TWI827179B - 金屬板的感應加熱裝置、金屬板的加工設備及金屬板的感應加熱方法 - Google Patents
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Abstract
一種金屬板的感應加熱裝置，具備：第1導體構件，和金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；第2導體構件，從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，並和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；連接構件，在已從前述金屬板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接而形成1次閉迴路；及交流電源，和前述1次閉迴路連接，前述第1距離比前述第1導體構件以及前述第2導體構件在前述金屬板的過板方向上的尺寸之總和更大。
Description
本揭示是有關於一種金屬板的感應加熱裝置、金屬板的加工設備及金屬板的感應加熱方法。
在不鏽鋼、高張力鋼等較硬的鋼材之冷軋延中，因為鋼材的脆性與常規相比會較高，所以有時會在寬度方向的端部發生端部龜裂。例如在日本專利特開2010-221224號公報中，記載有一種對應處理此種端部龜裂之技術。更具體而言，在日本專利特開2010-221224號公報中記載有如下之技術：使用配置成從上下夾著鋼板的寬度方向的端部之C字形的電感器將端部感應加熱，使端部中的鋼板的變形阻力降低，藉此防止端部龜裂。
又，在如熱軋扁胚(slab)之厚鋼材的情況下，鋼材的端部會在從加熱爐被取出並進行粗軋延而來到進行精軋延之前變冷。因此，為了熱軋材的軋延尺寸精度之提升、品質穩定化，通常會在精軋延機前設置如前述之C字形的電感器等之橫向式感應加熱裝置。
又，在熔融鋅鍍敷的合金化等中，為了防止端部溫度的降低而成為合金化不良，在例如日本專利特開2009-149970號公報中記載有一種具備端部檢測機構與移動機構之利用火焰進行的溫度補償裝置。
在上述之日本專利特開2010-221224號公報中也記載有以下作法：藉由設置使電感器在鋼板的寬度方向上移動之台車、與控制台車的移動之位置控制器，而對應於鋼板的寬度的變化或搬送時的蛇行來維持電感器與鋼板的適當的重疊長度。然而，作為其先前的問題，在C字形的電感器的情況下，因為洩漏至電感器的外側之磁通，除了受到電感器所夾著的部分以外還有廣大的範圍會被感應加熱。另一方面，為了防止金屬板之端部龜裂，只要能夠對金屬板的寬度方向的端部附近的窄範圍進行加熱即為充分，因此日本專利特開2010-221224號公報所記載之技術至少在消耗電力方面不能說是有效率的。又，存在有若不縮窄電感器間隙便無法有效加熱之課題，而在熱軋鋼板等之形狀不佳的被加熱材上，有因與電感器之接觸所導致之裝置的破損等的疑慮。此外，用於對應蛇行等之檢測機構、移動機構控制裝置等的附帶設備不可或缺，也有成本上的缺點。
又，在如日本專利特開2009-149970號公報所示地藉由火焰加熱鋼板端部的情況下，存在有由火焰所形成之加熱能力並不大且加熱效率亦低之能力上的問題、與需要端部檢測機構/移動機構等的附帶設備等之缺點。
於是，本揭示之目的在於提供一種技術，即使有金屬板的板寬變更或蛇行搬送，仍然藉由有效率地僅對金屬板的寬度方向的端部的特定範圍進行加熱來使金屬板的端部溫度上升，而使端部的品質穩定化，並且防止金屬板的端部龜裂、提升軋延尺寸精度或避免合金化不良等，解決起因於板端部的溫度降低之問題。
本揭示的一個態樣為一種金屬板的感應加熱裝置，具備：第1導體構件，和金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨
前述金屬板而配置；第2導體構件，從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，並和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；連接構件，在已從前述金屬板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接而形成1次閉迴路；及交流電源，和前述1次閉迴路連接，
前述第1距離比前述第1導體構件以及前述第2導體構件在前述金屬板的過板方向上的尺寸之總和更大。
本揭示的其他的態樣為一種金屬板的感應加熱方法，包含以下步驟：
對1次閉迴路流通交流電流，前述1次閉迴路是藉由第1導體構件、第2導體構件、與在已從金屬板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接之連接構件所形成，前述第1導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置，前述第2導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，並從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；及
藉由2次閉迴路通過前述金屬板的寬度方向端部而將前述金屬板的寬度方向端部感應加熱，前述2次閉迴路藉由在前述金屬板中分別和前述第1導體構件以及前述第2導體構件相向的區域產生之感應電流而形成。
根據本揭示，即使有金屬板的板寬變更或蛇行搬送，仍藉由有效率地僅對金屬板的寬度方向的端部的特定範圍進行加熱來使金屬板的端部溫度上升，而可以使端部的品質穩定化，並且防止金屬板的端部龜裂、提升軋延尺寸精度或避免合金化不良等，解決起因於板端部的溫度降低之問題。
100,200,400:感應加熱裝置
101,101A,101B:1次閉迴路
102:2次閉迴路
110,110A,110B,120,120A,120B:導體構件
111,112,121,122,111A,111B,112A,112B,121A,121B,122A,122B,131A,132A:板部
131,131A,131B,132,232A,232B,232C,232D,431:連接構件
140,240:交流電源
14B,PD:箭頭
150,160:可動部
152:螺栓
201A,201B:開關
351,352,361,362,371,372:磁性體芯材
500:酸洗裝置
510:冷軋延裝置
520:鍍敷槽
522:擦拭裝置
524:合金化加熱裝置
a,b,c,d,d:接點
2A-2A,9-9:線
B1,B2:尺寸
D:範圍
E,L,L1,L2:距離
I:感應電流
M:熔融金屬
S:金屬帶板
SE:寬度方向端部
W:板寬
圖1是本揭示之第1實施形態的金屬板的感應加熱裝置的平面圖。
圖2A是相當於圖1所示之感應加熱裝置之2A-2A線箭頭視圖的側面圖。
圖2B是顯示圖1所示之感應加熱裝置的變形例的側面圖(與圖2A對應的側面圖)。
圖2C是顯示圖1所示之感應加熱裝置的其他的變形例的側面圖(與圖2A對應的側面圖)。
圖3是概念性地顯示在圖1以及圖2A~圖2C的例子中於金屬板產生之感應電流的圖。
圖4是本揭示之第2實施形態的金屬板的感應加熱裝置的平面圖。
圖5是本揭示之第2實施形態的另一例之金屬板的感應加熱裝置的平面圖。
圖6A是用於說明本揭示之第3實施形態的剖面圖。
圖6B是用於說明本揭示之第3實施形態的剖面圖。
圖7A是用於說明本揭示之第3實施形態的另一例的剖面圖。
圖7B是用於說明本揭示之第3實施形態的另一例的剖面圖。
圖8A是本揭示之第4實施形態的金屬板(寬度較窄)的感應加熱裝置的平面圖。
圖8B是本揭示之第4實施形態的金屬板(寬度較寬)的感應加熱裝置的平面圖。
圖9是相當於圖8A所示之感應加熱裝置的9-9線箭頭視圖的側面圖。
圖10是顯示用於驗證在本揭示之實施形態中對金屬板的寬度方向端部進行加熱之效果的解析結果的圖表。
圖11是顯示用於驗證在本揭示之實施形態中對金屬板的寬度方向端部進行加熱之效果的解析結果的圖表。
圖12是用於說明可在本揭示的實施形態中使用之可動部的側面圖。
圖13是顯示使用圖12的可動部而改變了導體構件間的距離之狀態的側面圖。
圖14A是用於說明可在本揭示的實施形態中使用之可動部的變形例的側面圖。
圖14B是從圖14A的箭頭14B方向觀看到的圖。
圖15是顯示使用圖12的可動部而改變了導體構件間的距離之狀態的側面圖。
圖16是將本揭示之一實施形態的感應加熱裝置適用於厚金屬之狀態的平面圖。
圖17是顯示觀看圖16所示之厚金屬的側面時，在寬度方向端部流動之電流的側面圖。
圖18是本揭示之第2實施形態的金屬板的又另一例的感應加熱裝置的平面圖。
圖19是顯示切換了圖18的感應加熱裝置的迴路之狀態的平面圖。
圖20是顯示使用了本揭示之實施形態的金屬板的感應加熱裝置之加工設備之一例的概略構成圖。
圖21是顯示使用了本揭示之實施形態的金屬板的感應加熱裝置之加工設備的其他例的概略構成圖。
圖22是顯示使用了本揭示之實施形態的金屬板的感應加熱裝置之加工設備的其他例的概略構成圖。
以下，一邊參照附加圖式，一邊針對本揭示的一個實施形態來詳
細地說明。再者，在本說明書及圖式中，針對實質上具有相同功能構成的構成要素會賦與相同的符號，並藉此省略已重複之說明。
(第1實施形態)
圖1是本揭示之第1實施形態的金屬板的感應加熱裝置的平面圖，圖2A是相當於圖1所示之感應加熱裝置之2A-2A線箭頭視圖的側面圖。如圖1以及圖2所示，本實施形態的感應加熱裝置100是利用電磁感應來加熱作為金屬板的金屬帶板S之裝置。在此，在本實施形態中使用的金屬帶板S例如是帶狀的薄板，但本揭示不限定於此。
本實施形態的感應加熱裝置100包含導體構件110、120、連接構件131、132與交流電源140。導體構件110與金屬帶板S的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨金屬帶板S而配置。導體構件120也是和導體構件110同樣地與金屬帶板S的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨金屬帶板S而配置。導體構件120已從導體構件110朝金屬帶板S的過板方向(圖1中以箭頭PD表示之方向)分開相當於距離L。在此，距離L是導體構件110、120的內側間距離。距離L(內側間距離)比導體構件110、120在金屬帶板S的過板方向上的尺寸B1、B2之總和更大(L>B1+B2)。此外，本實施形態的距離L是本揭示中的第1距離之一例。
連接構件131、132於平面視角下，是在已從金屬帶板S的寬度方向端部分開的位置上將導體構件110、120相互連接而形成1次閉迴路101，並且對1次閉迴路101連接交流電源140。連接構件131、132只要可從金屬帶板S的最大板寬的寬度方向端部SE分開即可。具體而言，從連接構件131、132到金屬帶板S之寬度方向端部SE為止的距離E較佳為金屬帶板S的最大寬度Wmax的3%以上且12%以下，更佳為5%以上且10%以下。所期望的是，距離E與最大寬度Wmax之關係會考慮搬送金屬帶板S之搬送產線(line)的蛇行量。此外，在距離E
小於最大寬度Wmax的3%的情況下，有金屬帶板S的寬度方向端部SE因蛇行而接觸到連接構件131或連接構件132之疑慮。另一方面，在距離E超過最大寬度Wmax的12%的情況下，所顧慮的是，裝置的大型化以及1次閉迴路101的阻抗增大。
又，導體構件110、120是和金屬帶板S的正面以及背面的至少其中一面相向。因此，藉著交流電源140使交流電流流通於1次閉迴路101而在導體構件110、120的周圍產生之磁場會使金屬帶板S產生後述之感應電流。
在此，本實施形態的導體構件110、120如圖2A所示，雙方包含有各自和金屬帶板S的正面以及背面相向之2個板部111、112以及板部121、122。換言之，導體構件110的板部111、112各自和金屬帶板S的正面以及背面相向而配置，導體構件120的板部121、122各自和金屬帶板S的正面以及背面相向而配置。再者，本揭示不限定於此，亦可如圖2B所示之例，使導體構件110的板部111和金屬帶板S的正面相向並使導體構件120的板部122和金屬帶板S的背面相向，亦可使導體構件110的板部112和金屬帶板S的背面相向並使導體構件120的板部121和金屬帶板S的正面相向。又，亦可如圖2C所示之例，使導體構件110的板部111以及導體構件120的板部121之雙方都僅和金屬帶板S的正面相向，亦可使導體構件110的板部112以及導體構件120的板部122之雙方都僅和金屬帶板S的背面相向。換言之，導體構件110與導體構件120是分別和金屬帶板S的相同側之面相向而配置。
在本實施形態中，如圖1以及圖2A所示，藉由導體構件110、120與連接構件131、132而構成有空心線圈。藉由此空心線圈所構成之1次閉迴路101已和交流電源140連接。
圖3是概念性地顯示在圖1以及圖2A的例子中於金屬帶板S產生之感應電流I的圖。藉由在金屬帶板S中和感應加熱裝置100的導體構件110、120分
別相向之區域產生的感應電流I所形成之2次閉迴路102，在和導體構件110、120分別相向之區域中是朝金屬帶板S的寬度方向流動，並在這些區域的兩端部之間通過金屬帶板S的寬度方向端部SE。如此進行，2次閉迴路102的感應電流是在金屬帶板S內環繞。在2次閉迴路102中流動之感應電流I，在金屬帶板S的中央部因為電流密度較小所以可以抑制發熱量，但在寬度方向端部SE會由於高頻電流集中於端部之集膚效應而使從端部起算之限定範圍的電流密度變高。藉此，可以有效地加熱金屬帶板S的寬度方向端部SE。
如由圖3清楚可知地，在本揭示中，對於在以螺線管線圈加熱薄板之所謂LF加熱方式中成為問題之起因於電流的穿透深度而無法加熱非磁性材料的問題，因為將導體在行進方向上不重疊地錯開而使得環繞電流不重疊，所以不論是非磁性材料或是磁性材料皆可加熱。
此外，藉由使導體構件110、120在金屬帶板S的過板方向上分開相當於距離L，金屬帶板S的寬度方向端部SE之加熱持續之時間會變長。具體而言，在將金屬帶板S的過板速度設為v時，因為金屬帶板S的寬度方向端部SE在通過導體構件120之下(或上)之後直到通過導體構件110之下(或上)之前的期間會持續加熱，所以加熱持續時間為L/v。另一方面，因為金屬帶板S的寬度方向中央部僅在通過導體構件120之下(或上)的期間、以及通過導體構件110之下(或上)的期間被加熱，所以加熱持續時間為(B1+B2)/v。從而，可以藉由設成L>B1+B2，而讓加熱持續時間相較於金屬帶板S的寬度方向中央部，在寬度方向端部SE變得較長。如此，金屬帶板S的寬度方向中央部的發熱量Qc以及寬度方向端部SE的發熱量Qe，可以藉由導體構件110、120之間的距離L以及各自的尺寸B1、B2來調節。又，發熱量Qc，Qe也可以藉由交流電流的頻率f來調節。
更具體而言，金屬帶板S的寬度方向中央部之發熱量Qc，除了上述的各量以外，還可以使用金屬帶板S的板寬W、板厚t、和導體構件110相向之
部分的比阻抗ρ1、和導體構件120相向之部分的比阻抗ρ2，利用以下之式(1)來計算。
另一方面，金屬帶板S的寬度方向端部SE之發熱量Qe(兩側的總和)，除了上述的各量以外，還可以使用金屬帶板S的寬度方向端部SE的比阻抗ρe，利用以下之式(2)來計算。
金屬帶板S的寬度方向中央部之發熱量Qc與寬度方向端部SE之發熱量Qe之比值，根據上述之式(1)以及式(2)，成為以下之式(3)。
從上述之式(3)探討用於抑制金屬帶板S的寬度方向中央部之溫度上升並集中地加熱寬度方向端部SE之條件。在式(3)中若設定為：ρ1=ρ2=ρc時，即成為以下之式(4)。
在此，使用金屬帶板S的比重γ、寬度方向中央部以及寬度方向端部SE的各自的比熱Cpc、Cpe、各自的升溫量△Tc、△Te、以及導體構件的平均尺寸B=(B1+B2)/2，可將發熱量Qc、Qe表示為以下之式(5)、(6)。若將式(5)、(6)代入式(4)並整理後，即成為式(7)以及式(8)。
[數式5]
在上述之式(8)中，設為B=0.1m、D=0.07m，且在既將金屬帶板S的寬度方向中央部之升溫量△Tc抑制在10℃，並且將寬度方向端部SE的△Te設為500℃的情況下，代入與各自的升溫量相應之比熱Cpc、Cpe與比阻抗ρc、ρe後，即可如下地求得適當的距離L。再者，為了因應於條件來設定適當的距離L，感應加熱裝置100的連接構件131、132亦可包含可使導體構件110、120的至少任一者在金屬帶板S的過板方向上移動之可動部。作為本揭示的可動部之一例，亦可使用圖12以及圖13所示的可動部150。此可動部150是設於分別連接導體構件110、120之連接構件131、132(在圖12以及圖13中僅記載連接構件131)之複數個螺栓孔。複數個螺栓孔是在過板方向上隔著間隔設置於連接構件131、132。可以藉由變更導體構件110、120的安裝位置，具體來說是變更由螺栓152所形成之導體構件110、120的安裝位置，來變更導體構件110、120間的距離。例如，當將導體構件110、120從圖12所示之位置移動至圖13所示之位置時，導體構件110、120間的距離即從距離L1拉長至距離L2。再者，在變更導體構件110、120的安裝位置時，藉由將滾輪(roller)(圖12中以二點鏈線表示之構件)等配置於導體構件110、120之下，導體構件110、120的移動即變得簡單。
又，作為本揭示之可動部的其他的例子，亦可使用圖14A以及圖15所示之可動部160。此可動部160是構成分別連接導體構件110、120之連接構件131、132(在圖12以及圖13中僅記載連接構件131)的伸縮部。此伸縮部是例如以編織金屬線等之可撓導體等構成。又，如圖15所示，伸縮部構成連接構件131、132的各個的過板方向之中央部。具體而言，在連接構件131、132的和導體構件110、120連接之板部131A、132A之間銜接。又，如圖14B所示，伸縮部往和金屬帶板S側相
反側彎曲成山的形狀。如圖15所示，藉由此已彎曲之伸縮部伸縮，導體構件110、120的過板方向的位置會移動。再者，在變更導體構件110、120的過板方向的位置時，藉由將滾輪等配置於導體構件110、120之下，導體構件110、120之移動即變得簡單。又，亦可將構成伸縮部之可撓導體做成水冷纜線。
又，關於交流電流的頻率f[kHz]，在本揭示發明人們所實施之解析的結果中，將投入電力的70%貢獻於升溫之從邊緣起算的範圍D[mm]，以和感應電流I之關係來表示為例如以下之式(9)。
[數式7]D=-15×ln(f)+107[mm] (9)
根據如上述之本揭示的第1實施形態的構成，金屬帶板S的寬度方向的整體被加熱之期間，僅在通過感應加熱裝置100的導體構件110、120之下(或上)的期間。並且，在導體構件110、120之間，加熱範圍被限定於金屬帶板S的寬度方向端部SE。藉此，可以節省投入電力，並避免對金屬組織的不必要的影響。亦即，在本實施形態中，可以有效率地加熱金屬帶板S的寬度方向端部SE，防止冷軋延時等之金屬帶板S的端部龜裂。又，在上述之構成中，並無必須接近於金屬帶板S的加熱部位即寬度方向端部SE來配置之構件，且因為由在通過導體構件110、120之下(或上)的期間產生之感應電流所形成的環繞電流，所以對於金屬帶板S的寬度方向的蛇行或板寬、板厚的變更，可以在不變更構件的配置的情形下來對應，又，即使在金屬帶板S產生有形狀不良的情況下仍可加熱。
在此，金屬帶板的端部龜裂是例如在熱軋延步驟之後的酸洗步驟、或冷軋延步驟中發生。從而，上述之感應加熱裝置100亦可例如在包含金
屬帶板S的酸洗裝置500(參照圖20)之加工設備中配置在酸洗裝置500的前段，亦可在包含金屬帶板S的冷軋延裝置510(參照圖21)之加工設備中配置在冷軋延裝置510的前段。又，金屬帶板的端部龜裂例如在熔融金屬鍍敷步驟也會發生。從而，上述之感應加熱裝置100亦可在包含例如圖22所示之鍍敷槽520、擦拭裝置522與合金化加熱裝置524之加工設備中，配置在擦拭裝置522與合金化加熱裝置524之間，前述鍍敷槽520供熔融金屬M(作為一例為熔融鋅)貯留，前述擦拭裝置522朝附著有熔融金屬M之金屬帶板S噴附氣體(例如空氣)，前述合金化加熱裝置524藉由加熱而將已附著於金屬帶板S之熔融金屬M升溫至合金化溫度並保持溫度來使其合金化。
(第2實施形態)
圖4是本揭示之第2實施形態的金屬帶板的感應加熱裝置的平面圖。如圖示，本實施形態之感應加熱裝置200以並聯電路構成，前述並聯電路包含：形成1次閉迴路101A之導體構件110A、120A以及連接構件131A、232A；形成1次閉迴路101B之導體構件110B、120B及連接構件131B、232B；及交流電源240。1次閉迴路101A、101B在金屬帶板S的過板方向(圖4中以箭頭PD顯示之方向)上相鄰配置。在1次閉迴路101A、101B的各個迴路中，導體構件110A、110B以及導體構件120A、120B的構成分別與上述之第1實施形態中的導體構件110、120相同。構成1次閉迴路101A的導體構件120A、與構成1次閉迴路101B的導體構件110B在金屬帶板S的過板方向相互相鄰而配置並流通同相的電流。
連接構件131A、131B於平面視角下，是分別在從金屬帶板S的寬度方向端部SE分開了的位置上將導體構件110A、120A以及導體構件110B、120B相互連接而形成1次閉迴路101A、101B。連接構件232A、232B是分別在從金屬帶板S的寬度方向端部SE分開了距離E的位置上，將導體構件110A、120A以及導體構件110B、120B相互連接而形成1次閉迴路101A、101B，並且
將1次閉迴路101A、101B並聯連接於交流電源240。交流電源240以讓同相的交流電流流通於在金屬帶板S的過板方向上相鄰之導體構件亦即導體構件120A及導體構件110B的方式連接於1次閉迴路101A、101B。
根據如上述之本揭示的第2實施形態之構成，不但能夠得到和第1實施形態同樣的效果，還可以設定適當的距離L作為1次閉迴路101A、101B之總和。藉此，將1次閉迴路101A、101B並聯連接之情況是可以令各自的1次閉迴路的電感，相較於以單一的1次閉迴路來設定距離L之情況為至一半左右。又，藉由使同相的交流電流流通於相互相鄰之導體構件120A以及導體構件110B，在各個導體構件的周圍產生之磁通會成為相同方向，磁通變得易於集中在金屬帶板S。
具體而言，在將由1組導體構件110A、120A所構成之1次閉迴路101A(電感L1、阻抗Z1)、與由另1組導體構件110B、120B所構成之1次閉迴路101B(電感L2、阻抗Z2)並聯連接的情況下，並聯的合成電感L可利用下式(10)來求出。
L=L1×L2/L1+L2…(10)
通常，若並聯連接時，電感以及阻抗即可以變小。假如電感L1與電感L2幾乎相等，根據上式(10)，電感會成為約一半。
特別是在金屬帶板S(通常為較薄的材料)的過板速度較快，無法充分取得加熱時間的情況下，使設置之1組導體構件的分開距離變長，會讓電感、阻抗變大，且高電壓化等會讓電源的負擔變大，而出現設備成本之增大或安全上之問題。
若並聯化，即使必要分開長度較長仍然可以讓電感變小，因此可以做到電源負載的減輕、解決伴隨於高電壓化之安全上的課題。
即使不拉長分開距離而投入大電力，由於電流可被分流，所以可以將1組導體構件的發熱減輕而提升效率。
又，可如以下所示地提升電流的共振頻率f。
當共振頻率提升時，可以將金屬帶板S的寬度方向端部SE之加熱範圍縮窄，而可以有效地加熱有限的範圍之寬度方向端部SE。
圖5是本揭示之第2實施形態的另一例之金屬帶板的感應加熱裝置的平面圖。作為與上述的例子之差異，在所圖示之例中，連接構件232C、232D將1次閉迴路101A、101B串聯連接於交流電源240。同相的交流電流流通於在金屬帶板S的過板方向上相鄰之導體構件120A及導體構件110B之點是同樣的。藉由串聯連接1次閉迴路101A、101B，可以將在各個1次閉迴路流動之電流的大小設成相同。又，可以藉由加大電感而變更振盪條件。
具體而言，在已串聯連接的情況下，合成的電感L為下式。
L=L1+L2…(12)
串聯連接使電感變大，可降低頻率。
由於若頻率減低時，可以讓電流的穿透深度δ變深，所以特別是在板厚較厚的材料之情況下，可以讓厚度方向的加熱範圍擴大，並且也擴大金屬帶板S的從寬度方向端部SE起的加熱範圍。
又，由於在導體構件流動之電流全部相同，即使阻抗不同，每個閉迴路的邊緣加熱量仍然可以形成為相同。
如上述，只要可以自由地進行並聯/串聯連接，即具有以下優點：可因應於負載而合宜地以比較自由的方式來改變所需要的頻率、電流/電力分配、金屬帶板的寬度方向端部之加熱範圍，即使未準備複數個個別的設備亦無妨。
一般而言，在板厚較薄、過板速度較快且比阻抗的溫度變化較小的情況(SUS304等)下，由於在加熱前後，阻抗的變化較小且電力/電流量較大，所以所期望的是可以讓導體的發熱變小之並聯連接，而比阻抗的溫度變化較大之普通鋼等，且在加熱前後有阻抗差之情況、或過板速度較慢的厚鋼材之情況，所期望的則是電路間的電流量成為相同、電感較大且在低頻側的加熱較容易之串聯連接。
感應加熱裝置200可用手動方式切換1次閉迴路101A、101B之串聯連接以及並聯連接，但亦可包含用自動方式來相互地切換之切換電路。切換電路包含例如將交流電源240選擇性地連接到圖4所示之連接構件232A、232B或圖5所示之連接構件232C、232D中任一者之開關(switch)。作為一例，亦可使用圖18及圖19所示之開關201A以及開關201B來切換並聯連接(圖18的連接)與串聯連接(圖19的連接)。在圖18中，連接於導體構件120A之開關201A的接點a和導體構件110B的接點b短路。又，使已連接於連接構件232A之開關201B的接點d和已連接於連接構件232B之接點e短路。藉此，將1次閉迴路101A與1次閉迴路101B並聯連接。另一方面，在圖19中，將已連接於導體構件120A之開關201A的接點a從導體構件110B的接點b釋放。然後，藉由使已連接於連接構件232A之開關201B的接點d與已連接於導體構件110B之接點c短路，而將1次閉迴路101A與1次閉迴路101B串聯連接。
(第3實施形態)
圖6A以及圖6B是用於說明本揭示之第3實施形態的剖面圖。如圖6A所示，在本實施形態中，可在構成導體構件之板部111、112、121、122的與金屬帶板S
為相反側之面配置磁性體芯材351、352、361、362。藉此，相較於如圖6B所示地未配置磁性體芯材的情況，原本在構成導體構件之板部111、112、121、122的與金屬帶板S為相反側呈自由地環繞的磁通集中通過磁導率較高之磁性體芯材351、352、361、362，藉此磁通變得易於集中進入導體構件111、112、121、122的正下方的金屬帶板S，而可以更有效地將金屬帶板S感應加熱。在本實施形態中，因為可以藉由如上述的磁性體芯材的配置，使藉由在導體中流動的電流所產生之磁通集中於導體構件的板部111、112、121、122，所以可以加大與金屬帶板S之間隙，而可以對應例如金屬帶板S的厚度方向之波浪形狀。又，在本實施形態中，因為可藉由磁性體芯材的配置而減少朝向導體構件的背側(未與金屬帶板S相向之側)之漏洩磁通，所以可以防止例如支撐導體構件之構件或設置於周邊之機器等被加熱之情形。
磁性體芯材只要確保不會磁飽和之適當的截面積即可，例如在使用高頻的情況下，使用即使飽和磁通密度小，截面積變小就夠用之鐵氧體芯材即可，又，若是相對低頻，只要使用飽和磁通密度較大之積層的電磁鋼板、非晶質(amorphous)等的強磁性體即可。又，若顧慮發熱的情況，則宜適當地設置水冷銅板等冷卻裝置來進行磁性體芯材的冷卻。
圖7A以及圖7B是說明本揭示之第3實施形態的另一例的剖面圖。圖7B雖然僅由構成導體構件之板部111A、111B、112A、112B、121A、121B、122A、122B來構成，但在成為單獨的閉迴路之圖6B的情況下，因為磁通在金屬帶板S的行進方向(與過板方向相同)之前後方向上自由地放射，所以磁通會難以集中。相對於此，在第3實施形態的另一例中，在同相的電流流至2個閉迴路的中央部的板部111A、111B、112A、112B的情況下，在板部111A、111B、112A、112B產生之磁通不會因為在板部111A、112A、121B、122B產生之逆向的磁通，而在金屬帶板S的長度方向(與過板方向相同)上朝前後方向飛行的範圍
被縮窄，磁通約束在板部111A、111B、112A、112B的附近，結果可以使感應電流效率良好地集中。如圖7A所示，在本實施形態中，若在構成導體構件之板部111A、111B、112A、112B、121A、121B、122A、122B的與金屬帶板S為相反側之面配置磁性體芯材351、352、361、362、371、372，即可以更有效率地集中感應電流。在此，磁性體芯材371、372只要彼此接近，就算在長度方向/寬度方向中途被分割也沒關係，但宜為與在金屬帶板S的過板方向上相鄰之導體構件的2個板部121A、111B以及板部122A、122B的每一個共同地配置。亦即，磁性體芯材371覆蓋導體構件的板部121A、111B之雙方的背側，磁性體芯材372覆蓋導體構件的板部122A、112B之雙方的背側。藉此，即使是例如上述之圖4以及圖5的例子般將複數個1次閉迴路在金屬帶板S的過板方向上相鄰配置的情況，相較於如圖7B所示般沒有配置磁性體芯材的情況，磁通也會變得較易於進入金屬帶板S。藉此，可以更有效地將金屬帶板S感應加熱。在可以加大導體構件與金屬帶板S的間隙之點、以及可減少漏洩磁通之點上，也與上述的例子同樣。
(第4實施形態)
圖8A是本揭示之第4實施形態的金屬帶板的感應加熱裝置的平面圖，圖9是相當於圖8A所示之感應加熱裝置的9-9線箭頭視圖的側面圖。如圖示，本實施形態之感應加熱裝置400包含形成1次閉迴路101之導體構件110、120以及連接構件132、431、與交流電源140。作為和上述之第1實施形態的差異，在本實施形態中，是連接構件431以及132在金屬帶板S的端部側，以在金屬帶板S的厚度方向上不干涉到金屬帶板S的方式配置於上表面或下表面。具體來說，如例如圖9之例所示，以連接構件431分別在金屬帶板S的正面側連接導體構件的板部111、121，在背面側連接將導體構件的板部112、122，在金屬帶板S的正面側與背面側之間則不連接導體構件。
根據上述之本揭示的第4實施形態，除了可得到和第1實施形態同樣的效果以外，還有在需要從金屬帶板S的搬送產線拆下感應加熱裝置400來進行維護的情況下，也只要將其從圖中下方(電源側)拉出即可，就算在操作中也毋須停止/切斷搬送中的金屬帶板S，可以容易地實施維護。
在前述的實施形態中，雖然是將連接構件131、132從金屬帶板S的寬度方向端部SE分開，但本揭示不限定於此構成。亦可如圖8B所示，連接構件在平面視角下呈與金屬帶板S的寬度方向端部SE重疊(作為一例，亦可重疊有數十mm左右)。具體而言，在導體構件110、120之上以及下將連接構件配置成在平面視角下，相對於進行處理之被加熱材的最大板寬，一部分重疊於金屬帶板S的寬度方向端部SE。藉由做成此構成，可以避免連接構件與金屬帶板S的寬度方向端部之接觸。又，連接構件的寬度尺寸亦可在導體構件110、120的寬度尺寸以上。藉由設成此構成，就算金屬帶板S蛇行，也可使電流在金屬帶板S的寬度方向端部SE均等地流動。
又，在前述之實施形態中，使用了薄板即金屬帶板S來作為金屬板，但本揭示不限定於此。亦可使用厚板或扁胚等厚金屬來作為金屬板。在此情況下，也可以和第1實施形態同樣地得到本揭示之效果。又，被加熱材雖然所例示的是移動中的情況，但在靜止狀態下也可以適用。在圖17中圖示有以本揭示的感應加熱裝置(參照圖16)使電流於厚金屬流動之狀態下的厚金屬側面的電流的流動。
(加熱效果之驗證)
圖10及圖11是顯示用於驗證在本揭示之實施形態中對金屬帶板的寬度方向端部進行加熱之效果的解析結果的圖表。針對在上述如參照圖1至圖3而說明的感應加熱裝置，用以下的條件實施基於有限元素法之電磁場解析，計算出金屬帶板的寬度方向中央部的溫度Tc與寬度方向端部的溫度Te之比值、以及寬度方
向端部的溫度(邊緣溫度)。
‧金屬帶板的板寬W=1200mm
‧金屬帶板的板厚t=2mm
‧導體構件的寬度B=200mm
‧交流電流的頻率f=10kHz
‧交流電流的大小=10kA
‧導體構件間之距離L=可在200mm~600mm之間改變
‧加熱前的金屬帶板之溫度T0=0℃
在上述之解析中，於將導體構件間之距離L設為最小(100mm)的情況下，導體構件的寬度B與距離L之比值L/B為1。如圖10之圖表所示，在比值L/B為1以上之範圍下，金屬帶板的寬度方向端部的溫度Te會遠高於中央部的溫度Tc。另一方面，如圖11的圖表所示，在比值L/B為1以上且2以下的範圍內，邊緣溫度較低，但若比值L/B超過2時，邊緣溫度會超過50℃，且隨著比值L/B變大邊緣溫度會上升。比值L/B超過2(L/B>2)之情形、與距離L超過2個導體構件之寬度總和(L>2B)之情形是相等的。在這樣的條件下，感應加熱裝置可以有效率地加熱金屬帶板的寬度方向的端部。
以上，雖然已一邊參照所附圖式一邊針對本揭示的較佳的實施形態來詳細地說明，但本揭示並不限定於這些例子。只要是本揭示的所屬技術領域中的本領域技術人員，在申請專利範圍所記載的技術思想之範疇內，顯然可設想得到各種變更例或修正例，關於這些變更例或修正例當然也應被理解為屬於本揭示的技術範圍。
關於以上的實施形態，進一步揭示以下的附記。
(附記1)
一種金屬板的感應加熱裝置，具備：
第1導體構件，和金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；第2導體構件，從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，並和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；連接構件，將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接而形成1次閉迴路；及交流電源，和前述1次閉迴路連接，前述第1距離比前述第1導體構件以及前述第2導體構件在前述金屬板的過板方向上的尺寸之總和更大。
(附記2)
如附記1記載之感應加熱裝置，其中前述第1導體構件與前述第2導體構件，和前述金屬板的相同側之面相向而配置。
(附記3)
如附記2記載之感應加熱裝置，其中前述第1導體構件與前述第2導體構件分別配置於前述金屬板的正面側以及背面側。
(附記4)
如附記1至附記3中任1項記載之金屬板的感應加熱裝置，其中藉由前述第1導體構件、前述第2導體構件以及前述連接構件而各自形成之第1以及第2之1次閉迴路在前述金屬板的過板方向上相鄰而配置，前述交流電源使同相的交流電流流通於前述第1以及第2之1次閉迴路當中在前述金屬板的過板方向上相鄰的導體構件。
(附記5)
如附記4記載之金屬板的感應加熱裝置，其更具備切換電路，前述切換電路
可相互地切換前述第1以及第2之1次閉迴路的串聯連接以及並聯連接。
(附記6)
如附記1至附記5中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，其更具備磁性體芯材，前述磁性體芯材配置在前述第1導體構件以及前述第2導體構件的至少一個導體構件的與前述金屬板為相反側之面。
(附記7)
如附記1至附記6中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，其中前述連接構件在前述金屬板的至少寬度方向單側，以在前述金屬板的厚度方向上不干涉到前述金屬板的方式配置。
(附記8)
如附記1至附記7中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，其中前述連接構件包含可動部，前述可動部可使前述第1導體構件以及前述第2導體構件的至少一個導體構件在前述金屬板的過板方向上移動。
(附記9)
一種金屬板的加工設備，包含：金屬板的酸洗裝置；及如附記1至附記8中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述酸洗裝置的前段。
(附記10)
一種金屬板的加工設備，包含：金屬板之冷軋延裝置；及如附記1至附記8中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述冷軋延裝置的前段。
(附記11)
一種金屬板的加工設備，包含：擦拭裝置，朝附著有熔融金屬之金屬板噴附氣體；合金化加熱裝置，藉由加熱而使附著於前述金屬板之前述熔融金屬合金化；及如附記1至附記8中任一項記載之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述擦拭裝置與前述合金化加熱裝置之間。
(附記12)
一種金屬板的感應加熱方法，包含以下步驟：對1次閉迴路流通交流電流，前述1次閉迴路是藉由第1導體構件、第2導體構件、與將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接之連接構件所形成，前述第1導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置，前述第2導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，並從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；及藉由2次閉迴路通過前述金屬板的寬度方向端部而將前述金屬板的寬度方向端部感應加熱，前述2次閉迴路藉由在前述金屬板中分別和前述第1導體構件以及前述第2導體構件相向的區域產生之感應電流而形成。
(附記13)
一種金屬帶板的感應加熱裝置，具備：第1導體構件，和金屬帶板的正面或背面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬帶板而配置；第2導體構件，從前述第1導體構件朝前述金屬帶板的過板方向分開相當於第1距離而定位，並和前述金屬帶板的正面或背面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬帶板而配置；
連接構件，在已從前述金屬帶板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接而形成1次閉迴路；及交流電源，和前述1次閉迴路連接，前述第1距離比前述第1導體構件以及前述第2導體構件在前述金屬帶板的過板方向上的尺寸之總和更大。
(附記14)
如附記13記載之金屬帶板的感應加熱裝置，其中藉由前述第1導體構件、前述第2導體構件以及前述連接構件而各自形成之第1以及第2之1次閉迴路在前述金屬帶板的過板方向上相鄰而配置，前述交流電源使同相的交流電流流通於前述第1以及第2之1次閉迴路當中在前述金屬帶板的過板方向上相鄰的導體構件。
(附記15)
如附記14記載之金屬帶板的感應加熱裝置，其更具備切換電路，前述切換電路可相互地切換前述第1以及第2之1次閉迴路的串聯連接以及並聯連接。
(附記16)
如附記13至附記15中任1項記載之金屬帶板的感應加熱裝置，其更具備磁性體芯材，前述磁性體芯材配置在前述第1導體構件以及前述第2導體構件當中至少任一者的與前述金屬帶板為相反側之面。
(附記17)
如附記13至附記16中任一項記載之金屬帶板的感應加熱裝置，其中前述連接構件在前述金屬帶板的至少寬度方向單側，以在前述金屬帶板的厚度方向上不干涉到前述金屬帶板的方式配置。
(附記18)
如附記13至附記17中任1項記載之金屬帶板的感應加熱裝置，其中前述連接
構件包含可動部，前述可動部可使前述第1導體構件以及前述第2導體構件的至少任一者在前述金屬帶板的過板方向上移動。
(附記19)
一種金屬帶板的加工設備，包含：金屬帶板的酸洗裝置；及如附記13至附記18中任一項記載之金屬帶板的感應加熱裝置，配置在前述酸洗裝置的前段。
(附記20)
一種金屬帶板的加工設備，包含：金屬帶板的冷軋延裝置；及如附記13至附記18中任一項記載之金屬帶板的感應加熱裝置，配置在前述冷軋延裝置的前段。
(附記21)
一種金屬帶板的感應加熱方法，包含以下步驟：對1次閉迴路流通交流電流，前述1次閉迴路是藉由第1導體構件、第2導體構件、與在已從金屬帶板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接之連接構件所形成，前述第1導體構件和前述金屬帶板的正面或背面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬帶板而配置，前述第2導體構件和前述金屬帶板的正面或背面相向，並從前述第1導體構件朝前述金屬帶板的過板方向分開相當於第1距離，且在寬度方向上橫跨前述金屬帶板而配置；及藉由2次閉迴路通過前述金屬帶板的寬度方向端部而將前述金屬帶板的寬度方向端部感應加熱，前述2次閉迴路藉由在前述金屬帶板中分別和前述第1導體構件以及前述第2導體構件相向的區域產生之感應電流而形成。
根據上述之構成，金屬帶板的寬度方向的整體被加熱，僅在通過
導體構件之下(或上)的期間，且在導體構件之間則可將加熱範圍限定於金屬帶板的寬度方向端部。藉此，可以有效率地加熱金屬帶板的寬度方向的端部，防止金屬帶板的端部龜裂。又，因為可以將感應線圈與被加熱材之間隔確保得相對較寬，所以即使對於被加熱材的變形或蛇行等仍然可以在沒有附加的設備之下容易地對應。
100:感應加熱裝置
101:1次閉迴路
110,120:導體構件
131,132:連接構件
140:交流電源
2A-2A:線
B1,B2:尺寸
E,L:距離
PD:箭頭
S:金屬帶板
SE:寬度方向端部
Claims (12)
- 一種金屬板的感應加熱裝置，具備：第1導體構件，和金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；第2導體構件，從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，並和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；連接構件，在已從前述金屬板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接而形成1次閉迴路；及交流電源，和前述1次閉迴路連接，前述第1距離比前述第1導體構件以及前述第2導體構件在前述金屬板的過板方向上的尺寸之總和更大。
- 如請求項1之感應加熱裝置，其中前述第1導體構件與前述第2導體構件，和前述金屬板的相同側之面相向而配置。
- 如請求項2之感應加熱裝置，其中前述第1導體構件與前述第2導體構件分別配置於前述金屬板的正面側以及背面側。
- 如請求項1至3中任一項之金屬板的感應加熱裝置，其中藉由前述第1導體構件、前述第2導體構件以及前述連接構件而各自形成之第1及第2之1次閉迴路在前述金屬板的過板方向上相鄰而配置，前述交流電源使同相的交流電流流通於前述第1以及第2之1次閉迴路中在前述金屬板的過板方向上相鄰的導體構件。
- 如請求項4之金屬板的感應加熱裝置，其更具備切換電路，前述切換電路可相互地切換前述第1以及第2之1次閉迴路的串聯連接以及並聯連接。
- 如請求項1至3中任一項之金屬板的感應加熱裝置，其更具備磁性體芯材，前述磁性體芯材配置在前述第1導體構件以及前述第2導體構件的至少一個導體構件的與前述金屬板為相反側之面。
- 如請求項1至3中任一項之金屬板的感應加熱裝置，其中前述連接構件在前述金屬板的至少寬度方向單側，以在前述金屬板的厚度方向上不干涉到前述金屬板的方式配置。
- 如請求項1至3中任一項之金屬板的感應加熱裝置，其中前述連接構件包含可動部，前述可動部可使前述第1導體構件以及前述第2導體構件的至少一個導體構件在前述金屬板的過板方向上移動。
- 一種金屬板的加工設備，包含：金屬板的酸洗裝置；及如請求項1至8中任一項之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述酸洗裝置的前段。
- 一種金屬板的加工設備，包含：金屬板的冷軋延裝置；及如請求項1至8中任一項之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述冷軋延裝置的前段。
- 一種金屬板的加工設備，包含：擦拭裝置，朝附著有熔融金屬之金屬板噴附氣體；合金化加熱裝置，藉由加熱使附著於前述金屬板之前述熔融金屬合金化；及如請求項1至8中任一項之金屬板的感應加熱裝置，配置在前述擦拭裝置與前述合金化加熱裝置之間。
- 一種金屬板的感應加熱方法，包含以下步驟： 對1次閉迴路流通交流電流，前述1次閉迴路是藉由第1導體構件、第2導體構件、與在已從金屬板的寬度方向端部分開的位置上將前述第1導體構件以及前述第2導體構件相互連接之連接構件所形成，前述第1導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置，前述第2導體構件和前述金屬板的正面以及背面的至少其中一面相向，並從前述第1導體構件朝前述金屬板的過板方向分開相當於第1距離，且在寬度方向上橫跨前述金屬板而配置；及藉由2次閉迴路通過前述金屬板的寬度方向端部而將前述金屬板的寬度方向端部感應加熱，前述2次閉迴路藉由在前述金屬板中分別和前述第1導體構件以及前述第2導體構件相向的區域產生之感應電流而形成。
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| TW201540843A (zh) * | 2013-12-31 | 2015-11-01 | Roctool | 用於加熱模具的裝置 |
| WO2016035867A1 (ja) * | 2014-09-03 | 2016-03-10 | 新日鐵住金株式会社 | 金属帯板の誘導加熱装置 |
| CN112430726A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-03-02 | 河南九发新材新能有限公司 | 一种金属导体管、退火装置及退火设备 |
-
2022
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