JPH0598409A - 溶融合金化亜鉛めつき鋼帯の合金化炉入熱制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 合金化処理炉の加熱帯の入熱量制御におい
て、入熱量に適正な補償を加えて合金化不足の発生を防
止する。 【構成】 保熱帯出側で板温度と放射率を測定し、各測
定値と各々の目標値との偏差が小さくなるような補償量
を生成する。板温度と放射率のいずれに関しても目標値
を下回らないように、板温度に関する補償値と放射率に
関する補償値との大きい方によって入熱量を補償する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融合金化亜鉛めっき
鋼帯の製造工程における合金化炉の加熱帯の入熱量制御
に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工程に
おいては、一般に鋼帯を溶融亜鉛めっき浴に通して鋼帯
表面に亜鉛めっき層を付着させ、次に鋼帯表面へのガス
の吹付けによってめっき付着量を調整し、続いて鋼帯を
合金化処理炉に通し、該合金化処理炉内で熱処理による
拡散によって、めっき層を鉄と亜鉛との合金とする。

【０００３】このようにして製造される溶融合金化亜鉛
めっき鋼帯は、耐フレ−キング性及びパウダリング性に
優れていることが品質上重要である。好ましい品質の溶
融合金化亜鉛めっき鋼帯を得るためには、その製造工程
の合金化炉の温度や通板速度を制御して、合金化程度
（例えばめっき層中の鉄分の含有率で表わされる）を所
定の状態に制御し、合金化不足や合金化過剰の発生を防
止する必要がある。

【０００４】例えば特開平１−２７９７３８号公報に開
示された製造方法においては、合金化処理における初期
の熱処理条件を特定することにより、耐フレ−キング性
を向上させ得ることが示されている。また特開平１−２
５２７６１号公報には、鋼板の通板速度，亜鉛付着量，
及びめっき浴中のＡｌ濃度に基づいて設定した目標板温
度と測定した板温度との偏差に応じてバ−ナの燃焼量、
即ち入熱量を調整するフィ−ドバック制御が開示されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】溶融合金化亜鉛めっき
鋼帯の品質、特に合金化程度は、プロセスの条件、特に
鋼帯の板温度から推定することが可能であり、また鋼帯
の放射率や反射率の測定によってもその合金化程度を推
定可能である。しかしながら、合金化プロセスは非常に
複雑であるため、板温度が予め定めたその目標値に近づ
くように入熱量を制御する場合も、放射率もしくは反射
率がそれの目標値に近づくように入熱量を制御する場合
も、時として合金化程度が目標値を外れることがある。
合金化程度が不足する場合には、生焼けが生じ易く、溶
融合金化亜鉛めっき鋼帯の品質低下を招く。

【０００６】従って本発明は、鋼種，通板速度，めっき
付着量等が大きく変化する実際の操業においても、入熱
量を常時適正に制御して生焼けの発生を防止し、品質の
高い溶融合金化亜鉛めっき鋼帯を得ることを課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の第１番の発明においては、溶融亜鉛を付着さ
れた鋼帯を合金化炉に通し、該合金化炉で加熱によって
鋼帯に鉄と亜鉛の合金化層を形成する工程で、前記合金
化炉の入熱量を制御するに際して、入熱量の設定値を、
めっき鋼帯の鋼種，めっき付着量，及び通板速度に基づ
いて求めるとともに、合金化炉の保熱帯出側における、
めっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率もしくは反射率
の目標値を、めっき鋼帯の鋼種，めっき付着量，及び通
板速度に基づいて求め、実際のめっき鋼帯の温度、及び
該鋼帯の放射率もしくは反射率を各々測定して検出し、
それらのいずれもがめっき鋼帯の温度及び該鋼帯の放射
率もしくは反射率の目標値を下回らない範囲で、検出し
ためっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率もしくは反射
率がそれらの各目標値に近づくように前記入熱量の設定
値を補正する。

【０００８】また本願の第２番の発明においては、入熱
量の設定値を、めっき鋼帯の鋼種，めっき付着量，及び
通板速度に基づいて求めるとともに、合金化炉の保熱帯
出側における、めっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率
もしくは反射率の目標値を、めっき鋼帯の鋼種，めっき
付着量，及び通板速度に基づいて求め、実際のめっき鋼
帯の温度、及び該鋼帯の放射率もしくは反射率を各々測
定して検出し、めっき鋼帯の検出温度とその目標値とに
応じて第１の補正量を生成し、めっき鋼帯の放射率もし
くは反射率の検出値とその目標値とに応じて第２の補正
量を生成し、前記第１の補正量と第２の補正量のうち大
きい方の値に応じて、前記入熱量の設定値を補正する。

【０００９】

【作用】本発明者等の調査によれば、めっき合金中の鉄
量６〜１３％の溶融合金化亜鉛めっきの合金化制御にお
いて、耐フレ−キング性等を向上させるために、めっき
層表面部でのη相等の生成を抑制し、また、均一合金化
制御のため加熱帯に次いで保熱帯を通して合金化するに
際し、加熱帯では鋼種，通板速度，めっき付着量等の諸
元に基づいて入熱量を演算し制御することが有効である
ことが明らかになっている。従って、入熱量の設定値
を、めっき鋼帯の鋼種，めっき付着量，及び通板速度に
基づいて求めることによって、比較的適切な入熱量が得
られる。

【００１０】しかしこのようなフィ−ドフォワ−ド制御
だけを行なう場合には、実際の操業条件（めっき鋼帯の
鋼種，めっき付着量，及び通板速度）の計算上の値（設
定値等）とのずれ、ならびに、めっき浴中のＡｌ（アル
ミニウム）濃度の変動によって、実際に必要とされる好
ましい入熱量と計算結果との間に差が生じる。

【００１１】このような偏差を補償するために、本発明
においては、保熱帯出側において検出しためっき鋼帯の
温度に応じた第１のフィ−ドバック補償制御と、同じく
保熱帯出側において検出しためっき鋼帯の放射率（又は
光反射率）に応じた第２のフィ−ドバック補償制御とを
実施して、保熱帯出側において検出した、めっき鋼帯の
温度及び該鋼帯の放射率（又は反射率）の双方がそれら
の目標値を下回らない範囲で、検出しためっき鋼帯の温
度、及び該鋼帯の放射率（又は反射率）がそれらの各目
標値に近づくように前記入熱量の設定値を補正してい
る。

【００１２】めっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率
（又は反射率）は、各々、鋼帯の合金化程度と大きな相
関を有しているので、それらの各々によって合金化程度
を推定し入熱量を補正すれば、鋼帯の合金化率を目標値
に近づけることが可能である。しかし、めっき鋼帯の温
度と合金化程度との相関、及び鋼帯の放射率（又は反射
率）と合金化程度との相関は、互いに異なるプロセスに
よって生じるものであり、実際、第１及び第２のフィ−
ドバック補償制御を行なう場合、めっき鋼帯の検出温度
により合金化程度不足が検出される時と、検出した鋼帯
の放射率（又は反射率）により合金化程度不足が検出さ
れる時とがある。

【００１３】本発明によれば、めっき鋼帯の合金化程度
と相関を有するめっき鋼帯の温度及び該鋼帯の放射率
（又は反射率）の双方がそれぞれの目標値を下回らない
範囲で、それらの各目標値に近づくように前記入熱量の
設定値を補正するので、合金化程度に不足が生じないこ
とを最優先にして入熱量の補正が行なわれる。つまり、
合金化程度が不足な状態に比べるとそれが過大な状態は
大きな品質低下を伴なわないので、合金化不足が先に検
出された制御系を優先し、合金化プロセスが鋼帯の品質
上安全な方向に向かうように入熱量が補償される。

【００１４】本願の第２番の発明においては、めっき鋼
帯の検出温度とその目標値とに応じた第１の補正量と、
めっき鋼帯の放射率（又は反射率）の検出値とその目標
値とに応じた第２の補正量のうち大きい方の値を選択
し、その選択した値に応じて入熱量の設定値を補正する
ことによって、第１番の発明と同様に、めっき鋼帯の合
金化程度と相関を有するめっき鋼帯の温度及び該鋼帯の
放射率（又は反射率）の双方の検出値がそれらの目標値
を下回らない範囲で、それらの各目標値に近づくように
入熱量が補正される。

【００１５】

【実施例】図１に、溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工
程の主要部の構成を示す。図１を参照して説明する。鋼
帯２は、図中矢印の方向に搬送され、溶融亜鉛浴１を通
ってその表面に溶融亜鉛が付着された後、ノズル３を通
る際にガスの吹付けによって溶融亜鉛の付着量が調整さ
れ、その後合金化処理炉４に入る。合金化処理炉４の内
部は、加熱帯４ａ，保熱帯４ｂ及び冷却帯４ｃに区分さ
れており、合金化処理炉４に入った鋼帯２は、まず加熱
帯４ａで急速に４７０℃以上の板温に加熱され、続いて
保熱帯４ｂ中で一定の温度に保持されて合金化処理を施
され、次に冷却帯４ｃで冷却され、鉄分含有率が６〜１
３％程度の亜鉛−鉄合金めっき層をその表面近傍に形成
する。合金化処理炉４を出た鋼帯２は、ロ−ル２０を通
って次の工程に搬送される。

【００１６】この実施例においては、合金化処理炉の加
熱帯４ａにガスの燃焼によって熱を供給しており、供給
される燃料ガスの流量を制御することによって加熱帯４
ａの入熱量を制御している。この制御は、熱量調節器１
１が図示しない流量調節弁の開度を調節することによっ
て実施される。この熱量調節器１１には、入熱量演算器
１３の出力する熱量設定値（目標値：入熱量）と、後述
するフィ−ドバック補償制御系からの補償量が印加され
る。

【００１７】保熱帯４ｂの出側には、鋼帯２の板温度を
測定する板温計１０と、鋼帯２表面の放射率を測定する
放射率計９が配置されている。板温計１０の測定した板
温度Ｔｘは板温度補償器１６に入力され、放射率計９の
測定した放射率εｘは放射率補償器１５に入力される。
なお放射率計９は、放射率の測定原理として従来より公
知の方法を用いている。

【００１８】ノズル３から出るガスの流量は、めっき付
着量調節器１２によって制御される。めっき付着量調節
器１２は、入力されるめっき付着量（設定値）に応じ
て、ノズル３に与えるガスの流量を制御する。プロセス
コンピュ−タ（プロコン）１４は、溶融合金化亜鉛めっ
き鋼帯の製造工程の全体を管理しており、めっき付着量
調節器１２に対してはめっき付着量の設定値を出力し、
入熱量演算器１３に対しては、めっき付着量，鋼種，通
板速度，板幅及び板厚の情報を出力し、目標値演算器１
８に対しては、めっき付着量，鋼種，及び通板速度の情
報を出力する。入熱量演算器１３は、入力される炉温
と、めっき付着量，鋼種，通板速度，板幅及び板厚の情
報に基づいて、入熱量Ｑ、即ち熱量設定値を次の第(1)
式により計算し、その結果を熱量調節器１１に印加す
る。

【００１９】

【数１】 Ｑ＝ａ0＋ａ1×炉温＋ａ2×めっき付着量×通板速度× ［１＋k1(板幅−板幅標準値)＋k2(板厚−板厚標準値)］＋ａ3×鋼種定数 但し、ａ0〜ａ3，k1，k2：定数 ・・・(1) 目標値演算器１８は、プロセスコンピュ−タ１４が出力
する情報に基づいて、板温度目標値と放射率目標値を生
成する。板温度目標値Ｔ0は板温度補償器１６に印加さ
れ、放射率目標値ε0は放射率補償器１５に印加され、
いずれもフィ−ドバック制御のために利用される。これ
らの目標値は次式により計算される。

【００２０】

【数２】 Ｔ0＝ｂ0＋ｂ1×めっき付着量＋ｂ2×通板速度＋ｂ3×鋼種定数・・(2) ε0＝ｃ0＋ｃ1×めっき付着量＋ｃ2×通板速度＋ｃ3×鋼種定数・・(3) 但し、ｂ0〜ｂ3，ｃ0〜ｃ3：定数 入熱量演算器１３によって計算される入熱量は、プロセ
ス条件（炉温，めっき付着量，通板速度，板幅，板厚，
鋼種定数）の設定値と実際の値とのずれ、及び溶融亜鉛
浴１中のアルミニウム濃度の変動によって、最適な入熱
量に対して僅かにずれを生じる。このような制御誤差を
補償するために、この実施例では保熱帯４ｂの出側で、
鋼帯２の合金化程度を測定し、その測定値に基づいてフ
ィ−ドバック補償制御を行なっている。

【００２１】即ち、図２に示すように、鋼帯の板温度及
び放射率は、それぞれ合金化程度と相関を有しており、
それらの値が大きいほど、合金化程度も大きい。但しこ
れらの関係は、非線形であり、鋼種，通板速度，めっき
付着量等のプロセス条件に応じても変化する。また、放
射率は合金化が進むと急激に大きくなり、望ましい合金
化程度を過ぎると合金化程度の変化に対する変化率が小
さくなる。更に、板温度及び放射率は、鋼帯の幅方向全
域で一様ではない。従って、合金化不足をなくするため
には、鋼帯の全幅にわたって板温度と放射率とを測定す
る必要がある。全幅にわたって測定された板温度デ−タ
群Ｔｘと放射率デ−タ群εｘの管理方法はいろいろと考
えられるが、この実施例においては、板温度デ−タ群の
幅方向の平均値Ｔｄを代表値として板温度補償制御に利
用し、放射率デ−タ群の幅方向の最低値εｄを代表値と
して放射率補償制御に利用している。このような制御が
合金化不足の検出に効果的である。

【００２２】フィ−ドバック補償制御系の一部を構成す
る板温度補償器１６は、板温度目標値Ｔ0と板温度検出
値（幅方向平均値）Ｔｄとの偏差に応じた補償量Ｃｔを
計算により求め、最大値選択器１７に出力する。またフ
ィ−ドバック補償制御系の一部を構成する放射率補償器
１５は、放射率目標値ε0と放射率検出値（幅方向の最
小値）εｄとの偏差に応じた補償量Ｃεを計算により求
め、最大値選択器１７に出力する。最大値選択器１７
は、入力される２つの補償量Ｃｔ及びＣεを比較して、
両者のうち値の大きい方を選択し、選択した補償量をス
イッチＳＷを介してフィ−ドフォワ−ド制御系で生成さ
れた熱量設定値（入熱量目標値）に加算し、熱量調節器
１１に印加する。

【００２３】フィ−ドバック補償制御系の動作例を図３
に示す。図３を参照すると、最初のうちは板温度補償量
Ｃｔが放射率補償量Ｃεより大きいので、板温度補償量
Ｃｔが入熱量補償量として出力され、板温度目標値Ｔ0
（合金化程度の目標値でもある）と板温度検出値Ｔｄと
の偏差を０に近づけるように入熱量が修正される。放射
率補償量Ｃεが徐々に増大し、それが板温度補償量Ｃｔ
を越えると、つまり放射率検出値εｄがその目標値ε0
（合金化程度の目標値でもある）を下回ると、放射率補
償量Ｃεが入熱量補償量として出力され、放射率検出値
εｄがその目標値ε0に近づくように入熱量が修正され
る。

【００２４】即ち、２つの補償量Ｃｔ及びＣεのうち大
きい方を入熱量の補償量として選択することによって、
板温度と放射率とが共にそれらの設定値、つまり合金化
程度の設定値を下回らないように制御することができ
る。これにより、板温度と放射率のいずれの要素から推
定した場合でも、合金化不足の発生が確実に防止され
る。仮に、２つの補償量Ｃｔ及びＣεのうち小さい方が
正しい合金化程度に対応した値であると、合金化程度を
促進する方向にその目標値から制御がずれることになる
が、その状態は合金化不足が生じる場合と比べると品質
上の問題が少なく、品質上安全な操業状態である。

【００２５】入熱量演算器１３は、前述のようにプロセ
スコンピュ−タ１４の出力する情報に基づいて熱量設定
値を計算するが、その他に、スイッチＳＷを開閉制御す
る。即ち、通常はスイッチＳＷを閉としてフィ−ドバッ
ク補償をオンにしておくが、鋼帯の継目の位置が通過す
るタイミングなどで、プロセスコンピュ−タ１４の出力
するプロセス条件（鋼種，めっき付着量等）が変更にな
った場合には、一時的にスイッチＳＷを開いてフィ−ド
バック補償制御をオフする。

【００２６】なお上記実施例においては、鋼帯の合金化
程度を推定する１つの手段として鋼帯の放射率を用いて
いるが、理論的には放射率の代わりに、それと似たパラ
メ−タである鋼帯表面の反射率を用いることが可能であ
る。反射率の場合には、合金化程度が低い時にその値が
大きく、合金化程度が高い時に値が小さくなる。よって
これを用い、反射率が目標値以下になるよう制御しても
よい。

【００２７】また、板温度目標値Ｔ0及び放射率目標値
ε0を求める計算式としては、前記第(2)式及び第(3)式
に限らず、例えば通板速度の項目を省略した次式により
求めてもよい。

【００２８】

【数３】 Ｔ0＝ｂ0＋ｂ1×めっき付着量＋ｂ2×鋼種定数 ・・・(4) ε0＝ｃ0＋ｃ1×めっき付着量＋ｃ2×鋼種定数 ・・・(5) また合金化程度の下限管理のみを実施する場合には、板
温度目標値Ｔ0及び放射率目標値ε0を各々定数としても
よい。

【００２９】また、入熱量の推定式としては、前記第
(1)式に代えて例えば次に示す各式を用いてもよい。

【００３０】

【数４】 Ｑ＝ａ0＋ａ1×(めっき付着量×通板速度)＋ａ2×鋼種定数 ・・(6) Ｑ＝ａ0＋ａ1×めっき付着量＋ａ2×通板速度＋ａ3×鋼種定数 ・・(7) Ｑ＝ａ0＋ａ1×炉温＋ａ2×めっき付着量＋ａ3×通板速度 ＋ａ4×板幅＋ａ5×板厚＋ａ6×鋼種定数 ・・(8) また前記実施例においては、入熱量Ｑの絶対値を求める
ようにしているが、実際には一定の周期で入熱量の計算
を繰り返し実行することになるので、入熱量の偏差を繰
り返し演算し、得られた入熱量の偏差量をそれまでの入
熱量に加えるように制御内容を変更してもよい。その場
合には、次に示すいずれかの計算式を使用して入熱量偏
差を計算すればよい。なおここでは、１演算周期（Δ
ｔ）間の変数の変化をΔで示す。

【００３１】

【数５】 ΔＱ＝ａ0＋ａ1×Δ炉温＋ａ2×Δ入熱量補正値＋ａ3×Δ鋼種定数・・・(9) Δ入熱量補正値＝Δ［めっき付着量×通板速度× ｛１＋k1(板幅−板幅標準値)＋k2(板厚−板厚標準値)｝］・・(10) ΔＱ＝ａ0＋ａ1×Δ(めっき付着量×通板速度)＋ａ2×Δ鋼種定数 ・・・(11) ΔＱ＝ａ0＋ａ1×Δめっき付着量＋ａ2×Δ通板速度 ＋ａ3×Δ鋼種定数 ・・・(12) ΔＱ＝ａ0＋ａ1×Δ炉温＋ａ2×Δめっき付着量＋ａ3×Δ通板速度 ＋ａ4×Δ板幅＋ａ5×Δ板厚＋ａ6×Δ鋼種定数 ・・・(13)

【００３２】

【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、めっき鋼
帯の合金化程度の目標値をめっき鋼帯の温度及び該鋼帯
の放射率（又は反射率）の双方が下回らない範囲で、検
出しためっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率（又は反
射率）がそれらの各目標値に近づくように前記入熱量の
設定値を補正するので、合金化程度に不足が生じないこ
とを最優先にして入熱量の補正が行なわれる。つまり、
合金化不足が先に検出された制御系の補償が優先される
ので、仮に実際の合金化程度が目標値を外れた場合であ
っても、大きな品質低下を伴なわない、合金化を促進す
る方向に制御されるので、合金化プロセスが鋼帯の品質
上安全な方向に向かうように入熱量が補償される。

【００３３】本願の第２番の発明においては、めっき鋼
帯の検出温度とその目標値とに応じた第１の補正量と、
めっき鋼帯の放射率（又は反射率）の検出値とその目標
値とに応じた第２の補正量のうち大きい方の値を選択
し、その選択した値に応じて入熱量の設定値を補正する
ことによって、第１番の発明と同様に、めっき鋼帯の合
金化程度の目標値をめっき鋼帯の温度及び該鋼帯の放射
率（又は反射率）の双方が下回らない範囲で、検出した
めっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率もしくは光反射
率がそれらの各目標値に近づくように入熱量が補正さ
れ、仮に実際の合金化程度が目標値を外れた場合であっ
ても、大きな品質低下を伴なわない、合金化を促進する
方向に制御されるので、合金化プロセスが鋼帯の品質上
安全な方向に向かうように入熱量が補償される。

【図面の簡単な説明】

【図１】 溶融合金化亜鉛めっき鋼帯の製造工程の主要
部の構成を示すブロック図である。

【図２】 板温度と合金化程度及び放射率と合金化程度
との相関をそれぞれ示すグラフである。

【図３】 フィ−ドバック補償制御系の動作例を示すタ
イミングチャ−トである。

【符号の説明】

１：溶融亜鉛浴 ２：鋼帯 ３：
ノズル ４：合金化処理炉 ４ａ：加熱帯 ４
ｂ：保熱帯 ４ｃ：冷却帯 ９：放射率計 １
０：板温計 １１：熱量調節器 １２：めっき付着量調節器 １３：入熱量演算器 １４：プロコン １
５：放射率補償器 １６：板温度補償器 １７：最大値選択器 １
８：目標値演算器 ２０：ロ−ル ＳＷ：スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮 崎 徹 也 東海市東海町５−３ 新日本製鐵株式会社 名古屋製鐵所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融亜鉛を付着された鋼帯を合金化炉に
   通し、該合金化炉で加熱によって鋼帯に鉄と亜鉛の合金
   化層を形成する工程で、前記合金化炉の入熱量を制御す
   るに際して、 入熱量の設定値を、めっき鋼帯の鋼種，めっき付着量，
   及び通板速度に基づいて求めるとともに、合金化炉の保
   熱帯出側における、めっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放
   射率もしくは反射率の目標値を、めっき鋼帯の鋼種，め
   っき付着量，及び通板速度に基づいて求め、実際のめっ
   き鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率もしくは反射率を各
   々測定して検出し、それらのいずれもがめっき鋼帯の温
   度及び該鋼帯の放射率もしくは反射率の目標値を下回ら
   ない範囲で、検出しためっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の
   放射率もしくは反射率がそれらの各目標値に近づくよう
   に前記入熱量の設定値を補正する、溶融合金化亜鉛めっ
   き鋼帯の合金化炉入熱制御方法。
2. 【請求項２】 入熱量の設定値を、めっき鋼帯の鋼種，
   めっき付着量，及び通板速度に基づいて求めるととも
   に、合金化炉の保熱帯出側における、めっき鋼帯の温
   度、及び該鋼帯の放射率もしくは反射率の目標値を、め
   っき鋼帯の鋼種，めっき付着量，及び通板速度に基づい
   て求め、実際のめっき鋼帯の温度、及び該鋼帯の放射率
   もしくは反射率を各々測定して検出し、めっき鋼帯の検
   出温度とその目標値とに応じて第１の補正量を生成し、
   めっき鋼帯の放射率もしくは反射率の検出値とその目標
   値とに応じて第２の補正量を生成し、前記第１の補正量
   と第２の補正量のうち大きい方の値に応じて、前記入熱
   量の設定値を補正する、前記請求項１記載の溶融合金化
   亜鉛めっき鋼帯の合金化炉入熱制御方法。