JP2006508244A - 金属ストランドを溶融浸漬被覆する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、金属ストランド（１）が、溶融被覆金属（２）を収容している容器（３）を介して、及び前もって接続された案内管路（４）を介して垂直方向に通過案内され、案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の両側に設けられた、容器（３）内の被覆金属（２）を保持するために電磁場を発生させるための少なくとも二つの誘導子（５）と、案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の位置（ｓ）を検出するための少なくとも一つのセンサー（６，６‘）とを備えている様式の、金属ストランド（１）、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する装置に関する。案内管路内の金属ストランドの位置を簡単かつ正確に検出するために、本発明によれば、金属ストランド１の位置を検出するためのセンサーが、二つのコイル（６，６‘）から成り、これらのコイルが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の高さ範囲（Ｈ_０）の内側で、誘導子（５）と金属ストランド（１）の間に設けられている。さらに、本発明は金属ストランドを溶融浸漬被覆する方法に関する。

Description

本発明は、金属ストランドが、溶融被覆金属を収容している容器を介して、及び前もって接続された案内管路を介して垂直方向に通過案内され、
案内管路の領域内の金属ストランドの両側に設けられた、容器内の被覆金属を保持するために電磁場を発生させるための少なくとも二つの誘導子と、
案内管路の領域内の金属ストランドの位置を検出するための少なくとも一つのセンサーとを備えている様式の、金属ストランド、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する装置に関する。さらに本発明は、金属ストランドを溶融浸漬被覆する方法に関する。

代表的な金属ストリップ用の金属浸漬被覆設備は、整備が集約的な部分、すなわちその中にある機器を用いた被覆容器を備えている。被覆される金属ストリップの表面は、被覆前に残留酸化物を除去清掃され、かつ被覆金属と結合するために活性化される。このような理由から、ストリップの表面は、被覆前に加熱処理において減少する大気圧において処理される。酸化被膜は前もって化学的にもしくは研磨されて除去されるので、減少する加熱処理により、表面は加熱処理後、金属的に純粋であるように活性化される。

しかしながら、ストリップ表面の活性化により、このストリップ表面の取り巻く大気中の酸素に関する親和力は増大する。大気中の酸素が被覆処理前に再度ストリップ表面に到達するのを防ぐために，ストリップは浸漬長管内で上方から浸漬被覆槽内に挿入される。溶融被覆金属は液状で存在し、重力は吹き出し装置と協働して溶融被覆厚さの調節に役立つことが望まれるので、後続のストリップの接触を溶融被覆金属が完全に凝固するまで禁止し、溶融被覆容器内のストリップは、垂直方向へ方向転換されねばならない。このことは、液状の金属内で走行するローラーにより行われる。液状の被覆金属により、このローラーは増大する磨耗作用を受けるので、生産活動における停止の原因となり、それに伴い損失の原因となる。

ミクロン領域内で変動する、所望の溶融被覆金属の被膜厚さにより、高い要求がストリップ表面の品質に置かれる。このことはさらにストリップを案内するローラーの表面が高い品質でなければならないことを意味する。一般に、この表面における障害は、ストリップ表面の損傷である。これは設備の度重なる停止に関するその他の原因である。

液状の溶融被覆金属内で回転しているローラーと関連した問題を回避するために、その下方領域内で、上方へストリップを垂直方向に通過案内させるための案内管路を有する、下方へ開放された溶融被覆容器を使用しかつ封隙するために、電磁的シール機構を使用するという試みがある。この場合、電磁誘導子があり、この電磁誘導子は押戻すか、ポンプにより圧送するか、あるいは締め付ける電磁的交流磁場あるいは進行磁場により働き、これらの磁場は被覆容器を下方に向かって封隙する。

このような解決策は、例えば特許文献１から公知である。さらに、特許文献２の解決策あるいは特許文献３の解決策には、被覆容器を下方に向かって封隙するための電磁閉鎖装置が使用されている。

強磁性の金属ストリップの被覆は確かに可能であるが、実質的に強磁性の鋼ストリップの場合、この強磁性の鋼ストリップが電磁的に封隙する際に強磁性により管路壁に引きつけられ、それによりストリップ表面が損傷するという問題が生じる。さらに、被覆金属と金属ストリップがそれ自体誘導場により不適切に加熱されることが問題である。

二つの進行磁場間の案内管路を貫通する強磁性の鋼ストリップの位置は、バランスが不安定である。案内管路の中央においてのみ、壁に作用する磁気引力はゼロである。鋼ストリップがその中央位置からそれると同時に、二つの誘導子の内の一つに近づくが、他方の誘導子からは遠ざかる。このようにそれる原因は、ストリップの単純な平担度誤差であることもありえる。この場合、ストリップの幅に渡って見られる、ストリップの波（Bandwellen）の様態を挙げると、中のび, クオータのび, 端のび, フッター（Flattern）, ねじれ, クロスボウ, Ｓ字形等である。磁気引力を誘引する磁気誘導は、指数関数に従い、誘導子からの間隔に関連して、磁場強度が減衰する。同じように、誘導磁場の二乗に関連する引力は、誘導子の間隔が広がるにつれて減衰する。反ったストリップにとって、このことは一方向への反りにより、一方の誘導子に向かう引力は指数関数的に強くなるが、他方の誘導子による復帰力は指数関数的に減衰する。両方の作用が増大し、したがってバランスはとれていない。

この問題を解決するために、またさらに案内管路内の金属ストリップを正確に位置制御するために、特許文献４と特許文献５からヒントが得られる。そこで開示された構想によれば、電磁進行磁場を発生させるためのコイルに加えて、付加的な補助コイルが設けられている。この補助コイルは制御システムと結合しており、金属ストリップが中央位置から外れた場合中央位置へ再度戻すことを配慮している。

案内管路内の金属ストランドの位置を制御するために、位置を正確に検出することは、重要な前提条件である。特許文献６、７及び８においては、これに関して、その特有な構成と具体的な配設がそこでは示されずに、センサーが開示されている。
欧州特許発明第０６７３４４４号明細書 国際特許出願公開第９６／０３５３３号明細書 特開平５−８６４４６号明細書 ドイツ国特許出願公開第１９５３５８５４号明細書 ドイツ国特許出願公開第１００１４８６７号明細書 国際特許出願公開第０１／１１１０１号明細書 特開平１０−２９８７２７号明細書 特開平１０−４６３１０号明細書

本発明の根底をなす課題は、本願の技術様式と同じ装置に関して、精度が高く、構造が簡単で、さらに低コストであることを特徴とする、案内管路内の金属ストランドの位置を検出するためのセンサーを提供することである。

このような課題は、金属ストランドの位置を検出するためのセンサーが、二つのコイルから成り、これらのコイルが−金属ストランドの移送方向で見れば−誘導子の高さ範囲の内側に、かつ誘導子と金属ストランドの間に設けられていることにより解決される。

この場合、コイルと誘導子が、案内管路の中央平面に関して対称に設けられているのが好ましい。

コイルは同一であり、かつ芯のない線巻き取り部材として構成されているのが好ましい。コイルは一つ以上の巻体を備えていてもよい。この場合、コイルの線が銅から成るのが長所である。さらに、コイルの巻体は、円形、楕円形あるいは長方形の形状を有していてもよい。
他の実施形態によれば、コイルは、コイル内に誘導される電圧を測定するための測定装置と接続している。この場合、コイル内に誘導される電圧を高インピーダンスで測定するための測定装置が配設されていてもよい。

さらに、測定装置は差分形成器を備え、この差分形成器により、コイル内に誘導される電圧の両方の差を測定することができる。

最後に、多くの対のコイルは、金属ストランド１の移送方向で見て、誘導子５の高さ範囲の内側で、誘導子と金属ストランドの間に設けられていてもよい。

金属ストランドを溶融浸漬被覆するための本発明による方法にあって、金属ストランドは、溶融被覆金属を収容している容器を介して、及び前もって接続された案内管路を介して垂直方向に通過案内される。容器内の被覆金属を保持するために、案内管路の領域内の金属ストランドの両側に設けられた少なくとも二つの誘導子が設けられており、この場合、少なくとも一つのセンサーを用いて、案内管路の領域内の金属ストランドの位置を検出する。

この方法は、本発明によれば、金属ストランド１の位置を検出するために、二つのコイルが設けられ、このコイルが、金属ストランドの移送方向で見て、誘導子の高さ範囲の内側で、誘導子と金属ストランドの間に設けられており、その際、コイル内に誘導される電圧を測定し、測定された電圧を互いから差し引き、そして金属ストランドの位置に関するインジケータを得るために、得られた値を使用する。従って両誘導電圧の測定後、両方の値の差分形成が実行される。算出された差分に依存して、金属ストランドの中央位置からのズレのレベルが得られる。

案内管路内の金属ストランドの位置を確定するための提案されたセンサーは、簡単で、しかもそれに伴って費用のかからない構造が特徴である。さらに、このセンサーにより、金属ストランドの位置を極めて正確に検出することが可能である。

本発明を実施例に基づき図を用いて詳しく説明する。

本装置は容器３を備え、この装置は溶融液状被覆金属２で充填されている。このような被覆金属とは例えば亜鉛もしくはアルミニウムである。鋼ストリップの形の被覆される金属ストランド１は、容器３を移送方向Ｒで上方に向かって垂直に通過する。金属ストランド１が容器３を下方から上方へと通過することが原則的に可能であることもこの位置で見てとれる。容器３を通って金属ストランド１が通り抜けるように、容器は底部領域が開口している。ここでは、誇張された大きさのすなわち幅広に示した案内管路４が位置している。

溶融液状被覆金属２が案内管路４を通って下方へ流出できないように、金属ストランド１の側方には、磁場を生じさせる二つの電磁誘導子５があり、この磁場は液状被覆金属２内で浮力を生じさせ、この浮力は液状被覆金属２の重力に反対に作用し、従って案内管路４を下方に向かって封隙する。

誘導子５とは、対向して設けられた二つの交流磁場誘導子あるいは進行磁場誘導子であり、この誘導子は２Ｈｚから１０Ｈｚまでの周波数領域内で運転され、かつ電磁横方向磁場を移送方向Ｒに対して垂直に構成する。単相システム（交流磁場誘導子）にとっての好ましい周波数領域は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであり、多相システム（例えば進行磁場誘導子）にとっては２Ｈｚ〜２ｋＨｚである。

案内管路４内にある金属ストランド１を、金属ストランドができるだけ一定の状態である位置に、好ましくは案内管路４の中央平面７にあるように保持することが目標である。

相対する両電磁誘導子５間にある金属ストランド１は、通常電磁誘導子５の間の電磁場に置いた場合、より近くに置かれた電磁誘導子の方に引き寄せられ、この場合一方の誘導子に接近することにより引力が増大し、それによりストリップの中央位置はきわめて不安定なる。従って装置を運転する場合、金属ストランド１が電磁誘導子５の引力のために拘束され、かつ作動した誘導子間の案内管路４の中心を通り抜けできないという問題が生じる。

そのことから、案内管路４の中央平面７内で金属ストランド１を安定化させるために、
図示していない−特に同様に図示していない電磁補助コイルを介して−金属ストランド１に作用する制御回路が設けられている。電磁誘導子５と（図示していない）補助コイルの磁場の重ね合せにより、金属ストランド１が一定の、特に中央の位置を維持することが証明される。その際、補助コイルにより、電磁誘導子５の磁場を制御次第で強化あるいは減衰させることができる（重ね合わせの原理）。

電磁誘導子５は両方とも、実質的に案内管路４の中央平面７に対して鏡対称に設けられており、かつ互いに間隔Ｙを有する。金属ストランド１の移送方向Ｒで見てとれる電磁誘導子の高さ範囲Ｈ_０は、両電磁誘導子にあって同じである。

電磁誘導子５と金属ストランド１との間、特に電磁誘導子５と案内管路４の壁との間において、二つのコイル６と６‘が、中央平面７に対して鏡対称に設けられている。図１から、二つのコイルの高さ位置Ｈならびに電磁誘導子５からの間隔Ｘ１あるいはＸ２が明らかである。図２では、電磁誘導子５の斜視図において、電磁誘導子に対して設けられたコイル６が認識でき、その上さらにコイル６は、電磁誘導子５に対して一定の横方向位置Ｌに設けられている。

効率的な制御にとって、案内管路４内の金属ストランド１の位置ｓ、つまり中央平面７からのズレをできるだけ正確に検出することが重要である。

ここでは、位置測定センサー（コイル）６あるいは６‘が使用されており、芯のない線巻取り部材として構成されている。コイルは、電磁場内の電磁誘導子５の各々の前方に設けられ、コイル６，６’内に誘導される電圧Ｕ_ｉｎｄ１とＵ_ｉｎｄ２が測定に適しており、この電圧は電磁誘導子５内で発生した磁場強度に比例している。コイル６，６’内に誘導される電圧Ｕ_ｉｎｄ１とＵ_ｉｎｄ２の測定は、電磁誘導子５（と場合によっては補助コイル）の磁場に影響を与えないように、電流なし（高インピーダンス（hochohmig））で行われる。コイル６，６’とは、一つ以上の導電性の線金属（例えば銅線）の巻き線を有するこのようなコイルである。コイル６，６’を製造する際、線材材料は円形、楕円、長方形あるいは中心点を中心にして相似形で巻かれる。

図１から推察できる通り、一対のコイルのみを示してある二つのコイル６，６’は、各々電磁誘導子５の電磁場において、幾何学的に相対している対を形成するように、互いに設けられている。この場合、組になっている対のコイル６，６’は、各々電磁誘導子５と鋼ストリップ１の間に設けられている。案内管路４の中央平面７に関して、コイル６，６’は鏡対称に設けられている。言い換えると、コイル６，６’の高さ位置Ｈ、コイル６，６’の横方向位置Ｌ（図２を参照）、ならびにコイル６，６’の電磁誘導子５からの間隔Ｘ_１あるいはＸ_２は等しい。間隔Ｘ_１とＸ_２が等しいことは、必要不可欠な前提条件ではないことがわかる。

金属ストランド１が電磁誘導子５間に、したがって所定の電磁場内のコイル６，６’間に配置された場合、コイル６，６’において測定される誘導電圧は、金属ストランド１の位置ｓに依存して変化する。このことは、磁場内の金属ストランド１のフィードバックに起因する。したがって提案された構想は、磁場内の誘導子の配設と測定コイルの位置の組合わせを考慮している。この場合、磁場による金属ストランド１の相互作用の効果は、電磁的な封隙に役立つ。

この役立つ効果は、以下の物理的な考察から説明がつく。

コイル６，６’内において、公知の電磁誘導の原理に対応して、以下の電圧が誘導される。

Ｕ_ｉｎｄ= −ｎ・ｄＰｈｉ／ｄｔ
式中、Ｕ_ｉｎｄはコイル内の誘導電圧、ｎはコイルの巻き数、ｄＰｈｉ＝ＢｄＡは磁束密度であり、Ａは磁場に対して垂直なコイル面積、Ｂは磁場強度である。

したがって、コイル６，６’内の誘導電圧Ｕ_ｉｎｄは、コイルの位置の磁場強度に比例している。コイル６内の誘導電圧Ｕ_ｉｎｄ１とコイル６‘内の誘導電圧Ｕ_ｉｎｄ２の差の形成により、コイル６，６’間に配置される、すなわち電磁場内のコイル間に配置される金属ストランド１が無くても、コイル６，６’の位置に対応した差分信号、つまり電圧差分Ｕ_ｉｎｄが生じる。条件が理想的でかつ間隔Ｘ_１及びＸ_２が同じ場合、コイル６，６’間の電圧差分Ｕ_ｉｎｄはゼロである。

コイル６，６’間において、今金属ストランド１が作動している電磁場内に挿入された場合、コイル６，６’の位置が安定していると、コイル６，６’の差分信号Ｕ_ｉｎｄは変化する。

金属ストランド１が電磁誘導子５と前もって接続されたコイル６，６’間で様々な位置ｓをとる場合、その位置ｓに依存して、様々なコイル６，６’の差分信号が生じる。金属ストランド１の位置ｓは、局部的に固定したコイル６，６’の相違とパラメータ、すなわちコイル６，６’の高さ位置Ｈ、コイル６，６’の横方向位置Ｂ、及びコイル６，６’の電磁誘導子５からの間隔Ｘ_１あるいはＸ_２に応じたコイルの配設とから得られる。

したがって、コイル６，６’内において、電圧Ｕ_ｉｎｄ１とＵ_ｉｎｄ２は、以下の関係に従って誘導される。

Ｕ_ｉｎｄ１= −ｎ_１・ｄＰｈｉ／ｄｔ・ｆ_１
あるいは、
Ｕ_ｉｎｄ２= −ｎ_２・ｄＰｈｉ／ｄｔ・ｆ_２
ここで、Ｕ_ｉｎｄ１はコイル６内の誘導電圧、Ｕ_ｉｎｄ２はコイル６‘内の誘導電圧、ｎ_１はコイル６の巻き数、ｎ_２はコイル６‘の巻き数、ｆ_１は金属ストランドの位置と磁場強度のパラメータとしてのコイル６に関する係数、ｆ_２は金属ストランドの位置と磁場強度のパラメータとしてのコイル６’に関する係数である。

コイル６，６’内に誘導される電圧は、測定装置８の部分で測定される。この測定が行われる測定装置８の部分に、差分形成器（Differenzbildner）９が後方で接続されている。そこにおいて電圧差分Ｕ_ｉｎｄ、つまりコイル６内の誘導電圧Ｕ_ｉｎｄ１とコイル６‘内の誘導電圧Ｕ_ｉｎｄ２との間の差分が決定される。差分形成器９には、測定装置８内で、電圧差分Ｕ_ｉｎｄから出発して、案内管路４の中央平面７に対する金属ストランド１の位置ｓを再計算可能なユニットが後続して設けられている。ここで保存された金属ストランドの位置ｓに関する機能経過（Funktionverlauf）は、電圧差分Ｕ_ｉｎｄに依存する。

コイル６，６’間に設けられた金属ストランド１と、それと共にストリップ位置に依存しかつ磁場に依存した、コイル６，６’内に誘導される個別の電圧のフィードバックにより、測定装置８内で保存された機能に従って測定された電圧差分Ｕ_ｉｎｄに応じた金属ストランド１の位置ｓが得られる。従って、金属ストランド１の位置ｓを測定し、かつ鋼ストリップの位置を制御する際に利用することが簡単かつ正確な方法で実現可能になる。

通過案内される金属ストランドを伴う溶融浸漬被覆装置の概略図である。 その正面に設けられた測定コイルを備えた誘導子の斜視図である。

符号の説明

１ 金属ストランド（鋼ストリップ）
２ 被覆金属
３ 容器
４ 案内管路
５ 誘導子
６ センサー（コイル）
６‘ センサー（コイル）
７ 案内管路の中央平面
８ 測定装置
９ 差分形成器
ｓ 金属ストランドの位置
Ｒ 移送方向
Ｈ_０ 誘導子の高さ範囲
Ｙ 誘導子の間隔
Ｈ コイルの高さ位置
Ｌ コイルの横方向位置
Ｘ_１ コイル６の誘導子からの間隔
Ｘ_２ コイル６の誘導子からの間隔
Ｕ_ｉｎｄ１ コイル６内の誘導電圧
Ｕ_ｉｎｄ２ コイル６‘内の誘導電圧
Ｕ_ｉｎｄ 電圧差

Claims (11)

1. 金属ストランド（１）が、溶融被覆金属（２）を収容している容器（３）を介して、及び前もって接続された案内管路（４）を介して垂直方向に通過案内され、
   案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の両側に設けられた、容器（３）内の被覆金属（２）を保持するために電磁場を発生させるための少なくとも二つの誘導子（５）と、
   案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の位置（ｓ）を検出するための少なくとも一つのセンサー（６，６‘）とを備えている様式の、金属ストランド（１）、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する装置において、
   金属ストランド１の位置を検出するためのセンサーが、二つのコイル（６，６‘）から成り、これらのコイルが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の高さ範囲（Ｈ_０）の内側で、誘導子（５）と金属ストランド（１）の間に設けられていることを特徴とする装置。
2. コイル（６，６‘）と誘導子（５）が、案内管路（４）の中央平面（７）に関して対称に設けられていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. コイル（６，６‘）が同一であり、かつ芯のない線巻き取り部材として構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. コイル（６，６）が一つ以上の巻体を備えていることを特徴とする請求項３記載の装置。
5. コイル（６，６‘）の線が銅から成ることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. コイル（６，６’）の巻体が、円形、楕円形あるいは長方形の形状を有していることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の装置。
7. コイル（６，６’）が、コイル（６，６‘）内に誘導される電圧（Ｕ_ｉｎｄ１，Ｕ_ｉｎｄ２）を測定するための測定装置（８）と接続していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載装置。
8. コイル（６，６‘）内に誘導される電圧（Ｕ_ｉｎｄ１，Ｕ_ｉｎｄ２）を高インピーダンスで測定するための測定装置（８）が配設されていることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 測定装置（８）が差分形成器（９）を備え、この差分形成器により、コイル（６，６）内に誘導される電圧（Ｕ_ｉｎｄ１，Ｕ_ｉｎｄ２）の両方の差（Ｕ_ｉｎｄ）を測定することができることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 多くの対のコイル（６，６‘）が、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の高さ範囲（Ｈ_０）の内側で、誘導子（５）と金属ストランド（１）の間に設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の装置。
11. 金属ストランド（１）が、溶融被覆金属を収容している容器（３）を介して、及び前もって接続された案内管路（４）を介して垂直方向に通過案内され、
    案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の両側に設けられた少なくとも二つの誘導子（５）を用いて、容器（３）内の被覆金属（２）を保持するための電磁場を発生させ、
    少なくとも一つのセンサー（６，６‘）を用いて、案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の位置（ｓ）を検出する様式の、金属ストランド（１）、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する方法において、
    金属ストランド（１）の位置を検出するために、二つのコイル（６，６‘）が設けられ、このコイルが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の高さ範囲（Ｈ_０）の内側で、誘導子（５）と金属ストランド（１）の間に設けられており、その際、コイル（６，６‘）内に誘導される電圧（Ｕ_ｉｎｄ１，Ｕ_ｉｎｄ２）を測定し、測定された電圧を互いから差し引き、そして金属ストランド（１）の位置に関するインジケータを得るために、得られた値を使用することを特徴とする方法。

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