KR101981407B1

KR101981407B1 - 금속 띠판의 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR101981407B1
Application number: KR1020177005891A
Authority: KR
Inventors: 요시아키 히로타; 마사토 다이라
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2014-09-05
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2019-05-23
Also published as: RU2674250C2; CA2959470A1; TWI552648B; JPWO2016035893A1; EP3190860A1; US20170290102A1; JP6323564B2; US10568166B2; CN106688308A; KR20170038060A; RU2017107070A3; RU2017107070A; CN106688308B; BR112017004175A2; WO2016035893A1; BR112017004175B1; TW201622477A; EP3190860A4; CA2959470C; EP3190860B1

Abstract

금속 띠판의 유도 가열 장치는, 길이 방향으로 주행하는 금속 띠판을 가로 질러서 금속 띠판에 평행하게, 금속 띠판으로부터 돌출시키고, 금속 띠판의 주행 방향에 있어서 서로 겹치지 않도록 설치된 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재와, 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 금속 띠판의 판 폭 방향의 단부를 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 자성체 코어 부재를 구비한다.

Description

금속 띠판의 유도 가열 장치{INDUCTION HEATING DEVICE FOR METAL STRIP}

본 명세서는, 금속 띠판의 유도 가열 장치에 관한 것이다.

열처리로에 있어서의 금속 띠판의 가열은, 주로 라디언트 튜브를 사용하는 간접 가열로 행하고 있지만, 이 간접 가열은, 열 관성이 큰 점 외에도, 금속 띠판의 온도와 노 온도의 차가 작아짐에 따라서, 금속 띠판으로의 유효한 입열이 되기 어려워지므로, 생산성이 제약된다. 또한, 라디언트 튜브를 사용하는 간접 가열에 있어서는, 예를 들어 탄소강 등의 강판에서는, 흡열 반응을 하는 변태점 근방에서의 급속 가열이나, 라디언트 튜브의 내열성의 제약으로부터 고온 어닐링의 실현이 곤란하므로, 금속 띠판의 열처리 조건의 선택의 자유도가 제약된다.

이에 반하여, 금속 띠판을 고주파 전류로 가열하는 유도 가열은, 가열 속도나 가열 온도를 자유롭게 제어할 수 있으므로, 열처리 조업이나 금속 띠판 상품 개발의 점에서 자유도가 커서, 최근 주목받고 있는 가열 방법이다.

유도 가열에는, 크게 2가지 방식이 있다. 하나는, 금속 띠판의 주위를 둘러싼 유도 코일에 고주파 전류를 흐르게 하여, 자속을, 금속 띠판의 길이 방향(진행 방향) 단면에 관통시키고, 이 자속에 수직인 금속 띠판의 폭 방향 단면 내에 주회하는 유도 전류를 발생시켜서 금속 띠판을 가열하는 LF(종단 자속 가열) 방식이다.

다른 방법은, 금속 띠판을 사이에 두고 1차 코일을 권회한 인덕터(양호 자성체)를 배치하고, 1차 코일에 전류를 흐르게 하여 발생시킨 자속을, 인덕터를 개재해서 금속 띠판의 판면에 관통시키고, 금속 띠판의 판면에 유도 전류를 발생시켜 금속 띠판을 가열하는 TF(횡단 자속 가열) 방식이다.

유도 전류가 판 단면 내를 주회하는 LF 방식의 유도 가열에서는, 전류의 침투 깊이 δ와 전류 주파수 f의 관계[δ(㎜)=5.03×10⁵√(ρ/μr·f), ρ(Ωm): 비저항, μr: 비투자율, f: 주파수(㎐)]로부터, 금속 띠판의 표리에서 발생하는 유도 전류의 침투 깊이가 강판의 두께보다 깊으면 서로 간섭하여, 금속 띠판 단면에는 유도 전류가 발생하지 않는다.

예를 들어, 비자성 금속 띠판이나, 퀴리 온도를 초과하여 자성을 상실하는 강판의 경우 등, 전류의 침투 깊이 δ가 깊어지므로, 금속 띠판의 판 두께가 얇으면 유도 전류가 발생하지 않는다. 또한, 가령 자성재이더라도, 침투 깊이에 비해, 판 두께가 지나치게 얇은 경우에도, LF 방식에서는, 유도 전류가 강판 단면에 발생하지 않는다.

한편, TF 방식의 유도 가열에서는, 자속이 금속 띠판의 판면을 관통하므로, 판 두께에 의존하지 않고, 또한, 자성, 비자성의 구별 없이 금속 띠판을 가열할 수 있지만, 대향하는 인덕터가 근접하지 않으면, 가열 효율이 저하되거나, 또한, 완전히 가열할 수 없는 경우도 있다. 또한, 금속 띠판의 단부에 있어서 과가열이 발생하기 쉽다(예를 들어, 일본 특허공개 소63-119188호 공보 참조)는 문제도 있다.

또한, 자성이 있는 금속 띠판이, 대향하는 인덕터의 중앙에 위치하지 않으면, 한쪽의 인덕터에 가까이 끌어 당겨져서, 자속이 국부적으로 집중하여 금속 띠판의 온도차가 커지게 되는 경우도 있다. 또한, 통상의 TF 방식의 유도 가열에서는, 인덕터 형상을 용이하게 변경할 수 없기 때문에, 금속 띠판의 판 폭 변경으로의 대응이 어렵다는 문제도 있다.

그 때문에, 예를 들어 일본 특허공개 소59-205183호 공보에는, 박판의 판 폭 방향으로 병렬로, 박판에 대향하여 배치되고, 또한, 박판의 두께 방향으로 독립적으로 이동 가능한 자극 세그먼트와, 박판의 판 폭 방향으로 출몰 가능하게, 자극 세그먼트에 의한 자장을 조정하는 비자성 금속의 가동 차폐판을 구비하는 전자기 유도 가열 장치가 개시되어 있다.

일본 특허공개 소59-205183호 공보의 전자기 유도 가열 장치는, 박판의 판 폭 변화에 대응하여 자속을 조정할 수 있는 것이지만, 박판의 판 폭이 크게 변화한 경우, 판 폭 방향의 자속 조정을 신속하게 행하는 것이 어렵다.

일본 특허공개 제2002-008838호 공보에는, 복수의 독립된 자기 막대를 갖고, 금속 스트립의 폭에 적합할 수 있는 가변 폭의 자기 회로를 구비하는 유도 가열 장치가 개시되어 있다. 그러나, 일본 특허공개 제2002-008838호 공보의 유도 가열 장치에 있어서는, 표리 이격하여 설치된 유도 코일의 근방에 폭 방향으로 이동 가능한 자성체 코어를 설치한 예가 개시되어 있다.

본 명세서의 실시 형태는, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에 흐르는 유도 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 조절함으로써 금속 띠판의 판 폭 방향 단부의 온도 분포를 제어 가능한, 금속 띠판의 유도 가열 장치를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 명세서의 일 형태에 의하면,

길이 방향으로 주행하는 금속 띠판을 가로질러서 상기 주행하는 금속 띠판에 평행하게 설치되고, 각각의 양단부가 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향에 있어서 상기 주행하는 금속 띠판으로부터 돌출시켜서 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 서로 겹치지 않도록 배치된 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재와, 상기 제1 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽과 상기 제2 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽을 전기적으로 접속하는 제1 전기적 접속 수단과, 상기 제1 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽과 상기 제2 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽을 전기적으로 접속하는 제2 전기적 접속 수단을 갖는 유도 코일과,

상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 한쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 일단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제1 자성체 코어 부재와, 상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면과는 반대측의 다른 쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 일단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제2 자성체 코어 부재를 갖는 제1 자성체 코어와,

상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 일단부와 반대측의 타단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제3 자성체 코어 부재와, 상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 다른 쪽의 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 타단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제4 자성체 코어 부재를 갖는 제2 자성체 코어

를 구비하는 금속 띠판의 유도 가열 장치가 제공된다.

도 1은, 금속 띠판의 표면측의 유도 코일 부재와 금속 띠판의 이면측의 유도 코일 부재를, 금속 띠판의 표면측의 유도 코일 부재의 금속 띠판으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판의 이면측의 유도 코일 부재의 금속 띠판으로의 수직 투영 상이, 금속 띠판의 길이 방향에 겹치지 않도록 배치한 유도 가열 장치의 형태를 나타내는 도면이다.
도 2a는, 금속 띠판의 전체에 발생하는 유도 전류의 평면 형태를 나타내는 도면이다.
도 2b는, 도 2a의 A-A 단면도이며, 금속 띠판의 전체에 발생하는 유도 전류의 금속 띠판의 단부 단면에서의 유도 전류의 형태를 나타내는 도면이다.
도 3a는, 비교를 위한 자성체 코어의 단면 구조를 나타내는 도면이다.
도 3b는, 본 명세서의 실시 형태에서 사용하는 자성체 코어의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3c는, 본 명세서의 실시 형태에서 사용하는 다른 자성체 코어의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3d는, 본 명세서의 실시 형태에서 사용하는 또 다른 자성체 코어의 단면 구조를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는, 본 명세서의 실시 형태에 있어서의 자성체 코어의 배치 형태를 나타내는 도면이며, 자성체 코어가 복수의 자성체 코어로 분할되어 있지 않고, 유도 코일 부재가 금속 띠판의 판 폭 방향으로 평행하게 배치되어 있는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5a는, 본 명세서의 실시 형태에 있어서의 자성체 코어의 배치 형태를 나타내는 도면이며, 자성체 코어가 복수의 자성체 코어로 분할되고, 유도 코일 부재가 금속 띠판의 판 폭 방향으로 평행하게 배치되어 있는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5b는, 본 명세서의 실시 형태에 있어서의 자성체 코어의 배치 형태를 나타내는 도면이며, 자성체 코어가 복수의 자성체 코어로 분할되고, 유도 코일 부재가 판 폭 방향 단부를 향해 경사져서 배치되어 있는 경우를 나타내는 도면이다.
도 6은, 금속 띠판의 내부를 주회하는 유도 전류의 일 주회 형태를 나타내는 도면이다.
도 7은, 2조의 유도 코일을 병렬로 인접하여 설치한 경우에 있어서의 자성체 코어의 일 배치 형태를 나타내는 도면이다.
도 8은, 2조의 유도 코일을 직렬 접속으로 연결하여 설치한 경우에 있어서의 자성체 코어의 일 배치 형태를 나타내는 도면이다.
도 9a는, 본 명세서의 실시 형태에 있어서의 자성체 코어의 배치 형태를 나타내는 도면이며, 유도 코일이 TF 방식의 경우를 나타내는 도면이다.
도 9b는, 도 9a의 경우에 있어서, 금속 띠판을 주회하는 유도 전류의 일 주회 형태를 나타내는 도면이다.
도 9c는, 도 9a에 있어서 복수의 자성체 코어를 설치하지 않는 경우에 있어서, 금속 띠판을 주회하는 유도 전류의 일 주회 형태를 나타내는 도면이다.
도 10은, 실시예의 해석 모델의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 11은, 비교예 2의 해석 모델의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 12는, 비교예 3의 해석 모델의 구성을 모식적으로 나타내는 도면이다.

유도 가열 장치에 있어서, 길이 방향으로 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향 단부측에, 해당 단부를 덮도록 배치한 자성체 코어는, 금속 띠판의 단부에 있어서, 금속 띠판의 표리에 배치한 유도 코일에 의해 발생한 유도 전류를, 자성체 코어의 외측(금속 띠판의 중심 방향)으로 압출하고, 유도 전류가 금속 띠판의 단부에 집중하는 것을 억제하는 작용을 이룬다.

그러나, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에, 부분적으로 자성체 코어를 배치하는 것만으로는, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에 있어서 흐르는 유도 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 정확하게 제어하고, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부의 온도 분포를 적절하게 제어하는 것은 곤란하다.

본 발명자는, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에 흐르는 유도 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 정확하게 제어하고, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부의 온도 분포를 적절하게 제어하는 방법에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에 부분적으로 자성체 코어를 배치하는 것이 아니라, 유도 전류가 흐르는 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에, 판 폭 방향 단부측에 소정의 프로파일을 갖는 자성체 코어를 배치함으로써, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부에 흐르는 유도 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 정확하게 제어하고, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부의 온도 분포를 적절하게 제어할 수 있다는 사실을 알게 되었다. 소정의 프로파일이란, 금속 띠판의 주행 방향의 양단측이며 유도 코일 근방에서는 금속 띠판의 판 폭 방향 단부를 많이 덮고, 중간부에서는 금속 띠판의 판 폭 방향 단부를 양단측보다도 적게 덮는 형상인 것이 바람직하다.

또한, 자성체 코어는, 금속 띠판의 주행 방향에 있어서 복수의 부재로 분할되어 있어도 되며, 더욱이, 금속 띠판의 판 폭 방향에 있어서, 분할된 복수의 부재를 각각 이동시키는 이동 수단을 구비하고 있으면, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부의 온도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다는 사실을 알게 되었다.

본 명세서의 실시 형태는, 상기 지견에 기초하여 이루어진 것이다. 이하, 본 명세서의 실시 형태의 유도 가열 장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

우선, 본 명세서의 실시 형태의 전제로 되는 유도 가열 장치와, 상기 유도 가열 장치에 의해 금속 띠판에 발생하는 유도 전류의 형태에 대하여 설명한다.

도 1에, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)를, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상이, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹치지 않도록 배치한 유도 가열 장치의 형태를 나타낸다.

유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b)는, 금속 띠판(1)에 평행하게 배치되어 있다. 유도 코일 부재(2a)의 양단부와 유도 코일 부재(2b)의 양단부는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향에 있어서, 금속 띠판(1)으로부터 돌출시켜서 설치되어 있다.

도 1에 도시한 유도 가열 장치에 있어서는, 유도 코일(2)의 내측을 통과하는 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 단부와, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 단부가 도체(2c)로 연결되고, 유도 코일 부재(2b)의 다른 단부는, 도체(2d) 및 도선(2e)을 개재해서 전원(3)에 접속되고, 유도 코일 부재(2a)의 다른 단부는, 도체(2h), 결합기(2g), 도선(2f)을 개재하여, 전원(3)에 접속되어 있다. 전류는, 도면 중 화살표 방향으로 흐른다. 도체(2c)는 전기적 접속 수단의 일례이며, 도체(2d), 도선(2e), 도선(2f), 도체(2h)도 전기적 접속 수단의 일례이다. 유도 코일(2)은, 유도 코일 부재(2a), 유도 코일 부재(2b), 도체(2c), 도체(2d), 도선(2e), 도선(2f), 도체(2h)를 구비하고 있다.

그리고, 유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b)는, 유도 코일 부재(2a)를 금속 띠판(1)으로 수직 투영했을 때의 수직 투영 상과, 유도 코일 부재(2b)를 금속 띠판(1)으로 수직 투영했을 때의 수직 투영 상이, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹치지 않도록 배치되어 있다.

전술한 LF 방식의 경우, 유도 전류가, 금속 띠판의 표리면에서, 동일한 크기로 역방향으로 흐르므로, 전류의 침투 깊이 δ가 깊으면 간섭하고, 유도 전류가 흐르지 않게 되지만, 도 1의 경우, 유도 코일 부재(2a), 유도 코일 부재(2b)를 금속 띠판(1)으로 각각 수직 투영했을 때의 수직 투영 상이, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹치지 않도록 배치되어 있으므로, 유도 코일 부재(2a) 바로 아래의 금속 띠판(1)에 흐르는 유도 전류 및 유도 코일 부재(2b) 바로 아래의 금속 띠판(1)에 흐르는 유도 전류는 각각 일 방향만으로 흐르는 전류로 되므로, 전류의 침투 깊이 δ가 깊은 경우에도, 간섭하지 않고 전류가 흐르게 된다.

도 2a, 2b에, 금속 띠판(1)의 전체에 발생하는 유도 전류(5)의 형태를 나타낸다. 도 2a에, 유도 전류의 평면 형태를 나타내고, 도 2b에, 금속 띠판(1)의 단부 단면(도 2a의 A-A 단면)에서의 유도 전류(5)의 양태를 나타낸다.

유도 코일 부재(2a, 2b)(도시생략) 바로 아래의 금속 띠판(1)에는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 화살표 방향[유도 코일 부재(2a, 2b)에 흐르는 전류의 방향과는 역방향]으로 흐르는 환상의 유도 전류[5(5a, 5b)]가 발생한다. 그리고, 유도 코일 부재(2a)가 금속 띠판(1)의 표면측에 배치되고, 유도 코일 부재(2b)가 금속 띠판(1)의 이면측에 배치되어 있으므로, 유도 전류(5)는, 도 2b에 도시한 바와 같이, 금속 띠판(1)의 단부 단면을 비스듬하게 횡단하여 흐른다. 금속 띠판(1)이 비자성재에서도, 유도 전류(5)가 발생하여 주회하므로, 금속 띠판(1)을 가열할 수 있다. 도 2b는, 금속 띠판(1)의 판 두께가 두꺼운 경우에 있어서의 전류의 흐름 상태를 나타내지만, 금속 띠판(1)의 판 두께가 얇은 경우에는 비스듬하게 횡단하지 않고, 금속 띠판(1)의 판 두께 전체에 전류가 흐른다.

그러나, (a) 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 흐르는 유도 전류는, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와 이면측의 유도 코일 부재(2b)(도 1 참조)를 연결하는 도체(2c)(도 1 참조), 또는, 금속 띠판의 표면측의 유도 코일과 이면측의 유도 코일을 전원에 연결하는 도체(2d), 도선(2e), 도선(2f), 도체(2h)(도 1 참조)를 흐르는 1차 전류 사이의 리액턴스를 작게 하려고 하여, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부로 치우쳐 버려서, 전류로의 폭 d2가 좁아져 버리는 것, (b) 도체(2c), 도체(2d), 도선(2e), 도선(2f), 도체(2h)를 흐르는 1차 전류에 의해 발생하는 자속이, 근접하는 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 집중적으로 관통하는 것, 또한, (c) 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에서는, 금속 띠판(1)의 중앙부에 비해, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)의 거리 d3만큼, 장시간 가열되는(중앙부가 가열되는 거리는 d1×2, 판 폭 방향 단부가 가열되는 거리는 d1×2+d3) 것 등에 의해, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서는 과가열이 되기 쉽다.

또한, 유도 코일(2)이 1조인 경우, 자속은 유도 코일(2)의 밖으로 확산하므로, 금속 띠판(1)의 중앙부에서는 유도 전류(5)의 전류 밀도가 저하되어, 온도가 상승하기 어렵고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 중앙부와 단부의 온도차가 확대되기 쉽다.

따라서, 본 명세서의 실시 형태의 유도 가열 장치에 있어서는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 흐르는 유도 전류(5)를, 유도 전류(5)가 흐르는 단부의 전체 폭에 걸쳐서 제어하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 온도 분포를 자유롭게 제어하기 위해서, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부 및 상기 단부를 넘어서 금속 띠판(1)을 덮는 것이 가능한 자성체 코어를, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상 사이의 전체 폭에 걸쳐서, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 진퇴 가능하게 복수 배치한다.

유도 코일 부재(2a, 2b)는, 1개의 도체로 구성해도 되고, 복수 개의 도체로 구성해도 된다. 또한, 유도 코일 부재(2a, 2b)의 배면에는, 자속을 강화하기 위해서, 배면용 자성체 코어를 적재해도 된다.

도 3a 내지 3d에, 자성체 코어(6)의 단면 구조를 나타낸다. 도 3a에, 비교를 위한 자성체 코어(6)의 단면 구조를 나타내고, 도 3b에, 실시 형태에서 사용하는 자성체 코어(6)의 단면 구조를 나타내고, 도 3c에, 실시 형태에서 사용하는 다른 자성체 코어(6)의 단면 구조를 나타낸다. 도 3d에, 실시 형태에서 사용하는 또 다른 자성체 코어(6)의 단면 구조를 모식적으로 나타낸다.

자성체 코어(6)의 치수는, 특정한 범위로 한정되지 않는다. 금속 띠판(1)의 표면측과 이면측의 유도 코일 부재(2a, 2b)의 간격, 금속 띠판(1)의 판 폭, 배치수에 기초하여 적절히 설정하면 된다.

자성체 코어(6)는, 강자성체로 구성하지만, 강자성체는, 특정한 재질의 강자성체로 한정되지 않는다. 강자성체로서는, 예를 들어 페라이트, 적층 전자 강판, 아몰퍼스 합금 등이 있지만, 유도 가열 장치에 부여하는 가열 능력, 주파수 등에 따라서 적절히 선택하면 된다.

금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 덮는 비교를 위한 자성체 코어(6)는, 도 3a에 도시한 바와 같이, 유도 코일(도시생략)이 여자하는 자속(4')을 흡수하여[자성체 코어(6')를 관통하는 화살표, 참조], 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부로의 자속 집중을 방지하여, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서의 과도한 온도 상승을 억제한다. 그러나, 자성체 코어(6')를 부분적으로 개별로 배치한 경우에는, 단부 전류의 억제 효과는 한정적이어서, 효과가 작다고 하는 문제가 있다.

도 3b에 도시한, 실시 형태에서 사용하는 자성체 코어(6)에 있어서는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서, 전류 통과를 효과적으로 억제하기 위해서, 금속 띠판(1)과의 간격 d가 좁게 설정되고, 또한, 자성체 코어(6)가, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 넘어서 금속 띠판을 덮고, 유도 전류의 분포를 적절하게 제어할 수 있도록, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 자성체 코어의 길이 L이 길고, 또한, 자성체 코어(6)가, 금속 띠판의 판 폭의 변화 W에 즉응할 수 있도록, 금속 띠판(1)을 덮는 부분의 깊이가 깊게 설정되어 있다.

자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 표면측의 자성체 코어 부재(6a)와, 이면측의 자성체 코어 부재(6b)와, 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)의 금속 띠판(1)을 덮는 부분과는 반대측의 단부(도면에서는, 우측 단부)를 연결하는 자성체 코어 부재(6e)를 구비하고 있다.

가열된 금속 띠판(1)으로부터의 복사열에 의한 온도 상승을 억제하고, 자성체 코어(6)를, 안정적으로 사용하기 위해서, 자성체 코어(6)에 있어서 수열하기 쉬운 표면 부분을, 도 3c에 도시한 바와 같이, 비자성의 단열재(6c)로 덮어도 된다. 또한, 단열재(6c)의 피복만으로는, 자성체 코어(6)의 온도 상승을 억제할 수 없는 경우에는, 자성체 코어(6)에 수냉판(도시생략)을 부착하거나, 자성체 코어(6)의 근방에 가스 냉각 장치(도시생략)를 설치하거나 하여, 자성체 코어(6)를 냉각해도 된다.

실시 형태의 유도 가열 장치에는, 도 3b 또는 도 3c에 도시한 자성체 코어(6)를 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 진퇴 이동시키는 이동 부재(9)가 설치되어 있다. 이동 부재(9)에 의한 자성체 코어(6)의 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 이동은, 예를 들어 자성체 코어를 유지하는 대차를, 궤도상에서, 전동 실린더, 에어 실린더, 모터 등의 구동 장치에 의해 이동시켜서 행하지만, 자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향에서 신속하고 또한 원활하게 이동할 수 있으면 되며, 이 범위에서, 자성체 코어(6)의 이동 부재는, 특별히 특정되지 않는다.

도 3d에, 실시 형태에서 사용하는, 또 다른 자성체 코어(6)의 단면 구조를 모식적으로 나타낸다. 도 3d에 도시한 자성체 코어(6)는, 자성체 코어(6)의 단부(도면에서는, 우측 단부)가 자성체로 연결되어 있지 않다. 자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 표면측의 자성체 코어 부재(6a)와, 이면측의 자성체 코어 부재(6b)를 구비하고 있다. 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)의 간격을 유지하기 위해서, 금속 띠판(1)을 덮는 부분과는 반대측의 단부(도면에서는, 우측 단부)가, 비자성으로 내열성의 연결 부재(6d)로 연결되어 있다.

도 3d에 도시한 자성체 코어(6)에 있어서는, 금속 띠판(1)의 표면과 이면에 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)를 각각 배치하고, 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)를 비자성의 연결 부재(6d)로 연결하는 것이지만, 도 3b에 도시한, 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)를 자성체 코어 부재(6e)로 연결하는 자성체 코어(6)와 마찬가지의 전류 억제 효과가 얻어지고 있다. 이 자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 판 폭이 변경이 된 경우라도, 이동 부재(9)에 의한 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 진퇴에 의해, 판 폭 변경에 즉시 추종할 수 있음과 함께, 금속 띠판(1)이 사행하여 판 폭 방향 단부의 위치가 크게 어긋나고, 그것이 계속되는 경우라도, 즉시 위치 어긋남에 추종하는 것이 가능하게 된다.

도 4에, 실시 형태에 있어서의 자성체 코어(6)의 배치 형태를 나타낸다. 유도 코일 부재(2a, 2b)가 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 평행하게 배치되어 있다. 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 단부 및 상기 단부를 넘어서 금속 띠판(1)을 덮는 것이 가능한 자성체 코어(6)가, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 양측에 배치되어 있다. 자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상 사이의 전체 폭에 걸쳐 배치되어 있다.

자성체 코어(6)는, 도 3b에 도시한 바와 같이, 금속 띠판(1)의 표면측의 자성체 코어 부재(6a)와, 이면측의 자성체 코어 부재(6b)와, 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)의 금속 띠판(1)을 덮는 부분과는 반대측의 단부(도면에서는, 우측 단부)를 연결하는 자성체 코어 부재(6e)를 구비하고 있다. 또한, 자성체 코어 부재(6e) 대신에 도 3d에 도시한 바와 같이, 비자성의 연결 부재(6d)를 설치해도 된다. 또한, 도 3c에 도시한 바와 같이, 자성체 코어(6)를 비자성의 단열재(6c)로 덮어도 된다.

자성체 코어 부재(6a) 및 자성체 코어 부재(6b)는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를, 유도 코일 부재(2a)측 및 유도 코일 부재(2b)측에서는 많이 덮고，유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b) 사이의 중간부에서는 적게 덮어 있다. 자성체 코어 부재(6a) 및 자성체 코어 부재(6b)의 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 덮는 측은 만곡되어 있다.

자성체 코어 부재(6a) 및 자성체 코어 부재(6b)는, 이동 부재(9)에 의해 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 진퇴 이동하고, 판 폭 변경에 추종할 수 있음과 함께, 금속 띠판(1)의 사행 등에 의한 위치 어긋남에 추종할 수 있다.

도 5a, 5b에, 실시 형태에 있어서의 자성체 코어(6)의 배치 형태를 나타낸다. 도 5a에, 유도 코일 부재(2a, 2b)가 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 평행하게 배치되어 있는 경우를 나타내고, 도 5b에, 유도 코일 부재(2a, 2b)가 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 향해 경사져서 배치되어 있는 경우를 나타낸다. 유도 코일 부재(2a)가 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 향해 유도 코일 부재(2b)측으로 경사져서 배치되고, 유도 코일 부재(2b)가 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 향해 유도 코일 부재(2a) 측으로 경사져서 배치되어 있는 경우를 나타낸다.

도 5a, 5b에 도시한 바와 같이, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부, 및 상기 판 폭 방향 단부를 넘어서 금속 띠판(1)을 덮는 것이 가능한 자성체 코어(6)가, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 양측에 배치되어 있다. 자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상의 사이 전체 폭에 걸쳐 배치되어 있다.

자성체 코어(6)는, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에 있어서 복수의 자성체 코어(60)로 분할되어 있다. 금속 띠판(1)의 표면측의 자성체 코어 부재(6a)는, 복수의 자성체 코어 부재(60a)로 분할되어 있다. 금속 띠판(1)의 이면측의 자성체 코어 부재(6b)는, 복수의 자성체 코어 부재(60b)로 분할되어 있다. 자성체 코어 부재(6a)와 자성체 코어 부재(6b)의 금속 띠판(1)을 덮는 부분과는 반대측의 단부(도면에서는, 우측 단부)를 연결하는 자성체 코어 부재(6e)는, 복수의 자성체 코어 부재(60e)로 분할되어 있다. 복수의 자성체 코어 부재(60a)와 복수의 자성체 코어 부재(60b)에는 동수이며, 복수의 자성체 코어 부재(60a)와 복수의 자성체 코어 부재(60b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상이 금속 띠판(1)의 주행하는 주행 방향에 있어서 각각 서로 겹치도록 배치되어 있다.

분할된 자성체 코어(60)는, 도 3b에 도시한 바와 같이, 금속 띠판(1)의 표면측의 자성체 코어 부재(60a)와, 이면측의 자성체 코어 부재(60b)와, 자성체 코어 부재(60a)와 자성체 코어 부재(60b)의 금속 띠판(1)을 덮는 부분과는 반대측의 단부(도면에서는, 우측 단부)를 연결하는 자성체 코어 부재(60e)를 구비하고 있다. 또한, 자성체 코어 부재(60e) 대신에 도 3d에 도시한 바와 같이, 비자성의 연결 부재(60d)를 설치해도 된다. 또한, 도 3c에 도시한 바와 같이, 자성체 코어(60)를 비자성의 단열재(60c)로 덮어도 된다.

복수의 자성체 코어 부재(60a) 및 복수의 자성체 코어 부재(60b)는, 이동 부재(9)에 의해 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 각각 진퇴 이동하고, 판 폭 변경에 추종할 수 있음과 함께, 금속 띠판(1)의 사행 등에 의한 위치 어긋남에 추종할 수 있다. 또한, 이동 부재(9)에 의해 자성체 코어 부재(60a) 및 자성체 코어 부재(60b)의 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 덮는 측을 연결하는 선을 소정의 프로파일로 할 수 있다.

복수의 자성체 코어(60)는, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)의 금속 띠판(1)으로의 수직 투영 상의 사이 전체 폭에 있어서, 간극 없이 배치할 필요는 없으며, 원하는 가열 온도 분포로 되도록, 적절한 수의 자성체 코어(60)를, 소정의 간격을 두고 배치해도 된다.

자성체 코어 부재(60a) 및 자성체 코어 부재(60b)의 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 덮는 측을 연결하는 선은 만곡되어 있다. 복수의 자성체 코어(60)가, 유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b) 사이의 중앙 영역에서는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 덮도록 배치되고, 유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b)의 근접 영역에서는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 넘어서 금속 띠판(1)의 내부를 덮도록 배치되어 있다. 자성체 코어 부재(60a) 및 자성체 코어 부재(60b)는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를, 유도 코일 부재(2a)측 및 유도 코일 부재(2b)측에서는 많이 덮고，유도 코일 부재(2a)와 유도 코일 부재(2b) 사이의 중간부에서는 적게 덮고 있다.

자성체 코어 부재(60a) 및 자성체 코어 부재(60b)의 판 폭 방향의 진퇴 제어에 의해, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 집중하는 유도 전류가 흐르는 방향을 서서히 억제하여, 금속 띠판의 단부에 흐르는 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 조정하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서의 과가열을 방지한다.

또한, 금속 띠판(1)의 판면을 주회하는 유도 전류의 전류 분포를 자유롭게 조정하여, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향에 있어서의 발열 분포를 정확하게 제어한다.

예를 들어, 금속 띠판(1)이, 유도 가열 장치의 전단에서 라디언트 튜브에 의해 가열되고, 금속 띠판의 단부가 고온 상태에 있는 경우에, 금속 띠판의 단부에 흐르는 전류를 억제하여 발열량을, 금속 띠판의 중앙부에서의 발열량보다도 억제하여, 유도 가열 장치의 나가는 측에서, 금속 띠판의 판 폭 방향의 온도 분포를 균일하게 할 수 있다.

도 5b에 도시한 자성체 코어(60)의 배치의 경우, 유도 코일 부재(2a, 2b) 자체에서, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 흐르는 전류를 어느 정도 조정할 수 있으므로, 유도 코일 부재(2a, 2b) 간에 배치하는 자성체 코어(60)의 수는, 도 5a의 경우에 비하여 적어도 된다.

도 6에, 도 5a를 참조하여 설명한 유도 코일 부재(2a)와, 유도 코일 부재(2b)와 복수의 자성체 코어(60)를 배치한 경우에 있어서의, 금속 띠판(1)에 발생하는 유도 전류(7)의 일 주회 형태를 나타낸다. 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)에서 발생하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부의 양측에 배치한 복수의 자성체 코어(60)에 의해, 금속 띠판(1)의 단부로의 집중이 억제된 유도 전류(7)가, 금속 띠판(1)의 판면 내에서, 타원 형상으로, 시계 방향으로 주회한다. 이와 같이, 복수의 자성체 코어(60)에 의해, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 집중하는 유도 전류가 흐르는 방향을 서서히 억제하여, 금속 띠판(1)의 단부에 흐르는 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 조정하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서의 과가열을 방지한다.

또한, 도 5b를 참조하여 설명한 유도 코일 부재(2a)와, 유도 코일 부재(2b)와 복수의 자성체 코어(60)를 배치한 경우에 있어서도, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)에서 발생하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부의 양측에 배치한 복수의 자성체 코어(60)에 의해, 금속 띠판(1)의 단부로의 집중이 억제된 유도 전류(7)가, 금속 띠판(1)의 판면 내에서, 타원 형상으로, 시계 방향으로 주회한다. 또한, 도 4를 참조하여 설명한 유도 코일 부재(2a)와, 유도 코일 부재(2b)와 자성체 코어(6)를 배치한 경우에 있어서도, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일 부재(2b)에서 발생하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부의 양측에 배치한 자성체 코어(6)에 의해, 금속 띠판(1)의 단부로의 집중이 억제된 유도 전류(7)가, 금속 띠판(1)의 판면 내에서, 타원 형상으로, 시계 방향으로 주회한다.

복수의 자성체 코어(60)의 배치, 및 복수의 자성체 코어(60)의 진퇴 제어는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향의 양측에서, 반드시 대칭일 필요는 없다. 유도 가열 장치의 들어가는 측에서, 이미, 금속 띠판(1)에 판 폭 방향에서 비대칭인 온도 분포로 되어 있는 경우나, 사행 등으로 자장의 분포가 대칭이 되지 않는 경우에는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향에서, 복수의 자성체 코어(60)의 배치를 대칭으로 할 필요는 없으며, 목적에 따라서 적절히 변경하면 된다.

또한, 유도 전류(7)의 주회 형태는, 타원 형상으로 한하지 않고, 자성체 코어(60)의 진입 거리 및/또는 배치수를 적절히 변경함으로써, 다양한 형태를 취할 수 있다.

이제까지, 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일 부재(2a)와 이면측의 유도 코일 부재(2b)가 연결한 1조의 유도 코일 경우에 대하여 설명하였지만, 유도 코일을 복수 조 연속해서 설치한 유도 가열 장치에 있어서도, 전술한 자성체 코어(6), 복수의 자성체 코어(60)는 유효하게 기능하는 것을, 본 발명자는 확인하였다.

도 7에, 2조의 유도 코일(2)을 병렬로 인접해서 설치한 경우에 있어서의 자성체 코어(60)의 일 배치 형태를 나타낸다. 이 경우, 중앙에 위치하는 유도 코일 부재(2b)와, 유도 코일 부재(2a)에는, 동상의 전류를 흐르게 할 필요가 있다. 유도 코일(2)을 금속 띠판(1)의 주행 방향으로 배열해서 설치하고, 인접하는 유도 코일(2)에 동상의 전류를 흐르게 하면, 중앙 부분의 자속 밀도가 높아지게 되어, 상대적으로 판 폭 방향 중앙부에서 발열하는 비율이 커지고, 판 폭 방향 단부의 과가열의 정도를 작게 하는 것이 가능하게 되어, 보다 균일한 가열이 가능하게 된다.

또한, 1단째와 2단째의 유도 코일(2)의 출력을 바꿈으로써, 가열 속도를 자유롭게 제어할 수 있으므로, 상이한 온도 영역을 서로 다른 가열 속도로 가열하는 것이 가능하게 되어, 야금적으로 요구되는 다양한 가열 조건에 정확하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

도 8에, 2조의 유도 코일(2)을 직렬 접속으로 연결해서 설치한 경우에 있어서의 자성체 코어(60)의 일 배치 형태를 나타낸다. 유도 코일(2)을 직렬로 접속해서 배치함으로써, 1단째와 2단째의 유도 코일(2)에 흐르는 전류가 동일하게 되어, 1단째와 2단째의 유도 코일(2)에서의 발열량을 동일하게 하는 것이 가능하다.

도 9a에, TF 방식의 유도 가열 장치의 경우에 있어서의 유도 코일(20) 및 자성체 코어(60)의 일 배치 형태를 나타낸다.

유도 코일(20)은, 금속 띠판(1)의 표면측 및 이면측의 양측에 배치되어 있다. 금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일(20)에 흐르는 전류의 방향과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일(20)에 흐르는 전류의 방향은 동일하다. 전류는, 도면 중 화살표 방향으로 흐른다.

금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일(20)과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일(20)은, 각각, 유도 코일 부재(20a), 유도 코일 부재(20b), 유도 코일 부재(20c), 유도 코일 부재(20d)를 구비하고 있다. 유도 코일 부재(20a)와 유도 코일 부재(20b)는, 금속 띠판(1)에 평행하게 배치되어 있다. 유도 코일 부재(20a)의 양단부와 유도 코일 부재(20b)의 양단부는, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향에 있어서, 금속 띠판(1)으로부터 돌출시켜서 설치되어 있다.

유도 코일 부재(20a)의 일단부와, 유도 코일 부재(20b)의 일단부가 유도 코일 부재(20c)로 연결되고, 유도 코일 부재(20a)의 다른 단부와 유도 코일 부재(20b)의 다른 단부는, 유도 코일 부재(20d)로 연결되어 있다. 유도 코일 부재(20c)는 전기적 접속 수단의 일례이며, 유도 코일 부재(20d)도 전기적 접속 수단의 일례이다.

유도 코일 부재(20a)와 유도 코일 부재(20b)는, 유도 코일 부재(20a)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상과, 유도 코일 부재(20b)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상이, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹치지 않도록 배치되어 있다.

금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일(20)의 유도 코일 부재(20a)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일(20)의 유도 코일 부재(20a)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상은, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹쳐서 배치되어 있다.

금속 띠판(1)의 표면측의 유도 코일(20)의 유도 코일 부재(20b)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상과, 금속 띠판(1)의 이면측의 유도 코일(20)의 유도 코일 부재(20b)를 금속 띠판(1)에 수직 투영했을 때의 수직 투영 상은, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)에서 겹쳐서 배치되어 있다.

복수의 자성체 코어(60)[복수의 자성체 코어 부재(60a) 및 복수의 자성체 코어 부재(60b)]를 구비하는 자성체 코어(6)는, 도 5a를 참조하여 설명한 복수의 자성체 코어(60)[복수의 자성체 코어 부재(60a) 및 복수의 자성체 코어 부재(60b)]를 구비하는 자성체 코어(6)와 동일한 구성이며, 복수의 자성체 코어 부재(60a) 및 복수의 자성체 코어 부재(60b)를 금속 띠판(1)의 판 폭 방향으로 각각 진퇴 이동시키는 이동 부재(9)도 도 5a를 참조하여 설명한 이동 부재(9)와 동일하다.

도 9b에는, 도 9a에 도시한 바와 같이, 자성체 코어(6)를 설치한 경우에, 금속 띠판(1)에 발생하는 유도 전류(70)의 평면 형태를 나타낸다. 도 9c에는, 도 9a에 도시한 자성체 코어(6)를 설치하지 않는 경우에, 금속 띠판(1)에 발생하는 유도 전류(70a)의 평면 형태를 나타낸다.

도 9c를 참조하면, 유도 코일 부재(20a, 20b) 바로 아래의 금속 띠판(1)에는, 화살표 방향으로 흐르는 환상의 유도 전류(70a)가 발생한다. 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 흐르는 유도 전류(70a)는, (a) 유도 코일 부재(20a)와 유도 코일 부재(20b)를 연결하는 유도 코일 부재(20c), 또는, 유도 코일 부재(20d)를 흐르는 1차 전류 사이의 리액턴스를 작게 하려고 하여, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부로 치우쳐 버려서, 전류로의 폭 d2가 좁아지게 되어 버리는 것, (b) 유도 코일 부재(20c), 또는, 유도 코일 부재(20d)로 흐르는 1차 전류에 의해 발생하는 자속이, 근접하는 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부를 집중적으로 관통하는 것, 또한, (c) 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에서는, 금속 띠판(1)의 중앙부에 비해, 금속 띠판(1)의 길이 방향(주행 방향)의 거리만큼, 장시간 가열되는 것 등에 의해, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서는 과가열이 되기 쉽다.

도 9b를 참조하면, 이에 대하여, 복수의 자성체 코어(60)를 설치하고 있으므로, 유도 코일 부재(20a)와, 유도 코일 부재(20b)에서 발생하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부의 양측에 배치한 복수의 자성체 코어(60)에 의해, 금속 띠판(1)의 단부로의 집중이 억제된 유도 전류(70)가, 금속 띠판(1)의 판면 내에서, 타원 형상으로 주회한다. 이와 같이, 복수의 자성체 코어(60)에 의해, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 집중하는 유도 전류가 흐르는 방향을 서서히 억제하여, 금속 띠판(1)의 단부에 흐르는 전류의 전류 밀도와 가열 시간을 조정하고, 금속 띠판(1)의 판 폭 방향 단부에 있어서의 과가열을 방지한다.

실시예

다음으로, 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건 예로 한정되는 것은 아니다.

(실시예 1)

하기 조건에 의해 전자장 해석을 행하여, 효과를 확인하였다.

대상 소재: 0.06%C의 강판(판 폭 1m, 판 두께 1㎜).

유도 코일: 150㎜ 폭의 동판을, 강판을 사이에 두고 표리 평행하게, 강판으로의 수직 투영을 안쪽 치수로 300㎜ 이격하여 설치. 강판과 유도 코일의 간격은 10㎜.

자성체 코어 A: 유도 코일과 유도 코일의 사이에 배치하는 자성체 코어(페라이트제). 폭 30㎜, 두께 20㎜, 깊이 200㎜, 안쪽 높이 100㎜, 깊이 180㎜. 7개(강판 단부 편측)를, 10㎜ 간격으로, 유도 코일로부터 15㎜ 이격하여 배치. 비투자율 2000.

자성체 코어 B: 유도 코일의 배면에 싣는 자속 집중용 자성체 코어(페라이트제). 물성은, 자성체 코어 A와 동일.

가열: 800℃의 비자성 영역에서의 가열.

물성값

강판: 비투자율 1[-], 도전율 10⁶[S/m]

유도 코일: 비투자율 1[-], 도전율 0[S/m]

자성체 코어: 비투자율 2000[-], 도전율 0[S/m]

경계 조건

외주부 대칭 경계

전류: 10㎑ 정전류

해석 모델

실시예: 300㎜의 간격을 두고 판 폭 가득히 부설한 유도 코일 부재(2a, 2b)를, 강판(1)의 표면측과 이면측에 평행하게 설치하고, 2개의 유도 코일 부재(2a, 2b) 사이의 강판 단부 양측에, 자성체 코어 A1 내지 A7을 배치하였다. 도 10에, 실시예의 해석 모델의 구성을 모식적으로 나타낸다.

자성체 코어 A1 내지 A7의 강판 단부로부터의 진입 거리(㎜)를 바꿔서, 유도 코일 부재(2a)(표면측)와 유도 코일 부재(2b)(이면측)에서 발생하는 유도 전류(7)의 주회 형태를 바꾸고, 강판 단부의 온도와 강판 중앙부의 온도를 계산하고, 온도비=강판 단부의 온도/강판 중앙부의 온도를 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다.

비교예 1 내지 3: 300㎜의 간격을 두고 판 폭 가득히 부설한 유도 코일 부재(2a, 2b)를, 강판(1)의 표면측과 이면측에 평행하게 설치하고, 2개의 유도 코일 부재(2a, 2b) 사이의 강판 단부 양측에 자성체 코어는 배치하지 않은 경우(비교예 1), 유도 코일 부재(2a) 근방의 강판(1)의 일단부에 자성체 코어 A1을 배치하고, 유도 코일 부재(2b) 근방의 강판(1)의 타단부에 자성체 코어 A7을 배치한 경우(비교예 2) 및 유도 코일 부재(2a, 2b) 근방의 강판(1)의 양단부에 자성체 코어 A1, A7을 각각 배치한 경우(비교예 3)의 강판 단부의 온도와 강판 중앙부의 온도를 계산하고, 온도비=강판 단부의 온도/강판 중앙부의 온도를 산출하였다. 결과를 표 1에 나타낸다. 도 11, 도 12에, 비교예 2, 3의 해석 모델의 구성을 모식적으로 나타낸다.

	온도비(=단부 온도/중앙 온도)
발명예	1.08
비교예 1	7.3
비교예 2	5.2
비교예 3	3.0

표 1에 나타낸 온도비로부터, 강판의 판 폭 방향에 있어서의 온도 분포가 크게 개선되어 균일화되어 있음을 알 수 있다.

전술한 본 명세서의 실시 형태에 의하면, 자성, 비자성을 막론하고, 또한, 판 두께가 얇은 경우라도, 금속 띠판의 판 폭 방향 단부측을 흐르는 유도 전류를 제어하고, 금속 띠판의 판 폭 방향의 온도 분포를 자유롭게 제어할 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시 형태에 의하면, 금속 띠판이 유도 가열 장치에 진입하기 전에 가열되고, 금속 띠판의 온도 분포에 큰 편차가 있는 경우에도, 금속 띠판을 가열하면서, 원하는 온도 분포에 자유롭게 수정하는 것이 가능하게 되어, 금속 띠판의 열처리 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 명세서의 실시 형태에 의하면, 복사 가열에서는 피가열재가 고온이 됨에 따라 열 수수를 하기 어려워지는 퀴리점을 초과한 온도 영역에서도, 가열 속도를 떨어뜨리지 않고 가열할 수 있으므로, 생산성을 향상시키는 것이 가능하게 되어, 생산 스케줄의 유연성이 비약적으로 향상된다.

2014년 9월 5일에 출원된 일본 특허출원 제2014-181710호의 개시는, 그 전체가 참조로써 본 명세서에 포함된다.

본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원, 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허출원, 및 기술 규격이 참조로써 인용되는 것이 구체적이고 또한 개별적으로 기재된 경우와 동일 정도로, 본 명세서 중에 참조로써 포함된다.

이상, 다양한 전형적인 실시 형태를 설명해 왔지만, 본 발명은 그들 실시 형태로 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는, 다음의 청구범위에 의해서만 한정되는 것이다.

Claims

길이 방향으로 주행하는 금속 띠판을 가로질러서 상기 주행하는 금속 띠판의 판면에 평행하게 설치되고, 각각의 양단부가 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향에 있어서 상기 주행하는 금속 띠판으로부터 돌출시켜서 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 서로 겹치지 않도록 배치된 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재와, 상기 제1 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽과 상기 제2 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽을 전기적으로 접속하는 제1 전기적 접속 수단과, 상기 제1 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽과 상기 제2 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽을 전기적으로 접속하는 제2 전기적 접속 수단을 갖는 유도 코일과,
상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 한쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 일단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제1 자성체 코어 부재와, 상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면과는 반대측의 다른 쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 일단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제2 자성체 코어 부재를 갖는 제1 자성체 코어와,
상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 일단부와 반대측의 타단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제3 자성체 코어 부재와, 상기 주행 방향에 있어서, 상기 제1 유도 코일 부재 및 제2 유도 코일 부재의 사이에 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 다른 쪽의 면측에, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향의 상기 타단부를 상기 제1 유도 코일 부재측 및 제2 유도 코일 부재측에서는 많이, 상기 제1 유도 코일 부재와 제2 유도 코일 부재 사이의 중간부에서는 적게 덮어 설치된 제4 자성체 코어 부재를 갖는 제2 자성체 코어
를 구비하고,
상기 제1 자성체 코어 및 상기 제2 자성체 코어는, 상기 제1 유도 코일 부재 및 상기 제2 유도 코일 부재의 아래에서 상기 금속 띠판에 발생하고 상기 금속 띠판의 판 폭 방향의 각각의 단부에 연결되어 상기 금속 띠판의 판면 내를 주회하는 유도 전류를, 상기 금속 띠판의 판 폭 방향의 각각의 단부를 덮는 상기 제1 자성체 코어 및 상기 제2 자성체 코어의 상기 금속 띠판 중심측의 단부가 이루는 소정의 프로파일을 따르도록 상기 금속 띠판의 중심 방향으로 압출하는 것에 의해, 상기 주회하는 유도 전류가 상기 금속 띠판의 판 폭 방향의 각각의 단부로 집중하는 것을 억제하여, 상기 금속 띠판의 판 폭 방향의 각각의 단부에 있어서 과가열을 방지하는,
금속 띠판의 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 유도 코일 부재는 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면측에 설치되고, 상기 제2 유도 코일 부재는 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 다른 쪽의 면측에 설치되어 있는, 금속 띠판의 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
길이 방향으로 주행하는 금속 띠판을 가로질러서 상기 주행하는 금속 띠판에 평행하게 설치되고, 각각의 양단부가 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향에 있어서 상기 주행하는 금속 띠판으로부터 돌출시켜서 설치되고, 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 서로 겹치지 않도록 배치된 제3 유도 코일 부재 및 제4 유도 코일 부재와, 상기 제3 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽과 상기 제4 유도 코일 부재의 상기 양단부의 한쪽을 전기적으로 접속하는 제3 전기적 접속 수단과, 상기 제3 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽과 상기 제4 유도 코일 부재의 상기 양단부의 다른 쪽을 전기적으로 접속하는 제4 전기적 접속 수단을 갖는 제2 유도 코일을 더 구비하고,
상기 제1 유도 코일 부재 및 상기 제3 유도 코일 부재의 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 서로 겹치도록 배치되고, 상기 제2 유도 코일 부재 및 상기 제4 유도 코일 부재의 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 서로 겹치도록 배치되고,
상기 제1 유도 코일 부재 및 상기 제2 유도 코일 부재는 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 한쪽 면측에 설치되고, 상기 제3 유도 코일 부재 및 상기 제4 유도 코일 부재는 상기 주행하는 금속 띠판의 상기 다른 쪽의 면측에 설치되어 있는, 금속 띠판의 유도 가열 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 자성체 코어 부재 및 상기 제2 자성체 코어 부재는, 상기 주행 방향에 있어서 서로 동수의 복수의 부재로 각각 분할되고, 상기 제1 자성체 코어 부재 및 상기 제2 자성체 코어 부재의 분할된 상기 복수의 부재는, 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 각각 서로 겹치도록 배치되고,
상기 제3 자성체 코어 부재 및 상기 제4 자성체 코어 부재는, 상기 주행 방향에 있어서 서로 동수의 복수의 부재로 각각 분할되고, 상기 제3 자성체 코어 부재 및 상기 제4 자성체 코어 부재의 분할된 상기 복수의 부재는, 상기 주행하는 금속 띠판으로의 수직 투영 상이 상기 금속 띠판의 주행하는 주행 방향에 있어서 각각 서로 겹치도록 배치되어 있는, 금속 띠판의 유도 가열 장치.
제4항에 있어서,
상기 제1 자성체 코어 부재 및 상기 제2 자성체 코어 부재의 상기 분할된 복수의 부재, 및 상기 제3 자성체 코어 부재 및 상기 제4 자성체 코어 부재의 상기 분할된 복수의 부재를, 상기 주행하는 금속 띠판의 판 폭 방향에 있어서 각각 이동시키는 이동 수단을 더 구비하는, 금속 띠판의 유도 가열 장치.
제2항에 있어서,
상기 유도 코일과 동일한 구성의 제2 유도 코일과, 제1 자성체 코어와 동일한 구성의 제3 자성체 코어와, 제2 자성체 코어와 동일한 구성의 제4 자성체 코어를 더 구비하고,
상기 유도 코일과 상기 제2 유도 코일이 상기 주행 방향에 있어서 병렬로 배치되어 있는, 금속 띠판의 유도 가열 장치.