JP5633403B2 - めっき浴の浴温制御装置及び金属帯のめっき方法 - Google Patents
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Description
上記帯状の鋼板は、通常巻き取られた円筒の状態(コイルとよばれる)でハンドリングされるが、処理能率を向上させる場合には、めっき浴に浸漬される前に、複数のコイルを溶接しながら連続的にめっき処理が行われる。そして製造された溶融亜鉛めっき鋼板は、防錆性に優れているため各種用途に使用され、自動車用内装材、自動車用外装材、建材として大量に使用されている。
また、特許文献3には、溶融めっきラインのめっき浴に金属帯を浸漬させるにあたり、めっき浴への金属帯の進入板温度を該金属帯がめっき浴へ持ち込む熱量が一定となるように制御することが開示されている。
さらに、特許文献4には、溶融めっきラインのめっき浴に金属帯を浸漬させた後、シンクロールを介してめっき浴から引き上げるにあたり、めっき浴への金属帯の進入板温度を、シンクロールの表面温度がめっき浴の温度より高くなるように制御することが開示されている。
しかし特許文献1には、浴温測定値2点の差の時間変動を監視する方法が開示されているが、測定位置についてはめっき浴の上部、下部とあるだけで特定はされていない。また、特許文献2及び特許文献3でも同様に位置の特定はされていない。
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、めっき浴内において表面欠陥発生に大きく影響する部位の特定に基づき、その位置の浴温を適正値に制御するとともに、めっき浴内の位置による浴温の差異を極力低減することを目的としている。
この中で、めっき浴から引き出される金属帯が持ち出す熱量、めっき浴の壁面や液面から失われる熱量は操業条件によって大きく変化するものではない。その理由は、浴温は浴温目標値付近にほぼ制御されているためである。一方、めっき浴に進入する金属帯が持ち込む熱量は、進入板温、板の速度、幅、厚さの変化によって変動する。そして、上記特許文献2や特許文献3は、この進入板温を積極的に操作することによって浴温変動の抑制を図るものである。しかし、ライントラブルなどで板の速度が低下する場合、めっき浴の前にある冷却帯における金属帯の温度低下が大きくなり、進入板温も同時に低下する。このような状況では、金属帯がめっき浴に持ち込む熱量が低下することで浴温が低下するが、それが浴中のどの部分に影響するのかが従来解明されていなかった。
上記金属帯のうちめっき浴に浸漬している浸漬部分を浸漬帯と定義し、金属帯の幅がシンクロールの幅と等しいとみなした場合の上記浸漬部分を仮想浸漬帯と定義した場合に、
上記仮想浸漬帯の上方に位置する領域である第1の領域に存在する溶融金属の温度を測定する第1の温度測定手段と、
第1の温度測定手段が測定した温度が、予め設定した第1浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記めっき浴に進入する前の上記金属帯の温度を調整する板温調整手段と、
側面視において上記浸漬帯の上側に位置する領域を除いた領域である第2の領域に存在する溶融金属の温度を測定する第2の温度測定手段と、
第2の温度測定手段が測定した温度が、予め設定した第2浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記第2の領域の溶融金属を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とする。
次に、請求項3に記載した発明は、請求項1又は請求項2に記載した構成に対し、上記板温調整手段は、
上記第1の温度測定手段の測定結果と、少なくとも金属帯の板幅、板厚、及び金属帯の搬送速度とに基づき、前記第1の領域に存在する溶融金属の温度変化を予測し、その予測した温度変化を相殺するために必要な金属帯の進入温度変更量を求める進入温度変更量算出手段を備え、
上記進入温度変更量算出手段が算出した進入温度変更量に基づいて、上記板温調整手段が上記めっき浴に進入する金属帯の温度を調整することを特徴とする。
上記金属帯のうちめっき浴に浸漬している浸漬部分を浸漬帯と定義し、金属帯の幅がシンクロールの幅と等しいとみなした場合の上記浸漬部分を仮想浸漬帯と定義した場合に、
上記仮想浸漬帯の上方に位置する領域である第1の領域に存在する溶融金属の温度が、予め設定した第1浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記めっき浴に進入する前の上記金属帯の温度を調整すると共に、
側面視において上記浸漬帯の上側に位置する領域を除いた領域である第2の領域に存在する溶融金属の温度が、予め設定した第2浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記第2の領域の溶融金属を加熱することを特徴とする。
(構成)
図1は、本実施形態のめっき設備の構成例を説明する図である。
本実施形態では、金属帯として帯状の鋼板1を例示する。その他の金属板からなる金属帯であっても適用可能である。
本実施形態の溶融めっき設備は、図1に示すように、浴槽13内に溶融金属として溶融亜鉛が収容されている。その溶融亜鉛による浴中には、鋼板1の進行方向を転換するシンクロール12が配置されている。また、その浴槽13の上流には、焼鈍炉の冷却帯2が配置されている。その冷却帯2には鋼板1を冷却するための冷却ゾーン3が配置されている。冷却ゾーン3における冷却は、例えば送風ファンによる空冷によって実施され、送風ファンの送風量を調整することで、浴に進入する前の鋼板1の温度降下量(抜熱量)を制御可能となっている。その冷却ゾーン3の出側には板温検出器8が設置され、板温検出器8は、冷却ゾーン3で冷却された鋼板1の温度を測定している。
ここで本実施形態では、浴槽13内のめっき浴15について、第1の領域A、第2の領域B、その他の領域に分類している。
この場合に、上記仮想浸漬帯の上方に位置する領域を、第1の領域Aとする(図1、図2参照)。また、図1に示すように、上記めっき浴15に浸漬している鋼板1の浸漬部分1aの位置よりも下側に位置する浴部分の領域、すなわち、側面視で浸漬帯の上側に位置する領域を除いた浴部分の領域を第2の領域Bとする。なお、第1の領域Aの側方に位置する浴部分はその他の領域となる。
上記浸漬帯である浸漬部分1aは、シンクロール12を支持する装置で囲まれているため、上記第1の領域Aは、比較的閉じた領域となる。
また浴温の制御部として、浴温制御部6、板温目標値設定部10、及び板温制御部9を備える。なお、符号4は制御用計算機を示す。
上記浴加熱装置7は、入力された加熱出力指令値となるように、浴に入力する熱量を調整する。
以上の処理によって、浴温制御部6は、少なくとも第2の領域Bの浴温を第2浴温目標値T2b*となるように調整する。
Tt* = Tt0* +ΔT
ΔT= −K1(T1b* −T1)
ここで、K1は、あらかじめ設定した比例ゲインである。
ここで、本実施形態では、第1浴温目標値T1b*と第2浴温目標値T2b*とが同一の値の浴温目標値の場合とする。この第1浴温目標値T1b*と第2浴温目標値T2b*とは別の目標値であっても良い。
すなわち、鋼板の板厚、板幅、速度が変化した場合に、第1浴温検出器5の位置における溶融金属(第1の領域Aに存在する溶融金属)の温度変化が予測できれば、その変化を相殺するように板温目標値Tt*を操作するフィードフォワード制御を行うことにより、第1の領域Aにおける溶融金属の温度変動を抑えることができて、前記のフィードバック制御の負荷を軽減することができる。
Tt* = Tt0* +ΔT +ΔT1 ・・・(1)
ΔT= −K1 (T1b* −T1) ・・・(2)
ΔT1=A1・Δh +A2・ΔW +A3・ΔV ・・・(3)
ここで、Tt0*は板温目標値の初期値(制御開始時の値)であり、Δh、ΔW、ΔVはそれぞれ制御開始時からの鋼板の板厚、板幅、搬送速度の変化量である。また、A1、A2、A3は上記モデルのパラメータ(変数)である。
Qi = Cp・ρ・h・W・V・Ti
ここで、Cpは鋼板の比熱、ρは鋼板の密度、Tiは進入温度である。
この式から、例えば板の搬送速度がV0から(V0 +ΔV)となったときにQiが変わらないようにするには、下記式となるようにすればよいことが分かる。
ΔT1 = (Ti0/V0)ΔV
ここで、Ti0、V0はそれぞれ制御開始時の進入板温、搬送速度である。
したがって、パラメータA3が下記式を満足するように調整すればよい。
A3 = Ti0/V0
そこで、本実施形態では、パラメータA1、A2、A3を、第1浴温検出器5で検出した溶融金属の温度T1と、板厚、板幅、搬送速度の実績値とから求める。なお、鋼板の組成によって補正する。例えば、鋼板の組成でいくつかの区分を作成しておき、その区分ごとにパラメータA1,A2,A3を決めるようにしても良い。
これから、例えばパラメータとしA3だけを使用する場合には、板温制御部9は、板の搬送速度がV0から(V0+ΔV)となったときにQiが変わらないように、
ΔT1 = A3・ΔV
によって、予測される変化分だけ板温目標値T*を補正することにより、フィードフォワード制御が行える。ここで、ΔT1が進入温度変更量となる。
ここで、第1浴温検出器5は第1の温度測定手段を、板温目標値設定部10及び板温制御部9は板温調整手段を、第2浴温検出器11は第2の温度測定手段を、浴加熱装置7は加熱手段を、それぞれ構成する。
上記構成のめっき設備にあっては、焼鈍炉の冷却ゾーン3でめっき浴15に進入する前の鋼板1の温度を、第1の領域Aでの浴温度が第1浴温目標値T1b*となるようにフィードバック制御若しくはフィードフォワード制御しつつ、当該第1浴温目標値T1b*に基づき板温(>第1浴温目標値T1b*)が制御された鋼板1を連続してめっき浴15に浸漬する。これと同期して、第2の領域Bの浴温度を第2浴温目標値T2b*にフィードバック制御する。
このとき、第1浴温目標値T1b*と第2浴温目標値T2b*とを同じ浴温目標値に設定した場合には、めっき浴15全体が同じ浴温目標値となるように制御されて、浴全体の温度差を効果的に小さく抑えることが出来る。
なお、上述のフィードフォワード制御を行うことで、第1の領域Aの溶融金属の温度変動を小さく抑えることが可能となる。
また板温目標値設定部10は、鋼板1の板幅、板厚、搬送速度等の板情報、特に搬送速度によって、板温目標値Tt*を補正しても良い。この場合、これから浴に進入する板の情報で板温目標値Tt*を補正することとなるので、第1の領域Aでの浴温変動をより抑えることが可能となる。
上記実施形態に基づき、実施例では、第2の領域Bの溶融亜鉛の温度を、浴温検出器11によって測定した浴温測定値と第2浴温目標値T2b*とが一致するように、浴加熱装置7による加熱をフィードバック制御する。同時に、板温目標値設定部10が、浴温検出器5によって測定した浴温測定値を第1浴温目標値T1b*(=第2浴温目標値T2b*)に一致させるための板温目標値Tt*を算出し、板温制御部9は、冷却ゾーン3の出側に設置された板温検出器8によって測定した板温測定値が板温目標値Tt*に一致するように冷却ゾーン3における温度降下量を操作するフィードバック制御を行う。
図3は、比較例を採用した場合のタイムチャート例であり、図4は、本実施例を採用した場合のタイムチャート例である。この例では、一時的に搬送速度を故意に低下させて、浴温変動がどのように発生するかをみたものである。
1a 浸漬部分
2 冷却帯
3 冷却ゾーン
5 第1浴温検出器
6 浴温制御部
7 浴加熱装置
7a 熱発生部
8 板温検出器
9 板温制御部
10 板温目標値設定部
11 第2浴温検出器
12 シンクロール
13 浴槽
15 めっき浴
A 第1の領域
B 第2の領域
T1b* 第1浴温目標値
T2b* 第2浴温目標値
Claims (4)
- 溶融金属を貯留しためっき浴に金属帯を連続的に浸漬し、その浸漬した金属帯の移動方向をシンクロールによって上方に転換して当該金属帯を上記めっき浴から引き上げるめっき設備における、上記めっき浴の浴温制御装置において、
上記金属帯のうちめっき浴に浸漬している浸漬部分を浸漬帯と定義し、金属帯の幅がシンクロールの幅と等しいとみなした場合の上記浸漬部分を仮想浸漬帯と定義した場合に、
上記仮想浸漬帯の上方に位置する領域である第1の領域に存在する溶融金属の温度を測定する第1の温度測定手段と、
第1の温度測定手段が測定した温度が、予め設定した第1浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記めっき浴に進入する前の上記金属帯の温度を調整する板温調整手段と、
側面視において上記浸漬帯の上側に位置する領域を除いた領域である第2の領域に存在する溶融金属の温度を測定する第2の温度測定手段と、
第2の温度測定手段が測定した温度が、予め設定した第2浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記第2の領域の溶融金属を加熱する加熱手段と、
を備えることを特徴とするめっき浴の浴温制御装置。 - 上記第1浴温目標値と第2浴温目標値とは同じ温度であることを特徴とする請求項1に記載しためっき浴の浴温制御装置。
- 上記板温調整手段は、
上記第1の温度測定手段の測定結果と、少なくとも金属帯の板幅、板厚、及び金属帯の搬送速度とに基づき、前記第1の領域に存在する溶融金属の温度変化を予測し、その予測した温度変化を相殺するために必要な金属帯の進入温度変更量を求める進入温度変更量算出手段を備え、
上記進入温度変更量算出手段が算出した進入温度変更量に基づいて、上記板温調整手段が上記めっき浴に進入する金属帯の温度を調整することを特徴とする請求項1又は請求項2に記載しためっき浴の浴温制御装置。 - 溶融金属を貯留しためっき浴に金属帯を連続的に浸漬し、その浸漬した金属帯の移動方向をシンクロールによって上方に転換して当該金属帯を上記めっき浴から引き上げる工程を備えた金属帯のめっき方法において、
上記金属帯のうちめっき浴に浸漬している浸漬部分を浸漬帯と定義し、金属帯の幅がシンクロールの幅と等しいとみなした場合の上記浸漬部分を仮想浸漬帯と定義した場合に、
上記仮想浸漬帯の上方に位置する領域である第1の領域に存在する溶融金属の温度が、予め設定した第1浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記めっき浴に進入する前の上記金属帯の温度を調整すると共に、
側面視において上記浸漬帯の上側に位置する領域を除いた領域である第2の領域に存在する溶融金属の温度が、予め設定した第2浴温目標値と一致若しくは近づくように、上記第2の領域の溶融金属を加熱することを特徴とする金属帯のめっき方法。
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