KR20140035516A - 금속대의 안정 장치 및 용융 도금 금속대의 제조 방법 - Google Patents

금속대의 안정 장치 및 용융 도금 금속대의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 유도 전류에 의한 진동 억제 능력의 저하를 회피할 수 있는 금속대의 안정 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 금속대의 안정 장치는, 온라인 주행 중의 금속대(2)의 변위를 측정하는 비접촉 변위 센서와, 비접촉 변위 센서로부터의 신호를 입력하여, 진동 억제 신호와 위치 교정 신호를 출력하는 제어부(5)와, 제어부(5)로부터 출력되는 진동 억제 신호에 따라 자력을 발생하는 진동 억제용 코일(7a)과, 제어부(5)로부터 출력되는 위치 교정 신호에 따라 자력을 발생하는, 진동 억제용 코일(7a)보다도 권수(卷數)가 많은 위치 교정용 코일(7b)과, 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)이 동심(同心)으로 감겨지고, 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)이 발생하는 자력을 금속대(2)로 유도하는 코어(6)와, 위치 교정용 코일(7b)에 급전(給電)하는 전기 회로에 직렬로 설치된 유도 전류 대책용 코일(13a)을 구비한다.

Description

금속대의 안정 장치, 용융 도금 금속대의 제조 방법 및, 금속대{METAL STRIP STABILIZER, METHOD FOR MANUFACTURING HOT DIPPED METAL STRIP, AND METAL STRIP}
본 발명은, 금속대(metal strip)의 안정 장치, 이것을 이용한 용융 도금 금속대의 제조 방법 및, 이것을 이용하여 제조된 금속대에 관한 것이다.
금속대를 제조하는 라인에 있어서, 금속대의 진동이나 휨을 억제하여 금속대의 패스 라인을 안정적으로 유지하는 것은, 금속대의 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 그 제조 라인의 능률을 향상시키는 것에도 기여한다.
예를 들면, 용융 도금 금속대의 제조 라인에 있어서는, 금속대를 용융 금속 욕(hot-dip metal bath) 중에 침지하면서 통판(通板)함으로써, 금속대의 표면에 용융 금속을 부착하는 공정이 있다. 이 공정에서는, 용융 금속의 부착량의 불균일이 발생하는 것을 억제하기 위해, 용융 금속욕 후에 설치된 가스 와이퍼로부터 분출하는 와이핑 가스에 의해 금속대에 부착된 과잉의 용융 금속을 불식(拂拭;shake off)하는 조정이 행해진다.
이 용융 금속의 조정에서는, 금속대의 표리에 판폭 방향으로 균일하게 압력이 가해지도록 가스 와이퍼로부터 와이핑 가스를 분출하는 것이 필요하다. 따라서, 금속대가 진동하고 있는 경우, 금속대가 휘어 있는 경우, 혹은 금속대의 패스 라인이 표리 어딘가에 치우쳐 있는 경우 등, 가스 와이퍼와 금속대와의 거리가 일정하지 않을 때는, 와이핑 가스의 압력이 판폭 방향 및 통판 방향으로 균일해지지 않는다. 그 결과, 금속대의 표리나 판폭 방향 및 통판 방향에 용융 금속의 부착량의 불균일이 발생한다는 문제가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로서, 전자석을 이용하여 금속대의 휨이나 진동을 비접촉으로 억제하여, 금속대의 패스 라인을 안정화하는 기술이 알려져 있다. 예를 들면, 금속대를 이동시켜야 할 패스 라인에 대하여 한 쌍의 전자석을 서로 대향하도록 배치하고, 별도 설치한 위치 검출기로부터의 신호에 따라서 각 전자석의 흡인력을 서로 전환하면서 금속대에 작용시키는 방법이 알려져 있다(특허문헌 1 참조).
상기와 같은 전자석을 이용한 금속대의 진동 억제에는 전자석의 응답성이 요구되며, 휨 교정 및 패스 라인 교정에는 전자석의 흡인력이 요구된다. 또한, 이후, 휨 교정과 패스 라인 교정을 합한 것을 위치 교정이라고 한다. 즉, 금속대의 진동 억제와 위치 교정을 동시에 실현하려면, 응답성과 흡인력이라는 상반된 성질이 필요해진다. 전자석의 흡인력을 크게 하기 위해 코일의 권수(卷數)를 늘리면 전자석의 응답성은 나빠지고, 한편, 전자석의 응답성을 좋게 하기 위해 권수를 적게 하면 전자석의 흡인력이 작아져 버리기 때문이다.
그래서, 이 문제를 해결하기 위해, 진동 억제용과 위치 교정용의 각각 독립된 2계통의 코일을 갖는 전자석을 이용하는 금속대 비접촉 제어 기술이 제안되고 있다(특허문헌 2 참조). 이 기술에 의하면, 권수가 적은 진동 억제용 코일에 의해 진동 제어를 행함과 함께, 권수가 많은 위치 교정용 코일에 의해 휨 교정 및 패스 라인 교정을 행하는 것이 가능하기 때문에, 진동 억제 능력과 위치 교정 능력을 양립하여 제어를 행할 수 있다.
일본공개특허공보 평2-62355호 일본공개특허공보 제2004-124191호
그러나, 상기의 독립된 2계통의 코일을 갖는 전자석을 이용하는 금속대 비접촉 제어 기술에서는, 진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 상호 유도에 의해, 진동 억제용 코일의 전류 변화가 위치 교정용 코일의 전류에 영향을 주고, 역으로, 위치 교정용 코일의 전류 변화가 진동 억제용 코일의 전류에 영향을 주어 버린다. 이 결과, 상기 제어 기술에는, 제어 신호가 요구하는 흡인력과는 상이한 흡인력을 발생시켜 버린다는 문제가 있었다. 즉, 진동 억제용과 위치 교정용의 각각 독립된 2계통의 코일을 갖는 전자석을 이용하는 금속대의 안정 장치는, 진동 억제 능력과 위치 교정 능력을 양립하여 제어를 행할 수 있지만, 진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 상호 유도에 의해, 진동 억제 능력이 저하된다는 문제점이 있었다.
본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 유도 전류에 의한 진동 억제 능력의 저하를 회피할 수 있는 금속대의 안정 장치 및, 이것을 이용한 용융 도금 금속대의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하고, 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 금속대의 안정 장치는, 온라인 주행 중의 금속대의 변위를 측정하는 비접촉 변위 센서와, 상기 비접촉 변위 센서로부터의 신호를 입력하여, 상기 금속대의 진동을 억제하기 위한 진동 억제 신호와 상기 금속대의 위치를 교정하기 위한 위치 교정 신호를 출력하는 제어부와, 상기 제어부로부터 출력되는 진동 억제 신호에 따라 자력(磁力)을 발생하는 제1 코일과, 상기 제어부로부터 출력되는 위치 교정 신호에 따라 자력을 발생하는, 상기 제1 코일보다도 권수가 많은 제2 코일과, 상기 제1 코일과 상기 제2 코일이 동심(同心)으로 감겨지고, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일이 발생하는 자력을 상기 금속대로 유도하는 코어와, 상기 제2 코일에 급전(給電)하는 전기 회로에 직렬로 설치된 제3 코일을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속대의 안정 장치 및 용융 도금 금속대의 제조 방법에 의하면, 진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 유도 전류에 의한 진동 억제 능력의 저하를 회피할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치에 이용하는 전자석의 예를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치에 있어서의 제어부의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 조작량 연산 장치의 구성예를 설명하는 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치에 있어서의 전자석의 전기 회로를 나타내는 개략도이다.
도 6은 일반적인 용융 도금 금속대의 제조 라인의 일부를 나타내는 개략도이다.
도 7은 용융 도금 금속대의 제조 라인의 가스 와이퍼 근방의 확대도이다.
도 8은 비교예의 금속대의 안정 장치에 의한 측정 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치에 의한 측정 데이터를 나타내는 그래프이다.
도 10은 도 8에 나타나는 측정 데이터와 도 9에 나타나는 측정 데이터에 포함되는 노이즈의 크기를 비교하는 그래프이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치에 대해서 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 구성을 나타내는 개략도이다. 도 1에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 도면 중의 화살표 A방향으로 주행하는 금속대(2)를 사이에 끼우도록 대향하여 설치되는 한 쌍의 전자석(3a, 3b)과, 전자석(3a, 3b)의 근방에 배치되는 비접촉 변위 센서(4)와, 비접촉 변위 센서(4)로부터의 입력에 기초하여 전자석(3a, 3b)을 제어하는 제어부(5)를 구비한다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 이용하는 전자석(3a)의 예를 나타내는 개략도이다. 또한, 여기에서는 금속대(2)의 표면용의 전자석(3a)에 대해서만 설명을 행하지만, 이하의 설명은, 금속대(2)의 이면(裏面)용의 전자석(3b)에 대해서도 성립된다. 도 2에 나타나는 전자석(3a)은, 하나의 코어(6)에 2개의 권선(卷線)을 동심으로 감아 구성한 코일(7a)과 코일(7b)로 이루어지는 동심 코일에 의해 구성되어 있다. 2개의 코일(7a, 7b)은, 권수를 바꾸어 구성되고, 2개의 코일(7a, 7b) 중 권수가 적은 쪽의 코일이 진동 억제용 코일(7a)이며, 권수가 많은 쪽의 코일이 위치 교정용 코일(7b)이다.
진동 억제용 코일(7a)은, 대상으로 하는 금속대(2)의 진동 주파수(통상은 금속대의 굽힘이나 비틀림 등의 고유 진동수)에 충분히 추종할 수 있는 만큼의 높은 응답성이 요구되지만, 금속대의 고유 주파수의 진동을 억제하기 위해서는, 큰 흡인력을 필요로 하지 않는다. 따라서, 진동 억제용 코일(7a)의 권수는, 위치 교정용 코일(7b)보다도 적게 구성되어 있다.
이에 대하여, 위치 교정용 코일(7b)은, 높은 응답성은 불필요하지만, 작은 전류로 큰 흡인력을 발생할 수 있는 쪽이 바람직하다. 따라서, 위치 교정용 코일(7b)의 권수는, 전자석(3a)의 사이즈 및 전기 저항의 값이 지나치게 커지지 않는 범위에서 많은 쪽이 바람직하다.
이하에, 코일의 권수와, 전자석의 응답성 및 흡인력과의 관계에 대해서 설명한다.
전자석의 동작은 식 (1)의 방정식으로 표현된다.
e ＝ Ldi/dt＋Ri …(1)
여기에서, e는 인가 전압이고, i는 코일을 흐르는 전류이고, L은 코일의 인덕턴스이고, R은 코일의 저항이다.
식 (1)로 나타나는 바와 같이, 코일을 흐르는 전류(i)는 인가 전압(e)에 대하여 1차 지연계(primary delay system)가 되어 있고, 그 시정수(時定數)(T)는 식 (2)로 표현된다.
T ＝ L/R …(2)
여기에서, 코일의 인덕턴스(L)는 코일의 권수(N)의 2승에 비례하고, 코일의 저항(R)은 코일의 권수(N)에 비례한다. 따라서, 식 (2)에 의해 시정수(T)는 코일의 권수(N)에 비례하게 된다. 이것은, 코일의 권수를 늘리면 늘릴수록 시정수가 커져, 즉응성(卽應性)이 낮아지는 것을 의미하고 있다.
한편, 전자석의 흡인력(F)은 식 (3)으로 표현되는 바와 같이, 코일의 권수(N)의 2승 및 코일을 흐르는 전류(i)의 2승에 비례한다.
F ∝ N2i2 …(3)
따라서, 동일한 전류로 큰 흡인력을 얻으려면, 코일의 권수(N)를 늘리는 편이 유리하다.
이상을 정리하면, 코일의 권수(N)는 응답성을 높이려면 적은 편이 좋지만, 흡인력을 강하게 하기 위해서는 많은 편이 좋은 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 형태에 따른 전자석(3a)에서는, 큰 흡인력은 불필요하지만 높은 응답성을 필요로 하는 진동 억제용 코일(7a)의 권수를 위치 교정용 코일(7b)의 권수보다도 작게 구성한다. 한편, 높은 응답성은 불필요하지만 큰 흡인력을 필요로 하는 위치 교정용 코일(7b)의 권수를 진동 억제용 코일(7a)의 권수보다도 크게 구성한다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 있어서의 제어부(5)의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 3에 나타나는 바와 같이 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 제어부(5)는, 조작량 연산 장치(8)와, 표리 분배 장치(9a, 9b)와, 앰프(10a, 10b, 10c, 10d)와, 인덕터(11a, 11b)를 구비한다.
조작량 연산 장치(8)는, 비접촉 변위 센서(4)에 의한 금속대의 변위의 측정값과 입력 수단(12)에 의해 설정한 목표값과의 편차 신호에 대하여, 비례, 미분 및, 적분 등의 소위 PID 제어를 행하고, 진동 억제 신호와 위치 교정 신호를 출력한다. 도 4는, 조작량 연산 장치(8)의 구성예를 설명하는 블록도이다.
도 4에 나타나는 바와 같이, 조작량 연산 장치(8)는, 진동 억제용의 PID 제어부(8a)와 위치 교정용의 PID 제어부(8b)를 구비한다. 진동 억제용의 PID 제어부(8a)는, 금속대의 변위의 측정값과 목표값과의 편차 신호를 입력하여, 진동 억제 신호를 출력하는 연산 수단이며, 위치 교정용의 PID 제어부(8b)는, 금속대의 변위의 측정값과 목표값과의 편차 신호를 입력하여, 위치 교정 신호를 출력하는 연산 수단이다.
여기에서, 진동 억제용의 PID 제어부(8a)의 연산은, 응답성을 중시한 연산으로 하고, 위치 교정용의 PID 제어부(8b)의 연산은, 정적인 흡인력을 중시한 연산으로 한다. 즉, 진동 억제용의 PID 제어부(8a)의 연산은, 입력 신호에 포함되는 고주파 성분의 이득이 커지도록 설정되고, 위치 교정용의 PID 제어부(8b)의 연산은, 입력 신호에 포함되는 저주파 성분의 이득이 커지도록 설정된다. 예를 들면, 진동 억제용의 PID 제어부(8a)에서는 미분 게인(gain)의 설정을 크게 하고, 위치 교정용의 PID 제어부(8b)에서는 적분 게인의 설정을 크게 함으로써, 상기 설정이 실현된다.
또한, 여기에서 말하는 고주파 및 저주파란, 진동 억제용의 PID 제어부(8a)와 위치 교정용의 PID 제어부(8b)와의 비교에 있어서의 고저(高低)를 의미한다. 또한, 상기 구성에 의하면, 진동 억제 신호는 고주파 성분을 많이 포함한 신호가 되고, 위치 교정 신호는 저주파 성분을 많이 포함한 신호가 되지만, 이것은 진동 억제 신호의 주파수 성분의 평균값은 위치 교정 신호의 주파수 성분의 평균값보다도 높다는 것을 의미하며, 진동 억제 신호의 주파수 분포와 위치 교정 신호의 주파수 분포와의 사이에 중복 부분이 존재하는 것을 허용한다.
이상과 같이 조작량 연산 장치(8)를 구성함으로써, 조작량 연산 장치(8)는, 비접촉 변위 센서(4)에 의한 금속대의 변위의 측정값으로부터 진동 억제에 사용하는 성분과 위치 교정에 사용하는 성분이 분리되어, 진동 억제 신호와 위치 교정 신호를 각각 진동 억제용의 표리 분배 장치(9a)와 위치 교정용의 표리 분배 장치(9b)로 송신한다.
도 3의 참조로 되돌아온다. 표리 분배 장치(9a, 9b)는, 조작량 연산 장치(8)에 의해 연산된 진동 억제 신호와 위치 교정 신호를, 금속대(2)의 표면용의 전자석(3a) 및 이면용의 전자석(3b)에 이용하기 위해 분배한다. 앰프(10a)는, 표리 분배 장치(9a)에 의해 분배된 표면용의 진동 억제 신호에 따라, 전자석(3a)의 진동 억제용 코일로 급전하고, 앰프(10b)는, 표리 분배 장치(9b)에 의해 분배된 표면용의 위치 교정 신호에 따라, 전자석(3a)의 위치 교정용 코일로 급전한다. 한편, 앰프(10c)는, 표리 분배 장치(9a)에 의해 분배된 이면용의 진동 억제 신호에 따라, 전자석(3b)의 진동 억제용 코일로 급전하고, 앰프(10d)는, 표리 분배 장치(9b)에 의해 분배된 이면용의 위치 교정 신호에 따라, 전자석(3b)의 위치 교정용 코일로 급전한다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 있어서의 전자석(3a)의 전기 회로를 나타내는 개략도이다. 여기에서는, 지면의 형편상, 금속대(2)의 표면용의 전자석(3a)에 대한 전기 회로만을 개략적으로 나타내고 있다.
도 5에 나타나는 바와 같이, 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)에는, 각각 진동 억제용의 앰프(10a) 및 위치 교정용의 앰프(10b)가 접속되어 있다. 진동 억제용의 앰프(10a)는, 입력된 진동 억제 신호에 따라, 전기 회로를 통하여 진동 억제용 코일(7a)로 급전한다. 위치 교정용의 앰프(10b)는, 입력된 위치 교정 신호에 따라, 전기 회로를 통하여 위치 교정용 코일(7b)로 급전한다.
또한, 위치 교정용 코일(7b)과 위치 교정용의 앰프(10b)를 포함하는 전기 회로는, 인덕터(11a)로서, 코일(13a)을 직렬로 구비한다. 이하, 이것을 유도 전류 대책용 코일(13a)이라고 한다. 도 5에 나타나는 유도 전류 대책용 코일(13a)의 예에서는, 자기 회로(13b)를 폐(閉)회로로 구성한 코일의 예를 도시하고 있다. 또한, 자기 회로(13b)가 폐회로로 구성된 코일은 토로이달 코일(toroidal coil) 이라고도 불린다. 유도 전류 대책용 코일(13a)의 자기 회로(13b)는 개(開)회로로도 효과를 얻을 수 있지만, 자속의 누락 등에 의한 환경 변화의 영향을 받기 어렵도록, 유도 전류 대책용 코일(13a)의 자기 회로(13b)를 폐회로로 하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 구성한 유도 전류 대책용 코일(13a)은, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 있어서 이하와 같이 작용한다.
진동 억제용 코일(7a)에는, 금속대(2)의 진동 주파수에 따라서 높은 주파수의 전류가 흐르게 된다. 그리고, 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)이 동심 코일로서 구성되어 있기 때문에, 상호 유도에 의해 위치 교정용 코일(7b)에 높은 주파수의 기전력이 발생한다.
종래 기술의 금속대의 안정 장치에서는, 상호 유도의 기전력에 의해 위치 교정용 코일(7b)의 전류가 변동하여, 위치 교정용 코일(7b)의 흡인력이 변동하여 진동 제어에 악영향을 미치고 있었다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에서는, 위치 교정용 코일(7b)의 전기 회로에 유도 전류 대책용 코일(13a)을 접속하고 있기 때문에, 유도 전류 대책용 코일(13a)의 인덕턴스에 의해 위치 교정용 코일(7b)의 전기 회로의 전류 변화를 억제할 수 있다. 이하, 유도 전류 대책용 코일(13a)에 의해 위치 교정용 코일(7b)의 전기 회로의 전류 변동을 억제하는 구조에 대해서 설명한다.
진동 억제용 코일(7a)에 흐르는 전류를 i1로 하고, 위치 교정용 코일(7b)에 흐르는 전류를 i2로 했을 때, 진동 억제용 코일(7a)에 발생하는 유도 기전력(e1) 및, 위치 교정용 코일(7b)에 발생하는 유도 기전력(e2)은, 다음식으로 표현된다.
e1 ＝ －Mdi2/dt …(4)
e2 ＝ －Mdi1/dt …(5)
여기에서, M은 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)과의 상호 인덕턴스로, 다음식으로 표현된다.
M ＝ k×√(L1×L2) …(6)
여기에서, k는 코일의 형상이나 상호 위치로 결정되는 계수이며, L1은 진동 억제용 코일(7a)의 인덕턴스, L2는 위치 교정용 코일(7b)의 인덕턴스이다.
위치 교정용 코일(7b)에는, 위치 교정을 행하기 위한 정적인 전류가 흐르게 되어, 전류의 시간 변화 di2/dt가 거의 제로가 된다. 따라서, 상기식 (4)로부터 알 수 있는 바와 같이, 진동 억제용 코일(7a)에는 거의 유도 기전력(e1)이 발생하지 않는다. 즉, 위치 교정용 코일(7b)에 흐르는 위치 교정용의 전류는, 진동 억제용 코일(7a)에 의한 진동 억제 제어에 거의 영향을 주지 않는다.
한편, 진동 억제용 코일(7a)은, 진동 억제를 행하기 위한 동적인 전류가 흐르게 되어, 전류의 시간 변화 di1/dt가 크다. 따라서, 상기식 (5)로부터 알 수 있는 바와 같이, 위치 교정용 코일(7b)에는 큰 유도 기전력(e2)이 발생한다.
그러나, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에서는, 위치 교정용 코일(7b)의 전기 회로에 유도 전류 대책용 코일(13a)이 접속되어 있기 때문에, 유도 기전력에 의해 발생하는 전류는, 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)과의 합성 인덕턴스에 의해 억제된다.
도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)이 직렬로 접속되어 있기 때문에, 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)과의 합성 인덕턴스(L)는 다음식으로 표현된다.
L ＝ L2 ＋L3 …(7)
여기에서, L2, L3은, 각각 위치 교정용 코일(7b) 및 유도 전류 대책용 코일(13a)의 인덕턴스이다.
그런데, 코일을 흐르는 교류 전류의 리액턴스는, 교류 전류의 주파수와 인덕턴스에 비례한다. 한편, 전술한 바와 같이, 진동 억제 신호는 고주파 성분을 많이 포함한 신호이며, 위치 교정 신호는 저주파 성분을 많이 포함한 신호이다. 따라서, 진동 억제용 코일(7a)로부터 위치 교정용 코일(7b)로 유도된 전류는, 고주파 성분을 많이 포함한 전류로서, 합성 인덕턴스(L)의 크기의 영향을 크게 받아 억제된다. 한편, 위치 교정용 코일(7b)에 흐르는 전류는, 합성 인덕턴스(L)의 크기의 영향을 크게 받는 경우가 없다. 게다가, 식 (7)로부터 알 수 있는 바와 같이, 유도 전류 대책용 코일(13a)이 접속되어 합성 인덕턴스(L)가 커졌다고 해도, 위치 교정용 코일(7b)의 인덕턴스(L2)의 크기는 변하지 않기 때문에, 위치 교정용 코일(7b)에 의한 전자석으로서의 특성은 변하지 않는다.
전자석의 동작은 전술한 바와 같이 1차 지연계가 되고, 그 시정수는, 식 (2)에 의해 주어진다. 따라서, 합성 인덕턴스(L)가 클수록 시정수가 커져, 전류 변동을 억제하는 것이 가능해진다. 한편, 유도 전류 대책용 코일(13a)의 권수를 크게 함으로써, 합성 인덕턴스(L)를 크게 할 수 있지만, 권수가 많은 경우, 유도 전류 대책용 코일(13a)의 치수가 커져 설치 공간이 많이 필요해짐과 함께, 회로 전체의 저항이 커지기 때문에, 앰프의 부하가 커진다는 단점이 있다.
그래서, 진동 제어 성능과 상기 단점을 고려하여 유도 전류 대책용 코일의 인덕턴스를 결정할 필요가 있다. 후술하는 본 발명의 실시 형태의 효과의 실증 실험에 따르면, 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)의 직렬 합성의 시정수를, 위치 교정용 코일(7b)의 4배 내지 10배의 범위 내로 하는 것이 바람직하다. 식 (2)의 관계로부터 본 조건을 다시 표현하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 진동 억제용 코일(7a), 위치 교정용 코일(7b) 및, 전류 대책용 코일(13a)이 아래식의 범위가 되도록 설계되는 것이 바람직하다.
4L2/R2 ＜ (L2＋L3)/(R2＋R3) ＜ 10L2/R2 …(8)
여기에서, L2, L3은, 각각 위치 교정용 코일(7b) 및 유도 전류 대책용 코일(13a)의 인덕턴스이며, R2, R3은, 각각 위치 교정용 코일(7b) 및 유도 전류 대책용 코일(13a)의 저항이다.
또한, 유도 전류 대책용 코일(13a)을 설치하는 것은, 위치 교정용 코일(7b)의 응답성을 고의로 악화시키게 된다. 그러나, 전술한 바와 같이, 위치 교정용 코일(7b)에는 응답성이 요구되지 않기 때문에, 금속대의 위치 교정에 영향은 없다. 결과적으로, 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)과의 상호 유도 전류를 억제하여 진동 제어로의 악영향을 회피하여, 진동 억제용 코일(7a)의 응답성, 위치 교정용 코일(7b)의 흡인력을 양립하는 것이 가능해진다.
다음으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)를, 용융 도금 금속대의 제조 라인에 배치하는 구성예에 대해서 설명한다.
도 6은, 일반적인 용융 도금 금속대의 제조 라인의 일부를 나타내는 개략도이다. 도 6에 나타나는 용융 도금 금속대의 제조 라인에 있어서, 금속대(2)는, 냉간 압연 프로세스 등의 전(前)공정으로부터 운반되어, 무산화성 혹은 환원성의 분위기로 유지된 어닐링로(爐; 14)에 있어서 어닐링 처리를 한 후, 용융 금속의 온도와 거의 동일한 정도까지 냉각되어 용융 금속욕(15) 내로 유도된다.
용융 금속욕(15) 내에 있어서, 금속대(2)는, 용융 금속 중을 침지하면서 통판하고, 그의 표면에 용융 금속이 부착된다. 그 후, 용융 금속욕(15)으로부터 인출된 금속대(2)는, 가스 와이퍼(16)로부터 분출되는 가스에 의해 과잉한 용융 금속이 불식되어, 용융 금속의 부착량의 조정이 행해진다.
이어지는 프로세스에서는, 용도에 따라서, 예를 들면 그 금속대(2)가 자동차용 외판(外板)으로서 사용되는 경우에는, 합금화로(17)를 사용하여 금속대를 재가열하여 균질인 합금층을 만들어내는 합금화 처리를 행하는 경우가 있다. 금속대(2)는 냉각대(18)를 통과한 후, 화성 처리부(19)에서 특수한 방청, 내식 처리가 행해지고, 코일로 권취되어 출하된다.
도 7은, 용융 도금 금속대의 제조 라인의 가스 와이퍼의 근방(도 6 중의 파선 영역)의 확대도이다. 도 7에 나타나는 바와 같이, 용융 도금 금속대의 제조 라인의 가스 와이퍼(16)의 근방에서는, 인입 롤러(20)가 금속대(2)를 용융 금속욕(15) 중에 인입하여, 용융 금속욕(15) 중에서 금속대(2)에 용융 금속을 부착시키고, 인상 롤러(21)가 금속대(2)를 용융 금속욕(15) 외로 인상한다. 가스 와이퍼(16)는, 인상 롤러(21)가 금속대(2)를 인상하는 도중의 패스 라인에 배치되고, 금속대(2)에 부착된 과잉의 용융 금속을 불식함으로써 용융 금속의 부착량을 조정한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 전자석(3a, 3b) 및 비접촉 변위 센서(4)는, 가스 와이퍼(16)의 바로 위의 패스 라인에 배치되어, 금속대의 진동 및 위치를 제어한다. 당해 배치에 의해, 가스 와이퍼(16)와 금속대(2)와의 거리가 일정해지는 결과, 와이핑 가스의 압력이 균일해져, 금속대(2)에 대한 용융 금속의 부착량의 불균일을 억제할 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 효과의 검증 실험에 대해서 설명한다. 도 8은, 비교예의 금속대의 안정 장치에 의한 측정 데이터를 나타내는 그래프이며, 도 9는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 의한 측정 데이터를 나타내는 그래프이다. 또한, 도 10은, 도 8에 나타나는 측정 데이터와 도 9에 나타나는 측정 데이터에 포함되는 노이즈의 크기를 비교하는 그래프이다.
도 8에 나타나는 그래프는, 유도 전류 대책용 코일(13a)을 이용하지 않는 금속대의 안정 장치에 있어서, 진동 억제용 코일(7a)에 전류 3A 또한 주파수 10㎐의 진동 제어 지령을 주고, 위치 교정용 코일(7b)에 전류 0A가 되는 일정 전류의 제어 지령을 준 경우의 전류 실적값을 플롯한 것이다. 또한, 도 8에 나타나는 그래프에는, 진동 제어 지령의 전류값도 아울러 기재되어 있다.
도 8에 나타나는 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 비교예에 있어서는, 위치 교정용 코일(7b)에서 전류 0A의 일정 전류가 흐를 것이지만, 실적값으로서는 전류가 검출되어 버리고 있다. 이 위치 교정용 코일(7b)에 흐르는 전류는, 진동 억제용 코일(7a)에 흐르는 진동 제어용의 전류의 변동이 전자 유도에 의해 위치 교정용 코일(7b)측에 발생해 버린 유도 전류이다. 또한, 도 8에 나타나는 그래프에 의하면, 위치 교정용 코일(7b)에 흐른 유도 전류가 변동함으로써, 진동 억제용 코일(7a)측에도 유도 전류가 흘러, 진동 제어의 전류 실적에도 외란(外亂)이 발생해 버리고 있다.
도 9에 나타나는 그래프는, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 있어서, 진동 억제용 코일(7a)에 전류 3A 또한 주파수 10㎐의 진동 제어 지령을 주고, 위치 교정용 코일(7b)에 전류 0A가 되는 일정 전류의 제어 지령을 준 경우의 전류 실적값을 플롯한 것이다. 또한, 이 검증 실험에 있어서의 유도 전류 대책용 코일(13a)의 인덕턴스는, 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)과의 직렬 합성의 시정수가, 위치 교정용 코일(7b)의 5배가 되도록 설계되어 있다.
도 9에 나타나는 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)에서는, 유도 전류에 의한 영향이 거의 없고, 제어 지령에 정확하게 추종한 제어가 실현되고 있다. 또한, 도 8과 도 9에 나타나는 그래프를 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 비교예에 있어서의 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)에서는, 위치 교정용 코일(7b)에 유도된 유도 전류의 변동이 추가로 진동 억제용 코일(7a)에까지 영향을 준다는 악순환이 발생하고 있었지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)에서는, 이 악순환이 발생하고 있지 않다. 또한, 도 10에 나타나는 그래프로부터 이해되는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)에 의하면, 진동 제어를 방해하는 유도 전류를 1/11배로 작게 하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 진동 억제용 코일과 위치 교정용 코일과의 사이의 유도 전류에 의한 진동 억제 능력의 저하를 회피할 수 있다.
이상으로부터, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 온라인 주행 중의 금속대(2)의 변위를 측정하는 비접촉 변위 센서(4)와, 비접촉 변위 센서(4)로부터의 신호를 입력하여, 금속대(2)의 진동을 억제하기 위한 진동 억제 신호와 금속대(2)의 위치를 교정하기 위한 위치 교정 신호를 출력하는 제어부(5)와, 제어부(5)로부터 출력되는 진동 억제 신호에 따라 자력을 발생하는 진동 억제용 코일(7a)과, 제어부(5)로부터 출력되는 위치 교정 신호에 따라 자력을 발생하는, 진동 억제용 코일(7a)보다도 권수가 많은 위치 교정용 코일(7b)과, 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)이 동심으로 감겨지고, 진동 억제용 코일(7a) 및 위치 교정용 코일(7b)이 발생하는 자력을 금속대(2)로 유도하는 코어(6)와, 위치 교정용 코일(7b)에 급전하는 전기 회로에 직렬로 설치된 유도 전류 대책용 코일(13a)을 구비하기 때문에, 진동 억제용 코일(7a)과 위치 교정용 코일(7b)과의 사이의 유도 전류에 의한 진동 억제 능력의 저하를 회피할 수 있다.
여기에서, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 제어부(5)는, 비접촉 변위 센서(4)로부터 입력된 신호와 목표값과의 편차 신호에 대하여, 위치 교정 신호보다도 고주파 성분의 이득이 커지는 바와 같은 연산을 함으로써 진동 억제 신호를 출력하고, 또한, 진동 억제 신호보다도 저주파 성분의 이득이 커지는 바와 같은 연산을 함으로써 위치 교정 신호를 출력하기 때문에, 측정된 변위량으로부터 진동 억제에 이용하는 적절한 신호와 위치 교정에 이용하는 적절한 신호를 분배할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 제어부(5)는, 비접촉 변위 센서(4)로부터 입력된 신호와 목표값과의 편차 신호에 대하여, 위치 교정 신호보다도 미분 게인의 설정을 크게 한 PID 제어 연산을 함으로써 진동 억제 신호를 출력하고, 진동 억제 신호보다도 적분 게인의 설정을 크게 한 PID 제어 연산을 함으로써 위치 교정 신호를 출력하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 위치 교정용 코일(7b)과 유도 전류 대책용 코일(13a)과의 직렬 합성의 시정수는, 위치 교정용 코일(7b)의 4배 내지 10배의 범위 내가 되도록 설계되어 있는 것이 바람직하다. 혹은, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 위치 교정용 코일(7b) 및, 유도 전류 대책용 코일(13a)은, 아래식을 충족시키는 것이 바람직하다.
4L2/R2 ＜ (L2＋L3)/(R2＋R3) ＜ 10L2/R2
여기에서, L2, L3은, 각각 위치 교정용 코일(7b) 및 유도 전류 대책용 코일(13a)의 인덕턴스이며, R2, R3은, 각각 위치 교정용 코일(7b) 및 유도 전류 대책용 코일(13a)의 저항이다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 진동 억제용 코일(7a), 위치 교정용 코일(7b) 및, 코어(6)를, 금속대(2)의 표면 및 이면에, 표면용의 진동 억제용 코일(7a), 위치 교정용 코일(7b) 및, 코어(6), 그리고, 이면용의 진동 억제용 코일(7a), 위치 교정용 코일(7b) 및, 코어(6)로서 각각 설치하고 있기 때문에, 금속대(2)의 표면측 및 이면측으로의 진동 및 변위를 억제할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)의 제어부(5)는, 비접촉 변위 센서(4)로부터의 신호를 입력하여, 금속대(2)의 진동을 억제하기 위한 진동 억제 신호와 금속대(2)의 위치를 교정하기 위한 위치 교정 신호를 출력하는 조작량 연산 장치(8)와, 조작량 연산 장치(8)로부터 출력되는 진동 억제 신호를 표면용의 진동 억제용 코일(7a)과 이면용의 진동 억제용 코일(7a)에 분배하는 표리 분배 장치(9a)와, 조작량 연산 장치(8)로부터 출력되는 위치 교정 신호를 표면용의 위치 교정용 코일(7b)과 이면용의 위치 교정용 코일(7b)로 분배하는 표리 분배 장치(9b)와, 표리 분배 장치(9a)에 의해 분배된 표면용의 진동 억제 신호에 따라, 표면용의 진동 억제용 코일(7a)에 급전하는 앰프(10a)와, 표리 분배 장치(9b)에 의해 분배된 표면용의 위치 교정 신호에 따라, 표면용의 위치 교정용 코일(7b)에 급전하는 앰프(10b)와, 표리 분배 장치(9a)에 의해 분배된 이면용의 진동 억제 신호에 따라, 이면용의 진동 억제용 코일(7a)에 급전하는 앰프(10c)와, 표리 분배 장치(9b)에 의해 분배된 이면용의 위치 교정 신호에 따라, 이면용의 위치 교정용 코일(7b)에 급전하는 앰프(10d)를 구비하고, 유도 전류 대책용 코일(13a)이, 앰프(10b)와 표면용의 위치 교정용 코일(7b)과의 사이 및, 앰프(10d)와 이면용의 위치 교정용 코일(7b)과의 사이의 전기 회로의 각각에 설치되어 있기 때문에, 금속대(2)의 표면측 및 이면측으로의 진동 및 변위의 각각을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대의 안정 장치(1)는, 유도 전류 대책용 코일(13a)의 자기 회로(13b)가 폐회로로서 구성되기 때문에, 자속의 누락 등에 의한 환경 변화의 영향을 받기 어렵다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 용융 도금 금속대의 제조 방법은, 제조 라인 통판 중의 금속대(2)에 용융 금속을 부착시키는 부착 공정과, 금속대(2)에 부착된 과잉의 용융 금속을 불식하는 가스 와이퍼(16)에 의해 용융 금속의 부착량을 조정하는 조정 공정과, 상기 금속대의 안정 장치(1)에 의해, 금속대(2)의 진동 및 위치를 비접촉으로 제어하는 제어 공정을 갖기 때문에, 와이핑 가스의 압력이 균일해져, 금속대(2)에 대한 용융 금속의 부착량의 불균일을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속대는, 상기 제조 방법에 의해 제조하기 때문에, 용융 금속의 부착량의 불균일을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시 형태에 기초하여 설명했지만, 본 발명의 실시에 있어서는, 본 실시 형태에 의한 본 발명의 명시된 일부를 이루는 기술(記述) 및 도면에 의해 본 발명은 한정되는 경우는 없다.
본 발명은, 금속대를 제조하는 라인에 유용하며, 특히 용융 도금 금속대의 제조 라인에 적합하다.
1 : 금속대의 안정 장치
2 : 금속대
3a, 3b : 전자석
4 : 비접촉 변위 센서
5 : 제어부
6 : 코어
7a : 진동 억제용 코일
7b : 위치 교정용 코일
8 : 조작량 연산 장치
9a, 9b : 표리 분배 장치
10a∼10d : 앰프
11a, 11b : 인덕터
12 : 입력 수단
13a : 유도 전류 대책용 코일
13b : 자기 회로
14 : 어닐링로
15 : 용융 금속욕
16 : 가스 와이퍼
17 : 합금화로
18 : 냉각대
19 : 화성 처리부
20 : 인입 롤러
21 : 인상 롤러

Claims (8)

  1. 온라인 주행 중의 금속대의 변위를 측정하는 비접촉 변위 센서와,
    상기 비접촉 변위 센서로부터의 신호를 입력하여, 상기 금속대의 진동을 억제하기 위한 진동 억제 신호와 상기 금속대의 위치를 교정하기 위한 위치 교정 신호를 출력하는 제어부와,
    상기 제어부로부터 출력되는 진동 억제 신호에 따라 자력을 발생하는 제1 코일과,
    상기 제어부로부터 출력되는 위치 교정 신호에 따라 자력을 발생하는, 상기 제1 코일보다도 권수(卷數)가 많은 제2 코일과,
    상기 제1 코일과 상기 제2 코일이 동심(同心)으로 감겨지고, 상기 제1 코일 및 상기 제2 코일이 발생하는 자력을 상기 금속대로 유도하는 코어와,
    상기 제2 코일로 급전(給電)하는 전기 회로에 직렬로 설치된 제3 코일을 구비하는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 비접촉 변위 센서로부터 입력된 신호와 목표값과의 편차 신호에 대하여, 상기 위치 교정 신호보다도 고주파 성분의 이득이 커지는 바와 같은 연산을 함으로써 상기 진동 억제 신호를 출력하고, 또한, 상기 진동 억제 신호보다도 저주파 성분의 이득이 커지는 바와 같은 연산을 함으로써 상기 위치 교정 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 비접촉 변위 센서로부터 입력된 신호와 목표값과의 편차 신호에 대하여, 상기 위치 교정 신호보다도 미분 게인(gain)의 설정을 크게 한 PID 제어 연산을 함으로써 상기 진동 억제 신호를 출력하고, 또한, 상기 진동 억제 신호보다도 적분 게인의 설정을 크게 한 PID 제어 연산을 함으로써 상기 위치 교정 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일과 상기 제3 코일과의 직렬 합성의 시정수(時定數)는, 상기 제2 코일의 시정수의 4배 내지 10배의 범위 내가 되도록 설계되어 있는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 코일 및, 상기 제3 코일이, 아래식을 충족시키는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
    4L2/R2 ＜ (L2＋L3)/(R2＋R3) ＜ 10L2/R2
    여기에서, L2, L3은, 각각 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일의 인덕턴스이며, R2, R3은, 각각 상기 제2 코일 및 상기 제3 코일의 저항이다.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 코일의 자기 회로가, 폐(閉)회로로서 구성되는 것을 특징으로 하는 금속대의 안정 장치.
  7. 제조 라인 통판(通板) 중의 금속대에 용융 금속을 부착시키는 부착 공정과,
    상기 금속대에 부착된 과잉의 용융 금속을 불식(拂拭)하는 가스 와이퍼에 의해 용융 금속의 부착량을 조정하는 조정 공정과,
    제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 금속대의 안정 장치에 의해, 상기 금속대의 진동 및 위치를 비접촉으로 제어하는 제어 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 용융 도금 금속대의 제조 방법.
  8. 제7항에 기재된 제조 방법에 의해 제조하는 것을 특징으로 하는 금속대.
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