JP5148216B2 - 帯状体の誘導加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、鉄鋼製造ライン等で鋼帯を閉鎖された空間内を挿通させながら高周波誘導加熱で加熱する場合に使用される帯状体の誘導加熱装置に関する。

例えば、薄鋼板（鋼帯）等は、冷間圧延、冷間引き抜き又は冷延伸されると加工硬化するので、それらを再結晶させるために、加熱して焼きなます必要がある。このため、特許文献１や特許文献２に記載のように、鋼帯を非酸化性雰囲気で筒状体（一般に「スロート」、「ダクト」と称される）内を通過させ、筒状体の周囲に巻かれたコイルに高周波電流を流し、加熱している。
この場合、鋼帯からの輻射熱でコイルが加熱されるのを防止し、内部を空気から遮断するため、非導体で筒状物を形成し、その内側に断熱材及び耐火材を配置し、筒状体及びその外側に巻かれたコイルの保護を行っている。

特開平０４−５９９３１号公報 特表２００２−５３８３１０号公報

しかしながら、従来の耐火材や断熱材を使って鋼帯からの熱を遮断しようとすると、断熱材等の厚みが厚くなり、誘導加熱によって鋼帯に供給される電力は、コイルから鋼帯への距離が大きくなると効率が低下し、結果として鋼帯への誘導加熱の効率が落ちるという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、帯状体を囲む断熱材の厚みを薄くし、誘導加熱の効率を向上させた帯状体の誘導加熱装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る帯状体の誘導加熱装置は、誘導加熱コイルの内側に保護構造体を配置し、該保護構造体の内側に鉄（鉄鋼薄板、ステンレス箔、ステンレス薄板、合金鋼薄板を含む）又は非鉄金属（例えば、銅箔、銅薄板、アルミ箔、アルミ薄板等を含む）からなる帯状体を通過させて、該帯状体を誘導加熱する装置において、
前記保護構造体は筒状の３層構造を有し、各層を前記帯状体側から前記誘導加熱コイルに向かって第１層、第２層、第３層とするとき、前記第１層から前記第３層が以下の構造となっている。
第１層：平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくともシリカの超微粉末６０質量％以上、酸化チタンの超微粉末３０質量％以上からなって、８００℃における熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導断熱材。
第２層：耐熱温度４００℃以上、常温における圧縮強度４００ＭＰａ以上、常温における曲げ強度１００ＭＰａ以上の機械的強度を有する耐熱ボード。
第３層：セラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材。
なお、第１層〜第３層は絶縁体から構成され、電磁誘導を受けない材質であることは当然である。

前記目的に沿う第２の発明に係る帯状体の誘導加熱装置は、誘導加熱コイルの内側に保護構造体を配置し、該保護構造体の内側に鉄又は非鉄金属からなる帯状体を通過させて、該帯状体を誘導加熱する装置において、前記保護構造体は筒状の３層構造を有し、各層を前記帯状体側から前記誘導加熱コイルに向かって第１層、第２層、第３層とするとき、前記第１層から前記第３層が以下の構造となっている。
第１層：平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくとも、シリカの超微粉末５２質量％以上、ジルコニアの超微粉末２５質量％以上、アルミナの超微粉末２０質量％以上からなって、８００℃における熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導断熱材。
第２層：耐熱温度４００℃以上、常温における圧縮強度４００ＭＰａ以上、常温における曲げ強度１００ＭＰａ以上の機械的強度を有する耐熱ボード。
第３層：セラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材。
そして、前記第１層の厚みは６〜１５ｍｍ、前記第２層の厚みは２０〜４０ｍｍ、前記第３層の厚みは１〜５ｍｍとするのが好ましい。また、第２層は筒状体の形状を保持するための材料であって、強度を有する材料を使用するが、第１層で断熱されているので、高い耐熱性は必要としない。また、第３層はこの筒状体のシールを行うもので、最外部であるので、耐熱性は問題ではない。

第１、第２の発明に係る帯状体の誘導加熱装置において、前記第１層の更に内側（前記誘導加熱コイルから前記帯状体側に向かう側）に最高使用温度（耐熱温度）が１０００℃以上（厚みは、例えば１０〜５０ｍｍ）のセラミックファイバーブランケットからなる層を設けることができる。これは、第１、第２の発明においては、第１層に極めて断熱性のよい材料を使用し、第１層によって熱遮断を行うが、このような材料は１０００℃を超える高温での耐熱性がない。そこで、最高使用温度が１０００℃を超える場合には、前記第１層の内側に耐熱性を有するセラミックファイバーブランケットを配置し、第１層を保護する。すなわち、セラミックファイバーブランケットを内張りすることによって、第１層の低熱伝導断熱材が高温度に加熱されるのを防止し、最高使用温度以下に保持できる。なお、このセラミックファイバーブランケットの層は炉温によって厚みが異なる。

また、第１、第２の発明に係る帯状体の誘導加熱装置において、セラミックファイバーブランケットの層の更に内層（最内層）にセラミック繊維の織布の層（厚みは、例えば０．５〜２ｍｍ）を設けることもできる。これによって、セラミックファイバーブランケットから発生する粉塵の飛散を防止できる。

請求項１〜５記載の帯状体の誘導加熱装置においては、機能を分担した第１層〜第３層で筒状体を構成しているので、従来の耐火材を用いて構成された筒状体よりその厚みが減少でき、筒状体の厚みを薄くすることで誘導加熱の効率を向上できる。
また、全体として筒状体が軽量、薄型化するので、機器の取付けやメンテンナンスが容易となる。

更に、請求項１〜５記載の帯状体の誘導加熱装置においては、以下の効果を有する。
第３層をセラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材とすることで、雰囲気ガスの漏洩を防止できるとともに、炉休止時に室温までの冷却及び炉温への加熱に伴う熱膨張と収縮が抑えられ、筒状体を破損する恐れがない。
第１層に低熱伝導断熱材を用いることによって、断熱材の全体的厚み（即ち、筒状体の総厚み）を小さくできる。
第２層に支持部材として耐熱ボードを用いることによって、形状の保持が可能であり、機械的強度を保つことができる。

特に、請求項４記載の帯状体の誘導加熱装置においては、低熱伝導断熱材の内側（誘導加熱コイルから帯状体側に向かう側）に、セラミックファイバーブランケットを用いることによって、第１層の低熱伝導断熱材が高温度に加熱されるのを防止し、最高使用温度以下に保持できる。
また、請求項５記載の帯状体の誘導加熱装置においては、最内層にセラミック繊維の織布の層を設けることによって、セラミックファイバーブランケットからの粉塵の飛散を防止できる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１（Ａ）は最高使用温度が１０００℃以下の場合の本発明の一実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置の部分断面図、図１（Ｂ）は最高使用温度が１０００℃を超える場合の本発明の一実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置の部分断面図、図２は同保護構造に使用する第２層の側断面図である。

図１（Ａ）、図１（Ｂ）、図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置１０は、誘導加熱コイル１９の内側に保護構造体を配置して構成され、この保護構造体は、誘導加熱コイル１９を保護するための筒状体（筒状の３層構造）を有し、３層には、雰囲気ガス中を通過する鉄（又は非鉄金属）からなる帯状体の一例である鋼帯側から誘導加熱コイル１９に向かって、第１層１２に平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなって、８００℃における熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導断熱材、第２層１３に耐熱温度が４００℃以上、常温における圧縮強度が４００ＭＰａ以上、常温における曲げ強度が１００ＭＰａ以上の機械的強度を有する耐熱ボードからなる支持部材、及び第３層１４に雰囲気ガスをシールするセラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材が用いられている。

この帯状体の誘導加熱装置１０において、例えば、第１層は平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくとも、シリカの超微粉末６０質量％以上、酸化チタンの超微粉末３０質量％以上からなる低熱伝導断熱材とすることができる。また、第１層を平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくとも、シリカの超微粉末５２質量％以上、ジルコニアの超微粉末２５質量％以上、アルミナの超微粉末２０質量％以上からなる低熱伝導断熱材とすることもできる。また、第１層１２の厚みは６〜１５ｍｍ（より好ましくは６〜１０ｍｍ）、第２層１３の厚みは２０〜４０ｍｍ（より好ましくは２０〜３５ｍｍ）、第３層１４の厚みは１〜５ｍｍ（より好ましくは１〜３ｍｍ）であるが、本発明はこの具体的数字に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で変更可能である。
なお、最高使用温度が１０００℃を超える場合には、図１（Ｂ）に示すように、第１層１２の更に内側に、最高使用温度（耐熱温度）が１０００℃以上で、厚みが１０〜５０ｍｍ（このセラミックファイバーブランケットの層１１は炉温によって厚みが異なる）の耐高温性のセラミックファイバーブランケット（例えば、ＳＣブランケット、イソウールブランケット、ファインフレックスブランケット）の層１１を設けることができる。セラミックファイバーブランケットの層１１を内張りすることによって、第１層１２の低熱伝導断熱材が高温度に加熱されるのを防止し、低熱伝導断熱材を最高使用温度以下に保持できる。また、セラミックファイバーブランケットの層１１の更に内層に０．５〜２ｍｍ厚みのセラミック繊維の織布（例えばアルミナクロス）１５を設けることもでき、これによって、セラミックファイバーブランケットの層１１からの粉塵の飛散防止を図ることができる。

最高使用温度が１０００℃以上で、セラミックファイバーブランケットの層１１の厚みが１０ｍｍより薄い場合には、第１層１２の内側温度が高くなり、熱絶縁性のよい第１層１２が使用温度範囲を超える場合があり、セラミックファイバーブランケットの層１１の厚みが５０ｍｍより厚い場合には、誘導加熱コイル１９が加熱対象物である鋼帯から遠くなり、加熱効率が下がる。
また、第１層１２の低熱伝導断熱材としては、例えば、厚みは６〜１５ｍｍ（より好ましくは６〜１０ｍｍとするのがよい）であって、熱伝導率は前述のように小さいものを使用する。この第１層１２の表裏は薄い（例えば、厚さ０．５〜１ｍｍ程度の）セラミック繊維の織布（例えばアルミナクロス）で覆っておくのがよい。

第２層１３は耐熱ボードで、厚みが２０〜４０ｍｍで、耐熱温度は４００℃程度、圧縮強度は４２０〜４８０ＭＰａで、熱伝導率が０．２〜０．３Ｗ／ｍ・Ｋであり、曲げ強さは１２０〜１５０ＭＰａのもの（例えば、ガラス繊維の積層板、石膏ボード、セラミックボード）を使用した。この耐熱ボードは機械的強度に優れるため、図２に示すように適当な大きさの耐熱ボードから矩形板を切断して、両側部にフランジ１６、１７を有する筒状体枠（スロート枠）１８を支持部材とすることができる。そして、本実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置１０では、第２層１３の耐熱ボードの内外層を図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す構成としている。

筒状体枠１８の組み立てにあっては、非導電体のボルト、ナット等を使用する。例えば、耐火物製（例えば、アルミナ、窒化珪素）のボルト、ナットを使ってもよい。また、セラミックファイバーブランケットの層１１、第１層１２を、耐熱ボードからなる筒状体枠１８に固定する場合はアルミナ製の紐状物、耐火物製のボルト、ナットなどを使用するのがよい。紐状物又はボルト、ナットで固定する場合はセラミックファイバーブランケットの層１１、第１層１２、第２層１３を貫通する孔を設けて固定するのがよい。また、必要に応じて耐熱性を有する接着剤を併用してもよい。

第３層１４はセラミック繊維の織布（例えばアルミナクロス）に、耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴム（例えば、フッ素樹脂、シリコンゴム、カルレッツ）が融着されたシール材（例えば、アルミナクロス）が使用され、筒状体全体のシールを図っている。
そして、この表面に保持される誘導加熱コイル１９は、銅板のままであってもよいが、発熱による温度上昇を防止するため、銅パイプを使用し内部に冷却水を流してもよい。

前記実施の形態においては具体的数字を用いて説明したが、本発明はこの数字に限定されるものではない。
なお、第２層１３、第３層１４が更に耐熱性、熱絶縁性を有するものを使用する場合は、第１層１２、セラミックファイバーブランケットの層１１の厚みを更に薄くしてもよい。
また、前記実施の形態においては、材料を特定して説明したが、本件発明の要旨を逸脱しない範囲での材料変更は当然あり得る。

（Ａ）は最高使用温度が１０００℃以下の場合の本発明の一実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置の部分断面図、（Ｂ）は最高使用温度が１０００℃を超える場合の本発明の一実施の形態に係る帯状体の誘導加熱装置の部分断面図である。 同保護構造に使用する第２層の側断面図である。

符号の説明

１０：帯状体の誘導加熱装置、１１：セラミックファイバーブランケットの層、１２：第１層、１３：第２層、１４：第３層、１５：セラミック繊維の織布、１６、１７：フランジ、１８：筒状体枠、１９：誘導加熱コイル

Claims (5)

1. 誘導加熱コイルの内側に保護構造体を配置し、該保護構造体の内側に鉄又は非鉄金属からなる帯状体を通過させて、該帯状体を誘導加熱する装置において、前記保護構造体は筒状の３層構造を有し、各層を前記帯状体側から前記誘導加熱コイルに向かって第１層、第２層、第３層とするとき、前記第１層から前記第３層が以下の構造となっていることを特徴とする帯状体の誘導加熱装置。
   第１層：平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくともシリカの超微粉末６０質量％以上、酸化チタンの超微粉末３０質量％以上からなって、８００℃における熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導断熱材
   第２層：耐熱温度４００℃以上、常温における圧縮強度４００ＭＰａ以上、常温における曲げ強度１００ＭＰａ以上の機械的強度を有する耐熱ボード
   第３層：セラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材
2. 誘導加熱コイルの内側に保護構造体を配置し、該保護構造体の内側に鉄又は非鉄金属からなる帯状体を通過させて、該帯状体を誘導加熱する装置において、前記保護構造体は筒状の３層構造を有し、各層を前記帯状体側から前記誘導加熱コイルに向かって第１層、第２層、第３層とするとき、前記第１層から前記第３層が以下の構造となっていることを特徴とする帯状体の誘導加熱装置。
   第１層：平均粒径１〜１００ｎｍの超微粉末の圧粉体からなり、少なくとも、シリカの超微粉末５２質量％以上、ジルコニアの超微粉末２５質量％以上、アルミナの超微粉末２０質量％以上からなって、８００℃における熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋ以上、０．１Ｗ／ｍ・Ｋ以下の低熱伝導断熱材
   第２層：耐熱温度４００℃以上、常温における圧縮強度４００ＭＰａ以上、常温における曲げ強度１００ＭＰａ以上の機械的強度を有する耐熱ボード
   第３層：セラミック繊維の織布に耐熱温度２００℃以上の樹脂又はゴムが融着されたシール材
3. 前記第１層の厚みは６〜１５ｍｍ、前記第２層の厚みは２０〜４０ｍｍ、前記第３層の厚みは１〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２記載の帯状体の誘導加熱装置。
4. 前記第１層の更に内側に、耐熱温度が１０００℃以上のセラミックファイバーブランケットからなる層を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の帯状体の誘導加熱装置。
5. 最内層にセラミック繊維の織布の層を設けたことを特徴とする請求項４に記載の帯状体の誘導加熱装置。

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