JP2004225083A - 誘導加熱式合金化炉の電力出力方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】誘導加熱式合金化炉に対する要求電力出力特性を満たしながら誘導加熱式合金化炉の総容量を軽減することが可能な誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を提供する。
【解決手段】熱処理炉１２から排出された鋼板１１の表面に形成した溶融金属メッキ層に対して複数の誘導加熱装置２２、２３を備えた誘導加熱式合金化炉１４を用いて合金化処理を行う際の誘導加熱式合金化炉１４の電力出力方法において、熱処理炉１２の処理能力特性に基づき処理される鋼板１１の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉１４に要求される要求電力出力特性を予め求め、各誘導加熱装置２２、２３の最大電力出力点をそれぞれ鋼板１１の板幅の変動範囲に設定し、各誘導加熱装置２２、２３の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を要求電力出力特性に実質的に一致させる。
【選択図】 図１
【解決手段】熱処理炉１２から排出された鋼板１１の表面に形成した溶融金属メッキ層に対して複数の誘導加熱装置２２、２３を備えた誘導加熱式合金化炉１４を用いて合金化処理を行う際の誘導加熱式合金化炉１４の電力出力方法において、熱処理炉１２の処理能力特性に基づき処理される鋼板１１の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉１４に要求される要求電力出力特性を予め求め、各誘導加熱装置２２、２３の最大電力出力点をそれぞれ鋼板１１の板幅の変動範囲に設定し、各誘導加熱装置２２、２３の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を要求電力出力特性に実質的に一致させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の表面に形成した溶融金属メッキ層を複数の誘導加熱装置を備えた誘導加熱式合金化炉で合金化処理する際の電力出力方法に係わり、詳しくは製造ラインが誘導加熱式合金化炉に要求する要求電力出力特性を満たしつつ、各誘導加熱装置の総容量を軽減することが可能な誘導加熱式合金化炉の電力出力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属メッキ設備の一例である溶融亜鉛メッキ設備８０は、例えば図７に示すように、鋼板８１を焼鈍する熱処理炉８２と、熱処理炉８２から排出された鋼板８１の表面に溶融亜鉛メッキ層を形成するメッキ装置８３と、溶融亜鉛メッキ層が形成された鋼板８１を加熱して溶融亜鉛メッキ層の合金化を開始させる誘導加熱式合金化炉８４と、誘導加熱式合金化炉８４で加熱された鋼板８１を受け入れ所定温度に保持して溶融亜鉛メッキ層の合金化を行う保熱炉８５と、保熱炉８５を通過した鋼板８１を所定の温度まで降温する冷却炉群８６を備えている。
【０００３】
そして、鋼板８１は熱処理炉８２で焼鈍されて矢印Ａの方向に通板され、スナウト８７を介してメッキ装置８３に導入される。メッキ装置８３では、鋼板８１は溶融した亜鉛が貯留されているポット８８に浸漬される。鋼板８１は、ポット８８内を進行中にその表面に溶融亜鉛メッキ層が形成され、ポット８８内に設けられたシンクロール８９で進行方向が変えられ、ポット８８から上方に排出される。
ポット８８から排出された鋼板８１の表面には溶融亜鉛がメッキされているので、この鋼板８１を対向してエアーが噴出されるメッキ機ノズル９０の間に通板することにより余剰の溶融亜鉛を吹き飛ばすことができ、所定厚みの溶融亜鉛メッキ層を形成することができる。
メッキ層の厚みが調整された鋼板８１は、誘導加熱式合金化炉８４に装入され所定の温度まで加熱されることにより、メッキ層の合金化が開始する。合金化が開始した鋼板８１は、保熱炉８５に装入されて所定時間保持されることにより、均一な合金化が達成される。そして、メッキ層が合金化された鋼板８１は、デフレクターロール９１で進行方向を変えながら冷却炉群８６を通過しながら温度が下げられて、後方設備へと搬送される。
【０００４】
ここで、誘導加熱式合金化炉８４での加熱は、保熱炉８５を通過した鋼板８１のメッキ層の合金化度が目標の合金化度になるように、誘導加熱装置の電力出力が調整されていた（例えば、特許文献１参照）。
熱処理炉８２の処理能力（単位時間当たりの鋼板排出重量）は、例えば、図８に示すように、鋼板８１の板幅の増大に応じて増加し、鋼板８１の板幅がある値（以下、リファレンス幅という）を超えると飽和するような板幅依存性を示す。
従って、溶融亜鉛メッキ設備８０で熱処理炉８２から排出される鋼板８１に溶融亜鉛メッキ層を形成させてこれを連続して合金化処理するには、図９（Ａ）に示すように、誘導加熱式合金化炉８４に要求される要求電力出力特性を図８に示した熱処理炉８２の処理能力と実質的に同一の板幅依存性を示すように設定する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３３０２７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、通常の誘導加熱装置の電力出力特性は、図９（Ａ）に示すように、最大電力出力点（マッチングポイント）の一点のみで定格（１００％出力）となる傘状の板幅依存性を示す。
これは、インバータの出力インピーダンスが実質的に鋼板８１の板幅に反比例するためで、図９（Ｂ）に示すように、マッチングポイントに対応する鋼板８１の板幅より狭い板幅ではインピーダンスが大きくなるため、電流より先に電圧が上限値（電圧出力１００％）に達して、出力は定格（１００％出力）に到達しないためである。また、マッチングポイントに対応する鋼板８１の板幅より広い板幅ではインピーダンスが小さくなるため、電圧より先に電流が上限値（電流出力１００％）に達して、出力は定格（１００％出力）に到達しないためである。
【０００７】
このため、図９（Ａ）に示す要求電力出力特性が満足されるようにするには、図に示すように、誘導加熱装置の電力出力特性を、鋼板８１の最小幅から最大幅の範囲で要求電力出力特性を上回るように設定する必要がある。ここで、要求電力出力特性が大きくなる場合は、誘導加熱装置の容量も大きくする必要がある。しかし、１台の誘導加熱装置の容量を大きくすることには限界があるため、複数の誘導加熱装置を設置して、その合計電力出力特性に相当する総合電力出力特性が要求電力出力特性を上回るようにしていた。
従って、マッチングポイント近傍の板幅を有する鋼板８１に対しては過大な電力出力能力を有しており、装置的に無駄となるばかりか、マッチングポイントでの最大電力出力がこの誘導加熱装置の定格となるため、誘導加熱装置に電力を供給する上位電源装置も実際に必要な容量以上に過大なものを設置する必要があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、誘導加熱式合金化炉に対する要求電力出力特性を満たしながら誘導加熱式合金化炉の総容量を軽減することが可能な誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法は、熱処理炉から排出された鋼板の表面に形成した溶融金属メッキ層に対して複数の誘導加熱装置を備えた誘導加熱式合金化炉を用いて合金化処理を行う際の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理される前記鋼板の板幅に応じて前記誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求め、前記各誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の板幅の変動範囲にそれぞれ設定し、前記各誘導加熱装置の電力出力特性の総和として求まる総合電力出力特性を前記要求電力出力特性に実質的に一致させる。
【００１０】
一般に、鋼板のインピーダンスは板幅の増加に伴って低下する。また、設備上の制約から、誘導加熱装置に加える電圧、及び誘導加熱装置に流す電流にそれぞれ上限値を設定する必要がある。従って、鋼板を誘導加熱式合金化炉に設けた各誘導加熱装置で加熱する際、各誘導加熱装置には最大電力出力が生じる板幅、すなわち、最大電力出力点（マッチングポイント）がそれぞれ存在する。
その結果、各誘導加熱装置の電力出力特性は、この最大電力出力点の前後の板幅で電力出力が減少する、いわゆる傘状の板幅依存性を示す。ここで、誘導加熱式合金化炉に設けられた各誘導加熱装置の発振回路のインピーダンス及びキャパシタンスの容量を変化させると、各誘導加熱装置について最大電力出力点の位置を製造する鋼板の板幅の範囲で変化させて、異なる電力出力特性を設定することができる。
そこで、熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理する鋼板の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求めておくと、異なる電力出力特性を有する誘導加熱装置を選択して複数組み合わせることにより、それらの総合電力出力特性（すなわち各誘導加熱装置の電力出力の総和）を、この要求電力出力特性に実質的に一致させる（例えば、総合電力出力特性と要求電力出力特性との差を最小にする）ことができる。
【００１１】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値（最大電力出力点における電力出力値）を、前記要求電力出力特性の最大値未満に設定し、しかも、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値の総和が１台の誘導加熱装置で前記要求電力出力特性を満たすときの最大電力出力値未満にすることが好ましい。
このように各誘導加熱装置の最大電力出力値を設定することにより、各誘導加熱装置を定格範囲内で使用して、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して大きく上回らないようにすることができる。
【００１２】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が２台の前記誘導加熱装置を有する場合、一方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、他方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定することが好ましい。
要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、飽和値に到達して保持される特性を示す場合、例えば、最大電力出力点がそれぞれ飽和値領域内に存在する電力出力特性を備えた異なる複数の誘導加熱装置を組み合わせることにより、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくして実質的に一致させることが可能となる。
ここで、電力出力特性の異なる２台の誘導加熱装置を用いて、要求電力出力特性を作成する場合では、最大電力出力点が最も離れた誘導加熱装置同士を組み合わせると、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくすることができる。
【００１３】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が３台の前記誘導加熱装置を有する場合、第１の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、第２の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定し、第３の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記第１及び第２の誘導加熱装置のそれぞれの最大電力出力点の中間に設定することが好ましい。
電力出力特性の異なる３台の誘導加熱装置を用いて、要求電力出力特性を作成する場合では、３台の誘導加熱装置を上記のように設定することにより、要求電力出力量と総合電力出力量との差を更に小さくすることができる。
【００１４】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記総合電力出力特性が前記要求電力出力特性に対して５％以上、かつ１０％以下の範囲で上回る場合、前記総合電力出力特性と前記要求電力出力特性とが実質的に一致していると判定することが好ましい。
このように判定することにより、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して常に上回るように設定することができ、熱処理炉から排出される鋼板量が管理範囲内で変動しても、あるいは誘導加熱式合金化炉に投入する電力が変動しても、誘導加熱式合金化炉の要求電力出力特性を常に満たすことができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図、図２は同溶融亜鉛メッキラインの熱処理炉の処理能力特性を示す説明図、図３は同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図、図５は同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図、図６（Ａ）は並列発振の場合のインバータの等価回路、（Ｂ）は直列発振の場合のインバータの等価回路の説明図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０は、鋼板１１を焼鈍する熱処理炉１２と、熱処理炉１２から排出された鋼板１１の表面に溶融亜鉛メッキ層を形成するメッキ装置１３を有している。更に、溶融亜鉛メッキライン１０は、溶融亜鉛メッキ層が形成された鋼板１１を加熱する誘導加熱式合金化炉１４と、加熱された鋼板１１を所定温度に保持してメッキ層に均一な合金化を達成させる保熱炉１５と、保熱炉１５を通過した鋼板１１を冷却する冷却炉群１６を有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１７】
熱処理炉１２は、鋼板１１を、例えば８００〜８２０℃に加熱して３５〜４５秒保持する機能を有している。これによって、鋼板１１中に発生している歪みを除去することができる。なお、鋼板１１の板幅が大きくなると（幅広になると）鋼板の重量は重くなるので、鋼板１１が熱処理炉１２から持ち去る熱量も多くなる。このため、鋼板１１の板幅が大きくなっても一定の焼鈍効果が得られるためには、例えば、熱処理炉１２に供給する熱量を鋼板１１の板幅の増加に伴って増加させる必要がある。
しかし、設備的制約から熱処理炉１２に供給できる熱量に上限が存在すると、鋼板１１の板幅増加に伴って供給する熱量を増加させることができず、鋼板１１の板幅が一定値よりも大きくなると、例えば、鋼板１１の熱処理炉１２内での移動速度を小さくして、鋼板１１の焼鈍効果を一定に保つ必要が生じる。
その結果、図２に示すように、熱処理炉１２の処理能力（単位時間当たりに処理可能な鋼板重量）は、製造可能な鋼板１１の板幅範囲内で、鋼板１１の板幅の増加と共に増加し、鋼板１１の板幅が一定値（リファレンス幅という）よりも大きくなると飽和する特性を示す。なお、最小幅とは製造可能な鋼板１１の最小の板幅を示し、最大幅とは製造可能な鋼板１１の最大の板幅を示す。
【００１８】
熱処理炉１２から排出された鋼板１１は、温度が４５０〜４７０℃になっており、矢印の方向にスナウト１７内を通板されてメッキ装置１３に導入される。ここで、熱処理炉１２から排出された鋼板１１はスナウト１７内を通板されるので、表面の酸化が防止される。
メッキ装置１３は、溶融亜鉛１８を、例えば４５０〜４７０℃に保持して鋼板１１を浸漬させながら通過させるポット１９と、ポット１９内に設けられ通過する鋼板１１の進行方向を変えるシンクロール２０と、ポット１９から排出され表面に溶融亜鉛がメッキされた鋼板１１の表面に両側からエアーを吹き付け余剰の溶融亜鉛を吹き飛ばすメッキ機ノズル２１を有している。
このような構成とすることにより、鋼板１１を移動させながらその表面に所定の厚み（例えば、片面当たり３０〜６０ｇ／ｍ２ ）の溶融亜鉛のメッキ層を連続して形成することができる。そして、メッキ機ノズル２１を通過した鋼板１１は、誘導加熱式合金化炉１４に装入される。
【００１９】
誘導加熱式合金化炉１４は、鋼板１１の移動方向の上流側に設けられた１段目誘導加熱装置２２と、下流側に設けられた２段目誘導加熱装置２３を有している。そして、各誘導加熱装置２２、２３には、図示しない投入電力制御装置の一例であるインバータが接続されて供給電力が制御されるようになっている。また、誘導加熱式合金化炉１４に要求される要求電力出力特性は、図２に示す熱処理炉１２の処理能力特性に基づき、鋼板１１の板幅に応じて、例えば、図３に示すような特性になる。すなわち、要求電力出力特性が鋼板１１の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持されている。
【００２０】
ここで、１段目誘導加熱装置２２を、鋼板１１の板幅が図２に示すリファレンス幅に実質的に一致するときに最大電力出力になるように設定し、また、２段目誘導加熱装置２３を、鋼板１１の板幅が図２に示す最大幅に実質的に一致するときに最大電力出力になるように設定する。更に、１段目及び２段目誘導加熱装置２２、２３の各最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値に対して、例えば５０〜７０％にする。
このように設定することにより、１段目及び２段目誘導加熱装置２２、２３の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を、要求電力出力特性に対して、例えば、５〜１０％の範囲内で上回るように調整することができる。その結果、製造可能な板幅範囲内の鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に加熱することができ、メッキ層の合金化を開始させることができる。
【００２１】
保熱炉１５は、誘導加熱式合金化炉１４で加熱された鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃の温度範囲で１０〜１５秒保持する機能を備えている。これによって、鋼板１１の表面に形成した溶融亜鉛メッキ層を、鉄と亜鉛の均一な合金層に変化させることができる。また、冷却炉群１６は、設定温度が段階的に低下している複数の冷却炉２４と、保熱炉１５と冷却炉２４との間及び各冷却炉２４間に設けられた複数のガイドロール２５を有している。
このような構成とすることにより、メッキ層が合金化処理された鋼板１１を、ガイドロール２５で進行方向を変えながら順次冷却炉２４を通過させて徐々に温度を下げることができる。その結果、鋼板１１の温度を、例えば、３００〜３５０℃まで低下させてから、後方設備に搬送することができる。
【００２２】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０の使用方法について説明する。
熱処理炉１２で焼鈍した鋼板１１を矢印の方向に通板し、スナウト１７を経て溶融亜鉛１８を貯留しているポット１９内に浸漬する。ポット１９内を通過させながら鋼板１１の表面に溶融亜鉛１８をメッキする。そして、ポット１９内を移動する鋼板１１の進行方向を、ポット１９内に設けたシンクロール２０で変えて、ポット１９から上方に排出させる。排出させた鋼板１１を、対向する方向にエアーを噴出しているメッキ機ノズル２１の間を通過させて表面に形成したメッキ層の厚みを調整し、誘導加熱式合金化炉１４に装入する。
【００２３】
ここで、誘導加熱式合金化炉１４は、１段目誘導加熱装置２２と２段目誘導加熱装置２３を有しており、それぞれ図６の等価回路で表されるインバータにより制御されている。ここで、図６（Ａ）は並列発振の場合の等価回路、図６（Ｂ）は直列発振の場合の等価回路をそれぞれ示しており、どちらの回路方式を採用してもよい。
回路全体のインピーダンスをＺとすると、回路に電圧Ｖを印加したときの電流Ｉは、Ｉ＝Ｖ／Ｚで表される。従って、電圧Ｖを印加した回路は、インピーダンスＺが小さければ電流Ｉが大きく、インピーダンスＺが大きければ電流Ｉは小さくなる。ここで、Ｌ１ は発振コイルのインダクタンス、Ｌ２ はインバータのインダクタンス、Ｃは発振コンデンサのキャパシタンス、Ｒ１ はコイルの抵抗、Ｒ２ はコイルから見た鋼板の抵抗、Ｏは発振器を示す。
【００２４】
インピーダンスＺは、発振コイルのインダクタンスＬ１ 、インバータのインダクタンスＬ２ 、発振コンデンサのキャパシタンスＣ、コイルの抵抗Ｒ１ 、及びコイルから見た鋼板の抵抗Ｒ２ の関数となる。
このため、発振コイルのインダクタンスＬ１ 、コイルの抵抗Ｒ１ は、コイルの形状が決まれば固定値となるので、１段目誘導加熱装置２２と２段目誘導加熱装置２３のそれぞれのインバータを設計する際に、各インバータのインダクタンスＬ２ 及び発振コンデンサのキャパシタンスＣが図３で示した各電力出力特性となるようにそれぞれの容量を設定してやれば、図３の総合電力出力特性を得ることが可能となる。
【００２５】
なお、この総合電力出力特性は、この鋼板１１が誘導加熱式合金化炉１４に対して要求する要求電力出力特性に対して５〜１０％の範囲で上回るように決定するため、鋼板１１の温度を、例えば、５００〜５２０℃にすることができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
誘導加熱式合金化炉１４で加熱された鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に保持する保熱炉１５に装入し通過させながら、鋼板１１の表面に形成したメッキ層の合金化処理を行ない、次いで、冷却炉群１６を通過させながら鋼板１１の温度を、例えば、３００〜３５０℃まで降温して後方設備へ搬送する。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン２６について説明する。なお、図４に示すように、溶融亜鉛メッキライン２６は、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０と比較して、誘導加熱式合金化炉２７が鋼板１１の移動方向に沿って並べて設置された３台の誘導加熱装置によって構成されていることが特徴であって、それ以外は実質的に溶融亜鉛メッキライン１０と同じ構成である。このため、実質的に同一の構成部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２７】
誘導加熱式合金化炉２７は、鋼板１１の移動方向の上流側から下流側に向かって並べて設けられた１段目誘導加熱装置（第１の誘導加熱装置）２８、２段目誘導加熱装置（第２の誘導加熱装置）２９、及び３段目誘導加熱装置（第３の誘導加熱装置）３０を有している。そして、各誘導加熱装置２８〜３０には、図示しない投入電力制御装置の一例であるインバータが接続されて供給電力が制御されるようになっている。
また、誘導加熱式合金化炉２７に要求される要求電力出力特性は、図２に示す熱処理炉１２の処理能力特性に基づき、鋼板１１の板幅に応じて図５に示すような特性になる。
【００２８】
ここで、１段目誘導加熱装置２８の最大電力出力点を鋼板１１の板幅が図５に示すリファレンス幅に設定し、３段目誘導加熱装置３０の最大電力出力点を鋼板１１の板幅が図５に示す最大幅に設定し、２段目誘導加熱装置２９の最大電力出力点を１段目誘導加熱装置２８と３段目誘導加熱装置３０の各最大電力出力点（すなわち、リファレンス幅と最大幅）の中間に設定する。更に、１段目、２段目、及び３段目の各誘導加熱装置２８〜３０の最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値に対して、例えば５０〜７０％にする。
このように設定することにより、１段目、２段目、及び３段目の各誘導加熱装置２８〜３０の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を、要求電力出力特性に対して、例えば、５〜１０％の範囲内で上回るように調整することができる。その結果、製造可能な板幅範囲内の鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に加熱することができ、合金化を開始させることができる。
【００２９】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン２６の使用方法について説明するが、溶融亜鉛メッキライン２６は溶融亜鉛メッキライン１０と比較して、誘導加熱式合金化炉２７に３台の誘導加熱装置を設けたことが特徴である。このため、誘導加熱式合金化炉２７の構成及び使用方法についてのみ詳細に説明する。
誘導加熱式合金化炉２７は、１段目誘導加熱装置２８、２段目誘導加熱装置２９、及び３段目誘導加熱装置３０を有しており、それぞれ図６の等価回路で表されるインバータにより制御されている。なお、図６（Ａ）は並列発振の場合の等価回路、図６（Ｂ）は直列発振の場合の等価回路をそれぞれ示しており、どちらの回路方式を採用してもよい。
【００３０】
第１の実施の形態で説明したのと同様に、１段目誘導加熱装置２８、２段目誘導加熱装置２９、及び３段目誘導加熱装置３０のそれぞれのインバータを設計する際に、各インバータのインダクタンスＬ２ 及び発振コンデンサのキャパシタンスＣが図５で示した各電力出力特性となるようにそれぞれの容量を設定してやれば、図５の総合電力出力特性を得ることが可能となる。
なお、この総合電力出力特性は、この鋼板１１が誘導加熱式合金化炉２７に対して要求する要求電力出力特性に対して５〜１０％の範囲で上回るように決定するため、鋼板１１の温度を、例えば、５００〜５２０℃にすることができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、誘導加熱式合金化炉を２台の誘導加熱装置を用いて構成する場合、１段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板のリファレンス幅に、２段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅に設定したが、一段目及び２段目の各誘導加熱装置の最大電力出力点を入れ換えてもよい。
また、誘導加熱式合金化炉を３台の誘導加熱装置を用いて構成する場合、１段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板のリファレンス幅に、３段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅に、２段目誘導加熱装置の最大電力出力点をリファレンス幅及び最大幅の中間に設定したが、各誘導加熱装置の最大電力出力点を任意に入れ換えてもよい。更に、誘導加熱式合金化炉を４台以上の誘導加熱装置で構成することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理される鋼板の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求め、各誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の板幅の変動範囲にそれぞれ設定し、各誘導加熱装置の電力出力特性の総和として求まる総合電力出力特性を要求電力出力特性に実質的に一致させるので、誘導加熱式合金化炉に対する要求電力出力特性を満たしながら誘導加熱式合金化炉の総容量を軽減することが可能となる。
その結果、誘導加熱式合金化炉に電力を供給する上位電源装置の容量も合わせて軽減することが可能となり、誘導加熱式合金化炉の設備コストの軽減を図ることが可能となる。
【００３３】
特に、請求項２記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、各誘導加熱装置の最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値未満に設定し、しかも、各誘導加熱装置の最大電力出力値の総和が１台の誘導加熱装置で要求電力出力特性を満たすときの最大電力出力値未満にするので、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して大きく上回らないようにすることができ、生産量に応じた適正な電力出力特性を有するように誘導加熱式合金化炉を構成することが可能になる。
その結果、誘導加熱装置の設備コスト及び電源容量の軽減を達成することが可能となる。
【００３４】
請求項３記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、誘導加熱式合金化炉が２台の誘導加熱装置を有する場合、一方の誘導加熱装置の最大電力出力点を要求電力出力特性が飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、他方の誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅の近傍に設定するので、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくすることができ、誘導加熱装置の設備コストを最小にすることが可能となる。
【００３５】
請求項４記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、誘導加熱式合金化炉が３台の誘導加熱装置を有する場合、第１の誘導加熱装置の最大電力出力点を要求電力出力特性が飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、第２の誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅の近傍に設定し、第３の誘導加熱装置の最大電力出力点を第１及び第２の誘導加熱装置のそれぞれの最大電力出力点の中間に設定するので、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を更に小さくすることができ、精度の高い合金化処理を行うことが可能になる。
【００３６】
請求項５記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、総合電力出力特性が要求電力出力特性に対して５％以上、かつ１０％以下の範囲で上回る場合、総合電力出力特性と要求電力出力特性とが実質的に一致していると判定するので、総合電力出力量を要求電力量に対して常に上回るように設定することができ、メッキ層を確実に合金化処理することができ、品質の安定化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図である。
【図２】同溶融亜鉛メッキラインの熱処理炉の処理能力特性を示す説明図である。
【図３】同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図である。
【図５】同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は並列発振の場合のインバータの等価回路、（Ｂ）は直列発振の場合のインバータの等価回路の説明図である。
【図７】従来の溶融亜鉛メッキ設備の説明図である。
【図８】同溶融亜鉛メッキ設備の熱処理炉の処理能力特性を示す説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の溶融亜鉛メッキ設備の誘導加熱装置の要求電力出力特性と電力出力特性の関係を示す説明図、鋼板の板幅と誘導加熱装置の電流及び電圧の出力特性の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：溶融亜鉛メッキライン、１１：鋼板、１２：熱処理炉、１３：メッキ装置、１４：誘導加熱式合金化炉、１５：保熱炉、１６：冷却炉群、１７：スナウト、１８：溶融亜鉛、１９：ポット、２０：シンクロール、２１：メッキ機ノズル、２２：１段目誘導加熱装置、２３：２段目誘導加熱装置、２４：冷却炉、２５：ガイドロール、２６：溶融亜鉛メッキライン、２７：誘導加熱式合金化炉、２８：１段目誘導加熱装置、２９：２段目誘導加熱装置、３０：３段目誘導加熱装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の表面に形成した溶融金属メッキ層を複数の誘導加熱装置を備えた誘導加熱式合金化炉で合金化処理する際の電力出力方法に係わり、詳しくは製造ラインが誘導加熱式合金化炉に要求する要求電力出力特性を満たしつつ、各誘導加熱装置の総容量を軽減することが可能な誘導加熱式合金化炉の電力出力方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属メッキ設備の一例である溶融亜鉛メッキ設備８０は、例えば図７に示すように、鋼板８１を焼鈍する熱処理炉８２と、熱処理炉８２から排出された鋼板８１の表面に溶融亜鉛メッキ層を形成するメッキ装置８３と、溶融亜鉛メッキ層が形成された鋼板８１を加熱して溶融亜鉛メッキ層の合金化を開始させる誘導加熱式合金化炉８４と、誘導加熱式合金化炉８４で加熱された鋼板８１を受け入れ所定温度に保持して溶融亜鉛メッキ層の合金化を行う保熱炉８５と、保熱炉８５を通過した鋼板８１を所定の温度まで降温する冷却炉群８６を備えている。
【０００３】
そして、鋼板８１は熱処理炉８２で焼鈍されて矢印Ａの方向に通板され、スナウト８７を介してメッキ装置８３に導入される。メッキ装置８３では、鋼板８１は溶融した亜鉛が貯留されているポット８８に浸漬される。鋼板８１は、ポット８８内を進行中にその表面に溶融亜鉛メッキ層が形成され、ポット８８内に設けられたシンクロール８９で進行方向が変えられ、ポット８８から上方に排出される。
ポット８８から排出された鋼板８１の表面には溶融亜鉛がメッキされているので、この鋼板８１を対向してエアーが噴出されるメッキ機ノズル９０の間に通板することにより余剰の溶融亜鉛を吹き飛ばすことができ、所定厚みの溶融亜鉛メッキ層を形成することができる。
メッキ層の厚みが調整された鋼板８１は、誘導加熱式合金化炉８４に装入され所定の温度まで加熱されることにより、メッキ層の合金化が開始する。合金化が開始した鋼板８１は、保熱炉８５に装入されて所定時間保持されることにより、均一な合金化が達成される。そして、メッキ層が合金化された鋼板８１は、デフレクターロール９１で進行方向を変えながら冷却炉群８６を通過しながら温度が下げられて、後方設備へと搬送される。
【０００４】
ここで、誘導加熱式合金化炉８４での加熱は、保熱炉８５を通過した鋼板８１のメッキ層の合金化度が目標の合金化度になるように、誘導加熱装置の電力出力が調整されていた（例えば、特許文献１参照）。
熱処理炉８２の処理能力（単位時間当たりの鋼板排出重量）は、例えば、図８に示すように、鋼板８１の板幅の増大に応じて増加し、鋼板８１の板幅がある値（以下、リファレンス幅という）を超えると飽和するような板幅依存性を示す。
従って、溶融亜鉛メッキ設備８０で熱処理炉８２から排出される鋼板８１に溶融亜鉛メッキ層を形成させてこれを連続して合金化処理するには、図９（Ａ）に示すように、誘導加熱式合金化炉８４に要求される要求電力出力特性を図８に示した熱処理炉８２の処理能力と実質的に同一の板幅依存性を示すように設定する必要がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平６−３３０２７６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、通常の誘導加熱装置の電力出力特性は、図９（Ａ）に示すように、最大電力出力点（マッチングポイント）の一点のみで定格（１００％出力）となる傘状の板幅依存性を示す。
これは、インバータの出力インピーダンスが実質的に鋼板８１の板幅に反比例するためで、図９（Ｂ）に示すように、マッチングポイントに対応する鋼板８１の板幅より狭い板幅ではインピーダンスが大きくなるため、電流より先に電圧が上限値（電圧出力１００％）に達して、出力は定格（１００％出力）に到達しないためである。また、マッチングポイントに対応する鋼板８１の板幅より広い板幅ではインピーダンスが小さくなるため、電圧より先に電流が上限値（電流出力１００％）に達して、出力は定格（１００％出力）に到達しないためである。
【０００７】
このため、図９（Ａ）に示す要求電力出力特性が満足されるようにするには、図に示すように、誘導加熱装置の電力出力特性を、鋼板８１の最小幅から最大幅の範囲で要求電力出力特性を上回るように設定する必要がある。ここで、要求電力出力特性が大きくなる場合は、誘導加熱装置の容量も大きくする必要がある。しかし、１台の誘導加熱装置の容量を大きくすることには限界があるため、複数の誘導加熱装置を設置して、その合計電力出力特性に相当する総合電力出力特性が要求電力出力特性を上回るようにしていた。
従って、マッチングポイント近傍の板幅を有する鋼板８１に対しては過大な電力出力能力を有しており、装置的に無駄となるばかりか、マッチングポイントでの最大電力出力がこの誘導加熱装置の定格となるため、誘導加熱装置に電力を供給する上位電源装置も実際に必要な容量以上に過大なものを設置する必要があった。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、誘導加熱式合金化炉に対する要求電力出力特性を満たしながら誘導加熱式合金化炉の総容量を軽減することが可能な誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法は、熱処理炉から排出された鋼板の表面に形成した溶融金属メッキ層に対して複数の誘導加熱装置を備えた誘導加熱式合金化炉を用いて合金化処理を行う際の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理される前記鋼板の板幅に応じて前記誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求め、前記各誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の板幅の変動範囲にそれぞれ設定し、前記各誘導加熱装置の電力出力特性の総和として求まる総合電力出力特性を前記要求電力出力特性に実質的に一致させる。
【００１０】
一般に、鋼板のインピーダンスは板幅の増加に伴って低下する。また、設備上の制約から、誘導加熱装置に加える電圧、及び誘導加熱装置に流す電流にそれぞれ上限値を設定する必要がある。従って、鋼板を誘導加熱式合金化炉に設けた各誘導加熱装置で加熱する際、各誘導加熱装置には最大電力出力が生じる板幅、すなわち、最大電力出力点（マッチングポイント）がそれぞれ存在する。
その結果、各誘導加熱装置の電力出力特性は、この最大電力出力点の前後の板幅で電力出力が減少する、いわゆる傘状の板幅依存性を示す。ここで、誘導加熱式合金化炉に設けられた各誘導加熱装置の発振回路のインピーダンス及びキャパシタンスの容量を変化させると、各誘導加熱装置について最大電力出力点の位置を製造する鋼板の板幅の範囲で変化させて、異なる電力出力特性を設定することができる。
そこで、熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理する鋼板の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求めておくと、異なる電力出力特性を有する誘導加熱装置を選択して複数組み合わせることにより、それらの総合電力出力特性（すなわち各誘導加熱装置の電力出力の総和）を、この要求電力出力特性に実質的に一致させる（例えば、総合電力出力特性と要求電力出力特性との差を最小にする）ことができる。
【００１１】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値（最大電力出力点における電力出力値）を、前記要求電力出力特性の最大値未満に設定し、しかも、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値の総和が１台の誘導加熱装置で前記要求電力出力特性を満たすときの最大電力出力値未満にすることが好ましい。
このように各誘導加熱装置の最大電力出力値を設定することにより、各誘導加熱装置を定格範囲内で使用して、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して大きく上回らないようにすることができる。
【００１２】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が２台の前記誘導加熱装置を有する場合、一方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、他方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定することが好ましい。
要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、飽和値に到達して保持される特性を示す場合、例えば、最大電力出力点がそれぞれ飽和値領域内に存在する電力出力特性を備えた異なる複数の誘導加熱装置を組み合わせることにより、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくして実質的に一致させることが可能となる。
ここで、電力出力特性の異なる２台の誘導加熱装置を用いて、要求電力出力特性を作成する場合では、最大電力出力点が最も離れた誘導加熱装置同士を組み合わせると、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくすることができる。
【００１３】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が３台の前記誘導加熱装置を有する場合、第１の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、第２の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定し、第３の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記第１及び第２の誘導加熱装置のそれぞれの最大電力出力点の中間に設定することが好ましい。
電力出力特性の異なる３台の誘導加熱装置を用いて、要求電力出力特性を作成する場合では、３台の誘導加熱装置を上記のように設定することにより、要求電力出力量と総合電力出力量との差を更に小さくすることができる。
【００１４】
本発明に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記総合電力出力特性が前記要求電力出力特性に対して５％以上、かつ１０％以下の範囲で上回る場合、前記総合電力出力特性と前記要求電力出力特性とが実質的に一致していると判定することが好ましい。
このように判定することにより、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して常に上回るように設定することができ、熱処理炉から排出される鋼板量が管理範囲内で変動しても、あるいは誘導加熱式合金化炉に投入する電力が変動しても、誘導加熱式合金化炉の要求電力出力特性を常に満たすことができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図、図２は同溶融亜鉛メッキラインの熱処理炉の処理能力特性を示す説明図、図３は同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図、図５は同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図、図６（Ａ）は並列発振の場合のインバータの等価回路、（Ｂ）は直列発振の場合のインバータの等価回路の説明図である。
【００１６】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０は、鋼板１１を焼鈍する熱処理炉１２と、熱処理炉１２から排出された鋼板１１の表面に溶融亜鉛メッキ層を形成するメッキ装置１３を有している。更に、溶融亜鉛メッキライン１０は、溶融亜鉛メッキ層が形成された鋼板１１を加熱する誘導加熱式合金化炉１４と、加熱された鋼板１１を所定温度に保持してメッキ層に均一な合金化を達成させる保熱炉１５と、保熱炉１５を通過した鋼板１１を冷却する冷却炉群１６を有している。以下、これらについて詳細に説明する。
【００１７】
熱処理炉１２は、鋼板１１を、例えば８００〜８２０℃に加熱して３５〜４５秒保持する機能を有している。これによって、鋼板１１中に発生している歪みを除去することができる。なお、鋼板１１の板幅が大きくなると（幅広になると）鋼板の重量は重くなるので、鋼板１１が熱処理炉１２から持ち去る熱量も多くなる。このため、鋼板１１の板幅が大きくなっても一定の焼鈍効果が得られるためには、例えば、熱処理炉１２に供給する熱量を鋼板１１の板幅の増加に伴って増加させる必要がある。
しかし、設備的制約から熱処理炉１２に供給できる熱量に上限が存在すると、鋼板１１の板幅増加に伴って供給する熱量を増加させることができず、鋼板１１の板幅が一定値よりも大きくなると、例えば、鋼板１１の熱処理炉１２内での移動速度を小さくして、鋼板１１の焼鈍効果を一定に保つ必要が生じる。
その結果、図２に示すように、熱処理炉１２の処理能力（単位時間当たりに処理可能な鋼板重量）は、製造可能な鋼板１１の板幅範囲内で、鋼板１１の板幅の増加と共に増加し、鋼板１１の板幅が一定値（リファレンス幅という）よりも大きくなると飽和する特性を示す。なお、最小幅とは製造可能な鋼板１１の最小の板幅を示し、最大幅とは製造可能な鋼板１１の最大の板幅を示す。
【００１８】
熱処理炉１２から排出された鋼板１１は、温度が４５０〜４７０℃になっており、矢印の方向にスナウト１７内を通板されてメッキ装置１３に導入される。ここで、熱処理炉１２から排出された鋼板１１はスナウト１７内を通板されるので、表面の酸化が防止される。
メッキ装置１３は、溶融亜鉛１８を、例えば４５０〜４７０℃に保持して鋼板１１を浸漬させながら通過させるポット１９と、ポット１９内に設けられ通過する鋼板１１の進行方向を変えるシンクロール２０と、ポット１９から排出され表面に溶融亜鉛がメッキされた鋼板１１の表面に両側からエアーを吹き付け余剰の溶融亜鉛を吹き飛ばすメッキ機ノズル２１を有している。
このような構成とすることにより、鋼板１１を移動させながらその表面に所定の厚み（例えば、片面当たり３０〜６０ｇ／ｍ２ ）の溶融亜鉛のメッキ層を連続して形成することができる。そして、メッキ機ノズル２１を通過した鋼板１１は、誘導加熱式合金化炉１４に装入される。
【００１９】
誘導加熱式合金化炉１４は、鋼板１１の移動方向の上流側に設けられた１段目誘導加熱装置２２と、下流側に設けられた２段目誘導加熱装置２３を有している。そして、各誘導加熱装置２２、２３には、図示しない投入電力制御装置の一例であるインバータが接続されて供給電力が制御されるようになっている。また、誘導加熱式合金化炉１４に要求される要求電力出力特性は、図２に示す熱処理炉１２の処理能力特性に基づき、鋼板１１の板幅に応じて、例えば、図３に示すような特性になる。すなわち、要求電力出力特性が鋼板１１の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持されている。
【００２０】
ここで、１段目誘導加熱装置２２を、鋼板１１の板幅が図２に示すリファレンス幅に実質的に一致するときに最大電力出力になるように設定し、また、２段目誘導加熱装置２３を、鋼板１１の板幅が図２に示す最大幅に実質的に一致するときに最大電力出力になるように設定する。更に、１段目及び２段目誘導加熱装置２２、２３の各最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値に対して、例えば５０〜７０％にする。
このように設定することにより、１段目及び２段目誘導加熱装置２２、２３の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を、要求電力出力特性に対して、例えば、５〜１０％の範囲内で上回るように調整することができる。その結果、製造可能な板幅範囲内の鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に加熱することができ、メッキ層の合金化を開始させることができる。
【００２１】
保熱炉１５は、誘導加熱式合金化炉１４で加熱された鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃の温度範囲で１０〜１５秒保持する機能を備えている。これによって、鋼板１１の表面に形成した溶融亜鉛メッキ層を、鉄と亜鉛の均一な合金層に変化させることができる。また、冷却炉群１６は、設定温度が段階的に低下している複数の冷却炉２４と、保熱炉１５と冷却炉２４との間及び各冷却炉２４間に設けられた複数のガイドロール２５を有している。
このような構成とすることにより、メッキ層が合金化処理された鋼板１１を、ガイドロール２５で進行方向を変えながら順次冷却炉２４を通過させて徐々に温度を下げることができる。その結果、鋼板１１の温度を、例えば、３００〜３５０℃まで低下させてから、後方設備に搬送することができる。
【００２２】
続いて、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０の使用方法について説明する。
熱処理炉１２で焼鈍した鋼板１１を矢印の方向に通板し、スナウト１７を経て溶融亜鉛１８を貯留しているポット１９内に浸漬する。ポット１９内を通過させながら鋼板１１の表面に溶融亜鉛１８をメッキする。そして、ポット１９内を移動する鋼板１１の進行方向を、ポット１９内に設けたシンクロール２０で変えて、ポット１９から上方に排出させる。排出させた鋼板１１を、対向する方向にエアーを噴出しているメッキ機ノズル２１の間を通過させて表面に形成したメッキ層の厚みを調整し、誘導加熱式合金化炉１４に装入する。
【００２３】
ここで、誘導加熱式合金化炉１４は、１段目誘導加熱装置２２と２段目誘導加熱装置２３を有しており、それぞれ図６の等価回路で表されるインバータにより制御されている。ここで、図６（Ａ）は並列発振の場合の等価回路、図６（Ｂ）は直列発振の場合の等価回路をそれぞれ示しており、どちらの回路方式を採用してもよい。
回路全体のインピーダンスをＺとすると、回路に電圧Ｖを印加したときの電流Ｉは、Ｉ＝Ｖ／Ｚで表される。従って、電圧Ｖを印加した回路は、インピーダンスＺが小さければ電流Ｉが大きく、インピーダンスＺが大きければ電流Ｉは小さくなる。ここで、Ｌ１ は発振コイルのインダクタンス、Ｌ２ はインバータのインダクタンス、Ｃは発振コンデンサのキャパシタンス、Ｒ１ はコイルの抵抗、Ｒ２ はコイルから見た鋼板の抵抗、Ｏは発振器を示す。
【００２４】
インピーダンスＺは、発振コイルのインダクタンスＬ１ 、インバータのインダクタンスＬ２ 、発振コンデンサのキャパシタンスＣ、コイルの抵抗Ｒ１ 、及びコイルから見た鋼板の抵抗Ｒ２ の関数となる。
このため、発振コイルのインダクタンスＬ１ 、コイルの抵抗Ｒ１ は、コイルの形状が決まれば固定値となるので、１段目誘導加熱装置２２と２段目誘導加熱装置２３のそれぞれのインバータを設計する際に、各インバータのインダクタンスＬ２ 及び発振コンデンサのキャパシタンスＣが図３で示した各電力出力特性となるようにそれぞれの容量を設定してやれば、図３の総合電力出力特性を得ることが可能となる。
【００２５】
なお、この総合電力出力特性は、この鋼板１１が誘導加熱式合金化炉１４に対して要求する要求電力出力特性に対して５〜１０％の範囲で上回るように決定するため、鋼板１１の温度を、例えば、５００〜５２０℃にすることができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
誘導加熱式合金化炉１４で加熱された鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に保持する保熱炉１５に装入し通過させながら、鋼板１１の表面に形成したメッキ層の合金化処理を行ない、次いで、冷却炉群１６を通過させながら鋼板１１の温度を、例えば、３００〜３５０℃まで降温して後方設備へ搬送する。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン２６について説明する。なお、図４に示すように、溶融亜鉛メッキライン２６は、本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン１０と比較して、誘導加熱式合金化炉２７が鋼板１１の移動方向に沿って並べて設置された３台の誘導加熱装置によって構成されていることが特徴であって、それ以外は実質的に溶融亜鉛メッキライン１０と同じ構成である。このため、実質的に同一の構成部材には同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【００２７】
誘導加熱式合金化炉２７は、鋼板１１の移動方向の上流側から下流側に向かって並べて設けられた１段目誘導加熱装置（第１の誘導加熱装置）２８、２段目誘導加熱装置（第２の誘導加熱装置）２９、及び３段目誘導加熱装置（第３の誘導加熱装置）３０を有している。そして、各誘導加熱装置２８〜３０には、図示しない投入電力制御装置の一例であるインバータが接続されて供給電力が制御されるようになっている。
また、誘導加熱式合金化炉２７に要求される要求電力出力特性は、図２に示す熱処理炉１２の処理能力特性に基づき、鋼板１１の板幅に応じて図５に示すような特性になる。
【００２８】
ここで、１段目誘導加熱装置２８の最大電力出力点を鋼板１１の板幅が図５に示すリファレンス幅に設定し、３段目誘導加熱装置３０の最大電力出力点を鋼板１１の板幅が図５に示す最大幅に設定し、２段目誘導加熱装置２９の最大電力出力点を１段目誘導加熱装置２８と３段目誘導加熱装置３０の各最大電力出力点（すなわち、リファレンス幅と最大幅）の中間に設定する。更に、１段目、２段目、及び３段目の各誘導加熱装置２８〜３０の最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値に対して、例えば５０〜７０％にする。
このように設定することにより、１段目、２段目、及び３段目の各誘導加熱装置２８〜３０の電力出力特性の総和である総合電力出力特性を、要求電力出力特性に対して、例えば、５〜１０％の範囲内で上回るように調整することができる。その結果、製造可能な板幅範囲内の鋼板１１を、例えば、５００〜５２０℃に加熱することができ、合金化を開始させることができる。
【００２９】
続いて、本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキライン２６の使用方法について説明するが、溶融亜鉛メッキライン２６は溶融亜鉛メッキライン１０と比較して、誘導加熱式合金化炉２７に３台の誘導加熱装置を設けたことが特徴である。このため、誘導加熱式合金化炉２７の構成及び使用方法についてのみ詳細に説明する。
誘導加熱式合金化炉２７は、１段目誘導加熱装置２８、２段目誘導加熱装置２９、及び３段目誘導加熱装置３０を有しており、それぞれ図６の等価回路で表されるインバータにより制御されている。なお、図６（Ａ）は並列発振の場合の等価回路、図６（Ｂ）は直列発振の場合の等価回路をそれぞれ示しており、どちらの回路方式を採用してもよい。
【００３０】
第１の実施の形態で説明したのと同様に、１段目誘導加熱装置２８、２段目誘導加熱装置２９、及び３段目誘導加熱装置３０のそれぞれのインバータを設計する際に、各インバータのインダクタンスＬ２ 及び発振コンデンサのキャパシタンスＣが図５で示した各電力出力特性となるようにそれぞれの容量を設定してやれば、図５の総合電力出力特性を得ることが可能となる。
なお、この総合電力出力特性は、この鋼板１１が誘導加熱式合金化炉２７に対して要求する要求電力出力特性に対して５〜１０％の範囲で上回るように決定するため、鋼板１１の温度を、例えば、５００〜５２０℃にすることができ、メッキ層の合金化を確実に開始させることができる。
【００３１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、誘導加熱式合金化炉を２台の誘導加熱装置を用いて構成する場合、１段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板のリファレンス幅に、２段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅に設定したが、一段目及び２段目の各誘導加熱装置の最大電力出力点を入れ換えてもよい。
また、誘導加熱式合金化炉を３台の誘導加熱装置を用いて構成する場合、１段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板のリファレンス幅に、３段目誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅に、２段目誘導加熱装置の最大電力出力点をリファレンス幅及び最大幅の中間に設定したが、各誘導加熱装置の最大電力出力点を任意に入れ換えてもよい。更に、誘導加熱式合金化炉を４台以上の誘導加熱装置で構成することも可能である。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理される鋼板の板幅に応じて誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求め、各誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の板幅の変動範囲にそれぞれ設定し、各誘導加熱装置の電力出力特性の総和として求まる総合電力出力特性を要求電力出力特性に実質的に一致させるので、誘導加熱式合金化炉に対する要求電力出力特性を満たしながら誘導加熱式合金化炉の総容量を軽減することが可能となる。
その結果、誘導加熱式合金化炉に電力を供給する上位電源装置の容量も合わせて軽減することが可能となり、誘導加熱式合金化炉の設備コストの軽減を図ることが可能となる。
【００３３】
特に、請求項２記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、各誘導加熱装置の最大電力出力値を、要求電力出力特性の最大値未満に設定し、しかも、各誘導加熱装置の最大電力出力値の総和が１台の誘導加熱装置で要求電力出力特性を満たすときの最大電力出力値未満にするので、総合電力出力特性を要求電力出力特性に対して大きく上回らないようにすることができ、生産量に応じた適正な電力出力特性を有するように誘導加熱式合金化炉を構成することが可能になる。
その結果、誘導加熱装置の設備コスト及び電源容量の軽減を達成することが可能となる。
【００３４】
請求項３記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、誘導加熱式合金化炉が２台の誘導加熱装置を有する場合、一方の誘導加熱装置の最大電力出力点を要求電力出力特性が飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、他方の誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅の近傍に設定するので、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を小さくすることができ、誘導加熱装置の設備コストを最小にすることが可能となる。
【００３５】
請求項４記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、要求電力出力特性が鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、誘導加熱式合金化炉が３台の誘導加熱装置を有する場合、第１の誘導加熱装置の最大電力出力点を要求電力出力特性が飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、第２の誘導加熱装置の最大電力出力点を鋼板の最大幅の近傍に設定し、第３の誘導加熱装置の最大電力出力点を第１及び第２の誘導加熱装置のそれぞれの最大電力出力点の中間に設定するので、要求電力出力特性と総合電力出力特性との差を更に小さくすることができ、精度の高い合金化処理を行うことが可能になる。
【００３６】
請求項５記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法においては、総合電力出力特性が要求電力出力特性に対して５％以上、かつ１０％以下の範囲で上回る場合、総合電力出力特性と要求電力出力特性とが実質的に一致していると判定するので、総合電力出力量を要求電力量に対して常に上回るように設定することができ、メッキ層を確実に合金化処理することができ、品質の安定化を達成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の第１の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図である。
【図２】同溶融亜鉛メッキラインの熱処理炉の処理能力特性を示す説明図である。
【図３】同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る誘導加熱式合金化炉の電力出力方法を適用した溶融亜鉛メッキラインの説明図である。
【図５】同溶融亜鉛メッキラインの誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性、各誘導加熱装置から求まる総合電力出力特性、及び各誘導加熱装置の電力出力特性の関係を示す説明図である。
【図６】（Ａ）は並列発振の場合のインバータの等価回路、（Ｂ）は直列発振の場合のインバータの等価回路の説明図である。
【図７】従来の溶融亜鉛メッキ設備の説明図である。
【図８】同溶融亜鉛メッキ設備の熱処理炉の処理能力特性を示す説明図である。
【図９】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ従来の溶融亜鉛メッキ設備の誘導加熱装置の要求電力出力特性と電力出力特性の関係を示す説明図、鋼板の板幅と誘導加熱装置の電流及び電圧の出力特性の関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１０：溶融亜鉛メッキライン、１１：鋼板、１２：熱処理炉、１３：メッキ装置、１４：誘導加熱式合金化炉、１５：保熱炉、１６：冷却炉群、１７：スナウト、１８：溶融亜鉛、１９：ポット、２０：シンクロール、２１：メッキ機ノズル、２２：１段目誘導加熱装置、２３：２段目誘導加熱装置、２４：冷却炉、２５：ガイドロール、２６：溶融亜鉛メッキライン、２７：誘導加熱式合金化炉、２８：１段目誘導加熱装置、２９：２段目誘導加熱装置、３０：３段目誘導加熱装置
Claims (5)
- 熱処理炉から排出された鋼板の表面に形成した溶融金属メッキ層に対して複数の誘導加熱装置を備えた誘導加熱式合金化炉を用いて合金化処理を行う際の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、
前記熱処理炉の処理能力特性に基づき、処理される前記鋼板の板幅に応じて前記誘導加熱式合金化炉に要求される要求電力出力特性を予め求め、前記各誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の板幅の変動範囲にそれぞれ設定し、前記各誘導加熱装置の電力出力特性の総和として求まる総合電力出力特性を前記要求電力出力特性に実質的に一致させることを特徴とする誘導加熱式合金化炉の電力出力方法。 - 請求項１記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値を、前記要求電力出力特性の最大値未満に設定し、しかも、前記各誘導加熱装置の最大電力出力値の総和が１台の誘導加熱装置で前記要求電力出力特性を満たすときの最大電力出力値未満にすることを特徴とする誘導加熱式合金化炉の電力出力方法。
- 請求項２記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が２台の前記誘導加熱装置を有する場合、一方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、他方の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定することを特徴とする誘導加熱式合金化炉の電力出力方法。
- 請求項２記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記要求電力出力特性が前記鋼板の板幅の増加と共に増加し、次いで飽和値に到達して保持される特性を示し、かつ、前記誘導加熱式合金化炉が３台の前記誘導加熱装置を有する場合、第１の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記要求電力出力特性が前記飽和値に到達したときの板幅近傍に設定し、第２の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記鋼板の最大幅の近傍に設定し、第３の誘導加熱装置の最大電力出力点を前記第１及び第２の誘導加熱装置のそれぞれの最大電力出力点の中間に設定することを特徴とする誘導加熱式合金化炉の電力出力方法。
- 請求項３及び４のいずれか１項に記載の誘導加熱式合金化炉の電力出力方法において、前記総合電力出力特性が前記要求電力出力特性に対して５％以上、かつ１０％以下の範囲で上回る場合、前記総合電力出力特性と前記要求電力出力特性とが実質的に一致していると判定することを特徴とする誘導加熱式合金化炉の電力出力方法。
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|---|---|---|---|
| JP2003012270A JP2004225083A (ja) | 2003-01-21 | 2003-01-21 | 誘導加熱式合金化炉の電力出力方法 |
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| JP (1) | JP2004225083A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018048387A (ja) * | 2016-09-23 | 2018-03-29 | 新日鐵住金株式会社 | 連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき装置 |
-
2003
- 2003-01-21 JP JP2003012270A patent/JP2004225083A/ja not_active Withdrawn
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