KR101864974B1

KR101864974B1 - 유도가열 장치

Info

Publication number: KR101864974B1
Application number: KR1020167016120A
Authority: KR
Inventors: 테츠지 도이자키
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2018-06-05
Also published as: AU2013407780A1; JP6077676B2; AU2013407780B2; WO2015087373A1; TWI592060B; CN105745993A; TW201524270A; KR20160089416A; CN105745993B; JPWO2015087373A1

Abstract

고정식 C형 인덕터를 피가열 재료의 폭방향 양 단부에 대에 배치한 유도가열 장치로서, 고정식 C형 인덕터는, 2개의 인덕터 헤드와 1조의 C형 철심 구조물로 구성되고, 인덕터 헤드는, 본체 철심과, 이 본체 철심을 측면에서 지지하는 비자성의 본체 철심 당판으로 이루어지는 본체 철심 구조물과, 피가열재의 반송 방향에 따라, 폭협 재료로부터 폭광 재료까지 단부 열폭(熱幅) 이상의 철심 랩 폭을 확보하는 철심 폭을 갖는 개각(開脚) 철심과, 이 개각 철심을 지지하는 비자성의 개각 철심 당판(當板)으로 이루어지는 개각 철심 구조물과, 자속을 피가열 재료에 쇄교시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고, C형 철심 구조물은, C형 철심과 이 C형 철심을 측면에서 지지하는 비자성 금속의 C형 철심 당판으로 구성된다.

Description

유도가열 장치{INDUCTION HEATER}

본 발명은, C형 인덕터식의 유도가열 장치에 관한 것이다.

열간 압연 라인에서의 압연재 그 밖의 피가열 재료를 가열하기 위해 유도가열 장치가 사용되고 있다. 피가열 재료의 중앙부에 비하여 온도가 저하되는 피가열 재료의 양(兩) 단부(端部)를 가열하는 한 쌍의 C형 인덕터가 사용된다.

C형 인덕터식 유도가열 장치는, 피가열재의 단부의 좁은 부분만을 가열하는 철심 안길이(奧行)가 짧은 가열 폭(幅)의 인덕터 형상을 하고 있다. 이 방식의 이동식 C형 인덕터는, 가열 위치를 다양한 판폭의 단부 위치에 맞추기 위해, 한 쌍의 C형 인덕터용 이동 대차(臺車)와, 모터 제어 장치와 위치 검출기와 제어 장치에 의해 구성되어 있다.

이동식 C형 인덕터 유도가열 장치는, 재료 폭이 변화할 때마다 C형 인덕터의 이동 대차가 이동하기 때문에, 대차 이동 중에는 가열할 수가 없다. 그 때문에 연속재인 경우, 대차 이동 중은 피가열 재료의 미가열부가 발생할 우려가 있다.

또한, 피가열 재료 반송시에 재료의 가로(橫) 어긋남이 발생하는 일이 있는데, 피가열 재료의 어긋남량에 의해 C형 인덕터의 가열 랩 폭이 변화하기 때문에, 좌우의 인덕터의 가열 전력의 차이(差異)가 발생하고, 좌우의 피가열 재료 단부에 온도 불균일의 이상(異常) 가열을 발생하는 일이 있다.

또한, 반송재가 가열 코일 및 개각(開脚) 철심에 접촉하여 파손되는 사고가 발생하는 일이 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특허 제4739792호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특허 제3156746호 공보 특허 문헌 3 : 일본국 실용신안등록 제2576932호 공보

종래의 이동식 C형 인덕터에서는, 피가열 재료가 관통하는 개구부가 좁기 때문에, 가열 코일 및 개각 철심을 각각 교환하는 스페이스가 없고, 이동식 C형 인덕터 전체를 교환하고 있다. 그 때문에, 교환의 용품(用品) 비용과 인건비는 고가이고, 교환 시간도 길었다. 또한, 이동 기구와 제어 장치와 조정 비용이 필요해지기 때문에, 장치 가격이 고가로 되어 있다.

그래서, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 재료 폭의 변화가 있어도 미가열부를 발생시키지 않고, 재료의 어긋남이 발생하여도, 좌우의 재료 단부에서의 온도 불균일의 이상 가열을 발생시키지 않고, 인덕터 교환 시간을 저감하고, 이동 기구와 제어 장치 등의 장치 가격을 저감하는 고효율이며 염가의 유도가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태에 의하면, 고정식 C형 인덕터를 피가열 재료의 폭방향 양 단부에 대에 배치한 유도가열 장치로서, 상기 고정식 C형 인덕터는, 2개의 인덕터 헤드와 1조(組)의 C형 철심 구조물로 구성되고, 상기 인덕터 헤드는, 본체 철심과, 이 본체 철심을 측면에서 지지하는 비자성의 본체 철심 당판(當板)으로 이루어지는 본체 철심 구조물과, 피가열재의 반송 방향에 따라, 폭협(幅狹) 재료로부터 폭광(幅廣) 재료까지 단부(端部) 열폭(熱幅) 이상의 철심 랩 폭을 확보하는 철심 폭을 갖는 개각(開脚) 철심과, 이 개각 철심을 지지하는 비자성의 개각 철심 당판으로 이루어지는 개각 철심 구조물과, 자속을 피가열 재료에 쇄교(鎖交)시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고, 상기 C형 철심 구조물은, C형 철심과 이 C형 철심을 측면에서 지지하는 비자성 금속의 C형 철심 당판으로 구성된다.

본 발명에 의하면, 재료 폭의 변화가 있어도 미가열부(未加熱部)를 발생시키지 않고, 재료의 어긋남이 발생하여도, 좌우의 재료 단부에서의 온도 불균일의 이상(異常) 가열을 발생시키지 않고, 인덕터 교환 시간을 저감하고, 이동 기구와 제어 장치 등의 장치 가격을 저감하는 고효율이며 염가의 유도가열 장치를 실현하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 개각 철심의 각 부분의 치수 관계를 설명하는 도면.
도 3은 제2의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 4는 제3의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도.
도 5는 종래의 이동식 C형 인덕터와 제3의 실시 형태에 관한 고정식 C형 인덕터(12)에서의 가열 온도 분포를 대비하여 설명하는 도면.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관해, 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 도면에서 동일 부분에 관해서는 동일한 부호를 붙인다.

(제1의 실시 형태)

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 본 실시 형태에 관한 유도가열 장치는, 한 쌍의 개각 철심 안길이 폭(WC3)의 설치 스페이스를 취하여 좌우에 설치한 2조(組)의 고정식 C형 인덕터(12)를 갖고 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 관한 유도가열 장치는, 대별하면, 본체 철심 구조물(1), 개각 철심 구조물(2), 고정식 C형 인덕터(12)로 구성되어 있다.

본체 철심 구조물(1)은, 본체 철심(1A)과, 본체 철심(1A)을 측면에서 지지하는 비자성의 본체 철심 당판(1B)으로 구성되어 있다.

개각 철심 구조물(2)은, 폭협 재료(7)로부터 폭광 재료(8)까지 가열 가능한 개각 철심(2A)과, 개각 철심(2A)을 지지하는 비자성의 개각 철심 당판(2B)으로 구성되어 있다. 개각 철심(2A)과 개각 철심 당판(2B)은, 가열 코일(3)과 직교하는 방향으로 적층하고 있고, 가열 코일(3)과 개각 철심(2A)의 가열 로스를 저감한다. 비자성 금속의 개각 철심 당판(2B)은, 가열 코일(3)과 평행하게 되는 개각 철심(2A)의 측면 외측에 배치하고, 개각 철심(2A)의 근방 가열을 방지하면서 철심을 지지하고 있다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 개각 철심(2A)은, 폭협 재료(7)로부터 폭광 재료(8)까지 단부 가열 폭(WH1) 이상의 철심 랩 폭을 확보하는 개각 철심 안길이 폭(WC1)으로 되어 있다.

고정식 C형 인덕터(12)는, 2개의 인덕터 헤드(12A)와, 1개의 C형 철심 구조물(4)로 구성되어 있다.

본 실시 형태에서의 C형 인덕터(12)는, 피가열 재료의 폭방향 양 단부에 대에 배치되고, 가열 코일(3)로부터 발생하는 자속(Φ)을 피가열 재료에 쇄교시킴에 의해, 와전류(I)가 흐르고, 이에 대한 피가열 재료의 저항에 의해 줄 열을 발생시켜서, 피가열 재료의 양 단부를 가열하는 것이다. 그리고, 본 실시 형태에서는 C형 인덕터(12)를 피가열 재료의 폭방향으로 이동하지 않고, 폭이 좁은 피가열 재료로부터 폭이 넓은 피가열 재료까지, 단부를 가열하는 것이 가능하게 되어 있다.

인덕터 헤드(12A)는, 본체 철심 구조물(1)과, 개각 철심 구조물(2)과, 가열 코일(3)로 구성되어 있다.

C형 철심 구조물(4)은, C형 철심(4A)과, C형 철심(4A)을 측면에서 지지하는 비자성의 C형 철심 당판(4B)으로 구성되어 있다. C형 철심 당판(4B)은, C형 철심(4A)을 지지함과 함께, 절연을 취하는 것이다. C형 철심 당판(4B)의 재질로서는, 예를 들면, 스테인리스나 구리가 알맞다. 스테인리스는, 강도가 강하고, 실드 효과가 있다. 구리는, 스스로가 유도가열한다.

도 2는, 개각 철심의 각 부분의 치수 관계를 설명하는 도면이다. 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 인덕터 헤드(12A)를 이동하지 않고서, 폭이 좁은 재료로부터 폭이 넓은 재료까지, 단부를 가열하는 것이 가능하게 되어 있다. 단부의 가열폭은, 유저의 사양에 의해 정하여지고, 예를 들면 승온 레인지는 25℃∼100℃ 정도이다.

개각 철심 안길이 폭(WC1)과 한 쌍의 개각 철심 공간 폭(WC2)은, 하기한 폭협재 판폭(W1)과 폭광재 판폭(W2)과 단부 가열 폭(WH1)으로부터 결정된다.

(1) 개각 철심 안길이 폭(WC1) = (한 쌍의 개각 철심 안길이 폭(WC3) - 한 쌍의 개각 철심 공간 폭(WC2))/2

(2) 폭협재 랩 치수(WW1) = (폭협재 판폭(W1) - 한 쌍의 개각 철심 안길이 폭(WC3))/2 >단부 가열 폭(WH1)

(3) 폭광재 랩 치수(WW2) = (폭광재 판폭(W2) - 한 쌍의 개각 철심 안길이 폭(WC3))/2 >단부 가열 폭(WH1)

또한, 본 실시 형태에서의 C형 인덕터(12)는, 가열 코일(3)과 직교하는 방향으로 적층한 개각 철심(2A)과 개각 철심 당판(2B)으로 구성하고 있다. 이에 의해, 가열 코일(3)과 개각 철심(2A)의 가열 로스를 저감할 수 있다.

상술하여 온 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 피가열 재료의 최대 판폭, 최소 판폭에 대해 여유가 있도록 철심의 치수를 관리한다.

본 실시 형태에 의하면, 재료 폭의 변화가 있어도 미가열부를 발생시키지 않고, 재료의 어긋남이 발생하여도, 좌우의 재료 단부에서의 온도 불균일의 이상 가열을 발생시키는 일이 없다. 또한, 교환 빈도가 많은 개각 철심 구조물(2), 본체 철심 구조물(1)과, 가열 코일(3)을 인덕터 헤드(12A)의 구조물에 통합하고, 또한, 고정식 C형 인덕터(12)는, 교환 빈도가 많은 2개의 인덕터 헤드(12A)와 1개의 C형 철심 구조물(4)에 의해 구성하고, 손상부가 교환하기 쉬운 구조를 채용하고 있기 때문에, 인덕터의 교환 시간을 저감할 수 있다.

(제2의 실시 형태)

다음에, 제2의 실시 형태에 관해 설명한다. 제2의 실시 형태는, 고정식 C형 인덕터를 분리 가능한 기구로 하는 것이다.

도 3은, 제2의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 제2의 실시 형태에서의 고정식 C형 인덕터(12)는, L자형 철심 당판이 있는 인덕터 헤드(12A)와, L자형 철심 당판이 있는 C형 철심 구조물(4)을 맞대고(突合せ), L자형부를 볼트(14)와 너트(15)로 고정한 분리 가능한 본체 철심 분리 기구(5)를 구비하고 있다. 맞대는 위치, 즉 분리시키는 위치는, C형 인덕터(12)에 흐른 자속이 일정하게 되는 위치로 하는 것이 알맞다.

제2의 실시 형태에서의 고정식 C형 인덕터(12)에서는, 인덕터 헤드(12A)를 고정식 C형 인덕터(12)로부터, L자형부의 볼트(14)를 빼면 인덕터 헤드(12A)는, 용이하게 교환 가능함으로, 메인터넌스의 시간 및 비용이 대폭적으로 저감된다.

제2의 실시 형태에 의하면, 인덕터의 교환 부분을 보다 용이하게 단시간에 교환 가능해진다.

(제3의 실시 형태)

다음에, 제3의 실시 형태에 관해 설명한다. 제3의 실시 형태는, 좌우의 인덕터의 자속 방향을 동일하게 하도록 구성된 2조의 고정식 인덕터를 병렬 설치하고, 1개의 교류 유도가열 전원에 접속하는 것이다.

도 4는, 제3의 실시 형태에 관한 유도가열 장치의 전체 구성을 도시하는 개략도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 제3의 실시 형태에서의 고정식 C형 인덕터(12)에서는, 교류 유도가열 전원(9)에 4개의 가열 코일(3)을 결선하고, 흐른 전류(10) 방향을 동일하게 하도록 접속한다.

재료 랩 치수는, 폭협재 랩 치수(WW1)로부터 폭광재 랩 치수(WW2)까지 변화하는데, 폭협재 랩 치수(WW1)를 단부 가열 폭(WH1)보다도 크게 설계한다.

상하 좌우의 4개의 가열 코일(3)로부터 발생하는 자속(11) 방향을 동일 방향으로 하고 있기 때문에, 피가열 재료를 흐른 유도전류(16)는, 판폭 방향 전체에 흐르고, 특히 피가열 재료 양단에 집중적으로 흐르는 큰 하나의 전류를 형성한다.

도 5는, 종래의 이동식 C형 인덕터와 제3의 실시 형태에 관한 고정식 C형 인덕터(12)에서의 가열 온도 분포를 대비하여 설명하는 도면이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 종래의 이동식 C형 인덕터의 승온 커브는, 피가열 재료와 랩 치수가 일정하기 때문에, 피가열 재료의 중앙부는 가열하지 않고, 피가열 재료의 단부만 가열한다. 또한, 단부의 가열 폭(WH1)은 일정하다.

한편, 제3의 실시 형태에서의 고정식 C형 인덕터(12)는, 폭이 좁은재 판폭(W1)부터 폭이 넓은재 판폭(W2)까지 변화한 경우, 유도전류(9)는, 충분히 길다란 개각(開脚) 철심 안길이 폭(WC1)이기 때문에, 폭협재 랩 치수(WW1)로 재료의 단부를 집중적으로 가열하고, 재료 중앙부도 가열하는 단부 가열 폭(WH1)을 확보할 수 있다.

제3의 실시 형태에서의 고정식 C형 인덕터(12)는, 상하 좌우의 4개의 가열 코일(3)로부터 발생하는 자속(11) 방향을 동일 방향으로 하기 때문에, 유도전류(16)는, 피가열 재료의 판폭 방향 전체에 흐르고, 특히 피가열 재료의 양단에 집중적으로 흐르고, 피가열 재료의 중앙부도 가열하면서도 단부 가열 폭(WH1)을 확보하는 완만한 승온 커브를 실현 할 수 있고, 가열 효율을 향상시킨다. 또한, 재료 어긋남이 일어나고도, C형 인덕터(12)의 가열 랩 폭은 크게 변화하지 않기 때문에, 좌우의 인덕터의 가열 전력의 큰 차이가 발생하지 않고, 좌우의 피가열 재료의 단부 온도 불균일에 의해 이상 가열을 발생하는 현상은 저감한다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 재료 폭의 변화가 있어도 미가열부를 발생시키지 않고, 재료의 어긋남이 발생하여도, 좌우의 재료 단부에서의 온도 불균일의 이상 가열을 발생시키지 않고, 인덕터 교환 시간을 저감하고, 이동 기구와 제어 장치 등의 장치 가격을 저감하는 고효율로 염가의 유도가열 장치를 실현하는 것이 가능해진다.

본 발명의 몇가지의 실시 형태를 설명하였지만, 이들의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시 형태는, 그 밖이 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수가 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

1 : 본체 철심 구조물
1A : 본체 철심
1B : 본체 철심 당판
2 : 개각 철심 구조물
2A : 개각 철심
2B : 개각 철심 당판
3 : 가열 코일
4 : C형 철심 구조물
4A : C형 철심
4B : C형 철심 당판
5 : 본체 철심 분리 기구
6 : 부스바
7 : 폭광 판재
8 : 폭협 판재
9 : 교류 유도가열 전원
10 : 전류
11 : 자속
W1 : 폭협재 판폭
W2 : 폭광재 판폭
WW1 : 폭협재 랩 치수
WW2 : 폭광재 랩 치수
WC1 : 개각 철심 안길이 폭
WC2 : 한 쌍 개각 철심 공간 폭
WC3 : 한 쌍 개각 철심 안길이 폭
WH1 : 단부 가열 폭
12 : 고정형 C형 인덕터
12A : 인덕터 헤드
13 : 이동형 C형 인덕터
14 : 볼트
15 : 너트

Claims

고정식 C형 인덕터를 피가열 재료의 폭방향 양 단부에 대에 배치한 유도가열 장치로서,
상기 고정식 C형 인덕터는, 2개의 인덕터 헤드와 1조의 C형 철심 구조물로 구성되고,
상기 인덕터 헤드는, 본체 철심과, 이 본체 철심을 측면에서 지지하는 비자성의 본체 철심 당판으로 이루어지는 본체 철심 구조물과,
피가열재의 반송 방향에 따라, 폭협 재료로부터 폭광 재료까지 단부 열폭 이상의 철심 랩 폭을 확보하는 철심 폭을 갖는 개각 철심과, 이 개각 철심을 지지하는 비자성의 개각 철심 당판으로 이루어지는 개각 철심 구조물과,
자속을 피가열 재료에 쇄교시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고,
상기 C형 철심 구조물은, C형 철심과 이 C형 철심을 측면에서 지지하는 비자성 금속의 C형 철심 당판으로 구성되는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 개각 철심의 각 부분의 치수 관계는, 상기 인덕터 헤드를 이동하지 않고서, 폭이 좁은 재료로부터 폭이 넓은 재료까지, 상기 피가열 재료의 단부를 가열 가능하게 설정하는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비자성의 본체 철심 당판의 재질은, 스테인리스 또는 구리인 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 비자성의 개각 철심 당판의 재질은, 스테인리스 또는 구리인 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 개각 철심과 상기 개각 철심 당판은, 상기 가열 코일과 직교하는 방향으로 적층한 것인 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 인덕터 헤드의 본체 철심 당판은, L자형의 본체 철심 당판이고,
상기 C형 철심 구조물의 C형 철심 당판은, L자형의 C형 철심 당판이고,
상기 인덕터 헤드와, 상기 C형 철심 구조물을 맞대고, L자형부를 고정한 분리 가능한 본체 철심 분리 기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제6항에 있어서,
상기 본체 철심 분리 기구의 맞대고 분리 가능한 위치는, 상기 고정식 C형 인덕터에 흐르는 자속이 일정하게 되는 위치인 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제6항에 있어서,
상기L자형부는, 볼트와 너트로 고정하는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
제1항에 있어서,
한 쌍의 상기 가열 코일의 권취 방향을 동일하게 하고, 한 쌍의 상기 인덕터의 자속 방향을 동일하게 하도록 구성된 2조의 상기 고정식 C형 인덕터를 병렬 설치하고, 하나의 교류 유도가열 전원에 접속한 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.