JP4521782B2 - 金属バンドの溶融浸漬鍍金方法及び装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属バンドが垂直方向に向かって溶融した鍍金用金属を収容する容器とその前に接続された誘導路とを通過して行き、鍍金用金属を容器内に留めて置くために、金属バンドの両側に配置された少なくとも二つのインダクターを用いて、誘導路の領域に電磁界を発生させるとともに、金属バンドを誘導路の中心位置で安定化させるために、インダクターの電磁気的な励起を変化させるか、金属バンドの両側に配置された少なくとも二つの補正用コイルを用いて、インダクターの電磁界に重畳する電磁界を発生させるか、その両方を行う、金属バンド、特に鋼板の溶融浸漬鍍金方法に関する。更に、この発明は、金属バンドの溶融浸漬鍍金装置に関する。

金属バンドのための従来の金属浸漬鍍金設備は、保守頻度の多い部分、即ち、内部に装備を施した鍍金容器を有する。鍍金する金属バンドの表面は、鍍金の前に残留酸化物を清掃して、鍍金用金属との結合のために活性化しなければならない。そのために、鍍金前に、還元雰囲気の熱間プロセスでバンド表面を処理している。酸化物層は、化学的に、或いは研磨により、事前に除去されているので、表面は、還元用熱間プロセスにより活性化されて、熱間プロセス後には金属的に綺麗に仕上がることとなる。

しかし、金属バンドの表面の活性化によって、このバンド表面の周辺空気中の酸素との親和性が増大する。空気中の酸素が鍍金プロセス前に再びバンド表面に到達するのを防止するために、バンドは、浸漬用吹管内を上方から浸漬鍍金浴内に運び入れられる。鍍金用金属は、溶融状態で存在し、鍍金する厚さを調整するために吹込み装置と共に重力を活用したいと考えているが、その後のプロセスは、鍍金用金属が完全に凝固するまでバンドとの接触を禁止されているので、バンドは、鍍金容器内で垂直方向に方向転換しなければならない。このことは、溶融金属内で動作するローラーを用いて行われる。このローラーは、溶融した鍍金用金属により大きく損耗して、製造活動の停止とそれによる停滞の原因となっている。

マイクロメートルの範囲内とされる可能性が有る鍍金用金属の所望の薄い鍍金厚のために、バンド表面の品質に対して高い要件が設定される。そのことは、バンドを移送するローラーの表面も高品質でなければならないことを意味する。この表面の乱れは、一般的にバンド表面の傷につながる。このことは、設備の頻繁な停止に対する別の原因となる。

溶融した鍍金用金属内で動くローラーと関連して起こる問題を解決するために、下方領域にバンドを垂直方向に対して上方に通過させる誘導路を有する下方に向かって開いた鍍金容器を用いるとともに、密閉するために電磁的な閉鎖手段を採用した解決策が知られている。その手段は、鍍金容器の下側を密閉するための押し返す、押し動かす、或いは狭窄する形の交番磁界又は進行磁界を作り出す電磁式インダクターである。

そのような解決策は、例えば、特許文献１〜４により周知である。

従って、強磁性でない金属バンドの鍍金は、特に良好な手法で可能であるが、基本的に強磁性の鋼板では、それにより強磁性による電磁的な密閉内で鋼板が通路壁に引っ張られ、そのためバンド表面が損傷するという問題が起こる。

二つの進行磁界式インダクター間の誘導路を通過する強磁性の鋼板の位置のバランスは不安定である。誘導路の中心でのみ、バンドに作用する磁気的な引力の合計が零となる。鋼板は、そのような中心位置からずれたとたんに、二つのインダクターの中の一方に近づくとともに、他方のインダクターから離れることとなる。そのようなずれの原因として、バンドの単純な平坦性の誤差が考えられる。この場合、バンドの幅に関して規定される、バンドの進行方向における如何なる種類の起伏（中央でのバックル、１／４部分でのバックル、耳伸び、揺動、歪曲、石弓形、Ｓ字形など）も挙げることができる。磁気的な引力に関して作用する磁気式インダクターの磁界の強さは、インダクターからの距離に応じて指数関数的に低下する。従って、引力も、同様にインダクターからの距離が増大すると誘導磁界の強さの二乗に従って低下する。そのことは、ずれたバンドに関して、一つの方向へのずれにより、一方のインダクターの引力が指数関数的に増大するとともに、他方のインダクターの戻そうとする力が指数関数的に低下することを意味する。両方の効果が互いに強め合って、その結果バランスが不安定となる。

この問題を解決するために、即ち、金属ストリップを誘導路内の正確な位置に制御するために、特許文献１は、密閉及びバンド安定化のために進行磁界用コイルを共通的に利用することを行っており、センサーで検出した鍍金用通路内におけるバンド位置に従って磁界の強さ又は周波数を調整することが可能な磁界の制御を進行磁界の制御に重畳させるバンド安定化方法を採用している。

特許文献３では、金属バンドを誘導路内の中心位置で安定化させるために、電磁式補助又は補正用コイルを駆動することを規定しており、その場合先ずは誘導路内における金属バンドの位置を測定し、測定したパラメータに従って、インダクター及び補助コイルの誘導用電流の測定にもとづき補助コイルの誘導用電流を調整して、金属バンドを誘導路内の中心位置に保持している。

引用文献４は、誘導路内における金属バンドの位置を検出して、バンドを中心位置に制御するために、金属バンドの移送方向に見てインダクターの高さ方向の延長部内のインダクターと金属バンド間に配置された二つのコイルを規定しており、その場合コイル内に誘導される電圧を測定して、誘導路内における金属バンドの実際の位置に関する指標を得ている。

即ち、全ての周知の方法は、誘導路内における金属バンドの位置検出を目指しており、それに続いて、求めた位置に従って、インダクター或いは補助又は補正コイルを制御、駆動して、金属バンドを誘導路内の出来る限り中心に保持するようにしている。

誘導路の領域において金属バンドの表面を損傷しないためには、金属バンドの位置検出を非接触により行わなければならないので、そのような手法は、しばしば問題を引き起こすことが分かっている。更に、周知のセンサー（例えば、渦電流センサー、レーザーセンサー又は静電容量形センサー）は、非常に大きな磁界の周囲環境内において常に問題無く動作するとは限らず、その結果中心位置の制御が、常に確実に行われるとは限らない。
欧州特許第０８５４９４０号明細書 国際特許公開第０１／７１０５１号明細書 国際特許公開第２００４／０５０９４０号明細書 国際特許公開第２００４／０５０９４１号明細書

以上のことから、この発明の課題は、前述した欠点を克服可能な金属バンドの溶融浸漬鍍金方法とそれに対応する装置を実現することである。即ち、制御効率を改善し、それによって、簡単な手法で金属バンドを誘導路内の中心に保持することを可能とすることである。

この発明による課題の解決策は、方法に関して、誘導路の中心位置での金属バンドの安定化が、次の閉じた制御系にもとづく一連の措置によって行われることを特徴とする。
ａ）金属バンドが中心位置からずれた場合に金属バンドが力検出素子に及ぼすほぼ水平方向に作用する力を測定する措置
ｂ）金属バンドを誘導路の中心位置に保持するように、測定した力に従って、インダクターの誘導用電流及び／又は補正コイルの誘導用電流を調整する措置
即ち、この発明の技術思想は、インダクター及び／又は補正コイルの電流の周知の制御手法を用いた中心位置制御が、金属バンドが中心位置からずれた場合に金属バンドが力検出素子に及ぼす水平方向の力をベースとするとの考えに基づくものである。即ち、周知の解決策と異なり、中心位置からの偏差自体を測定するものではない。

方法に関する第一の改善構成は、水平方向に作用する力の測定が誘導路の下側で行われるものと規定する。

有利には、周知の手法による密閉のために生成される電磁界は、周波数が２Ｈｚ〜２ｋＨｚの交流電流の印加によって生成される多相の進行磁界であるものと規定する。それに代わって、周波数が２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの交流電流の印加によって生成される単相の交番磁界を規定することも可能である。

金属バンドが、垂直に向かって溶融した鍍金用金属を収容する容器とその前に接続された誘導路とを通過して行く、金属バンド、特に鋼板の溶融浸漬鍍金装置は、鍍金用金属を容器内に引き留めて置くための電磁界を生成するために、誘導路の領域において金属バンドの両側に配置された少なくとも二つのインダクターを有し、この発明では、金属バンドが誘導路内の中心位置からずれた場合に金属バンドが力検出素子に及ぼす水平方向に作用する力を測定するための少なくとも一つの力検出素子と、測定した力に従って少なくとも一つのインダクターの誘導用電流を駆動するのに適した制御手段とを特徴とする。

有利には、インダクター以外に、金属バンドの両側に配置された二つの補正コイルが有り、制御手段が、その誘導用電流を駆動するのに適したものである。

特に有利には、力検出素子が、力変換器を備えたバンド用ガイドローラーとして構成される。この場合、力変換器は、歪ゲージとして構成することができる。

力検出素子は、有利には、誘導路の下側に配置される。更に、特に有利には、金属バンドの両側には、それぞれ一つの力検出素子が配置されるものと規定する。そうすることによって、中心位置からの二つのずれ方向におけるバンドの水平方向の力を容易に検出することが可能となる。

この発明による装置を用いて、測定構成の容易な校正が実現可能となる。更に、ここで提案した構成は、特別敏感なセンサーが不要であるため、非常に擾乱に強い。それにも関わらず、力検出素子が、例えば、歪ゲージ（ＤＭＳ）を備えている場合、厳しい環境条件下において、高精度な力の測定が容易に実行可能である。力の測定で問題となる検出素子は、一般的に周知であり、そのため広範囲な使用経験が存在し、その結果検出素子が連続運転に好適であることが保証される。

特に、バンド表面と周囲環境は、中心面内でのバンドの安定化に際し大きな役割を果たさない。溶融した鍍金用金属も光沢の有るバンド表面と大きな磁界も、この方法を阻害するものでない。即ち、このシステムは、非常に擾乱に強い形で動作する。

この発明の実施例が、図面に図示されている。

溶融浸漬鍍金装置は、溶解した鍍金用金属２で満たされた容器３を有する。その金属は、例えば、亜鉛又はアルミニウムとすることができる。鋼板の形の鍍金する金属バンド１は、移送方向Ｆに垂直上方に向かって容器３を通過して行く。ここで、金属バンド１が、容器３を上から下に通過して行くことも基本的に可能であることを補足しておく。金属バンド１が容器３を通過するために、容器の底部領域が開いている。この場合、大きく誇張されて、或いは幅広に図示された誘導路４が有る。

溶解した鍍金用金属２が、誘導路４を通して下方に流出することができないように、金属バンド１の両側には、鍍金用金属２の重力に対抗して作用し、そのため誘導路４の下方を密閉する磁界を発生させる二つの電磁式インダクター５が有る。これらのインダクターは、図示されていない供給手段から誘導用電流Ｉ_I を供給される。

インダクター５は、２Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯で動作する、移送方向Ｆに対して垂直な交差電磁界を発生させる、バンド１に対向して配置された二つの交番磁界又は進行磁界用インダクターである。単相システム（交番磁界用インダクター）に有利な周波数帯は、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚであり、多相システム（例えば、進行磁界用インダクター）に有利な周波数帯は、２Ｈｚ〜２ｋＨｚである。

誘導路４内に有る金属バンド１を誘導路４の中心面１０内に出来る限り正確に留まるように保持することが目的である。図では、金属バンド１が、誘導路の中心面１０内に有る伸びた線で示されている。

インダクター５の間に電磁界が印加された場合、対向する二つのインダクター５の間に有る金属バンド１は、通常より近くに有るインダクターの方に引き寄せられ、その引力は、一方のインダクターへの接近により増大し、そのことは、バンドの中心位置を非常に不安定なものとする。そのため、この装置を動作させる場合、金属バンド１が、インダクター５の引力のために、作動しているインダクター５の間における誘導路４の中心を通って自由に動くことができないという問題が発生する。

従って、誘導路４の中心面１０で金属バンド１を安定化させるために、補正コイル６が誘導路４又は金属バンド１の両側に配置されている。これらのコイルは、制御手段８によって、インダクター５と補正コイル６の磁界の重畳したものが常に誘導路４の中心に金属バンド１を保持するように駆動される。

即ち、インダクター５の磁界は、補正コイル６を用いて、その駆動に応じて強める、或いは弱めることが可能である（磁界の重ね合わせの原理）。このようにして、誘導路４内における金属バンド１の位置を制御することができる。

誘導路４の下側には、一対の力検出素子７が有る、詳しくは金属バンド１の両側に、それぞれ一つの力検出素子７が有る。各力検出素子は、金属バンド１上に載るバンド用ガイドローラー１１を有する。バンド用ガイドローラー１１とローラー１１の（模式的にのみ図示された）支持体１２の間には、歪ゲージ（ＤＭＳ）の形式の力変換器９が配置されている。それを用いて、金属バンド１が力検出素子７に及ぼす水平方向の力Ｆ_H の大きさを測定することが可能である。そのために、図では、金属バンド１が誘導路４の中央ではなく、中心面１０から右にずれた（大きく誇張して示された）金属バンド１の位置を破線で図示している。

破線で図示された位置において、前方への張力を加えられた金属バンド１が、力検出素子７に対して力の水平方向の成分Ｆ_H を右向きに及ぼすことによって、力変換器は、零と異なる水平方向の力を記録する。この測定値は、制御手段８に転送される。

即ち、制御手段８は、入力変数として水平方向に作用する力Ｆ_H の値と方向を受け取る。制御手段８内には、生じた水平方向の力Ｆ_H を出発点として、補正コイル６の誘導用電流Ｉ_K を制御するアルゴリズムが保存されている。例えば、図に図示されている通り、バンドのずれが、中心面１０から右となった場合、水平方向の力は、右向きに起こる（右の力検出素子７によって計測される）。それにもとづき、制御手段８は、左の補正コイル６の誘導用電流Ｉ_K を増大することによって、そのコイルを制御し、その結果バンド１が、より強く左に引っ張られて、再び目標位置（中心面１０）に動くこととなる。このようにして、金属バンド１の位置は、閉じた制御系にもとづき、金属バンド１の中心面１０からの位置の偏差が最小限となるように保持される。

バンドの中心面１０からの偏差が大きくなる程、力検出素子７の当該のバンド用ガイドローラー１１の接触角が大きくなる。バンドの前方への張力のために、水平方向の力Ｆ_H に関して、それと比例した値が得られる。

この発明を単一の力検出素子７だけで実現することも考えられる。詳しくは、その場合、バンドの偏差が右向きの場合、バンド用ガイドローラー１１の接触角が、より大きくなり、そのため、それに対応して水平方向の力が、より大きくなる。それに対して、位置の偏差が左向きであると、バンドがバンド用ガイドローラー１１から持ち上がってしまうまで、バンド１の接触角が、徐々に小さくなり、その結果左向きのずれであると結論付けることができる。

制御しない場合、磁界のために、バンドが誘導路４の右又は左の壁面に載ってしまう金属バンド１の位置だけが安定的なものとなる。これら二つの位置は、補正コイル６による目標の初期地点と見做すことができ、そうすることによって、測定機器の簡単な校正が可能となる。その場合、位置制御の目標値として、二つの限界値間における如何なる力の値も使用可能であり、理想的には中心面１０に対応して、中心位置を使用することができる。

従って、金属バンド１と誘導路４の壁面との接触は、この発明の正しい実施形態では起こらず、その結果高品質な溶融浸漬鍍金装置が実現可能となる。

溶融浸漬鍍金装置とそこを通過する金属バンドの模式図

符号の説明

１ 金属バンド（鋼板）
２ 鍍金用金属
３ 容器
４ 誘導路
５ インダクター
６ 補正コイル
７ 力検出素子
８ 制御手段
９ 力変換器
１０ 中心面
１１ バンド用ガイドローラー
１２ 支持体
Ｆ_H 水平方向に作用する力
Ｉ_I インダクターの誘導用電流
Ｉ_K 補正コイルの誘導用電流
Ｆ 移送方向

Claims (9)

1. 金属バンド（１）が、垂直方向に向かって溶融した鍍金用金属（２）を収容する容器（３）とその前に接続された誘導路（４）とを通過して行き、鍍金用金属（２）を容器（３）内に留めて置くために、金属バンド（１）の両側に配置された少なくとも二つのインダクター（５）を用いて、誘導路（４）の領域に電磁界を発生させるとともに、金属バンド（１）を誘導路（４）の中心位置で安定化させるために、インダクター（５）の電磁気的な励起を変化させるか、金属バンド（１）の両側に配置された少なくとも二つの補正用コイル（６）を用いて、インダクター（５）の電磁界に重畳する電磁界を発生させるか、その両方を行う、金属バンド（１）、特に鋼板の溶融浸漬鍍金方法において、
   誘導路（４）の中心位置での金属バンドの安定化は、
   ａ）金属バンド（１）が中心位置からずれた場合に金属バンドが力検出素子（７）に及ぼす水平方向に作用する力（Ｆ_H ）を測定し、力変換器（９）を備えたバンド用ガイドローラーとして構成された力検出素子（７）を用いて、その力（Ｆ _H ）を測定する措置と、
   ｂ）金属バンド（１）を誘導路（４）の中心位置に保持するように、測定した力（Ｆ_H ）に従って、インダクター（５）の誘導用電流（Ｉ_I ）及び／又は補正コイル（６）の誘導用電流（Ｉ_K ）を調整する措置と、
   の閉じた制御系にもとづく一連の措置によって行われることを特徴とする方法。
2. 当該の水平方向に作用する力（Ｆ_H ）の測定が、誘導路（４）の下側で行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 当該の電磁界が、２Ｈｚ〜２ｋＨｚの周波数で交流電流を印加することによって発生させた多相の進行磁界であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 当該の電磁界が、２ｋＨｚ〜１０ｋＨｚの周波数で交流電流を印加することによって発生させた単相の交番磁界であることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
5. 金属バンド（１）が、垂直方向に向かって溶融した鍍金用金属（２）を収容する容器（３）とその前に接続された誘導路（４）とを通過して行き、鍍金用金属（２）を容器（３）内に留めて置くための電磁界を発生させる少なくとも二つのインダクター（５，６）が、誘導路（４）の領域で金属バンド（１）の両側に配置されている、金属バンド（１）、特に鋼板の溶融浸漬鍍金装置において、
   金属バンド（１）が誘導路（４）内で中心位置からずれた場合に金属バンドが力検出素子（７）に及ぼす水平方向に作用する力（Ｆ_H ）を測定するための少なくとも一つの力検出素子（７）と、
   測定した力（Ｆ_H ）に従って、少なくとも一つのインダクター（５，６）の誘導用電流（Ｉ_I ，Ｉ_K ）を駆動するのに適した制御手段（８）と、
   を有し、力検出素子（７）が、力変換器（９）を備えたバンド用ガイドローラーとして構成されていることを特徴とする装置。
6. インダクター（５）以外に、金属バンド（１）の両側に配置された二つの補正コイル（６）が有り、制御手段（８）が、そのコイルの誘導用電流（Ｉ_K ）を駆動するのに適していることを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 力変換器（９）が、歪ゲージ（ＤＭＳ）として構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 力検出素子（７）が、誘導路（４）の下側に配置されていることを特徴とする請求項５から７までのいずれか一つに記載の装置。
9. 金属バンド（１）の両側に、それぞれ一つの力検出素子（７）が配置されていることを特徴とする請求項５から８までのいずれか一つに記載の装置。

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