めっき浴の浴温制御装置及び金属帯のめっき方法
【課題】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。
【解決手段】鋼板１のうちのめっき浴に浸漬している浸漬部分であって、鋼板の幅が仮にシンクロール幅とした場合における上記浸漬部分の上方位置である第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鋼板１の温度を調整する板温調整手段と、鋼板１のうちのめっき浴に浸漬している浸漬部分よりも下側に位置する第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。
【解決手段】鋼板１のうちのめっき浴に浸漬している浸漬部分であって、鋼板の幅が仮にシンクロール幅とした場合における上記浸漬部分の上方位置である第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鋼板１の温度を調整する板温調整手段と、鋼板１のうちのめっき浴に浸漬している浸漬部分よりも下側に位置する第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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融金属めっき鋼板等の製造プロセスに採用される、めっき浴の浴温制御装置及び金属帯のめっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融亜鉛めっき鋼板に代表される連続溶融金属めっき鋼板は、溶融金属を貯留しためっき浴に帯状の鋼板を斜め上方から浸漬させ、シンクロールで鋼板の進行方向を転換して引き上げることにより鋼板表面に溶融金属を付着させる工程を経て製造される。
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。
【０００３】
近年、溶融亜鉛めっき鋼板の品質特性のうち、特に表面品質に対する要求が厳しくなってきている。めっき浴中でＦｅとＺｎ、またはＦｅとＡｌの化合物であるドロスとよばれる不純物が生成され、これがめっき浴中に浸漬した鋼板表面に付着すると表面欠陥となって、プレス加工時にその欠陥が顕在化するという問題がある。また、めっき浴の温度（浴温）の変動は、浴中のドロス生成に影響を与えるため、浴温変動を小さくすることは品質管理上非常に重要である。
【０００４】
通常、浴温の制御は、溶融金属を貯留しためっき槽を加熱するヒータを使用して、浴温目標値と浴温実績値の偏差が小さくなるように上記ヒータの出力を調節することで行われる。定常的な操業状態においては、このような浴温制御で十分浴温変動を抑制することが可能である。しかし、搬送速度が変動するとめっき浴内で温度差が生じることが知られており、上記のような浴温制御だけでは、十分浴温変動を抑制することが出来ない恐れがある。
【０００５】
ここで、特許文献１には、めっき浴中の異なる箇所の浴温をそれぞれ測定し、得られた各測定結果に基づいて浴中の温度差を低減させることで、めっき浴のドロス発生抑制方法が開示されている。具体的には、浴中の温度差として、浴中の最高温度と最低温度の差を使用し、その温度差が５℃以内に低減することが記載されている。また、めっき浴の異なる箇所としては、めっき浴の上部および下部が望ましいと記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、焼鈍後の鋼板を浸漬する溶融亜鉛めっき浴における浴温制御として、浴温測定値が目標範囲内に入るように焼鈍炉冷却帯において目標板温設定値を変更する制御を行うことが開示されている。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０７２０８号公報
【特許文献２】特開平６−１０８２１４号公報公報
【特許文献３】特開２００５−２１３５４９号公報
【特許文献４】特開２００５−２５６０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
浴温変動には、めっき浴内の位置による温度の差異、すなわちめっき浴内の温度分布と、その温度分布の時間的な変動の両方が含まれる。溶融金属めっきプロセスの品質管理を更に厳格に実施するためには、表面欠陥発生に大きく影響する部分を特定し、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しつつめっき処理を行うことが望ましい。
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。
【０００９】
また特許文献４でも、シンクロールの表面温度をめっき浴の温度よりも高くすることが開示されているだけで、制御、管理を行うべき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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
浴温分布は、めっき浴に進入する金属帯が持ち込む熱量、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、およびヒータなどの加熱手段によってめっき浴に加えられる熱量のバランス、及びめっき浴内の溶融金属の流動によって変動する。
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。
【００１１】
これに対し、発明者らは、めっき浴内の複数点に熱電対を設置し、上記の状況が発生したときの各部の浴温変動を測定して解析した結果、進入する金属帯が持ち込む熱量の影響を一番大きく受けるのはシンクロール及び浴内の金属帯の上方に位置する領域（第１の領域）であること、またこの領域の浴温低下後にめっき処理を行った金属帯の表面欠陥発生率が高くなっていることを見出した。
【００１２】
また、めっき浴内のヒータ等による加熱は、通常、浴内の金属帯の位置よりも下側の領域に設置される。このヒータ等による加熱の出力を操作した際における上記めっき浴内に複数点設置した熱電対による浴温変化を測定して解析した結果、上記のシンクロール及び浴内の金属帯の上方に位置する第１の領域での浴温変化は小さく、この第１の領域はヒータ等による加熱出力の操作の影響が及び難いことを見出した。この理由は、上記第１の領域は、領域外からの溶融金属の流入及び領域外への溶融金属の流出が生じにくいためである。そのため、上記第１の領域の浴温を測定し、該測定値が浴温目標値と一致するようにヒータ等による加熱出力を操作する制御系を構築した場合には、上記第１の領域における浴温変動が低減されたとしても、ヒータが設置されている側（金属帯の浸漬部分１ａより下部分）に対してはヒータ出力が過大となり、めっき浴内の位置による浴温の差異がかえって拡大してしまう。
【００１３】
そこで、発明者らは、浴温を操作する２つの手段と、それらがそれぞれ影響を及ぼす各領域との関係に関する上記知見に基づき、２つの浴温制御手段の役割分担を明確にし、更にその２つの制御ループを組み合わせることによって、表面欠陥発生に大きく影響するシンクロールと浴中の金属帯に囲まれた領域の浴温を適正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方法を発明した。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載した発明は、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。
【００１５】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、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。
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。
【００１６】
次に、請求項４に記載した発明は、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、めっき浴中で鋼板の表面品質に影響を与える部分を特定し、当該部分の浴温を管理、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できるので、浴温変動によってドロスが生成、成長し、表面欠陥が発生するのを防止することができ、高い表面品質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る溶融めっき設備の構成を説明する図である。
【図２】第１の領域を説明する上面図である。
【図３】比較例のタイムチャート例である。
【図４】実施例のタイムチャート例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（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。
【００２０】
そして、鋼板１は、連続的に搬送されてきて、焼鈍炉冷却帯２の内部に設定された冷却ゾーン３を通過する際に所定の目標温度まで冷却され、続いてスナウトによって誘導されつつ浴槽１３内のめっき浴１５に対し斜め下方に移動して当該めっき浴１５内に浸漬する。浸漬した鋼板１は、続いてシンクロール１２によって進行方向が上方に転換されて、めっき浴から引き出される。
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。
【００２１】
なお、めっき浴１５に浸漬している鋼板１の浸漬部分１ａ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する。
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。
【００２２】
そして、上記浴の領域のうち、第１の領域Ａの浴部分に第１浴温検出器５を設置する。例えば、上記鋼板１の浸漬部分１ａよりも上側であって、当該上記鋼板１の浸漬部分１ａと上下で対向する位置に、上記第１浴温検出器５を配置することが好ましく、図２に示すように、上記鋼板１の浸漬部分１ａの幅方向中央と対向する位置に配置することがより好ましい。また、上記第２の領域Ｂの浴部分に第２浴温検出器１１を設置する。例えば、シンクロール１２によって進行方向が上方に転換された後の上記鋼板１の浸漬部分１ａと対向する位置に、上記第２浴温検出器１１を配置することが好ましく、図２に示すように、上記鋼板１の浸漬部分１ａの幅方向中央と対向する位置に配置することがより好ましい。
【００２３】
また、第２の領域Ｂの浴部分に熱を加える浴加熱装置７を備える。本実施形態では、浴加熱装置７としてヒータ装置を採用した例であって、ヒータ装置の熱発生部７ａを上記第２の領域Ｂの浴部分に設置する。図１の例は、上記第２浴温検出器１１よりも下側に上記熱発生部７ａを配置した例である。
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。
【００２４】
浴温制御部６は、上記浴加熱装置７（ヒータ装置）の出力（熱発生量）を制御することで、第２の領域Ｂの浴温が第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、浴温制御部６には、制御用計算機４からの第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊が入力されると共に、第２浴温検出器１１が測定した浴温が入力される。そして、浴温制御部６は、上記第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊と第２浴温検出器１１が測定した浴温との偏差に基づき、その偏差を小さくする加熱出力指令値を演算し、その演算した加熱出力指令値を上記浴加熱装置７に出力する。
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。
【００２５】
また板温目標値設定部１０は、浴進入前の鋼板１についての板温目標値Ｔｔ＊を設定する。具体的には、板温目標値設定部１０には、制御用計算機４から第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊が入力される。また、板温目標値設定部１０には、第１浴温検出器５が測定した第１の領域Ａの浴温が入力される。そして、板温目標値設定部１０は、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第１浴温検出器５が測定した第１の領域Ａの浴温との温度偏差を求め、その温度偏差を小さくするための板温目標値Ｔｔ＊を演算する。そして、演算した板温目標値Ｔｔ＊を板温制御部９に出力する。
【００２６】
例えば、第１浴温検出器５による測定値Ｔ１を用いてフィードバック制御を行うことにより、下記式によって板温目標値Ｔ＊を演算する。
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。
【００２７】
また、上記の式に対し、ＰＩＤ制御としての微分項や積分項を追加してもよい。このフィードバック制御では、板厚、板幅、鋼板の搬送速度が変化したことにより第１浴温検出器５による測定値Ｔ１が変化するのを検出することにより制御が行われる。
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。
【００２８】
また、板温制御部９には、制御用計算機４から鋼板１の板幅、板厚、搬送速度の情報つまり、単位時間当たりの抜熱に係る板情報が入力されると共に、上記板温目標値設定部１０が出力した板温目標値Ｔｔ＊が入力される。また板温制御部９には、冷却ゾーン３の出側に設置された板温検出器８が測定した板温測定値が入力される。そして、板温制御部９は、板温目標値Ｔｔ＊と板温測定値との温度偏差を求め、その温度偏差と上記抜熱に係る板情報とから、温度偏差を小さくするための冷却ゾーン３における温度降下量（抜熱変化量）を求め、その温度降下量分だけ温度が変化するように冷却ゾーン３の冷却を調整する。冷却の装置が送風ファンで構成される場合には、上述のように、送風ファンの送風量を調整することで、温度降下量を調整する。
【００２９】
ここで、上記説明では、第１浴温検出器５による測定値Ｔ１を用いてフィードバック制御を行うことにより板温目標値Ｔ＊を演算する場合で説明した。フィードフォワード制御によって板温目標値Ｔ＊を調整（補正）するようにしても良い。
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。
【００３０】
そのフィードフォワード制御は、下記式で表現するようなモデルによって行うことができる。
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。
【００３１】
また、単位時間に鋼板がめっき俗に持ち込む熱量Ｑｉは、下記式で表される。
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
【００３２】
ただし、板温制御部９で制御しているのは板温検出部８で測定している板温であり、めっき浴に進入したときの板温はそれよりも低下したものとなる。その低下量は、板温検出部８からめっき浴までの雰囲気温度や板速度によって変化する。
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。
【００３３】
ここで、ｈ、Ｗ、Ｖは制御用計算機４から板温目標値設定部１０に時々刻々送られており、板温目標値設定部１０は、制御開始時にそれらの値をホールドしてｈ０、Ｗ０、Ｖ０とし、それらを用いて変化量であるΔｈ、ΔＷ、ΔＶを時々刻々求める。これと上記の式（２）で求められるΔＴから回帰計算により、パラメータＡ１、Ａ２、Ａ３を求める。
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。
【００３４】
（作用その他）
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。
【００３５】
これによって、第２の領域Ｂを中心にした浴全体の温度制御を浴加熱装置７によって実施しつつ、上記浴加熱装置７による浴温制御では遅れが生じる、シンクロール１２の上方及び浸漬している鋼板１ａの上方に位置する第１の領域Ａの浴温度を、浴に進入する鋼板１の温度（浴に持ち込む熱量Ｑｉ）で調整する。このように、２つの浴温制御の領域を適切に分けて実施することで、めっき浴１５における２つの領域Ａ、Ｂの浴温制御の干渉を小さく抑えつつ、第１の領域Ａを第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊に、また第２の領域Ｂを中心とした浴全体を第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊に調整することが出来る。
【００３６】
以上の制御によって、浴温制御精度が向上できるので表面欠陥発生を抑制することができ、結果として、めっき鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
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。
【００３７】
すなわち、第１の領域Ａの溶融金属の温度と第２の領域Ｂの溶融金属の温度の差を、予め定められた浴目標温度からの所定上下限範囲内に抑制しつつめっき付着処理を行うことが可能となる。これによって、めっき浴１５に進入する鋼板１が持ち込む熱量が変動することによって影響を受けやすい第１の領域Ａの浴温と、その影響を比較的受けにくい第２の領域Ｂの浴温との差をある一定の値以下に抑えることが出来る。この結果、ドロスの析出、成長を防止することができるので表面欠陥発生を抑制することができ、めっき鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
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。
【００３８】
ここで、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊とは必ずしも一致している必要はなく、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊との差が予め設定した所定範囲に収まっていれば良い。例えば、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊を第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊よりも若干高めに設定しておいても良い。
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。
【実施例１】
【００３９】
溶融亜鉛めっき設備において上記本実施形態の浴温制御方法を実施した一例を示す。
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。
【００４０】
また比較例では、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をフィードバック制御だけを行った。
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。
【００４１】
比較例では、図３に示すように、速度低下時に約６℃の浴温低下が見られ、これがドロス生成、成長を促進するため表面欠陥が発生しやすくなる。一方、実施例では、図４に示すように、速度低下時に浴温低下は約２℃と、比較例に比べて約１／３に浴温変動が抑制されており、この程度の浴温低下であればドロスの生成、成長には影響しない。そのため、鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 鋼板
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融金属めっき鋼板等の製造プロセスに採用される、めっき浴の浴温制御装置及び金属帯のめっき方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続溶融亜鉛めっき鋼板に代表される連続溶融金属めっき鋼板は、溶融金属を貯留しためっき浴に帯状の鋼板を斜め上方から浸漬させ、シンクロールで鋼板の進行方向を転換して引き上げることにより鋼板表面に溶融金属を付着させる工程を経て製造される。
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。
【０００３】
近年、溶融亜鉛めっき鋼板の品質特性のうち、特に表面品質に対する要求が厳しくなってきている。めっき浴中でＦｅとＺｎ、またはＦｅとＡｌの化合物であるドロスとよばれる不純物が生成され、これがめっき浴中に浸漬した鋼板表面に付着すると表面欠陥となって、プレス加工時にその欠陥が顕在化するという問題がある。また、めっき浴の温度（浴温）の変動は、浴中のドロス生成に影響を与えるため、浴温変動を小さくすることは品質管理上非常に重要である。
【０００４】
通常、浴温の制御は、溶融金属を貯留しためっき槽を加熱するヒータを使用して、浴温目標値と浴温実績値の偏差が小さくなるように上記ヒータの出力を調節することで行われる。定常的な操業状態においては、このような浴温制御で十分浴温変動を抑制することが可能である。しかし、搬送速度が変動するとめっき浴内で温度差が生じることが知られており、上記のような浴温制御だけでは、十分浴温変動を抑制することが出来ない恐れがある。
【０００５】
ここで、特許文献１には、めっき浴中の異なる箇所の浴温をそれぞれ測定し、得られた各測定結果に基づいて浴中の温度差を低減させることで、めっき浴のドロス発生抑制方法が開示されている。具体的には、浴中の温度差として、浴中の最高温度と最低温度の差を使用し、その温度差が５℃以内に低減することが記載されている。また、めっき浴の異なる箇所としては、めっき浴の上部および下部が望ましいと記載されている。
【０００６】
また、特許文献２には、焼鈍後の鋼板を浸漬する溶融亜鉛めっき浴における浴温制御として、浴温測定値が目標範囲内に入るように焼鈍炉冷却帯において目標板温設定値を変更する制御を行うことが開示されている。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１０７２０８号公報
【特許文献２】特開平６−１０８２１４号公報公報
【特許文献３】特開２００５−２１３５４９号公報
【特許文献４】特開２００５−２５６０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
浴温変動には、めっき浴内の位置による温度の差異、すなわちめっき浴内の温度分布と、その温度分布の時間的な変動の両方が含まれる。溶融金属めっきプロセスの品質管理を更に厳格に実施するためには、表面欠陥発生に大きく影響する部分を特定し、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しつつめっき処理を行うことが望ましい。
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。
【０００９】
また特許文献４でも、シンクロールの表面温度をめっき浴の温度よりも高くすることが開示されているだけで、制御、管理を行うべき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。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
浴温分布は、めっき浴に進入する金属帯が持ち込む熱量、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、およびヒータなどの加熱手段によってめっき浴に加えられる熱量のバランス、及びめっき浴内の溶融金属の流動によって変動する。
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。
【００１１】
これに対し、発明者らは、めっき浴内の複数点に熱電対を設置し、上記の状況が発生したときの各部の浴温変動を測定して解析した結果、進入する金属帯が持ち込む熱量の影響を一番大きく受けるのはシンクロール及び浴内の金属帯の上方に位置する領域（第１の領域）であること、またこの領域の浴温低下後にめっき処理を行った金属帯の表面欠陥発生率が高くなっていることを見出した。
【００１２】
また、めっき浴内のヒータ等による加熱は、通常、浴内の金属帯の位置よりも下側の領域に設置される。このヒータ等による加熱の出力を操作した際における上記めっき浴内に複数点設置した熱電対による浴温変化を測定して解析した結果、上記のシンクロール及び浴内の金属帯の上方に位置する第１の領域での浴温変化は小さく、この第１の領域はヒータ等による加熱出力の操作の影響が及び難いことを見出した。この理由は、上記第１の領域は、領域外からの溶融金属の流入及び領域外への溶融金属の流出が生じにくいためである。そのため、上記第１の領域の浴温を測定し、該測定値が浴温目標値と一致するようにヒータ等による加熱出力を操作する制御系を構築した場合には、上記第１の領域における浴温変動が低減されたとしても、ヒータが設置されている側（金属帯の浸漬部分１ａより下部分）に対してはヒータ出力が過大となり、めっき浴内の位置による浴温の差異がかえって拡大してしまう。
【００１３】
そこで、発明者らは、浴温を操作する２つの手段と、それらがそれぞれ影響を及ぼす各領域との関係に関する上記知見に基づき、２つの浴温制御手段の役割分担を明確にし、更にその２つの制御ループを組み合わせることによって、表面欠陥発生に大きく影響するシンクロールと浴中の金属帯に囲まれた領域の浴温を適正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方法を発明した。
【００１４】
すなわち、請求項１に記載した発明は、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。
【００１５】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、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。
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。
【００１６】
次に、請求項４に記載した発明は、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。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、めっき浴中で鋼板の表面品質に影響を与える部分を特定し、当該部分の浴温を管理、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できるので、浴温変動によってドロスが生成、成長し、表面欠陥が発生するのを防止することができ、高い表面品質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る溶融めっき設備の構成を説明する図である。
【図２】第１の領域を説明する上面図である。
【図３】比較例のタイムチャート例である。
【図４】実施例のタイムチャート例である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（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。
【００２０】
そして、鋼板１は、連続的に搬送されてきて、焼鈍炉冷却帯２の内部に設定された冷却ゾーン３を通過する際に所定の目標温度まで冷却され、続いてスナウトによって誘導されつつ浴槽１３内のめっき浴１５に対し斜め下方に移動して当該めっき浴１５内に浸漬する。浸漬した鋼板１は、続いてシンクロール１２によって進行方向が上方に転換されて、めっき浴から引き出される。
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。
【００２１】
なお、めっき浴１５に浸漬している鋼板１の浸漬部分１ａ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する。
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。
【００２２】
そして、上記浴の領域のうち、第１の領域Ａの浴部分に第１浴温検出器５を設置する。例えば、上記鋼板１の浸漬部分１ａよりも上側であって、当該上記鋼板１の浸漬部分１ａと上下で対向する位置に、上記第１浴温検出器５を配置することが好ましく、図２に示すように、上記鋼板１の浸漬部分１ａの幅方向中央と対向する位置に配置することがより好ましい。また、上記第２の領域Ｂの浴部分に第２浴温検出器１１を設置する。例えば、シンクロール１２によって進行方向が上方に転換された後の上記鋼板１の浸漬部分１ａと対向する位置に、上記第２浴温検出器１１を配置することが好ましく、図２に示すように、上記鋼板１の浸漬部分１ａの幅方向中央と対向する位置に配置することがより好ましい。
【００２３】
また、第２の領域Ｂの浴部分に熱を加える浴加熱装置７を備える。本実施形態では、浴加熱装置７としてヒータ装置を採用した例であって、ヒータ装置の熱発生部７ａを上記第２の領域Ｂの浴部分に設置する。図１の例は、上記第２浴温検出器１１よりも下側に上記熱発生部７ａを配置した例である。
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。
【００２４】
浴温制御部６は、上記浴加熱装置７（ヒータ装置）の出力（熱発生量）を制御することで、第２の領域Ｂの浴温が第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、浴温制御部６には、制御用計算機４からの第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊が入力されると共に、第２浴温検出器１１が測定した浴温が入力される。そして、浴温制御部６は、上記第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊と第２浴温検出器１１が測定した浴温との偏差に基づき、その偏差を小さくする加熱出力指令値を演算し、その演算した加熱出力指令値を上記浴加熱装置７に出力する。
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。
【００２５】
また板温目標値設定部１０は、浴進入前の鋼板１についての板温目標値Ｔｔ＊を設定する。具体的には、板温目標値設定部１０には、制御用計算機４から第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊が入力される。また、板温目標値設定部１０には、第１浴温検出器５が測定した第１の領域Ａの浴温が入力される。そして、板温目標値設定部１０は、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第１浴温検出器５が測定した第１の領域Ａの浴温との温度偏差を求め、その温度偏差を小さくするための板温目標値Ｔｔ＊を演算する。そして、演算した板温目標値Ｔｔ＊を板温制御部９に出力する。
【００２６】
例えば、第１浴温検出器５による測定値Ｔ１を用いてフィードバック制御を行うことにより、下記式によって板温目標値Ｔ＊を演算する。
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。
【００２７】
また、上記の式に対し、ＰＩＤ制御としての微分項や積分項を追加してもよい。このフィードバック制御では、板厚、板幅、鋼板の搬送速度が変化したことにより第１浴温検出器５による測定値Ｔ１が変化するのを検出することにより制御が行われる。
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。
【００２８】
また、板温制御部９には、制御用計算機４から鋼板１の板幅、板厚、搬送速度の情報つまり、単位時間当たりの抜熱に係る板情報が入力されると共に、上記板温目標値設定部１０が出力した板温目標値Ｔｔ＊が入力される。また板温制御部９には、冷却ゾーン３の出側に設置された板温検出器８が測定した板温測定値が入力される。そして、板温制御部９は、板温目標値Ｔｔ＊と板温測定値との温度偏差を求め、その温度偏差と上記抜熱に係る板情報とから、温度偏差を小さくするための冷却ゾーン３における温度降下量（抜熱変化量）を求め、その温度降下量分だけ温度が変化するように冷却ゾーン３の冷却を調整する。冷却の装置が送風ファンで構成される場合には、上述のように、送風ファンの送風量を調整することで、温度降下量を調整する。
【００２９】
ここで、上記説明では、第１浴温検出器５による測定値Ｔ１を用いてフィードバック制御を行うことにより板温目標値Ｔ＊を演算する場合で説明した。フィードフォワード制御によって板温目標値Ｔ＊を調整（補正）するようにしても良い。
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。
【００３０】
そのフィードフォワード制御は、下記式で表現するようなモデルによって行うことができる。
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。
【００３１】
また、単位時間に鋼板がめっき俗に持ち込む熱量Ｑｉは、下記式で表される。
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
【００３２】
ただし、板温制御部９で制御しているのは板温検出部８で測定している板温であり、めっき浴に進入したときの板温はそれよりも低下したものとなる。その低下量は、板温検出部８からめっき浴までの雰囲気温度や板速度によって変化する。
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。
【００３３】
ここで、ｈ、Ｗ、Ｖは制御用計算機４から板温目標値設定部１０に時々刻々送られており、板温目標値設定部１０は、制御開始時にそれらの値をホールドしてｈ０、Ｗ０、Ｖ０とし、それらを用いて変化量であるΔｈ、ΔＷ、ΔＶを時々刻々求める。これと上記の式（２）で求められるΔＴから回帰計算により、パラメータＡ１、Ａ２、Ａ３を求める。
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。
【００３４】
（作用その他）
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。
【００３５】
これによって、第２の領域Ｂを中心にした浴全体の温度制御を浴加熱装置７によって実施しつつ、上記浴加熱装置７による浴温制御では遅れが生じる、シンクロール１２の上方及び浸漬している鋼板１ａの上方に位置する第１の領域Ａの浴温度を、浴に進入する鋼板１の温度（浴に持ち込む熱量Ｑｉ）で調整する。このように、２つの浴温制御の領域を適切に分けて実施することで、めっき浴１５における２つの領域Ａ、Ｂの浴温制御の干渉を小さく抑えつつ、第１の領域Ａを第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊に、また第２の領域Ｂを中心とした浴全体を第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊に調整することが出来る。
【００３６】
以上の制御によって、浴温制御精度が向上できるので表面欠陥発生を抑制することができ、結果として、めっき鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
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。
【００３７】
すなわち、第１の領域Ａの溶融金属の温度と第２の領域Ｂの溶融金属の温度の差を、予め定められた浴目標温度からの所定上下限範囲内に抑制しつつめっき付着処理を行うことが可能となる。これによって、めっき浴１５に進入する鋼板１が持ち込む熱量が変動することによって影響を受けやすい第１の領域Ａの浴温と、その影響を比較的受けにくい第２の領域Ｂの浴温との差をある一定の値以下に抑えることが出来る。この結果、ドロスの析出、成長を防止することができるので表面欠陥発生を抑制することができ、めっき鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
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。
【００３８】
ここで、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊とは必ずしも一致している必要はなく、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊と第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊との差が予め設定した所定範囲に収まっていれば良い。例えば、第１浴温目標値Ｔ１ｂ＊を第２浴温目標値Ｔ２ｂ＊よりも若干高めに設定しておいても良い。
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。
【実施例１】
【００３９】
溶融亜鉛めっき設備において上記本実施形態の浴温制御方法を実施した一例を示す。
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。
【００４０】
また比較例では、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をフィードバック制御だけを行った。
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。
【００４１】
比較例では、図３に示すように、速度低下時に約６℃の浴温低下が見られ、これがドロス生成、成長を促進するため表面欠陥が発生しやすくなる。一方、実施例では、図４に示すように、速度低下時に浴温低下は約２℃と、比較例に比べて約１／３に浴温変動が抑制されており、この程度の浴温低下であればドロスの生成、成長には影響しない。そのため、鋼板１の表面品質を高く維持することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 鋼板
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項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。
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１５８８１８（Ｐ２０１２−１５８８１８Ａ）
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０６００（Ｐ２０１１−２０６００）
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２３日（２０１２．８．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２日（２０１１．２．２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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