JP2007524759A - 誘導加熱のためのビレット支持システム - Google Patents

Abstract

本発明の装置及び方法はビレットが電気誘導によって加熱されているときに、ビレットを誘導コイル内に支持する。２つ以上の耐熱性セラミックのレールはビレットをコイルの内部にスライドさせる、ビレットを加熱処理中に配置する、及びビレットをコイルの外部にスライドさせる曲線的表面を与える。レール位置調節手段は多様な寸法のビレットを収容するためにレールを移動させるための手段を与える。

Description

本願は２００４年１月２１日に出願された米国特許出願No.60/538,132の優先権を主張し、その内容は本願に参照として組み込まれる。

本発明はビレット（または、鋼片）を電気誘導によって加熱するときにそれを支持するためのビレット支持システムに関する。

電気伝導性材料から構成されたビレットは電気誘導によって加熱することができる。ビレットはソレノイドコイルの内側に配置され、コイルに供給される電流はビレットを貫通する磁場を確立する。そして、磁場はビレット内に渦電流を誘導し、ビレットを加熱する。一般に、ビレットをコイル内に配置するための方法として、３つの方法が存在する。最初の方法は、コイル内に配置された容器にコイルを配置する方法である。容器はステンレス鋼等の非磁性体から形成された、開いたボート型の構造であってもよい。２つめの方法は、適当な機械的システムによってビレットをコイル内に押し込み、ビレット支持部材に配置する方法である。３つめの方法は、ビレットの一部（中央部または端部）を誘導加熱しながら、ビレットを外部から支持する方法であるが、この方法はビレットの長さがコイルより短いビレット支持に対しては適用不可能である。全ての方法において、誘導による熱の保持を高めるためにコイル内のビレットは断熱材料によって実質的に囲まれている。この断熱材料は通常、適当な耐火物から形成された、開いた円筒形の形状を有する。従来のビレット支持システムは断熱材料の内壁に沿って縦軸方向に配置された２つ以上の水冷式ロッドを備える。ロッドはステンレス鋼等の非磁性材料から構成される。ビレットはコイル内に押し込まれ、ロッド上に配置される。ロッドはロッド内の経路を通して、水等の冷却媒体を流すことによって冷却される。ビレット内に誘導された熱の大部分は伝導によってロッドに伝達されるので、ロッドの冷却が必要となる。さらに、ロッドは電気伝導性であってもよく、その場合、生成された磁場からある程度の誘導加熱を受ける。

ロッドは長時間の使用によって劣化し、内部の冷却経路の一部が水漏れを起こし、誘導コイル内の回路に電気短絡を起こす可能性がある。さらに、ロッドへ水を供給するための接続の必要性は多様な寸法のビレットを収容するためのロッドの再配置を不可能にする。それゆえ、水や他の内部冷却システムを必要とせず、ビレットの複数の寸法に対処するために容易に調節することが可能なビレット支持システムに対する要求が存在する。

１つの側面において、本発明は誘導コイル内にビレット（または、鋼片）を支持するための装置及び方法である。本発明のビレット支持システムは曲面状の表面を有する２つ以上のレールを備え、ビレットはコイル内でこのレール上に配置される（または、このレール上に置かれる）。本発明のいくつかの実施例において、レールは断熱材料内で縦軸方向に配置される。本発明のいくつかの実施例において、レールは耐熱セラミックから形成され、多様な寸法のビレットを収容するために断熱材料に対して個々に調節可能である。

本発明の他の側面は以下の詳細な説明に記載される。本発明を図解するために、本発明の好まれる実施例を図面に示す。しかしながら、本発明がこれらの構成及び部材に限定されないことは理解されなければならない。

図１ａ及び図１ｂには、本発明に従ったビレット支持システムの１つの実施例が示されている。断熱材１４は概略円筒形の形状を有しており、ソレノイド誘導コイル１２内に挿入されている。本発明のこの実施例において、３つのレール１６は断熱材１４の内壁に沿って縦軸方向に配置されている。

各レールは（一般に、「サイアロン」セラミックとして知られている）珪素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素、及び窒素を基材にしたセラミック等の耐熱材料から構成されている。（サイアロンセラミックについては、例えば、米国特許Ｎｏ．４，１１３，５０３等を参照。）各レールは概略円筒形の形状であるが、本発明のレールの形状が円筒形の形状に限定されないことは理解されなければならない。概略的に、レールはビレットのための曲面状配置用表面を与えるための形状にされる。レールの両端部には穴が備えられている。レールの両端部の支持部材１８はこの穴に適合するために適当な形状にされたドエル（または、位置決めピン）を備える。結合用部材２０は、図１ｂに３つのレールのうちの１つに対して示されているように、両端に支持部材１８の各々の穴を貫通して突き出すねじ切り部を有するロッドであってもよい。留め具２２はレール１６、２つの側部部材１８、及び結合用部材２０によって形成される長方形のフレーム構造を剛直に（または、正確に）保持する。本発明のこの実施例において、ビレット９０は３つのレールの曲線的表面に接触し、それに沿ってスライドするように、断熱材１４によって形成された、開いた円筒形に押し込まれる。コイル１２は実際には、図１ａ及び図１ｂに概略的に示されている状態よりビレット９０にかなり接近した状態で配置されるだろう。また、側部部材１８は、結合用部材２０がコイル１２の外側に配置されるように拡張されていてもよい。あるいは、レールを適所に保持するために、結合用部材２０の代わりに、側部部材の各々に対応する独立した留め具が使用されてもよい。

図２ａ及び図２ｂは、弧形結合用部材２４が断熱材の内壁に対するレール１６ａの位置を調節するための手段を与える、本発明に従ったビレット支持システムのもう１つの実施例を図示している。この実施例において、弧形結合用部材２４の弧形開口部は調節手段を与える。開口部は多様な寸法のビレットを収容するために、代替的な（または、選択的な）レールの位置の設定のためのノッチまたはマークを有してもよい。各レールに対する側部部材１８は、図２ａに示されているように、弧形結合用部材２４の使用を除いて、図１ａに示されている方法で使用される部材と同様な部材であってもよい。本発明の代替的な実施例において、各側部部材は結合用部材２０が貫通する穴の代わりに、側部部材を結合用部材２４に固定するために使用される、隣接する弧形結合用部材２４の弧形開口部を貫通する支柱を有してもよい。例えば、支柱はねじ切り部を有し、ボルトによって結合用部材２４に固定されてもよい。本発明のこの実施例において、レールは概略半円形の断面を有し、断熱材の内壁の曲面に一致する底部の曲面を有するように構成されている。

図３は本発明のビレット支持システムのもう１つの実施例を図示している。この実施例において、レール１６ｂは２つであり、概略半楕円形の断面を有し、開いた円筒形の壁の曲面に一致する底部の曲面を有するように構成されている。（図３のビレット９０、９０ａ、９０ｂの円周で表されているように）概略半楕円形のレール１６ｂによって与えられる大きな曲面の断面を有するビレット配置用表面はレール１６ｂの位置を調節することなく多様な寸法のビレットを収容することができるビレット支持手段を与える。この実施例において、レール１６ｂは断熱材に恒久的に接着されてもよいし、断熱材と一体的に鋳造されてもよいし、または断熱材に埋め込まれてもよい。本発明の他の実施例において、レール１６ｂは図１ａまたは図２ａに図示されているような位置調節部材を備えていてもよい。

図４ａ及び図４ｂは、概略円筒形の形状の部材２６によってビレット支持の機能が与えられる、本発明のビレット支持システムのもう１つの実施例を図示している。この実施例において、ビレットは入口端２６ａから円筒形の部材２６に挿入される。この実施例において、入口端２６ａは傾斜が付いている面を有するか、または、ビレットが円筒形の部材２６に押し込まれたときにビレットの部材２６の端部への無理な押しつけを防止するための形状を有する。さらに、部材２６の内部の底部の壁は、図４ａに示されているように、ビレットのための良好な配置用表面を与えるために本来の円筒形からずれていてもよい。本発明のこの実施例において、部材２６はビレットをコイルの内部に配置するための手段、及び断熱手段の両方の機能を有する。

図５ａ及び図５ｂは、複数の支持レール１６ｃが、ビレットが配置される開口部の周辺に放射状に配置されている本発明のビレット支持システムのもう１つの実施例を図示している。本発明のこの構成において、レール１６ｃは上述の実施例と同様な方法で断熱材１４に固定されてもよいし、または図５に示されているように断熱材内に部分的に埋め込まれてもよい。下側のレールの露出した曲線的表面はビレットを配置し（または、ビレットを載せ）、コイルを通してビレットをスライドさせるための表面を与える。他のレールの露出した曲線的表面は、ビレットがコイル内に押し込まれたときにそれが断熱材の内壁に押しつけられることを防止するための手段を与える。例えば、図５ｂに示されているように、ビレット９０が実質的に垂直な端部の表面を有しているのに対し、ビレット９１が垂直に対して斜めにされた先端の表面を有しおり、ビレット９１がコイル内に押し込められ、ビレット９０をコイルの外に押し出す場合を想定する。このような場合、ビレット９０の先端は断熱材の上側の内壁に押しつけられる可能性が大きい。上側の内壁に埋め込まれたレール１６ｃの露出した曲線的表面は摩擦の小さい表面を与え、ビレット９０はコイルへの押しつけを起こさずに、表面に沿ってコイルの外側にスライドされるだろう。

本発明の上述の実施例において、誘導コイル内のレールの取付けが必要とされる場合、円筒形の形状の断熱材１４はレールの取付けに適した他の構造、または取付け用表面によって置き換えられてもよい。すなわち、レール取付け構造が使用される場合、それは断熱材とは別個の部材であってもよい。一般に、断熱材は実質的に非磁性材料から構成される。

ここまで、本発明の実施例が説明されてきたが、上述の実施例は本発明の範囲を限定するものではない。本発明の範囲は付随する請求の範囲によって規定される。

各支持レールの調節部材が互いに独立している、本発明に従ったビレット支持システムの１つの実施例の側面図である。 図１ａの線Ａ−Ａで切り取ったときの断面図である。 各支持レールの調節部材が共通部材を利用している、本発明に従ったビレット支持システムのもう１つの実施例の側面図である。 図２ａの線Ｂ−Ｂで切り取ったときの断面図である。 支持レールが支持レールの調節をせずに多様な寸法のビレットのために十分な曲面を有するビレット配置用表面を与える、本発明に従ったビレット支持システムのもう１つの実施例の側面図である。 ビレット支持システムが断熱構造としても作用する、本発明に従ったビレット支持システムのもう１つの実施例の側面図である。 図４ａの線Ｃ−Ｃで切り取ったときの断面図である。 支持レールがビレットのための開口部の周りに放射状に配置されている、本発明に従ったビレット支持システムのもう１つの実施例の側面図である。 図５ａの線Ｄ−Ｄで切り取ったときの断面図である。

符号の説明

１２ ソレノイド誘導コイル
１４ 円筒形の形状の断熱材
１６ 支持レール
１８ 側部部材
２０ 結合用部材
２２ 留め具
２４ 結合用部材
２６ 円筒形の部材
９０ ビレット
９１ ビレット

Claims (20)

1. ビレットが誘導コイルの交流電流の流れによって確立された磁場によって誘導的に加熱されるときに、誘導コイル内に電気伝導性ビレットを支持するための、外部の冷却手段を有さないビレット支持システムであって、ビレットの配置のために前記誘導コイル内に配置された少なくとも２つの曲面形状のレールであって、各々が耐熱材料から構成されるレールを備えるビレット支持システム。
2. 前記耐熱材料が実質的にサイアロンで構成されている、請求項１に記載のビレット支持システム。
3. 異なった形状のビレットを配置するために前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つを調節するための手段をさらに備える、請求項１に記載のビレット支持システム。
4. 前記誘導コイル内に挿入される取付け用部材をさらに備え、前記少なくとも２つの曲面形状レールが前記取付け用部材の内部に配置される、請求項１に記載のビレット支持システム。
5. 前記取付け用部材が概略円筒形の形状の断熱材である、請求項４に記載のビレット支持システム。
6. 前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つを前記取付け用部材の内部に沿って調節するための手段をさらに備える、請求項４に記載のビレット支持システム。
7. 前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つを調節するための前記手段が前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つの両端に取付けられた側部部材、及び前記側部部材を前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つの両端に保持するための固定手段を備える、請求項６に記載のビレット支持システム。
8. 前記固定手段が前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも１つの両端に取付けられた前記側部部材の端部に両端が取付けられたロッドであって、前記取付け用部材の外側に配置されるロッドを備える、請求項７に記載のビレット支持システム。
9. 前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも２つを前記取付け用部材の内部に沿って調節するための手段をさらに備える、請求項４に記載のビレット支持システム。
10. 前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも２つを調節するための前記手段が前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも２つの両端に取付けられた側部部材、及び前記少なくとも２つの曲面形状のレールの少なくとも２つに取付けられた側部部材を保持するための共通固定手段を備える、請求項９に記載のビレット支持システム。
11. ビレットが誘導コイルの交流電流の流れによって確立された磁場によって誘導的に加熱されるときに、誘導コイル内に電気伝導性ビレットを支持するための、外部の冷却手段を有さないビレット支持システムであって：
    前記誘導コイル内に配置された取付け用部材：及び、
    ビレットの配置のために前記取付け用部材内に配置された少なくとも２つの曲面形状のレールであって、各々が耐熱材料から構成され、断熱材の内面に配置されたレールを備えるビレット支持システム。
12. 前記取付け用部材が概略円筒形の形状の断熱材である、請求項１１に記載のビレット支持システム。
13. 前記耐熱材料が実質的にサイアロンから構成される、請求項１１に記載のビレット支持システム。
14. ビレットが誘導コイルの交流電流の流れによって確立された磁場によって誘導的に加熱されるときに、誘導コイル内に電気伝導性ビレットを支持するための、外部の冷却手段を有さないビレット支持システムであって、前記誘導コイル内に挿入された概略円筒形の形状の部材であって、ビレットを前記概略円筒形の形状の部材の内面に配置するために該ビレットを受容するために少なくとも１つの端部に少なくとも部分的に傾斜が付いている端部を有する耐熱材料から構成される概略円筒形の形状の部材を備えるビレット支持システム。
15. 前記耐熱性材料が実質的にサイアロンから構成される、請求項１４に記載のビレット支持システム。
16. ビレットが誘導コイルの交流電流の流れによって確立された磁場によって誘導的に加熱されるときに、誘導コイル内に電気伝導性ビレットを支持するための、外部の冷却手段を有さないビレット支持システムであって、耐熱材料から構成される複数の曲面状のレールであって、前記複数の曲面状のレールの内面を通してビレットをスライドさせるための経路を形成するために前記誘導コイルの内面に配置された複数の曲面状のレールを備えるビレット支持システム。
17. 前記耐熱材料が実質的にサイアロンから構成される、請求項１６に記載のビレット支持システム。
18. 前記誘導コイル内に配置された取付け用部材をさらに備え、前記複数の曲線状のレールが前記取付け要素の内部に配置されている、請求項１６に記載のビレット支持システム。
19. 前記取付け用部材が実質的に円筒形の形状の部材を備え、前記複数の曲線状のレールが前記実質的に円筒形の形状の部材の内部に配置されている、請求項１８に記載のビレット支持システム。
20. 前記取付け用部材が実質的に円筒形の形状の部材を備え、前記複数の曲線状のレールが前記実質的に円筒形の形状の部材の内壁に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項１８に記載のビレット支持システム。

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