JP3814690B2 - 通電加熱装置及び通電加熱方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加熱装置及び通電加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟鋼、合金鋼、ステンレス鋼、その他の金属から成る棒材、管材、板材を圧延する場合、あらかじめ加熱炉において所定の温度にまで加熱するようになっている。例えば、スラブ、ビレット等の鋼片を加熱する場合、プッシャー式加熱炉やウォーキングビーム式加熱炉が使用され、鋼片は、前記加熱炉において所定の温度にまで加熱された後、圧延ロールによって圧延され、所定の断面形状や断面寸法を有する棒材や板材に加工される。
【０００３】
しかし、前記加熱炉においては、ガスの炎や電気ヒータからの輻（ふく）射による間接加熱方式が採用されている。そのため、前記鋼片を速やかに加熱することができず、また、前記鋼片の温度分布を均一にすることが困難であった。特に、加熱炉内において鋼片をスキッド上に載置して加熱する形式の加熱炉であるプッシャー式加熱炉やウォーキングビーム式加熱炉においては、前記スキッドに接触する部分が冷却され温度が低下するので、スキッドマークと呼ばれる低温部分が前記鋼片に発生してしまう。
【０００４】
このように、何らかの原因で、鋼片の温度分布が不均一になると、高温部分が低温部分と比較して軟化する度合が大きいので、鋼片の硬さが不均一になってしまう。そのため、圧延時の圧下率が不均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができなくなってしまう。また、圧延装置の圧延ロールが前記鋼片から受ける荷重も変動するので、前記圧延装置が損傷してしまう。
【０００５】
そこで、圧延装置に導入される直前の鋼片に電流を供給して通電加熱することによって、前記鋼片を均一に加熱する通電加熱装置が提案されている（特開平５−５７３１９号公報、特開平５−５７３２４号公報、及び、特開平９−２５３７２９号公報参照）。この場合、ローラから成る電極を鋼片の搬送方向における上流側と下流側の二ケ所に配設して鋼片の表面に接触させ、前記上流側及び下流側の電極間に対応する部分の鋼片に電流を導通して、ジュール熱によって鋼片を加熱するようになっている。これにより、圧延装置に導入される直前の鋼片を均一に、かつ、速やかに加熱することができるので、圧下率が均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の通電加熱装置においては、鋼片に接触する電極の位置が常に一定であり、また、鋼片において電流が通電される部分の長さが常に一定なので、通電加熱される前の鋼片の温度分布が不均一である場合、十分に対応することができず、温度分布の不均一な状態を完全に解消することができなかった。
【０００７】
もっとも、ローラから成る電極を搬送方向に移動させることによって、鋼片の上流側及び下流側の端部における温度変化を解消して、温度分布を均一化させる通電加熱装置は既に提案されている（特開平９−７１８２２号公報参照）。
【０００８】
しかし、該通電加熱装置は、鋼片の中間部分における不均一な温度分布を解消することを考慮していない。例えば、前記スキッドマークと呼ばれる低温部分は鋼片の中間部分に何ケ所も発生するものであり、また、何らかの原因で鋼片の中間部分に温度変化が発生することはしばしば見受けられる。しかし、前記通電加熱装置は、このような鋼片の中間部分に発生した温度の不均一な状態を解消するものではない。
【０００９】
本発明は、前記従来の通電加熱装置の問題点を解決して、圧延材に通電するための電極の位置を圧延材の温度分布に対応して、移動させることによって、簡素、かつ、コンパクトな構成で、圧延装置に導入される圧延材の温度分布を均一にすることができる通電加熱装置及び通電加熱方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の通電加熱装置においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極と、前記搬送方向に移動可能に配設された第２電極と、前記第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器と、該温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する制御装置とを有する。
【００１１】
本発明の他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はロールである。
【００１２】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はボールであり、前記圧延材の幅方向にも移動可能である。
【００１３】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はそれぞれ前記幅方向に複数個配設され、独立して移動可能である。
【００１４】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記制御装置は前記圧延材に通電する電流を制御する。
【００１５】
本発明の通電加熱方法においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する。
【００１６】
本発明の他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分が前記搬送方向における上流側に存在する場合、該低温部分の前記搬送方向における下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を伸長させ、前記低温部分が前記下流側に存在する場合、該低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を短縮させる。
【００１７】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記境界において温度がステップ状に変化する場合、前記第１の電極又は第２の電極を前記圧延材の移動速度に等しい速度で移動させる。
【００１８】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分と高温部分との間に温度がリニアに変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を前記圧延材の移動速度より低い速度で移動させる。
【００１９】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分と高温部分との間に温度が段階的に変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を段階的に移動させる。
【００２０】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分の搬送方向に関する長さが短い場合、前記低温部分の前記下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させるとともに、前記低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて、前記第１電極と第２電極との距離を移動させる前後において等しくさせる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【００２３】
図において、２２は圧延装置の圧延ロールであり、上側ロール２２ａ及び下側ロール２２ｂを有する。一般的に、圧延装置は多数の圧延ロールを有するが、ここでは、一組の圧延ロール２２だけが示されている。
【００２４】
また、２１は圧延ロール２２によって圧延される圧延材であり、図において右方向に搬送され、回転する上側ロール２２ａ及び下側ロール２２ｂによって上下から、挟圧されることによって圧延される。この場合、前記圧延材２１は、軟鋼、合金鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、その他の金属から成る棒材、管材、板材等であるが、いかなる金属から成るものであってもよいし、いかなる断面形状を有するものであってもよく、また、長尺材でなく、スラブ、ビレット等であってもよい。なお、本実施の形態においては、圧延材２１に直接電流を導通させて通電することによって発生するジュール熱により前記圧延材２１自体を加熱するものであるため、前記圧延材２１は電気抵抗の比較的大きな金属から成るものであることが望ましい。
【００２５】
そして、圧延ロール２２の圧延材２１の搬送方向における上流側（図における左側）には、第１電極としての電極ロール１１が配設され、該電極ロール１１の前記上流側には、第２電極としての電極ロール１２が配設される。図において、前記電極ロール１１は圧延材２１の上面に回転しながら接触し、前記電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触するようになっている。なお、前記電極ロール１１は圧延材２１の下面に接触し、前記電極ロール１２は圧延材２１の上面に接触するようにしてもよい。また、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、矢印Ａ及び矢印Ｂで示されるように、それぞれ独立して、圧延材２１の搬送方向に移動することができるようになっている。これにより、前記電極ロール１１と電極ロール１２との距離を制御することができる。なお、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、圧延ロール２２に、できるだけ接近する位置に配設されることが望ましい。
【００２６】
また、前記電極ロール１２の上流側には、圧延材２１の温度を検出するために、放射温度計等から成る温度検出器１３が配設される。なお、該温度検出器１３は、いかなる種類のものであってもよいが、非接触式のものであることが望ましい。また、該温度検出器１３は、圧延材２１の搬送方向に関して、電極ロール１２にできるだけ接近する位置に配設されることが望ましい。
【００２７】
そして、前記温度検出器１３の検出した温度信号は、信号線１６を介して制御装置１４に送信される。ここで、該制御装置１４は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、キーボード等の入力手段、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等の表示手段、通信インターフェイス等を備えるコンピュータである。そして、前記制御装置１４は、あらかじめ入力され記憶手段に格納されたプログラムにしたがって動作し、前記温度検出器１３の検出した温度に基づいて、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の位置、並びに、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を介して圧延材２１に通電する電流を制御する。
【００２８】
また、１５は電源装置であり、信号線１７を介して受信した前記制御装置１４の指令に基づいて、電力線１８及び電力線１９を介して、前記電極ロール１１及び電極ロール１２に電流を供給する。なお、該電流は、直流電流であっても、交流電流であってもよい。
【００２９】
次に、前記通電加熱装置の構成について説明する。
【００３０】
図２は本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態における電極ロール支持装置の構成を示す斜視図である。
【００３１】
図２に示されるように、圧延ロール２２の搬送方向における上流側において圧延材２１の下方に、電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。ここで、該電極ロール支持装置３０のベースユニット３１は、図示されない支持部材に取り付けられ、前記ベースユニット３１の上面には、可動ユニット３２が、圧延材２１の搬送方向に移動可能に取り付けられている。また、前記可動ユニット３２における圧延材２１の幅方向に関して両側の端面には、支持ロッド３３の一端が固定されている。そして、該支持ロッド３３の他端には、電極ロール１２の図示されない中心軸の端部が回転可能に取り付けられている。これにより、前記電極ロール１２は、圧延材２１の下面に回転しながら接触しつつ、該圧延材２１の搬送方向に移動することができる。
【００３２】
また、圧延材２１の上方にも、電極ロール１１を支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。該電極ロール支持装置３０は、前記電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０と同様の構成を有するので、その説明を省略する。なお、前記電極ロール１１を支持するための電極ロール支持装置３０と電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０とは、圧延材２１の搬送方向に関してほぼ同じ位置に互いに対向するように配設されている。
【００３３】
図３には、電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０が示されている。この場合、図３において、電極ロール１２は省略されている。ここで、ベースユニット３１は、可動ユニット３２がスライドして移動するスライド部３１ａ、及び、該スライド部３１ａの図における左右両端に上方に突出するように形成されたストッパ部３１ｂを備える。そして、前記スライド部３１ａには図における左右方向に延在する図示されないガイド部材が取り付けられ、一方、前記可動ユニット３２は、前記ガイド部材にスライド可能に係合する図示されないガイド係合部を備える。
【００３４】
なお、前記可動ユニット３２をスライドさせるための駆動装置は、いかなる種類のものであってもよい。例えば、両方のストッパ部３１ｂの内部にモータによって回転させられるギア又はプーリを配設し、該ギア又はプーリに架け回されたチェーン又はベルトに前記可動ユニット３２を取り付け、前記ギア又はプーリを回転させることによって、前記可動ユニット３２をスライドさせるようにすることもできる。また、該可動ユニット３２にモータによって回転させられる車輪を配設し、該車輪を回転させることによって、前記可動ユニット３２をスライドさせるようにすることもできる。さらに、前記ガイド部材をリニアモータのステータとし、前記ガイド係合部をリニアモータのロータとすることもできる。
【００３５】
なお、前記可動ユニット３２をスライドさせるための駆動装置の動作は、前記制御装置１４によって制御されるようになっている。そして、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、前記制御装置１４の指令によって、それぞれ独立して移動させられ、圧延材２１の搬送方向に関する位置が制御される。
【００３６】
次に、前記通電加熱装置の動作について説明する。
【００３７】
まず、圧延材２１が図示されない搬送ロール等の搬送装置によって搬送され、電極ロール１２の搬送方向における上流側の近傍に到達すると、温度検出器１３が前記圧延材２１の温度を検出する。そして、前記温度検出器１３が検出した前記圧延材２１の温度は、信号線１６を介して制御装置１４に送信される。すると、該制御装置１４は、前記圧延材２１の温度に基づいて、電極ロール１１及び電極ロール１２の位置、並びに、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を介して圧延材２１に通電する電流を制御する。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、圧延材２１の温度が搬送方向に関して垂直な方向である幅方向及び厚さ方向に関して一様であり、搬送方向に関してのみ変動していると仮定できる場合について説明する。まず、通電加熱装置による制御の基本的な考え方を説明する。
【００３９】
ここで、通電加熱によって金属材料の温度が上昇する状態を示す昇温曲線、すなわち、金属材料の温度と通電時間との関係を示す曲線は、一次関数で近似することができる。そして、金属材料の温度の時間変化率である昇温速度は、次の式（１）で与えられる。
【００４０】
【数１】
【００４１】
なお、ｄＴは金属材料の温度上昇量、Ｉは金属材料に通電する電流値、ｃは金属材料の比熱、ｄは金属材料の密度、ρは金属材料の電気抵抗率、Ｓは金属材料の断面積、ｄｔは金属材料に通電する通電時間、ａは定数である。
【００４２】
また、本実施の形態における圧延材２１のように通電用の電極の間を移動する金属材料において、通電時間ｄｔは、次の式（２）で与えられる。
ｄｔ＝ｄＬ／ｖ・・・（２）
なお、ｄＬは電極間の距離、ｖは金属材料の移動速度である。
【００４３】
このことから、通電用の電極としての電極ロール１１と電極ロール１２との間を移動する圧延材２１の通電時間は、前記電極ロール１１と電極ロール１２との間の距離を変化させることによって、変化することが分かる。そのため、本実施の形態において、制御装置１４は、前記圧延材２１の各部の温度を所定の値とするために、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の位置を調整して、圧延材２１の温度上昇量を制御する。なお、前記電流値Ｉは一定でも良いし、適切に変化させてもよい。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、基本的に２００〔℃〕である圧延材２１の温度を通電加熱によって８００〔℃〕にまで加熱する場合を想定し、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔は、圧延材２１の温度を６００〔℃〕だけ上昇させるのに対応した距離にあらかじめ設定されているものとする。
【００４５】
まず、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分の温度が何らかの原因で２００〔℃〕よりも低くなっている場合の制御方法について説明する。
【００４６】
図４は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００４７】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図４に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して下流側に存在する前方部分２１ａにおいては均一に１００〔℃〕であり、該前方部分２１ａと搬送方向に関して上流側に存在する後方部分２１ｂとの境界においてステップ状に上昇し、該後方部分２１ｂにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前方部分２１ａが低温部分であり、後方部分２１ｂが高温部分である。
【００４８】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より短くする必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界が第２電極としての電極ロール１２に差し掛かった時点から、該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度に等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。これにより、電極ロール１２は前記境界に位置した状態を維持しつつ、圧延材２１とともに矢印Ｃで示される搬送方向に移動する。なお、電極ロール１２を移動させる移動距離Ｌ2 は、Ｌ2 ＝１００×ｖ／ａである。すなわち、前記式（１）及び（２）から、
となるからである。
【００４９】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図５に示されるように変化する。なお、図５において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１２は前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界とともに移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔がＬ−２になった時点で停止することが分かる。これにより、電極ロール１１と電極ロール１２との距離が短縮される。
【００５０】
次に、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して後方部分２１ｂの温度が何らかの原因で２００〔℃〕よりも低くなっている場合の制御方法について説明する。
【００５１】
図６は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００５２】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図６に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界においてステップ状に下降し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前方部分２１ａが高温部分であり、後方部分２１ｂが低温部分である。
【００５３】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度に等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。これにより、電極ロール１１は前記境界に位置した状態を維持しつつ、圧延材２１とともに矢印Ｃで示される搬送方向に移動する。なお、電極ロール１１を移動させる移動距離Ｌ1 は、Ｌ1 ＝１００×ｖ／ａである。すなわち、前記式（１）及び（２）から、
となるからである。
【００５４】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図７に示されるように変化する。なお、図７において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界とともに移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔がＬ−２になった時点で停止することが分かる。これにより、電極ロール１１と電極ロール１２との距離が伸長される。
【００５５】
ところで、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界の部分をミクロ（微視的）にみると、温度がステップ状に変化しておらず、狭い範囲であるが搬送方向に関して所定の長さを有する境界部分において、温度がほぼリニア（直線的）に変化していると考えることができる。そこで、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの間の境界部分において温度が２００〔℃〕から１００〔℃〕にリニアに低下している場合の制御方法について説明する。
【００５６】
図８は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００５７】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図８に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂと間の境界部分２１ｃにおいて２００〔℃〕から１００〔℃〕にリニアに低下し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。
【００５８】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。また、境界部分２１ｃにおいては、温度の変化に対応させて通電時間を徐々に長くさせる必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度によりも低い速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。なお、搬送方向に関する前記境界部分２１ｃの長さが長い程、前記電極ロール１１の移動速度を低くする必要がある。
【００５９】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図９に示されるように変化する。なお、図９において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が前記電極ロール１１差し掛かった時点から移動を開始し、図７に示される場合よりも低い速度で移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔Ｌ−２になった時点で停止することが分かる。
【００６０】
なお、前記境界部分２１ｃにおいて、温度が段階的に変化していると近似することもできる。そこで、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの間の境界部分２１ｃにおいて温度が２００〔℃〕から１００〔℃〕に段階的に低下している場合の制御方法について説明する。
【００６１】
図１０は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例を示す図、図１１は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００６２】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１０に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂと間の境界部分２１ｃにおいて２００〔℃〕から１００〔℃〕にまで三段階に低下し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。すなわち、境界部分２１ｃは、搬送方向に関して前方から順に２１ｃ−１、２１ｃ−２及び２１ｃ−３の三つの境界部分に分かれ、境界部分２１ｃ−１は１７５〔℃〕、境界部分２１ｃ−２は１５０〔℃〕、境界部分２１ｃ−３は１２５〔℃〕となっているものとする。
【００６３】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。また、境界部分２１ｃにおいては、温度の段階的な変化に対応させて通電時間を段階的に長くさせる必要がある。
【００６４】
そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃ−１との境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。続いて、境界部分２１ｃ−１と境界部分２１ｃ−２との境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。続いて、境界部分２１ｃ−２と境界部分２１ｃ−３との境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。最後に、境界部分２１ｃ−３と後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。
【００６５】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１１に示されるように変化する。なお、図１１において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は前方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が前記電極ロール１１差し掛かった時点から移動を開始し、段階的に移動と停止を繰り返し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔Ｌ−２になった時点で停止することが分かる。
【００６６】
次に、「従来の技術」において説明したスキッドマークのように、圧延材２１の搬送方向に関して短い長さを有する狭い部分だけが、前後の部分に比較して低温になっている場合の制御方法について説明する。
【００６７】
図１２は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例を示す図、図１３は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００６８】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１２に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂにおいては均一に８００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界部分２１ｃにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、該境界部分２１ｃは、スポット的（局所的）に発生した低温部分である。この場合、前記前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂは当初から８００〔℃〕であるので、これ以上加熱する必要がなく、境界部分２１ｃだけを加熱して８００〔℃〕にまで上昇させるものとする。
【００６９】
この場合、境界部分２１ｃだけを通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度と等しくなるようにするためには、圧延材２１の温度を６００〔℃〕だけ上昇させるのに対応した時間だけ前記境界部分２１ｃに通電する必要がある。また、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂには通電しないようにする。
【００７０】
そのため、制御装置１４は、第１電極としての電極ロール１１と第２電極としての電極ロール１２とを圧延材２１の搬送方向に関して、ほぼ等しい位置になるようにあらかじめ移動させておく。なお、前記電極ロール１１の位置と電極ロール１２の位置とがほぼ等しい時は、通電をしないようにすることが望ましい。
【００７１】
そして、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から通電を開始するとともに、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。続いて、境界部分２１ｃと後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１２に差し掛かった時点から該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。
【００７２】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１３に示されるように変化する。なお、図１３において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は電極ロール１１及び電極ロール１２の移動した距離であり、圧延材２１を２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した必要な電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔に等しい。この場合、搬送方向に関して境界部分２１ｃの長さが短いので、電極ロール１１及び電極ロール１２が同時に移動する期間があることが分かる。そして、搬送方向に関して前記電極ロール１１の位置と電極ロール１２の位置とが等しくなった時には、通電を停止することが望ましい。すなわち、電極ロール１１と電極ロール１２との距離は移動させる前後において等しい。
【００７３】
なお、スキッドマークのように、低温となっている部分も含めて、圧延材２１全体を加熱する場合もある。そこで、低温となっている部分も含めて、圧延材２１全体を９００〔℃〕にまで加熱させる場合の制御方法について説明する。
【００７４】
図１４は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例を示す図、図１５は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００７５】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１４に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂにおいては均一に８００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界部分２１ｃにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前記境界部分２１ｃは、スポット的に発生した低温部分である。そして、前方部分２１ａ、後方部分２１ｂ及び境界部分２１ｃを加熱して９００〔℃〕にまで上昇させるものとする。
【００７６】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度と境界部分２１ｃの温度とが等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、境界部分２１ｃの通電時間を前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの通電時間より長くする必要がある。そのため、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。続いて、境界部分２１ｃと後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１２に差し掛かった時点から該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。
【００７７】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１５に示されるように変化する。なお、図１５において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。そして、Ｌ−１は前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂを８００〔℃〕から９００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。また、Ｌ−２は電極ロール１１及び電極ロール１２の移動した距離であり、圧延材２１を２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した必要な電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔に等しい。この場合、搬送方向に関して境界部分２１ｃの長さが短いので、電極ロール１１及び電極ロール１２が同時に移動する期間があることが分かる。また、電極ロール１１と電極ロール１２との距離は移動させる前後において等しい。
【００７８】
ところで、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を圧延材２１の搬送方向に無制限に移動させると、前記電極ロール１１及び電極ロール１２が圧延ロール２２に衝突してしまう。そこで、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の移動量を制限するとともに、搬送方向に移動させた電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させて、初期の位置に復帰させる必要がある。
【００７９】
そのため、制御装置１４は、圧延材２１の温度分布が搬送方向に関して広い範囲に渡って均一である場合に、搬送方向に移動させた電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させるように制御する。なお、圧延材２１の温度分布が搬送方向に関して広い範囲に渡って均一でない場合に電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させることは、制御が複雑になるので、避けることが望ましい。
【００８０】
この場合、制御装置１４は、電極ロール１１と電極ロール１２との間隔を変更しないようにして、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させるように制御する。ここで、電極ロール１１及び電極ロール１２が搬送方向と逆方向に移動するので、圧延材２１と電極ロール１１及び電極ロール１２との相対的な移動速度は上昇する。すなわち、速度ｖの値が大きくなる。そして、通電時間はｄｔは、前記式（２）で示されるように、速度ｖに反比例するので、圧延材２１への通電時間ｄｔが短くなってしまう。そのため、前記式（１）から分かるように、圧延材２１の温度上昇量ｄＴの値が小さくなってしまい、所定の温度にまで加熱することができなくなる。
【００８１】
そこで、制御装置１４は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時、圧延材２１に通電する電流値Ｉを大きくするように制御する。ここで、圧延材２１の温度上昇量ｄＴを、電極ロール１１及び電極ロール１２が搬送方向と逆方向に移動する場合と移動しない場合とで等しくすると、前記式（１）から、次の式（３）で与えられる関係が得られる。
【００８２】
【数２】
【００８３】
なお、Ｉ’は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の電流値、ｖ’は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の圧延材２１と電極ロール１１及び電極ロール１２との相対的な移動速度である。
【００８４】
そして、前記式（３）から、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の電流値Ｉ’は、次の式（４）によって決定することができる。
【００８５】
【数３】
【００８６】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された第１の電極ロールとしての電極ロール１１又は第２の電極ロールとしての電極ロール１２の位置を、圧延材２１の温度分布に対応して移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。この場合、温度の相違する部分の境界が電極ロール１１又は電極ロール１２に差し掛かった時点で、前記電極ロール１１又は電極ロール１２は移動を開始し、前記境界の移動に対応して移動する。
【００８７】
そのため、圧延材２１の中間部分において、温度分布が搬送方向に関して不均一であっても、適切に通電加熱して、温度分布を均一にすることができる。例えば、何らかの原因で圧延材２１の一部の温度が低下している場合や、スキッドマークと呼ばれる低温部分が発生し、圧延材２１の搬送方向に関して極めて短い距離で温度がパルス状に変化している場合であっても、圧延材２１の温度分布を均一にすることができる。
【００８８】
したがって、圧延装置に導入される直前の圧延材を均一な温度に加熱することができるので、圧下率が均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができる。
【００８９】
また、電極ロール１１と電極ロール１２との間に対応する部分の圧延材２１に電流を導通して、ジュール熱によって圧延材２１を加熱するので、熱効率が高く、少ない消費エネルギーで速やかに加熱することができる。
【００９０】
さらに、電極ロール１１が圧延材２１の上面に接触し、電極ロール１２が圧延材２１の下面に接触しているので、搬送方向に関して電極ロール１１と電極ロール１２とを同じ位置にすることもできるので、電極ロール１１及び電極ロール１２を移動させることのできる範囲が広くなり、温度制御が容易になる。
【００９１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【００９２】
図１６は本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の概念図、図１７は本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【００９３】
本実施の形態においては、図１６に示されるように、第１電極としての電極ロール１１は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１１ｂから成り、第２電極としての電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１２ｂから成る。そして、電源装置１５は、電力線１８及び電力線１９を介して、前記電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂ及び電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂに電流を供給するようになっている。
【００９４】
また、図１７に示されるように、圧延ロール２２の搬送方向における上流側において圧延材２１の下方に、電極ロール１１ａ及び電極ロール１１ｂを支持するための電極ロール支持装置３０が配設され、さらに搬送方向における上流側において、圧延材２１の下方に、電極ロール１２ａ及び電極ロール１２ｂを支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。本実施の形態においては、可動ユニット３２に一端が固定された支持ロッド３３’には、二本の電極ロール、すなわち、電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂ及び電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂの図示されない中心軸の端部が、それぞれ回転可能に取り付けられている。
【００９５】
なお、他の点における構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９６】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ロール１１及び電極ロール１２の位置を、圧延材２１の温度分布に対応して移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。そして、電極ロール１１は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１１ｂから成り、電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１２ｂから成る。そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果に加えて、更なる効果を奏する。
【００９７】
すなわち、前記第１の実施の形態においては、電極ロール１１は圧延材２１の上面に接触し、電極ロール１２は圧延材２１の下面に接触するようになっているので、圧延材２１には、電極ロール１１によって上方向からの力が加えられ、搬送方向に関して異なる位置において、電極ロール１２によって下方向からの力が加えられることになる。そのため、電極ロール１１及び電極ロール１２によって、圧延材２１に剪（せん）断力が加えられるので、圧延材２１が軟質の金属から成る場合や薄い板材である場合等には、圧延材２１が変形してしまう可能性がある。
【００９８】
これに対し、本実施の形態においては、電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂとで圧延材２１を上下方向から挟み込み、また、電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂとで圧延材２１を上下方向から挟み込んでいるので、圧延材２１に剪断力が加えられることがない。そのため、圧延材２１が軟質の金属から成る場合や薄い板材である場合等でも、圧延材２１が変形してしまうことがない。
【００９９】
また、前記第１の実施の形態においては、圧延材２１の上面に接触する電極ロール１１と圧延材２１の下面に接触する電極ロール１２との間で通電するので、圧延材２１の厚い部材であると、厚さ方向に関して電流の分布が不均一になってしまう。そのため、ジュール熱の発生状態が圧延材２１の厚さ方向に関して不均一となり、温度分布が圧延材２１の厚さ方向に関して不均一となってしまう。
【０１００】
これに対し、本実施の形態においては、圧延材２１の上下面に接触する電極ロール１１ａ及び電極ロール１１ｂと電極ロール１２ａ及び電極ロール１２ｂとの間で通電するので、圧延材２１の厚い部材であっても、厚さ方向に関して電流の分布が均一になる。そのため、ジュール熱の発生状態が圧延材２１の厚さ方向に関して均一となり、温度分布が圧延材２１の厚さ方向に関して均一となる。
【０１０１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記第１及び第２の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１０２】
図１８は本発明の第３の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１０３】
本実施の形態において、第１の電極としての電極ロール４１は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール４１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール４１ｂから成り、第２の電極としての電極ロール４２は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール４２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール４２ｂから成る。そして、前記電極ロール４１と電極ロール４２との間に電流が供給されて、圧延材２１に通電される。なお、図１８において、制御装置１４、電源装置１５等は省略されている。また、前記電極ロール４１ａ及び電極ロール４１ｂ、並びに、電極ロール４２ａ及び電極ロール４２ｂを支持する装置は、ロールを転動可能に支持する装置であれば、従来公知の装置であってよいので、説明を省略する。
【０１０４】
この場合、前記電極ロール４１ａ及び電極ロール４１ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ａ及びＣで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ロール４１ａと電極ロール４１ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する、すなわち、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関して互いに同じ位置になるように移動する場合について説明する。また、前記電極ロール４２ａ及び電極ロール４２ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ｂ及びＤで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ロール４２ａと電極ロール４２ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する場合について説明する。また、前記電極ロール４１と電極ロール４２とは、互いに互いに独立して移動することができるようになっている。
【０１０５】
ここで、温度検出器１３は圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。そして、前記電極ロール４１と電極ロール４２とは、圧延材２１の搬送方向に関する温度分布に対応して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるだけでなく、圧延材２１の幅方向に関する温度分布に対応して、矢印Ｃ及びＤで示されるように、圧延材２１の幅方向に移動させられるようになっている。
【０１０６】
例えば、圧延材２１の幅方向に関する温度分布が均一である場合、電極ロール４１は、圧延材２１の搬送方向に向かって左側（図における上側）の側縁近傍に位置し、電極ロール４２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側（図における下側）の側縁近傍に位置するように移動させられる。これにより、圧延材２１の幅方向に関して全体に通電することができる。
【０１０７】
また、圧延材２１の搬送方向に向かって左側部分の温度が右側部分の温度よりも高い場合、電極ロール４１は圧延材２１の幅方向の中央に位置し、電極ロール４２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側の側縁近傍に位置するように移動させられる。これにより、温度の低い圧延材２１の搬送方向に向かって右側部分に通電して、加熱することができる。
【０１０８】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ロール４１と電極ロール４２との位置を、圧延材２１の搬送方向の温度分布に対応して搬送方向に移動させるだけでなく、圧延材２１の幅方向の温度分布に対応して幅方向に移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。
【０１０９】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果に加え、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１１０】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前記第１〜３の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１１１】
図１９は本発明の第４の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１１２】
本実施の形態において、第１電極としての電極ボール４５は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ボール４５ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ボール４５ｂから成り、第２電極としての電極ボール４６は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ボール４６ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ボール４６ｂから成る。そして、前記電極ボール４５と電極ボール４６との間に電流が供給されて、圧延材２１に通電される。なお、図１９において、制御装置１４、電源装置１５等は省略されている。また、前記電極ボール４５ａ及び電極ボール４５ｂ、並びに、電極ボール４６ａと電極ボール４６ｂを支持する装置は、球体を転動可能に支持する装置であれば、従来公知の装置であってよいので、説明を省略する。
【０１１３】
この場合、前記電極ボール４５ａ及び電極ボール４５ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ａ及びＣで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ボール４５ａと電極ボール４５ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する、すなわち、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関して互いに同じ位置になるように移動する場合について説明する。また、前記電極ボール４６ａ及び電極ボール４６ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ｂ及びＤで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ボール４６ａと電極ボール４６ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する場合について説明する。また、前記電極ボール４５と電極ボール４６とは、互いに互いに独立して移動することができるようになっている。
【０１１４】
ここで、温度検出器１３は、前記第３の実施の形態と同様に、圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば、三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。そして、前記電極ボール４５と電極ボール４６は、前記第３の実施の形態における電極ロール４１及び電極ロール４２と同様に、圧延材２１の搬送方向に関する温度分布に対応して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるだけでなく、圧延材２１の幅方向に関する温度分布に対応して、矢印Ｃ及びＤで示されるように、圧延材２１の幅方向に移動させられるようになっている。
【０１１５】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ボール４５と電極ボール４６の位置を、圧延材２１の搬送方向の温度分布に対応して搬送方向に移動させるだけでなく、圧延材２１の幅方向の温度分布に対応して幅方向に移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。
【０１１６】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第３の実施の形態と同様に、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１１７】
さらに、前記第３の実施の形態においては、第１電極及び第２電極が電極ロール４１及び電極ロール４２であるのに対して、本実施の形態においては、第１の電極及び第２の電極が電極ボール４５及び電極ボール４６である。そのため、第１の電極及び第２の電極の圧延材２１の幅方向に関する位置をきめ細かく制御することができるので、圧延材２１の幅方向に関する温度分布をきめ細かく制御することができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、前記第１〜４の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１１９】
図２０は本発明の第５の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１２０】
本実施の形態においては、図２０に示されるように、第１電極及び第２電極が圧延材２１の幅方向に複数個、例えば、三個に、分割されている。この場合、第１電極は電極ロール５１、電極ロール５３及び電極ロール５５から成り、第２電極は電極ロール５２、電極ロール５４及び電極ロール５６から成る。ここで、記電極ロール５１及び電極ロール５２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側約１／３の幅の部分に対応し、前記電極ロール５３及び電極ロール５４は、圧延材２１の搬送方向に向かって中央約１／３の幅の部分に対応し、前記電極ロール５５及び電極ロール５６は、圧延材２１の搬送方向に向かって左側約１／３の幅の部分に対応する。また、温度検出器１３は圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば、三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。
【０１２１】
そして、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール５１ａ、電極ロール５２ａ、電極ロール５３ａ、電極ロール５４ａ、電極ロール５５ａ及び電極ロール５６ａ、並びに、圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール５１ｂ、電極ロール５２ｂ、電極ロール５３ｂ、電極ロール５４ｂ、電極ロール５５ｂ及び電極ロール５６ｂから成る。ここで、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、独立して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるようになっている。また、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６への電流の供給も、それぞれ、独立して制御されるようになっている。なお、その他の構成については、前記第２の実施の形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【０１２２】
この場合、圧延材２１の幅方向に並列して三個配設された温度検出器１３によって、圧延材２１の幅方向に関する温度分布が測定される。そして、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関する温度分布に対応して、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６が、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられ、かつ、通電量の制御も行われる。
【０１２３】
このように、本実施の形態において、第１電極は、圧延材２１の幅方向に分割され、電極ロール５１、電極ロール５３及び電極ロール５５から成り、第２電極は、圧延材２１の幅方向に分割され、電極ロール５２、電極ロール５４及び電極ロール５６から成る。そして、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関する温度分布に対応して、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、独立して、圧延材２１の搬送方向に移動させられ、また、独立して該圧延材２１に通電するようになっている。
【０１２４】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１２５】
さらに、前記第３及び４の実施の形態においては、第１電極及び第２電極を圧延材２１の幅方向に移動させる必要があるのに対して、本実施の形態においては、第１電極及び第２電極を圧延材２１の幅方向に移動させる必要がない。そのため、第１電極及び第２電極の位置の制御アルゴリズムを単純化することができる。
【０１２６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、通電加熱装置においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極と、前記搬送方向に移動可能に配設された第２電極と、前記第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器と、該温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する制御装置とを有する。
【０１２８】
また、通電加熱方法においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極及び第２電極の搬送方向における上流側に配設された温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記圧延材の搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する。
【０１２９】
この場合、圧延装置の導入される圧延材の中間部分に何らかの原因で温度が不均一な部分が発生しても、簡素、かつ、コンパクトな構成の装置によって、前記圧延材の温度分布を容易に均一にすることができる。
【０１３０】
また、前記圧延材の温度分布が種々の形態であっても、前記圧延材の温度分布を均一にすることができる。例えば、前記温度が不均一な部分が、スキッドマークのように特殊な温度分布を有する場合であっても、前記圧延材の温度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電極ロール支持装置の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【符号の説明】
１１、１２、４１、４２、５１、５２、５３、５４、５５、５６ 電極ロール
１３ 温度検出器
１４ 制御装置
２１ 圧延材
２１ａ 前方部分
２１ｂ 後方部分
４５、４６ 電極ボール
【発明の属する技術分野】
本発明は、通電加熱装置及び通電加熱方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、軟鋼、合金鋼、ステンレス鋼、その他の金属から成る棒材、管材、板材を圧延する場合、あらかじめ加熱炉において所定の温度にまで加熱するようになっている。例えば、スラブ、ビレット等の鋼片を加熱する場合、プッシャー式加熱炉やウォーキングビーム式加熱炉が使用され、鋼片は、前記加熱炉において所定の温度にまで加熱された後、圧延ロールによって圧延され、所定の断面形状や断面寸法を有する棒材や板材に加工される。
【０００３】
しかし、前記加熱炉においては、ガスの炎や電気ヒータからの輻（ふく）射による間接加熱方式が採用されている。そのため、前記鋼片を速やかに加熱することができず、また、前記鋼片の温度分布を均一にすることが困難であった。特に、加熱炉内において鋼片をスキッド上に載置して加熱する形式の加熱炉であるプッシャー式加熱炉やウォーキングビーム式加熱炉においては、前記スキッドに接触する部分が冷却され温度が低下するので、スキッドマークと呼ばれる低温部分が前記鋼片に発生してしまう。
【０００４】
このように、何らかの原因で、鋼片の温度分布が不均一になると、高温部分が低温部分と比較して軟化する度合が大きいので、鋼片の硬さが不均一になってしまう。そのため、圧延時の圧下率が不均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができなくなってしまう。また、圧延装置の圧延ロールが前記鋼片から受ける荷重も変動するので、前記圧延装置が損傷してしまう。
【０００５】
そこで、圧延装置に導入される直前の鋼片に電流を供給して通電加熱することによって、前記鋼片を均一に加熱する通電加熱装置が提案されている（特開平５−５７３１９号公報、特開平５−５７３２４号公報、及び、特開平９−２５３７２９号公報参照）。この場合、ローラから成る電極を鋼片の搬送方向における上流側と下流側の二ケ所に配設して鋼片の表面に接触させ、前記上流側及び下流側の電極間に対応する部分の鋼片に電流を導通して、ジュール熱によって鋼片を加熱するようになっている。これにより、圧延装置に導入される直前の鋼片を均一に、かつ、速やかに加熱することができるので、圧下率が均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の通電加熱装置においては、鋼片に接触する電極の位置が常に一定であり、また、鋼片において電流が通電される部分の長さが常に一定なので、通電加熱される前の鋼片の温度分布が不均一である場合、十分に対応することができず、温度分布の不均一な状態を完全に解消することができなかった。
【０００７】
もっとも、ローラから成る電極を搬送方向に移動させることによって、鋼片の上流側及び下流側の端部における温度変化を解消して、温度分布を均一化させる通電加熱装置は既に提案されている（特開平９−７１８２２号公報参照）。
【０００８】
しかし、該通電加熱装置は、鋼片の中間部分における不均一な温度分布を解消することを考慮していない。例えば、前記スキッドマークと呼ばれる低温部分は鋼片の中間部分に何ケ所も発生するものであり、また、何らかの原因で鋼片の中間部分に温度変化が発生することはしばしば見受けられる。しかし、前記通電加熱装置は、このような鋼片の中間部分に発生した温度の不均一な状態を解消するものではない。
【０００９】
本発明は、前記従来の通電加熱装置の問題点を解決して、圧延材に通電するための電極の位置を圧延材の温度分布に対応して、移動させることによって、簡素、かつ、コンパクトな構成で、圧延装置に導入される圧延材の温度分布を均一にすることができる通電加熱装置及び通電加熱方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そのために、本発明の通電加熱装置においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極と、前記搬送方向に移動可能に配設された第２電極と、前記第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器と、該温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する制御装置とを有する。
【００１１】
本発明の他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はロールである。
【００１２】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はボールであり、前記圧延材の幅方向にも移動可能である。
【００１３】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記第１電極及び第２電極はそれぞれ前記幅方向に複数個配設され、独立して移動可能である。
【００１４】
本発明の更に他の通電加熱装置においては、さらに、前記制御装置は前記圧延材に通電する電流を制御する。
【００１５】
本発明の通電加熱方法においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する。
【００１６】
本発明の他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分が前記搬送方向における上流側に存在する場合、該低温部分の前記搬送方向における下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を伸長させ、前記低温部分が前記下流側に存在する場合、該低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を短縮させる。
【００１７】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記境界において温度がステップ状に変化する場合、前記第１の電極又は第２の電極を前記圧延材の移動速度に等しい速度で移動させる。
【００１８】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分と高温部分との間に温度がリニアに変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を前記圧延材の移動速度より低い速度で移動させる。
【００１９】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分と高温部分との間に温度が段階的に変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を段階的に移動させる。
【００２０】
本発明の更に他の通電加熱方法においては、さらに、前記低温部分の搬送方向に関する長さが短い場合、前記低温部分の前記下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させるとともに、前記低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて、前記第１電極と第２電極との距離を移動させる前後において等しくさせる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２２】
図１は本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【００２３】
図において、２２は圧延装置の圧延ロールであり、上側ロール２２ａ及び下側ロール２２ｂを有する。一般的に、圧延装置は多数の圧延ロールを有するが、ここでは、一組の圧延ロール２２だけが示されている。
【００２４】
また、２１は圧延ロール２２によって圧延される圧延材であり、図において右方向に搬送され、回転する上側ロール２２ａ及び下側ロール２２ｂによって上下から、挟圧されることによって圧延される。この場合、前記圧延材２１は、軟鋼、合金鋼、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、その他の金属から成る棒材、管材、板材等であるが、いかなる金属から成るものであってもよいし、いかなる断面形状を有するものであってもよく、また、長尺材でなく、スラブ、ビレット等であってもよい。なお、本実施の形態においては、圧延材２１に直接電流を導通させて通電することによって発生するジュール熱により前記圧延材２１自体を加熱するものであるため、前記圧延材２１は電気抵抗の比較的大きな金属から成るものであることが望ましい。
【００２５】
そして、圧延ロール２２の圧延材２１の搬送方向における上流側（図における左側）には、第１電極としての電極ロール１１が配設され、該電極ロール１１の前記上流側には、第２電極としての電極ロール１２が配設される。図において、前記電極ロール１１は圧延材２１の上面に回転しながら接触し、前記電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触するようになっている。なお、前記電極ロール１１は圧延材２１の下面に接触し、前記電極ロール１２は圧延材２１の上面に接触するようにしてもよい。また、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、矢印Ａ及び矢印Ｂで示されるように、それぞれ独立して、圧延材２１の搬送方向に移動することができるようになっている。これにより、前記電極ロール１１と電極ロール１２との距離を制御することができる。なお、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、圧延ロール２２に、できるだけ接近する位置に配設されることが望ましい。
【００２６】
また、前記電極ロール１２の上流側には、圧延材２１の温度を検出するために、放射温度計等から成る温度検出器１３が配設される。なお、該温度検出器１３は、いかなる種類のものであってもよいが、非接触式のものであることが望ましい。また、該温度検出器１３は、圧延材２１の搬送方向に関して、電極ロール１２にできるだけ接近する位置に配設されることが望ましい。
【００２７】
そして、前記温度検出器１３の検出した温度信号は、信号線１６を介して制御装置１４に送信される。ここで、該制御装置１４は、ＣＰＵ、ＭＰＵ等の演算手段、半導体メモリ、磁気ディスク等の記憶手段、キーボード等の入力手段、ＣＲＴ、液晶ディスプレイ等の表示手段、通信インターフェイス等を備えるコンピュータである。そして、前記制御装置１４は、あらかじめ入力され記憶手段に格納されたプログラムにしたがって動作し、前記温度検出器１３の検出した温度に基づいて、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の位置、並びに、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を介して圧延材２１に通電する電流を制御する。
【００２８】
また、１５は電源装置であり、信号線１７を介して受信した前記制御装置１４の指令に基づいて、電力線１８及び電力線１９を介して、前記電極ロール１１及び電極ロール１２に電流を供給する。なお、該電流は、直流電流であっても、交流電流であってもよい。
【００２９】
次に、前記通電加熱装置の構成について説明する。
【００３０】
図２は本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図、図３は本発明の第１の実施の形態における電極ロール支持装置の構成を示す斜視図である。
【００３１】
図２に示されるように、圧延ロール２２の搬送方向における上流側において圧延材２１の下方に、電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。ここで、該電極ロール支持装置３０のベースユニット３１は、図示されない支持部材に取り付けられ、前記ベースユニット３１の上面には、可動ユニット３２が、圧延材２１の搬送方向に移動可能に取り付けられている。また、前記可動ユニット３２における圧延材２１の幅方向に関して両側の端面には、支持ロッド３３の一端が固定されている。そして、該支持ロッド３３の他端には、電極ロール１２の図示されない中心軸の端部が回転可能に取り付けられている。これにより、前記電極ロール１２は、圧延材２１の下面に回転しながら接触しつつ、該圧延材２１の搬送方向に移動することができる。
【００３２】
また、圧延材２１の上方にも、電極ロール１１を支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。該電極ロール支持装置３０は、前記電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０と同様の構成を有するので、その説明を省略する。なお、前記電極ロール１１を支持するための電極ロール支持装置３０と電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０とは、圧延材２１の搬送方向に関してほぼ同じ位置に互いに対向するように配設されている。
【００３３】
図３には、電極ロール１２を支持するための電極ロール支持装置３０が示されている。この場合、図３において、電極ロール１２は省略されている。ここで、ベースユニット３１は、可動ユニット３２がスライドして移動するスライド部３１ａ、及び、該スライド部３１ａの図における左右両端に上方に突出するように形成されたストッパ部３１ｂを備える。そして、前記スライド部３１ａには図における左右方向に延在する図示されないガイド部材が取り付けられ、一方、前記可動ユニット３２は、前記ガイド部材にスライド可能に係合する図示されないガイド係合部を備える。
【００３４】
なお、前記可動ユニット３２をスライドさせるための駆動装置は、いかなる種類のものであってもよい。例えば、両方のストッパ部３１ｂの内部にモータによって回転させられるギア又はプーリを配設し、該ギア又はプーリに架け回されたチェーン又はベルトに前記可動ユニット３２を取り付け、前記ギア又はプーリを回転させることによって、前記可動ユニット３２をスライドさせるようにすることもできる。また、該可動ユニット３２にモータによって回転させられる車輪を配設し、該車輪を回転させることによって、前記可動ユニット３２をスライドさせるようにすることもできる。さらに、前記ガイド部材をリニアモータのステータとし、前記ガイド係合部をリニアモータのロータとすることもできる。
【００３５】
なお、前記可動ユニット３２をスライドさせるための駆動装置の動作は、前記制御装置１４によって制御されるようになっている。そして、前記電極ロール１１及び電極ロール１２は、前記制御装置１４の指令によって、それぞれ独立して移動させられ、圧延材２１の搬送方向に関する位置が制御される。
【００３６】
次に、前記通電加熱装置の動作について説明する。
【００３７】
まず、圧延材２１が図示されない搬送ロール等の搬送装置によって搬送され、電極ロール１２の搬送方向における上流側の近傍に到達すると、温度検出器１３が前記圧延材２１の温度を検出する。そして、前記温度検出器１３が検出した前記圧延材２１の温度は、信号線１６を介して制御装置１４に送信される。すると、該制御装置１４は、前記圧延材２１の温度に基づいて、電極ロール１１及び電極ロール１２の位置、並びに、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を介して圧延材２１に通電する電流を制御する。
【００３８】
なお、本実施の形態においては、圧延材２１の温度が搬送方向に関して垂直な方向である幅方向及び厚さ方向に関して一様であり、搬送方向に関してのみ変動していると仮定できる場合について説明する。まず、通電加熱装置による制御の基本的な考え方を説明する。
【００３９】
ここで、通電加熱によって金属材料の温度が上昇する状態を示す昇温曲線、すなわち、金属材料の温度と通電時間との関係を示す曲線は、一次関数で近似することができる。そして、金属材料の温度の時間変化率である昇温速度は、次の式（１）で与えられる。
【００４０】
【数１】
なお、ｄＴは金属材料の温度上昇量、Ｉは金属材料に通電する電流値、ｃは金属材料の比熱、ｄは金属材料の密度、ρは金属材料の電気抵抗率、Ｓは金属材料の断面積、ｄｔは金属材料に通電する通電時間、ａは定数である。
【００４２】
また、本実施の形態における圧延材２１のように通電用の電極の間を移動する金属材料において、通電時間ｄｔは、次の式（２）で与えられる。
ｄｔ＝ｄＬ／ｖ・・・（２）
なお、ｄＬは電極間の距離、ｖは金属材料の移動速度である。
【００４３】
このことから、通電用の電極としての電極ロール１１と電極ロール１２との間を移動する圧延材２１の通電時間は、前記電極ロール１１と電極ロール１２との間の距離を変化させることによって、変化することが分かる。そのため、本実施の形態において、制御装置１４は、前記圧延材２１の各部の温度を所定の値とするために、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の位置を調整して、圧延材２１の温度上昇量を制御する。なお、前記電流値Ｉは一定でも良いし、適切に変化させてもよい。
【００４４】
なお、本実施の形態においては、基本的に２００〔℃〕である圧延材２１の温度を通電加熱によって８００〔℃〕にまで加熱する場合を想定し、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔は、圧延材２１の温度を６００〔℃〕だけ上昇させるのに対応した距離にあらかじめ設定されているものとする。
【００４５】
まず、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分の温度が何らかの原因で２００〔℃〕よりも低くなっている場合の制御方法について説明する。
【００４６】
図４は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例を示す図、図５は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００４７】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図４に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して下流側に存在する前方部分２１ａにおいては均一に１００〔℃〕であり、該前方部分２１ａと搬送方向に関して上流側に存在する後方部分２１ｂとの境界においてステップ状に上昇し、該後方部分２１ｂにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前方部分２１ａが低温部分であり、後方部分２１ｂが高温部分である。
【００４８】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より短くする必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界が第２電極としての電極ロール１２に差し掛かった時点から、該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度に等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。これにより、電極ロール１２は前記境界に位置した状態を維持しつつ、圧延材２１とともに矢印Ｃで示される搬送方向に移動する。なお、電極ロール１２を移動させる移動距離Ｌ2 は、Ｌ2 ＝１００×ｖ／ａである。すなわち、前記式（１）及び（２）から、
【００４９】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図５に示されるように変化する。なお、図５において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１２は前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界とともに移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔がＬ−２になった時点で停止することが分かる。これにより、電極ロール１１と電極ロール１２との距離が短縮される。
【００５０】
次に、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して後方部分２１ｂの温度が何らかの原因で２００〔℃〕よりも低くなっている場合の制御方法について説明する。
【００５１】
図６は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例を示す図、図７は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００５２】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図６に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界においてステップ状に下降し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前方部分２１ａが高温部分であり、後方部分２１ｂが低温部分である。
【００５３】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度に等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。これにより、電極ロール１１は前記境界に位置した状態を維持しつつ、圧延材２１とともに矢印Ｃで示される搬送方向に移動する。なお、電極ロール１１を移動させる移動距離Ｌ1 は、Ｌ1 ＝１００×ｖ／ａである。すなわち、前記式（１）及び（２）から、
【００５４】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図７に示されるように変化する。なお、図７において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界とともに移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔がＬ−２になった時点で停止することが分かる。これにより、電極ロール１１と電極ロール１２との距離が伸長される。
【００５５】
ところで、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界の部分をミクロ（微視的）にみると、温度がステップ状に変化しておらず、狭い範囲であるが搬送方向に関して所定の長さを有する境界部分において、温度がほぼリニア（直線的）に変化していると考えることができる。そこで、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの間の境界部分において温度が２００〔℃〕から１００〔℃〕にリニアに低下している場合の制御方法について説明する。
【００５６】
図８は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例を示す図、図９は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００５７】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図８に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂと間の境界部分２１ｃにおいて２００〔℃〕から１００〔℃〕にリニアに低下し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。
【００５８】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。また、境界部分２１ｃにおいては、温度の変化に対応させて通電時間を徐々に長くさせる必要がある。そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度によりも低い速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させるように制御する。なお、搬送方向に関する前記境界部分２１ｃの長さが長い程、前記電極ロール１１の移動速度を低くする必要がある。
【００５９】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図９に示されるように変化する。なお、図９において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は後方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が前記電極ロール１１差し掛かった時点から移動を開始し、図７に示される場合よりも低い速度で移動し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔Ｌ−２になった時点で停止することが分かる。
【００６０】
なお、前記境界部分２１ｃにおいて、温度が段階的に変化していると近似することもできる。そこで、圧延材２１の温度分布が、搬送方向に関して前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの間の境界部分２１ｃにおいて温度が２００〔℃〕から１００〔℃〕に段階的に低下している場合の制御方法について説明する。
【００６１】
図１０は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例を示す図、図１１は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００６２】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１０に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａにおいては均一に２００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂと間の境界部分２１ｃにおいて２００〔℃〕から１００〔℃〕にまで三段階に低下し、後方部分２１ｂにおいては均一に１００〔℃〕となっているものとする。すなわち、境界部分２１ｃは、搬送方向に関して前方から順に２１ｃ−１、２１ｃ−２及び２１ｃ−３の三つの境界部分に分かれ、境界部分２１ｃ−１は１７５〔℃〕、境界部分２１ｃ−２は１５０〔℃〕、境界部分２１ｃ−３は１２５〔℃〕となっているものとする。
【００６３】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度が等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、後方部分２１ｂの通電時間を前方部分２１ａの通電時間より長くする必要がある。また、境界部分２１ｃにおいては、温度の段階的な変化に対応させて通電時間を段階的に長くさせる必要がある。
【００６４】
そのため、制御装置１４は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃ−１との境界が第１電極としての電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。続いて、境界部分２１ｃ−１と境界部分２１ｃ−２との境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。続いて、境界部分２１ｃ−２と境界部分２１ｃ−３との境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。最後に、境界部分２１ｃ−３と後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、電極ロール１１を圧延材２１の移動速度にほぼ等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向にわずかに移動させた後停止させる。
【００６５】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１１に示されるように変化する。なお、図１１において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は前方部分２１ａを２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔であり、Ｌ−２は前方部分２１ｂを１００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。この場合、電極ロール１１は、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が前記電極ロール１１差し掛かった時点から移動を開始し、段階的に移動と停止を繰り返し、電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔Ｌ−２になった時点で停止することが分かる。
【００６６】
次に、「従来の技術」において説明したスキッドマークのように、圧延材２１の搬送方向に関して短い長さを有する狭い部分だけが、前後の部分に比較して低温になっている場合の制御方法について説明する。
【００６７】
図１２は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例を示す図、図１３は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００６８】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１２に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂにおいては均一に８００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界部分２１ｃにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、該境界部分２１ｃは、スポット的（局所的）に発生した低温部分である。この場合、前記前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂは当初から８００〔℃〕であるので、これ以上加熱する必要がなく、境界部分２１ｃだけを加熱して８００〔℃〕にまで上昇させるものとする。
【００６９】
この場合、境界部分２１ｃだけを通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度と等しくなるようにするためには、圧延材２１の温度を６００〔℃〕だけ上昇させるのに対応した時間だけ前記境界部分２１ｃに通電する必要がある。また、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂには通電しないようにする。
【００７０】
そのため、制御装置１４は、第１電極としての電極ロール１１と第２電極としての電極ロール１２とを圧延材２１の搬送方向に関して、ほぼ等しい位置になるようにあらかじめ移動させておく。なお、前記電極ロール１１の位置と電極ロール１２の位置とがほぼ等しい時は、通電をしないようにすることが望ましい。
【００７１】
そして、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から通電を開始するとともに、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。続いて、境界部分２１ｃと後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１２に差し掛かった時点から該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。
【００７２】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１３に示されるように変化する。なお、図１３において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。また、Ｌ−１は電極ロール１１及び電極ロール１２の移動した距離であり、圧延材２１を２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した必要な電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔に等しい。この場合、搬送方向に関して境界部分２１ｃの長さが短いので、電極ロール１１及び電極ロール１２が同時に移動する期間があることが分かる。そして、搬送方向に関して前記電極ロール１１の位置と電極ロール１２の位置とが等しくなった時には、通電を停止することが望ましい。すなわち、電極ロール１１と電極ロール１２との距離は移動させる前後において等しい。
【００７３】
なお、スキッドマークのように、低温となっている部分も含めて、圧延材２１全体を加熱する場合もある。そこで、低温となっている部分も含めて、圧延材２１全体を９００〔℃〕にまで加熱させる場合の制御方法について説明する。
【００７４】
図１４は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例を示す図、図１５は本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【００７５】
ここで、圧延材２１の縦断面の温度分布は、図１４に示されるように、矢印Ｃで示される搬送方向に関して前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂにおいては均一に８００〔℃〕であり、前方部分２１ａと後方部分２１ｂとの境界部分２１ｃにおいては均一に２００〔℃〕となっているものとする。すなわち、前記境界部分２１ｃは、スポット的に発生した低温部分である。そして、前方部分２１ａ、後方部分２１ｂ及び境界部分２１ｃを加熱して９００〔℃〕にまで上昇させるものとする。
【００７６】
この場合、圧延材２１を通電加熱して、前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの温度と境界部分２１ｃの温度とが等しく、かつ、所定の温度となるようにするためには、境界部分２１ｃの通電時間を前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂの通電時間より長くする必要がある。そのため、前方部分２１ａと境界部分２１ｃとの境界が電極ロール１１に差し掛かった時点から、該電極ロール１１を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。続いて、境界部分２１ｃと後方部分２１ｂとの境界が電極ロール１２に差し掛かった時点から該電極ロール１２を圧延材２１の移動速度と等しい速度で矢印Ｃで示される搬送方向に移動させる。
【００７７】
この結果、第１電極としての電極ロール１１及び第２電極としての電極ロール１２の位置は、図１５に示されるように変化する。なお、図１５において、（１１）は電極ロール１１の位置を示し、（１２）は電極ロール１２の位置を示している。そして、Ｌ−１は前方部分２１ａ及び後方部分２１ｂを８００〔℃〕から９００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔である。また、Ｌ−２は電極ロール１１及び電極ロール１２の移動した距離であり、圧延材２１を２００〔℃〕から８００〔℃〕にまで上昇させるのに対応した必要な電極ロール１１及び電極ロール１２の間隔に等しい。この場合、搬送方向に関して境界部分２１ｃの長さが短いので、電極ロール１１及び電極ロール１２が同時に移動する期間があることが分かる。また、電極ロール１１と電極ロール１２との距離は移動させる前後において等しい。
【００７８】
ところで、前記電極ロール１１及び電極ロール１２を圧延材２１の搬送方向に無制限に移動させると、前記電極ロール１１及び電極ロール１２が圧延ロール２２に衝突してしまう。そこで、前記電極ロール１１及び電極ロール１２の移動量を制限するとともに、搬送方向に移動させた電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させて、初期の位置に復帰させる必要がある。
【００７９】
そのため、制御装置１４は、圧延材２１の温度分布が搬送方向に関して広い範囲に渡って均一である場合に、搬送方向に移動させた電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させるように制御する。なお、圧延材２１の温度分布が搬送方向に関して広い範囲に渡って均一でない場合に電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させることは、制御が複雑になるので、避けることが望ましい。
【００８０】
この場合、制御装置１４は、電極ロール１１と電極ロール１２との間隔を変更しないようにして、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させるように制御する。ここで、電極ロール１１及び電極ロール１２が搬送方向と逆方向に移動するので、圧延材２１と電極ロール１１及び電極ロール１２との相対的な移動速度は上昇する。すなわち、速度ｖの値が大きくなる。そして、通電時間はｄｔは、前記式（２）で示されるように、速度ｖに反比例するので、圧延材２１への通電時間ｄｔが短くなってしまう。そのため、前記式（１）から分かるように、圧延材２１の温度上昇量ｄＴの値が小さくなってしまい、所定の温度にまで加熱することができなくなる。
【００８１】
そこで、制御装置１４は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時、圧延材２１に通電する電流値Ｉを大きくするように制御する。ここで、圧延材２１の温度上昇量ｄＴを、電極ロール１１及び電極ロール１２が搬送方向と逆方向に移動する場合と移動しない場合とで等しくすると、前記式（１）から、次の式（３）で与えられる関係が得られる。
【００８２】
【数２】
なお、Ｉ’は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の電流値、ｖ’は、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の圧延材２１と電極ロール１１及び電極ロール１２との相対的な移動速度である。
【００８４】
そして、前記式（３）から、電極ロール１１及び電極ロール１２を搬送方向と逆方向に移動させる時の電流値Ｉ’は、次の式（４）によって決定することができる。
【００８５】
【数３】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された第１の電極ロールとしての電極ロール１１又は第２の電極ロールとしての電極ロール１２の位置を、圧延材２１の温度分布に対応して移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。この場合、温度の相違する部分の境界が電極ロール１１又は電極ロール１２に差し掛かった時点で、前記電極ロール１１又は電極ロール１２は移動を開始し、前記境界の移動に対応して移動する。
【００８７】
そのため、圧延材２１の中間部分において、温度分布が搬送方向に関して不均一であっても、適切に通電加熱して、温度分布を均一にすることができる。例えば、何らかの原因で圧延材２１の一部の温度が低下している場合や、スキッドマークと呼ばれる低温部分が発生し、圧延材２１の搬送方向に関して極めて短い距離で温度がパルス状に変化している場合であっても、圧延材２１の温度分布を均一にすることができる。
【００８８】
したがって、圧延装置に導入される直前の圧延材を均一な温度に加熱することができるので、圧下率が均一となり、均一な断面形状や断面寸法を有する棒材や板材を得ることができる。
【００８９】
また、電極ロール１１と電極ロール１２との間に対応する部分の圧延材２１に電流を導通して、ジュール熱によって圧延材２１を加熱するので、熱効率が高く、少ない消費エネルギーで速やかに加熱することができる。
【００９０】
さらに、電極ロール１１が圧延材２１の上面に接触し、電極ロール１２が圧延材２１の下面に接触しているので、搬送方向に関して電極ロール１１と電極ロール１２とを同じ位置にすることもできるので、電極ロール１１及び電極ロール１２を移動させることのできる範囲が広くなり、温度制御が容易になる。
【００９１】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、前記第１の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【００９２】
図１６は本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の概念図、図１７は本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【００９３】
本実施の形態においては、図１６に示されるように、第１電極としての電極ロール１１は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１１ｂから成り、第２電極としての電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１２ｂから成る。そして、電源装置１５は、電力線１８及び電力線１９を介して、前記電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂ及び電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂに電流を供給するようになっている。
【００９４】
また、図１７に示されるように、圧延ロール２２の搬送方向における上流側において圧延材２１の下方に、電極ロール１１ａ及び電極ロール１１ｂを支持するための電極ロール支持装置３０が配設され、さらに搬送方向における上流側において、圧延材２１の下方に、電極ロール１２ａ及び電極ロール１２ｂを支持するための電極ロール支持装置３０が配設されている。本実施の形態においては、可動ユニット３２に一端が固定された支持ロッド３３’には、二本の電極ロール、すなわち、電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂ及び電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂの図示されない中心軸の端部が、それぞれ回転可能に取り付けられている。
【００９５】
なお、他の点における構成及び動作については、前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明を省略する。
【００９６】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ロール１１及び電極ロール１２の位置を、圧延材２１の温度分布に対応して移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。そして、電極ロール１１は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１１ｂから成り、電極ロール１２は圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール１２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール１２ｂから成る。そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果に加えて、更なる効果を奏する。
【００９７】
すなわち、前記第１の実施の形態においては、電極ロール１１は圧延材２１の上面に接触し、電極ロール１２は圧延材２１の下面に接触するようになっているので、圧延材２１には、電極ロール１１によって上方向からの力が加えられ、搬送方向に関して異なる位置において、電極ロール１２によって下方向からの力が加えられることになる。そのため、電極ロール１１及び電極ロール１２によって、圧延材２１に剪（せん）断力が加えられるので、圧延材２１が軟質の金属から成る場合や薄い板材である場合等には、圧延材２１が変形してしまう可能性がある。
【００９８】
これに対し、本実施の形態においては、電極ロール１１ａと電極ロール１１ｂとで圧延材２１を上下方向から挟み込み、また、電極ロール１２ａと電極ロール１２ｂとで圧延材２１を上下方向から挟み込んでいるので、圧延材２１に剪断力が加えられることがない。そのため、圧延材２１が軟質の金属から成る場合や薄い板材である場合等でも、圧延材２１が変形してしまうことがない。
【００９９】
また、前記第１の実施の形態においては、圧延材２１の上面に接触する電極ロール１１と圧延材２１の下面に接触する電極ロール１２との間で通電するので、圧延材２１の厚い部材であると、厚さ方向に関して電流の分布が不均一になってしまう。そのため、ジュール熱の発生状態が圧延材２１の厚さ方向に関して不均一となり、温度分布が圧延材２１の厚さ方向に関して不均一となってしまう。
【０１００】
これに対し、本実施の形態においては、圧延材２１の上下面に接触する電極ロール１１ａ及び電極ロール１１ｂと電極ロール１２ａ及び電極ロール１２ｂとの間で通電するので、圧延材２１の厚い部材であっても、厚さ方向に関して電流の分布が均一になる。そのため、ジュール熱の発生状態が圧延材２１の厚さ方向に関して均一となり、温度分布が圧延材２１の厚さ方向に関して均一となる。
【０１０１】
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。なお、前記第１及び第２の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１０２】
図１８は本発明の第３の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１０３】
本実施の形態において、第１の電極としての電極ロール４１は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール４１ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール４１ｂから成り、第２の電極としての電極ロール４２は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール４２ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール４２ｂから成る。そして、前記電極ロール４１と電極ロール４２との間に電流が供給されて、圧延材２１に通電される。なお、図１８において、制御装置１４、電源装置１５等は省略されている。また、前記電極ロール４１ａ及び電極ロール４１ｂ、並びに、電極ロール４２ａ及び電極ロール４２ｂを支持する装置は、ロールを転動可能に支持する装置であれば、従来公知の装置であってよいので、説明を省略する。
【０１０４】
この場合、前記電極ロール４１ａ及び電極ロール４１ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ａ及びＣで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ロール４１ａと電極ロール４１ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する、すなわち、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関して互いに同じ位置になるように移動する場合について説明する。また、前記電極ロール４２ａ及び電極ロール４２ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ｂ及びＤで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ロール４２ａと電極ロール４２ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する場合について説明する。また、前記電極ロール４１と電極ロール４２とは、互いに互いに独立して移動することができるようになっている。
【０１０５】
ここで、温度検出器１３は圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。そして、前記電極ロール４１と電極ロール４２とは、圧延材２１の搬送方向に関する温度分布に対応して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるだけでなく、圧延材２１の幅方向に関する温度分布に対応して、矢印Ｃ及びＤで示されるように、圧延材２１の幅方向に移動させられるようになっている。
【０１０６】
例えば、圧延材２１の幅方向に関する温度分布が均一である場合、電極ロール４１は、圧延材２１の搬送方向に向かって左側（図における上側）の側縁近傍に位置し、電極ロール４２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側（図における下側）の側縁近傍に位置するように移動させられる。これにより、圧延材２１の幅方向に関して全体に通電することができる。
【０１０７】
また、圧延材２１の搬送方向に向かって左側部分の温度が右側部分の温度よりも高い場合、電極ロール４１は圧延材２１の幅方向の中央に位置し、電極ロール４２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側の側縁近傍に位置するように移動させられる。これにより、温度の低い圧延材２１の搬送方向に向かって右側部分に通電して、加熱することができる。
【０１０８】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ロール４１と電極ロール４２との位置を、圧延材２１の搬送方向の温度分布に対応して搬送方向に移動させるだけでなく、圧延材２１の幅方向の温度分布に対応して幅方向に移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。
【０１０９】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第１の実施の形態と同様の効果に加え、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１１０】
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。なお、前記第１〜３の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１１１】
図１９は本発明の第４の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１１２】
本実施の形態において、第１電極としての電極ボール４５は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ボール４５ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ボール４５ｂから成り、第２電極としての電極ボール４６は、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ボール４６ａ及び圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ボール４６ｂから成る。そして、前記電極ボール４５と電極ボール４６との間に電流が供給されて、圧延材２１に通電される。なお、図１９において、制御装置１４、電源装置１５等は省略されている。また、前記電極ボール４５ａ及び電極ボール４５ｂ、並びに、電極ボール４６ａと電極ボール４６ｂを支持する装置は、球体を転動可能に支持する装置であれば、従来公知の装置であってよいので、説明を省略する。
【０１１３】
この場合、前記電極ボール４５ａ及び電極ボール４５ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ａ及びＣで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ボール４５ａと電極ボール４５ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する、すなわち、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関して互いに同じ位置になるように移動する場合について説明する。また、前記電極ボール４６ａ及び電極ボール４６ｂは、圧延材２１の上面及び下面に接触しつつ回転して、矢印Ｂ及びＤで示されるように、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に移動することができるようになっている。なお、前記電極ボール４６ａと電極ボール４６ｂとは、互いに独立して移動することができるようにしてもよいが、本実施の形態においては、同調して移動する場合について説明する。また、前記電極ボール４５と電極ボール４６とは、互いに互いに独立して移動することができるようになっている。
【０１１４】
ここで、温度検出器１３は、前記第３の実施の形態と同様に、圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば、三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。そして、前記電極ボール４５と電極ボール４６は、前記第３の実施の形態における電極ロール４１及び電極ロール４２と同様に、圧延材２１の搬送方向に関する温度分布に対応して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるだけでなく、圧延材２１の幅方向に関する温度分布に対応して、矢印Ｃ及びＤで示されるように、圧延材２１の幅方向に移動させられるようになっている。
【０１１５】
このように、本実施の形態においては、圧延装置の圧延ロール２２の搬送方向における上流側に配設された電極ボール４５と電極ボール４６の位置を、圧延材２１の搬送方向の温度分布に対応して搬送方向に移動させるだけでなく、圧延材２１の幅方向の温度分布に対応して幅方向に移動させて、圧延材２１に通電するようになっている。
【０１１６】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、前記第３の実施の形態と同様に、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１１７】
さらに、前記第３の実施の形態においては、第１電極及び第２電極が電極ロール４１及び電極ロール４２であるのに対して、本実施の形態においては、第１の電極及び第２の電極が電極ボール４５及び電極ボール４６である。そのため、第１の電極及び第２の電極の圧延材２１の幅方向に関する位置をきめ細かく制御することができるので、圧延材２１の幅方向に関する温度分布をきめ細かく制御することができる。
【０１１８】
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。なお、前記第１〜４の実施の形態と同じ構成及び同じ動作については、その説明を省略する。
【０１１９】
図２０は本発明の第５の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【０１２０】
本実施の形態においては、図２０に示されるように、第１電極及び第２電極が圧延材２１の幅方向に複数個、例えば、三個に、分割されている。この場合、第１電極は電極ロール５１、電極ロール５３及び電極ロール５５から成り、第２電極は電極ロール５２、電極ロール５４及び電極ロール５６から成る。ここで、記電極ロール５１及び電極ロール５２は、圧延材２１の搬送方向に向かって右側約１／３の幅の部分に対応し、前記電極ロール５３及び電極ロール５４は、圧延材２１の搬送方向に向かって中央約１／３の幅の部分に対応し、前記電極ロール５５及び電極ロール５６は、圧延材２１の搬送方向に向かって左側約１／３の幅の部分に対応する。また、温度検出器１３は圧延材２１の幅方向に並列して複数個、例えば、三個、配設され、圧延材２１の幅方向に関する温度分布を測定することができるようになっている。
【０１２１】
そして、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、圧延材２１の下面に回転しながら接触する電極ロール５１ａ、電極ロール５２ａ、電極ロール５３ａ、電極ロール５４ａ、電極ロール５５ａ及び電極ロール５６ａ、並びに、圧延材２１の上面に回転しながら接触する電極ロール５１ｂ、電極ロール５２ｂ、電極ロール５３ｂ、電極ロール５４ｂ、電極ロール５５ｂ及び電極ロール５６ｂから成る。ここで、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、独立して、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられるようになっている。また、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６への電流の供給も、それぞれ、独立して制御されるようになっている。なお、その他の構成については、前記第２の実施の形態とほぼ同様であるので、説明を省略する。
【０１２２】
この場合、圧延材２１の幅方向に並列して三個配設された温度検出器１３によって、圧延材２１の幅方向に関する温度分布が測定される。そして、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関する温度分布に対応して、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６が、矢印Ａ及びＢで示されるように、圧延材２１の搬送方向に移動させられ、かつ、通電量の制御も行われる。
【０１２３】
このように、本実施の形態において、第１電極は、圧延材２１の幅方向に分割され、電極ロール５１、電極ロール５３及び電極ロール５５から成り、第２電極は、圧延材２１の幅方向に分割され、電極ロール５２、電極ロール５４及び電極ロール５６から成る。そして、圧延材２１の搬送方向及び幅方向に関する温度分布に対応して、前記電極ロール５１、電極ロール５２、電極ロール５３、電極ロール５４、電極ロール５５及び電極ロール５６は、それぞれ、独立して、圧延材２１の搬送方向に移動させられ、また、独立して該圧延材２１に通電するようになっている。
【０１２４】
そのため、本実施の形態における通電加熱装置は、圧延材２１の温度分布が幅方向に関して不均一であっても、圧延ロール２２によって圧延される前に、前記圧延材２１の温度分布を均一にすることができるという効果を奏する。
【０１２５】
さらに、前記第３及び４の実施の形態においては、第１電極及び第２電極を圧延材２１の幅方向に移動させる必要があるのに対して、本実施の形態においては、第１電極及び第２電極を圧延材２１の幅方向に移動させる必要がない。そのため、第１電極及び第２電極の位置の制御アルゴリズムを単純化することができる。
【０１２６】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【０１２７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、通電加熱装置においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極と、前記搬送方向に移動可能に配設された第２電極と、前記第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器と、該温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する制御装置とを有する。
【０１２８】
また、通電加熱方法においては、圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極及び第２電極の搬送方向における上流側に配設された温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記圧延材の搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する。
【０１２９】
この場合、圧延装置の導入される圧延材の中間部分に何らかの原因で温度が不均一な部分が発生しても、簡素、かつ、コンパクトな構成の装置によって、前記圧延材の温度分布を容易に均一にすることができる。
【０１３０】
また、前記圧延材の温度分布が種々の形態であっても、前記圧延材の温度分布を均一にすることができる。例えば、前記温度が不均一な部分が、スキッドマークのように特殊な温度分布を有する場合であっても、前記圧延材の温度分布を均一にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における電極ロール支持装置の構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第１の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第２の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例を示す図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第３の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例を示す図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第４の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例を示す図である。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第５の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例を示す図である。
【図１５】本発明の第１の実施の形態における圧延材の温度分布の第６の例に対応する電極ロールの位置の変化を示す図である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態における通電加熱装置の構成を示す斜視図である。
【図１８】本発明の第３の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図１９】本発明の第４の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【図２０】本発明の第５の実施の形態における通電加熱装置の概念図である。
【符号の説明】
１１、１２、４１、４２、５１、５２、５３、５４、５５、５６ 電極ロール
１３ 温度検出器
１４ 制御装置
２１ 圧延材
２１ａ 前方部分
２１ｂ 後方部分
４５、４６ 電極ボール
Claims (11)
- （ａ）圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極と、
（ｂ）前記搬送方向に移動可能に配設された第２電極と、
（ｃ）前記第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器と、
（ｄ）該温度検出器の出力に基づき、前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱する制御装置とを有することを特徴とする通電加熱装置。 - 前記第１電極及び第２電極はロールである請求項１に記載の通電加熱装置。
- 前記第１電極及び第２電極はボールであり、前記圧延材の幅方向にも移動可能である請求項１に記載の通電加熱装置。
- 前記第１電極及び第２電極はそれぞれ前記幅方向に複数個配設され、独立して移動可能である請求項１〜３のいずれか１項に記載の通電加熱装置。
- 前記制御装置は前記圧延材に通電する電流を制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の通電加熱装置。
- （ａ）圧延材の搬送方向に移動可能に配設された第１電極及び第２電極の前記搬送方向における上流側に配設された温度検出器の出力に基づき、
（ｂ）前記圧延材における低温部分と高温部分との境界が前記第１電極又は第２電極に差し掛かった時に、該第１電極又は第２電極を前記搬送方向に移動させて前記圧延材を通電加熱することを特徴とする通電加熱方法。 - 前記低温部分が前記搬送方向における上流側に存在する場合、該低温部分の前記搬送方向における下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を伸長させ、前記低温部分が前記下流側に存在する場合、該低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて前記第１電極と第２電極との距離を短縮させる請求項６に記載の通電加熱方法。
- 前記境界において温度がステップ状に変化する場合、前記第１の電極又は第２の電極を前記圧延材の移動速度に等しい速度で移動させる請求項７に記載の通電加熱方法。
- 前記低温部分と高温部分との間に温度がリニアに変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を前記圧延材の移動速度より低い速度で移動させる請求項７に記載の通電加熱方法。
- 前記低温部分と高温部分との間に温度が段階的に変化する部分が存在する場合、前記第１電極又は第２電極を段階的に移動させる請求項７に記載の通電加熱方法。
- 前記低温部分の搬送方向に関する長さが短い場合、前記低温部分の前記下流側に隣接する高温部分との境界が前記第１電極に差し掛かった時に、該第１電極を前記搬送方向に移動させるとともに、前記低温部分の前記上流側に隣接する高温部分との境界が前記第２電極に差し掛かった時に、該第２電極を前記搬送方向に移動させて、前記第１電極と第２電極との距離を移動させる前後において等しくさせる請求項６に記載の通電加熱方法。
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