JP6525339B2 - ガルバニーリングセクションを備える、非磁性金属ストリップを処理する連続処理ライン、及び該ガルバニーリングセクションにおいて該ストリップを誘導加熱する方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼板コイルの連続亜鉛めっきのためのライン、特にはガルバニーリングセクションに関する。特にはガルバニーリング処理中に各種グレードの非磁性鋼を加熱するために、横断方向磁束誘導（Transverse Flux Induction）により、ストリップを加熱するための装置及び方法に関する。

高い機械的特性を持った亜鉛めっき鋼に対する需要は世界的に大幅に増大している。このことは特に自動車分野で当てはまる。この分野では該鋼を使用することにより、同一の機械的強度を持つ鋼板の厚さを低減させることが可能になる。厚さを低減させることによる重量の節約は、自動車の燃料消費を低減させ、それによりＣＯ_２の排出を少なくする。マンガン含有量が高い鋼にとっては特に有利である。なぜなら、該鋼は高い機械的強度と絞り成形のための高い能力を併せ持つからである。

自動車の車体製造に使用される鋼板は、しばしばガルバニーリング法によってコーティングされる。この方法では、ストリップを溶融亜鉛めっきした後に、工程が加えられる。それは亜鉛めっきした鋼ストリップを亜鉛浴の出口で加熱することからなり、これに保持フェーズが続く。この工程では、亜鉛の層は、鋼板の鉄とコーティングの亜鉛の拡散により修飾され、これにより金属担体と亜鉛の層の間で合金が形成されることになる。ガルバニーリングは、コーティング鋼板の溶接性を増加させ、塗装後の鋼板の表面品質を改善させる。

ここで、用語ガルバニーリングは、８００℃付近の高い温度で行われるアニールとは類似していないことに注意する。ガルバニーリングは、６５０℃未満の、より低い温度で行われる。これは加熱及び保持処理であり、「合金化処理」ということができる（合金化は、亜鉛めっき層とその担体の間での合金の形成）。“Techniques de l’ingenieur”[Techniques of the engineer]文献 ｍ１５３１の段落２．３．７．２が参照される。これは実施例を使ってガルバニーリング法を説明している。そこでは、鋼板が４５０℃付近で亜鉛めっき槽を出る時に、この温度を急激に５００℃に上昇させ、ストリップをこの温度で例えば１０秒間維持することにより、亜鉛コーティングは、鉄が液体亜鉛に拡散することにより、鉄／亜鉛合金に変換され、それで得られたコーティングは、マットグレイの色を有し、８〜１２％の鉄を含む。この処理は、冷却塔の上向き経路に沿って前記槽の直後に配列された縦型炉で行われる。

ガルバニーリングセクションにおいてストリップの加熱は、縦方向磁束誘導加熱装置によって伝統的に行われている。それは、ストリップに高出力密度を伝え、それにより該装置の長さを低減させることが可能になるという利点がある。なぜなら、該加熱装置の小型化は亜鉛めっき塔において重要なことだからである。その理由は、ガルバニーリング工程の追加は、ストリップの加熱とその温度での保持、及びその追加的冷却を行うために設置する装置の長さのため、前記塔の高さの顕著な上昇をもたらすからである。とりわけ、ストリップのコーティングは、ストリップの表面のマーキングを避けるため、該塔の頂点に配置されたディフレクターロールに到達する前に固化される必要がある。保持装置の長さは、金属が拡散するのに必要な時間によって規定される。ストリップの温度を維持するのに必要な熱入力は限られているため、ストリップの加熱は通常、抵抗器を使用して行われる。

ガルバニーリングセクションの入口では、ストリップの縁部はより冷たい。この理由は、縁部は自然冷却が大きいことに加え、ストリップから過剰の亜鉛を除去するために乾燥機から入ってくる空気が縁部に、より大きな冷却をもたらすからである。ガルバニーリングに必要な温度へのストリップの加熱に続く、ストリップを温度で保持する間、ストリップの温度は、鉄の液体亜鉛への拡散がストリップの幅全体にわたって同じであるようにするには、その幅にわたって、また特に縁部で均質であることが有利である。ガルバニーリングセクションの入口において、縁部の低い温度を補うため、そこを過熱する必要がある。この目的のため、ＦＲ２６６１４２３号明細書には、縁部加熱装置の追加について記載されている。この解決策は十分に満足できるものではない。この問題解決のため、追加的な装置の設置が必要だからである。

ガルバニーリングは、全てのグレードの亜鉛めっき鋼板に利用されるわけではない。ガルバニーリング装置は使用されていないときは、前記塔の冷却能力を上昇させ、それにより亜鉛めっき鋼（ＧＩ）に関するラインの生産能力を増大させることを可能にする冷却スリーブに切り替えるため、オフラインにする必要がある。この原則により、縦方向磁束誘導加熱装置は、ストリップを囲むコイルを含む。前記加熱装置をオフラインにするため、開放可能な誘導装置を設けることが必要になる。例えば、ＪＰ２９０３４４９号明細書に記載されている、このような装置の複雑さは、この解決法の魅力を失わせている。

高マンガン含量の鋼は、通常、室温でオーステナイト構造を有し、非磁性である。縦方向磁束誘導加熱は、非常に低い加熱効率であるため、これらの鋼に対して、もはやふさわしくない。このように、現在、ガルバニーリングセクションにおいて非磁性鋼をコーティングするための誘導加熱装置は存在していない。従来技術の解決策は、バーナー又は抵抗器を装備した装置を設置することからなるが、出力密度が限定されている結果、装置が過剰に長くなる。

本発明は、上記問題に対する解決策を提供する。この解決策は、非磁性鋼のガルバニーリングに対して特に有利であり、非常に小型の加熱セクションを備えることを可能とし、容易にオフラインにして、縁部を過熱することができる。

本発明の第１の態様は、非磁性金属ストリップを処理する連続処理ラインであって、コーティングセクション、及び、該コーティングセクションの下流に配置されるガルバニーリングセクションを備え、前記非磁性金属ストリップを加熱することを意図する誘導加熱装置を備え、該装置は、ストリップの温度を、所望するコーティングの修飾を得るのに必要なレベルにまで上げることが可能であり、 該加熱装置は、少なくとも１つの横断方向磁束インダクタを備えることを特徴とする。

これは、当業者によって高温、通常８００℃を超える温度でのアニーリングセクションとしてのみ把握されてきた連続ラインにおける横断方向磁束誘導についての新たな利用である。該アニーリングセクションはストリップの金属構造を深部で修飾することが可能である。横断方向磁束インダクタを用いて、磁束はストリップの表面に対して垂直に向けられる。それとは対照的に、縦方向磁束加熱の間は、磁束はストリップの表面に接する。本発明の範囲においては、横断方向磁束誘導により、非磁性材料を非常に良好なエネルギー効率と高出力密度で加熱することができる。

実際には、横断方向磁束インダクタは、励振コイルを備え、加熱するストリップの両側に配置された２つの磁極構造で構成されている。コイル内の交流の極性は、相互に対向する磁極はいつでも反対のサインを示しており、磁束にストリップを通過することを強いる。

ガルバニーリングセクションにおいて、ストリップを加熱する横断方向磁束インダクタの使用は、種々のストリップ幅に対する最適な加熱特性を得る必要性から、複雑になる。したがって、本発明に係る装置は、ストリップの横断方向温度プロファイルに影響を及ぼすようにコイルの寸法が適合される。本発明の別の１つの態様においては、該装置は、前記ストリップの横断方向温度プロファイルに影響を与えるように前記ストリップの幅にわたって横方向に移動させることができるスクリーンを備え、該スクリーンの位置の調整が、前記ストリップの縁部の過熱を調節することを可能にする。前記スクリーンは、また前記ストリップに対するそれらの間隔を調整するために横断方向に移動させることができる。前記横断方向磁束インダクタは、２対のコイルを備える。コイルの対の数の選択は、特に、加熱されるストリップの特性及びラインの生産能力に応じて決定される。

本発明において横断方向磁束インダクタは、鋼ストリップの両側に独立して配置され、機械的に連結されていない２つのプレートを備えた設計を有している。それは、ガルバニーリングセクションの後退又は撤退を、使用されていないときに容易にする。こうして、亜鉛めっきラインが亜鉛めっき鋼（ＧＡ）を生産していないとき、他の目的のために使用しうるスペースを開放する。

本発明の第２の態様は、非磁性金属ストリップを処理する連続処理ラインのガルバニーリングセクションにおいて前記非磁性金属ストリップを誘導加熱する方法であって、前記処理ラインはコーティングセクションを備え、前記ガルバニーリングセクションは前記コーティングセクションの下流に配置され、前記ストリップの前記加熱を、横断方向磁束インダクタによって行うことを特徴とする。

こうして、前記ラインのコーティングセクションは、溶融亜鉛めっきを可能とし、本発明における加熱によりガルバニーリングの実施を可能とする。

本発明においては、乾燥機における副作用に由来する縁部の付加的な冷却に前もって対処するため、横断方向磁束インダクタによって直接的にストリップの縁部を過熱し、ガルバニーリングの温度保持フェーズの間、その幅にわたって実質的に均質なストリップ温度を得る。

本発明においては、横断方向磁束インダクタのスクリーンのガルバニーリングに特異的な制御は、該インダクタの入口の温度プロファイルが平らなときに、該インダクタの出口において平らの温度プロファイルを得ることを可能にするだけでなく、亜鉛めっきセクションの出口におけるプロファイルの典型的なケースである、温度プロファイルが局所縁部のアンダーヒーティングを呈するときに、 該インダクタの出口において平らのプロファイルを得ることを可能にする。このように、前記スクリーンの位置を制御することにより、亜鉛めっきセクションの出口における縁部のアンダーヒーティングを埋め合わせることができ、また、可動スクリーンの適切な位置決めのおかげで、各種の亜鉛めっき鋼ストリップに対して平らな温度プロファイルを得ることを可能にする。

従来技術の縦方向磁束誘導加熱を備えたガルバニーリングを含む、磁性鋼を処理するための亜鉛めっきラインのコーティングセクションの概略図である。 縦方向磁束インダクタに由来する磁束の概略図である。 横断方向磁束インダクタに由来する磁束の概略図である。 本発明における誘導加熱装置の実施例を示す概略図である。 本発明における誘導加熱装置、特には可動スクリーンの使用を示す実施例の概略断面図である。

本発明の特徴と利点については後述する記載である非限定的な実施例及び添付した図面を参照して明らかになる。

図１は、亜鉛めっきラインの亜鉛めっき塔２１を概略的に示している。ガルバニーリングセクションはコーティングセクション２０の下流に配置されている。アニーリング炉から送り出されるストリップ１は亜鉛浴２に浸漬される。該ストリップの進行方向は矢印１３で示している。該亜鉛浴の出口では、該ストリップは前記亜鉛めっき塔内を垂直方向に上昇する。該ストリップは、ガルバニーリングセクションに入る前に、必要なコーティング厚さだけを有するストリップにすることを可能にする乾燥機３を通過する。

該ストリップは、最初に縦方向磁束インダクタ５を装備した加熱装置４を通過する。これにより、該ストリップをガルバニーリングに必要な温度にすることが可能になる。その後、該ストリップは、抵抗器７を装備した保持ユニット６を通過する。次いで、該ストリップは、連続冷却スリーブ８により空気で冷却され、その後、水タンク９内の水で冷却される。

図２は、縦方向磁束インダクタ５に由来する磁束１０の概略図である。この磁束は、ストリップ１の表面に接している。

図３は、横断方向磁束インダクタ１２に由来する磁束１１の概略図である。このインダクタは、１対のコイル１２ａ、１２ｂからなる。該磁束はストリップ１の表面に対して垂直方向に向いている。

図４は、本発明における誘導加熱装置１４の実施例を示す概略図である。この装置は、ストリップの進行方向に互いに追随する２対のコイル１６ａ、１６ｂを含む横断方向磁束インダクタ１５からなる。１対は、ストリップ１の両側に配置されたコイルからなる。コイルは、支持体１７により保持される。

また前記装置は、ストリップの縁部１９の両側に配置されたスクリーン１８を含む。図５は、ストリップ１、コイル１６及び支持プレート１７に対して、この可動スクリーン１８ａ、１８ｂの位置決めについて詳細に示している。

これらのスクリーンは、ストリップの横断方向温度プロファイルに影響を及ぼすように、ストリップの幅にわたって横方向に移動させることができる。横方向の調整は、２つの対向する縁部１９に配置されたスクリーン１８ａ、１８ｂが移動して互いに近づいたり、又は遠ざかったりすることを意図している。縁部の大幅な冷却をもたらす副作用を補い、そうして前記インダクタの出口でストリップの実質的な均質な温度を得るために、前記スクリーンの位置の調整により縁部の過熱を調整することが可能になる。

本発明の別の態様においては、前記スクリーン１８はまた、前記ストリップに対するそれらの間隔を調整するために横断方向に移動させることができる。この相補的調整は、前記加熱装置を調整するさらなる可能性を与える。

こうして前記スクリーンを制御することにより、現存する縁部の不十分な温度を、ガルバニーリングセクションの前に訂正することができ、各種の幅の鋼板に対してそのようにすることができる。処理する鋼ストリップの幅及び厚さに沿って、アンダーヒーティングの位置及び幅を変えることができる。

図４に示された本発明の１つの実施例においては、横断方向磁束インダクタの制御は、概観図で示したストリップの全体の幅をカバーする非接触型温度測定システム２２により、又はいくつかの非接触型測定システムで構成される該温度測定システム、例えば、ストリップの中央部に配置されたシステム２２ａ及びその縁部に配置された２つのシステム２２ｂにより、ストリップの温度測定を基にして行われる。

本発明において有利には、前記ラインの理論軸に対するストリップの位置、及び該ラインの中央部に対する可能な変動は、前記縁部と前記炉の底の温度の違いによって得られる、該縁部の位置の実際の検出を行うことにより、該縁部における温度を測定するシステム２２（単数又は複数）によりモニターされる。必要であれば、前記インダクタの位置は、ストリップの最適な加熱を維持するため、前記ラインの中央部に対するその変動の場合でさえも調整される。

さらには、前記インダクタの出口における前記ストリップの全体的な温度レベルは、前記ストリップの中央部のみ、又は前記縁部の温度を除外した後の平均温度を検討しつつ、前記ストリップの温度を測定するためのシステム２２を使用することにより、前記方法によって課される平均温度から最小限の差で調整される。

Claims (5)

1. 非磁性金属ストリップ（１）を処理する連続処理ラインであって、前記処理ラインはコーティングセクション（２０）、及び、該コーティングセクション（２０）の下流に配置されるガルバニーリングセクションを備え、前記非磁性金属ストリップを加熱することを意図する誘導加熱装置（１４）を備え、該加熱装置が、少なくとも１つの横断方向磁束インダクタ（１５）、前記ストリップの横断方向温度プロファイルに影響を与えるように前記ストリップの幅にわたって横方向に移動させることができるスクリーン（１８）を備え、
   さらに該加熱装置は、ストリップ（１）の縁部（１９）の過熱を調節するためにスクリーン（１８）の位置を調整する、少なくとも１つの非接触型の前記ストリップの温度測定システム（２２）を備えることを特徴とする、連続処理ライン。
2. 前記スクリーン（１８）は、前記ストリップに対するそれらの間隔を調整するために横断方向に移動させることができることを特徴とする、請求項１に記載の処理ライン。
3. 前記横断方向磁束インダクタ（１５）は、少なくとも２対のコイル（１６）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の処理ライン。
4. 非磁性金属ストリップ（１）を処理する連続処理ラインのガルバニーリングセクションにおいて前記非磁性金属ストリップを誘導加熱する方法であって、前記処理ラインはコーティングセクション（２０）を備え、前記ガルバニーリングセクションは前記コーティングセクションの下流に配置され、前記ストリップの前記加熱を、前記ストリップの横断方向温度プロファイルに影響を与えるように前記ストリップの幅にわたって横方向に移動させることができるスクリーン（１８）を備える横断方向磁束インダクタ（１５）によって行い、
   ストリップ（１）の縁部（１９）の過熱を調節するためにスクリーン（１８）の位置を調整する、非接触型の前記ストリップの温度測定システム（２２）により、移動可能なスクリーン（１８）の位置を調節することを特徴とする、方法。
5. 移動可能なスクリーン（１８）の位置を、前記横断方向磁束インダクタ（１５）による前記非磁性金属ストリップ（１）の縁部の過熱を調節するとともに、前記インダクタの出口における前記ストリップの実質的に均質な温度を得るように調整することを特徴とする、請求項４に記載の方法。
   

Images