JP2005206879A - 溶融亜鉛めっき設備およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備において、高応答で安定した金属板温度制御を可能とし、合金化度不良による表面欠陥が生じるのを抑制する。
【解決手段】直火式合金化炉５の下部にフレーム加熱式のバーナ５２を配置するとともに、金属板（Ｓ）とバーナの間の距離を変更できる構造とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶融亜鉛めっき設備およびその制御方法に関する。

直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備では、溶解亜鉛浴に浸漬され、めっき付着量を調整された鋼板等の金属板（金属帯をも含む意味とする。以下、同じ）を、直火式合金化炉（以下、合金化炉）で、金属板温度４００〜６００℃の温度にて加熱することにより、金属板中の金属成分（鋼板の場合は鉄分）を亜鉛めっき層内に拡散させる熱処理を行う。この合金化炉におけるめっき層の合金化プロセスの模式図を図１に示す。

図において、１はスナウト、２は亜鉛めっき浴、３は溶融亜鉛、４は付着量制御装置、５は合金化炉、１０は溶融亜鉛めっき設備であり、Ｓがめっきされる金属板（図１の例では鋼板）、図中の矢印はその搬送方向である。

ところで、合金化が促進され、めっき層中の鉄等の金属成分含有率が高くなると、Γ相なる脆弱なめっき層が生成し、金属板をプレス等で変形させた場合、めっき層が剥がれるパウダリング不良を生じてしまう。また、逆に合金化度が不十分な場合、「焼けむら」と称される色調欠陥が生じてしまう。つまり、めっき層中の鉄等の金属成分含有率（合金化度）には適正範囲があるが、合金化速度は、材質、めっき厚、亜鉛浴成分等により異なる。このため溶融亜鉛めっき設備（溶融亜鉛めっきラインとも称する）１０では、材質、めっき厚、板厚等が変更される先行金属板と後行金属板の継ぎ目（段付点）前後で合金化炉５内での金属板（Ｓ）の昇温速度を変更する必要がある。溶融亜鉛めっき設備のような連続式の設備の特性上、先行金属板と後行金属板の継ぎ目前後で同一の搬送速度で金属板を搬送せざるを得ないからである。

一般に合金化炉の加熱手段には、（１）直火炉方式、（２）インダクションヒータ方式、及び（３）インダクションヒータ＋直火炉方式が用いられている。（１）の方式は、図２に示す如く、短フレームのガスバーナ５２の直火により炉壁を加熱し、炉壁からの輻射伝熱により金属板（Ｓ）を加熱する。このため、金属板の加熱速度は、炉壁温度に連動するが、直火式合金化炉では炉壁温度を変更するのに要する時間が長く、１〜２分はかかるため、制御応答性が悪く、段付点前後では、合金化度外れによる不良が生じてしまう場合が少なくない。

一方（２）及び（３）の方式は、段付点前後で金属板の加熱速度を変更する際の制御応答性は十分であるものの、直火式合金化炉に比べ非常に設備費が高額になる問題がある。

この問題を解決するために、発明者らは先に、特許文献１（出願時未公開）にて、フレーム加熱式のバーナ５２を、図２に示した如く、合金化炉５の下部に設置し、直火式合金化炉であっても安価で高応答の合金化制御が可能な方法を提案した。

特願平２００２−２００７８１号公報

しかし、従来のフレーム加熱式のバーナを用いた直火式合金化炉では、バーナの燃料及び空気の流量のコントロールで合金化制御を行うため、フレームの温度が急激に変化することがあり、合金化制御がハンチングする等、安定的に制御できない、という問題があった。

本発明は、前記のような問題を解決する、高応答で安定した金属板の温度制御が可能な、溶融亜鉛めっき設備およびその制御方法を提供し、合金化度不良による金属板の表面欠陥が生じるのを抑制することを課題とする。

本発明は、直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備において、前記直火式合金化炉下部にフレーム加熱式のバーナを配置するとともに、金属板と前記バーナの間の距離を変更できる構造として、前記課題を解決したものである。

本発明は、又、前記の溶融亜鉛めっき設備を用いて、金属板と前記バーナの間の距離を制御することにより合金化制御を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき設備の制御方法を提供するものである。

本発明によれば、直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備において、直火式の合金化炉の下部にフレーム加熱式のバーナを配置し、金属板とバーナの間の距離を制御することにより、高応答で安定した金属板の温度制御が可能となるため、合金化度不良による表面欠陥が生じるのを抑制できるようになる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本実施形態は、先述の図１及び図２に模式的に示した、フレーム加熱式のバーナ５２を設置した直火式合金化炉５を有する溶融亜鉛めっき設備１０と、その中に設置した直火式合金化炉５の基本的な構成を踏襲する。

ここで、フレーム加熱式のバーナ５２は、直火式合金化炉５の耐火物製隔壁５１より下側に設置してあり、煙突効果により炉下部から侵入してくる大量の空気に打ち勝ち、鋼板Ｓのフレーム（熱ガス）による噴流加熱が可能なよう、１００ｍ／ｓ以上で吐出する空気に燃料ガスを混合させ、燃焼させる構造となっている。

本発明において、追加設置された部分は、破線で囲って示した部分である。５４は油圧シリンダ等の、バーナ５２を鋼板Ｓに接近、離隔可能な移動手段であり、５６は各移動手段により鋼板Ｓとバーナ５２の間の距離を可変制御する制御装置、５８はプロセスコンピュータである。移動手段５４は、油圧シリンダに限らず、サーボモータや電動機等、位置を断続的あるいは連続的に制御できるものであれば、何でもよく、ここに挙げたもの以外のものであってもよい。

図３は、フレーム加熱式のバーナ５２を拡大して示した（ａ）斜視図および（ｂ）断面図であり、フレーム加熱式のバーナ５２は、図３（ａ）に示すように、「Ａｉｒ」と記されているシャドウ着色の穴からは空気が、「ｆｕｅｌ」と記されている白色の穴からは燃料ガスを噴射する仕組になっており、図３（ｂ）に示すように、「Ａｉｒ」と記されている空気と、「ｆｕｅｌ」と記されている燃料ガスを、別系統の配管から供給するとともに、燃焼によって生ずるフレームＦを鋼板Ｓに当てることにより、鋼板Ｓを噴流加熱する仕組になっている。

前記フレーム加熱式のバーナ５２を設置した直火式合金化炉５を有する溶融亜鉛めっき設備１０において、バーナの燃料及び空気の流量を変更した場合の鋼板の加熱能力の変化の様子を図４に示す。燃料流量を低減した場合、フレームＦの長さの短縮の仕方が急激なため、燃料流量の低減率に比べ鋼板加熱能力の低減率は大きく、燃料流量（空気の流量でフレームＦの長さを変更する場合もあるため、空気の流量の場合もある）のコントロールにて合金化制御を行うことは、制御のハンチングを誘発しやすい等の理由により、非常に困難といえる。その要因としては、燃料または空気の流量の減少によるフレームＦ（熱ガス）の速度の低下、フレームＦの温度の低下に加え、フレームカーテンにて抑えられていた直火式合金化炉５の下部からの浸入空気の増加が挙げられる。

そこで、発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、鋼板とバーナの間の距離を制御することで良好な合金化制御が可能なことに気付き、本発明をなすに至った。図５に鋼板とバーナの間の距離を変更した場合の鋼板の加熱能力の変化の様子を示す。鋼板とバーナの間の距離を、例えば１００〜４００ｍｍ、好ましくは２００〜４００ｍｍに制御することで、鋼板加熱能力は緩やかにほぼ直線的に制御可能であり、また、燃料または空気の流量を一定にして、機械的な距離という制御しやすい対象のみを変更するため、ハンチング等の問題は著しく発生しにくくなり、制御の安定性も確保できる。

本発明の実施例を図６に示す。先行材（０．６ｔ×１０００ｗ）を通板速度６０ｍｐｍで通板し、後行材（１．２ｔ×１０００ｗ）が通板されたときにおける操炉状況の比較を示す。尚、合金化炉の下部には急速加熱帯が３．５ｍ設置してある。適正操業条件はプロセスコンピュータに入力されており、合金化炉をコイル段付点が通過した時に自動で操業条件が変更される。破線で示す従来のように燃料または空気の流量を制御する場合は、段付点通過後に大きく制御性が悪化し合金化不良（焼けむら）が発生していたが、実線で示す如く、本発明により高応答の鋼板Ｓの温度制御が可能となり適正な合金化度の鋼板が得られるようになったことがわかる。

本発明の適用対象は鋼板に限定されず、金属板一般に適用できる。

直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備を模式的に示す略示断面図 図１の合金化炉部分を拡大して示す断面図 フレーム加熱式のバーナを拡大して示す、（ａ）斜視図および（ｂ）断面図 バーナの燃料及び空気の流量を変更した場合の鋼板の加熱能力の変化の様子を示す図 鋼板とバーナの間の距離を変更した場合の鋼板の加熱能力の変化の様子を示す図 本発明の実施例を示す図

符号の説明

１…スナウト
２…亜鉛浴
３…亜鉛
４…付着量制御装置
５…合金化炉
１０…溶融亜鉛めっき設備
５２…フレーム加熱式のバーナ
５４…移動手段
５６…制御装置
５８…プロセスコンピュータ
Ｓ…鋼板
Ｆ…フレーム

Claims (2)

1. 直火式合金化炉を有する溶融亜鉛めっき設備において、前記直火式合金化炉下部にフレーム加熱式のバーナを配置するとともに、金属板と前記バーナの間の距離を変更できる構造としたことを特徴とする溶融亜鉛めっき設備。
2. 前記請求項１の溶融亜鉛めっき設備を用いて、金属板と前記バーナの間の距離を制御することにより合金化制御を行うことを特徴とする溶融亜鉛めっき設備の制御方法。

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