JP2009275243A

JP2009275243A - 溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法及びめっき付着量計測装置

Info

Publication number: JP2009275243A
Application number: JP2008125362A
Authority: JP
Inventors: Hironori Fujioka; 宏規藤岡; Takashi Yonekura; 隆米倉; Masashi Yoshikawa; 雅司吉川
Original assignee: Mitsubishi Hitachi Metals Machinery Inc
Current assignee: Primetals Technologies Holdings Ltd
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2008-05-13
Publication date: 2009-11-26

Abstract

【課題】めっき後の鋼板に付着しためっき量を高精度に計測し、めっき付着量の精度、めっきの安定性を向上させることが可能な溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法及びめっき付着量計測装置を提供する。
【解決手段】溶融金属浴１３中に連続して通過させて引き上げためっき鋼板２２の両面に対して、ワイピングノズル１４により溶融金属の付着量を制御する溶融金属めっき鋼板２２の製造装置において、溶融金属浴１３の入側における鋼板２の幅方向の板厚分布と、ワイピングノズル１４の出側におけるめっき鋼板２２の幅方向の板厚分布とをそれぞれ検出し、めっき前の鋼板２１の板厚とめっき鋼板２２の板厚との差から、めっきの付着量の幅方向の分布を算出する構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、めっき付着量計測方法及びめっき付着量計測装置に関し、とくに連続的に搬送される鋼板を溶融金属めっき浴中に浸漬させて引き上げた後、該鋼板の両面に対してワイピングノズルからガスジェットを吹き付けて鋼板に余剰に付着した溶融金属を除去する構成を備える溶融金属めっき鋼板のめっき付着量を計測する溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法及びめっき付着量計測装置に関する。

耐食性及び耐候性に優れている溶融金属めっき鋼板は、自動車用や家電用にその需要が増加してきており、めっき厚の精度及びめっきの安定性が求められている。

このような溶融金属めっき鋼板におけるめっき付着量の制御は、一般的に、連続的に搬送される鋼板を溶融金属めっき浴中に浸漬させて引き上げた後、該鋼板の両面に対してワイピングノズルからガスジェットを吹き付け、鋼板に余剰に付着した溶融金属を除去することにより行われるが、鋼板の両面に対してガスジェットを吹き付ける構成であるために、溶融めっきされためっき鋼板の端部（以下、板端という）において、対向するワイピングノズルから噴射されたガスジェットが相互に干渉し、溶融金属の除去性能が低下して板端のめっき厚が厚くなるため、めっき鋼板の板端の板厚がめっき鋼板の幅方向の中央部より厚くなる（めっきのエッジアップ）という問題があった。

板端の板厚が厚いめっき鋼板をコイル状に巻き取ると、板端部に塑性伸びが発生して板の耳のびが生じる可能性があることから、従来、ワイピングノズルのスリットギャップを、鋼板の幅方向の中央部側に比較して板端側が広くなるように設定することにより上述しためっきのエッジアップを防止する構成が周知となっている。

また、めっき鋼板の幅方向の少なくとも中央部付近と両端部付近とにおける厚さを測定し、測定の結果、めっき鋼板の中央部付近の厚さより両端部付近の厚さが大きいとき、両端部付近の厚さと中央部付近の厚さとの差が小さくなるようにまたは中央部付近の厚さが両端部付近の厚さ以上となるように、ワイピングノズルの動作を制御するものも開示されている（例えば、特許文献１参照）。

２００７−６３６４７号公報

従来、めっき鋼板のめっき付着量は、Ｘ線付着量計等のめっき層を透過することにより母材表面のめっき膜厚を計測するめっき膜厚測定手段を用いて測定していた。しかしながら、このようなめっき膜厚測定手段を用いる場合には、めっき層の内部の成分が安定した状態、つまり、表面温度がある程度低下した状態でめっき膜厚を測定する必要があった。そのため、めっき膜厚測定手段は製品をコイル状に巻き取る巻き取り機（コイラ）の手前や、ワイピングノズルとは離れた位置に設置され、測定結果に基づきワイピングノズルのスリットギャップを制御するまでに時間を要し、高精度の鋼板を製造することは困難であった。

例えば、厚さ測定手段がワイピングノズルから１００ｍ離れている場合は、少なくともワイピングノズルを用いて余剰に付着した溶融金属を除去された鋼板の部分が、１００ｍ搬送されて厚さ測定手段において測定されるまでの間、即ち、作業を開始してからめっき鋼板がその板厚を測定され、測定結果に基づきワイピングノズルの動作の制御を開始するまでの間は、めっき膜厚測定手段による測定結果がワイピングノズルの動作に反映されないため、とくに異なる鋼板を接続した溶接点の近傍等において、めっき鋼板の形状が所望の精度に満たないおそれがあった。鋼板形状の精度が低下すると、所望の精度に満たない鋼板の端部をトリミングするため、歩留まりを低下させ、生産性の低下に繋がり、改善が求められていた。

本発明はこのような問題を解決するものであって、めっき後の鋼板に付着しためっき量を高精度に計測し、めっき品質（付着量の精度、安定性）を向上させることが可能な溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法及びめっき付着量計測装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するための第１の発明に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法は、溶融金属浴中に連続して鋼板を通過させ引き上げた鋼板の両面に対して、めっき付着量制御手段のワイピングノズルにより溶融金属の付着量を制御する連続溶融金属めっき鋼板製造装置において、前記溶融金属浴の入側における前記鋼板の板厚と、前記めっき付着量制御手段の出側におけるめっき後のめっき鋼板の板厚とをそれぞれ検出し、板幅方向に検出した前記鋼板の板厚と前記めっき鋼板の板厚との差から、めっきの付着量の幅方向の分布を算出することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第２の発明に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法は、第１の発明において、算出された前記めっきの付着量の幅方向の分布、前記ワイピングノズルのノズル圧力、前記ワイピングノズルのノズルスリットギャップ、ライン速度、及び前記ワイピングノズルと前記鋼板との間の距離情報に基づいて、前記鋼板の表面と裏面のそれぞれに付着しためっき付着量を算出することを特徴とする。

上記の課題を解決するための第３の発明に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測装置は、鋼板が連続的に浸漬される溶融金属めっき浴と、前記鋼板へのめっき付着量を制御するめっき付着量制御手段とを備えた溶融金属めっき鋼板の製造装置であって、前記溶融金属めっき浴の入側における前記鋼板の板厚を計測するめっき前板厚分布計測手段と、前記めっき付着量制御手段の出側におけるめっき後のめっき鋼板の板厚を計測するめっき後板厚分布計測手段と、前記めっき前板厚分布計測手段の計測値および前記めっき後板厚分布計測手段の計測値に基づいて、前記鋼板の両面に付着しためっきの板幅方向の分布を算出するめっき付着量演算手段とを備えることを特徴とする。

上記の課題を解決するための第４の発明に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測装置は、第３の発明において、前記めっき付着量制御手段と前記めっき後板厚分布計測手段とが一体に形成されていることを特徴とする。

上述した本発明に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法によれば、めっき付着量の幅方向の分布を詳細に検知し、算出しためっき付着量の分布をめっき付着量制御手段による設定条件の調整や自動制御システムの調整に用いることができるため、めっき品質（付着量の精度、均一性）を向上させることができる。

また、上述した本発明に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置によれば、溶融金属めっき浴の入側における鋼板の板厚分布と、めっき付着量制御手段の出側におけるめっき後のめっき鋼板の板厚分布とに基づいてめっき付着量を調整することにより、めっき前板厚分布計測手段及びめっき後板厚分布計測手段による測定結果に基づきワイピングノズルの動作の制御を開始するまでの時間を従来に比較して短縮することができるため、めっき付着量を適切に制御することができ、めっき付着量の制御を精度よく行って製品品質を向上することができる。

本発明は、溶融金属浴中に連続して鋼板を通過させて、引き上げた鋼板の両面に対してワイピングノズルからガスを噴射し余剰の溶融金属を取り除く設備に、めっき工程の前・後に鋼板（又はめっき後のめっき鋼板）の板幅方向の板厚分布を計測する板厚分布計測装置と、めっき付着量演算部とを設け、めっき付着量演算部において、板厚分布計測装置によって得られた情報に基づいて、めっき付着量の板幅方向の両面めっき付着量を算出するとともに、算出しためっき付着量と、めっき付着量を制御するワイピングノズルの運転条件（ノズル−板間距離、ノズル圧力、ノズルスリットギャップ、ライン速度等）に関する情報とを利用して鋼帯の片面に付着しためっき量の板幅方向分布を算出するようにしたものであり、その詳細を以下に示す実施例において説明する。

図１乃至図３を用いて本発明の第１の実施例を説明する。図１は本実施例に係る溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方装置を適用する溶融金属めっき鋼板の製造装置の概略図、図２（ａ）はワイピングノズルの概略断面図、図２（ｂ）は本実施例におけるワイピングノズルと鋼板の位置関係を示す説明図、図３（ａ）はめっき前の板厚分布の例、図３（ｂ）はめっき後の板厚分布の例、図３（ｃ）はめっき付着量の分布の例を示す説明図である。

図１に示す溶融金属めっき鋼板の製造装置１は、連続的に搬送される鋼板（帯鋼）２１に対して、例えば、亜鉛やアルミニウム等の溶融金属をめっきするものであり、ペイオフリール１１、焼鈍炉１２、溶融金属めっき浴１３、めっき付着量制御手段としての一対のワイピングノズル１４、及びコイラ１５等から構成されている。

図１に示すように、コイル状に巻きとられためっき前の鋼板２１はペイオフリール１１により図中に矢印で示す方向へ払い出され、焼鈍炉１２においてめっき前処理として熱処理され、ローラ３１によって溶融金属めっき浴１３へと導かれる。

溶融金属めっき浴１３は高温に保持された溶融金属が貯溜される部分であり、該溶融金属めっき浴１３には、溶融金属に浸漬された鋼板２１を巻き掛けて鉛直上方に方向転換させるシンクロール３２と、このシンクロール３２から搬送される鋼板２１を挟むように配置される一対のサポートロール３３，３４とが配設されている。

溶融金属めっき浴１３を通過しためっき後のめっき鋼板２２は上方に引き上げられ、ワイピングノズル１４へと導かれる。ワイピングノズル１４は溶融金属めっき浴１３から引き上げられためっき鋼板２２に余剰に付着した溶融金属をガスジェットを吹き付けることにより除去するものであり、溶融金属めっき浴１３の上方に、めっき鋼板２２に対してその板厚方向から挟むように対向配置されている。

ここで、図２（ａ）に示すように、ワイピングノズル１４の先端にはめっき鋼板２２の搬送方向と直交するように開口されるスリット１４ａが形成されており、図示しないワイピングガス供給装置から供給されるガスジェットをこのスリット１４ａから噴射させることにより、鋼板２１に余剰に付着した溶融金属を除去するように構成されている。また、本実施例において、ワイピングノズル１４はギャップ量制御装置１９を備え、スリット１４ａの幅（以下、ノズルスリットギャップという）ｂを制御可能に構成されている。

また、このワイピングノズル１４の近傍には、めっき鋼板２２の幅方向に沿って複数設けられ各々めっき鋼板２２までの距離を検出する図示しない板形状センサ、電磁力によりめっき鋼板２２の反りを矯正し且つめっき鋼板２２の振動を制振する図示しない電磁石、めっき鋼板２２の蛇行量を検出する図示しない蛇行センサ、及びめっき鋼板２２の幅方向及び板厚方向に移動可能に支持されてめっき鋼板２２の蛇行に対して追従するように構成された図示しないバッフルプレート等が設けられているものとする。

ワイピングノズル１４によって余剰に付着しためっきを除去されためっき鋼板２２は、ローラ３５，３６，３７を介して方向を変えながら搬送され、コイラ１５にコイル状に巻き取られる。

更に、ペイオフリール１１と焼鈍炉１２との間、すなわち、鋼板２１の搬送方向に対し、ペイオフリール１１の下流側であって焼鈍炉１２の上流側と、ワイピングノズル１４の下流側であって該ワイピングノズル１４の近傍とに、それぞれ鋼板２１、めっき鋼板２２の板幅方向の板厚分布を検出するめっき前板厚センサ１６、めっき後板厚センサ１７が配設されている。なお、板厚センサ１６，１７としては、例えばレーザ式のセンサを板幅方向に複数配置したものを用いることができる。

更に加えて、本実施例の溶融金属めっき鋼板の製造装置は、鋼板２１に付着しためっきの量の幅方向の分布を求めるめっき付着量演算手段としてのめっき付着量演算装置１８を備えており、このめっき付着量演算装置１８には、上記板厚センサ１６，１７において検出された図３（ａ）に示すめっき前の鋼板の板厚分布、図３（ｂ）に示すめっき鋼板の板厚形状の情報としての板厚分布、めっき付着量を制御するワイピングノズル１４の運転条件（ワイピングノズル１４とめっき鋼板２２間の距離Ｈ₁，Ｈ₂、ワイピングノズル１４の噴射に係るノズル圧力、ノズルスリットギャップｂ等）に関する情報、及び、ライン速度が入力される。なお、ワイピングノズル１４とめっき鋼板２２間の距離Ｈ₁，Ｈ₂は、上述した板形状センサによる計測値と、板形状センサからワイピングノズル先端までの既知である距離とから算出することができる。

めっき付着量演算装置１８は、めっき前板厚センサ１６及びめっき後板厚センサ１７によって検出した板厚の幅方向の分布に基づいて、鋼板２１の両面に付着している図３（ｃ）に示すようなめっき量の幅方向の分布を算出するとともに、該めっき付着量演算装置１８において算出した鋼板２１の両面のめっき付着量の幅方向の分布と、上述したワイピングノズル１４の運転条件に関する情報及びライン速度とに基づいてさらに演算処理を行い、鋼板２１のそれぞれの面に付着しているめっき量の幅方向の分布、即ち片面ごとのめっき量の幅方向の分布を算出する。本実施例の溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測装置は、主に上記めっき前板厚センサ１６、めっき後板厚センサ１７、及び、めっき付着量演算装置１８から構成される。

以下に、めっき付着量演算装置１８において、鋼板２１の両面に付着しためっき量と、ワイピングノズル１４の運転条件等とからめっき付着量を算出する方法について詳細に説明する。まず、鋼板２１の片面のめっき付着量ｗ［g/m²］は、以下の式（１）によって近似できる。

ただし、上記（１）式において、Ｐはノズルの圧力［Pa］、Ｖはライン速度［m/min］、Ｈは板−ノズル間距離［mm］、ｂはノズルスリットギャップ［mm］、ｃ，ｎ₁，ｎ₂，ｎ₃，ｎ₄は定数である。

ここで、ノズルの圧力Ｐ、ライン速度Ｖ、ノズルスリットギャップｂの板幅方向の各位置におけるワイピングの条件は一定であるので、鋼板２１の一方の面に付着しためっき量ｗ₁と他方の面に付着しためっき量ｗ₂は、それぞれ図２（ｂ）に示す、めっき鋼板２２の一方の面（以下、仮に表面と呼称する）２２ａと該表面２２ａに対向して配置されるワイピングノズル１４との間の距離Ｈ₁［mm］、めっき鋼板２２の他方の面（以下、仮に裏面と呼称する）２２ｂと該裏面２２ｂに対向して配置されるワイピングノズル１４との間の距離Ｈ₂［mm］の関数として、それぞれ次式（２）、（３）に表すように簡略化することができる。

鋼板２１の両面に付着しためっき量ｗ₁₊₂は、鋼板２１の一方の面に付着しためっき量ｗ₁と他方の面に付着しためっき量ｗ₂の和であるから、（２）式及び（３）式を利用して次式（４）によって表すことができる。

なお、未知数Ａ、ｎ₃は、板幅方向に対して少なくとも２箇所の板−ノズル間距離の計測データがあれば最小自乗法による回帰計算によって求めることができる。従って、（２）式、（３）式から、鋼板２１に付着しためっき量を片面ごとにそれぞれ求めることができる。

本実施例において、溶融金属めっき鋼板の製造装置１では、ペイオフリール１１からの鋼板２１の巻き戻しが開始されると、めっき前板厚センサ１６においてペイオフリール１１から焼鈍炉１２へ向かって搬送される鋼板２１の幅方向の板厚分布が計測される。

その後、鋼板２１のめっき前板厚センサ１６を通過した部分がめっき後板厚センサ１７の位置まで搬送されたら、めっき後板厚センサ１７によるめっき後のめっき鋼板２２の幅方向の板厚分布の計測を開始し、めっき付着量演算装置１８において、鋼板２１、めっき鋼板２２の同一部分を測定しためっき前板厚センサ１６及びめっき後板厚センサ１７による板厚の情報、ワイピングノズルの圧力、ライン速度、板−ノズル間距離、ノズルスリットギャップの情報に基づいて演算処理を行って上述したようにめっき付着量を算出する。

そして、めっき付着量演算装置１８において算出した結果を、例えばノズルスリットギャップの調整、ワイピングノズルの圧力の調整等、めっき付着量の各種調整手段に反映させる。

なお、上流ライン（例えば、冷間圧延ライン）における板厚情報を用いることができる場合は、めっき前板厚センサを省略し、めっき付着量演算装置において上流ラインにおける板厚情報とめっき後板厚センサ１７が検出した板厚情報とを用いてめっき付着量を算出するようにしても良い。

上述した本実施例に係る溶融金属めっき鋼板の製造装置によれば、めっき付着量の幅方向の分布を詳細に検出することができるので、めっき付着量演算装置１８をめっき付着量を調整するためのモニタや自動制御システム用のセンサとして使用可能であり、めっき品質（付着量の精度、安定性）を向上することができる。

以下に、本発明の第２の実施例を説明する。本実施例は、実施例１とはめっき付着量演算装置１８における演算処理が異なるものである。その他の構成は図１に示し上述したものと概ね同様であり、以下、実施例１において説明した部材と同一の部材には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

本実施例は、上述した定数ｎ₃が実績データから既知である場合の例である。上述した実施例１においては式（２）、式（３）を用いて鋼板２１の表面、裏面に付着しためっき量ｗ₁，ｗ₂をそれぞれ算出する例を示したが、本実施例では鋼板２１の両面に付着しためっき量ｗ₁₊₂と、めっき鋼板２２の表面２２ａと該表面２２ａに対向して配置されるワイピングノズルとの間の距離Ｈ₁と、めっき鋼板２２の裏面２２ｂと該裏面２２ｂに対向して配置されるワイピングノズルとの間の距離Ｈ₂とを用いて鋼板２１の表面、裏面に付着しためっき量ｗ₁，ｗ₂をそれぞれ算出する。

ｎ₃が既知である場合、次式（５）に示すように、めっき鋼板２２の表面のめっき付着量ｗ₁と裏面のめっき付着量ｗ₂との比をαとすると、めっき鋼板２２の表面、裏面に付着しためっき量ｗ₁，ｗ₂は以下に示す（６）式、（７）式で表される。

このようにしてめっき付着量演算装置１８によって算出した結果を、例えばノズルスリットギャップの調整、ワイピングノズルの圧力の調整等、めっき付着量の各種調整手段に反映させる。

本発明は、溶融金属めっき鋼板の製造装置に適用可能である。

本発明の実施例１に係る溶融金属めっき鋼板製造装置の概略構造図である。本発明の実施例１に係る溶融金属めっき鋼板製造装置のワイピングノズルの構成を示す説明図である。図３（ａ）はめっき前板厚センサによって得られる母材の幅方向の板厚分布の例、図３（ｂ）はめっき後板厚センサによって得られるめっき後の幅方向の板厚分布の例、図３（ｃ）は幅方向のめっき付着量分布の例を示す説明図である。

符号の説明

１溶融金属めっき鋼板の製造装置
１１ペイオフリール
１２焼鈍炉
１３溶融金属めっき浴
１４ワイピングノズル
１４ａスリット
１５コイラ
１６めっき前板厚センサ
１７めっき後板厚センサ
１８めっき付着量演算装置
１９ギャップ量制御装置
２１鋼板
２２めっき鋼板
２２ａめっき鋼板の表面
２２ｂめっき鋼板の裏面
３１，３５，３６，３７ローラ
３２シンクロール
３３，３４サポートロール

Claims

溶融金属浴中に連続して鋼板を通過させ、引き上げた鋼板の両面に対してワイピングノズルにより溶融金属の付着量を制御する連続溶融金属めっき鋼板製造装置において、
前記溶融金属浴の入側における前記鋼板の板幅方向の板厚分布と、前記ワイピングノズルの出側におけるめっき後のめっき鋼板の板幅方向の板厚分布とをそれぞれ検出し、
板幅方向に検出した前記鋼板の板厚分布と前記めっき鋼板の板厚分布との差から、めっきの付着量の板幅方向の分布を算出する
ことを特徴とする溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法。
算出された前記めっきの付着量の板幅方向の分布、前記ワイピングノズルのノズル圧力、前記ワイピングノズルのノズルスリットギャップ、ライン速度、及び前記ワイピングノズルと前記鋼板との間の距離情報に基づいて、前記鋼板の表面と裏面のそれぞれに付着しためっき付着量を算出する
ことを特徴とする請求項１記載の溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測方法。
鋼板が連続的に浸漬される溶融金属めっき浴と、前記鋼板へのめっき付着量を制御するめっき付着量制御手段とを備えた溶融金属めっき鋼板の製造装置において、
前記溶融金属めっき浴の入側における前記鋼板の板厚を計測するめっき前板厚分布計測手段と、
前記めっき付着量制御手段の出側におけるめっき後のめっき鋼板の板厚を計測するめっき後板厚分布計測手段と、
前記めっき前板厚分布計測手段の計測値および前記めっき後板厚分布計測手段の計測値に基づいて、前記鋼板の両面に付着しためっきの板幅方向の分布を算出するめっき付着量演算手段と
を備えることを特徴とする溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測装置。
前記めっき付着量制御手段と前記めっき後板厚分布計測手段とが一体に形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の溶融金属めっき鋼板のめっき付着量計測装置。