JP4964737B2 - 金属材の誘導加熱方法及び装置 - Google Patents
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Description
図1(c)に、本発明の誘導加熱装置及び方法の第1の実施の形態として、鋼板のエッジ部の誘導加熱装置の概略図を示す。
図2(a)は、鋼板9の長手方向最先端部を誘導加熱する時の従来の加熱開始時前後の鋼板9と誘導加熱コイル5−1の相対位置の模式図である。従来では、鋼板9が、鋼板面の幅方向中央部に対向して配置された誘導加熱コイル5−1の下部を通過する場合に、鋼板のインピーダンスは、誘導加熱コイル5−1に進入時、誘導加熱コイル5−1の下部を通過時において急激に変動することから、周波数を固定した従来の誘導加熱装置では、加熱装置の発振が困難、または電源トリップ等により誘導加熱が困難であった。これに対して、特許文献1に開示されているように、鋼板の長手方向に誘導加熱コイルを複数台配置して、各々別電源として加熱周波数を変更させた方式が考えられるが、誘導加熱コイルの下部を通過する鋼板を加熱する場合には、鋼板が通過している当該誘導加熱コイルの周波数を変更する必要が有り、適用は不可能である。また、特許文献2には、複数の中間接点を持つ整合変圧器を用いて離散的に周波数を可変とする誘導加熱技術が開示されているが、誘導加熱装置としての設備構成が増加することにより高価となること、及び周波数の変更が離散的であり、高精度な誘導加熱を行うには適さない。
図3に、本発明の誘導加熱装置及び方法の第3の実施の形態として、鋼板の長手方向かつ全幅に渡って均一な温度制御を可能とする誘導加熱装置の概略図を示す。
図8は、第1の実施の形態で説明した図4に示す周波数可変電源装置の電源を電流源とした場合の1例であり、「磁気エネルギーを回生させる交流電源装置」を用いる他の実施の形態である。すなわち、交流電源をリアクトル30を介してダイオード整流装置40により整流して、周波数可変電源装置7に直流電圧を印加する。周波数可変電源装置7を構成するスイッチング素子S2、S4がオフすると、電流は加熱用電磁コイルを紙面の下から上に流れ、S1とS3のダイオードを通してコンデンサCを充電する。コンデンサCが充電を完了すると電流は0となる。次にコンデンサCが充電を完了するまでにスイッチング素子S1、S3をオン(S2、S4はオフ)しておくと、コンデンサCに充電されたエネルギーはS1、S3を通して放電し、加熱用電磁コイルを紙面の上から下に電流が流れだす。コンデンサCが放電を完了するとコンデンサ電圧は0となり、S2、S4のダイオードが逆電圧ではなくなることから導通して、S4からS1とS3からS2の二つのパスを通して、電流が加熱用電磁コイルを紙面の上から下に増加して流れる。この期間は、電流は加熱用電磁コイルと周波数可変電源装置7の間を還流しているので、加熱用電磁コイル、及び被加熱材である鋼板のインピーダンスから決まる時定数によって電流は減衰する。その後は同様にして、S1とS3をオフし、S2とS4をオンするとS2、S4を通じてコンデンサCを充放電し、電流は加熱用電磁コイルを紙面の下から上に流れるようになる。このように、スイッチング素子S1・S3、及びS2・S4の各々のゲートのオン・オフタイミングを調整することで、加熱用電磁コイルには周波数が異なる電流を流すことが可能となり、周波数可変型の誘導加熱が実現できる。即ち、スイッチング素子の導通タイミングを調整する制御装置4または制御装置6により、負荷に流れる電流の周波数を可変とすることができる。一方、加熱用電磁コイルの電流は、被加熱材である鋼板のサイズ(幅、厚み)や鋼種に応じて予め出力電流設定装置50で設定しておき、加熱用電磁コイルに流れる電流値をフィードバックして加熱用電磁コイルに流れる電流が一定となるようにサイリスタ電力調整装置60の電圧を制御すれば良い。
2−1、2−1’、2−2、2−2’・・・エッジ誘導加熱用電磁コイル、
3・・・鋼板の幅方向温度測定装置
4・・・エッジ加熱用の誘導加熱制御装置
5−1、5−2・・・長手方向誘導加熱用電磁コイル
6・・・長手方向加熱用の誘導加熱制御装置
7・・・長手方向誘導加熱の周波数可変電源装置
9・・・被加熱材(鋼板)
10・・・エッジ昇温量算出部
11、11’・・・エッジ加熱用周波数決定部
20・・・長手方向昇温量算出部
21・・・長手方向加熱用周波数決定部
22・・・鋼板のインダクタンス演算部
30・・・交流リアクトル
40・・・ダイオード整流器
50・・・出力電流設定装置
60・・・サイリスタ電力調整装置
Claims (3)
- 移動する金属材の幅方向両端部にそれぞれ配設された複数の電磁コイル対を、前記複数の電磁コイル対毎に用意された複数の磁気エネルギー回生タイプの交流電源によって励磁して、当該金属材の先端部が前記電磁コイル対の間に進入したときに誘導加熱を開始し、前記金属材の尾端部が前記電磁コイル対の間から退出したときに誘導加熱を終了させることで当該金属材の長手方向の温度を均一に加熱する方法であって、
誘導加熱後の前記金属材の目標温度を予め設定するステップと、
前記目標温度を基にして前記各交流電源の周波数を予め設定するステップと、
前記電磁コイル対よりも前記金属材の移動方向の上流側で前記金属材の幅方向両端部の温度分布を測定するステップと、
前記幅方向両端部の温度分布測定の結果に基づいて、前記幅方向両端部のそれぞれについて、前記目標温度に対する温度差を検出するステップと、
前記幅方向両端部のうち前記温度差を有する部分である有温度差部分を前記目標温度まで加熱するのに必要な周波数である目標周波数を、前記有温度差部分の昇温量と、前記電磁コイル対に対する前記金属材の位置とに基づいて算出するステップと、
前記有温度差部分が加熱される際に、前記有温度差部分に対応する交流電源の周波数を、前記予め設定された周波数から前記目標周波数に変更するステップと、
前記有温度差部分の加熱が終了した際に、前記有温度差部分に対応する交流電源の周波数を前記予め設定された値に戻すステップと、を含むことを特徴とする、金属材の誘導加熱方法。 - 前記電磁コイル対に対する前記金属材の先端部または尾端部の位置により決まる前記電磁コイル対のインダクタンスに基づいて、前記目標周波数を算出し、
前記金属材の先端部または尾端部が前記電磁コイル対の間を通過中に、前記電磁コイル対に対する前記金属材の先端部または尾端部の位置に応じて前記目標周波数を可変することを特徴とする、請求項1記載の金属材の誘導加熱方法。 - 前記金属材の先端部を150Hz〜300Hzの前記目標周波数を用いて加熱し、前記金属材の進行に伴い、前記目標周波数を300Hz〜1kHzの範囲で調整することで前記金属材を加熱し、前記金属材の尾端部を150Hz〜300Hzの前記目標周波数を用いて加熱することを特徴とする、請求項1または2に記載の金属材の誘導加熱方法。
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