KR20130004870A

KR20130004870A - 유도 가열 장치

Info

Publication number: KR20130004870A
Application number: KR1020110099487A
Authority: KR
Inventors: 에이지 하시모토
Original assignee: 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-01-14
Also published as: CN102869140A; CN102869140B; JP2013016341A; KR101312729B1; JP5659094B2

Abstract

과제
피가열재 폭방향에서의 온도 제어를 달성하는 유도 가열 장치.
해결 수단
제강 라인을 위한 유도 가열 장치로서, 가열 코일(3) 및 가열 코일(3)에 근접하는 근접부(6a)와 가열 코일(3)로부터 멀어지는 원격부(6b)를 갖는 실드 동관(6)과, 가열 코일의 상하면에 배치된 위치·개수 가변의 ㄷ자형 철심(5)을 갖음으로써, 가열에 기여하는 피가열재의 쇄교 자속량을 폭방향에서 조절함에 의해 피가열재 폭방향의 온도를 제어한다.

Description

유도 가열 장치{INDUCTION HEATER DEVICE}

본 발명은, 예를 들면 철강용 열간 압연 라인과 같은 제강 라인에 설치되고, 반송되는 피가열재를 연속적으로 가열하는 유도 가열 장치에 관한 것이다.

유도 가열 장치는, 교류 전원에 접속된 가열 코일을 피가열재의 주변에 배치하고, 쇄교(鎖交) 자속에 의해 유기되는 와전류의 줄 열로 피가열재를 가열한다. 이 유도 가열 장치로서 동관(銅管)을 권회(卷回)한 가열 코일 내에 피가열재를 통과시켜서 가열하는 솔레노이드형 유도 가열 장치가 널리 알려져 있다.

도 6, 도 7에서, 종래의 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시한다. 도 6은 예를 들면 특허 문헌 1 등에 나타낸 종래의 솔레노이드형 유도 가열 장치의 구성을 도시하는 측단면도이다. 도 7은 도 6에서의 유도 가열 장치를 도시하는 정면도이다. 가열 코일(3)은, 피가열재(1)의 폭방향을 주회(周回)하도록 타원형상으로 동관을 권회하여 형성된다. 내열(耐熱) 부재(4)는, 가열 코일(3)의 내측에 배치되고, 피가열재(1)의 통로를 형성한다. ㄷ자형 철심(5)은, 가열 코일(3)의 외측의 자로(磁路)에 따라, 피가열재(1)의 폭방향으로 복수개 병설되어 있다.

일반적으로, 조압연(粗壓延)되는 판형상의 피가열재(1)는, 테이블 롤러(2)에 의해 반송되어 다음 공정으로 보내지는 사이에 방열하여 온도가 저하된다. 그래서, 유도 가열 장치를 배치하고, 유도 가열 장치는, 피가열재(1)를 가열 코일(3)의 내측에 형성되는 통로 내를 통과시켜, 피가열재(1)를 유도 가열함에 의해, 반송 중의 온도 저하를 보상하고 있다.

이와 같이, 종래의 솔레노이드형 유도 가열 장치는, 피가열재(1)의 반송 중의 온도 저하 보상을 목적으로 하고 있다. 그러나, 자속량은, 가열 코일(3)을 형성하는 동관 부근일수록 많기 때문에, 피가열재(1)와 가열 코일(3)을 형성하는 동관과의 물리적인 거리의 원근에 의해, 피가열재 폭방향에서 온도차가 생긴다.

특히, 파이프나 빌릿 등의 철강 제품을, 솔레노이드형 유도 가열 장치를 이용하여 복수개 동시 가열하는 경우에는, 피가열재 폭방향 중앙부에 위치하는 것보다도 폭방향 단부(端部)에 위치하는 것이, 가열 코일(3)과 파이프나 빌릿이 물리적으로 근거리에 있게 된다. 이 때문에, 폭방향 단부의 쇄교 자속이 많아지고 가열되기 쉽다. 이에 의해, 폭방향의 중앙부와 단부가 균일하게 가열되지 않았다.

가열 코일을 피가열재 주위에 권회하는 형식의 유도 가열 장치는 많은 분야에서 이용되고 있고, 상기한 바와 같이 복수의 장척(長尺) 형상의 피가열재를 취급할 때의 폭방향 균열화를 도모한 유도 가열 장치가 제안되어 있다(예를 들면, 특허 문헌 2).

특허 문헌 2에서는, 광학 렌즈 등의 제조 공정에 있어서, 모형(母型)의 주위를 권회하는 가열 코일을 갖는 몰드 프레스 성형 장치를 이용하고 있다. 균열성(均熱性) 확보를 위해, 종래 발열량이 작은 위치(폭방향 중앙부)에서는 가열 코일을 피가열재에 접근시키고, 종래 발열량이 큰 위치(폭방향 단부)에서는 가열 코일을 피가열재로부터 멀어지는 형상으로 하고 있다.

또한, 특허 문헌 2는, 피가열재의 발열량에 응하여 가열 코일의 접근량을 조정 가능하게 하고, 이에 의해, 피가열재의 온도 제어를 미세하게 행할 수 있는 것을 장점으로 하고 있다.

특허 문헌 1 : 일본국 특개평1O-134949호 공보 특허 문헌 2 : 일본국 특개2004-269339호 공보

그러나, 특허 문헌 2의 목적은, 어디까지나 복수의 장척 형상의 피가열재의 균열(均熱) 달성이고, 폭방향의 온도 분포를 제어하는 것, 예를 들면 단부나 중앙부 등의 특정 부위의 온도를 올리는 것과 같은 장점까지는 갖고 있지는 않다.

또한, 종래의 솔레노이드형 유도 가열 장치에서는, 피가열재 폭방향 중앙부에 위치하는 부분보다도 폭방향 단부에 위치하는 부분이, 가열 코일을 형성하는 동관과 가깝게 되고, 폭방향 단부의 쇄교 자속이 많아지기 때문에, 피가열재 폭방향에서의 단부와 중앙부에서 가열 온도에 온도차가 생기고 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고, 피가열재의 폭방향의 균열을 도모함과 함께, 폭방향 중앙부·단부의 승온, 변열(變熱)을 포함한 폭방향 온도 제어를 달성하는 유도 가열 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서의 유도 가열 장치는, 이하와 같은 수단을 갖고 있다.

청구항 제1항에 기재된 유도 가열 장치는, 도전 부재가 권회되고 또한 입구측부터 출구측에 피가열재가 삽통되는 가열 코일과, 상기 가열 코일의 입구측 및 출구측에 설치된 실드 동관과, 상기 가열 코일의 상하면에 설치된 ㄷ자형 철심을 구비하고, 상기 실드 동관은, 상기 피가열재의 폭방향에 대해, 상기 가열 코일에 근접하는 근접부와 상기 가열 코일로부터 멀어지는 원격부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 한다.

청구항 제2항에 기재된 상기 ㄷ자형 철심은, 상기 가열 코일의 상하면이면서 상기 피가열재의 온도를 상승시키고 싶은 개소에 배치되는 것을 특징으로 한다.

청구항 제3항에 기재된 상기 실드 동관은, 상기 피가열재의 폭방향 단부에 상기 근접부가 형성되고, 상기 피가열재의 폭방향 중앙부에 상기 원격부가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

청구항 제1항에 관한 유도 가열 장치에 의하면, 실드 동관이 가열 코일과 근접하는 근접부는, 실드 동관에, 가열 코일에 흐르는 전류와는 역방향의 유기 전류가 흐름에 의해 피가열재의 쇄교 자속을 약하게 한다. 가열 코일로부터 멀어지는 원격부는, 실드 동관에 흐르는 역방향의 유기 전류가 피가열재의 쇄교 자속량에 영향을 미치지 않는 충분한 거리를 갖게 함으로써, 가열에 기여하는 쇄교 자속량을 폭방향에서 조절함에 의해 피가열재 폭방향의 온도를 제어할 수 있다.

본 발명의 청구항 제2항에 관한 유도 가열 장치에 있어서, 가열 코일 상하면에 ㄷ자형 철심을 배치함에 의해, 그 부분의 자속량을 집중할 수 있고, 그 부분의 피가열재 온도를 보다 상승시킬 수 있다.

예를 들면, 피가열재 폭방향 중앙부를, 보다 승온시키고 싶을 때, ㄷ자형 철심을 가열 코일 상하면의 중앙부에 배치함에 의해 폭방향 중앙부의 가열에 기여하는 자속량이 증가하여, 폭방향 중앙부의 승온이 가능해진다.

도 1은 본 발명에서의 제1의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명에서의 제1의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치의 통전 방향과 자속 방향을 설명하기 위한 상면도.
도 3은 본 발명에서의 제1의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치의 폭방향 중앙부와 폭방향 단부의 통전 방향과 자속 방향을 설명하기 위한 측면도.
도 4는 본 발명에서의 제1의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치의 폭방향 중앙부의 통전 방향과 자속 방향을 설명하기 위한 사시도.
도 5는 본 발명에서의 제2의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 사시도.
도 6은 종래의 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 측단면도.
도 7은 종래의 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 정면도.

(제1의 실시의 형태)

이하, 본 발명에 관한 제1의 실시의 형태의 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명에서의 제1의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 사시도이다. 도 1에서, 가열 코일(3)은, 전류가 흐르는 도전 부재로서의 동관이 도 3에 도시하는 피가열재(1)를 덮도록 복수 권회되어, 코일 입구측부터 코일 출구측에 피가열재(1)가 삽통되도록 되어 있다.

도 1에서는, 피가열재(1)의 폭방향 단부와 가열 코일(3)의 물리적 거리의 가까움에 의한 가열 특성을 시정하기 위해, 피가열재(1)의 폭방향의 쇄교 자속량을 조정하기 위한 ㄷ자형 철심(5)과, 볼록형 실드 동관(6)이 배치되어 있다.

ㄷ자형 철심(5)은, 가열 코일(3)의 상하면이면서 피가열재(1)의 온도를 상승시키고 싶은 개소에 배치되어 있다.

볼록형 실드 동관(6)은, 가열 코일(3)의 입구측 및 출구측(개구 부분)에 배치되고, 피가열재(1)의 폭방향에 대해, 가열 코일(3)에 근접하는 근접부(6a)와 가열 코일(3)로부터 멀어지는 원격부(6b)가 형성되어 이루어진다. 도 1에 도시하는 예에서는, 실드 동관(6)은, 피가열재(1)의 폭방향 단부에 근접부(6a)가 형성되고, 피가열재(1)의 폭방향 중앙부에 원격부(6b)가 형성되어 있다.

도 2는, 가열 코일(3)의 통전 방향을 한방향으로 가정한 경우의, 가열 코일(3) 및 볼록형 실드 동관(6)에 흐르는 전류 방향과 자속 방향을 도시한 상면도이다. 도 3은, 가열 코일(3)의 통전 방향을 한방향으로 가정한 경우의, 가열 코일(3) 및 볼록형 실드 동관(6)에 흐르는 전류 방향과 자속 방향을 도시한 측면도이다. 또한, 도 3에서는 볼록형 실드 동관(6)의 폭방향 단부의 효과를 명확화하기 위해, 폭방향 중앙부의 ㄷ자형 철심(5)은 도시하고 있지 않다.

이 예에서는, 볼록형 실드 동관(6)에 의해 가열 코일(3)과 근접하는 근접부(6a)가 피가열재(1)의 폭방향 단부에 형성된다. 폭방향 단부에서는, 가열 코일(3)에 흐르는 전류(Ia)의 변화에 의해 자속(Φ1)이 발생하고, 전류(Ia)에 의해 볼록형 실드 동관(6)에 흐르는 역방향의 유기 전류(Ib)가 유기되어, 역방향의 유기 전류(Ib)에 의해 자속(Φ2)이 발생한다. 이 때문에, 피가열재(1)의 쇄교 자속(Φ1, Φ2)이 도 2, 도 3의 둥근 테두리부에서 상쇄 방향이 됨으로써 약해진다.

한편, 가열 코일(3)로부터 멀어지는 원격부(6b)는, 폭방향 중앙부에 형성됨에 의해, 볼록형 실드 동관(6)에 흐르는 역방향의 유기 전류(Ib)가 피가열재(1)의 중앙부의 쇄교 자속량에서는 영향을 미치지 않는다. 즉, 실드 동관(6)에 흐르는 역방향의 유기 전류(Ib)가 피가열재(1)의 쇄교 자속량에 영향을 미치지 않는 충분한 거리를 갖게 함에 의해, 폭방향 중앙부에서는, 자속이 폭방향 단부보다도 효율적으로 피가열재(1)에 쇄교되어, 폭방향 중앙부의 온도는 상승한다. 즉, 가열에 기여하는 쇄교 자속량을 피가열재(1)의 폭방향에서 조절함에 의해 피가열재(1)의 폭방향의 온도를 제어할 수 있다.

도 4는 폭방향 중앙부의 통전 방향과 자속 방향을 설명하기 위한 사시도이다. ㄷ자형 철심(5)을 피가열재(1)의 폭방향 중앙부에 배치함에 의해, 피가열재(1)의 폭방향 중앙부의 자속은 폭방향 단부보다 효율적으로 피가열재(1)에 쇄교되고, 폭방향 중앙부의 온도는 상승한다.

이와 같이, 실시예 1의 솔레노이드형 유도 가열 장치에 의하면, 가열 코일(3)에 근접하는 근접부(6a)와 가열 코일(3)로부터 멀어지는 원격부(6b)를 갖는 실드 동관(6)과, ㄷ자형 철심(5)을 구비하였기 때문에, 피가열재의 폭방향의 균열을 도모함과 함께, 피가열재(1)의 폭방향의 온도 분포를 유연하게 제어할 수 있고, 예를 들면 단부나 중앙부 등의 특정 부위의 온도를 올릴 수도 있다.

(제2의 실시의 형태)

도 5는, 본 발명에서의 제2의 실시의 형태에 관한 철강용 솔레노이드형 유도 가열 장치를 도시하는 사시도이다. 제2의 실시의 형태는, 실드 동관(6A)은, 피가열재(1)의 폭방향 단부에 원격부(6d)가 형성되고, 피가열재(1)의 폭방향 중앙부에 근접부(6c)가 형성되어 있다. 또한, ㄷ자형 철심(5A)을 가열 코일(3)의 양단부의 상하면에 배치하고 있다.

이와 같이, 실시예 2의 유도 가열 장치에 의하면, 폭방향 중앙부에 형성된 근접부(6c)를 가열 코일(3)과 근접시켜, 폭방향 단부에 형성된 원격부(6d)를 가열 코일(3)과 멀어지게 하는 형상이 된다, 말하자면 오목형의 실드 동관(6A)을 가열 코일(3)의 입출구측 쌍방에 배치함에 의해, 폭방향 중앙부의 가열을 억제할 수 있다.

또한, ㄷ자형 철심(5A)을 가열 코일(3)의 양단분의 상하면에 배치함에 의해, 폭방향 단부의 온도를 상승시킬 수 있다.

또한, 본 발명은, 실드 동관(6)의 피가열재(1)의 폭방향에 대한 요철 형상의 위치에 관해서는 폭방향 중앙부나 폭방향 단부의 위치로 한정되는 일 없이, 폭방향의 그 밖의 위치라도 좋다.

산업상의 이용 가능성

본 발명은, 철강용 열간 압연 라인에서 운용되는 유도 가열 장치에 적용 가능하다.

1 : 피가열재
2 : 테이블 롤러
3 : 가열 코일
4 : 내열 부재
5 : ㄷ자형 철심
6 : 볼록형 실드 동관
6a, 6c : 근접부
6b, 6d : 원격부

Claims

도전 부재가 권회되고 또한 입구측부터 출구측에 피가열재가 삽통되는 가열 코일과,
상기 가열 코일의 입구측 및 출구측에 설치된 실드 동관과,
상기 가열 코일의 상하면에 설치된 ㄷ자형 철심을 구비하고,
상기 실드 동관은, 상기 피가열재의 폭방향에 대해, 상기 가열 코일에 근접하는 근접부와 상기 가열 코일로부터 멀어지는 원격부가 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항에 있어서,
상기 ㄷ자형 철심은, 상기 가열 코일의 상하면이면서 상기 피가열재의 온도를 상승시키고 싶은 개소에 배치되는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실드 동관은, 상기 피가열재의 폭방향 단부에 상기 근접부가 형성되고, 상기 피가열재의 폭방향 중앙부에 상기 원격부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실드 동관은, 상기 피가열재의 폭방향 단부에 상기 원격부가 형성되고, 상기 피가열재의 폭방향 중앙부에 상기 근접부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도 가열 장치.