JP4299619B2 - スパングルサイズ制御システム - Google Patents

Description

本発明は、スパングルサイズが一定した溶融めっき鋼板を製造するため、連続溶融めっきラインに組み込まれたスパングルサイズ制御システムに関する。

めっき鋼板の製造には、生産性の高い連続溶融めっきラインが採用されている。
連続溶融めっきラインは、被めっき鋼帯１を加熱炉２で還元焼鈍した後、スナウト３を介して溶融めっき浴４に送り込み、シンクロール５を周回させて溶融めっき浴４から引き上げている（図１）。被めっき鋼帯１に随伴して溶融めっき浴４から持ち上げられた過剰の溶融めっき金属をガスワイピング等のめっき付着量調整装置（図示せず）で除去した後、単数又は複数段に配置されている冷却帯１０a，１０b，１０cにめっき鋼帯６を通板し、デフレクタロール７で偏向させて下工程に向けて搬送する。

冷却帯１０aは、流量調整弁１１aで流量が調整された冷風をブロア１２aで表面用冷却ボックス１３a，裏面用冷却ボックス１４aに送り込み、冷却ボックス１３a，１４aのノズルから冷風をめっき鋼帯６の表裏両面に吹き付けている。後段の冷却帯１０b，１０cも初段冷却帯１０aと同一構成にしても良いが、表裏両面の冷却速度を個別に制御する方式も採用される。個別制御する場合、ブロア１２b，１２cから送り込まれた冷風を表面用，裏面用に分流した後で、表面用流量調整弁１１bf，１１cf及び裏面用流量調整弁１１bb，１１cbで流量を調節して表面用冷却ボックス１３b，１３c及び裏面用冷却ボックス１４b，１４cに送り込み、めっき鋼帯６の表裏両面をそれぞれ所定流量の冷風で冷却する。

下工程に送られためっき鋼帯６は、冷却水槽８に浸漬・通板された後に調質圧延機９で軽圧下することにより表面調整される。調質圧延されためっき鋼帯６の表面にスパングル模様が観察される。スパングル模様は、溶融めっき浴４から引き上げた被めっき鋼帯１に付着している溶融めっき金属が凝固・冷却して溶融めっき層となるまでの冷却条件に応じて変わり、一般的には急冷却でスパングルサイズが小さく、緩冷却でスパングルサイズが大きくなる。溶融めっき鋼板の用途に応じて異なるスパングルサイズが要求されるため、冷却条件の制御によって必要サイズのスパングル模様を発現させている。

冷却条件の制御は、調質圧延機９を通過しためっき鋼帯６の表面に発現したスパングルを観察し、観察結果のスパングルサイズを基準値と比較し、比較結果に基づいてブロア１２a，１２b，１２cから送り込む冷風の流量を調節する方法が一般的である。しかし、この方法では、スパングルが軽圧下の影響を受けており、溶融めっきで生じたスパングルのサイズを正確に表すものとはいい難く、結果として制御精度も低い。そこで、めっき鋼帯６の表面に生じているスパングルをオンラインで直接観察し、観察結果をスパングルサイズの制御に利用する方法が提案されている（特許文献１，２）。
特開平10-237611号公報 特開平11-310862号公報

スパングルのオンライン観察には反射光の強弱を検出する測定器が使用されているが、連続溶融めっきラインを走行するめっき鋼帯６は、目標めっき付着量等に応じてラインスピードが８０〜２００ｍ／分と大きく変動する。一つのコイルから送り出された被めっき鋼帯１を連続的に溶融めっきしている中間段階でラインスピードを設定変更する場合もある。
単位時間当りに検出されたCCDカメラの画像信号の強弱からスパングルサイズを割り出す従来の測定器では、CCDカメラで捕捉した鋼帯の画像面積がラインスピードの影響を受け、スパングルサイズの高精度検出が困難である。具体的には、ラインスピードが遅いとき鋼帯画像面積が小さいのでスパングルサイズが実際値より大きく算出され、ラインスピードの上昇に伴って鋼帯画像面積が増加しスパングルサイズが小さく算出される傾向にある。このような測定結果に基づいて冷却条件を制御しても、目標とするスパングルサイズをもつめっき鋼帯６が得られがたい。

本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、ラインスピードに同期した画像処理で得られるスパングルサイズを制御要因に使用することにより、精度良くスパングルサイズを制御し、ニーズに合ったスパングル模様をもつ溶融めっき鋼帯を製造することを目的とする。

本発明のスパングルサイズ制御システムは、連続溶融めっきラインを走行するめっき鋼帯が送り込まれる冷却帯と調質圧延機との間にスパングルサイズ測定装置を配置している。スパングルサイズ測定装置では、連続的に１回分の撮影を行う時間である周期Ｔで一定面積Ｓを画像信号として捕らえるCCDカメラの前記周期Ｔを、前記めっき鋼帯が送られるラインスピード（Ｖ）に同期させることにより、前記めっき鋼帯の長手方向に沿った一定面積の前記めっき鋼帯の表面の画像を捕らえるとともに、該画像を画像処理することによりスパングルサイズを測定する。
スパングルサイズ測定装置からスパングルサイズコントローラにスパングルサイズ測定値を出力し、スパングルサイズ設定値とスパングルサイズ測定値の偏差を演算し、偏差に対応する冷風流量変更指令を溶融めっき浴の上方にある冷却帯の流量調整弁に出力する。冷風流量変更指令で流量調節弁が開度調節されるため、溶融めっき浴から引き上げられためっき鋼帯が目標スパングルサイズに対応する冷却速度で冷却される。

連続走行しているめっき鋼帯６の表面をCCDカメラで観察するとき、CCDカメラで捕らえられる一定面積をＳ，ラインスピードをＶとすると、連続的に１回分の撮影を行う時間である周期Ｔ（ｓ／回）にＳ×Ｖ×ｔの面積が鋼帯観察対象になる。面積Ｓ×Ｖ×ｔを鋼帯観察視野Ａで観察し、鋼帯観察視野Ａに現れている面積Ｓ×Ｖ×ｔを画像処理し反射光の強弱からスパングルサイズを演算しようとすると、演算結果は当然にラインスピードＶの影響を受ける。
本発明では、面積Ｓ×Ｖ×ｔの画像処理に際し速度成分Ｖが除去されるように、画像処理をラインスピードＶに同期させている。すなわち、鋼帯観察視野面積Ｓ×Ｖ×ｔをラインスピードＶで除することにより、スパングルサイズの演算結果に及ぼすラインスピードＶの影響を排除している。
速度成分Ｖを除去した画像処理結果は、めっき鋼帯６の長手方向に沿った一定面積が観察対象であることを示す。一定面積に現れている反射光の強弱はスパングルサイズを正確に表す指標であり、結果としてスパングルサイズを高精度でオンライン測定できる。この測定結果を冷却条件の制御に使用すると、目標サイズに対応するスパングル模様をもつ溶融めっき鋼帯が製造される。

連続溶融めっきラインを走行しているめっき鋼帯６の表面を観察し、スパングルのサイズを測定する装置２０を冷却水槽８と調質圧延機９との間のパスラインに配置している。スパングルサイズ測定装置２０の配置個所は冷却水槽８と調質圧延機９との間に限らず、冷却帯１０cから調質圧延機９までの何れの位置にスパングルサイズ測定装置２０を配置しても良い。スパングルサイズ測定装置２０自体は、本発明者等が連続溶融めっきライン用に開発したものであり、別途出願している（特願2003-327679号）
スパングルサイズ測定装置２０は、めっき鋼帯６の表面を照射する光源２１を備えている。光源２１としては、めっき鋼帯６の幅以上の長さをもつ長尺の高周波蛍光灯が好ましい。光源２１から出射された光は、めっき鋼帯６の表面で反射し、CCDカメラ２２で受光される。CCDカメラ２２は、めっき鋼帯６の幅方向全域を観察できるようにめっき鋼帯６の幅方向に沿って複数個配置することが好ましい。

CCDカメラ２２の観察結果は、制御盤２３を経て画像情報として演算器２４に出力される。制御盤２３には、速度計２５で測定しためっき鋼帯６のラインスピードも入力され、CCDカメラ２２からの画像情報と共に演算器２４に出力される。演算器２４では、速度計２５から送られてきたラインスピード測定値を参照しながら、CCDカメラ２２からの画像情報をラインスピードＶと同期させて画像処理する。
CCDカメラ２２は、連続的に１回分の撮影を行う時間である周期Ｔ（ｓ／回）で一定面積Ｓを画像信号として捕らえることができる。連続的に走行しているめっき鋼帯６の画像をCCDカメラ２２で捕らえると、鋼帯観察視野Ａの面積がＳ×Ｖ×ｔとなりラインスピードＶの影響を受ける。しかし、周期ＴをラインスピードＶと同期させると、ラインスピードＶの信号が除去され、一定面積の鋼帯観察視野Ａが捕捉される。

画像処理された画像情報を標準サンプルと比較し、ラインを走行しているめっき鋼帯６のスパングルサイズを算出する。ラインスピードＶと同期してCCDカメラ２２で捕捉した鋼帯観察視野Ａは常に一定の面積であるので、該一定面積内のスパングルを画像処理することによってスパングルサイズが算出される。具体的には、スパングルサイズ演算器２４に保存されたデータを解析用演算器２６に出力し、一定面積内のスパングル画像の明暗を強調し、明度を垂直軸として単位面積当りの三次元マップ（図２）を作成する。明度レベルの中間ポイントで三次元マップをカットし、明暗画像（図３）として解析用演算器２６に取り込み、切断面積を積算する。積算値をスパングルサイズに相関させる（図４）ことにより、スパングルサイズを測定する。

以上の方法で測定されたスパングルサイズは、ラインスピードの影響が排除され、しかも調質圧延機９で軽圧下される前の値である。そのため、連続溶融めっきラインを走行しているめっき鋼帯表面に生成したスパングルを正確に表す指標である。
該スパングルサイズ測定値ｓ₁を演算器２４からスパングルサイズコントローラ３０に出力し、予め入力されているスパングルサイズ設定値ｓ₀と比較する。比較結果を目標スパングルサイズに対応する冷却条件に換算し、制御信号ｓ_a，ｓ_b，ｓ_cとして各冷却帯１０a，１０b，１０c用の冷却条件設定器３１a，３１b，３１cに出力する。
冷却条件設定器３１a，３１b，３１cには、溶融めっき浴４に侵入する直前の被めっき鋼帯１の板温Ｔ₀，各冷却帯１０a，１０b，１０cの出側に配置された温度計１５a，１５b，１５cで測定された板温Ｔ₁，Ｔ₂，Ｔ₃及び速度計２５で測定されたラインスピードＶも入力される。板温Ｔ₀は、初段冷却帯１０aの入側温度として代用されるが、めっきポット直上にスペースが取れる設計では初段冷却帯１０a入側に配置した温度計で測定しためっき鋼帯６の板温を板温Ｔ₀に使用しても良い。

板温Ｔ₀のめっき鋼帯６が初段冷却帯１０aを出たとき板温Ｔ₁まで降温しているので、初段冷却帯１０aにおける冷却速度CV_aは、溶融めっき浴４の浴面から温度計１５aまでの距離をＬ_aとすると、CV_a＝(Ｔ₀−Ｔ₁)・Ｖ／Ｌ_aで表される。同様に第二段冷却帯１０bにおける冷却速度CV_bは、温度計１５aから温度計１５bまでの距離をＬ_bとするとCV_a＝(Ｔ₁−Ｔ₂)・Ｖ／Ｌ_bで表され、第三段冷却帯１０cにおける冷却速度CV_cは、温度計１５bから温度計１５cまでの距離をＬ_cとするとCV_c＝(Ｔ₂−Ｔ₃)・Ｖ／Ｌ_cで表される。

各冷却条件設定器３１a，３１b，３１cは、制御信号ｓ_a，ｓ_b，ｓ_cに従って冷却条件を演算し、演算結果を冷却速度CV_a，CV_b，CV_cとスパングルサイズ設定値ｓ₀〜スパングルサイズ測定値ｓ₁のズレを補完する冷風流量変更量を算出する。算出結果は、冷風流量変更指令ｆ_a，ｆ_b，ｆ_cとして各冷却条件設定器３１a，３１b，３１cから初段の流量調整弁１１，第二段の流量調整弁１１bf，１１bb，第三段の流量調整弁１１cf，１１cbに出力される。

冷風流量変更指令ｆ_a，ｆ_b，ｆ_cに従って初段流量調整弁１１a，第二段流量調整弁１１bf，１１bb，第三段流量調整弁１１cf，１１cbの開度が変更され、スパングルサイズが設定値ｓ₀に近づくようにめっき鋼帯６に吹き付けられる冷風の流量が変わり、スパングルサイズ設定値ｓ₀に対応した冷却条件に補正される。その結果、スパングルサイズが一定化し、目標スパングル模様をもつめっき鋼帯６が製造される。

このようにして、オンライン測定されたスパングルサイズ測定値ｓ₁をスパングルサイズ設定値ｓ₀と対比しながら冷却条件が制御されるため、目標スパングル模様をもつめっき鋼帯６の製造歩留が高くなる。しかも、スパングルサイズ測定値ｓ₁は、ラインスピードＶによる影響を排除した値として求められるため、ラインスピードＶの変動又は設定変更に拘らずスパングル模様が安定化する。

以上に説明したように、本発明によるとき、オンライン測定されたスパングルサイズ測定値を基にして各冷却帯における冷却条件を制御しているので、ニーズに合ったスパングル模様をもつ溶融めっき鋼帯が歩留良く製造される。

スパングルサイズ制御装置を備えた連続溶融めっきラインの概略図 スパングル画像の明暗を強調して作成した三次元マップ スパングルの三次元マップを明暗レベルの中間ポイントでカットして得られる明暗画像 切断面積の積算値からスパングルサイズを求めるときに使用する相関図の一例

符号の説明

１：被めっき鋼帯 ２：加熱炉 ３：スナウト ４：溶融めっき浴 ５：シンクロール ６：めっき鋼帯 ７：デフレクタロール ８：水槽 ９：調質圧延機
１０a，１０b，１０c：冷却帯 １１a，１１bf，１１bb，１１cf，１１cb：流量調整弁 １２a，１２b，１２c：ブロア １３a，１３b，１３c：表面用冷却ボックス １４a，１４b，１４c：裏面用冷却ボックス １５a，１５b，１５c：温度計
２０：スパングルサイズ測定装置 ２１：光源 ２２：CCDカメラ ２３：制御盤 ２４：スパングルサイズ演算器 ２５：速度計 ２６：解析用演算器
３０：スパングルサイズコントローラ ３１a，３１b，３１c：冷却条件設定器
ｓ₀：スパングルサイズ設定値 ｓ₁：スパングルサイズ測定値
ｓ_a，ｓ_b，ｓ_c：制御信号 ｆ_a，ｆ_b，ｆ_c：冷風流量変更指令
冷却速度CV_a，CV_b，CV_c： Ｔ₀〜Ｔ₃：板温 Ｖ：ラインスピード

Claims (1)

1. 連続溶融めっきラインを走行するめっき鋼帯（６）が送り込まれる冷却帯（１０ａ〜１０ｃ）と調質圧延機（９）との間にスパングルサイズ測定装置を配置し、
   連続的に１回分の撮影を行う時間である周期Ｔで一定面積Ｓを画像信号として捕らえるCCDカメラ（２２）の前記周期Ｔを、前記めっき鋼帯（６）が送られるラインスピード（Ｖ）に同期させることにより、前記めっき鋼帯（６）の長手方向に沿った一定面積の前記めっき鋼帯（６）の表面の画像を捕らえるとともに、該画像を画像処理することによりスパングルサイズを測定し、
   該スパングルサイズ測定値をスパングルサイズコントローラ（３０）に出力し、該スパングルサイズコントローラ（３０）でスパングルサイズ設定値（Ｓ_０）とスパングルサイズ測定値（Ｓ_１）の偏差を演算し、偏差に対応する冷風流量変更指令（ｆ_ａ，ｆ_ｂ，ｆ_ｃ）を溶融めっき浴（４）の上方にある前記冷却帯（１０ａ〜１０ｃ）の流量調整弁（１１ａ〜１１ｃ）に出力し、
   前記溶融めっき浴（４）から引き上げられた前記めっき鋼帯（６）を目標スパングルサイズに対応する冷却速度で冷却することを特徴とするスパングルサイズ制御システム。

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