KR101460268B1

KR101460268B1 - 유도 가열 장치 및 이의 제어방법

Info

Publication number: KR101460268B1
Application number: KR20130082794A
Authority: KR
Inventors: 한승주
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-07-15
Filing date: 2013-07-15
Publication date: 2014-11-11

Abstract

유도 가열 장치가 개시된다. 이 유도 가열 장치는 유도 가열 공간이 제공되는 유도 가열 코일; 및 상기 유도 가열 공간을 지나는 피가열 강판의 폭을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부를 포함하고, 상기 피가열 강판 폭 측정부로부터 상기 피가열 강판의 폭 정보를 입력받아 상기 유도 가열 코일의 폭을 조절한다.

Description

유도 가열 장치 및 이의 제어방법{Apparatus for induction heating and controlling method of the same of}

본 발명은 가열 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유도 가열 장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

자동차용 부품에 사용되는 강판은 안정성과 차체 경량화를 위해 높은 강도와 연성이 요구된다.

최근에 개발된 초고장력 및 고연신율이 보장될 수 있는 TWIP(TWin Induced Plasticity)형 초고강도 강판은 강의 주요 미세조직이 오스테나이트 상으로 이루어진다. 그리고 TWIP(TWin Induced Plasticity)형 초고강도 강판은 강판의 내식성을 확보하기 위해 합금화 용융아연으로 도금된다.

합금화 용융아연도금(GA)강판은 강판 성분 중 철(Fe)이 도금층 내부로 확산을 일으켜 8 ~ 12 % 정도로 분산된 피막을 형성시킨 강판으로서, 내식성 뿐만 아니라 용접성과 도장성이 우수하여 주로 자동차나 가전제품의 외판용으로 사용되고 있다.

한편, 합금화 용융아연도금강판을 제조하기 위해서는 0.12 ~ 0.14 wt%의 Al이 첨가된 도금욕에서 합금화 용융아연도금을 행하고, 도금 부착량을 조절한 후 강판을 유도 가열 방법을 적용하여 도금층의 합금화 처리를 해야 한다.

일반적으로 합금화 처리온도가 낮고 유지시간이 길어질수록 우수한 합금화 피막을 얻을 수 있으므로 작업속도가 낮을수록 합금화 품질제어가 유리하다. 하지만 합금화 용융아연도금강판은 한정된 설비를 통과하는 한정된 시간 내에서 합금화 품질을 확보하여야 하므로 고속 가열이 가능한 유도 가열 장치를 이용하는 것이 유리하다.

유도 가열 방법은 유도 코일로 알려진 고주파 전류 운반 컨덕터로부터 변환되는 전기적 에너지에 의해 도체 부분의 온도를 올리는 방법이다. 이 코일은 전류가 도체의 표면 주위 흐름을 일으키는 방법과 같이 자기장흐름 영역이 도체 부분의 에너지를 일으킨다. 이 흐름을 위한 열의 저항 또는 유도 전류 이동의 방해는 순간 가열을 일으키는 원인이 된다. 이러한 유도 가열 방법이 적용된 종래의 유도 가열 장치의 일례가 한국공개특허 제10-2012-0070035호에서 개시되었다.

이하에서는 한국공개특허 제10-2012-0070035호에서 개시되는 바와 같은 종래의 유도 가열 장치와 이의 문제점을 도면과 함께 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 유도 가열 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 종래의 유도 가열 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.

도 1을 참조하면, 종래의 유도 가열 장치(10)는 피가열 강판(P)이 지나는 유도 가열 공간(IHS)를 가진 유도 가열 코일(11)을 포함한다.

한편, 종래의 유도 가열 장치(10)의 유도 가열 코일(11)의 폭(CW)의 크기는 유도 가열 장치(10)가 설치되는 생산라인에서 생산되는 가장 큰 폭을 가지는 피 가열 강판(P)의 폭(PW)을 기준으로 설계된다.

그런데, 피가열 강판(P)의 폭(WP)이 유도 가열 코일(11)의 폭(CW)보다 작은 경우, 유도 가열 공간(IHS) 내에서 피가열 강판(P)과 유도 가열 코일(11)이 마주보는 유효 영역이 감소하고, 유도 가열 코일(11)의 상부와 하부가 마주보는 영역이 증가하게 된다.

따라서, 도 2에서 도시되는 바와 같이, 유도 가열 코일(11)의 상부와 하부가 마주보는 영역에서 발생한 자기장(B)이 피가열 강판(P)의 폭 가장자리(E)에 집중되어 피가열 강판(P)의 폭 가장자리가 피가열 강판(P)의 폭 중앙(C)보다 과열됨으로써, 피가열 강판(P)이 불균일하게 가열되는 문제점이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피가열 강판을 폭방향으로 균일하게 가열할 수 있는 유도 가열 장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 내부에 유도 가열 공간이 제공되도록 통 형상으로 설치되는 유도 가열 코일; 및 상기 유도 가열 공간을 지나는 피가열 강판의 폭을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부를 포함하고, 상기 피가열 강판 폭 측정부로부터 상기 피가열 강판의 폭 정보를 기반으로, 상기 유도 가열 코일의 폭 방향 양측을 상호 반대되는 방향으로 이동시켜 상기 유도 가열 공간의 폭이 조절되는 유도 가열 장치를 제공한다.

여기서, 상기 유도 가열 코일의 양측에 결합되는 제1 및 제2 폭 조절 막대와 상기 제1 및 제2 폭 조절 막대 각각을 상기 제1 및 제2 폭 조절 막대의 축방향으로 이동시키는 폭 조절 막대 구동부를 포함하는 유도 가열 코일 폭조절부를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 내부에 유도 가열 공간이 제공되도록 통 형상으로 설치되는 유도 가열 코일, 상기 유도 가열 코일의 폭방향 양측을 상호 반대되는 방향으로 이동시켜 상기 유도 가열 공간의 폭이 조절하는 유도 가열 코일 폭 조절부 및 상기 유도 가열 공간을 지나는 피가열 강판의 폭을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부를 포함하는 유도 가열 장치의 제어방법에 있어서, 상기 피가열 강판 폭 측정부로부터 상기 피가열 강판의 폭 정보를 입력받는 단계; 및 상기 입력받은 피가열 강판의 폭 정보를 이용하여 상기 유도 가열 공간의 폭을 조절하는 단계를 포함하는 유도 가열 장치의 제어방법을 제공한다.

여기서, 상기 유도 가열 코일의 폭을 조절하는 단계는 상기 유도 가열 코일의 내측면과 상기 피가열 강판의 폭 가장자리의 사이 간격이 최적 간격이 되도록 상기 유도 가열 코일의 폭이 상기 피가열 강판의 폭보다 약간 크게 할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 의하면, 피가열 강판이 폭방향으로 균일하게 가열되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 유도 가열 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 유도 가열 장치의 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치의 유도 가열 코일 폭 조절부의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 이하에서 상하, 좌우 및 전후 등의 방향 또는 위치는 첨부되는 도면을 기준으로 사용되는 용어임을 밝혀둔다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 가열로 이송장치용 롤러 유닛에 대해 도면과 함께 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치를 나타낸 블럭도이다. 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치의 유도 가열 코일 폭 조절부의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치(100)는 피가열 강판(P)이 지나는 유도 가열 공간(IHS)을 포함한 유도 가열 코일(110), 유도 가열 코일(110)의 폭(CW)을 조절하는 유도 가열 코일 폭 조절부(120), 유도 가열 코일(110)에 고주파 전류를 제공하는 유도 가열 코일 구동부(130), 유도 가열 코일(110)의 유도 가열 공간(IHS)을 지나는 피가열 강판(P)의 폭(PW)을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부(140) 및 유도 가열 장치(100)를 전반적으로 제어하는 제어부(150)를 포함할 수 있다.

유도 가열 코일(110)은 일반적인 코일로 구현될 수 있다. 이러한 유도 가열 코일(110)은 후술되는 유도 가열 코일 구동부(130)로부터 고주파 전류를 인가받아 유도 가열 공간(IHS)를 지나는 피가열 강판(P)에 고주파 자기장을 인가한다. 이에 따라, 고주파 유도 자기장에 의해 피가열 강판(P)은 가열된다.

유도 가열 코일 폭 조절부(120)는 유도 가열 코일(110)의 양측에 결합되는 제1 및 제2 폭 조절 막대(121, 122) 각각을 제1 및 제2 폭 조절 막대(121, 122)의 축방향(D)으로 이동시키는 폭 조절 막대 구동부(123)를 포함할 수 있다. 폭 조절 막대 구동부(123)는 제1 폭 조절 막대(121)를 축방향(D)으로 이동시키는 제1 폭 조절 막대 구동부(123-1)와 제2 폭 조절 막대(122)를 축방향(D)으로 이동시키는 제1 폭 조절 막대 구동부(123-2)를 포함할 수 있다.

이러한 유도 가열 코일 폭 조절부(120)는 도 5의 (a)와 같이, 제1 및 제2 폭 조절 막대(121, 122)를 서로 다른 축방향으로 이동시켜 유도 가열 코일(110)의 폭(CW1)을 작게 하거나, 도 5의 (b)와 같이, 제1 및 제2 폭 조절 막대(121, 122) 각각의 어느 한쪽의 끝단(T1, T2)이 서로 마주보는 위치로 이동시켜 유도 가열 코일(110)의 폭(CW2)을 크게한다. 즉, 제1 폭 조절 막대(121)의 제1 폭 조절 막대 구동부(123-1)가 연결되지 않는 끝단(T1)과 제2 폭 조절 막대(122)의 제2 폭 조절 막대 구동부(123-2)가 연결되지 않는 끝단(T2)이 서로 마주보는 위치로 이동시킨다.

유도 가열 코일 구동부(130)는 제어부(150)에 제어되어 고주파 전류를 유도 가열 코일(110)에 제공한다.

피가열 강판 폭 측정부(140)는 피가열 강판(P)이 지나는 상부에 설치되는 북수의 카메라(141, 142)를 포함할 수 있다. 피가열 강판의 폭(PW)은 이미 정의된 카메라(141, 142)간의 거리에서 측정된 카메라(141, 142) 각각의 중심선으로부터 피가열 강판(P)의 에지 까지의 거리들로 차감하여 구한다. 여기서, 피가열 강판 폭 측정부(140)의 세부적인 구성 및 작용에 대해서는 한국공개특허공보 제특2002-0051521호에서 이미 개시되어 있으므로 생략하기로 한다. 이러한 피가열 강판 폭 측정부(140)는 유도 가열 공간(IHS)을 지나는 피가열 강판(P)의 폭(PW)을 측정하여 제어부(150)로 전송한다.

제어부(150)의 입력측에는 피가열 강판 폭 측정부(140)가 제공되고, 출력측에는 유도 가열 코일 폭 조절부(120)과 유도 가열 코일 구동부(130)가 제공된다.

이러한 제어부(150)는 피가열 강판 폭 측정부(140)로부터 피가열 강판(P)의 폭(PW) 정보를 입력받고, 입력받은 피가열 강판(P)의 폭(PW) 정보를 이용하여 유도 가열 코일(110)의 폭(CW)을 조절한다. 여기서, 제어부(150)가 유도 가열 코일(110)의 폭(CW)를 조절하는 사항은 후술하는 유도 가열 장치의 제어방법을 참조하면 더욱 명확해질 것이다.

이하에서는 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어방법에 대해 도면과 함께 설명하기로 한다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 유도 가열 장치의 제어방법을 나타낸 흐름도이다.

도 6을 참조하면, 우선, 피가열 강판(P)이 유도 가열 공간(IHS)으로 진입하면, 제어부(150)는 유도 가열 코일 구동부(130)에 제어신호를 전송하여 유도 가열 코일 구동부(130)가 유도 가열 코일(110)에 고주파 전류를 인가하도록 한다(601). 이에 따라, 피가열 강판(P)은 고주파 유도 자기장에 의해 가열된다.

그 다음, 제어부(150)는 피가열 강판 폭 측정부(140)로부터 피가열 강판(P)의 폭(PW) 정보를 입력받는다(602).

그 다음, 제어부(150)는 피가열 강판의 폭 정보를 이용하여 유도 가열 코일(110)의 폭(CW)을 조절한다(603).

즉, 제어부(150)는 유도 가열 코일 폭 조절부(120)를 제어하여, 유도 가열 코일(110)의 내측면과 피가열 강판(P)의 폭 가장자리의 사이 간격이 최적화 되도록 유도 가열 코일(110)의 폭(CW)이 피가열 강판(P)의 폭(PW)보다 약간 크게 한다.

여기서, 유도 가열 코일(110)의 내측면과 피가열 강판(P)의 폭 가장자리의 최적 간격은 피가열 강판(P)과 유도 가열 코일(110)이 단락되는 것과 피가열 강판(P)의 열에 의해 유도 가열 코일(110)이 손상되는 것을 방지할 수 있는 거리로 실험에 의해 결정될 수 있다. 이에 따라, 피가열 강판(P)의 폭 가장자리에 자기장(B)이 집중되는 것이 방지되어 피가열 강판(P)은 균일하게 가열된다.

그 다음, 제어부(150)는 종료한다.

본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 100: 유도 가열 장치 11, 110: 유도 가열 코일
120: 유도 가열 코일 폭 조절부 130: 유도 가열 코일 구동부
140: 피가열 강판 폭 측정부 150: 제어부
P: 피가열 강판 IHS: 유도 가열 공간

Claims

내부에 유도 가열 공간이 제공되도록 통 형상으로 설치되는 유도 가열 코일; 및
상기 유도 가열 공간을 지나는 피가열 강판의 폭을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부를 포함하고,
상기 피가열 강판 폭 측정부로부터 상기 피가열 강판의 폭 정보를 기반으로, 상기 유도 가열 코일의 폭 방향 양측을 상호 반대되는 방향으로 이동시켜 상기 유도 가열 공간의 폭이 조절되는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 유도 가열 코일의 양측에 결합되는 제1 및 제2 폭 조절 막대와 상기 제1 및 제2 폭 조절 막대 각각을 상기 제1 및 제2 폭 조절 막대의 축방향으로 이동시키는 폭 조절 막대 구동부를 포함하는 유도 가열 코일 폭조절부를 더 포함하는 유도 가열 장치.
내부에 유도 가열 공간이 제공되도록 통 형상으로 설치되는 유도 가열 코일, 상기 유도 가열 코일의 폭방향 양측을 상호 반대되는 방향으로 이동시켜 상기 유도 가열 공간의 폭이 조절하는 유도 가열 코일 폭 조절부 및 상기 유도 가열 공간을 지나는 피가열 강판의 폭을 측정하는 피가열 강판 폭 측정부를 포함하는 유도 가열 장치의 제어방법에 있어서,
상기 피가열 강판 폭 측정부로부터 상기 피가열 강판의 폭 정보를 입력받는 단계; 및
상기 입력받은 피가열 강판의 폭 정보를 이용하여 상기 유도 가열 공간의 폭을 조절하는 단계를 포함하는 유도 가열 장치의 제어방법.
제3항에 있어서,
상기 유도 가열 공간의 폭을 조절하는 단계는
상기 피가열 강판의 폭 정보를 기반으로 상기 유도 가열 공간의 폭이 상기 피가열 강판의 폭보다 크게 하는 유도 가열 장치의 제어방법.