JPH0361337A - 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、詳
しくは各種寸法や各種材質の帯材に対応して可及的に中
方向均一加熱可能な汎用性のある帯材通電加熱用リング
トランスに関する。

（従来の技術） 本廟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６１１２８
１２５号）をもって、また帯材を対象とする発明は特願
昭６１−３００１２７号をもって出願している。両出廓
発明は１例えば帯材を対象する装置を示す第１図（ａ）
および（ｂ）に従って説明すれば、当該通電加熱装置１
００は送り通路りが環状鉄心１１の環内を貫通するトラ
ンス１０、当該トランスＩＯの両端に近接配置されて送
り通路上の帯材Ｓ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２
１．２２間を例えば摺動子Ｂ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Ｓの抵抗Ｒ１と導電材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Ｓ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。

（従来技術に存する問題点） ところで、当該通電加熱装置１００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、実施にあたり。

中方向を如何に均一加熱するかの問題が浮かび上がって
きた。また、たとえ被加熱帯材の巾、板厚。

材質により定まる透磁率等に対応した均一加熱が得られ
る所定構成としても、均一加熱が得られる帯材の寸法範
囲は限定され、かつ帯材の材質が異なると９寸法が同じ
であっても均一加熱か得られない。これがため、異なる
材質９寸法の帯材にそれぞれ対応した多数のトランスを
準備する必要があり、設備費が嵩むという問題点が指摘
された。

（発明の目的） 本発明は特願昭６２−３００１２７号出願発明である帯
材通電加熱装置が抱える上述の問題点を解消するために
なされたもので、各種寸法や各種材質の帯材に対応して
可及的に中方向均一加熱可能な汎用性のある帯材通電加
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〉 本発明の要旨は、帯材の板厚方向に対応するトランス内
法寸法を少なくとも１００ｍｍ以上に構成してなること
を特徴とする帯材通電加熱用リングトランスにある。

（実施例） 本発明を第２図に従って以下に詳述する。

図における各記号は本発明に関係する帯材Ｓおよびトラ
ンス１０の鉄心１工と一次巻線１２の各部寸法である。

ＳＷ：帯材の巾 Ｓｔ：帯材の板厚 ＷＷ：帯材巾方向に対応する鉄心内法寸法＝以下環内申
と称する Ｗｈ：帯材板厚方向に対応する鉄心内法寸法＝以下環内
高さと称する ＣＷニー次巻線の巻重 尚、−次巻線を構成する導線は細くて巻回厚さが薄く、
加熱への影響は殆どないので、無視する。

而して、本発明は環内高さｗｈを他の寸法、即ちＳｗ、
Ｓｔ、ＷｗおよびＣｗの寸法如何に拘らず、少なくとも
１００ｍｍ以上とするにある。

（発明の作用） 本発明は、材質や巾および板厚が異なる各種の帯材それ
ぞれに対し、−次巻線からの漏れ磁束の影響を薄め、帯
材巾方向の均一加熱を助長する作用がある。

（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、熱伝導解析なら
びに実機を用いた実験を経て完成された。

（１）通電加熱時の電流密度解析： 通電加熱時にトランス１０により帯材Ｓに誘起される電
流の密度分布が、帯材Ｓの巾Ｓｗ、板厚Ｓｔ、−次巻線
１２の巻重ＣＷ、およびトランスＩＯの内法寸法（環内
中Ｗｗと高さｗｈ）との関係で如何なる変化を示すかを
コンピュータにより有限要素法を使用して解析した。そ
の一部を以下に開示する。

電磁方程式の基本式 上記式（１）において、ｘ−ｙ’１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。

・・−・−ｍ＝・−・−（２） ただし、 Ａ　：磁気ベクトルポテンシャル（Ｗ　ｂ　／　ｍ　）
Ａｚ　：磁気ベクトルポテンシャル のＺ方向成分　　　　　　（Ｗ　ｂ　／　ｍ　）Ｊｏ　
：強制電流密度　　　　　　（Ａ／ｍ２）Ｊｏｚ：強制
電流密度のＺ方向成分（Ａ／ｍ２）μ　：透磁率　　　
　　　　　　（Ｈ／ｍ）σ　：導電率　　　　　　　　
　（ｔｒ／ｍ）ω　：角周波数　　　　　　　　（ｒａ
ｄ　／ｓ　）φ　：電位　　　　　　　　　　（Ｖ）Ａ
、上記式（２）を用い、共通解析条件ならびに物性値を
下記の通りεし、例えば一般的な加熱対象材である鋼帯
を取り上げ、板厚Ｓｔは一定の３ｍｍであるが、釜中３
ｗを２５０ｍｍから５０ｍｍ刻みで５００ｍｍまで変化
させた各帯材に対し、帯材導電率σ５＝３ＸＩ０６の時
点、即ち昇温温度が約３００℃での帯材の巾方向表面電
流密度５分布を、環内高さｗｈのみが異なる後記両トラ
ンスを用いた場合それぞれについて求めた。

○共通解析条件ならびに物性値： ｆ　　＝６０（Ｈｚ） μｃ　＝６０００　（鉄心の比透磁率）μｗ−１（−次
巻線の比透磁率） μ５＝３０（帯材の比透磁率） ただし、−次巻線電流Ｊｏｚは帯材の平均電流密度が１
．０　Ｘ　Ｉ　Ｏ’　　（Ａ／ｍ２）になるように設定
した。

○トランス： 環内中Ｗｗ　　−＝５６０ｍｍ（一定）環内高さＷｈ＝
　１１０ｍｍ、３１０ｍｍ巻線巾Ｃｗ　　＝５００ｍｍ
（一定） 第３図（ａ）および（ｂ）それぞれはトランスの環内高
さｗｈが１１０ｍｍおよび３１０ｍｍの場合の解析結果
を示す帯材中中心からエツジまでの表面電流密度Ｊ分布
図であり、各図における各曲線の終端に記入されている
数値は帯材の巾（単位ｍｍ）を示す。

両図それぞれの考察から、板ｆｆ、Ｓｔ３ｍｍ（７）帯
材について以下の共通点が判明する。

■電流密度Ｊはエツジ側が高く、中心方向側が低い。

■巻線中Ｃｗと釜中Ｓｗとの関係： イ、電流密度Ｊ分布の偏差は、 （Ｃｗ）　＞　＞　（３ｗ）　−・・・−大（Ｃｗ　）
　＞　（Ｓ　ｗ　）　−−−−−−−−−−一極大（Ｃ
Ｗ）　＝　（Ｓｗ）　−・−一一−−−−小口、茶巾Ｓ
ｗの変化にエツジ側が敏感に反応する。

また、両図を対比考察すれば、以下のことが明確にされ
る。

■環内高さｗｈが高いと電流密度４分布の偏差は（Ｃｗ
）＞＞　（Ｓｗ）および（Ｃｗ）＞（ＳＷ）の関係に対
して大幅に減少する。

■（Ｃｗ）＝　（Ｓｗ）の関係に対しては、環内高さ（
ｗｈ）が高くとも電流密度４分布の偏差を改善せず、逆
に些少の増加傾向を示す。

Ｂ０本発明者はさらに上記と異なる板厚Ｓｔの鋼帯につ
いても解析をし、上記考察結果が定性的か否かを調査し
た。

解析諸条件は前掲解析時と同様であり、板厚Ｓｔ２ｍｍ
についての解析結果を第４図（ａ）および（ｂ）に、５
ｍｍについての解析結果を第５図（ａ）および（ｂ）に
それぞれ電流密度Ｊ分布図として示す。トランスの環内
高さｗｈｌｌｏｍｍの場合がそれぞれの（３）であり、
３１０ｍｍの場合がそれぞれの（ｂ）である。

また、各図における各曲線の終端に記入されてている数
値は帯材の巾（単位ｍｍ）を示す。

第４図、第５図から、絶対値に大小の差はあれ、板ｐＪ
Ｓｔ３ｍｍについて行った上記考察■〜■と同一の傾向
が認められ、かつ電流密度４分布の偏差は環内高さｗｈ
の高い（ｂ）が（ａ）に比べて遥かに少ないことも判明
し、考察結果の定性性が追認された。

以上各解析結果ならびに考察から次の結論が導出される
。

元来、通電加熱では、電流密度４分布の偏差は通電開始
時に大であり、昇温するにつれて順次均一化に向かうこ
と上記解析を含めた多数の解析ならびに実験結果から得
られており、かつ昇温過程での電流密度４分布の累積が
最終加熱結果を溜すこととなる。

従って、解析結果を所定温度までの帯材加熱における一
時点として捉えると、環内高さｗｈを高くすることによ
り、帯材の巾３ｗと巻線中ＣＷとの関係が少なくとも。

（Ｃｗ）＞＞　（Ｓｗ）、および （Ｃｗ）＞　　（Ｓｗ） である場合に、各種被加熱帯材を中方向で可及的に均一
加熱し得ると結論される。

（実験例） 本発明者は次いで通電加熱装置１００を用いて加熱実験
を実施し、上記解析結果と照合することとした。その一
部を以下に開示する。

実験には環内中ＷＷが同一の５６０ｍｍ、高さｗｈが１
１０ｍｍのＡ、３１０ｍｍのＢである２種類のトランス
を使用し、両トランスＡ、Ｂそれぞれで同一の帯材を加
熱するようにした。ただし、帯材の寸法が異なるごとに
可及的に中方向の均一加熱を得るための配慮から適用加
熱諸条件は変更した。

加熱はトランス内に供試体を貫通させて静止状態下で行
われ、少なくとも一部が５００℃に昇温した時点でのト
ランス内出口近傍の中方向表面温度を熱電対により測温
した。

各供試体の寸法、巻線中（Ｃｗ）　、ならびに両トラン
スＡ、Ｂそれぞれについての測温結果を第１表に示す。

第 表 同表から、実機による加熱でも板厚Ｓｔの如何に拘わら
ずトランスの環内高さｗｈの高いＢが中方向均一加熱傾
向を示すことが明確とされ、本発明の効果を実証し得た
。

（他の実施例〉 上記実験例は測温の正確性を確保するため、供試体を静
止状態下で実施した。然し、本発明にかかるトランスを
備えた通電加熱装置は当然走行状態下の帯材を所定温度
まで加熱することを目的としているので、実稼働時には
、勿論両ロール電極２１．２２間を帯材が所定の速度で
走行することとなる。

また、本発明者が本明細書に開示する以外の他の解析な
らびに実験から得た結果、即ち帯中３ｗと巻線中Ｃｗと
の関係について、例えば板厚Ｓｔが比較的薄い場合には
（Ｓｗ＝Ｃｗ）で最適なること、あるいは板厚Ｓｔが厚
くなるに従って順次（Ｓｗ＞Ｃｗ）が良い等に従った条
件と合わせて本発明を実施すれば、上記条件の緩和が可
能となる。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、各種寸法や各種材質の帯
材に対応して可及的に巾方向均一加熱が可能となるので
、汎用性の高い帯材通電加熱用リングトランスであると
して賞月される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明が通用される通電加熱装置の正面
図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）におけるＸ−Ｘ線断面
図、第２図は本発明を説明するリングトランスの斜視図
、第３図〜第５図は各板厚の帯材を板厚方向の内法寸法
が異なるトランスで加熱する場合のコンピータ解析結果
をそれぞれ（ａ）および（ｂ）として示す電流密度分布
図である。 １００・−−−−−−一−−−−−−・通電加熱装置１
　（Ｌ−−−−−−−・−・・・・−・・−（リング）
トランス１１−・・・・・・・・−・−−−−−一鉄心
１２・−・−・−・・−・・−−一次巻線２１．２２・
−−−−−−一ロール電極３・−−一−−・−・・−・
−−一〜−−−導電材Ｌ−〜−−−一−−−−−−一・
−・−・・−送り通路Ｓ−・−一−−−−−・−・−−
−−−−−−一帯材Ｓｔ・−・−・−一−−−−−・帯
材の板厚Ｗｈ−・・−−−−一−−・−−一−−−−板
厚方向に対応するトランス内法寸法 特許出廓人　新日本製鐵株式会社 同　　　高周波熱錬株式会社

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、帯材の板厚方向に対
   応するトランス内法寸法を少なくとも１００ｍｍ以上に
   構成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。