JPH0867917A - 直接通電加熱方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】板幅方向での加熱均一性を実現でき、さらに、
設備の小型化、耐久性向上と高い加熱効率および、加熱
コストの大幅な低減と製品特性の向上を達成できる通電
加熱方法。 【構成】板の走行方向に所定の距離を隔てて設置された
２本の給電ロール２ａ，２ｂと、各給電ロール２ａ，２
ｂと板を挟んで対向させた押えロール１で構成された給
電装置により板に通電して加熱する直接通電加熱方法に
おいて、板の走行方向に隣合う２本の給電ロール端部の
電源供給部を互いに対角をなすように接続して通電す
る、直接通電加熱方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、走行する板材を給電ロ
ールを用いた直接通電により加熱する直接通電加熱方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】走行する板材の加熱方法には従来から、
バーナーや炉による加熱、誘導加熱が広く実用化さ
れている。

【０００３】しかし、の加熱方法では外部の熱源から
発生する熱を輻射と熱伝達により板に供給して加熱する
ものであるが、高速で走行する板を加熱するには熱源の
温度を上げるか、加熱ゾーン長を長くして加熱時間を確
保する事が必要であり、バーナーを用いた場合は熱源お
よび耐火物の耐久性と板表面が過熱されるため加熱温度
に限度がある。従って、連続焼鈍のような大規模な設備
を用いて板を長い経路走行させて加熱を行う必要があ
り、莫大な費用の投資が必要である。

【０００４】また、の加熱方法では高周波を用いて渦
電流損を熱に変えて加熱するものであるが、高価な高周
波電源とコイルが必要であり、加熱効率も３０〜８０％
と低く、被加熱材が非磁性体、あるいは板形状（板幅、
板厚）が多様なラインでは高い効率を維持する事が極め
て困難である。従って、設備および加熱コストは非常に
高くなり、板の全幅を加熱する事はあまり行われておら
ず、エッジヒータ等の局部加熱に用いられることが多
い。

【０００５】近年、板に直接通電を行いジュール熱によ
り板を加熱する通電加熱方法が注目されている。本加熱
装置の原理を従来方法である図３に基づいて説明する。
上下１対の給電ロール２と押さえロール１を金属板３の
走行方向に離間させて２組設置し、給電ロール２を介し
て金属板３に電流を流して発熱させるものであり、装置
構成としては電源６、給電ロール２とそれらを接続する
短絡部材５、摺動子４からなる導電部材である。

【０００６】特開平１ー１４２０３２号公報には、板の
走行方向に所定の間隔で設けられた２本の給電ロールの
同じ一端側同士を接続して給電を行う直接通電加熱方法
が開示されている。しかし、このような給電方法では、
特に、被加熱材が広幅の場合に、電流が被加熱材の給電
側幅端のみを流れ易くなり、被加熱材の幅方向温度分布
に大きな温度差が生じ、通電加熱後の過程において、例
えば圧延における圧延幅方向不均一による板厚精度のば
らつきや熱処理温度の板幅方向での不均一による機械的
性質のばらつき等の問題がある。

【０００７】また、図４に示す様な給電ロールの両端部
から給電を行う方式も検討されている。この給電方法で
は、通電ロール２の両端部に電流を流して板を発熱させ
る方法であるが、被加熱材の両板端部に電流が集中し板
端部でのスパークの発生が懸念される。

【０００８】さらに、板の温度分布は両板端部が中心部
に比べ高くなり次のような問題点がある。実際の設備設
置の際、２次側トランス等は通電加熱装置の駆動側ある
いは作業側のどちらか一方に設置されることが多い。そ
の場合、短絡部材がトランス設置箇所とは反対側の給電
ロール端部まで必要となり、その間でのリアクタンスが
大きくなり、それに伴い加熱効率が悪くなり加熱コスト
が高くなる。また、必要な短絡部材、摺動子の数も多く
なり、メンテナンス等の点から見てもコストが高くな
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、板
材の直接通電加熱装置を小型化、耐久性向上と高い加熱
効率および加熱の板幅方向均一性を実現することによ
り、加熱コストの大幅な低減と製品特性の向上を達成す
るための直接通電加熱方法を提供すること。および、
直接通電加熱装置の上流および下流側へ電流が流れる事
を抑止することにより、本装置外に設けられた諸設備と
の電気的絶縁を不要にして設備コストを低減し、既存ラ
インへの適用が極めて容易である直接通電加熱方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題に
ついて検討し、走行する金属板の板幅方向を均一に加熱
することが可能で、かつスパークの発生がなく、さら
に、３本の通電ロールを用いた場合に本装置外の諸設備
との電気的絶縁が不要な給電方法を完成させるに至っ
た。

【００１１】本発明は、板の走行方向に所定の距離を隔
てて設置された２本の給電ロールと、各給電ロールと板
を挟んで対向させた押さえロールで構成された給電装置
により板に通電して加熱する直接通電加熱方法におい
て、板の走行方向に隣合う２本の給電ロール端部の電源
供給部を互いに対角をなすように接続して通電する直接
通電加熱方法である。

【００１２】また、板の走行方向に所定の距離を隔てて
設置された３本の給電ロールを用いる場合は、板の走行
方向の最上流側と最下流側の２本の給電ロールを接地
し、かつ前記２本の給電ロールの同じ側の端部に短絡部
材を接続し、さらに、中央の給電ロール端部の電源接続
部と板の走行方向に中央の給電ロールと所定の距離を隔
てて隣合う上記最上流側または最下流側のいずれかの給
電ロール端部の電源供給部とを互いに対角をなすように
接続して通電する直接通電加熱方法である。

【００１３】

【作用】図１は、板の走行方向に２本の給電ロールを用
いた、請求項１に係る発明を示した図である。被加熱材
３である板の走行方向に所定の距離を隔てて設置された
２本の給電ロール２ａ、２ｂには、電源６と給電ロール
２ａ、２ｂの電気的接続のために、例えば各々の軸端部
に摺動子４ａ、４ｂが電源供給部として設けられてい
る。そして、その電源供給部が互いに対角をなすよう
に、例えば、上流側の給電ロール２ａには駆動側に摺動
子４ａが設けられた場合は、下流側の給電ロール２ｂに
は作業側に摺動子４ｂが互いに対角をなすようにして設
けられ、その摺動子４ａ、４ｂ同士を導電性の良好な短
絡部材５で接続している。これにより、被加熱材３中を
電流が偏流することなく流れるため、板幅方向に均一に
加熱される。

【００１４】ここで用いられる給電ロールは、金属に代
表される導電性材料によって製作された中実もしくは中
空構造であって、加熱された被加熱材が給電ロールによ
って抜熱されるのを防止するため、もしくはロールにヒ
ートクラウンが生成しないようにロールを被加熱材温度
と同程度まで加熱するためのヒータ等による加熱機能を
備えていてもよい。また、給電ロールの軸端部が過熱さ
れ摺動子等を破壊しないため、もしくは給電ロール間で
急速加熱された後急冷等を行うために、水冷等によるロ
ール内外からの冷却機能を備えていてもよい。また、ロ
ール材質としては固有抵抗の低い導電性に優れた銅等の
材料あるいは高温での強度、耐酸化性、耐食性が必要な
場合には耐熱ステンレス鋼等を用いてもよい。

【００１５】電源供給部として用いる摺動子は銅等の導
電性に優れた部材により短絡部材と電気的に接続されて
いる。また、どちらか一方の給電ロールは接地させられ
ていてもよい。ここで、短絡部材の電気抵抗が低いほど
部材内でのリアクタンスが小さくて済み、加熱効率も上
昇するため、断面積を大きくするか、または、液体窒
素、液体ヘリウム等で極低温に保持する事により、電気
抵抗を極めて小さくすることができる。また、短絡部材
として、近年開発が行われている超伝導材料を用いる事
も可能である。短絡部材の設置位置としては、交番電流
は板と短絡部材とで構成されたループを流れるため、そ
こから発生する磁界を互いに打ち消し合う方がよく、熱
負荷による損傷を受けない範囲において、短絡部材と板
あるいは短絡部材同士を極力接近させた方が望ましい。

【００１６】また、本発明によれば図４に示したような
従来方法に比べ、必要な短絡部材や通電ロールへの電源
供給部（例えば、摺動子）等の数が少なくて済むため、
リアクタンス減、メンテナンス減、低コスト、高加熱効
率の実現が可能となる。

【００１７】給電ロールと対をなす押さえロール１は、
耐熱の点で許容されれば、ゴム等の高偏平が達成できる
材質が望ましいが、熱間域まで加熱する際には耐熱性を
有する金属製ロールを用いる。また、押さえロールが金
属製である場合には、摺動子を介した電源供給でなく、
押さえロールに給電機構を設けて直接押さえロールに給
電してもよい。また、被加熱材の抜熱を防止するため加
熱ロールを用いてもよい。

【００１８】図２は、板の走行方向に３本の給電ロール
を用いた、請求項２に係る発明を示した図である。板の
走行方向に所定の距離を隔てて設置された３本の給電ロ
ール２ａ、２ｂ、２ｃを設け、かつ板の走行方向で最上
流側と最下流側の２本の給電ロール２ａ、２ｃの同じ側
の端部に接続して接地させる。２本の給電ロールを接地
することにより、本加熱装置のロールの電位は大地電位
と等しくなり、装置外の設備との間を板を通じて電流が
流れる事態は回避でき、本装置導入に伴う既存設備のい
かなる電気的絶縁も不要となる。

【００１９】さらに、３本の給電ロール２ａ、２ｂ、２
ｃのうち、板の走行方向の最上流と最下流の２本の給電
ロール２ａ、２ｃの同じ側（駆動側あるいは作業側）の
端部を導電性の良好な短絡部材５で電気的に接続し、か
つ、板の走行方向に所定の距離を隔てて隣合う中央の給
電ロール２ｂ端部の摺動子４ｂ（電源供給部）と板の走
行方向の最上流側または最下流側のいずれかの給電ロー
ル（２ａまたは２ｃ）の端部の摺動子（４ａまたは４
ｃ）が互いに対角をなすように接続する。例えば、図２
では、最上流側の給電ロール２ａには駆動側に摺動子４
ａが設けられた場合は、中央のの給電ロール２ｂには作
業側に摺動子４ｂを設けて互いに対角をなすようにして
導電性の良好な短絡部材５で接続している。これによ
り、被加熱材３中を電流が偏流することなく流れるた
め、板幅方向に均一に加熱される。

【００２０】なお、給電ロール、短絡部材の材質等は上
述した請求項１に係る発明と同様である。

【００２１】

【実施例】本発明に係る通電加熱方法による効果を、具
体的な実施例に基づき説明する。

【００２２】（実施例１）図１に示す装置を用いて、モ
デル実験を行った。実験条件を以下に列記する。

【００２３】本実験に関して、伝熱による温度均一化を
抑制するため熱伝導率の低いステンレス鋼を被加熱材と
して供した。

【００２４】被加熱材材質、寸法：ＳＵＳ３０４製冷延
コイル、０．５mm厚×１０００mm幅 加熱条件：室温→３００℃ 走行速度：１０ｍ／分 給電ロール材質、寸法：ＳＵＳ４３０製、２６０mmφ×
１３００mm幅バレル 給電ロール間距離：１０００mm 押さえロール材質、寸法：炭素鋼製、２５０mmφ×１３
００mm幅バレル 短絡部材材質、寸法：銅、１５mm厚×１５０mm幅 短絡部材の冷却：室温無冷却 トランスの設置位置：駆動側 給電位置：上流側ロール→駆動側、下流側ロール→作業
側 １次側電圧、電力：４４０Ｖ単相、５０Ｈｚ、５００Ｋ
ＶＡ 給電ロール間電流、電圧：１３Ｖ、５０００Ａ（代表
値） また、比較として図３と図４に示す給電ロールの２本共
に駆動側に電源供給部を設けた場合の試験も行い、板幅
方向での温度均一性を測定し、その結果を表１に合わせ
て示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】また、図１（本発明方法）と図３（従来方
法）の直接通電加熱方法を用いた板幅方向の温度測定結
果を各々図５、図６に示す。

【００２７】表１および図５、図６から明らかなよう
に、本発明方法では板幅方向の温度差が極めて小さく、
均一加熱が可能である。これに比較して、従来方法で
は、給電側（駆動側）が反対側（作業側）に比べて、か
なり温度が高くなり、製品品質の点からも好ましくない
ことが容易に推察できる。

【００２８】（実施例２）次に、請求項２に係る発明に
関して、実施例１と重複する部分は省略して特徴を簡略
に記述する。実施例１の試験に給電ロールの下流側に給
電ロール間距離を実施例１と同じ１０００mmとして給電
ロールを追設し、給電位置を最上流ロール、最下流ロー
ル（追設分）が駆動側、中央ロールが作業側とし、これ
らを図２に示すように短絡部材で接続して加熱試験を実
施した。加熱時の板幅方向の温度差の測定結果を表１に
合わせて示したが、実施例１の本発明方法と同程度の少
ない温度差であった。

【００２９】さらに、本装置外での電位を測定し、周辺
設備への影響を調査したが、本装置外での電位は全て大
地電位と等しく０Ｖであり加熱は本装置内のみで行われ
ており、周辺設備へ分流して、スパーク発生等の不都合
は観察されなかった。

【００３０】

【発明の効果】本発明の直接通電加熱方法を用いること
により、板幅方向での加熱均一性を実現することがで
き、さらに、設備の小型化、耐久性向上と高い加熱効率
および、加熱コストの大幅な低減と製品特性の向上を達
成する事ができる。

【００３１】また、３本の給電ロールを用いる本発明方
法によれば、本装置外に設けられた諸設備の電気的絶縁
が不要になるため、設置コストが低減され、既存ライン
への適用が極めて容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に係る発明の直接通電加熱方法の構成
を示した図である。

【図２】請求項２に係る発明の直接通電加熱方法の構成
を示した図である。

【図３】従来の通電加熱方法の一例を示した図である。

【図４】従来の通電加熱方法の別の例を示した図であ
る。

【図５】第１図の直接通電加熱方法を用いた板幅方向の
温度測定結果を示す図である。

【図６】第３図の直接通電加熱方法を用いた板幅方向の
温度測定結果を示す図である。

【符号の説明】

１：押さえロール ２、２ａ、２ｂ、２ｃ：給電ロール ３：被加熱材 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ：摺動子 ５：短絡部材 ６：電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板の走行方向に所定の距離を隔てて設置さ
   れた２本の給電ロールと、各給電ロールと板を挟んで対
   向させた押さえロールで構成された給電装置により板に
   通電して加熱する直接通電加熱方法において、板の走行
   方向に隣合う２本の給電ロール端部の電源供給部を互い
   に対角をなすように接続して通電することを特徴とする
   直接通電加熱方法。
2. 【請求項２】板の走行方向に所定の距離を隔てて設置さ
   れた３本の給電ロールと、各給電ロールと板を挟んで対
   向させた押さえロールで構成された給電装置により板に
   通電して加熱する直接通電加熱方法において、板の走行
   方向の最上流側と最下流側の２本の給電ロールを接地
   し、かつ前記２本の給電ロールの同じ側の端部に短絡部
   材を接続し、さらに、中央の給電ロール端部の電源接続
   部と板の走行方向に中央の給電ロールと所定の距離を隔
   てて隣合う上記最上流側または最下流側のいずれかの給
   電ロール端部の電源供給部とを互いに対角をなすように
   接続して通電することを特徴とする直接通電加熱方法。