JPH05279831A

JPH05279831A - 溶融亜鉛めっき用合金化炉の冷却制御方法

Info

Publication number: JPH05279831A
Application number: JP10538992A
Authority: JP
Inventors: Kenji Hara; 健治原; Atsushi Aizawa; 敦相沢; Tetsuji Mitsunaga; 哲治光永; Kazunari Nakamoto; 一成中本
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1992-03-30
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】合金化処理した溶融亜鉛めっき鋼帯を冷却す
る際、ターンロールで連続的に検出された冷却後の板温
に基づいて冷却条件を制御し、形状特性及び表面性状に
優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼帯を得る。【構成】鋼帯を溶融亜鉛めっき浴に浸漬することによ
り鋼帯表面に形成されためっき層を後続する溶融亜鉛め
っき用合金化炉で合金化し冷却する際、合金化炉の冷却
帯１９出側に配置されたターンルール１０で合金化溶融
亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z を検出する。ターンロー
ル１０は、互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ異な
る深さで埋設した温度検出ブロックを表面に装着してい
る。検出された板温Ｔ_z が亜鉛付着防止温度Ｔ_max 以下
になるように、冷却帯１９における冷却条件を制御す
る。【効果】板温Ｔ_z を高精度で検出することができるた
め、適正な条件下で合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５が冷
却され、形状特性及び表面性状に優れた製品となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高品質の合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯を製造するために溶融亜鉛めっき用合金化
炉の冷却制御を高精度で行う方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融亜鉛めっき鋼板として、亜鉛めっき
層の一部又は全部をＦｅ−Ｚｎ合金層とするように合金
化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板が知られてい
る。亜鉛めっき層の合金化処理は、たとえば図１に示す
設備で行われる。めっき原板である鋼帯１ａを、還元処
理した後、溶融亜鉛めっき槽２に導入する。めっき鋼帯
１ｂは、シンクロール３を周回して溶融亜鉛めっき槽２
から引き上げられ、ワイパー等のめっき厚制御装置４に
よって所定のめっき厚に調整される。

【０００３】次いで、めっき鋼帯１ｂは、加熱帯５ａ及
び保熱帯５ｂを備えた合金化炉５に送り込まれる。加熱
帯５ａで加熱されためっき鋼帯１ｂは、保熱帯５ｂで設
定温度に維持され、下地鋼から亜鉛めっき層にＦｅを拡
散させることにより均一な合金化層が形成される。次い
で、半溶融状態の溶融亜鉛めっき層を空冷帯５ｃで冷却
し、水冷帯５ｄで急速冷却することによって、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板１ｃとして合金化炉５から送り出され
る。

【０００４】水冷帯５ｄにおける冷却が不十分である
と、合金化炉５から送り出された合金化溶融亜鉛めっき
鋼帯１ｃの表面にある亜鉛めっき層の粘性が依然として
高く、合金化炉５の出側に配置されているターンロール
６の表面に亜鉛が付着する。ターンロール６に付着した
亜鉛は、後続する合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃに転写
され、製品に表面疵を発生させる原因となる。また、タ
ーンロール６自体の耐久性も低下させる。逆に、冷却帯
５ｄで過冷却が行われると、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯
１ｃの幅方向に関して不均一な冷却状態になり易い。そ
の結果、冷却歪みが大きくなり、製品形状が悪化する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ターンロール６への亜
鉛付着を防止し、優れた品質の製品を得るためには、タ
ーンロール６に接触する合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃ
の板温を前もって亜鉛がロール表面に付着することがな
い温度まで下がるように、水冷帯５ｄの出側で合金化溶
融亜鉛めっき鋼帯１ｃの板温を測定し、測定値に基づい
て水冷帯５ｄにおける冷却条件を制御することが必要で
ある。

【０００６】板温測定には、赤外線放射温度計がある。
しかし、溶融亜鉛めっき鋼帯表面の放射率は、板温，亜
鉛めっき層の合金化度に応じて複雑に変化する。また、
鋼帯表面近傍のガスによっても放射率が変動する。その
ため、通常使用されている放射率設定タイプの赤外線放
射温度計では、真の板温を検出することが困難である。

【０００７】そこで、ターンロール６に対する亜鉛付着
を防止するため、ターンロール６の内部から気体を合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃの表面に向けて幅方向に噴出
させ、ターンロール６から浮上させた非接触状態で合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃをターンさせる方法が採用さ
れている。また、ターンロール６の周面にフェルトを巻
き付け、ターンロール６に対する亜鉛付着を間接的に防
止することも知られている。

【０００８】しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃを
浮上させながらターンさせるとき、合金化炉５の内部で
めっき鋼帯１ｂ或いは合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃの
形状を安定させて通過させるために、大きな気体圧力が
必要となる。そのため、通板される鋼帯のサイズに制約
が加わり、比較的薄く幅の狭い鋼帯に適用対象が限られ
る。しかも、合金化炉５の内部における張力制御が困難
になる。

【０００９】他方、フェルトを巻き付けたターンロール
６を使用するとき、半溶融状態の亜鉛が連続的にフェル
トに付着し、フェルト内部に侵入する。フェルトに付着
した亜鉛は、ターンロール６の周面に堆積し、ひいては
後続する合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１ｃの表面を疵付け
ることになる。そのため、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１
ｃの表面状態を常時検査し、表面疵の発生を検出したと
き直ちにラインを停止して、フェルトを交換することが
必要となる。

【００１０】このように何れの方法においても、表面品
質に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼帯を安定した条件下
で製造することができない。

【００１１】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、温度検出器能を備えたターンロー
ルを組み込むことにより、ターンロールに接触する合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯の温度を高精度で測定し、水冷帯
における冷却条件を適正に行うことを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の冷却制御方法
は、その目的を達成するため、鋼帯を溶融亜鉛めっき浴
に浸漬することにより前記鋼帯の表面に形成されためっ
き層を後続する溶融亜鉛めっき用合金化炉で合金化し冷
却する際、互いに接近した複数の熱電対をそれぞれ異な
る深さで埋設した温度検出ブロックを表面に装着したロ
ールを冷却帯出側に配置し、前記ロールで検出されため
っき鋼帯の表面温度に基づき、前記冷却帯出側における
前記めっき鋼帯の表面温度が亜鉛付着防止温度以下にな
るように、前記冷却帯を通過する前記めっき鋼帯を冷却
制御することを特徴とする。

【００１３】熱電対により検出された鋼帯の温度情報に
基づき、合金化炉出側の水冷帯における冷却水噴射圧力
が制御される。また、幅方向に複数の温度検出ブロック
を埋め込んだターンロールを使用するとき、板幅方向の
温度分布が正確に把握される。そこで、この板幅方向の
温度分布に応じて、水冷帯における板幅方向の冷却速度
を制御することにより、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の形
状を安定化させることも可能となる。

【００１４】

【作用】本発明者等は、ターンロールに接触する鋼帯
の板温を精度良く測定し、冷却速度を制御することによ
り、ターンロールに対する亜鉛付着を防止し、且つ鋼帯
形状の安定化を図る方法及び冷却制御システムについて
検討した。

【００１５】表面深さを異にし、胴長方向に可能な限り
接近させた複数の熱電対を埋め込んだ温度検出ブロック
を装着したターンロールを使用するとき、合金化炉から
出た合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の板温を正確に且つ直接
的に検出することができる。この点、赤外線放射温度計
では、表面温度，合金化度，表面近傍のガス等によって
反射率が大きく影響され、正確な温度測定を行うことが
できない。

【００１６】異なる表面深さで埋め込まれた熱電対によ
って得られる温度情報は、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯か
らターンロール表面への熱伝達及びターンロール内部の
熱伝導による影響を取り込んだものである。そこで、逆
に測定されたターンロール内部の温度情報を基にして、
温度勾配及びその時間変化から合金化溶融亜鉛めっき鋼
帯の板温を演算することができる。このようにして求め
られた板温は、赤外線放射温度計による測定とは異な
り、外乱要因の影響を受け難く、高い信頼性をもった値
である。

【００１７】そこで、この測定温度に基づいて水冷帯に
おける冷却条件を制御するとき、合金化溶融亜鉛めっき
鋼帯の板温が正確に亜鉛付着防止温度以下になり、且つ
板幅方向の温度分布も均一化できる。たとえば、ターン
ロールで検出された合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の板温が
所定の亜鉛付着防止温度以下であるが、板幅方向の温度
分布が設定範囲にない場合、水冷帯の各ゾーン及び板幅
方向に配置した水噴射ノズルの圧力を選択的に調節す
る。これにより、溶融亜鉛めっき鋼帯の冷却速度が変わ
り、ターンロールに対する亜鉛付着が防止される。ま
た、冷却水による不均一な急冷に起因した合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯の形状崩れをも防ぐことができる。

【００１８】以下、図面を参照しながら、本発明を具体
的に説明する。本発明に従った冷却制御システムは、図
２に示すようにターンロール１０，送信機１１，受信機
１２，Ａ／Ｄ変換器１３及び演算装置１４を備えてい
る。ターンロール１０内部の温度情報は、図３に示した
温度検出機構で得られ、送信機１１によりＦＭ変換され
て伝送され、受信機１２で受信される。受信された温度
情報は、Ａ／Ｄ変換器１３でデジタル情報に変換され、
演算装置１４に入力される。なお、ターンロール１０で
得られた温度情報の伝送手段として、図２及び図３では
電波を使用したワイヤレス方式を採用しているが、スリ
ップリング方式によることもできる。

【００１９】演算装置１４では、入力された温度情報に
基づき、ターンロール１０に接触する合金化溶融亜鉛め
っき鋼帯１５の板温Ｔ_z が演算される。演算結果の板温
Ｔ_zは、亜鉛付着判定装置１６で亜鉛付着防止温度Ｔ_max
と比較される。板温Ｔ_z が亜鉛付着防止温度Ｔ_max よ
り高い場合、ターンロール１０に対する亜鉛付着が生じ
るものと判定する。そして、冷却条件設定装置１７にお
いて、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の幅方向に関する
板温Ｔ_z が亜鉛付着防止温度Ｔ_max 以下になるまで、冷
却強化，幅方向に関する冷却パターン等の冷却条件を調
整する制御指令を演算する。制御指令は、スプレー圧力
調整装置１８に出力される。

【００２０】合金化炉の水冷帯１９には、走行する合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板幅方向に沿って複数の水
噴射ノズル１９ａが設けられている。それぞれの水噴射
ノズル１９ａは、圧力制御弁１９ｂを介して冷却水供給
源（図示せず）に接続されている。個々の圧力制御弁１
９ｂには、スプレー圧力調整装置１８から圧力制御信号
が入力される。そのため、板幅方向に関して制御された
圧力パターンをもった冷却水が合金化溶融亜鉛めっき鋼
帯１５に噴射され、板幅方向に均一な温度分布で合金化
溶融亜鉛めっき鋼帯１５が冷却される。

【００２１】ターンロール１０に組み込まれた温度検出
機構３０は、図３に示すように複数の熱電対３１ａ，３
１ｂを埋め込んだ温度検出ブロック３２を備えている。
熱電対３１ａの検出端子は、他方の熱電対３１ｂの検出
端子よりも、ターンロール１０の周面から浅い位置に配
置されている。また、熱電対３１ａ，３１ｂは、ターン
ロール１０の胴長方向に関して可能な限り互いに接近し
た位置に設けられている。これら熱電対３１ａ，３１ｂ
を備えた温度検出ブロック３２をターンロール１０の周
面に胴長方向に沿って複数個装着させるとき、合金化溶
融亜鉛めっき鋼帯１５の板幅方向に関する温度分布が検
出される。

【００２２】温度検出ブロック３２は、ターンロール１
０の円周方向に関しても複数個配置しても良い。円周方
向に沿った複数個配置によって、ターンロール１０が１
回転する際に多数の測定点で合金化溶融亜鉛めっき鋼帯
１５の板温Ｔ_z が検出されるため、信頼性の高い測定結
果が得られる。

【００２３】熱電対３１ａ，３１ｂで検出された温度情
報は、補償導線３３を介してターンロール１０の側面に
取り付けられている送信機１１に入力される。この温度
情報に基づき、図２に示した冷却制御システムによって
冷却水の所定圧力パターンが求められ、板幅方向に均一
な温度分布で合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z
を亜鉛付着防止温度Ｔ_maz 以下にすることが確実に行わ
れる。

【００２４】次いで、ターンロール１０内部の温度情報
に基づきターンロール１０に接触する合金化溶融亜鉛め
っき鋼帯１５の板温Ｔ_z を演算する手順を説明する。タ
ーンロール１０の周面からの深さがＸ₁ 及びＸ₂ （Ｘ₁
＜Ｘ₂ ）である２点とその直線上にある温度検出ブロッ
ク３２の表面上の点に関する熱伝導を考える。ターンロ
ール１０の表面温度Ｔ_f 及びターンロール１０のロール
表面における熱流束ｑは、それぞれ次式（１）及び
（２）で表される。

【００２５】Ｔ_f ＝ＡＴ₁ ＋ＢＴ₂ ＋ＣＴ₁'＋ＤＴ₂' ・・・・（１）ｑ＝ＥＴ₁ ＋ＦＴ₂ ＋ＧＴ₁'＋ＨＴ₂' ・・・・（２）ただし、Ｔ₁'及びＴ₂'は、それぞれＴ₁ 及びＴ₂ の時間
ｔに関する１階の導関数ｄｔ₁ ／ｄｔ及びｄｔ₂ ／ｄｔ
である。また、Ａ〜Ｈは、表面深さＸ₁ ，Ｘ₂及び温度
検出ブロック３２の材質によって定まる定数である。

【００２６】ターンロール１０が接触しているときの合
金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z は、合金化溶融
亜鉛めっき鋼帯１５とターンロール１０との間の接触熱
伝達率をａ₁ とするとき、次式（３）で表される。Ｔ_z ＝Ｔ_f ＋ｑ／ａ₁ ・・・・（３）

【００２７】したがって、（１）〜（３）に基づいて、
ターンロール１０内部の２点における温度Ｔ₁ 及びＴ₂
から合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z を演算す
ることができる。なお、一つの温度検出ブロック３２に
対して、３個以上の熱電対を埋め込んでも良い。この場
合、温度検出ブロック３２内部の測定点が３以上となる
ので、任意の２点の温度について前述した手順で合金化
溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z を演算し、この演算
を複数回行う。これにより、高精度の温度情報が得られ
る。

【００２８】温度検出機構３０で得られた合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z は、亜鉛付着判定装置１６
で亜鉛付着防止温度Ｔ_max と比較される。板温Ｔ_z が亜
鉛付着防止温度Ｔ_max よりも低い場合、その冷却条件を
継続する。一方、判定条件Ｔ _z ＜Ｔ_max を満足しない場
合、水冷帯１９に配置されている各水噴射ノズル１９ａ
への冷却水供給圧力を圧力調整弁１９ｂで所定条件に変
更する。そして、冷却を強化させたり、板温Ｔ_z が板幅
方向に関し均一化するように板温Ｔ_z が高い部分を選択
的に強制冷却する等の冷却条件を設定する。

【００２９】なお、図２及び図３では、制御対象とし
て、水冷帯１９における冷却水の圧力制御を採り上げ
た。しかし、本発明は、これに拘束されることなく、冷
却水の流量制御によって所定の温度分布をもつように合
金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５を冷却することも可能であ
る。更には、同様にターンロール１０に接する合金化溶
融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z に基づいて、空冷帯５
ｃ（図１参照）の冷却制御或いは空冷帯５ｃ及び水冷帯
１９双方の冷却制御を行うこともできる。

【００３０】

【実施例】ターンロール１０として、周面からそれぞれ
０．３ｍｍ及び０．８ｍｍの表面深さで熱電対３１ａ及
び３１ｂを埋め込んだ温度検出ブロック３２を装着した
ものを使用した。このターンロール１０を合金化炉の水
冷帯１９出側に配置し、板厚０．４ｍｍ及び板幅１００
０ｍｍの鋼帯をラインスピード１５０ｍｍ／分で通板
し、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５を製造した。なお、
ターンロール１０のロール表面に亜鉛が付着することを
防止するため、ターンロール１０に接触する時点におけ
る合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z が３００℃
以下に下がっている必要があることが実験的に得られて
いる。すなわち、亜鉛付着防止温度Ｔ_ma _x は、３００℃
に設定される。

【００３１】本発明に従ってターンロール１０に装着さ
れた温度検出機構３０でターンロール１０に接触する合
金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z を、合金化溶融
亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z に接触させた熱電対によ
って直接測定した板温と比較したところ、図４（ａ）に
示すように極めて高い一致性があった。他方、赤外線放
射温度計で測定した合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板
温Ｔ_z は、図４（ｂ）にみられるように測定値に大きな
バラツキがあり、信頼性に欠けるものであった。そのた
め、赤外線放射温度計で得られた板温Ｔ_z は、冷却制御
に使用する制御因子としては不適当である。

【００３２】本発明の方法で冷却制御した場合のターン
ロール１０に接する合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板
温Ｔ_z の時間的推移を、従来の冷却制御を行わない場合
と比較して図５に示す。なお、従来法としては、フェル
トをロール周面に巻き付けたターンロールを使用した。

【００３３】図５から明らかなように、冷却制御を行わ
ない従来法では、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温
Ｔ_z が亜鉛付着防止温度Ｔ_max 以上になっており、ロー
ル表面に巻かれているフェルトに亜鉛の付着・堆積が生
じた。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z
は、一定しておらず、大きな幅をもつ温度範囲で変動し
ていた。そのため、得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼帯
１５は、表面性状が不均一なものであった。

【００３４】これに対し、温度検出機構３０を備えたタ
ーンロール１０を使用して冷却制御を行った本発明法で
は、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板温Ｔ_z を亜鉛付
着防止温度３００℃以下に安定して抑えることができ
た。そのため、ターンロール１０のロール表面に亜鉛の
付着がみられなかった。また、冷却された合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯１５は、温度のバラツキがなく、板温Ｔ_z
亜鉛付着防止温度Ｔ_max直下の極めて狭い温度範囲に板
温Ｔ_z を維持することができた。したがって、水冷帯１
９における冷却水の噴射圧力を過度に大きくすることな
く、所定の張力を付与した状態での通板を安定して行う
ことができた。

【００３５】本発明に従って板幅方向に関し冷却制御さ
れた合金化溶融亜鉛めっき鋼帯１５の板形状を、冷却制
御を行わない従来法で製造された合金化溶融亜鉛めっき
鋼帯の板形状と比較して図６に示す。冷却制御を行わな
いとき、合金化溶融亜鉛めっき鋼帯の幅方向端部が中央
部に比較して急速に冷却され易い。その結果、合金化溶
融亜鉛めっき鋼帯の板幅方向中央付近が過剰に延びた中
延び形状となり、図６に示すように形状悪化が発生して
いる。これに対し、本発明法で製造された合金化溶融亜
鉛めっき鋼帯では、板幅方向に関して均一に冷却される
ため、形状特性の良好な製品となっている。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、異なる深さで複数の熱電対が埋め込まれた温度検出
ブロックを装着したターンロールを合金化処理後の溶融
亜鉛めっき鋼帯に接触させることによって、合金化溶融
亜鉛めっき鋼帯の板温を正確に且つ安定して検出してい
る。得られた温度情報は、赤外線放射温度計を使用した
測定に比較して外乱等の影響を受けることなく、合金化
溶融亜鉛めっき鋼帯の板温を高精度で表したものとな
る。

【００３７】そこで、この温度情報から求められた合金
化溶融亜鉛めっき鋼帯の板温を亜鉛付着防止温度と比較
した結果に基づき、ターンロールの表面に対する亜鉛付
着を防止しながら、合金化炉の冷却帯において合金化溶
融亜鉛めっき鋼帯の冷却速度を高精度で制御することが
可能となる。その結果、表面性状及び形状特性の優れた
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を安定した操業条件下で且つ
高い歩留りで製造することができる。しかも、亜鉛付着
防止温度直下に合金化溶融亜鉛めっき鋼板の板温を管理
することができるため、連続溶融亜鉛めっきラインの生
産性も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続溶融亜鉛めっきラインの概略図

【図２】本発明に従って冷却制御システム

【図３】水冷帯出側に配置されたターンロールの温度
検出機構

【図４】本発明法及び赤外線放射温度計による板温測
定の比較

【図５】冷却制御しない場合と本発明法で冷却制御し
た場合における板温変化の比較

【図６】冷却制御しない場合と本発明法で冷却制御し
た場合における製品形状特性の比較

【符号の説明】

１０ターンロール１５合金化溶融亜鉛
めっき鋼帯１６亜鉛付着判定装置１９合金化炉の水冷
帯１９ａ水噴射ノズル１９ｂ圧力制御弁３０温度検出機構３１ａ，３１ｂ熱電
対３２温度検出ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中本一成兵庫県尼崎市鶴町１番地日新製鋼株式会社加工技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼帯を溶融亜鉛めっき浴に浸漬すること
により前記鋼帯の表面に形成されためっき層を後続する
溶融亜鉛めっき用合金化炉で合金化し冷却する際、互い
に接近した複数の熱電対をそれぞれ異なる深さで埋設し
た温度検出ブロックを表面に装着したロールを冷却帯出
側に配置し、前記ロールで検出されためっき鋼帯の表面
温度に基づき、前記冷却帯出側における前記めっき鋼帯
の表面温度が亜鉛付着防止温度以下になるように、前記
冷却帯を通過する前記めっき鋼帯を冷却制御することを
特徴とする溶融亜鉛めっき用合金化炉の冷却制御方法。