JPH0361335A - 帯材通電加熱用リングトランス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は走行する帯材、特に比較的板厚の薄い帯材を各
種目的で所定温度まで通電加熱する装置における帯材通
電加熱用リングトランスに関する。

（従来の技術） 本願共同出願人中の一方出願人は新規技術思想に立脚し
た走行材の通電加熱装置を創出し、線材を対象とする発
明は特願昭６１−２７２７９８号（特開昭６３−１２８
１２５号）をもって、また帯材を対象とする発明は特願
昭６２−３００１２７号をもって出願している。両出願
発明は９例えば帯材を対象する装置を示す第１図に従っ
て説明すれば、送り通路りが環状鉄心ｔ１の環内を貫通
するトランスｌＯ１当該トランス１０の両端に近接配置
されて送り通路上の帯材Ｗに接触する例えば対ロールａ
、ｂからなるロール電極２１，２２、および当該両ロー
ル電極２１．２２間を例えば摺動子Ｓを介して電気的に
接続する導電材３．３から構成され、両ロール電極２１
．２２間にある走行中の被加熱帯材Ｗの抵抗Ｒ１と導電
材３，３の抵抗Ｒ２との関係を、Ｒ１＞＞Ｒ２に設定し
、トランス１０の一次巻線１２への給電により上記両ロ
ール電極２１．２２間を走行中の帯材Ｗに導電材３，３
を帰線とする二次電流を誘起させて加熱することを要旨
とする通電加熱装置である。

（従来技術に存する問題点） ところで、当該通電加熱装置は、線材を加熱対象とする
場合には何等問題を生じないが、帯材を加熱対象とする
場合には中方向を如何に均一加熱するかという問題点を
抱えていることに想到し、当該問題点の解決が希求され
るところであった。

（発明の目的） 本発明は前掲特願昭６２−３０．０１２７号出願発明の
帯材通電加熱装置発明が抱える問題点を解決するために
なされたもので、板厚の比較的薄い帯材に好適な、巾方
向均一加熱を可能とする帯材通電加熱用リングトランス
を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、帯材を通電加熱する加熱装置のトランスとし
て、鉄心に多巻回される一次巻線の巻重を少なくとも加
熱予定最大巾帯材の巾とほぼ等しく設定してなることを
要旨とする。

即ち、第１図の通電加熱装置１００を用いた帯材加熱で
は、通電加熱が予定される帯材として。

第２図に例えばＷｌとして実線で示す巾（Ｗｗ）が比較
的小中のもの、或いはＷ２として破線で示す鉄心１１の
間口横巾はぼ一杯の広巾（Ｗｗｍａｘ）のもの、あるい
は上記両者の中間の巾のもの等。

各寸法のものがあろうが、本発明は一次巻線を加熱する
帯材Ｗ１の巾に合わせた巾（Ｃｗ）の１２゛とはせず、
上記最大中帯材Ｗ２の巾（Ｗｗｍａｘ）に対応したほぼ
等しい巻重（Ｃｗｍａｘ　）　、即ち（Ｗｗｍａｘ　＃
　Ｃｗｍａｘ　） に設定するにある。

当該設定は、一次巻線１２の巻重を鉄心１１の間口横巾
−杯に巻いて通電加熱予定最大巾帯材の巾（Ｗｗｍａｘ
）を、やや上回ってもよく、同−巾としてもよく、さら
にはやや小中とした設定でもよいとするものである。

（発明の作用） 本来、通電加熱装置１００による加熱では、比較的板厚
の薄い９例えば２ｍｍ以下の如き帯材Ｗを加熱する場合
、帯材中（Ｗ　ｗ　）と一次巻線巻巾（Ｃｗ）との関係
が（ＷＷ＃ＣＷ）であると理想的な中方向の均一加熱が
得らるが、本発明は上記構成をとることにより、 （Ｗｗ＜Ｃｗ） であっても、巾方向の均一加熱を保証する作用がある。

尚、（Ｗｗ＜＜Ｃｗ）の場合、かつ板厚の特に薄い場合
（例えば１ｍｍ以下）には、中央部に比べてエッヂ方向
がやや高い温度を示すとは言うものの、その差は僅少で
あり、放熱との関係で均熱と見做し得る。

（本発明完成に至るまでの経過） 本発明は、通電加熱時の電流密度解析、伝熱解析ならび
に実機を用いた実験を経て完成された。

以下その経過を述べる。

（１）通電加熱時の電流密度解析： 通電加熱時のトランスｌＯによって被加熱帯材Ｗに誘起
される電流密度分布関係について、有限要素法を使用し
たコンピュータによる解析をした。

その一部を以下に開示する。

電磁方程式の基本式 上記式（１１において、ｘ−ｙ２次元場では等方性であ
るとし、またＡが正弦波的に変化するものとすれば、式
（１）は次のようになる。

−−−−−−（２） ただし、 Ａ。

Ａ　：磁気ベクトルポテンシャル Ａｚ　：磁気ベクトルポテンシャル のＺ方向成分 Ｊｏ　：強制転流密度 Ｊｏｚ：強制電流密度のＺ方向成分 μ　：透磁率 σ　：導電率 ω　：角周波数 φ　：電位 上記式（２）を用い、 （Ｗ　ｂ／ｍ） （Ａ／ｍ２） （Ａ／ｍ２） （Ｈ／ｍ） （υ／ｍ） （ｒａｄ　　／ｓ　　） （Ｖ） 共通解析条件ならびに物性 （Ｗｂ／ｍ） 値を下記の通りとし、例えば一般的な加熱対象帯材であ
る鋼帯を取り上げ、板厚が２ｍｍの帯材を対象として一
次巻線の巻重ないし巻位置と帯材の巾方向電流密度３分
布との間の相関関係を求めた。

ｆ　　＝６０（Ｈｚ） μｃ”６０００（鉄心の比透磁率） μ匈＝１　（一次コイルの比透磁率） μ５＝３０（帯材の比透磁率） σｓ＝（帯材導電率）；２０℃−−−−−−−７、７Ｘ
　１０８２００℃−・−・−４，０ＸＩＯ” ７５０℃−−−−−４，ＯＸＩＯ” ただし、一次巻線・帯材間のギャップ ｇ＝１５０（ｍｍ） また、コイル電流Ｊｏｚは帯材の平均電流密度が１．５
Ｘ１０６　（Ａ／ｍ２）になるように設定した。

第３図は（Ｗｗ＝Ｃｗ）の関係にある場合の解析結果で
あり、（ａ）は磁束シミュレーション図、また（ｂ）は
帯材導電率σＳの上記変化に対応した帯材の電流密度Ｊ
分布図で、線イは７．７Ｘ１０’の、線口は４．０Ｘ１
０’の、また線ハは１．０ｘ１０ｅの場合であって、温
度上昇とともに電流密度Ｊが均一分布となることを示す
。

第４図（ａ）および（ｂ）は（Ｗｗ＜＜Ｃｗ）で、帯材
の導電率σＳが７．７Ｘ１０６の場合を示し、センター
・エッヂ間の差は第３図（ｂ）における線イと比較して
も電流密度５分布にそれほど大差は見られない。

第５図（ａ）および（ｂ）は（Ｗｗ＞＞Ｃｗ）で、帯材
導電率σＳが７．７Ｘ１０”の場合を示し、明らかにセ
ンター・エッヂ間の電流密度、Ｉがアンバランスとなっ
ている。

次いで、（Ｃｗｍａ　ｘ＝Ｗｗｍａ　ｘ）で、帯材導電
率σＳが７．７Ｘ１０８の場合の解析結果を第６図（ａ
）および（ｂ）として示す。センター・エッヂ間の電流
密度５分布は極めて小差である。

また、第３図〜第６図が示す各条件における電流密度偏
差（ｅｄｇｅ−ｃｅｎｔｅｒ／ｃｅｎｔｅｒ）めて第１
表に示す。

第１表 をまと 上記各図および第１表から、温度の上昇にｆｆって電流
密度Ｊの分布は均一方向へ向かうこと、一次撞線が対応
しない部分は電流密度Ｊが減少すること、（Ｗｗｍａ　
ｘ＝Ｃｗｍａ　ｘ）が最良。

次いで（Ｗｗ＝Ｃｗ）、さらに（ｗｗ＜ｃｗ）も電流密
度Ｊの偏差が極めて小さいことが理解される。

さらに言えることは、加熱初期に該当する帯材導１ｉ率
σｓ＝７．７Ｘ１０’でのセンター・エッヂ間の電流密
度Ｊ偏差は１桁台の％であり、この程度の差は加熱終了
時点での中方向の加熱温度の均一性保証に殆ど影響しな
いものと推測される。

Ｂ０本発明者は、さらに板厚が４ｍｍと６ｍｍの帯材に
ついて（Ｗｗ＝Ｃｗ）とし、帯材導電率σＳは１〜７．
７Ｘ１０’、その他の条件は前記板厚２ｍｍの場合と同
様として解析した。

解析結果である電流密度５分布を第７図および第８図に
示す。各図それぞれにける（ａ）は表面の、また（ｂ）
は芯部の電流密度５分布であり、各図とも帯材導電率σ
Ｓが７．７Ｘ１０８の場合を線イ、４Ｘ１０６の場合を
線口、２×１０６の場合を線ハ、またｌＸｌ０’の場合
を線二として示す。

さらに第２表には、上記各図に示される表面および芯部
それぞれにおける帯材の導電率σＳの変化に伴う電流密
度Ｊの偏差の変化をまとめて示す。

第 ２ 表 上記各図および第２表から、たとえ（Ｗｗ＝Ｃｗ）の関
係が維持されていても、帯材の板厚が４　ｍ　ｍ　、　
　５　ｍ　ｍと厚くなるほど、加熱初期に該当する帯材
導電率σＳ　＝　７．７　Ｘ１０Ｇ状態でのセンター・
エッヂ間の電流密度Ｊ分布偏差は１０桁台の％を示し、
前掲板厚２ｍｍの帯材がほぼ同一導電率σＳで１桁台の
％であったのと較べると極めて大であることが確認され
る。

通電加熱では、電流密度Ｊの分布は昇温するにつれて均
一化するものの、昇温過程での電流密度４分布の累積が
最終加熱結果を薔すものであるので、上記板厚４ｍｍ、
５ｍｍの帯材が示す％から、（Ｗｗ＝Ｃｗ）の関係では
センター・エッヂ間の最終加熱温度に著しい温度差を生
ずると推測される。換言すれば板厚の厚い帯材になるほ
ど、（Ｗｗ＜Ｃｗ）では薄い帯材の場合とは逆に中方向
の均一加熱が困難であるとの結論を導き出し得る。

Ｃ０上記電流密度解析の他、電流密度に応じて発生する
熱の伝導状態、即ち伝熱解析も平行して行ったが、当該
解析結果も帯材の板厚が比較的薄い場合には、（Ｃｗｍ
ａ　ｘ＝Ｗｗｍａ　ｘ）に設定してあれば、（ＷＷ＜Ｃ
Ｗ）の関係にある帯材の中方向均一加熱が保証されるこ
とを示す結果を得ている。

（２）実験例： 本発明者は次いで通電加熱装置１００を用いた加熱実験
を実施した。

実験には鉄心間口の中方向寸法５２０ｍｍ、　一次巻線
の巻巾４００ｍｍ、帯材・片側一次巻線間ギャップ１５
０ｍｍのトランスを用い、各種巾寸法の鋼帯を供試体と
してトランス内に貫通させ、静止状態で通電加熱し、少
なくとも一部が５００°Ｃに昇温した時点でのトランス
内出口近傍の中方向の表面温度を熱電対により測温した
。各供試体の巾（Ｗｗ＞、板厚ｔと一次巻線の巻重（Ｃ
Ｗ）の関係９加熱諸元および測温結果を第３表に示す。

第３表 同表から、供試体の厚さ１ｍｍ以下では、供試体の巾（
Ｗｗ）と一次巻線の巻重（ＣＷ）との関係が（Ｗｗ＜Ｃ
ｗ）であっても偏熱は生ぜず、また（Ｗｗ＜＜Ｃｗ）で
の偏熱は些少であり、供試体の板厚が増大するに伴って
、偏熱は増大傾向を示すことが確認された。

上記実験結果は前記コンピュータによる解析結果を追認
する結果となり、本発明が比較的板厚の薄い帯材の中方
向均一加熱に極めて有効であることを証明した。

（他の実施例） 上記実験例は測温の正確性を確保するため、静止状態下
で行った。然し、帯材を走行状態下で所定温度まで加熱
するライン生産の場合には、両ロール電極２１．２２間
を帯材が実験例記載の加熱時間をかけて走行する如く走
行速度を設定すれば、勿論実験例同様の結果が得られる
ことは勿論である。

また、上記解析ならびに実験例は鋼帯についてであった
が、鋼帯とは導電率σが異なる材質では、当該導電率σ
の大・小に対応して帯巾ＷＷ：巻中間の均一加熱可能範
囲に大・小があるが、開示した解析ならびに実験以外に
も多数実施した他の解析ならびに実験結果から、定性的
に同一傾向を示すことも確認されている。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、厚さが比較的薄い帯材の
加熱は、加熱予定の最小中から最大中までの各種中寸法
の帯材を中方向均一加熱し得ることが可能となり、帯材
の巾に合わせて各種中寸法のトランス、ないし一次巻線
の巻重としたトランスを準備する必要は一切なく、従っ
て設備費は最低限で足り、これに伴って生産コストは極
めて低廉に抑え得ることとなり、本発明が薔す効果は甚
大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用される通電加熱装置の正面図、第
２図は本発明トランスの一次巻線実施例を示す第１図の
Ｘ−Ｘ線断面図、第３図（ａ）〜第６図（ｂ）それぞれ
は厚さ２ｍｍの帯材を加熱対象としたコンピータ解析結
果であって、各図それぞれにおける（ａ）および（ｂ）
は磁束シ主ニレージョン図および電流密度分布図、第７
図（ａ）〜第８図（ｂ）は板厚４ｍｍおよび板Ｋ　６　
ｍ　ｍの帯材を加熱対象としたコンピータ解析結果であ
って、各図それぞれにおける（ａ）および（ｂ）は表面
および芯部の電流密度分布図である。 １００−・−−一−−−−−−−・・通電加熱装置１０
−・・−−一−−−−−−・−・−（リング）トランス
１１−・・・−一〜−−・−・−・−鉄心１２−−−−
−−〜−−−−〜−−−−−−−一次巻線２１．２２・
−一−−−・ロール電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 送り通路が環状鉄心の環内を貫通するトランス、当該ト
   ランス両端に近接してそれぞれ配置されて送り通路上の
   帯材と接触するロール電極、および当該両ロール電極間
   を電気的に接続する導電材からなり、上記トランスの一
   次巻線への給電により上記両ロール電極間を走行中の帯
   材に上記導電材を帰線とする二次電流を誘起させて加熱
   する加熱装置のトランスにおいて、鉄心に多巻回される
   上記一次巻線の巻巾を少なくとも加熱予定最大巾帯材の
   巾とほぼ等しく設定してなることを特徴とする帯材通電
   加熱用リングトランス。