JP4833906B2

JP4833906B2 - 誘導加熱設備

Info

Publication number: JP4833906B2
Application number: JP2007111607A
Authority: JP
Inventors: 毅晴片岡; 武木村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-04-20
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: JP2008266727A

Description

本発明は、被加熱材としての金属帯を急速加熱するための誘導加熱設備に関し、特に、２台以上の誘導加熱装置を直列に配置した誘導加熱設備に関する。

図３（ａ）に示されるように、被加熱材としての導電性の金属帯４を誘導加熱する誘導加熱設備１においては、個々の誘導加熱コイル２を銅やアルミなどの良導電性で非磁性の素材からなるコイルケース３で囲むことにより、漏洩磁束を磁気シールドして、周辺の外部機器の導電性部分が漏洩磁束によって加熱されること（ローカルヒート）を防いでいる。
その場合、誘導加熱コイル２とコイルケース３間をあまり近接させると、両者の間で放電が発生しやすくなるので、そのような放電を防止するために、両者の間隔を確保することが必要である。

また、一方で、誘導加熱で金属をキュリー点付近の高温域まで加熱する場合、金属の透磁率がキュリー点近傍で急激に低下してしまう影響を受けて、加熱速度もキュリー点近傍で急激に低下してしまい、一台の誘導加熱装置による加熱では、広い温度域で生産性を向上させた速い加熱速度に制御することが困難となる。
そのため、低温域と高温域の加熱領域ごとにそれぞれ誘導加熱装置５、６を割り当て、それらを近接して直列に配置することによって、全ての温度域における被加熱金属帯の加熱速度を好適な加熱速度に制御することが行われている。

ところが、複数台の誘導加熱装置５、６を直列に近接して配置する場合、コイルケース３の存在により、加熱コイル２、２間の間隔が広くなり、加熱コイル間に非加熱領域が存在するようになる。そのような誘導加熱設備を用いて金属帯４を加熱すると、低温側の誘導加熱装置５で加熱されてきた金属帯４は、加熱コイル２、２間を通過する間は加熱されないため温度上昇が停滞し、図３（ｂ）に示されるように、加熱途中に停滞部７が形成され、急速加熱の効果がその分減少することになる。

２台の誘導加熱装置５、６を直列に配置する場合、図３（ａ）に示されるように、コイルケース３間を、コイルケースと同様に非磁性材料で形成されたダクト８によって接続して、金属帯４を外気から遮断するようにしている。しかし、接続部での金属帯４の熱放散を最小限にするため、さらにダクト内部にセラミックファイバー製の断熱材を敷設するなどの対策を採ったとしても、熱放散を無くすことは困難であり、上記のような停滞部の発生を解消できないという問題がある。
特開平８−２０８２３号公報

そこで、本発明は、二つ以上の誘導加熱装置を近接して直列に配置した金属帯の誘導加熱設備において、誘導加熱装置間における熱放散を防止して、誘導加熱装置間に形成される非加熱領域による被加熱金属帯の温度上昇の停滞を最小限にできる手段を提供することを課題とする。

本発明は、導電性を有する金属体からなる加熱補償部材を、例えばダクト部の内部に配置することで、誘導加熱装置からの漏洩磁束により加熱補償部材が加熱され、加熱された加熱補償部材からの輻射熱により被加熱金属帯を加熱し、ダクト部での熱放散を防止して上記課題を解決するものであり、その要旨は次のとおりである。

（１）２台以上の誘導加熱装置を直列に配置した金属帯の誘導加熱設備であって、前記誘導加熱装置間の被加熱金属帯に対向する位置に、導電性材料からなる加熱補償部材を配置したことを特徴とする誘導加熱設備。
（２）前記（１）に記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材が、被加熱金属帯の両側の対向する位置に配置されていることを特徴とする誘導加熱設備。
（３）前記（１）または（２）に記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材の比透磁率が、被加熱金属帯の比透磁率よりも小さいことを特徴とする誘導加熱設備。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材を被加熱材の通板方向に２以上に分割して配置したことを特徴とする誘導加熱設備。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の誘導加熱設備において、前記誘導加熱装置がそれぞれコイルケースを有し、かつ、誘導加熱装置のコイルケース間がダクトによって連結されており、前記加熱補償部材がダクト内に配置されていることを特徴とする誘導加熱設備。

２台以上の誘導加熱装置が直列に配置された誘導加熱設備において、誘導加熱装置間に形成される非加熱領域を、誘導加熱装置の漏洩磁束により加熱された加熱補償部材からの輻射熱により補助的に熱補償し、これにより被加熱金属帯の温度上昇の停滞を最小限にすることで装置全体としての加熱速度を高めることができる。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態に係る誘導加熱設備１を側面から見た図であり、基本的には、前述の図３（ａ）に示す従来の誘導加熱設備と同様に、直列に配置された誘導加熱コイル２、２を、磁気シールドのために銅やアルミなどの非磁性材料からなるコイルケース３で囲み、コイルケース３間を同様に非磁性材料からなるダクト８で連結して構成されている。

本発明の実施の形態に係る誘導加熱設備では、直列に配置された誘導加熱コイル２、２間のダクト８内に、従来の誘導加熱設備とは異なり、磁性体で導電性の材料よりなる加熱補償部材９、１０が、被加熱材である鋼帯のような金属帯４と対向するように上下に配置される。

誘導加熱装置では、コイルケース３の金属帯４の通過するダクトの部分は開口部となっており、誘導加熱コイル２からの磁束は、この開口部から漏れてダクト８内に設けられた加熱補償部材９、１０に渦電流を発生させる。この渦電流によって発生するジュール熱によって、加熱補償部材９、１０は磁性を消失するキュリー点まで加熱される。

低温側の誘導加熱装置５で加熱されてきた金属帯４は、加熱コイル２、２間を通過するとき、加熱補償部材９、１０から放出される輻射熱により加熱される。このため、図１（ｂ）に示されるように、加熱途中に顕著な停滞部が形成されことがなくなり、加熱効率が向上する。

加熱補償部材９、１０は、漏洩磁束によって加熱されやすい材料、特に、磁性を有するとともに耐熱性を有する金属材料で構成されることが望ましい。鋼帯を加熱する場合には、珪素鋼やパーマロイなどの金属材料が用いられる。また、加熱補償部材を構成する金属の比透磁率を、被加熱金属帯のそれよりもよりも小さくした方が、トータルとしての効率が向上するため望ましい。加熱補償部材の比透磁率を小さくするのは、本来金属帯の加熱に使用されるべき磁束までもが、加熱補償部材の加熱に消費されるのを防止するためである。

また、加熱補償部材９、１０は、金属帯の幅方向全体にわたる幅を有し、ダクトの長さと同じ長さを有するのが望ましく、その形状は、板状であるのが簡単であるが、ダクト内に配置可能な形状であれば、特に板状に限定されるものではない。

誘導加熱装置を接続するダクト８の内面には、前述のようにセラミックファイバー製のブランケットが取り付けられているが、そのブランケットに、加熱補償部材９、１０を被加熱金属帯４と対向するように取り付けるのがよい。その場合、加熱補償部材と被加熱金属帯の間の伝熱の形態が幅射伝熱であることから、被加熱金属帯の表裏両面に対向するように加熱補償部材を配置するのがより効果的である。加熱補償部材と被加熱金属帯との距離は、同様に短い方がより効果的であるが、両者が干渉しないような距離にする必要がある。

図２は、本発明の他の実施の形態に係る加熱補償部材を用いた例を示す。この例では、加熱補償部材９１、９２、１０１、１０２は、鋼板の通板方向に２分割されて配置されている。これにより左側の加熱補償部材９１、１０１は左側の誘導加熱装置５の漏洩磁束により加熱され、右側の加熱補償部材９２、１０２は右側の誘導加熱装置６の漏洩磁束によりそれぞれ加熱されることになる。

図１に示す実施の形態で用いた加熱補償部材の例では、一つの加熱補償部材に左右両側の誘導加熱コイルからの漏洩磁束が集中し、それらが干渉して打ち消しあうため、その分加熱効率が低下するが、図２で用いた加熱補償部材では、被加熱金属帯の通板方向に２分割することで、各々の加熱補償部材が、それぞれ近接する誘導加熱装置からの漏洩磁束を吸収することができ、加熱効率がより高まる。また、この効果は、２分割に限らず３分割以上でも同様に得ることができる。

以上の実施の形態では、２台の誘導加熱装置を直列に配置した誘導加熱設備を用いて説明したが、３台以上の誘導加熱装置を配置した場合にも、誘導加熱装置間に加熱補償部材を配置することにより２台の場合と同様に実施できる。その場合、全ての誘導加熱装置間に加熱補償部材を配置してもよいが、より金属組織の変化が大きい高温側の誘導加熱装置間だけに配置しても本発明の効果を得ることができる。

以上のような本発明の実施可能性及び効果を、実施例により以下でさらに説明する。
なお、実施例で採用した例はそのための一例であり、本発明は、この例に限定されるものではなく、本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

２台の誘導加熱装置の間を５００ｍｍの長さのダクトで連結した設備を用いて、板厚０．８ｍｍ、幅１２１９ｍｍの冷延鋼板を５００℃から７００℃に誘導加熱した。５００℃までの加熱は通常の横型のラジアントチューブ炉にて実施した。
ダクト内に、長さ５００ｍｍ、幅１２１９ｍｍの導電性金属板よりなる加熱補償部材を設置した場合と、加熱補償部材を設置しない場合について、７００℃の温度まで昇温するために投入された２台の誘導加熱装置の合計電力量を算出し、得られた値から加熱補償部材を設置した効果を算出した。

その際、加熱補償部材としての導電性金属板には通常の軟鋼を使用し、予め加熱補償部材に冷却管を配置しておき、冷却管内を流れる冷却水の冷却条件をコントロールすることによって加熱補償部材の温度を制御し、加熱補償部材を構成する軟鋼の比透磁率を１０〜１７０の１０段階に調整した。また、加熱される冷延鋼板の温度は２台の誘導加熱装置の前後に取り付けられた放射温度計により測定した。

加熱補償部材を設置しない場合の電カ量を基準の電力とし、この基準電力に対し、加熱補償部材を設置することで基準電力から２％以上の電力削減が可能となったものを○、３％以上の削減が可能になったもの◎として、表１に各々の比透磁率における加熱補償部材の効果を示した。
いずれの場合も加熱補償部材を設置する効果が認められたが、加熱する鋼板の比透磁率１５０以上に対して、加熱補償部材を構成する軟鋼の比透磁率をそれ以下にした場合に特に大きい効果が認められた。

次に、前述と同じ装置を用い、被加熱材としての冷延鋼板の通板方向に２〜３分割した加熱補償部材を配置した場合の電力の改善効果を、同様に加熱補償部材の比透磁率を変化させて評価した。
分割していない単独の加熱補償部材を用いた場合の電力量を基準とし、分割型の加熱補償部材を用いることにより１０％以上の電力改善効果が認められたものを◎、１０％未満を○とした。
いずれの比透磁率の場合も、加熱補償部材を分割したことによる効果が認められ、電力量に変化がなく、その効果の認められないものはなかった。

本発明の実施の形態とその効果を説明するための図であり、（ａ）は本発明の実施の形態に係る誘導加熱設備を側面から見た図であり、（ｂ）はその加熱設備によって被加熱金属帯を加熱した場合の温度上昇曲線を示す図である。本発明の他の実施の形態を示す図である。従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１誘導加熱設備
２誘導加熱コイル
３コイルケース
４被加熱金属帯
５、６誘導加熱装置
７温度停滞部
８ダクト
９、１０加熱補償部材
９１、９２、１０１、１０２分割された加熱補償部材

Claims

２台以上の誘導加熱装置を直列に配置した金属帯の誘導加熱設備であって、前記誘導加熱装置間の被加熱金属帯に対向する位置に、導電性材料からなる加熱補償部材を配置したことを特徴とする誘導加熱設備。
請求項１に記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材が、被加熱金属帯の両側の対向する位置に配置されていることを特徴とする誘導加熱設備。
請求項１または２に記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材の比透磁率が被加熱金属帯の比透磁率よりも小さいことを特徴とする誘導加熱設備。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱設備において、前記加熱補償部材を被加熱金属帯の通板方向に２以上に分割して配置したことを特徴とする誘導加熱設備。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱設備において、前記誘導加熱装置がそれぞれコイルケースを有し、かつ、誘導加熱装置のコイルケース間がダクトによって連結されており、前記加熱補償部材がダクト内に配置されていることを特徴とする誘導加熱設備。