KR100362814B1 - 스파크 발생을 방지하기 위한 유닛을 가지는 유도 가열장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도 가열장치에 관한 것으로서, 테이블 로울러를 통하여 반송되는 피가열재를 유도 가열하는 C형 인덕터는 상기 피가열재가 통과하는 갭을 사이에 두고 대향하는 한쌍의 다리부를 갖는 C형 철심과, 상기 C형 철심의 상기 한쌍의 다리에 감겨진 가열코일을 구비하며, 피가열재에 생기는 유도전류를 억제하는 링철심은 C형 인덕터의 근방에 배치되고, 그 중공부를 피가열재가 통과하는 것을 특징으로 한다.

Description

스파크 발생을 방지하기 위한 유닛을 가지는 유도 가열장치{AN INDUCTION HEATER WITH A UNIT FOR PREVENTING GENERATION OF SPARKS}

본 발명은 연속적으로 반송되는 피가열재를 유도가열하는 유도 가열장치에 관한 것이다.

일반적으로 철강 압연 라인에서는 피가열재를 미리 소정의 온도로 가열하고나서 연속적으로 복수대의 압연밀에 반송하고, 해당 복수대의 압연밀로 차례로 압연하여 얇은 판으로 성형해간다. 이 압연과정에서 피가열재는 반송중에 방열되어 온도가 점점 저하된다. 이와 같은 상태에서 피가열재를 압연하면 품질상 문제가 있기 때문에 마무리 압연에 들어가기전에 다시한번 피가열재를 가열하여 피가열재의 전체의 온도를 상승시키고 나서 압연한다.

이 가열방법으로는 솔레노이드코일로 형성된 전체 가열장치(조(粗)바 히터)에 피가열재를 통과시켜 해당 피가열재의 전체의 온도를 올림과 동시에 특히 단부측의 온도가 중앙부에 비해 강하되기 때문에 피가열재의 양 단부를 C형 인덕터로 국부적으로 가열하여 피가열재 전체의 온도를 균일하게 하고 나서 압연한다.

피가열재의 양 단부측을 국부적으로 가열하는 C형 인덕터(1)는 도 1에 도시한 바와 같이 C형 철심(2)의 갭부(4) 사이에 있는 상하의 철심 다리부(3)에 각각 가열 코일(5)이 감겨져 있다. 이 C형 인덕터(1)의 상기 갭부(4)에 띠강판 형상의 피가열재(6)의 단부측을 통과시켜 전원으로부터 가열코일(5)에 전류를 흐르게 하여 철심 다리부(3)의 상하 방향으로 자속(Φ)을 발생시킨다. 이 자속(Φ)을 피가열재(6)에 쇄교(鎖交)시키는 것에 의해 와전류를 유기시키고, 줄열을 발생시켜 피가열재(6)의 양 단측을 가열한다.

이와 같은 C형 인덕터(1)를 이용한 유도 가열장치에서는 피가열재(6)가 테이블 로울러(9)에 지지되어 반송되고, 상기 테이블 로울러(9)는 로울러 스탠드(10)를 통하여 접지에 접속되어 있다. 이때문에 가열에 기여하는 유도전류는 압연 설비의 테이블 로울러(9)를 통하여 접지에 전류가 흐른다.

이 상태의 등가회로를 도 2에서 설명한다. 연속적으로 반송되어 오는 피가열재(6)의 저항(R2)과 에지부의 저항(R1)으로 형성되는 루프회로(7)와 접지저항(R0)과 에지부의 저항(R1)으로 형성되는 루프회로(8)를 자속(Φ)이 쇄교하게 되고, 폐쇄 루프내에 교번자속(Φ)이 쇄교하여 생기는 전자유도의 원리에 기초하여 E=-dΦ/dt인 기전력을 발생시킨다. 이에 의해 루프회로(7, 8)에 유도전류(I1, I2)가 흐른다.

이상에 의해 테이블 로울러(9)를 통하여 접지에 흐르는 전류(I2)에 의해 피가열재(6)와 테이블 로울러(9)의 접촉점에서 스파크를 발생시키고, 가열코일(5)의 인가전력의 레벨이 높은 경우에는 피가열재(6)에 아크흔적이 발생하여 제품 불량이 되는 문제가 있었다.

이 대책으로서, 테이블 로울러(9)를 지지하는 로울러 스탠드(10)에 전기절연재를 사이에 두고 바닥에 설치하여 접지에 흐르는 전류를 차단하는 방법도 채택되고 있다.

그러나, 압연 설비의 수백m의 범위에 걸쳐 로울러 스탠드(10)에 절연처리를 실행하는 것은 설비의 도입에 많은 비용이 드는 문제가 있었다. 또 사용중에 사방으로 흩어지는 산화 스케일이 절연재의 표면에 부착되어 절연 불량이 되는 문제도 있었다.

또, 이외의 대책으로서 도 3에 도시한 바와 같이, 로울러 스탠드(10)사이의 폐쇄 루프내에 2대의 C형 인덕터(1)를 나란히 설치하고, 이들 2대의 C형 인덕터(1)에 의한 자속의 방향을 역방향으로 하는 것에 의해 기전력을 0으로 하는 방법도 채택되고 있다.

그러나, 이 방법은 설치 크기에 제한이 있고, 2대의 인덕터(1)를 나란히 설치할 수 없는 장소에는 이 방법을 채용할 수 없는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 대형화를 초래하지 않고, 스파크의 발생을 방지하여 고품질의 압연 제품을 제조할 수 있는 유도 가열장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 테이블 로울러를 통하여 반송되는 피가열재를 유도가열하기 위한 인덕터와,

상기 인덕터의 근방에 배치되어 피가열재에 생기는 유도 전류를 억제하는 철심으로 이루어진 억제수단을 구비한다.

이와 같은 본 발명에 의하면 테이블 로울러사이에 1대의 인덕터밖에 설치할 수 없는 장소에서도 테이블 로울러를 통하여 접지에 흐르는 전류를 철심을 포함하는 억제수단에 의한 고 인덕턴스에 의해 억제하고, 스파크의 발생을 방지하며, 고품질의 압연 제품을 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 유도 가열장치를 도시한 사시도,

도 2는 도 1에 도시한 유도 가열장치의 등가회로를 도시한 회로도,

도 3은 C형 인덕터를 2대 나란히 설치한 경우의 등가회로를 도시한 회로도,

도 4는 본 발명의 한 실시형태에 의한 유도 가열장치를 도시한 사시도,

도 5a는 도 4에 도시한 유도 가열장치의 원리를 나타내는 설명도,

도 5b는 도 5a의 등가회로도,

도 6은 도 4에 도시한 유도 가열장치의 평면도,

도 7은 본 발명의 다른 실시형태에 의한 유도 가열장치의 사시도,

도 8은 도 7에 도시한 유도 가열장치의 종단측면도 및

도 9는 도 7에 도시한 전체 가열장치의 종단정면도이다.

이하, 본 발명의 한 실시형태를 도 4 내지 도 6을 참조하여 상세히 설명한다.

도 4에 도시한 바와 같이 본 실시형태의 유도 가열장치는 2대의 C형 인덕터(1)와 링크형상의 철심(11)으로 이루어진다. 즉, 테이블 로울러(9)에 의해 지지되어 반송되어 오는 피가열재(6)의 양측에, 2대의 C형 인덕터(1)를 대향하여이들 갭부(4)에 띠강판형상의 피가열재(6)의 단부측을 통과시키도록 설치한다. 이 C형 인덕터(1)는 각각 C형 철심(2)의 갭부(4) 사이에 있는 상하의 철심 다리부(3)에 각각 가열코일(5)을 감아 전원에 접속되어 있다.

또 C형 인덕터(1)의 전후에 설치된 테이블 로울러(9)사이의 C형 인덕터(1)의 상류측에는 반송되는 피가열재의 전체를 둘러싼 링형상의 철심(11)이 설치되어 있다.

이 유도 가열장치에 의해 피가열재(6)의 양 단부를 가열하는 경우, 전원에 의해 고주파 전류를 C형 인덕터(1)의 가열 코일(5)에 통전하면 자속(Φ1)이 발생하고, 도 8과 마찬가지로 피가열재(6)의 저항(R2)과 에지부의 저항(R1)으로 형성되는 루프회로(7)에 유도전류(I1)가 흐른다. 또 자속(Φ)이 쇄교하는 것에 의해 접지저항(R0)과 에지부의 저항(R1)으로 형성되는 루프회로(8)에 유도전류(I2)가 흐르도록 한다.

그러나, 링형상의 철심(11)이 설치되어 있기 때문에 임피던스가 커져 유도전류(I2)가 흐르기 어려워진다.

이 작용을 도 5a, 도 5b로 설명한다. 도 5a와 같이 도선(12)에 전류를 흐르게 할 때, 도선(12)을 둘러쌓는 링형상의 철심(11)이 설치되어 있는 경우, 이를 도 5b의 등가회로로 설명한다. 즉, 이 경우는 도선(12)의 저항(R)과 철심(11)의 인덕턴스(L)가 직렬로 접속된 상태가 되고, 이때의 임피던스(Z)는 하기 수학식 1과 같이 된다.

따라서,도 6에 도시한 바와 같이 C형 인덕터(1)의 근방의 루프회로(7)에는 큰 유도전류(I1)가 흐르지만, 링형상의 철심(11)을 설치한 근방의 루프회로(8)는 임피던스(Z)가 커진다. 이때문에 유도전류(I2)가 흐르기 어려워진다. 따라서, 한쪽의 테이블 로울러(9)에 전류가 흘러도 링형상의 철심(11)측의 테이블 로울러(9)에는 전류가 흐르지 않고 루프회로(8)가 형성되지 않기 때문에 피가열재(6)와 테이블 로울러(9)의 접지점에서의 스파크의 발생이 방지되고, 스파크에 의한 아크흔적이 피가열재(6)에 생기지 않아 양호한 압연재를 제조할 수 있다.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시형태를 나타내는 것으로, 이 유도 가열장치는 테이블 로울러(9)에 의해 지지되어 반송되어 오는 피가열재(6)의 양측에 2대의 C형 인덕터(1)를 대향하여 설치하고, 이 전후에 설치한 테이블 로울러(9)사이의 C형 인턱터(1)의 상류측에 반송되는 피가열재의 전체를 가열하여 온도를 상승시키는 전체 가열장치(조바 히터)(13)가 설치되어 있다.

이 전체 가열장치(13)는 피가열재(6)가 내측을 통과하는 솔레노이드 코일(14)의 외측에, 도 8에 도시한 바와 같이 피가열재의 반송방향에 따라서 설치한 복수개의 막대 형상 철심(15)이 도 9에 도시한 바와 같이 피가열재(6)를 둘러싸도록 링형상으로 배치되고, 프레임(16)내에 유지된 것이다.

이 장치에서는 피가열재(6)가 압연라인으로 반송되는 동안에 방열되어 온도가 점점 저하한다. 이 온도가 저하한 피가열재(6)를 전체 가열장치(13)에 통하게 하면 솔레노이드 코일(14)로부터 자속이 발생하여 피가열재(6)의 길이방향에 따라서 전류가 유기되고, 피가열재 자체의 저항에 의해 전체가 유도 가열된다.

또 피가열재(6)는 단부측의 온도가 중앙부에 비해 강하하기 때문에 이 후 도 7에 도시한 바와 같이 C형 인덕터(1)를 통하는 피가열재(6) 양 단부를 국부적으로 가열하여 전체의 온도를 거의 균일하게 하고 나서 압연한다.

이 경우, C형 인덕터(1)에 인접하여 배치한 전체 가열장치(13)에는 솔레노이드 코일(14)의 외측에 피가열재(6)를 둘러싸도록 복수개의 막대형상 철심(15)이 링형상으로 배치되어 있기 때문에 이것이 피가열재(6)로 봐서 도 5a, 도 5b와 동일한 회로가 된다. 즉 막대형상 철심(15)의 인덕턴스(L)에 의해 임피던스(Z)가 커지기 때문에 막대형상 철심(15)을 설치한 전체 가열장치(13)의 근방에서는 유도전류(I2)가 흐르기 어렵게 된다.

이때문에 피가열재(6)와 테이블 로울러(9)의 접촉점에서의 스파크가 발생하지 않고, 스파크에 의한 아크흔적이 피가열재(6)에 생기지 않아 양호한 압연재를 제조할 수 있다.

또 상기 설명에서는 C형 인덕터(1)의 전후에 설치한 테이블 로울러(9) 사이의 C형 인덕터(1)의 상류측에 링형상의 철심(11)이나 막대형상 철심(15)을 설치한 전체 가열장치(13)를 배치한 경우에 대해서 나타냈지만, 하류측이라도 좋고, 또 양측에 배치한 구조라도 좋다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 철심의 인덕턴스에 의해 임피던스를 크게 하여 테이블 로울러를 통하여 접지에 흐르는 전류를 억제하는 것에 의해 피가열재와 테이블 로울러의 접촉점에서의 스파크의 발생을 방지하여 양호한 압연재를 제조할 수 있다. 또 테이블 로울러를 통하여 접지에 전류가 흐르지 않기 때문에 종래와 같이 다수의 테이블 로울러의 절연대책이 불필요해져 설비 비용을 저감할 수 있다.

Claims (10)

1. 삭제
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3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 테이블 로울러를 통해 반송되는 피가열재의 세로 방향을 따라 피가열재의 양단부를 유도 가열하기 위한 한 쌍의 C형 인덕터; 및

   상기 테이블 로울러를 통해 접지에 흐르는 와전류를 억제하기 위해 피가열재를 둘러싸도록 상기 인덕터와 테이블 로울러 사이에서 배치되는 유닛으로서의 링형상 철심을 포함하는 것을 특징으로 하는 스파크의 발생을 방지하기 위한 유닛을 가지는 유도 가열장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 각각의 C형 인덕터는 상기 피가열재가 통과하는 갭을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 다리부를 갖는 C형 철심; 및 상기 C형 철심의 한 쌍의 다리에 감겨진 가열 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.
9. 테이블 로울러를 통해 반송되는 피가열재의 세로 방향을 따라 피가열재의 양단부를 유도 가열하기 위한 한 쌍의 C형 인덕터;

   상기 피가열재를 둘러싸도록 상기 인덕터와 테이블 로울러 사이에서 배치되는 솔레노이드 코일; 및

   상기 솔레노이드 코일의 바깥측에서 상기 피가열재를 둘러싸도록 링 형상으로 배치되는 복수의 막대형상 철심을 포함하고,

   상기 솔레노이드 코일과 막대형상 철심은 테이블 로울러를 통해 접지에 흐르는 와전류를 억제하기 위한 유닛을 구성하는 것을 특징으로 하는 스파크 발생을 방지하는 유닛을 가지는 유도 가열장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 각각의 C형 인덕터는 상기 피가열재가 통과하는 갭을 사이에 두고 대향하는 한 쌍의 다리부를 갖는 C형 철심; 및 상기 C형 철심의 한 쌍의 다리에 감겨진 가열 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 유도 가열장치.