WO2013100544A1 - 가열 장치 및 가열 방법 - Google Patents

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heating
winding coil
iron core
magnetic iron
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배진수
하태종
조운관
신건
오기장
이덕만
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Definitions

  • the present invention relates to a heating apparatus and a heating method, and more particularly, to a heating apparatus and a heating method capable of overheating an edge portion as a heating apparatus for heating a metal plate continuously supplied, and capable of uniform heating at portions except the edge portion.
  • Transverse Flux Induction Coils are one of the induction heating technologies developed from the Longitudinal Flux Induction Coils (LFICs).
  • 1 illustrates the principle of heating a metal plate by LFIC and TFIC.
  • the magnetic field generated by the LFIC acts laterally on the metal plate, thereby generating an eddy current in the vertical cross section of the metal plate.
  • the permeability is inherent to the properties of the metal, which cannot be controlled, and the high operating frequency is limited in the implementation of large-capacity power equipment. Therefore, there is a limit to the induction heating of the non-magnetic metal sheet by the LFIC.
  • the initial TFIC as shown in Figure 3, took the form of a simple rectangular winding, but the energy delivered to the steel sheet is uneven in the width direction, in particular, the energy is reduced by about 20% compared to the center inside the edge portion 20 is insufficient.
  • a heating section occurred (see C of FIG. 3b).
  • both ends of the TFIC have a head in a circular shape, and in particular, reduce the cross-sectional size of the head part 10, or make a large outward shape to increase the current density of the insufficient heating part, or the current path.
  • the extension was made to compensate for insufficient heating inside the edge portion, thereby enabling widthwise uniform heating.
  • the position of the TFIC head 10 must be accurately controlled. In other words, there was an optimal position of the TFIC for the metal plate for the widthwise uniform heating according to the width change or meandering of the metal plate, and the movement of the TFIC is inevitable.
  • a U-shaped TFIC was developed by dividing the upper and lower pairs of heating coils into two pairs as shown in FIG. 4 to control the position of the coil.
  • An induction heating system using two pairs of TFICs requires two power supplies and matching configurations (capacitors, transformers, etc.), and a mechanical part is necessary because coil position control is necessary in accordance with the width change and meandering of the metal plate.
  • the cross section or shape of the heating coil is changed in the head portion, it is unavoidable to manufacture the coil by welding, which may cause perforation due to overheating in the weld portion, and thus leakage of the coil cooling water. In other words, the production of the coil is difficult, the system is complicated, the initial investment costs are high.
  • the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, it is an object of the present invention to provide a heating device that is simple in the form of a coil and capable of overheating and uniform heating in the width direction of the edge of the metal plate.
  • an object of the present invention is to provide a heating device which is simple in construction and capable of overheating of the edge portion and uniform heating in the width direction without the need for a coil position control mechanism.
  • an object of the present invention is to provide a heating apparatus and a heating method capable of overheating the edge portion and uniformly heating in the width direction even when meandering occurs.
  • the present invention provides the following heating apparatus and heating method in order to achieve the above object.
  • the present invention is provided spaced apart from one surface of the metal plate to generate a magnetic field for heating the metal plate, provided in parallel to the metal plate, and extends in the direction of travel of the metal plate and a pair of horizontal portions extending in the width direction of the metal plate.
  • a first heating portion comprising a winding coil having a pair of longitudinal portions and spaced apart from the other surface of the metal plate, provided in parallel with the metal plate, and extending in a traveling direction of the pair of horizontal portions and the metal plate extending in the width direction of the metal plate;
  • a second heating portion including a winding coil having a pair of longitudinal portions, wherein the first and second heating portions include magnetic iron cores extending along a pair of horizontal portions of the winding coils.
  • a first member extending along the inner side of the horizontal portion, wherein the outer side of the horizontal portion in the winding coil is opened. do.
  • the winding coil is wound in a rectangular shape having a long length in the width direction of the metal plate
  • the magnetic iron core may include a front magnetic iron in the front of the metal plate advance direction, and a rear magnetic iron in the rear of the metal plate advance direction.
  • the magnetic iron core may further include a second member positioned on an opposite surface of the metal plate of the winding coil.
  • the second member of the magnetic iron core may include an extension part longer in the metal plate width direction than the first member, the extension part may extend to the metal plate width direction end portion of the winding coil.
  • the apparatus may further include a magnetic shielding box including the winding coil and the magnetic iron core therein and provided to prevent leakage of the magnetic field by the winding coil.
  • the magnetic iron core may be a compression-sintered powder type high permeability material having a relative permeability of 1000 or more, or a laminate of electrical steel sheets having a relative permeability of 1000 or more in the longitudinal direction.
  • an insulating plate may be disposed between the magnetic iron core and the winding coil, and a heat sink may be disposed outside the magnetic iron core, and the heat sink may have a shape corresponding to the magnetic iron core and a water-cooled coil disposed on the outside thereof. Can be.
  • the winding coil and the magnetic iron core therein further comprising a magnetic field shielding box provided to prevent leakage of the magnetic field by the winding coil, wherein the winding coil, insulation plate, magnetic iron core, and heat sink is the magnetic field shielding
  • the base plate inside the box can be fixed through the coupling means.
  • the magnetic iron core is a compression-sintered powder-type high permeability material having a relative permeability of 1000 or more, the diameter of the high permeability material may be less than the magnetic field penetration depth.
  • the magnetic iron core is a laminate of electrical steel sheets having a relative magnetic permeability of 1000 or more in the longitudinal direction, and the thickness of the electrical steel sheets may be equal to or less than the magnetic field penetration depth.
  • the magnetic iron core is laminated to the electrical steel sheet to the adhesive layer, it is preferable that the volume ratio of the electrical steel sheet to the total volume in the magnetic iron core 95% or more to implement the widthwise uniform heating pattern of the metal plate.
  • the length of the winding coil inner long side may be greater than 80% and less than 120% of the width direction of the metal plate.
  • the magnetic shielding box is configured to exceed the magnetic field penetration depth, the distance between the winding coil and the inner surface of the magnetic shielding box than the distance between the winding coil and the metal plate in order to reduce the induced current loss of the magnetic shielding box. It is preferable to go further.
  • the present invention is the heating device described above; It provides a rolling line comprising a; rolling mill disposed at the rear end of the heating device.
  • the present invention provides a heating method for heating a metal plate continuously supplied to a heating device disposed on both sides of a metal plate, the supplying step of supplying a metal plate to the heating device; And a heating step of heating the supplied metal plate by generating a magnetic field perpendicular to the metal plate with the winding coil of the heating device, wherein the heating step controls the intensity of the magnetic field generated in the winding coil through a magnetic iron core.
  • a heating method is provided in which the edge portion of the metal plate is overheated than the center portion, and the center portion of the metal plate is heated so that the widthwise temperature distribution is uniform.
  • the present invention may be carried out before the rolling idle so that the metal plate heated in the heating step is supplied to the rolling process, which overheats the edge portion before the rolling process because the cooling of the edge portion in the rolling process occurs a lot
  • the present invention can provide a heating device that is simple in the form of a coil through the above configuration, but also capable of overheating and uniform heating in the width direction of the edge of the metal plate.
  • the present invention can provide a heating apparatus and a heating method which is simple in construction, capable of overheating the edge portion and uniformly heating in the width direction without the need for a coil position control mechanism, and providing the same performance even when meandering occurs. have.
  • 1 is a diagram illustrating a conventional LFIC.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a conventional TFIC.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a conventional TFIC
  • FIG. 3A is a plan view of a coil and a metal plate
  • FIG. 3B is a power distribution graph of the metal plate heated by the TFIC of FIG. 3A.
  • FIG. 4 is a view showing another example of the conventional TFIC
  • Figure 4a is a plan view of the coil and the metal plate
  • Figure 4b is a power distribution graph of the metal plate heated by the TFIC of Figure 4a.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating an eddy current density distribution when heated by the TFIC of FIG. 3, and FIG. 5B is a diagram illustrating an eddy current path induced in the metal plate of FIG. 5A.
  • FIG. 6 is a perspective view of a transverse flux induction heater according to the invention.
  • FIG. 7 is a perspective view and a plan view of the winding coil in the heating section of the transverse flux induction heater according to the invention.
  • FIG. 8 is a perspective view (FIG. 8 a), a side view (FIG. 8 b), a front view (FIG. 8 c) and a top view (FIG. 8 d) of a magnetic iron core in a heating section of a transverse flux induction heater according to the invention.
  • FIG. 9 is a view of a heating unit according to the present invention
  • Figure 9a is an assembly view of the heating unit
  • Figure 9b is an assembly cross-sectional view of the heating unit.
  • FIG 10 is a view showing the positions of the magnetic iron cores of the comparative example and the first embodiment.
  • FIG. 11 is a graph of power distribution according to the magnetic core position of FIG. 10.
  • FIG. 12 is a view showing the positions of the magnetic iron cores of the first to third embodiments.
  • FIG. 13 is a graph of power distribution according to the magnetic core position of FIG. 12.
  • FIG. 14 is a graph comparing power distribution of the third embodiment of FIG. 12 and the related art.
  • 15A is a plan view of the heating apparatus of the present invention.
  • 15B is a power distribution graph according to the change of the length of the magnetic iron core of the heating apparatus of the present invention.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the heating apparatus of the present invention.
  • 17 is a graph of power distribution according to meandering of a metal plate.
  • FIG. 19 is a schematic view in which the heating apparatus of the present invention is arranged on a rolling line.
  • FIG. 5A is a diagram showing an eddy current density distribution when heated by the TFIC of FIG. 3, and FIG. 5B is a diagram showing an eddy current path induced in the metal plate of FIG. 5A.
  • FIG. 5 when the TFIC of FIG. 3 is used, it can be seen that eddy currents are concentrated in the edge portion E. FIG. This is due to an end effect in which the eddy current density becomes high due to magnetic field distortion and concentration at the edge portion E.
  • FIG. 5A is a diagram showing an eddy current density distribution when heated by the TFIC of FIG. 3
  • FIG. 5B is a diagram showing an eddy current path induced in the metal plate of FIG. 5A.
  • the inventor of the present invention concentrated a current path divided by introducing a magnetic iron core in order to concentrate the current to the edge portion E in the heating coil into the heating coil.
  • the transverse flux induction heater (1) of the present invention is the upper heating portion 100 disposed on the upper surface of the metal plate (P) and the lower heating disposed on the lower surface of the metal plate (P)
  • the unit 200 is included.
  • the upper heating unit 100 is a magnetic field shielding box 101 to prevent external leakage of the magnetic field generated by the winding coil, the winding coil 110 is disposed therein and generates a magnetic field perpendicular to the horizontal plane of the metal plate and the
  • the magnetic coil cores 120 and 130 cover a portion of the inner surface and the upper surface of the winding coil 110 and control magnetic flux density for each position of the magnetic field generated in the winding coil 110.
  • the magnetic iron core 120, 130 is located on the upper and inner surfaces of the horizontal portion.
  • the lower heating unit 200 includes a magnetic shield box 201, a winding coil 210 disposed therein, and magnetic iron cores 220 and 230 that cover portions of inner and lower surfaces of the winding coil 210. It is configured to include.
  • FIG. 7 shows a perspective view and a plan view of the winding coil 110 in the upper heating part 100 of the transverse flux induction heater 1 according to the invention.
  • the winding coil 110 uses copper having excellent thermal conductivity and electrical conductivity, and is disposed spaced apart from the predetermined distance in the thickness direction of the metal plate moving in the lateral direction.
  • the winding coil 110 may vary depending on the design, but in the present embodiment, the coil having a rectangular cross section has a rectangular shape having a long length in the width direction of the metal plate, and the outer winding part 111, the central winding part 112, and the inner winding.
  • Part 113 has three windings.
  • the long length a of the winding coil 110 is the width direction of the metal plate, that is, the horizontal portion, and the short length b is the travel direction of the metal plate, that is, the vertical portion.
  • the inner winding 113 is provided with connecting portions 114 and 115 connected to the power supply.
  • the distance between the metal plate (P) and the winding coil 110 is such that the winding coil 110 can avoid collision even in the vertical deformation of the metal plate (P), but the electromagnetic coupling of the winding coil 110 and the metal plate (P) It is desirable to be as narrow as possible so that the electromagnetic coupling is strong.
  • the distance between the upper winding coil 110 and the lower winding coil 210 is approximately 80 mm, so that it is preferable to secure the impact and electromagnetic coupling effect. Therefore, it can be changed.
  • FIG. 8A shows a perspective view of the magnetic cores 120, 130 at the upper heating part 100 of the transverse flux induction heater 1 according to the invention
  • FIG. 8B is a side view of the magnetic core 120
  • FIG. 8c shows a front view of the magnetic iron core 120
  • FIG. 8d shows a top view of the magnetic iron core 120.
  • the magnetic iron cores 120 and 130 are formed of the front magnetic core 130 and the rear magnetic core 120 along the traveling direction of the metal plate P, and the front and rear magnetic cores ( 120 and 130 may have the same shape, but the length of the vertical part 121 may be partially changed by the connection part 115.
  • the front magnetic core 130 and the rear magnetic core 120 are disposed to be spaced apart from each other to face the vertical portion 121 on the inner surface of the winding coil 110, the thickness of the magnetic core (120, 130) and the winding coil 110 As the short length b (see FIG. 7) is changed, it may be composed of a single magnetic iron core 120 and 130.
  • the rear magnetic core 120 includes a vertical portion (first member) 121 covering an inner surface of the winding coil 110 and a horizontal portion (second member; 122) covering an upper surface. As in the side view, it has an approximately '-' shape.
  • the horizontal part 122 includes a central part 122b corresponding to the vertical part 121 and extension parts 122a and 122c extending to both ends of the winding coil 110. Since the vertical part 121 covers the inner side surface of the winding coil 110, it may not be provided at a position corresponding to the extending portions 122a and 122c. In the present invention, the outer side surface of the horizontal portion of the winding coil 110 may not be provided. Since the magnetic iron cores 120 and 130 are not arranged, the outer side of the horizontal portion of the winding coil 110 is opened.
  • the adhesive layer 124 may be disposed between the electrical steel sheets 123.
  • the thickness of the electrical steel sheet 123 is preferably less than the penetration depth of the magnetic field induced by the winding coil 110 because it can reduce the magnetic iron loss.
  • the penetration depth of the magnetic iron cores 120 and 130 is approximately 0.37 mm at an operating frequency of 1000 Hz, the thickness of the electrical steel sheet 123 is preferably smaller than this.
  • the magnetic iron core may be implemented by compression sintering a material having a relative permeability of 1000 or higher or a high permeability, and in the case of compression sintering such a high permeability material, the diameter of the material is less than the magnetic field penetration depth to reduce the magnetic iron loss. It is preferable because it can be made. For example, since the penetration depth is approximately 0.37 mm at an operating frequency of 1000 Hz, the diameter of the high permeability material is preferably smaller than this.
  • the electrical steel sheet 123 when the electrical steel sheet 123 is laminated through the adhesive layer 124, the electrical steel sheet 123 may be laminated so that the volume of the electrical steel sheet 123 is 95% or more. This is because when the adhesive layer 124 exceeds 5%, the performance of the magnetic iron core 120 may be degraded and the width direction pattern of the metal plate P may be changed.
  • FIG. 9 is a view in which the magnetic iron cores 120 and 130 and the winding coil 110 are fixed inside the magnetic shielding box 101.
  • a perspective view is shown in FIG. 9A and a cross-sectional view is shown in FIG. 9B.
  • magnetic iron cores 120 and 130 and a winding coil 110 are mounted on a base 190 connected to the magnetic field shielding box 101.
  • an insulating plate 140 is provided between the winding coil 110 and the magnetic cores 120 and 130 to insulate the winding cores 110 and the magnetic cores 120 and 130 while simultaneously insulating the magnetic cores 120 and 130.
  • the heat sink 150 is disposed on the magnetic iron cores 120 and 130 to surround the magnetic iron cores 120 and 130.
  • the insulating plate 140 and the heat sink 150 are provided of a material having high thermal conductivity.
  • a water-cooled coil 180 is disposed on the heat sink 150 to extract heat from the magnetic iron cores 120 and 130 due to the magnetic field generated by the winding coil 110 to the outside.
  • a space for arranging the water-cooled coil 180 is secured between the heat sink 150 and the base 190, and a bush 160 having a predetermined thickness is inserted to space the base 190 and the heat sink 150 by a predetermined distance.
  • the bush 160 passes through the magnetic iron cores 120 and 130, the insulation plate 140, and the heat sink 150, and is connected to the winding coil 110.
  • the bush 160 and the base 190 are in contact with each other, and a bolt 170 as a coupling means penetrating the base 190 is fastened to the bush 160 so that the winding coil 110, the insulating plate 140, The heat sink 150 and the magnetic iron cores 120 and 130 are fixed to the base 190.
  • the winding coil 110, the insulation plate 140, the heat sink 150, and the magnetic iron cores 120 and 130 fixed to the base 190 are connected to the magnetic field shield box 101 by the base 190. 101 can be fixed within the position.
  • FIG. 10 shows a first embodiment of the present invention and a comparative example
  • FIG. 11 shows a graph of power distribution according to the distance from the center of the metal plate of the first embodiment and the comparative example obtained through numerical analysis.
  • the first embodiment (III) of the present invention is implemented by only the vertical portion 121 in which the magnetic iron core 120 is located on the inner surface of the winding coil 110, whereas in the case of the comparative example (I) In the magnetic iron core 120 is located on the outer surface of the winding coil 110 is implemented by only the vertical portion 125 to cover the outer surface of the winding coil 110, in the case of another Comparative Example (II) magnetic iron core 120 ) Is implemented with only the horizontal portion 122 covering the upper surface of the winding coil (110).
  • the number of windings, pole pitch, spacing, etc. of the winding coil 110 are all the same, and through numerical analysis, a value obtained by integrating both Joule heat in the traveling direction and the thickness direction of the steel sheet at each point in the width direction. That is, the final heating pattern obtained after the steel sheet passes through TFIC is shown in FIG.
  • the magnetic iron core 120 of the present invention has been modified to cover two or more surfaces in a state including a vertical surface 121 covering an inner surface thereof, and thus further embodiments and distances from the center of the metal plate thereof.
  • a graph of power distribution according to is shown.
  • the vertical part 121 of the magnetic iron core 120 covers only the inner side surface of the winding coil 110 as in FIG. 10.
  • the magnetic iron core 120 of the second embodiment (IV) of the interruption includes a vertical portion 121 covering the inner surface and a horizontal portion 122 covering the upper surface with a width corresponding thereto. It has a shape, and the outer surface of the winding coil 110 and the surface toward the metal plate is opened.
  • the magnetic iron core 120 of the third embodiment (V) at the bottom is a vertical portion 121 covering the inner surface and a horizontal portion 122 covering the upper surface with a width corresponding thereto, as in the second embodiment (IV).
  • Including but the horizontal portion 122 has a shape extending to the widthwise end of the winding coil 110, as described in detail in FIG.
  • the outer surface of the winding coil 110 and the surface facing the metal plate are opened.
  • FIG. 13 is a power distribution graph showing the heating patterns of the first to third embodiments (III to V) of FIG. 12, all of the first to third embodiments (III to V) are inadequate adjacent edge portions of the metal plate. It can be seen that the heating section is compensated.
  • the second embodiment (IV) shows an improved heating pattern than the first embodiment (III).
  • the third embodiment (V) shows an improved heating pattern than the second embodiment (IV).
  • FIG. 14 is a power distribution graph showing a widthwise heating pattern of a U-shaped TFIC divided into two pairs of upper and lower pairs of heating coils as shown in the third embodiment (V) and FIG. 4.
  • the widthwise heating pattern fluctuates, but it can be seen that the third embodiment (V) of the present invention has a stable heating pattern. .
  • the induction heating system using two pairs of TFIC as shown in Figure 4 requires two power supplies and matching configuration (capacitor, transformer, etc.), and the coil position control according to the width change and meandering of the metal plate is essential, although necessary, the embodiment of the present invention is not sensitive to meandering. This will be described later in detail with FIGS. 16 to 17.
  • 15A and 15B show heating patterns according to the relationship between the width of the metal plate P and the widthwise lengths of the magnetic iron cores 120 and 130 of the present invention.
  • 15A shows a plan view of the heating unit 100 of the present invention.
  • the winding coil 110 is wound three times including the outer winding part 111, the central winding part 112, and the inner winding part 113, and is located on the inner side and the upper side of the winding coil 110.
  • the magnetic iron core 130 and the rear magnetic iron core 120 are disposed.
  • the magnetic cores 120 and 130 of FIG. 15A include the vertical portion 121 and the horizontal portion 122 in the same manner as the magnetic cores 120 and 130 of FIG. 8, and the horizontal portion 122 includes the extension portions 122a, 122c), the length of the magnetic iron core (120, 130) means the common length of the horizontal portion 122 and the vertical portion 121, that is, the length (L) of the vertical portion of the magnetic iron core 130 , Means a short length in the inner winding portion 113 of the winding coil 110.
  • FIG. 15B a heating pattern according to the change in the length L of the vertical part is illustrated in FIG. 15A.
  • the width of the metal plate P is 1000 mm
  • overheating of the edge portion does not occur when the length L of the magnetic iron core 130 is 80% of the metal plate P and 800 mm.
  • the width of the metal plate P is 1000 mm
  • the dissipation heating section is increased when the length L of the magnetic iron core 130 is 120% of the metal plate P and 1200 mm. Therefore, the length L of the magnetic iron cores 120 and 130 is greater than 80% and 120% or less with respect to the width of the metal plate P.
  • the heating pattern for heating the edge portion of the metal plate P uniformly while heating the other part is uniform.
  • the distance d2 between the magnetic field shield box 101 and the winding coil 110 is preferably larger than the distance d1 between the winding coil 110 and the metal plate P. This is to minimize the induced current loss of the magnetic shield box 101.
  • the magnetic shielding box 101 is preferably composed of a metal plate so that the magnetic shielding effect by the induced current can be expected, in the present embodiment, copper is used for the magnetic shielding box 101, but is not limited thereto.
  • the thickness of the magnetic field shielding box 101 is preferably greater than the penetration depth of the material by frequency.
  • the thickness of the magnetic field shield box 101 is preferably configured to exceed 2 mm.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view illustrating a case where meandering of the metal plate P occurs in the heating apparatus of the present invention
  • FIG. 17 is a graph illustrating a power distribution according to a meandering distance in FIG. 16, that is, a heating pattern.
  • the metal plate P is also passed between the winding coils 110 and 210 in a state where the heating units 100 and 200 of the present invention are disposed above and below the metal plate P. have.
  • the center of the metal plate (P) proceeds to coincide with the center of the winding coils (110, 210), but meandering (Off-Centering) occurs in the actual situation, the heating pattern is not maintained even when the meandering occurs. If not, the mechanism should be provided so that the heating device corresponds to the meandering.
  • the meandering distance OC means a horizontal distance between the center of the winding coils 110 and 210 and the center of the metal plate P.
  • FIG. 17A to 17B show power distribution graphs according to distances showing heating patterns when the meandering distances OC are 30 mm and 40 mm.
  • the heating unit 100, 200 according to the present invention can be confirmed that even if a meander occurs, overheating occurs at the edge portion, and uniform heating is possible at the center portion. That is, it can be seen that the heating pattern has an approximately 'U' shape.
  • FIG. 18 shows a performance evaluation graph of the transverse flux induction heater in which the embodiment of FIG. 6 is actually manufactured and installed.
  • the length L of the magnetic iron cores 120 and 130 is a length corresponding to the width of the metal plate P.
  • the power capacity is 100 kW
  • the operating frequency is 1100.
  • the metal plate passed through was a stainless steel sheet (conductivity: 1.1 ⁇ 10 6 S / m).
  • FIG. 19 shows a state in which the heating apparatus of the present invention is arranged in a rolling line.
  • the heating apparatus of the present invention heats the strips through which the upper heating part 100 and the lower heating part 200 pass on the upper side and the lower side of the strip as the metal plate, and the heated strips are subjected to the rolling mill 7.
  • the horizontal portion and the vertical portion mean the winding coils formed in the width direction and the advancing direction of the metal plate, and are not limited to straight lines but may be formed in a curved line.
  • the magnetic core covering one side is configured to be connected to each other to the magnetic core covering the other side, but is not limited thereto. It can also be produced.
  • the heating device of the present invention is not limited to a thin plate heating device, and it is also possible to heat a thick metal plate by changing the number of windings, the winding shape and the frequency of the winding coil according to the thickness of the metal plate.

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Abstract

본 발명은 코일 형태가 간단하면서도 금속판의 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능한 가열 장치를 제공하도록, 금속판을 가열하는 자기장을 발생시키도록 금속판의 일면에 이격하여 설치되며, 상기 금속판에 평행하게 제공되는 제 1 가열부 및 금속판의 타면에 이격하는 제 2 가열부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 가열부는 금속판의 진행방향/폭방향으로 연장된 권선 코일의 폭방향을 따라 연장되는 자기 철심을 포함하며, 상기 자기 철심은 상기 가로부의 내측면을 따라서 연장되는 제 1 부재를 구비하며, 상기 권선 코일에서 가로부의 외측면은 개방되는 가열 장치를 제공한다.

Description

가열 장치 및 가열 방법
본 발명은 가열 장치와 가열 방법에 대한 것으로, 연속적으로 공급되는 금속판을 가열하는 가열 장치로서 에지부의 과열이 가능하면서도 에지부를 제외한 부분에서는 균일한 가열이 가능한 가열 장치와 가열 방법에 관한 것이다.
횡방향 플럭스 유도 코일(Transverse Flux Induction Coil, 'TFIC' 라 함)는 솔레노이드 가열 코일(Longitudinal Flux Induction Coil, 'LFIC'라 함)로부터 개발된 유도 가열 기술 중의 하나이다.
도 1에서는 LFIC와 TFIC에 의해 금속판이 가열되는 원리를 도시하고 있다.
즉, 도 1(a)에서 도시한 바와 같이, LFIC에 의해 발생하는 자기장은 금속판에 횡방향으로 작용하므로 금속판의 수직 단면에 와전류(Eddy current)를 발생시킨다. 상기의 와전류에 의한 금속판의 효율적인 가열을 위해서는 금속판의 두께가 자기장 침투 깊이(δ = √(1/πfμσ))의 3배 이상이어야 하는데, 이는 도 1(b)에서 보이듯이 금속판의 상부와 하부에 반대로 흐르는 와전류가 서로 충돌하여 상쇄(A)되는 것을 방지하기 위한 것이다.
따라서, LFIC에 의한 효율적인 유도 가열을 위해서는 금속판의 두께가 얇아질수록 침투 깊이도 낮아져야 하며, 이를 위해 재료의 높은 투자율(μ)과 장치의 높은 운전주파수(f)가 필요하다.
하지만, 투자율은 금속의 고유 물성치로서 제어가 불가능하고 높은 운전주파수는 대용량 전력 설비의 구현에 있어 제한이 있기 때문에 LFIC에 의한 비자성 금속 박판의 유도 가열에는 한계가 있다.
도 2 에서는 TFIC의 기술이 도시되어 있다. TFIC는 횡방향으로 이동하는 금속판에 수직으로 자기장을 발생시켜 넓은 횡방향 단면에 와전류를 유도시키기 때문에 와전류의 상쇄를 방지할 수 있고, 또한 금속판의 두께가 얇을수록 도 2(b)에 도시한 바와 같이 금속판 상부 및 하부를 흐르는 같은 방향의 와전류가 서로 중첩(B)되어 전류 밀도를 상승시키므로 가열 효과(P=I^2*R)를 더욱 높일 수 있다.
이에 따라서, 비자성 금속 박판의 유도 가열에서는 TFIC에 의해 가열 효율을 향상시키는 효과를 기대할 수 있다.
초기의 TFIC는 도 3 에서 도시한 바와 같이, 단순한 직사각형 권선 형태를 취하였으나, 강판에 전달되는 에너지가 폭 방향으로 불균일 특히, 에지부(20) 안쪽은 중심대비 약 20% 감소한 에너지가 전달되어 불충분 가열 구간이 발생되었다(도 3b 의 C 참고). 이를 극복하기 위해 TFIC의 양쪽 끝부분을 원형으로 헤드부를 가지게 하고, 특히 헤드부(10)의 단면 크기를 감소시키거나, 또는 바깥쪽으로 크게 원형을 만들어 불충분 가열 부분의 전류 밀도 상승, 또는 전류 패스를 연장시켜 에지부 안쪽의 불충분 가열을 보상, 폭방향 균일 가열을 가능하게 하였다.
하지만, 상기의 TFIC의 경우 코일의 위치, 특히 TFIC 헤드부(10)의 끝과 금속판의 에지와의 거리에 따라 가열 패턴이 크게 변하였기 때문에 TFIC 헤드부(10)의 위치를 정확하게 제어해야만 하였다. 다시 말해, 금속판의 폭 변화나 사행에 따른 폭방향 균일 가열을 위해서는 금속판에 대한 TFIC의 최적 위치가 존재하였으며, 이를 위해 TFIC의 이동이 불가피하다는 것이다.
결국, 상기 코일의 위치 제어를 위해서, 도 4와 같이 상하 한 쌍의 가열 코일을 두 쌍으로 나눈 U자형 TFIC가 개발되었다.
두 쌍의 TFIC를 이용하는 유도 가열 시스템은 두 개의 전원장치와 매칭 구성(콘덴서, 트랜스포머등)이 필요하고, 금속판의 폭 변화와 사행에 따라 코일 위치 제어가 필수이기 때문에 기구부가 반드시 필요하다. 또한, 가열 코일의 단면이나 형태가 헤드부에서 변하기 때문에 용접에 의한 코일 제작이 불가피하며, 이는 용접부에서의 과열에 의한 천공이나, 이에 따른 코일 냉각수의 누수가 발생할 수 있다. 즉, 코일의 제작이 난해하고, 시스템이 복잡하며, 초기 투자비가 높다는 단점이 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 코일 형태가 간단하면서도 금속판의 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 구성이 간단하며, 코일 위치 제어 기구가 필요 없으면서도 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능한 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사행이 발생하더라도 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능한 가열 장치 및 가열 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 다음과 같은 가열 장치 및 가열 방법을 제공한다.
본 발명은 금속판을 가열하는 자기장을 발생시키도록 금속판의 일면에 이격하여 설치되며, 상기 금속판에 평행하게 제공되며, 금속판의 폭방향으로 연장되는 한 쌍의 가로부 및 금속판의 진행 방향으로 연장되는 한 쌍의 세로부를 구비하는 권선 코일을 포함하는 제 1 가열부 및 금속판의 타면에 이격하며, 상기 금속판에 평행하게 제공되며, 금속판의 폭방향으로 연장되는 한 쌍의 가로부 및 금속판의 진행 방향으로 연장되는 한 쌍의 세로부를 구비하는 권선 코일을 포함하는 제 2 가열부를 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 가열부는 상기 권선 코일의 한 쌍의 가로부를 따라 연장되는 자기 철심을 포함하며, 상기 자기 철심은 상기 가로부의 내측면을 따라서 연장되는 제 1 부재를 구비하며, 상기 권선 코일에서 가로부의 외측면은 개방되는 가열 장치를 제공한다.
본 발명에서 상기 권선 코일은 금속판의 폭방향으로 긴 길이를 가지는 장방형 형상으로 권취되며, 상기 자기 철심은 금속판 진행방향 전방의 전방 자기 철심과, 금속판 진행 방향 후방의 후방 자기 철심을 포함할 수 있다.
이때, 상기 자기 철심은 상기 권선 코일의 금속판 반대면에 위치하는 제 2 부재를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 자기 철심의 제 2 부재는 상기 제 1 부재보다 금속판 폭방향으로 길이가 길도록 연장부를 포함할 수 있으며, 상기 연장부는 상기 권선 코일의 금속판 폭방향 단부까지 연장될 수 있다.
또, 상기 권선 코일 및 상기 자기 철심을 내부에 포함하며, 상기 권선 코일에 의한 자기장의 누출을 막도록 제공된 자기장 차폐 박스를 더 포함할 수 있다.
한편, 철손을 최소화하도록 상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 파우더형 고투자율 재료를 압축 소결한 것 혹은 상대 투자율이 1000 이상인 전기 강판을 길이 방향으로 적층한 것일 수 있다.
또한, 상기 자기 철심과 상기 권선 코일 사이에는 절연판이 배치되며, 상기 자기 철심 외측에는 방열판이 배치될 수 있으며, 상기 방열판은 상기 자기 철심에 대응되는 형상을 가지며 외측에 수냉식 코일이 배치되는 수냉식 방열판일 수 있다.
또, 상기 권선 코일 및 상기 자기 철심을 내부에 포함하며, 상기 권선 코일에 의한 자기장의 누출을 막도록 제공된 자기장 차폐 박스를 더 포함하며, 상기 권선 코일, 절연판, 자기 철심, 및 방열판은 상기 자기장 차폐 박스 내부의 베이스 판에 결합수단을 통하여 고정될 수 있다.
이때, 상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 파우더형 고투자율 재료를 압축 소결한 것으로, 상기 고투자율 재료의 직경은 자기장 침투 깊이 이하인 것일 수 있다.
다르게, 상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 전기 강판을 길이 방향으로 적층한 것이며, 상기 전기 강판의 두께는 자기장 침투 깊이 이하일 수 있다.
이때, 상기 자기 철심은 상기 전기 강판을 접착층으로 적층시키며, 상기 금속판의 폭방향 균일 가열 패턴을 구현하도록 상기 자기 철심에서 전체 부피 대비 상기 전기 강판의 부피 비율이 95% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 권취 코일 내측 장변의 길이는 금속판의 폭방향 길이의 80% 초과 120% 미만일 수 있다.
또한, 상기 자기장 차폐 박스는 자기장 침투 깊이를 초과하여 구성되며, 상기 자기장 차폐 박스의 유도 전류 손실을 줄이기 위하여 상기 권취 코일과 상기 금속판과의 거리보다 상기 권취 코일과 상기 자기장 차폐 박스의 내면의 거리가 더 먼 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상술한 가열 장치; 상기 가열 장치의 후단에 배치되는 압연기;를 포함하는 압연 라인을 제공한다.
본 발명은 금속판의 양면으로 배치되는 가열 장치로 연속적으로 공급되는 금속판을 가열하는 가열 방법으로, 상기 가열 장치로 금속판을 공급하는 공급단계; 및 상기 가열 장치의 권선 코일로 금속판에 수직인 자기장을 발생시켜 공급되는 금속판을 가열하는 가열단계;를 포함하며, 상기 가열단계는 상기 권선 코일에서 발생하는 자기장의 세기를 자기 철심을 통하여 조절하여 상기 금속판의 에지부를 중앙부보다 과열시키며, 금속판의 중앙부는 폭방향 온도 분포가 균일하도록 가열시키는 가열 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 가열 단계에서 가열된 금속판이 압연 공정으로 공급되도록 상기 가열 단계는 압연 공전 이전에 수행될 수 있으며, 이는 압연 공정에서 에지부는 냉각이 많이 발생하기 때문에 압연 공정 이전에 에지부를 과열하는 것이 바람직하며, 에지부를 제외한 중앙부의 경우에는 균일한 온도를 가지는 것이 압연 후 제품 특성이 균일하기 때문이다.
본 발명은 위와 같은 구성을 통하여 코일 형태가 간단하면서도 금속판의 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능한 가열 장치를 제공할 수 있다
또한, 본 발명은 구성이 간단하며, 코일 위치 제어 기구가 필요 없으면서도 에지부의 과열과 폭방향 균일 가열이 가능하며, 사행이 발생하더라도 동일한 성능을 제공하는 것이 가능한 가열 장치 및 가열 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 종래의 LFIC를 도시한 도면이다.
도 2 는 종래의 TFIC를 도시한 도면이다.
도 3 은 종래의 TFIC의 일예를 도시한 도면으로, 도 3a 는 코일과 금속판의 평면도이며, 도 3b 는 도 3a 의 TFIC로 가열한 금속판의 전력분포 그래프이다.
도 4 는 종래의 TFIC의 다른 예를 도시한 도면으로, 도 4a 는 코일과 금속판의 평면도이며, 도 4b 는 도 4a의 TFIC로 가열한 금속판의 전력분포 그래프이다.
도 5a 는 도 3 의 TFIC로 가열하였을 때, 와전류 밀도 분포도를 보이는 도면이며, 도 5b는 도 5a 의 금속판에 유도되는 와전류 패스(Eddy current path)을 보이는 도면이다.
도 6 는 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기의 사시도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기의 가열부에서 권선 코일의 사시도 및 평면도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기의 가열부에서 자기 철심의 사시도(도 8 a), 측면도(도 8b), 정면도(도 8c) 및 평면도(도 8d)이다.
도 9 은 본 발명에 따른 가열부의 도면으로 도 9a 는 가열부의 조립도이며, 도 9b 는 가열부의 조립 단면도이다.
도 10 은 비교예와 제 1 실시예의 자기 철심의 위치를 보이는 도면이다.
도 11 은 도 10 의 자기 철심 위치에 따른 전력분포의 그래프이다.
도 12 는 제 1 내지 제 3 실시예의 자기 철심의 위치를 보이는 도면이다.
도 13 는 도 12 의 자기 철심 위치에 따른 전력분포의 그래프이다.
도 14 은 도 12 의 제 3 실시예와 종래기술의 전력분포를 대비한 그래프이다.
도 15a 는 본 발명의 가열 장치의 평면도이다.
도 15b 는 본 발명의 가열 장치의 자기 철심의 길이 변화에 따른 전력분포 그래프이다.
도 16 은 본 발명의 가열 장치의 단면도이다.
도 17 는 금속판의 사행에 따른 전력분포의 그래프이다.
도 18 은 본 발명의 횡방향 플럭스 유도 가열기에 의한 금속판의 전력분포 그래프이다.
도 19 는 본 발명의 가열장치가 압연 라인에 배치된 개략도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하도록 한다.
도 5a 에는 도 3 의 TFIC로 가열하였을 때, 와전류 밀도 분포도를 보이는 도면이 도시되어 있으며, 도 5b 에는 도 5a 의 금속판에 유도되는 와전류 패스(Eddy current path)을 보이는 도면이 도시되어 있다. 도 5 에서 보이듯이, 도 3 의 TFIC를 사용할 경우, 에지부(E)에 와전류가 집중되는 것을 확인할 수 있다. 이것은 에지부(E)에서의 자기장 왜곡 및 집중으로 인해 와전류 밀도가 높아지는 단부 효과(End effect) 때문이다.
상기 단부 효과는 가열 코일 내 에지부(E)뿐만 아니라, 가열 코일 밖 에지부(E')에서도 발생하기 때문에, 와전류 루프(Loop)는 도 5b와 같이 중간의 주된 전류 패스 외에도 바깥쪽으로 회전하는 루프를 형성하게 된다. 결국, 에지부 안쪽에서 전류가 두 갈래로 분할되는 지점이 생기게 되며, 이 지점에서의 전류 밀도가 낮아지기 때문에 불충분 가열 구간이 발생하게 된다.
상기 근본 원인으로부터 발생하는 불충분 가열 구간을 제거하기 위해 바깥쪽 에지부(E')와의 전자기적 결합을 차단하고 가열 코일 내 에지부(E)로 전류를 집중시켜야 하며, 이를 통해 전류 패스가 바깥쪽으로 분할되는 것을 막아야 한다.
이에 본 발명의 발명자는 가열 코일 내 에지부(E)로 전류를 집중시키기 위하여 자기 철심을 도입하여 분할되는 전류 패스를 가열 코일 안쪽으로 집중시켰다.
도 6 에는 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기(1)의 사시도가 도시되어 있다. 도 6 에서 보이듯이, 본 발명의 횡방향 플럭스 유도 가열기(1; Transverse Flux Induction Heater)는 금속판(P)의 상면에 배치되는 상부 가열부(100)와 금속판(P)의 하면에 배치되는 하부 가열부(200)를 포함한다.
상부 가열부(100)는 권선 코일에 의해여 발생하는 자기장의 외부 누출을 방지하는 자기장 차폐박스(101), 그 내부에 배치되며 금속판의 수평면에 수직인 자기장을 발생시키는 권선 코일(110) 및 상기 권선 코일(110)의 내면 및 상면의 일부를 커버하며 상기 권선 코일(110)에서 발생하는 자기장의 위치별 자속 밀도를 제어하는 자기 철심(120, 130)을 포함하여 구성된다.
즉, 금속판(P)의 폭방향의 권선 코일(110)을 한 쌍의 가로부로, 금속(P)판의 진행방향의 권선 코일(110)을 한 쌍의 세로부로 볼 때, 자기 철심(120, 130)은 가로부의 상면 및 내면에 위치한다.
마찬가지로, 하부 가열부(200)는 자기장 차폐박스(201), 그 내부에 배치되는 권선 코일(210) 및 상기 권선 코일(210)의 내면 및 하면의 일부를 커버하는 자기 철심(220, 230)을 포함하여 구성된다.
도 7 에는 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기(1)의 상부 가열부(100)에서 권선 코일(110)의 사시도 및 평면도가 도시되어 있다.
권선 코일(110)은 열전도율과 도전율이 우수한 구리를 사용한 것으로, 횡방향으로 이동하는 금속판의 두께 방향으로 소정거리 이격되어 배치된다. 권선 코일(110)은 설계에 따라서 달라질 수 있지만 본 실시예에서는 직사각형 단면을 가지는 코일이 금속판의 폭방향으로 긴 길이를 가지는 직사각형 형상으로 외측 권선부(111), 중앙 권선부(112), 내측 권선부(113) 3번 감기는 형태를 가진다.
즉, 권선 코일(110)의 긴 길이(a)가 금속판의 폭방향, 즉 가로부이며, 짧은 길이(b)는 금속판의 진행방향, 즉 세로부이다 권선 코일(110)의 외측 권선부(111)와 내측 권선부(113)에는 전력 공급부와 연결되는 연결부(114, 115)가 구비된다.
금속판(P)과 권선 코일(110) 사이의 간격은 금속판(P)의 수직 변형에도 권선 코일(110)가 충돌을 피할 수 있을 정도이지만, 권선 코일(110)과 금속판(P)의 전자기적 결합(Electromagnetic coupling)이 강하도록 가능한 좁은 것이 바람직하다. 예를 들어 두께 20㎜의 금속판을 가열하는 경우에 상측 권선 코일(110)과 하측 권선 코일(210)의 간격은 대략 80㎜정도로 하여 충돌 및 전자기적 결합효과를 확보하는 것이 바람직하나, 이는 설계에 따라서 변경될 수 있다.
도 8a 에는 본 발명에 따른 횡방향 플럭스 유도 가열기(1)의 상부 가열부(100)에서 자기 철심(120, 130)의 사시도가 도시되어 있으며, 도 8b 에는 자기 철심(120)의 측면도가, 도 8c 에는 자기 철심(120)의 정면도가, 도 8d 에는 자기 철심(120)의 평면도가 도시되어 있다.
도 8a 에 도시되어 있듯이, 본 발명에서 자기 철심(120, 130)은 금속판(P)의 진행 방향을 따라서 전방 자기 철심(130)과 후방 자기 철심(120)으로 구성되며, 전방 및 후방 자기 철심(120, 130)은 동일한 형상을 가지되, 연결부(115)에 의해서 수직부(121)의 길이가 일부 달라질 수는 있다. 전방 자기 철심(130)과 후방 자기 철심(120)은 권선 코일(110)의 내면에서 수직부(121)를 맞대고 이격되어 배치되나, 자기 철심(120, 130)의 두께와 권선 코일(110)의 짧은 길이(b; 도 7 참고)가 변화함에 따라서 단일의 자기 철심(120, 130)으로 구성될 수도 있다.
도 8b 에 도시되어 있듯이, 후방 자기 철심(120)은 권선 코일(110)의 내면을 커버하는 수직부(제 1 부재; 121)와 상면을 커버하는 수평부(제 2 부재; 122)를 포함하여 측면도에서와 같이 대략 'ㄱ' 자 형상을 가진다. 상기 수평부(122)는 상기 수직부(121)에 대응되는 중앙부(122b)와 그 양측으로 권선 코일(110)의 단부까지 연장되는 연장부(122a, 122c)를 포함한다. 수직부(121)의 경우 권선 코일(110)의 내측면을 커버하기 때문에 연장부(122a, 122c)에 대응되는 위치에는 구비될 수 없으며, 본 발명에서는 권선 코일(110)의 가로부의 외측면은 자기 철심(120, 130)이 배치되지 않아서, 권선 코일(110)은 가로부의 외측면이 개방된다.
한편, 도 8d 의 자기 철심(120)의 단면 확대도에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에서 자기 철심(120)은 상대 투자율이 1000 이상인 고투자율의 전기 강판(123)이 길이 방향, 즉 금속판의 폭방향으로 적층되어 구성될 수 있다. 이때 전기 강판(123) 사이에는 접착층(124)이 배치될 수 있다. 이때 전기 강판(123)의 두께는 권선 코일(110)에 의해서 유도되는 자기장의 침투 깊이 이하인 것이 자기 철손을 감소시킬 수 있으므로 바람직하다. 예를 들어 운전 주파수 1000Hz 에서 자기 철심(120, 130)의 침투 깊이는 대략 0.37㎜이므로, 전기 강판(123)의 두께는 이보다 작은 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에서 자기 철심은 상대 투자율 1000 이상 혹은 고투자율 재료를 압축 소결하여 구현될 수 있으며, 이와 같은 고투자율 재료를 압축 소결하는 경우에, 재료의 직경은 자기장 침투 깊이 이하인 것이 자기 철손을 감소시킬 수 있으므로 바람직하다. 예를 들어 운전 주파수 1000Hz 에서 침투 깊이는 대략 0.37㎜이므로, 고투자율 재료의 직경은 이보다 작은 것이 바람직하다.
특히, 전기 강판(123)을 접착층(124)을 통하여 적층하는 경우에, 자기 철심(120)에서 전기 강판(123)이 차지하는 부피가 95% 이상이 되도록 적층할 수 있다. 이는 접착층(124)이 5%를 초과하는 경우에 자기 철심(120)의 성능이 떨어져, 금속판(P)의 폭방향 패턴이 변경될 수 있기 때문이다.
도 9 에는 자기장 차폐박스(101)의 내부에서 자기 철심(120, 130) 및 권선 코일(110)이 고정되는 모습이 도시되어 있으며, 도 9a 에는 사시도가, 도 9b 에는 단면도가 도시되어 있다.
도 9 에 보이듯이, 자기장 차폐박스(101)에 연결되는 베이스(190)에 자기 철심(120, 130) 및 권선 코일(110)이 장착된다. 구체적으로, 권선 코일(110)과 자기 철심(120, 130) 사이에는 절연판(140)이 구비되어 권선 코일(110) 및 자기 철심(120, 130)을 절연시키면서 동시에 자기 철심(120, 130)을 냉각시킨다. 자기 철심(120, 130)의 위에는 방열판(150)이 자기 철심(120, 130)을 감싸며 배치된다. 절연판(140)과 방열판(150)은 열전도율이 높은 재료로 제공된다.
상기 방열판(150)에는 수냉식 코일(180)이 배치되어, 권선 코일(110)에 의해 발생되는 자기장으로 인한 자기 철심(120, 130)의 열을 외부로 빼내게 된다.
방열판(150)과 베이스(190) 사이에는 수냉식 코일(180)을 배치하는 공간을 확보하며, 베이스(190)와 방열판(150)이 소정 거리 이격되도록 소정 두께를 가지는 부쉬(160)가 삽입된다. 이 부쉬(160)는 자기 철심(120, 130), 절연판(140), 방열판(150)을 관통하며, 권선 코일(110)에 연결된다.
이 부쉬(160)와 베이스(190)가 접촉되며, 상기 베이스(190)를 관통하는 결합 수단으로서의 볼트(170)가 상기 부쉬(160)에 체결되어, 권선 코일(110), 절연판(140), 방열판(150), 자기 철심(120, 130)이 베이스(190)에 고정된다.
이렇게 베이스(190)에 고정된 권선 코일(110), 절연판(140), 방열판(150), 자기 철심(120, 130)은 베이스(190)가 자기장 차폐박스(101)에 연결됨으로써, 자기장 차폐박스(101) 내부에서 위치 고정될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예 중 하나의 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이후로는 본 발명에서는 다른 자기 철심 형상에 대하여 설명하도록 한다.
도 10 에는 본 발명의 제 1 실시예와 비교예가 도시되어 있으며, 도 11 에는 수치해석을 통하여 얻어진 제 1 실시예와 비교예의 금속판 중심으로부터의 거리에 따른 전력분포의 그래프가 도시되어 있다.
도 10 에서 보이듯이 본 발명의 제 1 실시예(Ⅲ)는 자기 철심(120)이 권선 코일(110)의 내면에 위치하는 수직부(121)만으로 구현되는 반면에, 비교예(Ⅰ)의 경우에는 자기 철심(120)이 권선 코일(110)의 외측면에 위치하여 권선 코일(110)의 외측면을 커버하는 수직부(125)만으로 구현되며, 다른 비교예(Ⅱ)의 경우 자기 철심(120)이 권선 코일(110)의 상면을 커버하는 수평부(122)만으로 구현된다.
그외에, 권선 코일(110)의 권선수, 폴 피치, 간격 등은 모두 동일하며, 수치해석을 통하여 폭 방향의 각 지점에서 강판의 진행 방향과 두께 방향의 줄열(Joule heat)을 모두 적분한 값을 나타낸 것으로 즉, 강판이 TFIC를 통과한 후 얻어지는 최종 가열 패턴이 도 11 에 도시되어 있다.
도 11 에서 보이듯이, 비교예(Ⅰ)의 경우에는 금속판(P)의 에지부 안쪽에서 자기 철심(120)이 없는 종래의 도 3b 와 동등한 수준으로 온도가 떨어지므로, 불충분하게 가열되는 부분을 전혀 보상시키지 못한 것을 확인할 수 있었으며, 비교예(Ⅱ)의 경우에, 불충분하게 가열되는 부분을 일부 보상하기는 하였지만, 그 효과가 미미하다는 것을 확인할 수 있다. 그에 반하여 제 1 실시예(Ⅲ)의 경우에, 불충분 가열 구간을 보상하였다.
이는 자기 철심(120)을 권선 코일(110)의 안쪽에 배치시킴으로써, 코일 내 자기장을 집중시키고 이로 인해 상하 권선 코일(110, 210) 사이의 주된 와전류 패스를 강화시키며, 상대적으로 바깥쪽 에지부(도 5의 E')와 결합되는 자기장을 약화시켜 전류 패스가 바깥쪽으로 분할되는 것을 막기 때문이다. 따라서, 자기 철심(120)을 권선 코일(110) 안쪽에 배치되는 것으로 폭방향 균일 가열이 가능함을 확인할 수 있었다.
도 12 및 도 13 에는 본 발명의 자기 철심(120)을 내측면을 커버하는 수직면(121)을 포함한 상태에서 2면 이상을 커버하도록 변경하였으며, 그에 따른 추가의 실시예 및 그의 금속판 중심으로부터의 거리에 따른 전력분포의 그래프가 도시되어 있다.
도 12의 상단의 제 1 실시예(Ⅲ)는 도 10 과 동일하게 권선 코일(110)의 내측면만을 자기 철심(120)의 수직부(121)가 커버한다.
중단의 제 2 실시예(Ⅳ)의 자기 철심(120)은 내측면을 커버하는 수직부(121)와 그에 대응되는 폭으로 상면을 커버하는 수평부(122)를 포함하여, 대략 'ㄱ'자 형상을 가지며, 권선 코일(110)의 외측면 및 금속판을 향한 면이 개방된다.
하단의 제 3 실시예(Ⅴ)의 자기 철심(120)은 제 2 실시예(Ⅳ)와 같이 내측면을 커버하는 수직부(121)와 그에 대응되는 폭으로 상면을 커버하는 수평부(122)를 포함하되 수평부(122)는 권선 코일(110)의 폭방향 단부까지 연장하는 형상을 가지며, 이에 대하여는 도 8 에서 상세히 설명한 바 있다. 제 3 실시예(Ⅴ) 역시 제 2 실시예(Ⅳ) 와 동일하게 권선 코일(110)의 외측면 및 금속판을 향한 면은 개방된다.
도 12 의 제 1 내지 제 3 실시예(Ⅲ~Ⅴ)의 가열 패턴을 도시한 전력분포 그래프인 도 13 에서 보이듯이, 제 1 내지 제 3 실시예(Ⅲ~Ⅴ) 모두 금속판의 에지부 인접한 불충분 가열 구간이 보상된 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 제 2 실시예(Ⅳ)의 경우 제 1 실시예(Ⅲ) 보다 개선된 가열 패턴을 보인다. 나아가, 제 3 실시예(Ⅴ)의 경우 제 2 실시예(Ⅳ)보다 개선된 가열 패턴을 보인다.
특히, 제 3 실시예(Ⅴ)의 경우 불충분 가열 구간, 즉, 정규화 전력분포에서 1.0 이하인 부분이 없을 뿐만 아니라, 에지부에서는 과열이 발생되고 있으므로, 가열부(100)에 이어지는 압연에서 과냉되는 부분, 즉 에지부를 과열시키는 것이 가능하면서도 불충분 가열 구간이 없어질 수 있다.
도 14 에는 상기 제 3 실시예(Ⅴ)와 도 4와 같이 상하 한 쌍의 가열 코일을 두 쌍으로 나눈 U자형 TFIC의 폭방향 가열 패턴을 보이는 전력 분포 그래프가 도시되어 있다.
도 14 에서 보이듯이, 불충분 가열 구간을 제거하는 기술로 제안된 도 4 의 경우에도 폭방향 가열 패턴이 출렁이나, 본 발명의 제 3 실시예(Ⅴ)는 안정적으로 가열 패턴을 가지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 4 와 같이 두 쌍의 TFIC를 이용하는 유도 가열 시스템은 두 개의 전원장치와 매칭 구성(콘덴서, 트랜스포머등)이 필요하고, 금속판의 폭 변화와 사행에 따라 코일 위치 제어가 필수이기 때문에 기구부가 반드시 필요하나, 본 발명의 실시예의 경우에는 사행에도 민감하지 않다. 이는 후술하는 도 16 내지 도 17 을 가지고 뒤에서 상세히 설명하도록 한다.
또한, 도 4 에서는 가열 코일의 단면이나 형태가 헤드부(10; 도 4 참고)에서 변하기 때문에 용접에 의한 코일 제작이 불가피하며, 이는 용접부에서의 과열에 의한 천공이나, 이에 따른 코일 냉각수의 누수가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명에서는 권선 코일(110)의 단면이 유지되며 그에 따라서 권선 코일(110)의 제작이 유리하다는 장점도 있다.
한편, 도 15a 및 도 15b 에서는 금속판(P)의 폭과 본 발명의 자기 철심(120, 130)의 폭방향 길이와의 관계에 따른 가열 패턴을 도시하고 있다. 도 15a 에는 본 발명의 가열부(100)의 평면도가 도시되어 있다. 권선 코일(110)은 외측 권선부(111), 중앙 권선부(112), 및 내측 권선부(113)을 포함하여 3회 권선되며, 상기 권선 코일(110)의 내측면 및 상면에 위치하도록 전방 자기 철심(130)과 후방 자기 철심(120)이 배치되어 있다.
도 15a 의 자기 철심(120, 130)은 도 8 의 자기 철심(120, 130)과 동일하게 수직부(121)와 수평부(122)를 포함하며, 수평부(122)는 연장부(122a, 122c)를 포함하여 구성되는데, 자기 철심(120, 130)의 길이는 수평부(122)와 수직부(121)의 공통 길이, 즉, 자기 철심(130)의 수직부의 길이(L)를 의미하며, 권선 코일(110)의 내측 권선부(113)에서 짧은 길이를 의미한다.
도 15b 에서는 도 15a 에서 수직부의 길이(L)의 변화에 따른 가열 패턴이 도시되어 있다. 도 15b 에서 보이듯이, 금속판(P)의 폭이 1000㎜일 때, 자기 철심(130)의 길이(L)가 금속판(P)의 80%, 800㎜인 경우에 에지부의 과열이 발생되지 않는 문제가 있었다. 또한, 금속판(P)의 폭이 1000㎜일 때, 자기 철심(130)의 길이(L)가 금속판(P)의 120%, 1200㎜인 경우에 불출분 가열 구간이 증대되는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 자기 철심(120, 130)의 길이(L)는 금속판(P)의 폭에 대하여 80% 초과 120% 이하인 것이 금속판(P)의 에지부는 과열시키면서도 그 외의 부분에서는 균일하게 가열하는 가열 패턴을 가질 수 있다.
한편, 도 16 에서 본 발명에서 자기장 차폐 박스(101)와 권선 코일(110) 사이의 거리(d2)는 권선 코일(110)과 금속판(P) 사이의 거리(d1)보다 크게 배치되는 것이 바람직한데, 이는 자기장 차폐 박스(101)의 유도 전류 손실 최소화하기 위함이다.
또한, 자기장 차폐 박스(101)는 유도 전류에 의한 자기장 차폐 효과를 기대할 수 있도록 금속판으로 구성되는 것이 바람직하며, 본 실시예에서는 자기장 차폐 박스(101)에 구리를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 권선 코일(110)에서 발생하여 외부로 누출되는 자기장을 70% 이상 감쇄시키기 위하여, 자기장 차폐 박스(101)의 두께는 주파수에 의한 재질의 침투 깊이 초과인 것이 바람직하다. 예를 들어, 1100Hz의 운전 주파수에서 구리의 침투 깊이는 2㎜이므로, 자기장 차폐 박스(101)의 두께는 2㎜를 초과하도록 구성되는 것이 바람직하다.
도 16 에는 본 발명의 가열 장치에서 금속판(P)의 사행이 발생하는 경우의 모습을 도시한 단면도이며, 도 17 에는 도 16 에서 사행 거리에 따른 전력 분포, 즉 가열패턴을 도시한 그래프이다.
도 16 에서 보이듯이, 본 발명의 가열부(100, 200)가 금속판(P)의 상측 및 하측에 배치된 상태에서 권선 코일(110, 210)사이도 금속판(P)이 통과하는 모습이 도시되어 있다. 금속판(P)의 중심은 권선 코일(110, 210)의 중심과 일치하게 진행되는 것이 이상적이나 실제상황에서 사행(Off-Centering)이 발생하며, 사행이 발생하는 경우에도 전술한 가열 패턴이 유지되지 않는 경우에, 가열 장치를 사행에 대응되도록 기구 장치를 설치하여야 한다.
여기서 사행 거리(OC)는 권선 코일(110, 210)의 중심과 금속판(P)의 중심의 수평 거리를 의미한다.
도 17a 내지 b 에는 사행 거리(OC)가 30㎜, 40㎜일때 가열 패턴을 도시하는 거리에 따른 전력분포 그래프다 도시되어 있다. 이 그래프에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 따른 가열부(100, 200)는 사행이 발생하더라도 에지부에서는 과열이 발생하며, 중앙부에서는 균일한 가열이 가능하다는 것을 확인할 수 있다. 즉, 가열 패턴이 대략적으로 'U'자형을 가지는 것을 알 수 있다.
도 18 에는 도 6 의 실시예를 실제로 제작하여 설치한 횡방향 플럭스 유도 가열기의 성능평가 그래프가 도시되어 있다. 이 실시예에서 자기 철심(120, 130)의 길이(L)는 금속판(P)의 폭에 대응되는 길이를 적용하였으며, 횡방향 플럭스 유도 가열기(1)에서 전력 용량은 100kW 였으며, 운전 주파수는 1100㎑이였으며, 통과하는 금속판은 스테인리스 강판(도전율: 1.1×106S/m)이었다.
도 18 에서 확인할 수 있듯이, 본 발명에 다른 횡방향 플럭스 유도 가열기(1)의 경우에 전술한 실시예의 수치해석 결과와 동일하게, 에지부에서는 과열이 발생하고, 중앙부에는 균일한 가열이 가능하였다.
도 19 에는 본 발명의 가열장치가 압연 라인에 배치된 모습이 도시되어 있다. 도 19 에서 보이듯이, 본 발명의 가열장치는 상부 가열부(100)와 하부 가열부(200)가 금속판으로써의 스트립의 상측 및 하측에서 통과하는 스트립을 가열하며, 이렇게 가열된 스트립은 압연기(7)로 들어가서 조압연 혹은 마무리 압연될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 중심으로 본 발명에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 실시예로 제한되는 것은 아니며, 이 발명이 속하는 분야에 통상의 지식을 가진 자라면, 발명의 요지를 변경하지 않고 본 발명을 변경하여 사용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서 가로부, 세로부는 금속판의 폭방향, 진행 방향으로 형성된 권선 코일을 의미하는 것으로, 직선에 한정되지 않고 곡선으로 형성될 수도 있다.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는 자기 철심이 2면 이상을 커버하는 경우에 한 면을 커버하는 자기 철심이 다른 면을 커버하는 자기 철심에 서로 연결되도록 구성되나, 이에 한정되는 것은 아니며 별도의 부품으로 제작될 수도 있다.
본 발명의 가열 장치는 박판의 가열 장치로 한정되지 않으며, 권선 코일의 권선수, 권선 형상 및 주파수를 금속판의 두께에 따라 변경하면 두꺼운 금속판을 가열하는 것도 가능하다.

Claims (18)

  1. 금속판을 가열하는 자기장을 발생시키도록 금속판의 일면에 이격하여 설치되며, 상기 금속판에 평행하게 제공되며, 금속판의 폭방향으로 연장되는 한 쌍의 가로부 및 금속판의 진행 방향으로 연장되는 한 쌍의 세로부를 구비하는 권선 코일을 포함하는 제 1 가열부 및
    금속판의 타면에 이격하며, 상기 금속판에 평행하게 제공되며, 금속판의 폭방향으로 연장되는 한 쌍의 가로부 및 금속판의 진행 방향으로 연장되는 한 쌍의 세로부를 구비하는 권선 코일을 포함하는 제 2 가열부를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 가열부는 상기 권선 코일의 한 쌍의 가로부를 따라 연장되는 자기 철심을 포함하며,
    상기 자기 철심은 상기 가로부의 내측면을 따라서 연장되는 제 1 부재를 구비하며, 상기 권선 코일에서 가로부의 외측면은 개방되는 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 철심은 금속판 진행방향 전방의 전방 자기 철심과, 금속판 진행 방향 후방의 후방 자기 철심을 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 철심은 상기 권선 코일의 금속판 반대면에 위치하는 제 2 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 자기 철심의 제 2 부재는 상기 제 1 부재보다 금속판 폭방향으로 길이가 길도록 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연장부는 상기 권선 코일의 금속판 폭방향 단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 권선 코일 및 상기 자기 철심을 내부에 포함하며, 상기 권선 코일에 의한 자기장의 누출을 막도록 제공된 자기장 차폐 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    철손을 최소화 하도록 상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 파우더형 고투자율 재료를 압축 소결하거나, 상대 투자율이 1000 이상인 전기 강판을 길이 방향으로 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자기 철심과 상기 권선 코일 사이에는 절연판이 배치되며, 상기 자기 철심 외측에는 방열판이 배치되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 자기 철심에 대응되는 형상을 가지며 외측에 수냉식 코일이 배치되는 수냉식 방열판인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 권선 코일 및 상기 자기 철심을 내부에 포함하며, 상기 권선 코일에 의한 자기장의 누출을 막도록 제공된 자기장 차폐 박스를 더 포함하며,
    상기 권선 코일, 절연판, 자기 철심, 및 방열판은 상기 자기장 차폐 박스 내부의 베이스에 결합수단을 통하여 고정되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 파우더형 고투자율 재료를 압축 소결한 것으로, 상기 고투자율 재료의 직경은 자기장 침투 깊이 이하인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 자기 철심은 상대 투자율이 1000 이상인 전기 강판을 길이 방향으로 적층한 것이며, 상기 전기 강판의 두께는 자기장 침투 깊이 이하인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 자기 철심은 상기 전기 강판을 길이 방향을 따라서 접착층으로 적층시키며, 상기 금속판의 폭방향 균일 가열 패턴을 구현하도록 상기 자기 철심에서 전체 부피 대비 상기 전기 강판의 부피 비율이 95% 이상인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 권취 코일 내측 장변에 배치되는 상기 자기 철심의 길이는 금속판의 폭방향 길이의 80% 초과 120% 이하인 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  15. 제 6 항에 있어서,
    상기 자기장 차폐 박스는 자기장 침투 깊이를 초과하여 구성되며,
    상기 자기장 차폐 박스의 유도 전류 손실을 줄이기 위하여 상기 권취 코일과 상기 금속판과의 거리보다 상기 권취 코일과 상기 자기장 차폐 박스의 내면의 거리가 더 먼 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  16. 제 1 항의 가열 장치;
    상기 가열 장치의 후단에 배치되는 압연기;를 포함하며, 상기 가열 장치에 의해서 가열된 금속 스트립을 압연기로 압연하는 압연 라인.
  17. 금속판의 양면으로 배치되는 가열 장치로 연속적으로 공급되는 금속판을 가열하는 가열 방법으로,
    상기 가열 장치로 금속판을 공급하는 공급단계; 및
    상기 가열 장치의 권선 코일로 금속판에 수직인 자기장을 발생시켜 공급되는 금속판을 가열하는 가열단계;를 포함하며,
    상기 가열단계는 상기 권선 코일에서 발생하는 자기장의 세기를 자기 철심을 통하여 조절하여 상기 금속판의 에지부를 중앙부보다 과열시키며, 금속판의 중앙부는 폭방향 온도 분포가 균일하도록 가열시키는 가열 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 가열 단계에서 가열된 금속판이 압연 공정으로 공급되도록 상기 가열 단계는 압연 공전 이전에 수행되는 것을 특징으로 하는 가열 방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103747553A (zh) * 2014-01-11 2014-04-23 河北工业大学 一种横向磁通感应加热装置线圈
CN109971928A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 北京科技大学 一种板坯感应加热装置
CN113141687A (zh) * 2021-03-29 2021-07-20 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种板坯感应加热装置及系统
CN117336909A (zh) * 2023-11-30 2024-01-02 华中科技大学 提高连铸连轧板坯加热均匀性和加热效率的装置和方法

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709494C1 (ru) 2016-09-27 2019-12-18 Новелис Инк. Компактная линия гомогенизации непрерывным отжигом
CA3211464A1 (en) 2016-09-27 2018-04-05 Novelis Inc. Rotation magnet heat induction
US11371115B2 (en) 2017-11-24 2022-06-28 Danieli & C. Officine Meccaniche S.P.A. Heating device and corresponding apparatus and method
CN110116141A (zh) * 2018-02-07 2019-08-13 宝山钢铁股份有限公司 一种自适应镁合金板带温轧过程温度分布的加热系统
JP6866410B2 (ja) * 2019-02-20 2021-04-28 島田理化工業株式会社 トンネル型加熱コイルを用いた誘導加熱方法
CN110340161B (zh) * 2019-07-25 2020-08-28 燕山大学 一种厚钢板在线轧制的加热装置、轧制装置及其轧制方法
CN113664057A (zh) * 2021-08-27 2021-11-19 江阴中意电气有限公司 镁合金板感应加热器
MX2024002304A (es) * 2021-09-01 2024-03-07 Nippon Steel Corp Dispositivo de calentamiento por induccion de flujo transversal.
CN113814277B (zh) * 2021-09-03 2022-07-01 燕山大学 利用电磁热辅助板带轧制的装置及其轧制方法
CN115401071B (zh) * 2022-09-06 2023-08-11 太原科技大学 一种电流分段辅助加热金属板带材轧制的装置及使用方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08153577A (ja) * 1994-11-29 1996-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属板の誘導加熱装置
JP2000015319A (ja) * 1998-06-30 2000-01-18 Nippon Steel Corp 金属板側部の誘導加熱装置
JP2006294396A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 誘導加熱装置
JP2010257894A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Nippon Steel Engineering Co Ltd 金属板の誘導加熱装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2121260A (en) * 1982-06-02 1983-12-14 Davy Mckee Transverse flux induction heater
JP2558091Y2 (ja) * 1991-09-13 1997-12-17 北芝電機株式会社 誘導加熱装置のインダクター
JP2981097B2 (ja) * 1993-12-16 1999-11-22 川崎製鉄株式会社 鋼片の接合方法
JP3942261B2 (ja) * 1998-02-13 2007-07-11 電気興業株式会社 誘導加熱コイル及びこの誘導加熱コイルを用いた誘導加熱装置
FR2808163B1 (fr) * 2000-04-19 2002-11-08 Celes Dispositif de chauffage par induction a flux transverse a circuit magnetique de largeur variable
JP3950286B2 (ja) * 2000-07-31 2007-07-25 新日本製鐵株式会社 シングルターン型誘導加熱コイル
JP2002198162A (ja) * 2000-12-25 2002-07-12 Sumitomo Heavy Ind Ltd 誘導加熱装置
JP3793512B2 (ja) * 2003-02-13 2006-07-05 新日本製鐵株式会社 熱間圧延設備配列及び熱間圧延方法
JP2005256034A (ja) * 2004-03-10 2005-09-22 Nippon Steel Corp 熱間圧延における鋼板へのエッジヒーター
DE602005010487D1 (de) * 2005-04-07 2008-11-27 Giovanni Arvedi Verfahren und system zur herstellung von metallstreifen und -platten ohne kontinuitätsverlust zwischen dem stranggiessen und walzen
EP1994798A4 (en) * 2006-02-22 2011-11-23 Inductotherm Corp ELECTRIC FLOW INDUCTIVITIES
US7482559B2 (en) * 2006-03-29 2009-01-27 Inductotherm Corp. Transverse flux induction heating apparatus and compensators
JP5114671B2 (ja) * 2007-04-16 2013-01-09 新日鐵住金株式会社 金属板の誘導加熱装置および誘導加熱方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08153577A (ja) * 1994-11-29 1996-06-11 Sumitomo Metal Ind Ltd 金属板の誘導加熱装置
JP2000015319A (ja) * 1998-06-30 2000-01-18 Nippon Steel Corp 金属板側部の誘導加熱装置
JP2006294396A (ja) * 2005-04-11 2006-10-26 Shimada Phys & Chem Ind Co Ltd 誘導加熱装置
JP2010257894A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Nippon Steel Engineering Co Ltd 金属板の誘導加熱装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103747553A (zh) * 2014-01-11 2014-04-23 河北工业大学 一种横向磁通感应加热装置线圈
CN109971928A (zh) * 2019-04-16 2019-07-05 北京科技大学 一种板坯感应加热装置
CN109971928B (zh) * 2019-04-16 2023-09-15 北京科技大学 一种板坯感应加热装置
CN113141687A (zh) * 2021-03-29 2021-07-20 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种板坯感应加热装置及系统
CN113141687B (zh) * 2021-03-29 2022-10-28 首钢京唐钢铁联合有限责任公司 一种板坯感应加热装置及系统
CN117336909A (zh) * 2023-11-30 2024-01-02 华中科技大学 提高连铸连轧板坯加热均匀性和加热效率的装置和方法
CN117336909B (zh) * 2023-11-30 2024-02-09 华中科技大学 提高连铸连轧板坯加热均匀性和加热效率的装置和方法

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