JP4431050B2 - 金属ストランドを溶融浸漬被覆する方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、金属ストランド１が、溶融被覆金属を収容している容器３を介して、及び前もって接続された案内管路４を介して垂直方向に通過案内され、
この場合、案内管路４の領域内において、容器３内の被覆金属２を保持するために、金属ストランド１の側方に設けられた少なくとも二つの誘導子５を用いて電磁場を発生させ、
かつ案内管路４内の中央位置において金属ストランド１を安定化させるために、金属ストランド１の側方に設けられた少なくとも二つの補助コイル６を用いて誘導子５の電磁場に重なり合う電磁場を発生させる様式の、金属ストランド１、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する方法に関する。さらに本発明は、金属ストランドを溶融浸漬被覆する装置に関する。

代表的な金属ストリップ用の金属浸漬被覆設備は、整備が集約的な部分、すなわちその中にある機器を用いた被覆容器を備えている。被覆される金属ストリップの表面は、被覆前に残留酸化物を除去清掃され、かつ被覆金属と結合するために活性化される。このような理由から、ストリップの表面は、被覆前に加熱処理において減少する大気圧において処理される。酸化被膜は前もって化学的にもしくは研磨されて除去されるので、減少する加熱処理により、表面は加熱処理後、金属的に純粋であるように活性化される。

しかしながら、ストリップ表面の活性化により、このストリップ表面の取り巻く大気中の酸素に関する親和力は増大する。大気中の酸素が被覆処理前に再度ストリップ表面に到達するのを防ぐために，ストリップは浸漬長管内で上方から浸漬被覆槽内に挿入される。溶融被覆金属は液状で存在し、重力は吹き出し装置と協働して溶融被覆厚さの調節に役立つことが望まれるので、後続のストリップの接触を溶融被覆金属が完全に凝固するまで禁止し、溶融被覆容器内のストリップは、垂直方向へ方法転換されねばならない。このことは、液状の金属内で走行するローラーにより行われる。液状の被覆金属により、このローラーは増大する磨耗作用を受けるので、生産活動における停止の原因となり、それに伴い損失の原因となる。

ミクロン領域内で変動する、所望の溶融被覆金属の被膜厚さにより、高い要求がストリップ表面の品質に置かれる。このことはさらにストリップを案内するローラーの表面が高い品質でなければならないことを意味する。一般に、この表面における障害は、ストリップ表面の損傷である。これは設備の度重なる停止に関するその他の原因である。

液状の溶融被覆金属内で回転しているローラーと関連した問題を回避するために、その下方領域内で、上方へストリップを垂直方向に通過案内させるための案内管路を有する、下方へ開放された溶融被覆容器を使用しかつ封隙するために、電磁的シール機構を使用するという試みがある。この場合、電磁誘導子があり、この電磁誘導子は押戻すか、ポンプにより圧送するか、あるいは締め付ける電磁的交流磁場あるいは進行磁場により働き、これらの磁場は被覆容器を下方に向かって封隙する。

このような解決策は、例えば特許文献１から公知である。さらに、特許文献２の解決策あるいは特許文献３の解決策には、被覆容器を下方に向かって封隙するための電磁閉鎖装置が使用されている。

強磁性の金属ストリップの被覆は確かに可能であるが、実質的に強磁性の鋼ストリップの場合、この強磁性の鋼ストリップが電磁的に封隙する際に強磁性により管路壁に引きつけられ、それによりストリップ表面が損傷するという問題が生じる。さらに、被覆金属と金属ストリップがそれ自体誘導場により不適切に加熱されることが問題である。

二つの進行磁場間の案内管路を貫通する強磁性の鋼ストリップの位置は、バランスが不安定である。案内管路の中央においてのみ、壁に作用する磁気引力はゼロである。鋼ストリップがその中央位置からそれると同時に、二つの誘導子の内の一つに近づくが、他方の誘導子からは遠ざかる。このようにそれる原因は、ストリップの単純な平担度誤差であることもありえる。この場合、ストリップの幅に渡って見られる、ストリップの波（Bandwellen）の様態を挙げると、中のび, クオータのび, 端のび, フッター（Flattern）, ねじれ, クロスボウ, Ｓ字形等である。磁気引力を誘引する磁気誘導は、指数関数に従い、誘導子からの間隔に関連して、磁場強度が減衰する。同じように、誘導磁場の二乗に関連する引力は、誘導子の間隔が広がるにつれて減衰する。反ったストリップにとって、このことは一方向への反りにより、一方の誘導子に向かう引力は指数関数的に強くなるが、他方の誘導子による復帰力は指数関数的に減衰する。両方の作用が増大し、したがってバランスはとれていない。

この問題を解決するために、またさらに案内管路内の金属ストリップを正確に位置制御するために、特許文献４と特許文献５からヒントが得られる。そこで開示された構想によれば、電磁進行磁場を発生させるためのコイルに加えて、付加的な補助コイルが設けられている。この補助コイルは制御システムと結合しており、金属ストリップが中央位置から外れた場合中央位置へ再度戻すことを配慮している。

同様な構想は、特許文献６にも開示されている。この場合、案内管路内の補助コイルは誘導子の下方に配置されている。

金属ストランドを正確に案内可能にするための他の解決策は、特許文献７、８、９及び１０から知られている。

このような公知の解決方法の場合、案内管路の中央における金属ストランドの安定した案内を確実に行うためには、制御効率が十分ではないことがわかった。この関係において、案内管路の下方の下側転向ローラーと被覆槽の上方の上側転向ローラーとの間の張間長さ（Abspannlange）が長いことが問題であり、この弛緩長は製造位置において明らかに２０ｍ以上である可能性がある。このことにより、案内管路内での金属ストリップの効率的な位置制御の必要性が高まる。
欧州特許発明第０６７３４４４号明細書 国際公開パンフレット９６／０３５３３号 特開平５−８６４４６号明細書 ドイツ国特許出願公開第１９５３５８５４号明細書 ドイツ国特許出願公開第１００１４８６７号明細書 特開平５−７８８０２号明細書 欧州特許発明第０８５５４５０号明細書 特開平１０−４６３１０号明細書 国際公開パンフレット０２／１４５７２号 特開２０００−５３２９５号明細書

本発明の根底をなす課題は、先に挙げた短所を克服可能な、金属ストランドを溶融浸漬被覆するための方法及びそれに付属した装置を提供することである。従って、制御効率を改善しなければならず、それにより、金属ストランドを案内管路内の中央で保持することが簡単な方法で可能とならねばならない。

このような課題は、本発明の方法により、案内管路内の金属ストランドを中央位置で安定化させることが、閉ループ制御において、以下の工程順序、すなわち
ａ）案内管路内における金属ストランドの位置を測定する工程、
ｂ）誘導子内における誘導電流を測定する工程、
ｃ）補助コイル内における誘導電流を測定する工程、
ｄ）金属ストランドを、案内管路内の中央位置で保持するために、工程ａ）〜ｃ）で測定されたパラメータ全てに依存して、補助コイル内において誘導電流を作用させる工程の順序により行われ、この場合、補助コイル（６）が金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の内側に設けられていることにより解決される。

したがって本発明の構想は、案内管路内における金属ストランドの位置と、誘導子内における誘導電流と、補助コイル内における誘導電流の三つの値を検出し、かつこの三つの値を金属ストランドの位置を制御する際に考慮することである。

このようにして、誘導子（主コイル）それ自体により発生した磁場と同様に、補助コイルにより発生した、重なり合った磁場も制御の際考慮することが可能であり、従って制御効率の改善は全て一緒に行われる。

第一の他の形態は、封隙するために作られた電磁場が、多相進行磁場であり、この進行磁場が２Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数を有する交流を印加することにより発生することを考慮している。その代案として、単相交流磁場を備えていてもよく、この交流磁場は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数を有する交流を印加することにより発生する。

案内管路内の金属ストランドの位置の検出が誘導的に行われることは特に好ましい。

ストリップの位置をできるだけ正確に把握するために、他の形態は、位置の検出が、誘導子の磁場および／または補助コイルの磁場の減衰作用が全くないかあるいはただ減衰した作用だけがある、案内管路の領域内で行われることである。しかしながらそれに関する代案として、位置の検出が、これらの磁場の作用がある、案内管路の領域内で行われることも可能である。

したがって、金属ストランドの位置を検出するための測定手段（測定コイル）は、電磁要素の領域の内側かあるいは外側にあり、そのために誘導子と同様に補助コイルも備えていなければならない。

誘導子の範囲内の測定手段が補助コイルの前に設けられていたり、誘導子の範囲内の測定手段が補助コイルの横に設けられていたりあるいは測定手段が誘導子の延長部の領域の外側に設けられていることが可能である。さらにこれらの配設の組合わせも可能である。

案内管路の領域内の金属ストランドの側方に設けられた、被覆金属を保持するために電磁場を発生させるための少なくとも二つの誘導子と、
金属ストランドの側方に設けられた、案内管路内の中央位置において金属ストランドを安定化させるために、誘導子の電磁場に重なり合う電磁場を発生させるための少なくも二つの補助コイルとを備えた、金属ストランド、特に鋼ストランドを溶融浸漬被覆する本発明による装置は、金属ストランドを案内管路４内の中央位置で保持するために、
案内管路４内の金属ストランドの位置と、誘導子内の誘導電流と、補助コイル内の誘導電流とを測定するための測定手段と、
測定されたパラメータ依存して、補助コイル内の誘導電流を制御するのに適した制御手段とを備えており、この場合、補助コイル（６）が金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の内側に設けられていることを特徴とする。

案内管路内の金属ストランド１の位置を検出するための測定手段が、誘導型変位変換器であることは長所である。

さらに、案内管路４内の金属ストランドの位置を検出するための測定手段が、金属ストランドの移送方向で見て、誘導子の範囲内に設けられていてもよい。全く同様に、測定手段が、誘導子の範囲外に設けられていてもよい。この両者の場合、案内管路内の金属ストランドの位置を検出するための測定手段が、金属ストランド１の移送方向で見て、補助コイルの範囲外に設けられていてもよい。したがって、金属ストランドの正確な位置が確定される。

最後に、他の形態では、案内管路４内の金属ストランド１の位置を検出するための多数の測定手段が、金属ストランドの移送方向で見て、異なる位置に設けられている。この場合、個々の測定手段は、誘導子あるいは補助コイルによる磁場の内側に設けられていても、外側に設けられていてもよい。

本発明を実施例に基づき図を用いて詳しく説明する。

本装置は容器３を備え、この装置は溶融液状被覆金属２で充填されている。このような被覆金属とは例えば亜鉛もしくはアルミニウムである。鋼ストリップの形の被覆される金属ストランド１は、容器３を移送方向Ｒで上方に向かって垂直に通過する。金属ストランド１が容器３を下方から上方へと通過することが原則的に可能であることもこの位置で見てとれる。容器３を通って金属ストランド１が通り抜けるように、容器は底部領域が開口している。ここでは、誇張された大きさのすなわち幅広に示した案内管路４が位置している。

溶融液状被覆金属２が案内管路４を通って下方へ流出できないように、金属ストランド１の側方には、磁場を生じさせる二つの電磁誘導子５があり、この磁場は液状被覆金属２内で浮力を生じさせ、この浮力は液状被覆金属２の重力に反対に作用し、従って案内管路４を下方に向かって封隙する。

誘導子５とは、対向して設けられた二つの交流磁場誘導子あるいは進行磁場誘導子であり、この誘導子は２Ｈｚから１０Ｈｚまでの周波数領域内で運転され、かつ電磁横方向磁場を移送方向Ｒに対して垂直に構成する。単相システム（交流磁場誘導子）にとっての好ましい周波数領域は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであり、多相システム（例えば進行磁場誘導子）にとっては２Ｈｚ〜２ｋＨｚである。

案内管路４内にある金属ストランド１を、金属ストランドができるだけ一定の状態である位置に、好ましくは案内管路４の中央平面にあるように保持することが目標である。

相対する両電磁誘導子５間にある金属ストランド１は、通常電磁誘導子５の間の電磁場に置いた場合、より近くに置かれた電磁誘導子の方に引き寄せられ、この場合一方の誘導子に接近することにより引力が増大し、それによりストリップの平均位置（Mittenlage）はきわめて不安定なる。従って装置を運転する場合、金属ストランド１が電磁誘導子５の引力のために拘束され、かつ作動した誘導子間の案内管路４の中心を通り抜けできないという問題が生じる。

そのことから、案内管路４の中央平面１１内で金属ストランド１を安定化させるために、補助コイル６が、案内管路４あるいは金属ストランド１の両側に設けられている。このような補助コイルは、制御手段１０により誘導子５と補助コイル６の磁場の重ね合せが、金属ストランド１を案内管路４内の常に中央で保持するように制御される。

したがって、補助コイル６を用いることで、誘導子５の磁場を、この場合封隙条件（封隙のための最低限必要な磁場の強さ）を維持しながら、制御に応じて強化するかあるいは減衰させることができる（重ね合わせの原理）。

これに関して、まず第一に、案内管路４内の金属ストランド１の位置を示す（ｗｉｅｄｅｒｇｅｂｅｎ・）信号ｓ，ｓ‘あるいはｓ“を、制御手段１０に供給する。金属ストランドの位置ｓ，ｓ‘あるいはｓ“を位置測定手段７，７’，あるいは７”により検出する。この場合位置測定手段とは誘導型変位変換器である。したがって電磁場内において誘導子５の間で金属ストランド１を検出することは誘導的であり、この場合磁場内での金属ストランド１のフィードバック作用を利用する。

さらに制御手段１０に、電流測定手段８により検出される誘導子５内の誘導電流−電流Ｉ_Ｉｎｄ、あるいは電流測定手段９により検出される補助コイル６内の誘導電流−電流Ｉ_Ｋｏｒｒ−を供給する。

制御手段１０には、アルゴリズムが保管されており、このアルゴリズムは三つのパラメータ、すなわち案内管路内における金属ストランド１の位置と、誘導子５内の誘導電流ＩＩｎｄと、補助コイル６内の誘導電流ＩＫｏｒｒとから出発して、誘導電流ＩＫｏｒｒの形の新しい入力信号を補助コイル６へ供給する。このようにして、閉ループ制御における金属ストランド１の位置を、金属ストランド１の中央平面１１からの位置ずれが最小になるように、言い換えれば値ｓ，ｓ‘あるいはｓ“ができるだけゼロになるように保持する。

見ての通り、案内管路４内における金属ストランド１の位置ｓ，ｓ‘あるいはｓ“は、位置測定手段７，７’，あるいは７”により検出されるが、この場合位置測定手段７−移送方向Ｒで観察される−は、誘導子５の上方に、位置測定手段７’は誘導子５の下方に、そして位置測定手段７“は誘導子５の領域内に配置されている。三つの位置測定手段７，７’，あるいは７”が全て補助コイル６の領域外に設けられていることは有効である。位置測定手段７，７’，あるいは７”を用いて測定される値から、制御手段１０において平均値を作ることができる。

位置測定手段７，７’，あるいは７”とは、誘導型変位変換器であるので、誘導子５と補助コイル６により生じる磁場の影響はできるだけわずかでなければならない。このことは、
位置測定手段７あるいは７’を誘導子５の範囲の外側に配設することにより確実となる。図からわかるように、位置測定手段（この場合７“）はむろん誘導子５の領域内に位置決めすることができる。

位置測定手段７あるいは７’を補助コイル６の作用部外に位置決めすることが実証されたが、位置測定手段は基本的に誘導子５あるいは補助コイル６の作用領域外に設けることができる。

通過案内される金属ストランドを伴う溶融浸漬被覆装置の概略図である。

符号の説明

１ 金属ストランド（鋼ストリップ）
２ 被覆金属
３ 容器
４ 案内管路
５ 誘導子
６ 補助コイル
７ 位置測定手段
７‘ 位置測定手段
７“ 位置測定手段
８ 電流測定手段
９ 電流測定手段
１０ 制御手段
１１ 中央平面
ｓ 案内管路内の金属ストランドの位置
ｓ‘ 案内管路内の金属ストランドの位置
ｓ“ 案内管路内の金属ストランドの位置
Ｉ_Ｉｎｄ 誘導子内の誘導電流
Ｉ_Ｋｏｒｒ 補助コイル内の誘導電流
Ｒ 誘導子内の誘導電流

Claims (12)

1. 金属ストランド（１）が、溶融被覆金属を収容している容器（３）を通って、及び前もって接続された案内管路（４）を通って垂直方向に通過案内され、
   この場合、案内管路（４）の領域内において、容器（３）内の被覆金属（２）を保持するために、金属ストランド（１）の側方に設けられた少なくとも二つの誘導子（５）を用いて電磁場を発生させ、
   かつ案内管路（４）内の中央位置において金属ストランド（１）を安定化させるために、金属ストランド（１）の側方に設けられた少なくとも二つの補助コイル（６）を用いて誘導子（５）の電磁場に重なり合う電磁場を発生させる様式の、金属ストランド（１）を溶融浸漬被覆する方法において、
   案内管路内の金属ストランドを中央位置で安定化させることが、閉ループ制御において、以下の工程順序、すなわち
   ａ）案内管路（４）内における金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の少なくとも一つを測定する工程、
   ｂ）誘導子（５）内における誘導電流（ＩＩｎｄ）を測定する工程、
   ｃ）補助コイル（６）内における誘導電流（ＩＫｏｒｒ）を測定する工程、
   ｄ）金属ストランド（１）を案内管路（４）内の中央位置で保持するために、工程ａ）〜ｃ）で測定されたパラメータ（ｓ，ＩＩｎｄ，ＩＫｏｒｒ）全てに依存して、補助コイル（６）内において誘導電流を作用させる工程の順序により行われ、
   この場合、補助コイル（６）が金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の内側に設けられていることを特徴とする方法。
2. 電磁場が、多相進行磁場であり、この進行磁場が２Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数を有する交流を印加することにより発生することを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 電磁場が、単相交流磁場であり、この交流磁場が２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数を有する交流を印加することにより発生することを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 案内管路（４）内における金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の検出が、誘導的に行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
5. 位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の少なくとも一つの検出が、誘導子（５）の磁場および／または補助コイル（６）の磁場の作用が全くないかあるいはただ減衰した作用だけがある、案内管路（４）の領域内で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
6. 位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の少なくとも一つの検出が、誘導子（５）の磁場および／または補助コイル（６）の磁場の作用がある、案内管路（４）の領域内で行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
7. 金属ストランド（１）が、溶融被覆金属を収容している容器（３）を通って、及び前もって接続された案内管路（４）を通って垂直方向に通過案内され、
   案内管路（４）の領域内の金属ストランド（１）の側方に設けられた、被覆金属（２）を保持するために電磁場を発生させるための少なくとも二つの誘導子（５）と、
   金属ストランド（１）の側方に設けられた、案内管路（４）内の中央位置において金属ストランド（１）を安定化させるために、誘導子（５）の電磁場に重なり合う電磁場を発生させるための少なくも二つの補助コイル（６）とを備えた様式の金属ストランド（１）を溶融浸漬被覆する装置において、
   金属ストランド（１）を案内管路（４）内の中央位置で保持するために、
   案内管路（４）内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の少なくとも一つと、誘導子（５）内の誘導電流（ＩＩｎｄ）と、補助コイル（６）内の誘導電流（ＩＫｏｒｒ）とを測定するための測定手段（７，７’，７”，８，９）の少なくとも一つと、
   測定された位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）の少なくとも一つと、誘導子（５）内の誘導電流（Ｉ _Ｉｎｄ ）と、補助コイル内の（Ｉ _Ｋｏｒｒ ）とに依存して、補助コイル（６）内の誘導電流（Ｉ_Ｋｏｒｒ）を制御するのに適した制御手段（１０）とを備えており、
   この場合、補助コイル（６）が金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の内側に設けられていることを特徴とする装置。
8. 案内管路（４）内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）を検出するための測定手段（７，７’，７”）の少なくとも一つが、誘導型変位変換器であることを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 案内管路（４）内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）を検出するための測定手段（７，７’，７”）の少なくとも一つが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の内側に設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
10. 案内管路４内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）を検出するための測定手段（７，７’，７”）の少なくとも一つが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、誘導子（５）の範囲の外側に設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の装置。
11. 案内管路４内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）を検出するための測定手段（７，７’，７”）の少なくとも一つが、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、補助コイル（６）の範囲の外側に設けられていることを特徴とする請求項７〜１０のいずれか一つに記載の装置。
12. 案内管路（４）内の金属ストランド（１）の位置（ｓ，ｓ‘，ｓ“）を検出するための複数の測定手段（７，７’，７”）が、金属ストランド（１）の移送方向（Ｒ）で見て、異なる位置に設けられていることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか一つに記載の装置。

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