JPH0559183B2 - - Google Patents
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- JPH0559183B2 JPH0559183B2 JP19257389A JP19257389A JPH0559183B2 JP H0559183 B2 JPH0559183 B2 JP H0559183B2 JP 19257389 A JP19257389 A JP 19257389A JP 19257389 A JP19257389 A JP 19257389A JP H0559183 B2 JPH0559183 B2 JP H0559183B2
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- Japan
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- transformer
- strip
- heating
- width
- strip material
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- Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
Description
(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巾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63−128125号)をもつて、また帯材を対象とす
る発明は特願昭62−300127号をもつて出願してい
る。両出願発明は、例えば帯材を対象する装置を
示す第1図aおよびbに従つて説明すれば、当該
通電加熱装置100は送り通路L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1
0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21,2
2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、
巾方向を如何に均一加熱するかの問題が浮かび上
がつてきた。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、寸法が同じであつても均一加熱が得
らない。これがため、異なる材質、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
材通電加熱装置発明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巾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図に従つて以下に詳述する。 図における各記号は本発明に関する帯材Sおよ
びトランス10の鉄心11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 =以下環内巾と称する 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:一次巻線の巻巾 尚、一次巻線を構成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、一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、一次巻線12の巻巾Cw,およびトランス1
0の内法寸法(環内巾Wwと高さWh)との関係
で如何なる変化を示すかをコンピユータにより有
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 rot(1/μrot〓)=〓o−σ∂〓/〓t−σgradφ…
…(1) 上記式(1)において、x−y2次元場では等方性
であるとし、また〓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。 1/μ(∂2Az/∂x2+∂2Az/∂y2)=−Jo+jωσAz
+σgradφ ……(2) ただし、 〓:磁気ベクトルポテンシヤル (wb/m) Az:磁気ベクトルポテンシヤルのZ方向成分
(wb/m) 〓o: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 (υ/m) ω:角周波数 (rad/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
値を下記の通りとし、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、帯巾Swを250mmから50mm刻みで500
mmまで変化させた各帯材に対し、帯材導電率σs
=3×106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J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(一次巻線の比透磁率) μs=30(帯材の比透磁率) ただし、一次巻線電流Jozは帯材の平均電流密
度が1.0×107(A/m2)になるように設定した。 ○ トランス: 環内巾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
す帯材巾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。 両図それぞれの考案から、板厚St3mmの帯材に
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。 巻線巾Cwと帯材Swとの関係: イ 電流密度J分布の偏差は、 (Cw)>>(Sw)……大 (Cw)>(Sw)……極大 (Cw)=(Sw)……小 ロ 帯巾Sw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J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J分布の偏差
を改善せず、逆に些少の増加傾向を示す。 B 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、
6mm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Wh110mmの場合がそれぞれのa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、板厚St3mmについて行つた上記考察〜と
同一の傾向が認められ、かつ電流密度J分布の偏
差は環内高さWhの高いbがaに比べて!?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J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J分布の累積が最終加熱結果を齎す
こととなる。 従つて、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Swと巻線巾Cwとの
関係が少なくとも、 (Cw)>>(Sw)、および (Cw)>(Sw) である場合に、各種被加熱帯材を巾方向で可及的
に均一加熱し得ると結論される。 (実施例) 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。 実験には環内巾Wwが同一の560mm、高さWhが
110mm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巾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巾方向表面温度
を熱電対により測温した。 各供試体の寸法、巻線巾(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。
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巾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63−128125号)をもつて、また帯材を対象とす
る発明は特願昭62−300127号をもつて出願してい
る。両出願発明は、例えば帯材を対象する装置を
示す第1図aおよびbに従つて説明すれば、当該
通電加熱装置100は送り通路L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1
0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21,2
2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、
巾方向を如何に均一加熱するかの問題が浮かび上
がつてきた。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、寸法が同じであつても均一加熱が得
らない。これがため、異なる材質、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
材通電加熱装置発明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巾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図に従つて以下に詳述する。 図における各記号は本発明に関する帯材Sおよ
びトランス10の鉄心11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 =以下環内巾と称する 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:一次巻線の巻巾 尚、一次巻線を構成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、一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、一次巻線12の巻巾Cw,およびトランス1
0の内法寸法(環内巾Wwと高さWh)との関係
で如何なる変化を示すかをコンピユータにより有
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 rot(1/μrot〓)=〓o−σ∂〓/〓t−σgradφ…
…(1) 上記式(1)において、x−y2次元場では等方性
であるとし、また〓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。 1/μ(∂2Az/∂x2+∂2Az/∂y2)=−Jo+jωσAz
+σgradφ ……(2) ただし、 〓:磁気ベクトルポテンシヤル (wb/m) Az:磁気ベクトルポテンシヤルのZ方向成分
(wb/m) 〓o: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 (υ/m) ω:角周波数 (rad/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
値を下記の通りとし、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、帯巾Swを250mmから50mm刻みで500
mmまで変化させた各帯材に対し、帯材導電率σs
=3×106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J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(一次巻線の比透磁率) μs=30(帯材の比透磁率) ただし、一次巻線電流Jozは帯材の平均電流密
度が1.0×107(A/m2)になるように設定した。 ○ トランス: 環内巾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
す帯材巾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。 両図それぞれの考案から、板厚St3mmの帯材に
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。 巻線巾Cwと帯材Swとの関係: イ 電流密度J分布の偏差は、 (Cw)>>(Sw)……大 (Cw)>(Sw)……極大 (Cw)=(Sw)……小 ロ 帯巾Sw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J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J分布の偏差
を改善せず、逆に些少の増加傾向を示す。 B 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、
6mm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Wh110mmの場合がそれぞれのa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、板厚St3mmについて行つた上記考察〜と
同一の傾向が認められ、かつ電流密度J分布の偏
差は環内高さWhの高いbがaに比べて!?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J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J分布の累積が最終加熱結果を齎す
こととなる。 従つて、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Swと巻線巾Cwとの
関係が少なくとも、 (Cw)>>(Sw)、および (Cw)>(Sw) である場合に、各種被加熱帯材を巾方向で可及的
に均一加熱し得ると結論される。 (実施例) 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。 実験には環内巾Wwが同一の560mm、高さWhが
110mm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巾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巾方向表面温度
を熱電対により測温した。 各供試体の寸法、巻線巾(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。
【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が巾方
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、即ち帯巾Sw
と巻線巾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が厚くなるに従つて順次
(Sw>Cw)が良い等に従つて条件と合わせて本
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用される。
拘わらずトランスの環内高さWhの高いBが巾方
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、即ち帯巾Sw
と巻線巾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が厚くなるに従つて順次
(Sw>Cw)が良い等に従つて条件と合わせて本
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用される。
第1図aは本発明が適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−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
のコンピユータ解析結果をそれぞれaおよびbと
して示すの電流密度分布図である。 100……通電加熱装置、10……(リング)
トランス、11……鉄心、12……一次巻線、2
1,22……ロール電極、3……導電材、L……
送り通路、S……帯材、St……帯材の板厚、Wh
……板厚方向に対応するトランス内法寸法。
正面図、第1図bは第1図aにおける−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
のコンピユータ解析結果をそれぞれaおよびbと
して示すの電流密度分布図である。 100……通電加熱装置、10……(リング)
トランス、11……鉄心、12……一次巻線、2
1,22……ロール電極、3……導電材、L……
送り通路、S……帯材、St……帯材の板厚、Wh
……板厚方向に対応するトランス内法寸法。
Claims (1)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19257389A JPH0361337A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 帯材通電加熱用リングトランス |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19257389A JPH0361337A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 帯材通電加熱用リングトランス |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0361337A JPH0361337A (ja) | 1991-03-18 |
| JPH0559183B2 true JPH0559183B2 (ja) | 1993-08-30 |
Family
ID=16293530
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19257389A Granted JPH0361337A (ja) | 1989-07-27 | 1989-07-27 | 帯材通電加熱用リングトランス |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0361337A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2618300B2 (ja) * | 1991-07-30 | 1997-06-11 | 新日本製鐵株式会社 | 通電加熱装置 |
| JPH0533038A (ja) * | 1991-07-30 | 1993-02-09 | Nippon Steel Corp | 通電加熱装置 |
-
1989
- 1989-07-27 JP JP19257389A patent/JPH0361337A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0361337A (ja) | 1991-03-18 |
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