JP5644141B2

JP5644141B2 - 金属帯の制振及び位置矯正装置、および該装置を用いた溶融めっき金属帯製造方法

Info

Publication number: JP5644141B2
Application number: JP2010052491A
Authority: JP
Inventors: 雄亮石垣; 石田　匡平; 匡平石田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: JP2011183438A

Description

本発明は、金属帯の製造ラインまたは処理ラインにおいて、金属帯の振動、反りおよびパスラインを非接触で制御する技術に関する。

金属帯を製造するラインにおいて、その金属帯の振動や反りを抑制し、パスラインを安定に保つことは、金属帯の品質を良くするばかりでなく、その製造ラインの能率を向上させることにもつながる重要な要素である。
例えば、溶融めっき金属帯の製造ラインにおいては、金属帯が溶融金属中を浸漬されながら通板されることで表面に溶融金属が付着され、溶融金属浴後に設けられたガスワイパから噴出するガスにより、金属帯に付着した過剰の溶融金属が払拭されてめっき付着量の調整が行われる。

このとき、ガスワイパからはワイピングガスが金属帯の表裏に板幅方向に均一に圧力がかかるようにスリット状に噴出されている。
そのため、金属帯が振動している場合や反っている場合、あるいはパスラインが表裏どちらかに偏っている場合には、ガスワイパと金属帯との距離が一定でないためワイピングガスの圧力が均一にならず、金属帯の表裏や板幅方向、あるいは通板方向に付着量のムラが発生することになる。

このような問題点を解決する方法として、電磁石を用いて非接触で金属帯の反りや振動を抑制し、パスラインを安定化する技術が知られている。
例えば、特許文献１には、帯状の鋼板を移動させるべき走路面を間にして、一対の電磁石を互いに対向するように配置するとともに、その一方の電磁石の近傍に非接触式の位置検出器を配置し、その位置検出器からの信号に応じて制御器により各電磁石の吸引力を相互に切り替えながら作用させることで、鋼板の反りや振動の抑制を図る技術が開示されている。

金属帯の振動抑制には電磁石の応答性が要求され、反り矯正およびパスライン矯正（反り矯正とパスライン矯正を合わせて以後は位置矯正と言う）には電磁石の吸引力が要求される。ところが、電磁石の吸引力を大きくするためにコイルの巻数を増やすと電磁石の応答性は悪くなり、一方、電磁石の応答性を良くするために巻数を少なくすると電磁石の吸引力が小さくなってしまう。そこで、この問題を解決するために、振動抑制用と位置矯正用のそれぞれ独立した２系統のコイルを有する電磁石を用いる技術が提案されている（特許文献２参照）。
この技術によれば、巻数の少ない振動抑制用コイルで振動制御を行うとともに、巻数の多い位置矯正用コイルで反り矯正およびパスライン矯正を行うことが可能なため、振動抑制能力と位置矯正能力を両立して制御を行うことができる。

特開平２−６２３５５号公報特開２００４−１２４１９１号公報

金属帯の板厚や板幅、張力などの操業条件によって、要求される応答性と吸引力が異なるため、適切な振動抑制や位置矯正を行なうためには、操業条件に合うように応答性と吸引力を調整する必要がある。
しかしながら、上記の特許文献２に開示された金属帯非接触制御技術では、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの巻数をあらかじめ設計する必要があり、設計通りに製作した後は巻数を変更することができない。そのため、特許文献２の技術では、ある特定の操業条件に合わせてコイルの巻数を設計しなければならず、設計した操業条件以外の場合には制御能力が最適ではない場合がある。

以上のように、振動抑制用と位置矯正用のそれぞれ独立した２系統のコイルを有する電磁石を用いる従来の金属帯非接触制御技術では、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの巻数の配分を変更できないため、操業条件に応じた最適な制御能力が得られないという問題があった。

本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであって、電磁石を用いて金属帯の反りやパスラインの位置矯正や制振を行う金属帯の制振及び位置矯正装置において、板厚等の操業条件の変更が生じた場合にも最適の金属帯の制振及び位置矯正を行うことのできる金属帯の制振及び位置矯正装置、および該装置を用いた溶融めっき金属帯製造方法を提供することを目的としている。

本発明者らは上記課題を解決するため検討を重ねた結果、金属帯の製造ラインまたは処理ラインに設置され、オンライン走行中の前記金属帯の反りおよび振動を非接触で抑制する金属帯の制御装置において、３個以上のコイルで構成される電磁石を用い、そのコイルを任意に組み合わせて直列に接続して２系統のコイルを形成することで、コイルの巻数を変更することが可能となり操業条件に応じて応答性と吸引力を調整することが可能となることを見出した。
本発明はかかる知見に基づいて、さらなる検討の結果得られたものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る金属帯の制振及び位置矯正装置は、金属帯の片側又は両側に配置された電磁石と、該電磁石の近傍に設置されて前記金属帯の位置を非接触で検出する非接触位置センサと、該非接触位置センサの情報に基づいて前記電磁石の磁力を制御してオンライン走行中の前記金属帯の制振及び位置矯正を行なう制御装置を備えた金属帯の制振及び位置矯正装置であって、前記電磁石は３個以上のコイルからなるコイル群を備えてなり、前記制御装置は、前記コイル群からコイルを選択して組み合わせることによって所定の巻数の振動制御用コイルと、該振動制御用コイルよりも巻数が多い位置矯正用コイルの２系統のコイルを形成するコイル形成装置を備えてなり、
前記コイル形成装置は、板厚情報が入力されたときに、金属帯の板厚に応じて予め設定されたコイルの組み合わせを行うことを特徴とするものである。

（２）本発明に係る溶融めっき金属帯の製造方法は、金属帯をめっき金属である溶融金属浴中に引き込む引込工程と、前記金属帯に溶融金属を付着させ、前記金属帯を溶融金属浴外に引き上げる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイパによって溶融金属の付着量を調整する付着量調整工程と、を有する溶融めっき金属帯の製造方法において、
上記（１）に記載の制振及び位置矯正装置により、前記金属帯の振動と位置を非接触で制御する制御工程を有し、該制御工程は板厚に応じて前記電磁石のコイルの組み合わせを変更することを特徴とするものである。

本発明の金属帯の制振及び位置矯正装置によれば、金属帯の板厚等の操業条件に応じて、金属帯の振動および反り、パスライン等を適切に制御することができる。
また、本発明の金属帯の制振及び位置矯正装置を溶融めっき金属帯製造ラインに用いることにより、金属帯の板幅方向およびライン方向のめっき付着量ムラを改善することができ、高品質な溶融めっき金属帯を製造することができる。

本発明の一実施の形態に係る金属帯の制振及び位置矯正装置のブロック図である。本発明の一実施の形態に係る金属帯の制振及び位置矯正装置に用いられる電磁石の説明図である。本発明の一実施の形態に係る金属帯の制振及び位置矯正装置の全体構成を説明する説明図である。本発明の他の実施の形態における溶融めっき金属帯を製造方法に用いる製造装置の説明図である。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る金属帯の制振及び位置矯正装置１は、図３に示すように、上方向に走行する金属帯３の両面側に設置された電磁石５と、電磁石５の近傍に設置されて金属帯３の変位を測定する非接触変位センサ７と、非接触位置センサの情報に基づいて前記電磁石５の磁力を制御してオンライン走行中の前記金属帯３の制振及び位置矯正を行なう制御装置９とを備えている。
以下、各構成を詳細に説明する。

＜電磁石＞
電磁石５は、図２に示すように、７個のコイル１ａ〜１ｇを一つのコア１１に巻いた構成である。このような構成のため、７個のコイル１ａ〜１ｇの中から１個以上のコイルを任意に選択し、選択したコイルを組み合わせて直列に接続することによって、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの２系統のコイルを形成することができるようになっている。そして、コイルの組み合わせを変更することで振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの巻数を変更することが可能である。
なお、７個のコイルはそれぞれ同じ巻数でも良いし、異なる巻数でも良い。
また、本実施の形態ではコイルの数を７個に設定したが、本発明はこれに限られるものではなく、コイルの数は３個以上であれば、技術常識の範囲内で適宜設定することができる。

一般に、金属帯３の振動を抑制するためには、対象とする金属帯振動の周波数（通常は金属帯３の曲げやねじれなどの固有振動数）に十分追従できるだけの高い応答性が要求される一方、固有モードの振動を抑えるにはそれほど大きな力を必要としない。したがって、振動抑制用コイルの巻数は少なくてよい。
これに対して、金属帯３の反り矯正およびパスライン矯正は、静的な力で十分なため高い応答性は不要であるが、小さな電流で大きな吸引力を発生できる方が望ましい。したがって、位置矯正用コイルの巻数は多い方が望ましい。
よって、振動抑制用コイルの巻数が少なく、位置矯正用コイルの巻数が多くなるように７個のコイル１ａ〜１ｇを組み合わせることで振動抑制と位置矯正の能力を両立して制御を行うことが可能となる。

＜非接触位置センサ＞
非接触位置センサは、電磁石５の近傍に設置されて金属帯３の変位を測定する。このような非接触位置センサとしては、例えば渦電流式位置センサを用いることができる。

＜制御装置＞
制御装置９は、非接触位置センサの測定値と目標値を入力して、測定値と目標値との偏差信号に比例、微分、積分などの処理（例えばＰＩＤ制御）を行って、振動抑制用コイル及び位置矯正用コイルの操作量を演算する操作量演算装置１３と、操作量演算装置１３によって演算された振動抑制用コイル及び位置矯正用コイルの操作量の信号を入力して表裏の電磁石５に分配する表裏分配装置１５と、表裏分配装置１５の信号に基づいて電流を増幅するアンプ１７と、アンプ１７の電流を入力すると共にコイル組み合わせ指令に基づいて７個のコイルの中から１個以上のコイルを選択し、選択したコイルを組み合わせて直列に接続することによって、振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの２系統のコイルを形成するコイル形成装置１９とを備えている。
なお、コイル形成装置１９は、金属帯３の表裏に設置されたそれぞれの電磁石５に対応してそれぞれ設けられている。

操作量演算装置１３においては、振動制御用コイルの操作量の演算は応答性を重視した演算（たとえば微分ゲインを大きくする）を行ない、位置矯正用コイルの操作量の演算は静的な吸引力を重視した演算（たとえば積分ゲインを大きくする）を行う。

コイル形成装置１９には、電磁石５の７個のコイル全てが接続されている。そして、コイル形成装置１９は、任意のコイル組み合わせ指令に応じて振動抑制用コイルと位置矯正用コイルを形成するように直列に接続して、アンプ１７からの電流をコイルに流すようにする。その結果、適時に振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの巻数を変更した電磁石５を形成して、振動抑制と位置矯正を行うことが可能となる。

コイルの組み合わせは、走行する金属帯３の板厚に応じて変更するのが好ましい。一般的に、板厚が厚い場合には金属帯３のバネ定数が大きくなるため、振動を制御する場合も、反りやパスラインを制御する場合も、大きい吸引力が要求される。
なお、応答性を良くするために振動抑制用コイルの巻数はできるだけ少ない方が良いが、制御に必要な吸引力を発生できるだけの巻数を確保する必要はある。
このように、板厚に応じて振動抑制用コイルと位置矯正用コイルの巻数の組み合わせを変更することで、板厚が薄い場合には、振動抑制用コイルの巻数をより少なくすることができるため、より応答性のよい振動抑制が可能になる。

なお、板厚に応じてコイルの組み合わせを変更するための具体的な方法としては、例えばコイル形成装置１９に想定される板厚に対応するコイルの組み合わせを予め記憶させておき、コイル形成装置１９に板厚の情報が入力されたときに対応するコイルの組み合わせを行うようにすればよい。

上記のように構成された本実施の形態の金属帯３の制振及び位置矯正装置１の動作を説明する。
金属帯３の板厚に応じて、例えばオペレータがコイル組み合わせ指令をコイル形成装置１９に入力する。コイル形成装置１９は、指令に基づいて振動抑制用コイルと位置矯正用コイルを形成するように直列に接続する。例えば、コイル１ａ〜１ｃを直列に接続して振動抑制用コイルを形成し、コイル１ｄ〜１ｇを直列に接続して位置矯正用コイルを形成する。

コイル組み合わせが行われた後、操作量演算装置１３に、目標値と非接触位置センサの測定値が入力され、測定値と目標値との偏差信号に比例、微分、積分などの処理（例えばＰＩＤ制御）を行って、振動抑制用コイル及び位置矯正用コイルの操作量が演算される。操作量演算装置１３によって演算された振動抑制用コイル及び位置矯正用コイルの操作量が表裏分配装置１５によって表裏のそれぞれのアンプ１７に入力される。アンプ１７は操作量に応じた電流をコイル形成装置１９に流し、コイル形成装置１９に流れた電流は形成された振動抑制用コイルと、位置矯正用コイルに流されて磁力発生して金属帯３の振動及び位置矯正を行なう。

本実施の形態によれば、金属帯３の板厚等の操業条件に応じて、当該操業条件に最適な振動および位置矯正の制御を行うことができる。

なお、上記の実施の形態では、電磁石５を金属帯３の両面側に設置した例を示したが、電磁石５は例えば特許文献２に示されたように片側に設置するようにしてもよい。
また、電磁石５と非接触位置センサ７との鋼帯通板方法の前後位置はどちらが先に来てもよい。

［実施の形態２］
本実施の形態２は、実施の形態１で示した金属帯の制振及び位置矯正装置１を用いて金属帯３の表面にめっきを行って溶融めっき金属帯を製造する製造方法に関するものである。
図４に基づいて溶融めっき金属帯製造装置の概要を説明する。本実施の形態に係る溶融めっき金属帯製造装置は、溶融金属が貯留されるめっき金属溶融槽２１と、めっき金属溶融槽２１内に設置されて金属帯３を案内する浸漬ロール２３と、金属帯３に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイパ２５と、実施の形態１において説明した金属帯の制振及び位置矯正装置１を備えている。なお、図４においては、金属帯の制振及び位置矯正装置１に関し、金属帯３の片面側に設置された電磁石５と、電磁石５の近傍に設置されて金属帯３の変位を測定する非接触変位センサ７のみを図示し、非接触位置センサの情報に基づいて前記電磁石５の磁力を制御してオンライン走行中の前記金属帯３の制振及び位置矯正を行なう制御装置９は図示を省略している。

上記の溶融めっき金属帯製造装置を用いた溶融めっき金属帯製造方法は、金属帯３をめっき金属である溶融金属浴中に引き込む引込工程と、金属帯３に溶融金属を付着させ、金属帯３を溶融金属浴外に引き上げる付着工程と、金属帯３に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイパ２５によって溶融金属の付着量を調整する付着量調整工程を備えている。そして、これらの一連の工程中、金属帯３は制振及び位置矯正装置により、制振及び位置矯正が行なわれる。

本実施の形態によれば、実施の形態１で示した金属帯の制振及び位置矯正装置１を溶融めっき金属帯製造ラインに用いることにより、金属帯３の板幅方向およびライン方向のめっき付着量ムラを改善することができ、高品質な溶融めっき金属帯を製造することができる。

本発明によれば、金属帯の振動および反りや、パスラインを板厚や張力などの操業条件に応じて適切に制御することが可能となり、溶融めっき金属帯製造ライン等の金属帯制御に広く利用することが可能である。

１金属帯の制振及び位置矯正装置
３金属帯
５電磁石
７非接触変位センサ
９制御装置
１１コア
１３操作量演算装置
１５表裏分配装置
１７アンプ
１９コイル形成装置
２１めっき金属溶融槽
２３浸漬ロール
２５ガスワイパ

Claims

金属帯の片側又は両側に配置された電磁石と、該電磁石の近傍に設置されて前記金属帯の位置を非接触で検出する非接触位置センサと、該非接触位置センサの情報に基づいて前記電磁石の磁力を制御してオンライン走行中の前記金属帯の制振及び位置矯正を行なう制御装置を備えた金属帯の制振及び位置矯正装置であって、
前記電磁石は３個以上のコイルからなるコイル群を備えてなり、
前記制御装置は、前記コイル群からコイルを選択して組み合わせることによって所定の巻数の振動制御用コイルと、該振動制御用コイルよりも巻数が多い位置矯正用コイルの２系統のコイルを形成するコイル形成装置を備えてなり、
前記コイル形成装置は、板厚情報が入力されたときに、金属帯の板厚に応じて予め設定されたコイルの組み合わせを行うことを特徴とする金属帯の制振及び位置矯正装置。
金属帯をめっき金属である溶融金属浴中に引き込む引込工程と、前記金属帯に溶融金属を付着させ、前記金属帯を溶融金属浴外に引き上げる付着工程と、前記金属帯に付着した過剰の溶融金属を払拭するガスワイパによって溶融金属の付着量を調整する付着量調整工程と、を有する溶融めっき金属帯の製造方法において、
請求項１に記載の制振及び位置矯正装置により、前記金属帯の振動と位置を非接触で制御する制御工程を有し、該制御工程は板厚に応じて前記電磁石のコイルの組み合わせを変更することを特徴とする溶融めっき金属帯の製造方法。