JPH0788508A - 鋼片の接合用加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 先行する鋼片の後端部と後行する鋼片の先端
部を、加熱処理と押圧処理の組合せにより、相互に圧接
する鋼片の接合装置において、板幅方向中央部の突き合
わせ部を板厚方向に貫通して交番磁界を印加し、該交番
磁界により誘導される周回電流によって、板端部を加熱
する磁界発生用インダクタを、板幅方向に複数個設置
し、各磁界発生用インダクタに専用の電力投入用インバ
ーターを接続すると共に、該インダクタの位相を制御す
る位相制御装置を配設する。 【効果】 広幅鋼片についても、昇温効率を低下させる
ことなしに、安定して鋼片を接合することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、熱間圧延における鋼
片の接合用加熱装置に関し、とくに広幅鋼片についても
安定した鋼片接合を達成しようとするものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱間圧延ラインでは、圧延すべき
鋼片を一本ずつ加熱、粗圧延、次いで仕上げ圧延して所
望の厚みになる熱延板に仕上げていたが、かような圧延
方式では、仕上げ圧延での、圧延素材の噛み込み不良に
よるライン停止を引き起こし易く、また圧延素材の先、
後端部の形状不良に由来した歩留り低下が大きいため、
最近ではこのような問題を回避するために、仕上げ圧延
に先立ち、こられの鋼片の後端部及び先端部をつなぎ合
わせ、これを熱間圧延ラインに連続的に供給する圧延方
式が採用されるようになってきた。このような鋼片の連
続圧延に関する文献としては特開昭61−144203号公報が
参照される。

【０００３】上記特開昭61−144203号公報にて開示され
た技術は、圧延機の入側にて、先行して搬送される鋼片
(以下、先行鋼片という) の後端部と、後行して搬送さ
れる鋼片 (以下、後行鋼片という) の先端部とを全面に
わたって突き合わせ、その幅方向両端部を予接合し、こ
の状態を保持した状態で圧延しようとするものである。
しかしながら上記の技術では、予接合部分に十分な接合
強度をもたせるためには長時間の接合時間を必要とし、
またそのためにラインの延長化を必要とするなど種々の
問題を残していた。

【０００４】この点発明者らは先に、上記の諸問題を解
決するものとして、接合対象とする先行鋼片の後端部と
後行鋼片の先端部を、板幅方向の両端部のみにて接触さ
せる一方、板幅方向中央部には空隙を設け、この空隙を
板厚方向に貫通するような磁束を発生するようにインダ
クタを配設し、このインダクタの交番磁界によって鋼板
に誘導される周回電流により、先行及び後行鋼板の端部
接触部を加熱溶融すると共に、鋼板の長手方向から押圧
力を付加することによって、鋼片を接合する方法を開発
し、特開昭４-89109号公報及び同４-89110号公報におい
て開示した。上記の接合法の開発により、従来に比べ、
接合作業の迅速化及び簡便化が可能となった。

【０００５】ところで上記の方法では、通常、磁束発生
用のインダクタは幅方向中央部に１個配置されるが、イ
ンダクタの個数が１個の場合には、板幅の増加に伴って
周回電流が減少するため、端部の昇温効率（インダクタ
の電流に対する端部昇温速度の比率）が低下し、通電時
間の延長、インダクタ直下の過熱による溶け落ちなどの
不具合が生じた。ここに、一般的に使用されるインダク
タの最高入力は2000〜3000kW程度であり、またインバー
タもほぼ同レベルの最高出力であるが、上記の接合法で
要求される短時間（５秒以内）で接合を行うためには、
実験によれば4000kW程度の入力が必要であることが判明
した。従って、広幅材について短時間の接合を実現する
ためには、インダクタ及びインバータは２式必要にな
る。なおインバータ１台でインダクタ２台を駆動させる
ことも可能ではあるが、これでは短時間接合ができな
い。

【０００６】そこで出願人会社は、特開平４-89115号公
報において、鋼片の突き合わせ接触領域に沿ってインダ
クタを少なくとも２式配置することからなる接合方法を
併せて提案した。これにより、板幅の増加に伴って周回
電流が減少する割合を、インダクタが幅方向中央部に１
個の場合と比べて緩和することができる。

【０００７】上述したような接触状態で加熱を行う接合
方法の他、先行材と後行材とをギャップを隔てたままで
誘導加熱し、その加熱後にアップセットして接合する、
いわゆる非接触式の加熱を利用した接合方法も提案され
ている（特開昭60−244401号公報）。この非接触式加熱
方式では、全幅にわたって均一な磁界を与える必要があ
るが、インダクタの製作上の面からかかる均一磁界が付
与できるのは1000mm幅までが限度であり、それ以上たと
えば1900mm幅では、接触式加熱方式の場合と同様、やは
り２台のインダクタが必要となる。

【０００８】しかしながら接触式、非接触式いずれの場
合においても、インダクタが１台の場合と２台の場合に
おいて、インダクタに誘起する磁界が同一であっても、
場所によってはインダクタ２台の方が通電電流がむしろ
少なくなる場合があることが判明した。そこで鋼片、イ
ンダクタを３次元有限要素法にてモデル化し、電磁界解
析を行ったところ、２台のインダクタに印加する電流の
位相が異なる場合には、各インダクタにより誘起された
周回電流が打ち消し合い、その結果、周回電流量は低減
し、加熱能力はかえって低下することが判明した。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、上記の問
題を有利に解決するもので、磁界発生用インダクタを複
数台用いる場合であっても、各インダクタに印加する電
流の位相を揃えることによって安定した加熱接合を実現
できる、鋼片の接合用加熱装置を提案することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、先
行する鋼片の後端部と後行する鋼片の先端部を、加熱処
理と押圧処理の組合せにより、相互に圧接する鋼片の接
合装置において、板幅方向中央部の突き合わせ部を板厚
方向に貫通して交番磁界を印加し、該交番磁界により誘
導される周回電流によって、板端部を加熱する磁界発生
用インダクタを、板幅方向に複数個設置し、各磁界発生
用インダクタに専用の電力投入用インバーターを接続す
ると共に、該インダクタの位相を制御する位相制御装置
を配設してなる鋼片の接合用加熱装置である。

【００１１】以下、この発明を具体的に説明する。図１
（ａ），（ｂ）及び図２（ａ），（ｂ）にそれぞれ、接
触式及び非接触式加熱それぞれの場合において、磁界発
生用インダクタを幅方向中央部に１台配置した加熱装置
を模式で示し、図中番号１は先行鋼片、２は後行鋼片、
そして３がインダクタである。インダクタ３は、図１
（ｂ），図２（ｂ）に示すように、鋼板の厚み方向に貫
通するような磁束を発生させるので、このインダクタ３
による交番磁界により、鋼片には、接触式の場合は図３
に示すように、中央部空隙の最内側を流れる周回電流４
が誘起され、一方非接触式の場合は図４に示すように、
先行鋼片１の後端部及び後行鋼片２の先端部それぞれ
に、渦電流５が誘起される。

【００１２】図３に示したところにおいて、先行鋼片１
の後端部と後行鋼片２の先端部を突き合わせた後、イン
ダクタ３の交番磁界によって鋼板に誘導される周回電流
４により、先行及び後行鋼板１，２の端部接触部を加熱
溶融すると共に、鋼板の長手方向から押圧力を付加する
ことによって、鋼片同士を溶融接合するのである。ま
た、非接触式では図４に示したように、先行鋼片１の後
端部と後行鋼片２の先端部をそれぞれ、インダクタ３の
交番磁界によって鋼板に誘導される渦電流５によって加
熱したのち、鋼板の長手方向から押圧力を付加すること
によって、鋼片同士を接合するのである

【００１３】しかしながら、前述したとおり、鋼片の幅
が広くなると周回電流や渦電流が減少し、それに伴って
端部の昇温効率は低下する。この解決策としては、長時
間通電及び入熱量の増大などが考えられるが、通電時間
を延長すると、インダクタ直下が長時間加熱されるため
に過熱による溶け落ちが生じ、また入熱量を増大しよう
としても、インダクタ１台当たりの投入電力はインバー
タの製作限界である2000〜3000kWが最大であるので、自
ずから限界がある。従って、上記の問題を解決するに
は、図５及び図６に示すように、鋼片の接合面に沿って
複数台、例えば作業側（ＷＳ）と駆動側（ＤＳ）に２台
のインダクタを配置する必要が生じる。

【００１４】ところで、自励式インバータの発振周波数
は、インバータから２次側を見た負荷インピーダンスに
依存する。このため、インダクタの側から見たンピーダ
ンスがＷＳ／ＤＳで異なれば発振周波数が変わることに
なる。ここに、実際の接合作業においてはＷＳ／ＤＳの
接合状況は異なることが多い。負荷インピーダンスが接
合状況によって変わった場合（実際、アーク発生時に周
波数が変動する）には、インバータの発振周波数はＷＳ
／ＤＳで異なることになる。ＷＳ／ＤＳでインバータの
発振周波数が異なった場合、ＷＳ／ＤＳの位相が反転し
（例えば500 Hzと510 Hzの場合には約0.98ｓ後に位相が
反転する）、鋼片に誘起された渦電流は打ち消し合うこ
とになる。その結果、昇温効率が低下し、所期の加熱性
能が得られなくなるのである。

【００１５】そこでこの発明では、図７に示すように、
使用するインダクタ（この例でL10,L20 ）毎に専用のイ
ンバータを接続し、しかもこれらのインダクタL10, L20
に同相の電流が流れるように位相を同期制御することに
より、鋼片に誘起される渦電流L11, L21を同相として、
周回電流による効果的な加熱を実現するのである。な
お、非接触式加熱方式の場合については、図８に示す
が、鋼片に誘起される電流はL11, L12, L21, L22とな
る。

【００１６】

【作用】次に、この発明装置による具体的な制御要領に
ついて説明する。図９に、板幅方向に２台の磁界発生用
インダクタ３，３′を設置した場合における制御系統を
ブロック図で示し、番号６は電力指令装置、７，７′は
インバータ、そして８が位相制御回路である。上図に示
したところにおいて、インバータ７′は他励式であり、
発振周波数は回路定数によって決まる（鋼片の接合長さ
など接合状況により変化する）。また位相制御回路８
は、インバータ７′の発振周波数と位相を検出し、イン
バータ７に与える点弧パルスを発生させる機能を持つ。
さらにインバータ７は自励式であり、位相制御回路８か
ら与えられる点弧パルスによって発振周波数は決まる。

【００１７】接触式の場合、鋼片は、回路的には１ター
ンコイルと考えられ、従ってコンデンサより負荷側をみ
たインダクタンスをLiとすると、次式で示される共振周
波数 fi＝１／｛２π（LiＣ)^1/2｝ にてインバータは発振する。ここに、コンデンサより鋼
片を見た時のインダクタンスLiは、おもに鉄心直下のシ
ートバーの幾何的な形状及びインダクタとの距離で決ま
り、図７に示すインダクタのLi₀ 、シートバーのLi₁ 及
びこれらの相互インダクタンスMi（ｉ＝１，２）の関数
形で示される。また５秒間通電する場合に、実用上問題
がないと考えられる発振周波数の差は0.1 Hzである。一
方、非接触式の場合も共振周波数はfi＝１／｛２π（Li
Ｃ)^1/2｝で決まる。ここに、Liはシートバーの形状、イ
ンダクターとシートバーとの距離及びシートバー間の間
隔で決まり、図８に示すインダクターのLi₀ 、先行材の
Li₁ 、後行材のLi₂ 、インダクタと先行・後行材間の相
互インダクタンスMi_1, Mi₂（ｉ＝１，２）により決ま
る。なおこの場合も、５秒間の通電において、実用上問
題がないと考えられる発振周波数の差は0.1 Hzである。

【００１８】

【実施例】磁界発生用インダクタを板幅方向に２台設置
した上掲図７（ａ），（ｂ）に示したような加熱装置を
それぞれ用いて、幅：1000mm、厚み：30mmの普通鋼シー
トバー（ 900℃）、次の要領で接合した。磁界発生用イ
ンダクタには各々1000kWの電力を入力し、位相を同期制
御しつつ操業した。その結果、従来の接合装置では鋼片
幅が1500mmに増加した場合には昇温効率が低下し、十分
な加熱が行えなかったのに対し、この発明装置を用い、
２台のインダクタを同期運転させた場合は、接触式、非
接触式いずれの場合においても鋼片幅が増加しても昇温
効率は低下せず、安定した鋼片接合を行うことができ
た。

【００１９】

【発明の効果】かくしてこの発明によれば、板幅方向に
複数台配置した磁界発生用インダクタの位相を制御する
ことができるので、鋼片幅が増加した場合であっても、
昇温効率を低下させることなしに、安定して鋼片を接合
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】接触式加熱方式において、磁界発生用インダク
タが１台の場合の配置位置及び発生磁束の向きを示した
図である。

【図２】非接触式加熱方式において、磁界発生用インダ
クタが１台の場合の配置位置及び発生磁束の向きを示し
た図である。

【図３】接触式加熱方式において、交番磁界により誘導
される周回電流を示した図である。

【図４】非接触式加熱方式において、交番磁界により誘
導される渦電流を示した図である。

【図５】接触式加熱方式において、磁界発生用インダク
タを２台設置した場合における、各インダクタの配置位
置及び誘導された周回電流を示した図である。

【図６】非接触式加熱方式において、磁界発生用インダ
クタを２台設置した場合における、各インダクタの配置
位置及び誘導された渦電流を示した図である。

【図７】接触式加熱方式になる加熱装置の模式図であ
る。

【図８】非接触式加熱方式になる加熱装置の模式図であ
る。

【図９】この発明に従う加熱装置の制御系統を示すブロ
ック図である。

【符号】

１ 先行鋼片 ２ 後行鋼片 ３，３′インダクタ ４ 周回電流 ５ 渦電流 ６ 電力指令装置 ７，７′インバータ ８ 位相制御回路

フロントページの続き (72)発明者 長田 雅史 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 新田 純三 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 天沼 修二 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 高島 典生 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 天笠 敏明 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者 黒田 彰夫 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島製作所内 (72)発明者 若元 郁夫 広島県広島市西区観音新町４丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者 橋本 学夫 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 前田 史裕 兵庫県尼崎市塚口本町８丁目１番１号 三 菱電機株式会社伊丹製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 先行する鋼片の後端部と後行する鋼片の
   先端部を、加熱処理と押圧処理の組合せにより、相互に
   圧接する鋼片の接合装置において、 板幅方向中央部の突き合わせ部を板厚方向に貫通して交
   番磁界を印加し、該交番磁界により誘導される周回電流
   によって、板端部を加熱する磁界発生用インダクタを、
   板幅方向に複数個設置し、各磁界発生用インダクタに専
   用の電力投入用インバーターを接続すると共に、該イン
   ダクタの位相を制御する位相制御装置を配設したことを
   特徴とする鋼片の接合用加熱装置。