KR100231369B1 - 연장된 형태의 야금소재의 통로중에서의 유도가열 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

소재(11)는 그 축방향으로 적어도 하나의 자기 유도체(10,10')에 대하여 상대운동을 한다. 야금소재(11)에는 이 소재(11)의 길이 방향을 가로지르는 평행하지 않는 방향을 가진 적어도 두개의 자속(19,19')이 형성된다. 가열장치는 소재(11)의 진행의 축방향을 따른 간격 및 각도 간격을 두고 배치된 두개의 C자형 자기요크 (14,14')로 구성되는 것이 바람직하다.

Description

연장된 형태의 야금소재의 통로 중에서의 유도가열 방법 및 장치

본 발명은 연장된 형태의 야금 소재의 통로중에서의 유도가열 방법 및 장치에 관한 것이다.

긴 야금소재의 제작 및 변형 중에는, 소재를 제작 및 변형시키는 압연기와 같은 장치를 통해 진행하는 소재를 가열할 필요가 있을 수도 있다. 특히 압연 온도에서 소재를 열처리하고자 할 때 또는 예를 들면 소재의 성형 전에 소재가 일정한 엔탈피 수준에 도달할 수 있도록 열을 공급하기 위하여 이러한 가열이 필요할 수 가 있다.

이러한 가열은 진행하는 소재의 경로 상에 배치된 하나 또는 여러개의 버너에 의해 생성되는 하나 또는 여러개의 불꽃에 소재의 표면을 노출시키는 통상적인 방법에 의해 달성할 수 있다.

또한, 특히 원형의 단면을 가진 긴 소재의 경우 그 내부에 하나 또는 여러 개의 권선을 구비한 솔레노이드 형태의 유도체를 사용하는 방법도 알려져 있으며, 여기서 생성물은 긴 소재의 축 방향과 일치하는 권선의 축방향으로 이 권선 내를 통과하게 된다. 유도체의 권선에는 교류가 공급되어 권선은 소재에 그 축방향으로 자속을 형성하고 소재의 단면에 유도 전류를 발생시킨다. 그래서 긴 소재가 유도체를 통과하여 진행한 부분이 유도에 의하여 가열되는바, 이러한 가열 방법을 사용할 경우 높은 적용성 및 만족스런 열효율은 물론 고속작업성을 장점으로 갖는다.

그러나 솔레노이드 형태의 유도체의 사용에는 어떤 단점이 있다. 우선, 진행하는 소재가 유도체에 의해 둘러싸여 있기 때문에 소재의 직경보다 매우 실질적으로 큰 내경을 가진 솔레노이드를 사용하지 않는 한 유도체에 대한 소재의 상대적 위치의 조정이 불가능하지는 않더라도 매우 어렵다. 이 경우, 유도체의 효율의 막대한 감소 및 그에 따른 소재에 전달될 수 있는 최대의 에너지의 막대한 감소를 감수해야만 한다는 것이 명백하다.

더욱이 유도체 또는 소재의 경로 상에 배치된 연속적인 유도체내에서의 소재의 속박은, 특히 가열이 일련의 압연기의 출력측에서 수행될 때에 충분한 효율을 얻기 위해서 또 소재의 고속 진행을 위해서 필요한 바, 소재와 솔레노이드의 내부표면과의사이에 존재하는 간격이 작기 때문에 생기는 난점들을 제기한다.

예컨대 단부에 스키의 끝 형상의 변형 또는 기복과 같은 형상의 결함이 변형하고자 하는 소재 또는 거의 작업완료된 소재에 생길 경우, 이러한 변형된 부분이 통과할 수 있도록 솔레노이드 통로 단면을 수정하는 것은 불가능하며, 그러므로 나쁜 결과를 초래할 수 있는 사고를 피하기 위해 유도체를 소재의 통로 구역에서 제거하고 가열을 중단할 필요가 있다.

긴 소재가 비원형의 단면을 가진 경우, 예를 들면 정사각형의 단면의 괴철 또는 철봉의 경우, 솔레노이드 형태의 유도체로서는 소재의 전단면을 골고루 동시에, 특히 정사각형 단면의 모서리 부분의 근방을 고출력으로 가열할 수가 없다.

끝으로, 충분한 정도로 가열하기 위해서는, 솔레노이드의 길이에 의해 결정되는 길이를 가진 큰 설비가 필요하게 될 수도 있다. 게다가 상대적으로 부피가 큰 이러한 설비는 소재에 전달할 수 있는 최대 출력에 있어서 한계가 있다.

스트립 압연기상에서 철판의 가장자리를 가열할 경우에는, 진행하는 철판에 대하여 가로질러 배치된 C자형의 유도체를 사용하는 것이 제안되어 있으므로, 이 경우, 유도체의 자극이 철판의 양쪽에, 가열될 가장자리 근방에 배치된다. 이 가장자리에는, 특히 철판의 외부 가장자리 근방에 고강도의 전류를 유도하는 철판과 실질적으로 직교하는 자속이 통과하게 된다. 그러나, 가장자리를 가로지르는 자속을 이용하는 그러한 방법을 긴 소재의 전단면에 걸쳐서 균일하게 가열한 데에, 그리고 다각형 단면의 모서리와 같은 소재의 주어진 부분의 국부적인 가열에는 적합하지 못하다.

그러므로 본 발명의 목적은 적어도 하나의 자기 유도체에 대하여 그 자신의 축방향으로 상대운동하는 연장된 형상의 야금소재의 통로 중에서의 유도가열 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 소재의 전단면에 걸친 균일한 가열 또는 소재의 국부적인 가열을 실현할수 있으면서도 단면의 형상 및 소재의 진행 속도에 관계없이, 심지어 상기 소재에 길이방향의 변형이 있는 경우에도 실현하기에 간단하고 효율적이다.

이러한 목적을 위하여, 야금소재에는 이 소재의 길이방향을 가로지르는 평행하지 않는 방향을 가진 적어도 두개의 자속이 형성된다.

또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 실현할 수 있게 하는 적절한 형상을 가진 하나 또는 그 이상의 유도체를 포함하는 야금소재의 통로 중에서의 가열을 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 보다 나은 이해를 위하여, 비제한적인 보기로서, 첨부된 도면을 참고로 하여, 본 발명에 따른 방법을 실현하기 위한 여러가지의 유도체의 실시예를 이하에서 설명한다.

제1도는 유도체의 공기갭(air gap)을 통하여 진행하는 정사각형 단면의 소재의 길이방향을 가로지는 방향을 가진 자계를 형성하는 C자형의 유도체를 나타나는 사시도이다.

제2도는 소재의 진행의 길이방향을 따라 간격을 두고 배치된 두개의 C자형 자기회로로 구성된 본 발명에 따른 제1실시예의 사시도이다.

제3도는 실질적으로 진행하는 소재의 축과 직교하는 동일 평면내에 위치된 두개의 자기회로로 구성된 본 발명에 따른 유도체의 제2실시예의 개략적인 정면도이다.

제4도는 진행하는 소재의 축 주위에 120。로 배치된 세개의 자극을 포함하는 본 발명에 따른 유도체의 제3실시예의 개략적인 정면도이다.

제5도는 원형의 단면을 가진 소재의 경우에 본 발명에 따른 방법을 실현하는 유도체의 하나의 자극에 대한 개략적인 정면도이다.

제6도는 정사각형 단면을 가진 긴 소재의 경우에 본 발명에 따른 방법을 실현하는 유도체의 하나의 자극에 대한 개략적인 정면도이다.

제7도는 제2도에 나타난 것과 같은 장치를 사용하여 가열중인 긴 소재의 원형 단면에서의 등온선의 분포를 개략적으로 나타내는 도면이다.

제1도에는, 화살표(2)의 방향을 따라, 정사각형 단면의 긴소재(1)가 C자형의 유도체(3)의 공기갭을 통과하여 진행하는 것이 나타나 있다.

유도체(3)는 서로 대향하여 배치된 두개의 자극(5 및 6)으로 구성된 박판 자기요크(4)를 포함하며, 이들 두개의 자극(5 및 6)사이에는 진행하는 소재(1)가 통과하는 공기갭이 형성되어 있다. 자극(5 및 6)의 근방에 위치한 자기요크(4)의 끝에는 권선(7 및 8)이 마련되어 있고, 이들 권선에는 주어진 주파수 및 강도의 교류전류가 통한다. 권선(7 및 8)은 상기 요크(4)에 의해 채널이 형성된 자계를 발생하고 자기회로의 갭과 상기 소재(1)를 관통하는 횡자속(9)을 발생한다. 횡자속(9)은 소재(1)를 가열시키기 위해서 이 소재(1)내에 유도전류를 일으킨다.

비록 제1도에 나타난 장치는 솔레노이드 형태의 유도체 보다 높은 출력 밀도가 소재로 전달되게 하지만, 그리고 C자형 유도체는, 이하에서 설명되는 바와 같이, 소재를 도입하고 변형된 부위도 통과할 수 있게 하지만, 유도된 횡자속(9)에 평행한 소재의 축평면의 근처에 나타나는 찬부위에 의하여 분명해지는 바, 유도체의 의해 소재에 전달되는 열의 불균일한 배분 때문에 그런 유도체를 예컨대 정사각형 단면 또는 원형 단면의 긴 부재의 통로 중에 사용할 수는 없다.

제2도는 본 발명에 따른 방법을 실시할 수 있게 하는 유도체의 제1실시예를 나타내며, 이 유도체는 소재의 통로 중에서 가열될 소재(11)의 진행의 축포향(12)를 따라서 간격을 두고 배치된 두개의 C자형 자기회로(磁氣回路)(10 및 10')로 구성되어 있다.

각각의 자기회로(10 및 10')는 제1도에 나타난 유도체(3)와 같은 방식으로 구성되어 있고 또 박판 형태로 만들어져 있으며 각기 상응하는 유도체(10 및 10')의 자극을 구성하는 두개의 대향 단부(15 및 16) (유도체(14')의 경우에는 (15' 및 16'))를 가진 자기요크(14)를 포함한다. 권선(17 및 18)(유도체 (10')의 경우에는 (17' 및 18'))은 자극의 근방에서 각각 요크(14 및 14')의 단부주위에 권선되어 있다. 특히 그런 유도체가 문헌 제FR-A-2,583,249호에 기재되어 있으며 그 교시하는 내용을 본 명세서에 참고로서 병합한다.

유도체(10 및 10')는 서로에 대하여 수직으로 배치되어 있기 때문에, 자극 (15 및 16)은 한편으로 평면을 형성하고 또 자극(15' 및 16')은 다른 한편으로 평면을 형성하며 이들 두 평면은 상호간에 수직이다. 더욱이, 유도체(10 및 10')는 소재의 진행의 방향(12)을 따라서 서로 간격을 두고 배치되어 있기 때문에, 유도체(10 및 10')에 의해 형성되는 자계 상호간에는 자기간섭이 일어나지 아니한다.

유도체(10 및 10')는 진행하는 소재(11)에 어느 정도의 축방향의 거리에 의하여 분리된 두개 소의 부위에서 두개의 유도 자속(각각 19 및 19')을 형성한다.

자속(19 및 19')은 직교하며, 정사각형 단면을 가진 소재(11)와 같은 소재의 경우에는, 이들 자속은 소재(11)의 두 세로면에 각각 수직하다.

제7도는 제2도에 나타난 것과 같은 C자형 부분을 포함하는 이중의 유도체의 공기갭 내를 진행하는 소재(20)의 단면에 걸친 등온분포를 나타내며, 여기서 소재(20)에는 자속(19 및 19')와 같은 두개의 횡단 및 직교의 유도자속이 여기된다.

소재(20)의 지름은 75mm이고 유도체(10 및 10')의 공기갭의 너비는 150mm이다. 이중유도체를 구성하는 두개의 자기회로간의 간격은 400mm이다.

권선에는 소재의 문제의 길이(400mm)에 90KW의 출력이 15초동안 걸리도록, 사용된 진행속도에 맞게, 주파수 340HZ의 교류가 공급된다.

등온선은 소재의 축에 대하여 실질적으로 대칭이고 또 이 소재의 원형 단면에 가까운 형상임에 주목할 필요가 있다. 이러한 형상 및 이러한 등온선의 분포는 소재의 단면에 걸친 열의 양호한 균일성을 나타낸다.

이러한 등온선의균일성 및 분포는 솔레노이드를 사용한 가열의 경우에 얻어진 균일성과 비교할 만하다. 더욱이, 유도체의 전기적 효율은 솔레노이드의형태의 유도체의 전기적 효율과 실질적으로 동일하다. 전기적 효율은 공기갭의 크기에 의존하며 제2도에 나타난 바와 같은 C자형의 자기요크를 포함하는 장치의 경우에서는 소재의 치수 및 형상의 함수로서 이 값을 조절하는 것이 가능하게 되어 있음에 주목할 필요가 있다.(여기서 그리고 전체 설명에 걸쳐서 공기갭은 동일한 자기회로의 두개의 자극간의 공간으로 기재하고 있다).

사실상, 개개의 C자형 요크는 스핀들(23) 주위로 선회 가능하게 결합면(22)의 근방에서 서로 연결된 두개의 부분으로 만들어질 수 있다. 그러므로 소재를 맞물리는 순간과 긴 소재에 그 축방향으로 존재하는 변형부가 있는 경우에 두개의 자극을 서로 간격을 두고 배치하여 유도체(10 및 10')의 공기갭을 크게 하는 것이 가능하다. 그 결과, 소재의 외부표면과 유도체의 자극들 사이의, 공기갭에서의, 간격을 상당히 줄이는 것이 가능하다.

더욱이, 소재의 길이를 따라 간격을 두고 배치된 자기요크를 사용함에도 불구하고, 유도장치의 전체길이는 유사한 소재를 가열하는 솔레이드의 형태의 유도체의 길이보다 매우 짧다. 본 발명에 따른 유도체에 의하여 진행하는 소재에 전달되는 높은 표면 출력 밀도로 인하여 가열장치의 부피를 줄일 수 있다.

제3도는 본 발명에 따른 방법을 실현하기 위한 유도체의 변형된 실시예를 나타낸다. 유도체(25)는 각각 박판의 형태로 만들어지고 요크(27(27'))로 구성된 두개의 자기회로(26 및 26')를 포함하는데, 여기서 요크(27(27'))는 두개의 자극(28 및 29)(요크(27')의 경우에는 (28' 및 29'))을 구성하기 위하여 끊어진 정사각형 단면을 가지고 있으며, 또 이들 자극면(28 및 29)은 평면형이고 서로에 대해 직교하며 상응하는 요크의 정사각형 프레임의 두 직교하는 가지의 단면을 형성한다. 자극(28 및 29)(또는 (28' 및 29'))의 다음에 있는 요크의 끝은 각각 권선(30 및 31)(요크(27')의 경우에는 (30' 및 31'))에 의하여 둘러싸여져 있다.

자기회로(26 및 26')는 가열될 진행소재(32)의 단면과 실질적으로 동일한 평면에 배치되어 있다.

제1공기갭은 소재의 두 직교면과 대면하고 있는 자극(28 및 29)사이에서 한정되어 있으며 제2공기갭은 소재의 다른 두 직교면과 대면하고 있는 자극(29' 및 28')사이에서 한정되어 있다. 권선(30 및 31)과 권선(31' 및 30')에는 주어진 주파수의, 선택적으로 어떤 상전위를 두고, 교류 전류가 공급되므로, 소재(32)에는, 두개의 대각선 방향의 대향각의 근방에, 그 길이방향을 가로지르는 두개의 자속(33, 34)이 형성된다. 정사각형 단면을 가진 소재(32)의 경우에는, 자속(33)은 소재의 두개의 대향하는 세로방향 인접면과 직교하며 또 유도된 자속(34)은 소재(32)의 다른 두개의 대향하는 세로방향 인접면과 직교한다. 그러므로 소재의 두 가장자리 부위의 근방이 가열된다.

자기회로(26 및 26')를 각각 가로방향으로 옮김으로써, 소재의 단면의 어떤 부위를 국부적으로 가열할 수 있다.

제3도에 나타난 장치로써, 예컨대 소재가 도입되어 이 소재의 변형된 부위가 통과할 때 연결된 자기요크를 사용하지 아니하고, 공기갭을 조절할 수 있음을 주목할 필요가 있는바, 이 조절은 단순히 두 자기회로를 옮김으로써 실행된다.

제4도는 본 발명에 따른 유도체(35)의 제2의 변형된 실시예를 나타내고 있다.

이 유도체는 단면이 링의 일부분의 형상을 가진 부분과 세개의 반경방향가지 (37,38 및 39)를 가진 박판 형태로 만들어진 요크(36)로 구성되어 있으며, 여기서 세개의 반경방향 가지의 끝은 각각 유도체의 세개의 자극(40,41 및 42)을 형성한다.

반경방향 가지(37,38 및 39)는 자극(40,41 및 42)의 근방에서 각각 전기적 권선(43,44 및 45)을 수반하고 있다.

유도체(35)로써 자극(40,41 및 42)들 사이로 소재의 축방향으로 진행하는 (예컨대 원형단면을 가진)소재(46)를 가열할 수 있다.

권선(43,44 및 45)에는 어떤 주파수의 그리고 어떤 강도를 가진 3상 전류를 공급함으로써 자극(40,41 및 42)들의 사이에서 소재(46)의 길이 방향을 가로지르는 유도 자속을 발생시킬 수 있다.

권선에는 다른 방식으로 공급하여, 예를 들어 자극(40 및 41)은 양극을 형성하고 자극(42)은 음극을 형성하도록 하여, 두개의 횡단 자속의 순환이 소정의 방향을 이루어지게 함으로써 소재의 주어진 부위에서의 국부적인 가열을 행할 수도 있다.

중앙의 가지(39)에는 권선하지 아니하고, 자계가 자기회로의 반경방향 가지 (37 및 38)에 의한 권선에 의해서만 형성되도록 할 수도 있음 또한 자명하다.

지금까지 기재한 모든 실시에에 있어 권선을 요크의 한 자극의 다음에 있지 않은 위치의 상응하는 회로의 요크 둘레에만 배치하는 것 또한 확실히 자명하다. 그러나 이 경우, 유도체의 효율이 감소될 것이다.

자기회로 또는 본 발명에 따른 유도체를 형성하는 회로의 형상 및 배치는 소재의 형상 및 요구되는 가열효과에 따라 채용됨에 주목할 필요가 있다.

예컨대, 정사각형 단면을 가진 소재의 모서리의 선별적 또는 추가적 가열을 수행할 필요가 있을 때에는 제3도에 나타난 유도체가 특히 적합할 것이다.

소재의 수직 대칭 평면의 양측 위에 그 윗쪽 부분에 위치한 소재의 두개의 세로부위를 가열할 필요가 있을 경우에는 제4도에 나타난 유도체가 특히 적합할 것이다. 이 유도체는 소재의 하부의 매우 국한된 가열만을 일으킨다.

전기적 효율을 높이기 위하여 공기갭의 크기를 줄임으로써 소재와 유도체의 자극을 보다 잘 결부시키기 위해서는 제5 및 6도에 나타난 겻과 같은 자극 형상을 채용하는 것도 가능하다.

원형 단면을 가진 소재(50)의 경우에는 원통의 일부분의 형상을 가진 자극 표면(51)을 사용하는 것이 가능하다.

다각형 단면을 가진 소재(50)의 경우에는 원통의 일부분의 형상을 가진 자극 표면(51)을 사용하는 것이 가능하다.복잡한 다면을 가진 부분의 어떤 특정 부위만을 열처리해야 할 때에는 자속이 오직 상기 열처리될 부위만을 향해 관통하는 형상을 한 다수의 자극으로 이루어진 유도체가 사용된다. 레일의 경우, 오직 레일의 해드만이 가열되어야 하며, 따라서 유도체는 자속이 오직 레일의 헤드만을 향해 관통되도록 자극들이 형성되어 있다. 상기 레일은 철도 캐리지(railway carriages)가 순환하는 헤드와 상기 레일을 고정시키는 기부(기부基部)(foot)로 이루어진 철도의 한 부분이다. 그러나 모든 경우에 있어서, 자극들 사이를 진행하는 소재의 단면을 가로지르는 방향으로 적어도 두개의 자속이 발생되도록 하는 자극이 사용되는 유도체에 있어야 한다.

그러므로 본 발명에 따른 방법과 장치는 긴 소재의 단면의 형상이 어떤 것일 지라도 또 소재에서 선별적으로 가열을 행해야 할 부위의 형상 및 위치가 어떤 것일 지라도 이 소재의 통로 중에서의 가열을 수행하기 위하여 사용될 수 있다.

Claims (10)

1. 적어도 하나의 자기 유도체(10,10',25,35)에 대하여 그 자신의 축방향으로 상대운동하는 긴 형상의 야금소재(11,32,46,50,52)의 통로 중에서의 유도가열 방법에 있어서, 상기 야금소재(11,32,46,50,52)에 상기한 소재의 길이 방향을 가로지르며 평행하지 않는 방향을 가진 적어도 두개의 자속(19,19',33,34)을 형성함을 특징으로 하는 가열 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 자속(19,19')은 상기한 소재의 진행방향과 일치하는 이 소재의 축방향(12)을 따라 간격을 두고 배치된 두개의 부위를 지나서 진행하는 상기한 소재(11)를 관통하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기한 자속(33,34)은 진행하는 소재(32)를 실질적으로 이 소재(32)의 동일 단면상에서 관통하는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 자속(19,19')은 직교함을 특징으로 하는 가열 방법.
5. 적어도 하나의 자기 유도체(10,10',25,35)에 대하여 그 자신의 축방향으로 상대운동하는 긴 형상의 야금소재(11,32,46,50,52)의 통로 중에서의 유도가열 장치에 있어서, 상기한 자기 유도체(10,10',25,35)는 적어도 두개의 자극 (15,16,15', 16',28,29,28',29',40,41,42)을 포함하는 적어도 하나의 자기요크 (14,14',27, 27',36)로 구성되어 있기 때문에, 그 자신의 축방향으로 움직이는 상기한 소재 (11,32)의 둘레에 적어도 두개의 공기갭이 형성되며, 이 공기갭의 내부에서, 상기한 자기요크의 통로를 둘러싸는 적어도 하나의 권선(17,18,17',18',30,30',31 , 31',33,44,45)의 공급에 의하여 상기한 소재(11,32,46)의 길이 방향을 가로지르며 서로에 대하여 평행하지 않는 두개의 자속(19,19',33,34)이 순환하는, 적어도 두개의 공기갭이 형성됨을 특징으로 하는 가열 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기한 유도체는 서로에 대해 직교되게 배치되고 상기한 소재(11)의 움직임의 축방향(12)을 따라서 간격을 두고 배치된 두개의 C자형 요크(10,10')를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
7. 제5항에 있어서, 상기한 유도체(25)는 정사각형 단면을 가진 프레임의 형상의 두개의 요크(27,27')를 포함하며, 상기한 두개의 요크(27,27')의 서로 연속된 두 측면은 두개의 상호 직교하는 자극표면(28,29,28',29')을 형성하기 위하여 절취되어 있으며, 상기한 두개의 요크(27,27')는 이 요크(27,27')의 자극(28,29,29', 28)에 의해 형성된 공기갭을 통해 진행하는 상기한 소재(32)의 실질적인 동일 단면내에 배치되어 있음을 특징으로 하는 가열 장치.
8. 제5항에 있어서, 상기한 유도체(35)는 링의 일부분의 형상을 한 부분 및 상기한 링의 내측을 향하며 그 내측단(40,41,42)은 상기한 유도체(35)의 자극면을 형성하는 세개의 반경방향 가지(37,38,39)를 가진 하나의 요크(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
9. 제5항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 유도체의 요크의 자극면(51)의 형상은 원통의 일부분인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
10. 제5항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기한 유도체의 요크의 자극면(53)은 반사각을 두고 각도상으로 배치된 두개의 평면에 의해 한정된 것을 특징으로 하는 가열 장치.