KR100899253B1 - 금속판용 유도 가열장치 - Google Patents

Abstract

이동하는 금속판을 가열하기 위한 유도 가열장치는 금속판을 에워싸기 위한 유도 코일을 포함한다. 유도 코일은 금속판 상부에 위치되는 상부 및 금속판 하부에 위치되는 하부를 포함한다. 유도 코일의 상부와 하부는 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향으로 서로 이격되어 있다. 금속판의 종방향으로 유도 코일의 상부 및 하부 사이의 거리는 금속판의 횡방향을 가로질러 변한다.

유도 가열장치, 금속판, 상부 유도 코일, 하부 유도 코일, 가장자리 영역

Description

금속판용 유도 가열장치{INDUCTION HEATING DEVICE FOR A METAL PLATE}

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본 발명은 강판 또는 알루미늄판과 같은 금속판을 위한 유도 가열장치에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 금속판을 에워싸는 유도 코일을 이용하여 그 내부에 유도 전류를 생성함으로써 금속판을 가열하는 유도 가열장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 금속판의 두께와 금속판이 자성체인지 비자성체인지 여부에 관계없이 고효율로 금속판을 가열할 수 있는 유도 가열장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 가열 후 보다 균일한 온도 분포를 갖는 금속판을 형성하기 위해 가열 전의 기존 온도 분포에 관계없이 금속판의 측(폭)방향 온도 분포를 제어할 수 있는 유도 가열장치에 관한 것이다.

가스나 전기를 이용한 간접 가열장치나 유도 가열을 이용한 직접 가열장치는 열처리 과정에서 금속판을 가열하여 금속재의 품질을 제어하기 위해 사용되고 있다. 직접 가열장치는 간접 가열장치와 달리 열적 관성이 없기 때문에, 적정 노내 온도에 도달하기 위해 간접 가열장치에 의해 요구되는 시간을 절약할 수 있고 예컨대, 판재의 두께가 변경될 때 가열 속도를 용이하게 제어할 수 있다. 따라서, 직접 가열장치는 금속판 이동 속도의 변화를 요하지 않음으로써 생산성의 저하를 방지한다.

금속판용 유도 가열장치로는 두 종류가 있다. 하나는 LF(종방향 플럭스, longitudinal flux)형으로서, 금속판을 감싸고 일반적으로 1 ㎑ 내지 500 ㎑ 범위의 주파수를 갖는 교류가 인가되는 유도 코일을 이용하여 그 단면에 원형 유도전류를 생성하여 금속판을 가열한다. 도 1은 LF형 유도 가열장치의 개략도이다. 도 2는 LF형 유도 가열장치를 이용하여 단면에 생성되는 원형 유도 전류를 예시한다. 도 1에서 AC 전원(3)에 접속된 유도 코일은 금속판(1)을 에워싼다. 1차 전류(5)가 유도 코일(2)을 통과할 때, 플럭스(4)는 금속판(1)을 관통하여 플럭스(4)를 중심으로 하는 유도 전류를 생성한다. 도 2에서, 금속판(1)의 단면에 생성된 유도 전류(6)는 각각 금속판(1)의 위와 아래에 위치된 유도 코일(2)을 통해 진행하는 1차 전류에 대향하는 방향으로 흐른다. 다른 종류는 TF(횡방향 플럭스:Transverse Flux)형으로서, 코어를 구비한 유도 코일이 금속판의 상하에 각각 위치된다. 코일에 대한 AC 전원이 켜지면, 플럭스가 코어 사이에 배치된 금속판을 판 두께 방향으로 관통하여 유도 전류를 생성함으로써 금속판을 가열하게 된다.

TF형 가열에 있서, 유도 전류는 금속판의 측면 단부 영역에 집중되며 이와 동시에 단부 영역 근처의 전류 밀도가 저하됨으로써, 가열 후 측방향으로 불균일한 온도 분포를 일으키기 쉽다. 특히, 유도 코일의 코어와 금속판 사이의 위치 관계 가 금속판의 폭을 변동시키거나 금속판의 뒤틀림에 의해 변경될 때 균일 가열을 수행하기가 더욱 어려워진다. 배경 기술로서, 금속판의 폭이 변경될 때 마름모형 코일을 경사지게 함으로써 플럭스가 금속판의 전체 폭을 항상 관통할 수 있도록 하는 마름모형 코일을 이용한 기술이 제안된다. 그러나, 이 기술은 유도 코일로부터의 누출 플럭스를 이용하며 이는 금속판과 유도 코일이 서로 가깝게 배치될 것을 필요로 한다. 또한, 대량의 전류가 공급되는 유도 가열장치 상에 회전 기구를 설치하는 것은 이 기술을 산업적 규모로 실행하는 것을 보다 어렵게 만든다.

LF형 가열은 유도 코일에 의해 에워싸인 금속판을 가열하는 방법으로서 이런 구조는 금속판을 가열하기 위해 금속판에 원형 유도 전류가 생성될 수 있도록 한다. LF형에서 금속판의 단면에 생성된 유도 전류는 아래의 수학식으로 표현되는 깊이 "d"로 집중된다.

d[mm] = 5.03x10⁺⁵x(ρ/μrf)^0.5

여기에서, d는 유도 전류 침투 깊이[mm]이고 ρ는 비저항[Ωm]이고 μr는 상대 투자율이고 f는 가열 주파수[㎐]이다.

금속의 온도가 상승하면 비저항이 증가하기 때문에 유도 전류 침투 깊이는 금속의 온도가 증가함에 따라 증가한다. 강자성재 또는 상자성재의 상대 투자율은 온도가 퀴리점에 가까워짐에 따라 감소하고 최종적으로 퀴리점 위에서 1이 된다. 이는 유도 전류 침투 깊이가 온도의 증가에 따라 증가함을 의미한다. 비자성재의 상대 투자율은 1이기 때문에, 그 유도 전류 침투 깊이는 자성재의 경우에 비해 크다.

LF형 유도 가열에 있어, 유도 전류 침투 깊이는 크지만 금속판의 두께가 얇은 경우, 금속판의 상부에 생성된 유도 전류와 금속판의 하부에 생성된 유도 전류는 서로 상쇄된다. 이는 가열 효율을 저하시킨다.

예컨대, 10 ㎑의 가열 주파수가 이용되는 경우, 실온에서 유도 전류 침투 깊이는 비자성재인 알루미늄에서는 약 1 ㎜이고, 스테인리스강 304(SUS304)에서는 약 약 1 ㎜이고 자성재인 강재에서는 약 0.2 ㎜이다. 퀴리점(약 750 ℃)보다 높은 온도에서 강재의 유도 전류 침투 깊이는 약 5 ㎜이다. 금속판을 이용하는 주요 상업 제품인 차량 및 가전에 사용되는 대부분의 강판은 2 ㎜ 이하의 두께를 갖는다. 따라서, 상술한 바와 같이 금속판의 상부 및 하부에서 유도 전류를 상쇄시키지 않고 높은 효율로 이런 금속판을 가열하기란 일반적으로 어렵다. 유도 전류 상쇄가 방지될 수 있도록 유도 전류 침투 깊이를 얕게 만들기 위해 LF형 유도 가열장치에 공급되는 AC 전류의 주파수를 수백 ㎑로 증가시키는 것을 생각할 수 있지만, 이런 고주파수를 갖는 대규모의 전원을 이용하는 것은 산업적 규모에 있어 아주 실용적이지 않다.

금속판이 고온이거나 얇은 금속판인 경우에도 금속판을 고효율로 가열할 수 있는 금속판을 에워싸는 유도 코일을 이용한 유도 가열장치를 이용하는 것이 제안되고 있다. 이런 유도 가열장치에서는 금속판 상부에 위치된 유도 코일(상부 유도 코일)과 금속판 하부에 위치된 유도 코일(하부 유도 코일)이 금속판의 종방향으로 각각 서로 다른 위치에 설정되도록 서로 팽행하게 배열된다. 즉, 각각 두 개의 유도 코일을 금속판 상으로 수직하게 투사함으로써 형성되는 상부 유도 코일 및 하부 유도 코일의 두 개의 투사 영상이 서로 평행하고 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 있다.

도 3은 금속판(1) 상부에 위치된 유도 코일(2a)(상부 유도 코일)과 금속판(1) 하부에 위치된 다른 유도 코일(2b)(하부 유도 코일)이 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에서 서로 팽행하게 배열된 상술한 유도 코일 장치의 개략도이다. 도면부호 7과 9은 각각 도전 부재와 AC 전원(8)을 나타낸다. 도 4a와 도 4b는 상부 유도 코일과 하부 유도 코일이 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 배열될 때 금속판(1)에서의 유도 전류의 흐름을 보여준다. 도 4a는 금속판 위에서 본 유도 전류의 상태를 예시한 개략도이다. 도 4b는 도 4a의 4B-4B 선을 따라 취한 단면도이다. 도 4a에서 도면부호 10은 유도 전류의 흐름을 나타낸다. 상부 유도 코일과 하부 유도 코일이 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 설정되도록 배열되면, 금속판 내에 생성된 원형 유도 전류의 상부 경로와 하부 경로도 각각 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 설정되도록 배열된다. 따라서, 이런 유도 가열장치는 금속판의 온도가 높거나 그리고/또는 금속판이 얇은 경우에도, 유도 전류 침투 깊이가 깊으면서도 금속판 상하에서 유도 전류의 상쇄를 일으키지 않고 금속판을 높은 효율로 가열하는 것을 가능하게 한다.

그러나, 상부 및 하부 유도 코일이 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 설정되는 이런 유도 가열장치를 이용함에 있어, 폭방향으로 금속판의 가장자리 영 역은 폭방향으로 금속판의 중심 영역에 비해 과열될 수 있다. 그 결과, 최종 온도의 온도 분포가 금속판의 횡방향으로 불균일하게 된다.

이런 현상은 전류가 금속판의 상부에서 하부로 흐르는 금속판의 가장자리 영역의 유도 전류 경로(도 4a의 "d2"에 대응)가 갖는 폭이 금속판의 상부 및 하부에서의 유도 전류 경로(도 4a의 "d1"에 대응)보다 좁기 때문에 나타난다. 따라서, 금속판의 가장자리 영역에서의 전류 밀도는 중심 영역의 전류 밀도보다 높다. 가장자리 영역의 전류 경로를 좁게 만드는 이유는 가장자리 영역에서 흐르는 전류가 가장자리로 이동됨으로써 금속판 두께 방향으로 가장자리 영역에서 흐르는 유도 전류와 금속판 두께 방향으로 금속판의 가장자리에 인접해서 배열된 유도 코일을 통해 흐르는 1차 전류 사이의 인덕턴스가 낮아질 수 있기 때문이다. 가장자리 영역에서 발생하는 과열 현상의 다른 이유는 금속판의 가장자리 영역에서의 가열 시간[d3가 도 4a에서와 같이 정의된 경우 d3/(금속판의 이동 속도)로서 정의됨]이 중심 영역에서의 가열 시간[d1이 도 4a에서와 같이 정의된 경우 d1/(금속판의 이동 속도)로서 정의됨]보다 길기 때문이다.

상부 및 하부 유도 코일이 금속판의 종방향으로 서로 다른 위치에 설정되는 이런 유도 가열장치를 사용함에 있어, 유도 가열을 시작하기 전에 금속판의 가장자리 영역의 온도가 그 중심 영역의 온도보다 낮다면, 유도 가열 후 불균일 온도 분포가 감소될 수 있다. 그러나 온도 분포가 균일하거나 선행 공정으로 인해 가장자리 영역의 온도가 중심 영역의 온도보다 높은 경우, 유도 가열 후에는 폭방향으로 불균일 온도 분포가 얻어지게 된다.
미국 특허 출원공개 제3037555호는 상술한 LF형 유도 가열 장치를 개시한다. 미국 특허 출원 공개 제4757360호는 상술한 TF형 유도 가열 장치를 개시한다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 유도 가열장치가 갖는 일부 또는 모든 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 일 실시예는 금속판의 온도가 퀴리점보다 높고 금속판이 얇고 그리고/또는 금속판이 알루미늄이나 구리와 같이 비저항이 낮은 비자성 비철 금속으로 제조되는 경우에도 금속판을 높은 효율로 가열할 수 있다.

본 발명의 상술한 목적은 청구항에서 상술된 특징에 의해 달성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 선행 공정에 의해 제공되는 온도 분포에 무관하게 폭방향으로 보다 균일한 온도를 금속판에 제공할 수 있다. 본 발명의 일 실시예는 금속판의 폭 변화에 대응하기 위해 복수의 유도 코일을 제작하지 않고도 가열 대상인 금속판의 폭이 변할 경우에도 원하는 온도 분포를 용이하게 구현할 수 있도록 한다. 본 발명의 일 실시예는 금속판의 뒤틀림으로 인한 불균일 온도 분포를 개선할 수도 있다. 본 발명의 다른 실시예는 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리, 유도 코일의 폭 및 금속판의 종방향으로 방출되는 열발산값에 있어 융통성이 큰 기술을 제공한다.

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본 발명에서, 이동하는 금속판의 의미는 일 방향으로 이동하는 금속판으로 제한되지 않으며 금속판의 왕복 운동을 포함한다.

본 발명에서, 유도 코일은 일회 이상 회전되어 금속판을 에워싸는 전기 도전성 재료로 된 튜브, 와이어, 판 등으로 형성된 코일을 포함하는 집합적 용어이다. 또한, 금속판을 에워싸는 것은 원형이나 사각형과 같은 특정 형태로 제한되지 않는다. 전기 도전체용 재료로는, 구리, 구리 합금 또는 알루미늄과 같은 비자성 저저항 재료가 바람직하다.

본 발명의 금속판으로는 강재와 같은 자성재, 알루미늄 또는 구리와 같이 비자성재 및 퀴리점보다 높은 온도의 비자성 상태에 있는 강재를 포함한다.

본 발명에서, 금속판의 횡방향은 금속판의 진행 방향에 수직한 방향을 의미하며 금속판의 종방향은 금속판의 진행 방향에 평행한 방향을 의미한다.

본 발명에서, 금속판의 가장자리는 횡방향으로 금속판의 단부이다. 금속판의 가장자리 영역은 금속판의 가장자리에 인접한 또는 그 근처에 속하는 금속판의 상부(상)면/하부(저)면이다.

본 발명에서, 유도 코일의 폭은 금속판의 종방향으로 유도 코일의 폭을 의미한다.

본 발명에서, 금속판 상부에 위치되는 상부 유도 코일 및 금속판 하부에 위치되는 하부 유도 코일 사이의 종방향 거리는 각각 금속판 상으로 각각의 유도 코일을 수직하게 투사함으로써 형성되는 상부에 위치된 유도 코일 및 하부에 위치된 유도 코일의 두 개의 투사 영상 사이의 거리로서 정의된다.

도 5는 가열 대상인 금속판의 종방향으로 도시한 본 발명의 유도 가열장치의 개략 단면도이다. 도면부호 1은 종방향으로 연장되는 금속판의 단면도를 나타내고 도면부호 2a는 금속판(1)의 상부에 위치된 유도 코일의 단면도를 나타내고 도면부호 2b는 금속판(1)의 하부에 위치된 유도 코일의 단면도를 나타내고 도면부호 30a는 금속판(1)의 상부에 위치된 유도 코일의 수직 투사 영상을 나타내고 도면부호 30b는 금속판(1)의 하부에 위치된 유도 코일의 수직 투사 영상을 나타낸다.

이하, "금속판 상부에 위치된 유도 코일"을 "유도 코일의 상부" 즉 간단히 "상부 유도 코일"이라 하고 "금속판 하부에 위치된 유도 코일"을 "유도 코일의 하부" 즉 간단히 "하부 유도 코일"이라 할 수 있다.

상부 및 하부 유도 코일 사이의 종방향 거리는 도 5에서 "L"로서 정의된다.

상부 유도 코일의 폭과 하부 유도 코일의 폭이 서로 다른 경우, 거리 "L"을 결정하는 시작점은 넓은 유도 코일의 수직 투사 영상의 가장자리(단부)이다.

본 발명의 추가적인 적용 범위는 발명의 상세한 설명을 참조함으로써 보다 자명하게 될 것이다. 그러나 기술분야의 당업자에게는 발명의 상세한 설명으로부터 본 발명의 정신과 범위에 속하는 다양한 변경과 개량이 자명하게 될 수 있기 때문에 발명의 상세한 설명과 특정예들은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타내면서도 단지 예시를 위한 것임을 주의해야 한다.

본 발명은 단지 예시를 위해 주어진 것으로 따라서 본 발명을 제한하지 않는 발명의 상세한 설명과 첨부도면을 참조하여 보다 완전히 이해될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 LF형 유도 가열장치의 개략도이다.

도 2는 도 1에서 금속판의 단면에 생성되는 원형 유도 전류를 예시한다.

도 3은 종래기술에 따른 유도 가열장치의 개략도이다.

도 4a는 금속판을 위에서 보았을 때 금속판 내의 유도 전류 흐름 상태를 예시한 개략도이다.

도 4b는 도 4a의 4B-4B 선을 따라 취한 단면도이다.

도 5는 본 발명에서 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리를 정의하는 설명도이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 7은 도 6의 7-7 선을 따라 취한 개략 단면도이다.

도 8은 금속판을 위에서 보았을 때 도 6의 금속판 내의 유도 전류 흐름 상태를 예시한 개략도이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 10 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 11은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 12는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 13은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 14은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

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도 15는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

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도 16은 도 15의 개략 단면도이다.

도 17은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 18은 도 17의 22-22 선을 따라 취한 개략 단면도이다.

도 19는 도 17의 23-23 선을 따라 취한 개략 단면도이다.

도 20은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 21은 도 20의 25-25 선을 따라 취한 개략 단면도이다.

도 22는 도 20의 26-26 선을 따라 취한 개략 단면도이다.

도 23a는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 23b는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 23c는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 23d는 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

도 24은 본 발명의 일 실시예의 개략도이다.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 모든 도면은 금속판을 에워싸는 1회전 유도 코일을 예시한다. 그러나, 본 발명에서 유도 코일의 회전수는 특정한 수로 제한되지 않는다.

도 6은 본 발명의 유도 가열장치의 일 예의 개략 평면도이다. 도 7은 도 6의 7-7 선을 따라 취한 개략 단면도이다. 본 발명에서, 금속판의 상부에 위치된 유도 코일과 금속판의 하부에 위치된 다른 유도 코일은 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향으로 서로 이격되도록 위치된다. 종방향으로 서로 이격된 상부 유도 코일과 하부 유도 코일 사이의 거리는 금속판 상으로 각각의 유도 코일을 수직하게 투사함으로써 각각 형성되는 상부 유도 코일 및 하부 유도 코일의 두 개의 투사 영상 간의 거리로서 정의된다. 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리는 종방향으로 적어도 일 부분에서 횡방향으로 서로 다른 위치에서 변경될 수 있다. 도 6에서, 상부 유도 코일(2a)과 하부 유도 코일(2b)은 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리가 횡방향으로 중심 영역보다 가장자리 영역에서 좁아질 수 있도록 특정 절곡 형상을 갖는다. 도면부호 7은 도전부재를 나타내고 8은 AC 전원을 나타내고 9는 금속판의 가장자리 영역(단부)에 인접 위치된 유도 코일을 나타낸다. 또한, 도면기호 x는 금속판의 횡방향 중심 영역에서 금속판의 종방향으로 유도 코일의 폭을 나타내며 도면기호 L은 중심 영역에서 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리를 나타낸다.

상부 유도 코일과 하부 유도 코일이 특히 도 6에 도시된 중심 영역에서 금속판의 종방향으로 서로 이격되도록 위치될 때, 금속판에 생성되는 원형 유도 전류의 상부 경로와 하부 경로도 금속판의 종방향으로 서로 이격되도록 배열된다. 따라서, 금속판의 온도가 높고 그리고/또는 금속판이 얇은 경우에도, 유도 전류 침투 깊이가 크면서도 금속판 상부 및 하부간 유도 전류의 상쇄를 겪지 않으면서 높은 효율로 금속판을 가열할 수 있도록 한다.

상부 및 하부 유도 코일 사이의 최대 거리(도 6에서 이는 중심 영역에서의 거리 L에 대응한다)는 금속판의 소재, 금속판의 온도, 유도 코일의 폭 및 금속판의 폭에 기초하여 결정될 수 있다. 퀴리점보다 높은 온도에 있는 비자성 영역에서 냉간 압연후 강판을 효율적으로 가열하기 위해서는, 금속판의 폭, 유도 코일의 폭 및 금속판의 이동 속도를 감안하여 바람직하게는 거리 L을 유도 코일의 폭의 0.2 내지 6배가 되도록 설정하고, 보다 바람직하게는 유도 코일의 폭의 0.6 내지 4배가 되도록 설정한다. 거리가 유도 코일의 폭의 0.2배보다 작은 경우, 금속판 상부 및 하부간 유도 전류의 상쇄가 발생하여 효율적인 가열을 수행할 수 없게 된다. 거리가 유도 코일의 폭의 6배보다 큰 경우, 금속판 가장자리 영역의 전류 밀도를 감소시키는 것이 어려워지고 가열 시간이 증가함으로써 가장자리에서의 온도 상승을 가져온다. 또한, 저항이 증가함으로써 산업적 규모로 수행하기가 어려운 높은 전력 공급을 필요로 하게 된다. 이하, 상부 유도 코일의 폭과 하부 유도 코일의 폭이 서로 다를 때, 달리 정하지 않는다면 (금속판의 종방향으로) 폭은 넓은 유도 코일의 폭을 나타낸다.

적절한 거리가 금속판의 횡방향으로 중심 영역에 설정될 때, 금속판의 중심 영역은 효율적으로 가열될 수 있다. 그러나, 동일한 거리가 금속판의 가장자리 영역에 설정되는 경우, 금속판의 가장자리 영역은 상술한 바와 같이 과열됨으로써 금속판의 횡방향으로 불균일 온도 분포를 형성한다.

도 6에 도시된 예에서, 금속판의 가장자리 영역에서의 거리는 중심 영역에서의 거리보다 작으며, 이로써 가장자리 영역에서의 과열이 효율적으로 방지될 수 있다. 가장자리 영역에서의 과열은 거리가 작아지는 만큼 금속판의 상부 및 하부에서의 유도 전류의 상쇄가 현저해지기 때문에 억제되며 이는 가장자리 영역에서의 가열을 줄이게 된다. 또한, 가열 시간이 간단히 단축되는데, 이 또한 유도 가열장치에 의한 열발산이 전류 밀도의 제곱과 가열 시간에 비례하기 때문에 열발산을 감소시킨다.

도 6에서, 상부 유도 코일과 하부 유도 코일은 유도 코일이 금속판을 가로질러 횡방향으로 경사지게 펼쳐진 특정 절곡부를 갖는다. 이 경사부는 가장자리 영역에서의 금속판 과열이 방지되는 이유 중 하나이기도 하다.

도 8은 금속판을 위에서 보았을 때 도 6의 금속판 내의 유도 전류 흐름 상태를 예시한 개략도이다. 금속판의 상부면과 하부면 상의 유도 전류(10)는 유도 전류의 폭이 유도 코일의 투사 영상의 폭과 거의 동일한 유도 코일을 통해 흐르는 1차 전류에 대향하는 방향으로 흐른다.

금속판의 가장자리 근처를 통과하는 유도 전류는 금속판의 중심 영역에 보다 가까운 유동 경로를 따르는 경향을 보임으로써, 금속판의 가장자리에 위치된 금속 판의 유도 코일을 통해 흐르는 유도 전류와 1차 전류 사이의 인덕턴스가 감소될 수 있다. 즉, 상부 유도 코일에 의해 유도된 상부 유도 전류와 하부 유도 코일에 의해 유도된 하부 유도 전류는 최단 경로를 따라 서로 연결되고자 한다. 이는 금속판의 가장자리 근처에 비교적 넓은 유도 전류 유동 통로를 제공함으로써 가장자리 근처에서의 전류 밀도 증가를 억제한다. 따라서, 상부 및 하부 유도 코일이 가장자리 영역에서 횡방향으로 경사지게 연장되는 부분을 가질 때, 가장자리 영역에서의 과열은 이런 경사부를 갖지 않는 유도 코일에 비해 효과적으로 억제될 수 있다.

상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리를 일정하게 유지하여 금속판의 중심 영역을 효율적으로 가열하면서도, 금속판의 가장자리 영역에서 유도 코일의 경사 배열 구조와 비교적 좁은 거리는 가장자리 영역에서의 과열을 억제한다. 그 결과, 도 6의 예에서, 횡방향으로의 균일 가열이 발생한다.

횡방향으로 서로 다른 위치에서 상부 및 하부 유도 코일 사이의 최적 거리는 가열 대상인 금속판의 기존 온도 분포를 고려하여 결정되어야 한다. 금속판의 서로 다른 위치에 각각 세 가지 서로 다른 대표적인 기존 온도 분포 패턴, 예컨대 편평 온도 분포(중심 영역과 가장자리 영역에서 동일 온도)를 갖는 금속판, 중심 영역의 온도에 비해 가장자리 영역에서 약간 낮은 온도 분포를 갖는 금속판 또는 중심 영역의 온도에 비해 가장자리 영역에서 약간 높은 온도 분포를 갖는 금속판을 가질 수 있다.

본 발명에서, 금속판 상부에 위치된 유도 코일의 상부와 금속판 하부에 위치된 유도 코일의 하부는 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향 으로 각각 서로 다른 위치에 위치되도록 배열되면, 서로 다른 위치 사이의 거리는 횡방향으로 달라진다. 유도 코일의 형상은 도 6에 도시된 형상으로 제한되지 않는다. 예컨대, 한 쌍의 개다리형 유도 코일 상부 및 하부가 역방향으로 배치된 도 9에 도시된 형상이나 한 쌍의 원호형 유도 코일 상부 및 하부가 역방향으로 배치된 도 10에 도시된 형상이 유도 코일의 형상으로 이용될 수 있다. 그 밖의 다양한 형상이 유도 코일의 형상으로서 이용될 수 있다. 예컨대, 상부 유도 코일만이 모자 형상이고 하부 유도 코일이 직선형인 도 11에 도시된 형상이 이용될 수 있다. 또한, 한 쌍의 개다리 형상이 역방향으로 배치되되 이들 형상이 금속판의 종방향 중심선을 기준으로 대칭이 아닌 도 12에 도시된 형상이 이용될 수 있다. 도 12에서, 도면부호 2a는 금속판(1)의 상부에 위치된 상부 유도 코일을 나타내고 도면부호 2b는 금속판(1)의 하부에 위치된 하부 유도 코일을 나타내고 도면부호 7, 8 및 9는 각각 도전부재, AC 전원 및 금속판의 가장자리에 인접 위치된 유도 코일을 나타낸다.

도 13에 도시된 예에서, 거리는 중심 영역에서 더 좁으며 상부 유도 코일은 중심 영역에서 좁은 폭을 갖고 가장자리 영역에서 경사부를 갖는다. 도면부호 7, 8 및 9는 각각 도전부재, AC 전원 및 금속판의 가장자리에 인접 위치된 유도 코일을 나타낸다. 주지된 바와 같이, 유도 가열장치에 의한 열발산은 전류 밀도의 제곱과 가열 시간에 비례한다. 도 13의 예에서, 유도 코일의 폭은 중심 영역에서 좁기 때문에 중심 영역의 전류 밀도는 가장자리 영역의 전류 밀도보다 높으며, 이는 가장자리 영역의 열발산보다 중심 영역의 열발산을 증가시킨다.

유도 가열장치 내로 공급될 금속판이 가장자리 영역 온도가 중심 영역의 온도보다 조금 높은(중심 영역 온도가 가장자리 영역의 온도보다 조금 낮은) 기존 온도 분포를 가질 때, 도 13의 장치는 바람직하게는 금속판이 가열 후 보다 균일한 온도 분포를 갖도록 하기 위해 이용될 수 있다.

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도 14는 상부 유도 코일(2a)과 하부 유도 코일(2b)이 가장자리 영역에 각각 경사부를 갖되 경사부에서 각각의 유도 코일은 금속판을 가로질러 횡방향으로 경사지게 펼쳐지고 유도 코일의 폭은 중심 영역에서 보다 넓은 장치를 도시한다. 도면부호 7, 8 및 9는 각각 도전부재, AC 전원 및 금속판의 가장자리에 인접 위치된 유도 코일을 나타낸다. 본 예에서, 금속판의 중심 영역의 전류 밀도는 도 6에서 보다 크다. 따라서, 열발산은 전류 밀도의 제곱과 가열 시간에 비례하기 때문에 중심 영역에서의 열발산은 도 6의 경우보다 크다.

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본 발명의 가열 장치의 실제 작업시 필수적인 열발산을 얻기 위해서는 전자기장 분석을 통해 횡방향으로 각 위치에 대한 유도 코일의 거리 및/또는 폭을 사전에 결정하는 것이 가능하다. 그러나, 선행 공정에서의 변동으로 인해, 본 발명의 유도 가열장치 내로 공급될 금속판은 초기 온도 편차를 가질 수 있다. 따라서, 유도 코일의 거리 및/또는 폭이 소정값으로 채택되더라도 필요한 열발산은 얻어질 수 없다.

상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리가 증가하면, 이는 금속판에서의 유도 전류의 상쇄와 가열 시간의 증가를 억제하도록 도움으로써 열발산의 증가를 가져온다. 거리가 조절 가능한 본 발명의 다른 실시예에서는 내부로 공급될 금속판의 온도 편차에 대해 거리를 조절함으로써 선행 공정에 의해 주어진 기존 온도에 무관하게 원하는 온도를 얻을 수 있도록 한다.

도 15는 금속판(1)의 종방향으로 연장되는 한 쌍의 기부(12)에 고정된 한 쌍의 가이드 레일(11) 상에 각각 활주 가능하게 장착되는 상부 유도 코일(2a)과 하부 유도 코일(2b)을 도시한다. 도 16은 도 15의 단면도이다. 유도 코일은 공기 실린더, 모터 구동식 실린더의 유압 실린더와 같은 공지 수단(도 15에 도시 생략)에 의해 이동될 수 있다. 비록 도 15는 장착된 상부 및 하부 유도 코일 모두가 이동 가능한 것으로 도시하지만, 상부 코일이나 하부 코일 중 어느 하나만 이동 가능할 수도 있다. 세라믹 및/또는 수지와 같은 절연재는 유도 코일에 근접한 강한 자기장 내에 위치될 수 있기 때문에 기부(12) 및/또는 레일(11)는 세라믹 및/또는 수지와 같은 절연재로 제조될 수 있다. 일부 용도에서 금속이 사용될 때, 스테인리스강, 황동 또는 알루미늄과 같은 비자성 금속이 이용되어야 한다. 또한, 기부와 레일은 유도 코일에서 가능한 멀리 떨어져서 위치되어야 한다. 또한, 기부와 레일은 유도 전류에 의해 가열되는 것을 방지하기 위해 수냉되어야 한다. 상부 및 하부 유도 코일(2a, 2b)은 수냉 케이블과 같은 가동 도전부재(13)를 거쳐 수냉 커넥터(9)에 연결된다. 도면부호 18은 구리판의 연결 단자를 나타낸다.

그 밖의 일부 예에서와 같이, 도 15의 상부 유도 코일(2a)과 하부 유도 코일(2b)은 중심 영역에서 횡방향으로 평행하며 가장자리 영역에 절곡부를 갖는데, 절곡부에서 각각의 유도 코일은 금속판을 가로질러 횡방향으로 경사지게 펼쳐진다. 따라서, 거리는 횡방향으로 서로 다른 위치에서 변경될 수 있다.

열발산은 상술한 바와 같이 상부 및 하부 유도 코일 사이의 거리의 크기를 변경시킴으로써 제어된다. 따라서, 예컨대 거리의 크기는 유도 가열장치의 상류에 위치된 온도계에 의해 측정되는 금속판의 온도에 따라 변경될 수 있다.

횡방향으로 각 위치에 요구되는 열발산을 얻기 위해서는 전자기장 분석을 통해 횡방향으로 각 위치에 대한 유도 코일의 거리 및/또는 폭을 사전에 결정하는 것이 가능하다. 그러나, 금속판의 폭이 제조 로트-변동에 따라 변경되는 경우, 유도 코일의 횡방향으로 각 위치에 대해 상술한 소정 크기의 거리가 채택되더라도 균일 온도 분포를 갖는 금속판은 얻어질 수 없다.

도 17은 거리를 횡방향으로 각 위치에 대해 변경 가능하게 만듦으로써 공급 대상인 금속판의 폭이 변하더라도 균일 온도 분포를 얻을 수 있게 하는 다른 실시예를 도시한다.

도 17에서, 상부 유도 코일은 각각 절연되고 서로에 대해 독립적인 복수의 가장자리 영역 도전체(a-a' 내지 i-i', j-j' 내지 r-r')를 포함한다. 각각의 가장자리 영역 도전체(a-a' 내지 i-i', j-j' 내지 r-r')는 중심 영역 연결 커넥터(9b)에 선택 가능하게 연결된다. 선택 가능한 연결은 전자기 접촉자, 공기 실린더 또는 모터 구동식 실린더와 같은 임의의 공지 제어장치(도 17에 도시 생략)를 이용하여 수행될 수 있다.

하부 유도 코일은 각각 절연되고 서로 독립적인 복수의 가장자리 영역 도전체(A-A' 내지 I-I', J-J' 내지 R-R')를 포함한다. 각각의 가장자리 영역 도전체(A-A' 내지 I-I', J-J' 내지 R-R')는 중심 영역 연결 도전체(9f)에 선택 가능하게 연결된다.

다른 예에서와 같이, 도 17의 실시예에는 양 코일의 투사 영상에서 볼 때 금속판의 종방향으로 상부 유도 코일 및 하부 유도 코일 사이에 거리가 있다. 상부 유도 코일 및 하부 유도 코일 사이의 거리는 횡방향으로 서로 다른 위치에서 변할 수 있다. 상부 및 하부 유도 코일은 금속판의 중심 영역에서의 거리가 금속판의 가장자리 영역에서의 거리보다 클 수 있도록 설계된다. 양 코일 모두는 각각 가장자리 영역에 절곡부를 가지며, 절곡부에서 각각의 유도 코일은 금속판을 가로질러 횡방향으로 경사지게 펼쳐진다.

도 18은 도 17의 22-22 선을 따라 취한 단면도이다. 도 19는 도 17의 23-23 선을 따라 취한 단면도이다.

도 17에 도시된 실시예에서, AC 전원(8)에 연결된 도전부재(7)에서 출발한 전류는 아래에서 설명하는 유도 코일의 폐루프를 통해 진행한다. 도전체(7)에서 나온 전류는 다시 연결 도전체(9a), 도전체(g-g', h-h'), 중심 영역 연결 도전체(9b), 도전체(k-k', I-I'), 연결 도전체(9c), 연결 도전체(9d), 연결 도전체(9e)를 통과하여, (하부 유도 코일 영역으로 진입하고), 도전체(K-K', L-L'), 중심 연결 도전체(9f), 도전체(G-G', H-H'), 연결 도전체(9g), 중심 연결 도전체(9f), 도전체(G-G', H-H'), 연결 도전체(9g), 도전 부재(7)를 통해 다시 AC 전원으로 돌아간다. 도전체들과 연결 도전체들은 구리와 같이 도전성이 뛰어난 재료로 제조되어야 한다.

도 20은 광폭 금속판이 조작되는 유도 가열장치의 평면도이다.

도 21은 도 20의 25-25 선을 따라 취한 단면도이다.

도 22는 도 20의 26-26 선을 따라 취한 단면도이다.

도 17에 도시된 경우와 비교해서, 통전된 도전체는 (상부 코일과 관련하여) g-g'와 h-h'에서 a-a'와 b-b'로 그리고 k-k'와 l-l'에서 q-q'와 r-r'로 변경되고, (하부 코일과 관련하여) K-K'와 L-L'에서 Q-Q'와 R-R'로 그리고 G-G'와 H-H'에서 A-A'와 B-B'로 변경된다. 통전될 도전체를 변경하기 위한 선택 가능한 연결은 전자기식 접촉자, 공기 실린더 또는 모터 구동식 실린더와 같은 공지된 접촉 제어 장치를 이용하여 수행될 수 있다.

따라서, 가열 대상인 금속판의 폭이 협폭 금속판에서 광폭 금속판(도 17에 도시된 경우로부터 도 20에 도시된 경우)으로 변경될 때에도, 그 거리는 새로운 금속판의 폭에 따라 적절한 통전 대상 도전체를 선택함으로써 중심 영역과 가장자리 영역 모두에서 이전과 같이 여전히 동일하게 유지될 수 있다. 이는 가열 후 금속판의 온도에 따른 폭 변화와 온도 분포에 의해 야기되는 문제를 제거할 수 있도록 한다.

본 발명의 유도 가열장치는 간접 가열형 노를 예열하기 전후에 설정된 공정으로서 또는 유도 코일 간의 간섭을 방지하도록 종래의 LF(종방향 플럭스)형 가열 장치와 직렬 결합된 공정으로서 독립형으로 사용될 수 있다. 본 발명의 유도 가열장치는 상부 유도 코일과 하부 유도 코일이 금속판의 종방향으로 서로 이격되어 위치되기 때문에(양 코일의 투사 영상에 있어 상부 및 하부 유도 코일 사이에 거리가 있기 때문에) 퀴리점보다 높은 온도에서 유도 전류 침투 깊이가 큰 영역에서도 금속판을 높은 효율로 가열할 수 있다. 이런 점에 비추어 보아, 본 발명의 유도 가열 장치는 퀴리점보다 높은 온도를 갖는 금속판에 보다 바람직하게 사용될 수 있는 반면 저렴한 간접 가열로는 퀴리점보다 충분히 낮은 온도를 갖는 금속판에 사용될 수 있다.

실시예 1

비자성 SUS304 스테인리스 강판(두께:0.2 ㎜, 폭: 600 ㎜)으로 제조된 금속판을 이용하여 본 발명의 가열 시험을 수행했다. 이하, 도 23a와 도 23b를 참조하여 본 시험을 설명한다. AC 전원(도시 생략)으로서 25 ㎑를 사용했으며 100 ㎑의 정전용량을 갖는 캐패시터를 사용 유도 코일에 맞도록 조절했다. 유도 코일로서 (가열 대상인 금속판을 에워싸도록) 1회전시킨 유도 코일을 사용했다. 수냉 구리판은 5 ㎜의 두께와 100 ㎜의 폭(본 발명에서 한정된 폭과 다름)을 갖는 구리판으로 구성했다. 수냉 구리관(외경: 10 ㎜, 내경: 8 ㎜)을 납땜에 의해 금속판에 대향된 측면(외측) 상에서 구리판에 부착했다. 본 예에서, "유도 코일"은 구리판 및 수냉 구리관 모두를 포함하는데, 이는 전류가 구리관을 통해서도 진행하기 때문이다. 가열 대상인 금속판과 유도 코일 사이의 간극은 50 ㎜였다. 금속판의 종방향으로 금속판 상부에 위치된 상부 유도 코일과 금속판 하부에 위치된 하부 유도 코일 사이의 거리는 횡방향으로 금속판의 중심 영역에서 200 ㎜였다(즉, 최대 거리는 200 ㎜였다).

금속판의 가장자리 영역에서의 거리는 가장자리 영역에서 유도 코일의 경사각을 변경시킴으로써 조절 가능하다. 보다 구체적으로, 도 23a 내지 도 23d에 도시된 바와 같이, 유도 코일은 좌측부와, 우측부와, 좌측부 및 우측부를 연결하는 중간의 연결 구리판으로 구성된다. 유도 코일은 연결 구리판에 의해 유도 코일 지지 기부의 합성수지 기판[베이크라이트(bakelite) 기판]에 각도 조절 가능하게 고정된다. 수냉 구리판(유도 코일)의 소정 위치에는 연결 구리판과 함께 좌측부 및 우측부를 고정하기 위한 각도 조절공이 형성된다.

도 23a는 양 유도 코일이 베이크라이트 기판의 가장자리 선에 대해 5도의 각도[유도 코일과 가열 대상 금속판의 횡방향 사이의 각도(경사각)는 5도]로 설정된 본 발명의 예 A를 도시한다. 도 23b는 양 유도 코일이 베이크라이트 기판의 가장자리 선에 대해 10도의 각도[유도 코일과 가열 대상 금속판의 횡방향 사이의 각도(경사각)는 10도]로 설정된 본 발명의 예 B를 도시한다. 도 23c는 양 유도 코일이 베이크라이트 기판의 가장자리 선에 대해 15도의 각도[유도 코일과 가열 대상 금속판의 횡방향 사이의 각도(경사각)는 15도]로 설정된 본 발명의 예 C를 도시한다. 도 23d는 양 유도 코일이 베이크라이트 기판의 가장자리 선에 대해 20도의 각도[유도 코일과 가열 대상 금속판의 횡방향 사이의 각도(경사각)는 20도]로 설정된 본 발명의 예 D를 도시한다. 상술한 모든 경우에 금속판의 이동 속도는 2 m/분이다.

상술한 바와 같이 가장자리 영역의 거리를 변경시키면서 유도 가열장치로 금속판을 가열하며, {(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)}의 값을 계산하기 위해 중심 영역과 가장자리 영역(금속판의 가장자리에서 50 ㎜ 이격된 위치) 모두에서 금속판의 온도는 평면형 적외선 온도계를 이용하여 유도 가열장치의 출구에서 측정했다. 그 결과가 아래의 표 1에 주어져 있다.

	유도 코일과 금속판 횡방향 사이의 각도(경사각)	(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)
도 23a	5도	220 ℃
도 23b	10도	30 ℃
도 23c	15도	2 ℃
도 23d	20도	-40 ℃

상기 결과로부터 가장자리 영역과 중심 영역의 온도가 가장자리 영역에서 상부 유도 코일 및 하부 유도 코일의 거리를 변경시킴으로서 변경될 수 있음(온도 분포가 변경될 수 있음)을 확인할 수 있다. 유도 코일과 금속판 횡방향 사이의 각도가 15도인 도 23c에서 가장자리 영역 및 중심 영역의 온도는 거의 동일하다(균일 온도 분포).

유도 코일과 금속판 횡방향 사이의 각도가 20도인 도 23d에서 가장자리 영역에서의 가열은 낮아진다. 이런 조건을 이용하는 것은 가장자리 영역의 온도가 중심 영역의 온도보다 높은 선행 공정에 의해 마련되는 기존 온도 분포를 갖는 금속판을 처리하기에 적절하다.

실시예 2

냉연 강판(두께:0.6 ㎜, 폭: 600 ㎜)에 대하여도 본 발명의 가열 시험을 수행했다. AC 전원(도시 생략)으로서 50 ㎑를 사용했으며 200 ㎑의 정전용량을 갖는 캐패시터를 사용 유도 코일에 맞게 조절했다. 강판의 이동 속도는 2 m/분이었다.

시험용으로 도 24에 도시된 유도 코일을 사용했으며, 이 도면에는 AC 전원과 전원에 대한 연결부는 도시되어 있지 않다. 도 24에서, 상부 유도 코일은 각각 절연되고 서로 독립적인 수냉 구리판(폭: 5 ㎜, 두께: 10 ㎜)으로 제조되고 가열 대상인 금속판의 횡방향으로 경사지게 배치된 복수의 유도 코일 도전체(A 내지 J)[이하, 경사 유도 코일 도전체(A 내지 J)라 함]를 포함한다. 마찬가지로, 하부 유도 코일은 복수의 유도 코일 도전체(K 내지 T)를 포함한다. 상부 유도 코일의 각각의 유도 코일 도전체(A 내지 J)는, 마찬가지로 각각 수냉 구리판(폭: 5 ㎜, 두께: 10 ㎜)으로 제조되고 가열 대상인 금속판의 횡방향으로 평행하게 배치된 유도 코일 도전체(U, V, W, X, Y, Z, A', B', C')[이하, "횡방향 평행 유도 코일 도전체(U 내지 C)"]에 (선택적으로) 연결될 수 있다. 횡방향 평행 유도 코일 도전체(U 내지 C)는 경사 도전체보다 가열 대상인 금속판에 더 근접해서 위치되며(즉, 경사 유도 코일 도전체(A 내지 J)보다 아래에 위치되며) 도전체(U 내지 C) 중 임의의 도전체와 도전체(A 내지 J) 중 임의의 도전체 간의 전기 접속은 선택된 도전체들의 조합체 사이에 연결 구리판을 삽입함으로써 이루어진다. 즉, 연결 구리판이 삽입되는 위치는 통전 대상인 도전체를 선택한다. 베이크라이트 판이 그 밖의 비선택 도전체 사이에 삽입되어 절연성 볼트로 체결된다. 동일한 양식으로, 하부 유도 코일의 각각의 유도 코일 도전체(K 내지 T)는, 마찬가지로 각각 수냉 구리판(폭: 5 ㎜, 두께: 10 ㎜)으로 제조되고 가열 대상인 금속판의 횡방향으로 평행하게 배치된 유도 코일 도전체(D', E', F', G', H', I', J', K', L')에 (선택적으로) 연결될 수 있다.

중심 영역과 가장자리 영역(금속판 가장자리에서 50 ㎜ 이격된 위치) 모두에서 금속판의 온도는 적외선 온도계를 이용하여 유도 가열장치의 출구에서 측정했다.

그 결과가 선택된 유도 코일 도전체의 조합과 가장자리 영역과 중심 영역 간의 최종 온도차, 즉 (가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)가 제시된 표 2에 도시되어 있다. 상부 유도 코일과 하부 유도 코일은 금속판의 종방향으로 서로 이격되어 있다. 따라서, 750 ℃ 이상의 비자성 영역에서 가열이 수행될 수 있다.

	선택된 경사 유도 코일 도전체		선택된 횡방향 평행 유도 코일 도전체		(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)
	상부 유도 코일	하부 유도 코일	상부 유도 코일	하부 유도 코일
예 F	DEFJ	NOPQ	VWXYA'B'	J'K'E'F'H'I'	4 ℃
예 G	CDGH	MNQR	VWXYA'B'	J'K'E'F'H'I'	18 ℃
예 H	ABIJ	KLST	VWXYA'B'	J'K'E'F'H'I'	75 ℃
예 I	CDEFGH	MNOPQR	VWXYA'B'	J'K'E'F'H'I'	6 ℃
예 J	CDEFGH	MNOPQR	UVWXYZA'B'C'	D'E'F'G'H'I'J'K'L'	10 ℃
예 K	CH	MR	UVWXYZA'B'C'	D'E'F'G'H'I'J'K'L'	50 ℃
예 L	EF	OP	XWA'	F'J'I'	-6 ℃

예 F에서, 두 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 두 개의 경사 유도 코일 도전체는 상부 및 하부 유도 코일 모두에 대해 선택되며, 이때 상부 및 하부 경사 유도 코일 도전체는 금속판의 폭 내측 위치에서 교차한다(투사 영상). 예 F에서와 마찬가지로 예 G에서도 두 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 두 개의 경사 유도 코일 도전체가 선택된다. 그러나, 상부 및 하부 경사 도전체는 금속판의 가장자리 위(근처)에서 교차한다(투사 영상). 예 F 및 예 G에서와 마찬가지로 예 H에서도 두 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 두 개의 경사 유도 코일 도전체가 선택된다. 그러나, 상부 및 하부 경사 도전체는 금속판의 가장자리 외부에서 교차한다(투사 영상). 예 F, 예 G 및 예 H에서 도전체의 선택은 금속판의 가장자리 영역에서 상부 및 하부 코일이 F에서 H의 순서로 크게 되도록 이루어진다.

표 2의 데이터 "(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)"로부터 알 수 있는 바와 같이, 횡방향 온도 분포는 (상부 및 하부 경사 도전체가 금속판의 가장자리 외측에서 교차하는) 예 H보다 (상부 및 하부 경사 도전체가 금속판의 가장자리 내측에서 교차하는) 예 F에서 더 균일하다.

예 I에서는 두 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 세 개의 경사 유도 코일 도전체가 상부 및 하부 유도 코일로 선택된다. 예 J에서는 세 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 세 개의 경사 유도 코일 도전체가 상부 및 하부 유도 코일로 선택된다. 중심 영역에서의 전류 밀도가 예 J보다 예 I에서 높기 때문에 중심 영역에서의 열발산은 예 J보다 예 I에서 높다. 그 결과, "(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)"는 예 J보다 예 I에서 작다. 그러나, 가장자리 영역의 온도는 여전히 약간 과열된다.

예 K에서는 세 개의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 두 개의 경사 유도 코일 도전체가 상부 및 하부 유도 코일로 선택된다. 예 L에서는 하나의 횡방향 평행 유도 코일 도전체와 두 개의 경사 유도 코일 도전체가 상부 및 하부 유도 코일로 선택된다. 중심 영역에서의 전류 밀도가 예 K보다 예 L에서 높기 때문에 중심 영역에서의 열발산은 예 K보다 예 L에서 높다. 그 결과, "(가장자리 영역 온도) - (중심 영역 온도)"는 예 K보다 예 L에서 작다. 그러나, 가장자리 영역의 온도는 여전히 약간 과열된다.

상술한 바와 같이, 도전체 및 도전체의 수를 선택함으로써 다양한 온도 분포가 구현될 수 있다.

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상술한 바와 같이, 본 발명은 금속판의 온도가 퀴리점보다 높고 금속판이 얇고 그리고/또는 금속판이 알루미늄이나 구리와 같이 비저항이 낮은 비자성 비철 금속으로 제조되는 경우에도 금속판을 높은 효율로 가열할 수 있다. 또한, 본 발명은 선행 공정에 의해 마련되는 기존의 초기 온도 분포에 무관하게 폭방향으로 편평한 온도 분포를 금속판에 제공할 수 있다. 본 발명은 가열 대상인 금속판의 초기 온도 조건에 따라 열발산량을 제어하고 그리고/또는 가열 대상인 금속판의 폭이 변경되는 경우에도 원하는 온도 분포를 구현하는 것을 용이하게 만들 수 있다.

이상과 같이 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 많은 방식으로 개조될 수 있다. 이런 개조가 본 발명의 정신과 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안되며 기술분양의 당업자에게 자명한 이런 모든 변경은 아래의 청구범위에 속하는 것이다.

Claims (20)

1. 이동하는 금속판을 가열하기 위한 유도 가열장치이며,

   금속판을 에워싸기 위한 유도 코일(2)을 포함하고,

   상기 유도 코일(2)은 금속판(1) 상부에 위치되는 상부(2a) 및 금속판 하부에 위치되는 하부(2b)를 포함하고, 상기 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b)는 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향으로 서로 이격되고,

   금속판의 종방향으로 유도 코일의 상부(2a)와 하부(2b) 사이의 거리는 가장자리에서 과열을 억제하도록 금속판의 횡방향을 가로질러 변하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
2. 제1항에 있어서, 금속판(1)의 종방향으로 유도 코일(2)의 상부(2a)와 하부(2b) 사이의 최대 거리는 유도 코일 폭의 상부 및 하부 광폭의 0.2 내지 6배 범위인 유도 가열장치.
3. 제2항에 있어서, 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향으로 유도 코일의 상부와 하부 사이의 거리를 변경시키기 위한 거리 변경 수단을 더 포함하는 유도 가열장치.
4. 제3항에 있어서, 유도 코일의 상부 및 하부 중 하나 이상을 금속판의 종방향으로 이동시키기 위한 이동 수단을 더 포함하는 있는 유도 가열장치.
5. 제4항에 있어서, 금속판의 종방향으로 금속판을 따라 연장되는 가이드 레일(11)을 더 포함하고, 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b) 중 하나 이상은 가이드 레일(11) 상에서 이동 가능하게 장착되는 유도 가열장치.
6. 제3항에 있어서, 유도 코일의 상부(2a) 및 하부(2b) 중 하나 이상은 복수의 도전체로 구성된 부분을 포함하며, 금속판의 횡방향으로 적어도 일 위치에서 금속판의 종방향으로의 이격 거리는 교류에 의해 통전될 도전체로서 복수의 도전체 중에서 특정 도전체를 선택함으로써 변경될 수 있는 유도 가열장치.
7. 제2항에 있어서, 금속판의 횡방향을 가로질러 유도 코일의 상부 및 하부 중 하나 이상의 폭을 변화시키기 위한 폭 변화 수단을 더 포함하는 유도 가열장치.
8. 제1항에 있어서, 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b) 중 하나 이상은 금속판(1)의 횡방향으로 연장되는 제1 부분과 금속판(1)의 횡방향에 대해 경사각을 두고 연장되는 제2 부분을 포함하는 유도 가열장치.
9. 제8항에 있어서, 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b) 모두는 제1 및 제2 부분을 포함하고, 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b) 각각의 제2 부분들은 금속판(1)의 종방향으로 서로 대향하는 방향으로 연장되는 유도 가열장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, AC 전원(8)을 더 포함하고, 유도 코일(2)의 상부(2a) 및 하부(2b) 각각은 그 일단부에서 AC 전원(8)에 연결되는 유도 가열장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 유도 코일(2)은 AC 전원에 대향하여 유도 코일의 상부 및 하부의 단부에서 유도 코일의 상기 상부와 하부 사이를 연결하는 가장자리부를 추가로 포함하며 상기 가장자리부는 금속판의 가장자리에 위치되는 유도 가열장치.
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