CN111417591B - 安装磁极、起重电磁铁、钢材运送方法和钢板制造方法 - Google Patents

安装磁极、起重电磁铁、钢材运送方法和钢板制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够取仅一张或仅目标张数的钢材的、起重电磁铁用安装磁极、起重电磁铁、钢材的运送方法以及钢板的制造方法。本发明为利用磁力将钢材吊起并进行搬运的起重电磁铁的起重电磁铁用安装磁极，其具备与起重电磁铁的铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极和与起重电磁铁的磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，第一和第二分割磁极交替地配置。

Description

安装磁极、起重电磁铁、钢材运送方法和钢板制造方法
技术领域
本发明涉及炼铁厂、钢板加工工厂等中的钢材的吊起和运送中使用的起重电磁铁用安装磁极、带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁、钢材的运送方法以及钢板的制造方法。
背景技术
在炼铁厂的厚板工厂中，进行钢材的吊起和运送。厚板工厂中的工序进行大致划分而被分为将块状的钢材压延至期望的厚度而制成钢板的轧制工序和进行向出货尺寸的切割、端部的毛刺除去、表面缺陷的修整、内部缺陷的检查等的精整工序这两个工序。从放置场所的制约方面考虑，等待精整工序的钢板和等待精整工序后的出货的钢板以将数张～十数张重叠的状态来保管。需要说明的是，在以下的说明中，包括钢板在内，有时也简称为钢材。
通常，在进行精整工序、以及出货或布局改变时，使用安装于起重机的电磁铁式的起重电磁铁(以下，有时也称为起重电磁铁)，进行从保管场所将作为对象的仅一张吊起并移动的作业、将作为对象的仅数张(例如2～3张)吊起并移动的作业。但是，想要利用炼铁厂中通常使用的起重电磁铁将板厚较薄(大约20mm以下)的钢材吊起时，重叠在作为吊起对象的钢材下方的钢材也被吸附。对于额外吸附的钢材，需要通过进行起重电磁铁的电流量的调整、电源的开关作业而使其掉落，从而对吸附的张数进行调整。因此，根据操作起重机的操作人员的技能，要重新操作好几次，结果导致作业效率的大幅降低。另外，上述的对吸附的张数进行调整的作业成为起重机自动化的很大障碍。
以往，作为利用使用了起重电磁铁的装置对钢材的吊起张数进行控制的方法，例如，在专利文献1、专利文献4中记载了通过控制对起重电磁铁的线圈施加的电流而对吊起力进行控制的方法。另外，作为使起重电磁铁的吸附力增加的方法，例如，在专利文献2中记载了使用具有多个小型永磁铁的起重磁铁的技术。另外，作为与作业的自动化相关的方法，例如，在专利文献3中记载了具有多个独立励磁的小型电磁铁的起重电磁铁。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平02-295889号公报
专利文献2：日本特开平07-277664号公报
专利文献3：日本特开2000-226179号公报
专利文献4：日本特开1998-194656号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在此，将对通常的电磁铁式起重电磁铁的内部结构进行说明的截面图示于图12中。图12所示的通常的电磁铁式起重电磁铁(以下，将通常的起重电磁铁简称为起重电磁铁)在内部具有直径为百mm～数百mm的线圈103。在线圈103的内侧安装有铁芯(内极)101，在线圈103的外侧安装有用于使磁场通过的轭铁(磁轭：外极)102。在对线圈103通电的状态下使内极101和外极102与钢材接触，由此形成磁场电路，将钢材吸附到起重电磁铁上。
通常，对于厚板工厂中使用的起重电磁铁而言，为了确保充分的吊起力，以使在1个大的线圈中产生磁通而对钢材输入(施加)大的磁通、使通过内极的磁通密度达到约1T(＝10000G)的方式进行设计。但是，在这样从1个部位施加大的磁通的方法的情况下，对于板厚20mm以下的较薄钢材而言，存在在最上层的钢材内发生磁通饱和的问题。因此，如前所述会一次性吸附多张，导致钢材的搬运作业的效率降低、或者成为起重机自动化的很大障碍。
另外，存在如下问题：为了对起重电磁铁所吸附的张数进行控制，需要根据钢材的板厚和想要吊起的钢材的张数，对在重叠状态的钢材内磁通到达的穿透深度进行控制。
针对上述的在最上层的钢材内磁通饱和的问题，专利文献1中记载的控制所施加的电流的技术也是有效的。但是，厚板工厂中，对磁特性、板厚不同的各种钢材进行处理，因此，需要按照要吊起的每种钢材精细地控制电流值，需要用于将电流以高精度保持恒定的控制设备。另外，在吊起时需要对钢材的板厚等进行感测，需要用于该感测的传感器类，初期引入成本高。
专利文献2中记载的技术中，所使用的磁铁为永磁铁，一般而言，与电磁铁式的起重电磁铁相比，难以确保大的吸附力。因此，难以应用于在炼铁厂的厚板工厂中输送数吨～数十吨的钢材的起重电磁铁。
专利文献3中记载的技术中，为了安装到细化后的各磁极上，需要对线圈进行小型化。但是，为了输送数吨～数十吨的钢材，需要以使小型化的线圈的吸附力与大型线圈同等的方式进行设计。线圈的吸附力大体上以(吸附面积)×(线圈匝数的平方)×(电流的平方)来求出。对线圈进行小型化时，若在保持线圈铜线的线径的状态下减少匝数来进行小型化，则需要增大吸附面积或电流值。因此，在增大吸附面积的情况下，产生因起重电磁铁重量的增加所引起的对起重机的负荷增大这样的问题。在增大电流值的情况下，产生因线圈的发热量的增加所引起的线圈烧损风险这样的问题。但是，即使在保持吸附面积和电流的状态下使线圈铜线的线径变细来确保匝数的情况下，也会由于线圈的电阻的增加而使消耗电力、发热量增加，从而产生线圈烧损风险。
另外，针对上述的对重叠状态的钢材内磁通到达的穿透深度进行控制的问题，专利文献4中记载的技术也是有效的。专利文献4是通过对线圈的电流进行控制而对输出的磁通量进行控制、从而使磁通的穿透深度发生变化的方法。但是，炼铁厂的厚板工厂中通常使用的起重电磁铁设计为能够从大的磁极对钢材施加大量的磁通，因此，如后所述，最大的磁通的穿透深度大。因此，利用微小的电流的变化而使磁通的穿透深度大幅变化。在对板厚较薄的钢材的吊起张数进行控制的情况下，由变形导致的空隙、由磁通传感器的误差带来的影响变大，控制性差。因此，难以将专利文献4的技术应用于炼铁厂的厚板工厂中输送重量为数吨～数十吨的钢材的起重电磁铁。
专利文献3中记载的技术是通过改变电磁铁的尺寸而使磁通的穿透深度发生变化的方法。但是，为了发挥与起重电磁铁上带有一个大型磁极的情况同等的吸附力，需要使磁极的总面积和输出磁通密度与具有大型线圈的电磁铁同等。为了维持磁极的总面积，需要将多个小型的电磁铁安装到起重电磁铁上，但为了维持输出的磁通密度，难以减小线圈的大小，产生起重电磁铁整体的重量变大这样的新问题。这是因为，输出的磁通密度大体上与(线圈匝数)×(电流)成比例。为了减小线圈，需要使线圈的线径变细、或者减少线圈的匝数并增加电流。在前者的情况下，线圈的电阻增加，在后者的情况下，因电流增加所引起的发热量增加而存在线圈烧损风险，因此并不现实。
鉴于上述情况，本发明的目的在于提供能够取仅一张或仅目标张数的钢材的、起重电磁铁用安装磁极、带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁、钢材的运送方法以及钢板的制造方法。
需要说明的是，本发明的“起重电磁铁用安装磁极”是指安装到起重电磁铁上、构成起重电磁铁的磁场电路的一部分的磁极。
用于解决问题的方法
为了解决上述问题，本发明人对能够从层叠的钢材(例如钢板)中吊起作为目标的仅一张的方法进行了深入研究。结果发现，通过使从起重电磁铁的内极向钢材施加的磁通在不减少磁通量的情况下分散后施加，减少最上层的钢材内部的磁通密度，不会产生磁通饱和。另外还获知，由于向钢材施加的磁通量不发生变化，因此，吊起力也不会降低，能够强力地吸附最上层的钢材。
进而，本发明人对能够从层叠的钢材(例如钢板)中吊起作为目标的仅数张(例如2～3张)的方法进行了深入研究。结果发现，通过使磁场电路发生变化，使磁通的穿透深度的最大值发生变化，即使是板厚较薄的钢材，也能够控制要吊起的张数。
本发明是基于上述见解的发明，具有以下的主旨。
[1]一种起重电磁铁用安装磁极，其是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的起重电磁铁的起重电磁铁用安装磁极，
其具备：
与上述起重电磁铁的铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极；和
与上述起重电磁铁的磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，
上述第一和第二分割磁极交替地配置。
[2]如上述[1]所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，上述第一分割磁极的尺寸满足(1)式。
S×B＜L×t×BS…(1)式
在此，S、B、L、t、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L：第一分割磁极与被吊起的钢材接触的区域的第一分割磁极的总周长[mm]、
t：被吊起的钢材的板厚[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
[3]如上述[1]或上述[2]所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，上述第一分割磁极进一步具有：
至少一个可动磁极；以及
在与该可动磁极邻接的区域中并且与钢材接触的面上的固定磁极。
[4]如上述[3]所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，上述可动磁极为可动式。
[5]如上述[3]或上述[4]所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，上述固定磁极的尺寸满足(2)式。
S×B＜L1×t1×BS…(2)式
在此，S、B、L1、t1、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L1：固定磁极与被吊起的钢材接触的区域的固定磁极的总周长[mm]、
t1：被固定磁极吊起后的钢材的板厚总和的最大值[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
[6]如上述[1]～上述[5]中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，交替地配置的上述第一和第二分割磁极的间隔为30mm以下。
[7]如上述[1]～上述[6]中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，上述第一和第二分割磁极的板厚分别为20mm以下。
[8]一种带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，其是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，其中，
作为该磁极，使用上述[1]～上述[7]中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极。
[9]一种钢材的运送方法，其特征在于，使用上述[1]～上述[7]中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，将该起重电磁铁用安装磁极安装到起重电磁铁上，利用磁力将钢材吊起并进行搬运。
[10]一种钢材的运送方法，其特征在于，使用上述[8]所述的带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，利用磁力将钢材吊起并进行搬运。
[11]一种钢板的制造方法，其特征在于，使用上述[9]或上述[10]所述的钢材的运送方法，在轧制后将钢板运送，进行精整工序。
发明效果
根据本发明，在吊起仅一张钢材的情况下，在层叠的最上层的钢材内不发生磁通饱和。因此，即使是板厚20mm以下的钢材，也能够利用带有磁极的起重电磁铁容易地从多张重叠的状态吊起仅最上层的一张。另外，能够使由线圈产生的磁通全部用于最上层的钢材的吊起，因此，能够以与通常的起重电磁铁相同的电力消耗量发挥更大的吊起力。
另外，根据本发明，在吊起仅目标张数(数张)的钢材的情况下，通过使磁场电路发生变化，能够使最大的磁通穿透深度变为期望的值。由此，即使吊起对象是板厚小的钢材(薄钢材)，也能够以高精度进行吊起张数的控制。
附图说明
图1是对利用一个起重电磁铁吊起的钢材内部的磁通的流动进行说明的图，图1(A)是从上方对钢材进行观察的平面图，图1(B)是从侧面对钢材进行观察的截面图(图1(A)的X-X’线截面图)。
图2是对利用进行分割而小型化的起重电磁铁吊起的钢材内部的磁通的流动进行说明的图，图2(A)是从上方对钢材进行观察的平面图，图2(B)是从侧面对钢材进行观察的截面图(图2(A)的Y-Y’线截面图)。
图3是示出利用多个小型的起重电磁铁的钢材内部的磁通的流动的截面图。
图4是对本发明的第一实施方式中的、一个实施方式的起重电磁铁用安装磁极的构成进行说明的示意图。
图5是对本发明的第一实施方式中的、另一个实施方式的起重电磁铁用安装磁极的截面形状进行说明的示意图。
图6是对本发明的第一实施方式中的、一个实施方式的带有磁极的起重电磁铁的构成进行说明的示意图。
图7是示出实施例1中使用的第一实施方式的起重电磁铁用安装磁极的图。
图8是示出实施例2中使用的第一实施方式的起重电磁铁用安装磁极的图。
图9(A)～图9(C)是对本发明的第二实施方式中的、一个实施方式的起重电磁铁用安装磁极的构成进行说明的示意图。
图10(A)～图10(C)是对本发明的第二实施方式中的、另一个实施方式的起重电磁铁用安装磁极的构成进行说明的示意图。
图11(A)～图11(C)是对本发明的第二实施方式中的、一个实施方式的带有磁极的起重电磁铁的构成进行说明的示意图。
图12是对以往的通常的起重电磁铁的结构进行说明的截面图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明进行说明。需要说明的是，本发明不限于该实施方式。
＜第一实施方式＞
第一实施方式的起重电磁铁用安装磁极是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的起重电磁铁的起重电磁铁用安装磁极，其具备与上述起重电磁铁的铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极和与上述起重电磁铁的磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，上述第一和第二分割磁极交替地配置。另外，上述第一分割磁极的尺寸可以满足后述的(1)式。此外，交替地配置的上述第一和第二分割磁极的间隔可以设定为30mm以下。此外，上述第一和第二分割磁极的板厚可以分别设定为20mm以下。
第一实施方式的带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的带有磁极的起重电磁铁，其具备经由线圈而相对地配置的铁芯和磁轭、与上述铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极以及与上述磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，上述第一和第二分割磁极交替地配置。另外，上述第一分割磁极的尺寸可以满足后述的(1)式。此外，交替地配置的上述第一和第二分割磁极的间隔可以设定为30mm以下。此外，上述第一和第二分割磁极的板厚可以分别设定为20mm以下。
首先，参考图1～3对本发明的技术构思详细地进行说明。
图1是示出利用通常的起重电磁铁(在此，使用电磁铁式起重电磁铁)吊起的状态的钢材内部的磁通的流动的图。图1(A)是使用一个起重电磁铁将钢材吊起时从钢材上方进行观察的平面图，图1(B)是从钢材侧面进行观察的截面图(图1(A)的X-X’线截面图)。图2是示出将上述起重电磁铁进行分割而小型化后吊起的状态的钢材内部的磁通的流动的图。图2(A)是使用分割成4个而小型化的起重电磁铁将钢材吊起时从钢材上方进行观察的平面图，图2(B)是从钢材侧面进行观察的截面图(图2(A)的Y-Y’线截面图)。图3是从侧面对将钢材吊起的状态的钢材和起重电磁铁进行观察的截面图。需要说明的是，图中的箭头表示磁通的流动。图2、3的起重电磁铁(电磁铁式起重电磁铁)使用与图1同样的结构的起重电磁铁。
如上所述，在本发明的第一实施方式中，为了容易地吊起仅最上层的一张钢材，通过解决最上层的钢材内磁通饱和这样的问题而完成。参考图1、2对最上层的钢材内磁通饱和的理由进行说明。
通常的电磁铁式起重电磁铁在内部具有直径为百mm～数百mm的线圈，在线圈的内侧安装有铁芯(内极)，在线圈的外侧安装有用于使磁场通过的轭铁(磁轭：外极)。如图1(B)所示，在被起重电磁铁吊起的状态的钢材133的内部，由铁芯111(内极)施加的磁通从内极111的下部扩散而朝向磁轭112(外极)的下部。此时，在内极111的外周部正下方的区域为钢材内的磁通密度最高的部分，成为磁通扩散的颈部113。在图1(A)的情况下，使用(纵×横)为(2a×2a)大小的内极111，该颈部113的截面积为((内极111的周长)×(钢材板厚))、即(8a×(钢材板厚))。颈部113中，如图1(B)所示，从内极111扩散而朝向外极112的磁通134的磁通量多，除了最上层的钢材133a以外进一步在两张下层的钢材133b、133c中也扩散有磁通134。本发明人着眼于颈部113的大小与磁通密度的大小之间具有相关关系这一点，进一步进行了研究。结果发现，将内极小型化对于磁通密度的减少是有效的。将使内极为小型的例子示于图2中。
如图2(A)所示，在利用将内极分割成4个而呈小型的起重电磁铁吊起的状态的钢材内部，由各铁芯121(内极)施加的磁通分别从内极121的下部扩散而朝向位于外周侧的磁轭122(外极)的下部。此时，各内极121的外周部正下方的区域为钢材内的磁通密度最高的部分，分别成为磁通扩散的颈部123。在图2(A)的情况下，使用将图1(A)所示的内极111分割成内极的纵横的宽度分别为一半大小(纵×横为a×a大小)而小型化的4个内极121。这种情况下，4个颈部123的截面积的合计为((内极121的总周长)×(钢材板厚))、即((4a×4)×(钢材板厚))＝(16a×(钢材板厚))。各颈部123中，如图2(B)所示，从内极121扩散而朝向周边的外极122的磁通144的磁通量少，减少至除了最上层的钢材143a以外进一步在一张下层的钢材143b中扩散有磁通144的程度。由此，将内极小型化并使用多个磁极(内极121)进行吊起时，钢材内的磁通密度变高的部分(颈部)123被分割为多个部分，颈部123的总截面积增大。结果可知，颈部123的磁通密度降低，在最上层的钢材内部不易发生磁通饱和。
但是，如果想要单纯地使内极为小型并使用多个该内极来发挥与大型的起重电磁铁同等的吊起力，则产生起重电磁铁的重量、线圈的发热量增大这样的新问题。
因此，本发明人为了解决由于内极的小型化而产生的上述新问题，进一步进行了深入研究。如上述的图1(B)所示，在想要使用大的内极111将层叠的钢材133a～133d的最上层的一张吊起的情况下，从内极111扩散而朝向外极112的磁通134大，在最上层的钢材133a内发生磁通饱和。因此，在下层的钢材133b、133c中也扩散有磁通134。另一方面，如图3所示，在想要使用分割成小型的多个内极141和外极142将层叠的钢材143a～143d的最上层的一张吊起的情况下，从各内极141扩散而朝向邻接的各外极142的磁通144小，在最上层的钢材143a内不发生磁通饱和。因此，在下层的钢材143b～143d中没有磁通144扩散。基于以上背景，本发明人新发现，通过利用一个大的线圈进行磁通的产生、并利用分支的内极和外极进行磁通向钢材的输入，能得到磁通分散效果，能够解决上述问题。由此，能够避免起重电磁铁重量、线圈发热量的增大，并且能够避免钢材内的磁通饱和。特别是，即使是板厚20mm以下的薄钢材，也能够一张一张地吊起。
接着，对本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极进行说明。图4是对本发明的第一实施方式中使用的起重电磁铁用安装磁极的一例进行说明的示意图。图5是对起重电磁铁用安装磁极的其他截面形状进行说明的示意图。需要说明的是，图4(A)和图5(A)～(E)是从下侧对起重电磁铁用安装磁极进行观察的图，图4(B)是图4(A)中的C-C’线截面图。另外，在以下的说明中，对各图中的相同部分标注相同的符号。图中，由双向箭头表示的D1、D2方向表示与钢材表面平行的方向、D3方向表示与钢材表面垂直的方向。
如图4(A)所示，运送钢材的装置中使用的起重电磁铁用安装磁极至少具有第一分割磁极5和第二分极磁极6。第一分割磁极5具备与通常的起重电磁铁的铁芯(内极)接触的第一轴部5a、和从第一轴部5a具有分支结构并被分支为多根的第一枝部5b。第二分割磁极6具备与通常的起重电磁铁的磁轭(外极)接触的第二轴部6a、和从第二轴部6a具有分支结构并被分支为多根的第二枝部6b。第一和第二分割磁极5、6中，交替地配置各第一枝部5b和第二枝部6b。例如，在成为吊起对象的钢材与第一和第二分割磁极5、6接触的部分或附近，在夹持非磁性体的同时交替地配置、或者设置空间部地交替地配置。图4(A)、(B)中示出在第一枝部5b和第二枝部6b之间设置空间部地交替配置的情况。
如图4(B)所示，在设置空间部地交替地配置的情况下，交替地配置的第一枝部5b和第二枝部6b的间隔X1优选设定为30mm以下。该间隔大于30mm时，可以设置的第一和第二枝部的数量(根数)减少，得不到充分的磁通分散效果。由此，有可能在最上层的钢材中发生磁通饱和。优选间隔X1设定为20mm以下。需要说明的是，在本发明中，间隔X1的下限没有特别限定，但从防止磁场电路发生短路的观点考虑，间隔X1设定为5mm以上。优选间隔X1设定为10mm以上。需要说明的是，在夹持非磁性体来代替空间部的情况下，也优选同样地对非磁性体的宽度进行调整。
另外，第一和第二分割磁极5、6的板厚T1优选分别设定为20mm以下。该板厚T1大于20mm时，由一个枝部(是指第一枝部5b和第二枝部6b中的被分支出的各个枝部)的磁极施加的磁通量大，难以得到磁通分散效果。由此，有可能在最上层的钢材中发生磁通饱和。优选板厚T1设定为15mm以下。需要说明的是，在本发明中，T1的下限没有特别限定，但从将板厚较厚的钢材吊起时枝部的磁极的强度的观点考虑，板厚T1设定为5mm以上。
另外，第一分割磁极5的尺寸优选满足以下所示的(1)式。如上述的图1、2中说明的那样，将起重电磁铁的线圈内部的内极截面积设为S[mm2]、将线圈内部的内极平均磁通密度设为B[T]、将内极与被吊起的钢材接触的区域的内极的总周长设为L[mm]、将钢材的板厚设为t[mm]、将钢材的饱和磁通密度设为BS[T]时，钢材内的颈部113、123的截面积为(L×t)。因此，可从颈部通过的磁通表示为((颈部的截面积)×(钢材的饱和磁通密度))、即(L×t×BS)。与此相对，由线圈施加的磁通表示为((内极截面积)×(内极平均磁通密度))、即(S×B)。因此，若满足可从颈部通过的磁通(即(L×t×BS))大于由线圈施加的磁通(即(S×B))的关系、即下述关系式(1)式，则理论上认为在最上层的钢材内不发生磁通饱和。
因此，上述的第一分割磁极5的尺寸优选以满足下述(1)式的方式进行调整。
S×B＜L×t×BS…(1)式
在此，S、B、L、t、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁内极内部的平均磁通密度[T]、
L：第一分割磁极与被吊起的钢材接触的区域的第一分割磁极的总周长[mm]、
t：被吊起的钢材的板厚[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
需要说明的是，在第一分割磁极5的尺寸不满足(1)式的情况下，在理论上存在最上层的钢材内发生磁通饱和的可能性。但是，即使是这种情况，与以往那样不使磁极分支的状态相比，最上层的钢材内的磁通饱和的程度也减轻。因此，能得到磁通饱和由于分支形状而缓和、从而不易到达下层的钢材的效果。即，根据本发明，通过如上所述地使磁极分割，磁通饱和被缓和，从而不易到达下层的钢材。此外，在第一分割磁极5满足(1)式的情况下，磁通饱和变为0，能够使对下层的钢材的吸附力基本为0，能够以完全不吸附层叠在下层的钢材的方式进行控制。
以上说明的本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极中，第一轴部5a与通常的电磁铁式的起重电磁铁的铁芯连接，并且第二轴部6a与该起重电磁铁的磁轭连接，由此，能够在通常的起重电磁铁中形成具有分支结构的第一和第二分割磁极5、6。另外，在对线圈4通电的状态下与钢材接触，由此，利用从铁芯2(内极)依次向第一轴部5a、第一枝部5b、钢材、第二枝部6b、第二轴部6a、磁轭3(外极)施加(输入)的磁通形成磁场电路。由此，成为吊起对象的钢材被吸附到起重电磁铁上。其结果是，能够避免起重电磁铁重量、线圈发热量的增大，并且能够在不产生上述的磁通饱和的问题的情况下将钢材一张一张地吊起并移动。
此外，本发明的第一分割磁极5形成为满足上述的(1)式的尺寸，由此，利用起重电磁铁将钢材吊起时，能够使由一个线圈输出的磁通更有效地在各第一枝部5b和第二枝部6b分支并输入到钢材中。因此，能够进一步精度良好地进行调整，以使在钢材内不发生磁通饱和。结果，特别是，即使是板厚20mm以下的较薄的钢材，也能够容易地从多张重叠的状态吊起仅最上层的一张钢材。特别是，即使在板厚大于20mm的钢材的情况下，也可以同样地得到一张一张地吊起的效果。需要说明的是，本发明中，当然也可以通过分割磁极的调整将多张钢材同时吊起。
需要说明的是，本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极可以设定为能够之后安装到上述的通常的起重电磁铁的内极和外极上的附加型。或者，可以设定为像后述的本发明的带有磁极的起重电磁铁那样使起重电磁铁的磁极(内极和外极)本身分支而被分支出的磁极(第一枝部5b、第二枝部6b)。在任意一种情况下，均可以得到与本发明同样的效果。
接着，使用图5对本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极的另一个实施方式进行说明。本发明的第一和第二分割磁极5、6的形状只要为从起重电磁铁的内极朝向外极输出的磁通能够分支的形状即可。例如，可以为如图5(A)所示重叠有大小不同的圆形的形状、或者如图5(B)所示重叠有大小不同的正方形的形状、或者如图5(C)所示在长方形中并列配置有2列交替配置的第一枝部5b、第二枝部6b的形状、或者如图5(D)所示在圆中沿圆周方向交替排列地配置有第一枝部5b、第二枝部6b的形状、或者如图5(E)所示在四边形中沿周向交替排列地配置有第一枝部5b、第二枝部6b的形状。
接着，对本发明的第一实施方式中的带有磁极的起重电磁铁进行说明。图6是对作为本发明的一个实施方式的带有磁极的起重电磁铁(以下称为带有磁极的起重电磁铁)进行说明的示意图。图6(A)是从下侧对带有磁极的起重电磁铁进行观察的图，图6(B)是图6(A)中的A-A’线截面图，图6(C)是图6(A)中的B-B’线截面图，图6(D)是图6(A)中的C-C’线截面图。
如图6(A)所示，运送钢材的装置中使用的带有磁极的起重电磁铁7具备经由线圈4而相对地配置的铁芯2和磁轭3、第一分割磁极5和第二分极磁极6。第一分割磁极5和第二分极磁极6具有使各磁极分支出的分支结构。需要说明的是，关于第一和第二分割磁极5、6的构成，与上述的起重电磁铁用安装磁极的说明相同，因此省略。另外，这种情况下，上述(1)式的“起重电磁铁”表示本发明的“带有磁极的起重电磁铁”。
本发明的带有磁极的起重电磁铁7在对线圈4通电的状态下与钢材接触，由此，利用从铁芯2(内极)依次向第一轴部5a、第一枝部5b、钢材、第二枝部6b、第二轴部6a、磁轭3(外极)施加(输入)的磁通形成磁场电路。由此，钢材被吸附到带有磁极的起重电磁铁上。需要说明的是，根据本发明的带有磁极的起重电磁铁，可以得到与上述的起重电磁铁用安装磁极同样的效果。
＜第二实施方式＞
第二实施方式的起重电磁铁用安装磁极和带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁除了上述第一实施方式的基本构成以外，上述第一分割磁极进一步具有至少一个可动磁极、和在与该可动磁极邻接的区域中并且与钢材接触的面上的固定磁极。另外，上述可动磁极可以设定为可动式。此外，上述固定磁极的尺寸可以满足后述的(2)式。
本发明的第二实施方式中，如上所述，利用一个带有磁极的起重电磁铁将钢材的吊起张数控制为例如将钢材吊起仅一张或者吊起仅目标张数(例如2～3张)。本发明人发现，对于吊起张数的控制而言，控制钢材内的磁通的穿透深度是有效的，从而完成了本发明。需要说明的是，除了关于吊起张数的控制这一点以外，基本上与上述的第一实施方式相同，因此，在此对于重复内容省略说明。
首先，对本发明的第二实施方式的技术构思进行说明。
为了控制要吊起的钢板内的磁通的穿透深度，本发明为如后述的图11所示那样具备使由一个线圈输出的磁通分支的结构的分割磁极和使由线圈输出的磁通穿透至期望的深度的固定磁极的起重电磁铁。
如上述图1(B)所示，关于钢材内的磁通134的流动，以由内极111施加的磁通134从内极111的下部扩散而朝向外极112的下部的方式流动。此外，内极111的外周部正下方的区域为钢材内的磁通密度最高的部分(颈部)，磁通134的穿透深度由该部分的截面积确定。例如，图1(B)所示的例子中，磁通的穿透深度为从最上层的钢材133a起至第3张钢材133c为止。
将内极111与吊起钢材133接触的部分的总周长设为L[mm]、将钢材的板厚设为t[mm]、将钢材的饱和磁通密度设为Bs[T]时，可从钢材内通过的磁通量表示为(L×t×Bs)。由此，为了将从最上层至第n张的钢材133吊起，将由线圈施加的磁通量设为M[mm·T]、将最上层至第k号的钢材的板厚设为tk[mm]时，若磁通量M满足下述关系式A(A式)，则理论上认为将从最上层至第n张的钢材一次性吊起所需要的充分的磁通通过。
Figure GDA0003208402380000171
另外，关于磁通量M，将线圈内部的内极截面积设为S[mm2]、将线圈内部的内极平均磁通密度设为B[T]时，表示为M＝(S×B)。由此，关系式A可以如下述关系式A’(A’式)这样表示。
Figure GDA0003208402380000172
在此，上述专利文献4的技术是通过控制线圈的电流值来控制内极平均磁通密度(B)、从而使关系式A成立的方法。上述专利文献3的技术是通过控制上述的内极与钢材接触的部分的总周长(L)而使关系式A成立的方法。
通常，对于炼铁厂的厚板工厂所具有的大磁极起重电磁铁而言，如上所述，最大的磁通穿透深度大。对吊起张数进行调整时，在如上述专利文献4那样通过控制线圈的电流值来控制内极平均磁通密度(B)的情况下，在微小的电流变化下，磁通的穿透深度发生变化。因此，钢材的板厚小(薄)时，由变形导致的空隙、由磁通传感器的误差带来的影响变大，存在难以进行高精度的吊起张数的控制这样的问题。
另外，在如上述专利文献3那样利用上述的内极与钢材接触的部分的总周长(L)对磁通量进行控制的情况下，想到单纯地使线圈为小型并使用多个该线圈的方法。但是，该方法中，想要对例如板厚为约5mm的薄钢材进行控制时，起重电磁铁的重量、线圈的发热量增大，因此并不实用。
因此，本发明人为了解决这些问题等，对调整磁通的穿透深度的技术进行了深入研究，结果得到了下述见解。
在关系式A’的左边，内极截面积(S)与磁极尺寸的平方成比例，在右边，上述的内极与钢材接触的部分的总周长(L)与磁极尺寸成比例。由此发现，磁极尺寸变大时，关系式A’成立的n的值也增大，磁通的穿透深度增大。即发现，利用一个大的线圈进行磁通的产生，利用多个磁极进行磁通向钢材(钢板)的输入。例如，作为多个磁极，设置如后述的图9、图10所示的、分支出的磁极5b、6b(使内极和外极部分地分支而形成的分割磁极)和形成为规定大小的磁极9(与内极接触并且与钢板接触的区域中设置的固定磁极)。使用这些磁极中的至少一个来进行磁通向钢材的输入。发现，由此能够对上述的内极与钢材接触的部分的总周长(L)进行控制，能够调整磁通的穿透深度。此外还发现，根据需要，也可以利用电流控制来控制内极平均磁通密度(B)。
根据本发明，能够避免起重电磁铁的重量、线圈的发热量的增大，并且能够根据吊起对象的钢材的板厚调整至适当的最大的磁通穿透深度。另外，由于利用磁极限制最大的磁通穿透深度，因此，在进一步组合利用电流进行的磁通穿透深度的控制的情况下，与仅利用电流进行控制的情况相比，能够以更高的精度控制磁通穿透深度。例如，在炼铁厂的厚板工厂中，将板厚为数mm～数十mm的钢材设定为主要的吊起对象。在理论上，通过使磁极的尺寸的设计值发生变化，即使是板厚更小的0.1mm级别的钢材也能够进行吊起张数的控制。
另外，通过在一个起重电磁铁用安装磁极内具有多个上述的内极与钢材接触的部分的总周长(L)不同的磁极(分割磁极或固定磁极)、并每次切换这些磁极的磁场电路，能够调节最大的磁通的穿透深度。由此，使用一个起重电磁铁用安装磁极，能够对各种板厚的钢材进行高精度的吊起张数的控制。
接着，对本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极进行说明。图9是对本发明的第二实施方式中使用的起重电磁铁用安装磁极的一例进行说明的示意图。图10是对本发明的第二实施方式中使用的起重电磁铁用安装磁极的另一例进行说明的示意图。需要说明的是，图9(A)和图10(A)是从起重电磁铁(起重电磁铁)侧对起重电磁铁用安装磁极进行观察的平面图，图9(B)、(C)和图10(B)、(C)是从钢材侧对起重电磁铁用安装磁极进行观察的平面图。在以下的说明中，对各图中的相同部分标注相同的符号。图中，由双向箭头表示的D1、D2方向表示与钢材表面平行的方向。
图9(A)～(C)所示的例子中，运送钢材的装置中使用的起重电磁铁用安装磁极与第一实施方式同样，至少具有第一分割磁极5和第二分割磁极6。第一分割磁极5具备与起重电磁铁的铁芯(内极)接触的第一轴部5a、和从第一轴部5a分支并被分支为多根的第一枝部5b。第二分割磁极6具有与起重电磁铁的磁轭(外极)接触的第二轴部6a、和从第二轴部6a分支并被分支为多根的第二枝部6b。各第一枝部5b和第二枝部6b例如设置空间部或非磁性体地交替配置。
第二实施方式中，第一轴部5a进一步具有至少一个可动磁极8和固定磁极9。第一轴部5a被可动磁极8分割为多个。在与该可动磁极8邻接的分割后的第一轴部5a的区域中并且与钢材接触的面上设置固定磁极9。可动磁极8为可动式，图9(C)所示的例子中，可以沿与第一枝部5b(或第二枝部6b)平行的方向移动。关于可动磁极8的移动，使用例如直线滑块而使其移动。固定磁极9根据要吊起的钢材的张数来确定适当形状(例如圆形、矩形等)即可。
图9(A)～图9(C)中示出利用2个可动磁极8将第一轴部5a分割为3个区域的一例。该被分割为3个的区域中，在外侧的2个区域中，以规定间隔交替地配置第一枝部5b和第二枝部6b。在中央的区域(被2个可动磁极8夹持的区域)中，在与钢材接触的面上设置圆形的固定磁极9。图9所示的例子中，在一个起重电磁铁所带有的磁极内，具有分割磁极和固定磁极这两个磁极(即，2个磁场电路)。在将一张钢材吊起的情况下，如图9(B)所示使用第一枝部5b、第二枝部6b和固定磁极9，在将两张以上的钢材吊起的情况下，如图9(C)所示仅使用固定磁极9。
需要说明的是，图9中示出在第一枝部5b和第二枝部6b之间设置有空间部的例子。这种情况下，基于与第一实施方式同样的理由，第一枝部5b和第二枝部6b的间隔X1优选设定为30mm以下。进一步优选间隔X1设定为20mm以下。间隔X1的下限没有特别限定，但从防止磁场电路发生短路的观点考虑，间隔X1优选设定为5mm以上。进一步优选间隔X1设定为10mm以上。在夹持非磁性体来代替空间部的情况下，优选对非磁性体的宽度进行调整。
另外，与上述同样，第一和第二分割磁极5、6的板厚T1优选分别设定为20mm以下。进一步优选板厚T1设定为15mm以下。本发明中，板厚T1的下限没有特别限定，但与上述同样，板厚T1优选设定为5mm以上。
另外，固定磁极9的板厚T2根据想要吊起的钢材的最大总板厚T1来适当设定即可。以使相对于想要吊起的钢材的最大总板厚t1达到满足(2)式的L1的方式来设定固定磁极9的板厚T2、分支数。
接着，使用图10对本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极的另一个实施方式进行说明。该另一个实施方式中，除了固定磁极9的形状为四边形以外，结构与上述的图9同样，因此，省略重复部分的说明。
如图10(A)～图10(C)所示，固定磁极9可以设定为分支的结构。例如，以与第一枝部5b平行的方式，并列设置2根长方形的固定磁极9。在此，示出与2根固定磁极9邻接地设置了第二枝部6c的例子，但也可以设置空间部或非磁性体来代替第二枝部6c。
将固定磁极设定为分支结构的目的在于，控制为与想要吊起的钢材的最大总板厚相应的磁通穿透深度。在减小固定磁极的磁通的穿透深度的情况下，为了在有限的空间内延长作为目标的内极与钢材接触的部分的周长，可以使固定磁极9分支为2根。需要说明的是，如果以1根能够确保作为目标的内极与钢材接触的部分的周长，则固定磁极9可以不进行分割而设定为1根。
接着，对本发明的第二实施方式中发挥重要作用的、可动磁极8和固定磁极9详细进行说明。
如上所述，在第二实施方式中，将线圈中产生的磁通的通路在磁通不沿钢材的板厚方向进入深处的分割磁极和固定磁极、与磁通沿钢材的板厚方向进入深处的仅固定磁极之间切换，由此控制磁通的穿透深度。由此，吊起张数的控制成为可能。该切换通过改变可动磁极8的位置来进行。
图9(B)和图10(B)中示出可动磁极8位于与第一轴部5a接触的位置的情况、即可动磁极8配置于被分割出的第一部轴部5a之间的情况。这种情况下，在对线圈4通电的状态下与钢材接触，由此，利用从铁芯2(内极)向固定磁极9、第一轴部5a、第一枝部5b、钢材、第二枝部6b、第二轴部6a、磁轭3(外极)依次施加(输入)的磁通形成磁场电路。由此，如上述第一实施方式那样，使用第一分割磁极5、第二分割磁极6和固定磁极9，能够吊起仅一张钢材。
需要说明的是，如上所述，磁通被施加于固定磁极9，但第一和第二分割磁极5、6与钢材接触的周长(L)更大，因此，几乎全部磁通从分割磁极侧输入到钢板，磁通穿透深度变浅。由此，磁通仅到达至多张重叠的钢材中的第1张钢材。
与此相对，图9(C)和图10(C)示出可动磁极8位于远离第一轴部5a的位置的情况、即可动磁极8不配置于被分割出的第一轴部5a之间的情况。这种情况下，由线圈输出的磁通仅施加于固定磁极9，因此，磁通的穿透深度变大，磁通也被输入到多张重叠的钢材中第2张以后的钢材。由此，使用固定磁极9，能够将从最上层至第数张的钢材吊起。需要说明的是，关于固定磁极9的穿透深度，通过适当调整固定磁极9的尺寸，能够控制吊起张数。
因此，以下对本发明中的固定磁极9的优选尺寸(size)进行说明。
本发明的第二实施方式中，固定磁极9的尺寸优选满足以下所示的(2)式。如利用上述的图1、2进行说明的那样，将起重电磁铁的线圈内部的内极截面积设为S[mm2]、将线圈内部的内极平均磁通密度设为B[T]、将固定磁极与被吊起的钢材接触的区域的固定磁极的总周长设为L1[mm]、将被固定磁极吊起的钢材的板厚总和的最大值设为t1[mm]、将钢材的饱和磁通密度设为BS[T]。可从钢材内的颈部113、123通过的磁通表示为((颈部的截面积)×(钢材的饱和磁通密度))、即(L1×t1×BS)。与此相对，由线圈施加的磁通表示为((内极截面积)×(内极平均磁通密度))、即(S×B)。因此，若满足可从颈部通过的磁通(L1×t1×BS)大于由线圈施加的磁通(S×B)的关系、即下述关系式(2)式，则理论上认为在最上层的钢材内不发生磁通饱和。通过使L1的值发生变化，能够将磁通的穿透深度设定为与想要吊起的钢材的最大总板厚(t1)相应的值。
因此，上述的固定磁极9的尺寸优选以满足下述(2)式的方式进行调整。
S×B＜L1×t1×BS…(2)式
在此，S、B、L1、t1、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L1：固定磁极与被吊起的钢材与接触的区域的固定磁极的总周长[mm]、
t1：被固定磁极吊起的钢材的板厚总和的最大值[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
通过使固定磁极9的尺寸满足(2)式，能够以更高的精度对磁通穿透深度进行控制。由此，高精度的吊起张数的控制成为可能。结果，特别是，即使是板厚20mm以下的较薄的钢材，也能够精度良好地从多张重叠的状态吊起仅目标张数的钢材。特别是，即使在板厚大于20mm的钢材的情况下，也可以得到同样的效果。
以上说明的本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极中，第一轴部5a与通常的电磁铁式的起重电磁铁的铁芯(内极)连接，并且第二轴部6a与该起重电磁铁的磁轭(外极)连接，由此，能够在通常的起重电磁铁中形成具有分支结构的第一和第二分割磁极5、6以及固定磁极9。
需要说明的是，本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极可以设定为能够之后安装到上述的通常的起重电磁铁的内极和外极上的附加型。或者，可以设定为像后述的本发明的带有磁极的起重电磁铁那样使起重电磁铁的磁极(内极和外极)本身分支而被分支出的磁极(第一枝部5b、第二枝部6b)，进而将第一轴部5a利用可动磁极进行分割，在规定区域中设置固定磁极。在任意一种情况下，均可以得到与本发明同样的效果。
接着，对本发明的第二实施方式中的带有磁极的起重电磁铁进行说明。图11是对本发明的第二实施方式中的带有磁极的起重电磁铁(以下称为带有磁极的起重电磁铁)的一例进行说明的示意图。图11(A)是从下侧对带有磁极的起重电磁铁进行观察的平面图，图11(B)是图11(A)中的H-H’线截面图，图11(C)是图11(A)中的I-I’线截面图。
如图11(A)所示，运送钢材的装置中使用的带有磁极的起重电磁铁7具备经由线圈4而相对地配置的铁芯2(内极)和磁轭3(外极)、第一分割磁极5和第二分极磁极6。第一分割磁极5和第二分极磁极6具有使各磁极分支出的分支结构。进一步，第一分割磁极5中，第一轴部5a被至少一个可动磁极8分割，在由该可动磁极8夹持的区域中具有固定磁极9。图11(A)所示的例子中，示出利用2个可动磁极8将第一轴部5a分割为3个的例子。需要说明的是，关于第一和第二分割磁极5、6、可动磁极8、固定磁极9的构成，与上述的起重电磁铁用安装磁极的说明相同，因此省略。另外，这种情况下，上述(2)式的“起重电磁铁”表示本发明的“带有磁极的起重电磁铁”。
本发明的带有磁极的起重电磁铁7在对线圈4通电的状态下与钢材接触，由此，利用从铁芯2(内极)向固定磁极9、第一轴部5a、第一枝部5b、钢材、第二枝部6b、第二轴部6a、磁轭3(外极)依次施加(输入)的磁通形成磁场电路。另外，例如，如图11(A)所示，在可动磁极8位于与第一轴部5a接触的位置的情况下，经由第一枝部5b、第二枝部6b和固定磁极9从内极朝向外极输出磁通，并使其分支。由此，仅层叠的最上层的一张钢材被吸附到带有磁极的起重电磁铁的第一枝部5b、第二枝部6b和固定磁极9上。与此相对，例如，如图9(C)所示，在可动磁极8不位于与第一轴部5a接触的位置的情况下，从内极向固定磁极9输出的磁通直接施加于钢材。由此，从层叠的最上层至第n张(即两张以上)的钢材被吸附到带有磁极的起重电磁铁的固定磁极9上。
如上所述，在本发明中，通过使可动磁极8移动，能够控制是在第一枝部5b、第二枝部6b侧和固定磁极9形成磁场电路、还是仅在固定磁极9形成磁场电路。需要说明的是，根据本发明的带有磁极的起重电磁铁，可以得到与上述起重电磁铁用安装磁极同样的效果。
如以上所说明的那样，利用使用电磁铁的起重电磁铁将钢材吊起时，能够使由一个线圈输出的磁通经由分割磁极或固定磁极而施加于钢材，由此，能够控制向钢材内的最大的磁通穿透深度。即，在本发明中，通过使磁场电路如上所述地发生变化，能够使最大的磁通穿透深度变为目标值。由此，即使吊起对象为板厚小的钢材(薄钢材)，也能够以高精度容易地进行吊起张数的控制。
另外，本发明中，可以通过使用磁极而在不改变起重电磁铁线圈的大小的情况下进行控制，因此，能够避免起重电磁铁的重量、线圈发热量的增大。
另外，在本发明中，在磁极内部具有多个磁场电路、并每次进行切换，由此，能够使这些磁场电路发生变化，因此，能够利用一个磁极来应对各种板厚的钢材的吊起。
接着，对本发明的钢材的运送方法进行说明。
本发明可以应用于炼铁厂等中运送钢材的方法。在此，可以使用上述的第一实施方式和第二实施方式的起重电磁铁用安装磁极、带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁中的任意一种。例如，在使用起重电磁铁用安装磁极的情况下，将该起重电磁铁用安装磁极安装到通常的起重电磁铁上，利用磁力将钢材吊起并进行搬运。在使用带有磁极的起重电磁铁的情况下，利用该起重电磁铁的磁力将钢材吊起并进行搬运。具体而言，利用钢材的运送装置，能够将厚板工厂的处于等待精整工序和等待精整工序后的出货的状态的钢板从保管场所吊起仅作为对象的一张或仅作为对象的数张(例如2～3张)并使其移动。在第一实施方式的情况下，钢材(例如钢板)的运送装置在吊起钢材的吸附部分具备安装有上述图4的起重电磁铁用安装磁极的起重电磁铁或图6的带有磁极的起重电磁铁即可。在第二实施方式的情况下，运送装置在吊起钢材的吸附部分具备安装有上述图9和图10的起重电磁铁用安装磁极的起重电磁铁、或图11的带有磁极的起重电磁铁即可。
接着，对本发明的钢板的制造方法进行说明。
本发明为一种钢板的制造方法，其中，使用利用上述的第一实施方式和第二实施方式的起重电磁铁用安装磁极或带有磁极的起重电磁铁的钢材的运送方法，在轧制后，将保管在钢板放置场所(保管场所)的钢板利用磁力一张一张地吊起或仅将对象数张(例如2～3张)吊起并运送，进行精整工序。
例如，钢板可以通过如下方法制造：对具有规定成分组成的钢原材进行加热后，实施热轧，然后进行冷却，剪切为期望的尺寸。另外，本发明的钢板的制造方法中可以应用的钢成分组成没有特别限定，可以使用公知的成分组成的钢。另外，本发明的钢板的制造方法中，加热和冷却的温度条件、轧制的压下率等没有特别限定，可以采用公知的条件。
实施例
以下，基于实施例1～4对本发明进行说明。需要说明的是，本发明不限于以下的实施例。
＜实施例1＞
图7是对实施例1中使用的、本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极的概略构成进行说明的示意图。图7(A)中示出从下面对起重电磁铁用安装磁极进行观察的平面图，图7(B)中示出图7(A)中的D-D’线截面图，图7(C)中示出图7(A)中的E-E’线截面图。
实施例1中，作为本发明例，使用在具有直径150mm的内极、厚度60mm、大小500mm×500mm的外极的起重电磁铁(未图示)上安装有图7所示的本发明的起重电磁铁用安装磁极(SS400制)的图6所示的带有磁极的起重电磁铁，实施钢板的吊起试验。磁极的厚度设定为10mm，在内极与外极之间设置有20mm的空隙。第一和第二分割磁极的尺寸没有特别限定。吊起的钢板使用板厚为5mm、长度3m×宽度1.5m的尺寸、重量为约180kg的SS400，利用起重电磁铁从10张重叠的状态吸引最上层的钢板(第1张)，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其测定结果示于表1中。
根据表1，在最上层的第1张中作用有大到770kgf的吸引力，与此相对，在下层的第2张中为110kgf、在进一步下层的第3张中为4kgf、在进一步下层的第4张以后中为测定极限值以下(0kgf)。因此，由于钢板的重量为约180kg，因而可知不会吸附第2张以后的钢板。
接着，将上述磁极的第一分割磁极5和第二分割磁极6的形状设定为规定的尺寸。将该磁极安装到上述起重电磁铁上，同样地实施钢板的吊起试验。
在此，线圈内部的内极平均磁通密度为推定1T，SS400的饱和磁通密度为约2T。因此，线圈内部的内极截面积S[mm2]、线圈内部的内极平均磁通密度B[T]、内极与吊起钢材接触的部分的总周长L[mm]、钢板的板厚t[mm]、钢板的饱和磁通密度BS[T]分别为S＝17700mm2、B＝1.0、L＝4440mm、t＝5、BS＝2.0T。因此，分别代入上述(1)式的左边和右边时，(1)式的左边为S×B＝17700、(1)式的右边为L×t×BS＝44400，满足上述(1)式。
利用满足上述(1)式的带有磁极的起重电磁铁进行吸引，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其结果示于表1中。
根据表1，在最上层的第1张中作用有大到1800kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中为1kgf、在进一步下层的第3张以后中为测定极限值以下。因此，由于钢板的重量为约180kg，因而可知不会吸附第2张以后的钢板。
与此相对，作为现有方法(比较例)，仅使用与上述本发明例相同的起重电磁铁，直接实施吊起试验。将其结果示于表1中。根据表1，在最上层的第1张中为670kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中作用有300kgf的吸引量(吸附力)，在进一步下层的第3张中作用有190kgf的吸引量(吸附力)。需要说明的是，在第7张以后中为测定极限值以下。例如，由于在长度3m×宽度1.5m的尺寸的钢板的情况下重量为约180kg，因此可知，在利用上述现有方法将尺寸比该钢板更小的钢板吊起的情况下，会吸附至第3张。
[表1]
Figure GDA0003208402380000281
由上可知，根据本发明例，由线圈产生的磁通几乎全都集中于第1张，因此，可从10张层叠的状态吊起仅最上层的一张钢板。需要说明的是，代替起重电磁铁用安装磁极而设为同样的尺寸形状的本发明的带有磁极的起重电磁铁，也得到同样的结果。
＜实施例2＞
图8是对实施例2中使用的、本发明的第一实施方式中的起重电磁铁用安装磁极的概略构成进行说明的示意图。图8(A)中示出从下面对起重电磁铁用安装磁极进行观察的平面图，图8(B)中示出图8(A)中的F-F’线截面图，图8(C)中示出图8(A)中的G-G’线截面图。
实施例2中，作为本发明例，使用在具有大小1000mm×100mm的内极、厚度60mm、大小1500mm×500mm的外极的起重电磁铁(未图示)上安装有图8所示的本发明的起重电磁铁用安装磁极(SS400制)的图6所示的带有磁极的起重电磁铁，实施钢板吊起试验。磁极的厚度设定为20mm，在内极与外极之间设置有30mm的空隙。第一和第二分割磁极的尺寸没有特别限定。吊起的钢板使用板厚为10mm、长度3m×宽度3m的尺寸、重量为约720kg的SS400，利用起重电磁铁从10张重叠的状态吸引最上层钢板(第1张)，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其测定结果示于表2中。
根据表2，在最上层的第1张中作用有大到3800kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中为540kgf、在进一步下层的第3张中为5kgf、在进一步下层的第4张以后中为测定极限值以下(0kgf)。因此，由于钢板的重量为约720kg，因而可知不会吸附第2张以后的钢板。
接着，将上述磁极的第一分割磁极5和第二分割磁极6的形状设定为规定的尺寸。将该磁极安装到上述起重电磁铁上，同样地实施钢板的吊起试验。
在此，线圈内部的内极平均磁通密度为推定1T，SS400的饱和磁通密度为约2T。因此，线圈内部的内极截面积S[mm2]、线圈内部的内极平均磁通密度B[T]、内极与吊起钢材接触的部分的总周长L[mm]、钢板的板厚t[mm]、钢板的饱和磁通密度BS[T]分别为S＝100000mm2、B＝1.0、L＝10900mm、t＝10、BS＝2.0T。因此，分别代入上述(1)式的左边和右边时，(1)式的左边为S×B＝100000、(1)式的右边为L×t×BS＝218000，满足上述(1)式。
利用满足上述(1)式的起重电磁铁进行吸引，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其结果示于表2中。
根据表2，在最上层的第1张中作用有大到8500kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中为5kgf、在进一步下层的第3张以后中为测定极限值以下。因此，由于钢板的重量为约720kg，因而可知不会吸附第2张以后的钢板。
与此相对，作为现有方法(比较例)，仅使用与上述本发明例相同的起重电磁铁，直接实施吊起试验。将其结果示于表2中。根据表2，在最上层的第1张中为3300kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中作用有1500kgf的吸引量(吸附力)，在进一步下层的第3张中作用有900kgf的吸引量(吸附力)。需要说明的是，在第8张以后中为测定极限值以下。由此可知，在现有方法的情况下，例如，由于在长度3m×宽度3m的尺寸的钢板的情况下钢板的重量为约720kg，因此，在利用上述现有方法将尺寸比该钢板更小的钢板吊起的情况下，会吸附至第3张。
[表2]
Figure GDA0003208402380000311
由上可知，根据本发明例，由线圈产生的磁通几乎全都集中于第1张，因此，可从10张层叠的状态吊起仅最上层的一张钢板。需要说明的是，代替起重电磁铁用安装磁极而设为同样的尺寸形状的本发明的带有磁极的起重电磁铁，也得到同样的结果。
＜实施例3＞
实施例3中，使用图9所示的、本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极。
实施例3中，作为本发明例，使用在具有直径100mm的内极、厚度25mm、大小350mm×350mm的外极的起重电磁铁(未图示)上安装有图9所示的起重电磁铁用安装磁极(SS400制)的图11(A)所示的带有磁极的起重电磁铁，实施钢板吊起试验。
需要说明的是，第一和第二分割磁极5、6的厚度设定为10mm，在第一和第二分割磁极5、6之间设置有10mm的空隙。第一和第二分割磁极5、6设定为将最上层的一张吊起的设计。另外，固定磁极9设定为圆形，其直径设定为100mm。在此，固定磁极9设定为从最上层起吊起3张钢材的设计。磁场电路的切换通过利用直线滑块使可动磁极8移动来进行。
另外，固定磁极9设定为满足上述(2)式的尺寸。在此，线圈内部的内极平均磁通密度为推定1T，SS400的饱和磁通密度为约2T。因此，线圈内部的内极截面积S[mm2]、线圈内部的内极平均磁通密度B[T]、固定磁极9与吊起钢材接触的部分的总周长L1[mm]、被固定磁极9吊起的钢板的板厚总和的最大值t1[mm]、钢板的饱和磁通密度BS[T]分别为S＝7850mm2、B＝1.0、L1＝2950mm、t1＝15mm、Bs＝2.0T。因此，分别代入上述(2)式的左边和右边时，(2)式的左边为S×B＝78500、(2)式的右边为L1×t1×BS＝88500，满足上述(2)式。
另外，吊起的钢材使用板厚为5mm、纵横为3m、重量为340kg的SS400。试验中，利用起重电磁铁从5张重叠的状态吸引钢材，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其测定结果示于表3中。
表3的左栏中示出利用第一和第二分割磁极5、6和固定磁极9吊起时的测定结果，表3的右栏中示出仅利用固定磁极9吊起时的测定结果。根据表3，在利用第一和第二分割磁极5、6和固定磁极9吊起的情况下，在最上层的第1张中作用有大到3800kgf的吸引力。另一方面，在下层的第2张中为1kgf、在进一步下层的第3张以后中为测定极限以下(0kgf)。与此相对，在仅利用固定磁极9吊起的情况下，在最上层的第1张中作用有1370kgf的吸引力(吸附力)，在下层的第2张中作用有600kgf的吸引力(吸附力)，在进一步下层的第3张中作用有490kgf的吸引力(吸附力)，在进一步下层的第4张中作用有2kgf的吸引力(吸附力)，在第5张中作用有测定极限以下(0kgf)的吸引力(吸附力)。即可知，在第1张中发生磁通饱和，磁通透过而直至第3张，从而吸附3张钢材。
[表3]
Figure GDA0003208402380000331
由上可知，通过利用可动磁极8切换磁场电路，能够仅利用一个带有磁极的起重电磁铁将被吊起的钢板的张数控制为1张和3张。需要说明的是，虽然未示出测定结果，但仅利用固定磁极9吊起时，通过进一步组合施加于线圈的电流的控制，还能够进行2张的吊起。
＜实施例4＞
实施例4中，使用图10所示的、本发明的第二实施方式中的起重电磁铁用安装磁极。
实施例4中，作为本发明例，使用在具有直径100mm的内极、厚度25mm、大小350mm×350mm的外极的起重电磁铁(未图示)上安装有图10所示的起重电磁铁用安装磁极(SS400制)的图11(A)所示的带有磁极的起重电磁铁，实施钢板吊起试验。
需要说明的是，第一和第二分割磁极5、6的厚度设定为10mm，在第一和第二分割磁极5、6之间设置有10mm的空隙。第一和第二分割磁极5、6设定为将最上层的一张吊起的设计。另外，固定磁极9设定为分割成2个长方形的结构，分割部分(长方形)的厚度设定为20mm。在固定磁极9的分割部分与第二分割磁极6c之间设置有10mm的空隙。固定磁极9设定为从最上层起吊起2张钢材的设计。磁场电路的切换通过利用直线滑块使可动磁极8移动来进行。
另外，固定磁极9设定为满足上述(2)式的尺寸。在此，线圈内部的内极平均磁通密度为推定1T，SS400的饱和磁通密度为约2T。因此，设定为线圈内部的内极截面积S[mm2]＝7850mm2、线圈内部的内极平均磁通密度B[T]＝1.0、固定磁极9与吊起钢材接触的部分的总周长L1[mm]时，第一分割磁极5与钢材接触的部分的总周长为3180mm、固定磁极9与钢材接触的部分的总周长为540mm、被固定磁极吊起的钢板的板厚总和的最大值为t1[mm]＝10mm。因此，分别代入上述(2)式的左边和右边时，(2)式的左边为S×B＝7850、(2)式的右边为L1×t1×BS＝10800，满足上述(2)式。
另外，吊起的钢材使用板厚为5mm、纵和横的宽度分别为3m、重量为340kg的SS400，试验中，利用起重电磁铁从5张重叠的状态吸引钢材，测定作用于各钢板的吸引量(吸附力)。将其测定结果示于表4中。
表4的左栏中示出利用第一和第二分割磁极5、6和固定磁极9吊起时的测定结果，表4的右栏中示出仅利用固定磁极9吊起时的测定结果。根据表4，在利用第一和第二分割磁极5、6和固定磁极9吊起的情况下，在最上层的第1张中作用有大到3800kgf的吸引力，与此相对，在下层的第2张为1kgf、在进一步下层的第3张以后中为测定极限以下(0kgf)。与此相对，在仅利用固定磁极9吊起的情况下，在最上层的第1张中作用有1530kgf的吸引力(吸附力)，在下层的第2张中作用有700kgf的吸引力(吸附力)，在进一步下层的第3张中作用有3kgf的吸引力(吸附力)，在进一步下层的第4张以后中作用有测定极限以下(0kgf)的吸引力(吸附力)。即可知，在第1张中发生磁通饱和，磁通透过而直至第2张，从而吸附2张钢材。
[表4]
Figure GDA0003208402380000351
由上可知，通过利用可动磁极8切换磁场电路，能够仅利用一个带有磁极的起重电磁铁将被吊起的钢板的张数控制为1张和2张。
符号说明
2 内极
3 外极
4 线圈
5 第一分割磁极
5a 第一轴部
5b 第一枝部
6 第二分割磁极
6a 第二轴部
6b 第二枝部
6c 第二枝部
7 带有磁极的起重电磁铁
8 可动磁极
9 固定磁极
101 起重电磁铁内极
102 起重电磁铁外极
103 线圈
111 起重电磁铁内极
112 起重电磁铁外极
113 颈部
121 起重电磁铁内极
122 起重电磁铁外极
123 颈部
131 起重电磁铁内极
132 起重电磁铁外极
133a～133d 钢材
134 磁通
141 起重电磁铁内极
142 起重电磁铁外极
143a～143d 钢材
144 磁通

Claims (16)

1.一种起重电磁铁用安装磁极，其是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的起重电磁铁的起重电磁铁用安装磁极，
其具备：
与所述起重电磁铁的铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极；和
与所述起重电磁铁的磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，
所述第一和第二分割磁极交替地配置，
所述第一分割磁极的尺寸满足(1)式，
S×B＜L×t×BS…(1)式
在此，S、B、L、t、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L：第一分割磁极与被吊起的钢材接触的区域的第一分割磁极的总周长[mm]、
t：被吊起的钢材的板厚[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
2.如权利要求1所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述第一分割磁极进一步具有：
至少一个可动磁极；以及
在与该可动磁极邻接的区域中并且与钢材接触的面上的固定磁极。
3.如权利要求2所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述固定磁极的尺寸满足(2)式，
S×B＜L1×t1×BS…(2)式
在此，S、B、L1、t1、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L1：固定磁极与被吊起的钢材接触的区域的固定磁极的总周长[mm]、
t1：被固定磁极吊起的钢材的板厚总和的最大值[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
4.一种起重电磁铁用安装磁极，其是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的起重电磁铁的起重电磁铁用安装磁极，
其具备：
与所述起重电磁铁的铁芯接触且具有分支结构的第一分割磁极；和
与所述起重电磁铁的磁轭接触且具有分支结构的第二分割磁极，
所述第一和第二分割磁极交替地配置，
所述第一分割磁极进一步具有：
至少一个可动磁极；以及
在与该可动磁极邻接的区域中并且与钢材接触的面上的固定磁极，
其中，所述固定磁极的尺寸满足(2)式，
S×B＜L1×t1×BS…(2)式
在此，S、B、L1、t1、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L1：固定磁极与被吊起的钢材接触的区域的固定磁极的总周长[mm]、
t1：被固定磁极吊起的钢材的板厚总和的最大值[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
5.如权利要求4所述的起重电磁铁用安装磁极，所述第一分割磁极的尺寸满足(1)式，
S×B＜L×t×BS…(1)式
在此，S、B、L、t、BS各自表示如下：
S：起重电磁铁的内极的截面积[mm2]、
B：起重电磁铁的内极内部的平均磁通密度[T]、
L：第一分割磁极与被吊起的钢材接触的区域的第一分割磁极的总周长[mm]、
t：被吊起的钢材的板厚[mm]、
BS：被吊起的钢材的饱和磁通密度[T]。
6.如权利要求2～5中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述可动磁极为可动式。
7.如权利要求1～5中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，交替地配置的所述第一和第二分割磁极的间隔为30mm以下。
8.如权利要求6项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，交替地配置的所述第一和第二分割磁极的间隔为30mm以下。
9.如权利要求1～5中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述第一和第二分割磁极的板厚分别为20mm以下。
10.如权利要求6所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述第一和第二分割磁极的板厚分别为20mm以下。
11.如权利要求7所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述第一和第二分割磁极的板厚分别为20mm以下。
12.如权利要求8所述的起重电磁铁用安装磁极，其中，所述第一和第二分割磁极的板厚分别为20mm以下。
13.一种带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，其是利用磁力将钢材吊起并进行搬运的带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，其中，
作为该磁极，使用权利要求1～12中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极。
14.一种钢材的运送方法，其特征在于，使用权利要求1～12中任一项所述的起重电磁铁用安装磁极，将该起重电磁铁用安装磁极安装到起重电磁铁上，利用磁力将钢材吊起并进行搬运。
15.一种钢材的运送方法，其特征在于，使用权利要求13所述的带有钢材吊起用磁极的起重电磁铁，利用磁力将钢材吊起并进行搬运。
16.一种钢板的制造方法，其特征在于，使用权利要求14或15所述的钢材的运送方法，在轧制后将钢板运送，进行精整工序。
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