JPH05125433A - 通電加熱および冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 通電加熱によって被加熱材を加熱する装置に
おいて、加熱された被加熱材を冷却する機構を合わせて
設け、急速加熱および冷却を行う。 【構成】 被加熱材Ｗの送り通路の出側のロール電極Ｒ
３が冷却用ロールを兼ね、通電加熱された被加熱材Ｗが
冷却される。被加熱材Ｗの材質に応じて定数ｋを設定
し、被加熱材Ｗが帯材の場合にはライン速度≦ｋ／板
厚、線材の場合にはライン速度≦ｋ／直径を満たすライ
ン速度で送給することにより急速加熱を行い、ロール電
極Ｒ３およびＲ４で挟持することにより急速冷却を行
う。コンパクトな装置で加熱および冷却を行うことがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、大量生産される導電性
を有する被加熱材を連続的に高速送給しつつ、通電加熱
するとともに冷却する通電加熱および冷却装置、たとえ
ば鋼材の熱処理として加熱および冷却する通電加熱およ
び冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】導電性を有する被加熱材、たとえば鋼材
を、予熱、焼きなまし、焼き入れ等の各種目的のために
連続的に高速送給しつつ被加熱材に交流を通電し、通電
加熱によって被加熱材を加熱する装置が知られている。
このような装置としてたとえば、被加熱材を挟んで対向
する導電性のロール電極を設け、このロール電極の回転
によって被加熱材を送給するとともに、このような被加
熱材を挟んで対向するロール電極の対を連続送給される
被加熱材の送り通路において所定の間隔を隔てて２組設
け、２組のロール電極の間に交流電圧を印加することに
より、被加熱材を加熱するものがある。すなわち、送給
される被加熱材は２組のロール電極の間の送り通路にお
いて所定の交流電圧が印加され、これにより加熱され
る。

【０００３】このような装置においては通常、被加熱材
の送り通路において所定の間隔を隔てて設けられた２組
のロール電極の間に交流電圧を印加するためトランスが
用いられ、交流電源から供給される交流電圧をトランス
によって所定の電圧に変換して上記２組のロール電極の
間に印加するようにしている。

【０００４】また、被加熱材の送り通路において所定の
間隔を隔てて被加熱材を挟む導電性のロール電極が２組
設けられ、２組のロール電極の間において被加熱材の周
囲に環状トランスを配置したものが知られている。この
ような装置においては、環状トランスの環内が被加熱材
の送り通路となるように形成され、環状トランスに電源
から一次電圧が印加されることにより被加熱材に２次電
圧が誘起されて被加熱材が通電加熱されるものである。

【０００５】以上のような通電加熱装置によって各種目
的のために加熱された被加熱材はその後、冷却され、所
定の目的に使用される。この冷却に用いられる冷却装置
は、製造原価低減の面から極力コンパクトにすることが
望ましく、又材質の面からも高張力鋼材を得る場合等に
は超急速冷却が必須となっている。

【０００６】従来、このような冷却方法として、たとえ
ば特開昭６０−８２６２２号に記載されているように、
冷却ロールの巾方向に押さえロールを多数設け、被加熱
材の巾方向の被加熱材の板温分布を測定してこれに応じ
て各押さえロールの被加熱材への押圧力を制御すること
により被加熱材の板温の均一化を図るものがある。しか
しこの方法においては、押さえロールのある部分はない
部分と比較して冷却効果が大きいため、板巾方向で温度
ムラが発生する。

【０００７】また、特開昭６１−２４３１２７号に記載
されているように、冷却帯内において冷却ロールに接触
する金属ストリップの背面側を小径押さえロールによっ
て適時押し付けることにより、ストリップ巾方向に均一
な板温分布と形状を得るものがある。しかし、この方法
においては、ロール径が小さいため、圧下力を高くする
と、ロールがたわみ、接触が不均一になるので、圧下力
を高くすることができない。したがって、板とロール間
の等価熱伝達率は巻付け水冷ロール相当分しかとれな
い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来は通
電加熱装置において効率的な冷却機構が付加されていな
かったため、被加熱材を急速に冷却することができず、
これに伴い、加熱装置において急速に加熱することの意
義が半減していた。

【０００９】本発明は上記のような問題点を解消し、被
加熱材を急速に加熱するとともに急速に冷却して所望の
材質の材料を得ることができるコンパクトな通電加熱お
よび冷却装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の通電加熱および
冷却装置は、連続送給される被加熱材を、被加熱材の送
り通路の入り側に配置されたロール電極に接触させると
ともに、被加熱材の出側に所定の間隔を隔てて配置され
たロール電極に接触させることにより、通電加熱する。

【００１１】本発明の装置は、被加熱材の送り通路の出
側に配置されたロール電極の少なくとも一方が冷却用ロ
ールを兼ねている。また、被加熱材はその材質に応じて
設定される定数Ｋを帯材の板厚で割った値以下、または
線材の直径で割った値よりも小さいライン速度で送給さ
れる。

【００１２】

【作用】本発明によれば、入り側のロール電極と出側の
ロール電極との間に交流電圧が印加され、被加熱材が急
速に通電加熱される。また、環状トランスが設けられた
場合には、環状トランスに電圧が印加されることによ
り、被加熱材に２次電圧が誘起され、被加熱材が急速に
通電加熱される。加熱された被加熱材は出側のロール電
極の少なくとも一方が冷却用ロールとされているから、
これによって急速に冷却され、ロールのたわみもほとん
どないため、被加熱材とロールが均一に接触し温度ムラ
もほとんど発生しない。このように急速に加熱および冷
却を行うことにより所望の材質の材料を得ることができ
る。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の通電加熱装置の第１の実施例
を示す図である。被加熱材Ｗの送り通路Ｌの入り側に
は、被加熱材Ｗを挟んで対向する補助ロールＲ１および
導電性のロール電極Ｒ２が設けられている。補助ロール
Ｒ１は、ゴム材等がライニングされたロールである。一
方、被加熱材Ｗの送り通路Ｌの出側には、被加熱材Ｗを
挟んで対向する導電性のロール電極Ｒ３、Ｒ４が設けら
れている。ロール電極Ｒ３は後述するように冷却用ロー
ルを兼ねている。被加熱材Ｗは矢印方向に送給される。
被加熱材Ｗは、たとえば鋼板などの導電性を有する金属
板である。

【００１４】ロール電極Ｒ２とロール電極Ｒ４およびＲ
３との間には慴動子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を介して導電部材
１４が接続されている。導電部材１４は、所定の巾、厚
みを有する銅材等の良導電材により形成されている。導
電部材１４はロール電極Ｒ２およびロール電極Ｒ３、Ｒ
４の間、すなわち被加熱材Ｗの加熱ゾーンにおいて、被
加熱材Ｗの両側の近傍に対向するように配置されていて
その中央部がトランス１２の両端に接続されている。ト
ランス１２は交流電源１０に接続され、交流電源１０か
ら供給される電圧がトランス１２によって変圧され、導
電部材１４を通してロール電極Ｒ２およびＲ３、Ｒ４に
供給される。

【００１５】被加熱材Ｗにはロール電極Ｒ２およびロー
ル電極Ｒ３、Ｒ４に挟まれた送り通路において、ロール
電極Ｒ２およびＲ３、Ｒ４から供給された交流電圧が印
加され、被加熱材Ｗが急速に通電加熱される。

【００１６】送り通路の入り側にはチョークＣＨを設
け、加熱ゾーンから入り側出側に許容以上の電流が漏れ
ないようにしている。さらに、チョークＣＨの直前には
接地ロールＲ０１、Ｒ０２が設けられ、入り側を接地し
て安全を保っている。

【００１７】ロール電極Ｒ２およびロール電極Ｒ３、Ｒ
４は、被加熱材Ｗの巾以上の軸方向長さを有する導電材
からなるロールであり、それぞれの周面が送り通路Ｌを
挟んで被加熱材Ｗがそれぞれの周面と接触しつつ通過可
能な所定間隙を隔てて相対向して、または補助ロールＲ
１と対向して配置されている。

【００１８】ロール電極Ｒ３は冷却ロールを兼ねるロー
ルであり、図３にその断面を示すように、金属筒Ｒ３１
の内側のロールＲ３２に冷却水が通過する冷却孔Ｒ３３
が設けられている。冷却孔Ｒ３３に冷却水を流し、ロー
ル電極Ｒ３およびＲ４間を通過する加熱された被加熱材
Ｗをロール電極Ｒ３およびＲ４で挟持することにより、
被加熱材Ｗが冷却される。

【００１９】ロール電極Ｒ３は図４に示すようなもので
もよい。図４に示すものは、図３に示すロール電極Ｒ３
の金属筒Ｒ３１の外側に熱伝導性物質の伝導層Ｒ３４を
設けて複層化したロールである。伝導層Ｒ３４を構成す
る熱伝導性物質は、熱伝導率５．０Ｗ／ｍ℃以上を有す
る物質が使用される。但し、最表層部に各種目的で施す
薄い溶射層、メッキ層等は上記の条件を問わない。

【００２０】慴動子Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は導電部材１４の
両端にそれぞれ接続されるとともに、ロール電極Ｒ２、
Ｒ３およびＲ４それぞれを構成するロールの回転軸に設
けた受電部と慴動接触可能にされている。

【００２１】なお、図示しないが、金属ロール、セラミ
ックコーティングロール、セラミックロール等のサポー
トロールを被加熱材Ｗの送り通路に設けてもよい。

【００２２】被加熱材Ｗは次のようなライン速度で送給
される。被加熱材Ｗが板状の帯材の場合にはライン速度
≦ｋ／ｔ（ｍ／分）、被加熱材Ｗが線材の場合にはライ
ン速度≦ｋ／ｄ（ｍ／分）を満たす速度で送給される。
ここで、ｋは被加熱材Ｗの材質によって定まる定数であ
り、たとえば次のように設定される。炭素鋼：１４、ア
ルミニウム：８３、ステンレス鋼：２２、銅：１７。ま
た、ｔは帯材の厚み、ｄは線材の直径である。

【００２３】前記のように冷却水によって冷却されるロ
ール電極Ｒ３とロール電極Ｒ４とで被加熱材Ｗを挟持す
ることにより加熱された被加熱材Ｗを冷却するから、被
加熱材Ｗから冷却用のロール電極Ｒ３への等価熱伝達率
をロール巻付け方式の１００倍以上に高め、特別な冷却
設備を設けることなしに効率的な冷却、たとえば１００
００℃／ｓ以上の急速冷却を行うことができる。したが
って、急速冷却によりたとえば板材の場合プレス成形が
可能な高張力鋼板あるいは超高張力鋼板を得ることがで
きる。

【００２４】図７には本装置によって加熱および冷却さ
れた被加熱材Ｗの温度変化のパターンの例が示されてい
る。同図に示すように急速加熱によって８５０℃まで加
熱された後、冷却兼通電用のロール電極Ｒ３によって４
５０℃まで急速に冷却され、その後は自然放冷される。

【００２５】このように本装置によれば、効率的に加熱
および冷却をおこなうことができる。また、急速加熱お
よび急速冷却を行う装置がロール電極Ｒ３を共通にして
もうけられているから、装置をコンパクトにすることが
できる。

【００２６】図２は本発明の通電加熱装置の第２の実施
例を示す図である。この装置においては、被加熱材Ｗへ
の通電手段として環状トランス２０が設けられている。
環状トランス２０は、たとえば磁路として好適な性質を
有する珪素鋼板を図５に示すようにロ字状部材２２とし
て形成して積層し、所定の長さとした鉄心と、環の内外
周にかけて巻き回した一次コイル２４とから構成され、
環内が被加熱材Ｗの送り通路Ｌを形成している。すなわ
ち、環内断面空間の大きさは移動中の被加熱材Ｗが巾方
向に移動、すなわち横揺れする距離、上下方向のうね
り、たとえば薄鋼板の場合に生じる板の波やバタツキ等
およびカテナリによる被加熱材Ｗのたわみ等を考慮し
て、非接触状態で通過可能に設定される。

【００２７】なお、環状トランス２０は図６に示すよう
な構成のものでもよい。即ち、鉄心２２の環内空間をや
や大としたうえ、当該環内に被加熱材Ｗの送り通路Ｌを
囲む如く、かつ鉄心２２と同心の環状を呈する防護隔壁
２６を設ける。当該防護隔壁２６は１層ないし図示の如
く２層である。１層とした場合の防護隔壁２６は非磁性
体、例えばステンレススチール等の金属材が用いられ、
被加熱材Ｗがトランス２０内通過に際する揺れ、あるい
は破断等の事故時の撥ねで一次コイル２４に接触して破
損するのを防止する。２層とした場合の防護隔壁２６は
上記非磁性体の金属材を内側層２６ａに、断熱材、例え
ば断熱ファイバー等を外側層２６ｂにしてあり、トラン
ス破損防止とともに、被加熱材Ｗからの放射熱による一
次コイル２４の焼損を防止する。また、被加熱材Ｗが一
次コイル２４を破損する恐れのない場合には、断熱材の
みで１層を形成して一次コイル２４の焼損防止をするよ
うにしてもよい。なお、一次コイル２４を管材とし、管
内に当該一次コイル２４冷却用の冷却水を通水する構成
としてもよい。

【００２８】環状トランス２０は電源１０に接続され、
電源１０から環状トランス２０に所定の電圧が印加され
ると、トランスの２次側に相当する被加熱材Ｗに２次電
圧が誘起され、被加熱材Ｗが通電加熱される。なお、環
状トランス２０の巻き数は図示しないタップチェンジャ
ーによって任意に変えることができ、被加熱材Ｗに誘起
される電圧を調節することができる。また、環状トラン
ス２０には、パワーコントロールスイッチを有する電源
１０から一次コイルに給電される。

【００２９】この装置においては、電源１０から環状ト
ランス２０へ給電されると、被加熱材Ｗに２次電圧が誘
起され、被加熱材Ｗに発生した２次電流は慴動子Ｓ１、
Ｓ２およびＳ３を介して接続される導電部材１４を帰線
として流れることになる。この場合導電部材の抵抗は、
被加熱材の抵抗に比べ著しく小さくなるように設定され
るため、電流はほとんどが被加熱材Ｗの加熱のために消
費され、導電部材１４における損失は少ない。したがっ
て、効率的に被加熱材Ｗを通電加熱するとともに、被加
熱材に発生した電圧はほとんど被加熱材の内部で消費さ
れてしまい通電ロールおよび導電部材にかかる電圧は非
常に低く、加熱装置の周囲に配置された機器の損傷を防
止するとともに、作業者の安全を保つことができる。

【００３０】この装置においても図１の装置と同様に、
通電ロールＲ３は冷却ロールを兼ね、被加熱材Ｗは所定
の値を越えないライン速度で送給される。したがって、
図１の装置と同様に急速加熱および急速冷却を行うこと
ができる。

【００３１】また、環状トランス２０の上下両側に導電
部材１４が配置されているから、導電部材１４とトラン
ス２０との磁気結合が良く、インダクタンスを小さくす
ることができる。したがって、力率が良いため、加熱の
効率が高い。

【００３２】上記の各実施例において、ロール電極Ｒ２
〜Ｒ４には、雰囲気の塵埃、被加熱材Ｗが持ち込む塵埃
が徐々に推積する場合があって、被加熱材Ｗとの接触を
不良とする際には、ロールクリーナを配置することもあ
る。また、補助ロールＲ１をロール電極としてもよい
し、ロール電極Ｒ４を冷却ロール又は押えロールとして
もよい。

【００３３】上記実施例の説明中では触れなかったが、
被加熱材Ｗに対する温度制御が行われることは勿論であ
る。即ち、被加熱材Ｗのサイズ、所定昇温温度等から予
め求める所要電力、所要電流、所要電圧のいずれかを被
加熱材Ｗに与えるようトランス２０への入力を予め所定
に設定して運転するプリセット方式が採られる場合があ
る。また、図示してはいないが、装置の出側で被加熱材
Ｗの温度を測定し、当該測定値が予定された温度との間
に差異がある場合には、図示しないパワーコントロール
スイッチを操作して、差異に相当する電力、電流、電圧
のいずれかを調整するフィードバック方式を採るように
してもよい。

【００３４】付言ではあるが、本発明装置は水平や垂直
配置のみならず、任意の角度で配置可能である。

【００３５】

【発明の効果】本発明の通電加熱装置によれば、被加熱
材の材質に応じて所定の速度で被加熱材を送給するか
ら、被加熱材を急速に加熱することができる。また、出
側のロール電極の少なくとも一方が冷却ロールを兼ねて
いるから、加熱された被加熱材を急速に冷却することが
できる。したがって、急速加熱急速冷却を必要とする材
料の処理に適し、所望の材質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の通電加熱装置の第１の実施例を示す概
略構成図である。

【図２】本発明の通電加熱装置の第２の実施例を示す概
略構成図である。

【図３】冷却ロールを兼ねるロール電極を示す断面図で
ある。

【図４】冷却ロールを兼ねるロール電極を示す断面図で
ある。

【図５】通電加熱装置に用いられる環状トランスを示す
断面図である。

【図６】通電加熱装置に用いられる環状トランスを示す
断面図である。

【図７】加熱および冷却による温度変化のパターンを示
す図である。

【符号の説明】

１０ 電源 １２ トランス １４ 導電部材 ２０ 環状トランス ２２ ロ字状部材 ２４ 一次コイル Ｒ１ 補助ロール Ｒ２〜Ｒ４ ロール電極 Ｒ３１ 金属筒 Ｒ３３ 冷却孔 Ｓ１〜Ｓ３ 慴動子 Ｗ 被加熱材 Ｌ 送り通路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続送給される被加熱材を、該被加熱材
   の送り通路の入り側に配置されたロール電極に接触させ
   るとともに、前記被加熱材の出側に所定の間隔を隔てて
   配置されたロール電極に接触させることにより、前記被
   加熱材を通電加熱するとともに、加熱された前記被加熱
   材を冷却する通電加熱および冷却装置において、該装置
   は、 前記被加熱材の送り通路の出側に配置された前記ロール
   電極の少なくとも一方が冷却ロールを兼ね、 前記被加熱材は、該被加熱材の厚み又は直径および材質
   に応じた所定の速度以下で送給され通電加熱されるとと
   もに、前記冷却ロールを兼ねるロール電極によって押圧
   冷却されることを特徴とする通電加熱および冷却装置。
2. 【請求項２】 前記通電加熱装置はさらに、前記入り側
   および出側のロール電極間に交流電圧を供給する電源供
   給手段を有し、 前記電源供給手段から前記入り側および出側のロール電
   極を通して前記被加熱材に通電することにより、前記被
   加熱材を加熱することを特徴とする請求項１に記載の通
   電加熱および冷却装置。
3. 【請求項３】 前記通電加熱装置はさらに、前記入り側
   および出側のロール電極間に配置された環状トランスを
   有し、 前記環状トランスは電源に接続されるとともに環内が前
   記被加熱材の送り通路となるように形成され、前記環状
   トランスにより前記被加熱材に誘起される電圧によって
   前記被加熱材が加熱されることを特徴とする請求項１に
   記載の通電加熱および冷却装置。
4. 【請求項４】 前記被加熱材は板状体であり、その材質
   に応じた定数をｋ、厚みをｔとして、ｋ／ｔ以下のライ
   ン速度で送給されることを特徴とする請求項１，２，３
   のいずれかに記載の通電加熱および冷却装置。
5. 【請求項５】 前記被加熱材は線材であり、その材質に
   応じた定数をｋ、直径をｄとして、ｋ／ｄよりも小さい
   ライン速度で送給されることを特徴とする請求項１，
   ２，３のいずれかに記載の通電加熱および冷却装置。
6. 【請求項６】 前記冷却ロールを兼ねるロール電極は、
   金属製の筒状体を有するとともに、該筒状体の内側に冷
   却水を流す冷却孔を有することを特徴とする請求項１，
   ２，３，４，５のいずれかに記載の通電加熱および冷却
   装置。