JPWO2013168668A1 - 鋼板形状制御方法及び鋼板形状制御装置 - Google Patents

鋼板形状制御方法及び鋼板形状制御装置 Download PDF

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Abstract

(A)第1の数値解析を行うことにより、電磁石位置の鋼板の目標矯正形状を湾曲形状に設定し、(B)電磁石位置で鋼板が目標矯正形状となるように電磁矯正しながら鋼板を走行させたときに、鋼板形状を測定し、(C)当該鋼板形状に基づいてノズル位置の鋼板形状を計算し、(D)ノズル位置の鋼板形状の反り量が第1の上限値以上である場合、目標矯正形状をより小さい反り量の湾曲形状に再設定して、前記(B)及び(C)工程を繰り返し、(E)上記ノズル位置の鋼板形状の反り量が上限値未満である場合、(F)第2の数値解析を行うことにより、ノズル位置の鋼板の振動を計算し、(G)当該振動の振幅が第2の上限値以上である場合、当該振幅が第2の上限値未満になるまで電磁石の制御ゲインを調整する、鋼板形状制御方法。

Description

本発明は、連続溶融金属めっき装置において鋼板のめっき付着量を均一化するための鋼板形状制御方法及び鋼板形状制御装置に関する。
本願は、2012年5月10日に、日本に出願された特願2012−108500号に基づき優先権を主張し、これらの内容をここに援用する。
溶融めっき鋼板を製造する場合には、まず、鋼板を溶融めっき浴内で走行させ、その表裏面にめっきを付着させる。次いで、めっきの付着した鋼板を溶融めっき浴の外に退出させて走行させながら、その表裏面に向けてワイピングノズルから空気等のガスを吹付け、鋼板に付着しためっきを払拭することによって、めっきの付着量を調整し溶融めっき鋼板を製造する。
めっきの付着量が均一な溶融めっき鋼板を製造するためには、ワイピングノズルと鋼板の表裏面との間隔をできるだけ一定にする必要がある。このため、一般には、溶融めっき浴内の出側付近に、鋼板を板厚方向に押圧し鋼板形状を平坦化するためのサポートロールが設置されている。しかしながら、このサポートロールだけでは、鋼板形状を十分に矯正することができず、溶融めっき浴の外に退出した鋼板には、板幅方向に反り(いわゆるC反り、W反り等)が生じてしまう。
従来から、このような鋼板の反りを矯正するために複数の電磁石を用いた電磁矯正技術が用いられている。例えば、特許文献1には、鋼板の板幅方向の両端部におけるめっき付着量を均一化するために、別途のセンサにより計測した鋼板の両端部の板厚方向の位置の情報を参照して電磁矯正を行い、鋼板の両端部の反りを適切な方向に矯正することが開示されている。
また、特許文献2には、電磁石で鋼板のC反りを矯正する際に、鋼板の板幅変更や蛇行に対応するために、複数の電磁石の板幅方向の配置を調整する技術が開示されている。さらに、特許文献3には、同じく鋼板の板幅変更や蛇行に対応するために、電磁石を板幅方向に移動させる技術が開示されている。
また、特許文献4には、鋼板表側と裏側の電磁石の出力値に応じてサポートロールを対で移動させて、パスラインを自動調整する制御手段を備えた鋼板形状矯正装置が開示されている。
また、特許文献5には、ストリップに対向して複数個のセンサと電磁石を設置し、ストリップの位置を電磁石の側に設置したセンサと電磁石から離れた例えばワイピングノズル位置等に設置したセンサで検出し、その二つの信号を電磁石の電流にフィードバックして電磁石から離れたワイピングノズル位置等でストリップの形状矯正、及びストリップの制振を行う装置が開示されている。
また、特許文献6には、めっき厚を調整するガスワイピングノズルと、ガスワイピングノズル部の金属帯の形状位置を非接触で制御する非接触制御装置と、溶融金属めっき浴中でガスワイピングノズル部の金属帯の形状を矯正する浴中矯正ロールを備える連続溶融金属めっきラインで金属帯に溶融金属めっきする際に、溶融金属めっきする金属帯の少なくとも厚さに基づき非接触制御装置単独でガスワイピングノズル部の金属帯の形状位置を制御することが可能か否かの判断を行う、連続溶融金属めっき方法が開示されている。非接触制御装置単独でガスワイピングノズル部の金属帯の形状位置を制御することが可能な金属帯は、浴中矯正ロールを金属帯と接触しないようにして非接触制御装置単独で金属帯の形状位置を制御する。非接触制御装置単独で金属帯の形状位置を制御がすることが困難な金属帯は、浴中矯正ロール単独で、または浴中矯正ロールと非接触制御装置を併用して、金属帯の形状位置を制御する。
日本国特開2007−296559号公報 日本国特開2004−306142号公報 日本国特開2003−293111号公報 日本国特開2003−113460号公報 日本国特開平8−010847号公報 日本国特許第5169089号公報
上述したように、鋼板に対するめっき付着量を均一化する方法として、従来から種々の方法が提案されている。多くは電磁石設備単体の改善に関するものである。
浴中ロールによる鋼板の板幅方向の反り形状を考慮して、鋼板の板幅方向の形状を最適化する場合、電磁石の位置で鋼板の反りを矯正したとしても、ワイピングノズルの位置で鋼板に反りが生じていると、鋼板の板幅方向のめっき付着量が不均一となる。さらに、高速通板時には、めっき浴から引き上げられた鋼板に振動が発生するため、鋼板の長手方向のめっき付着量が不均一になる。
また、一般に電磁石により抑制可能な振動の周波数には上限があり、電磁石の周波数応答以上の高周波数の振動を抑制することができない。加えて、電磁石による電磁力で鋼板の振動を抑える際に、電磁力でしっかりと鋼板を保持すると、鋼板に電磁力付加位置を節とする自励振動が発生する。
本発明は、鋼板の板幅方向の形状を最適化することで、鋼板の反りと振動を好適に抑制し、鋼板の板幅方向及び長手方向のめっき付着量を均一化することが可能な、新規かつ改良された鋼板形状制御方法及び鋼板形状制御装置を提供する。
本発明の第1様態によれば、めっき浴から引き上げられた鋼板に対向して配置されるワイピングノズルと、前記ワイピングノズルよりも上方において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置される複数対の電磁石とを備えた連続溶融金属めっき装置において、前記電磁石により前記鋼板に対して板厚方向に電磁力を付加することにより前記鋼板の板幅方向の形状を制御する鋼板形状制御方法は、
(A)前記鋼板の通板条件に基づいて、第1の数値解析を行うことにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を湾曲形状に設定する工程と、
(B)前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状が前記(A)工程で設定された湾曲形状となるように、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記鋼板を走行させたときに、前記ワイピングノズルと前記電磁石との間の所定位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定する、又は、前記電磁石位置よりも後段で前記鋼板に対する溶融金属の付着量を測定する工程と、
(C)前記(B)工程で測定された形状又は付着量に基づいて、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を計算する工程と、
(D)前記(C)工程で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合に、前記第1の数値解析を行うことにより、前記目標矯正形状を、前記(A)工程で設定された湾曲形状とは異なる反り量の湾曲形状に調整して、前記(B)及び(C)工程を繰り返す工程と、
(E)前記(C)工程で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記所定位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定する工程と、
(F)前記(E)工程で測定された振動に基づいて、第2の数値解析を行うことにより、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を計算する工程と、
(G)前記(F)工程で計算された振動の振幅が第2の上限値以上である場合に、当該振幅が前記第2の上限値未満になるように、前記第2の数値解析を行うことにより、前記電磁石の制御ゲインを調整する工程と、
を含む。
本発明の第2様態によれば、第1様態において、前記連続溶融金属めっき装置は、前記ワイピングノズルよりも上方かつ前記電磁石よりも下方において前記鋼板に対向して配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する1又は2以上の第1のセンサを更に備え、
前記(B)工程では、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定し、
前記(E)工程では、前記(C)工程で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定するようにしてもよい。
本発明の第3様態によれば、第1様態又は第2様態において、前記連続溶融金属めっき装置は、前記電磁石の位置において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する複数対の第2のセンサ
を更に備え、
前記(A)工程は、
(A1)前記電磁石により電磁力を付加しない状態で前記鋼板を走行させたときに、前記第2のセンサにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板厚方向の位置を測定する工程と、
(A2)前記(A1)工程で測定された位置に基づいて、前記電磁石により電磁力を付加しない状態における前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状を計算する工程と、
(A3)前記目標矯正形状を、前記(A2)工程で計算された反り形状に応じた湾曲形状に設定する工程と、
を含むようにしてもよい。
本発明の第4様態によれば、第3様態において、前記(A3)工程では、前記目標矯正形状を、前記(A2)工程で計算された反り形状と板厚方向に対称な湾曲形状に設定するようにしてもよい。
本発明の第5様態によれば、第1様態又は第2様態において、
前記(A)工程では、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記通板条件ごとに前記電磁石による前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を予め定めたデータベースを用いて、前記目標矯正形状を設定するようにしてもよい。
本発明の第6様態によれば、第1様態〜第5様態のいずれか一項において、
前記(D)工程では、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記めっき浴中に設けられたロールの配置を調整するようにしてもよい。
本発明の第7様態によれば、第6様態において、前記ロールは、前記鋼板の走行方向を鉛直上方に変換するシンクロールと、前記シンクロールの上方に設けられ、鉛直上方に走行する前記鋼板に接触する少なくとも1つのサポートロールとを含み、
前記(D)工程では、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記サポートロールによる前記鋼板の押し込み量を調整するようにしてもよい。
本発明の第8様態によれば、第1様態〜第7様態のいずれか一項において、
前記(D)工程では、
前記(C)工程で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合、又は、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状の反り量が所定の範囲外となる場合に、前記目標矯正形状を、前記(A)工程で設定された湾曲形状より小さい反り量の湾曲形状に再設定して、前記(B)及び(C)工程を繰り返すようにしてもよい。
本発明の第9様態によれば、第1様態〜第8様態のいずれか一項において、前記第1の数値解析は、仮想ロールを用いて行われてもよい。
本発明の第10様態によれば、第1様態〜第9様態のいずれか一項において、前記第2の数値解析において、バネ定数を用いて前記鋼板の前記振幅が計算されてもよい。
本発明の第11様態によれば、第1様態〜第10様態のいずれか一項において、
前記電磁石の制御方式はPID制御であり、
前記(G)工程では、
前記制御ゲインとして、前記PID制御の比例動作の比例ゲインを低下させることによって、前記振幅を抑制してもよい。
本発明の第12様態によれば、第5様態〜第11様態のいずれか一項において、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量の範囲は、2.0mm以上であってもよい。
本発明の第13様態によれば、第1様態〜第12様態のいずれか一項において、前記第1の上限値は、1.0mmであり、前記第2の上限値は、2.0mmであってもよい。
本発明の第14様態によれば、めっき浴から引き上げられた鋼板に対向して配置されるワイピングノズルを備えた連続溶融金属めっき装置に設けられ、前記鋼板に対して板厚方向に電磁力を付加することにより前記鋼板の板幅方向の形状を制御する鋼板形状制御装置は、
前記ワイピングノズルよりも上方において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置される複数対の電磁石と、
前記電磁石を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
(A)前記鋼板の通板条件に基づいて、第1の数値解析を行うことにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を湾曲形状に設定し、
(B)前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状が前記(A)で設定された湾曲形状となるように、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記鋼板を走行させたときに、前記ワイピングノズルと前記電磁石との間の所定位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定する、又は、前記電磁石位置よりも後段で前記鋼板に対する溶融金属の付着量を測定し、
(C)前記(B)で測定された形状又は付着量に基づいて、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を計算し、
(D)前記(C)で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合に、前記第1の数値解析を行うことにより、前記目標矯正形状を、前記(A)で設定された湾曲形状とは異なる反り量の湾曲形状に調整して、前記(B)及び(C)を繰り返し、
(E)前記(C)で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記所定位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定し、
(F)前記(E)で測定された振動に基づいて、第2の数値解析を行うことにより、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を計算し、
(G)前記(F)で計算された振動の振幅が第2の上限値以上である場合に、当該振幅が前記第2の上限値未満になるように、前記第2の数値解析を行うことにより、前記電磁石の制御ゲインを調整する。
本発明の第15様態によれば、第14様態において、前記鋼板形状制御装置は、前記ワイピングノズルよりも上方かつ前記電磁石よりも下方において前記鋼板に対向して配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する1又は2以上の第1のセンサを更に備え、
前記制御装置は、
前記(B)では、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定し、
前記(E)では、前記(C)で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定するようにしてもよい。
本発明の第16様態によれば、第14様態又は第15様態において、前記鋼板形状制御装置は、前記電磁石の位置において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する複数対の第2のセンサを更に備え、
前記制御装置は、
前記(A)で前記目標矯正形状を設定するに際し、
(A1)前記電磁石により電磁力を付加しない状態で前記鋼板を走行させたときに、前記第2のセンサにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板厚方向の位置を測定し、
(A2)前記(A1)で測定された位置に基づいて、前記電磁石により電磁力を付加しない状態における前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状を計算し、
(A3)前記目標矯正形状を、前記(A2)で計算された反り形状に応じた湾曲形状に設定するようにしてもよい。
本発明の第17様態によれば、第16様態において、前記(A3)では、前記目標矯正形状を、前記(A2)で計算された反り形状と板厚方向に対称な湾曲形状に設定するようにしてもよい。
本発明の第18様態によれば、第14様態又は第15様態において、
前記制御装置は、
前記(A)で前記目標矯正形状を設定するに際し、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記通板条件ごとに前記電磁石による前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を予め定めたデータベースを用いて、前記目標矯正形状を設定するようにしてもよい。
本発明の第19様態によれば、第14様態〜第18様態のいずれか一項において、
前記制御装置は、前記(D)において、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記めっき浴中に設けられたロールの配置を調整するようにしてもよい。
本発明の第20様態によれば、第19様態において、前記ロールは、前記鋼板の走行方向を鉛直上方に変換するシンクロールと、前記シンクロールの上方に設けられ、鉛直上方に走行する前記鋼板に接触する少なくとも1つのサポートロールとを含み、
前記制御装置は、前記(D)において、
電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記サポートロールによる前記鋼板の押し込み量を調整するようにしてもよい。
本発明の第21様態によれば、第14様態〜第20様態のいずれか一項において、
前記制御装置は、前記(D)において、
前記(C)で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合、又は、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状の反り量が所定の範囲外となる場合に、前記目標矯正形状を、前記(A)で設定された湾曲形状より小さい反り量の湾曲形状に再設定して、前記(B)及び(C)を繰り返すようにしてもよい。
本発明の第22様態によれば、第14様態〜第21様態のいずれか一項において、前記第1の数値解析は、仮想ロールを用いて行われてもよい。
本発明の第23様態によれば、第14様態〜第22様態のいずれか一項において、前記第2の数値解析において、バネ定数を用いて前記鋼板の前記振幅が計算されてもよい。
本発明の第24様態によれば、第14様態〜第23様態のいずれか一項において、
前記電磁石の制御方式はPID制御であり、
前記(G)工程では、
前記制御ゲインとして、前記PID制御の比例動作の比例ゲインを低下させることによって、前記振幅を抑制してもよい。
本発明の第25様態によれば、第18様態〜第24様態のいずれか一項において、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量の範囲は、2.0mm以上であってもよい。
本発明の第26様態によれば、第14様態〜第25様態のいずれか一項において、前記第1の上限値は、1.0mmであり、前記第2の上限値は、2.0mmであってもよい。
上記構成によれば、電磁石の位置で鋼板の板幅方向の形状を、フラットに矯正するのではなく、積極的に湾曲形状に矯正することで、ワイピングノズルと電磁石の間を通過する鋼板の剛性を高め、ワイピングノズルの位置での鋼板の板幅方向の形状の反り量を第1の上限値以下に制御する。これにより、ワイピングノズルの位置での鋼板の板幅方向の形状をフラットに制御することができる。従って、ワイピングノズルにより鋼板の板幅方向に均一に溶融めっきを払拭できるので、鋼板の板幅方向のめっき付着量を均一化できる。
さらに、上記のような電磁矯正により電磁石の位置での鋼板の剛性を高めるので、ワイピングノズルの位置で鋼板の板厚方向の振動も抑制することができる。従って、ワイピングノズルにより鋼板の長手方向に均一に溶融めっきを払拭できるので、鋼板の長手方向のめっき付着量も均一化できる。
以上説明したように本発明の各様態によれば、鋼板の板幅方向の形状を最適化することで、鋼板の反りと振動を好適に抑制し、鋼板の板幅方向及び長手方向のめっき付着量を均一化することができる。
本発明の第1の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置を示す模式図である。 本発明の第2の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置を示す模式図である。 本発明の第1及び第2の実施形態に係る鋼板形状制御装置の電磁石群の配置を示す水平断面図である。 同実施形態に係る電磁石位置での鋼板の目標矯正形状を示す水平断面図である。 同実施形態に係る鋼板形状制御方法を示すフローチャートである。 同実施形態に係る目標矯正形状の設定方法の具体例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る第1の数値解析におけるモデルを示す図である。 同実施形態に係る第2の数値解析におけるモデルを示す図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
(1.連続溶融金属めっき装置の構成)
まず、図1を参照して、本発明の第1の実施形態に係る鋼板形状制御装置が適用される連続溶融金属めっき装置の全体構成について説明する。図1は、第1の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置1を示す模式図である。
図1に示すように、連続溶融金属めっき装置1は、帯状の鋼板2を、溶融金属を満たしためっき浴3に浸漬することにより、鋼板2の表面に溶融金属を連続的に付着させるための装置である。連続溶融金属めっき装置1は、浴槽4と、シンクロール5と、ワイピングノズル8と、鋼板形状制御装置10を備える。鋼板形状制御装置10は、センサ11と、位置センサを有する電磁石群12と、めっき付着量測定装置13と、制御装置14と、データベース15とを備える。かかる連続溶融金属めっき装置1は、鋼板2が矢印方向に進行し、浴槽4に貯留されためっき浴3内を走行してから、めっき浴3外に退出するように構成されている。
鋼板2は、溶融金属によるめっき対象となる帯状の金属材料である。また、めっき浴3を構成する溶融金属は、亜鉛、鉛−錫、アルミニウムなどの耐食性金属が一般的であるが、めっき金属として使用されるその他の金属であってもよい。溶融金属で鋼板2をめっきして得られる溶融めっき鋼板としては、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等が代表的であるが、その他の種類のめっき鋼板であってもよい。以下では、めっき浴3をなす溶融金属として溶融亜鉛を用い、鋼板2表面に溶融亜鉛を付着させて、溶融亜鉛めっき鋼板を製造する例について説明する。
浴槽4は、溶融亜鉛(溶融金属)からなるめっき浴3を貯留する。めっき浴3内には、軸方向を水平にして回転自在に軸設されるシンクロール5が設けられている。
シンクロール5は、鋼板2を案内するためにめっき浴3中に配置されるロール(以下、浴中ロール)の一例であり、めっき浴3中の最下方に配設される。シンクロール5は、鋼板2の走行に伴って図示の反時計回りに回転する。このシンクロール5は、めっき浴3内に斜め下方に向けて導入された鋼板2を、鉛直方向上方(搬送方向X)に方向転換する。
また、シンクロール5の直上のめっき浴3外であって、めっき浴3の浴面から所定の高さだけ上方には、一対のワイピングノズル8、8が対向配置される。ワイピングノズル8、8は、板厚方向Zの両側から鋼板2の表面に気体(例えば空気)を吹き付けるガスワイピングノズルで構成される。かかるワイピングノズル8、8は、めっき浴3から搬送方向X(鉛直方向)に引き上げられた鋼板2の両面に気体を吹き付けて、余剰な溶融亜鉛(溶融金属)を払拭する。これにより、鋼板2の表面に対する溶融亜鉛(溶融金属)の付着量(目付量)が調整される。
また、ワイピングノズル8、8の上方には、鋼板2の板幅方向Yの形状を制御するための鋼板形状制御装置10が設けられる。この鋼板形状制御装置10は、鋼板2の板幅方向Yの軸に対する反り(いわゆるC反り、W反り等)を矯正するための形状矯正装置として機能する。かかる鋼板形状制御装置10は、図1に示すセンサ11、11、電磁石群12、12、めっき付着量測定装置13、13及び制御装置14などから構成されるが、これらの詳細は後述する。
なお、連続溶融金属めっき装置1は、図示の構成要素以外にも、めっき浴3外の最上方で鋼板2の進行方向を変換しつつ支持するトップロールや、該トップロールに至る途中で鋼板2を支持する中間ロールなどを備えてもよい。又、該トップロールの下流に、合金化処理を行う合金化炉を配置してもよい。
次に、図2を参照して、本発明の第2の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置1の全体構成について説明する。図2は、第2の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置1を示す模式図である。
図2に示すように、第2の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置1は、上記第1の実施形態(図1参照。)と比べて、めっき浴3中に一対のサポートロール6、7を具備する点で相違し、その他の構成は同様である。
サポートロール6、7は、シンクロール5と同様に、鋼板2を案内する浴中ロールの一例であり、シンクロール5の斜め上方の溶融めっき浴3内の出側付近に、対となって設けられる。このサポートロール6、7も、軸方向を水平にして、不図示の軸受けにより回転自在に軸設されている。
かかるサポートロール6、7は、シンクロール5から鉛直方向に引き上げられた鋼板2を板厚方向Zの両側から挟み込むようにして配置され、鋼板2を板厚方向Zに押圧することによって、鋼板2の形状を矯正する。即ち、サポートロール6、7は、シンクロール5から搬送方向X(鉛直上方)に向かうパスライン6aに沿って走行する鋼板2に対して、板厚方向Zの両側から接触する。この際、一方のサポートロール6を板厚方向Zに押し込むことで、鋼板2はサポートロール6、7の間を縫うように走行して形状矯正される。このときのサポートロール6の押し込み量を、インターメッシュ(IM)と称する。つまりIMは、搬送方向Xに沿ったパスライン6aを走行する鋼板2に対するサポートロール6の板厚方向Zの押し込み量を表すパラメータである。
次に、上記構成の連続溶融金属めっき装置1のめっきライン上において、鋼板2を走行させる手順について説明する。なお、本実施形態では、図1、2に示す搬送方向X、板幅方向Y及び板厚方向Zが互いに直交するように構成されている。
図1、図2に示すように、連続溶融金属めっき装置1は、不図示の駆動源により鋼板2を長手方向(矢印方向)に走行させ、不図示のスナウトを通じてめっき浴3内に上方から下方に所定の傾斜角度で進入させる。そして、進入させた鋼板2をめっき浴3内で走行させることによって、溶融亜鉛(溶融金属)を鋼板2の表裏面に付着させる。めっき浴3内を走行する鋼板2は、シンクロール5を周回して、その進行方向が鉛直方向上方に変換され、めっき浴3の上方に退出される。この際、図2の構成の連続溶融金属めっき装置1では、めっき浴3内を鉛直方向上方に走行する鋼板2は一対のサポートロール6、7の間を通過する際に、形状矯正される。
次いで、めっき浴3から引き上げられた鋼板2は、搬送方向X(鉛直方向上方)に沿って走行し、対向配置されたワイピングノズル8、8の間を通過する。この際、走行する鋼板2の板厚方向Zの両側からワイピングノズル8、8により空気を吹き付け、鋼板2の両面に付着した溶融亜鉛(溶融金属)のめっきを吹き飛ばし、めっき付着量が調整される。
ワイピングノズル8、8間を通過した鋼板2は、さらに搬送方向Xに沿って走行し、鋼板2の板厚方向Zの両側に配置されるセンサ11、11、電磁石群12、12、めっき付着量測定装置13、13の間を順に進行して、板幅方向Yの形状が矯正される。
以上のようにして、連続溶融金属めっき装置1は、鋼板2をめっき浴3中に連続的に浸漬して、溶融亜鉛(溶融金属)でめっきすることで、所定のめっき付着量の溶融亜鉛めっき鋼板(溶融金属めっき鋼板)を製造する。
(2.鋼板形状制御装置の構成)
次に、図1〜図3を参照して、本実施形態に係る鋼板形状制御装置10の構成について詳細に説明する。図3は、本実施形態に係る鋼板形状制御装置10の電磁石群12、12の配置を示す水平断面図である。
図1、図2に示したように、鋼板形状制御装置10は、ワイピングノズル8、8を退出して搬送方向Xに走行する鋼板2の板厚方向Zの両側に配置される複数対のセンサ11、11、複数対の電磁石群12、12、複数対のめっき付着量測定装置13、13と、これらを制御する制御装置14とを備える。
まず、センサ11について説明する。センサ11、11(本発明の「第1のセンサ」に相当する。)は、上記ワイピングノズル8、8の上方において、鋼板2の板厚方向Zの両側に対向配置される。各センサ11は、搬送方向Xに走行する鋼板2の板幅方向Yの位置を測定する機能を有する。本実施形態では、センサ11は、対向する鋼板2までの距離を測定する距離センサで構成される。例えば、距離センサとして、鋼板2に発生した渦電流によるセンサコイルのインピーダンス変化に基づいて、鋼板2の板厚方向Zの位置を測定する渦流式変位計を用いることができる。
また、各センサ11は、搬送方向Xに走行する鋼板2が板厚方向Zに振動しても、鋼板2と接触しないように、鋼板2から所定距離だけ離れて配置されている。かかるセンサ11は、鋼板2の板幅方向Yに沿って所定間隔で複数配置されている。そして、これら複数のセンサ11はそれぞれ、対向する鋼板2の板幅方向Yの各部位の位置を測定する。これにより、センサ11、11を用いて、鋼板2の板幅方向Yの形状(板幅方向Yの軸に対する反り形状)を測定可能となる。
上記センサ11、11は、上記ワイピングノズル8、8よりも上方であって、かつ、電磁石群12、12よりも下方の所定の高さ位置に配置される。本実施形態では、センサ11、11は、ワイピングノズル8、8の近傍の高さ位置に一列で配置されており、ワイピングノズル8、8の近傍における鋼板2の板幅方向Yの形状を測定できるようになっている。しかし、かかる例に限定されず、センサ11、11は、ワイピングノズル8、8と電磁石群12、12の間であれば任意の高さ位置に、1列又は複数列で配置されてよい。例えば、電磁石群12、12の近傍や、ワイピングノズル8、8と電磁石群12、12の中間などに配置されてもよいし、電磁石群12、12の近傍及びワイピングノズル8、8の近傍に2列で配置されてもよい。以下では、センサ11、11が配置される搬送方向Xの高さ位置を「センサ位置」と称する。
本実施形態では、鋼板2の板厚方向Zの両側に板幅方向Yに沿って複数対のセンサ11、11が配置されているため、鋼板2の板幅方向Yの形状を正確に測定できる。しかし、鋼板2の板厚方向Zの一側にのみセンサ11を配置しても、鋼板2の板幅方向Yの形状を測定することは可能である。
次に、電磁石群12について説明する。電磁石群12、12は、上記センサ11、11の上方において、鋼板2の板厚方向Zの両側に対向配置される。電磁石群12、12は、ワイピングノズル8、8よりも上方であれば任意の高さ位置に配置されてよい。以下では、電磁石群12、12が配置される搬送方向Xの高さ位置を「電磁石位置」と称する。
図3に示すように、電磁石群12、12は、鋼板2の板厚方向Zの両側に板幅方向Yに沿って配置される複数対の電磁石101〜107、111〜117からなる。一側の電磁石群12を成す電磁石101〜107と、他側の電磁石群12を成す電磁石111〜117はそれぞれ、相互に板厚方向Zに対向配置されている。図示の例では、鋼板2の両側にそれぞれ7個の電磁石101〜107、111〜117が、板幅方向Yに沿って所定間隔で配置されており、7対の電磁石が対向配置されている。例えば、電磁石101と電磁石111は、鋼板2を板厚方向Zに挟むように対向配置されている。同様に、他の各電磁石102〜107と各電磁石112〜117もそれぞれ、1対1で対向配置されている。
また、各電磁石101〜107、111〜117には、位置センサ121〜127、131〜137(本発明の「第2のセンサ」に相当する。)が設置されている。このセンサ121〜127、131〜137は、電磁石位置において鋼板2の板厚方向Zの両側に板幅方向Yに沿って配置され、電磁石位置での鋼板2の板厚方向Zの位置を測定する。なお、図3の例では、電磁石101〜107、111〜117と位置センサ121〜127、131〜137が1:1で配置されているが、位置センサ121〜127、131〜137の配置及び設置数は適宜変更してもよい。
本実施形態では、一側の電磁石群12を成す電磁石101〜107と、他側の電磁石群12を成す電磁石111〜117は、板厚方向Zに距離2Lだけ離間している。即ち、各電磁石101〜107、111〜117は、搬送方向Xに走行する鋼板2が板厚方向Zに振動しても、鋼板2と接触しないように、鋼板2から所定距離Lだけ離れて配置されている。なお、図3に示すように、双方の電磁石群12、12から板厚方向Zに等距離Lにある中間位置を示す直線をセンターライン22と称する。このセンターライン22は、鋼板2の板幅方向Yの軸に該当する。
電磁石位置において鋼板2が板幅方向Yに反っておらず、完全に平坦であれば、鋼板2の断面はセンターライン22上に位置することになる。しかし、実際の操業では、浴中ロールの影響により、搬送方向Xに走行する鋼板2は板厚方向Zに湾曲して、板幅方向Yの反り(C反り、W反り等)が生じてしまうことがある。図3の例では、鋼板2が反り量dでC反りしている状態を示している。なお、反り量dは、鋼板の最凸部から鋼板2の最凹部までの板厚方向Zの長さを意味する。反り量dが大きいほど、鋼板2の反りが激しいことになる。
本実施形態では、かかる反りに対応すべく、鋼板形状制御装置10を設けて、鋼板2に電磁力を付加することで、鋼板2の板幅方向Yの形状を矯正できるようにしている。つまり、各電磁石101〜107、111〜117は、対向する鋼板2の各部位に板厚方向Zに電磁力を付加することで、当該鋼板2の各部位を板厚方向Zに磁気吸引する。これにより、電磁石群12、12全体により、鋼板2の板幅方向Yの各部位を異なる強さで磁気吸引して、鋼板2の板幅方向Yの形状を任意の目標矯正形状20に矯正することができる。
次に、めっき付着量測定装置13について説明する。連続溶融金属めっき装置1のライン後段には、走行する鋼板2の板厚方向Zの両側に対向配置されためっき付着量測定装置13、13が設けられている。本実施形態では、めっき付着量測定装置13、13として、例えば蛍光X線装置を用いている。蛍光X線装置は、鋼板2の表裏面に各々X線を照射し、付着しためっきから放射される蛍光X線量を測定することによって、鋼板2の表裏面に付着しためっきの付着量を各々測定することが可能である。
また、各めっき付着量測定装置13は、搬送方向Xに走行する鋼板2が板厚方向Zに振動しても、鋼板2と接触しないように、鋼板2から所定距離だけ離れて配置されている。かかるめっき付着量測定装置13は、鋼板2の板幅方向Yに沿って所定間隔で複数配置されてもよいし、1つだけ配置して板幅方向に走査してもよい。これにより鋼板2の板幅方向Yのめっき付着量を測定できる。これにより、測定されためっき付着量を用いて、鋼板2の板幅方向Yの形状(板幅方向Yの軸に対する反り形状)を推定可能となる。
次に、制御装置14について説明する。制御装置14は、マイクロプロセッサ等の演算処理装置で構成される。データベース15は、半導体メモリ、ハードディスクドライブ等の記憶装置で構成され、制御装置14によりアクセス可能となっている。また、上述したセンサ11、11、電磁石群12、12及びめっき付着量測定装置13、13は、制御装置14に接続されている。制御装置14は、センサ11、11又はめっき付着量測定装置13、13の測定結果に基づいて、電磁石群12、12の各電磁石101〜107、111〜117を制御する。このときの制御方式としては、フィードバック制御、例えば、PID制御を用いることができる。制御装置14は、PID制御用の制御パラメータを設定し、当該制御パラメータを用いて各電磁石101〜107、111〜117の動作を制御する。制御パラメータは、各電磁石101〜107、111〜117に流れる電流を制御して、鋼板2に付加する電磁力を制御するためのパラメータである。この制御パラメータは、例えば、PID制御の比例動作(P動作)、積分動作(I動作)、微分動作(D動作)それぞれの制御ゲイン(即ち、比例ゲインK、積分ゲインKi、微分ゲインK)などを含む。制御装置14は、各々の制御ゲインを0〜100%の間で設定し、各電磁石101〜107、111〜117が発する電磁力を制御する。
制御装置14には、センサ11、11から、センサ位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置の測定結果の情報が入力される。また、制御装置14には、めっき付着量測定装置13、13から、鋼板2の表裏面に対するめっき付着量の測定結果の情報が入力される。制御装置14は、当該板厚方向Zの位置又はめっき付着量の情報や、各種の通板条件、及びデータベース15に保持されている情報などに基づいて、電磁石群12、12の各電磁石101〜107、111〜117を制御する。この際、制御装置14は、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状が適切な目標矯正形状20になるように、各電磁石101〜107、111〜117を独立的に制御して、各電磁石101〜107、111〜117から鋼板2の各部位に対し板厚方向Zに電磁力を付加させる。
詳細には、例えば、制御装置14は、センサ11、11による測定結果(即ち、センサ位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置)に基づいて、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置を算出する。そして、制御装置14は、算出した各部位の板厚方向Zの位置に基づいて、電磁石群12、12を制御して、鋼板2の板幅方向Yの各部位に電磁力を付加し、鋼板2の板幅方向Yの形状を目標矯正形状20に矯正する。
また、制御装置14は、めっき付着量測定装置13、13から入力された鋼板2の表裏面のめっき付着量の測定結果(即ち、ワイピングノズル位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位のめっき付着量)に基づいて、板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置を算出し、鋼板2の板幅方向Yの形状を目標矯正形状20に矯正することもできる。この場合、制御装置14は、例えば、データベース15に予め保持された相関データを用いて、測定された鋼板2の表裏面のめっき付着量から、ワイピングノズル位置での鋼板2の板幅方向Yに沿った各部位の板厚方向Zの位置を算出する。この相関データは、各種の通板条件下で、鋼板2に対するめっき付着量と、鋼板2の板幅方向Yに沿った各部位の板厚方向Zの位置との相関を、予め試験的又は経験的に求めたデータである。そして、制御装置14は、当該めっき付着量から算出した鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置に基づいて、電磁石群12、12を制御して、鋼板2の板幅方向Yの各部位に電磁力を付加し、鋼板2の板幅方向Yの形状を目標矯正形状20に矯正する。
また、対向配置される各電磁石101〜107と各電磁石111〜117は、同じ板幅方向Yの位置で、各対の電磁石のいずれか一方側または両側に鋼板2を磁気吸引するように設定されている。例えば、図3に示すように、鋼板2の一端部に対向する板幅方向Yの位置の電磁石101と電磁石111の対のうちで、鋼板2からより遠い側にある電磁石111の出力が、より近い側にある電磁石107の出力よりも大きくなるように設定される。そして、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状が目標矯正形状20となる方向(電磁石101から電磁石111に向かう方向)に、電磁石101、111で鋼板2の一端部を磁気吸引して、形状矯正するように設定されている。なお、対応する鋼板2の部位から電磁石の対が等距離にある場合(即ち、鋼板2の部位がセンターライン22上にある場合)は、鋼板2の当該部位を板厚方向Zに矯正する必要がないため、当該電磁石の出力が等しくなるように設定される。
また、制御装置14は、鋼板2の板幅方向Yに沿って配置された複数のセンサ11や、めっき付着量測定装置13及び複数の電磁石101〜107、111〜117の起動及び停止を、個別に設定可能である。鋼板2の板幅Wが大きい場合(例えばW=1700mm)、板幅方向Yの複数のセンサ11の全てが鋼板2と対向する。一方、鋼板2の板幅Wが小さい場合(例えばW=900mm)板幅Wが狭い鋼板2を通板する場合、当該複数のセンサ11のうち中央部側に配置されるセンサ11は、鋼板2と対向するが、両端部側に配置されるセンサ11は、鋼板2と対向しない。このことは、板幅方向Yに沿って配置された複数のめっき付着量測定装置13及び複数の電磁石101〜107、111〜117も同様である。
そこで、本実施形態では、制御装置14は、鋼板2の通板条件として、例えば、搬送方向Xに走行する鋼板2の板幅Wの情報を予め取得し、この板幅Wの情報に基づいて、複数のセンサ11、めっき付着量測定装置13及び複数の電磁石101〜107、111〜117のうち、鋼板2と実際に対向するセンサ、めっき付着量測定装置及び電磁石だけを起動する。これにより、連続溶融金属めっき装置1で処理する鋼板2の板幅Wに応じて、鋼板2の板幅方向Yの各部位の位置の測定や、めっき付着量の測定、形状矯正などを適切に実行できる。
例えば、図3の例では、板幅方向Yの中央に1対の電磁石104、114が配置され、さらに、板幅方向Yに例えば250mm間隔で、複数対の電磁石101〜103、105〜107と111〜113、115〜117を配置されている。この場合、板幅W=900mmの鋼板2に対しては、中央側の3対の電磁石103〜105、113〜115が電磁力を与えることができる。また、板幅W=1700mmの鋼板2に対しては、7対の電磁石101〜107、111〜117の全てが電磁力を与えることができる。
鋼板形状制御装置10は以上のように構成されている。上記鋼板形状制御装置10により、各電磁石101〜107、111〜117を用いて、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状を目標矯正形状20に矯正することで、本実施形態に係る鋼板形状制御方法が実現されるが、その詳細は後述する。
(3.電磁石位置での矯正形状)
次に、図4を参照して、上記鋼板形状制御装置10により鋼板2を形状矯正するときの目標矯正形状20について説明する。図4は、本実施形態に係る電磁石位置での鋼板2の実際の反り形状21と目標矯正形状20を示す模式図である。図4において、実線は、電磁力を付加しない状態で測定された、電磁石位置での実際の鋼板2の板幅方向Yの反り形状21(以下「測定反り形状21」という。)を示し、破線は、鋼板形状制御装置10の制御装置14により設定される鋼板2の板幅方向Yの目標矯正形状20を示す。
図4に示すように、制御装置14は、測定される電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの反り形状(測定反り形状21)に応じて、鋼板2の板幅方向Yの目標矯正形状20を設定する。本実施形態では、目標矯正形状20を、測定反り形状21と板厚方向Zに対称な湾曲形状に設定する。つまり、目標矯正形状20と測定反り形状21は、センターライン22を対称軸として板厚方向Zに対称な形状である。また、図4中の複数の正方形は、上記電磁石101〜107、111〜117(図3参照)を意味する。
例えば図4の(a)、(b)の場合は、電磁石位置において鋼板2はいわゆるW反りしており、鋼板2の測定反り形状21は複数の凹凸を有するW状の湾曲形状(凹凸形状)となっている。このW反りの反り量dは、所定の閾値dth以上である。この場合、鋼板2の目標矯正形状20は、センターライン22を対称軸として板厚方向Zに対称なW状の湾曲形状に設定される。
また、図4の(c)、(d)の場合は、電磁石位置において鋼板2はいわゆるC反りしており、鋼板2の測定反り形状21は1つの凸部を有するC状の湾曲形状となっている。このC反りの反り量dは、所定の閾値dth以上である。この場合、鋼板2の目標矯正形状20は、センターライン22を対称軸として板厚方向Zに対称なC状の湾曲形状に設定される。
一方、図4の(e)、(f)の場合は、電磁石位置において鋼板2は、ほぼ平坦であり、鋼板2の測定反り形状21は板厚方向Zにほとんど反っておらず、反り量dは所定の閾値dth未満である。この場合、閾値dth以上の反り量で湾曲した目標矯正形状20を設定することができない。そこで、後述するようにIMや浴中ロールの配置を調整することで、敢えて電磁石位置で鋼板2を板幅方向Yに反らせて、測定反り形状21が閾値dth以上の反り量dを有する湾曲形状となるように、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状を調整する。そして、上記図4の(a)〜(d)と同様にして、目標矯正形状20を設定する。
このように、制御装置14は、電磁石位置での鋼板2の目標矯正形状20を、測定反り形状21と対称な湾曲形状に設定する。そして、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状が目標矯正形状20となるように、鋼板2に対向する複数対の電磁石101〜107、111〜117を用いて鋼板2の形状を矯正する。
以上のように、本実施形態では、電磁石位置での鋼板の板幅方向Yの形状を、フラットにするのではなく、敢えてC状、W状、ギザギザ状等の湾曲形状(凹凸形状)に矯正する。これにより、ワイピングノズル8、8と電磁石群12、12の間を通過する鋼板2の剛性を高めることができる。また、ノズル位置での鋼板の板幅方向Yの形状をフラットに近くすることができるので、ワイピングノズル8、8による板幅方向Yのめっき付着量を均一にでき、搬送方向Xに走行する鋼板2の振動を抑制することもできる。
なお、目標矯正形状20を、測定反り形状21と完全に対称な湾曲形状に設定しなくても、測定反り形状21に応じた湾曲形状に設定すれば、鋼板2の剛性を高めて、ノズル位置での鋼板形状を平坦化する効果と振動抑制効果が得られる。
(4.鋼板形状制御方法)
次に、上記構成の鋼板形状制御装置10を用いた鋼板形状制御方法について説明する。
(4.1.鋼板形状制御方法の全体フロー)
まず、図5を参照して、本実施形態に係る鋼板形状制御方法の全体フローについて説明する。図5は、本実施形態に係る鋼板形状制御方法を示すフローチャートである。
図5に示すように、まず、制御装置14は、連続溶融金属めっき装置1における鋼板2の通板条件を設定する(S100)。ここで、通板条件は、めっき浴3から引き上げられた鋼板2がワイピングノズル8、8及び電磁石群12、12等を通過するときの条件である。例えば、通板条件は、鋼板2の板厚D、板幅W、鋼板長手方向(搬送方向X)の張力Tや、シンクロール5、サポートロール6、7等の浴中ロールの配置、大きさ(直径)などを含む。
次いで、制御装置14は、S100で設定された通板条件に基づいて、サポートロール6、7のインターメッシュ(IM)等の浴中ロールの配置を設定する(S102)。本S102後に、シンクロール5及びサポートロール6、7等の浴中ロールは、本S102で設定された配置に調整される。なお、図1に示した第1の実施形態に係る連続溶融金属めっき装置1は、サポートロール6、7を具備していないので、IMを設定及び調整する必要はない。
このS102について詳述する。制御装置14は、データベース15に保存された情報を利用して、浴中ロールの配置を設定する。データベース15には、各種の通板条件と、IM等の浴中ロールの配置の適正値とを関連づけたロール配置情報が保存されている。このロール配置情報は、連続溶融金属めっき装置1の過去の操業実績や試験機での試験結果に基づいて、通板条件ごとにIM等のロール配置の適正値を定めた情報である。制御装置14は、当該ロール配置情報を利用して、S100で設定された板厚D、板幅W、張力T等の通板条件に応じて適切なシンクロール5及びサポートロール6、7の配置、IMの大きさ等を設定する。例えば、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状の反り量dが、ある程度大きい所定範囲内の値(例えば、2.0mm≦d<20mm)となるように、IM等が設定される。かかるロール配置により、浴中ロールにより鋼板2が板幅方向Yに反るようになり、電磁石位置における鋼板2の板幅方向Yの形状が湾曲形状となる。
その後、制御装置14は、上記S100、S102で設定された通板条件、ロール配置に基づいて、各電磁石101〜107、111〜117の電流出力および制御パラメータを設定する(S104)。例えば、制御方式がPID制御である場合、制御パラメータは、各電磁石101〜107、111〜117の制御ゲイン(比例ゲインK、積分ゲインKi、微分ゲインK)などである。制御装置14は、上記設定された通板条件、ロール配置に応じて、各制御ゲインK、Ki、Kを0〜100%の間の適正値に設定する。
この制御ゲインを設定するときにも、制御装置14は、データベース15に保存された情報を利用する。データベース15には、各種の通板条件及び浴中ロールの配置と、制御パラメータの適正値とを関連づけた制御パラメータ情報が保存されている。この制御パラメータ情報は、連続溶融金属めっき装置1の過去の操業実績や試験機での試験結果に基づいて、通板条件及びロール配置ごとに、制御ゲインK、Ki、K等の制御パラメータの適正値を定めた情報である。制御装置14は、当該制御パラメータ情報を利用して、S100、S102で設定された通板条件及びロール配置に応じて、適切な制御ゲインK、Ki、K等の制御パラメータを設定する。
さらに、制御装置14は、上記S100、S102で設定された通板条件、ロール配置等に基づいて、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの目標矯正形状20を設定する(S106)。この目標矯正形状20は、電磁石101〜107、111〜117により矯正される電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの目標形状である。制御装置14は、目標矯正形状20を、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの反り形状(即ち、上述した測定反り形状21)に応じた湾曲形状に設定する。例えば、制御装置14は、目標矯正形状20を、測定反り形状21と板厚方向Zに対称な形状(図4参照。)に設定する。かかる目標矯正形状20を設定するための計算処理は、例えば鋼板形状計算ソフトウェアを用いて、第1の数値解析を行うことにより、行われる。なお、本S106における目標矯正形状20の設定方法の詳細については後述する(図6等参照。)。
第1の数値解析では、まず、2次元の平面ひずみモデルを用いて、鋼板の表裏面のひずみ量を計算する。次に幅方向の鋼板形状を計算するため、3次元モデルを用いる。この際、図7にように、実在しない2つのロール(仮想ロール)16、17を追加で配置し、4つのサポートロールが配置された中を鋼板2が移動するような3次元モデルを用いる。ここで、2次元モデルで算出したひずみ量の70%のひずみ量を付与するように仮想ロールの押し込み量を調整し、ノズル位置での鋼板2の板幅方向Yの形状(ノズル位置での鋼板形状)を計算し、ノズル位置での鋼板形状がフラットに近くなるように、目標矯正形状20を設定する。
その後、上記S100、S104で設定された通板条件及びロール配置に従って、連続溶融金属めっき装置1において実際に鋼板2を通板しながら、上記S104、S106で設定された条件で電磁石101〜107、111〜117により鋼板2に電磁力を付加して、鋼板2を電磁矯正する(S108)。この電磁矯正では、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状が、上記S106で設定された目標矯正形状20に矯正されるように、制御装置14は、各電磁石101〜107、111〜117に流れる電流を制御して、各電磁石101〜107、111〜117により鋼板2に電磁力を付加する。これにより、電磁石位置での実際の鋼板2の板幅方向Yの形状が目標矯正形状20に矯正される。
次いで、上記S108のように電磁力を付加した状態で鋼板2を通板させたときに、上記センサ11、11により、センサ位置での鋼板2の板幅方向Yの形状(以下、「センサ位置での鋼板形状」という。)を測定する(S110)。上述したように、センサ11は、鋼板2までの距離を測定する距離センサなどで構成されており、センサ位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置(変位)を測定可能である。制御装置14は、このセンサ11により測定された位置の情報から、センサ位置での鋼板形状を計算することができる。
次いで、制御装置14は、上記S110で測定されたセンサ位置での鋼板形状と、上記通板条件、ロール配置などに基づいて、ノズル位置での鋼板2の板幅方向Yの形状(以下、「ノズル位置での鋼板形状」という。)を計算する(S112)。この計算は、例えば鋼板形状計算ソフトウェアを用いて、上記の第1の数値解析を行うことにより、行われる。制御装置14は、板厚D、板幅W、張力T、浴中ロールの配置や大きさなどの条件を考慮することで、S100で測定されたセンサ位置での鋼板形状からノズル位置での鋼板形状を求めることが可能である。
次いで、制御装置14は、S112で計算したノズル位置での鋼板形状の反り量dが所定の上限値dNmax(第1の上限値)未満であるか否かを判定する(S114)。ここで、ノズル位置での鋼板形状の反り量dは、図3で示した電磁石位置での鋼板形状の反り量dと同様に、ノズル位置における鋼板2の最凸部から最凹部までの板厚方向Zの長さを意味する。また、反り量dの上限値dNmaxは、ノズル位置において板幅方向Yのめっき付着量の均一性を確保できる反り量の上限である。
本実施形態では、この反り量dの上限値dNmaxを1.0mmとする。ノズル位置での鋼板形状の反り量dが1.0mm以上であると、ノズル位置での鋼板形状がフラットでなくなるので、鋼板2の板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが大きくなり、所望するめっき付着量の均一性を確保できなくなる。従って、S114では、ノズル位置での鋼板形状の反り量dが1.0mm未満であるか否かを判定する。
さらに、制御装置14は、電磁力を付加した状態における電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの形状(以下、「電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状」という。)の反り量dが所定の範囲内であるか否かを判定する(S116)。ここで、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dは、図3で示した非電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dと同様に、電磁石位置における鋼板2の最凸部から最凹部までの板厚方向Zの長さを意味する。また、反り量dの所定の範囲(下限値dRmin〜上限値dRmax)は、鋼板2の振動を抑制するために必要な反り量dの範囲である。
本実施形態では、この反り量dの所定の範囲の下限値dRminを2.0mmとし、上限値dRmaxを20mmとする。反り量dが2.0mm未満であると、鋼板2の剛性が不足し、ノズル位置で鋼板2が振動しやすいという問題がある。従って、S116では、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが、2.0mm以上であるか否かを判定する。また、鋼板2が広幅鋼板である場合(例えば、板幅Wが1700mm以上)、反り量dが20mm超であると、電磁石位置で電磁矯正された鋼板2が電磁石101〜107、111〜117に接触する可能性が高くなるという問題がある。つまり、鋼板2がシンクロール5、およびサポートロール6、7を周回する際に反り(C反り、W反り等)が生じるが、広幅鋼板では、その際の反り量が大きくなる。このため、電磁石位置で広幅鋼板の反りを逆形状に矯正して、反り量dが20mm超となってしまうと、電磁石位置で広幅鋼板の板幅方向Yの端部が電磁石101〜107、111〜117に接触する恐れがある。従って、S116では、鋼板2が広幅鋼板である場合には、反り量dが、2.0mm以上、かつ、20mm以下であるか否かを判定する。
上記S114での判定の結果、ノズル位置での鋼板形状の反り量dが所定の上限値dNmax以上(例えば1.0mm以上)である場合や、上記S116での判定の結果、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが所定の範囲外(例えば、2.0mm未満、又は20mm超)である場合には、S118の処理を行う。
このS118では、制御装置14は、上記S106で設定された目標矯正形状20を変更及び再設定するか、上記S102で設定された浴中ロールの配置を変更及び再設定する(S118)。このとき、目標矯正形状20と浴中ロールの配置の双方を変更してもよいし、いずれか一方のみを変更してもよい。ただし、ノズル位置での鋼板形状の反り量dが上限値dNmax未満(d<1.0mm)となり、かつ、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが所定の範囲内(d≧2.0mm。広幅鋼板の場合は、2.0mm≦d≦20mm)となるように、目標矯正形状20又は浴中ロールの配置を変更する。
例えば、S114でノズル位置での鋼板形状の反り量dが1.0mm以上であると判定された場合には、当該反り量dを小さくするために、電磁石位置での目標矯正形状20の反り量dをより小さい値に再設定する。また、S116で、広幅鋼板の電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが20mm超であると判定された場合には、当該反り量dを小さくするために、電磁石位置での目標矯正形状20の反り量dを、上記の第1の数値解析を行うことにより、より小さい値に再設定する(S118)。そして、再設定された目標矯正形状20となるように鋼板2を電磁矯正した状態で(S108)、鋼板形状を測定し(S110、S112)、S114及びS116の判定を再試行する。
例えば、S116で電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが2.0mm未満であると判定された場合には、当該反り量dが大きくなるように、めっき浴中に設けられたシンクロール5又はサポートロール6、7の配置を調整する。例えば、サポートロール6、7のIMをより大きくなるように調整することで、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dを大きくすることができる。そして、実際に浴中ロールの配置を上記のように調整して鋼板2を通板し、鋼板2を電磁矯正した状態で(S108)、鋼板形状を測定し(S110、S112)、S114及びS116の判定を再試行する。
上記のように、本実施形態では、S102、S106で当初に設定した条件下では実際の電磁石位置又はノズル位置での鋼板形状の反り量d、dが適切でない場合には、S118にて、目標矯正形状20又はロール配置を調整及び再設定する。これにより、ノズル位置での鋼板形状の反り量dを1.0mm未満とし、かつ、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dを2.0mm以上、20mm以下にすることができる。
上記までの工程の後、引き続き、ノズル位置での鋼板2の振動を抑制するための工程(S120〜S126)を行う。
まず、制御装置14は、上記センサ11、11により、センサ位置での鋼板2の板厚方向Zの振動を測定する(S120)。センサ11は、センサ位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置(変位)を測定可能であるので、当該センサ11により当該位置を継続的に測定すれば、センサ位置での鋼板2の板厚方向Zの振動の振幅及び周波数を求めることができる。
次いで、制御装置14は、上記S120で測定されたセンサ位置での鋼板2の板厚方向Zの振動と、上記通板条件、ロール配置などに基づいて、ノズル位置での鋼板2の板厚方向Zの振動を、第2の数値解析を行うことにより、計算する(S122)。制御装置14は、板厚D、板幅W、張力T、浴中ロールの配置や大きさなどの条件を考慮することで、S120で測定されたセンサ位置での鋼板2の振動からノズル位置での鋼板2の振動を求めることが可能である。
第2の数値解析では、鋼板2の振動を計算する位置に、図8のように、X方向に仮想のロールバネ18を配置し、ロールバネ18のバネ定数を用いて鋼板2の振動を計算する。
その後、制御装置14は、S122で計算したノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが所定の上限値Amax(第2の上限値)未満であるか否かを判定する(S124)。ここで、振幅Aの上限値Amaxは、鋼板2の搬送方向Xのめっき付着量の均一性を確保できる振幅Aの上限である。ノズル位置で鋼板2が大きく振動していると、鋼板2の通板に伴い、ワイピングノズル8と鋼板2の表裏面との間の距離が周期的に増減し、鋼板2の搬送方向Xのめっき付着量にバラツキが生じてしまう。
本実施形態では、この振幅Aの上限値Amaxを、2.0mmとする。ここでの振幅Aは両振幅である。ノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが2.0mm以上であると、鋼板2の長手方向(搬送方向X)のめっき付着量のバラツキが大きくなり、所望するめっき付着量の均一性を確保できなくなる。従って、S124では、ノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが2.0mm未満であるか否かを判定する。
上記S124での判定の結果、ノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが上限値ANmax以上(例えば2.0mm以上)である場合には、S126の処理を行う。
このS126では、制御装置14は、ノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが上限値ANmax未満に低下するまで、電磁石101〜107、111〜117の制御ゲインを徐々に低下させる(S126)。例えば、電磁石の制御方式がPID制御である場合、制御装置14は、制御ゲインとして、上記PID制御の比例動作(P動作)の比例ゲインKを徐々に低下させる。そして、比例ゲインKを低下させながら、振幅Aを測定し続け、振幅Aが上限値ANmax未満に低下した時点で、制御装置14は、比例ゲインKの低下を停止し、Kを再設定する。その後は、制御装置14は、再設定した比例ゲインKとその他の制御ゲインKi、Kを用いて、電磁石101〜107、111〜117を制御する。
本願発明者が鋭意研究したところ、PID制御の比例動作(P動作)の比例ゲインKを低下させると、電磁石位置において電磁力により鋼板2を拘束する力(以下、「鋼板拘束力」という。)が弱くなり、この結果、ノズル位置での鋼板2の振動の振幅Aが低下するという知見を得た。そこで、本実施形態では、電磁石101〜107、111〜117の制御ゲインとして、比例ゲインKを低下させることによって、ノズル位置での鋼板振動の振幅Aを上限値ANmax未満(例えば2.0mm未満)に抑制する(S126)。これにより、ワイピングノズル8と鋼板2の表裏面との距離をほぼ一定にすることができるので、鋼板2の搬送方向Xのめっき付着量のバラツキを低減して、当該搬送方向Xのめっき付着量の均一性を確保できる。
(4.2.鋼板形状の設定方法の具体例)
次に、上記図5のS106において、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの目標矯正形状20を設定する方法について詳述する。目標矯正形状20を設定する方法として、例えば、以下に述べる2つの方法を例示できる。
(1)電磁石位置での鋼板形状を測定する方法
本設定方法は、電磁矯正しない状態で鋼板2を通板したときに、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの反り形状21を実際に測定し、この測定反り形状21に応じた湾曲形状に目標矯正形状20を設定するものである(図4参照。)。この設定方法について、図6を参照して説明する。図6は、本実施形態に係る目標矯正形状20の設定方法の具体例を示すフローチャートである。
図6に示すように、まず、電磁石101〜107、111〜117により鋼板2に電磁力を付加しない状態で、連続溶融金属めっき装置1において鋼板2を走行させる(S200)。次いで、電磁石位置の位置センサ121〜127、131〜137により、電磁石位置での鋼板2の板幅方向Yの各部位の板厚方向Zの位置を測定することで、非電磁矯正時における電磁石位置での鋼板形状を測定する(S202)。
その後、制御装置14は、S202で測定した電磁石位置での測定反り形状21と板厚方向Zに対称な湾曲形状を計算し、電磁石位置での目標矯正形状20を当該対称な湾曲形状に設定する(S204)。例えば、図4で示したように、目標矯正形状20は、センターライン22を対称軸として、測定反り形状21と板厚方向Zに対称な湾曲形状に設定される。
以上のように、本設定方法では、非電磁矯正時に実際に測定された鋼板形状(測定反り形状21)に基づいて、目標矯正形状20を設定する。これにより、目標矯正形状20を、実際の測定反り形状21に合わせて適切に設定できる。従って、電磁石位置において鋼板2を当該目標矯正形状20に矯正することで、ノズル位置での鋼板形状を高精度でフラットにすることが可能となる。
(2)データベースを利用する方法
次に、実際に鋼板形状を測定することなく、データベース15を利用して目標矯正形状20を設定する方法について説明する。
データベース15には、各種の通板条件やIM等の浴中ロールの配置と、目標矯正形状20とを関連づけた目標矯正形状情報が保存されている。この目標矯正形状情報は、連続溶融金属めっき装置1の過去の操業実績や試験機での試験結果に基づいて、各種の通板条件及びロール配置ごとに、適切な目標矯正形状20を定めた情報である。ここで、適切な目標矯正形状20とは、ノズル位置での鋼板形状の反り量dが上限値dNmax(例えば1.0mm)未満となり、かつ、電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dが所定の範囲内(例えば2.0mm以上。広幅鋼板の場合は、2.0mm以上、かつ、20mm以下)となるように定められたものである。
制御装置14は、データベース15内の目標矯正形状情報を用いて、S100で設定された板厚D、板幅W、張力T等の通板条件や、S102で設定されたロール配置に応じて、適切な目標矯正形状20を設定する。かかる設定方法により、実際に鋼板形状を測定しなくても、目標矯正形状20を迅速かつ容易に設定することが可能となる。
(5.まとめ)
以上、本実施形態に係る鋼板形状制御装置10と、これを用いた鋼板形状制御方法について詳細に説明した。本実施形態によれば、電磁石位置で鋼板2の板幅方向Yの形状を、フラットに矯正するのではなく、積極的に湾曲形状に矯正する。この際、電磁石位置での鋼板形状を、反り量dが2.0mm以上のC状、W状、ギザギザ状の凹凸形状となり、かつ、ノズル位置での鋼板形状が、反り量dが1.0mm以下のフラットな形状となるように、電磁石101〜107、111〜117による電磁力や、IM等の浴中ロールの配置を調整する。これにより、ノズル位置での鋼板2の板幅方向Yの反りを低減し、ノズル位置での鋼板形状を高精度で平坦化できる、従って、ワイピングノズル8、8により鋼板2の板幅方向Yに均一に溶融めっきを払拭できるので、鋼板2の板幅方向Yのめっき付着量を均一化できる。
さらに、電磁石位置で鋼板2の板幅方向Yの形状を積極的に湾曲させることで、搬送方向Xに走行する鋼板2の剛性を高めることができる。従って、たとえ高速通板時であっても、ノズル位置における鋼板2の板厚方向Zの振動を好適に抑制できる。よって、鋼板2の長手方向(搬送方向X)のめっき付着量の変動を低減し、当該長手方向のめっき付着量を均一化できる。
また、従来の電磁矯正技術では、電磁石の周波数応答以上の高周波数の振動を抑制することは困難であった。しかし、本実施形態によれば、電磁石位置で鋼板2を湾曲させて剛性を高めることにより、電磁石の周波数応答以上の高周波数の振動をも好適に抑制できる。
さらに、従来の電磁矯正技術では、電磁石による電磁力で鋼板の振動を抑える際に、電磁力でしっかりと鋼板を保持すると、鋼板に電磁力付加位置を節とする自励振動が発生するという問題もあった。しかし、本実施形態によれば、鋼板2に振動が発生した場合には、電磁石101〜107、111〜117の制御ゲイン(特に比例ゲインK)を低下させることで、電磁力による鋼板拘束力を弱め、鋼板振動を好適に抑制することができる。
(実施例)
次に、本発明の実施例について説明する。なお、以下の実施例は、本発明の鋼板形状制御により鋼板のめっき付着量を均一化できることを確認するための例示に過ぎず、本発明の鋼板形状制御方法及び鋼板形状制御装置は以下の実施例に限定されるものではない。
上記図2に示した連続溶融金属めっき装置1を用いて、通板条件(鋼板2の板厚t及び板幅W、インターメッシュ(IM)、電磁石位置での鋼板2の目標強制形状(W形状)の反り量dの設定値)を変えて、鋼板2をめっきする試験を行った。この試験結果として、ノズル位置での鋼板形状の反り量d、ノズル位置での鋼板2の振動振幅A、鋼板2の板幅方向Yのメッキ付着量を測定した。この試験の条件と結果を表1に示す。
Figure 2013168668
(1)実施例1と比較例1の比較
表1に示すように、本発明の実施例1では、鋼板2(鋼板サイズ:板厚0.75mm×板幅900mm)を通板する際に、IM=30mmとし、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが5mmとなるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の反り量dが1.0mm未満、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aが2.0mm未満となり、板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが10g/m未満となりほぼ均一であった。
一方、比較例1では、上記実施例1と同じ鋼板サイズの鋼板2を、IM=30mmの条件で通板する際に、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが15mmとなるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の反り量dは1.0mm以上と大きくなり、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aが2.0mm未満であった。この結果、板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが10g/m以上になった。
以上の実施例1と比較例1の比較結果からわかるように、上記サイズの鋼板2を電磁強制する際に、実施例1のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを5mm程度に設定すれば、ノズル位置での振動振幅Aを2.0mm未満に抑制でき、かつ、ノズル位置の鋼板2の反り量dを1.0mm未満にできるため、板幅方向Yのめっき付着量を均一化できる。一方、比較例1のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを15mm程度という大きい値に設定すると、ノズル位置の鋼板2の反り量dが大きくなるため、板幅方向Yのめっき付着量を十分に均一化できないことが分かる。
(2)実施例2と比較例2の比較
表1に示すように、本発明の実施例2では、広幅の鋼板2(鋼板サイズ:板厚0.75mm×板幅1700mm)を通板する際に、IM=40mmとし、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが20mm(=上記電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dの上限値dRmax)となるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の反り量dが1.0mm未満、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aが2.0mm未満となり、板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが10g/m未満となり、板幅方向Yにほぼ均一であった。
一方、比較例2では、上記実施例2と同じ鋼板サイズの広幅の鋼板2を、IM=40mmの条件で通板する際に、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが25mmとなるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aは2.0mm未満となったが、ノズル位置の鋼板2の反り量dは1.0mm以上と大きくなり、この結果、板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが10g/m以上になり、板幅方向Yのめっき付着量にバラツキが生じた。また、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dを25mmとすると、電磁石に広幅の鋼板2が接触し、通板に問題が生じた。
以上の実施例2と比較例2の比較結果からわかるように、上記サイズの広幅の鋼板2を電磁強制する際に、実施例2のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを20mm程度に設定すれば、ノズル位置の鋼板2の反り量dを1.0mm未満に抑制して、板幅方向Yのめっき付着量を均一化できる。一方、比較例2のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを25mm程度という過大な値に設定すると、ノズル位置の鋼板形状の反り量dも大きくなりすぎ、1.0mm以上となってしまい、板幅方向Yのめっき付着量を十分に均一化できないことが分かる。また、電磁石に広幅の鋼板2の端部が接触する問題も生じた。従って、上記の板幅W=1700mmなどの広幅の鋼板2を用いる場合、電磁石位置の鋼板2の反り量dが20mm以下となるように、電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを20mm以下に設定することが好ましい。これにより、広幅の鋼板2が電磁石に対して接触することを回避できる。
(3)実施例3と比較例3の比較
表1に示すように、本発明の実施例3では、広幅の鋼板2(鋼板サイズ:板厚0.85mm×板幅1700mm)を通板する際に、IM=10mmとし、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが2mm(=上記電磁矯正時の電磁石位置での鋼板形状の反り量dの下限値dRmin)となるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の反り量dが1.0mm未満、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aが2.0mm未満となり、板幅方向Yのめっき付着量のバラツキが10g/m未満となり、板幅方向Yにほぼ均一であった。
一方、比較例3では、上記実施例3と同じ鋼板サイズの広幅の鋼板2を、IM=10mmの条件で通板する際に、電磁石位置での鋼板2のW形状の反り量dが1mmとなるように鋼板2の目標矯正形状20を設定した。この結果、ノズル位置の鋼板2の反り量dは1.0mm未満となったが、ノズル位置の鋼板2の振動振幅Aが2.0mm以上と大きくなり、この結果、鋼板2の長手方向(搬送方向X)のめっき付着量のバラツキが10g/m以上になった。
以上の実施例3と比較例3の比較結果からわかるように、上記サイズの鋼板2を電磁強制する際に、実施例3のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを、反り量dの下限値dRminである2mmに設定すれば、ノズル位置での振動振幅Aを2.0mm未満に抑制して、鋼板2の長手方向(搬送方向X)のめっき付着量を均一化できる。一方、比較例3のように電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを1mmという過小な値に設定すると、鋼板2の剛性が低下して鋼板2が振動しやすくなるため、ノズル位置での振動振幅Aが2.0mm以上となってしまい、鋼板2の長手方向のめっき付着量を十分に均一化できないことが分かる。従って、鋼板2の板幅Wに関わらず、電磁石位置の鋼板2の反り量dが2.0mm以上となるように、電磁石位置の目標矯正形状の反り量dを2.0mm以上に設定することが好ましい。これにより、ノズル位置での鋼板2の振動振幅Aを2.0mm未満に抑制して、鋼板2の長手方向のめっき付着量を均一にできる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
本発明は、鋼板形状制御装置および鋼板形状制御方法に広く適用でき、鋼板の板幅方向の形状を最適化することで、鋼板の反りと振動を好適に抑制し、鋼板の板幅方向及び長手方向のめっき付着量を均一化することができる。
1 連続溶融金属めっき装置
2 鋼板
3 めっき浴
4 浴槽
5 シンクロール
6、7 サポートロール
8 ワイピングノズル
10 鋼板形状制御装置
11 センサ
12 電磁石群
13 めっき付着量測定装置
14 制御装置
15 データベース
16 仮想ロール
17 仮想ロール
18 仮想のロールバネ
20 目標矯正形状
21 測定反り形状
22 センターライン
101、102、103、104、105、106、107 電磁石
111、112、113、114、115、116、117 電磁石
121、122、123、124、125、126、127 位置センサ
131、132、133、134、135、136、137 位置センサ
X 搬送方向
Y 板幅方向
Z 板厚方向

Claims (26)

  1. めっき浴から引き上げられた鋼板に対向して配置されるワイピングノズルと、前記ワイピングノズルよりも上方において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置される複数対の電磁石とを備えた連続溶融金属めっき装置において、前記電磁石により前記鋼板に対して板厚方向に電磁力を付加することにより前記鋼板の板幅方向の形状を制御する鋼板形状制御方法であって、
    (A)前記鋼板の通板条件に基づいて、第1の数値解析を行うことにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を湾曲形状に設定する工程と、
    (B)前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状が前記(A)工程で設定された湾曲形状となるように、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記鋼板を走行させたときに、前記ワイピングノズルと前記電磁石との間の所定位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定する、又は、前記電磁石位置よりも後段で前記鋼板に対する溶融金属の付着量を測定する工程と、
    (C)前記(B)工程で測定された形状又は付着量に基づいて、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を計算する工程と、
    (D)前記(C)工程で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合に、前記第1の数値解析を行うことにより、前記目標矯正形状を、前記(A)工程で設定された湾曲形状とは異なる反り量の湾曲形状に調整して、前記(B)及び(C)工程を繰り返す工程と、
    (E)前記(C)工程で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記所定位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定する工程と、
    (F)前記(E)工程で測定された振動に基づいて、第2の数値解析を行うことにより、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を計算する工程と、
    (G)前記(F)工程で計算された振動の振幅が第2の上限値以上である場合に、当該振幅が前記第2の上限値未満になるように、前記第2の数値解析を行うことにより、前記電磁石の制御ゲインを調整する工程と、
    を含むことを特徴とする、鋼板形状制御方法。
  2. 前記連続溶融金属めっき装置は、前記ワイピングノズルよりも上方かつ前記電磁石よりも下方において前記鋼板に対向して配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する1又は2以上の第1のセンサを更に備え、
    前記(B)工程では、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定し、
    前記(E)工程では、前記(C)工程で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定することを特徴とする、請求項1に記載の鋼板形状制御方法。
  3. 前記連続溶融金属めっき装置は、前記電磁石の位置において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する複数対の第2のセンサを更に備え、
    前記(A)工程は、
    (A1)前記電磁石により電磁力を付加しない状態で前記鋼板を走行させたときに、前記第2のセンサにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板厚方向の位置を測定する工程と、
    (A2)前記(A1)工程で測定された位置に基づいて、前記電磁石により電磁力を付加しない状態における前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状を計算する工程と、
    (A3)前記目標矯正形状を、前記(A2)工程で計算された反り形状に応じた湾曲形状に設定する工程と、
    を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の鋼板形状制御方法。
  4. 前記(A3)工程では、前記目標矯正形状を、前記(A2)工程で計算された反り形状と板厚方向に対称な湾曲形状に設定することを特徴とする、請求項3に記載の鋼板形状制御方法。
  5. 前記(A)工程では、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記通板条件ごとに前記電磁石による前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を予め定めたデータベースを用いて、前記目標矯正形状を設定することを特徴とする、請求項1又は2に記載の鋼板形状制御方法。
  6. 前記(D)工程では、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記めっき浴中に設けられたロールの配置を調整することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  7. 前記ロールは、前記鋼板の走行方向を鉛直上方に変換するシンクロールと、前記シンクロールの上方に設けられ、鉛直上方に走行する前記鋼板に接触する少なくとも1つのサポートロールとを含み、
    前記(D)工程では、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記サポートロールによる前記鋼板の押し込み量を調整することを特徴とする、請求項6に記載の鋼板形状制御方法。
  8. 前記(D)工程では、
    前記(C)工程で計算された形状の反り量が前記第1の上限値以上である場合、又は、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状の反り量が所定の範囲外となる場合に、前記目標矯正形状を、前記(A)工程で設定された湾曲形状より小さい反り量の湾曲形状に再設定して、前記(B)及び(C)工程を繰り返すことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  9. 前記第1の数値解析は、仮想ロールを用いて行われることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  10. 前記第2の数値解析において、バネ定数を用いて前記鋼板の前記振幅が計算されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  11. 前記電磁石の制御方式はPID制御であり、
    前記(G)工程では、
    前記制御ゲインとして、前記PID制御の比例動作の比例ゲインを低下させることによって、前記振幅を抑制することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  12. 電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量の範囲は、2.0mm以上であることを特徴とする、請求項5〜11のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  13. 前記第1の上限値は、1.0mmであり、前記第2の上限値は、2.0mmであることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載の鋼板形状制御方法。
  14. めっき浴から引き上げられた鋼板に対向して配置されるワイピングノズルを備えた連続溶融金属めっき装置に設けられ、前記鋼板に対して板厚方向に電磁力を付加することにより前記鋼板の板幅方向の形状を制御する鋼板形状制御装置において、
    前記ワイピングノズルよりも上方において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置される複数対の電磁石と、
    前記電磁石を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    (A)前記鋼板の通板条件に基づいて、第1の数値解析を行うことにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を湾曲形状に設定し、
    (B)前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状が前記(A)で設定された湾曲形状となるように、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記鋼板を走行させたときに、前記ワイピングノズルと前記電磁石との間の所定位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定する、又は、前記電磁石位置よりも後段で前記鋼板に対する溶融金属の付着量を測定し、
    (C)前記(B)で測定された形状又は付着量に基づいて、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を計算し、
    (D)前記(C)で計算された形状の反り量が第1の上限値以上である場合に、前記第1の数値解析を行うことにより、前記目標矯正形状を、前記(A)で設定された湾曲形状とは異なる反り量の湾曲形状に調整して、前記(B)及び(C)を繰り返し、
    (E)前記(C)で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記所定位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定し、
    (F)前記(E)で測定された振動に基づいて、第2の数値解析を行うことにより、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を計算し、
    (G)前記(F)で計算された振動の振幅が前記第2の上限値以上である場合に、当該振幅が前記第2の上限値未満になるように、前記第2の数値解析を行うことにより、前記電磁石の制御ゲインを調整することを特徴とする、鋼板形状制御装置。
  15. 前記鋼板形状制御装置は、前記ワイピングノズルよりも上方かつ前記電磁石よりも下方において前記鋼板に対向して配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する1又は2以上の第1のセンサを更に備え、
    前記制御装置は、
    前記(B)では、前記電磁石により前記鋼板に電磁力を付加した状態で、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板幅方向の形状を測定し、
    前記(E)では、前記(C)で計算された形状の反り量が前記第1の上限値未満である場合に、前記第1のセンサにより、前記第1のセンサの位置での前記鋼板の板厚方向の振動を測定することを特徴とする、請求項14に記載の鋼板形状制御装置。
  16. 前記鋼板形状制御装置は、前記電磁石の位置において前記鋼板の板厚方向両側に板幅方向に沿って配置され、前記鋼板の板厚方向の位置を測定する複数対の第2のセンサを更に備え、
    前記制御装置は、
    前記(A)で前記目標矯正形状を設定するに際し、
    (A1)前記電磁石により電磁力を付加しない状態で前記鋼板を走行させたときに、前記第2のセンサにより、前記電磁石の位置での前記鋼板の板厚方向の位置を測定し、
    (A2)前記(A1)で測定された位置に基づいて、前記電磁石により電磁力を付加しない状態における前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状を計算し、
    (A3)前記目標矯正形状を、前記(A2)で計算された反り形状に応じた湾曲形状に設定することを特徴とする、請求項14又は15に記載の鋼板形状制御装置。
  17. 前記(A3)では、前記目標矯正形状を、前記(A2)で計算された反り形状と板厚方向に対称な湾曲形状に設定することを特徴とする、請求項16に記載の鋼板形状制御装置。
  18. 前記制御装置は、
    前記(A)で前記目標矯正形状を設定するに際し、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記通板条件ごとに前記電磁石による前記鋼板の板幅方向の目標矯正形状を予め定めたデータベースを用いて、前記目標矯正形状を設定することを特徴とする、請求項14又は15に記載の鋼板形状制御装置。
  19. 前記制御装置は、前記(D)において、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記めっき浴中に設けられたロールの配置を調整することを特徴とする、請求項14〜18のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  20. 前記ロールは、前記鋼板の走行方向を鉛直上方に変換するシンクロールと、前記シンクロールの上方に設けられ、鉛直上方に走行する前記鋼板に接触する少なくとも1つのサポートロールとを含み、
    前記制御装置は、前記(D)において、
    電磁力を付加した状態で、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が所定の範囲内となり、かつ、前記ワイピングノズルの位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量が前記第1の上限値未満となるように、前記サポートロールによる前記鋼板の押し込み量を調整することを特徴とする、請求項19に記載の鋼板形状制御装置。
  21. 前記制御装置は、前記(D)において、
    前記(C)で計算された形状の反り量が前記第1の上限値以上である場合、又は、前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の反り形状の反り量が所定の範囲外となる場合に、前記目標矯正形状を、前記(A)で設定された湾曲形状より小さい反り量の湾曲形状に再設定して、前記(B)及び(C)を繰り返すことを特徴とする、請求項14〜21のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  22. 前記第1の数値解析は、仮想ロールを用いて行われることを特徴とする、請求項14〜21のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  23. 前記第2の数値解析において、バネ定数を用いて前記鋼板の前記振幅が計算されることを特徴とする、請求項14〜22のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  24. 前記電磁石の制御方式はPID制御であり、
    前記(G)工程では、
    前記制御ゲインとして、前記PID制御の比例動作の比例ゲインを低下させることによって、前記振幅を抑制することを特徴とする、請求項14〜23のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  25. 前記電磁石の位置での前記鋼板の板幅方向の形状の反り量の範囲は、2.0mm以上であることを特徴とする、請求項18〜24のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
  26. 前記第1の上限値は、1.0mmであり、前記第2の上限値は、2.0mmであることを特徴とする、請求項14〜25のいずれか一項に記載の鋼板形状制御装置。
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