JP2010044924A - トランスバース方式の誘導加熱システム - Google Patents

Abstract

【課題】加熱対象の導体板の両側端付近の温度の落ち込みを従来よりも適切に抑制することができるトランスバース方式の誘導加熱装置を提供する。
【解決手段】銅製の遮蔽板３１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼鈑１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３１を、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８と帯状鋼鈑１０との間に配置する。これにより、高温に晒されてもエッジ付近における温度の落ち込みを抑制することができる。そして、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚を特定することができる属性情報に応じた周波数の交流電力を上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８に供給する。これにより、帯状鋼鈑１０の温度分布を調整することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、トランスバース方式の誘導加熱システムに関し、特に、導体板に交番磁界を略垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するために用いて好適なものである。

従来から、誘導加熱装置を用いて鋼板等の導体板を加熱することが行われている。誘導加熱装置は、コイルから発生した交番磁界（交流磁界）により導体板に誘起される渦電流に基づくジュール熱を当該導体板に発生させ、このジュール熱により当該導体板を加熱するものである。このような誘導加熱装置として、トランスバース方式の誘導加熱装置がある。トランスバース方式の誘導加熱装置は、加熱対象の導体板に交番磁界を略垂直に交差させるようにするものである。

そして、トランスバース方式の誘導加熱装置に関する技術として、特許文献１〜３に記載の技術がある。
特許文献１に記載の技術では、Ｊの字状の導体を組み合わせてコイルを形成する。そして、このようにして形成された２つのコイルが金属ストリップを介して相互に対向するように、当該２つのコイルを当該金属ストリップの上下に配置する。このとき、Ｊの字状の導体の湾曲した部分が、金属ストリップの両側端の領域と対向するようにする。このように特許文献１に記載の技術では、Ｊの字状の導体の湾曲した部分を、金属ストリップの両側端の領域と対向させることによって、金属ストリップの両側端が過加熱になることを抑制することができる。

また、特許文献２に記載の技術では、シートの面と加熱コイルのループ面とが略並行になるように加熱コイルを配置すると共に、加熱コイルとシートとの間の位置であって、シートの両側端の領域と対向する位置に導体板を配置する。また、加熱コイル及び導体板が配置されている側と反対側でシートの両側端の領域と対向する位置に磁性体補償コアを配置する。特許文献２に記載の技術では、導体板が加熱コイルとシートとの電磁結合度を弱めると共に、磁性体補償コアが加熱コイルとシートとの電磁結合度を強めることによって、シートの両側端付近の領域が過加熱及び加熱不足になることを抑制するようにしている。具体的に説明すると、シートの両側端が過加熱になることを抑制し、当該両側端よりも少し内側の領域が加熱不足になることを抑制するようにしている。

また、特許文献３に記載の技術では、２つのコイルが金属ストリップを介して相互に対向するように、当該２つのコイルを当該金属ストリップの上下に配置する。また、コイルと金属ストリップとの間の位置であって、金属ストリップの両側端の領域と対向する位置に、磁気通過材料からなる補助ポールピースを配置する。更に、補助ポールピースと金属ストリップとの間の位置であって、金属ストリップの両側端の領域と対向する位置に、導電体からなる遮蔽板を配置する。特許文献３に記載の技術では、遮蔽板がコイルとシートとの電磁結合度を弱めると共に、補助ポールピースがコイルとシートとの電磁結合度を強めることによって、金属ストリップの両側端付近が過加熱及び加熱不足になることを抑制するようにしている。

特公平７−７７０４号公報 特公昭６１−２９１１４号公報 特表平１１−５００２６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、金属ストリップの両側端よりも少し内側の領域の加熱が不足し、金属ストリップの両側端付近の温度が落ち込んでしまう虞がある。
また、特許文献２、３に記載の技術では、金属ストリップの両側端付近の温度が落ち込むことを、磁性材料を用いて抑制するようにしている。磁性材料が高温になると、当該磁性材料の磁気特性が急激に低下する。例えば、磁性材料としてフェライトコアを使用した場合には、当該フェライトコアの温度が１００〜１５０［℃］程度になると当該フェライトコアの磁気特性が急激に低下する。したがって、特許文献２、３に記載の技術では、高温に晒されると、磁性材料が機能せず、金属ストリップの両側端付近の領域の温度が落ち込みを抑制することができなくなる虞がある。
以上のように従来の技術では、加熱対象の導体板の両側端付近の温度の落ち込みを適切に抑制することが困難であるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、加熱対象の導体板の両側端付近の温度の落ち込みを従来よりも適切に抑制することができるトランスバース方式の誘導加熱装置を提供することを目的とする。

本発明のトランスバース方式の誘導加熱システムは、加熱対象の導体板に交番磁界を垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱装置であって、前記導体板の板面とコイル面とが対向するように配置された加熱コイルと、前記加熱コイルが巻き回されるコアと、前記導体板の幅方向におけるエッジ側の領域と、前記加熱コイル及び前記コアとの電磁結合度を調整する遮蔽板であって、比透磁率が１の導体により形成された遮蔽板とを有し、前記遮蔽板には、凹部が形成されており、前記凹部の縁に沿って流れる渦電流と、前記導体板の幅方向におけるエッジ側の領域に流れる渦電流との間に生じる反発力により、当該エッジ側の領域に流れる渦電流を、当該導体板の内側に移動させるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、導体板の幅方向におけるエッジ側の領域と、加熱コイル及びコアとの電磁結合度を調整する遮蔽板に凹部を形成する。そして、遮蔽板に形成された凹部の縁に沿って流れる渦電流と、導体板の幅方向におけるエッジ側の領域に流れる渦電流との間に生じる反発力により、当該エッジ側の領域に流れる渦電流を、当該導体板の内側に移動させるようにした。したがって、導体板のエッジ付近の温度が落ち込む領域における電流密度を大きくすることが可能になる。よって、磁性材料を用いなくても導体板のエッジ付近の温度の落ち込みを抑制することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態では、トランスバース方式の誘導加熱装置を、鋼板の連続焼鈍ラインに適用した場合を例に挙げて説明する。尚、以下の説明では、トランスバース方式の誘導加熱装置を、必要に応じて誘導加熱装置と略称する。
図１は、鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す図である。
図１において、連続焼鈍ライン１は、第１の容器１１と、第２の容器１２と、第３の容器１３と、第１のシールローラ組立体１４と、移送器１５と、第２のシールローラ組立体１６と、気体供給装置１７と、交流電源装置１８と、ローラ１９ａ〜１９ｕと、誘導加熱装置２０とを有している。

第１のシールローラ組立体１４は、第１の容器１１と外気とを遮蔽しながら帯状鋼鈑１０を第１の容器１１内に搬送するものである。この第１のシールローラ組立体１４により第１の容器１１内に搬送された帯状鋼鈑１０は、第１の容器１１内のローラ１９ａ、１９ｂによって第２の容器１２内に搬送される。第２の容器１２内に搬送された帯状鋼鈑１０は、第２の容器１２の水平部分の上下に配置された誘導加熱装置２０によって加熱されながら、ローラ１９ｇ、１９ｈによって第１の容器１１内に再び搬送される。ここで、誘導加熱装置２０は、交流電源装置１８に電気的に接続されており、この交流電源装置１８から交流電力を受けることにより、帯状鋼鈑１０の板面に対して略垂直に交差する交番磁界を発生し、帯状鋼鈑１０を誘導加熱する。このように本実施形態では、誘導加熱装置２０と、交流電源装置１８とを用いることによってトランスバース方式の誘導加熱システムが構成される。尚、誘導加熱装置２０の構成の詳細については後述する。また、以下の説明では、「電気的に接続」を必要に応じて「接続」と略称する。

第１の容器１１内に戻った帯状鋼鈑１０は、ローラ１９ｃ〜１９ｆによって、均熱・緩冷ステージを通って移送器１５に搬送される。移送器１５に搬送された帯状鋼鈑１０は、ローラ１９ｉ、１９ｊによって、第３の容器１３に搬送される。第３の容器１３に搬送された帯状鋼鈑１０は、ローラ１９ｋ〜１９ｕによって上下に蛇行し、第３の容器１３内で急冷される。
第２のシールローラ組立体１６は、このようにして急冷された帯状鋼鈑１０を、第３の容器１３と外気とを遮断しながら後工程に送り出す。
以上のような"帯状鋼鈑１０の搬送経路"となる"第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５"には、気体供給装置１７によって非酸化性の気体が供給されている。そして、外部と内部とを遮断する"第１のシールローラ組立体１４及び第２のシールローラ組立体１６"によって、第１の容器１１、第２の容器１２、第３の容器１３、及び移送器１５は、非酸化性の気体雰囲気が保たれた状態となる。

図２は、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。
具体的に図２（ａ）は、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を示す図であって、帯状鋼板１０の長手方向に沿って（図１の上下方向から）切った縦断面図である。図２（ａ）では、図に向かって右から左の方向に帯状鋼鈑１０が搬送されているものとする（図２（ａ）の右から左に向いている矢印を参照）。また、図２（ｂ）は、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を示す図であって、図１のＡ−Ａ´方向から見た断面図である。図２（ａ）では、図の手前から奥の方向に帯状鋼鈑１０が搬送されている。尚、図２（ａ）、図２（ｂ）では、寸法［ｍｍ］も併せて示している。また、図２（ｃ）は、本実施形態の誘導加熱装置２０の一例を示す図であって、誘導加熱装置２０の一部を示す斜視図である。図２（ｃ）では、図２（ｂ）に示した右下の領域を、帯状鋼鈑１０の上方から俯瞰した様子を示している。

図２において、誘導加熱装置２０は、上側誘導器２１と、下側誘導器２２とを有している。
上側誘導器２１は、コア２３と、上側加熱コイル２４と、遮蔽板３１ａ、３１ｃとを有している。
上側加熱コイル２４は、コア２１のスロット（ここではコア２３の凹み部）を通してコア２３に巻き回されたコイルであり、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）である。また、図２（ａ）に示すように、上側加熱コイル２４は、その縦断面の形状が口の字状の部分を有する。この口の字状の部分の中空部分の端面には、水冷パイプが接続されている。この水冷パイプから供給される冷却水が当該口の字状の部分の中空部分に流れ、上側誘導器２１が冷却される。また、コア２３の底面には、遮蔽板３１ａ、３１ｃが取り付けられている。

下側誘導器２２も、上側誘導器２１と同様に、コア２７と、下側加熱コイル２８と、遮蔽板３１ｂ、３１ｄとを有している。
下側加熱コイル２８も、上側加熱コイル２４と同様に、コア２７のスロットを通してコア２７に巻き回され、巻数が「１」のコイル（いわゆるシングルターン）となっている。更に、下側加熱コイル２８は、上側加熱コイル２４と同様に、その縦断面の形状が口の字状の部分を有している。そして、この口の字状の部分の中空部分の端面には水冷パイプが接続され、当該口の字状の部分の中空部分に冷却水が流れるようになっている。

そして、上側誘導器２１の上側加熱コイル２４のコイル面（ループが形成されている面）と、下側誘導器２２の下側加熱コイル２８のコイル面とが、帯状鋼鈑１０を介して対向すると共に、遮蔽板３１ａ〜３１ｄの板面が、帯状鋼鈑１０の側端（エッジ）と対向するように、上側誘導器２１は、帯状鋼鈑１０よりも上側（第２の容器１２の水平部分の上面付近）に設けられ、下側誘導器２２は、帯状鋼鈑１０よりも下側（第２の容器１２の水平部分の下面付近）に設けられている。
以上のように、上側誘導器２１と、下側誘導器２２は、配置する位置が異なるだけであり、同じ構成を有する。

図２に示す本実施形態の誘導加熱装置２０では、上側加熱コイル２４と下側加熱コイル２８との間隔と、上側加熱コイル２４の加熱コイル幅と、下側加熱コイル２８の加熱コイル幅とを同じ（２５０［ｍｍ］）にしている。
ここで、加熱コイル幅とは、スロット内にある上側加熱コイル２４（下側加熱コイル２８）の幅方向における長さをいう。図２（ａ）に示す例では、加熱コイル幅は、後述する図３に示す各銅パイプ３１ａ〜３１ｄの幅方向の長さになり、スロットの幅と略同じ値になる。
尚、以下の説明では、上側加熱コイル２４の加熱コイル幅や、下側加熱コイル２８の加熱コイル幅を、必要に応じて単に加熱コイル幅と称し、上側加熱コイル２４と下側加熱コイル２８との間隔を、必要に応じてギャップと称する。

図３は、上側加熱コイル２４と、下側加熱コイル２８の構成の一例を示す図である。尚、図３に示す矢印は、電流の流れる方向の一例を示している。
図３に示すように、上側加熱コイル２４は、銅パイプ４１ａ、４１ｂと、銅パイプ４１ａ、４１ｂの基端側に接続されている銅ブスバー（結線板）４２ｂとを有する。また、下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ｃ、４１ｄと、銅パイプ４１ｃ、４１ｄの基端側に接続されている銅ブスバー４２ｆとを有する。

上側加熱コイル２４の一端（銅パイプ４１ａの先端側）は、銅ブスバー４２ａを介して交流電源装置１８の一方の出力端と相互に接続されている。一方、上側加熱コイル２４の他端（銅パイプ４１ｂの先端側）は、銅ブスバー４２ｃ〜４２ｅを介して下側加熱コイル２８の一端（銅パイプ４１ｃの先端側）と相互に接続されている。また、下側加熱コイル２８の他端（銅パイプ４１ｄの先端側）は、銅ブスバー４２ｉ、４２ｈ、４２ｇを介して交流電源装置１８の他方の出力端と相互に接続されている。
以上のように、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８は、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｉとを組み合わせることによって、交流電源装置１８に対して直列に接続され、夫々巻数が「１」のコイルを形成している。

尚、ここでは、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８の構成を分かり易く示すために、図３に示すようにして、銅パイプ４１ａ〜４１ｄと、銅ブスバー４２ａ〜４２ｇとを接続するようにしている。しかしながら、上側加熱コイル２４、下側加熱コイル２８をコア２３、２７に巻き回す際には、銅パイプ４１ａ〜４１ｄを、コア２３、２７のスロットに通す（取り付ける）必要がある。したがって、実際には、銅ブスバー４２は、コア２３、２７に取り付けられる部分を避けて銅パイプ４１ａ〜４１ｄに取り付けられることになる。

図４は、遮蔽板３１の構成の一例を示す図である。
具体的に図４（ａ）は、遮蔽板３１をその上方から俯瞰した斜視図である。また、図４（ｂ）は、図２（ｃ）に示した遮蔽板３１ｄの領域を帯状鋼鈑１０の真上から俯瞰した図である。尚、図４（ｂ）では、帯状鋼鈑１０と遮蔽板３１ｄとの位置関係を説明するのに必要な部分のみを示している。また、図４（ｃ）は、遮蔽板３１ａ、３１ｂと帯状鋼鈑１０との間で生じる磁界の様子の概略の一例を示す図である。

図４（ａ）に示すように、遮蔽板３１は、主遮蔽板５０ａと、背面板５０ｂとを有している。
主遮蔽板５０ａと背面板５０ｂは、幅と長さが同じ銅板である。ただし、背面板５０ｂは、縦断面及び横断面が一様な板であるのに対し、主遮蔽板５０ａは、その長手方向に菱形の孔が２つ形成されている。遮蔽板３１は、このような主遮蔽板５０ａと背面板５０ｂとを密着させることにより形成され、長手方向に菱形の凹部（非貫通穴）５１、５２を２つ有するものとなる。尚、図４（ａ）では、凹部５１、５２を配置する位置に関する寸法［ｍｍ］も併せて示している。

このような遮蔽板３１は、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、凹部５１、５２を有する面が帯状鋼鈑１０の方を向くようにしてコア２３の底面とコア２７の上面に取り付けられる。
本実施形態では、図４（ｂ）に示すように、帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａ付近で、遮蔽板３１の凹部５１、５２と帯状鋼鈑１０の板面とが対向するようにしている。すなわち、誘導加熱装置２０を動作させることによって帯状鋼鈑１０に流れる渦電流が最大となる領域である最大電流通過領域５６と、帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａとの間の領域を含み、且つ最大電流通過領域５６よりも当該エッジ１０ａ側の領域と、遮蔽板３１の凹部５１、５２とが相互に対向するようにしている。
特に、本実施形態では、遮蔽板３１の凹部５１、５２の内側の縁５１ａ、５２ａが、最大電流通過領域５６よりもエッジ１０ａ側になるようにすると共に、凹部５１、５２の外側の縁５１ｂ、５２ｂが、帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａ近傍に流れる渦電流の通過領域であるエッジ電流通過領域５７よりもエッジ１０ａ側になるようにしている。

本実施形態では、以上のように配置した遮蔽板３１によって、帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａ付近の温度の落ち込みを抑制するようにしている。以下に、遮蔽板３１によって帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａ付近の温度の落ち込みを抑制するメカニズムを説明する。
図４（ｃ）に示すように、誘導加熱装置２０を動作させることによって主磁場５８ａ〜５８ｃが発生し、帯状鋼鈑１０のエッジ側に渦電流６０ａ〜６０ｅが流れる。そして、この渦電流６０ａ〜６０ｅにより磁場５９ｉが発生する。また、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、遮蔽板３１には、渦電流５３〜５５が流れる。渦電流５３は、遮蔽板３１（主遮蔽板５０ａ）の四辺の縁の部分に沿って流れる渦電流である。一方、渦電流５４、５５は、遮蔽板３１の凹部５１、５２の縁の部分に沿って流れる電流である。このように遮蔽板３１では、遮蔽板３１の四辺の縁の部分と、遮蔽板３１の凹部５１、５２の縁の部分に渦電流５１〜５３が集中して流れる。そして、このような渦電流５３〜５５により磁場５９ａ〜５９ｈが発生する。

そうすると、図４（ｃ）に示すように、遮蔽板３１に流れる渦電流５４、５５と、帯状鋼鈑１０に流れる渦電流６０との間に反発力が生じ、帯状鋼鈑１０のエッジ部分に流れている渦電流６０が帯状鋼鈑１０の内側（図４（ｃ）の帯状鋼鈑１０の下に示す矢印の方向）に押され、従来では温度が落ち込んでいた領域の電流密度が増大する。これにより、帯状鋼鈑１０のエッジ付近（エッジよりも少し内側の領域）の温度の落ち込みを抑制することができ、遮蔽板３１は、帯状鋼鈑１０の幅方向におけるエッジ側の領域と、加熱コイル２４、２８との電磁結合度を調整することができる。ここで、遮蔽板３１は銅製であり、高温であっても必要な特性が維持される。したがって、高温下に晒されても、帯状鋼鈑１０のエッジ付近の温度の落ち込みを抑制することができる。

図５は、本実施形態の遮蔽板３１との比較例となる遮蔽板６１の構成の一例を示す図である。
具体的に図５（ａ）は、遮蔽板６１をその上方から俯瞰した斜視図であり、図４（ａ）に対応する図である。また、図５（ｂ）は、遮蔽板６１を帯状鋼鈑１０の上方から俯瞰した斜視図であり、図２（ｃ）に対応する図である。また、図５（ｃ）は、遮蔽板６１ａ、６１ｂと帯状鋼鈑１０との間で生じる磁界の様子の概略の一例を示す図であり、図４（ｃ）に対応する図である。

図５（ａ）に示すように、遮蔽板６１は、図４（ａ）に示した背面板５０ｂと同じものである。すなわち、遮蔽板６１は、縦断面及び横断面が一様な銅板である。この遮蔽板６１は、遮蔽板３１と同じ位置に配置される（図２を参照）。すなわち、遮蔽板６１は、その板面が帯状鋼鈑１０のエッジと対向するように、コア２３の底面とコア２７の上面に取り付けられる（図５（ｂ）では、遮蔽板６１がコア２７の上面に取り付けられている様子のみを示している）。
このような遮蔽板３１を図２、図４に示した遮蔽板６１の代わりに取り付けた誘導加熱装置を動作させると、図５（ｃ）に示すように主磁場６３ａ〜６３ｂが発生し、帯状鋼鈑１０に渦電流６５ａ〜６５ｅが流れる。そして、この渦電流６５ａ〜６５ｅにより磁場６４ｅが発生する。また、図５（ａ）、図５（ｃ）に示すように、遮蔽板６１には、その四辺の縁の部分に沿うようにして渦電流６２が流れ、この渦電流６２によって磁場６４ａ〜６４ｄが発生する。

以上のように遮蔽板６１には凹部が存在しなので、遮蔽板６１には図４（ａ）、図４（ｃ）に示したような渦電流５３、５４は流れず、遮蔽板６１の四辺の縁の部分に渦電流６２が集中して流れる。
したがって、帯状鋼鈑１０のエッジ近傍に流れている渦電流６５は、帯状鋼鈑１０の内側に向かう力を受けず、温度が落ち込む領域（帯状鋼鈑１０のエッジよりも少し内側の領域）の電流密度は増大しない。よって、帯状鋼鈑１０のエッジ付近の温度の落ち込みを抑制することができない。

以上のように本願発明者らは、銅製の遮蔽板３１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼鈑１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３１を配置するようにすることによって、帯状鋼鈑１０のエッジ付近の温度の落ち込みを抑制することができることを見出した。

また、本願発明者らは、各種の実験を行って、板幅方向における温度の分布が、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数や、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚や、ギャップを変えることによってどのように変化するかを調査した。その結果、本願発明者らは、帯状鋼鈑１０の温度分布（特にエッジ付近の温度）は、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数と、加熱対象の帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚と、ギャップの影響を受けることを見出した。

以下に、このような現象が生じる理由について説明する。
まず、帯状鋼鈑１０の温度がキュリー温度以上である場合について説明する。
帯状鋼鈑１０がキュリー温度以上であると、誘導加熱装置２０から発生した主磁場は帯状鋼鈑１０を貫通し、帯状鋼鈑１０内の渦電流が多くなる。この渦電流は主磁場と反発して帯状鋼鈑１０のエッジ付近に片寄り易くなる。このため、帯状鋼鈑１０のエッジ付近に高温の領域が生じ易くなる。

ここで、帯状鋼鈑１０内の渦電流は、帯状鋼鈑１０の断面積と比例関係にあるので、帯状鋼鈑１０の板厚が厚い場合には、帯状鋼鈑１０の断面積が大きくなり、帯状鋼鈑１０内の渦電流が多くなる。
また、帯状鋼鈑１０の渦電流は、帯状鋼鈑１０の抵抗率と反比例の関係にあるので、帯状鋼鈑１０の抵抗率が小さい場合には、帯状鋼鈑１０内の渦電流が多くなる。

また、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数は、誘導加熱装置２０から発生した主磁場によって帯状鋼鈑１０内に発生する誘導起電力と比例関係にある。帯状鋼鈑１０の渦電流は、この誘導起電力と比例関係にあるので、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数が高い場合には、帯状鋼鈑１０内の渦電流が多くなる。
また、ギャップが小さい場合には、誘導加熱装置２０から発生した主磁場が大きくなり、この主磁場によって帯状鋼鈑１０内に発生する誘導起電力が大きくなるので、帯状鋼鈑１０内の渦電流が多くなる。

次に、帯状鋼鈑１０の温度がキュリー温度未満である場合について説明する。
帯状鋼鈑１０の温度がキュリー温度未満である場合には、帯状鋼鈑１０の比透磁率が大きくなるため、誘導加熱装置２０から発生した主磁場は、帯状鋼鈑１０を貫通しにくくなり、帯状鋼鈑１０のエッジ部分を迂回する。これにより、帯状鋼鈑１０のエッジ付近に、渦電流の電流密度が大きい領域が存在し、帯状鋼鈑１０のエッジ付近に高温の領域が生じることになる。

以上のように、帯状鋼鈑１０の温度に影響を与える因子（誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数、加熱対象の帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚、ギャップ）は互いに独立した因子である。これらの因子のうち、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚と、ギャップは、操業条件（加熱対象となる材料・設備のハードウェア的な制約）によって決定される。そこで、本実施形態では、これらの因子のうち、オンラインで制御することができる"誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数"を変更することにより、帯状鋼鈑１０の温度を調整するようにしている。

図６は、交流電源装置１８の機能的な構成の一例を示す図である。図６に示す各ブロックは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えたコンピュータと、コンピュータからの指令に基づいて動作する交流電源と、コンピュータと交流電源との接続等を行うインターフェースとを用いることにより実現される。
図６において、交流電源装置１８は、加熱対象情報取得部１８ａと、周波数選択部１８ｂと、周波数設定テーブル１８ｃと、交流電力出力部１８ｄとを有している。

加熱対象情報取得部１８ａは、加熱対象となる帯状鋼鈑１０の属性情報を取得する。例えば、加熱対象情報取得部１８ａは、外部のコンピュータから属性情報を取得（受信）したり、交流電源装置１８が備えるユーザインターフェースに対してユーザが操作した内容に基づいて属性情報を取得（入力）したりすることができる。ここで、帯状鋼鈑１０の属性情報とは、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚を特定することができる情報である。例えば、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚そのものを属性情報としたり、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚が仕様により定まっている場合には、その仕様を有する帯状鋼鈑１０の名称（商品名等）を属性情報としたりすることができる。

周波数選択部１８ｂは、加熱対象情報取得部１８ａにより取得された属性情報をキーとして、周波数設定テーブル１８ｃに登録されている周波数を１つ選択する。周波数設定テーブル１８ｃには、属性情報と周波数とが相互に関連付けられて登録されている。
交流電源出力部１８ｄは、周波数選択部１８ｂで選択された周波数の交流電力を誘導加熱装置２０に出力する。

図７は、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。
具体的に図７（ａ）は、図２、図４に示した遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置（本実施形態の誘導加熱装置２０）についてのグラフである。一方、図７（ｂ）は、図５に示した遮蔽板６１を用いた誘導加熱装置についてのグラフである。また、図７に示すグラフの横軸は、導体板の板幅方向における位置を示すものであり、横軸の０の位置が導体板のエッジに対応し、２５０が導体板の中央に対応する。一方、縦軸は、加熱による導体板の温度上昇分を示す。ここで、図７に示すグラフは、以下の条件で実験を行った結果に基づくものである。
加熱コイル幅 ；２５０［ｍｍ］
コア ；フェライトコア
加熱材料 ；ＳＵＳ板（幅５００［ｍｍ］、厚み０．３［ｍｍ］）
通板速度 ；８［ｍｐｍ］
加熱温度 ；３０〜１３０［℃］（中央昇温量を１００［℃］）
電源周波数 ；２９［ｋＨｚ］、２１［ｋＨｚ］、１０［ｋＨｚ］
遮蔽板の材質 ；銅

図７（ａ）に示すように、図２、図４に示した遮蔽板３１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］に変更すると、エッジの温度が下がり、エッジ付近における温度の落ち込みが抑制される（板幅方向における温度分布が均一になる）ことが分かる。
一方、図７（ｂ）に示すように、図５に示した遮蔽板６１を用いた誘導加熱装置では、周波数を２９［ｋＨｚ］→２１［ｋＨｚ］→１０［ｋＨｚ］に変更すると、エッジの温度は下がるが、それに伴いエッジ付近における温度の落ち込みも大きくなることが分かる。
尚、遮蔽板を設けない場合には、エッジ付近の温度の落ち込みは発生しないが、エッジにおける昇温量は５００［℃］程度になり過加熱になる。

以上のように本実施形態では、銅製の遮蔽板３１に凹部５１、５２を形成し、この凹部５１、５２が帯状鋼鈑１０のエッジ付近と対向するように遮蔽板３１を、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８と帯状鋼鈑１０との間に配置する。これにより、高温に晒されてもエッジ付近における温度の落ち込みを抑制することができる。そして、帯状鋼鈑１０の透磁率・抵抗率・板厚を特定することができる属性情報に応じた周波数の交流電力を上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８に供給する。これにより、帯状鋼鈑１０の温度分布を調整（均一化）することができる。

以上により、帯状鋼鈑１０を、帯状鋼鈑１０のキュリー温度以上の温度で可及的に均一に加熱することができる。ガス加熱は加熱効率が良くないので、ガス加熱を行う場合よりも電気加熱を行った場合の方が、帯状鋼鈑１０を目標温度にするための加熱長を短くすることができる。したがって、電気加熱を行うことによって炉長の短い焼鈍炉を形成することができ、焼鈍炉の建設コストの削減や、焼鈍炉のランニングコスト（電気料金やメンテナンス費用等）の削減等を図ることができる。例えば、電気加熱とガス加熱とを併用した焼鈍炉に、本実施形態の誘導加熱装置を適用すれば、ガス加熱を行う工程を電気加熱を行うことによって短くすることができ、焼鈍炉の炉長を短くすることができる。また、電気加熱を行うことにより、加熱スケジュールを柔軟に決定（変更）することができる。

尚、本実施形態では、遮蔽板３１を銅製のものとしたが、遮蔽板３１は銅製のものに限定されない。すなわち、比透磁率が１の導電体（例えば金属）であれば、どのような材料で遮蔽板３１を形成してもよい。例えば、アルミニウムで遮蔽板３１を形成することができる。

また、本実施形態では、帯状鋼鈑１０と遮蔽板３１との位置関係を、図４（ｂ）に示した場合を例に挙げて説明したが、帯状鋼鈑１０と遮蔽板３１との位置関係は、図４（ｂ）に示したものに限定されない。例えば、図８に示す位置関係にしてもよい。
図８は、帯状鋼鈑１０と遮蔽板との位置関係の他の例を示す図である。図８は、図４（ｂ）に対応する部分の図である。

図８において、遮蔽板８１、８２は、図２、図４に示した遮蔽板３１と、菱形の凹部の配置位置と大きさとが異なるだけである。
図８（ａ）に示すように、遮蔽板８１の凹部８３、８４のうち、帯状鋼鈑１０と対向している部分の面積（菱形の破線部）が、帯状鋼鈑１０と対向していない部分（菱形の実線部）の面積よりも小さくなっていてもよい。
また、図８（ｂ）に示すように、遮蔽板８１の凹部８５、８６が帯状鋼鈑１０のエッジと対向していなくてもよい。
すなわち、最大電流通過領域５６よりも当該エッジ１０ａ側の領域で、遮蔽板の凹部と帯状鋼鈑１０とが対向するようにしていれば、帯状鋼鈑１０と遮蔽板との位置関係は、特に限定されるものではない。ただし、遮蔽板に流れる渦電流と、帯状鋼鈑１０に流れる渦電流との間に反発力を確実に生じさせるため、図４（ｂ）、図８に示すように、最大電流通過領域５６と帯状鋼鈑１０のエッジ１０ａとの間の領域と、遮蔽板の凹部の少なくとも一部とが対向するようにすることが好ましい。

また、本実施形態では、遮蔽板に２つの凹部を形成した場合を例に挙げて説明したが、遮蔽板に形成される凹部の数は幾つであってもよい。
また、本実施形態では、凹部５１、５２の形状を菱形にした場合を例に挙げて示したが、凹部５１、５２の縁の部分に沿って帯状鋼鈑１０に渦電流を流すことができる形状であれば、凹部５１、５２の形状は、どのような形状であってもよい。凹部５１、５２の形状を、例えば、楕円、菱形以外の四角形、その他の角形にすることができる。このとき、帯状鋼鈑１０の長手方向における長さが、帯状鋼鈑１０の幅方向における長さよりも長い凹部を形成すると、凹部の縁の部分に沿って帯状鋼鈑１０の長手方向に容易に渦電流を流すことができるので好ましい。また、図９に示すように、遮蔽板の凹部の形状は閉じた図形でなくてもよい。尚、図９に示す矢印は、遮蔽板９１に流れる渦電流の一例を示す。

また、通板速度（帯状鋼鈑１０の搬送速度）が変化すると、帯状鋼鈑１０に速度起電力が発生し、これにより帯状鋼鈑１０の温度が変化する。そこで、帯状鋼鈑１０の属性情報に加えて、帯状鋼鈑１０の搬送速度を特定することができる帯状鋼鈑１０の操業情報も加味して、誘導加熱装置２０に供給する交流電力の周波数を選択するようにしてもよい。このようにした場合には、例えば、帯状鋼鈑１０の属性情報・搬送情報と、周波数とを相互に関連付けて周波数設定テーブル１８ｃに登録することになる。

また、本実施形態では、加熱コイル幅とギャップとを同じにした場合を例に挙げて説明したが、加熱コイル幅とギャップの大きさは、特に限定されるものではない。ただし、加熱コイル幅をギャップ以上にする（又は加熱コイル幅をギャップよりも大きくする）のが好ましい。誘導加熱装置２０から発生する主磁場を漏れ磁場よりも多くすることができ、誘導加熱装置２０の加熱効率を良好にできるからである。尚、加熱コイル幅の上限値は、誘導加熱装置２０を配置するスペースや、誘導加熱装置２０に要求される重量やコスト等によって適宜決定することができる。

また、本実施形態では、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８を、銅を用いて形成するようにしたが、銅以外の導体（金属）を用いて上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８を形成するようにしてもよい。
また、本実施形態では、加熱コイル幅の方向と、帯状鋼鈑１０の長手方向（搬送方向）とが並行になるように、上側加熱コイル２４及び下側加熱コイル２８を配置した場合を例に挙げて説明したが、必ずしもこのようにする必要はない。
また、誘導加熱装置２０の配置箇所は、図１に示したものに限定されない。すなわち、導体板をトランスバース方式で誘導加熱するようにしていれば、誘導加熱装置２０をどのように配置してもよい。例えば、第２の容器１２内に誘導加熱装置２０を配置してもよい。また、連続焼鈍ライン以外に誘導加熱装置２０を適用してもよい。
また、図２（ａ）に示したコア２３、２７の寸法は、コア２３、２７が磁気飽和しない範囲で適宜決定することができる。ここで、コア２３、２７が磁気飽和するかどうかは、加熱コイル２４、２８に流れる電流に基づく磁界強度［Ａ／ｍ］から検証することができる。
また、本実施形態では、上側誘導器２１と下側誘導器２２とを設ける場合を例に挙げて示したが、上側誘導器２１と下側誘導器２２との何れか一方のみを設けるようにしてもよい。

また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

本発明の実施形態を示し、鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、誘導加熱装置の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、上側加熱コイルと、下側加熱コイルの構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、遮蔽板の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、本実施形態の遮蔽板との比較例となる遮蔽板の構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、交流電源装置の機能的な構成の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、誘導加熱装置により加熱された導体板の板幅方向における温度分布の一例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、帯状鋼鈑と遮蔽板との位置関係の他の例を示す図である。 本発明の実施形態を示し、遮蔽板の構成の他の例を示す図である。

符号の説明

１０ 帯状鋼鈑
１８ 交流電源装置
２０ 誘導加熱装置
２１ 上側誘導器
２２ 下側誘導器
２３、２７ コア
２４ 上側加熱コイル
２８ 下側加熱コイル
３１、８１、８２ 遮蔽板
５１、５２、８３〜８６ 凹部

Claims (4)

1. 加熱対象の導体板に交番磁界を垂直に交差させて当該導体板を誘導加熱するトランスバース方式の誘導加熱システムであって、
   前記導体板の板面とコイル面とが対向するように配置された加熱コイルと、
   前記加熱コイルが巻き回されたコアと、
   前記導体板の幅方向におけるエッジ側の領域と、前記加熱コイルとの電磁結合度を調整する遮蔽板であって、比透磁率が１の導体により形成された遮蔽板とを備えた誘導加熱装置を有し、
   前記遮蔽板には、凹部が形成されており、
   前記凹部の縁に沿って流れる渦電流と、前記導体板の幅方向におけるエッジ側の領域に流れる渦電流との間に生じる反発力により、当該エッジ側の領域に流れる渦電流を、当該導体板の内側に移動させるようにしたことを特徴とするトランスバース方式の誘導加熱システム。
2. 前記導体板に流れる渦電流が最大となる領域よりも、当該導体板の幅方向におけるエッジ側で、前記凹部と前記導体板とが相互に対向するように前記遮蔽板が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトランスバース方式の誘導加熱システム。
3. 前記凹部の少なくとも一部が、前記導体板に流れる渦電流が最大となる領域と、当該導体板の幅方向におけるエッジとの間の領域と対向するように前記遮蔽板が配置されていることを特徴とする請求項２に記載のトランスバース方式の誘導加熱システム。
4. 前記導体板の透磁率、抵抗率、及び板厚に応じた周波数の交流電力を前記加熱コイルに供給する交流電源装置を更に有し、
   前記周波数の交流電力を前記加熱コイルに供給することによって、前記導体板の幅方向における温度分布を調整することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトランスバース方式の誘導加熱システム。

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