　２　スナウト
　３　めっき槽
　４　溶融金属浴
　５　シンクロール
　６　サポートロール
　７　鋼帯Ｓの進行方向
　１０、１０ａ、１０ｂ　ガスワイピングノズル
　１１　スリット
　１２　ノズルヘッダ
　１３　第１のノズル部材
　１４　第２のノズル部材
　１５　ノズルヘッダ
　１６　スリットギャップ
　２０　欠陥検出装置
　２１　投光器
　２２　カメラ
　３０　音圧検出用マイク（集音マイク）
　３１　音波解析装置（周波数解析装置）
　３２　ガスワイピングノズル
　Ｓ　鋼帯
　Ｐ　溶融金属の溶滴（スプラッシュ）
　Ｌ　検査線
　Ｇ　ガス
　Ｘ　長さ方向
　Ｙ　奥行方向
　Ｚ　幅方向
　ＰＡ　対向噴流の干渉に起因して現れるピークのスペクトル強度
　ＰＢ　ガスの吐出音に起因して現れるピークのスペクトル強度

Claims

　溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法であって、
前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおけるピークとなる周波数を含む基準周波数帯ＨＢを設定する基準周波数帯設定ステップと、
溶融金属めっき鋼帯を製造する際に、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けるときにガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを特定するパワースペクトル特定ステップと、
前記パワースペクトル特定ステップで特定したパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なり、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける時に、鋼帯道外で発生する対向噴流の干渉に起因する周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡとを特定するスペクトル強度特定ステップと、
前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測ステップと、を含む、
溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
　前記ピークは、前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、前記ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルの最大値である、請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
　前記スペクトル強度特定ステップで特定する、前記スペクトル強度ＰＢは前記基準周波数帯ＨＢにおいて最大のスペクトル強度であり、かつ前記スペクトル強度ＰＡは、前記基準周波数帯ＨＢよりも低い周波数帯における最大のスペクトル強度である、
請求項１または２に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
　前記基準周波数帯ＨＢは、前記基準周波数帯設定ステップにおいて、周波数２０００Ｈｚ以上３０００Ｈｚ未満におけるスペクトル強度のピークから設定し、
前記スペクトル強度特定ステップで特定する最大スペクトル強度ＰＡは、周波数１０００Ｈｚ以上２０００Ｈｚ未満の周波数帯における最大のスペクトル強度である、
請求項１～３のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法。
　請求項１～４のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測方法を用いて、溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥の発生を予測し、スプラッシュ欠陥の発生を抑制するように、前記溶融金属めっき設備の操業条件を設定し、溶融金属めっき鋼帯を製造する、
溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
　前記溶融金属めっき設備の操業条件は、前記ガスワイピングノズルのガス噴射口から噴射する前記ガスの噴射方向と水平面とのなす角度であるノズル角度、前記溶融金属めっき浴の液面から前記ガスワイピングノズルのノズル口までの距離であるノズル高さ、前記ガスワイピングノズルのノズルヘッダの内部の圧力、前記ガス噴射口の先端と前記鋼帯との間隔であるノズル鋼板距離、および前記鋼帯が通板される通板速度、から選択した少なくとも一つである、
請求項５に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
　溶融金属めっき浴から連続的に引き上げられる鋼帯の表面に、対向する１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付けてめっき付着量の制御を行う溶融金属めっき鋼帯の製造設備における溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置であって、
前記ガスワイピングノズルのガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルを取得するパワースペクトル取得部と、
前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルにおけるピークとなる周波数を含む基準周波数帯ＨＢを設定する基準周波数帯設定部と、
溶融金属めっき鋼帯の製造工程において、前記１対のガスワイピングノズルから前記鋼帯の両面にガスを吹き付ける際に取得されるパワースペクトルから、前記基準周波数帯ＨＢにおけるスペクトル強度ＰＢと、前記基準周波数帯ＨＢとは異なる周波数帯に現れるスペクトル強度ＰＡを特定するスペクトル強度特定部と、
前記スペクトル強度ＰＢと前記スペクトル強度ＰＡとを用いて、スプラッシュ欠陥の発生を予測する欠陥予測部と、を含む、
溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
　前記基準周波数帯設定部における前記ピークは、前記ガスワイピングノズルの片側から前記鋼帯にガスを噴射した場合に、ガスワイピング部で発生する音波のパワースペクトルの最大値である、請求項７に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
　前記スペクトル強度特定部で特定する、前記スペクトル強度ＰＢは基準周波数帯ＨＢにおいて最大のスペクトル強度であり、かつ前記スペクトル強度ＰＡは、前記基準周波数帯ＨＢよりも低い周波数帯における最大のスペクトル強度である、
請求項７または８に記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置。
　請求項７～９のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼帯のスプラッシュ欠陥予測装置を含む、溶融金属めっき鋼帯製造設備。