JP3141722B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法 - Google Patents

溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法

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JP3141722B2 JP07077979A JP7797995A JP3141722B2 JP 3141722 B2 JP3141722 B2 JP 3141722B2 JP 07077979 A JP07077979 A JP 07077979A JP 7797995 A JP7797995 A JP 7797995A JP 3141722 B2 JP3141722 B2 JP 3141722B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導加熱炉を用いて好
適な溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛めっき鋼板は、防錆鋼板として古く
から使用されているが、その中で特に、合金化亜鉛めっ
き鋼板は、塗装性、塗装後耐蝕性に優れている点や、プ
レス成型時にもトラブルが少ないところから、自動車用
鋼板、家電用鋼板等に広い用途を有している。
【0003】合金化亜鉛めっき鋼板の製造法として最も
一般的かつ効率的な方法は、例えばゼンジマー法のよう
な方法であり、連続炉において溶融亜鉛浴中を通板させ
ることでめっきを行い、直ちに合金化炉中で鋼板温度を
500℃から600℃の温度まで加熱し、熱拡散により
鉄と亜鉛の合金を生成させるものである。
【0004】一般に適正な合金層とは、めっき層中の鉄
分が10%程度のものと言われているが、合金化の進行
速度は、鋼板素材の化学成分や、亜鉛浴中の微量元素濃
度(特にアルミ濃度)、保熱帯、冷却帯の条件によって
大きく変化してしまう。また、鋼板表面は、合金化途中
においてめっき表面の放射率が大きく変化する。そのた
め、鋼板温度(すなわち合金化温度)の測定が困難であ
るばかりか、従来のガスによる輻射式合金化炉では、鋼
板に与えられる熱量がめっき表面の放射率により左右さ
れて、合金化温度の制御が困難であった。
【0005】また、近年の亜鉛めっき鋼板の製造方法の
合金化度制御の技術については次ぎの様な技術が開示さ
れている。合金化途中のめっき表面のレーザ光反射状
態を測定することにより、合金化状態を判定し、合金化
炉の操業条件を制御する合金化制御方法。(特公昭60
−56425号公報)合金化走行中の鋼板めっき表面
からの輻射エネルギーを測定することによって、炉温を
制御する合金化制御方法。(特開昭57−185966
号公報)合金化完了後のめっき面にX線を照射し、め
っき面からの回折X線を測定することにより、合金化度
を測定し、その算出値が所定の値の範囲内に入るよう
に、合金化処理条件を調整する合金化度制御方法。(特
開平1−301155号公報)また、合金化炉に高周
波誘導加熱炉を用い、合金化処理後の合金化度をオンラ
イン合金化度計により測定し、所定の基準値との偏差に
応じて誘導加熱炉に投入する電力を制御する合金化度制
御方法。(特開平1−177351号公報)
【0006】
【発明が解決しようとする課題】前記特公昭60−5
6425号公報にある方法では、合金化が鋼板の冷却完
了まで進行するため、合金化途中では正確な判断ができ
ない。また、合金化途中の表面反射状態は、めっき付着
量、ライン速度等操業条件により最適な状態が異なり、
操業条件毎の制御目標値の設定が困難である。さらに、
輻射式合金化炉では、一般に応答速度が充分ではなく、
前記の表面反射率の影響で炉温、燃焼ガス流量と、合金
化効果との間に再現性が乏しい、等の諸条件により実際
の適用は困難であった。
【0007】また、特開昭57−185966号公報
による技術では、めっき表面の輻射率(放射率)が合金
化過程で激しく変化するため、輻射エネルギーを測定
し、合金化処理温度を制御することは困難であった。
【0008】特開平1−301155号公報にある技
術は、合金化完了後に合金化度を測定するため、合金化
炉と合金化度測定装置との距離が長く、時間遅れが相当
にあることから、単純なフィードバック制御では、安定
がありかつ応答性の良い制御は困難である。
【0009】さらに、特開平1−177351号公報
にある技術では、高周波誘導式合金化炉の応答性をあげ
ているものの、合金化炉設定電力の決定方法について明
示されておらず、単純なフィードバック制御であれば、
前記同様時間遅れの問題は解決されない。
【0010】ところで、前記のようなフィ−ドバック制
御であっても、正確なモデル式があれば、そのモデル式
により操作量が得られ、時間遅れがある場合でも安定し
た制御ができると考えられるが、そのモデル式は、以下
の理由によりこれまで十分な精度が得られなった。
【0011】諸条件が多いだけでなく、表面反射率は
鋼板に与える熱量を左右するため、この情報が正確に得
られないとモデル式を検討するうえで大きな障害とな
る。また、浴中アルミ濃度は、合金化反応を抑制する働
きを持つためアルミ濃度の測定が不可欠とされていた。
【0012】ところが、表面反射率、浴中のアルミ濃
度等のオンライン測定が困難な項目が含まれており、現
段階での実機化はなされていない。
【0013】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、連続溶融亜鉛めっきラインにおける
めっき層の合金化度を適正な範囲に制御するものであ
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、本発明は、連続して搬送される鋼帯に溶
融亜鉛めっきを施し、所定のめっき付着量に調整した
後、誘導加熱合金化炉で合金化するにあたり、合金化電
力を鋼種、板厚、板幅、ライン速度、付着量、合金化度
の関数である下記(1)式より求まる値に制御すること
を特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法で
ある。
【0015】 合金化炉電力(kW)=a0×板厚a1×板幅a2×ライン速度a3×付着量a4×合 金化度a5 …… (1) ただし、a0〜a5は鋼種ごとに与えられる定数であ
る。
【0016】また、合金化処理後のめっき層の合金化度
をオンライン合金化度計にて測定し、合金化度実績、合
金化炉出力との実績から、上記(1)式の誤差をモデル
誤差として下記(2)式により求め、下記(3)式によ
り学習を行なって、その学習結果を用いて下記(4)式
により、合金化電力設定値を与えるようにしたことを特
徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法であ
る。 (モデル誤差)=(合金化炉電力実績)/(a0×板厚a1×板幅a2×ライン速度 a3 ×付着量a4×合金化度a5) …… (2) αn =C×(前デ−タでのモデル誤差)+(1−C)×αn-1 … (3) 合金化電力(kW)=αn ×a0×板厚al×板幅a2×ライン速度a3×付着量a4× 合金化度a5 …… (4) ただし、αn :n番目のデ−タ用の補正係数、C:忘却
係数、a0〜a5は鋼種ごとに与えられる定数である。
【0017】
【作用】発明者らの研究の結果、合金化度(めっき層中
の鉄%)とその合金化度を達成するのに必要な合金化電
力の関係は、上記(1)式で与えられることが分かっ
た。よって、目標とする合金化度と、その時の鋼種、板
厚、板幅、ライン速度、付着量を用いて(1)式により
合金化電力を計算し、その値に制御すれば、目標とする
合金化度が得られる。
【0018】しかしながら、(1)式にも誤差が存在す
る。請求項2に記載される発明は、この誤差を自動的に
補正するものである。即ち、合金化後の合金化度をオン
ライン合金化度測定装置を用いて測定し、(1)式のモ
デル式に代入することによって(2)式によりモデル誤
差を逆算し、そのモデル誤差を補正係数αn として電力
設定時に考慮することによって、より高精度な演算を行
なうことができる。モデル誤差による補正がを正確にす
るために、(3)式により補正係数αn の学習を行な
う。これにより、長周期的な変動要因は完全に排除可能
で、より高精度の演算が可能となる。
【0019】
【実施例】次に本発明の実施例を図を用いて説明する。
図1は、本発明に係わる合金化制御方法の例を示す概念
図である。連続して搬送される鋼帯8の上に溶融めっき
が施された後、溶融めっきは気体絞り装置9にて所望の
めっき量に制御され、直上の合金化炉2にて加熱、合金
化される。その後鋼帯8が保熱帯3、冷却帯4を経る過
程で溶融めっきの合金化が終了し、付着量計5、合金化
度計6にて亜鉛の付着量と合金化度が測定される。
【0020】合金化度を測定する場合、合金化完了後に
測定する必要があることから、一般合金化炉と合金化度
測定装置との距離は長く、時間遅れがある。そこで、モ
デル誤差演算時に用いるデータは、合金化度、付着量の
測定点が合金化炉を通過したときの合金化炉出力、ライ
ン速度等の操業条件を用いる必要があり、データのトラ
ッキング合わせを行なうトラッキング装置10が必要と
なる。
【0021】このようにして得られたデータをもとに、
モデル誤差を演算し、材料変更、ライン速度変更等の次
回設定時の設定計算に、学習結果として加味することに
より高精度な計算を行なうことができる。
【0022】すなわち、オープンループ制御において
は、合金化度制御装置11によって、コイル先端部にお
いてコイル諸元及び本モデル式(1)式により演算され
た合金化炉出力(電力)を設定して操業を行なう。
【0023】フィードバック制御時には、トラッキング
装置10により位置合わせされた操業データ(鋼種、板
幅、ライン速度、付着量実測値、合金化度実測値)をも
とに、本モデル式(1)式の誤差を(2)式により求
め、そのモデル誤差より(3)式より補正係数αn を求
め、(4)式により合金化電力を計算し合金化炉に設定
する。αの初期値α0 としては1(誤差なし)が適当で
あるが、その他の値を用いてもよい。また、鋼種毎の各
定数a0〜a5は本モデル式において、実操業デ−タを
重回帰し求める。そして、合金化炉電力演算時にそのと
きの鋼種または鋼種グループに対応するモデル定数を用
い鋼種、板幅、板厚、ライン速度、付着量、目標合金化
度の操業条件をモデル式に代入し合金化炉電力を演算
し、設定することにより所定の合金化度を得ることがで
きる。鋼板の幅方向に付着量の分布が生じている場合、
例えば、板端部のみが他の部分と比較して、付着量が多
い場合、中央部の合金化度が適正であっても、板端部が
合金化不足になりやすい。その場合中央部と板端部の合
金化状態が両立するように合金化炉出力を微調整する。
そのようにして得られた最適合金化状態を、操業状態変
更後であっても維持するために、本モデル式のうち、操
業条件変更項目に対応した項のみを変更した合金化炉出
力が可能である。
【0024】以下、本発明を実ラインに応用した例につ
いて図2、図3を参照して説明する。実際の連続式溶融
亜鉛めっきラインにおいて、チタン添加IF鋼軟質材の
鋼種を用い、板厚0.6〜1.6mm、板幅900〜1
650mm、ライン速度60〜120m/min、片面
付着量30g/m2,目標合金化度9〜13%で合金化
制御を実施した。本発明のモデル式から得られる合金化
炉電力推定値と、実際の合金化炉出力との比較を図2に
示す。推定値と実績値との間に良い相関が得られてい
る。
【0025】表1に、鋼種グループ間のパラメータの違
いを示す。鋼種毎にライン速度変更時に変更すべき合金
化炉電力は異なるため、ライン速度をはじめとして他の
操業条件変更時に操作すべき合金化炉電力は、その時々
の鋼種によって定まるモデル定数を用いると、図2と同
様に合金化炉電力推定値と、実際の合金化出力との間に
良い相関が得られる。
【0026】
【表1】
【0027】図2に示したモデルによる推定値と実績値
との関係は、良い相関を示しているが、完全に一致して
いるわけではなく、いくらかの誤差を含んでおり、その
誤差割合は、本実施例では、1σ(67%を占めている
測定データ)で、±13%の誤差範囲におさまっている
(誤差=(推定値−実績値)/実績値)。これは、合金
化度を10%を目標とし、合金化度の指数を1.6とし
た場合に、合金化度が1σの範囲に占める誤差は、±1
0.8%〜±9.2%に収まることに相当する。本誤差
は、用いるデータの誤差、すなわち合金化度の測定誤差
によるもののほか、式中に考慮していない項目、すなわ
ち浴中アルミ濃度等の変動によるものと考えられる。
【0028】ここで、「電力実績値」は、推定用に選ん
だデータが操業された時における合金化炉に実際に加え
られた電力値をいう。
【0029】本誤差を誤差割合として求め、学習させて
次回推定値に反映したものが図3である。これは、1σ
で±10%の誤差範囲になっており、学習しないものに
対して推定精度が向上していることがわかる。なお、こ
れらの統計はそれぞれ1000データの母集団にもとづ
いて計算している。
【0030】また、学習項(補正係数)αn は、次式に
よる忘却式を用いて求める。 αn =C×(前データでのモデル誤差)+(1−C)×
αn-1 αn :n番目のデータ用のα C :忘却係数(本実施例ではC=0.3) そして、αn は、合金化電力=αn ×a0×板厚a1×板
a2×ライン速度a3×付着量a4×合金化度a5のように、
モデル式全体に掛け合わせる。
【0031】なお、αn を求める式中での「前データで
のモデル誤差」は、(合金化炉電力実績)/(a0×板
a1×板幅a2×ライン速度a3×付着量a4×合金化度a5
として求められる(各実績値は、トラッキング合わせさ
れたデータ)。
【0032】これらから、本モデル式で考慮されていな
い項目が誤差要因になっているもののその影響の変動周
期は長く、コイル毎や測定毎のような短い周期での学習
により、それらの誤差要因は排除されていることがわか
る。このことから、オンライン合金化測定によるモデル
学習により、より高精度な合金化炉電力演算が可能とな
った。
【0033】以上、オンライン合金化度測定によるモデ
ル学習、合金化炉電力演算、合金化炉設定を常時行なう
ことによって、合金化度フィードバック制御が可能とな
り、コイル全長にわたり所望の合金化度を得ることが可
能となった。
【0034】
【発明の効果】本発明により、従来操業者に頼っていた
合金化炉電力設定が自動になり、かつ最適な合金化状態
がコイルトップ部より得られるため、合金化不良の長さ
部分が激減し、歩留りが大幅に向上した。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に関わる合金化制御方法を示す概念図で
ある。
【図2】本発明のモデル式から得られる合金化炉電力推
定値と、実際の合金化炉出力との比較図である。
【図3】図2の誤差の割合をもとめ、その誤差割合を学
習させ、次回推定値に反映した図である。
【符号の説明】
1 亜鉛浴 2 合金化炉 3 保熱帯 4 冷却帯 5 付着量計 6 合金化度計 7 焼鈍炉 8 鋼帯 9 気体絞り装置 10 トラッキング装置 11 合金化制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続して搬送される鋼帯に溶融亜鉛めっ
    きを施し、所定のめっき付着量に調整した後、誘導加熱
    合金化炉で合金化するにあたり、合金化電力を鋼種、板
    厚、板幅、ライン速度、付着量、合金化度の関数である
    下記(1)式より求まる値に制御することを特徴とする
    溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法。 合金化炉電力(kW)=a0×板厚a1×板幅a2×ライン速度a3×付着量a4×合 金化度a5 …… (1) ただし、a0〜a5は鋼種ごとに与えられる定数であ
    る。
  2. 【請求項2】 合金化処理後のめっき層の合金化度をオ
    ンライン合金化度計にて測定し、合金化度実績、合金化
    炉出力との実績から、請求項1の(1)式の誤差をモデ
    ル誤差として下記(2)式により求め、下記(3)式に
    より学習を行なって、その学習結果を用いて下記(4)
    式により、合金化電力設定値を与えるようにしたことを
    特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の合金化度制御方法。 (モデル誤差)=(合金化炉電力実績)/(a0×板厚a1×板幅a2×ライン速度 a3 ×付着量a4×合金化度a5) …… (2) αn =C×(前デ−タでのモデル誤差)+(1−C)×αn-1 … (3) 合金化電力(kW)=αn ×a0×板厚al×板幅a2×ライン速度a3×付着量a4× 合金化度a5 …… (4) ただし、αn :n番目のデ−タ用の補正係数、C:忘却
    係数、a0〜a5は鋼種ごとに与えられる定数である。
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