(57)【要約】【課題】  乱流渦の発生を抑制することが可能であり、かつコンパクトで経済的な高性能ガスワイピングノズルを提供する。【解決手段】  ガスワイピングノズル１は、ワイピングガスを吹き出すノズル口４を形成するように対向して組み合わされた上リップ２および下リップ３により構成されており、上リップ２の傾斜外表面Ａおよび下リップ３の傾斜外表面Ａ’に複数の細溝が形成されている。細溝を形成することによって随伴流５１，５１’をワイピングガス吹き出し方向へ向けてスムーズに進行させることが可能になり、乱流渦５２，５２’の発生を抑制できる。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の外面の一部分もしくは全部に溝部を有することを特徴とする、ガスワイピングノズル。
【請求項２】
前記溝部は、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のガスワイピングノズル。
【請求項３】
溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の内面の一部分もしくは全部に溝部を有することを特徴とするガスワイピングノズル。
【請求項４】
前記溝部は、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることを特徴とする、請求項３に記載のガスワイピングノズル。
【請求項５】
溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の外面の一部分もしくは全部と、前記ノズル本体の内面の一部分もしくは全部とに溝部を有することを特徴とするガスワイピングノズル。
【請求項６】
前記溝部は、前記ノズル本体の外面並びに内面において、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることを特徴とする、請求項５に記載のガスワイピングノズル。
【請求項７】
前記溝部を構成する細溝は、ガス吹き出し方向と平行に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のガスワイピングノズル。
【請求項８】
前記溝部を構成する細溝は、蛇行して形成されており、その接線方向とガス吹き出し方向とのなす角度が４５度以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のガスワイピングノズル。
【請求項９】
前記溝部を構成する細溝の山の頂部の角度が９０度以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のガスワイピングノズル。
【請求項１０】
前記溝部を構成する細溝の山の高さが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のガスワイピングノズル。
【請求項１１】
請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載されたガスワイピングノズルを備えたことを特徴とする、溶融めっき金属帯製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融めっき金属帯の製造工程等において、溶融金属の付着量を調節し、均一な付着を可能にするためのガスワイピングノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯などの金属帯に連続してめっきを施す方法として、金属帯を亜鉛、アルミニウム等の溶融金属中に浸漬してその金属帯の表面にめっきを施す溶融めっき法が知られている。
【０００３】
溶融めっき法の概略は、例えば以下の通りである。
まず、圧延、洗浄された金属帯は、焼鈍炉において表面酸化膜が除去されるとともに焼鈍処理が施される。その後、金属帯は、溶融金属の温度とほぼ同程度まで冷却され、溶融金属浴に設けられたシンクロールに巻き付けられて略Ｖ字形の経路で溶融金属中を通板されることによって浸漬され、その表面に溶融金属が付着させられる。そして、溶融金属浴から引き出された金属帯には、当該金属帯の表裏両面側から金属帯を挟むように対向して配置されたガスワイピングノズルによって吹き出されるワイピングガスが吹き付けられて、過剰の溶融金属が払拭されるとともに金属付着量の調整が行われる。
【０００４】
この溶融めっき方法は、他のめっき方法である電気めっき方法と比較した場合、安価にめっき金属帯を製造できることや、容易に厚膜めっきの金属帯を製造できることなど、多くの特長を有している。
【０００５】
ところで、上記溶融めっき方法でめっき金属帯を高速製造するには、過剰の溶融金属を払拭する能力、すなわちワイピング能力を向上させて、単位時間当たりに払拭できる溶融金属の量を増やす必要がある。一般に、ワイピング能力を向上させるには、噴出ガスの圧力を高めれば良いが、その場合、乱流渦が発生しやすくなり、気流が乱れることから、スプラッシュ（払拭される溶融金属の異常な飛び散り）が発生し、製造されるめっき金属帯の品質低下を招くことが多い。
【０００６】
そこで、上記問題を解決する手段として、ワイピングガスを噴出する主流ノズルのほかに副流ノズルを配備する技術が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２など）。しかしながら、この副流ノズルにあっては、以下の（１）、（２）のような技術的課題があった。
（１）従来の主流ノズル以外に副流ノズルを設けるため、ノズル自体が大型化してしまう。
（２）通常、主流ノズルと副流ノズルの圧力は個別に調節する必要があるため、コストが高くなり、かつ制御系や操作が複雑になる。
【０００７】
一方、前記したスプラッシュの一因となる乱流渦の発生と成長を抑制するためには、ワイピングガスの流動抵抗を小さくすることが有効である。このような観点では、例えば、ワイピングノズル先端に火炎を放射し、ワイピングガスの周りを高温ガスで囲んで、ワイピングガス周りの密度を下げることで、ワイピングガスの流動抵抗を低減させる方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。しかし、この方法は、火炎を発生させるためのバーナーや燃料供給系統が必要となるため、ノズル構造が複雑になるばかりか、火炎が金属帯の品質に及ぼす影響も懸念され、現実的な方法とは言えない。
【特許文献１】特開平１−２３０７５８号公報（図２など）
【特許文献２】特開平１０−２０４５９９号公報（図５など）
【特許文献３】特開２００２−３４８６５０号公報（図１など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、高い噴出ガス圧力においてもスプラッシュを生じさせることなく、高品質なめっき金属帯を高速製造することが可能であり、かつコンパクトで経済的な高性能ガスワイピングノズルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、第１発明は、溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の外面の一部分もしくは全部に溝部を有することを特徴とする、ガスワイピングノズルを提供する。
【００１０】
第１発明のガスワイピングノズルにおいて、前記溝部は、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることが好ましい。
【００１１】
また、第２発明は、溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の内面の一部分もしくは全部に溝部を有することを特徴とするガスワイピングノズルを提供する。
【００１２】
第２発明のガスワイピングノズルにおいて、前記溝部は、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることが好ましい。
【００１３】
また、第３発明は、溶融めっき金属帯を製造する際に、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を、ガスを吹き付けて払拭するガスワイピングノズルにおいて、
前記金属帯の幅方向を長手方向とするスリット状のノズル口が形成されるとともに、
ノズル本体の外面の一部分もしくは全部と、前記ノズル本体の内面の一部分もしくは全部とに溝部を有することを特徴とするガスワイピングノズルを提供する。
【００１４】
第３発明のガスワイピングノズルにおいて、前記溝部は、前記ノズル本体の外面並びに内面において、前記ノズル口に向けてガス吹き出し方向と鋭角をなす斜面および／または平行をなす平行面に形成されていることが好ましい。
【００１５】
さらに、第１〜第３発明のガスワイピングノズルにおいて、前記溝部を構成する細溝は、ガス吹き出し方向と平行に形成されていることが好ましい。あるいは、前記溝部を構成する細溝は、蛇行して形成されていてもよく、その接線方向とガス吹き出し方向とのなす角度が４５度以下であることが好ましい。
また、前記溝部を構成する細溝の山の頂部の角度が９０度以下であることが好ましい。
また、前記溝部を構成する細溝の山の高さが１ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、第４発明は、前記いずれかのガスワイピングノズルを備えたことを特徴とする、溶融めっき金属帯製造装置を提供する。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明のガスワイピングノズルにおいては、ノズル本体の外面および／または内面の一部分もしくは全部に溝部を設けることにより、乱流渦の発生と成長が抑制されるため、流動抵抗を低減できる。
また、溝部を構成する細溝をワイピングガスの吹き出し方向に対して蛇行させて、例えば、ジグザグ状あるいは正弦波状に設け、ガスを吹き出し方向と直交する方向に振動させることにより、更なる流動抵抗低減効果が得られる。
【００１８】
従って、本発明によれば、コンパクトで安価な高性能ガスワイピングノズルを提供することができる。
すなわち、本発明のガスワイピングノズルは、ノズル本体の外面および／または内面に筋模様を施すだけなので、ノズルを大型化する必要がない。また、ワイピングガス供給系も主流ノズルだけなので、制御系や操作が複雑になることもない。その結果、副流ノズルを設ける場合のように大型化や操作の複雑化を招くことなく優れたワイピング性能を得ることができる。よって、本発明のガスワイピングノズルを用いることによって、高い噴出ガス圧力でもスプラッシュを生じさせずに高品質なめっき金属帯を高速製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図１は、本発明のガスワイピングノズルを適用可能な、溶融めっき金属帯製造装置の概略構成を示す図である。また、図１における破線部分Ｘ（溶融金属浴７２の周囲）の詳細を図２に示す。
【００２０】
前工程である冷間圧延プロセスにおいて圧延され、続く洗浄プロセスにおいて表面が洗浄された金属帯７０は、溶融めっき金属帯製造装置１００に運搬され、無酸化性あるいは還元性の雰囲気に保たれた焼鈍炉７１において表面酸化膜が除去され、焼鈍処理される。その後、溶融金属の温度とほぼ同程度まで冷却されて溶融金属浴７２内に導かれる。
【００２１】
金属帯７０は、スナウト７７と呼ばれる非酸化性雰囲気に保たれた筒状部を通って溶融金属浴７２の中に引き込まれる。溶融金属浴７２中では、方向転換用のロールであるシンクロール７８によって通板方向が転換された後、同様に浴中に配されたコレクトロール７９ｂ及びスタビライジングロール７９ａを経て溶融金属浴７２の外へ引き出される。
【００２２】
以上のように、溶融金属浴７２内では、金属帯７０を溶融金属中に浸漬しながら通板することにより、その表面に溶融金属を付着させる。そして、溶融金属浴７２から引き出された金属帯７０は、溶融金属浴７２の後段に、該金属帯７０を両側から挟み込むように対向して配備された一対のガスワイパ７３，７３の間を通過し、ワイピングガスを吹き付けられる。このガスによって、金属帯７０に付着した過剰の溶融金属が払拭されて金属付着量の調整が行われる。
【００２３】
引き続き、必要に応じて合金化炉７４を使用して金属帯７０を再加熱し、均質な合金層を作り出す合金化処理が行なわれる。次に、金属帯７０は急冷帯７５を通過した後、化成処理部７６で特殊な防錆処理や耐食処理が施され、コイルに巻き取られて出荷される。
【００２４】
次に、上記溶融めっき金属帯製造装置１００におけるガスワイパ７３を構成するガスワイピングノズルの構造について、図３〜図８を参照しながら説明する。
図３は、本発明の第１実施形態にかかるガスワイピングノズル１の概略構成を示す図である。このガスワイピングノズル１は、互いに対向するように組み合わされた上リップ２および下リップ３により構成されている。上リップ２と下リップ３の先端部は、所定間隔で離間しており（ノズルギャップ）、ワイピングガスを吹き出すノズル口４を形成している。このノズル口４は、金属帯７０の幅方向を長手方向とするスリット状に形成されている。なお、図３において、符号５はノズル口４に連なるワイピングガス流通部である。
【００２５】
本実施形態では、基端側から先端側へ向けて断面視尖鋭状に組み合わされた上リップ２の傾斜外表面Ａおよび下リップ３の傾斜外表面Ａ’に、溝部としての複数の細溝（図３では図示を省略）を設けた。この上リップ２の傾斜外表面Ａおよび前記下リップ３の傾斜外表面Ａ’の先端側は、ノズル口４から強く吹き出されるワイピングガスの流れに伴って生成する随伴流に接触する部分である。
【００２６】
細溝の具体例を図４〜図７に示す。図４は、上リップ２の傾斜外表面Ａを、当該傾斜外表面Ａに直交する視線（つまり、図３の白抜き矢印で示す方向）で見た拡大図である。同図中、矢印で示すワイピングガス吹き出し方向は、ガスワイピングノズル１の先端へ向かう方向である。なお、下リップ３の傾斜外表面Ａ’についても同様の細溝が形成されている。
【００２７】
図４の例では、ワイピングガス吹き出し方向に対して平行に複数の細溝１０を形成した。これらの細溝１０は、山１０ａと谷１０ｂとから構成される。随伴流に接触する部分である上リップ２および下リップ３の傾斜外表面Ａ，Ａ’に、ワイピングガス吹き出し方向と平行な細溝１０を設けることは、後述するように、乱流渦の発生と成長を抑制し、流動抵抗を低減させる上で有効である。
【００２８】
図５は、細溝１０の断面構造を示す図面である。細溝１０の山１０ａの頂部のなす角度αが９０度を越えると、乱流渦抑制効果が小さくなるので、角度αは９０度以下とすることが望ましい。
また、山の高さＨについては、ガスワイピングノズルのようにレイノルズ数が高い対象の場合は、１ｍｍ以下とする必要があり、条件にもよるが概ねＨ＝１０〜５００μｍ未満とすることが好適であり、Ｈ＝１０〜２００μｍの範囲が望ましい。
【００２９】
図６および図７は、細溝を、直線状ではなく蛇行するように形成した例であり、図４と同様に、上リップ２の傾斜外表面Ａを、当該傾斜外表面Ａに直交する視線で見た拡大図である。図６では、細溝１１の接線方向がワイピングガスの吹き出し方向と最大でθ１およびθ２の角度をなすように、ジグザグ状の細溝１１を形成した。ここで、θ１とθ２は同一でも異なっていてもよいが、いずれの角度も、流動抵抗を低減するには４５度以下が好ましく、２０度以下がより好ましい。
【００３０】
また、図７は、正弦波状の細溝１２を形成した例であり、この場合も細溝１２の接線方向がワイピングガスの吹き出し方向となす角度が最大でθ３およびθ４となっている。図７では、θ３とθ４は同じ角度であるが、θ３とθ４とが異なる角度となるような波形状にしてもよい。流動抵抗を低減するには、θ３およびθ４は４５度以下が好ましく、２０度以下がより好ましい。
【００３１】
以上のように、細溝を、その接線方向がワイピングガスの吹き出し方向に対して所定角度となるように蛇行形成することによって、表面近傍の乱流渦が表面の振動と流れの直進運動によってあたかも引きちぎられ、乱流渦の発生と成長が効果的に抑制されるため、優れた流動抵抗低減効果が得られる。なお、細溝１１，１２を構成する山の高さ、および、山の頂部の角度は、前記と同様にすることができる。
【００３２】
次に、細溝による作用について、図８を参照しながら説明する。図８は、従来のガスワイピングノズルと比較した場合の第１実施形態（図３参照）のガスワイピングノズル１の噴流衝突分布を模式的に示す図である。
ノズルヘッダー圧力が一定の場合に、従来のガスワイピングノズルでは破線で示すようなブロードな噴流衝突分布６１となる。これに対し、傾斜外表面Ａ，Ａ’に細溝１０を設けた本発明のノズル１では、実線で示すようにシャープな噴流衝突分布６０となる。この理由は以下のとおりである。
【００３３】
ワイピングガス５０の吹き出しに伴い、ガスワイピングノズル１の傾斜外表面Ａ，Ａ’に沿って随伴流５１，５１’が発生する。この随伴流５１，５１’は、ワイピングガス５０と同方向に向かう。しかし、従来のガスワイピングノズルの場合には、随伴流５１，５１’がノズル先端部の周囲において、符号５２，５２’で示すような乱流渦を形成しやすく、この乱流渦５２，５２’が発生すると、ワイピングガス５０の円滑な流れが乱され、スプラッシュの問題が生じたり、噴流衝突分布６１が広くなってしまったりする結果、ワイピング能力が不十分になる。
【００３４】
本実施形態では、ガスワイピングノズル１の傾斜外表面Ａ，Ａ’に細溝を形成することによって、随伴流５１，５１’をワイピングガス吹き出し方向へ向けてスムーズに進行させることが可能になるので、乱流渦５２，５２’の発生を効果的に抑制できる。その結果、スプラッシュが低減し、ワイピングガス５０は、噴流衝突分布６０のようにシャープな分布を示すようになり、ワイピング性能を向上させることが可能になる。
【００３５】
以上、代表的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。
例えば、上述の第１実施形態のガスワイピングノズル１では、随伴流５１，５１’に接触する部分である傾斜外表面Ａ，Ａ’に細溝を形成したが、ガスワイピングノズル１の内表面において、吹き出されるガス流に接触する部分に細溝を形成することも可能である。具体的には、図３の上リップ２および下リップ３において、ワイピングガス吹き出し方向に対して鋭角をなすように形成された傾斜内表面Ｂ，Ｂ’や、ワイピングガス吹き出し方向に対して平行をなすように形成された平行内表面Ｄ，Ｄ’に細溝を形成することができる。この傾斜内表面Ｂ，Ｂ’および平行内表面Ｄ，Ｄ’は、ノズル口４に連なるワイピングガス流通部５に面する部分である。また、ノズル口４を形成する上リップ２と下リップ３との対向面ＣおよびＣ’に細溝を形成することもできる。
【００３６】
特に、符号Ｂ，Ｂ’および符号Ｃ，Ｃ’で示す部分に細溝を設けることによって、吹き出されるガス流を円滑にすることが可能となり、噴流衝突分布がシャープになってワイピング性能を向上させることが可能になる。
【００３７】
さらに、図３の上リップ２および下リップ３において、ワイピングガス吹き出し方向に対して平行をなすように形成された平行外表面Ｅ，Ｅ’に細溝を形成することもできる。
【００３８】
また、図３におけるＡ，Ａ’、Ｂ，Ｂ’、Ｃ，Ｃ’，Ｄ，Ｄ’およびＥ，Ｅ’のすべての面に細溝を設けることも可能であり、任意の１ないし２以上の面のみに設けてもよい。さらに、細溝は、上記各面において、必ずしも全面に設ける必要はなく、部分的に設けることができる。なお、細溝は、ノズル表面を加工して形成してもよいし、また、細溝を有するシート等をノズル表面に貼り付けることで形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明は、鋼帯などの金属帯の表面にめっきを施す溶融めっき処理において好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】溶融めっき金属帯製造装置の概要を示す図面。
【図２】図１における破線部分Ｘの詳細を示す図面。
【図３】本発明の第１実施形態のガスワイピングノズルの概略構成を示す図面。
【図４】細溝の具体的実施態様の説明に供する図面。
【図５】細溝の要部断面を示す図面。
【図６】細溝の別の実施態様の説明に供する図面。
【図７】細溝のさらに別の実施態様の説明に供する図面。
【図８】ガスワイピングノズルの噴流衝突分布を模式的に示す図面。
【符号の説明】
【００４１】
１：ガスワイピングノズル
２：上リップ
３：下リップ
４：ノズル口
５：ワイピングガス流通部
１０，１１，１２：細溝
５０：ワイピングガス
５１，５１’：随伴流
５２，５２’：乱流渦
６０，６１：噴流衝突分布
Ａ，Ａ’：傾斜外表面
Ｂ，Ｂ’：傾斜内表面
Ｃ，Ｃ’：対向面
Ｄ，Ｄ’：平行内表面
Ｅ，Ｅ’：平行外表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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