KR20150106795A - 유도가열 장치 - Google Patents

Abstract

[과제]
코일동관의 가열이나, 동손 원인이 되는 자속분의 저감을 억제하고, 또한 피가열재 단부의 가열 효율을 손상시키는 일이 없는 유도가열 장치를 제공한다.
[해결 수단]
C형 철심 구조물로 구성되는 고정식 C형 인덕터를 피가열재의 폭방향 양단부에 대에 배치하는 유도가열 장치로서, C형 인덕터는, 피가열재의 반송 방향에 따라, 피가열재가 통과하는 개구부가 형성된 본체 철심부와, 개구부에 연결되고, 개구부를 끼우고 상하에 형성된 철심 다리부와, 개구부를 끼우고 상하의 철심 다리부에 권회되고, 자속을 피가열재에 쇄교시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고, 가열 코일을, 권경이 개구부에 대향하는 면의 단부측으로 서서히 넓어지도록 권회한 것을 특징으로 한다.

Description

유도가열 장치{INDUCTION HEATING APPARATUS}

본 출원은, 일본 특허출원 특원2014-048800(출원일 : 3/12/2014)을 기초로 하여, 이 출원으로부터 우선의 이익을 향수한다. 본 출원은, 이 출원을 참조함으로써, 동 출원의 내용의 전부를 포함한다.

본 발명은, C형 인덕터식의 유도가열 장치에 관한 것이다.

철강용 열간 압연 라인에서는, 피가열재를 미리 소정의 온도로 가열 후, 연속적으로 반송한 다음, 조압연기(租壓延機)에서 '조(租)바'라고 불리는 상태로 성형하고, 또한, 사상압연기(仕上壓延機)에서 소망하는 판두께나 판폭을 갖는 박판으로 성형된다.

박판으로 성형하는 과정에서, 피가열재의 폭방향 단부(端部)의 온도가 점차로 강하하여 가는 문제가 있다. 온도가 강하하여 전체에 온도가 불균일한 채로 압연하면, 품질이 일정하지가 않아, 폭방향 단부의 경도가 높아져서, 피가열재가 갈라지는 등의 문제가 발생한다.

그래서, 피가열재의 폭방향 단부의 온도 저하에 대해, 폭방향 단부의 승온을 목적으로 하여 유도가열 장치의 하나인 에지히터가 도입되어 있다.

에지히터의 인덕터는, 기본적으로 C형 철심과 그것에 권회(卷回)된 코일동관(銅管)으로 형성된다. C형 철심의 개구부를 끼우고 상하의 철심 다리부에 각각 코일동관을 권회하고, 개구부에 조바를 대표로 하는 피가열재의 단부를 통과시키고, 이곳을 상하로 관통하는 자속에 의해 유기된 와전류에 의거한 줄 열을 피가열재 단부에 발생시킴으로써 유도가열한다.

에지히터의 인덕터를 이용한 유도가열 장치는, 자로(磁路)에 큰 갭이 없고, C형 철심의 내부에 자속이 통과한 루프가 형성되기 때문에 가열 효율이 우수하다.

그러나, 이러한 구성의 인덕터에서는, 조바를 대표로 하는 피가열재에 관해서는 퀴리점을 초과한 비자성체이기 때문에, 상하의 철심 다리부의 사이의 개구부를 통과하는 자속이 그 중간에서 크게 외측으로 부풀어지는 경향이 있다.

이 때문에, 가장 가열할 필요가 있는 피가열재의 단부를 통과한 자속이 외측으로 부풀어서, 피가열재의 단부를 통과하지 않아 무효로 되는 자속이 많아지고, 결과로서 가열 효율의 저하 원인이 된다.

그래서, 개선안으로서, C형 철심의 개구부를 끼우고 상하의 철심 다리부에, 각각 가열 코일을 권회한 인덕터의, 상하의 철심 다리부의 피가열재가 통과하는 개구부에 대향하는 면의 단부측에, C형 철심의 내측을 향하여 개구부의 간격이 넓게 되는 경사면을 각각 형성하는 것이 제안되어 있다(예를 들면, 일본 실개평6-7193호 공보 참조). C형 철심의 내측을 향하여 개구부 간격이 넓게 되었기 때문에, 대부분의 자속은 상하의 철심 다리부의 간격이 좁은 평행면 사이를 통과한 구조로 하는 것으로 되어, 자속이 팽창하지 않고 집중하고, 피가열재 단부를 효율적으로 가열 가능하게 하고 있다.

또한, C형 철심의 개구부를 끼우고 상하의 철심 다리부에, 각각 가열 코일을 권회한 인덕터의, 피가열재의 단부가 통과하는 상기 개구부에 대향하여, C형 철심의 내측에 비자성 재료로 형성된 자기 실드재를 마련하는 것도 제안되어 있다(예를 들면, 일본 실개평6-7194호 공보 참조).

자기 실드재에서 발생한 와전류를 지우는 방향으로 역방향의 전류가 흐르고, 역방향의 자속이 발생하는 것을 이용하여 상하의 가열 코일로부터 발생한 누설 자속을 개구부측으로 밀어 되올리는 작용이 작용하여, 자속이 피가열재의 단부에 집중하여 관통하고, 이 부분을 국부적으로 효율적으로 가열 가능하게 한다.

그러나, 상기한 바와 같이, 자속을 피가열재 단부에 집중시킴에 의한 가열 효율의 향상을 도모하는 것만으로는, 자속이 외부로 부풀어서 코일동관을 비비도록 통과함으로써 생기는 코일동관의 가열이나, 동손(銅損) 원인이 되는 자속분의 저감을 다 억제할 수 없다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 코일동관의 가열이나, 동손 원인이 되는 자속분의 저감을 억제하고, 또한 피가열재 단부의 가열 효율을 손상시키는 일이 없는 유도가열 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 양태에 의하면, C형 철심 구조물로 구성되는 고정식 C형 인덕터를 피가열재의 폭방향 양단부에 대에 배치하는 유도가열 장치로서, 상기 C형 인덕터는, 피가열재의 반송 방향에 따라, 피가열재가 통과하는 개구부가 형성된 본체 철심부와, 상기 개구부에 이어지고, 상기 개구부를 끼우고 상하에 형성된 철심 다리부(脚部)와, 상기 개구부를 끼우고 상하의 상기 철심 다리부에 권회되고, 자속을 피가열재에 쇄교(鎖交)시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고, 상기 가열 코일을, 권경(卷徑)이 상기 개구부에 대향하는 면의 단부측으로 서서히 넓어지도록 권회한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 코일동관의 가열이나, 동손 원인이 되는 자속분의 저감을 억제하고, 또한 피가열재 단부의 가열 효율을 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태에 관한 유도가열 장치를 도시하는 정면도.
도 2는 개구부로부터의 최근접부에서의 코일동관, 및, 개구부로부터의 최원부에서의 코일동관을 설명하는 도면.
도 3은 코일동관길이의 조합과 동손과의 관계를 해석한 한 예를 도시하는 그래프.
도 4는 코일동관길이의 조합과 가열 효율과의 관계를 해석한 한 예를 도시하는 그래프.
도 5는 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 유도가열 장치를 도시하는 정면도.

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 제1의 실시 형태에 관한 유도가열 장치를 도시하는 정면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 전자강판을 적층하여 C형 철심(1)이 형성되고, 이 C형 철심(1)의 개구부(3)를 끼우고 상하의 철심 다리부(4)에 각각 코일동관(2)이 권회되어 인덕터가 형성되어 있다. 코일동관(2)은, 가열 코일이고, 개구부(3)에 피가열재(5)의 단부를 통과시켜서, C형 철심(1)의 내부에 상하로 관통하여 루프를 형성하는 자속(6)으로 유도가열한다.

C형 인덕터를 이용한 유도가열 장치는, 자속(6)의 통로에 큰 에어 갭이 없고, 가열 효율이 우수하다.

C형 인덕터는, 피가열재(5)가 퀴리점을 초과한 비자성체이기 때문에, 상하의 철심 다리부(4)의 사이의 개구부(3)를 통과하는 자속(6)의 중간에서 크게 부풀어지는 경향이 있다.

그래서, 본 실시 형태에 관한 유도가열 장치에서는, 권회된 코일동관(2)에 관해, 그 권경이 상하의 철심 다리부(4)의 피가열재(5)가 통과한 개구부(3)에 대향하는 면의 단부측(端部側)으로 서서히 넓어지도록 권회하고 있다.

도 1 중, 피가열재(5)에 최근접(最近接)의 코일동관(2A), 피가열재(5)에 최원부(最遠部)가 되는 코일동관(2B)으로 도시하는 바와 같이, 권회한 코일동관(2)은, 철심 다리부(4)의 외측에서는 철심 다리부(4)에 개략 접근하고 있지만, 철심 다리부(4)의 내측에서는 서서히 철심 다리부(4)로부터 이간하고 있다. 그리고, 철심 다리부(4)의 개구부(3) 부근에서, 가장 이간하고 있다.

도 1에 도시하는 예에서는, 코일동관(2)의 단면은 8개 보이고 있지만, 이것으로 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 2중으로 권회하여도 좋다.

도 2는, 개구부(3)로부터의 최근접부에서의 코일동관(2A), 및, 개구부(3)로부터의 최원부에서의 코일동관(2B)을 설명하는 도면이다. 도 2에서, 최근접 코일동관(2A)의 중심선과 C형 철심(1)의 중심선 사이의 거리를 A, 최원부 코일동관(2B)의 중심선과 C형 철심(1)의 중심선 사이의 거리를 B라고 한다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 코일동관(2)은, 개구부(3)로부터의 최원부인 철심 다리부(4)의 근원(根元) 부분에서, 철심 다리부(4)에 가장 근접하고 있다. 한편, 개구부(3)로부터의 최근접부인 철심 다리부(4)의 선단 부분에서, 철심 다리부(4)로부터 가장 이간하고 있다.

도 3은, 코일동관길이의 조합과 동손과의 관계를 해석한 한 예를 도시하는 그래프이다. 횡축은, 상기한 거리의 비율(A/B)을 나타내고, 종축은, 코일동관(2) 가열에 의거한 동손의 규격치로부터의 괴리의 비율을 나타낸다. 도 3으로부터, 비율(A/B)의 값이 1보다도 커짐에 따라, 동손 규격치로부터의 괴리의 비율이 커짐을 알 수 있다. 그리고, 비율(A/B)의 값이 1.25 부근에서, 동손 규격치로부터의 괴리의 비율은 개략 변화가 멈추는 경향을 간파할 수 있다.

도 4는, 코일동관길이의 조합과 가열 효율과의 관계를 해석한 한 예를 도시하는 그래프이다. 횡축은, 상기한 거리의 비율(A/B)을 나타내고, 종축은, 피가열재(5) 단부의 가열 효율의 규격치로부터의 괴리의 비율을 나타낸다. 도 4로부터, 비율(A/B)의 값이 1보다도 커짐에 따라, 가열 효율의 규격치로부터 플러스 방향, 또는 마이너스 방향으로 약간의 벗어남이 생기고 있지만, 대강 안정되어 있음을 간파할 수 있다.

도 3, 도 4로부터, 철심 다리부(4)의 개구부(3) 부근에서, 코일동관(2A)이 가장 이간하고 있는, 즉, 개구부(3)에 위치하는 피가열재에 최근접하여 있는 코일동관(2A)이 철심 다리부(4)로부터 떨어지면, 가열 효율을 손상시키는 일 없이 동손 저감을 실현하는 것이 분명하다.

(제2의 실시 형태)

다음에, 제2의 실시 형태에 관해 설명한다. 본 발명의 제2의 실시 형태에 관한 유도가열 장치를 도시하는 정면도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 제2의 실시 형태에서는, C형 철심(1)의 개구부(3)를 끼우고 상하의 철심 다리부(4)에, 각각 가열 코일인 코일동관(2)을 권회한 C형 인덕터의, 상하의 철심 다리부(4)의 피가열재가 통과하는 개구부(3)에 대향하는 면의 단부측에, C형 철심(1)의 내측을 향하여 개구부(3)의 간격이 넓게 된 경사면(4a)을 각각 형성하고 있다.

개구부(3)에 면하는 상하의 철심 다리부(4)의 단부측에 경사면(4a)이 각각 형성되고, C형 철심(1)의 내측을 향하여 개구부(3)의 간격이 넓게 되어 있기 때문에, 자속(6)은 상하의 철심 다리부(4)의 간격이 좁은 평행면의 사이를 통과하기 쉬워진다. 이 때문에, 자속(6)이 팽창하지 않고 집중하여, 가장 가열을 필요에서 한 피가열재(5)의 단부를 관통하는 자속(6)의 밀도가 높아진다.

<변형례>

코일동관(2)은, 개구부(3)의 부근에서의 C형 철심(1)과 이간하면 좋기 때문에, 최근접 코일동관(2A)만, 철심 다리부(4)로부터 이간하고 있으면, 가열 효율을 손상시키는 일 없이, 동손 저감을 도모할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에 의하면, 인덕터 개구부(3)에서의 자속(6)의 통과 부분의 부풀어짐을 회피시키는 구성을 형성할 수 있기 때문에, 에지히터 기인에 의한 코일동관(2)의 가열 저감(동손 저감)이 가능해지고, 또한, 가열 효율을 손상시키는 일 없이 피가열재(5)에 가열 에너지의 투입이 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 밖의 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 : C형 철심
2 : 코일동관
2A : 피가열재 최근접 코일동관
2B : 피가열재 최원부 코일동관
3 : 개구부
4 : 철심 다리부
5 : 피가열재
6 : 자속

Claims (4)

1. C형 철심 구조물로 구성되는 고정식 C형 인덕터를 피가열재의 폭방향 양단부에 대에 배치하는 유도가열 장치로서,
   상기 C형 인덕터는, 피가열재의 반송 방향에 따라, 피가열재가 통과하는 개구부가 형성된 본체 철심부와, 상기 개구부에 이어지고, 상기 개구부를 끼우고 상하에 형성된 철심 다리부와, 상기 개구부를 끼우고 상하의 상기 철심 다리부에 권회되고, 자속을 피가열재에 쇄교시켜서 가열하는 가열 코일로 구성되고,
   상기 가열 코일을, 권경이 상기 개구부에 대향하는 면의 단부측으로 서서히 넓어지도록 권회한 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가열 코일은, 상기 철심 다리부의 외측에서는 상기 철심 다리부에 개략 접근하고 있지만, 상기 철심 다리부의 내측에서는 서서히 상기 철심 다리부로부터 이간하고, 상기 철심 다리부의 상기 개구부 부근에서, 가장 이간하고 있는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 철심 다리부는, 상기 개구부에 대향하는 면의 단부측에, C형 철심의 내측을 향하여 상기 개구부의 간격이 넓게 되는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 철심 다리부는, 상기 개구부에 대향하는 면의 단부측에, C형 철심의 내측을 향하여 상기 개구부의 간격이 넓게 되는 경사면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유도가열 장치.

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