(57)【要約】【課題】合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、誘導加熱により合金化処理を行うに当たり、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータへの投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化しても、ストリップ出側温度を出側目標温度に正確に制御することができる板温制御方法を提供すること。【解決手段】合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、多段インダクションヒータ４による板温制御を実施するに当たり、ストリップ１の板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータ４への投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化した際に板温の影響を受けるストリップ１の電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮したモデル式を用いて、各インダクションヒータ４への投入電力Ｐｉを算出し、各インダクションヒータ４出側での板温を目標値に制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、多段インダクションヒータによる板温制御を実施するに当たり、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータへの投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化した際に板温の影響を受けるストリップの電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮した下式を用いて、各インダクションヒータへの投入電力Ｐｉを算出し、各インダクションヒータ出側での板温を目標値に制御することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の誘導加熱における板温制御方法。
Ｐｉ＝（ｅ×ｔ×ｗ×ｖ×ΔＴｉ×Ｃｐ（Ｔｉ））／（ηｉ（Ｔｉ）×η（ｔ、ｗ））
但し、
ηｉ（Ｔｉ）＝（ρ（Ｔｉ））０．５／（αｉ＋（ρ（Ｔｉ））０．５）
Ｐｉ：各インダクションヒータへの投入電力
ｒｉ：各インダクションヒータへの温度配分比率（定数）  Σｒｉ＝１
ηｉ（Ｔ）：各インダクションヒータの効率の板温多項式
η（ｔ、ｗ）：各インダクションヒータの板厚ｔにおける板幅多項式
ｅ：ストリップ密度
ｔ：ストリップ板厚
ｗ：ストリップ板幅
ｖ：ストリップ通板速度
ＴＥ：入側板温
ＴＤ：出側板温
ΔＴ：昇温量（ＴＤ−ＴＥ）
ΔＴｉ：ΔＴ×ｒｉ
ＴｉＥ：各インダクションヒータ入側板温設定値
ＴｉＤ：各インダクションヒータ出側板温設定値
Ｔｉ＝（ＴｉＥ＋ＴｉＤ）／２
Ｃｐ（Ｔ）：ストリップ比熱の板温多項式
ρ（Ｔ）：板の電気比抵抗の板温多項式
αｉ：各コイルの定数
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板に溶融亜鉛めっきを施した後に誘導加熱によって合金化処理して連続的に合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する際の板温制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、誘導加熱により合金化処理を行う際の板温制御方法として、特許文献１には、誘導加熱装置への投入電力を求めるに当たり、合金化炉入側温度における鋼板の含熱量と合金化炉出側温度における鋼板の含熱量との差異を考慮することが開示されている。また、特許文献２には、インダクションヒータ効率への板幅の影響を考慮することが開示されている。
【０００３】
このように、従来は誘導加熱装置への投入電力を求めるに当たり、インダクションヒータ効率への板温変化の影響を考慮することはなく、また、ストリップ比熱への板温変化の影響を考慮することもあまりなかった。
【０００４】
インダクションヒータ効率及びストリップ比熱は、板温変化によって変化するものであり、ストリップ出側温度を出側目標温度に正確に制御するためには、これらの板温変化を考慮する必要がある。
【０００５】
しかし、上述のとおり従来は、インダクションヒータ効率及びストリップ比熱の板温変化の影響を考慮していないので、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータの投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化した際に、インダクションヒータが多段構成で投入電力配分が均等でない場合や、１段でも設計条件と異なる温度を設定する場合には、ストリップ出側温度が出側目標温度に正確に制御できないという問題があった。例えば、２段インダクションヒータで板温を４２０℃から５２０℃へ均等負荷で加熱する場合を基準とし、前段高負荷（８０％）で目標温度を４２０℃から５７０℃に変更する場合、インダクションヒータ効率への板温変化の影響及びストリップ比熱への板温変化の影響をしない場合、出側目標温度５７０℃に対し、約６℃の差異が発生することもある。
【特許文献１】特開平５−１５６４１９号公報
【特許文献２】特開平８−１７６７７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、誘導加熱により合金化処理を行うに当たり、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータへの投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化しても、ストリップ出側温度を出側目標温度に正確に制御することができる板温制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を連続的に製造するラインにおいて、多段インダクションヒータによる板温制御を実施するに当たり、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータへの投入電力配分比率、入側板温又は出側目標板温が変化した際に板温の影響を受けるストリップの電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮した下式を用いて、各インダクションヒータへの投入電力Ｐｉを算出し、各インダクションヒータ出側での板温を目標値に制御するようにした。
【０００８】
Ｐｉ＝（ｅ×ｔ×ｗ×ｖ×ΔＴｉ×Ｃｐ（Ｔｉ））／（ηｉ（Ｔｉ）×η（ｔ、ｗ））
但し、
ηｉ（Ｔｉ）＝（ρ（Ｔｉ））０．５／（αｉ＋（ρ（Ｔｉ））０．５）
Ｐｉ：各インダクションヒータへの投入電力
ｒｉ：各インダクションヒータへの温度配分比率（定数）  Σｒｉ＝１
ηｉ（Ｔ）：各インダクションヒータの効率の板温多項式
η（ｔ、ｗ）：各インダクションヒータの板厚ｔにおける板幅多項式
ｅ：ストリップ密度
ｔ：ストリップ板厚
ｗ：ストリップ板幅
ｖ：ストリップ通板速度
ＴＥ：入側板温
ＴＤ：出側板温
ΔＴ：昇温量（ＴＤ−ＴＥ）
ΔＴｉ：ΔＴ×ｒｉ
ＴｉＥ：各インダクションヒータ入側板温設定値
ＴｉＤ：各インダクションヒータ出側板温設定値
Ｔｉ＝（ＴｉＥ＋ＴｉＤ）／２
Ｃｐ（Ｔ）：ストリップ比熱の板温多項式
ρ（Ｔ）：板の電気比抵抗の板温多項式
αｉ：各コイルの定数
【発明の効果】
【０００９】
本発明の誘導加熱における板温制御方法によれば、ストリップの電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮して各インダクションヒータの投入電力を算出するので、インダクションヒータが多段構成で、投入電力配分が均等でない場合や、１段でも設計条件と異なる温度を設定する場合においても、出側板温制御精度が悪化することはなく、全体として出側板温制御精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の板温制御方法を適用した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの構成図である。
【００１１】
同図において、１は通板するストリップ（鋼板）、２は亜鉛めっき浴、３はガス絞りノズル、４はインダクションヒータ（合金化加熱炉）、５は保持冷却炉、６はインダクションヒータ４の加熱装置、７は入側板温計、８は出側板温計、９は亜鉛めっき浴温計、１０は加熱装置６への投入電力制御装置である。
【００１２】
この製造ラインでは、板厚、板幅、入側板温、出側目標板温又は各インダクションヒータ（合金化加熱炉）４への投入電力配分比率が変化するストリップ１の溶接点が、インダクションヒータ４入側に到達したとき、及び通板速度が変化したときに、投入電力制御装置１０により投入電力目標値Ｐｉを計算し、各インダクションヒータ４の加熱装置６へ設定する。また、投入電力目標値Ｐｉを計算するため、投入電力制御装置１０には、各インダクションヒータ４における入側板温設定値及び出側板温設定値を含む板温情報１１と、ストリップ１の板厚、板幅、密度、比熱及び電気比抵抗を含むストリップ情報１２と、ストリップ通板速度及び各インダクションヒータ４への温度配分比率（投入電力配分比率）を含む操業情報１３が入力される。
【００１３】
投入電力目標値Ｐｉは、概念的には次式（１）で与えられる。
【００１４】
Ｐｉ＝（単位時間当たりに誘導加熱するストリップの質量
×単位質量たりのストリップに加えられる熱量）
÷各インダクションヒータの効率
＝（ｅ×ｔ×ｗ×ｖ×ΔＴｉ×Ｃｐ（Ｔｉ））／ηｉ  …（１）
ここで、ｅ：ストリップ密度
ｔ：ストリップ板厚
ｗ：ストリップ板幅
ｖ：ストリップ通板速度
ΔＴｉ：ΔＴ×ｒｉ
ΔＴ：昇温量（ＴＤ−ＴＥ）
ＴＥ：入側板温
ＴＤ：出側板温
ｒｉ：各インダクションヒータへの温度配分比率（定数）Σｒｉ＝１
Ｃｐ（Ｔ）：ストリップ比熱の板温多項式
ηｉ：各インダクションヒータの効率
以下、上記（１）式における各インダクションヒータの効率ηｉの項について説明する。
【００１５】
図１に示した各インダクションヒータ４の装置構成を概念的に示すと図２のようになり、これは図３のような等価回路に置き換えることができる。
【００１６】
図３において、ＲＣＯＰＰＥＲは銅線の抵抗［Ω］、ＲＳＴＲＩＰはストリップの抵抗［Ω］、ＸＬはコイルの誘導リアクタンス［Ω］、Ｅａｃはコイル電圧（Ｖ）を表し、投入電力目標値Ｐｉの計算において、効率ηは次のようにして求まる。
【００１７】
まず、│ＸＬ│≫│ＲＣＯＰＰＥＲ＋ＲＳＴＲＩＰ│であるので、ストリップへの入熱量ＰＳＴＲＩＰ、コイルに流れる電流Ｉｃ、及びコイルへの出力ＰＣＯＩＬは、それぞれ次式（２）〜（４）で与えられる。
【００１８】
ＰＳＴＲＩＰ＝（Ｉｃ）２×ＲＳＴＲＩＰ  ［ｋＷ］  …（２）
Ｉｃ≒Ｅａｃ／ＸＬ［Ａ］  …（３）
ＰＣＯＩＬ＝（Ｉｃ）２×（ＲＣＯＰＰＥＲ＋ＲＳＴＲＩＰ）［ＫＷ］  …（４）
上記（２）、（４）式より、ストリップへの入熱効率ηは、次式（５）で与えられる。
【００１９】
η＝ＰＳＴＲＩＰ／ＰＣＯＩＬ＝ＲＳＴＲＩＰ／（ＲＣＯＰＰＥＲ＋ＲＳＴＲＩＰ）  …（５）
また、ストリップの抵抗ＲＳＴＲＩＰは電気比抵抗の平方根に比例するが、これは以下のようにして求まる。
【００２０】
まず、ストリップへの電流浸透深さδは、次式（６）で与えられる。
【００２１】
δ＝（ρ（Ｔ）／（ｆ×μ））０．５  …（６）
ここで、ρ（Ｔ）：ストリップの電気比抵抗の板温多項式［Ω・ｍ］
ｆ：電源の周波数［Ｈｚ］
μ：ストリップの透磁率
一方、電源から見たストリップの抵抗ＲＳＴＲＩＰは、次式（７）で与えられる。
【００２２】
ＲＳＴＲＩＰ＝ρ（Ｔ）×Ｉ／Ａ  ［Ω］ …（７）
ここで、Ｉ：コイル長さ［ｍ］
Ａ：ストリップ断面積［ｍ２］      
このとき  Ａ∝δであるので、（６）式及び（７）式より、ストリップの抵抗ＲＳＴＲＩＰは、次式（８）で与えられる。
【００２３】
ＲＳＴＲＩＰ＝ρ（Ｔ）×Ｉ／Ａ
∝ρ（Ｔ）×Ｉ／δ
＝ρ（Ｔ）×Ｉ／（ρ（Ｔ）／（ｆ×μ））０．５   
∝（ρ（Ｔ））０．５  …（８）
ここで、コイル定数をＫとすると、（８）式より、ストリップの抵抗ＲＳＴＲＩＰは、次式（９）で与えられる。
【００２４】
ＲＳＴＲＩＰ＝Ｋ（ρ（Ｔ））０．５  …（９）
したがって、効率ηは（５）式及び（９）式より、次式（１０）で与えられる。
【００２５】
η＝ＲＳＴＲＩＰ／（ＲＣＯＰＰＥＲ＋ＲＳＴＲＩＰ）
＝Ｋ（ρ（Ｔ））０．５／（Ｋ（ρ（Ｔ））０．５＋ＲＣＯＰＰＥＲ）
＝（ρ（Ｔ））０．５／（（ρ（Ｔ））０．５＋ＲＣＯＰＰＥＲ／Ｋ）
＝（ρ（Ｔ））０．５／（α＋（ρ（Ｔ））０．５））  …（１０）
ここで  α：ＲＣＯＰＰＥＲ／Ｋ：コイルにより一定
（１０）式で示されているように効率ηはストリップの電気比抵抗ρの関数であり、ストリップの電気比抵抗ρが温度の関数であるので、効率ηも温度の関数になる。
【００２６】
さらに、効率ηは、ストリップの板厚及び板幅の関数であるので、最終的な各インダクションヒータの効率ηｉは次式（１１）で与えられる。
【００２７】
ηｉ＝ηｉ（Ｔｉ）×η（ｔ、ｗ）  …（１１）
ここで、ηｉ（Ｔｉ）＝（ρ（Ｔｉ））０．５／（αｉ＋（ρ（Ｔｉ））０．５）
η（ｔ、ｗ）：各インダクションヒータの板厚ｔにおける板幅多項式
次に、多段インダクションヒータによる板温制御を実施するに当たり、板温の影響を受けるストリップの電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮した場合の設定板温と、これらを考慮しない場合の設定板温の計算例を図４に示す。
【００２８】
図４では、２段インダクションヒータで板温を４２０℃から５２０℃へ均等負荷で加熱する場合を基準とし（図４（ａ））、前段（Ｎｏ．１）のインダクションヒータを高負荷（８０％）としたときの影響例、及び、設定温度変化（４２０℃から５７０℃）の影響例を示している（図４（ｂ））。電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮しない場合、これらを考慮した場合の後段（Ｎｏ．２）の設定板温５７０℃に対し、５．９℃の差異が発生していることが分かる。５．９℃の内訳を見ると約６．９℃がストリップ比熱の温度変化によるもの、約−１．０℃が効率の温度変化によるものである。本発明が対象としている溶融亜鉛めっき鋼板の合金化制御においては、板温の制御精度は通常±５〜１０℃程度の広い温度幅とされているが、これはストリップ毎の例えばカーボン含有量などの鋼板の物性に微妙な違いがあるため制御誤差があること、また公知のように合金化炉出側のめっき鋼板の板温測定が困難で精度良く温度測定ができないことから能力検証の余地として温度幅が広くなっているものであり、実際には高品質の製品を得るため、より精度良く温度制御されることが求められている。
【００２９】
以上の説明から明らかなように、多段インダクションヒータによる板温制御を実施するに当たり、ストリップの板厚、板幅、通板速度、各インダクションヒータの温度分配比率、入側板温又は出側目標板温が変化する際においても、板温の影響を受ける電気比抵抗及び比熱の温度変化を考慮したモデル式を用いれば、より高精度の板温制御が可能となり、製品品質の向上を図ることが可能となる。
【００３０】
なお、ストリップの板厚、板幅、通板速度及び出側目標板温度等の変化がない場合に、一定周期毎に出側板温を目標値になるように制御するフィードバック制御を実施する等の通常の制御を実施することは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の板温制御方法を適用した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造ラインの構成図である
【図２】インダクションヒータの装置構成の概念図である。
【図３】図２のインダクションヒータの等価回路図である。
【図４】板比熱及び効率に温度変化を考慮しない場合の設定値との差異を示す。
【符号の説明】
【００３２】
１  ストリップ（鋼板）
２  亜鉛めっき浴
３  ガス絞りノズル
４  インダクションヒータ（合金化加熱炉）
５  保持冷却炉
６  インダクションヒータの加熱装置
７  入側板温計
８  出側板温計
９  亜鉛めっき浴温計
１０  投入電力制御装置
１１  板温情報
１２  ストリップ情報
１３  操業情報
【図１】
2005248208.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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