JPH03199365A - 合金化炉の板温制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は金属メッキ鋼板合金化炉であって特に誘導加熱
方式と直火加熱方式との併用によって鋼板を加熱する際
の合金化炉の板温制御方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の金属の合金化メッキ設備の１例として第６図に示
す亜鉛の合金化メッキ設備について説明する。

第６図においてストリップ２０は焼鈍炉２１で所定のヒ
ートサイクルの加熱・冷却処理を施された後、亜鉛浴ボ
ット２２に入る。その後引き上げられ、ワイヒングノズ
ル２３から吹出すエアなどのガスの圧力を操作して亜鉛
のメッキ付着量が制御され、合金化炉に入る。合金化炉
は加熱帯２４、保持帯２５、冷却帯２６からｕＩｔ威さ
れ、第７図のようなヒートサイクルを容置で実現して、
板表面に合金層を形成させる。

このうち加熱帯は第５図に示すように誘導加熱方式によ
る第１加熱帯ｌの次に直火加熱方式による第２加熱帯２
を備えている。

以下第５図によって従来の鋼板加熱方法を説明する。ま
ず第１加熱帯１においては内部に誘導加熱用コイル３が
設けられ、コイル３は供給電力制御回路４に接続されて
いる。そして供給電力制御回路４から高周波電流を誘導
加熱用コイル３に流し、ストリップ２０を誘導加熱する
。また第２加熱帯２においてはストリップ対向面の炉壁
５に長手方向および板幅方向（図示せず）に複数個直火
式バーナ６が配設されている。直火式バーナ６により加
熱された炉壁５からの輻射熱と炉内ガスのガス輻射によ
ってストリップ２０が加熱される。

炉温は炉壁温度と一定の関係があるので従来は炉温でス
トリップ２０の加熱操作の管理を行なっている。すなわ
ち演算器７から炉温設定値信号■が炉温調節計８に送ら
れ、炉温調節計８は炉温検出器９で検出された炉温検出
値が設定値に等しくなるように燃料ガス流量制御弁１０
を開閉する。なお実際には各直火式バーナ６への燃料ガ
ス管は複数個集合され、その元管に制御弁１０があるが
簡単のため第５図では示していない、また運転条件変化
による非定常時以外においては定常偏差をなくすため板
温ｔＡ節計１１が出口の板温検出器１２で得た板温検出
値を板温目標値に等しくするように炉温設定値補正信号
を演算し、炉温設定値信号■に加えることにより炉温設
定値を補正する。ただし運転条件変化時においては下記
制御を実施するため前記補正は行なわない。

運転条件つまり板厚板幅、ラインスピード、板温目標値
の変化時においては次のような板温制御方法が本出願人
によって１！案されている。第１加熱帯、第２加熱帯の
板温特性は近似的に次の板温特性モデルの式（１）、　
（２）で表わされる。

（Ｔｓ＋−Ｔｓ。）Ｃ１ａｄ　＋　Ｑ１＝Ｐｏη、Ｘ８
６０　　・・（１）ｄに ・　・　・　・　・（２） ここでＴ、：板温（”Ｃ） Ｔｓｏ：第１加熱帯入口板温（°Ｃ） Ｔ　ニストリップ比重量（ｋｇ／ｍ’）ｄ　：板厚（ｍ
） Ｏ：　ラインスピード（ｍ／ｈ） （ＩＬ　ｌ第１加熱帯放熱！　（ｋｃａｌ／ｈ）Ｐｏ：
第１加熱帯供給電力（ｋＷ） ηＩ：ＩＬ加熱帯熱効率 （板厚、仮巾の関数） ＴＧ：第２加熱帯炉温（°Ｃ） Ｘ　：長さ（ｓ） φ　：パラメータ て式（２）を積分し、ｘ＝Ｌｔ（Ｌｘ：第２加熱帯伝熱
長さ）のときＴｓ（Ｌｘ）＝Ｔｓｚとする。ただしパラ
メータφは所定の設定値を用いる。

第１加熱帯の誘導加熱方式の運転コストは第２加熱帯の
直火加熱方式よりもかなり高いことから、定常時にはで
きるだけ第１加熱帯の電力は使わないように、例えばＴ
ｓ＋””’Ｔｓ。となるような運転を行なう。、そこで
式（２）に板厚、ラインスピードを代入し、Ｔｓ（ｏ）
＝Ｔｓｏ（定数）として式（２）をｘ＝０からＸ＝Ｌｔ
まで積分し、Ｔｓ（Ｌｘ）＝Ｔｓｚｓ　（Ｔｓｚｓ　：
第２加熱帯出口板温目標）となるようなＴ６（第２加熱
帯炉温〉を求める。このＴｃを炉温設定値信号■として
運転条件変化時に炉温調節計８に出力する。なお演算器
７への入力■は運転条件つまり第１加熱帯入口における
板厚、板幅、板温目ｔｌ［！、およびラインスピード検
出値を示す。

また運転条件変化たとえば板厚変化はコイル間の溶接点
通過と同時に変化しかつ第２加熱帯通過時間は数秒以下
であるのに対し、炉壁の熱容量は大きいため炉温の応答
時間は１０分程度かかる。そこでこの間の板温変動を防
止するため高応答性の第１加熱帯の供給電力を操作して
次のような過渡応答補償を行なう。すなわち炉温検出値
■を演算器７に人力、すなわち式（２）に代入し、Ｔｓ
（Ｌｘ）＝　Ｔｓｔｓとして式（２）をｘ＝Ｌ、からｘ
＝Ｏまで積分してＴ。

（ｏ）＝ｒｓ＋を求める。Ｔｓ＋を式（１）に代入する
ことにより第１加熱帯の供給電力設定値Ｐ。、つまり第
５図■を求め、第１加熱帯供給電力制御回路４に出力す
る。これを定周期で炉温か安定するまでくり返す。

〔発明が解決しようとする課題］ 上記の特許出願に係る板温制御方法には次のような問題
点があった。

（１）　　従来はＴ、。つまり第１加熱帯入口板温は定
数と仮定していた。ところが第１加熱帯の前段にあるワ
イピングノズルからは常温のガスを高速で板に吹きつけ
るため板温が下り、温度差は板厚やラインスピードによ
って変る。またワイピングノズル圧力はラインスピード
やメッキ付着量目標値変化に応じて変る。したがってワ
イピングノズル部出口板温である↑、。は一定ではない
。

（２）板表面の亜鉛のふく射率は板温やメッキ付着量な
ど種々の条件によって変化し、かつ予測や検出は困難で
ある、また炉温を変動させる原因となる外気の侵入を完
全に防止することば田無であることなどから式（２）の
精度に問題がある。

（３）上記（１）、　（２）のことから従来の制御方法
では運転条件変化時の板温制御性能は十分でなかった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記課題を解決するため次の手段を講する。す
なわち、鋼板を溶融メッキ浴に浸漬後引き上げ、メッキ
付着１ｍＰＩ節用ワイピングノズル部を通過後、誘導加
熱方式の第１加熱帯で、制御系により供給電力設定値ま
たは電圧設定値になるよう供給電力または電圧を調節し
、さらに直火加熱方式の第２加熱帯で、制御系により炉
温設定値になるよう炉温を調節することによって鋼板加
熱温度を制御する合金化炉の板温制御方法において、板
厚、板幅、ラインスピード、および／または板温目標値
を含む運転条件が変化した際、上記運転条件と上記ワイ
ピングノズル部のワイピングノズル圧力とを含む同ワイ
ピングノズル部での板温特性モデルおよび上記運転条件
を含む上記第２加熱帯での板温特性モデルを用いて、上
記運転条件および検出された上記ワイピングノズル圧力
から上記第２加熱帯の新たな炉温設定値を求めて、前記
設定値を更新し、上記ワイピングノズル部での板温特性
モデルならびに上記運転条件を含む第１加熱帯および第
２加熱帯での板温特性モデルを用いて、上記運転条件、
検出された上記ワイピング圧力、および第２加熱帯の検
出された炉温から上記第１加熱帯の新たな供給電力設定
値または電力設定値を求めて、前記設定値を更新するよ
うにした。

〔作用〕

上記手段により、板厚、板幅、ラインスピードおよび／
または板温目標値を含む運転条件が変化したとき、ワイ
ピングノズル圧力および変化した運転条件からワイピン
グノズル部での板温特性モデルを用いて第１加熱帯へ入
る板温Ｔ、。が求められ、かつ第２加熱帯での板温特性
モデルを用いて、第２加熱帯へ入る板温および出る板温
をそれぞれ上記第１加熱帯へはいる板温Ｔ、。および出
口板温目標値に等しいとして、第２加熱帯の炉温設定値
が算出され、同算出された値に設定替えされて制御が行
われる。

一方、検出された炉温から出口板温が求められ、第２加
熱帯での板温特性モデルを用いて、上記出口板温になる
入口板温が算出され、かつ同人口板温および上記と同様
にして求めた第１加熱帯へはいる板温Ｔ、。から、第１
加熱帯での板温特性モデルを用いて、第１加熱帯の供給
電力設定値が算出され、同算出された値に設定替えして
制御が行われる０以上の演算操作が、制御系が安定する
まで繰り返される。このようにして、運転条件が変化し
た場合にも、早急に追づいし、安定した所定の板温か得
られるようになる。

〔実施例〕

本発明の方法に係る一実施例を第１図により説明する。

なお、従来例で説明した部分は、冗長さをさけるため説
明を省略し、この発明に関する部分を主体に説明する。

第１図において、第１加熱帯１の人口部にはワイピング
ノズル２３が設けられ、ガスが供給されている。さらに
ワイピングノズル２３部にはワイピングノズル圧力検出
器１４が設けられ、その出力■は演算器１３に入力され
る。また第２加熱帯２に設けられた炉温検出器９の出力
■は清算器１３に入力されている。さらに演算器１３に
は運転条件（板厚、板幅、ラインスピード、板温目標値
）■が人力されている。

ここで、ワイピングノズル２３部の板温は次の板温特性
モデルの式（３）でえられる。

ｃｒ　ｌＪｄ（Ｔｚ−Ｔｗｏ）＝α５ｆｆｉＮ（Ｔｚ−
Ｔａ）Ｘ２）　・・（３） ａ、＝ａ、Ｐ、” ここでＰＨ：　ワイピングノズル圧力（ｋｇ／ｃｍ”）
ＩｌＮ：伝熱長さ（− ↑２：亜鉛浴温（°Ｃ） Ｔ＾：ワイングノズルガス温（’Ｃ） ａｌ、ａｆｉ：定数 演算器１３は運転条件■変化時において次の処理を行な
う。

（ａ）まず次ストリップ２０の板厚が厚くなる場合、つ
まり板の必要入熱量が増加する場合について説明する。

　（板温目標値が高くなる場合やラインスピードが上る
場合も同様である。）次ストリップ２０の溶接点が第１
加熱帯１の入口を通過する時点で次の（１）〜（４）の
処理が行れる。

（１）式（３）に次ストリップ２０の板厚、ラインスピ
ード検出値、ワイピングノズル圧力検出器１４による圧
力検出値■、亜鉛浴温検出値、ワイピングノズルガス温
検出値が代入され、ワイピングノズル２３部の出口板温
推定（Ｉｔｓ。が求められる。

（亜鉛浴温検出器、ワイピングノズルガス温検出器は簡
単のため図示せず、これらはほとんど変動がないため一
定値を与えても良い、）（２）次ストリップ２０の板厚
、ラインスピード検出値が式（２）に代入され、Ｔｓ（
０）＝Ｔｓ。として、式（２）がｘ−０からＬ！まで積
分されて、Ｔｓ（Ｌｔ）・Ｔｓｘｓ（次コイル板温目標
値）となるＴ、（第２加熱帯炉温）が求められ、第２加
熱帯炉温設定値■として炉温調節計８に出力される。（
当然前記従来の技術の項で述べたように、この前に板温
調節計１１と炉温調節計８とは切離されている。）（３
）　　次ストリンプ２０の板厚、ラインスピード検出値
、炉温検出値■が式（２）に代入され、Ｔｓ（Ｌｘ）＝
Ｔｓ□。

として式（２）がｘ＝ＬｔからＯまで積分され、Ｔｓ（
０）が求められる。Ｔ□＝ｒｓ　（ｏ）とおく。

（４）次ストリップ２０の板厚板幅、ラインスピード検
出値、（１）で求めたＴ、。、（３）で求めたｙｓ＋が
式（１）に代入されて、Ｐｏ（第１加熱帯供給電力）が
求められ、第１加熱帯供給電力設定値■として第１加熱
帯供給電力制御回路４へ出力される。

以上（１）〜（４）が繰り返され安定するまで行われる
。

安定後足周期（１０〜３０秒程度）で上記（］）、　（
３）、　（４）の処理が行われるが、運転条件が変化し
た際には、即座に上記（１）〜（４）の演算処理が行わ
れる。

ここで供給電力制御回路４は電力指令値を入力するので
なく、最近商品化されているインバータを使い、インバ
ータの電圧指令値を入力するものもあるが、本発明を実
施する上で本質的なものではないのでここでは供給電力
を指令入力にするものとしている。なお通常は亜鉛の飛
散など悪環境であるため、ワイピングノズル部出口、つ
まり第１加熱帯入口に板温検出器を設置するのは困難で
あるが、もし設置可能ならば上記（１）によるＴ、。の
推定は不用で検出値そのものを使えば良い。

（ｂ）次に次ストリップ２０の板厚がうすくなる場合、
つまり板の必要入熱量が減少する場合について説明する
。（板温目標値が低くなる場合も同様である。）この場
合は一時的に板温は高温側に変動する。ところが第１加
熱帯ｌの供給電力は運転コストの面から定常時には最小
値にする運転方法を採用しているので、定常時以後の運
転条件変化によって板温か上っても板温を下げるための
制御余裕はない、そこで板厚がうすくなる所定時間前に
演算器１３に事前信号が人力され、第２加熱帯２の炉温
か所定値に下げられ、板厚がうずくなった場合に備えら
れる。そしてこの間の板温低下は第１加熱帯１の加熱操
作で補償される。すなわち板厚のうずくなる次ストリッ
プ２０との溶接点が第１加熱帯１の入口を通過する予定
時刻のＴ分前に達した時点で前記（１）〜（４）の処理
が開始される。（ここでＴは第２加熱帯の炉温の応答時
間であらかじめ測定しておく。）処理内容は前述と同様
である。

（ｃ）またラインスピードが下る場合、特にあらかしめ
そのタイミングと値が既知である場合は、演算器１３に
事前信号が入力され、上記（ｂ）と同様の処理が行われ
る。

なおステップ状変化でなく十分時間をかけてラインスピ
ードが下げられる場合は従来の技術で制御される。しか
し運転員がライントラッキング不良などで急にラインス
ピードを下げる場合には対処できない、これに対処する
には定常時にはＴ！＋＝丁ｓ。＋β（β＞Ｑ）とする、
あるいは第１加熱帯１の昇温率Ｒ＋（定義は式（６）を
参照）を正たとえば５０％とする運転方法を採用しても
よい。

ＴｓｒＴｓ・ つまり板温を下げるための制御余裕をつくっておく。た
だしβ＞Ｏｏｒ　　Ｒ，＞Ｑの場合はβ＝ＯｏｒＲ＋＝
ｏとするよりも運転コストが上ることは避けられない。

なお、以上の説明において、式（２）を積分する場合、
パラメータφは予め定められた設定値を用いていた。し
かしさらに性能向上を図るため、第２図と第３図に示す
ように実データから推定した値を用いてもよい。図にて
、パラメータ推定器１５は炉温検出値■、第２加熱帯出
口板温検出値■、第２加熱帯人口板温検出値のおよび運
転条件■を人力して、その出力を演算器１３へ送る。

パラメータ推定器１５では、第２加熱帯炉温検出値■、
第２加熱帯通過中のコイルの板厚、ラインスピード検出
値が式（２）に代入され、ＴＳ（０）＝Φ（第２加熱帯
入口板温検出器１６による板温検出値）としてＸ＝Ｏか
らＬアまで式（２）が積分されて、ｒｓ（ｔｘ）−■（
第２加熱帯出口板温検出値）となるパラメータφ（φ８
とする）が求められる。さらに次式（４）により式（２
）のパラメータφの推定値φ１が得られる。

φ、＝αφ８＋（ｌ−α）φ、−５・　・・（４）ここ
でφ、：パラメータφ推定値の今回値φトＩ：　　　　
　　　　　前回値 φＮ：実験により予め定められた設定値α　：定数（０
〉α≦１） 以後次回φ直が更新されるまで前述の式（２）を使った
設定値■、■の計算時にはこのφ、を使用する。

以上で板温検出値は高周波ノイズを含むのでアナログあ
るいはディジタルフィルタでノイズを除去した信号を使
う。

他の実施例を第３図により説明する。なお、従来例およ
び前記で説明した部分は、冗長さをさけるため説明を省
略し、この実施例に関する部分を主体に説明する。

第２加熱帯２ａにおいて、炉内ガスドラフトによる板幅
方向の焼けむらを防ぐため、ファン１７を設け、炉内ガ
スを吸引、昇圧して一定の圧力で炉内に吹き込み、炉内
ガスを攪拌させている。ガス吹込みの圧力制御はたとえ
ばファン回転数を操作することにより行なう（図示せず
）、またファン１７は吸引ガスがファン耐熱温度を越え
ないよう温度制御弁１４を通してダイリューション用エ
アを吸引している。

この場合、板温特性モデルの式として、吹込みガスによ
る対流伝熱を考慮した次の式（５）を用いる。

演算器１３の演算処理は前述と同様に行われる。

ｄＴ。

ｃ７　ｔ＋ｄ　−＝　ｅφ（（Ｔｃ＋２７３）’−（Ｔ
ｃ＋２７３）’）ｄに ＋αａ（Ｔｃ−Ｔｓ）　　・　・　・（５）ここでαＪ
：吹込みガスの熱伝達率 （ｋｃａｌ／ｍ”　ｈ”ｃ） 〔発明の効果〕 以上に説明したように本発明によれば金属メッキ鋼板合
金化炉において、運転条件変化時の板温変動を防止し、
安定で歩留の良い運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法に係る一実施例の構成国、第２
図と第３図は、同実施例の説明図、第４図は本発明の方
法に係る他の実施例の構成国、第５図は従来例の構成国
、第６図は同従来例の全体構成ブロック図、第７図は同
従来例のヒートサイクル図である。 １・・・第１加熱帯（誘導加熱方式）。 ２．２ａ・・・第２加熱帯（直火加熱方式）。 ３・・・誘導加熱コイル。 ４・・・供給電力制御回路。 ６・・・直火式バーナ。 ８・・・炉温調節計。 ９・・・炉温検出器。 ｌＯ・・・燃料ガス流量制御弁。 １２・・・第２加熱帯出口板温検出器。 １３・・・演算器。 １４・・・ワイピングノズル圧力検出器。 １５・・・パラメータ推定器。 １６・・・第２加熱帯入口板温検出器。 ２２・・・亜鉛浴ポット。 ２３・・・ワイピングノズル。 ■・・・炉温設定値。 ■・・・供給電力設定値。 ■・・・運転条件（板厚、板巾、ラインスピード、）層
温目標（直）。 ■・・・炉温検出値。 ■・・・第２加熱帯出口板温検出値。 ■・・・第２加熱帯入口板温検出値。 ［有］・・・ワイピングノズル圧力検出値。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　鋼板を溶融メッキ浴に浸漬後引き上げ、メッキ付着量
   調節用ワイピングノズル部を通過後、誘導加熱方式の第
   １加熱帯で、制御系により供給電力設定値または電圧設
   定値になるよう供給電力または電圧を調節し、さらに直
   火加熱方式の第２加熱帯で、制御系により炉温設定値に
   なるよう炉温を調節することによって鋼板加熱温度を制
   御する合金化炉の板温制御方法において、板厚、板幅、
   ラインスピード、および／または板温目標値を含む運転
   条件が変化した際、上記運転条件と上記ワイピングノズ
   ル部のワイピングノズル圧力とを含む同ワイピングノズ
   ル部での板温特性モデルおよび上記運転条件を含む上記
   第２加熱帯での板温特性モデルを用いて、上記運転条件
   および検出された上記ワイピングノズル圧力から上記第
   ２加熱帯の新たな炉温設定値を求めて、前記設定値を更
   新し、上記ワイピングノズル部での板温特性モデルなら
   びに上記運転条件を含む第１加熱帯および第２加熱帯で
   の板温特性モデルを用いて、上記運転条件、検出された
   上記ワイピング圧力、および第２加熱帯の検出された炉
   温から上記第１加熱帯の新たな供給電力設定値または電
   圧設定値を求めて、前記設定値を更新することを特徴と
   する合金化炉の板温制御方法。