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－28－ 一○三年九月
熱軋酸洗鋼帶油膜量測與塗油不均改善技術Oil film Thickness Measurement Technology and Optimal Film Thickness on HR Pickled and Oiled Strip
郭 育 仁1 ■ 石 俊 超1 ■ 盧 智 仁2 ■ 蔡 炯 村2 ■ 陳 福 左3
Y.J. Kuo, C.C. Shih, C.J. Lu, C.T. Tsai, F.T, Chen
中鋼軋鋼二廠熱軋鋼帶酸洗塗油
產線係使用靜電塗油機對酸洗完之熱軋
鋼帶噴塗防鏽油，防鏽油膜的均勻性對
鋼帶防蝕效果至關重要，塗油不均勻將
造成鋼帶局部塗油量過多或不足。本文
介紹中鋼採用反射式紅外線探頭，自
行開發線上油膜厚度量測儀，用以自
動量測及監控塗油品質，並偵測塗油
不均現象。透過探討靜電塗油的機制與
影響因子，採用田口實驗設計法找出塗
油刀隙、高程、均佈輥材質較佳的操作
參數，以逆向工程建立塗油刀的構造尺
寸，並對刀隙的均勻性與供油元件進行
改善後，有效改善塗油不均的問題。
關鍵字： 酸洗塗油、靜電塗油機、油膜
量測、塗油刀
In order to avoid rusting on CSC Pickling and Oiling
Line an antirust oil layer is coated on both sides of pickled
steel by using electrostatic oiler. For a perfect protective
layer, the critical factor is uniformity of the coating
layer. This article describes a new on-line film thickness
measuring technique developed by CSC. By using reflective
infrared probe, this on-line system can measure and monitor
antirust oil film thickness automatically. We thoroughly
studied the electrostatic oiling mechanism and tuned the
oil blade gap, level, oil wringer roll material to optimal
condition. We successfully solved the uneven coating
problem by using reverse engineering method to establish
the dimension of the oil blade and improved uniformity of
blade gap and oiler parts.
Key words: Pickling and oiling, Electrostatic oiler,
Reflective infrared probe, Oil blade
一、前 言
熱軋酸洗塗油鋼帶係以熱軋鋼捲經酸洗製程去除表面氧化鏽皮後，再於表面噴塗防銹油，
供下游客戶直接分條、製管、衝壓、成形等，部份薄板甚至可取代冷軋鋼帶使用以降低生產成
本，故廣受歡迎且市場潛力高，為中鋼重要之熱軋綠能與高品級產品。鋼帶表面上防鏽油膜的
均勻性對防蝕效果至關重要，油膜厚度不均將造成鋼帶局部塗油量過多或不足。
對塗油品質檢驗，過去以攝影畫面監視、抽樣目視或以手觸摸感覺為主，判斷有塗油量異
常時，則以手持式油膜計量測確認，上述檢驗方式無法即時提供塗油膜厚資訊，也無法作為後
續製程調查依據。基於製程監控與實際膜厚量測需求，進行線上塗油膜厚量測技術開發，經陸
續克服產線裝設空間限制、鋼帶拱起撞擊、檢測探頭污染及檢測資訊顯示不足等問題，成功建
立了第 1部用於熱軋產品的防鏽油膜厚度量測儀。
中國鋼鐵公司 1冶金技術處 熱軋品管組 工程師
2軋鋼二廠 熱軋酸洗塗油線 工程師
3鋼鐵研究發展處 產品應用研究組 研究員
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本文主要介紹中鋼熱軋酸洗塗油線的靜電塗油設備、油膜厚度量測儀原理，並由量測結果
發現塗油不均現象，進而探討成因與改善措施，達成降低油膜量變異目標。
二、塗油設備簡介
1. 熱軋酸洗塗油產線簡介
中鋼熱軋鋼帶酸洗塗油產線 (POL)年產能為 70萬公噸，酸洗速度為 150MPM，成品鋼捲厚
度為 1.2~6.5mm、寬度為 760~1575mm。生產流程如圖 1，鋼帶於銲接機頭尾相接，再經酸洗槽
酸洗去除氧化鏽皮，經切邊機切邊，經塗油機於鋼帶上下表面噴塗防鏽油，經油膜厚度量測儀
量測鋼帶上防鏽油膜厚度，最後盤捲成為熱軋酸洗塗油鋼捲。
2. 靜電塗油機簡介
使用之塗油機為靜電式塗油機，設備規格如表 1。塗油量設定可從 150mg/m2至 5000mg/
m2，塗油模式可選擇單面塗油、雙面塗油、不塗油，油品使用中鋼自行開發之RP93防鏽油。
塗油機組成包含控制迴路、供油系統、高壓電源系統與機械系統，工作原理示意圖如
圖 2，由位於場外的防鏽油儲槽供油給工作油箱，油箱內有加熱器將油加熱至 50℃以降低粘
度，防鏽油通過過濾器進入進油管路，流至上、下塗油刀供油計量泵浦內，依設定塗油量進入
上、下塗油刀樑內，當塗油刀樑接通高壓電源後，防鏽油即從塗油刀隙中噴出附著於鋼帶表面
上。
表 1 塗油設備規格
設備供應商 塗油量 塗油型式 塗油種類 電壓範圍
PEABODY 150 mg/m2~5000mg/m2
a.單面：上表面、下表面。b.雙面。c.不塗油。
RP93防鏽油
0~130KV
圖1 中鋼熱軋酸洗塗油產線生產流程示意圖
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3. 靜電塗油原理介紹 (1)(2)
靜電塗油機是根據靜電力原理—不
帶電物體與帶電物體會相吸的作用，即
不帶電的接地物 (鋼帶 )會吸引帶電的油
滴。將要塗油的鋼帶穿過上、下塗油刀
樑間，刀樑與鋼帶相隔一定的距離，當
塗油刀樑接通高壓電源後，與接地的鋼
帶間產生靜電場，使帶電荷的防鏽油以
極細的油滴粒子從塗油刀樑噴出並被吸
引到鋼帶表面上，形成均勻的油膜，示
意圖如圖 3。
靜電噴塗技術中， 一般透過二種方
式使霧滴荷電—接觸荷電、電暈荷電，
由王家青 (2008)(1)與高全杰 (2002)(2)的研
究，可知靜電塗油機中的油滴荷電主要
方式為電暈荷電。因塗油刀與鋼帶間建
立了高壓靜電場，塗油刀的刃口比較尖
銳， 曲率半徑極小，使接高壓電源得到
的負電荷彙集在刃口上，大量電荷從刃
口排放到空氣中形成「尖端放電」，在
刃口尖端處產生電暈放電現象，將空氣
分子電離成為正、負離子，並沿著電力
線快速運動，正離子飛向帶負電的塗油
刀而被中和，負離子則被電場加速向鋼帶飛去，途中會與油滴相撞而使油滴帶電 (圖 4)，隨著
油滴表面負電荷的逐漸增加，電荷間的靜電斥力會隨之增大，當靜電斥力超過油滴的表面張力
圖2 塗油機工作原理示意圖
圖3 靜電塗油原理示意圖
3
塗油機組成包含控制迴路、供油系統、高壓電源系統與機械系統，工作原理示意圖如圖
2，由位於場外的防鏽油儲槽供油給工作油箱，油箱內有加熱器將油加熱至 50℃以降低粘
度，防鏽油通過過濾器進入進油管路，流至上、下塗油刀供油計量泵浦內，依設定塗油量
進入上、下塗油刀樑內，當塗油刀樑接通高壓電源後，防鏽油即從塗油刀隙中噴出附著於
鋼帶表面上。
表 1 塗油設備規格
Table1 Oiler Specification
設備供應商 塗油量 塗油型式 塗油種類 電壓範圍
PEABODY 150 mg/m
2
~5000mg/m2
a.單面：上表面、下表面。
b.雙面。 c.不塗油。
RP93
防鏽油 0~130KV
圖 2 塗油機工作原理示意圖 Fig.2 Oiler working principle diagram
圖 3 靜電塗油原理示意圖
Fig.3 Electrostatic Oiler principle diagram
3.靜電塗油原理介紹(1)(2)
靜電塗油機是根據靜電力原理—不帶電物體與帶電物體會相吸的作用，即不帶電的接地
物(鋼帶)會吸引帶電的油滴。將要塗油的鋼帶穿過上、下塗油刀樑間，刀樑與鋼帶相隔一定
的距離，當塗油刀樑接通高壓電源後，與接地的鋼帶間產生靜電場，使帶電荷的防鏽油以
極細的油滴粒子從塗油刀樑噴出並被吸引到鋼帶表面上，形成均勻的油膜，示意圖如圖 3。
靜電噴塗技術中， 一般透過二種方式使霧滴荷電—接觸荷電、電暈荷電，由王家青
(2008)(1)
與高全杰(2002)(2)
的研究，可知靜電塗油機中的油滴荷電主要方式為電暈荷電。因塗
油刀與鋼帶間建立了高壓靜電場，塗油刀的刃口比較尖銳， 曲率半徑極小，使接高壓電源
得到的負電荷彙集在刃口上，大量電荷從刃口排放到空氣中形成「尖端放電」，在刃口尖端
處產生電暈放電現象，將空氣分子電離成為正、負離子，並沿著電力線快速運動，正離子
飛向帶負電的塗油刀而被中和，負離子則被電場加速向鋼帶飛去，途中會與油滴相撞而使
油滴帶電(圖 4)，隨著油滴表面負電荷的逐漸增加，電荷間的靜電斥力會隨之增大，當靜電
斥力超過油滴的表面張力時，會造成油滴破碎，巨觀上即呈現「霧化」現象。
油液的霧化過程主要可分為三個區域—射流區、過渡區、霧化區(圖 5)：
(1) 射流區：
防鏽油流經沒接通高壓的塗油刀時，會因自身重力從刀梁縫隙間滴落，當接通高壓
計量油泵
高壓電源"
塗油刀"
鋼帶"
4
電後，透過電暈放電作用而帶電的油液，在塗油刀與鋼帶間之電場與油滴表面電荷
作用下，油液離開塗油刀時會形成射流狀態。
(2) 過渡區：
荷電射流由於外界擾動、液體表面張力和射流慣性作用形成週期性振動波紋，波紋
的曲率半徑不同，使表面電荷分佈不均，加速了射流的破裂，當破裂後油滴表面的
電荷斥力超過表面張力時，促使油滴無法繼續保持穩定狀態而分裂成小霧滴。
(3) 霧化區：
分裂後帶有同性負電荷的小霧滴，在電荷斥力作用下進一步發生擴散，形成大範圍
的霧化區，油霧滴在電場作用下以很高的驅進速度快速向鋼帶表面移動。
油液從塗油刀刃口流出後的變化形態如圖 6，從塗油刀出油時， 為比較粗大稀疏的帶
負電油流。在同性電荷相互斥力作用下， 油流至離刃口一定距離處便散開成小顆粒， 離
刃口越遠， 油粒越小， 數量隨之更多， 油流漸趨霧化，帶電油粒沿電場中的電力線向鋼
帶快速運動，無數密集的細小油粒最終吸附在行進中的鋼帶表面上，實現靜電塗油。油霧
顆粒愈小且愈密集、射流區越短，則油液霧化效果愈佳，更易在鋼帶表面形成一層極薄的
緻密油膜，獲得更好的靜電塗油品質。
圖 4 靜電噴塗中氣體的電暈荷電現象 Fig.4 Air corona electrical phenomena during
electrostatic spraying
圖 5 油液霧化過程 Fig.5 Oil spray process
油液霧化效果
佳 可 差
圖 6 塗油刀流出的油液霧化型態 Fig.6 Oil spray pattern
射流區"
過渡區"
霧化區"鋼帶"
塗油刀
電暈區"
霧化的油滴"
圖4 靜電噴塗中氣體的電暈荷電現象
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時，會造成油滴破碎，巨觀上即呈現「霧化」
現象。
油液的霧化過程主要可分為三個區域—射
流區、過渡區、霧化區 (圖 5)：
(1) 射流區：防鏽油流經沒接通高壓的塗油
刀時，會因自身重力從刀樑縫隙間滴
落，當接通高壓電後，透過電暈放電作
用而帶電的油液，在塗油刀與鋼帶間之
電場與油滴表面電荷作用下，油液離開
塗油刀時會形成射流狀態。
(2) 過渡區：荷電射流由於外界擾動、液體
表面張力和射流慣性作用形成週期性振
動波紋，波紋的曲率半徑不同，使表面電荷分佈不均，加速了射流的破裂，當破裂後油
滴表面的電荷斥力超過表面張力時，促使油滴無法繼續保持穩定狀態而分裂成小霧滴。
(3) 霧化區：分裂後帶有同性負電荷的小霧滴，在電荷斥力作用下進一步發生擴散，形成大
範圍的霧化區，油霧滴在電場作用下以很高的驅進速度快速向鋼帶表面移動。
油液從塗油刀刃口流出後的變化形態如圖 6，從塗油刀出油時， 為比較粗大稀疏的帶負電
油流。在同性電荷相互斥力作用下， 油流至離刃口一定距離處便散開成小顆粒， 離刃口越遠，
油粒越小， 數量隨之可更多， 油流漸趨霧化，帶電油粒沿電場中的電力線向鋼帶快速運動，
無數密集的細小油粒最終吸附在行進中的鋼帶表面上，實現靜電塗油。油霧顆粒愈小且愈密
集、射流區越短，則油液霧化效果愈佳，更易在鋼帶表面形成一層極薄的緻密油膜，獲得更好
的靜電塗油品質。
三、油膜厚度量測儀的建立
基於在產線上能即時自動監控塗油量、提升塗油品質，防止大批量異常發生，由中鋼鋼鐵
研究發展處、邦詮公司共同研究開發 POL線上油膜厚度量測儀，可用以自動量測鋼帶表面噴塗
4
電後，透過電暈放電作用而帶電的油液，在塗油刀與鋼帶間之電場與油滴表面電荷
作用下，油液離開塗油刀時會形成射流狀態。
(2) 過渡區：
荷電射流由於外界擾動、液體表面張力和射流慣性作用形成週期性振動波紋，波紋
的曲率半徑不同，使表面電荷分佈不均，加速了射流的破裂，當破裂後油滴表面的
電荷斥力超過表面張力時，促使油滴無法繼續保持穩定狀態而分裂成小霧滴。
(3) 霧化區：
分裂後帶有同性負電荷的小霧滴，在電荷斥力作用下進一步發生擴散，形成大範圍
的霧化區，油霧滴在電場作用下以很高的驅進速度快速向鋼帶表面移動。
油液從塗油刀刃口流出後的變化形態如圖 6，從塗油刀出油時， 為比較粗大稀疏的帶
負電油流。在同性電荷相互斥力作用下， 油流至離刃口一定距離處便散開成小顆粒， 離
刃口越遠， 油粒越小， 數量隨之更多， 油流漸趨霧化，帶電油粒沿電場中的電力線向鋼
帶快速運動，無數密集的細小油粒最終吸附在行進中的鋼帶表面上，實現靜電塗油。油霧
顆粒愈小且愈密集、射流區越短，則油液霧化效果愈佳，更易在鋼帶表面形成一層極薄的
緻密油膜，獲得更好的靜電塗油品質。
圖 4 靜電噴塗中氣體的電暈荷電現象 Fig.4 Air corona electrical phenomena during
electrostatic spraying
圖 5 油液霧化過程 Fig.5 Oil spray process
油液霧化效果
佳 可 差
圖 6 塗油刀流出的油液霧化型態 Fig.6 Oil spray pattern
射流區"
過渡區"
霧化區"鋼帶"
塗油刀
電暈區"
霧化的油滴"
圖5 油液霧化過程
圖6 塗油刀流出的油液霧化型態
油液霧化效果
佳 可 差
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RP93防鏽油後的塗油量，並透過中冠資訊自行開發的油膜厚度軟體，可及時呈現鋼帶全寬與
全長的塗油量數據，並儲存每一鋼捲的量測資料，供後續查詢、統計與分析。
1. 設備簡介
POL塗油品質的檢驗方式，過去是以設置於盤捲機前的鋼帶表面攝影畫面監視是否有漏塗
油缺陷，並抽樣目視檢驗盤捲後的內外圈表面是否有油光。現已於均佈輥後設置上表面油膜厚
度量測儀 (圖 7)自動監控塗油品質。
此量測系統使用英國NDC背向散
射型探頭，距鋼帶板面約 25mm，可量
測RP93防鏽油油膜厚度。探頭內部構
造如圖 8，具雙偵測器可校正光源變異
與外部光害，及每分鐘 8000轉的高轉
速濾光輪，可使量測速率達每秒量測
130次，更增加油膜量測值的穩定性及
具代表性。經測試低碳鋼、低碳高錳
鋼、中碳鋼等不同材質試片塗覆RP93
防銹油，以秤重法所得油膜量與探頭之
量測平均油膜值，確認兩者呈良好線性
關係 (3)(4)。
量測探頭安置於Measuring Room
內，避免油氣污染問題，並設置於水平往復式移動機構上，於兩側均配備超音波尋邊器，可依
鋼帶寬度自動尋邊，確定鋼帶邊緣量測位置，並於寬度向自動往復來回進行油膜厚度量測。於
產線速度下降至 60mpm時，探頭即自動退出，並裝設防撞鋼樑避免鋼帶拱起撞擊量測探頭。
2. 油膜厚度量測原理 (5)(7)
油膜厚度的量測是採用近紅外線量測技術，即利用不同物質對近紅外線波長範圍光線的吸
收特性，以紅外線連續性地測量被測物質厚度的技術。其原理為紅外線通過油膜時，有一部
圖7 油膜厚度量測儀安裝位置
圖8 探頭內部構造
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分光會被油膜選擇性的吸收，其光的波長稱為吸收波長，另一部分光很少或根本不被吸收 (圖
9)，可選擇做為參考波長。再根據比爾 -朗伯定律，比較吸收波長與參考波長的訊號變化，就
能得到油膜的厚度值。其數學式如公式 (1)。由於油膜厚度的增加，吸收波長的訊號就會出現明
顯的變化，而參考波長的訊號變化則不明顯，透過測量兩者通過油膜後的訊號大小，計算兩個
訊號的比值，根據公式 (1)即可計算出油膜厚度。
Tkh ( Iabs／Iref ) (1)
其中 T是油膜厚度、k是吸收常數、Iabs是吸收波長的訊號強度。Iref是參考波長的訊號強
度。
三、軟體簡介
硬體設備完成安裝後，即面臨量測探頭與產線程控連線問題，且原廠所提供之量測軟體，
僅能顯示單次寬度掃描結果，而每鋼捲平均約有 6次寬度向掃描，無法累計量測數值並顯示，
且量測資料查詢不易，無法滿足檢驗與品質管理需求。後續委由中冠開發出油膜量測厚度軟
體，即可提供量測儀與 Level-II製程電腦連線，將 Level-II接受的鋼捲尺寸、鋼種與塗油設定等
資料拋送給量測儀，進行量測參數設定。並具備量測資料查詢與維護功能，其資料儲存時間可
達 3年以上。
(1) 軟體主畫面
主畫面如圖 10，共可分為三個區塊：
a. 功能表區：位於最上面的區塊，分為 5項選項—操作、設定、參數維護、資料與圖檔查
詢、校正設定等。下方並顯示目前量測鋼捲捲號、塗面碼與量測頭參數等資料。
b. 寬度向油膜量顯示區：橫軸代表鋼帶寬度向位置 (cm)、縱軸代表塗油量量測值 (g/m2)。將
目前鋼捲的寬度向油膜量測值，即時以曲線顯示出來，並顯示塗油量目標值、量測平均
值、最大值、最小值與標準差，可讓檢驗人員快速判斷油膜量的分佈情形。
6
號大小，計算兩個訊號的比值，根據公式(1)即可計算出油膜厚度。
×−=
ref
absI
IkT ln (1) ；
其中 T 是油膜厚度、k 是吸收常數、Iabs 是吸收波長的訊號強度。Iref 是參考波長的訊號強
度。
圖 9 RP93 防鏽油 FTIR 光譜圖
Fig.9 RP93 rust oil FTIR spectra
3.軟體簡介
硬體設備完成安裝後，即面臨量測探頭與產線程控連線問題，且原廠所提供之量測軟
體，僅能顯示單次寬度掃描結果，而每鋼捲平均約有 6 次寬度向掃描，無法累計量測數值
並顯示，且量測資料查詢不易，無法滿足檢驗與品質管理需求。後續委由中冠開發出油膜
量測厚度軟體，即可提供量測儀與 Level-II 製程電腦連線，將 Level-II 接受的鋼捲尺寸、鋼
種與塗油設定等資料拋送給量測儀，進行量測參數設定。並具備量測資料查詢與維護功能，
其資料儲存時間可達 3 年以上。
(1) 軟體主畫面
主畫面如圖 10，共可分為三個區塊：
a. 功能表區：
位於最上面的區塊，分為 5 項選項—操作、設定、參數維護、資料與圖檔查詢、校
正設定等。下方並顯示目前量測鋼捲捲號、塗面碼與量測頭參數等資料。
b. 寬度向油膜量顯示區：
橫軸代表鋼帶寬度向位置(cm)、縱軸代表塗油量量測值(g/m2)。將目前鋼捲的寬度向
油膜量測值，即時以曲線顯示出來，並顯示塗油量目標值、量測平均值、最大值、
最小值與標準差，可讓檢驗人員快速判斷油膜量的分佈情形。
c. 二維油膜量顯示區：
將目前鋼捲的長度向與寬度向油膜量測值，即時以 Color Map 顯示出來，由顏色分辨
全捲塗油量的分佈狀況。橫軸代表鋼帶長度向位置(m)、縱軸代表鋼帶寬度向位置
(cm)。
強力吸收之波長範圍
不吸收的波長範圍 不吸收的波長範圍
圖9 RP93防鏽油FTIR光譜圖
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c. 二維油膜量顯示區：將目前鋼捲的長度向與寬度向油膜量測值，即時以Color Map顯示出
來，由顏色分辨全捲塗油量的分佈狀況。橫軸代表鋼帶長度向位置 (m)、縱軸代表鋼帶寬
度向位置 (cm)。
(2) 參數維護功能
主要功能為設置塗油碼與測頭參數。塗油碼係用於設定鋼帶塗油量目標值、管制值與規格
值，依鋼種與塗油量之不同，給予不同的塗油碼。測頭參數係設定檢測參數，依塗油碼之
不同，給於不同的測頭參數。
(3) 資料與圖檔查詢功能
可查詢每一捲油膜量測值的原始資料、規格值、塗油碼、測頭參數與基本統計值，並可將
量測資料輸出為寬度向油量曲線、長度向油量曲線與二維平面油量分佈圖。
四、塗油不均現況分析
由於 POL線上油膜厚度量測儀量測鋼帶塗油量結果，於鋼帶寬度向油量分佈呈現近似正弦
曲線 (圖 11)，顯示塗油後鋼帶表面上的油膜均勻性不佳，其寬度向油量變異全距值 (最大值 -
最小值 )約 800mg/m2。為釐清是量測設備、鋼帶特性或塗油機噴塗於鋼帶表面上油膜分佈不均
所造成，乃進行 4項實驗以解析塗油不均之來源：
1. 相同量測探頭，但不同鋼帶尺寸、鋼種及塗油量設定實驗
以不同的鋼帶厚度、寬度、鋼種與設定不同塗油量，經相同量測探頭量測後，寬度向的油
量分佈圖均呈現近似正弦曲線，且曲線起伏趨勢一致。(圖 12)
圖10 油膜厚度軟體主畫面
7
(2) 參數維護功能
主要功能為設置塗油碼與測頭參數。塗油碼係用於設定鋼帶塗油量目標值、管制值與規
格值，依鋼種與塗油量之不同，給予不同的塗油碼。測頭參數係設定檢測參數，依塗油
碼之不同，給於不同的測頭參數。
(3) 資料與圖檔查詢功能
可查詢每一捲油膜量測值的原始資料、規格值、塗油碼、測頭參數與基本統計值，並可
將量測資料輸出為寬度向油量曲線、長度向油量曲線與二維平面油量分佈圖。
圖 10 油膜厚度軟體主畫面 Fig.10 Software main screen
IV. 塗油不均現況分析
由於 POL 線上油膜厚度量測儀量測鋼帶塗油量結果，於鋼帶寬度向油量分佈呈現近似
正弦曲線(圖 11)，顯示塗油後鋼帶表面上的油膜均勻性不佳，其寬度向油量變異全距值(最
大值-最小值)約 800mg/m2。為釐清是量測設備、鋼帶特性或塗油機噴塗於鋼帶表面上油膜分
佈不均所造成，乃進行 4 項實驗以解析塗油不均之來源：
1. 相同量測探頭，但不同鋼帶尺寸、鋼種及塗油量設定實驗
以不同的鋼帶厚度、寬度、鋼種與設定不同塗油量，經相同量測探頭量測後，寬度向的
油量分佈圖均呈現近似正弦曲線，且曲線起伏趨勢一致。(圖 12)
2. 鋼帶靜止狀態下量測實驗
正常量測狀態為鋼帶前進而量測探頭於寬度向來回往復移動，為確認是否為量測探頭移
動時造成之量測特性，將經塗油機噴塗防鏽油後之鋼帶靜止，以手動控制模式，將量測
探頭由驅動側以每 2 公分間距量測鋼帶上之油量值，其寬度向油膜量測值分佈亦呈現近
似正弦曲線。
功能表區
寬度向油膜量 顯示區
二維油膜量顯示區
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2. 鋼帶靜止狀態下量測實驗
正常量測狀態為鋼帶前進而量測探頭於寬度向來回往復移動，為確認是否為量測探頭移動
時造成之量測特性，將經塗油機噴塗防鏽油後之鋼帶靜止，以手動控制模式，將量測探頭由驅
動側以每 2公分間距量測鋼帶上之油量值，其寬度向油膜量測值分佈亦呈現近似正弦曲線。
3. 不使用塗油均佈輥實驗
為確認是否為塗油均佈輥磨耗或水平度不佳造成，將量測探頭前之均佈輥打開，於鋼帶塗
油後以手動控制模式，將量測探頭由驅動側以每 2公分間距量測鋼帶上之油量值，其寬度向油
膜量測值分佈亦呈現近似正弦曲線。
4. 不同塗油刀實驗
將塗油機換上不同的塗油刀，共更換 5支，經噴塗後鋼帶寬度向油膜量測值呈現不同的曲
線型態 (圖 13)。
由以上 4項實驗可獲得以下結論：
(1) 鋼帶寬度向油量分佈呈現近似正弦曲線，並非為線上油膜厚度量測儀的量測誤差或量測
圖11 鋼帶寬度向油量分佈圖呈現近似正弦曲線
圖12 塗油量分佈 圖13 油刀(No1~No5)的寬度向油量分佈
8
3. 不使用塗油均佈輥實驗
為確認是否為塗油均佈輥磨耗或水平度不佳造成，將量測探頭前之均佈輥打開，於鋼帶
塗油後以手動控制模式，將量測探頭由驅動側以每 2 公分間距量測鋼帶上之油量值，其
寬度向油膜量測值分佈亦呈現近似正弦曲線。
4. 不同塗油刀實驗
將塗油機換上不同的塗油刀，共更換 5 支，經噴塗後鋼帶寬度向油膜量測值呈現不同的
曲線型態(圖 13)。
由以上 4 項實驗可獲得以下結論：
(1) 鋼帶寬度向油量分佈呈現近似正弦曲線，並非為線上油膜厚度量測儀的量測誤差或量測
特性造成，確實為鋼帶表面油膜分佈不均所致。
(2) 不同的塗油刀有不同的油量分佈曲線，顯示塗油刀品質會影響鋼帶塗油後的均勻性。
圖 11 鋼帶寬度向油量分佈圖呈現近似正弦曲線 Fig.11 Oil film distribution map showing approximate sine curve on strip width
圖 12 塗油量分佈 Fig.12 Distribution chart
圖 13 油刀(No1~No5)的寬度向油量分佈 Fig.13 Distribution chart for different blade
V. 塗油不均成因探討
塗油不均主要為鋼帶表面發生局部漏塗油、或鋼帶表面的防鏽油膜均勻性不佳，造成局
部未塗油、油量偏多或不足的現象。由研究靜電塗油的文獻(6)
中，歸納造成塗油不均的影響
因素可分為塗油刀、防鏽油性質與供油系統元件等三大面向。
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－36－ 一○三年九月
特性造成，確實為鋼帶表面油膜分佈不均所致。
(2) 不同的塗油刀有不同的油量分佈曲線，顯示塗油刀品質會影響鋼帶塗油後的均勻性。
五、塗油不均成因探討
塗油不均主要為鋼帶表面發生局部漏塗油、或鋼帶表面的防鏽油膜均勻性不佳，造成局部
未塗油、油量偏多或不足的現象。由研究靜電塗油的文獻 (6)中，歸納造成塗油不均的影響因素
可分為塗油刀、防鏽油性質與供油系統元件等三大面向。
1. 塗油刀的影響
塗油刀樑形狀扁而長，內部中空處為供防鏽油流通之油腔 (圖 14)，是由 2片全長 1700mm
之不銹鋼刀樑或鋁合金刀樑以調節螺栓與定位銷結合而成。防鏽油通過塗油刀噴塗至鋼帶表
面，因此塗油刀的品質直接影響油膜分佈的均勻性，主要影響因素有：
(1) 刀隙尺寸與均勻性
a. 刀隙太大或太小：刀隙太大，則出油油滴較大，霧化效果不佳。太小，則出油不順
暢，容易因雜質堵住刀隙造成漏塗油現象 (局部未塗油，又稱為塗油開跑道 )。圖 15所
示為塗油刀刀隙與霧滴尺寸成反比關係 (2)。
b. 全長刀隙不均勻：塗油刀刀隙係透過調節螺栓進行調整，鎖緊時增加刀隙、放鬆時減
少刀隙，若因螺栓鎖固力不當或刀刃面磨耗不均，均會造成長度向之刀隙不均勻、刀
刃口出油量不均勻，導致塗油後鋼帶寬度向油量分佈不均問題。
(2) 刀樑結構翹曲或刀刃口變形
塗油刀樑若有翹曲變形或刀刃口平面變形，均會造成出油疏密不均，或影響電場中的電
力線分佈，使油滴霧化效果變差。因此塗油刀樑的材質要選用鋼性佳的材料。
(3) 刀樑至鋼帶距離
塗油刀刃口至鋼帶的距離較大時，需用較高電壓，才能得到較佳的油滴霧化效果。 但電
壓太高，不利於塗油機的使用安全與維護。距離太小時，其間空氣擊穿電壓太低，於刃
口處會發生高壓放電之閃爆現象，極易毀壞電控元件，造成塗油機故障。
圖14 塗油刀結合後的剖面示意圖 圖15 塗油刀刀隙VS.霧滴尺寸
9
1. 塗油刀的影響
塗油刀樑形狀扁而長，內部中空處為供防鏽油流通之油腔(圖 14)，是由 2 片全長 1700mm
之不銹鋼刀樑或鋁合金刀樑以調節螺栓與定位銷結合而成。防鏽油通過塗油刀噴塗至鋼
帶表面，因此塗油刀的品質直接影響油膜分佈的均勻性，主要影響因素有：
(1) 刀隙尺寸與均勻性
a. 刀隙太大或太小：刀隙太大，則出油油滴較大，霧化效果不佳。太小，則出油不
順暢，容易因雜質堵住刀隙造成漏塗油現象(局部未塗油，又稱為塗油開跑道)。圖
15 所示為塗油刀刀隙與霧滴尺寸成反比關係(2)
。
b. 全長刀隙不均勻：塗油刀刀隙係透過調節螺栓進行調整，鎖緊時增加刀隙、放鬆
時減少刀隙，若因螺栓鎖固力不當或刀刃面磨耗不均，均會造成長度向之刀隙不
均勻、刀刃口出油量不均勻，導致塗油後鋼帶寬度向油量分佈不均問題。
(2) 刀樑結構翹曲或刀刃口變形
塗油刀樑若有翹曲變形或刀刃口平面變形，均會造成出油疏密不均，或影響電場中的
電力線分佈，使油滴霧化效果變差。因此塗油刀樑的材質要選用鋼性佳的材料。
(3) 刀樑至鋼帶距離
塗油刀刃口至鋼帶的距離較大時，需用較高電壓，才能得到較佳的油滴霧化效果。 但
電壓太高，不利於塗油機的使用安全與維護。距離太小時，其間空氣擊穿電壓太低，
於刃口處會發生高壓放電之閃爆現象，極易毀壞電控元件，造成塗油機故障。
圖 14 塗油刀結合後的剖面示意圖
Fig.14 Oil blade cross-section diagram
圖 15 塗油刀刀隙 VS.霧滴尺寸 Fig.15 Blade gap VS. Droplet size
2. 防鏽油性質的影響
(1) 油液黏度
油液黏度大，會增大輸油阻力，甚至無法從塗油刀之刀隙間流出油液，因而需加熱工
作油箱中的油液，保持油溫約為 40~50℃，使其黏度變小。油液經管道輸送時會有降
溫現象，因此尚有使用 40℃的專用熱油通入塗油刀樑內二次加熱油液之方式。
(2) 油中雜質含量與尺寸
油中的雜質含量需在 0.01%以下，雜質粒度在 10μm 以下，才能確保濾油器不被雜質
堵塞，導致供油泵浦吸油不足，影響供油穩定性，並確保塗油刀隙不致被雜質堵住而
影響出油。
塗油刀刀隙 μm0 100 200
霧滴尺寸 μm
300
200
100油腔
進油孔
調節螺栓
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2. 防鏽油性質的影響
(1) 油液黏度
油液黏度大，會增大輸油阻力，甚至無法從塗油刀之刀隙間流出油液，因而需加熱工作
油箱中的油液，保持油溫約為 40~50℃，使其黏度變小。油液經管道輸送時會有降溫現
象，因此尚有使用 40℃的專用熱油通入塗油刀樑內二次加熱油液之方式。
(2) 油中雜質含量與尺寸
油中的雜質含量需在 0.01%以下，雜質粒度在 10µm以下，才能確保濾油器不被雜質堵
塞，導致供油泵浦吸油不足，影響供油穩定性，並確保塗油刀隙不致被雜質堵住而影響
出油。
(3) 油中水分與氣泡
油中水分應不超過 0.02%，因水分易使油液變質，影響鋼帶塗油後的防鏽效果。油液中的
氣泡會使油液從刀隙中流出時出現局部短暫斷流現象，影響油滴霧化均勻連續性，造成
鋼帶局部漏塗油。
3. 供油系統元件的影響
工作油箱在添注新油時極易帶入雜質、水分與氣泡。用較高濾油精度的濾油器過濾油液後
注入油箱，可避免雜質混入油中。供油系統中的油泵、濾油器、換向閥是輸油管道上油液新生
氣泡的主要根源。油泵、換向閥產生氣泡，與自身洩漏有關，應選用密封性較好的油泵與換向
閥。濾油器增生氣泡，多因其過濾精度偏高所致。
五、改善措施執行與成效
在不變更防鏽油成分之前提下，於現場實際觀察塗油生產情況後，針對塗油刀、塗油均佈
輥與供油系統元件等三方面擬定改善對策。
1. 塗油刀改善措施
(1) 改變塗油刀刀隙
刀隙影響油液的霧化效果，因此需製作不同的刀隙進行實驗，找出較佳的刀隙。為變更
刀隙，乃採用逆向工程以接觸式三次元量測儀 (Coordinate Measuring Machine)掃描塗油刀
以建立關鍵尺寸圖面，找出可改變刀隙的主要尺寸，再以磨床進行研磨加工改變塗油刀
組合後刀隙。
(2) 改善塗油刀刃口厚薄差
改善前之刀刃口平面的厚薄差異為 15µm/m，經以磨床研磨後，厚薄差異降至 9µm/m，精
度改善 40%，可避免因刃口厚度不均勻造成組合後刀隙不均問題。
(3) 固定調節螺栓的鎖固扭力
使用扭力板手以固定的鎖固扭力進行塗油刀組裝，使全長塗油刀維持均一的刀隙。
(4) 調整塗油刀高程
調整塗油刀安裝架上的螺絲以改變塗油刀距鋼帶表面之高程，並以實驗找出較佳之高程。
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－38－ 一○三年九月
2. 塗油均佈輥改善措施
(1) 調整操作壓力
塗油均佈輥安裝於塗油機後，生產時以一定壓力接觸鋼帶表面，並與鋼帶速度同步，使
鋼帶表面之油膜能均勻塗佈，當發生短暫漏塗油異常時，輥面上沾附的防鏽油能予以轉
印彌補未塗油處。均佈輥操作壓力亦會影響油膜均勻性，太大會將油膜往鋼帶兩側擠
壓，且會造成鋼帶變形與加速輥面磨耗，壓力太小則無助於油膜均勻性，因此需以實驗
找出較佳的操作壓力。
(2) 改變材質
均佈輥材質有 PU橡膠 (聚氨酯 )與不織布材質，以田口實驗設計法找出較佳之均佈輥材
質。
3. 供油系統元件改善措施
(1) 新增過濾網與精度較高之濾網
由於油中若存有雜質未濾除，容易造成塗油刀隙阻塞，導致發生漏塗油異常，因此於場
外防鏽油儲槽與工作油槽間新增過濾網，用於過濾進入工作油槽中的雜質。並將工作油
槽與塗油機間的供油管路之過濾網更換為精度較高的型號，以過濾細小雜質。
(2) 定期校正計量油泵
依鋼帶速度、塗油量目標、塗油效率等計算出計量油泵的轉速後，乘上每轉 1c.c.的塗油
量，即為塗油刀的出油量。因此透過定期校正使計量油泵精確維持每轉出油 1c.c.油量的
能力。
4. 改善實驗設計
為找出改善寬度向塗油不均之較佳操作參數，針對前述擬定對策中之塗油刀隙、塗油刀高
程、均佈輥材質、均佈輥操作壓力，設計高、低二個實驗水準（表 2），採用田口實驗設計法進
行 L8(24)共 8組實驗，以求得寬度向油膜量變異全距值最低之操作條件。
表 2 實驗因子水準配置表
項目塗油刀隙
(mm)塗油刀高程
(mm)均佈輥材質
均佈輥操作壓力
(㎏ /cm2)
水準 1 0.10 230 PU橡膠 (聚氨酯 ) 30
水準 2 0.20 250 不織布 40
(1) 實驗結果與討論：由交互作用分析圖 (圖 16)可知選擇的 4項因子間之交互作用不顯著，
由主因子效應圖 (圖 17)，斜率較大者之因子影響度較高，可知影響度依序為塗油刀隙 >
均佈輥材質 > 塗油刀高程 > 均佈輥操作壓力。因子效應柏拉圖結果 (圖 18），橫條圖長度
超過紅線者為顯著因子，可知均佈輥操作壓力於 30~40㎏ /cm2間屬於不顯著因子。將不
顯著因子刪除後，重新進行因子迴歸顯著性檢定，結果如表 3。其中 P-value<=0.05者為
顯著因子，分析結果之R2值為 96.77%大於 80%，顯示因子變數與反應值之關聯性良好。
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圖17 主因子效應圖
0 .20 .1
800
700
600
500
400
2 5 02 3 0
不織布PU橡膠
800
700
600
500
400
4 03 0
塗油刀隙
Me
an
of
Me
an
s
塗油刀高程
均佈輥材質 均佈輥操作壓力
M a in Effe ct s Plo t fo r M e a n sData Me an s
圖16 交互作用分析圖
2 5023 0 不織布PU橡膠 4030
800
600
400
800
600
400
800
600
400
塗油刀隙
塗油刀高程
均佈輥材質
均佈輥操作壓力
0 .1
0 .2
塗油刀隙
塗油刀隙
2 3 0
2 5 0
高程
塗油刀
高程
塗油刀
PU橡膠
不織布
均佈輥材質
In t e ra ct io n Plo t fo r 寬度向油量全距值Da ta Me a n s
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表 3 因子迴歸顯著性檢定
Estimated Effects and Coefficients for 寬度向油量全距值
Term Effect Coef SE Coef T P
Constant 582.50 21.87 26.64 0.000
塗油刀隙 420.00 210.00 21.87 9.60 0.001
塗油刀高程 155.00 77.50 21.87 3.54 0.024
均佈輥材質 -170.00 -85.00 21.87 -3.89 0.018
S = 61.8466 PRESS = 61200 R-Sq = 96.77% R-Sq(pred) = 87.09% R-Sq(adj) = 94.35%
(2) 較佳操作參數
由圖 17可知 (1)塗油刀隙小者， (2)不織布材質之均佈輥，(3)塗油刀高程小者，寬度向
油膜量變異全距值較小，亦即油膜均勻性較好。因此改善塗油不均之較佳操作參數可設
定為：
a. 塗油刀隙 0.10mm。
b. 均佈輥使用不織布材質。
c. 塗油刀高程 230mm。
圖18 因子效應柏拉圖
均佈輥操作壓力
塗油刀高程
均佈輥材質
塗油刀隙
1086420
Term
S t a n d a rd ize d Effe ct
3 .18
Pa re t o Ch a rt o f t h e St a n d a rd ize d Effe c t s(re sp o n se is 寬度向油量全距值, Alp h a = .05)
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5. 改善成效
經採取表 4所列 8項改善措施後，塗油不均造成的油膜量全距值已由 800mg/m2 (圖 19)降
至 200mg/m2 (圖 20)。由於油膜均勻性增加，在保證全寬面均需達到目標塗油量的前提下，可
減少為彌補局部油膜量不足而增加之塗油量，因此可節省防鏽油用量及降低成本，並有能力生
產更低塗油量需求的訂單。
表 4 改善措施
分類 編號 改善措施
塗油刀
1 刀隙減小為 0.10mm
2 刀刃口平面厚薄差減小為 9µm/m
3 使用扭力板手以固定的鎖固扭力進行組裝
4 調降塗油刀高程為 230mm
塗油均佈輥 5 改用不織布材質
供油系統
元件
6 於防鏽油儲槽與工作油槽間新增過濾網
7 供油管路之過濾網更換為精度較高的型號
8 定期校正計量油泵以維持每轉出油 1c.c.油量
圖19 寬度向油膜量分布圖—改善前
14
VII. 結 論
塗油的均勻性是熱軋酸洗塗油鋼捲重要品質項目之一，但熱軋酸洗塗油產線一直缺乏線
上即時油膜量測系統，能將油膜量與均勻性予以量化與視覺化。中鋼公司的研發單位與廠
商共同開發建構世界上第一套用於熱軋酸洗塗油線上之油膜厚度量測系統。同時藉由此系
統察覺塗油不均的現象，進而探討其成因，經採取塗油刀、塗油均佈輥、塗油機供油系統
元件之改善，成功將鋼帶表面油膜量變異全距值由 800mg/m2降至 200mg/m
2，可節省防鏽油
用量及降低成本，並大幅提升塗油品質與擴大供應低塗油之訂單。
VIII. 參考文獻
(1) 王家青，“靜電塗油機樑板電極電暈放電特性研究”， 機械與電子，2008。
(2) 高全杰，“靜電塗油機中油液的荷電霧化研究”， 中國機械工程，第 13 卷第 7 期，2002。
(3) 陳福左、石俊超，“POL 塗油膜厚線上量測技術開發”，中鋼鋼鐵研究發展處研究專題
報告，2011。
(4) 中鋼公司，塗膜厚度自動化量測技術研討會資料，2012。
(5) 董殿會，“紅外測厚技術在超薄薄膜和多層共擠薄膜生產線上的應用”，塑料加工，2008。
(6) 歐陽克誠，“靜電塗油機噴塗機理研究”，武漢冶金科技大學學報，第 21 卷第 3 期， 1998。
(7) ”Metallic and non-metallic coatings -- Measurement of thickness -- Beta backscatter method”,
ISO 3543-2001，2001。
圖 19 寬度向油膜量分布圖—改善前 Fig.36 Oil film distribution map on strip width—
Before
圖 20 寬度向油膜量分布圖—改善後 Fig.37 Oil film distribution map on strip width—
After
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六、結 論
塗油的均勻性是熱軋酸洗塗油鋼捲重要品質項目之一，但熱軋酸洗塗油產線一直缺乏線上
即時油膜量測系統，能將油膜量與均勻性予以量化與視覺化。中鋼公司的研發單位與廠商共同
開發建構世界上第一套用於熱軋酸洗塗油線上之油膜厚度量測系統。同時藉由此系統察覺塗油
不均的現象，進而探討其成因，經採取塗油刀、塗油均佈輥、塗油機供油系統元件之改善，成
功將鋼帶表面油膜量變異全距值由 800mg/m2降至 200mg/m2，可節省防鏽油用量及降低成本，
並大幅提升塗油品質與擴大供應低塗油之訂單。
七、參考文獻
(1) 王家青，“靜電塗油機樑板電極電暈放電特性研究”， 機械與電子，2008。
(2) 高全杰，“靜電塗油機中油液的荷電霧化研究”， 中國機械工程，第 13卷第 7期，2002。
(3) 陳福左、石俊超，“POL塗油膜厚線上量測技術開發”，中鋼鋼鐵研究發展處研究專題報告，2011。
(4) 中鋼公司，塗膜厚度自動化量測技術研討會資料，2012。
(5) 董殿會，“紅外測厚技術在超薄薄膜和多層共擠薄膜生產線上的應用”，塑料加工，2008。
(6) 歐陽克誠，“靜電塗油機噴塗機理研究”，武漢冶金科技大學學報，第 21 卷第 3期， 1998。
(7) “Metallic and non-metallic coatings-Measurement of thickness -- Beta backscatter method”, ISO 3543-2001，2001。
圖20 寬度向油膜量分布圖—改善後
14
VII. 結 論
塗油的均勻性是熱軋酸洗塗油鋼捲重要品質項目之一，但熱軋酸洗塗油產線一直缺乏線
上即時油膜量測系統，能將油膜量與均勻性予以量化與視覺化。中鋼公司的研發單位與廠
商共同開發建構世界上第一套用於熱軋酸洗塗油線上之油膜厚度量測系統。同時藉由此系
統察覺塗油不均的現象，進而探討其成因，經採取塗油刀、塗油均佈輥、塗油機供油系統
元件之改善，成功將鋼帶表面油膜量變異全距值由 800mg/m2降至 200mg/m
2，可節省防鏽油
用量及降低成本，並大幅提升塗油品質與擴大供應低塗油之訂單。
VIII. 參考文獻
(1) 王家青，“靜電塗油機樑板電極電暈放電特性研究”， 機械與電子，2008。
(2) 高全杰，“靜電塗油機中油液的荷電霧化研究”， 中國機械工程，第 13 卷第 7 期，2002。
(3) 陳福左、石俊超，“POL 塗油膜厚線上量測技術開發”，中鋼鋼鐵研究發展處研究專題
報告，2011。
(4) 中鋼公司，塗膜厚度自動化量測技術研討會資料，2012。
(5) 董殿會，“紅外測厚技術在超薄薄膜和多層共擠薄膜生產線上的應用”，塑料加工，2008。
(6) 歐陽克誠，“靜電塗油機噴塗機理研究”，武漢冶金科技大學學報，第 21 卷第 3 期， 1998。
(7) ”Metallic and non-metallic coatings -- Measurement of thickness -- Beta backscatter method”,
ISO 3543-2001，2001。
圖 19 寬度向油膜量分布圖—改善前 Fig.36 Oil film distribution map on strip width—
Before
圖 20 寬度向油膜量分布圖—改善後 Fig.37 Oil film distribution map on strip width—
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