JPH0361336A - 帯材通電加熱用リングトランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は走行する帯材を各種目的で所定温度まで通電加
熱する装置における帯材通電加熱用リングトランス、詳
しくは各種寸法や各種材質の帯材に対応して巾方向均一
加熱可能、ないし不均一加熱可能な汎用性のある帯材通
電加熱用リングトランスに関する。

（従来の技術） 本願共同出願人中の一方出願人は、新規技術思想に立脚
した走行材の通電加熱装置を創出し、線材を対象とする
発明は特願昭６１−２７２７９８号（特開昭６３−１２
８１２５号）をもって、また帯材を対象とする発明は特
願昭６１−３００１２７号をもって出願している。両出
願発明は９例えば帯材を対象する装置を示す第１図（ａ
）および（ｂ）に従って説明すれば、送り通路りが環状
鉄心１１の環内を貫通するトランス１０、当該トランス
ＩＯの両端に近接配置されて送り通路上の帯材Ｗに接触
する例えば対ロールａ、ｂからなるロール電極２１．２
２、および当該両ロール電極２１．２２間を例えば摺動
子Ｓを介して電気的に接続する導電材３．３から構成さ
れ、両ロール電極２１．２２間にある走行中の被加熱帯
材Ｗの抵抗Ｒ１と導電材３の抵抗Ｒ２との関係をＲ１〉
〉Ｒ２に設定し、トランスＩＯの一次巻線１２への給電
により上記両ロール電極２１．２２間を走行中の帯材Ｗ
に導電材３．３を帰線とする二次電流を誘起させて加熱
することを要旨とする通電加熱装置である。

（従来技術に存する問題点〉 ところで、当該通電加熱装置１００は、線材を加熱対象
とする場合には何等問題を生じないが、帯材を加熱対象
とする場合には実施にあたり、中方向を如何に均一加熱
するかの問題が浮かび上がってきた。また、たとえ均一
加熱が得られる所定構成としても、均一加熱が得られる
帯材の寸法範囲は限定され、かつ帯材の材質が異なると
、たとえ寸法が同じであっても均一加熱か得られず、従
って異なる材質２寸法の帯材にそれぞれ対応した多数の
トランスを準備する必要があり、設備費が嵩むという問
題点が指摘された。さらには、装置が帯材を均一加熱可
能構成にしであると、必要に応じて２例えばエツジ部を
中央部よりやや高温に加熱したい等、能動的に中方向の
偏熱を望む場合には、全く対応し難いなどの問題点を内
蔵していることも判明し、対策が希求されるところとな
った。

（発明の目的） 本発明は特願昭６２−３００１２７号出願発明である帯
材通電加熱装置発明が抱える上述の問題点を解消するた
めになされたもので、各種寸法や各種材質の帯材に対応
して巾方向均一加熱可能。

ないし所望する不均一加熱を得ることが可能な汎用性の
ある帯材通電加熱用リングトランスを提供することを目
的とする。

（発明の構成） 本発明の要旨は、トランスの一次巻線を鉄心の間口中方
向ほぼ全長にわたり多巻回するとともに、当該巻線の所
定複数位置にタップを設け、当該タップを介して一次巻
線への給電範囲を加熱帯材の材質、巾および板厚に応じ
て制御可能に構成してなることを特徴とする帯材通電加
熱用リングトランスにある。

（実施例） 本発明を第２図に従って以下に詳述する。

トランス１０の鉄心１１には２図示の如く間口巾方向ほ
ぼ全長にわたり一次巻線１２が多巻回されている。当該
一次巻線１２には、Ｔとして示すタップが例えばａ　”
−ｎの如く、所定複数位置の巻線に設けられている。従
って、例えばタップＴｇおよびＴｈを閉、その他を開状
態とし、Ｅとして示す電源から一次巻線１２へ給電すれ
ば、給電電流はクツ１フ て流れ、タップＴｅおよびＴｉを閉，その他を開状態と
して給電すれば、給電電流はタップＴｅ・Ｔｉ間に位置
する巻線に限定されて流れ、さらにタップＴａおよびＴ
ｎを閉．その他を開状態として給電すれば、給電電流は
一次巻線１２の全長を流れることとなる。このように本
発明トランス構成は、一次巻線１２への給電電流を所定
範囲に限定給電したり，あるいは全長にわたる給電とす
る等，一次巻線１２への給電範囲を制御可能である。

（発明の作用） 本発明は、材質や巾および板厚が異なる各種の帯材それ
ぞれに対応して一次巻線への給電範囲を所定に制御する
ことにより、それぞれの帯材を中方向均一加熱．ないし
所望する不均一加熱可能とする作用がある。

（発明完成に至るまでの経過） 本発明は、通電加熱時の電流密度解析，熱伝導解析なら
びに実機を用いた実験を経て完成された。

（１）通電加熱時の電流密度解析： 通電加熱時のトランス１０により被加熱帯材Ｗに誘起さ
れる電流密度分布が帯材Ｗの巾（Ｗｗ）。

板厚ｔおよび一次巻線１２の巻重（Ｃｗ）との関係で如
何なる変化を示すかを有限要素法を使用したコンピュー
タにより解析した。その一部を以下に開示する。

電磁方程式の基本式 上記式（１）において、ｘ−ｙ２次元場では等方性であ
るとし、またＡが正弦波的に変化するものとすれば、式
（１１は次のようになる。

・−−一−・−（２＋ ただし、 Ａ　：磁気ベクトルポテンシャ、ル（Ｗｂ／ｍ）Ａｚ　
：磁気ベクトルポテンシャル のＺ方向成分　　　　　　（Ｗｂ／ｍ）Ｊｏ　：強制電
流密度　　　　　　（Ａ／ｍ２）Ｊｏｚ：強制電流密度
のＺ方向成分（Ａ／ｍ２）μ　：透磁率　　　　　　　
　　（Ｈ／　ｍ　）σ　：導電率　　　　　　　　　（
υ／ｍ）ω　　角周波数　　　　　　　　（ｒａｄ　／
ｓ　）φ　：電位　　　　　　　　　　（Ｖ）Ａ、」＝
記式（２）を用い、共通解析条件ならびに物性値を下記
の通りとし、例えば一般的な加熱対象材である鋼帯を取
り上げ、板厚ｔ２ｍｍの帯材を対象として、茶巾（Ｗｗ
）と一次巻線の巻重（ＣＷ）とが（Ｗｗ＝Ｃｗ）の関係
にある場合の帯材導電率σＳの変化と帯材の中方向表面
電流密度４分布の変化との相関関係を求めた。

ｆ　　＝６０（Ｈｚ） μｃ　＝６０００　（鉄心の比透磁率）μ−＝１　（一
次巻線の比透磁率） μ５＝３０（帯材の比透磁率） σｓ＝（帯材導電率）；２０℃−−−−７、７Ｘ　１０
　”２００℃−−−−−−４、ＯＸ　１０６７５０℃・
−一−−−−４，Ｏｘ　１０６ただし、一次巻線・帯材
間のギャップ ｇ　＝　１５０　（ｍｍ） また、一次巻線電流Ｊｏｚは帯材の平均電流密度が１．
５Ｘ　１０６　（Ａ／ｍ２）になるように設定した。

第３図は（ＷＷ＝ＣＷ）の関係にある場合の解析結果で
あり、（ａ）は磁束シミュレーション図、また（ｂ）は
帯材導電率σＳの上記変化に対応した帯材の電流密度Ｊ
分布図で、図における線イは７．７Ｘ１０Ｇの、線口は
４．０Ｘ１０６の、また線ハは１．０Ｘ１（１’の場合
であって、温度上昇とともに電流密度Ｊが均一分布とな
ることを示す。

また、各条件における電流密度偏差（ｅｄｇｅｃｅｎｔ
ｅｒ／　ｃｅｎｔｅｒ）をまとめて第１表として示す。

第　　１　　表 第３図および第１表から、板厚２ｍｍの帯材の場合、温
度の上昇に伴って電流密度Ｊの分布は均一方向へ向かう
ことが理解される。また開示しない（Ｗｗ＜Ｃｗ）の場
合の解析でも電流密度Ｊの偏差が極めて小さいことが確
認された。

さらに言えることは、加熱初期に該当する帯材導電率σ
Ｓ＝７．７Ｘ１０６でのセンター・エッヂ間の電流密度
Ｊ偏差は１桁台の％であり、この程度の差は加熱終了時
点での中方向の加熱温度の均一性保証に殆ど影響しない
ものと推測される。

Ｂ１本発明者は、さらに茶巾（Ｗｗ）は４００ｍｍであ
るが、板厚ｔが４ｍｍ、６ｍｍと異なる２種類の帯材に
ついて、一次巻線の巻重（ＣＷ）を種々変え、かつ一次
巻線電流Ｊｏｚは帯材の平均電流密度がＩ　Ｘ　１０７
　（Ａ／ｍ２）になるように電流密度Ｊを設定し、その
他の条件は前記板厚２ｍｍの場合と同様として、帯材導
電率σＳが７．７Ｘ１０６の場合について解析した。

解析結果である表面電流密度１分布を、板厚４ｍｍは第
４図に、板厚６ｍｍは第５図に、それぞれ示す。各図そ
れぞれにおける線イは巻重が４５０ｍｍ、即ち（Ｗｗ＜
Ｃｗ）の関係、線口は巻重が４００ｍｍ、即ち（Ｗｗ＝
ＣＷ）の関係、線ハは巻巾が３５０ｍｍ、即ち（Ｗｗ＞
Ｃｗ）の関係、また線二は巻重が３００ｍｒｎ。

即ち（Ｗｗ＞＞Ｃｗ）の関係とした場合である。

第２表には、上記各図に示される巻重（Ｗｃ）の変化に
伴って変化する電流密度Ｊの偏差をまとめて示す。

第２表 ＊注記：電流密度偏差の＋はＥｄｇｅ側が高温。

またーはＣｅｎ　ｔｅｒ側が高温を示す。

上記各図および第２表から、加熱初期に該当する帯材導
電率σｓ　＝　７．７　ＸＩＯ’で、　　（Ｗｗ＝Ｃｗ
）の関係では、帯材の板厚ｔが順次厚くなるにつれてセ
ンタ・エッヂ間の電流密度Ｊ分布偏差が増大し、板厚ｔ
が５ｍｍでは１ｏ桁台の％となり、前掲２ｍｍの帯材で
の１桁台の％に較べると大差を生ずることが判明した。

通電加熱では、電流密度Ｊの分布は昇温するにつれて均
一化するものの、昇温過程での電流密度３分布の累積が
最終加熱結果を璽すものであるので、上記板厚６ｍｍの
帯材が示す１０桁台の偏差は加熱結果に著しい温度差を
生起するものと推測される。

従って、帯材の板厚が厚い場合、中方向の加熱の均一性
を得るための条件として、定性的には （Ｗｗ＞Ｃｗ） の関係とすることが必須であり、かつ電流密度Ｊの分布
が９例えば各図の線口・線ハ間の中間を示す巻重（Ｗｅ
）を適宜選定すればよいとの結論を導き出し得る。

尚、電流密度３分布ついての解析は帯材の表面のみなら
ず、芯部についても行ったが、芯部の電流密度Ｊは表面
に比べてやや低いものの、表面と全く同一の分布傾向を
示すことを確認している。

Ｃ１上記電流密度解析の他、電流密度に応じて発生する
熱の伝導状態、即ち伝熱解析も平行して行った。当該解
析結果も帯材の板厚が比較的薄い場合には、（Ｗｗ＜Ｃ
ｗ）や（Ｗｗ＝Ｃｗ）の関係にある帯材の中方向均一加
熱が保証され、また帯材の板厚が厚くなるに従って順次
（Ｗｗ＞Ｃｗ）としなければ巾方向均一加熱は望み得な
いとの上記電流密度解析と同様な結果を得ている。

（２）実験例： 本発明者は次いで第２図に示されるトランス構成とした
通電加熱装置１００を用いて加熱実験を実施し、上記解
析結果と照合することとした。その一部を以下に開示す
る。

実験には鉄心間口の中方向寸法が５２０ｍｍ。

一次巻線の巻重４００ｍｍ、帯材・片側一次巻線間ギャ
ップ１５０ｍｍのトランスを用い、一定帯中（Ｗｗ）４
００ｍｍであるが、板厚ｔが異なる４、　５　ｍ　ｍお
よび６ｍｍの２種類の鋼帯を供試体とし、当該供試体を
トランス内に貫通させ、静止状態でタップＴを介して給
電範囲（Ｃｗ）を種々変えて加熱し、少なくとも一部が
５００℃に昇温した時点でのトランス内出口近傍の巾方
向表面温度を熱電対により測温した。

供試体に対する給電範囲（Ｃｗ）と供試体の板厚ｔとの
関係、および測温結果を第３表に示す。

第３表 ＊注記：温度差の＋はＥｄｇｅ側が高温を。

は Ｃｅｎ　ｔｅｒ側が高温を示す。

同表から、板厚ｔの厚い帯材では給電される一次巻線の
両端を帯材のＥｄｇｅからどれだけ後退させれば巾方向
均一加熱が可能か、即ち板Ｊｖｔに応じた給電範囲（Ｃ
Ｗ）の適正値があり、当該適正値を選定することが可能
な本発明の給電範囲可変構成が各種巾、板厚の帯材それ
ぞれを中方向均一加熱するのに奏功することが証明され
た。

（他の実施例） 上記実験例は測温の正確性を確保するため、供試体を静
止状態下で実施した。然し、本発明にかかるトランスを
備えた通電加熱装置は当然走行状態下の帯材を所定温度
まで加熱することを目的としているので、実稼働時には
、勿論両ロール電極２１．２２間を帯材が所定の速度で
走行することとなる。

また、上記解析ならびに実験例は鋼帯についてであった
が、鋼帯とは異なる材質では２その導電率σの大・小に
対応して茶巾（Ｗｗ）と給電範囲（Ｃｗ）との均一加熱
可能範囲が変わるが、開示側以外にも多数実施した他の
解析ならびに実験結果から、上記と同様な定性的傾向を
示すことが確認されている。

さらに、上記解析ならびに実験例は帯材の巾方向均一加
熱を図る記述に終始したが、例えば加熱工程に続く加工
工程が配置位置関係で離間しておるがため、加熱後の帯
材が加工位置に達する間にエッヂ部の温度低下を来す虞
がある場合等には、当該温度低下に見合うだけエッヂ部
が些少高温となるが如くタップＴの開、閉位置を制御す
れば、加工時の帯材巾方向均一温度を保証可能である。

尚、本発明における一次巻線への給電は第２図に示され
る如き電源との直列接続回路構成に限定されるものでは
ない。所定巻回範囲ごとに電源と並列接続する回路構成
としてもよい。当該構成とすれば、例えばエッチ部のみ
を所定温度、中央部はそれより十分低い熱伝導影響温度
の如く、能動的に加熱を所定範囲に限定する操作を行う
などの特殊な場合にも対処可能である。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、材質や寸法が異なる各種
帯材それぞれに合わせて鉄心間口巾寸法や一次巻線巻中
寸法が異なる多数のトランスを準備する必要は一切なく
、従って加熱予定量大巾の鉄心間口中寸法のトランスを
１個備えれば、同一材質で中および厚さが種々異なる帯
材は勿論のこと、材質が異なる帯材であっても、それぞ
れに対応して巾方向均一加熱することが可能となり、さ
らには中方向不均一加熱も能動的に操作可能であるので
、最低限の設備費で足り、従って生産コストを極めて低
源に抑え得ることとなり、本発明が庸す効果は甚大であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明が通用される通電加熱装置の正面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面
図、第２図は本発明リングトランスの一次巻線構成例を
示す側面図、第３図は板厚２ｍｍの帯材を加熱した場合
のコンピータ解析結果で、　（ａ）は磁束シミュレーシ
ョン図、　（ｂ）は電流密度分布図、第４図および第５
図それぞれは板厚４ｍｍおよび６ｍｍの帯材を加熱した
場合のコンピータ解析結果の電流密度分布図である。 Ｉ　Ｑ　０−−−−−−−−−−−−一通電加熱装置１
０−一〜・−−−−−−−−−・−（リング）トランス
１１−−−−−−−−一一一一−−鉄心１２−−−−−
−・−一−−−−−−一次巻線２１　、　２２−−一一
一一ロール電極３・−一一−−−−−・−一一一一一一
一一一一・−導電材ｒ、　−−−−−−−−−−−−−
−−−−−−一送り通路Ｗ−−−−−−−−−−−−−
−−−一帯材’ＪＪ　ｗ　−−−−−−−−−−−−−
−一帯材の巾ＣＷ−・−−−−一−・−・・−ｍ一次巻
線の巻重Ｔ　ａ　−Ｔ　ｎ−−−−−−タップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 送り通路が環状鉄心の環内を貫通するトランス、当該ト
   ランス両端に近接してそれぞれ配置されて送り通路上の
   帯材と接触するロール電極、および当該両ロール電極間
   を電気的に接続する導電材からなり、上記トランスの一
   次巻線への給電により上記両ロール電極間を走行中の帯
   材に上記導電材を帰線とする二次電流を誘起させて加熱
   する加熱装置のトランスにおいて、一次巻線を鉄心の間
   口巾方向ほぼ全長にわたり多巻回するとともに、当該巻
   線の所定複数位置にタップを設け、当該タップを介して
   一次巻線への給電範囲を加熱帯材の材質、巾および板厚
   に応じて制御可能に構成してなることを特徴とする帯材
   通電加熱用リングトランス。