KR20140016524A

KR20140016524A - 가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템

Info

Publication number: KR20140016524A
Application number: KR1020120083122A
Authority: KR
Inventors: 이덕만
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-07-30
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2014-02-10
Also published as: RU2605020C2; KR101428178B1; CN104508154B; CN104508154A; RU2015106945A; WO2014021596A1; JP6099745B2; JP2015531147A

Abstract

가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템이 제공된다.
상기 가열장치는, 평판소재를 가열토록 자기장을 발생시키고, 평판소재의 적어도 일면에 이격 되어 배치되는 폴부 및, 상기 폴부와 연계되면서 전류가 인가되고 공간 활용을 용이토록 제공되는 리드부;를 포함하여 구성될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 금속판 또는, 압연판과 같은 연속 금속판을 가열하되, 가열 구동을 위한 매칭부와 위치제어를 위한 운송부(구동기구)와 연계되는 신장될 수 있는 리드부를 구비하기 때문에, 공간 활용이 확보되어, 특히 공간이 협소한 압연라인에서의 장치구축을 용이하게 하면서, 판 폭 방향으로의 균일가열도 구현하고, 폴부와 헤드부 등의 코일 권선 구조를 개선하여, 궁극적으로 금속판의 최적 가열을 가능하게 하는 등의 개선된 효과를 얻을 수 있다.

Description

가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템{Transverse Flux Induction Heater, and Heating System for Strip having The Same}

본 발명은 평판소재 예컨대, 수직 플럭스 유도 가열을 통하여 금속판을 가열하기 위한 가열장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 공간 활용이 확보되어, 특히 공간이 협소한 압연라인에서의 장치구축을 용이하게 하면서, 판 폭 방향으로의 균일가열도 구현하면서, 폴부와 헤드부 등의 코일 권선 구조를 개선하여, 궁극적으로 금속판의 최적 가열을 가능하게 한 가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템에 관한 것이다.

평판소재 예컨대, 금속판 또는 연속 진행되는 연속 금속판 등의 압연판 가열시 사용되는 수직 플럭스(종방향 자속) 유도코일(Transverse Flux Induction Coil)(이하, 'TFIC' 라 함)은 솔레노이드 가열 코일(Longitudinal Flux Induction Coil, 'LFIC'라 함)로부터 개발된 유도 가열 기술 중의 하나이다.

이때, 도 1 및 도 2에서는 이와 같은 LFIC와 LFIC에서 개선된 TFIC에 의한 금속판 가열 원리를 나타내고 있다.

예컨대, 도 1a에서와 같이, LFIC에 의해 발생하는 자기장은 금속판에 수평으로 작용하므로 금속판의 수직 단면에 와전류(Eddy current)를 발생시키고, 이때 와전류에 의한 금속판의 효율적인 가열을 위해서는 금속판의 두께가 자기장 침투깊이(δ = √(1/πfμσ))의 3배 이상이어야 하는데, 이는 도 1b에서와 같이, 금속판의 상부와 하부에 반대로 흐르는 와전류가 서로 충돌하여 상쇄('A' 영역)되는 것을 방지하기 위한 것이다.

따라서, 알려진 LFIC 유도가열의 경우에는, 금속판 두께가 얇아질수록 침투 깊이도 낮아져야 하기 때문에, 재료의 높은 투자율(μ) 또는 장치의 높은 운전 주파수(f)가 필요하게 된다. 그러나, 투자율은 금속의 고유 물성치로서 제어가 불가능하고 큐리 온도 이상에서는 공기와 같이 낮은 값으로 되기 때문에, 높은 운전 주파수로만 운전하는 것이 필요하게 된다. 이는 대용량 전력 설비의 구현에 있어 제한이 있기 때문에 LFIC에 의한 비자성 금속판의 유도 가열에는 구조적으로 한계가 있었다.

다음, 도 2a에서 도시한 바와 같이, TFIC는 금속판에 수직으로 관통하는 자기장을 발생시키고 침투 깊이도 금속판의 두께보다 크게 설계하기 때문에 유도되는 와전류의 상쇄 현상이 없어지고, 또한 도 2b에 도시한 바와 같이, 금속판 상부 및 하부를 흐르는 와전류는 같은 부호이면서 서로 중첩(B)되어 전류 밀도를 상승시키므로 가열 효과(P=I^2*R)를 높일 수 있도록 한 것이다.

이에 따라서, 비자성 금속판 또는 박판의 유도 가열에서는 TFIC의 경우 가열 효율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

한편, 이와 같은 TFIC의 초기 모델의 경우 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 단순한 직사각형의 권선 형태였는데, 이 경우 강판에 유도되는 와전류 밀도는 금속판 에지 근방에서 폭방향 불균일성이 커지는 형태가 된다. 이는 단순 직사각형 형태의 권선을 사용할 경우에 생기는 일반적인 문제이며 코일 헤드(Head)를 만곡형태로 하고 그 만곡을 최적화하면 불균일도를 최소화 할 수 있다.

그런데, 상, 하로 각각 한 쌍의 TFIC 가열(유도)코일을 사용하는 유도 가열의 기술이 미국특허 US 5,401,941호에서 개시되고 있다.

이때, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 상기 미국 특허의 경우, 상,하로 총 2쌍의 TFIC를 이용하는 것으로서, 각각의 TFIC 구동과 매칭부(콘덴서,트랜스포머 등)와, 위치 제어를 위한 운송부(운송 기구)가 필요하다.

예를 들어, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 상기 미국특허의 경우 각각의 TFIC는 유도 코일과 연계되는 매칭부와 운송부의 공간 확보 등을 고려하여 한쌍의 TFIC는 각각 반대방향으로 배열되어야 하고, 금속판의 폭 변위 등에 대응하여 2쌍의 TFIC로 위치제어를 구현한 것이다.

따라서, 상기 미국 특허의 경우, 매칭부(전원부) 및 유도코일의 위치 제어를 위한 운송부(drive device,frame work 등)를 각각 반대편에 위치시켜 사용하여야 하기 때문에, 장치 가동을 위한 공간이 많이 필요하고, 이와 같은 공간 확보의 조건상 특정 공정 특히, 압연 라인에 적용하는 것은 사실상 불가능하였다.

예를 들어, 연속 주조후 연속적으로 압연을 수행하는 박판의 연연속 압연라인의 경우에는 상기와 같은 미국 특허의 TFIC를 적용하는 것은 사실상 불가능한 것이다.

또한, 미국 특허와 같은 직선(전체적으로는 사각형 형태의 권선) 형태의 헤드부(Head Design)의 경우에는, 충분한 코일간격(Pole Pitch)을 확보하면 폭 방향으로 온도분포를 어느 정도 균일하게 할 수는 있지만, 압연라인과 같이 유도코일의 설치 공간상의 제약이 있는 경우에는, 특히 금속판 중심에서 에지쪽으로의 폭 방향 온도분포를 균일하게 제어하기 어려운 문제가 있었다.

따라서, 당 기술분야에서는, 금속판 또는, 압연판과 같은 연속 금속판을 가열하되, 가열 구동을 위한 매칭부(matching)와 위치제어를 위한 운송부(구동기구)와 연계되는 (길이를 갖는) 리드부를 구비함으로써, 공간 활용이 확보되어, 특히 공간이 협소한 압연라인에서의 장치구축을 용이하게 하면서, 판 폭 방향으로의 균일가열도 구현하면서, 폴부와 헤드부 등의 코일 권선 구조를 개선하여, 궁극적으로 금속판의 최적 가열을 가능하게 한 가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템이 요구되고 있다.

상기와 같은 요구를 달성하기 위한 기술적인 일측면으로서 본 발명은, 평판소재를 가열토록 자기장을 발생시키고, 평판소재의 적어도 일면에 이격 되어 배치되는 폴부; 및,

상기 폴부와 연계되면서 전류가 인가되고 공간 활용을 용이토록 제공되는 리드부;

를 포함하여 구성된 가열장치를 제공한다.

바람직하게는, 상기 폴부와 리드부는, 평판소재인 금속판의 길이방향이나 연속 금속판의 진행방향으로 제공되는 적어도 한 쌍의 제1,2 폴부와 제1,2 리드부로 구성되되, 상기 리드부들은 전류인가를 위한 매칭부와 장치의 위치제어를 위한 운송부가 연계되되, 금속판의 일측으로 정렬되는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 제1,2 폴부에 제공되고 금속판의 제1,2 에지에 대응되어 위치 정열되는 제1,2 헤드부;를 더 포함하여 금속판의 폭방향 균일가열을 가능토록 구성되는 것이다.

이때, 상기 제1,2 헤드부는 균일 가열을 가능토록 적어도 일부분은 만곡되는 것이다.

바람직하게는, 상기 제1,2 헤드부의 반대측으로 제1,2 폴부에 제공되는 금속판 제2,1 에지측의 제3,4 헤드부;를 더 포함하는 것이다.

더 바람직하게는, 상기 제1 리드부를 구성하는 전류 인입 및 인출 리드들은, 서로 인접되어 매칭부와 운송부에 연계토록 신장되면서, 상기 제1 헤드부를 형성토록 연이어 만곡되면서 이격되고, 연이어 제1 폴부가 형성되고 상기 제1 폴부의 단부에 서로 연결되는 상기 제3 헤드부가 형성되되, 적어도 하나의 단위코일이 권선되는 것이다.

이때, 상기 제1 폴부와 제1,3 헤드부는, 리드들과 연결되고 적어도 2열 이상의 단위코일들이 겹쳐져 배열되면서 일체로 형성되고, 제2 헤드부측에 제공되는 연결코일을 더 포함하는 것이다.

또는, 상기 제2 리드부를 구성하는 전류 인입 및 인출 리드들은 서로 이격되어 매칭부와 운송부에 연계토록 신장되면서, 연이어 제2 폴부와 제2 헤드부가 형성되고, 상기 리드부 측에 제4 헤드부가 형성되되, 적어도 하나의 단위코일이 권선되는 것이다.

바람직하게는, 상기 제2 폴부와 제2,4 헤드부는, 적어도 2열 이상의 단위 코일이 겹쳐져 배열되면서 일체로 형성되고, 제4 헤드부 측으로 리드와 연결되는 단차코일을 더 포함하는 것이다.

또한, 기술적인 다른 측면으로서 본 발명은, 적어도 한 쌍의 상기 가열장치가 연속 금속판의 상측과 하측에 서로 대향 배치되되, 상기 가열장치의 양측에 금속판의 진행을 위하여 제공되는 금속판 진행롤 들을 포함하고,

상기 가열장치들의 폴부 중심 간 간격 t는 t < L * 0.75를 만족하고, 여기서 L=X-D이고, L은 진행롤 사이의 간격, X는 진행롤의 중심 간 간격, D는 진행롤의 직경이다.

더 바람직하게는, 상기 금속판 상측과 하측에 배열되는 가열장치는 서로 대향하여 마주하도록 배열되되, 상측과 하측의 가열장치의 폴부 간 간격 h는 60∼150mm로 제공되고, 상기 가열장치에 구비된 제1,2 폴부간 폭a는, 0.5t < a < 0.75t를 만족하도록 구성되는 것이다.

이와 같은 본 발명에 의하면, 금속판 또는, 압연판과 같은 연속 금속판을 가열하되, 가열 구동을 위한 매칭부와 위치제어를 위한 운송부(구동기구)와 연계되는 (길이를 갖는) 리드부를 구비하게 한다.

따라서, 본 발명은 공간 활용이 확보되어, 특히 공간이 협소한 압연라인에서의 장치구축을 용이하게 하는 것이다.

또한, 판 폭 방향으로의 균일가열도 구현하는 것이다.

특히, 폴부와 헤드부 등의 코일 권선 구조를 개선하여, 궁극적으로 본 발명은 금속판의 최적 가열을 가능하게 하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 종래 LFIC를 도시한 구성도 및 작동 상태도
도 2a 및 도 2b는 종래 TFIC를 도시한 구성도 및 작동 상태도
도 3은 본 발명에 따른 평판소재(금속판,박판) 가열장치를 도시한 개략 평면도
도 4는 도 3의 본 발명 가열장치의 바람직한 실시예를 도시한 사시도
도 5는 도 4의 본 발명 가열장치의 실시예에서 각 TFIC 코일(A코일,B코일)만의 출측 온도 프로파일과 온도 프로파일들을 합한 온도 프로파일을 도시한 그래프
도 6은 본 발명 가열장치의 상하부 코일 1셋트를 단위로 하여 연속 금속판에 배열된 금속판 가열 시스템을 도시한 측면 구성도

이하, 도면을 참고로 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3 내지 도 4에서는 본 발명에 따른 평판소재 예컨대, 금속판(10)를 앞에서 설명한 수직 플럭스 유도 가열 방식으로 가열하는 가열장치(1)를 도시하고 있고, 도 6에서는 이와 같은 본 발명의 가열장치(1)를 한 쌍이 연속 금속판(10')(예컨대 연연속 박 압연판)의 상,하측으로 배열되는 연속 금속판 가열시스템(1')을 도시하고 있다.

따라서, 이하의 본 실시예 설명에서는, 도 3 내지 도 4의 본 발명 가열장치 (1)를 설명하고, 이를 기반으로 도 6의 가열시스템(1')을 설명한다.

한편, 다음에 상세하게 설명하겠지만, 이하의 본 실시예에서는 제1 내지 제4 헤드부(70)(170)(90)(190)들은 모두 금속판(10)의 제1 에지(12)(예컨대, 금속판의 길이방향이나 연속 금속판인 경우 진행방향을 기준으로 우측 에지)와 제2 에지(14)(예컨대, 금속판의 길이방향이나 연속 금속판의 진행방향을 기준으로 좌측 에지)에 대응 위치되거나 에지측으로 부근에 제공되는 것으로서, 폴(30)(130)의 간격(pole pitch)을 결정하게 되고, 금속판 에지의 가열에 중요한 요소이다.

다만, 본 실시예에서는 적어도 일부분이 만곡된 도 4의 헤드부를 제1,2 헤드부(70)(170)로 설명하고, 폴부 사이에 연결되는 직선상(사각형태)의 헤드부를 제3,4 헤드부(90)(190)로 구분하여 설명한다.

또한, 이하의 실시예 설명에서 단순 평판소재인 금속판(10)과 연속 진행되는 연속 금속판(10')의 도면부호를 구분하여 설명하나, 앞에서 설명한 바와 같이 본 발명의 가열장치(1)는 금속판 또는 연속 금속판 모두에 적용 가능함은 물론이다.

따라서, 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

먼저, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열장치(1)는 구성 일예로서, 금속판(10)을 가열토록 자기장을 발생시키고 금속판(10)의 적어도 일면에 이격되어 배치되는 폴부(3) 및, 상기 폴부(3)와 연계되면서 장치의 공간 활용을 용이토록 제공되는 리드부(5)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서, 도 3에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열장치(1)는 신장되어 제공될 수 있는 별도의 리드부(5)를 구비하기 때문에, 리드부가 연장되면서 원하는 공간 활용의 환경을 제공하는데, 예를 들어 전류 인가와 위치제어(금속판의 폭 가변에 따른 위치 제어)를 위한 매칭부와 운송부(M/T)와 리드부가 연계되기 때문에, 도 3과 같이 리드부(5)를 금속판(10)의 일측 에지를 기준으로 동일선상으로 정렬시키어도 매칭부와 운송부간 연결과 장치의 운용에 문제가 없고, 결국 공간이 협소한 압연라인에의 본 발명 장치의 적용을 용이하게 하는 것이다.

즉, 본 발명의 가열장치(1)는 특히, 공간 활용이 어려운 압연라인 예컨대, 연속 주조후 연이어 압연공정을 수행하는 박판(압연판)의 연연속 압연시에도, 최적의 환경에서 박판 가열을 균일하면서 적정하게 수행하면서도, 미국특허에서와 같은 공간적인 제한을 제거한 것이다.

또한, 본 발명의 리드부(50)(150)는 실질적으로 금속판의 폭이 변하는 경우 폭방향의 균일 가열을 위한 금속판 에지와 대응되는 가열장치의 위치제어를 위한 운송부와도 연장되는 길이를 조정하면 원하는 공간 배열을 기반으로 적정한 환경에서 연계될 수 있는 것이다.

물론, 도 3에서와 같이, 본 발명 가열장치(1)에서 리드부(5)는 금속판(10)의 제1 에지(12) 또는 제2 에지(14) 측에만 위치되도록 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 제1 에지와 제2 에지에 각각 리드부(5)가 배열되면, 그 만큼 필요한 공간이 금속판 양측에서 필요하기 때문이다.

다음, 도 4에서는 도 3에서 설명한 본 발명 가열장치(1)의 바람직한 실시예를 도시하고 있다.

즉, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열장치(1)는, 금속판(10)의 길이방향(또는 연속 금속판(압연판)(10')의 진행방향)으로 제공되는 적어도 한 쌍의 제1,2 폴부(30)(130)와 제1,2 리드부(50)(150)로 구성될 수 있고, 이때 앞에서 설명한 바와 같이, 상기 리드부들(50)(150)들은 금속판(10)의 일측 예컨대, 매칭부와 운송부가 배치되는 측으로 제1 에지(12)에만 정렬되는 것이 바람직하다.

따라서, 이하의 본 실시예 설명에서는 금속판(10)의 매칭부/운송부(도 3의 M/T)측 에지를 제1 에지(12), 그 반대측을 제2 에지(14)로 구분하여 설명한다.

이때, 실질적으로 상기 폴부(30)(130)와 리드부(50)(150)들은 단위코일(C)들이 절곡, 만곡 등을 매개로 권선되어 연이어 형성되고, 복수의 단위코일(C)들이 겹쳐져 제공될 수 있다.

그리고, 도면에서는 도시하지 않았지만, 금속판의 폭 변화에 대응하여 가열장치(1)의 위치제어가 수행되는 동안, 금속판의 상측과 하측에 일정한 간격을 갖고 수평하게 위치되는 것이 필요한 본 발명 장치의 코일은 가이드수단 등을 통하여 이동이 안내될 수 있다.

그리고, 도 4에서와 같이, 본 발명의 가열장치(1)는 금속판(10)의 상측과 하측에 각각 대응되어 정렬되는 것이 금속판의 상,하면 가열을 감안하면 바람직하지만, 가열조건에 따라, 금속판의 상측 또는 하측에만 배열되는 것도 문제는 없다.

다음, 더 바람직하게는 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명의 가열장치(1)는, 상기 제1,2 폴부(30)(130)에 제공되고 금속판(10)의 제1 및 제2 에지(12)(14)에 각각 대응되어 위치 정열되는 제1,2 헤드부(70)(170)를 더 포함하여, 금속판 에지의 가열 환경을 적정하게 하여 금속판(10)의 폭방향으로 균일가열을 가능하게 하는 것이다.

물론, 리드부와 연계된 운송부를 매개로 상기 제1,2 헤드부(70)(170)의 위치 즉, 금속판의 폭 변화시 위치가 변하는 제1,2 에지(12)(14)의 위치에 대응하여 위치제어될 수 있다.

이때, 바람직하게는 도 4에서 도시한 바와 같이, 상기 제1,2 헤드부(70) (170)는 적어도 일부분이 만곡되는 것이다.

즉, 상기 제1,2 헤드부(70)(170)가 적어도 일부분이 만곡되도록 형성하는 것은, 제1,2 헤드부(70)(170)를 통한 금속판의 폭방향 균일가열을 위한 것인데, 예를 들어 적어도 일부분이 만곡된, 가장 바람직하게는 원형의 제1,2 헤드부(70)(170)를 제공하는 경우, 금속판 에지 근방부분의 불충분한 가열이나 전류의 밀도 상승, 또는 전류 패스를 연장시켜 금속판의 폭방향 균일 가열을 가능하게 하는 것이다. 이와 같은 만곡의 정도는 금속판 에지 근방 부분의 폭방향 온도를 균일하게 하도록 수치해석법을 통해 최적의 만곡 정도를 정할 수 있다.

한편, 도 5에서는 최적의 만곡으로 설계한 경우에 본 발명 가열장치(1)에서 2쌍의 TFIC(A,B)의 금속판 폭방향의 개별적인 온도분포들과, 이 온도분포를 합산한 온도분포를 그래프로 나타내고 있다.

즉, 도 5에서와 같이, 부호 A + B는 A TFIC 코일과 B TFIC 코일의 각각의 폭방향 온도분포를 합한 것을 나타내고, 대체적으로 폭방향으로 균일(flat)한 온도분포를 나타내고 있음을 알 수 있다.

특히, 도 5의 그래프에서 X 축의 온도분포 400 ~ 620 또는 -400 ~ -620, 즉 에지 근방향에서 적절히 만곡된 헤드로 인해 합산 폭방향 온도분포 A+B는 극 에지를 제외하고는 폭방향으로 거의 균일한 온도 분포를 나타내고 있음을 알 수 있다.

따라서, 적어도 일부분 만곡된 제1,2 헤드부(70)(170)를 포함하는 본 발명 가열장치는, 강판의 폭방향 균일 가열을 수행할 수 있다.

즉, 제1,2 헤드부(70)(170)는 각각 금속판 길이방향(진행방향)으로 순차로 제1 에지(12)와 제2 에지(14)에 대응되어 위치 제어되면서 가열을 구현하고, 따라서, 금속판은 제1,2 폴부(30)(130)와 제1,2 헤드부(70)(170) 및, 제2,1 헤드부(14) (12)를 따라 인접하여 배치된 제3,4 헤드부(90)(190)를 통하여, 폭방향으로 균일한 가열을 구현할 수 있게 될 것이다.

이때, 더 바람직하게는 본 발명의 가열장치(1)는, 단위코일들이 권선되면서 전체적으로 폐단의 유도코일을 형성하도록 상기 제1,2 헤드부(70)(170)의 반대측으로 제1,2 폴부에 제공되는, 금속판(10)의 제2,1 에지 부근의 제3,4 헤드부(90)(190)를 더 포함하는 것이다.

이 경우, 상기 제3,4 헤드부는 금속판 에지에서 벗어나 금속판의 폭 가변을 보상하는 여유 공간을 제공토록 위치된다.

다음, 도 4에서 도시한 바와 같이, 본 발명 가열장치(1)의 제1 폴부와 제1 리드부 및 제1,3 헤드부를 포함하는 금속판의 길이방향으로 상류측의 가열부는 구체적으로는, 매칭부와 운송부와 연계되는 제1 리드부(50)는 전류의 인입 및 인출을 수행하는 인입 및 인출 리드(50a)(50b)들을 포함하고, 상기 리드들은 서로 인접되어 매칭부와 운송부와 연계토록 신장된다.

그리고, 금속판 제1 에지(12)에 대응 위치되는 상기 제1 헤드부(70)를 형성토록 만곡되어 이격되면서 리드들과 연이어 제1 폴부(30)가 형성되고 상기 제1 폴부의 단부에 서로 연결되는 제3 헤드부(90)가 형성된다.

이때, 적정한 가열환경을 조성하도록, 상기 제1 폴부(30)와 제1,3 헤드부 (70)(90)는, 리드들과 연결되고 적어도 2열 이상의 단위코일(C)들이 겹쳐져 일체로 권선되는 형태로 제공될 수 있다.

바람직하게는, 2열로 단위 코일들이 권선되면서 각각 제1 폴부(30)를 형성하는 경우 최외측 인입 리드(50a)와의 연결을 위하여 단차를 보상하는 제2 헤드부(90)측에 제공되는 연결코일(C')을 포함한다.

이와 같은 연결코일(C')은 용접 등으로 단위코일(C)가 접합되어 제공될 수 있으나, 용접시 문제가 발생되는 것을 피하도록 미리 코일들은 절곡, 만곡 및 단차 성형으로 통하여 일체로 제공될 수도 있을 것이다.

다음, 금속판 길이방향으로 하류측의 제2 폴부(130)와 제2 리드부(150) 및 제2,4 헤드부(170)(190)를 갖는 단위 가열부의 경우에도, 도 4에서 도시한 바와 같이, 제2 리드부(150)의 전류 인입 및 인출 리드(150a)(150b)들은 서로 이격되어 매칭부와 운송부와 연계토록 신장되고, 연이어 제2 폴부(130)와 만곡된 제2 헤드부(170)가 형성되고, 상기 리드 측에 제4 헤드부(190)가 형성될 수 있다.

즉, 제2 폴부(130)와 제2,4 헤드부(170)(190)는, 적어도 2열 이상의 단위코일(C)이 겹쳐져 권선되면서 일체로 형성되고, 제4 헤드부(190)측으로 전류 인입리드(150a)와 연결되는 단차코일(C")을 구비할 수 있고, 이와 같은 단차코일도 리드와 일체로 연결되는 경우의 코일의 두께를 보상하기 위한 것이다.

한편, 본 발명 가열장치(1)에서, 단위의 상류 및 하류측 가열부들의 배열을 정리하면, 금속판(10)의 길이방향(또는 도 6의 연속 금속판(10')의 진행방향)으로 제1,2 헤드부(70)(170)는 금속판의 제1,2 에지(12)(140)에 대응되어 위치되면서 순차로 금속판의 에지 가열을 정밀하게 수행하고, 제3,4 헤드부(90)(190)는 금속판 에지와는 여유있게 인접하여 배치되는데, 최소한 금속판을 통과하는 위치에 정렬되는 것이 바람직하고, 결과적으로 금속판 에지(12)(14)는 도 4를 기준으로 하면, 금속판(10)의 제1 에지(12)는 제1 헤드부(70)와 제1 폴부(30),금속판(10)의 제2 에지(14)는 제2 헤드부(170)와 제2 폴부(130)를 순차로 통과하면서, 금속판의 폭방향 균일 가열을 수행하게 된다.

이때, 바람직하게는 도 4와 같이, 본 발명 코일에 인가되는 주파수는 3 kHz 이하가 바람직하고, 장치의 형태를 결정하는 단위코일(C)의 권선수(turn 수)는 5 권선 이하가 바람직하다. 예를 들어 권선수가 증가할수록 권선간 간격이나 냉각구조도 복잡하게 되어 제작 비용이나 유지 관리면에서 문제가 발생할 수 있기 때문이다.

다음, 도 6에서는 지금까지 설명한 본 발명의 가열장치(1)를 기반으로 하는 연속 금속판 가열시스템(1') 중 1개 TFIC 코일의 상하 단면을 도시하고 있는데, 예를 들어 한 쌍의 단위 가열장치(1)를 연속 진행되는 금속판(10')(예컨대, 연연속 압연라인의 박 압연판)의 상측과 하측에 각각 대향 배열되되, 가열장치의 상류 및 하류 측에는 각각 금속판 진행롤(2)들이 제공되어 있다.

그리고, 상기 가열장치(1)들은 각각 쳄버(4)의 내부에 배치되어 열 방산 및 자속누설을 차단하는 가열공간을 형성하고, 상기 금속판 진행롤(2)은 쳄버(4)의 양측으로 금속판 진입 및 인출 공간에 배치될 수 있다.

이때, 도 6에서 X는 진행롤(2)의 중심간 간격, L은 진행롤 사이의 간격, D는 진행롤의 직경, t는 1 쌍의 가열장치의 단위의 상류 및 하류측 가열장치의 중심간 거리, d는 금속판의 두께 및, H는 상측과 하측에 대향 배치되는 가열장치의 단위코일(C)사이의 높이차를 나타낸다.

한편, 바람직하게는 상기와 같은 본 발명의 연속 금속판 가열 시스템(1')에서, 상기 t는 t < L * 0.75를 만족하고, 여기서 L = X - D로 구성하는 것이다.

즉, 상기 t의 경우 진행롤 사이의 간격(거리)에 대응하여 L의 75% 보다는 작은 것이 바람직한데, 이는 결과적으로 한 쌍의 가열장치(1)들의 중심간 간격이 진행롤 간격에 대비하여, 상기 조건을 벗어나면, 주어진 간격 내에 원하는 코일을 배치하기 어렵기 때문이다.

더하여, 도 6에서 도시한 바와 같이, 상측과 하측의 한 쌍의 가열장치(1)들의 제1,2 폴부(30)(130)들의 단위코일(C)간 간격 h는 60-150 mm로 제공되는 것이 바람직한데, 상기 조건을 벗어나는 경우 즉, 60mm 이하인 경우에는 가열장치의 단위코일들이 금속판과 너무 근접되어 충돌에 의한 코일 파손이 우려되고, 반대로 150mm 보다 큰 경우에는 가열의 효율성이 현저히 저하될 것이다.

더하여, 더 바람직하게는 가열장치(1)에 구비된 제1,2 폴부(30)(130)간 단위코일(C)의 최대폭 a는, 0.5t < a < 0.75t를 만족하는 것이 바람직한데, 상기 조건을 벗어나 0.5t 보다 작은 경우에는 유도코일의 폭이 너무 줄어 가열능력이 줄어들고, 반대로 0.75 t보다 크게 되면 공간상의 제약이 있어 실제 제작이 어렵게 된다.

이에 따라서, 지금까지 설명한 본 발명의 가열장치 및, 이를 포함하는 연속 금속판 가열 시스템의 경우에는 매칭부와 운송부와 연계되는 별도의 리드부를 포함하되, 특히 권선형태를 통한 제1 내지 4 헤드부의 형성 구조를 통하여, 금속판 특히, 연속 진행되는 압연판과 같은 연속 금속판의 최적 가열을 구현하는 것이다.

예컨대, 본 발명의 가열장치와 가열 시스템은, TFIC 방식으로서 얇은 소재 및 비자성체의 가열시 저주파로 설계 가능하며 소재 두께변동이 커도 전기적 가열 효율이 기존의 LFIC에 비해 높게 가져갈 수 있는 장점이 있고, 판 중앙부분 보다 냉각이 쉽게되는 금속판 에지의 과열 특성도 제공하기 때문에, 별도의 에지 가열기를 구비할 필요가 없다.

따라서, 이와 같은 본 발명의 가열장치의 특성은, 연연속 압연(CEM)과 같이 박판을 연연속 압연하는 예를 들어, 미니밀 공정의 경우, 추가적인 에지 가열기 설치에 따른 공간소모를 제거하고, 에지의 온도손실을 보상하기 때문에, 최종 제품의 제품 균일화를 구현할 수 있는 것이다.

그리고, 소재가 LFIC와 같이 솔레노이드 코일을 관통하지 않기 때문에, 비가열시 원하는 위치로의 이동도 용이하게 하여, 라인 정비나 긴급한 사고에 대응하여 적정하게 장치 가동을 가능하게 할 것이다.

특히, 본 발명의 가열장치는 압연라인의 적용에 제약이 되는 매칭부와 운송부를 한쪽으로 배치하기 때문에, 유도 가열의 장점을 최대한 활용하면서, 공간 활용으로 금속판 폭방향의 온도분포를 최대한 균일하게 가져갈 수 있는 특징을 가지고 있다.

1.... 가열장치 1'.... 연속 금속판 가열 시스템
3.... 폴부 5.... 리드부
10.... 평판소재(금속판) 10'.... 연속 금속판
12,14.... 금속판의 제1,2 에지 30,130.... 제1,2 폴부
50,150.... 제1,2 리드부 70,170.... 제1,2 헤드부
90,190.... 제3,4 헤드부 C.... 단위코일
C'.... 연결코일 C".... 단차코일
R.... 연속 금속판 진행롤

Claims

평판소재를 가열토록 자기장을 발생시키고, 평판소재의 적어도 일면에 이격 되어 배치되는 폴부(3); 및
상기 폴부(3)와 연계되면서 전류가 인가되고 공간 활용을 용이토록 제공되는리드부(5);
를 포함하여 구성된 가열장치.
제1항에서 있어서,
상기 폴부와 리드부는, 평판소재인 금속판(10)의 길이방향이나 연속 금속판의 진행방향으로 제공되는 적어도 한 쌍의 제1,2 폴부(30)(130)와 제1,2 리드부(50)(150)로 구성되되,
상기 리드부들은 전류인가를 위한 매칭부와 장치의 위치제어를 위한 운송부가 연계되되, 금속판의 일측으로 정렬된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제2항에 있어서,
상기 제1,2 폴부(30)(130)에 제공되고 금속판의 제1,2 에지(12)(14)에 대응되어 위치 정열되는 제1,2 헤드부(70)(170);
를 더 포함하여 금속판의 폭방향 균일가열을 가능토록 구성되는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제3항에 있어서,
상기 제1,2 헤드부(70)(170)는 균일 가열을 가능토록 적어도 일부분은 만곡된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제3항에 있어서,
상기 제1,2 헤드부(70)(170)의 반대측으로 제1,2 폴부에 제공되는 금속판 제2,1 에지(14)(12)측의 제3,4 헤드부(90)(190);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제5항에 있어서,
상기 제1 리드부(50)를 구성하는 전류 인입 및 인출 리드(50a)(50b)들은, 서로 인접되어 매칭부와 운송부에 연계토록 신장되면서, 상기 제1 헤드부(70)를 형성토록 연이어 만곡되면서 이격되고, 연이어 제1 폴부(30)가 형성되고 상기 제1 폴부의 단부에 서로 연결되는 상기 제3 헤드부(90)가 형성되되, 적어도 하나의 단위코일(C)이 권선된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제6항에 있어서,
상기 제1 폴부(30)와 제1,3 헤드부(70)(90)는, 리드들과 연결되고 적어도 2열 이상의 단위코일(C)들이 겹쳐져 배열되면서 일체로 형성되고, 제2 헤드부(90)측에 제공되는 연결코일(C')을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제5항에 있어서,
상기 제2 리드부(150)를 구성하는 전류 인입 및 인출 리드(150a)(150b)들은 서로 이격되어 매칭부와 운송부에 연계토록 신장되면서, 연이어 제2 폴부(130)와 제2 헤드부(170)가 형성되고, 상기 리드부 측에 제4 헤드부(190)가 형성되되, 적어도 하나의 단위코일(C)이 권선된 것을 특징으로 하는 가열장치.
제8항에 있어서,
상기 제2 폴부(130)와 제2,4 헤드부(170)(190)는, 적어도 2열 이상의 단위 코일(C)이 겹쳐져 배열되면서 일체로 형성되고, 제4 헤드부(190)측으로 리드와 연결되는 단차코일(C")을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열장치.
제2항 내지 제9항 중 어느 하나의 항에서 기재된 적어도 한 쌍의 가열장치(1)가 연속 금속판(10)의 상측과 하측에 서로 대향 배치되되, 상기 가열장치의 양측에 금속판의 진행을 위하여 제공되는 금속판 진행롤(R)들을 포함하고,
상기 가열장치(1)들의 폴부 중심 간 간격 t는 t < L * 0.75를 만족하고, 여기서 L=X-D이고, L은 진행롤 사이의 간격, X는 진행롤의 중심 간 간격, D는 진행롤의 직경인 가열장치를 포함하는 연속 금속판 가열시스템.
제10항에 있어서,
상기 금속판 상측과 하측에 배열되는 가열장치(1)는 서로 대향하여 마주하도록 배열되되, 상측과 하측의 가열장치의 폴부 간 간격 h는 60-150mm로 제공되고, 상기 가열장치에 구비된 제1,2 폴부(30)(130)간 폭 a는, 0.5t < a < 0.75t를 만족하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연속 금속판 가열시스템.