JP2002299020A - 誘導加熱装置の防熱板 - Google Patents

誘導加熱装置の防熱板

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 誘導加熱を行う被加熱材からの輻射熱による
変形や破損が起こりにくい誘導加熱装置の防熱板を提供
する。 【解決手段】 誘導加熱コイルの内側に配置され、該誘
導加熱コイル内に搬送される被加熱材からの輻射熱を遮
る誘導加熱装置の防熱板において、熱伝導度が５Ｗ／
（ｍ℃）以上の高熱伝導性不定形耐火物と、該不定形耐
火物に内包される冷却管とを有してなるものとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば鋼板製造の
１工程である熱間圧延ラインにて、粗圧延により得られ
たシートバー等の加熱に適用する誘導加熱装置の防熱板
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】例えば、鋼片を熱間圧延する際に、従来
は、とくに粗圧延後の仕上げ圧延工程において、以下に
述べるような種々のトラブルが生じていた。すなわち、 ａ）鋼片先端における、粗圧延機内での低速圧延で生じ
た温度低部の品質不良、 ｂ）鋼片後端における、仕上げ圧延機前までの放熱で生
じた温度低下部の品質不良、 ｃ）加熱炉内のスキッドビーム部の昇温不足で生じた温
度低下部の品質不良、 などである。
【０００３】上記問題を解決するため、熱間仕上げ圧延
機の入側搬送ラインにおいて、粗圧延して得られるシー
トバーを誘導加熱装置を用いて加熱することによって、
熱補償を行うことが提案されている。すなわち、熱間仕
上げ圧延に先だって、図７（ａ）および図７（ｂ）に概
略を示すように、被加熱材であるシートバー１をその幅
並びに厚み方向に誘導加熱コイル３で包み、シートバー
１の全部もしくは一部にシートバーの長手方向に貫通す
る交番磁界を誘導加熱コイル３から印加してシートバー
１内に生起する誘導電流により、この領域を加熱する処
理を行うのである。図７（ｂ）において、誘導加熱コイ
ル内の磁束の流れを点線で示すように、誘導加熱コイル
３により発生した高周波磁束はシートバー１を圧延方向
へ貫き、誘導加熱コイル３の端部を経て誘導加熱コイル
３背面に廻る流れとなり、当該シートバーの部分が加熱
される。なお、図中５は、シートバー１を搬送するため
のテーブルローラである。
【０００４】このように、誘導加熱装置２の誘導加熱コ
イル３による誘導電流を利用してシートバーを加熱する
とき、シートバー１の幅射熱のために誘導加熱コイル３
が高温となり、焼損しやすくなるので、これを防止する
ことが必要となる。そこで、シートバー１の幅射熱を遮
蔽して誘導加熱コイル近傍の温度上昇を緩和するため
に、図７（ｂ）に示すように、誘導加熱コイル２とシー
トバー１との間に耐熱性の防熱板４を設置する方法が提
案されている。例えば、特公平６−３１６８２号公報に
は、耐火性無機質繊維板と耐火断熱レンガを層状に重ね
た構造のものが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術による防熱板を具えた誘導加熱装置によりシート
バーの誘導加熱を行う場合に、次のような新たな問題が
生じていた。すなわち、１０００℃程度のシートバー１
からの幅射熱で防熱板の温度が上昇し、搬送方向の両端
で固定支持された防熱板４が、図８（ａ）の点線で示す
ように、その表裏面の温度差による熱膨張差でシートバ
ー側に張り出すように湾曲変形する現象である。そし
て、変形の程度が大きいときには、防熱板４には図８
（ｂ）のようにひびが入り、さらに剥離、落下にいた
り、ついに防熱板自体が破損することがあった。防熱板
のこのような変形や破損の傾向は、搬送方向における防
熱板の長さが大きくなるほど、したがって誘導加熱コイ
ルの長さが増すほど顕著に顕れる現象であった。
【０００６】そこで、本発明は、従来技術が抱えている
上述したような問題を解決するための新規な提案であ
り、誘導加熱を行う被加熱材からの輻射熱による変形や
破損が起こりにくい誘導加熱装置の防熱板を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、発明者らは、誘導加熱コイルの防熱板が具えるべき
条件について研究を重ねた結果、防熱板を高熱伝導性の
不定形耐火物とし、この耐火物に冷却管を内包するよう
に埋設して、防熱板の拔熱を積極的に図ることが効果的
であるとの結論に達し、本発明を完成した。すなわち、
本発明は、誘導加熱コイルの内側に配置され、誘導加熱
コイル内に搬送される被加熱材からの輻射熱を遮る、誘
導加熱装置の防熱板において、高熱伝導性不定形耐火物
と該不定形耐火物に内包される冷却管とを有してなるこ
とを特徴とする誘導加熱装置の防熱板である。上記発明
において、不定形耐火物は、熱伝導度が５Ｗ／（ｍ℃）
以上であることが好ましい。また、上記発明における冷
却管は、複数本から構成されるとともに、これらの管軸
が被加熱材の搬送方向になるように並列配置されてなる
ことが好ましい。そしてまた、上記複数本の冷却管の隣
り合うもの同士の間隔は、上記防熱板の厚みの３倍以下
であることが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明に至るまでの経緯を
含めて説明する。本発明では、防熱板の主材を板状に成
形した不定形耐火物とする。不定形耐火物は、本発明の
ように、冷却管を内包させる場合に、モールド成形が容
易であり、しかも冷却管との密着度も高められるので、
拔熱が効果的に行われ輻射熱による耐火物の温度上昇を
抑制できるからである。そしてまた、本発明では、冷却
による防熱板からの拔熱を効果的に行わしめるため、不
定形耐火物を高熱伝導性のものとすることが必要であ
る。
【０００９】図１は、冷却管を内包した不定形耐火物
（厚み：２５ｍｍ、搬送方向における長さ：９００ｍ
ｍ）をシートバー温度１０００℃の輻射熱環境下で１時
間放置し、耐火物の表裏面の温度差に及ぼす不定形耐火
物の熱伝導度の影響について調査した結果である。図１
から示されるように、通常の耐火物材料であるAl２Ｏ３
やSiＯ２を主成分とするもの、すなわち熱伝導度0.5 〜
2.0 Ｗ／ｍ℃のものを用いると、耐火物の表裏面の温度
差は500 〜800 ℃にも達するが、熱伝導度を高めると急
激に表裏面の温度差は低下する。図２は、上記実験にお
いて測定した、不定形耐火物の変形量δに及ぼす不定形
耐火物の熱伝導度の影響について調査した結果である。
図２から、不定形耐火物の熱伝導度は不定形耐火物のた
わみの変形量δに対しても顕著に影響することがわか
る。そして、熱伝導度0.5 〜2.0 Ｗ／ｍ℃であるAl２Ｏ
３やSiＯ２を主成分とする通常の耐火物材料では、変形
量δは５〜２０ｍｍである。
【００１０】発明者らの調査によれば、不定形耐火物の
変形量δを３ｍｍ以下、好ましくは２ｍｍ以下に抑制で
きれば、防熱板にはひびが入らず、防熱板として十分機
能し、実用上まったく問題がないことを知見した。すな
わち図２から、不定形耐火物の熱伝導度を5.0 Ｗ／ｍ℃
以上、好ましくは7.0 Ｗ／ｍ℃以上とした高熱伝導特性
を有する不定形耐火物、例えば炭化珪素を主成分とする
不定形耐火物を用いることにより、不定形耐火物の変形
量δを所定の値以下に抑えることが可能になる。このこ
とを言い換えれば、図１からわかるように、不定形耐火
物の表裏面の温度差を３００℃以下、好ましくは２００
℃以下に抑制することに相当する。
【００１１】また、冷却効果を均一かつ十分に発揮させ
るためには、冷却管を複数本としてこれら冷却管を管軸
が搬送方向になるように並列配置することが望ましい。
発明者らは、さらに不定形耐火物に内包される冷却管の
配置についても実験した。図３は、厚み：３０ｍｍ、熱
伝導率７〜１１Ｗ／ｍ℃の高熱伝導性不定形耐火物を、
シートバー温度１０００℃の輻射熱環境下で、水冷管に
通水しながら保持したときに到達する不定形耐火物の裏
面温度に及ぼす、耐火物の厚みおよび図３で定義する水
冷管間隔の影響について調べた結果をまとめたものであ
る。図３に示すように、不定形耐火物の裏面温度は不定
形耐火物に内包された水冷管の間隔と不定形耐火物の厚
みとの比で整理できること、そしてこの耐火物の裏面温
度を誘導加熱コイルの耐熱温度である３００℃以下まで
低下させるには前記の比、（水冷管の間隔）／（耐火物
の厚み）の値を３以下にすることが望ましいことがわか
る。
【００１２】以上述べた防熱板４は、例えば、図４の平
面図、図５（図４のＡ−Ａ断面）の側面図で示すような
ものとなる。すなわち、搬送方向に平行かつ並列的に配
置した冷却管１２を高熱伝導性の不定形耐火物１１に内
包して設け、この不定形耐火物１１を取り付け縁金具１
３内におさまるように板状にモールド成形される。これ
ら冷却管に冷却媒体（通常は冷却水）を通すため、例え
ば図５で示すように、防熱板の長手方向両端部の幅方向
中央に給排水口１５を設ける。こうして、給排水口１５
の一端から導入した冷却媒体は、分岐した複数の冷却管
１２を経由して、他端の給排水口１５から排出される。
こうした構成の防熱板は、例えばその長手方向の両端部
に設けたボルト穴１４を通じて誘導加熱装置２に固定さ
れて、被加熱材からの輻射熱を遮蔽して誘導加熱コイル
３を保護する。
【００１３】なお、冷却管１２は、防熱板における不定
形耐火物を支持する役割も担うことになるが、シートバ
ーの誘導加熱中には、この冷却管も誘導加熱され、支持
強度の低下が懸念される。冷却管の温度上昇を抑制する
には、誘導電流の減少が必要となる。冷却管を流れる誘
導電流を小さくするには、冷却管の断面積を小さくする
こと、すなわち管径を小さくしたり、管厚を小さくした
りすることが求められる。しかし一方で、このことに余
りに重点をおくと、冷却管の強度（曲げ強度）を弱化す
ることとなり、支持材としての機能を低下させることと
なる。したがって、冷却管の寸法仕様は、これら両観点
から、防熱板の長さ、材質等を考慮に入れて検討したう
え、適正なものを選択することが肝要となる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明を具体的に説明する。図６に示
す、粗圧延機の出側と仕上げ圧延機の入側との間におけ
る搬送ラインに、本発明に従う内部水冷式の防熱板を具
えた誘導加熱装置（コイルの内幅２０００ｍｍ、内高さ
２４０ｍｍ、コイル長６００ｍｍ）２基を１．２ｍの間
隔を空けて搬送方向に直列に設けた。防熱板には、６本
の金属製水冷管（管径：８ｍｍ、管厚：１ｍｍ）を幅方
向（搬送方向に直角の方向）に間隔６０ｍｍで並列配置
し、水冷管の周囲を炭化珪素（ＳｉＣ）を主成分とする
キャスタブルにてモールド成形した。乾燥、焼成後の不
定形耐火物は、厚みが３０ｍｍであり、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）７０％を含有し、熱伝導度が９Ｗ／ｍ℃の高熱伝導
性のものであった。
【００１５】上記搬送ラインに、粗圧延機で圧延したシ
ートバー１（幅１３００ｍｍ、厚み３０ｍｍ、０．５％
Ｓｉ鋼）を、テーブルローラにて１ｍ／ｓで通板し、誘
導加熱装置により、その長手方向に交番磁界（投入電力
５０００ｋＷ、周波数２０００Ｈｚ）を印加して加熱し
た。次いで、加熱後のシートバーを後続の７スタンドか
らなる仕上げ圧延機に供給し、板厚２ｍｍまで仕上げ圧
延した。上記の条件では、加熱長さが２．４ｍ（２×
０．６ｍ＋１．２ｍ）であるので、１ｍ／ｓで通板する
ときの加熱時間は合計２．４秒間となる。
【００１６】以上の条件でシートバーを誘導加熱し、防
熱板の表面温度、変形および損傷の程度を観察した。そ
の結果、防熱板のコイル側表面温度は最高１５０℃にし
かならず、また、表裏面温度差に起因した不定形耐火物
の変形もなく、防熱板の破損は生じなかった。この条件
で、約６か月間継続して操業したが、その期間中に、防
熱板の変形、破損はみられず、防熱板として十分な機能
を発揮することがわかった。そして、本発明の防熱板を
誘導加熱装置に具えることにより、シートバーからの輻
射熱による誘導加熱コイルの損傷は皆無になることを確
認した。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、誘導加熱されたシート
バーなどの被加熱材からの輻射熱を、効果的に遮蔽し
て、誘導加熱コイルを保護でき破損を防止できる。した
がって、本発明によれば、搬送ラインで安定した誘導加
熱が可能になり、連続圧延による圧延材材質の均一化と
生産性の向上が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】不定形耐火物の表裏面温度差に及ぼす耐火物の
熱伝導度の影響を示すグラフである。
【図２】不定形耐火物の変形量に及ぼす耐火物の熱伝導
度の影響を示すグラフである。
【図３】不定形耐火物の裏面温度と冷却管の間隔／不定
形耐火物の厚みとの関係を示すグラフである。
【図４】防熱板における冷却管の配管例を示す図であ
る。
【図５】冷却管の両端における取り付けの例を示す図で
ある。
【図６】実施例に用いた誘導加熱装置を示す図である。
【図７】誘導加熱方法の概略を示す模式図である。
【図８】誘導加熱装置の防熱板に発生する変形の状況を
示す模式図である。
【符号の説明】
１ シートバー（被加熱材） ２ 誘導加熱装置 ３ 誘導加熱コイル ４ 防熱板 ５ テーブルローラ １１ 不定形耐火物 １２ 冷却管 １３ 取り付け縁金具 １４ ボルト穴 １５ 給排水口
フロントページの続き (72)発明者 桂 重史 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 江口 俊信 東京都千代田区丸の内２丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3K059 AA08 AB24 AB29 AD34 AD40 CD52 4K051 AA03 AB00 HA08

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 誘導加熱コイルの内側に配置され、該誘
    導加熱コイル内に搬送される被加熱材からの輻射熱を遮
    る、誘導加熱装置の防熱板において、 高熱伝導性不定形耐火物と、該不定形耐火物に内包され
    る冷却管とを有してなることを特徴とする誘導加熱装置
    の防熱板。
  2. 【請求項２】 上記不定形耐火物は、熱伝導度が５Ｗ／
    （ｍ℃）以上であることを特徴とする請求項１に記載の
    誘導加熱装置の防熱板。
  3. 【請求項３】 上記冷却管は、複数本から構成されると
    ともに、これらの管軸が被加熱材の搬送方向になるよう
    に並列配置されてなることを特徴とする請求項１または
    ２に記載の誘導加熱装置の防熱板。
  4. 【請求項４】 上記冷却管の隣り合うもの同士の間隔
    が、上記防熱板の厚みの３倍以下であることを特徴とす
    る請求項３に記載の誘導加熱装置の防熱板。
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