KR20090075878A

KR20090075878A - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR20090075878A
Application number: KR1020097011066A
Authority: KR
Inventors: 테쯔지 도이자끼
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2006-10-31
Publication date: 2009-07-09
Also published as: WO2008053525A1; TW200820832A; CN101529974A; CN101529974B; KR101006608B1; JP4800391B2; JPWO2008053525A1; TWI337050B

Abstract

유도 가열 장치(1)는 C형 형상을 갖는 철심(2)의 개구부(3) 상하의 철심 다리부(4a, 4b)에 가열 코일이 감겨, 이 개구부(3)의 간격인 인덕터 공극(H)을 조정할 수 있는 인덕터(6)와, 측정한 가열 코일의 전력값을 측정 전력값으로서 검출하는 전력량 검출 수단(15)과, 가열 코일의 최적 가열 조건에 따른 전력 목표값을 설정하는 가열 조건 설정 수단(11)과, 전력량 목표값을 최적 인덕터 공극값으로 변환하는 동시에, 측정 전력량을 측정 인덕터 공극값으로 변환하는 인덕터 공극값 변환 수단(16)과, 공극 편차를 산출하는 공극 편차 산출 수단(17)과, 공극 편차에 기초하여 인덕터 공극을 조정하도록 공극 모터(19)를 제어하는 공극 모터 제어 수단(19)을 구비한다.

유도 가열 장치, 인덕터, 공극 모터, 철심, 가열 코일

Description

유도 가열 장치 {INDUCTION HEATER}

본 발명은 열간 압연 설비에 있어서 반송되는 피가열재의 좌우 양단부측을 가열하는 유도 가열 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 열간 압연 설비에서는 피가열재를 미리 소정의 온도로 가열한 후 연속적으로 반송하여 복수대의 압연 밀을 통과시키고 순차적으로 압연하여 박판을 성형하고 있다. 이 피가열재는 반송 과정에서 그 양측단부가 서서히 방열되어, 이 부분의 온도가 중앙부에 비해 점차 강하되어 간다고 하는 과제가 있다. 단부측이 온도 강하되어 전체의 온도가 불균일한 상태로 압연되면 압연 강판의 품질은 일정하지 않고, 측단부의 경도가 높아져 피가열재가 깨지거나, 압연 밀의 롤러가 편마모되는 등의 문제가 발생한다. 이로 인해, 일반적으로, 열간 압연 설비의 압연 밀의 상류측에 피가열재의 양측단부를 인덕터로 국부적으로 가열하여 전체를 거의 일정한 온도로 한 후 압연하는 유도 가열 장치가 설치되어 있다.

예를 들어, 도 8에 도시하는 유도 가열 장치(100)에서는 철심(2R)을 C형으로 형성하고, 이 C형 철심(2R)의 개구부(3)를 사이에 두고 상하로 대향하는 상부 철심 다리부(4Ra)와 하부 철심 다리부(4Rb)에, 각각 가열 코일을 감아서 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb)를 형성한 인덕터(6R)를 구비한다. 또한, 이 인덕 터(6R)와 동일 구성을 갖는 인덕터(6L)가 대향하여 배치되고, 도 9에 도시한 바와 같이 인덕터(6R)와 인덕터(6L)가 전후의 반송 롤러(9, 9) 사이에 배치되어 있다.

이 유도 가열 장치(1)로 피가열재(7)의 양측단부를 국부적으로 가열하는 경우, 인덕터(6R, 6L)의 개구부(3)에 피가열재(7)의 단부측을 통과시키고, 전원으로부터 가열 코일로 고주파 전류를 상부 인덕터부(5Ra, 5La)와 하부 인덕터부(5Rb, 5Lb)에 통전하여 상하 방향으로 자속을 발생시킨다. 이 자속을 피가열재(7)에 수직으로 쇄교시킴으로써 피가열재(7)에 와전류를 유기시키고, 이 와전류에 의해 줄열(Joule熱)을 발생시켜 피가열재(7)의 양측단부를 국부적으로 가열하도록 하고 있다.

그러나, 이 피가열재(7)는 반송 롤러(9)에 의해 반송되어 오는 과정에서 좌우로 어긋나서, 도 8에 도시한 바와 같이, 피가열재(7)와 인덕터(6R, 6L)가 랩(lap)되는 치수(L)가 변화되는 경우가 있다.

이 랩 치수(L)는 피가열재(7)의 판 폭이나 판 두께, 가열 온도에 따라서 설정되어 있으나, 반송되어 오는 피가열재(7)와 인덕터(6R, 6L)의 랩 치수(L)가 변화되면, 피가열재(7)를 균일하게 가열할 수 없다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 예를 들어 특허 문헌 1(실용신안 등록 제2588606호 공보)에는 반송되어 오는 피가열재의 좌우의 어긋남에 따라서 인덕터가 이동하여 랩 치수(L)를 일정하게 유지함으로써, 피가열재를 최적 조건으로 유도 가열할 수 있는 유도 가열 엣지 히터의 제어 장치가 제안되어 있다.

실용신안 등록 제2588606호 공보에 기재된 유도 가열 엣지 히터의 제어 장치에 의해, 피가열재를 최적 조건으로 유도 가열할 수 있으나, 이 유도 가열 엣지 히터의 총 중량은 약 20t 정도이어서, 유도 가열 엣지 히터를 이동시키는 이동 장치가 대형화되고, 또한 응답 속도가 충분하지 않은 경우가 있었다.

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 콤팩트한 설비이면서, 반송되어 오는 피가열재의 좌우의 어긋남에 따라서 최적 조건으로 유도 가열할 수 있는 응답성이 우수한 유도 가열 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 유도 가열 장치의 일 실시 형태를 도시한 구성도이다.

도 2는 2대의 인덕터가 설치된 본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치의 구성도이다.

도 3은 본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치의 사시도이다.

도 4는 본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치의 유도 가열을 설명하는 설명도이다.

도 5는 인턱터 공극값과 전력량의 관계를 나타낸 도면이다.

도 6은 제1 변형예인 유도 가열 장치의 구성을 도시한 도면이다.

도 7은 인덕터와 피가열재의 거리를 나타내는 인덕터 위치와 전력량의 관계를 나타낸 도면이다.

도 8은 종래의 유도 가열 장치를 도시하는 단면도이다.

도 9는 종래의 유도 가열 장치를 도시하는 평면도이다.

이하, 본 발명에 관한 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

《구성》

본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치(1)는 피가열재(7)의 좌우 양단부측을 상하로부터 사이에 두도록 하여 피가열재(7)의 좌우 양단부측을 유도 가열하는 인덕터(6R)와, 인덕터(6R)로 전력을 공급하는 고주파 전원(10)과, 인덕터(6R)의 가열 조건으로부터 전력량 목표값을 설정하는 가열 조건 설정기(11)와, 인덕터(6R)로의 공급 전류를 검출하는 계기용 변류기(13R)와, 인덕터(6)로의 공급 전압을 검출하는 계기용 변압기(14R)와, 검출된 전류값 및 전압값으로부터 전력량을 측정 전력량으로서 산출하는 전력 검출기(15R)와, 가열 조건 설정기(11)에 의해 출력된 전력량 목표값을 최적 인덕터 공극값으로 변환하는 동시에, 전력 검출기(15R)에 의해 출력된 측정 전력량을 측정 인덕터 공극값으로 변환하는 인덕터 공극값 변환기(16R)와, 최적 인덕터 공극값과 측정 인덕터 공극값의 편차를 공극 편차로서 산출하는 공극 편차 산출기(17R)와, 공극 편차를 없애도록 공극 모터(19R)를 제어하는 공극 모터 제어기(18R)와, 공극 모터(19R)에 의해 인덕터(6R)를 동작시키는 잭(20R)을 구비한다.

또한, 도 1에서는 1대의 인덕터(6R)를 도시하고 있으나, 본 실시 형태에 관 한 유도 가열 장치(1)는, 도 2에 도시한 바와 같이 피가열재(7)의 짧은 방향(폭 방향)의 좌우 양단부측을 사이에 두도록, 1대의 인덕터(6L)가 더 배치되어 있다.

즉, 인덕터(6R)는 상부 철심부(2Ra) 및 하부 철심부(2Rb)로 이루어지는 철심(2R)을 C형으로 형성하고, 이 C형 철심(2R)의 개구부(3)를 사이에 두고 상하로 대향하는 상부 철심 다리부(4Ra)와 하부 철심 다리부(4Rb)에, 각각 가열 코일을 감은 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb)를 구비하고 있다. 또한, 이 인덕터(6R)와 동일 구성을 갖는 인덕터(6L)가 대향하여 배치되고, 도 3에 도시한 바와 같이, 상부 철심 다리부(4Ra)와 하부 철심 다리부(4Rb)에 끼워진 개구부(3)에, 반송 롤러(9)에 의해 반송된 피가열재(7)의 단부측을 통과시킨다.

이에 의해, 인덕터(6R)는, 도 4에 도시한 바와 같이 전원(10)으로부터 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb)로 전류를 흐르게 하여 상하 방향으로 자속(φ)을 발생시킨다. 그리고, 이 자속(φ)을 피가열재(7)에 쇄교시킴으로써 와전류를 유기시켜, 줄열을 발생시켜 피가열재(7)를 가열한다.

또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 인덕터(6R)는 C형 철심(2R)의 하부 철심부(2Rb)에 대해 상부 철심부(2Ra)가, 힌지부(2Rc)를 중심으로 회전함으로써, 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb)의 거리인 인덕터 공극(H)을 조정할 수 있는 구조를 갖고 있다. 인덕터(6L)에 대해서도 동일한 구성을 갖는다.

이에 의해, 반송되어 오는 피가열재(7)의 좌우의 어긋남이 발생한 경우에도, 발생한 어긋남에 대응하여 인덕터 공극(H)을 조정함으로써, 피가열재(7)에 발생하는 줄열을 균일하게 할 수 있다.

《작용》

다음에, 본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치(1)의 작용에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 또한, 인덕터(6R)와 인덕터(6L)는 동일 구성을 가지므로, 이하에 인덕터(6R)에 대해서만 설명하고, 인덕터(6L)에 대한 설명은 생략한다.

우선, 가열 조건 설정기(11)는 외부 입력 등에 의해 피가열재(7)의 적어도 재질, 판 폭 및 판 두께로부터 최적 가열할 수 있는 전력량의 설정값을 접수하여, 접수된 전력량의 설정값을 전력량 목표값으로서 설정하여, 인덕터 공극값 변환기(16R)로 출력한다.

한편, 반송 롤러(9)에 의해 반송되고 있는 피가열재(7)는 양단부측이 유도 가열 장치(1)의 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb) 사이를 주행하고, 여기에서 발생하는 자속에 의해 유도 가열된다.

인덕터(6R)의 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb)에는 고주파 전원(10)으로부터 통전 회로(12R)를 통해 고주파 전류가 통전되고, 이 통전 회로(12R)에 설치한 계기용 변류기(13R)에 의해 공급 전류가 검출되는 동시에, 계기용 변압기(14R)에 의해 공급 전압이 검출된다.

그리고, 계기용 변류기(13R)에 의해 검출된 전류값과 계기용 변압기(14R)에 의해 검출된 전압값이 전력 검출기(15R)로 송신되어, 전력 검출기(15R)가 수신한 전류값 및 전압값으로부터 전력량을 측정 전력량으로서 산출한다.

그리고, 인덕터 공극값 변환기(16R)는 가열 조건 설정기(11)에 의해 설정된 전력량 목표값을 최적 인덕터 공극값으로 변환한다.

또한, 인덕터 공극값 변환기(16R)는 전력 검출기(15R)에 의해 검출된 측정 전력량을 수신하여, 수신된 측정 전력량을 측정 인덕터 공극값으로 변환한다.

도 5는 인덕터(6R)에 있어서의 인덕터 공극값과 전력량의 관계를 나타낸 도면이다. 부호 501은 인덕터 공극값(H)에 대한 전력량(W)을 나타내고 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 전력량(W)은 인덕터 공극값(H)을 크게 하는 것에 따라서, 인덕터(6R)의 임피던스가 작아져, 전력량(W)이 작아지는 것을 도시하고 있다.

그래서, 인덕터 공극값 변환기(16R)는 도 5의 관계를 사용하여 전력량(W)을 인덕터 공극(H)으로 변환함으로써, 최적 인덕터 공극값 및 측정 인덕터 공극값을 산출한다.

다음에, 공극 편차 산출기(17R)는 인덕터 공극값 변환기(16R)에 의해 변환된 최적 인덕터 공극값과 측정 인덕터 공극값의 편차를 공극 편차로서 산출하여, 공극 모터 제어기(18R)로 출력한다.

그리고, 공극 모터 제어기(18R)는 최적 인덕터 공극값과 측정 인덕터 공극값의 편차를 없애도록, 즉 공극 편차 산출기(17R)로부터 수신된 공극 편차가 제로가 되도록 공극 모터(19R)를 제어하는 제어량을 산출하여, 산출된 제어량을 공극 모터(19R)로 송신한다.

공극 모터(19R)는 수신된 제어량에 기초하여 동작하여, 잭(20R)을 동작시킨다.

이 잭(20R)의 동작에 의해 인덕터(6R)의 상부 철심부(2Ra)가 하부 철심 부(2Rb)에 대해 힌지부(2Rc)를 중심으로 회전한다.

이에 의해, 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb) 사이의 거리인 인덕터 공극(H)을 조정할 수 있어, 콤팩트한 설비이면서 반송되어 오는 피가열재(7)의 좌우의 어긋남에 대해 응답이 양호한 최적 조건으로 유도 가열할 수 있다.

<제1 변형예>

본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치(1)는 인덕터(6R)의 전력량에 따라서, 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb) 사이의 거리인 인덕터 공극(H)을 조정한다.

제1 변형예인 유도 가열 장치(1a)는 인덕터(6R)의 전력량에 따라서 인덕터 공극(H)을 조정하는 동시에, 인덕터(6R)가 고정된 대차를 피가열재(7)의 짧은 방향으로 횡이동시킴으로써, 피가열재(7)와 인덕터(6R)의 거리를 조정한다.

이와 같이, 설정된 최적 조건이 되는 위치에 인덕터(6R)를 이동시키고, 더불어 인덕터 공극(H)을 조정함으로써, 반송되어 오는 피가열재(7)의 좌우의 어긋남에 대해 가열 온도를 미세 조정하면서 유도 가열할 수 있다.

《구성》

도 6은 제1 변형예인 유도 가열 장치(1a)의 구성을 도시한 도면이다.

제1 변형예인 유도 가열 장치(1a)는 본 실시 형태에 관한 유도 가열 장치(1)의 구성에 추가하여, 또한 피가열재(7)의 짧은 방향에 있어서의 피가열재(7)와 인덕터(6R)의 거리를 조정할 수 있도록 인덕터(6R)가 고정된 대차(28R)를 이동시키는 인덕터 모터(25R)와, 인덕터 모터(25R)에 의해 이동된 대차(28R)에 고정된 인덕 터(6R)의 위치를 측정 인덕터 위치 검출값으로서 검출하는 인덕터 위치 검출기(26R)와, 가열 조건 설정기(11)에 의해 설정된 전력량 목표값을 최적 인덕터 위치 설정값으로 변환하는 인덕터 위치 변환기(22R)와, 인덕터 위치 변환기(22R)에 의해 변환된 최적 인덕터 위치 설정값과 인덕터 위치 검출기(26R)에 의해 검출된 측정 인덕터 위치 검출값의 편차를 인덕터 위치 편차로서 산출하는 인덕터 위치 편차 산출기(23R)와, 인덕터 위치 편차 산출기(23R)에 의해 산출된 인덕터 위치 편차에 기초하여 인덕터 모터(25R)를 제어하는 인덕터 모터 제어기(24R)를 더 구비한다.

또한, 도 6에서는 1대의 인덕터(6R)를 도시하고 있으나, 제1 변형예인 유도 가열 장치(1a)는 피가열재(7)의 짧은 방향(폭 방향)의 좌우 양단부측을 사이에 두도록, 1대의 인덕터(6L)가 더 배치되어 있다.

《작용》

다음에, 제1 변형예인 유도 가열 장치(1a)의 작용에 대해 도 6을 참조하여 설명한다.

우선, 가열 조건 설정기(11)는 외부 입력 등에 의해 피가열재(7)의 적어도 재질, 판 폭, 판 두께로부터 최적 가열할 수 있는 전력의 설정값을 접수하여, 접수된 전력의 설정값을 전력량 목표값으로서 설정하여, 인덕터 위치 변환기(22R)로 출력한다.

한편, 반송 롤러(9)에 의해 반송되고 있는 피가열재(7)는 양단부측이 유도 가열 장치(1a)의 상부 인덕터부(5Ra)와 하부 인덕터부(5Rb) 사이를 주행하고, 여기 에서 발생하는 자속에 의해 유도 가열된다.

인덕터 위치 검출기(26R)는 인덕터(6R)가 고정된 대차(28R)의 위치를 측정하고, 측정된 대차(28R)의 위치로부터 인덕터(6R)의 위치 정보를 산출하여, 인덕터 위치 검출 신호로서 인덕터 위치 편차 산출기(23R)로 출력한다.

그리고, 인덕터 위치 변환기(22R)는 가열 조건 설정기(11)에 의해 출력된 전력 목표값을 최적 인덕터 위치 신호로 변환한다.

도 7은 인덕터(6R)와 피가열재(7)의 거리를 나타내는 인덕터 위치와 전력량의 관계를 나타낸 도면이다. 부호 701은 인덕터 위치(M)에 대한 전력량(W)을 나타내고 있다.

도 7에 도시한 바와 같이, 전력량(W)은 인덕터 위치(M)가 커지는, 즉 피가열재(7)의 짧은 방향에 있어서의 인덕터(6R)와 피가열재(7)의 거리가 이격되는 것에 따라서, 인덕터(6R)의 임피던스가 작아져, 전력량(W)이 작아지는 것을 나타내고 있다.

인덕터 위치 변환기(22R)는 도 7의 관계에 의해 전력량(W)을 인덕터 위치(M)로 변환함으로써, 최적 인덕터 위치를 산출하여, 최적 인덕터 위치 신호로서 인덕터 위치 편차 산출기(23R)로 출력한다.

다음에, 인덕터 위치 편차 산출기(23R)는 인덕터 위치 검출기(26R)에 의해 검출된 인덕터 위치 검출 신호를 수신한다. 그리고, 수신된 인덕터 위치 검출 신호와 인덕터 위치 변환기(22R)에 의해 수신된 최적 인덕터 위치 신호로부터, 측정 인덕터 위치와 최적 인덕터 위치의 편차를 인덕터 위치 편차로서 산출하여, 산출된 인덕터 위치 편차를 인덕터 위치 편차 신호로서 인덕터 모터 제어기(24R)로 송신한다.

다음에, 인덕터 모터 제어기(24R)는 최적 인덕터 위치와 측정 인덕터 위치의 편차를 없애도록, 즉 인덕터 위치 편차 산출기(23R)로부터 수신된 인덕터 위치 편차가 제로가 되도록 인덕터 모터(25R)를 제어하는 제어량을 산출하여, 산출된 제어량을 인덕터 모터(25R)로 송신한다.

인덕터 모터(25R)는 수신된 제어량에 기초하여 동작하여, 인덕터(6R)가 고정된 대차(28R)의 저부에 설치한 차륜(29R)을 피가열재(7)의 짧은 방향으로 횡이동시킨다.

이에 의해, 인덕터 위치 검출기(26R)에 의해 측정된 인덕터 위치(M)가 설정된 최적 위치가 되도록 대차(28R)에 고정된 인덕터(6R)를 이동시킬 수 있다. 또한, 인덕터 공극(H)을 조정함으로써, 반송되어 오는 피가열재(7)의 좌우의 어긋남에 대해 가열 온도를 미세 조정하면서 유도 가열할 수 있다.

Claims

단부에 가열 코일이 감겨진 하부 철심부, 이 하부 철심부에 대해 소정 간격의 인덕터 공극을 갖고 대향 배치되는 동시에 단부에 가열 코일이 감겨진 상부 철심부 및 이 상부 철심부를 상기 하부 철심부에 대해 회전 가능하게 축지지하는 힌지부를 구비하여 C형으로 형성되고, 상기 인덕터 공극 사이로 반송되어 온 피가열재를 가열하는 인덕터와,

상기 가열 코일의 통전 회로에 설치되어, 가열 코일에 공급되는 전력량을 검출하는 전력량 검출 수단과,

상기 인덕터에 의해 가열되는 피가열재의 적어도 재질, 판 폭 및 판 두께로부터 상기 가열 코일의 최적 가열 조건을 설정하여, 설정된 최적 가열 조건에 따른 전력량 목표값을 설정하는 가열 조건 설정 수단과,

설정된 전력량 목표값을 최적 인덕터 공극값으로 변환하는 동시에, 상기 전력량 검출 수단에 의해 검출된 전력량을 측정 인덕터 공극값으로 변환하는 인덕터 공극값 변환 수단과,

변환된 최적 인덕터 공극값과 측정 인덕터 공극값의 편차를 공극 편차로서 산출하는 공극 편차 산출 수단과,

산출된 공극 편차를 없애도록 상기 상부 철심부를 회전시키는 모터를 제어하는 공극 모터 제어 수단

을 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,

상기 피가열재와 상기 인덕터의 상기 피가열재의 짧은 방향에 있어서의 거리를 조정할 수 있도록 상기 인덕터를 이동시키는 인덕터 모터와,

상기 인덕터 모터에 의해 이동된 상기 인덕터의 위치를 측정 인덕터 위치 검출값으로서 검출하는 인덕터 위치 검출 수단과,

상기 가열 조건 설정 수단에 의해 설정된 전력량 목표값을 최적 인덕터 위치 설정값으로 변환하는 인덕터 위치 변환 수단과,

상기 인덕터 위치 변환 수단에 의해 변환된 최적 인덕터 위치 설정값과 상기 인덕터 위치 검출 수단에 의해 검출된 측정 인덕터 위치 검출값의 편차를 인덕터 위치 편차로서 산출하는 인덕터 위치 편차 산출 수단과,

상기 인덕터 위치 편차 산출 수단에 의해 산출된 인덕터 위치 편차를 없애도록 상기 인덕터 모터를 제어하는 인덕터 모터 제어 수단

을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.