KR101148136B1 - 금속판의 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법 - Google Patents

Abstract

유도 코일의 내측을 통과하는 금속판을 유도 가열하는 장치로서, 상기 유도 코일을 상기 금속판의 길이 방향으로 2조 이상 이웃하게 배치하고, 상기 금속판의 표면측과 이면측의 유도 코일을 구성하는 도체를 각각 상기 금속판에 수직 투영하였을 때의 수직 투영상에 있어서, 상기 2조 이상의 유도 코일을 각각에서의 상기 금속판의 중앙부에서는 상기 표면측과 이면측의 도체가 상기 금속판의 길이 방향에 대하여 서로 겹치지 않게 이격 배치하고, 상기 표면측의 도체끼리가 근접함과 동시에 상기 이면측의 도체끼리가 그보다 이격되어 배치되거나, 상기 이면측의 도체끼리가 근접함과 동시에 상기 표면측의 도체끼리가 그보다 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하며, 얇은 금속판이라도 자성?비자성을 불문하고 가열 온도 분포를 제어할 수 있는 유도 가열 장치이며, 특히 금속판 단부의 온도를 제어할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법.

유도 가열, 유도 코일, 경사부, 종속 유도 전류, 자성체 코어

Description

금속판의 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법{METAL PLATE INDUCTION HEATING DEVICE AND INDUCTION HEATING METHOD}

본 발명은 철이나 알루미늄 등의 철 및 비철 금속판의 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법에 관한 것이다. 특히, 금속판이 박판?후판에 관계 없이 비자성 상태일 때에도 금속판을 양호한 효율로 가열하는 유도 가열 장치에 있어서, 특히 금속판의 온도를 정밀하게 제어하고 가열할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법에 관한 것이다.

금속의 고주파 전류에 의한 유도 가열은, 담금질을 비롯하여 열처리를 하기 위하여 널리 사용되고 있다. 강판이나 알루미늄 판 등의 철이나 비철의 박판의 제조 과정에서 재질을 제어하는 목적과, 가열 속도를 증가시켜 생산성의 향상이나 생산량을 자유로이 조정하는 목적 등으로, 종래의 가스 가열이나 전기 가열에 의한 간접 가열을 대체하는 가열 방식으로서 사용되고 있다.

금속판을 유도 가열하는 경우에는, 크게 2 가지 방식이 있다. 하나는, 금속판의 주위를 둘러싼 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 하여, 발생한 자속이 금속판의 길이 방향을 관통하고, 금속판의 단면 내에 유도 전류를 발생시켜 가열하는 이른바 LF(종단 자속 가열) 방식으로 불리는 유도 가열 방식이고, 다른 하나는, 금 속판을 1차 코일이 감긴 인덕터라고 불리는 양자성체(良磁性體)들 사이에 배치하고, 1차 코일에 전류를 통전하여 발생시킨 자속을 인덕터에 통하게 하고, 인덕터들 사이를 흐르는 자속을 금속판이 횡단하도록 통과함으로써, 금속판의 평면에 유도 전류를 발생시켜 유도 가열하는 TF(횡단 가열) 방식이다.

LF 방식의 유도 가열은 온도 분포의 균일성이 양호하지만, 발생하는 유도 전류는 판 단면 내를 순환하는데, 전류 침투 깊이의 관계로부터, 판 두께가 얇은 경우에는 전원의 주파수를 높게 하지 않으면 유도 전류가 발생하지 않고, 더욱이, 비자성재 또는 자성재이더라도 퀴리점 온도를 넘은 것은 전류의 침투 깊이가 깊어지기 때문에, 판 두께가 얇은 것은 가열을 할 수 없다고 하는 과제가 있다.

한편, TF 방식의 유도 가열은, 자속이 금속판의 평면을 관통하므로, 판 두께나 자성?비자성의 구별 없이 가열할 수 있다는 특징, 또는 자기 저항이 작은 인덕터를 이용함으로써 누설 자속을 적게 할 수 있고, 금속판의 표리(表裏)에 대향하는 인덕터들 사이에 자속을 집중시키는 것이 가능하므로 가열 효율이 높다는 특징이 있다.

반면에, 온도 분포의 불균일이 발생하기 쉽다는 문제나, 금속판이 대향하는 인덕터들의 중심에 위치하지 않는 경우에, 자성재에는 어느 하나의 인덕터에 흡인되고 더욱 온도 편차가 발생하기 쉬워진다는 문제가 있다. 더욱이, TF 방식의 유도 가열의 경우에, 금속판의 판 폭 변경이나 연속 통판 라인에서 사행(蛇行)하였을 경우의 대응이 어렵다는 결점이 있다.

이러한 과제를 해결하기 위하여, 일본 공개 특허 제2002-43042호 공보에는, 스트립 판의 진행 방향의 표면과 이면의 단일 턴(single turn)의 코일을 진행 방향으로 어긋나게 배치하는 방법이 개시되어 있다. 또한, 일본 공개 특허 제2002-151245호 공보에는, 피가열재로 향한 유도 가열 코일의 장축이 피가열재의 폭 방향으로 만곡된 마름모 형상의 유도 코일이 제안되어 있다. 또한, 일본 공개 특허 제2005-209608호 공보는, 본 발명자에 의한 금속 스트립 판을 폭 방향으로 주회(周回)하는 유도 코일을 금속판의 표면측과 이면측에서 진행 방향으로 변위시키는 유도 코일을 제안하고 있다.

도 1은 종래의 LF 방식의 유도 가열을 나타내는 모식도이다. 피가열재인 금속판(1)의 폭 방향의 주위를 고주파 전원(11)에 접속된 유도 코일(2)로 에워싸고, 1차 전류(5)를 통전함으로써, 금속판(1)의 내부를 자속(4)이 관통하고 자속(4)의 주위에 유도 전류가 발생하고, 발생한 유도 전류에 의해 금속판(1)을 가열한다. 도 2는 유도 전류가 금속판(1)의 단면 내에 발생하는 모양을 나타내는 단면 모식도이다.

금속판(1)을 관통하는 자속(4)에 의해, 금속판(1)의 단면에는 유도 코일(2)에 흐르는 1차 전류(5)의 역방향으로 유도 전류(6a, 6b)가 흐른다. 이 유도 전류(6a, 6b)는 금속판(1)의 표면으로부터 식 <1>로 표현되는 전류 침투 깊이(δ)의 범위에 집중하여 흐른다.

δ[mm] = 5.03×10⁵ (ρ/μrf)^0.5 … <1>

여기서,ρ: 비저항[Ωm], μr: 비투자율[-], f: 가열 주파수[Hz]

발생한 유도 전류(6a, 6b)는, 도 2에 도시된 바와 같이 판 단면의 표리에서 역방향으로 흐르기 때문에, 전류 침투 깊이(δ)가 깊어지면, 판 표리의 유도 전류가 서로 상쇄됨에 따라, 판 단면 내를 전류가 흐르지 않게 된다.

금속은 온도의 상승에 따라 ρ가 상승하기 때문에, δ는 온도 상승에 따라 깊어진다. 또한, 강자성이나 상자성의 자성재는, 온도가 상승하고 퀴리점에 근접함에 따라 μr이 감소하고, 퀴리점을 넘으면 μr은 1이 된다. 또한, 비자성재도 μr은 1이다. μr이 작아지면, 식 <1>에 의해 비자성재에서는, 또는 자성재의 경우는 퀴리점 직전부터 퀴리점을 넘는 온도 영역에서는, 전류 침투 깊이(δ)가 깊어지고, 얇은 판 두께의 피가열재에서는 가열을 할 수 없게 된다.

예를 들면, 가열 주파수가 10[kHz]인 경우, 상온에서 각종 금속의 전류 침투 깊이(δ)는, 비자성의 알루미늄에서 약 1[mm], SUS304에서 약 4.4[mm], 자성재의 강에서는 약 O.2[mm]인데 대하여, 자성재인 강이 퀴리점을 초과한 750℃에서는 전류 침투 깊이(δ)는 약 5[mm]가 된다.

판 내에 발생하는 표리 전류가 서로 상쇄되지 않기 위해서는, 판 두께는 적어도 10[mm] 이상 필요하고, 양호한 효율로 전력을 입력하기 위해서는, 15[mm] 정도의 두께가 필요하게 된다. 일반적으로, 열처리는 10μm 정도의 박과 같은 박판부터 100mm를 넘는 후판까지 다양한 두께의 것을 대상으로 하고 있다.

예를 들면, 사용량이 많은 금속판의 대표적인 소재인 자동차나 가전품에 사용되는 강판은, 통상 냉간 압연이 종료된 3[mm] 전후보다 판 두께가 얇은 경우가 많고, 특히 2[mm] 이하인 경우가 많다. 이러한 재료를 LF식으로 가열하기 위해서는, 가열 주파수를 수백[kHz] 이상으로 올릴 필요가 있지만, 대용량이고 주파수가 높은 전원 제작 등에는 하드웨어 상의 한계가 있고, 공업 규모로 실현하는 것은 곤란한 경우가 많다.

일본 공개 특허 제2002-43042호 공보의 방법은, 판의 상하에 유도 코일을 배치한 일종의 TF 방식이라 할 수 있고, 금속판의 진행 방향으로 발생하는 자속은 교대로 역방향으로 발생하지만, 상하 코일이 어긋나게 위치하기 때문에, 상하 코일에서 발생하는 자속이 서로 상쇄되는 영역과 자속이 스트립 판을 비스듬히 횡단하는 영역이 교대로 발생하고, 자속이 집중하는 것을 방지하는 것이 가능하게 되는 것으로 생각할 수 있다.

따라서, 종래의 TF 방식에서는 가장자리부에 자속이 집중하고, 가장자리부가 과도 가열된다고 하는 문제를 완화하는 효과가 발현하는 것으로 생각되지만, 자속이 서로 소멸되는 영역이 발생하는 점, 단일 턴이므로, 스트립 판에 전력을 입력하고 전계 강도를 올리기 위해서는 코일에 흐르게 하는 전류치를 크게 하여야 하고, 코일의 동손(銅損)이 증가하는 점 등으로 인하여 효율이 저하하기 쉽다고 하는 문제가 있다.

또한, 효율을 올리기 위해서는, 상기 공보의 실시예에 개시되어 있는 바와 같이 상하의 단일 턴 코일을 스트립 판에 근접시킬 필요가 있지만, 통판하고 있는 스트립 판은 형상이 변형되거나 진동하므로, 광폭으로 긴 구간을 통판하면서 가열하는 것은 곤란하다.

또한, 일본 공개 특허 제2002-151245호 공보의 방법은, 금속 기재의 면과 대향하도록 금속 기재의 반송 방향에 있어서 폭 방향 중앙에서 가장 넓은 유도 가열 코일을 갖추고, 금속 기재의 반송 방향에 따른 유도 코일 폭의 합계를 실질적으로 균일하게 하는 방법이지만, 이 방법은, 금속 기재에 대향하는 유도 코일로부터의 누설 자속에 의해 가열을 실시하는 방법이 되기 때문에, 유도 코일과의 거리가 멀어지면 자속이 금속 기재를 관통하는 것이 보증되지 않고, 금속 기재와 근접시키지 않으면 가열이 일어나기 어렵고, 또한, 금속 기재의 형상이 불량하고 유도 코일과의 거리가 변화하는 경우에는 큰 온도 편차가 생긴다.

또한, 유도 코일의 폭을 진행 방향으로 금속 기재와 실질적으로 같은 폭이 되도록 마름모 형상의 유도 코일로 하고 있지만, 이 형상으로는 금속 기재의 판 폭이 변화하였을 때에는 대응이 불가하다. 유도 코일에 회전 기구를 설치하도록 하고 있지만, 회전시킨 경우에는 진행 방향으로 가열 시간이 같아지지는 않기 때문에, 균일 온도로 되기는 어렵고, 공업 규모로 대(大)전류를 흐르게 하는 가열 장치의 회전 기구를 실현하는 것은 지극히 큰 곤란이 따른다.

전술한 두 특허 문헌 모두, 유도 코일이 금속 재료를 에워싼 폐(閉)루프 내의 가열은 아니기 때문에, 자속이 확실히 금속 재료를 관통하는 것을 보증할 수 없고, 유도 코일과의 거리의 영향을 받기 쉬울 뿐만 아니라, 유도 코일의 턴 수가 변경되지 않기 때문에, 자속 밀도를 제어하는 것이 곤란하다.

이에 대하여, 일본 공개 특허 제2005-209608호 공보는, 상기 가열 장치의 결점을 해소하기 위하여, 금속판을 폭 방향으로 에워싼 유도 코일을 금속판의 진행 방향으로 이격시켜 배치함에 의해, 금속판 표면으로 향한 유도 코일의 직하의 금속판 내에 표리의 유도 코일에서 발생하는 유도 전류가 서로 간섭하지 않도록 독립적인 전류를 발생시킴으로써, 전류의 침투 깊이 이하의 판 두께의 금속판에서도 가열이 가능하고 비자성의 금속판에서도 가열이 가능하다는 것을 나타내고 있다.

또한, 유도 코일이 금속판을 폐루프로 주회하므로, 자속은 반드시 금속판과 쇄교(鎖交)하기 때문에, 유도 코일과 금속판이 비교적 떨어져 있어도 용이하게 가열할 수 있다는 실용상의 큰 이점도 있다.

그러나, 금속판의 중앙부에서 발생한 유도 전류는 금속판의 단부를 흐를 때에 전류가 집중되고 전류 밀도가 높아지기 쉽다는 점과, 표리의 유도 코일을 진행 방향으로 멀어지게 하였기 때문에 단부를 흐르는 유도 전류의 통전 시간이 길어지는 점에 의하여, 금속판 단부가 과도 가열이 되기 쉽고, 온도 편차가 작은 분포를 얻기 위한 조건(표리 유도 코일의 이격량, 유도 코일의 폭 등)이 극히 제한적이라는 문제가 있었다.

전술한 3 가지 방식 모두에 있어서, 비자성 가열을 실시할 수 있지만, 가열 온도 분포를 정밀하게 제어하는 것은 곤란하고, 금속판의 변형이나 기존 노(爐)의 도중에 설치하는 경우 등에서는 단열재의 두께나 통판성을 고려하였을 경우에, 금속판과 유도 코일의 간격을 좁게 하는 것은 곤란하다.

또한, 흐르는 전류 밀도와 가열 시간을 제어하는 방법을 제안함과 더불어, 사행이나 판 폭 변경에 대응하는 방법에 대하여 제안하였다. 국제 공개 특허 제2006/088067호 공보와 제2006/088068호 공보 및 일본 공개 특허 제2007-95651호 공보의 방법에서는, 전술한 3 가지 방식에 비하여, 큰 폭으로 온도 분포 제어가 가능하지만, 조건에 따라서는 금속판 단부와 중앙부의 온도 편차를 충분히 해소할 수 없는 경우도 있었다.

본 발명은 이러한 종래의 LF 방식이나 TF 방식에서의 금속판의 유도가열의 과제를 해결하기 위한 것이며, 유도 코일을 이용하고, 자성재에 한정되지 않고 비자성재나 비자성역(非磁性域)에 대해서도, 금속판과 유도 코일의 간격을 충분히 유지하면서, 상기 국제 공개 특허 제2006/088067호 공보 및 제2006/088068호 공보에 기재되어 있는 유도 가열 장치 이상으로 온도 제어성이 우수함과 더불어, 폭 변경이나 사행 등에도 효과적으로 대응하는 것이 가능하고, 양호한 효율로 가열할 수 있는 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위한 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

(1) 금속판의 표면과의 사이에 간극을 두고 금속판의 폭 방향으로 주회하도록, 금속판의 표면측의 도체와 이면측의 도체를 접속하여 형성된 유도 코일을 구비하고, 이 주회하는 유도 코일의 내측을 통과하는 금속판을 유도 가열하는 장치로서, 상기 유도 코일을 상기 금속판의 길이 방향으로 2조(組) 이상 이웃하게 배치하고, 상기 금속판의 표면측과 이면측의 유도 코일을 구성하는 도체를 각각 상기 금속판에 수직 투영하였을 때의 수직 투영상(投影像)에 있어서, 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서 상기 금속판의 중앙부에서는, 상기 표면측의 도체와 이면측의 도체가 상기 금속판의 길이 방향에 대하여 서로 겹치지 않게 간격을 두고 배치되고, 또한, 상기 서로 이웃한 2조 이상의 유도 코일에 있어서, 상기 표면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 더불어, 상기 이면측의 도체끼리가 상기 표면측의 도체들의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되거나, 상기 이면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 더불어, 상기 표면측의 도체끼리가 상기 이면측의 도체끼리의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.

(2) 금속판의 표면과의 사이에 간극을 두고 금속판의 폭 방향으로 주회하도록, 금속판의 표면측의 도체와 이면측의 도체를 접속하여 형성된 유도 코일을 구비하고, 이 주회하는 유도 코일의 내측을 통과하는 금속판을 유도 가열하는 장치로서, 상기 유도 코일을 상기 금속판의 길이 방향으로 2조 이상 이웃하게 배치하고, 상기 금속판의 표면측과 이면측의 유도 코일을 구성하는 도체를 각각 상기 금속판에 수직 투영하였을 때의 수직 투영상에 있어서, 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서 상기 금속판의 중앙부에서는, 상기 표면측의 도체와 이면측의 도체가 상기 금속판의 길이 방향에 대하여 서로 겹치지 않게 간격을 두고 배치되고, 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측 및 이면측의 도체의 적어도 어느 하나는, 상기 금속판이 적어도 어느 하나의 폭 방향의 단부를 향해 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하고,

또한, 상기 이웃하는 2조 이상의 유도 코일에 있어서, 상기 표면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 동시에, 상기 이면측의 도체끼리가 상기 표면측의 도체끼리의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되거나, 상기 이면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 동시에, 상기 표면측의 도체끼리가 상기 이면측의 도체끼리의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 유도 코일에 교류를 통전하였을 때에, 상기 근접한 도체끼리에 같은 방향의 동상(同相)의 전류가 흐르도록 장치가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.

(4) (2) 또는 (3)에 있어서, 적어도 상기 금속판의 길이 방향으로 가장 외측에 배치된 유도 코일의 상기 표면측 및 이면측의 도체의 적어도 어느 하나는, 상기 금속판의 적어도 어느 하나의 폭 방향의 단부를 향하여 폭 방향에 대해 경사진 부분을 구비하도록 배치되고, 상기 가장 외측에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측에, 상기 금속판이 적어도 폭 방향 단부를 덮도록, 상기 금속판의 표면측부터 이면측에 걸쳐서 자성체 코어를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.

(5) (4)에 있어서, 상기 자성체 코어가 수평 방향으로 이동하는 기구를 구비하고, 금속판의 단부로부터 덮는 양을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.

(6) (2) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체의 적어도 일방이 금속판의 폭 방향으로 이동 가능하게 하는 기구를 구비하고, 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하도록 배치된 도체의 경사부의 상기 금속판에 대한 폭 방향의 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.

(7) (2) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서, 상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 같은 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 거의 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주(主) 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.

(8) (7)에 있어서, (5) 또는 (6)에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서, 상기 자성체 코어의 금속판의 단부로부터의 덮는 양을 변경함으로써, 금속판 단부의 온도 분포를 변경하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.

(9) (7)에 있어서, (6)에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서, 상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체의 적어도 일방을 금속판의 폭 방향으로 이동시키고, 상기 도체의 경사부의 금속판에 대한 위치를 조정하여 상기 금속판의 온도 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.

본 발명에 기재된 "금속판의 길이 방향"이란 금속판의 통과 방향(반송 라인과 동일 방향)이다. 또한, 본 발명에 기재된 "LF 방식"이란, 비가열물의 축 방향으로 교번 자계를 부여하는 종래의 종단 자속(Longitudinal Flux) 가열 방식이다.

본 발명에 의한 유도 가열 장치나 유도 가열 방법을 이용함으로써, 판 두께가 두꺼운 재료나 자성역의 박판의 가열을 가능하게 할 뿐만 아니라, 종래의 유도 가열 방식으로는 불가능하였던 판 두께가 얇고 비저항이 작고 비자성인 알루미늄이나 동 등의 비철 금속판의 가열과, 철 등의 자성재에 있어서의 퀴리점 이상의 온도의 비자성역에서의 가열을 가능하게 한다.

또한, 금속판 중앙부의 온도를 상승시키고, 금속판 단부의 온도 상승을 억제함으로써, 금속판 전체의 온도 분포를 제어할 수 있고 금속판 단부의 과도 가열을 억제하거나 방지를 할 수 있다.

또한, 본 유도 가열 장치의 선행 공정으로부터 유래하는 금속판의 온도 편차의 해소나, 후속 공정에서의 금속판의 온도 특성을 고려하여 소망의 온도 분포를 형성하여 가열하는 것 등과 같이, 요구되는 야금 특성에 적합한 가열 속도와 온도 분포로 가열함으로써, 고품질의 제품을 안정적으로 제조할 수 있음과 동시에, 조업 변동에 의한 품질의 영향을 해소하는 것이 가능해진다.

또한, 가스 가열의 노에서 문제가 되는 열관성(熱慣性)의 영향이 없기 때문에, 금속판의 판 두께나 판 폭, 재료의 종류 등의 변경에 의해, 노의 온도 변경을 해야만 하는 경우에도, 가열 속도를 자유로이 제어할 수 있으므로, 통판 속도를 변경할 필요도 없어진다. 따라서, 가스 가열의 노에서는, 통상, 노온 변경 시에 노가 안정될 때까지 필요하게 되는 연결재가 불필요할 뿐만 아니라, 통판 속도를 저하시키지 않고 생산을 계속할 수 있으므로, 생산성의 저하를 회피할 수 있는 것과 동시에 조업 계획의 자유도가 큰 폭으로 향상한다.

또한, 본 발명의 유도 가열 장치는, 금속판의 판 두께?판 폭의 변경에 대응 가능할 뿐만 아니라, 사행 등의 변동 요인에도 유연하게 대응하여, 소망의 온도 분포를 얻을 수 있고, 판 폭에 대응한 복수 개의 유도 코일 세트를 구비하지 않아도 되므로, 설비비도 저비용으로 할 수 있다.

도 1은 종래의 LF식 유도 가열을 나타내는 모식도이다.

도 2는 종래의 LF식 유도 가열의 금속 박판의 단면에 흐르는 유도 전류를 설명하는 단면 모식도이다.

도 3은 유도 코일의 표리의 도체를 어긋나게 배치하는 유도 가열을 설명하는 평면 모식도이다.

도 4는 도 3의 A-A 단면의 전류의 발생 방식을 설명하는 단면 모식도이다.

도 5는 도 3의 유도 가열로 금속판에 발생하는 유도 전류를 설명하는 평면 모식도이다.

도 6은, 평행한 2조의 유도 코일을 이웃하게 하고, 유도 코일의 표리의 도체 를 어긋나게 배치하여 유도 가열을 하는 본 발명에 의한 유도 가열 장치의 예의 평면 모식도이다.

도 7은, 유도 코일의 표리의 도체를 중앙에서 어긋나게 하고, 금속판 단부측 근방에서 유도 코일의 도체를 경사지게 하는 유도 가열 방식의 예를 설명하는 평면 모식도이다.

도 8은 도 7의 코일 배치에서 금속판에 발생하는 유도 전류의 모양을 나타내는 평면 모식도이다.

도 9a는 본 발명에 의한 유도 가열 장치의 예를 설명하는 평면 모식도이며, 2조의 유도 코일을 직렬로 접속하였을 경우를 나타낸다.

도 9b는 본 발명에 의한 유도 가열 장치를 설명하는 평면 모식도이며, 2조의 유도 코일을 병렬로 접속하였을 경우를 나타낸다.

도 10은 도 9a의 본 발명에 의한 유도 가열 장치에 의해 금속판에 발생하는 유도 전류 분포를 설명하는 평면 모식도이다.

도 11은 본 발명의 유도 가열 장치로서, 도 7의 유도 코일 2조를 이웃하게 병렬 접속으로 배치한 예를 나타내는 평면 모식도이다.

도 12는 본 발명의 유도 가열 장치로서, 도 9a의 2T의 유도 코일 2조를 이웃하게 병렬 접속으로 배치한 예를 나타내는 평면 모식도이다.

도 13은 도 9a의 본 발명에 의한 유도 가열 장치에 자성체 코어를 설치한 예를 설명하는 평면 모식도이다.

도 14는 자성체 코어의 작용을 설명하는 단면 모식도이다.

도 15는 도 14와 역상(逆相)의 경우의 자성체 코어의 작용을 설명하는 단면 모식도이다.

도 16은 도 11의 유도 가열 장치에 자성체 코어를 설치한 예를 설명하는 평면 모식도이다.

도 17은 도 12의 유도 가열 장치에 자성체 코어를 설치한 예를 설명하는 평면 모식도이다.

도 18a는 경사진 도체 부분을 구비하는 유도 코일과 금속판 단부가 통과하는 위치의 관계를 나타내는 평면 모식도이다.

도 18b는 도 18a의 A 라인을 금속판 단부가 통과할 때에 금속판에 발생하는 유도 전류를 나타내는 모식도이다.

도 18c는 도 18a의 B 라인을 금속판 단부가 통과할 때에 금속판에 발생하는 유도 전류를 나타내는 모식도이다.

도 18d는 도 18a의 C 라인을 금속판 단부가 통과할 때에 금속판에 발생하는 유도 전류를 나타내는 모식도이다.

도 19는 도 12의 각 유도 코일의 경사부와 금속판 단부의 위치 관계가 다른 경우의 예를 나타내는 평면 모식도이다.

도 20은 자성체 코어에 의한 가열 온도 제어의 작용을 설명하는 단면 모식도이다.

도 21은 자성체 코어에 의한 가열 온도 제어를 하는 기구의 예를 설명하는 단면 모식도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 설명을 간단히 하기 위하여, 2조(組)의 유도 코일로서 2T(턴)의 경우(1조 1턴)에 대하여 도면을 이용하여 설명하지만, 2T로 한정되는 것은 아니며, 복수 T일 수도 있거나 1T의 병렬 접속도 가능하다.

도 9a는 본 발명의 유도 가열 장치의 일례를 나타내는 평면 모식도이며, 도 10은 도 9a에서 금속판(1)에 발생하는 유도 전류를 나타내는 모식도이다.

이하의 본 발명의 설명에서 이용하는 유도 코일이란, 전기 양도체로 구성되는 파이프나 선재, 판 등으로 피가열재인 금속판의 주위를 그 표면과는 간극을 두고 금속판의 폭 방향으로 1주(周) 이상 감은 도체에 의해 형성되는 코일의 총칭으로서 이용하고, 피가열재를 둘러싼 형상은 직사각형일 수도 있고 원형일 수도 있으며 특별히 규정되는 것은 아니다. 2주 이상 감은 경우는, 각 턴(T)의 도체끼리는 인접하여 설치된다.

또한, 각 턴은, 후술하는 바와 같이, 표면측의 도체와 이면측의 도체가 피가열재(금속판)의 폭 방향 단부의 외측에서 접속 도체 또는 도전 부재로 접속되어 주회하도록 형성된 것을 포함한다.

도체의 재질은, 동이나 알루미늄 등의 전기 전도가 양호한 재질이 바람직하다. 또한, 본 발명에 기재된 유도 코일 1조란, 표리 유도 코일이 금속판을 일주하여 유도 코일을 구성하는 최소의 단위이고, 2조란, 이 표리 유도 코일 쌍이 2쌍 존재하는 것을 나타낸다.

또한, 이하의 도 7, 도 9a, 도 9b, 도 11, 도 12, 도 16 및 도 17에 있어서는, 화살표는 코일 전류의 방향을 나타내고, 굵은 선은 금속판 표측의 유도 코일 도체를, 파선은 금속판 이면의 유도 코일 도체를 나타내는 것으로 한다. 또한, 이하의 도 8 및 도 10에 있어서는, 화살표는 금속판 내부에 발생하는 유도 전류의 방향을 나타내는 것으로 한다.

본 발명과 관련된 금속판의 유도 가열의 원리에 대하여, 도면을 이용하여 이하에서 설명한다.

본 발명에서는, 우선, 도 3에 도시된 바와 같이 유도 코일(2)의 내측을 통과하는 금속판(1)의 표면측과 이면측의 유도 코일을 구성하는 도체(2a, 2b)들을 각각 상기 금속판에 수직 투영하였을 때에, 표면측과 이면측의 상기 도체의 수직 투영상(投影像)이 금속판의 길이 방향에 대하여 서로 간격을 가지도록(이격되도록) 상기 도체를 배치한다.

그러면, 도 4의 측단면도에 도시된 바와 같이(간단히 하기 위하여 2a의 도체만으로 설명), 금속판(1)에는 비스듬히 자속(4)이 관통하고, 이 자속에 의해 유도 전류(6a)가 발생한다.

따라서, 비스듬히 전류 패스가 형성됨으로써 생긴 유도 전류(6a)의 침투 깊이(δ)가 판 두께(t)보다 두꺼워도, 유도 전류는 흐르게 된다.

유도 코일(2)의 도체(2a, 2b)들은 금속판 진행 방향으로 간격을 두고서(이격되어) 배치되어 있기 때문에, 유도 코일(2)의 도체(2a, 2b)에서 발생한 유도 전류(6a)와 유도 전류(6b)는 서로 간섭하지 않고, 금속판(1) 전체에서는, 도 5에 도 시된 바와 같은 환상(環狀) 전류가 발생하고, 금속판(1)이 비자성재이더라도 가열하는 것이 가능하게 된다.

그런데, 금속판 단부(금속판의 폭 방향의 단부, 이하 동일)를 흐르는 전류는, 표리의 유도 코일(2)의 도체(2a, 2b)들을 연결하는 접속 도체(8), 또는 표리의 유도 코일(2)의 도체(2a, 2b)와 전원을 연결하는 도전 부재(7)를 흐르는 1차 전류와의 사이의 리액턴스를 작게 하려고 하므로, 금속판의 단부에 모이게 되기 때문에 전류로(電流路)가 좁아지는 점과, 도전 부재(7) 및 접속 도체(8)를 흐르는 1차 전류에 의해 발생하는 자속이 최단 거리의 금속판 단부를 집중적으로 관통하는 점과, 금속판 단부는 중앙부에 비해 가열 시간이 d3의 거리에 상당하는 시간만큼(도 5 참조) 더 가열된다는 점에 의해, 금속판 단부는 과도 가열되기 쉽다.

또한, 유도 코일이 1조인 경우에는, 금속판 중앙부에서도 자속은 유도 코일로부터 외측으로 확장되기 쉬우므로, 유도 전류의 전류 밀도도 저하하기 때문에, 중앙부의 온도가 상승하기 어렵고, 금속판 중앙부와 금속판 단부의 온도 편차는 확대되기 쉽다.

따라서, 본 발명에서는 유도 코일을 2조 이상 이용하고 금속판의 길이 방향으로 이웃하게 배치한다. 즉, 도 6과 같이 유도 코일의 도체(2b, 3b)들을 서로 근접하게 배치하고, 동상(同相)의 1차 전류를 흐르게 함으로써, 중앙부의 코일 도체에 의해 자속은 2배가 되어 전류 밀도가 상승한다.

또한, 근접한 2개의 유도 코일의 도체(2b, 3b)에서 발생한 자속은, 간격을 두고(이격되게) 배치된 코일의 도체(2a, 3a)와는 역방향이기 때문에, 2a와 3a에서 발생한 자속에 의해서 간섭되지 않고 또한 자속이 확장되지 않고, 유도 코일 도체(2b, 3b)의 근방에 집중되기 쉽고, 금속판 중앙의 온도가 상승하기 쉬워진다.

단, 유도 코일의 도체(2a, 3a)의 외측(금속판의 길이 방향의 단부측, 즉, 도 6에서는 2a의 상측 및 3a의 하측)은, 대항하는 자속이 없고 유도 코일의 외측으로 확장하려고 하므로, 자속이 집중되기 어렵고 금속판에 발생하는 유도 전류의 밀도도 높아지기 어렵고, 승온량도 인접하는 유도 코일 도체에 비하면 적다.

따라서, 도 6과 같이 폭 방향으로 거의 수평인, 즉 폭 방향으로 경사부를 구비하지 않는 도체로 형성되어 있는 유도 코일을 금속판의 길이 방향으로 평행하게 배치하는 경우에는, 서로 이웃하는 유도 코일 수(도체의 수)를 증가시키면 증가시킬수록 금속판 중앙부의 온도가 상승하기 쉽고, 금속판 단부와의 온도 편차는 해소되어 간다.

그러나, 도 3 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 유도 코일을 길이 방향으로 평행하게 이격시켜 배치하였을 경우에는, 금속판 단부를 흐르는 전류의 영향에 의한 금속판 단부의 과도 가열은 없어지지 않으므로, 가열한 금속판의 온도 편차를 더욱 해소하여 나가기 위하여, 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 금속판의 폭 방향의 적어도 어느 하나의 단부를 향하여, 유도 코일의 표리(표면측 및 이면측)의 도체들 중 적어도 1개가 금속판의 폭 방향에 대하여 경사져서 횡단하는 부분을 구비하는 형상으로 한다.

도체의 경사진 부분의 폭 방향의 범위는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도체는 폭 방향의 적어도 일방의 금속판의 폭 방향 단부의 근방에 경사부를 구비하도 록 한다.

도 7에서는, 유도 코일의 표리의 도체가 모두 금속판 양단부 근방에서 폭 방향으로 경사진 부분을 구비하는 예를 나타내고 있다(유도 코일 1조의 예). 이러한 유도 코일의 형상으로 하면, 금속판(1)에는 도 8의 굵은 실선으로 도시된 바와 같은 환상의 유도 전류로(6)가 형성되어 화살표의 방향의 유도 전류가 발생한다.

이는, 전술한 도 5의 경우에 비하여 금속판 단부에서 전류로가 좁아지기 어려워지므로 전류 밀도가 높아지기 어렵고, 유도 코일의 표리의 도체가 금속판 단부 근방에서 교차하기 때문에, 금속판 단부를 흐르는 유도 전류에 의한 가열 시간을 짧게 할 수 있으므로, 도 3과 같이 유도 코일의 표리의 도체를 길이 방향으로 평행하게 단지 이격시켰을 경우보다, 금속판 단부의 과도 가열을 피할 수 있다.

그런데, 주된 유도 전류는, 도 8에 도시된 바와 같이, 표면측과 이면측의 도체의 수직 투영상과 대략 동일 형상이고, 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 유도 전류의 방향과 역방향으로, 도면의 굵은 실선으로 포위된 부분을 흐르지만, 일부의 종속적인 유도 전류는 금속판 단부에서 반전하여, 도 8의 도면 부호 9에 도시된 바와 같은 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 외측 영역에서, 유도 전류의 마이너 루프가 생기는 것이 실험과 해석으로부터 밝혀졌다.

따라서, 온도 편차를 엄격히 관리해야 하는 가열이 요구되는 경우에는, 이 마이너 루프(9)의 전류를 무시할 수 없게 될 수도 있고, 금속판 단부를 전류가 돌게 됨으로써 금속판 단부의 온도 상승에 의한 과도 가열이 문제가 되는 경우가 있다.

따라서, 본 발명에서는, 도 11이나 도 9a와 같이 전술한 폭 방향으로 경사진 부분을 구비하는 도체를 갖춘 유도 코일을 2조 이상 이웃하게 하여 이용한다. 도 9a는 2조의 유도 코일 각각에서의 표면측의 도체와 이면측의 도체를 금속판(1)의 길이 방향으로 이격시켜(간격을 두고) 배치한 도체(2a와 2b)를 구비하는 1조의 유도 코일과, 도체(3a와 3b)를 구비하는 또 다른 1조의 유도 코일의 합계 2조를 금속판(1)의 길이 방향으로 직렬로 이웃하게 배치한 예이다.

더욱이, 본 발명에서는, 이웃하는 유도 코일의 표면측의 도체들이 서로 금속판의 길이 방향으로 근접하도록 배치함과 동시에, 이면측의 도체들이 서로 그보다 이격되어, 즉, 표면측의 도체들이 서로 근접한 간격보다도 큰 금속판 길이 방향의 간격을 가지도록 배치되게 한다.

또는, 이면측의 도체들이 서로 금속판의 길이 방향으로 근접하도록 배치함과 동시에, 표면측의 도체들이 서로 그보다 이격되어, 즉, 이면측의 도체들이 서로 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 가지도록 배치되게 한다. 또한, 유도 코일에 교류를 통전하였을 때에, 근접한 도체들에 1차 전류가 같은 방향으로 동상이 되도록 흐르게 하는 것을 특징으로 한다.

도 9a와 도 9b는, 유도 코일의 도체가 표면측과 이면측에서 서로 금속판의 다른 단부측에 경사를 가지고 있는(경사 부분을 구비하고 있는) 예를 나타내는 것이다.

도 9a는 이면측의 도체들이 서로 근접하고 있는 예이며, 1차 전류가 유도 코일을 흐르는 경로로서는, 고주파 전원(11)으로부터 접속 도체(7a)를 통해, 도 체(3a) → 접속 도체(7b) → 도체(2b) → 단부 접속 도체(8) → 도체(2a) → 접속 도체(7c) → 도체(3b) → 접속 도체(7d) → 고주파 전원(11)의 경로로 흐르고, 인접하는 이면측의 도체(2b와 3b)에는 같은 방향으로 동상의 1차 전류가 흐르게 된다.

이러한 2조의 경사 부분을 구비하는 도체를 갖춘 유도 코일을 이웃하게 하고, 근접한 이면측의 도체들(또는 표면측의 도체들)에 동상의 1차 전류를 흐르게 하는 이유는 다음과 같다.

제1의 이유는, 전술한 바와 같이 유도 코일에서 발생한 자속을 집중시킬 수 있기 때문에, 가열 효율이 향상한다는 점에 있다.

제2의 이유는, 앞서 설명한 바와 같이, 경사 부분을 구비하는 도체의 경우에는, 도 8에 도시된 바와 같은 마이너 루프(9)가 생김으로써, 금속판 단부의 온도가 상승하기 쉬워지는 것에 대하여, 2조의 유도 코일을 이웃하게 배치하고, 이면측의 도체들(또는 표면측의 도체들)을 서로 근접하게 배치하고 동상의 1차 전류를 흐르게 하는 도 11이나 도 9a의 경우에는, 도 10에 도시된 바와 같이, 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 도체의 외측 영역(경사 부분의 외측의 영역)에서, 또한 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에서, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방(도 9a에서는 3b측)에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프(10a)와, 타방(도 9b에서는 2b측)에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프(10b)의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킬 수 있고, 서로의 마이너 루프를 상쇄하여, 마이너 루프(10)를 흐르는 종속 유도 전류를 감소시킬 수 있고, 금속판 단부 의 온도 상승을 억제하고, 가열 온도 분포의 균일화를 도모할 수 있기 때문이다.

도 9b는, 도 9a가 도체(2a와 2b)로 이루어진 1조의 유도 코일과 도체(3a와 3b)로 이루어진 또 다른 1조의 유도 코일의 합계 2조를 직렬에 접속하고 있는 것에 대하여, 병렬로 접속한 예이며, 병렬 접속에서도 앞서 설명한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 11은, 유도 코일을 구성하는 도체 각각이 금속판(1)의 양단부 근방에서 표리 모두에 경사진 부분을 구비하는 도체를 갖춘 유도 코일 2조를 이웃하게 배치하고, 이면측의 도체(2b와 3b)를 근접하게 배치하고, 전원(11)에 병렬 접속함으로써, 도체(2b, 3b)에 동상의 1차 전류를 흐르게 한 예이다.

도체(2b와 3b)로 둘러싸인 금속판(1)의 단부는, 도체(2b)와 도체(3b)에서 발생하는 유도 전류가 역방향이고 거의 같은 크기가 되므로, 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 도체(2b, 3b)의 외측 영역에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에는 유도 전류가 거의 흐르지 않게 되고, 마이너 루프의 발생을 억제하는 것이 가능하다.

전술한 원리로부터 명백한 바와 같이, 이웃하는 유도 코일의 조는, 2조에 한정되지 않고, 개수가 증가할수록 금속판 단부를 흐르는 종속 유도 전류(마이너 루프)의 영향을 작게 하는 것이 가능해진다.

이와 같이 이웃하는 유도 코일의 접속은, 도 9a와 같이 직렬 접속일 수도 있고, 도 9b와 도 11과 같이 병렬 접속일 수도 있고, 도 12와 같이 직렬 접속과 병렬 접속의 조합일 수도 있다.

또한, 도 12는 4조의 유도 코일을 배치한 예이며, 도체(2b, 3b)들 사이의 금속판의 양단부, 도체(3a, 2a')들 사이의 금속판의 양단부, 및 도체(2b', 3b')들 사이의 금속판의 양단부의 영역에는 유도 전류가 거의 흐르지 않게 되고, 마이너 루프의 발생을 억제할 수 있다.

이웃하는 유도 코일에 있어서, 근접시킨 이면측의 도체들(또는 표면측의 도체들)의 금속판 길이 방향의 간격은, 특별히 규정되는 것은 아니지만, 간격이 너무 증가하면 자속 집중의 효과가 약해지므로, 그다지 이격시키지 않는 것이 바람직하고, 도체의 금속판 길이 방향에 있어서 1폭에 상당하는 간격 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 경사진 도체의 각도는 가열하는 금속판의 폭 및 유도 코일의 폭에 의해 적정한 각도(α)를 전자장 해석이나 실험으로 구하여 결정할 수 있다. 또한, 조합하는 유도 코일의 폭과 형상은, 가능하면 같게 하는 편이 대칭이 되어 온도 분포를 제어하기 쉽지만, 특별히 같은 형상이 아니어도, 상기 원리에 따르면 다른 형상이어도 문제가 되지는 않는다.

그러나, 도 9a, 도 9b, 도 11 및 도 12에 있어서도, 동상의 전류가 흐르지 않는 금속판(1)에서의 가장 외측(금속판의 길이 방향의 전방측 또는 후방측, 도면의 최상부 또는 최하부)에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측에 발생하는 마이너 유도 전류[길이 방향의 최단(最端)(도면의 최상 및 최하)에 있는 도체의 경사부의 외측에 발생하는 마이너 루프]는 그대로 잔존하게 된다.

따라서, 본 발명에서는, 이 경사부의 마이너 유도 전류를 감소시키기 위하 여, 도 13에 도시된 바와 같이 금속판(1)에서의 가장 외측에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측[인접하는 도체가 존재하지 않는 도체(2a 및 3a)의 외측]에, 금속판(1)의 단부에, 금속판의 단부를 덮도록 상기 금속판의 표면측부터 이면측에 걸쳐서 자성체 코어(12a, 12b)를 설치한다. 금속판의 단부를 덮도록 하는 형상으로서는, 예를 들면, 단면이 ㄷ자 형상의 자성체 코어로 할 수 있다.

도 14와 도 15는, 도 13의 A-A 단면에서, 이 자성체 코어(12a)의 작용을 설명하는 단면 모식도이다.

도 14에서는, 코일 도체(2a)를 흐르는 1차 전류(도면에서는, 지면의 후방에서 전방으로 흐르고 있는 경우)에 의해 코일 도체(2a)의 주위에는, 오른 나사의 법칙에 의해 자속(13)이 발생하는데, 자속의 일부는, 금속판(1)의 표측에 있는 주위에 비하여 투자율이 높고 자기 저항이 작은 자성체 코어(12a)로 진입하고, 상부에서 내부를 통과하여 하부에 도달한 후, 금속판(1)의 이면에서 금속판(1)의 단부를 향하고, 금속판(1)을 관통하여 자속(13b)으로서 자성체 코어(12a)의 상부로 돌아간다.

한편, 자속(13)의 나머지 대부분은, 금속판(1)의 단부에 자속(13a)을 관통시키지만, 역방향의 자속(13b)에 저해되어 금속판(1)의 중앙측으로 변위되어 들어간다. 따라서, 자속(13a)에 의해 금속판(1)의 단부를 흐르려고 하는 마이너 유도 전류는, 역상의 자속(13b)에 의해 발생하는 유도 전류와 상쇄됨으로써, 금속판 단부를 흐르는 마이너 유도 전류는 감소하게 되고, 금속판 단부의 과도 가열을 억제할 수 있다.

도 15는 도 14와 역상의 전류가 도체(2a)에 흘렀을 경우의 설명이며, 이 경우에도 금속판(1)의 단부에는 역상의 유도 전류(13a와 13b)가 발생하고 양자가 상쇄됨으로써, 마이너 루프는 감소하여, 과도 가열을 억제한다.

도 16은, 도 11에 도시된 유도 코일의 배치에 있어서, 가장 외측에 배치된 유도 코일의 도체의 경사 부분의 외측에 각각 자성체 코어를 부가한 예이며, 4개소의 외측에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측에서의 마이너 유도 전류에 의한 금속판 단부의 과도 가열을 억제한다.

도 17은, 도 12에 도시된 유도 코일의 배치에 있어서, 4조의 유도 코일을 동상 전류가 흐르도록 인접 배치하고, 마이너 루프가 상쇄될 수 없는 금속판(1)에서의 가장 외측에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측에 자성체 코어를 설치한 예이며, 극히 효과적으로 단부의 온도 제어가 가능해진다.

자성체 코어는, 적층한 전자 강판이나 페라이트, 아모퍼스 등의 비투자율이 높고 발열하기 어려운 재질의 것을 적의 선택하여 이용할 수 있다.

또한, 설명에서는, 자성체 코어를 금속판 단부측부터 도체의 경사부에 수직으로 향하도록 배치하여 금속판을 덮은 예로 설명하고 있지만, 금속판 단부측부터 금속판 단부면에 수직으로 향하도록 배치하여 금속판을 덮도록 할 수도 있고, 특별히 각도가 엄밀할 필요는 없다.

다음으로, 본 발명의 유도 가열 방법에 의한 금속판의 가열 온도 분포를 제어하는 방법에 대하여 설명한다.

도 18a는, 유도 코일의 경사진 부분을 구성하는 도체와 금속판 단부 부분에 있어서, 금속판 단부와 도체의 위치 관계를 나타내는 모식도이며, 도면 내의 A의 라인은, 금속판 단부가 경사진 도체의 도중을 통과하는 경우를, B의 라인은, 경사진 도체가 이면의 도체와 겹치고 다시 금속판에 수직으로 금속판의 단부 외측으로 연장되기 시작하는 근방을 금속판 단부가 통과하는 경우를 나타내고, C의 라인은, 경사진 표측의 도체가 금속판 단부의 내측에서 이면의 도체와 겹치고, 표리 도체가 완전하게 겹쳐져 금속판에 수직으로 금속판의 단부 외측으로 연장되고 있는 도중을 금속판 단부가 통과하는 경우를 나타낸다.

도 18b는, A의 라인을 금속판 단부가 통과할 때의 금속판에 발생하는 유도 전류를 나타내는 모식도이다. 도면 내의 사선 부분이 유도 코일에 의해 발생하는 주(主)전류가 흐르는 범위를 나타내고, 화살표 선이 마이너 루프를 형성하는 종속 유도 전류이다.

금속판 단부가 유도 코일의 경사진 도체의 경사 도중을 통과하는 경우에는, 금속판 단부에 대략 La의 거리를 유도 전류가 흐르고, 또한 본래부터 경사진 유도 코일을 따라서 유도 전류가 흐르지만, 금속판 단부로부터 전방은 전류로가 없어지므로, 금속판 단부를 따라서 유도 전류가 흐르기 위해서는 금속판 단부를 흐르는 유도 전류 밀도는 높아지고 금속판 단부의 온도가 높아지기 쉽다.

도 18c와 같이, 경사진 도체의 경사의 종단 부근에서 표리 도체가 겹치는 근방의 B 라인을 금속판 단부가 통과하는 경우에, 상기 La보다 짧은 Lb의 거리를 유도 전류가 흐르지만, 금속판 단부에서는 표리 도체가 일부 겹치기 때문에, 금속판 단부에서는 유도 전류의 발생이 억제되므로, 단부 온도가 상승하기 어려워진다.

즉, 본 발명에서는, 유도 코일의 경사진 도체를 금속판의 단부로 향하게 하고, 금속판 단부의 외측에서 유도 코일의 표리의 도체가 겹치도록 배치하고 있는데, 유도 코일의 표리의 도체가 겹치도록 배치하면, 그 부분은 이른바 LF 가열과 마찬가지의 자속 분포가 되고, 금속판에는 전술한 바와 같이 유도 전류는 발생하지 않고, 주전류는 금속판 단부보다 내측을 흐르려고 하므로, 금속판 단부의 승온량은 적어지게 된다.

또한, 도 18d와 같이 금속판 단부가 C의 라인을 통과하는 경우에는, 완전히 유도 코일의 표리의 도체가 겹치는 위치를 통과하기 때문에, 금속판 단부에서는 유도 전류가 발생하지 않고, 금속판 단부에서 내측으로 들어간 장소를 유도 전류의 주전류가 흐른다.

따라서, 금속판 단부의 온도는 중앙부보다 낮아진다. 도 18a에서는, 유도 코일의 표리의 도체가 거의 겹친 상태를 나타내고 있지만, 금속판 단부 근방의 유도 코일의 표리의 도체는 완전하게 겹치지는 않더라도, 유도 코일 1폭에 상당하는 거리 이상 이격되지 않으면, 금속판 단부에 발생하는 유도 전류를 거의 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 가열 방법을 이용하면, 경사진 도체의 금속판과의 상대적 위치를 조정함으로써, 금속판의 가열 온도 분포를 제어하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도 19와 같이, 복수 조의 유도 코일(도면에서는 4조)을 이용하고, 각 유도 코일의 도체의 경사부와 금속판 단부의 위치 관계를 개별적으로 조정함으로 써, 정밀하게 가열 온도 분포를 제어하는 것이 가능이 된다.

도 19는 유도 코일 도체(2a, 2b, 3a, 3b)를 직렬 접속하여 2T(턴)로 한 세트와, 유도 코일 도체(2a', 2b', 3a', 3b')를 직렬로 접속하여 2T로 한 세트를 병렬로 접속한 것인데, 유도 코일 도체 2a와 2b의 쌍, 3a와 3b의 쌍, 2a'와 2b'의 쌍, 및 3a'와 3b'의 쌍의 금속판 단부와의 위치 관계를 각 유도 코일 도체마다 변경한 예이며, 유도 코일 도체의 경사부의 완료 위치(경사로부터 수평이 되는 위치)가 도면 내의 상측의 유도 코일로부터 하측의 유도 코일이 됨에 따라, 금속판 내부로부터 서서히 금속판 단부를 향하여 외측으로 이동하도록 배치한 예를 나타낸다.

이 경우에, 하측의 유도 코일의 배치로 할수록, 금속판 단부의 가열을 촉진하는 기능을 가진다. 이와 같이 개별적으로 유도 코일의 위치 제어를 조합하면, 가열 온도 분포는 금속판 중앙부보다 금속판 단부의 온도를 높게, 낮게, 또는 균등하게 자유로이 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한, 특정의 장소의 온도 분포를 제어하는 것도 가능하게 된다.

또한, 각 유도 코일 세트를 판 폭 방향으로 자유로이 이동 가능하게 하면, 금속판의 사행이나 금속판의 폭이 변경되었을 경우에도 자유로이 추종 가능해지고, 조업 변동에 대한 대응이 용이하게 된다.

전술한 유도 코일의 세트를 금속판의 폭 방향으로 이동시킬 수 있는 대차(臺車)에 배치하고, 대차를 폭 방향으로 이동시킴으로써, 유도 코일의 도체의 경사부의 위치와 금속판 단부의 위치의 관계를 조정하는 것이 가능하다.

또한, 필요에 따라 이 대차에 복수의 유도 코일의 세트를 배치하여, 폭 방향 으로 이동시킴으로써, 유도 코일의 도체의 경사부의 위치와 금속판 단부의 위치의 관계를 광범위하게 조정할 수도 있다.

또한, 각 유도 코일의 세트에 있어서, 표면측의 도체와 이면측의 도체를 경사부의 외측(비경사부)에서 서로 또는 일방이 타방에 대해 폭 방향으로 이동 가능하게 접속함으로써, 각 세트에 있어서도 유도 코일의 도체의 경사부의 위치와 금속판 단부의 위치의 관계를 조정할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 유도 가열 장치는, 자성체 코어에 의해서도 가열 온도 분포를 제어하는 것이 가능하다. 즉, 금속판(1)의 입측 및 출측의 유도 코일의 경사부에 의한 마이너 유도 전류의 영향이 큰 경우에는, 도 20에 도시된 바와 같이, 금속판 단부를 흐르는 전류를 억제하기 위하여, 자성체 코어(12b)로 코일 도체(3h)에서 발생하는 자속의 보족량을 변화시키거나, 보족한 자속을 복귀시키는 장소나 밀도를 변경할 수도 있다.

도 20은, 경사진 부분을 가지는 유도 코일(3h)이 금속판(1) 상에 배치되고, 자성체 코어(12b)를 배치하는 방식을 설명하기 위한 부분 평면 모식도이다. 자성체 코어(12b)로 보족하는 자속량을 변경하기 위해서는, 자성체 코어(12b)의 자속이 진입하는 단면의 면적(자성체 코어의 폭과 두께)을 변경하는 방법이나, 자성체 코어(12b)와 유도 코일의 코일 도체(3h)의 거리를 변경하는 것(도 20에서의 L), 코일 도체(3h)의 외측의 금속판(1)을 자성체 코어(12b)가 덮는 면적을 변경하는 것(도 20에서의 d와 w의 곱에 비례) 등에 의해, 자성체 코어(12b)내에 진입하는 자속의 양을 변경할 수 있다.

또한, 자성체 코어(12b) 내로 진입한 자속의 금속판으로의 회귀 방식에 의한 가열 온도 분포의 제어 방법으로서는, 유도 코일과 반대측의 자성체 코어(12b)의 면적의 증감(도 20에서의 d와 w의 곱에 비례: 반드시 표면과 이면의 d와 w는 동일할 필요는 없음), 자성체 코어(12b)의 금속판 단부로부터의 위치를 변경하는 것(도 20의 L), 자성체 코어(12b)와 금속판(1)의 거리 등을 변경하는 것에 의해, 자성체 코어(12b)로의 회귀 자속에 의해 생기는 역방향의 유도 전류의 크기를 제어하면, 금속판 단부에서의 발열 분포를 변경하는 것이 가능하다.

도 21에는 자성체 코어(12b)와 금속판 단부의 수평 거리(도 20의 L)를 연속적으로 제어하는 예를 나타내고 있고, 레일(15) 상에 설치한 대좌(14) 상에 자성체 코어(12b)를 배치하고, 대좌(14)를 공기 실린더나 전동 실린더 등의 구동 장치(16)로 이동시키면, 자성체 코어(12b)가 자유로이 이동할 수 있고, 자성체 코어(12b)가 금속판(1)을 덮는 면적을 자유로이 제어할 수 있다.

따라서, 본 유도 가열 장치의 후단에 온도 계측 장치를 설치하고 유도 가열을 실시하면, 소망의 온도 분포로 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 가열 후의 금속판 단부의 온도 분포가 높으면, 자성체 코어로 금속판 단부를 덮는 면적을 증가시키도록 자성체 코어(12b)를 금속판 내측 방향으로 압입할 수 있고, 반대로 금속판 단부의 온도가 낮으면 자성체 코어(12b)를 금속판 단부로부터 멀어지는 방향으로 인출할 수 있다.

또한, 도 21의 기구는, 예를 들면 금속판(1)이 사행하였을 때에, 적정한 위치에 자성체 코어(12b)를 배치하기 위한 방법이 되기도 하고, 이동 거리를 길게 할 수 있다면, 판 폭이 변경될 때에도 적정한 위치에 설치할 수도 있다.

이러한 자성체 코어(12b)를 이동시키기 위한 부재는 강자장(强磁場)에 배치되므로, 가급적 강도가 있는 수지나 세라믹 등의 비도전체로 구성하는 것이 바람직하고, 불가피하게 금속을 사용하는 경우에는 SUS304 등의 비자성재의 금속을 이용하고, 발열이 우려되는 경우에는 냉각 구조가 필요하게 된다.

금속판이 사행하였을 경우에는, 미리 설정한 유도 코일로부터의 위치가 벗어나게 되어 금속판 양단부의 온도의 과부족이 생기지만, 이러한 경우에도 자성체 코어(12b)를 금속판(1)의 사행에 맞추어 이동시킴으로써, 소망의 가열 온도 분포로 할 수 있다.

이러한 온도 조정을 위해서는, 본 유도 장치의 전후의 어느 일방에 사행 검지 장치 또는 모니터 장치를 설치하고, 정확한 금속판의 주행 위치를 파악함과 동시에, 가열 온도 분포를 파악하고 소망의 온도 분포를 얻기 위하여, 적어도 본 장치의 출측에, 가능하다면 추가로 본 장치의 입측에도 온도 분포를 계측하는 장치를 설치하고, 적절한 가열을 할 수 있도록 자성체 코어의 위치 제어를 하면 효과적이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 가열 장치 및 가열 방법은, 판 두께?판 폭에 의존하지 않고, 또한 자성?비자성을 불문하고 효과적으로 가열하는 것이 가능하게 된다. 즉, 전기를 사용함으로써, 종래의 가스 가열을 이용한 방법에 비하면 열관성이 거의 없으므로, 자유로이 조업 조건을 변경하는 것이 가능하게 되고, 목표 온도로 자유로이 가열할 수 있고, 복사 가열에서는 입열되기 어려운 고온부에서도 임의 의 가열 속도로 가열을 할 수 있을 뿐만 아니라, 휴지나 시동에 필요한 시간도 거의 걸리지 않기 때문에 조업의 자유도가 큰 폭으로 증대한다.

또한, 판 폭 변경이나 판 두께 변경에도 용이하게 대응을 할 수 있으므로, 생산 계획과 생산 자체에도 제약이 적고 유연한 조업을 가능하게 한다.

더욱이, 설치 공간도 복사 가열에 비하면 큰 폭으로 축소할 수 있고, 건설 비용도 저감할 수 있다. 또한, 사용하는 가열 전원 주파수도, 취급하기 쉽고 전원 비용이 저렴한 비교적 낮은 주파수를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 고주파 가열에서 문제가 되는 코일 전압의 고전압화 등도 피하는 것이 용이하고, 하드웨어 상의 제약이 큰 폭으로 완화된다.

또한, 본 발명에 의한 유도 가열 장치 및 유도 가열 방법은, 크기와 품종에 따라 달리 선택하지 않고 1대의 장치로 광범위하게 대응이 가능하고, 또한, 가열 온도 분포에 있어서도, 지금까지의 유도 가열 장치에서 문제가 되었던 금속판 단부의 과도 가열을 방지하는 제어가 가능하고, 온도 분포를 정밀하게 목표 온도 분포로 제어할 수 있는 종래에는 없는 특징을 가지는 우수한 금속판의 가열 장치 및 가열 방법이다.

<실시예>

(실시 형태 1)

본 발명의 효과를 확인하기 위하여, O.5mm 두께 × 600mm 폭의 비자성 강인 SUS304를 통판하면서 가열하는 실험을 실시하였다.

사용한 전원은, 10kHz, 최대 100kW의 고주파 전원이며, 공진 주파수를 조정 하기 위한 정합용 콘덴서를 유도 코일의 인덕턴스에 맞추어 용량을 증감하고, 정합이 이루어지도록 하였다.

사용한 유도 코일은, 폭 150mm, 판 두께 10mm의 동판에, 외형 10mm, 내경 8mm의 수랭 동 파이프를 강판과 반대측(외측)에 납접한 수랭 동판제이다. 본 실시예에 있어서 도체는, 동판과 동 파이프의 양방을 가리킨다.

피가열재와 유도 코일과의 간극은 100mm로 하고, 도 6에 도시된 바와 같이, 2조의 유도 코일을 이웃하게 하여 평행하게 금속판의 길이 방향으로 150mm 간격을 두고 배치하고 동상의 1차 전류를 흐르게 한 본 발명에 의한 실시예 1과, 유도 코일의 수를 4조(각 유도 코일의 금속판 길이 방향의 간격을 150mm으로 함)를 이웃하는 배치가 되도록 직렬 접속하여 2T로 한 것의 2조를 병렬로 접속한 본 발명에 의한 실시예 2(도시 생략)와, 비교예 1로서 도 3과 같이 1조의 유도 코일을 단독으로 이용하였을 경우에, 가열 후의 온도 편차를 비교하였다.

또한, 실시예 1과 실시예 2에 있어서 이면측 또는 표면측에서 근접한 도체끼리의 금속판 길이 방향의 간격은 20mm로 하였다. 가열은, K 열전대를 용착한 피가열재를 5m/min으로 주행시키면서 실시하였다. 열전대는, 피가열재의 중앙부와 단부에 부착하였다.

결과를 표 1에 나타내었다. 표 내의 온도 편차비는, 승온 온도가 각 실시예에서 다르므로, 판 내의 온도 분포에서의 최고 승온량([가열 후 온도 - 가열 전 온도]의 최대치)과 최저 승온량([가열 후 온도 - 가열 전 온도]의 최소치)에 의해, "온도 편차비 = 최고 승온량 ÷ 최저 승온량"으로 정의하고, 승온 온도 분포의 불균 일 상태를 같은 척도로 비교할 수 있도록 한 것이다.

실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 모두는 금속판의 중앙부의 온도가 낮고 단부의 온도가 높았다. 유도 코일 단독으로 가열한 비교예 1에 비하여, 2조의 유도 코일을 이웃하게 배치하고, 동상의 1차 전류를 흐르게 한 본 발명에 의한 실시예 1은, 온도 편차가 약 1/3로 축소되고, 4조의 유도 코일을 인접하게 배치한 실시예 2에서는 더욱 온도 편차가 해소되고 약 1/6까지 개선되었다.

(실시 형태 2)

폭 150mm의 수랭 동판제의 경사부를 구비하는 유도 코일 2조를 도 9a의 배치로 하고, 강판의 표리면에서 강판 진행 방향으로 중앙에서 200mm 이격시킴과 동시에, 경사부를 구비하는 유도 코일은 경사부의 경사가 금속판의 단부와 이루는 각도(α)를 20°로 한 본 발명에 의한 실시예 3과, 유도 코일 4조(각 유도 코일의 금속판의 표리면에서의 강판 진행 방향의 중앙에서의 이격은 200mm, 경사부의 경사가 금속판 단부와 이루는 각도는 20°로 함)를 도 12와 같이 배치하여 도 12의 도체의 경사가 종료하는 위치(P)가 금속판 단부가 되도록 하여 가열한 실시예 4와, 비교예로서 동일 유도 코일을 1조(도시 생략)로 하여 가열한 비교예 2로 실험을 실시하였다.

또한, 실시예 3과 실시예 4에 있어서, 표면측 또는 이면측에서 근접한 도체끼리의 금속판 길이 방향의 간격은 15mm로 하였다. 금속판 단부와 유도 코일을 구성하는 도체의 위치 관계는, 도 12에 도시된 바와 같이 경사부의 종단부를 금속판 단부가 통과하도록 배치하였다. 평가는, K 열전대를 용착한 피가열재를 통판하면서 가열하고, 승온 온도로 실시하였다. 통판 속도는 5m/min이다.

결과를 표 2에 나타내었다. 온도 측정 위치는 실시 형태 1과 같은 위치이며, 표 내의 온도 편차비는 실시 형태 1과 동일한 정의이다.

경사부를 구비하도록 하여 가열하였을 경우에는, 단독으로도 온도 편차는 작게 할 수 있고, 비교예 2의 경우에 1.9이었으나, 2조의 유도 코일을 이용함으로써, 온도 편차는 더욱 해소되어 1.3까지 감소하였다.

또한 4조의 유도 코일을 이용하였을 경우에는, 온도 편차는 1.1까지 해소됨과 동시에, 금속판 중앙부의 온도보다 단부측의 온도가 낮은 가열이 되었다.

(실시 형태 3)

실시 형태 2에서 실시한 4조의 유도 코일(도 12의 배치)을 이용하고, 유도 코일의 경사부의 위치와 금속판 단부의 위치를 변경하여 실험을 실시하였다.

도 12의 경사가 종료하는 위치(P)를 금속판 단부로부터 50mm 내측으로 하여 가열한 실시예 5, 금속판 단부로부터 외측으로 50mm의 위치로 하여 가열한 실시예 6에 대하여, 실시예 2와 같이 가열을 실시하였다. 또한, 4조의 유도 코일 모두에 대하여 금속판과의 위치 관계는 동일하게 하였다.

표 3에 결과를 나타내었다. 실시예 5의 경우에는, 금속판 단부의 온도 상승이 작고 금속판 중앙부의 온도가 높아지고, 온도 편차비는 증가하였다. 반면에 실시예 6의 경우에는, 금속판의 단부측의 온도가 높고, 상기 실시 형태 2의 실시예 4에서는, 약간 금속판 단부가 금속판의 판 중앙부보다 온도가 낮아지지만 거의 균일한 온도가 되고, 유도 코일의 경사부를 금속판 단부가 가로지르는 위치에 의해 가열 온도 분포가 변화하는 것을 확인하였다.

(실시 형태 4)

실시 형태 2에서 실시한 2조의 유도 코일을 이용한 실시예 3에, 도 13과 도 14와 같이 ㄷ자형의 페라이트 코어(단면 25mm×15mm, 개구부 개구 170mm, 높이 220mm, 깊이 120mm)를 강판 단부에 덮는 위치를 변경하여 배치하고, 실시예 2와 같은 가열 실험을 실시하였다.

실시예 7은, 금속판 단부와 자성체 코어의 단부(금속판의 중앙부를 향한 단부)를 정렬하였을 경우로, 온도 편차비는 자성체 코어가 없는 경우의 실시예 3보다 약간 저하한다.

또한, 자성체 코어의 단부의 위치를 금속판 단부로부터 20mm 내측으로 한 실시예 8에서는 더욱 저하하고, 온도 편차비는 1.23이 되고, 자성체 코어의 단부의 위치를 금속판 단부로부터 50mm 내측으로 한 실시예 9에서는 더욱 저하하고, 온도 편차비는 1.18이 되고, 자성체 코어가 금속판 단부를 덮는 위치에 의해 온도 분포를 제어할 수 있음을 확인하였다.

이상 설명한 바와 같이, 본 가열 장치 및 가열 방법은, 판 두께?판 폭에 의하지 않고, 또한 자성?비자성을 불문하고 효과적으로 가열하는 것이 가능하게 된다.

즉, 전기를 사용함으로써, 종래의 가스 가열을 이용한 방법에 비하면 열관성이 거의 없으므로, 자유로이 조업 조건을 변경하는 것이 가능하게 되고, 목표 온도로 자유로이 가열할 수 있고, 복사 가열에서는 입열되기 어려운 고온부에서도 임의의 가열 속도로 가열이 가능함과 동시에, 휴지나 시동에 필요로 하는 시간도 거의 소요되지 않기 때문에 조업의 자유도가 큰 폭으로 증대한다. 또한, 판 폭 변경이나 판 두께 변경에도 용이하게 대응을 할 수 있으므로, 생산 계획도 생산 자체도 제약이 적고 유연한 조업을 가능하게 한다.

또한, 설치 공간도 복사 가열에 비하면 큰 폭으로 축소할 수 있고, 건설 비용도 저감할 수 있다. 또한, 사용하는 가열 전원 주파수도, 취급하기 쉽고 전원이 저렴한 비교적 낮은 주파수를 사용할 수 있고, 고주파 가열에서 문제가 되는 코일 전압의 고전압화 등도 피하는 것이 용이하고, 하드웨어 상의 제약이 큰 폭으로 완화된다.

따라서, 본 발명은 철강 산업?비철 산업을 불문하고 광범위한 금속 산업에서 이용 가능성이 극히 높다.

Claims (13)

1. 삭제
2. 금속판의 표면과의 사이에 간극을 두고 금속판의 폭 방향으로 주회하도록, 금속판의 표면측의 도체와 이면측의 도체를 접속하여 형성된 유도 코일을 구비하고, 이 주회하는 유도 코일의 내측을 통과하는 금속판을 유도 가열하는 장치로서,

   상기 유도 코일은 상기 금속판의 길이 방향으로 2조 이상 이웃하게 배치되고, 상기 금속판의 표면측과 이면측의 유도 코일을 구성하는 도체를 각각 상기 금속판에 수직 투영하였을 때의 수직 투영상에 있어서, 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 금속판의 중앙부에서는, 상기 표면측의 도체와 이면측의 도체가 상기 금속판의 길이 방향에 대하여 서로 겹치지 않게 간격을 두고 배치되고, 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측 및 이면측의 도체 중 적어도 하나는, 상기 금속판의 적어도 하나의 폭 방향의 단부를 향하여 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하고, 상기 금속판의 외측에서 상기 표면측 및 이면측의 도체가 겹치도록 배치되고,

   또한, 상기 이웃하는 2조 이상의 유도 코일에 있어서, 상기 표면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 동시에, 상기 이면측의 도체끼리가 상기 표면측의 도체끼리의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되거나, 상기 이면측의 도체끼리가 금속판의 길이 방향으로 근접함과 동시에, 상기 표면측의 도체끼리가 상기 이면측의 도체끼리의 근접한 간격보다 큰 금속판 길이 방향의 간격을 두고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 유도 코일에 교류를 통전하였을 때에, 상기 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류가 흐르도록 장치가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   적어도 상기 금속판의 길이 방향으로의 가장 외측에 배치된 유도 코일의 상기 표면측 및 이면측의 도체 중 적어도 하나는, 상기 금속판의 적어도 하나의 폭 방향의 단부를 향하여 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하도록 배치되고, 가장 외측에 배치된 경사를 가지는 도체의 경사 부분의 외측에, 상기 금속판의 적어도 폭 방향 단부를 덮도록, 상기 금속판의 표면측부터 이면측에 걸쳐서 자성체 코어를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 자성체 코어가 수평 방향으로 이동하는 기구를 구비하고, 금속판의 단부로부터의 덮는 양을 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
6. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,

   상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체 중 적어도 일방이 금속판의 폭 방향으로 이동 가능하게 하는 기구를 구비하고, 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하도록 배치된 도체의 경사부의 상기 금속판에 대한 폭 방향의 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
7. 청구항 2 또는 청구항 3에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서,

   상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.
8. 청구항 5에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서,

   상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하고,

   상기 자성체 코어의 금속판의 단부로부터의 덮는 양을 변경함으로써, 금속판 단부의 온도 분포를 변경하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.
9. 청구항 6에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서,

   상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하고,

   상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체 중 적어도 일방을 금속판의 폭 방향으로 이동시키고, 상기 도체의 경사부의 금속판에 대한 위치를 조정하여 상기 금속판의 온도 분포를 조정하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.
10. 청구항 4에 있어서,

    상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체 중 적어도 일방이 금속판의 폭 방향으로 이동 가능하게 하는 기구를 구비하고, 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하도록 배치된 도체의 경사부의 상기 금속판에 대한 폭 방향의 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
11. 청구항 5에 있어서,

    상기 유도 코일의 표면측의 도체 및 이면측의 도체 중 적어도 일방이 금속판의 폭 방향으로 이동 가능하게 하는 기구를 구비하고, 폭 방향에 대하여 경사진 부분을 구비하도록 배치된 도체의 경사부의 상기 금속판에 대한 폭 방향의 위치를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 장치.
12. 청구항 10에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서,

    상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하고,

    상기 자성체 코어의 금속판의 단부로부터의 덮는 양을 변경함으로써, 금속판 단부의 온도 분포를 변경하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.
13. 청구항 11에 기재된 금속판의 유도 가열 장치를 이용한 유도 가열 방법으로서,

    상기 유도 가열 장치의 유도 코일의 내측에 금속판을 통과시키고, 상기 유도 코일에 교류를 통전하여, 상기 유도 코일의 근접한 도체끼리에 동일 방향의 동상의 전류를 흐르게 함으로써, 상기 금속판의 내부에, 상기 유도 가열 장치의 상기 2조 이상의 유도 코일 각각에서의 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상과 동일 형상으로, 또한, 상기 통전에 의해 상기 표면측과 이면측의 도체에 흐르는 교류의 방향과 역방향인 주 유도 전류를 발생시킴과 동시에, 상기 표면측과 이면측의 도체의 상기 금속판으로의 수직 투영상에 있어서, 상기 금속판의 폭 방향에 대하여 경사를 가지도록 배치된 상기 도체의 경사 부분의 외측에, 또한, 상기 이웃하는 유도 코일들 사이의 영역에, 상기 이웃하는 유도 코일의 일방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프와, 타방에 의해 발생하는 종속 유도 전류의 마이너 루프의 유도 전류의 방향을 역방향으로 발생시킴으로써, 서로의 마이너 루프를 상쇄하고, 종속 유도 전류의 발생을 방지하면서, 금속판을 가열하고,

    상기 자성체 코어의 금속판의 단부로부터의 덮는 양을 변경함으로써, 금속판 단부의 온도 분포를 변경하는 것을 특징으로 하는 금속판의 유도 가열 방법.

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