JP4943561B2 - トランスバース方式の誘導加熱装置 - Google Patents
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Description
本願は、2010年2月19日に、日本に出願された特願2010−35199号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
この問題点に関する技術として、特許文献1、2に記載の技術がある。
特許文献1に記載の技術では、コイルと、加熱対象の導体板の両側端との間のそれぞれに、非磁性金属材料からなる板状の可動遮蔽板を設けている。
また、特許文献2に記載の技術では、加熱対象の導体板の搬送方向に沿って、加熱パターンの異なる菱形コイルと長円形コイルとを配置して、導体板の幅方向について所望の加熱パターンで導体板を加熱している。
また、特許文献2に記載の技術では、導体板の幅方向における温度分布の平滑度が低下することを抑制することができる。しかしながら、導体板の板幅が変更されると、板幅に応じてコイル自体を再設定しなければならない。したがって、コイル自体を動かすための機構が必要となり、板幅の変更に対して容易に且つ迅速に対応することが困難である。
さらに、特許文献1、2に記載の技術では、導体板が蛇行すると、導体板の幅方向の温度分布の平滑度が低下してしまう。
(2)上記(1)に記載のトランスバース式の誘導加熱装置は、前記遮蔽板の前記凹部に収められた非導電性軟磁性材を更に備え;前記コアと、前記非導電性軟磁性材との間には、前記遮蔽板が介在していてもよい。
(3)上記(2)に記載のトランスバース式の誘導加熱装置は、前記非導電性軟磁性材に取り付けられる耐熱材を更に備え;前記耐熱板が前記非導電性軟磁性体よりも前記導体板の近くに配置されていてもよい。
(4)上記(2)に記載のトランスバース式の誘導加熱装置では、前記遮蔽板が、前記非導電性軟磁性材を含む前記コイル面に平行な切断面を有していてもよい。
(5)上記(1)乃至(4)の何れか一項に記載のトランスバース式の誘導加熱装置では、前記凸部が、前記コイル面に垂直な方向で一部絶縁されていてもよい。
(6)上記(1)乃至(5)の何れか一項に記載のトランスバース式の誘導加熱装置では、前記凹部に、前記導体板の搬送方向に垂直な方向における中心部から遠い側から前記導体板の搬送方向に垂直な方向における中心部から近い側に向けて先細りになる部分が含まれていてもよい。
(7)上記(1)乃至(5)の何れか一項に記載のトランスバース式の誘導加熱装置では、前記凹部に、前記導体板の搬送方向における上流側から下流側に向けて先細りになる第一の部分と、前記導体板の搬送方向における下流側から上流側に向けて先細りになる第二の部分とが含まれ;これら第一の部分及び第二の部分が、前記導体板の搬送方向で相互に対向していてもよい。
(8)上記(7)に記載のトランスバース式の誘導加熱装置は、前記第一の部分が、前記下流側に向けて丸みを帯びており;前記第二の部分が、前記上流側に向けて丸みを帯びていてもよい。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
[連続焼鈍ラインの構成]
図1は、鋼板の連続焼鈍ラインの概略構成の一例を示す側面図である。尚、各図では、説明の便宜上、必要な構成のみを簡略化して示している。
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(19)と、誘導加熱装置20とを備えている。
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板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「帯状鋼板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(外気)と内部(連続焼鈍ライン1の内部)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2A〜2C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2Aは、本実施形態の誘導加熱装置20の一例を、ラインの側方から見た図であって、帯状鋼板10の長手方向に沿って(図1の上下方向に)切った縦断面図である。図2Aでは、左方向に帯状鋼板10が搬送されている(図2Aの右から左に向かう矢印を参照)。また、図2Bは、本実施形態の誘導加熱装置20の一例を図1のA−A’方向から見た縦断面図(すなわち通板方向の下流から見た図)である。図2Bでは、図の奥から手前の方向に帯状鋼板10が搬送されている。また、図2Cは、本実施形態の誘導加熱装置20の一例の一部を示す部分斜視図である。図2Cでは、図2Bに示した右下の領域を、帯状鋼板10の上方から俯瞰している。
上側誘導器21は、コア23と、上側加熱コイル(加熱コイル)24と、遮蔽板31a、31cとを備えている。
上側加熱コイル24は、コア23のスロット(ここではコア23の凹み部)を通してコア23に巻き回された導体であり、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2Aに示すように、上側加熱コイル24は、その縦断面の形状が中空の長方形である部分を有する。この中空の長方形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中空の長方形の中空部分(上側加熱コイル24の内部)に流れ、上側誘導器21が冷却される。また、コア23の底面(スロット側)には、遮蔽板31a、31cが取り付けられている。
尚、図2Aにおいて、上側誘導器21の長さl1は45[mm]、長さl2は180[mm]、長さl3は80[mm]、長さl4は180[mm]、長さl5は45[mm]、長さl6は45[mm]、長さl7は45[mm]である。また、帯状鋼板10の幅Wは900[mm]、厚みdsは、0.3[mm]である。ただし、これらの寸法は、上記各値に限定されるわけではない。
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に巻き回された導体であり、巻数が「1」のコイル(いわゆるシングルターン)である。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中空の長方形である部分を有している。この中空の長方形の中空部分の端面には、水冷パイプが接続され、中空の長方形の中空部分に冷却水を流すことができる。
以上のように、上側誘導器21と、下側誘導器22とは、配置する位置が異なるが、同じ構成を有する。
また、本実施形態では、不図示の駆動装置の動作に基づいて、遮蔽板31a〜31dを、それぞれ帯状鋼板10の幅方向(図2Bに示す両矢印の方向)に個別に移動させることができる。
ここで、加熱コイル幅は、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である。図2A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41a〜41dの幅方向の長さと等しく、コア23、27のスロットの幅と略同じ寸法である。
尚、以下の説明では、上側加熱コイル24の加熱コイル幅及び下側加熱コイル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及び下側加熱コイル28の構成の一例を示す図である。尚、図3に示す矢印は、ある時刻での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とを備えている。
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(41)と、銅ブスバー42a〜42i(42)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。この図3では、大きな磁束が銅パイプ41と銅ブスバー42とによって囲まれた中央部の上から下へ向かって生成され、この磁束が帯状鋼板10を貫通することにより、帯状鋼板10内にジュール熱が発生し、帯状鋼板10が加熱される。
図4A〜4Dは、遮蔽板31の構成の一例を示す図である。
具体的に図4Aは、遮蔽板31をその真上(帯状鋼板10側)から見た上面図である。また、図4Bは、図4AのA−A’方向から見た縦断面図である。また、図4Cは、図4AのB−B’方向から見た縦断面図である。また、図4Dは、図2Cに示した遮蔽板31dを含む領域を帯状鋼板10の真上から見た部分図である。尚、図4Dでは、帯状鋼板10と遮蔽板31dとの位置関係を説明するために必要な部分のみを示している。また、図4Dでは、遮蔽板31dに流れる渦電流Ie、Ih1、Ih2を概念的に示している。尚、図4A及び図4Dの右端に示している矢印の方向に帯状鋼板10が搬送されている。
なお、帯状鋼板10の搬送方向が遮蔽板31の奥行方向と略一致し、板面上における帯状鋼板10の搬送方向に垂直な方向(帯状鋼板10の幅方向)が遮蔽板の幅方向と略一致している。また、遮蔽板31の板厚(厚み)方向は、加熱コイル(例えば、上側加熱コイル24)のコイル面に垂直な方向(帯状鋼板10の板厚方向)と略一致している。
図4Aに示すように、凹部51a、51bの板面方向(遮蔽板31の板厚方向)における形状(開口形状)は、それぞれの角部53a〜53h(53)が丸みを帯びた菱形である。さらに、図4A〜図4Cに示すように、凹部51a、51bの側面の上端には、この側面の周方向に沿って、側面の上端から凹部51a、51bの内方(対向する側面側)に向けて突き出る鍔(凸部)52a、52b(52)が形成されている。
図4Aにおいて、凹部51aの端部であって、帯状鋼板10の搬送方向における上流側の隅部と、凹部51bの端部であって、帯状鋼板10の搬送方向における下流側の隅部との距離Pは、150[mm]である。また、凹部51aの端部であって、帯状鋼板10の搬送方向における中央に位置する隅部と、凹部51bの端部であって、帯状鋼板10の搬送方向における中央に位置する隅部との距離Qは、310[mm]である。
このような位置関係になるように遮蔽板31を配置することにより、誘導加熱装置20を動作させ、上側加熱コイル24及び下側加熱コイル28に交流電流を流すことによって発生する主磁束を、遮蔽板31で遮蔽することができる。しかしながら、主磁束によって帯状鋼板10の両側端部には渦電流が発生し、渦電流が帯状鋼板の側端に当たって、この側端における電流密度が高くなり、側端とその近傍との間に温度差が生じる。そこで、本発明者らは、鋭意研究の結果、前述した凹部51a、51bを遮蔽板31に形成することにより、この温度差を緩和できることを見出した。
すなわち、図4Dに示すように、遮蔽板31の端部を周回するように流れる渦電流Ieの一部を分岐させて、凹部51a、51bの縁に沿って渦電流Ih1、Ih2が流れるようにすれば、渦電流Ih1、Ih2が生成する磁界によって生じる帯状鋼板10の渦電流が、帯状鋼板10の側端部に流れている渦電流(主磁束による渦電流)を相殺して弱める。その結果、帯状鋼板10の側端部に流れている渦電流を、帯状鋼板10の幅方向における内側に押し込む効果を生み出すことができ、帯状鋼板10の側端10a近傍の渦電流密度の均質化が進み、帯状鋼板10の側端部(高温部)と、この側端部よりも内側の部分(低温部)との間の温度差が緩和される。
以上のような理由で、本実施形態では、遮蔽板31に形成した凹部51a、51bに鍔52a、52bを形成している。
以上のように本実施形態では、帯状鋼板10の側端部と、コア23、27(上側加熱コイル24及び下側加熱コイル28)との間に遮蔽板31を配置する。この遮蔽板31には、帯状鋼板10の搬送方向において間隔を有するように2つの凹部51a、51bが形成されている。さらに、これらの凹部51a、51bの側面の上端には、側面の周方向に沿って、側面の上端から凹部51a、51bの内方に向けて突き出る鍔52a、52bが形成されている。したがって、遮蔽板31を流れる渦電流は、鍔52a、52bの下側に回り込むことが困難になる。また、この渦電流が鍔52a、52bの下側に回り込むことを完全に防ぐこともできる。よって、凹部51a、51bの内部(底面)に流れる渦電流を大幅に低減し、凹部51a、51bの縁に沿って渦電流Ih1、Ih2を集中して流すことができる。この結果、帯状鋼板10の幅方向における温度分布の平滑化を実現することができる。また、このように凹部51a、51bの縁(すなわち、鍔52a、52bを含む領域)に沿って渦電流Ih1、Ih2を集中して流すことにより、帯状鋼板10が蛇行しても、渦電流Ih1、Ih2が、帯状鋼板10の側端部に流れている渦電流をこの側端部より内側に押し込む効果をある程度保つことができる。よって、帯状鋼板10が蛇行しても、帯状鋼板10の幅方向における温度分布の変化を緩和することができる。さらに、帯状鋼板10が蛇行した場合であっても、遮蔽板31dに流れる渦電流によって生じる磁界が、帯状鋼板10の側端を帯状鋼板10の幅方向の中心側へ押し返し、帯状鋼板10の蛇行を抑制することができる。
<遮蔽板>
図5A〜5Cは、遮蔽板の構成の変形例を示す図である。図5A、図5Bは、それぞれ、遮蔽板の第1、第2の変形例を示し、遮蔽板をその真上(帯状鋼板10側)から見た図である。これらは、図4Aに対応している。
図5Aにおいて、遮蔽板61は、銅製であり、帯状鋼板10の搬送方向に間隔を有して配置され、それぞれ大きさと形状とが同一の凹部62a、62b(62)を有している。これらの点では、遮蔽板61は、図4A〜4Cに示した遮蔽板31と同じである。ただし、図5Aに示すように、凹部62aの板面方向における形状(開口形状)は、帯状鋼板10の搬送方向(図5A及び5Bに示されている矢印の方向)における下流側から上流側に向けて先細りになり、且つ、それぞれの角部63a〜63c(63)が丸みを帯びた三角形である。このような場合には、少なくとも、凹部62aの「帯状鋼板10の搬送方向における上流側の隅部」である角部63aが、上流側方向に突き出るような丸みを帯びるようにするのが好ましい。
また、凹部62bの板面方向における形状(開口形状)は、帯状鋼板10の搬送方向における上流側から下流側に向けて先細りになり、且つ、それぞれの角部63d〜63f(63)が丸みを帯びた三角形である。このような場合には、少なくとも、凹部62bの「帯状鋼板10の搬送方向における下流側の隅部」である角部63dが、下流側方向に突き出るような丸みを帯びるようにするのが好ましい。
また、凹部62a、62bの側面の上端には、前述したような鍔64a、64bが形成されている。
なお、遮蔽板に形成する凹部の板面方向における形状(開口形状)は、どのような形状(例えば、1つの三角形状)であってもよく、その数は、1であっても、2以上であってもよい。
図5Cにおいて、遮蔽板81は、銅製であり、帯状鋼板10の搬送方向に間隔を有して配置され、それぞれ大きさと形状とが同一の凹部82a、82b(82)を有している。また、凹部82a、82bの板面方向における形状(開口形状)は、それぞれの角部が丸みを帯びた菱形である。これらについて、図5Cの遮蔽板と、図4Aに示す遮蔽板31とは、同じである。ただし、図5Cに示すように、鍔83a、83cは、凹部82a、82bの側面の上端ではなく、凹部82a、82bの側面の中間部に形成されている。
以上のように、凹部の側面の周方向に沿って、この側面から凹部の内方に向けて突き出るように凹部の側面に(上面及び下面を有する)鍔が形成されていればよい。
以上のように、遮蔽板は、一体で形成しても、複数の部材を組み合せて形成してもよい。
これらの他、本実施形態では、遮蔽板が銅製であるが、遮蔽板は銅製の板に限定されない。すなわち、遮蔽板が、導体、好ましくは比透磁率が1の導体であれば、どのような材料で遮蔽板を形成してもよい。例えば、アルミニウムで遮蔽板を形成することができる。
図8A〜8Hでは、凹部の縁に沿って突起部(凸部)が形成され、この突起部は、導体板の側端部と対向する遮蔽板の上面から導体板の方向に延在している。
図8Aに示す本実施形態の第5の変形例では、導体板の側端部と対向する遮蔽板111の上面における遮蔽板111の凹部114a、114b(114)の縁に沿う縁部から遮蔽板の厚み方向に延在する突起部113a、113b(113)が形成されている。また、図8Bに示す本実施形態の第6の変形例では、遮蔽板121の上面における遮蔽板121の凹部124a、124b(124)の縁に沿う縁部から遮蔽板の厚み方向に延在する第一の突起部123a、123b(123)が形成されている。さらに、この第一の突起部123a、123bの先端から、この第一の突起部123a、123bにより形成される閉じた線(以下、閉ループと称す)の外側に向けて延在する第二の突起部123c、123d(123)が形成されている。図8Cに示す本実施形態の第7の変形例では、遮蔽板131の上面における遮蔽板131の凹部134a、134b(134)の縁に沿う縁部から遮蔽板の厚み方向に延在する第一の突起部133a、133b(133)が形成されている。さらに、この第一の突起部133a、133b(133)の先端から、この第一の突起部133a、133bにより形成される閉ループの内側に向けて延在する第二の突起部133c、133d(133)が形成されている。図8Dに示す本実施形態の第8の変形例では、遮蔽板141の上面における遮蔽板141の凹部144a、144b(144)の縁に沿う縁部から遮蔽板の厚み方向に延在する第一の突起部143a、143b(143)が形成されている。さらに、第一の突起部143a、143bの先端から、この第一の突起部143a、143bにより形成される閉ループの内側と外側とに向けて延在する第二の突起部143c、143d(143)が形成されている。図8Eに示す本実施形態の第9の変形例では、遮蔽板151の凹部154a、154b(154)の縁に沿う縁部から、遮蔽板151の厚さ方向を凹部154a、154bの内側に傾けた方向に向けて延在する突起部153a、153b(153)が形成されている。図8Fに示す本実施形態の第10の変形例では、遮蔽板161の凹部164a、164b(164)の縁に沿う縁部から、遮蔽板161の厚さ方向を凹部164a、164bの外側に傾けた方向に向けて延在する突起部163a、163b(163)が形成されている。図8Gに示す本実施形態の第11の変形例では、遮蔽板171の凹部174a、174b(174)の縁に沿う縁部から、遮蔽板171の厚さ方向を凹部174a、174bの内側及び外側に傾けた方向に向けて延在する突起部173a、173b(173)が形成されている。図8Hに示す本実施形態の第12の変形例では、遮蔽板181の凹部184a、184b(184)の縁に沿う縁部から、遮蔽板181の厚さ方向を凹部184a、184bの内側及び外側に傾けた方向に向けて延在する曲線状の突起部183a、183b(183)が形成されている。この突起部183a、183bには、例えば、パイプをその長手方向に切断した導電部材を使用することができる。なお、これらの図8A〜図8Hに示す第5〜12の変形例では、必ずしも遮蔽板に凹部(遮蔽板の厚みが薄い部分)を形成しておく必要はなく、突起部により遮蔽板上に凹部が形成されればよい。
図9Aに示す第13の変形例では、遮蔽板191の凹部194a、194b(194)の側面の上端(開口端)と下端(閉端)との間に、凹部194a、194bの内側に向けて延在する突起部193a、193b(193)が形成されている。この第13の変形例では、上述の第3の変形例の突起部が開口部側にシフトしている。図9Bに示す第14の変形例では、遮蔽板201の凹部204a、204b(204)の側面(側面の上端)から凹部204a、204bの内側に向けて延在する第一の突起部203a、203b(203)と、この第一の突起部203a、203bから凹部204a、204bの底面(遮蔽板の厚み方向)に向けて延在する第二の突起部203c、203d(203)とが形成されている。図9Cに示す第15の変形例では、遮蔽板211の凹部214a、214b(214)の側面(凹部214a、214bの側面の上端と下端との間)から凹部214a、214bの内側に向けて延在する第一の突起部213a、213b(213)と、この第一の突起部213a、213bから凹部214a、214bの開口面(遮蔽板211の厚み方向)に向けて延在する第二の突起部214c、214d(214)とが形成されている。なお、この第15の変形例では、第二の突起部214c、214dの先端面が、遮蔽板211の上面と同じ面に含まれている。これらの第14及び15の変形例では、第一の突起部の形成位置は、第一の突起部及び第二の突起部が凹部の底面と接触しなければ、凹部の側面の上端と下端との間のどの位置であってもよい。また、これらの場合、第二の突起部は、第9及び第10の変形例と同様に、その延在方向が遮蔽板の厚み方向から傾いていてもよく、第11の変形例と同様に、複数形成されてもよい。また、図9Dに示す第16の変形例では、遮蔽板221の凹部224a、224b(224)の側面の上端と下端との間に、導電性の丸部材223a、223b(223)が配置されている。この丸部材223a、223bは、中実の丸棒であっても、中空のパイプであってもよい。図9Eに示す第17の変形例では、遮蔽板231の凹部234a、234b(234)の側面(側面の上端)に、導電性の角パイプ233a、233b(233)が配置されている。なお、第16及び17の変形例における丸部材及び角パイプの配置位置は、丸部材及び角パイプが凹部の底面と接触しなければ、凹部の側面の上端と下端との間のどの位置であってもよい。これらの丸部材及び角パイプは、突起部(凸部)として作用し、溶接または接着により遮蔽板に固定できる。
図11Aに示す第22の変形例では、遮蔽板281の上面で閉ループを描くように、遮蔽板281の上面にU字状の導電部材283a、283b(283)がボルト285a、285b(285)により接続されている。また、図11Bに示す第23の変形例では、遮蔽板291の上面で閉ループを描くように、遮蔽板291の上面にZ字状の導電部材293a、293b(293)がボルト295a、295b(295)により接続されている。図11Cに示す第24の変形例では、遮蔽板301の上面で閉ループを描くように、遮蔽板301の上面にH字状の導電部材303a、303b(303)がボルト305a、305b(305)により接続されている。図11Dに示す第25の変形例では、遮蔽板311の上面で閉ループを描くように、遮蔽板311の上面に導電性の丸部材313a、313b(313)が配置されている。図11Eに示す第26の変形例では、遮蔽板321の上面で閉ループを描くように、遮蔽板321の上面に導電性の角部材323a、323bがボルト325a、325b(325)により接続されている。これらの第25及び26の変形例では、丸部材及び角部材が、中実の棒材(丸棒または角棒)であっても、中空のパイプ(丸パイプまたは角パイプ)であってもよい。図11Fに示す第27の変形例では、遮蔽板331の上面で閉ループを描くように、遮蔽板331の上面にV字状の導電部材333a、333b(333)がボルト335a、335b(335)により接続されている。図11Gに示す第28の変形例では、遮蔽板341の上面で閉ループを描くように、遮蔽板341の上面にL字状の導電部材343a、343b(343)がボルト345a、345b(345)により接続されている。図11Hに示す第29の変形例では、遮蔽板351の上面で閉ループを描くように、遮蔽板351の上面に曲率を有する導電部材353a、353b(353)がボルト355a、355b(355)により接続されている。この曲率を有する導電部材353a、353bには、例えば、パイプをその長手方向に切断した導電部材を使用することができる。なお、第22、23、24、27及び28の変形例の各部材が、曲率を有してもよい。また、第22、27及び29の変形例では、各部材の開口部が閉ループの外側に存在するが、この開口部が閉ループの内側に存在してもよい。さらに、第22〜29の変形例では、ボルトを用いて各導電部材を遮蔽板に固定しているが、金属性のボルトと非金属のボルトとの両方を使用することができ、溶接または接着により各導電部材を遮蔽板に固定しても良い。図11Iに示す第30の変形例では、遮蔽板361の上面で閉ループを描くように、遮蔽板361の上面に非磁性の絶縁材366a、366b(366)が配置され、この非磁性の絶縁材366a、366bの閉ループを描く面上に、L字状の導電部材363a、363b(363)が配置されている。また、遮蔽板361と、非磁性の絶縁材366a、366bと、L字状の導電部材363a、363bとは、絶縁ボルト(ボルト)365a、365bにより接続されている。このように、非磁性の絶縁材366a、366bを使用することにより、遮蔽板本体の渦電流と独立した渦電流を導電部材中に確保することができる。なお、この非磁性の絶縁材を、上記第22〜29の変形例に対して適用することができる。また、遮蔽板の上面全体を覆うようにこの非磁性の絶縁材を配置してもよい。さらに、非磁性の絶縁材を使用する場合には、絶縁ボルトを使用して、非磁性の絶縁材及び導電部材を遮蔽板に固定することが好ましい。加えて、上記第22〜30の変形例では、遮蔽板本体に凹部を形成していないが、遮蔽板本体に凹部を形成し、この凹部の縁に沿って、各導電部材が配置されてもよい。
なお、上記第16、17、19、20、21、25、26の変形例で、中空の導電部材(パイプ)を使用する場合には、この導電部材の中空部に冷却水を流し、冷却を行ってもよい。
図12Aに示す第31の変形例では、遮蔽板371の上面に、遮蔽板371の厚さ方向に延在する凸部373a、373b(373)が形成されている。また、この凸部373a、373bの側面の基端に沿って、凸部373a、373bの中心方向に凹部377a、377b(377)が形成されている。図12Bに示す第32の変形例では、遮蔽板381の上面に、遮蔽板381の厚さ方向に延在するように絶縁材386a、386b(386)が配置され、この絶縁材386a、386bの上に(絶縁材386a、386bの延在方向に)板状の導電部材383a、383b(383)が配置されている。この導電部材383a、383bが絶縁材386a、386bと接触する導電部材383a、383bの基端面の面積は、絶縁材386a、386bが導電部材383a、383bに接触する先端面の面積よりも広くなっている。そのため、遮蔽板381と導電部材383a、383bとの間には、絶縁材386a、386bの側面に沿って凹部387a、387b(387)が形成されている。図12Cに示す第33の変形例では、第32の変形例と同様に、遮蔽板391の上面に、遮蔽板391の厚さ方向に延在するように絶縁材396a、396b(396)が配置され、この絶縁材396a、396bの上に(絶縁材396a、396bの延在方向に)板状の導電部材393a、393b(393)が配置されている。この導電部材393a、393bが絶縁材396a、396bと接触する導電部材393a、393bの基端面の面積は、絶縁材396a、396bが導電部材393a、393bに接触する先端面の面積と同じである。そのため、導電部材393a、393bの側面と絶縁材396a、396bの側面とが連続的に連なっている。このように、第32及び33の変形例では、絶縁材と導電部材とにより、遮蔽板の上面に、凸部が形成されている。上記第31〜33の変形例では、凸部の先端面の縁に渦電流を確保することができるように、凸部側面の先端と基端との間に絶縁部(すなわち、第31及び32の変形例では、凹部であり、第33の変形例では、絶縁材である)が形成されている。
図13A及び図13Bは、それぞれ、遮蔽板の第34及び35の変形例を示す斜視図である。これら図13A及び図13Bでは、遮蔽板内部の第二の渦電流を流す位置に沿った枠部を有している。
図13Aに示す第34の変形例では、遮蔽板401に凹部(2つの菱形部)404a、404b(404)が形成され、遮蔽板401は、この凹部404a、404bの外周形状(開口形状)に沿った枠部408a、408b(408)を有している。さらに、凹部404a、404bには、鍔(凸部)403a、403b(403)が形成されている。また、図13Bに示す第35の変形例では、遮蔽板411に凹部(2つの三角形部)414a、414b(414)が形成され、遮蔽板411は、この凹部414a、414bの外周形状(開口形状)に沿った枠部418a、418b(418)を有している。さらに、凹部414a、414bには、鍔(凸部)413a、413b(413)が形成されている。なお、これら第34及び35の変形例では、凹部と鍔とにより遮蔽板内部の第二の渦電流を流す位置を決定したが、この第34及び35の変形例に上記第3〜第33の変形例を組み合わせることができる。
本実施形態では、誘導加熱装置20の配置箇所は、図1に示した位置に限定されない。すなわち、導体板をトランスバース方式で誘導加熱することが可能であれば、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、本実施形態では、加熱コイル幅と加熱コイル間のギャップとが同じである場合を例に挙げて説明したが、加熱コイル幅及びこの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、加熱コイル幅がギャップ以上である(又は加熱コイル幅がギャップよりも大きい)のが好ましい。この場合には、誘導加熱装置20から発生する主磁場が漏れ磁場よりも多くなり、誘導加熱装置20の加熱効率を良好にできる。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の条件によって適宜決定することができる。さらに、加熱コイル及びコアの配置数は、特に限定されない。例えば、加熱コイル及びコアは、帯状鋼板の加熱制御を柔軟に行なうために、帯状鋼板の搬送方向に複数配置することができる。
加えて、遮蔽板の配置数も、特に制限されない。例えば、加熱コイル及びコアの配置数に応じて、帯状鋼板の搬送方向に複数配置しても良い。1つの凹部を有する遮蔽板を複数配置して、複数の凹部を有する遮蔽板ユニットを形成しても良い。
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てもよい。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態では、遮蔽板の凹部には何も収めなかった(遮蔽板の凹部には、空気のみが入っている)。これに対し、本実施形態では、遮蔽板の凹部に、非導電性の軟磁性材を収めている。このように、本実施形態は、主に、遮蔽板の凹部に、非導電性の軟磁性材を収める点で第1の実施形態と異なる。したがって、本実施形態の説明において、第1の実施形態と同一の部分については、図1〜図5Dに付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
具体的に図6Aは、遮蔽板101をその真上(帯状鋼板10側)から見た上面図である。また、図6Bは、図6AのA−A’方向から見た縦断面図である。また、図6Cは、図6AのB−B’方向から見た縦断面図である。また、図6Dは、下側に配置されている遮蔽板101を含む領域を帯状鋼板10の真上から見た部分図である。尚、図6Dでは、帯状鋼板10と遮蔽板101との位置関係を説明するために必要な部分のみを示している。また、図6Dでは、遮蔽板101に流れる渦電流Ie、Ih1、Ih2を概念的に示している。尚、図6A、図6Dの右端に示している矢印の方向に帯状鋼板10が搬送されている。図6A〜図6Dは、それぞれ図4A〜図4Dに対応している。
さらに、凹部104a、104bにおいて、非導電性軟磁性板103a、103bの上(帯状鋼板10側)に、非導電性軟磁性板103a、103bを外部からの熱から保護する耐熱板102a、102bが収められている。耐熱板102a、102bの厚みDDは、10[mm]である。ここでは、耐熱板102a、102bの端部が、凹部104a、104bの側面の中間部に形成されている凹部に入るようにし、耐熱板102a、102bが凹部104a、104bから抜けないようにしている。このようにして耐熱板102a、102bを凹部104a、104bに収めるために、変形可能な材料で耐熱板102a、102bを構成するとよい。
また、本実施形態では、非導電性軟磁性板103a、103bの上(帯状鋼板10側)に、耐熱板102a、102bを収めているので、誘導加熱装置を高温下で使用しても、非導電性軟磁性板103a、103bの特性が劣化することを防止することができる。ただし、誘導加熱装置を高温下で使用しない場合には、必ずしも耐熱板102a、102bを用いる必要はない。
また、凹部104a、104bに収められる非導電性軟磁性板103a、103b及び耐熱板102a、102bを、凹部104a、104b内に固定する方法は、前述した方法に限定されない。例えば、接着剤を用いてこれらを凹部に固定したり、遮蔽板101と、非導電性軟磁性板103a、103b及び耐熱板102a、102bとの絶縁を確保した上で螺子を用いてこれらを凹部に固定したりすることができる。
また、本実施形態でも、第1の実施形態で説明した種々の変形例(第1〜30、34及び35の変形例)を採用することができる。例えば、第5〜21、34及び35の変形例における遮蔽板の凹部、第22〜30の変形例における導電部材により形成される凹部に、非導電性軟磁性板を配置することができる。
なお、非導電性軟磁性材を用いる場合には、非導電性軟磁性材の近傍を流れる遮蔽板中の渦電流の大きさをできる限り大きくすることが望ましい。例えば、遮蔽板が、非導電性軟磁性材を含む厚み方向に垂直な切断面(コイル面に平行な切断面)を有していると、非導電性軟磁性材と、この非導電性軟磁性板によって強められる遮蔽板中の渦電流との距離を短くすることができる。さらに、上述の境界部が閉曲線を描く(リング状である)ことにより、強化される渦電流の領域を増やすことができ、非導電性軟磁性板の特性を十分に活かすことができる。なお、非導電性軟磁性材の近傍を流れる遮蔽板中の渦電流の大きさをできる限り大きくするために、遮蔽板と非導電性軟磁性材とが接触していることが好ましい。しかしながら、非導電性軟磁性材を遮蔽板に容易に取り付けることができるように、遮蔽板と非導電性軟磁性材との間に隙間(境界部としての隙間)が存在してもよい。
図7は、遮蔽板挿入量と、幅温度偏差比との関係の一例を示す図である。
遮蔽板挿入量は、帯状鋼板10の両側端部と、遮蔽板との「帯状鋼板10における幅方向の重なり長さRに対応している(図2Bを参照)。また、幅温度偏差比は、帯状鋼板10における幅方向の温度分布における中央部の温度(板幅中央部温度)を端部の温度(板端部温度)で割った値(=板幅中央部温度/板端部温度)である。
図7において、グラフA1では、凹部を形成していない平板状の遮蔽板を用いた。グラフA2では、第1の実施形態のように鍔付きの凹部が形成された遮蔽板を用いた。グラフA3では、第2の実施形態のように鍔付きの凹部が形成され、この凹部に非導電性軟磁性板を収めた遮蔽板を用いた。
加熱コイル幅 :1300[mm]
コアの材質 :Ni−Znフェライト
加熱材料 :ステンレス鋼板(幅900[mm]、厚み0.3[mm])
コイル間ギャップ :180[mm]
通板速度 :50[mpm(m/分)]
加熱温度 :400〜730[℃](中央昇温量を330[℃]に設定)
電源周波数 :8.5[kHz]
通電電流 :3650[AT]
遮蔽板の材質 :銅
遮蔽板の外形寸法 :幅230[mm]、奥行600[mm]、厚み25[mm]
遮蔽板の凹部の形状 :図4A(グラフA2)、図6A(グラフA3)
凹部の鍔の突出長さ :5[mm]
凹部の鍔の厚み :5[mm]
非導電性軟磁性板の材質:Ni−Mnフェライト
非導電性軟磁性板の厚み:5[mm]
遮蔽板挿入量の基準 :90[mm]
図7において、第1の実施形態のように、鍔付きの凹部が形成された遮蔽板を用いると、帯状鋼板10の幅方向における温度分布の平滑化と、帯状鋼板10が蛇行したときの帯状鋼板10の幅方向における温度分布の変化の緩和との双方を実現できることが分かる(グラフA1、A2を参照)。さらに、第2の実施形態のように、非導電性軟磁性板を凹部に収めると、これらの効果がより一層顕著になることが分かる(グラフA2、A3を参照)。
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(加熱コイル)
28 下側加熱コイル(加熱コイル)
31、61、71、81、91、101、111、121、131、141、151、161、171、181、191、201、211、221、231、241、251、261、271、281、291、301、311、321、331、341、351、361、371、381、391、401、411 遮蔽板
51、62、72、82、92、104、114、124、134、144、154、164、174、184、194、204、214、224、234、244、254、264、274、377、387、404、414 凹部
52、64、74、83、93、403、413 鍔(凸部)
113、123、133、143、153、163、173、183、193、203、213、223、233、243、253、263、273 突起部(凸部)
283、293、303、313、323、333、343、353、363 突出部材(凸部)
373、383、393 凸部
285、295、305、315、325、335、345、355、365 ボルト
102 耐熱板(耐熱材)
103 非導電性軟磁性板(非導電性軟磁性材)
Claims (8)
- 一方向に搬送される導体板の板面に交番磁界を交差させてこの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、
前記導体板の板面に対してコイル面が対向するように配置された加熱コイルと;
この加熱コイルが巻き回されたコアと;
このコアと、前記導体板の搬送方向に垂直な方向における側端部との間に配置され、導体から形成された遮蔽板と;
を備え、
前記遮蔽板の前記導体板と対向する面に、前記導体板の搬送方向に垂直な方向における前記側端部と対向する凹部が形成され;
前記凹部の側面には、この側面の周方向に沿って、前記側面から前記凹部の内方に向けて突き出るように凸部が形成され;
この凸部の側面が、前記コイル面に垂直な方向から見た場合に閉ループを描く
ことを特徴とするトランスバース方式の誘導加熱装置。 - 前記遮蔽板の前記凹部に収められた非導電性軟磁性材を更に備え;
前記コアと、前記非導電性軟磁性材との間には、前記遮蔽板が介在している;
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装置。 - 前記非導電性軟磁性材に取り付けられる耐熱材を更に備え;
前記耐熱板が前記非導電性軟磁性体よりも前記導体板の近くに配置されている;
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装置。 - 前記遮蔽板が、前記非導電性軟磁性材を含む前記コイル面に平行な切断面を有していることを特徴とする請求項2または請求項3に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
- 前記凸部が、前記コイル面に垂直な方向で一部絶縁されていることを特徴とする請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
- 前記凹部には、前記導体板の搬送方向に垂直な方向における中心部から遠い側から前記導体板の搬送方向に垂直な方向における中心部から近い側に向けて先細りになる部分が含まれていることを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
- 前記凹部には、前記導体板の搬送方向における上流側から下流側に向けて先細りになる第一の部分と、前記導体板の搬送方向における下流側から上流側に向けて先細りになる第二の部分とが含まれ;
これら第一の部分及び第二の部分が、前記導体板の搬送方向で相互に対向している;
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。 - 前記第一の部分が、前記下流側に向けて丸みを帯びており;
前記第二の部分が、前記上流側に向けて丸みを帯びている;
ことを特徴とする請求項7に記載のトランスバース方式の誘導加熱装置。
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