JP3339404B2 - 錫めっき鋼板のリフロー処理制御方法および装置 - Google Patents

錫めっき鋼板のリフロー処理制御方法および装置

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JP3339404B2 JP07554398A JP7554398A JP3339404B2 JP 3339404 B2 JP3339404 B2 JP 3339404B2 JP 07554398 A JP07554398 A JP 07554398A JP 7554398 A JP7554398 A JP 7554398A JP 3339404 B2 JP3339404 B2 JP 3339404B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、錫めっき鋼板のリ
フロー処理の制御方法および装置に係り、特に急冷の際
に発生するクエンチステインを防止する制御方法および
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】錫めっき鋼板は、連続的に送られる鋼板
に錫をめっきし、その表面に光沢を付与させるとともに
Fe−Sn合金層を生成させるために、鋼板を錫の融点
以上に加熱し、急冷させるリフロー処理を行っている。
しかし、この急冷処理において鋼板表面にクエンチステ
インと呼ばれる白い汚れ模様が発生し、品質が著しく低
下する。クエンチステインの発生は冷却媒体として錫の
融点以下の沸点をもつ水などを用いた場合に生じる。つ
まり、錫の融点以上に加熱された鋼板の温度は230℃
以上であり、この鋼板が冷却タンク内の水温100℃以
下に突入すると、突入した瞬間に沸騰が生じ、沸騰膜が
鋼板表面に付着する。沸騰膜が存在する個所は無い個所
に比べ、冷却速度を低めるため、沸騰膜の存在の有無に
より不均一な冷却となりクエンチステインが発生する。
沸騰膜の程度は鋼板温度と冷却条件により左右される。
【0003】このようなクエンチステインの発生を防止
する技術として、例えば、特開昭54−137440号
公報にはリフロー中の錫めっき鋼板の表面温度を測定
し、その測定温度をもとに冷却タンク内の水温をフィー
ドフォワード制御し、所定の温度に制御する方法が開示
されている。また、特開平4−285195号公報に
は、錫めっき鋼板が冷却タンクに突入する直前の温度を
測定するとともに、この温度が一定となるように高圧大
容量の空気、または窒素ガスを多段冷却ノズルより鋼板
表両面に噴射し、温度制御を行う方法が開示されてい
る。また、特開平6−228790号公報には、錫の融
点以上の温度範囲についてライン速度に追随して錫めっ
き鋼板の最高到達温度と溶融後冷却タンクに突入する時
間のそれぞれを一定となるように誘導加熱により制御す
るリフロー処理方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開昭
54−137440号公報、及び特開平4−28519
5号公報の方法では、冷却タンクに突入する際の錫めっ
き鋼板表面温度は例えば放射温度計等の非接触式の測温
計により測定を行っている。放射温度計は設定する放射
率により測定値が左右されるが、鋼板表面の錫は溶融し
ているため非常に光沢があり、正確な放射率の設定は難
しい。また、冷却タンク内の水面からの蒸気の影響も正
確な測定を困難にしている。したがって、表面温度の誤
差やばらつきが多くなり、温度を正確に測定することは
困難であり、水温を制御したり、冷却ノズルにより制御
しても測定した温度のばらつきにより必ずしも一定の温
度が得られないことが起こる。また、特開平6−228
790号公報の方法では、ライン速度に追随して鋼板の
最高到達温度が一定になるように誘導加熱装置により制
御を行っているが、鋼板の板幅、板厚等が変更した際は
同じライン速度でも温度が異なるため冷却タンクに突入
する際の温度が一定とならない。
【0005】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたものであって、鋼板サイズ等の製造条件が変
更しても冷却タンクに進入する際の鋼板温度を正確に把
握し、制御することができる錫めっき鋼板のリフロー処
理制御方法、及びリフロー処理制御装置を提供すること
を目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明方法は、連続的に走行している錫めっき鋼板
を直接抵抗加熱するとともに誘導加熱を行い、さらに急
冷処理を施すリフロー処理方法において、鋼板のライン
速度、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前の鋼板温
度、雰囲気温度、直接抵抗加熱の出力電流、および誘導
加熱の出力電力の検出を行い、これらの検出値をモデル
式に入力して演算を行い、急冷処理を行う直前の鋼板温
度を求め、次いで、この鋼板温度が一定の温度となるよ
うに、ライン速度、直接抵抗加熱の出力電流、誘導加熱
の出力電力の少なくとも一つを制御することを特徴とす
る連続錫めっき鋼板のリフロー処理制御方法である。
【0007】また、本発明装置は、連続的に走行してい
る錫めっき鋼板を直接抵抗加熱するとともに誘導加熱を
行い、さらに急冷処理を施すリフロー処理制御装置にお
いて、鋼板のライン速度、板厚、板幅、錫めっき付着
量、加熱前の鋼板温度、雰囲気温度、直接抵抗加熱の出
力電流、および誘導加熱の出力電力を検出する各検出装
置と、これら装置から得られた各検出信号に基づいて急
冷処理を行う直前の鋼板温度を演算モデル式によって求
め、さらに所定の鋼板温度となるようにライン速度、直
接抵抗加熱の出力電流、誘導加熱の出力電力の少なくと
も一つを求める演算装置と、この演算装置から算出され
た出力信号に基づき、ライン速度、直接抵抗加熱の出力
電流、誘導加熱の出力電力の少なくとも一つを制御する
制御装置とを具えることを特徴とする連続錫めっき鋼板
のリフロー処理制御装置である。
【0008】本発明によれば、上述のように、冷却媒体
に突入する際の鋼板温度を求めるのに必要な物理量を検
出し、それらの値からモデル式に基づき演算装置により
計算を行うので、鋼板サイズ等の操業条件が変更した場
合でも正確に鋼板温度を把握することができ、一定の温
度に制御することによりクエンチステイン発生を防止す
ることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て具体的に説明する。図1は、本発明に適用されるリフ
ロー処理装置の一構成を示す図である。この装置は連続
的に搬送される錫めっき鋼板1を直接抵抗加熱する入側
通電ロール2と出側通電ロール3と、誘導加熱する誘導
加熱装置4と、前記加熱により再溶融した錫を水冷し、
凝固する冷却タンク5とから構成されている。また、冷
却タンク内には冷却水6と冷却効果を高めるためのスプ
レーノズル7が具えられている。本発明では、更に演算
装置(8)に、板幅検出器(9)、板厚検出器(10)、
板温検出器(11)、雰囲気温度検出器(12)、錫めっき付着
量検出器(13)、ライン速度検出器(14)、コンダクターロ
ール電流検出器(16)、インダクション電力検出器(18)か
らの検出信号を入力し、これら入力信号に基づいて所定
の演算を行い、これらの演算結果からライン速度制御装
置(15)、コンダクターロール電流制御装置(17)、インダ
クション電力制御装置(19)に制御信号を出力して、この
冷却タンク5に突入する際の鋼板温度を一定に保持する
ようになっている。
【0010】次に、このように構成されたリフロー処理
装置の作用を説明する。クエンチステインは、冷却タン
クに突入した際に発生する沸騰膜が起因となり、鋼板表
面が不均一に冷却されることにより発生する。沸騰の状
態は冷却タンクに突入する鋼板の温度により大きく左右
される。したがって、クエンチステインが発生しないよ
うな沸騰状態を常に保持するように冷却タンクへの突入
する際の鋼板温度を一定に保持することが必要である。
そこで、本発明では、鋼板温度を次に示すようにして求
める。
【0011】冷却タンクへ突入する地点での鋼板温度
は、直接抵抗加熱により受け取る熱量と誘導加熱により
受け取る熱量の和から、鋼板表面(錫めっき表面)から
大気中に放散される熱量と錫が溶融される際に要する吸
収熱を差し引いた熱量分だけ温度が上昇する。したがっ
て、鋼板温度Tは、
【0012】
【数1】
【0013】上記式において、各記号はそれぞれ、鋼板
のライン速度V、板厚の半値、板幅w、錫めっき付着
ζ、加熱前の鋼板温度Tin、雰囲気温度Tatm 、直接
抵抗加熱の出力電流値の半値I、誘導加熱の出力電力の
半値Wである。また、ηは誘導加熱装置の加熱効率、D
は加熱地点から水冷タンクまでの鋼板が移動する距離、
αは熱伝達率、T* は錫の凝固点、Cpは定圧比熱、ρ
は密度、Lは錫の潜熱、κは電気抵抗率であり、A,B
は物質に固有の定数である。
【0014】これらのパラメーターの中で操業条件毎に
異なるパラメーターはライン速度V、板厚の半値h、板
幅w、錫めっき付着量ζ、加熱前の鋼板温度Tin、雰囲
気温度Tatm 、直接抵抗加熱の電流値の半値I、誘導加
熱の電力値の半値Wである。したがって、図2に示すよ
うに、これらのパラメーターの値を検出し、上記の式に
したがって冷却タンクに突入する鋼板温度を演算装置に
より算出する。そして、演算装置8では、算出した温度
を所定の値にするために、再び上記式に基づきライン速
度、直接抵抗加熱の電流、誘導加熱の電力の少なくとも
一つを変更させ、所定の温度に保持するように制御す
る。
【0015】
【実施例】以下に、本発明法に基づいた実施例を示す。 (実施例1)板厚0.18〜0.29mm、板幅750
〜920mm、錫めっき付着量1.3〜8.4g/m2
の各鋼板に対して、鋼板のライン速度、直接抵抗加熱の
出力電力、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前の鋼板
温度、雰囲気温度の各値を検出し、冷却タンクに突入す
る際の鋼板温度をクエンチステインが発生しない突入温
度となるように誘導加熱の電力を上記式に基づき、制御
した。その結果を表1に示す。
【0016】評価はクエンチステインが全く見られない
ものが○、軽く見られるものが△、顕著なものを×とし
て表示している。クエンチステインが発生しない突入温
度は冷却タンク内の冷却条件により異なるが、この実施
例では260℃であった。本発明法では異なる鋼板サイ
ズ等、操業条件が異なる場合でも冷却タンクに突入する
際の鋼板温度を一定に制御することができたためクエン
チステインの発生は見られなかった。また、表1には放
射温度計により冷却タンクに突入地点の鋼板表面温度を
測定し、クエンチステインが発生しない突入温度となる
ように同様に制御した場合の従来方法例も示している。
従来方法では、放射温度計の測定誤差により一定の温度
管理が行えず、クエンチステインが発生する例も見られ
た。また、従来方法では放射温度計で測定を行ってから
制御するため、制御するまでにある程度の時間を要し、
その間にクエンチステインが発生した場合もあった。
【0017】
【表1】 (実施例2) また、本発明法の別の実施例として以下に示す。
【0018】板厚0.18〜0.29mm、板幅750
〜920mm、錫めっき付着量1.3〜8.4g/m2
の各鋼板に対して、直接抵抗加熱の出力電力、誘導加熱
の電力、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前の鋼板温
度、雰囲気温度の各値を検出し、冷却タンクに突入する
際の鋼板温度をクエンチステインが発生しない突入温度
以下となるように鋼板のライン速度を上記式に基づき、
設定した。その結果を表2に示す。
【0019】表2から、鋼板サイズの変更等に対しても
前記実施例1と同様にクエンチステインの発生は見られ
なかった。一方、従来方式では、放射温度計の測定誤差
により一定の温度管理が行えず、クエンチステインが発
生する例が見られた。
【0020】
【表2】
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、錫めっき鋼板のリフロ
ー処理において、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前
の鋼板温度、加熱中における雰囲気温度、ライン速度、
直接抵抗加熱の電流、誘導加熱の電力が変更してもクエ
ンチステインが発生しない一定の温度を保持することが
でき、クエンチステインの見られない良好な表面外観が
得られ、歩留りの向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るリフロー制御装置の概要図。
【図2】本発明に係るリフロー制御系統図。
【符号の説明】
1... 鋼板 2... 入側通電ロール 3... 出側通電ロール 4... 誘導加熱装置 5... 冷却タンク 6... 冷却水 7... スプレーノズル 8... 演算装置 9... 板幅検出器 10... 板厚検出器 11... 板温検出器 12... 雰囲気温度検出器 13... 錫めっき付着量検出器 14... ライン速度検出器 15... ライン速度制御装置 16... コンダクターロール電流検出器 17... コンダクターロール電流制御装置 18... インダクション電力検出器 19... インダクション電力制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭55−76090(JP,A) 特開 平5−306491(JP,A) 特開 昭54−137440(JP,A) 特開 平4−285195(JP,A) 特開 平6−228790(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 5/50

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続的に走行している錫めっき鋼板を直
    接抵抗加熱するとともに誘導加熱を行い、さらに急冷処
    理を施すリフロー処理方法において、鋼板のライン速
    度、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前の鋼板温度、
    雰囲気温度、直接抵抗加熱の出力電流、および誘導加熱
    の出力電力の検出を行い、これらの検出値をモデル式に
    入力して演算を行い、急冷処理を行う直前の鋼板温度を
    求め、次いで、この鋼板温度が一定の温度となるよう
    に、ライン速度、直接抵抗加熱の出力電流、誘導加熱の
    出力電力の少なくとも一つを制御することを特徴とする
    連続錫めっき鋼板のリフロー処理制御方法。
  2. 【請求項2】 連続的に走行している錫めっき鋼板を直
    接抵抗加熱するとともに誘導加熱を行い、さらに急冷処
    理を施すリフロー処理制御装置において、鋼板のライン
    速度、板厚、板幅、錫めっき付着量、加熱前の鋼板温
    度、雰囲気温度、直接抵抗加熱の出力電流、および誘導
    加熱の出力電力を検出する各検出装置と、これら装置か
    ら得られた各検出信号に基づいて急冷処理を行う直前の
    鋼板温度を演算モデル式によって求め、さらに所定の鋼
    板温度となるようにライン速度、直接抵抗加熱の出力電
    流、誘導加熱の出力電力の少なくとも一つを求める演算
    装置と、この演算装置から算出された出力信号に基づ
    き、ライン速度、直接抵抗加熱の出力電流、誘導加熱の
    出力電力の少なくとも一つを制御する制御装置とを具え
    ることを特徴とする連続錫めっき鋼板のリフロー処理制
    御装置。
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