JP3707724B2 - 誘導加熱装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば鉄鋼用熱間圧延ライン等のような搬送ラインの途中に配設され、搬送される被加熱部材を連続的に加熱する誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は例えば特開平１０−１３４９４９号公報等に示されたこの種従来の誘導加熱装置の構成を示す側断面図、図１０は図９における誘導加熱装置を示す正面図、図１１は図９における鉄心の端部の磁束の分布状態を示す側面図、図１２は図９における鉄心の端部の磁束の分布状態を示す斜視図である。
【０００３】
図において、１は例えば鉄鋼用熱間圧延ラインにおいて、前段の粗圧延機で粗圧延され、テーブルローラ２により搬送される被加熱部材としての鋼帯、３はこの鋼帯１の幅方向を周回するように長円形状に銅管を巻回して形成されるソレノイドコイルであり、コイル端子部４を介して電源供給装置（図示せず）から高周波電流が供給されるようになっている。５はソレノイドコイル３を支持するコイル支持架台、６はソレノイドコイル３の内側に配設され、鋼帯１の通路７を形成する耐熱部材、８はソレノイドコイル３の外側の磁路に沿って、鋼帯１の幅方向に複数個並設されたコ字形状の鉄心、９はソレノイドコイル３の磁束１０が外部に漏れるのを防止するシールド銅板部材である。
【０００４】
一般に、粗圧延された板状の被加熱部材としての鋼帯１は、テーブルローラ２によって搬送され次工程に送られる間に放熱して温度が低下する。そして、途中に上記のように構成される誘導加熱装置を配置し、ソレノイドコイル３の内側に形成される通路７内を通過させることにより、鋼帯１を誘導加熱して搬送中の温度低下を補償するように成されている。
【０００５】
又、ソレノイドコイル３に高周波電流が流れると、鋼帯１の搬送方向に沿って交番磁束１０が発生し鋼帯１が加熱されるが、この時、この磁束１０が外部に漏れると、この漏れ磁束によりテーブルローラ２が加熱され、鋼帯１とテーブルローラ２の接触位置においてスパークが発生する恐れがあるため、鉄心８およびシールド銅板部材９により磁束１０が外部に漏れるのを遮蔽し、スパークが発生するのを防止している。
さらに又、図から明らかなように鉄心８がコ字形状をしているのは、図１１に示すように磁束１０の流れを変えることにより、ソレノイドコイル３を形成している銅管への鎖交磁束を減らすためで、銅管自体の誘導加熱を低減して過加熱を防止するのが目的である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の誘導加熱装置は以上のように、鉄心８およびシールド銅板部材９を設けることにより、磁束１０が外部へ漏れるのを遮蔽してスパークの発生を防止し、又、鉄心８をコ字形状とすることにより、鉄心８を形成する銅管への鎖交磁束を減らして銅管自体の過加熱を防止している。
しかしながら、鉄心８を鋼帯１の幅方向に複数個並設した構成としているので、図１２に示すように磁束１０が鉄心８の位置に集中されるため、ソレノイドコイル３の最端部の銅管に鎖交する磁束１０は、鉄心８が無い部位より鉄心８と対応する部位の方が多くなり、この部位において局所発熱が大きくなる。このため、鉄心８をコ字形状としても銅管の過加熱を十分に低減できないという問題がある。
【０００７】
そして、この問題はソレノイドコイル３の周長に対する鉄心８の配置割合が小さくなるほど顕著となるが、コイル端子部４やコイル支持架台５等の存在により、鉄心８をソレノイドコイル３の周囲全域に配置することも実質的に困難であるため、銅管の鉄心８と対応する部位の局所発熱を小さくすることができず、場合によっては銅管の劣化から水漏れが起きる。すると、ソレノイドコイル３への通電電流を制限せざるを得なくなるため、通電電流を大きくして加熱電力密度を高めることができず、誘導加熱装置１台当りの加熱容量を大きくすることができないという問題もある。
【０００８】
この発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、ソレノイドコイルを形成する銅管の局所発熱を低減することにより加熱容量の大きい誘導加熱装置を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る誘導加熱装置は、ラインを搬送される被加熱部材を内側に通過させて誘導加熱するソレノイドコイルの外側の磁路に沿って複数の鉄心が平行に配設された誘導加熱装置において、
各鉄心の両端近傍に、ソレノイドコイルの巻回領域に沿った額縁状に形成され最外側に配設される第１の銅板部材、ソレノイドコイルの巻回領域に沿った周上に少なくとも１箇所切断部を有した額縁状に形成され第１の銅板部材と所定の間隙を介して配設される第２の銅板部材、および磁性板状部材を積層して形成され両銅板部材間の間隙内に配設される積層鉄心部材を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１における誘導加熱装置の構成を示す側断面図、図２は図１における誘導加熱装置を示す正面図、図３は図１に示す第１の銅板部材の構成を示す斜視図、図４は図１に示す第２の銅板部材の構成を示す斜視図、図５は図４におけるとは異なる第２の銅板部材の構成を示す斜視図、図６は図１に示す積層鉄心部材の構成を示す斜視図、図７は図１に示す誘導加熱装置の鉄心の端部近傍における磁束の分布状態を示す断面図、図８は図１における誘導加熱装置の最端部銅管各部の表面局所最大昇温値を従来装置におけると比較して示す図である。
【００１１】
図において、１１は例えば鉄鋼用熱間圧延ラインにおいて、前段の粗圧延機で粗圧延され、テーブルローラ１２により搬送される被加熱部材としての鋼帯、１３はこの鋼帯１１の幅方向を周回するように長円形状に銅管を巻回して形成されるソレノイドコイルであり、コイル端子部１４を介して電源供給装置１５から高周波電流が供給されるようになっている。１６はソレノイドコイル１３を支持するコイル支持架台、１７はソレノイドコイル１３の内側に配設され、鋼帯１１の通路１８を形成する耐熱部材である。そして、これまでの構成は従来の誘導加熱装置とほぼ同様である。
【００１２】
１９はソレノイドコイル３の外側の磁路に沿って、鋼帯１１の幅方向に複数個並設された直方体状の鉄心、２０は図３に示すように一側に切欠き２１ａ、およびこの切欠き２１ａの両端部に９０゜折曲された折曲縁部２１ｂがそれぞれ形成された一対の銅板２１を、両切欠き２１ａが一致するように組み合わせて窓部２１ｃを形成し、折曲縁部２１ｂ同士を例えばボルト２２で締結することにより額縁状に一体化された第１の銅板部材で、耐熱部材１７の両端に窓部２１ｃが通路１８と一致するように配設されており、外縁部で各鉄心１９の両端を支持している。
【００１３】
２３は図４に示すように銅板２４の中央部に窓部２４ａを形成して額縁状に成し、その周上の少なくとも１個所に切断部２４ｂを形成した第２の銅板部材で、窓部２４ａが耐熱部材１７の外周に嵌合され、第１の銅板部材２０の内側に所定の間隙を介して配設されている。２５は例えば図６に示すように、珪素鋼板等のような磁性板状部材を積層して形成された複数の鉄心ブロック２６を、組み合わせることによって窓部２５ａを形成して額縁状とした積層鉄心部材で、窓部２５ａが耐熱部材１７の外周に嵌合され、第１および第２の銅板部材２０、２３間の間隙内に装着されている。
【００１４】
上記のように構成された実施の形態１における誘導加熱装置においても、従来装置と同様にソレノイドコイル１３に電源供給装置１５から高周波電流が流れると、鋼帯１１の搬送方向に沿って交番磁束２７が発生し鋼帯１１が加熱されるが、この時、交番磁束２７の装置端部における流れは図７に示すような状態となっている。すなわち、第１の銅板部材２０は額縁状に形成され、鋼帯１１が搬送される通路１８に対して電気的に１ループを形成しているため、磁束２７が外部へ漏れるのを防止する遮蔽効果を有しているのに対し第２の銅板部材２３は額縁状の周上に切断部２４ｂが形成され、電気的に１ループを形成していないため、磁束２７が外部へ漏れるのを防止する遮蔽効果はないが、磁束２７が第２の銅板部材２３自身を貫通するのは防止して遮蔽することができるので、磁束２７の大部分が積層鉄心部材２５内を流れて鉄心１９に至る磁路を形成し、図からも明らかなように磁束２７が最端部の銅管を鎖交するのは防止される。又、積層鉄心部材２５はコイル端子部１４やコイル支持架台１６に遮られることなく、ソレノイドコイル１３の巻回領域全周にわたって配置されているため、磁束２７が鉄心１９と対応する部位のみに集中することもなく均等となり、局所的に発熱が増減することもなくなる。
【００１５】
図８は上記のように構成された実施の形態１における誘導加熱装置と、図９ないし図１２で説明した従来の誘導加熱装置とにおけるソレノイドコイルの最端部に配置された銅管各部位の最大昇温値を比較した実験結果を示す図である。
まず、幅２５ｍｍ×高さ２５ｍｍ、厚み３ｍｍの角銅管を、巻回寸法が幅２０００ｍｍ×高さ２１０ｍｍとなるように形成されたソレノイドコイル３、１３に、本実施の形態１においては厚みが５０ｍｍの積層鉄心部材２５、および幅が２００ｍｍの棒状の鉄心１９を搬送される鋼帯１１の幅方向に３００ｍｍの間隔で上、下に６個ずつ配置した構成とし、又、従来例においては幅が２００ｍｍのコ字形状の鉄心８を鋼帯の幅方向に３００ｍｍの間隔で上、下に６個ずつ配置した構成としたものに、それぞれ銅管内を流れる冷却水の流量は２．２ｍ／ｓｅｃ、ソレノイドコイル３、１３への投入電力は５０００ＫＷとして比較したもので、図中、横軸は最端部銅管表面の温度測定部位、縦軸は各部位における最大昇温値をそれぞれ示すものである。
【００１６】
図から明らかなように、実線で示す本実施の形態１における最端部銅管表面の各部位の最大昇温値がほぼ均一であるのに対して、破線で示す従来例における最大昇温値は、鉄心８と対応する部位が他の部位より高く、特に幅方向最端部の部位の昇温値が一番高く、実施の形態１における昇温値と比較して約３０％程度昇温値が高くなっている。
【００１７】
このように上記実施の形態１によれば、ソレノイドコイル１３の巻回領域に沿った額縁状に形成される第１の銅板部材２０、ソレノイドコイル１３の巻回領域に沿った円周上に、少なくとも１箇所切断部２４ｂを有した額縁状に形成された第２の銅板部材２３、および磁性板状部材を積層して形成され両銅板部材２０、２３間に配設される積層鉄心部材２５を装置端部側に配置することにより、磁束２７の大部分を積層鉄心部材２５内に通し鉄心１９へ流れるようにしたので、ソレノイドコイル１３を形成する銅管の局所発熱を低減して銅管の劣化を抑制し、加熱容量の増大を図ることが可能になる。
【００１８】
なお、上記構成では、一対の銅板２１を組み合わせることにより第１の銅板部材２０を形成するようにしているが、必ずしも分割構造とする必要はなく一枚の銅板で形成するようにしても良く、又、一枚の銅板２４に窓部２４ａおよび切断部２４ｂを加工して第２の銅板部材２３を形成するようにしているが、図５に示すようにコ字形状に形成された２枚の銅板２８を組み合わせることにより、窓部２９ａおよび切断部２９ｂを形成して第２の銅板２９とするようにしても良く、それぞれ上記実施の形態１におけると同様の効果を得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１によれば、ラインを搬送される被加熱部材を内側に通過させて誘導加熱するソレノイドコイルの外側の磁路に沿って複数の鉄心が平行に配設された誘導加熱装置において、
各鉄心の両端近傍に、ソレノイドコイルの巻回領域に沿った額縁状に形成され最外側に配設される第１の銅板部材、ソレノイドコイルの巻回領域に沿った周上に少なくとも１箇所切断部を有した額縁状に形成され第１の銅板部材と所定の間隙を介して配設される第２の銅板部材、および磁性板状部材を積層して形成され両銅板部材間の間隙内に配設される積層鉄心部材を備えたので、ソレノイドコイルを形成する銅管の局所発熱を低減して劣化を抑制し、加熱容量の大きい誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における誘導加熱装置の構成を示す側断面図である。
【図２】 図１における誘導加熱装置を示す正面図である。
【図３】 図１に示す第１の銅板部材の構成を示す斜視図である。
【図４】 図１に示す第２の銅板部材の構成を示す斜視図である。
【図５】 図４におけるとは異なる第２の銅板部材の構成を示す斜視図である。
【図６】 図１に示す積層鉄心部材の構成を示す斜視図である。
【図７】 図１に示す誘導加熱装置の鉄心の端部近傍における磁束の分布状態を示す断面図である。
【図８】 図１における誘導加熱装置の最端部銅管各部の表面局所最大昇温値を従来装置におけると比較して示す図である。
【図９】 従来の誘導加熱装置の構成を示す側断面図である。
【図１０】 図９における誘導加熱装置を示す正面図である。
【図１１】 図９における鉄心の端部の磁束の分布状態を示す側面図である。
【図１２】 図９における鉄心の端部の磁束の分布状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１１ 鋼帯、１３ ソレノイドコイル、１７ 耐熱部材、１８ 通路、
１９ 鉄心、２０ 第１の銅板部材、２１，２４，２８ 銅板、
２１ｃ，２４ａ，２５ａ，２９ａ 窓部、２４ｂ，２９ｂ 切断部、
２３，２９ 第２の銅板部材、２５ 積層鉄心部材、２７ 磁束。

Claims (1)

1. ラインを搬送される被加熱部材を内側に通過させて誘導加熱するソレノイドコイルの外側の磁路に沿って複数の鉄心が平行に配設された誘導加熱装置において、
   上記各鉄心の両端近傍に、上記ソレノイドコイルの巻回領域に沿った額縁状に形成され最外側に配設される第１の銅板部材、上記ソレノイドコイルの巻回領域に沿った周上に少なくとも１箇所切断部を有した額縁状に形成され上記第１の銅板部材と所定の間隙を介して配設される第２の銅板部材、および磁性板状部材を積層して形成され上記両銅板部材間の間隙内に配設される積層鉄心部材を備えたことを特徴とする誘導加熱装置。

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