JP2004027315A - 溶融金属めっき鋼板の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】鋼板の全長に渡って反り形状を抑制し、めっき付着量が均一な表面性状の優れた溶融金属めっき鋼板を製造する方法及びそのような溶融金属めっき鋼板の製造設備を提供する。
【解決手段】溶融金属めっき鋼板の製造方法において、気体絞り装置４の近傍に鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させる電磁石５を設け、電磁石５の電流値を調整することにより鋼板Ｓの反り形状を非接触で矯正するに際し、電磁石５の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定する。先行材から後行材への鋼板材料変更点では、変更点が電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更する。気体絞り装置の下流側に、鋼板の形状測定装置１１あるいは鋼板に付着しためっき付着量の測定装置１２を設け、これらの測定装置により計測された情報に基づき電磁石５の電流値を修正してもよい。
【選択図】 図２
【解決手段】溶融金属めっき鋼板の製造方法において、気体絞り装置４の近傍に鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させる電磁石５を設け、電磁石５の電流値を調整することにより鋼板Ｓの反り形状を非接触で矯正するに際し、電磁石５の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定する。先行材から後行材への鋼板材料変更点では、変更点が電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更する。気体絞り装置の下流側に、鋼板の形状測定装置１１あるいは鋼板に付着しためっき付着量の測定装置１２を設け、これらの測定装置により計測された情報に基づき電磁石５の電流値を修正してもよい。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属めっき鋼板の製造方法および製造装置に関するものであり、特に、電磁石を用いた非接触による鋼板の反り形状矯正技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融亜鉛めっきをはじめとする溶融金属のめっき方法は、古くから実用化されている。特に溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車，家電，建材用の防錆鋼板としてその需要が増加しており、めっき付着量の均一化や表面欠陥の抑制等、さらに高品質な製品が求められている。
【０００３】
現在、連続した鋼板に溶融金属をめっきする方法、例えば溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法としては、図９にその一例を示すような装置を用いた気体絞り（ガスワイピング）法が一般的である。この方法は、溶融金属のめっき浴２中に連続的に侵入させた鋼板Ｓをめっき浴から鉛直方向に引き上げ、鋼板の両面に対向して設けられた気体絞り装置４から噴射される高圧ガスにより鋼板に付着した余分な溶融金属を払拭して、所望の鋼板めっき付着量に調整するものである。
【０００４】
本図に示すような装置では、めっき浴から引き上げられた鋼板が振動したり、鋼板幅方向に反りが発生する場合がある。あるいは、鋼板に形状不良（平坦度不良）が発生している場合もある。このような場合、気体絞り装置と鋼板との間隔が変化することとなり、鋼板の長手方向または幅方向のめっき付着量が不均一となる。そのため、めっき浴中に一対の支持ロールを設け、さらには気体絞り装置の上方にも同様の一対の支持ロールを設けて鋼板を拘束することにより、鋼板の振動を防止し、反りや平坦度の形状矯正を行うことが一般的に行なわれている。しかし、このような支持ロールによる方法では、振動防止効果や形状矯正効果が十分ではない場合があった。
【０００５】
そこで、この対策として、電磁石を用い、磁力によって鋼板の振動を抑制する方法が提案されている。例えば、特開２００１−３８４１２号公報では、走行する鋼板の制振を行うため、鋼板に磁力を作用させる電磁石対と距離センサーとを備え、測定された距離に基づいて電磁石対の駆動電流を制御するとともに、板厚，速度，継目位置，板幅，張力等の鋼板情報に基づいて前記電流制御における制御ゲインを決定する制振装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の電磁石を用いた制振装置や制振方法では、以下のような問題点がある。
【０００７】
まず、電磁石を用いた方法では、鋼板と電磁石の接触や吸着を防止するため、鋼板位置（電磁石との距離）を測定するための位置センサーを必要とする。したがって、コストがかかるだけでなく、装置が大型となり、寸法的な制約と大型の装置は気体絞り装置のガス流れを乱すという制約から、気体絞り装置の直近に電磁石を設置することが困難である。
【０００８】
また、従来の電磁石を用いた方法は、位置センサーからの鋼板位置情報を元にしたフィードバック制御によるものであった。つまり、鋼板に振動や反りが発生した後にそれを位置センサーにより認識し、電磁石の電流値を変更していた。しかし、材料変更時（先行材と後行材の継目）等では、反り形状の状態が急激に変化する場合がある。ところが、フィードバック制御では、材料変更点直後等での反り状態の変化に対応することができず、後行材先端部等で急激に変化した反りは矯正することができない。
【０００９】
さらに、上記のように部分的にでも反りの矯正を行うことができない場合がある以上、気体絞り装置と鋼板との間隔は、反りが発生しても接触の危険が少ない離れた距離に設定せざるを得なかった。しかし、気体絞り装置と鋼板との距離が離れていると、それだけ高ガス圧および高ガス流量で気体絞りを行わなければならず、所望のめっき付着量に調整することが難しくなる。また、気体絞り装置近傍のガス流が原因となって生じる、溶融亜鉛のスプラッシュが鋼板に付着する欠陥（スプラッシュ欠陥）も発生しやすくなる。
【００１０】
以上のように、従来の電磁石を用いた方法では、コストがかかるだけでなく、反り形状の矯正効果も十分ではなく、また高品質のめっき鋼板を製造する上では問題がある方法であった。
【００１１】
本発明の目的は、鋼板の全長に渡って反り形状を十分に抑制し、めっき付着量が均一な表面性状の優れた溶融金属めっき鋼板を製造する方法を提供すること、また、そのような溶融金属めっき鋼板の製造を行うことができる製造設備を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述したように、電磁石を用いて鋼板の振動や反りを抑制する方法において、電磁石の電流値の制御にはいわゆるフィードバック制御が必須と考えるのが常識とされている。これは、電磁石の磁力が距離の２乗に反比例するため、鋼板が磁力により電磁石に引き寄せられると、距離が近づくことにより磁力の作用する力がより強くなり、鋼板は電磁石にさらに強く引き寄せられる。したがって、鋼板は電磁石に接触又は吸着され、設備トラブルに至ると考えられるためである。電磁石による鋼板の吸引は、このように「不安定系」であり、位置センシングによるフィードバック制御が必須であると考えることが普通であった。
【００１３】
これに対し、本発明者等は、電磁石による鋼板の吸引力と、反り形状を有する鋼板に作用する力との関係を詳細に調査した。その結果、以下のことが明らかとなった。
【００１４】
まず、接触するロール等により長手方向に曲げられた鋼板は、そのロール出側において鋼板幅方向に反り形状を持つ。図９に示したような溶融亜鉛めっき鋼板の製造装置では、鋼板はめっき浴中のシンクロール３や浴中の支持ロール７により長手方向に曲げを受けるため、反り形状を有することとなる。そして、この反りの強さは、ロールによる曲げ半径，ロールへの巻き付け角度，ロールとの摩擦力，張力，板厚，板幅，鋼種等により異なるものである。また、反りを矯正するために必要な力は、前記の各種要素により変化する。
【００１５】
次に、このような鋼板の反り形状を電磁石により矯正する場合に、鋼板に作用する力について説明する。図３は、鋼板の反り形状矯正における鋼板の変位量と鋼板に作用する力を概念的に示した図である。幅方向に反り形状を有する鋼板Ｓの初期状態（図中の点線）において、鋼板Ｓの幅方向端部付近に対向して設置した電磁石５にある一定の電流を付加すると、鋼板Ｓには電磁石５に近づく方向の力、すなわち吸引力が働く。そして、鋼板Ｓの幅方向端部は距離Ｘだけ変位して、図中の実線の状態となる。この時、潜在的に反り形状を持つ鋼板Ｓには、元の反り形状（図中の点線）へ戻ろうとする力、すなわち復元力が働く。したがって、鋼板Ｓは、この吸引力と復元力とが釣り合う位置に落ち着くことになる。
【００１６】
図４は、実ラインを模擬したテスト装置により採取したデータをもとにして描いた、鋼板の変位量と鋼板に作用する力（鋼板の復元力と電磁石による吸引力）との関係を示す概念図である。本図において、横軸は図３において鋼板Ｓの幅方向端部が初期の反り形状から電磁石５へ近づいた距離Ｘ（鋼板の変位量）を表し、縦軸は鋼板Ｓに作用する力を表している。
【００１７】
本図に示すように、電磁石５による吸引力は、鋼板Ｓと電磁石との距離の２乗に反比例する。一方、鋼板の復元力は、鋼板Ｓの変位量Ｘに比例する。
【００１８】
今、電磁石５に流す電流値を適切に選ぶと、図４に示した電磁石５の吸引力を示す曲線と鋼板Ｓの復元力を示す直線とは、本図に示すように２点で交わる。この２点は、合力の向きから考えると、片方が安定中立点であり、もう一方が不安定中立点となる。不安定中立点よりも鋼板Ｓが電磁石５に近づくと、常に吸引力が復元力より強く作用するため、鋼板Ｓは電磁石５に吸い付けられてしまう。しかし、不安定中立点よりも鋼板Ｓが電磁石５から遠い位置にあれば、鋼板Ｓは必ず安定中立点に戻ることになることがわかる。
【００１９】
このことから、電磁石５に対して適切な電流値を流して適切な吸引力を発生させることにより、鋼板Ｓの反り形状は安定に静止することがわかる。
【００２０】
また、この安定中立点は、吸引力と復元力との力が釣り合うポイントであり、必ずしも鋼板の反り形状が平坦となるとは限らない。しかし、電磁石の電流値を最適化することにより、安定中立点において鋼板形状を平坦とすることができる。
【００２１】
このように、復元力と吸引力との間には安定中立点が存在し、電磁石の電磁力による形状矯正は「不安定系」ではなく、「安定系」とすることができることが判った。つまり、電磁石の電流値の制御には、位置センサーによるフィードバック制御は必ずしも必要ではない。また、このことは、適切な電流値を予め設定することができれば、電磁石による反り形状の制御においてプリセット制御が可能となることを意味している。
【００２２】
本発明者等は、電磁石のプリセット制御による鋼板反り形状の矯正を実現すべく、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。このようにしてなされた本発明は、以下のような特徴を有するものである。
【００２３】
（１）鋼板を溶融金属めっき浴に連続的に侵入させ、めっき浴中の方向転換装置により方向転換させてめっき浴から引き上げ、気体絞り装置により鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する溶融金属めっき鋼板の製造方法において、前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させる電磁石を設け、該電磁石の電流値を調整することにより鋼板の反り形状を非接触で矯正するに際し、前記電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２４】
（２）電磁石の電流値を、先行材から後行材への鋼板材料変更点が前記電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更することを特徴とする上記（１）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２５】
（３）気体絞り装置の下流側に、鋼板の形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量の測定装置を設け、前記形状測定装置及び／又は前記めっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２６】
（４）溶融金属めっき浴中で鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２７】
（５）溶融金属めっき浴を保持するめっき槽と、該めっき槽に設置され、めっき浴に侵入した鋼板を巻き掛けて方向転換させる方向転換装置と、前記めっき浴面の上方に設置され、鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する気体絞り装置とを備えた溶融金属めっき鋼板の製造装置において、前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に設置され、磁力により鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させて鋼板の反り形状を非接触で矯正する電磁石と、該電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定する電流値プリセット制御装置とを設けたことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００２８】
（６）気体絞り装置の下流側に設置された、鋼板の形状を測定する形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量を測定するめっき付着量測定装置と、前記形状測定装置及び／又はめっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正する電流値フィードバック制御装置とを設けたことを特徴とする上記（５）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００２９】
（７）溶融金属めっき槽に設けられた鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図である。
【００３２】
図１に示す溶融金属めっき鋼板の製造装置は、鋼板Ｓを引き込んで溶融金属を付着させる溶融金属めっき浴２を保持する溶融金属めっき槽１、めっき浴２から引き上げられた鋼板Ｓに付着した溶融金属めっき量を調整する気体絞り装置４、電磁石５、浴外の支持ロール６から構成されている。さらに、電磁石５の制御装置として電流制御装置８及びプリセット制御用計算機９を備えており、その上位にはライン制御装置１０を備えている。
【００３３】
溶融金属めっき槽１は、めっき浴２中で鋼板Ｓを巻き掛けて方向転換させる方向転換装置を備えており、該方向転換装置としてはシンクロール３が一般的である。また、方向転換された鋼板Ｓをめっき浴２中で支持する浴中の支持ロール７を備えてもよい。ただし、浴中の支持ロール７は、鋼板Ｓの振動抑制や反り形状の矯正には効果があるものの、めっき浴中のドロスを巻き込んで鋼板Ｓとの間に噛み込み、いわゆるドロス欠陥を生じさせる場合がある。本発明では、電磁石５により十分に振動抑制や反り形状の矯正を行うことができるので、浴中の支持ロール７は必ずしも必要なく、鋼板Ｓの表面欠陥防止の観点からは設置しない方が好ましい。
【００３４】
気体絞り装置４及び電磁石５は、めっき浴２の浴面と浴外の支持ロール６との間に設けられる。そして、電磁石５は、気体絞り装置４の上方及び／又は下方に設置される。ただし、気体絞り装置４の下方は亜鉛が飛散して堆積するため、気体絞り装置４より上方に電磁石５を設置することが望ましい。
【００３５】
気体絞り装置４の気体噴出口（ワイピングノズル）の先端と鋼板Ｓとの間隔は、従来、１５ｍｍ程度となるように設置されていた。この程度の間隔を空けておかなければ、材料変更点での後行材先端部で反り形状が急激に変化する場合に、ワイピングノズルと鋼板とが接触してしまうためである。しかし、本発明では鋼板の全長に渡って鋼板の反り形状を矯正することができるため、ワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を従来の１５ｍｍ程度よりも近づけることが可能である。
【００３６】
電磁石５は、磁力により鋼板表面と交わる方向に磁力を発生させるように、鋼板面に対向して設けられる。この電磁石５は、鋼板Ｓの振動を抑制すると共に、シンクロール３や浴中の支持ロール７に巻きつけた際の曲げ及び曲げ戻しによって生じる鋼板Ｓの反り形状を矯正する機能を有する。さらに、電磁石の幅方向の設置位置は、例えば、図５に電磁石の配置の一例を示すが、幅方向に電磁石を多数並べておいて、鋼板の板幅や幅方向の反り形状に応じてこれらの電磁石を選択的に使用することができる。
【００３７】
なお、電磁石を用いた従来技術の装置では、鋼板位置を測定するためのセンサーを必要としていた。しかし、本実施形態はいわゆるプリセット制御を行うものであるから、そのような測定装置を設置する必要は必ずしもなく、コスト的な面や装置の大きさの面からは、むしろ設置しないほうが好ましい。
【００３８】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の動作を説明する。
【００３９】
図１に示すように、めっき浴２へ侵入した鋼板Ｓは、シンクロール３により方向転換されてめっき浴２から引き上げられ、気体絞り装置４によりめっき付着量が制御される。ここで、シンクロール３を通過した鋼板Ｓは、浴中の支持ロール７（及び浴外の支持ロール６）により支持される。また、これらの支持ロール間に設けられた電磁石５により、鋼板Ｓに対して磁力による力を作用させて、鋼板Ｓの振動防止及び反り形状の矯正を図ることができる。
【００４０】
電磁石５の電流値の制御は、以下のように行われる。まず、ライン制御装置１０から、各種の操業条件データをプリセット制御用計算機９へ送る。プリセット制御用計算機９では、これらの操業条件データをもとに、プリセット制御における電流の設定値を決定する。その方法としては、予め用意したテーブル値により決定してもよいし、モデル式を構築してそれを用いてもよい。テーブル値による方法では、予め操業条件毎に適切な電流値（安定中立点で鋼板形状が平坦となる電流値）を求めておき、操業条件毎にその値を用いる。操業条件としては、鋼板の板厚及び板幅，鋼種，張力，上流側ロールのロール径，巻き付け角度，摩擦力，押し込み量等を考慮するとよい。また、モデル式を構築する場合には、反りの発生や電磁石による吸引力などをあらわす物理モデルを構築すればよいが、前記操業条件を重回帰してモデル式を作成してもよい。そして、このようにして計算された最適な電流設定値は電流制御装置８へ送られ、電流制御装置８の指令により電磁石５の出力が制御される。
【００４１】
また、本実施形態では、電磁石５の電流値を、先行材から後行材への鋼板材料変更点が前記電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更する。これを、図１に加えて図６に示す本実施形態におけるプリセット制御の処理フローの一例を示す説明図に従って説明する。図６において、実線で示したフローは、上記で説明した現在処理中の鋼板に対するプリセット制御に関する内容を処理フロー図として示したものである。一方、後行材に関しても、図６に点線で示すごとく、ライン制御装置１０から送られる後行材の操業条件（鋼板条件）を用いて、プリセット制御用計算機９においてテーブル値又はモデル式により後行材に対して最適な電流設定値が計算される。そして、ライン制御装置１０から気体絞り装置４あるいは電磁石５の設置位置を溶接点が通過する信号を受け取り、先行材と後行材との電磁石５の電流設定値を切り替え、電流制御装置８へ送る。こうすることにより、後行材の先端部から、電磁石５の電流値を最適な値へ設定することができる。
【００４２】
以上のように、電磁石５の電流値制御としてプリセット制御を行うことにより、溶接点近傍を含めた鋼板の全長に渡って、反り形状を矯正することが可能となる。また、浴中支持ロール７を不使用とすることができ、プリセットモデルをさらに簡略化することができるほか、浴中ロール起因の表面欠陥の発生を解消したり、ロール整備費の削減などの効果も得られる。さらに、気体絞り装置４のワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を近づけることができることから、低ガス圧での操業が可能となり、したがってスプラッシュ欠陥の発生も抑制することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態の溶融金属めっき鋼板の製造装置は、気体絞り装置４の近傍に設けられた鋼板の形状測定装置１１、浴外支持ロール６よりも下流側に設けられためっき付着量測定装置１２、電磁石５の制御装置としてのフィードバック制御用計算機１３の他、第１の実施形態と同様に構成されている。
【００４５】
形状測定装置１１及びめっき付着量測定装置１２は、鋼板Ｓの振動や反り形状の状態を認識するために設置するものであり、必ずしも両方の測定装置を備える必要はなく、どちらか１つを設ければよい。形状測定装置１１は、鋼板の反り形状の大きさを測定するものであり、必ずしも鋼板の全幅を計測できるものである必要はない。例えば、鋼板の板幅中心部と板幅端部の位置のみを計測できる位置センサーのようなものであってもよい。また、気体絞り装置４の位置での形状を測定するためには、できるだけ気体絞り装置４に近づけて設置することが望ましく、亜鉛の飛散を避けるためには気体絞り装置４の上方に設置することが望ましい。一方、めっき付着量測定装置１２は、鋼板に付着しためっき付着量を測定するものであり、鋼板幅方向のめっき付着量分布を認識できるものである。この情報によって、気体絞り装置の鋼板との距離すなわち鋼板の反り形状を推測することができるようになっている。
【００４６】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の動作を説明する。本実施形態は、第１の実施形態であるプリセット制御に加えて、形状測定装置１１及び／又はめっき付着量測定装置１２により計測された情報に基づき、鋼板の反り形状を認識し、電磁石５の電流値を修正する、いわゆるフィードバック制御を行うものである。したがって、第１の実施形態と同一部分についてはその説明を省略する。
【００４７】
まず、形状測定装置１１により、鋼板の形状が測定される。あるいは、めっき付着量測定装置１２により、鋼板表面のめっき付着量の幅方向分布が測定される。これらの情報は、フィードバック制御用計算機１３へ送られ、ここで鋼板の反り量が求められる。そして、ライン制御装置１０から送られる各種の操業条件データをもとに、フィードバック制御における電流設定値の補正量を決定する。その方法としては、プリセット制御の場合と同様に、予め用意したテーブル値により決定してもよいし、モデル式を構築してそれを用いてもよい。そして、このようにして計算された電流設定値の補正値は電流制御装置８へ送られ、電流制御装置８の指令により電磁石５の出力が制御される。
【００４８】
これを、図２に加えて図７に示す本実施形態におけるフィードバック制御の処理フローの一例を示す説明図に従ってさらに説明する。図７において、実線で示したフローは、第１の実施形態で説明したプリセット制御に関する内容を処理フロー図として示したものである。一方、フィードバック制御では、図７に点線で示すごとく、形状測定装置１１により測定された形状のデータ、あるいはめっき付着量測定装置１２により測定されためっき付着量の幅方向分布のデータが、フィードバック制御用計算機１３に送られる。めっき付着量測定装置１２を用いる場合には、予め幅方向のめっき付着量分布と鋼板形状との関係を求めておき、それに基づいて鋼板の形状を求める。これらのデータにより鋼板の反り量を計算し、ライン制御装置１０から送られる各種操業条件を用いて、フィードバック制御用計算機１３においてテーブル値又はモデル式により電磁石５の電流設定値の補正量が計算される。そして、この電流設定値の補正量を電流制御装置８へ送る。
【００４９】
第１の実施形態で説明したプリセット制御により、ほぼ平坦な鋼板形状が実現できるが、モデルの誤差やロールの摩耗等の不確定要因により、プリセット精度に誤差が生じる場合がある。そのような場合に、本実施形態のフィードバック制御を加えることにより、実際の鋼板の反り形状を把握し、電磁石の出力に補正を加えることにより、より平坦な鋼板形状が実現できる。また、このようなプリセット誤差を考慮し、次回以降のプリセット時にこの誤差を反映する誤差学習を行うと、さらに好ましい。
【００５０】
図８は、本発明と従来技術との形状制御性を比較した概念図である。従来技術ではフィードバック制御のみを行っていたため、材料変更点において後行材先端部の反り形状の矯正を行うことができなかった。一方、本発明の第１の実施形態では、プリセット制御を行うことにより、先端部から全長に渡って反り量を一定範囲に抑制することができる。さらに、第２の実施形態では、プリセット制御に加えてフィードバック制御を行うことにより、プリセット制御で生じた誤差を補正し、ほぼ全長に渡り平坦な形状に制御することができる。
【００５１】
なお、各実施形態の説明では、電磁石５の電流値を制御する方法について述べてきたが、電磁石５による磁力を調整するには電磁石５の鋼板との距離を調整することによっても達成される。したがって、本発明の電磁石５の電流値を制御するかわりに、電磁石５の鋼板との距離を調整することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００５２】
各実施形態によれば、鋼板の全長に渡り反り形状を矯正することが可能となる。また、浴中支持ロール７を不使用とすることができ、浴中ロール起因の表面欠陥の発生を解消することができる。さらに、気体絞り装置４のワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を近づけることができることから、スプラッシュ欠陥の発生も抑制することができる。このように、高品質な溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能となる。
【００５３】
なお、各実施形態では溶融亜鉛めっき鋼板の製造への適用について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の溶融金属めっき鋼板の製造へ適用することができる。
【００５４】
次に、さらに具体的な溶融亜鉛めっき鋼板の製造の一例について説明する。
【００５５】
以下は、板厚０．７ｍｍ、板幅１５００ｍｍの冷延鋼板をめっき原板として、図１，図２に示す装置により溶融亜鉛めっき鋼板の製造を行う場合の説明である。なお、電磁石等に関する設備配置や制御方式の条件を表１に示す。
【００５６】
本発明例１は、図１に示す第１の実施形態に対応し、電磁石のプリセット制御を行うものである。特別なセンサーを必要とせず、簡易な装置構成であるため、電磁石５の設置位置は、ワイピングノズルより上方２５０ｍｍまで近接させることができる。また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、７ｍｍまで狭めて設置する。
【００５７】
本発明例２及び３は、図２に示す第２の実施形態に対応し、電磁石のプリセット制御に加えてフィードバック制御を行うものである。また、センサーとしては、本発明例２では形状測定装置１１を、また本発明例３ではめっき付着量測定装置１２を設置する。電磁石５の設置位置は、本発明例３ではワイピングノズルより上方２５０ｍｍとしたが、本発明例２では形状測定装置１１をワイピングノズルの上方近傍に設置するため、ワイピングノズルより上方５００ｍｍとする。また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、７ｍｍまで狭めて設置する。
【００５８】
比較例は、従来行われていた電磁石のフィードバック制御を行うものであり、図９に示す従来装置に加えて電磁石５とその近傍に形状測定装置を設けたものである。電磁石５の設置位置は、形状測定装置とセットでの設置となるため、ワイピングノズルより上方５００ｍｍとし、また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、１５ｍｍとする。
【００５９】
なお、比較例では、浴中の支持ロール７を使用するが、本発明例では使用する場合と不使用とする場合の両方の条件で行う。
【００６０】
【表１】
以上の条件により溶融亜鉛めっきを施した溶融亜鉛めっき鋼板の表面品質は、以下のようになる。
【００６１】
まず、スプラッシュ欠陥の発生についての評価について述べる。評価方法は、溶融亜鉛めっきラインに設けられた表面欠陥計を用い、コイル全長に含まれるスプラッシュ欠陥の個数を数える方法である。比較例では、１本のコイルに発生するスプラッシュ個数は約１０個／コイルであるのに対し、本発明例１〜３では、どの条件についてもスプラッシュ個数は１〜２個／コイルとなり、比較例と較べて大幅に低減することができる。これは、ワイピングノズルと鋼板との間隔が、比較例では１５ｍｍであるのに対し、本発明例では７ｍｍまで狭めることができるため、低ガス圧でのガスワイピングが可能となることによる効果である。なお、本発明例１〜３において、浴中支持ロール７の使用／不使用による差は見られない。
【００６２】
次に、めっき付着量の幅方向分布についての評価について述べる。評価方法は、溶融亜鉛めっきラインに設けられためっき付着量計を用い、幅方向のめっき付着量分布のデータを採取し、これを各条件間で比較する方法である。
【００６３】
まず、コイル先端部での幅方向のめっき付着量分布は、比較例では幅方向でめっき付着量が±１０ｇ／ｍ２程度と不均一となるのに対し、本発明例１〜３では±３ｇ／ｍ２程度のほぼ幅方向均一なめっき付着量が得られる。すなわち、電磁石のフィードバック制御による比較例では、材料変更時に後行材先端部の反り形状が変化することに対応できず、後行材先端部において平坦な鋼板形状が得られない。これに対し、電磁石のプリセット制御による本発明例１〜３では、後行材の先端部から反り形状を適切に矯正することができ、めっき付着量が幅方向にほぼ均一となる。
【００６４】
次に、コイル長手方向中央部での幅方向のめっき付着量分布は、本発明例１ではコイル先端部と同等の±３ｇ／ｍ２程度の分布であるのに対し、本発明例２及び３では±１〜２ｇ／ｍ２程度の幅方向分布に改善される。すなわち、電磁石のプリセット制御のみによる本発明例１では、鋼板の反り形状をほぼ平坦とすることができるものの、プリセット制御の誤差により若干の反り形状が残る場合がある。これに対し、電磁石のプリセット制御に加えてフィードバック制御を行う本発明例２及び３では、プリセット制御に誤差を生じた場合でも、その誤差をフィードバック制御により適切に補正し、鋼板形状を矯正することができるため、めっき付着量が幅方向に均一となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼板の全長に渡って反り形状を十分に抑制し、めっき付着量が均一な表面性状の優れた溶融金属めっき鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【図３】鋼板の反り形状の矯正における鋼板の変位量と鋼板に作用する力の概念図
【図４】鋼板の変位量と鋼板に作用する力（復元力と電磁力による吸引力）との関係の一例を示す概念図
【図５】本発明の電磁石の幅方向配置の一例を示す平面図
【図６】本発明の第１の実施形態に係るプリセット制御フローの一例を示す説明図
【図７】本発明の第２の実施形態に係るフィードバック制御フローの一例を示す説明図
【図８】本発明と従来技術との形状制御性を比較した概念図
【図９】従来の溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
１ 溶融金属めっき槽
２ 溶融金属めっき浴
３ シンクロール
４ 気体絞り装置
５ 電磁石
６ 浴外支持ロール
７ 浴中支持ロール
８ 電流制御装置
９ プリセット制御用計算機
１０ ライン制御装置
１１ 形状測定装置
１２ めっき付着量測定装置
１３ フィードバック制御用計算機
Ｓ 鋼板
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属めっき鋼板の製造方法および製造装置に関するものであり、特に、電磁石を用いた非接触による鋼板の反り形状矯正技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融亜鉛めっきをはじめとする溶融金属のめっき方法は、古くから実用化されている。特に溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車，家電，建材用の防錆鋼板としてその需要が増加しており、めっき付着量の均一化や表面欠陥の抑制等、さらに高品質な製品が求められている。
【０００３】
現在、連続した鋼板に溶融金属をめっきする方法、例えば溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法としては、図９にその一例を示すような装置を用いた気体絞り（ガスワイピング）法が一般的である。この方法は、溶融金属のめっき浴２中に連続的に侵入させた鋼板Ｓをめっき浴から鉛直方向に引き上げ、鋼板の両面に対向して設けられた気体絞り装置４から噴射される高圧ガスにより鋼板に付着した余分な溶融金属を払拭して、所望の鋼板めっき付着量に調整するものである。
【０００４】
本図に示すような装置では、めっき浴から引き上げられた鋼板が振動したり、鋼板幅方向に反りが発生する場合がある。あるいは、鋼板に形状不良（平坦度不良）が発生している場合もある。このような場合、気体絞り装置と鋼板との間隔が変化することとなり、鋼板の長手方向または幅方向のめっき付着量が不均一となる。そのため、めっき浴中に一対の支持ロールを設け、さらには気体絞り装置の上方にも同様の一対の支持ロールを設けて鋼板を拘束することにより、鋼板の振動を防止し、反りや平坦度の形状矯正を行うことが一般的に行なわれている。しかし、このような支持ロールによる方法では、振動防止効果や形状矯正効果が十分ではない場合があった。
【０００５】
そこで、この対策として、電磁石を用い、磁力によって鋼板の振動を抑制する方法が提案されている。例えば、特開２００１−３８４１２号公報では、走行する鋼板の制振を行うため、鋼板に磁力を作用させる電磁石対と距離センサーとを備え、測定された距離に基づいて電磁石対の駆動電流を制御するとともに、板厚，速度，継目位置，板幅，張力等の鋼板情報に基づいて前記電流制御における制御ゲインを決定する制振装置が記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記のような従来の電磁石を用いた制振装置や制振方法では、以下のような問題点がある。
【０００７】
まず、電磁石を用いた方法では、鋼板と電磁石の接触や吸着を防止するため、鋼板位置（電磁石との距離）を測定するための位置センサーを必要とする。したがって、コストがかかるだけでなく、装置が大型となり、寸法的な制約と大型の装置は気体絞り装置のガス流れを乱すという制約から、気体絞り装置の直近に電磁石を設置することが困難である。
【０００８】
また、従来の電磁石を用いた方法は、位置センサーからの鋼板位置情報を元にしたフィードバック制御によるものであった。つまり、鋼板に振動や反りが発生した後にそれを位置センサーにより認識し、電磁石の電流値を変更していた。しかし、材料変更時（先行材と後行材の継目）等では、反り形状の状態が急激に変化する場合がある。ところが、フィードバック制御では、材料変更点直後等での反り状態の変化に対応することができず、後行材先端部等で急激に変化した反りは矯正することができない。
【０００９】
さらに、上記のように部分的にでも反りの矯正を行うことができない場合がある以上、気体絞り装置と鋼板との間隔は、反りが発生しても接触の危険が少ない離れた距離に設定せざるを得なかった。しかし、気体絞り装置と鋼板との距離が離れていると、それだけ高ガス圧および高ガス流量で気体絞りを行わなければならず、所望のめっき付着量に調整することが難しくなる。また、気体絞り装置近傍のガス流が原因となって生じる、溶融亜鉛のスプラッシュが鋼板に付着する欠陥（スプラッシュ欠陥）も発生しやすくなる。
【００１０】
以上のように、従来の電磁石を用いた方法では、コストがかかるだけでなく、反り形状の矯正効果も十分ではなく、また高品質のめっき鋼板を製造する上では問題がある方法であった。
【００１１】
本発明の目的は、鋼板の全長に渡って反り形状を十分に抑制し、めっき付着量が均一な表面性状の優れた溶融金属めっき鋼板を製造する方法を提供すること、また、そのような溶融金属めっき鋼板の製造を行うことができる製造設備を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述したように、電磁石を用いて鋼板の振動や反りを抑制する方法において、電磁石の電流値の制御にはいわゆるフィードバック制御が必須と考えるのが常識とされている。これは、電磁石の磁力が距離の２乗に反比例するため、鋼板が磁力により電磁石に引き寄せられると、距離が近づくことにより磁力の作用する力がより強くなり、鋼板は電磁石にさらに強く引き寄せられる。したがって、鋼板は電磁石に接触又は吸着され、設備トラブルに至ると考えられるためである。電磁石による鋼板の吸引は、このように「不安定系」であり、位置センシングによるフィードバック制御が必須であると考えることが普通であった。
【００１３】
これに対し、本発明者等は、電磁石による鋼板の吸引力と、反り形状を有する鋼板に作用する力との関係を詳細に調査した。その結果、以下のことが明らかとなった。
【００１４】
まず、接触するロール等により長手方向に曲げられた鋼板は、そのロール出側において鋼板幅方向に反り形状を持つ。図９に示したような溶融亜鉛めっき鋼板の製造装置では、鋼板はめっき浴中のシンクロール３や浴中の支持ロール７により長手方向に曲げを受けるため、反り形状を有することとなる。そして、この反りの強さは、ロールによる曲げ半径，ロールへの巻き付け角度，ロールとの摩擦力，張力，板厚，板幅，鋼種等により異なるものである。また、反りを矯正するために必要な力は、前記の各種要素により変化する。
【００１５】
次に、このような鋼板の反り形状を電磁石により矯正する場合に、鋼板に作用する力について説明する。図３は、鋼板の反り形状矯正における鋼板の変位量と鋼板に作用する力を概念的に示した図である。幅方向に反り形状を有する鋼板Ｓの初期状態（図中の点線）において、鋼板Ｓの幅方向端部付近に対向して設置した電磁石５にある一定の電流を付加すると、鋼板Ｓには電磁石５に近づく方向の力、すなわち吸引力が働く。そして、鋼板Ｓの幅方向端部は距離Ｘだけ変位して、図中の実線の状態となる。この時、潜在的に反り形状を持つ鋼板Ｓには、元の反り形状（図中の点線）へ戻ろうとする力、すなわち復元力が働く。したがって、鋼板Ｓは、この吸引力と復元力とが釣り合う位置に落ち着くことになる。
【００１６】
図４は、実ラインを模擬したテスト装置により採取したデータをもとにして描いた、鋼板の変位量と鋼板に作用する力（鋼板の復元力と電磁石による吸引力）との関係を示す概念図である。本図において、横軸は図３において鋼板Ｓの幅方向端部が初期の反り形状から電磁石５へ近づいた距離Ｘ（鋼板の変位量）を表し、縦軸は鋼板Ｓに作用する力を表している。
【００１７】
本図に示すように、電磁石５による吸引力は、鋼板Ｓと電磁石との距離の２乗に反比例する。一方、鋼板の復元力は、鋼板Ｓの変位量Ｘに比例する。
【００１８】
今、電磁石５に流す電流値を適切に選ぶと、図４に示した電磁石５の吸引力を示す曲線と鋼板Ｓの復元力を示す直線とは、本図に示すように２点で交わる。この２点は、合力の向きから考えると、片方が安定中立点であり、もう一方が不安定中立点となる。不安定中立点よりも鋼板Ｓが電磁石５に近づくと、常に吸引力が復元力より強く作用するため、鋼板Ｓは電磁石５に吸い付けられてしまう。しかし、不安定中立点よりも鋼板Ｓが電磁石５から遠い位置にあれば、鋼板Ｓは必ず安定中立点に戻ることになることがわかる。
【００１９】
このことから、電磁石５に対して適切な電流値を流して適切な吸引力を発生させることにより、鋼板Ｓの反り形状は安定に静止することがわかる。
【００２０】
また、この安定中立点は、吸引力と復元力との力が釣り合うポイントであり、必ずしも鋼板の反り形状が平坦となるとは限らない。しかし、電磁石の電流値を最適化することにより、安定中立点において鋼板形状を平坦とすることができる。
【００２１】
このように、復元力と吸引力との間には安定中立点が存在し、電磁石の電磁力による形状矯正は「不安定系」ではなく、「安定系」とすることができることが判った。つまり、電磁石の電流値の制御には、位置センサーによるフィードバック制御は必ずしも必要ではない。また、このことは、適切な電流値を予め設定することができれば、電磁石による反り形状の制御においてプリセット制御が可能となることを意味している。
【００２２】
本発明者等は、電磁石のプリセット制御による鋼板反り形状の矯正を実現すべく、さらに検討を重ね、本発明を完成させた。このようにしてなされた本発明は、以下のような特徴を有するものである。
【００２３】
（１）鋼板を溶融金属めっき浴に連続的に侵入させ、めっき浴中の方向転換装置により方向転換させてめっき浴から引き上げ、気体絞り装置により鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する溶融金属めっき鋼板の製造方法において、前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させる電磁石を設け、該電磁石の電流値を調整することにより鋼板の反り形状を非接触で矯正するに際し、前記電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２４】
（２）電磁石の電流値を、先行材から後行材への鋼板材料変更点が前記電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更することを特徴とする上記（１）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２５】
（３）気体絞り装置の下流側に、鋼板の形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量の測定装置を設け、前記形状測定装置及び／又は前記めっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２６】
（４）溶融金属めっき浴中で鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００２７】
（５）溶融金属めっき浴を保持するめっき槽と、該めっき槽に設置され、めっき浴に侵入した鋼板を巻き掛けて方向転換させる方向転換装置と、前記めっき浴面の上方に設置され、鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する気体絞り装置とを備えた溶融金属めっき鋼板の製造装置において、前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に設置され、磁力により鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させて鋼板の反り形状を非接触で矯正する電磁石と、該電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定する電流値プリセット制御装置とを設けたことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００２８】
（６）気体絞り装置の下流側に設置された、鋼板の形状を測定する形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量を測定するめっき付着量測定装置と、前記形状測定装置及び／又はめっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正する電流値フィードバック制御装置とを設けたことを特徴とする上記（５）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００２９】
（７）溶融金属めっき槽に設けられた鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする上記（５）又は（６）に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
［第１の実施形態］
図１は本発明の第１の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図である。
【００３２】
図１に示す溶融金属めっき鋼板の製造装置は、鋼板Ｓを引き込んで溶融金属を付着させる溶融金属めっき浴２を保持する溶融金属めっき槽１、めっき浴２から引き上げられた鋼板Ｓに付着した溶融金属めっき量を調整する気体絞り装置４、電磁石５、浴外の支持ロール６から構成されている。さらに、電磁石５の制御装置として電流制御装置８及びプリセット制御用計算機９を備えており、その上位にはライン制御装置１０を備えている。
【００３３】
溶融金属めっき槽１は、めっき浴２中で鋼板Ｓを巻き掛けて方向転換させる方向転換装置を備えており、該方向転換装置としてはシンクロール３が一般的である。また、方向転換された鋼板Ｓをめっき浴２中で支持する浴中の支持ロール７を備えてもよい。ただし、浴中の支持ロール７は、鋼板Ｓの振動抑制や反り形状の矯正には効果があるものの、めっき浴中のドロスを巻き込んで鋼板Ｓとの間に噛み込み、いわゆるドロス欠陥を生じさせる場合がある。本発明では、電磁石５により十分に振動抑制や反り形状の矯正を行うことができるので、浴中の支持ロール７は必ずしも必要なく、鋼板Ｓの表面欠陥防止の観点からは設置しない方が好ましい。
【００３４】
気体絞り装置４及び電磁石５は、めっき浴２の浴面と浴外の支持ロール６との間に設けられる。そして、電磁石５は、気体絞り装置４の上方及び／又は下方に設置される。ただし、気体絞り装置４の下方は亜鉛が飛散して堆積するため、気体絞り装置４より上方に電磁石５を設置することが望ましい。
【００３５】
気体絞り装置４の気体噴出口（ワイピングノズル）の先端と鋼板Ｓとの間隔は、従来、１５ｍｍ程度となるように設置されていた。この程度の間隔を空けておかなければ、材料変更点での後行材先端部で反り形状が急激に変化する場合に、ワイピングノズルと鋼板とが接触してしまうためである。しかし、本発明では鋼板の全長に渡って鋼板の反り形状を矯正することができるため、ワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を従来の１５ｍｍ程度よりも近づけることが可能である。
【００３６】
電磁石５は、磁力により鋼板表面と交わる方向に磁力を発生させるように、鋼板面に対向して設けられる。この電磁石５は、鋼板Ｓの振動を抑制すると共に、シンクロール３や浴中の支持ロール７に巻きつけた際の曲げ及び曲げ戻しによって生じる鋼板Ｓの反り形状を矯正する機能を有する。さらに、電磁石の幅方向の設置位置は、例えば、図５に電磁石の配置の一例を示すが、幅方向に電磁石を多数並べておいて、鋼板の板幅や幅方向の反り形状に応じてこれらの電磁石を選択的に使用することができる。
【００３７】
なお、電磁石を用いた従来技術の装置では、鋼板位置を測定するためのセンサーを必要としていた。しかし、本実施形態はいわゆるプリセット制御を行うものであるから、そのような測定装置を設置する必要は必ずしもなく、コスト的な面や装置の大きさの面からは、むしろ設置しないほうが好ましい。
【００３８】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の動作を説明する。
【００３９】
図１に示すように、めっき浴２へ侵入した鋼板Ｓは、シンクロール３により方向転換されてめっき浴２から引き上げられ、気体絞り装置４によりめっき付着量が制御される。ここで、シンクロール３を通過した鋼板Ｓは、浴中の支持ロール７（及び浴外の支持ロール６）により支持される。また、これらの支持ロール間に設けられた電磁石５により、鋼板Ｓに対して磁力による力を作用させて、鋼板Ｓの振動防止及び反り形状の矯正を図ることができる。
【００４０】
電磁石５の電流値の制御は、以下のように行われる。まず、ライン制御装置１０から、各種の操業条件データをプリセット制御用計算機９へ送る。プリセット制御用計算機９では、これらの操業条件データをもとに、プリセット制御における電流の設定値を決定する。その方法としては、予め用意したテーブル値により決定してもよいし、モデル式を構築してそれを用いてもよい。テーブル値による方法では、予め操業条件毎に適切な電流値（安定中立点で鋼板形状が平坦となる電流値）を求めておき、操業条件毎にその値を用いる。操業条件としては、鋼板の板厚及び板幅，鋼種，張力，上流側ロールのロール径，巻き付け角度，摩擦力，押し込み量等を考慮するとよい。また、モデル式を構築する場合には、反りの発生や電磁石による吸引力などをあらわす物理モデルを構築すればよいが、前記操業条件を重回帰してモデル式を作成してもよい。そして、このようにして計算された最適な電流設定値は電流制御装置８へ送られ、電流制御装置８の指令により電磁石５の出力が制御される。
【００４１】
また、本実施形態では、電磁石５の電流値を、先行材から後行材への鋼板材料変更点が前記電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更する。これを、図１に加えて図６に示す本実施形態におけるプリセット制御の処理フローの一例を示す説明図に従って説明する。図６において、実線で示したフローは、上記で説明した現在処理中の鋼板に対するプリセット制御に関する内容を処理フロー図として示したものである。一方、後行材に関しても、図６に点線で示すごとく、ライン制御装置１０から送られる後行材の操業条件（鋼板条件）を用いて、プリセット制御用計算機９においてテーブル値又はモデル式により後行材に対して最適な電流設定値が計算される。そして、ライン制御装置１０から気体絞り装置４あるいは電磁石５の設置位置を溶接点が通過する信号を受け取り、先行材と後行材との電磁石５の電流設定値を切り替え、電流制御装置８へ送る。こうすることにより、後行材の先端部から、電磁石５の電流値を最適な値へ設定することができる。
【００４２】
以上のように、電磁石５の電流値制御としてプリセット制御を行うことにより、溶接点近傍を含めた鋼板の全長に渡って、反り形状を矯正することが可能となる。また、浴中支持ロール７を不使用とすることができ、プリセットモデルをさらに簡略化することができるほか、浴中ロール起因の表面欠陥の発生を解消したり、ロール整備費の削減などの効果も得られる。さらに、気体絞り装置４のワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を近づけることができることから、低ガス圧での操業が可能となり、したがってスプラッシュ欠陥の発生も抑制することができる。
【００４３】
［第２の実施形態］
図２は本発明の第２の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。
【００４４】
本実施形態の溶融金属めっき鋼板の製造装置は、気体絞り装置４の近傍に設けられた鋼板の形状測定装置１１、浴外支持ロール６よりも下流側に設けられためっき付着量測定装置１２、電磁石５の制御装置としてのフィードバック制御用計算機１３の他、第１の実施形態と同様に構成されている。
【００４５】
形状測定装置１１及びめっき付着量測定装置１２は、鋼板Ｓの振動や反り形状の状態を認識するために設置するものであり、必ずしも両方の測定装置を備える必要はなく、どちらか１つを設ければよい。形状測定装置１１は、鋼板の反り形状の大きさを測定するものであり、必ずしも鋼板の全幅を計測できるものである必要はない。例えば、鋼板の板幅中心部と板幅端部の位置のみを計測できる位置センサーのようなものであってもよい。また、気体絞り装置４の位置での形状を測定するためには、できるだけ気体絞り装置４に近づけて設置することが望ましく、亜鉛の飛散を避けるためには気体絞り装置４の上方に設置することが望ましい。一方、めっき付着量測定装置１２は、鋼板に付着しためっき付着量を測定するものであり、鋼板幅方向のめっき付着量分布を認識できるものである。この情報によって、気体絞り装置の鋼板との距離すなわち鋼板の反り形状を推測することができるようになっている。
【００４６】
次に、以上のように構成された本実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の動作を説明する。本実施形態は、第１の実施形態であるプリセット制御に加えて、形状測定装置１１及び／又はめっき付着量測定装置１２により計測された情報に基づき、鋼板の反り形状を認識し、電磁石５の電流値を修正する、いわゆるフィードバック制御を行うものである。したがって、第１の実施形態と同一部分についてはその説明を省略する。
【００４７】
まず、形状測定装置１１により、鋼板の形状が測定される。あるいは、めっき付着量測定装置１２により、鋼板表面のめっき付着量の幅方向分布が測定される。これらの情報は、フィードバック制御用計算機１３へ送られ、ここで鋼板の反り量が求められる。そして、ライン制御装置１０から送られる各種の操業条件データをもとに、フィードバック制御における電流設定値の補正量を決定する。その方法としては、プリセット制御の場合と同様に、予め用意したテーブル値により決定してもよいし、モデル式を構築してそれを用いてもよい。そして、このようにして計算された電流設定値の補正値は電流制御装置８へ送られ、電流制御装置８の指令により電磁石５の出力が制御される。
【００４８】
これを、図２に加えて図７に示す本実施形態におけるフィードバック制御の処理フローの一例を示す説明図に従ってさらに説明する。図７において、実線で示したフローは、第１の実施形態で説明したプリセット制御に関する内容を処理フロー図として示したものである。一方、フィードバック制御では、図７に点線で示すごとく、形状測定装置１１により測定された形状のデータ、あるいはめっき付着量測定装置１２により測定されためっき付着量の幅方向分布のデータが、フィードバック制御用計算機１３に送られる。めっき付着量測定装置１２を用いる場合には、予め幅方向のめっき付着量分布と鋼板形状との関係を求めておき、それに基づいて鋼板の形状を求める。これらのデータにより鋼板の反り量を計算し、ライン制御装置１０から送られる各種操業条件を用いて、フィードバック制御用計算機１３においてテーブル値又はモデル式により電磁石５の電流設定値の補正量が計算される。そして、この電流設定値の補正量を電流制御装置８へ送る。
【００４９】
第１の実施形態で説明したプリセット制御により、ほぼ平坦な鋼板形状が実現できるが、モデルの誤差やロールの摩耗等の不確定要因により、プリセット精度に誤差が生じる場合がある。そのような場合に、本実施形態のフィードバック制御を加えることにより、実際の鋼板の反り形状を把握し、電磁石の出力に補正を加えることにより、より平坦な鋼板形状が実現できる。また、このようなプリセット誤差を考慮し、次回以降のプリセット時にこの誤差を反映する誤差学習を行うと、さらに好ましい。
【００５０】
図８は、本発明と従来技術との形状制御性を比較した概念図である。従来技術ではフィードバック制御のみを行っていたため、材料変更点において後行材先端部の反り形状の矯正を行うことができなかった。一方、本発明の第１の実施形態では、プリセット制御を行うことにより、先端部から全長に渡って反り量を一定範囲に抑制することができる。さらに、第２の実施形態では、プリセット制御に加えてフィードバック制御を行うことにより、プリセット制御で生じた誤差を補正し、ほぼ全長に渡り平坦な形状に制御することができる。
【００５１】
なお、各実施形態の説明では、電磁石５の電流値を制御する方法について述べてきたが、電磁石５による磁力を調整するには電磁石５の鋼板との距離を調整することによっても達成される。したがって、本発明の電磁石５の電流値を制御するかわりに、電磁石５の鋼板との距離を調整することによっても、同様の効果を得ることができる。
【００５２】
各実施形態によれば、鋼板の全長に渡り反り形状を矯正することが可能となる。また、浴中支持ロール７を不使用とすることができ、浴中ロール起因の表面欠陥の発生を解消することができる。さらに、気体絞り装置４のワイピングノズル先端と鋼板Ｓとの間隔を近づけることができることから、スプラッシュ欠陥の発生も抑制することができる。このように、高品質な溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能となる。
【００５３】
なお、各実施形態では溶融亜鉛めっき鋼板の製造への適用について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の溶融金属めっき鋼板の製造へ適用することができる。
【００５４】
次に、さらに具体的な溶融亜鉛めっき鋼板の製造の一例について説明する。
【００５５】
以下は、板厚０．７ｍｍ、板幅１５００ｍｍの冷延鋼板をめっき原板として、図１，図２に示す装置により溶融亜鉛めっき鋼板の製造を行う場合の説明である。なお、電磁石等に関する設備配置や制御方式の条件を表１に示す。
【００５６】
本発明例１は、図１に示す第１の実施形態に対応し、電磁石のプリセット制御を行うものである。特別なセンサーを必要とせず、簡易な装置構成であるため、電磁石５の設置位置は、ワイピングノズルより上方２５０ｍｍまで近接させることができる。また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、７ｍｍまで狭めて設置する。
【００５７】
本発明例２及び３は、図２に示す第２の実施形態に対応し、電磁石のプリセット制御に加えてフィードバック制御を行うものである。また、センサーとしては、本発明例２では形状測定装置１１を、また本発明例３ではめっき付着量測定装置１２を設置する。電磁石５の設置位置は、本発明例３ではワイピングノズルより上方２５０ｍｍとしたが、本発明例２では形状測定装置１１をワイピングノズルの上方近傍に設置するため、ワイピングノズルより上方５００ｍｍとする。また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、７ｍｍまで狭めて設置する。
【００５８】
比較例は、従来行われていた電磁石のフィードバック制御を行うものであり、図９に示す従来装置に加えて電磁石５とその近傍に形状測定装置を設けたものである。電磁石５の設置位置は、形状測定装置とセットでの設置となるため、ワイピングノズルより上方５００ｍｍとし、また、ワイピングノズルと鋼板との間隔は、１５ｍｍとする。
【００５９】
なお、比較例では、浴中の支持ロール７を使用するが、本発明例では使用する場合と不使用とする場合の両方の条件で行う。
【００６０】
【表１】
【００６１】
まず、スプラッシュ欠陥の発生についての評価について述べる。評価方法は、溶融亜鉛めっきラインに設けられた表面欠陥計を用い、コイル全長に含まれるスプラッシュ欠陥の個数を数える方法である。比較例では、１本のコイルに発生するスプラッシュ個数は約１０個／コイルであるのに対し、本発明例１〜３では、どの条件についてもスプラッシュ個数は１〜２個／コイルとなり、比較例と較べて大幅に低減することができる。これは、ワイピングノズルと鋼板との間隔が、比較例では１５ｍｍであるのに対し、本発明例では７ｍｍまで狭めることができるため、低ガス圧でのガスワイピングが可能となることによる効果である。なお、本発明例１〜３において、浴中支持ロール７の使用／不使用による差は見られない。
【００６２】
次に、めっき付着量の幅方向分布についての評価について述べる。評価方法は、溶融亜鉛めっきラインに設けられためっき付着量計を用い、幅方向のめっき付着量分布のデータを採取し、これを各条件間で比較する方法である。
【００６３】
まず、コイル先端部での幅方向のめっき付着量分布は、比較例では幅方向でめっき付着量が±１０ｇ／ｍ２程度と不均一となるのに対し、本発明例１〜３では±３ｇ／ｍ２程度のほぼ幅方向均一なめっき付着量が得られる。すなわち、電磁石のフィードバック制御による比較例では、材料変更時に後行材先端部の反り形状が変化することに対応できず、後行材先端部において平坦な鋼板形状が得られない。これに対し、電磁石のプリセット制御による本発明例１〜３では、後行材の先端部から反り形状を適切に矯正することができ、めっき付着量が幅方向にほぼ均一となる。
【００６４】
次に、コイル長手方向中央部での幅方向のめっき付着量分布は、本発明例１ではコイル先端部と同等の±３ｇ／ｍ２程度の分布であるのに対し、本発明例２及び３では±１〜２ｇ／ｍ２程度の幅方向分布に改善される。すなわち、電磁石のプリセット制御のみによる本発明例１では、鋼板の反り形状をほぼ平坦とすることができるものの、プリセット制御の誤差により若干の反り形状が残る場合がある。これに対し、電磁石のプリセット制御に加えてフィードバック制御を行う本発明例２及び３では、プリセット制御に誤差を生じた場合でも、その誤差をフィードバック制御により適切に補正し、鋼板形状を矯正することができるため、めっき付着量が幅方向に均一となる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、鋼板の全長に渡って反り形状を十分に抑制し、めっき付着量が均一な表面性状の優れた溶融金属めっき鋼板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【図２】本発明の第２の実施形態に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【図３】鋼板の反り形状の矯正における鋼板の変位量と鋼板に作用する力の概念図
【図４】鋼板の変位量と鋼板に作用する力（復元力と電磁力による吸引力）との関係の一例を示す概念図
【図５】本発明の電磁石の幅方向配置の一例を示す平面図
【図６】本発明の第１の実施形態に係るプリセット制御フローの一例を示す説明図
【図７】本発明の第２の実施形態に係るフィードバック制御フローの一例を示す説明図
【図８】本発明と従来技術との形状制御性を比較した概念図
【図９】従来の溶融金属めっき鋼板の製造装置の一例を示す構成図
【符号の説明】
１ 溶融金属めっき槽
２ 溶融金属めっき浴
３ シンクロール
４ 気体絞り装置
５ 電磁石
６ 浴外支持ロール
７ 浴中支持ロール
８ 電流制御装置
９ プリセット制御用計算機
１０ ライン制御装置
１１ 形状測定装置
１２ めっき付着量測定装置
１３ フィードバック制御用計算機
Ｓ 鋼板
Claims (7)
- 鋼板を溶融金属めっき浴に連続的に侵入させ、めっき浴中の方向転換装置により方向転換させてめっき浴から引き上げ、気体絞り装置により鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する溶融金属めっき鋼板の製造方法において、
前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させる電磁石を設け、該電磁石の電流値を調整することにより鋼板の反り形状を非接触で矯正するに際し、前記電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定することを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。 - 電磁石の電流値を、先行材から後行材への鋼板材料変更点が前記電磁石設置位置を通過するのに合わせて、後行材の鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に変更することを特徴とする請求項１に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
- 気体絞り装置の下流側に、鋼板の形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量の測定装置を設け、前記形状測定装置及び／又は前記めっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
- 溶融金属めっき浴中で鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の溶融金属めっき鋼板の製造方法。
- 溶融金属めっき浴を保持するめっき槽と、該めっき槽に設置され、めっき浴に侵入した鋼板を巻き掛けて方向転換させる方向転換装置と、前記めっき浴面の上方に設置され、鋼板に付着した溶融金属めっき量を調整する気体絞り装置とを備えた溶融金属めっき鋼板の製造装置において、
前記気体絞り装置の上方及び／又は下方に設置され、磁力により鋼板表面と交わる方向に磁力を作用させて鋼板の反り形状を非接触で矯正する電磁石と、
該電磁石の電流値を鋼板情報に基づいて予め設定される電流値に決定する電流値プリセット制御装置とを設けたことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造装置。 - 気体絞り装置の下流側に設置された、鋼板の形状を測定する形状測定装置及び／又は鋼板に付着しためっき付着量を測定するめっき付着量測定装置と、
前記形状測定装置及び／又はめっき付着量測定装置により計測された情報に基づき電磁石の電流値を修正する電流値フィードバック制御装置とを設けたことを特徴とする請求項５に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。 - 溶融金属めっき槽に設けられた鋼板を支持する装置が、めっき浴中方向転換装置のみであることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の溶融金属めっき鋼板の製造装置。
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