JP7088157B2

JP7088157B2 - 溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法及び溶融金属めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP7088157B2
Application number: JP2019226051A
Authority: JP
Inventors: 航平川崎
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-12-16
Filing date: 2019-12-16
Publication date: 2022-06-21
Anticipated expiration: 2039-12-16
Also published as: JP2021095597A

Description

本発明は、溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法及び溶融金属めっき鋼板の製造方法に関する。

冷延表面処理ラインである溶融亜鉛系めっき等の溶融金属めっきラインでは、溶融金属めっき浴を収容するポット内に鋼板を通板させることにより金属めっき処理を行っている。このような溶融金属めっきラインでは、消費された溶融金属を補充するためにポット内に亜鉛等の溶融金属めっき浴成分の金属インゴットを投入しており、従来までは、溶融金属めっき浴の浴面位置が所定値以下になるとバッチ処理的に溶融金属めっき浴成分の金属インゴットを１段階で投入していた。しかしながら、溶融金属めっき浴成分の金属インゴットを１段階で投入すると、浴面位置が大きく変動し、アッシュ欠陥が発生する要因となる。このような背景から、特許文献１には、亜鉛インゴットの溶解時間及び亜鉛消費量から亜鉛インゴットの浸漬量を計算して亜鉛インゴットを投入する方法が提案されている。この方法によれば、亜鉛インゴットの投入直前の浴面位置と亜鉛インゴットの溶解後の浴面位置とが一致するように亜鉛インゴットの浸漬量を制御することにより、一度に投入される亜鉛インゴットの量を抑えて浴面位置の変動量を最小限に抑えることができる。

特開平１１－５０２１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法であっても、溶融亜鉛の消費量が多い場合には、亜鉛インゴットの浸漬量が大きくなるので、浴面位置の変動量が大きくなる。そこで、このような課題を解決するために、亜鉛インゴットを複数段階に分けて浸漬させるピッチ投入制御を用いることが考えられる。しかしながら、過剰なピッチ投入段数の増加は亜鉛インゴットの投入制御に用いられるコンタクタ接点の消耗に繋がる。このため、コンタクタ接点の消耗を抑制しつつ浴面位置の変動量を所定範囲内に制御可能な最適なピッチ投入段数を決定可能にするために、亜鉛インゴットの投入に伴う浴面位置の変動量を精度よく予測可能な技術の提供が期待されていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、金属インゴットの投入に伴う溶融金属浴の浴面位置の変動量を精度よく予測可能な溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、コンタクタ接点の損耗を抑制しつつ溶融金属浴の浴面位置の変動量を所定範囲内に制御しながら溶融金属めっき鋼板を製造可能な溶融金属めっき鋼板の製造方法を提供することにある。

本発明に係る溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法は、投入機アームを用いてポット内の溶融金属浴に金属インゴットを投入することにより溶融金属を補充しつつ、前記ポット内に鋼板を通板させることにより該鋼板に金属めっき処理を施す連続溶融金属めっき装置における溶融金属浴の浴面位置の変動量を予測する溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法であって、前記金属インゴットが溶解中であるときの前記浴面位置の変動量を算出する第１モデル式と、前記金属インゴットの溶解後の前記浴面位置の変動量を算出する第２モデル式と、を用いて、前記金属インゴットの投入に伴う前記浴面位置の変動量を算出するステップを含み、前記第１モデル式及び前記第２モデル式は、前記金属インゴット及び前記投入機アームの体積による前記浴面位置の変動量を示す項、前記鋼板によって前記溶融金属が持ち出されることによる前記浴面位置の変動量を示す項、及び前記溶融金属の熱膨張による前記浴面位置の変動量を示す項を含む。

前記第１モデル式は、前記金属インゴットが固体から液体に変化することに伴う体積増加による前記浴面位置の変動量を示す項を含むことが望ましい。

本発明に係る溶融金属めっき鋼板の製造方法は、本発明に係る溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法を用いて、前記金属インゴットのピッチ投入段数の変化に伴う浴面位置の変動量の変化を算出し、浴面位置の変動量が所定範囲内にあるピッチ投入段数の中から最小のピッチ投入段数を選択し、選択したピッチ投入段数で金属インゴットをポット内に投入するステップを含む。

本発明に係る溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法によれば、金属インゴットの投入に伴う溶融金属浴の浴面位置の変動量を精度よく予測することができる。また、本発明に係る溶融金属めっき鋼板の製造方法によれば、コンタクタ接点の損耗を抑制しつつ溶融金属浴の浴面位置の変動量を所定範囲内に制御しながら溶融金属めっき鋼板を製造することができる。

図１は、本発明の一実施形態である連続溶融亜鉛めっき装置の構成を示す模式図である。図２は、亜鉛インゴットの投入機構を示す模式図である。図３は、溶融亜鉛消費速度を平均速度とした８段階、４段階、及び２段階のピッチ投入制御シミュレーションによる浴面位置変動量の評価結果を示す図である。図４は、溶融亜鉛消費速度を最大速度とした８段階、４段階、及び２段階のピッチ投入制御シミュレーションによる浴面位置変動量の評価結果を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である連続溶融亜鉛めっき装置の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である連続溶融亜鉛めっき装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である連続溶融亜鉛めっき装置１は、スナウト２及び溶融亜鉛ポット３を備えている。この連続溶融亜鉛めっき装置１では、鋼板Ｓは、図示しない連続焼鈍炉で熱処理された後、スナウト２を介して溶融亜鉛ポット３内の溶融亜鉛浴４内に導かれて亜鉛めっき処理される。その後、鋼板Ｓは、溶融亜鉛ポット３内のシンクロール５によって方向転換されることにより溶融亜鉛ポット３の上方に導かれ、ガスワイピングノズル６によって亜鉛めっき付着量が調整された後、次工程へと導かれる。

また、この連続溶融亜鉛めっき装置１には、消費された溶融亜鉛を補充するために亜鉛インゴット１０の投入機構が設けられている。図２は、亜鉛インゴットの投入機構を示す模式図である。図２に示すように、この亜鉛インゴットの投入機構では、亜鉛インゴット１０は、コンベア２１によって投入台車２２まで搬送された後、投入台車２２によって搬送台車２３に搬送される。そして、亜鉛インゴット１０は、搬送台車２３によって待機位置Ｐ１まで搬送された後、投入機アーム２４によって溶融亜鉛ポット３と連通しているインゴットボックス１１内に投入される。これにより、亜鉛インゴット１０はインゴットボックス１１内で溶融し、溶融亜鉛ポット３に溶融亜鉛を補充することができる。

ところで、このような構成を有する連続溶融亜鉛めっき装置１では、亜鉛インゴット１０を１段階でインゴットボックス１１内に投入すると、溶融亜鉛浴４の浴面位置４ａが大きく変動し、アッシュ欠陥が発生する要因となる。このため、本実施形態では、コンピュータ等の情報処理装置によって構成された制御装置３０が、亜鉛インゴット１０を複数段階（複数ピッチ）に分けてインゴットボックス１１内に投入するピッチ投入制御によって溶融亜鉛を補充する。

具体的には、まず、制御装置３０は、以下の数式（１），（２）に示す亜鉛インゴット１０の投入に伴う浴面位置４ａの変動量の予測モデル式（第１モデル式、第２モデル式）を用いて、異なる複数のピッチ投入段数についてピッチ投入制御シミュレーションを実行し、ピッチ投入段数の変化に伴う浴面位置４ａの変動量の変化を算出する。ここで、数式（１）は、亜鉛インゴット１０が溶解中であるときの浴面位置４ａの変動量の予測モデル式を示し、数式（２）は亜鉛インゴット１０の溶解後の浴面位置４ａの変動量の予測モデル式を示す。

数式（１），（２）中のパラメータが示す物理量は以下の表１に示す通りである。なお、表１において、フロント側付着量実績及びバック側付着量実績とは、鋼板Ｓのインゴットボックス１１側及び反対側の表面における亜鉛めっき付着量を意味する。また、数式（１），（２）中のパラメータβは実験により求められる定数値である。また、数式（１），（２）において、右辺の第１項は、亜鉛インゴット１０および投入機アーム２４の体積による浴面位置４ａの変動量、右辺の第２項は、鋼板Ｓによって溶融亜鉛が持ち出されることによる浴面位置４ａの変動量（溶融亜鉛消費速度）を示す。また、数式（１）の右辺の第３項は、亜鉛インゴット１０が固体から液体に変化することに伴う体積増加による浴面位置４ａの変動量、数式（１）の右辺の第４項及び数式（２）の右辺の第３項は、溶融亜鉛の熱膨張による浴面位置４ａの変動量を示している。なお、数式（１）の右辺の第３項を省略してもよい。また、数式（２）には、ドロス除去作業による浴面位置３ａの変動量を示す補正項を加えてもよい。

次に、制御装置３０は、浴面位置４ａの変動量が所定範囲内であるピッチ投入段数の中から最小のピッチ投入段数を選択し、選択したピッチ投入段数で亜鉛インゴット１０をインゴットボックス１１内に投入する。このような構成によれば、コンタクタ接点の損耗を抑えつつ亜鉛インゴット１０の投入に伴う浴面位置４ａの変動量を所定範囲内に抑制しながら亜鉛めっき鋼板を製造することができる。

図３（ａ）～（ｃ）は、溶融亜鉛消費速度を平均速度とした８段階、４段階、及び２段階のピッチ投入制御シミュレーションによる浴面位置変動量の評価結果を示す図である。
図４（ａ）～（ｃ）は、溶融亜鉛消費速度を最大速度とした８段階、４段階、及び２段階のピッチ投入制御シミュレーションによる浴面位置変動量の評価結果を示す図である。図３及び図４に示すように、８段階のピッチ投入制御（図３（ａ），図４（ａ））において浴面位置（浴レベル）の変動量（変動量Ｈ）が最も小さくなった。しかしながら、８段階のピッチ投入制御と４段階のピッチ投入制御（図３（ｂ），図４（ｂ））とでは浴面位置の変動量に大きな差はなく、一方で２段階のピッチ投入制御（図３（ｃ），図４（ｃ））よりは浴面位置の変動量を抑えることができる。よって、コンタクタ接点の損耗を考えると４段階のピッチ投入制御が最適な投入段数であると結論付けられる。このことから、４段階のピッチ投入制御により、コンタクタ接点の損耗を抑えつつ亜鉛インゴットの投入に伴う浴面位置の変動量を所定範囲内に抑制しながら溶融亜鉛めっき鋼板を製造できることが確認された。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１連続溶融亜鉛めっき装置
２スナウト
３溶融亜鉛ポット
４溶融亜鉛浴
５シンクロール
６ガスワイピングノズル
１０亜鉛インゴット
１１インゴットボックス
２１コンベア
２２投入台車
２３搬送台車
２４投入機アーム
３０制御装置
Ｓ鋼板

Claims

投入機アームを用いてポット内の溶融金属浴に金属インゴットを投入することにより溶融金属を補充しつつ、前記ポット内に鋼板を通板させることにより該鋼板に金属めっき処理を施す連続溶融金属めっき装置における溶融金属浴の浴面位置の変動量を予測する溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法であって、
前記金属インゴットが溶解中であるときの前記浴面位置の変動量を算出する第１モデル式と、前記金属インゴットの溶解後の前記浴面位置の変動量を算出する第２モデル式と、を用いて、前記金属インゴットの投入に伴う前記浴面位置の変動量を算出するステップを含み、
前記第１モデル式及び前記第２モデル式は、前記金属インゴット及び前記投入機アームの体積による前記浴面位置の変動量を示す項、前記鋼板によって前記溶融金属が持ち出されることによる前記浴面位置の変動量を示す項、及び前記溶融金属の熱膨張による前記浴面位置の変動量を示す項を含む
ことを特徴とする溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法。
前記第１モデル式は、前記金属インゴットが固体から液体に変化することに伴う体積増加による前記浴面位置の変動量を示す項を含むことを特徴とする請求項１に記載の溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法。
請求項１又は請求項２に記載の溶融金属浴の浴面位置変動量予測方法を用いて、前記金属インゴットのピッチ投入段数の変化に伴う浴面位置の変動量の変化を算出し、浴面位置の変動量が所定範囲内にあるピッチ投入段数の中から最小のピッチ投入段数を選択し、選択したピッチ投入段数で金属インゴットをポット内に投入するステップを含むことを特徴とする溶融金属めっき鋼板の製造方法。