鋼帯の通電加熱方法
【課題】溶接点で鋼帯の断面積が変化する場合であっても溶融金属浴に浸入する最終到達板温を板破断とメッキ剥離が発生しない一定範囲に収めることができるうえ、溶接点の前後で通電カットを行う場合であっても鋼帯の最終到達板温を確保することができる鋼帯の通電加熱方法の提供。
【解決手段】鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記Ａ式を満足するように加熱電流の切替を行う鋼帯の通電加熱方法。 Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・Ａ
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長，Ｊａ：先行材の設定電流密度，Ｊｂ：後行材の設定電流密度，ａ：先行材の断面積，ｂ：後行材の断面積，Ｊａ’＝Ｊｂ×ｂ／ａ，Ｊｂ’＝Ｊａ×ａ／ｂ，ｔ：定数
【解決手段】鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記Ａ式を満足するように加熱電流の切替を行う鋼帯の通電加熱方法。 Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・Ａ
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長，Ｊａ：先行材の設定電流密度，Ｊｂ：後行材の設定電流密度，ａ：先行材の断面積，ｂ：後行材の断面積，Ｊａ’＝Ｊｂ×ｂ／ａ，Ｊｂ’＝Ｊａ×ａ／ｂ，ｔ：定数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、上記ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法に関する。
具体的には、大量生産される鋼帯を連続的に高速送給しつつ、通電ロールを用いて電流を流して加熱する方法であって、例えば鋼帯を焼入れ、焼なまし、メッキ用予熱などの各種熱処理のために加熱する際に用いられる鋼帯の通電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯を焼入れ、焼なまし、メッキ用予熱などの各種熱処理のために加熱する際に用いられる鋼帯の通電加熱方法に関しては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、実公平６−３０８４４号公報には、連続式溶融亜鉛メッキ設備において、鋼帯が走行する空間を形成したリングトランスの入側に設けた通電ロールと溶融亜鉛浴とを導電部材で接続することにより２次閉回路を構成し、リングトランスによって２次閉回路に誘起する電圧で鋼帯に電流を流し加熱する設備において、鋼帯の抵抗と通電部材の抵抗を特定範囲にするとともに、コンパクトで安価な雰囲気加熱装置を採用した連続式溶融亜鉛メッキ設備が提案されている。
【０００３】
この連続式溶融亜鉛メッキ設備において、先行材と後行材とを繋ぐ溶接点で鋼帯の断面積が変化する場合、通電ロールと溶融亜鉛浴間の加熱範囲内は同一電流が流れるため、断面積大側は温度低下、断面積小側は温度上昇するので溶融亜鉛浴に浸入する最終到達板温が大幅に変動し、板破断等のトラブルを発生させるという問題があった。
この最終到達板温の変動を必要最小限に抑えるためには溶接点での繋ぎ目が加熱範囲内にある間に電流を切替える必要があるが、この適切な切替えタイミングを決定することが課題となっていた。
例えば、「先行材の断面積＞後行材の断面積」の場合には、後行材が切替点に到達するまでは断面積の大きい先行材加熱に必要な大きな電流を流すこととなるが、この電流は断面積の小さい後行材にとっては過大な電流となり、切替えタイミングが遅れると断面積の小さい後行材が過加熱となり板破断を引き起こす危険性があった。
また、逆に切替タイミングが早過ぎると、断面積の大きい先行材が十分に加熱されなくなり、先行材の板温が所定の温度以下となる部分でメッキ剥離が発生し、後工程のロールに疵を発生させる等の被害を与える場合があった。
なお、「先行材の断面積＜後行材の断面積」の場合には現象は逆になるが、同様の問題が発生していた。
【０００４】
また、通電ロールを用いた従来の通電加熱方法においては、鋼帯を接続する溶接点での繋ぎ目が通電ロールを通過する際にスパークによる鋼帯およびロールへの疵発生防止のため加熱電流をカットする場合があり、加熱電流をカットするとその間は通電ロールと溶融亜鉛浴との間にある鋼帯には電流が流れないため、溶融亜鉛浴に浸入する最終到達板温が低下するという問題があった。
【特許文献１】実公平６−３０８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、溶接点を有する鋼帯を通電ロール電極と浴電極を用いて通電し加熱する鋼 帯の通電加熱方法における前述のような従来技術の問題点を解決し、溶接点で鋼帯の断 面積が変化する場合であっても溶融金属浴に浸入する最終到達板温を板破断とメッキ剥 離が発生しない一定範囲に収めることができるうえ、溶接点の前後で通電カットを行う 場合であっても鋼帯の最終到達板温を確保することができる鋼帯の通電加熱方法を提供 することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記（Ａ）式を満足するように加熱電流の切替を行うことを特徴とする鋼帯の通電加熱方法。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
（２）前記鋼帯の溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、前記鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする（１）に記載の鋼帯の通電加熱方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、溶接点で鋼帯の断面積が変化する場合であっても溶融金属浴に浸入する最終到達板温を一定範囲に収めることができるので、断面積の異なる鋼帯溶接点繋ぎ目部分で板破断、メッキ剥離等の発生がなく、通電加熱することができ安定した生産が可能となる。
また、溶接点の前後で通電カットを行う場合であっても通電カットにより最終到達板温が低下する量だけ、通電カット前後の電流を多めに供給することにより、通電ロール付近で加熱電流をカットしても、鋼帯の最終到達板温を確保することによりメッキ品位を確保することができ、鋼帯の歩留り向上を図ることができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した通電加熱方法の実施形態を図１を参照して説明する。なお、この実施形態は、鋼帯を溶融メッキするために予熱する装置である。
図１は、本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図である。
リングトランス２０によって鋼帯Ｗに誘起される電圧は通電ロール３および金属浴３０を介して導電部材１４を帰線として流れ、鋼帯Ｗが加熱される。通電ロール３の中心から浴３２への浸漬点までの鋼帯Ｗの長さが加熱長Ｌ１となる。
金属浴３０は、浴漕３１に溶融金属３２を満たして構成され、導電部材１４の端部が溶融金属３２内に浸されている。通電加熱されて送られる鋼帯Ｗは、方向転換ロールＲ５によって方向を変えられ、溶融金属３２内に浸され、方向転換ロールＲ６によって方向を転換されて排出される。また、導電部材１４は、通電ロール３の直後で上側部分１４ａ、下側部分１４ｂに分かれ、方向転換ロールＲ５の直前で１つにまとめられ、方向転換ロールＲ５の直後で再び上側部分１４ｃ、下側部分１４ｄに分かれて、上側部分１４ｃ、下側部分１４ｄがそれぞれ溶融金属３２内に浸される。溶融金属としては、例えば溶融亜鉛、溶融亜鉛系合金が採用できる。
【０００９】
図２は、図１における通電ロール周りの詳細図である。
図２において、１は先行材、２は後行材、３は通電ロール（ＣＤＲ）、Ｌ１は通電ロールから金属浴浸入位置までの加熱長、Ｌ２は通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離を示す。
図２に示すように、本発明が加熱対象とする鋼帯は、先行材１と後行材２が溶接点で接合されており、通電ロール（ＣＤＲ）３の中心から金属浴浸入位置までの加熱長Ｌ１の距離まで電流が供給されて、常温から例えば４５０℃程度の最終到達温度まで加熱される。
ここで、先行材１と後行材２とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、先行材１と後行材２の最終到達板温が「板破断する温度以下で 且つ、メッキ剥離が発生させない温度以上」となるような最適な切替点を求めて、切替制御を行う。
この際に、通電加熱範囲内のどの点に到達したときに次材の加熱設定（＝通電量設定）に変更するかは、板の過加熱防止、および、温度低下による不メッキ防止の観点から非常に重要なファクターとなる。
【００１０】
そこで、本発明の鋼帯の通電加熱方法は、連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロール３に接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロール３と金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材１と後行材２とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２を下記に示す方法で算出して加熱電流の切替を行うことを特徴とする。
【００１１】
＜切替え距離設定方法の考え方＞
鋼帯を加熱するための熱量は電流の２乗に比例することから、切替え距離Ｌ２の設定 方法として、先行材１と後行材２の必要2次電流の2乗の比で電流切替点を求める方法 が考えられる。
しかし、この方法では先行材１と後行材２の相手材の設定になった場合の自材の電流 密度を考慮できないため、断面積差が大きい場合の過加熱や加熱不足の防止が困難とな ることがわかった。
そこで本発明においては、基本的に先行材１と後行材２の目標温度は変わらない（＝ 同一速度での必要電流密度は変わらない）という前提のもと、相手材の電流設定になっ た場合の自材の電流密度を計算し、その比率で加熱長Ｌ１を案分することにより切替え 距離Ｌ２を決めることとした。
【００１２】
すなわち、先行材の断面積：ａ(mm2)、後行材の断面積：b(mm2)、先行材の設定電流 密度：Ｊa（＝後行材の設定：Ｊb）(A/mm2)とすると、先行材１の電流設定で制御し ているときに加熱部に後行材２が入ってきた場合の後行材２の電流密度Jb'は下式で表 される。
Jb'＝Ｊa×a／b （Ａ/mm2）
また、後行材２の電流設定に切り替わったときの加熱部内の先行材１の電流密度Ｊa' は下式で表される。
Ｊa'＝Ｊb×b／a (A/mm2)
また、断面積差が大になるほど、Ja'とJb'の比が大きくなることから、この比率で加熱長Ｌ１を案分する下記（Ａ）式により切替え距離Ｌ２を決定する。
この（Ａ）式を用いることによって、先行材１と後行材２の相手材の設定になった場合の自材の電流密度を考慮して切替距離Ｌ２を求めることができるので、断面積差が大きい場合であっても過加熱や加熱不足を防止することができる。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
なお、定数ｔは、最終到達板温の範囲を調整するための補正係数であって、目標とする最終到達板温の上下限に合わせて適宜設定すればよい。
【００１３】
また、加熱された鋼帯は、メッキ浴に浸漬されてメッキが施されるが、鋼帯温度が目標とする最終到達温度から外れると不メッキや不均一なメッキが発生してしまう。
一方、溶接点が通電ロール（ＣＤＲ）３を通過する際には、溶接点の凹凸によってスパークが発生して通電ロール３や鋼帯に疵が発生する場合があるためスパーク防止のため通電を停止する電流カットを行うが、この際の板温低下が問題となっていた。
そこで本発明の通電加熱方法の好ましい実施形態は、溶接点を有する鋼帯を通電ロール（ＣＤＲ）３と金属浴３０を電極として用いて通電し加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記溶接点が通電ロール３を通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする。
本発明者等は、先行材１および後行材２を接合する溶接点が通電ロール（ＣＤＲ）３を通過する際に電流を停止する電流カットによる不足電流の補償量および補償距離について鋭意検討を行った結果、溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止させる通電カットにより最終到達板温が低下する量だけ、通電カット前後の電流を多めに供給することにより鋼帯の最終到達板温を確保することができ、メッキ品位を確保することができることを見出した。
【実施例】
【００１４】
本発明の通電加熱方法を用いて図１に示す溶接点を有する鋼帯を図１に示す金属浴として溶融亜鉛浴を採用し、下記の条件で加熱した実施例を図３および図４に示す。
図３は、本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が厚物から薄物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
図４は、本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が薄物から厚物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
＜実施条件＞
・加熱長Ｌ１：１８ｍ
・最終到達温度：４５０℃
【００１５】
図３は、板厚0.5mm、板巾1000mmの先行材１を電流9.8KAで通電加熱を行い、連続して板厚0.4mm、板巾1000mmの後行材２との溶接部を通電加熱範囲内に通し、通電加熱を行ったときのポット浸入温度の変化を示したものである。
この時、先行材１と後行材２の加熱電流切替点を下記の（Ａ）の式に加熱長18m、ｔ=0.1を代入して切替距離を求めると4.5mとなった。この点で加熱電流の設定切替えを行った結果、厚物側の先行材の最低到達板温は300℃、薄物側の後行材の最高到達板温は600℃で板破断、メッキ剥離等の発生はなく、溶接部繋ぎ目部分での通電切替えができた。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
【００１６】
また、図４は、図３と逆に、板厚0.4mm、板巾1000mmの先行材１を電流7.84KAで通電加熱を行い、連続して板厚0.5mm、板巾1000mmの後行材２との溶接部を通電加熱範囲内に通し、通電加熱を行ったときのポット浸入温度の変化を示したものであり、前述の（Ａ）式で求めた切替距離Ｌ２で設定切替えを行った結果、板破断、メッキ剥離等の発生はなく、溶接部繋ぎ目部分での通電切替えができた。
なお、図３および図４の双方において、溶接部の前後50ｃｍの範囲で通電カットを行い、溶接部の前後６ｍにおける加熱電流を通常の電流より多い目に流すことにより通電カットによる不足する電流を補償して温度低下を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図である。
【図２】本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図であって、図１における通電ロール周りの詳細図である。
【図３】本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が厚保物から薄物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
【図４】本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が薄物から厚物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 先行材
２ 後行材
３ 通電ロール
１４ 導電部材
２０ リングトランス
３０ 金属浴
３１ 浴漕
３２ 溶融金属
Ｒ５、Ｒ６ 方向転換ロール
Ｗ 鋼帯
Ｌ１ 加熱長
Ｌ２ 通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、上記ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法に関する。
具体的には、大量生産される鋼帯を連続的に高速送給しつつ、通電ロールを用いて電流を流して加熱する方法であって、例えば鋼帯を焼入れ、焼なまし、メッキ用予熱などの各種熱処理のために加熱する際に用いられる鋼帯の通電加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼帯を焼入れ、焼なまし、メッキ用予熱などの各種熱処理のために加熱する際に用いられる鋼帯の通電加熱方法に関しては、従来から種々の提案がなされている。
例えば、実公平６−３０８４４号公報には、連続式溶融亜鉛メッキ設備において、鋼帯が走行する空間を形成したリングトランスの入側に設けた通電ロールと溶融亜鉛浴とを導電部材で接続することにより２次閉回路を構成し、リングトランスによって２次閉回路に誘起する電圧で鋼帯に電流を流し加熱する設備において、鋼帯の抵抗と通電部材の抵抗を特定範囲にするとともに、コンパクトで安価な雰囲気加熱装置を採用した連続式溶融亜鉛メッキ設備が提案されている。
【０００３】
この連続式溶融亜鉛メッキ設備において、先行材と後行材とを繋ぐ溶接点で鋼帯の断面積が変化する場合、通電ロールと溶融亜鉛浴間の加熱範囲内は同一電流が流れるため、断面積大側は温度低下、断面積小側は温度上昇するので溶融亜鉛浴に浸入する最終到達板温が大幅に変動し、板破断等のトラブルを発生させるという問題があった。
この最終到達板温の変動を必要最小限に抑えるためには溶接点での繋ぎ目が加熱範囲内にある間に電流を切替える必要があるが、この適切な切替えタイミングを決定することが課題となっていた。
例えば、「先行材の断面積＞後行材の断面積」の場合には、後行材が切替点に到達するまでは断面積の大きい先行材加熱に必要な大きな電流を流すこととなるが、この電流は断面積の小さい後行材にとっては過大な電流となり、切替えタイミングが遅れると断面積の小さい後行材が過加熱となり板破断を引き起こす危険性があった。
また、逆に切替タイミングが早過ぎると、断面積の大きい先行材が十分に加熱されなくなり、先行材の板温が所定の温度以下となる部分でメッキ剥離が発生し、後工程のロールに疵を発生させる等の被害を与える場合があった。
なお、「先行材の断面積＜後行材の断面積」の場合には現象は逆になるが、同様の問題が発生していた。
【０００４】
また、通電ロールを用いた従来の通電加熱方法においては、鋼帯を接続する溶接点での繋ぎ目が通電ロールを通過する際にスパークによる鋼帯およびロールへの疵発生防止のため加熱電流をカットする場合があり、加熱電流をカットするとその間は通電ロールと溶融亜鉛浴との間にある鋼帯には電流が流れないため、溶融亜鉛浴に浸入する最終到達板温が低下するという問題があった。
【特許文献１】実公平６−３０８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、溶接点を有する鋼帯を通電ロール電極と浴電極を用いて通電し加熱する鋼 帯の通電加熱方法における前述のような従来技術の問題点を解決し、溶接点で鋼帯の断 面積が変化する場合であっても溶融金属浴に浸入する最終到達板温を板破断とメッキ剥 離が発生しない一定範囲に収めることができるうえ、溶接点の前後で通電カットを行う 場合であっても鋼帯の最終到達板温を確保することができる鋼帯の通電加熱方法を提供 することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討の結果なされたものであり、その要旨とするところは特許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記（Ａ）式を満足するように加熱電流の切替を行うことを特徴とする鋼帯の通電加熱方法。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
（２）前記鋼帯の溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、前記鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする（１）に記載の鋼帯の通電加熱方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、溶接点で鋼帯の断面積が変化する場合であっても溶融金属浴に浸入する最終到達板温を一定範囲に収めることができるので、断面積の異なる鋼帯溶接点繋ぎ目部分で板破断、メッキ剥離等の発生がなく、通電加熱することができ安定した生産が可能となる。
また、溶接点の前後で通電カットを行う場合であっても通電カットにより最終到達板温が低下する量だけ、通電カット前後の電流を多めに供給することにより、通電ロール付近で加熱電流をカットしても、鋼帯の最終到達板温を確保することによりメッキ品位を確保することができ、鋼帯の歩留り向上を図ることができるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を適用した通電加熱方法の実施形態を図１を参照して説明する。なお、この実施形態は、鋼帯を溶融メッキするために予熱する装置である。
図１は、本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図である。
リングトランス２０によって鋼帯Ｗに誘起される電圧は通電ロール３および金属浴３０を介して導電部材１４を帰線として流れ、鋼帯Ｗが加熱される。通電ロール３の中心から浴３２への浸漬点までの鋼帯Ｗの長さが加熱長Ｌ１となる。
金属浴３０は、浴漕３１に溶融金属３２を満たして構成され、導電部材１４の端部が溶融金属３２内に浸されている。通電加熱されて送られる鋼帯Ｗは、方向転換ロールＲ５によって方向を変えられ、溶融金属３２内に浸され、方向転換ロールＲ６によって方向を転換されて排出される。また、導電部材１４は、通電ロール３の直後で上側部分１４ａ、下側部分１４ｂに分かれ、方向転換ロールＲ５の直前で１つにまとめられ、方向転換ロールＲ５の直後で再び上側部分１４ｃ、下側部分１４ｄに分かれて、上側部分１４ｃ、下側部分１４ｄがそれぞれ溶融金属３２内に浸される。溶融金属としては、例えば溶融亜鉛、溶融亜鉛系合金が採用できる。
【０００９】
図２は、図１における通電ロール周りの詳細図である。
図２において、１は先行材、２は後行材、３は通電ロール（ＣＤＲ）、Ｌ１は通電ロールから金属浴浸入位置までの加熱長、Ｌ２は通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離を示す。
図２に示すように、本発明が加熱対象とする鋼帯は、先行材１と後行材２が溶接点で接合されており、通電ロール（ＣＤＲ）３の中心から金属浴浸入位置までの加熱長Ｌ１の距離まで電流が供給されて、常温から例えば４５０℃程度の最終到達温度まで加熱される。
ここで、先行材１と後行材２とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、先行材１と後行材２の最終到達板温が「板破断する温度以下で 且つ、メッキ剥離が発生させない温度以上」となるような最適な切替点を求めて、切替制御を行う。
この際に、通電加熱範囲内のどの点に到達したときに次材の加熱設定（＝通電量設定）に変更するかは、板の過加熱防止、および、温度低下による不メッキ防止の観点から非常に重要なファクターとなる。
【００１０】
そこで、本発明の鋼帯の通電加熱方法は、連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロール３に接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロール３と金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材１と後行材２とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２を下記に示す方法で算出して加熱電流の切替を行うことを特徴とする。
【００１１】
＜切替え距離設定方法の考え方＞
鋼帯を加熱するための熱量は電流の２乗に比例することから、切替え距離Ｌ２の設定 方法として、先行材１と後行材２の必要2次電流の2乗の比で電流切替点を求める方法 が考えられる。
しかし、この方法では先行材１と後行材２の相手材の設定になった場合の自材の電流 密度を考慮できないため、断面積差が大きい場合の過加熱や加熱不足の防止が困難とな ることがわかった。
そこで本発明においては、基本的に先行材１と後行材２の目標温度は変わらない（＝ 同一速度での必要電流密度は変わらない）という前提のもと、相手材の電流設定になっ た場合の自材の電流密度を計算し、その比率で加熱長Ｌ１を案分することにより切替え 距離Ｌ２を決めることとした。
【００１２】
すなわち、先行材の断面積：ａ(mm2)、後行材の断面積：b(mm2)、先行材の設定電流 密度：Ｊa（＝後行材の設定：Ｊb）(A/mm2)とすると、先行材１の電流設定で制御し ているときに加熱部に後行材２が入ってきた場合の後行材２の電流密度Jb'は下式で表 される。
Jb'＝Ｊa×a／b （Ａ/mm2）
また、後行材２の電流設定に切り替わったときの加熱部内の先行材１の電流密度Ｊa' は下式で表される。
Ｊa'＝Ｊb×b／a (A/mm2)
また、断面積差が大になるほど、Ja'とJb'の比が大きくなることから、この比率で加熱長Ｌ１を案分する下記（Ａ）式により切替え距離Ｌ２を決定する。
この（Ａ）式を用いることによって、先行材１と後行材２の相手材の設定になった場合の自材の電流密度を考慮して切替距離Ｌ２を求めることができるので、断面積差が大きい場合であっても過加熱や加熱不足を防止することができる。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
なお、定数ｔは、最終到達板温の範囲を調整するための補正係数であって、目標とする最終到達板温の上下限に合わせて適宜設定すればよい。
【００１３】
また、加熱された鋼帯は、メッキ浴に浸漬されてメッキが施されるが、鋼帯温度が目標とする最終到達温度から外れると不メッキや不均一なメッキが発生してしまう。
一方、溶接点が通電ロール（ＣＤＲ）３を通過する際には、溶接点の凹凸によってスパークが発生して通電ロール３や鋼帯に疵が発生する場合があるためスパーク防止のため通電を停止する電流カットを行うが、この際の板温低下が問題となっていた。
そこで本発明の通電加熱方法の好ましい実施形態は、溶接点を有する鋼帯を通電ロール（ＣＤＲ）３と金属浴３０を電極として用いて通電し加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記溶接点が通電ロール３を通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする。
本発明者等は、先行材１および後行材２を接合する溶接点が通電ロール（ＣＤＲ）３を通過する際に電流を停止する電流カットによる不足電流の補償量および補償距離について鋭意検討を行った結果、溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止させる通電カットにより最終到達板温が低下する量だけ、通電カット前後の電流を多めに供給することにより鋼帯の最終到達板温を確保することができ、メッキ品位を確保することができることを見出した。
【実施例】
【００１４】
本発明の通電加熱方法を用いて図１に示す溶接点を有する鋼帯を図１に示す金属浴として溶融亜鉛浴を採用し、下記の条件で加熱した実施例を図３および図４に示す。
図３は、本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が厚物から薄物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
図４は、本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が薄物から厚物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
＜実施条件＞
・加熱長Ｌ１：１８ｍ
・最終到達温度：４５０℃
【００１５】
図３は、板厚0.5mm、板巾1000mmの先行材１を電流9.8KAで通電加熱を行い、連続して板厚0.4mm、板巾1000mmの後行材２との溶接部を通電加熱範囲内に通し、通電加熱を行ったときのポット浸入温度の変化を示したものである。
この時、先行材１と後行材２の加熱電流切替点を下記の（Ａ）の式に加熱長18m、ｔ=0.1を代入して切替距離を求めると4.5mとなった。この点で加熱電流の設定切替えを行った結果、厚物側の先行材の最低到達板温は300℃、薄物側の後行材の最高到達板温は600℃で板破断、メッキ剥離等の発生はなく、溶接部繋ぎ目部分での通電切替えができた。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Jb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
【００１６】
また、図４は、図３と逆に、板厚0.4mm、板巾1000mmの先行材１を電流7.84KAで通電加熱を行い、連続して板厚0.5mm、板巾1000mmの後行材２との溶接部を通電加熱範囲内に通し、通電加熱を行ったときのポット浸入温度の変化を示したものであり、前述の（Ａ）式で求めた切替距離Ｌ２で設定切替えを行った結果、板破断、メッキ剥離等の発生はなく、溶接部繋ぎ目部分での通電切替えができた。
なお、図３および図４の双方において、溶接部の前後50ｃｍの範囲で通電カットを行い、溶接部の前後６ｍにおける加熱電流を通常の電流より多い目に流すことにより通電カットによる不足する電流を補償して温度低下を防止することができた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図である。
【図２】本発明における鋼帯の通電加熱方法の実施形態を例示する図であって、図１における通電ロール周りの詳細図である。
【図３】本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が厚保物から薄物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
【図４】本発明の鋼帯の通電加熱方法を用いて鋼帯の断面が薄物から厚物に変更される場合の金属浴ポットへの浸入温度を示す図である。
【符号の説明】
【００１８】
１ 先行材
２ 後行材
３ 通電ロール
１４ 導電部材
２０ リングトランス
３０ 金属浴
３１ 浴漕
３２ 溶融金属
Ｒ５、Ｒ６ 方向転換ロール
Ｗ 鋼帯
Ｌ１ 加熱長
Ｌ２ 通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記（Ａ）式を満足するように加熱電流の切替を行うことを特徴とする鋼帯の通電加熱方法。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Ｊb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
【請求項２】
前記鋼帯の溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、前記鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の通電加熱方法。
【請求項１】
連続送給される鋼帯を、該鋼帯の入側に配置された通電ロールに接触させるとともに、該鋼帯の出側に配置された金属浴に接触させ、前記通電ロールと金属浴を電極とし電極間の鋼帯に通電して加熱する鋼帯の通電加熱方法であって、前記鋼帯の断面積が異なる先行材と後行材とを繋ぐ溶接点が通電加熱範囲内を通過する際に、前記溶接点が通電ロールを通過してから加熱電流設定値切替点までの切替距離Ｌ２が下記（Ａ）式を満足するように加熱電流の切替を行うことを特徴とする鋼帯の通電加熱方法。
Ｌ２＝Ｌ１× (1-t)×(Ja')2/（(1-t)×（Ja'）2＋(1+t)×(Jb')2）・・・（Ａ）
ここに、Ｌ２：通電ロールから加熱電流設定値切替点までの切替距離
Ｌ１：通電加熱範囲における加熱長
Jａ：先行材の設定電流密度
Ｊb：後行材の設定電流密度
ａ:先行材の断面積
ｂ:後行材の断面積
Ｊa'＝Ｊb×b／a
Ｊb'＝Ｊa×a／b
ｔ：定数
【請求項２】
前記鋼帯の溶接点が通電ロールを通過する際に電流を停止する通電カットにより前記鋼帯の最終到達板温に見合う電流に対して不足する電流を、前記通電カットの前後に通常の設定電流に加えて供給することにより、前記鋼帯の最終到達板温を確保することを特徴とする請求項１に記載の鋼帯の通電加熱方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３４２４０４（Ｐ２００６−３４２４０４Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１７０２２２（Ｐ２００５−１７０２２２）
【出願日】平成１７年６月１０日（２００５．６．１０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月１０日（２００５．６．１０）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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