JP4244820B2

JP4244820B2 - 誘導加熱方法

Info

Publication number: JP4244820B2
Application number: JP2004045086A
Authority: JP
Inventors: 康人飯田; 伸二小島; 均石田
Original assignee: Daido Steel Co Ltd
Current assignee: Daido Steel Co Ltd
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2009-03-25
Anticipated expiration: 2024-02-20
Also published as: JP2005235653A

Description

この発明は、長尺なビレット等の被加熱材を誘導加熱により加熱する誘導加熱方法に関するものである。

従来、長尺なビレット等の被加熱材を圧延に先立って加熱する方法として、ラジアントチューブを用いた間接加熱が知られている。しかし、間接加熱方式では温度変更に時間が掛かるため、鋼種によって加熱温度が異なる複数種の被加熱材を小ロットで処理する場合には、鋼種変更時におけるロスタイムが長くなる問題があった。そこで、加熱温度の変更が容易な誘導加熱方式が採用されている(例えば、特許文献１参照)。特許文献１に開示の装置は、複数の誘導加熱コイルおよび移送用のローラが、炉内に交互に直列に配置され、これら複数の誘導加熱コイル内に被加熱材を通過させることで、該被加熱材を加熱するよう構成されている。
特開平８−２０８２２号公報

前記特許文献１に開示の技術では、炉内に配置した複数の誘導加熱コイル内に、被加熱材を一方向に移動しつつ加熱するものであるため、該被加熱材を目標温度まで加熱するためには大容量の誘導加熱コイルおよび電源を必要とし、設備費が嵩む問題がある。そこで、被加熱材を、炉内で長手方向に所定ピッチで往復移動(遥動)を繰り返すオシレーションを行なうことが提案されている。

ここで、被加熱材を全長に亘って均一に加熱するには、誘導加熱コイルから得られる熱量が、被加熱材の全ての部位において同じ必要がある。しかるに、誘導加熱コイルの配設ピッチの整数ピッチで、被加熱材の遥動を正確に行なっても、材料加速時および減速時における誘導加熱コイル内に存在する時間変化の影響は避けられず、材料長手方向に温度むらが発生するおそれがある。また、遥動により誘導加熱コイル内に存在する被加熱材の長さが変わることによって負荷変動が起こり、その結果としてコイル電力が変化して、これによっても温度むらが発生する難点が指摘される。

また前記被加熱材は、一旦目標温度まで加熱された後、材料表面温度が低下しない程度にコイル出力を絞って均熱することが行なわれるが、この均熱中においては、被加熱材が常に存在している誘導加熱コイル内は、材料からの輻射があるために高い温度に保持されているが、被加熱材における長手方向の端部に対応する誘導加熱コイルには材料が出入りするために、材料からの輻射が半減して温度が低くなってしまう。すなわち、材料端部は、その他の部位より温度の低い誘導加熱コイルを出入りするため、該誘導加熱コイルによる加熱量より、材料からの放熱量が大きくなり、端部の温度が低下してしまい、温度むらが発生する。

更に、被加熱材における長手方向の端部では、その外側面および端面から放熱するのに対し、その他の部位においては外側面からのみ放熱するため、端部の温度低下が大きい。そのため、前述した均熱時間が長くなる程、端部の温度が他の部位に比して低下してしまい、温度むらが発生していた。

すなわち本発明は、前述した従来の技術に内在している前記課題に鑑み、これを好適に解決するべく提案されたものであって、誘導加熱される被加熱材に温度むらが生ずるのを抑制し得る誘導加熱方法を提供することを目的とする。

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本発明に係る誘導加熱方法は、
被加熱材の長さ寸法より短尺な誘導加熱コイルと材料移送用の移送ローラとを交互に複数直列に配置し、複数の誘導加熱コイル内に亘って臨むと共に移送ローラ群に載置されている前記被加熱材を、所定ピッチで長手方向に往復移動しつつ加熱するようにした誘導加熱方法において、
前記被加熱材の往復移動に際して、その折返し時に該被加熱材の前記誘導加熱コイルから出る部位および入る部位の表面温度を検出し、
前記出る部位の第１検出温度が前記入る部位の第２検出温度より高い場合は、前記折返し時に被加熱材が減速・停止するのに要する時間を長くすることで前記入る部位が誘導加熱コイル内に存在する時間を長くし、前記第１検出温度が第２検出温度より低い場合は、前記折返し時に被加熱材が減速・停止するのに要する時間を短くすることで前記入る部位が誘導加熱コイル内に存在する時間を短くするよう被加熱材の移動速度を制御することを特徴とする。

本発明に係る誘導加熱方法によれば、被加熱材の往復移動に際して、その折返し時に誘導加熱コイルから出る部位と入る部位の表面温度に応じて被加熱材の移動速度を増減速制御することで、該被加熱材の各部位が誘導加熱コイル内に存在している時間を可変するようにしたから、被加熱材の全長に亘って均一に加熱することができる。

次に、本発明に係る誘導加熱方法につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。

図１に示す如く、実施例１に係る誘導加熱装置１０は、炉体１２の内部長手方向に、複数(実施例では６個であるがその数に限定されない)の誘導加熱コイル１４が、所定ピッチ(コイルピッチＰ)で離間して直列に配置されると共に、各誘導加熱コイル１４,１４の間には移送用の移送ローラ１６が回転自在に配置されている。すなわち、炉体内には、誘導加熱コイル１４と移送ローラ１６とが長手方向に交互に複数直列に配置されており、ビレット等の長尺な被加熱材１８は、複数のローラ群上に載置された状態で、その長手方向に往復移動されるよう構成される。前記誘導加熱コイル１４は、被加熱材１８が通過可能な内径に設定された筒状の耐火材および断熱材からなるケーシング２０内に配設され、該誘導加熱コイル１４に電源２２から所定の電力を供給することで、誘導加熱コイル１４内を通過する被加熱材１８を加熱するよう構成されている。なお、誘導加熱コイル１４(ケーシング２０)における材料長手方向の長さは、被加熱材１８の長さ寸法より短尺に設定され、誘導加熱装置１０により被加熱材１８を加熱する際には、該被加熱材１８は常に複数の誘導加熱コイル１４内に亘って臨むようになっている。

前記各移送ローラ１６には、夫々駆動モータＭが連繋されており、該モータＭにより移送ローラ１６が回転駆動されるよう構成される。各駆動モータＭは、制御手段２４が備えるコントローラ２６に夫々接続され、該コントローラ２６により全ての駆動モータＭの回転方向および回転速度が同期して制御されるようになっている。すなわち、駆動モータＭは、停止状態から正転方向に起動・加速−定速−減速・停止した後、逆転方向に起動・加速−定速−減速・停止する動作パターンを繰り返すよう設定される。なお、起動時の加速度および停止時の減速度は一定に設定される。

前記被加熱材１８の遥動に際して先端(一方の端部)１８ａが通過する領域に、該先端１８ａの通過を検出する一対のセンサ２８,３０が、コイルピッチＰより短かいピッチで配置されており、両センサ２８,３０の検出信号は、前記コントローラ２６に入力されるように設定される。そしてコントローラ２６では、各駆動モータＭを正転方向に起動して予め設定された定速度Ｖまで加速し、各移送ローラ１６の正回転により第１停止位置(図２(ａ)参照)から前進移動した被加熱材１８の先端１８ａの通過を、第１センサ２８で検出した後に第２センサ３０で検出したときに各駆動モータＭを減速・停止制御し、被加熱材１８を第２停止位置(図２(ｂ)参照)で停止する。次いで、コントローラ２６は、所定時間の停止後に、各駆動モータＭを逆転方向に起動して定速度Ｖまで加速し、各移送ローラ１６の逆回転により第２停止位置から後退移動した被加熱材１８の先端１８ａの通過を、第２センサ３０で検出した後に第１センサ２８で検出したときに、各駆動モータＭを減速・停止制御し、被加熱材１８を第１停止位置で停止するよう設定される。なお、前記一対のセンサ２８,３０の配設ピッチは、加速および減速等を考慮して、前記被加熱材１８が停止する第１停止位置と第２停止位置とのピッチが、前記略コイルピッチＰとなるよう設定され、これによって加熱中において被加熱材１８は、その長手方向に略コイルピッチＰの範囲で往復移動を繰り返すオシレーションを行なうようになっている。

前記炉内で遥動している被加熱材１８の表面温度を常に検出可能な位置(実施例では誘導加熱コイル１４,１４の間)に、前記被加熱材１８の遥動に際して、その折返し時に誘導加熱コイル１４から出る部位Ａ(図２(ｂ)においてハッチングを付した部位)および誘導加熱コイル１４に入る部位Ｂ(図２(ｂ)においてハッチングを付していない部位)の表面温度を検出する放射温度計等の温度センサ３２が配設される。この温度センサ３２で検出された出る部位Ａに対応する第１検出温度Ｈ₁および入る部位Ｂに対応する第２検出温度Ｈ₂は、前記制御手段２４の比較部３４に入力され、該比較部３４において第１検出温度Ｈ₁と第２検出温度Ｈ₂との高低を判断するようになっている。そして、制御手段２４では、第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より高い場合には、前記駆動モータＭの前記定速度Ｖを予め設定されている値だけ上げるよう前記コントローラ２６を制御して、被加熱材１８が減速・停止する際に要する時間(距離)を長くすることで、折返しが遅く行なわれるようにし、逆に第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より低い場合には、前記駆動モータＭの定速度Ｖを予め設定されている値だけ下げるよう前記コントローラ２６を制御して、被加熱材１８が減速・停止する際に要する時間(距離)を短かくすることで、折返しを早くするよう設定される。すなわち、折返しが遅く行なわれる場合は、折返し時に誘導加熱コイル１４に入る部位Ｂが該コイル内に存在している時間が長くなり、出る部位Ａより昇温されることで被加熱材１８の各部位を均一に加熱することができる。これに対し、折返しが早く行なわれる場合は、折返し時に誘導加熱コイル１４に入る部位Ｂが該コイル内に存在している時間が短かくなると共に、出る部位Ａが短時間で誘導加熱コイル内に入ることとなり、被加熱材１８の各部位を均一に加熱することができる。

〔実施例１の作用〕
次に、実施例１に係る誘導加熱装置の作用につき、加熱方法との関係で説明する。すなわち、前記炉体１２の内部に被加熱材１８を装入すると共に、炉内に不活性ガス(Ｎ₂,Ａｒガス等)を供給したもとで、前記電源２２から一定の電力を各誘導加熱コイル１４に供給する。また前記各駆動モータＭを、前述したパターンで駆動制御することで、前記移送ローラ群に載置されている被加熱材１８は、略コイルピッチＰで長手方向に往復移動を繰り返して各部位が誘導加熱コイル１４を出入りすることで、該被加熱材１８の全体は目標温度まで加熱される。

前記被加熱材１８の遥動に際し、前記温度センサ３２では、遥動ピッチ(コイルピッチＰ)の長さに亘って該被加熱材１８の表面温度が検出されて、その検出温度は前記比較部３４に入力される。この温度センサ３２で検出される遥動ピッチの半分に対応する表面温度は、被加熱材１８の折返し時に誘導加熱コイル１４から出る部位Ａに対応する第１検出温度Ｈ₁であり、他の半分に対応する表面温度は、折返し時に誘導加熱コイル１４に入る部位Ｂに対応する第２検出温度Ｈ₂である。すなわち、前記温度センサ３２では、被加熱材１８が遥動している間は、前記出る部位Ａと入る部位Ｂの表面温度を夫々検出している。

前記比較部３４では、入力される出る部位Ａに対応する第１検出温度Ｈ₁と入る部位Ｂに対応する第２検出温度Ｈ₂との高低を判断し、温度差があれば、前記制御手段２４が次のようにコントローラ２６を制御して被加熱材１８の移動速度を可変する。
(1) 第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より高い場合は、前記各駆動モータＭに設定されている定速度Ｖを上げ、被加熱材１８が減速・停止する際に要する時間(距離)を長くすることで、折返しが遅く行なわれるようにする。これにより、温度の低い入る部位Ｂが折返し時に誘導加熱コイル１４内に存在している時間が長くなり、出る部位Ａより昇温されることで、被加熱材１８の各部位は均一に加熱される。
(2) 第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より低い場合は、各駆動モータＭに設定されている定速度Ｖを下げ、被加熱材１８が減速・停止する際に要する時間(距離)を短かくすることで、折返しが早く行なわれるようにする。これにより、温度の高い入る部位Ｂが折返し時に誘導加熱コイル１４内に存在している時間が短かくなると共に、温度の低い出る部位Ａが短時間で誘導加熱コイル１４内に入って加熱されることとなり、被加熱材１８の各部位は均一に加熱される。

すなわち、遥動の折返し時に誘導加熱コイル内から出る部位Ａと入る部位Ｂとの表面温度の差に応じて、被加熱材１８の移動速度を可変することで、該被加熱材１８における各部位が誘導加熱コイル１４で加熱される時間(コイル内に存在している時間)を可変するようにしたから、被加熱材１８を全長に亘って均一に加熱することができる。ちなみに、従来の誘導加熱装置では、被加熱材１８の出る部位Ａと入る部位Ｂとの温度差が５０℃以上であったが、実施例１の誘導加熱装置１０を用いることで、その温度差を２０℃以下に抑えることが可能となった。

なお、実施例１における被加熱材の移動速度の制御は、第１検出温度と第２検出温度との温度差の大きさに応じて、定速度を上げたり下げたりする幅を可変するように設定してもよい。また定速度を変更することなく、加速度または減速度を可変することで、被加熱材における各部位が誘導加熱コイル内に存在する時間を可変するようにし得る。例えば、第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より高い場合は、各駆動モータＭに設定されている加速度や減速度を下げて、入る部位Ｂが折返し時に誘導加熱コイル１４内に存在している時間を長くする。また第１検出温度Ｈ₁が第２検出温度Ｈ₂より低い場合は、各駆動モータＭに設定されている加速度や減速度を上げて、入る部位Ｂが折返し時に誘導加熱コイル１４内に存在している時間を短かくする。

図３は、実施例２に係る誘導加熱装置３６を示すものであって、基本的な構成は、前述した実施例１と同じであるので、異なる部分についてのみ説明する。

すなわち、前記各誘導加熱コイル１４に電力を供給する１基の電源２２に対して、各誘導加熱コイル１４がブスバー等を介して並列に接続されると共に、各誘導加熱コイル１４には開閉器３８が夫々接続され、各誘導加熱コイル１４毎に電力の入・切を行ない得るよう構成される。なお、前記開閉器３８は、誘導加熱コイル１４への電力供給状態を可変する変更手段として機能する。

〔実施例２の作用〕
次に、実施例２に係る誘導加熱装置の作用につき、加熱方法との関係で説明する。前記被加熱材１８を炉体１２の内部に装入し、前述した実施例１と同様に、その長手方向に往復移動させつつ加熱する。この被加熱材１８が目標温度に達すると、該被加熱材１８からの放熱量と、誘導加熱コイル１４による加熱量とが同等となるように、前記電源２２から各誘導加熱コイル１４に供給される電力を調節する。これにより被加熱材１８は均熱される。なお、この均熱中においても、被加熱材１８は遥動している。

前記被加熱材１８の均熱中において、前述した如く、材料端部は、その他の部位に比ベて表面積が大きいために温度低下が大きく、その他の部位に比ベて低温となってしまう。そこで、被加熱材１８を炉体内から抽出する前に、材料端部が出入りする誘導加熱コイル１４を除く他の誘導加熱コイル１４の開閉器３８を開放して電力の供給を遮断し、材料端部が出入りする誘導加熱コイル１４のみに電力を供給して材料端部のみを加熱する。これにより、抽出時における被加熱材１８の温度を全体に亘って均一にすることができる。なお、被加熱材１８の長さ寸法が異なる場合であっても、当該被加熱材１８の端部に対応する誘導加熱コイル１４のみに電力を供給して加熱することができる。

なお、実施例２では、誘導加熱コイル１４への電力供給状態の変更手段として、電力の入・切を行なう開閉器３８を挙げたが、これに代えて、誘導加熱コイル１４へ供給する電力量自体を可変可能なタップ付きトランスを採用することができる。この場合は、前述した被加熱材１８の均熱中において、材料端部が出入りする誘導加熱コイル１４の出力を、他の部位が出入りする誘導加熱コイル１４の出力より上げることで、材料全体の温度を均一に保持することができる。

前述した各実施例における誘導加熱装置１０,３６で被加熱材１８を加熱するに際しては、図４に示すように、被加熱材１８における長手方向の両端面に、断熱材４０を夫々貼付けるようにしてもよい。この断熱材４０としては、例えばセラミックファイバーからなる厚み１０ｍｍ程度のものを用い、該断熱材４０をモルタル等で材料端面に貼付ける。すなわち、材料端面に断熱材４０を貼付けることで、該端面からの放熱が抑制され、材料端部の温度低下が抑えられることで、被加熱材１８の全体の温度をより均一化することが可能となる。なお、前記断熱材４０の材質としては、セラミックファイバーに限定されるものでなく、その他、従来公知のものを使用することができる。

〔変更例〕
本願は、前述した各実施例に限定されるものではなく、各種の変更が可能である。
例えば、実施例１の誘導加熱装置に、実施例２に用いられる電源供給系を採用することができ、この場合には、被加熱材の全体を均一に加熱および均熱することができる。更に、材料端面に断熱材を貼付けるようにすれば、更なる均一化が可能となる。また、各実施例において被加熱材を遥動する範囲を設定するセンサに代えて、駆動モータに設けた回転検出器等を用いて、一定回転数毎に駆動モータを反転制御するようにしてもよい。

なお、被加熱材の長さ寸法より短尺な誘導加熱コイルと材料移送用の移送ローラとを交互に複数直列に配置し、複数の誘導加熱コイル内に亘って臨むと共に移送ローラ群に載置されている前記被加熱材を、所定ピッチで長手方向に往復移動しつつ加熱するようにした誘導加熱方法において、前記被加熱材における長手方向の両端面に断熱材を夫々貼付けて加熱することでも、材料端部の温度低下を充分に抑制することが可能となる。すなわち、実施例１および実施例２の方法を採用することなく、材料端面に断熱材を貼付けるだけでも、被加熱材の端部の放熱を抑制することができる。しかも、この場合には従来の誘導加熱装置を変更することなくそのまま使用し得るから、設備コストの増加を招かない利点がある。

実施例１に係る誘導加熱装置の概略構成図である。実施例１に係る誘導加熱装置での被加熱材のオシレーションの状態を示す説明図である。実施例２に係る誘導加熱装置の概略構成図である。実施例３に係る被加熱材の材料端面に断熱材を貼付けた状態を示す概略斜視図である。

符号の説明

１４誘導加熱コイル
１６移送ローラ
１８被加熱材
Ａ出る部位
Ｂ入る部位
Ｈ_１第１検出温度
Ｈ_２第２検出温度

Claims

被加熱材(18)の長さ寸法より短尺な誘導加熱コイル(14)と材料移送用の移送ローラ(16)とを交互に複数直列に配置し、複数の誘導加熱コイル(14)内に亘って臨むと共に移送ローラ群に載置されている前記被加熱材(18)を、所定ピッチで長手方向に往復移動しつつ加熱するようにした誘導加熱方法において、
前記被加熱材(18)の往復移動に際して、その折返し時に該被加熱材(18)の前記誘導加熱コイル(14)から出る部位(A)および入る部位(B)の表面温度を検出し、
前記出る部位(A)の第１検出温度(H ₁ )が前記入る部位(B)の第２検出温度(H ₂ )より高い場合は、前記折返し時に被加熱材(18)が減速・停止するのに要する時間を長くすることで前記入る部位(B)が誘導加熱コイル(14)内に存在する時間を長くし、前記第１検出温度(H ₁ )が第２検出温度(H ₂ )より低い場合は、前記折返し時に被加熱材(18)が減速・停止するのに要する時間を短くすることで前記入る部位(B)が誘導加熱コイル(14)内に存在する時間を短くするよう被加熱材(18)の移動速度を制御する
ことを特徴とする誘導加熱方法。