JP2512085B2 - 鋼帯の片面塗膜連続焼き付け装置及び方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、片面塗装鋼板の製造工程のうち、塗装膜
の適切な焼き付けと非塗装面の酸化防止に関するもので
ある。

［従来技術］ 片面塗装鋼帯は、片面に普遍的耐食性を要し他面に個
別的表面処理を必要とするような例えば自動車の外板等
の素材として合理的な材料であり非常に重宝がられてい
る。このような使われ方をする片面塗装鋼帯には、塗装
面では加工に耐える塗装被膜を持ち、反対側の非塗装面
では使用者の処理に適した特性、例えば化成処理性等が
要求される。このため、塗装焼き付けに際しては、温度
及び時間を厳密に調整する必要があり、又、非塗装面で
は鋼表面の酸化等の化学変化を十分に防がなくてはなら
ない。

従来、このような片面塗装鋼帯の塗装焼き付けには、
ガス熱風炉が用いられていた。これは片面塗装鋼帯構造
の歴史が浅く、時代的に先行した両面塗装鋼帯の塗装焼
き付けに用いられているガス熱封炉が、先ず使われてい
たからである。

ガス熱風炉では、燃焼により高温となった燃焼ガスを
直接塗装面に接触させる直接加熱法が、熱効率が良く、
多数使われているが、この方法では、ガス中に含まれて
いる固体粒子が鋼帯表面を汚染する欠点がある。これを
避けて、片面塗装鋼板の塗装焼き付けでは、加熱炉内に
ラディアントチューブを設け、このチューブの中に高温
の燃焼ガスを流してチューブを加熱し、その輻射熱によ
って塗装面を熱する輻射加熱が行われていた（ラディア
ントチューブ法）。そして、これらのガス熱風炉では、
焼き付け温度はガス温度によって定まるので、加熱温度
の調整はガス温度を測定しながら行われていた。また、
ラディアントチューブ法では、非塗装面の酸化を防ぐと
共に塗装膜から蒸発する揮発分を排出するために、大量
の不活性ガスを吹き込むことが行われていた。

しかしながらガス熱風炉では、ガス温度の調整に時間
がかかり温度制御に限界があることから、赤外線加熱法
も用いられているが、塗装膜表面の熱吸収能の相違に基
づく加熱速度差があったり、加熱効率が低いこともあ
り、近年高周波誘導加熱方式が用いられ始めた（例え
ば、鉄と鋼、vol.72,No.3,S441）。

［発明が解決しようとする課題］ 高周波誘導加熱方式では、直接鋼帯に電気エネルギー
を導入するので迅速に加熱され、温度制御性も極めて優
れ、熱源による汚染もないが、この加熱制御の指針とな
る温度測定が不満足であった。即ち、高周波誘導加熱の
温度制御性に見合う迅速な温度測定法として放射温度計
があるが、片面塗装鋼帯の場合、焼き付け中に塗装面の
化学的変化に伴ってその放射率が変化し、又、非塗装面
では僅かではあるが酸化が起こりこのため放射率が変化
すると言う問題が残されていた。この温度制御の不適切
さが、塗装膜からの蒸発成分の凝縮による汚染や非塗装
面の酸化を防止することを困難にし、結果としてその化
成処理性を損なう原因にもなっていた。

この発明は、この問題を解決するためになされたもの
で、鋼帯表面温度の高精度調整及びこれに基づく適切な
排気と雰囲気調整によって、汚染を防止すると共に非塗
装面の酸化を防止し満足な化成処理性を得ることを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための手段は、 （１）鋼帯の片面を塗装しこれを焼き付ける装置におい
て、焼き付け炉が複数のゾーンに分割され、ゾーン毎に
高周波誘導加熱装置及び鋼帯の非塗装面側に放射温度計
を配し、並びに不活性ガス流入口と不活性ガス量調節器
及び排気口とを備えたことを特徴とする鋼帯の片面塗膜
連続焼き付け装置、 （２）放射温度系が演算器に連続されこの演算器が指令
器に接続され、高周波誘導加熱装置が加熱電流制御器を
介して前期指令器に接続され、且つ、不活性ガス流量調
節器が前記指令器と接続された鋼帯の片面塗膜連続焼き
付け装置、 （３）鋼帯の片面を塗装しこれを焼き付ける方法におい
て、焼き付け炉を複数のゾーンに分割し、各ゾーン毎に
高周波誘導加熱装置による温度調整及び不活性ガス流量
調節器による雰囲気調整を行うことを特徴とする鋼帯の
片面塗膜連続焼き付け方法、 （４）温度調整及び雰囲気調整を放射温度計の測定値及
びライン速度を基準として行う鋼帯の片面塗膜連続焼き
付け方法、 である。

［作用］ 鋼帯の片面に塗布された塗装膜は、焼き付け炉で加熱
され重合反応を完結するが、このときの加熱速度は、鋼
帯の圧さや幅帯びライン速度に応じて調整する必要があ
る。

このために、刻々と変わる鋼帯の温度を迅速に精度良
く測定することが、重要になってくるが、このような測
定に最も適している放射温度計では、被測定面の放射率
を知ることが前提となる。鋼帯の両面について、放射率
の変動による温度実測値のバラツキを調べ、第３図の結
果を得た。第３図で、横軸は、厳密に調整された炉内の
温度、縦軸は放射温度計による実測値で、塗装面につい
ての実測値を×印、酸化された鋼板面については●印、
酸化されていない鋼板面については○印で表示してあ
る。×印はＣの範囲に広く分布し、次いで●印がＢの範
囲に、○印がもっと狭いＡの範囲に納まっている。即
ち、塗装面で実測値は最もバラツキ、酸化されない非塗
装面が最もバラツキが小さい、言い換えれば、測温の精
度を高めるには、非塗装面を酸化させずに測定する必要
がある。

次に、酸化を防ぐために、炉内に不活性ガスを吹き込
むことが一般に行われているが、この吹き込み量と炉内
酸素濃度との関係を調べると、炉内酸素濃度を下げるた
めには多量の不活性ガスを要する事が判る。第４図は上
記の関係を示したもので、横軸に窒素ガスの吹き込み量
を、縦軸に炉内酸素濃度を、各々等間隔に目盛ったもの
である。両者は指数関数の関係にあり、酸素濃度を十分
に下げようとすると、莫大な量の不活性ガスを必要とす
ることが、容易に予想できる。更に、炉内酸素濃度と化
成処理性との関係を調べた結果が第５図である。第５図
の横軸は炉内酸素濃度で、縦軸は、150℃から250℃に４
秒間で加熱された鋼帯の非塗装面に燐酸塩処理を施し、
処理被膜を外観観察により評価した化成処理性である。
○は全くむらの認められないもの、□は僅かにむらの認
められるもの、△は明らかにむらの見られるもの、×は
少々透けて見えるものである。酸素濃度200ppm以下で
は、明らかにむらの見られるもの（△）は無くなり、酸
素濃度が50ppmを切ると僅かにむらの認められるもの
（□）も無くなり、全ての鋼帯の化成処理性が良くな
る。

不活性ガスは、上述のように非塗装面の酸化を防止す
る作用の外に、揮発成分を置換する作用もする。塗装膜
の温度が上昇してくると、その中の揮発成分が蒸発し、
炉内に酸素が混入していると爆発を起こしたり、又、再
凝縮すると鋼帯の上に落ち製品を汚染したりする。これ
らの事故を防ぐためにも、揮発成分を排気して不活性ガ
スを吹き込み雰囲気調整を行っている。

然るに、これらの酸化や蒸発は炉内の全ての場所で起
こるわけではなく、塗装膜の温度が未だ上昇していない
炉の入口付近では起こらず、ある程度の加熱時間を経て
起こるものである。即ち、非塗装面の酸化は鋼帯の温度
が150℃以上で起こり易く、また揮発成分の蒸発速度は
塗料中に配分された溶剤組成に応じて決まるものであ
る。焼き付け炉を複数のゾーンに分割すると、酸化及び
／又は蒸発の起こり易いゾーンに集中して不活性ガスを
吹き込むことが可能になる。高周波誘導加熱装置をゾー
ン毎に配すると、ゾーン毎に焼き付け温度を調整するこ
とが出来、ゾーン毎の放射温度計は各ゾーンの焼き付け
温度を監視すると同時に、監視結果のフィードバック及
びフィードフォワードを可能にする。ゾーン毎に不活性
ガス排気口と不活性ガス流入口及び不活性ガス量調節器
を備えることによって、ゾーン毎に揮発成分の排気が速
やかに行われ、適切な量の不活性ガスの吹き込みによっ
て雰囲気調整を行うことが出来る。この場合不活性ガス
としては通常工業的に使用されているものでよく、代表
的には窒素ガス等が挙げられる。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を図面によって説明する。第１図は
片面塗膜連続焼き付け装置の模式図であり、１は塗装鋼
帯、２はゾーン、a,b,cは分割されたゾーン、３は高周
波誘導加熱装置、４は放射温度計、５は不活性ガス流入
口、６は不活性ガス流出口、７は加熱電流制御器、８は
ガス流量調節器、９は指令器、10は演算器、11はシール
ロールである。ここではゾーン毎の調整を行う制御系の
一形態を示しており、塗装鋼帯１は、図の左から右に向
かって走行し、先ずゾーンａに入り高周波誘導加熱装置
３によって加熱される。塗装鋼帯１の非塗装面側に放射
温度計４が配され、測温した結果を演算器10に送る。演
算器10には、予め、鋼帯の幅、厚さに応じたライン速度
及び塗装の種類、付着量に応じたa,b,cゾーンの目標焼
き付け温度が入力されている。測定温度値は目標値とこ
の演算器10で比較され、a,b,cゾーンでの加熱電流の過
不足が演算され指令器９に送られ、指令器９からの電流
値補正指令によって加熱電流制御装置７が作動し焼き付
け温度が調整される。演算器10のもう一つの役割は、測
定温度値からa,b,cゾーンへの不活性ガスの吹き込み量
を演算し補正値を指令器９に伝えることで、これは流量
補正指令となって各不活性ガス流量調節器８を作動させ
る。流量調節器８は排気口６から強制的に排気される炉
内ガス量を調節し、同時に、炉内圧平衡を保つべく流入
口５から吹き込まれる不活性ガス量を調節する。

なお、各ゾーンの仕切りはシールロール11によってな
される。

次に本発明について実験した結果を具体的に詳述す
る。

（実験例） 第１図に示したような三つに分割した焼き付け炉を用
いて、幅1219mmの厚さの異なったNi−Zn合金片面鍍金鋼
金の鍍金被膜の上に、有機複合シリケートを800mg/m²塗
布した鋼帯の焼き付けを行い、揮発成分による汚染と非
塗装面の化成処理性を調べた。

鋼帯の厚さが異なるとライン速度が異なり、加熱パタ
ーンも、又揮発成分の急速な蒸発が始まる位置も異なっ
てくる。そこで異なった加熱パターンを３種類即ちパタ
ーンＸ、パターンＹ、パターンＺを選んだ。第２図で、
縦軸は焼き付け温度、横軸は炉内の位置である。各パタ
ーンは、第１図の演算器10に予め入力されたもので、実
験No1ではパターンＸを、実験No2ではパターンＹを、実
験No3ではパターンＺを使用した。V_X,V_Y,V_Zの各点は、
各実験No.1、実験No.2、実験No.3で急速に蒸発が始まる
位置である。

第１表に比較のために行った従来例も含めて、実験し
た諸条件と調べた結果とを示す。

実験No.1では、鋼帯のが薄いので、ライン速度は大き
く、急速な蒸発はゾーンｂで起こる。このため、ゾーン
ｂでは大量の排気が必要になり窒素ガスの吹き込み量も
多くなる。又、ライン速度が大きいと炉内通過時間が短
いので、最高温度も高くする必要があり、ゾーンａでも
鋼帯の温度は高目になるので、多少の窒素ガス吹き込み
は必要となる。ゾーンｃでは、急速な蒸発は既に静まっ
ているが、鋼帯温度が高くなっているので非塗装面の酸
化を防ぐために相当の窒素吹き込み量となる。

実験No.2,No.3では、鋼帯の厚さは実験No.1よりも厚
く、急速な蒸発はゾーンに達するまで起こらない。ゾー
ンａでは温度も低く窒素ガスは不要である。ゾーンｂで
は非塗装面の酸化防止のため、温度に応じた窒素ガス量
が必要である。

従来例No.1,No.2は、鋼帯厚さが各々実験No.1,No.3と
同じで、従って、ライン速度も各々同じで急速な蒸発の
始まる位置も各々同じである。

従来例では、実験例で最も多くの窒素吹き込み量を要
した実験No.1と等量使用したが、従来例No.1,No2共僅か
に揮発成分による汚染が認められ（△）、化成処理被膜
にも僅かなむらが認められた。これに対して、実験例で
は使用窒素ガス量の少ない例があるにも拘らず、何れ
も、汚染、むら共に全く認められなかった。従来例で
は、排気の不適切さ、温度調整の精度が原因となったと
考えられる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、焼き付け炉を分割
し、ゾーン毎に迅速高精度測温により温度が調整され、
且つ、必要ゾーンに集中して大量排気不活性ガス吹き込
みが行われるので、揮発成分による汚染もなく、非塗装
面の酸化防止が適切に行われる。したがって、化成処理
性を損なうことが全く無い。このように優れた片面塗装
鋼帯を提供できるこの発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の一実施例を示す模式図、第２図
は本発明の実施例に用いた焼き付け温度パターンを示す
図、第３図は測定面の種類と放射率との関係図、第４図
は窒素ガス吹き込み量と炉内酸素濃度との関係図、第５
図は炉内酸素濃度と化成処理性との関係図である。 １……塗装鋼帯、２……ゾーン、３……高周波誘導加熱
装置、４…放射温度計、５……ガス流入口、６……ガス
流出口、７……加熱電流制御器、８……ガス流量調節
器、９……指令器、10……演算器、11……シールロー
ル、a,b,c……分割ゾーン。

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼帯の片面を塗装しこれを焼き付ける装置
   において、焼き付け炉が複数のゾーンに分割され、ゾー
   ン毎に高周波誘導加熱装置及び鋼帯の非塗装面側に放射
   温度計を配し、並びに不活性ガス流入口と不活性ガス量
   調節器及び排気口とを備えたことを特徴とする鋼帯の片
   面塗膜連続焼き付け装置。
2. 【請求項２】放射温度計が演算器に連続されこの演算器
   が指令器に接続され、高周波誘導加熱装置が加熱電流制
   御器を介して前記指令器に接続され、且つ、不活性ガス
   流量調節器が前記指令器と接続された請求項１記載の鋼
   帯の片面塗膜連続焼き付け装置。
3. 【請求項３】鋼帯の片面を塗装しこれを焼き付ける方法
   において、焼き付け炉を複数のゾーンに分割し、各ゾー
   ン毎に高周波誘導加熱装置による温度調整及び不活性ガ
   ス流量調節器による雰囲気調整を行うことを特徴とする
   鋼帯の片面塗膜連続焼き付け方法。
4. 【請求項４】温度調整及び雰囲気調整を放射温度計の測
   定値及びライン速度を基準として行う請求項３記載の鋼
   帯の片面塗膜連続焼き付け方法。