JP4765643B2 - 溶融金属めっき鋼帯の製造方法及びガスワイピングノズル - Google Patents

Description

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ガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造方法及びこの鋼帯の製造に使用するガスワイピングノズルに関するものである。

連続溶融めっきプロセスにおいては、一般的に溶融金属が満たされているめっき浴に鋼帯を浸漬させた後、該鋼帯を垂直上方に引き上げる工程の後に、鋼帯表面に付着した溶融金属が板幅方向および板長手方向に均一で所定の付着量になるように、鋼帯と平行な面内に、この鋼帯を挟んで対向して設けた鋼帯幅方向に延在するガスワイピングノズルから気体を鋼帯上に噴出させて、余剰な溶融金属を掻き取り、溶融金属の付着量を制御するガスワイピング方式が行われている。ガスワイピングノズルは、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位置ズレなどに対応するため、通常、鋼帯の幅より長く、鋼帯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方式では、鋼帯に衝突した噴流の乱れによって鋼帯下方に落下する溶融金属が周囲に飛び散る、いわゆるスプラッシュが発生したりして、鋼帯表面品質の低下を招く。

連続プロセスにおいて、生産量を増加させるには、鋼帯通板速度（ライン速度）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ガスワイピング方式でめっき付着量を制御する場合、溶融金属の粘性により、ライン速度の増加に伴って鋼帯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、ワイピングガス圧力をより高圧に設定せざるを得ず、それによって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。

上記の問題を解決するため、主として鋼帯に付着した溶融金属の付着量を制御するワイピングノズル（主ノズル）の上下に補助的なノズル（副ノズル）を配置し、副ノズルの作用によって、主ノズルの性能を向上させる方法が以下の通り開示されている。

特許文献１に開示された方法は、ワイピングノズルから噴射するワイピングガス（主噴流）を遮断するための遮断ガスとして火炎を放射して、主噴流の周りを高温ガスで囲むことで主噴流の流動抵抗を低下させることが可能となり、その結果、主噴流のポテンシャル・コア延長が可能となり、鋼帯への衝突力が向上するとしている。

特許文献２に開示された方法は、主ノズルと副ノズル間の仕切り板の噴出口先端を鋭角にし、且つ主ノズルから噴射される主噴流に対して副ノズルから噴射される副噴流を５〜２０°傾け、ポテンシャル・コアを長くすることで、付着量制御性が向上し、また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に開示された方法は、主ノズルの上下部に、幅方向に３つ以上に分割されて、各分割部がそれぞれ独立に圧力制御可能な補助ノズル（副ノズル）を設けてガスを噴射することより、主ノズルからの主噴流の広がりを抑えられ、ノズル位置での金属帯の湾曲の程度にかかわらず、金属帯幅方向でのめっき付着量の均一性を向上できるとしている。
特開２００２−３４８６５０号公報 特開平１０−２０４５９９号公報 特開平１−２３０７５８号公報

ところが、特許文献１、２に開示された方法は、いずれも、鋼帯エッジ部で付着量が増大するエッジオーバーコートが避けられない。これは、鋼帯エッジ部では、鋼帯センター部に比較した場合、吹きつけた気体は鋼帯横方向に逃げる割合が高いため、衝突圧力は相対的に低下、その結果、払拭力が低下することが避けられないからである。特許文献３に開示された方法では、分割したエッジ部の圧力を上昇させれば、エッジオーバーコートは抑制可能となるが、分割した各部の圧力を制御する必要があり、機構が複雑化するため、実機化にはあまり適さない。

本発明は上記の問題点を解決し、溶融金属の付着量制御におけるエッジオーバーコートの発生を防止できる溶融金属めっき鋼帯の製造方法及びこの鋼帯の製造に使用するガスワイピングノズルを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明の手段は下記の通りである。
（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、ガスを噴射する複数のスリットを有するガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（２） （１）に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリット以外のスリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。

（３）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、ガスを噴射する複数のスリットを有するガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯用ワイピングノズルにおいて、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることを特徴とするワイピングノズル。

（４） （３）に記載のワイピングノズルにおいて、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリット以外のスリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることを特徴とするワイピングノズル。

本発明によれば、ガスワイピングノズルのワイピング力に大きな影響を与える主スリット（複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリット）から噴射される主噴流の拡散が副スリット（主スリット以外のスリット）からの副噴流によって防止され、主噴流のポテンシャル・コア延長による鋼帯面衝突圧力向上によってワイピング力を向上でき、また、主スリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることで、鋼帯中央部に対して鋼帯端部のワイピング力が強化できる。その結果、エッジオーバを防止して鋼帯幅方向の付着量均一化が達成でき、また溶融金属材料コスト低減にも寄与する。また、従来のシングルスリットからなるガスワイピングノズルに比べて、主噴流の圧力を低下できることから、スプラッシュの発生も抑制できる。

本発明が対象とするガスワイピングノズルは、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を吹き付けて付着金属の厚さを制御するためのガスワイピングノズルであって、該ガスワイピングノズルは、ガスを噴射する複数のスリットを、鋼帯走行方向に有するものである。

本発明では、この複数のスリットのなかで、負荷圧力が最大のもの、すなわちガス圧力が最も高いスリットを主スリットと記載し、前記主スリット以外のスリットを副スリットと記載する。また、主スリットから噴射されるガスの噴流を主噴流、副スリットから噴射されるガスの噴流を副噴流と記載する。

主スリットのスリット幅はワイピング力に与える影響が大きく、該スリット幅が大きいほどワイピング力は増大する。一方、ワイピング力は、副スリットのスリット幅にはあまり依存しない。しかし、副スリットからの副噴流を適切に制御すると、主ノズルからの主噴流の拡散を防止でき、主噴流のポテンシャル・コア延長による鋼帯面衝突圧力向上によってワイピング力を向上させることができる。したがって、本発明が対象とする複数のスリット（ガス噴射口）を有するガスワイピングノズルを用いると、通常のシングルスリットノズルに比較して付着量を薄くできる。以下、この点を説明する。

図１は、主スリットのスリット幅、副スリットのスリット幅と付着量の関係を調査した結果を示す。主スリットとその上下に各々副スリット１つずつを備える３スリット構造のガスワイピングノズルを用いて、ライン速度：１２０ｍｐｍ、主スリット圧力（主噴流圧力）：０．７ｋｇｆ／ｃｍ^２、副スリット圧力（副噴流圧力）：０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２、鋼帯−ノズル距離：１０ｍｍの条件で調査を行った結果であり、付着量は鋼帯センター部での値である。

この結果から、主スリットのスリット幅は通常用いられる１．０ｍｍ前後の範囲ではワイピング力に大きな影響を及ぼし、スリット幅が大きいほどワイピング力は増大することが判明した。また、副スリットを用いることでワイピング力の増大が認められる。しかし、副スリットのスリット幅が０．２ｍｍ以上では、ワイピング力の増大効果は飽和し、ワイピング力はほぼ一定になる。

本発明では、複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリットである主スリットのスリット幅をノズル幅方向中央部よりエッジ部で大きくすることを規定する。また、本発明では、前記主スリット以外のスリットである副スリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることを規定する。

ワイピング力に大きな影響を与える主スリットからの主噴流の拡散は副スリットからの副噴流によって防止され、主噴流のポテンシャル・コア延長による鋼帯面衝突圧力向上によってワイピング力が向上し、また、主スリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることで、鋼帯中央部に対して鋼帯端部のワイピング力が強化される。この作用により、エッジオーバを防止できる。また、ワイピング力を向上でき、ワイピング圧力を低下できることから、スプラッシュ発生が抑制される。前記のように、副スリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることでより優れたワイピング力の向上効果を発現できる。

ワイピング力を向上させる観点からは、副スリットのスリット幅の上限は規定されないが、副スリットのスリット幅を大きくすると、副スリットから吹き付けるガス量が増大して経済的に好ましくないので、副スリットのスリット幅は主スリットのスリット幅以下が好ましい。

主スリットのスリット幅は、通常のガスワイピングにおいて採用される幅でよい。例えば０．５〜２．０ｍｍ程度である。また、主スリットの圧力は、通常使用される圧力範囲を適用可能で、例えば０．１〜２．０ｋｇｆ／ｃｍ^２である。

また、本発明によれば、鋼帯通板速度を増加させた場合、従来のシングルスリットノズルより主噴流の圧力を低下できることから、スプラッシュを大幅に増加させることなく、良好な表面品質を維持することができるようになる。

本発明のガスワイピングノズルのスリット配置例を図２に示す。

図２（ａ）は、主スリットとその上に副スリットが配置された第１の例である。本ノズルでは、主スリット幅と副スリット幅の合計スリット幅はノズル幅方向で同一である。主スリットは、ノズル幅方向中央部分は、スリット幅が同一で、両端部側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に広がるように構成されている。副スリットは、前記主スリットのスリット幅が同一のノズル幅方向中央部分に対応する幅方向中央部分はスリット幅が同一で、両端部側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に減少するように構成されている。

図２（ｂ）は、主スリットとその上に副スリットが配置された第２の例である。本ノズルでは、主スリットのノズル幅方向中央部分は、スリット幅が同一で、両端部側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に広がるように構成されている。副ノズルのノズル幅方向のスリット幅は同一である。

図２（ｃ）は、中央に主スリット及びその上下に副スリットが各々１つずつ配置された例である。中央の主スリットのノズル幅方向中央部分は、スリット幅が同一で、その外側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に広がるように構成されている。上副スリット、下副スリットのノズル幅方向のスリット幅は同一である。

図２（ｄ）は、中央に主スリット及びその上下に副スリットが各々２つずつ配置された例である。主スリットのノズル幅方向中央部分は、スリット幅が同一で、その外側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に広がるように構成されている。主スリットの隣に配置された上副スリット、下副スリットは、各々前記主スリットのスリット幅が同一のノズル幅方向中央部分に対応する幅方向中央部分はスリット幅が同一で、その外側は、ノズル幅方向端部側に向かってスリット幅が徐々に減少するように構成され、主スリットのスリット幅、上副ノズルのスリット幅及び下副スリットのスリット幅の合計は、ノズル幅方向で一定である。最も外側に配置された上副スリット、下副スリットは、各々ノズル幅方向のスリット幅は同一である。

本発明のガスワイピングノズルは上記構造のものに限定されないが、加工の容易度と効果の観点から、主スリット以外は、主スリットに平行のもの（すなわち、副スリットのノズル幅方向のスリット幅は同一であるもの）、またはノズル外形を平行なもの（すなわち副スリットのスリット幅は、主スリットのノズル端部に向かって増加するスリット幅を打ち消すようにノズル端部に向かって減少するもの。）が好ましく、いずれも副スリットの最小スリット幅は０．２ｍｍ以上とするのが好適である。

副スリットから噴射される副噴流は、主スリットから噴射される主噴流の拡散を防止する作用である。副スリットを主スリットの一方の側に配置してもこの作用が奏されるが、主噴流の拡散を防止する作用を向上させるには、副スリットは主スリットの上下に少なくとも一つずつ配置する方が有利である。

本発明では、主に主スリットの主噴流によってめっき付着量を制御する。副スリットは、主スリットの主噴流の拡散を防止するために用いられ、主噴流の拡散効果は副スリットの圧力が０．００２ｋｇｆ／ｃｍ^２程度以上あれば発現される。したがって、副スリットの圧力は通常はこの圧力以上に設定するのが望ましいが、それ以下の使用が特段悪いわけでもないので制限するものではない。

主スリットは、ノズル幅方向のスリット幅が同一でない。スリット幅を変更する変曲点の位置（ノズル幅方向位置）は通常通板する鋼帯幅やエッジオーバーコートの程度に応じて決定することが好ましい。エッジオーバーコートが発生するのは、通常、鋼帯エッジから５０〜１００ｍｍ程度以内である。このことから、例えば平均鋼帯幅１２００ｍｍの場合、ノズル幅方向中央のスリット幅が同じ部分（ストレート部）を８００ｍｍ程度とすれば、鋼帯エッジから２００ｍｍの位置が変曲点になり、エッジオーバーコートを抑制することが可能となる。また、主スリットのスリット幅がノズル幅方向外側に向かって大きく部分のスリット幅の増加量（鋼帯エッジのスリット幅とノズル中央のストレート部のスリット幅の差）はエッジオーバーコート量に応じて適宜の大きさに決定する必要がある。エッジオーバーコートの典型量は１０ｇ／ｍ^２程度である。これを打ち消すためのスリット幅は通常の条件の範囲では０．４ｍｍ程度であるため、鋼帯エッジのスリット幅とノズル中央のスリット幅の差が０．４ｍｍ程度となるようにノズル形状を設計するのが好適である。

連続溶融亜鉛めっき鋼帯製造ラインにおいて、厚さ１．０ｍｍ×幅１２００ｍｍの鋼帯を本発明例のノズルと比較例のノズルを用いて溶融亜鉛めっき鋼帯を製造し、鋼帯幅方向の付着量分布を調査した。

図３（ａ）は本発明例のノズルである。ノズル幅は２０００ｍｍ、すなわち主スリット及び副スリットの鋼帯幅方向の幅はいずれも２０００ｍｍである。主スリットとその上下に副スリットが各々１つずつ配置されている。主スリットは、幅方向中央の幅８００ｍｍの範囲が、スリット幅が０．８ｍｍのストレート部で、その外側はノズルエッジに向かってスリット幅が直線的に増加し、幅１２００ｍｍ部でのスリット幅は１．２ｍｍで、中央のストレート部のスリット幅より０．４ｍｍ大きい。副スリットは、幅方向中央の幅８００ｍｍの範囲が、スリット幅が０．８ｍｍのストレート部で、その外側は、主スリットのスリット幅の増加量をキャンセルするようにノズルエッジに向かってスリット幅が直線的に減少するように構成されている（幅１２００ｍｍ部でのスリット幅は０．６ｍｍ）。主スリットのスリット幅、上副スリットのスリット幅及び下副スリットのスリット幅の合計は２．４ｍｍで、ノズル幅方向で同一である。

図３（ｂ）は比較例のノズルである。ノズル幅は２０００ｍｍ、すなわち主スリット及び副スリットの鋼帯幅方向の幅はいずれも２０００ｍｍである。主スリットとその上下に副スリットが各々１つずつ配置されている。主スリット、上下の副スリットとも、全幅にわたってスリット幅が同じで、各々０．８ｍｍである。

製造条件は、使用したノズル以外はすべて同一の条件とした。主な製造条件は以下の通りである。
ライン速度：１２０ｍｐｍ、主スリット圧力：０．７ｋｇｆ／ｃｍ^２、副スリット圧力：０．１ｋｇｆ／ｃｍ^２、浴温：４６０℃、ノズル−鋼板距離：１０ｍｍ、ノズル高さ：４００ｍｍ
調査結果を図４に示す。本発明例のノズルを用いて製造された溶融亜鉛めっき鋼帯はエッジオーバーコートが少なく、比較例のノズルを用いて製造された溶融亜鉛めっき鋼帯に比べて、鋼帯幅方向の付着量分布の帰一性が大幅に改善されている。

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、ガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯を製造する際に、エッジオーバーコートの問題を簡易に抑制しつつ、効率的にワイピング力を増大できる方法として使用することができる。

主ノズルのスリット幅、副ノズルのスリット幅と付着量の関係を調査した結果を示す図である。 本発明のガスワイピングノズルのスリット配置例を説明する図である。 実施例で使用した本発明例のガスワイピングノズル及び比較例のガスワイピングノズルを説明する図である。 本発明の効果を説明する図である。

Claims (4)

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、ガスを噴射する複数のスリットを有するガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
2. 請求項１に記載の溶融金属めっき鋼帯の製造方法において、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリット以外のスリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることを特徴とする溶融金属めっき鋼帯の製造方法。
3. 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、ガスを噴射する複数のスリットを有するガスワイピングノズルからガスを吹き付けて付着金属の厚さを制御する溶融金属めっき鋼帯用ワイピングノズルにおいて、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリットのスリット幅をノズル幅方向外側に向かって大きくすることを特徴とするワイピングノズル。
4. 請求項３に記載のワイピングノズルにおいて、前記複数のスリットのなかで負荷圧力が最大のスリット以外のスリットのスリット幅を０．２ｍｍ以上とすることを特徴とするワイピングノズル。

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