JPH08153577A

JPH08153577A - 金属板の誘導加熱装置

Info

Publication number: JPH08153577A
Application number: JP31930394A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Okamura; 和郎岡村; Shunji Fukushima; 俊司福島; Kazuhiro Taguchi; 一洋田口
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-11-29
Filing date: 1994-11-29
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】被加熱材のエッジ部での過加熱を防止して幅
方向に適切に加熱する。インダクタからの漏洩磁束を少
なくして加熱能力を高める。【構成】金属板である被加熱材を挾むようにその厚さ
方向の上下に配置されたインダクタを有する誘導加熱装
置に関する。一方のインダクタの鉄心１１から被加熱材
１０１を介し他方のインダクタの鉄心１２に向かう磁束
を、被加熱材１０１の搬送方向に対し傾斜させて被加熱
材１０１に鎖交させる。また、被加熱材１０１の幅方向
の両側に、被加熱材１０１を貫通してその外部で閉ルー
プを構成すると共に磁気的に互いに対称な外部磁路を形
成し、かつ、上下の鉄心１１Ｂ，１２Ｂを、被加熱材１
０１の幅方向に沿って移動可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、熱間圧延工程や冷間圧
延工程などにおいて、搬送中の金属板を加熱するための
誘導加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鋼板の
加熱用誘導加熱装置として、従来から以下の３種類のも
のが提案されている。ソレノイド式図７に示すソレノイド式の誘導加熱装置は、一般冷延鋼
板等の磁性体鋼板の全幅加熱用ストリップヒータとして
実用化されている。なお、図７において、（ｂ）は
（ａ）の側面方向から見た断面図であり、１０１は被加
熱材（鋼板）、１０２は加熱コイル（ソレノイドコイ
ル）、Ｈ₀は磁界である。

【０００３】このストリップヒータは、図７（ｂ）及び
図８に示すように被加熱材１０１の幅方向全域にわたる
渦電流ａを生じさせるので、被加熱材１０１の幅方向に
沿った電流密度を均一化させ、被加熱材１０１のエッジ
部ｂと中央部の加熱時間を均一化させる。従って、被加
熱材１０１を幅方向にほぼ均一に加熱することができ
る。しかるにその反面、非磁性体金属板や非磁性域の鋼
板であって高温のもの（熱延工程や厚板工程にあるも
の）を加熱する場合には、被加熱材１０１に磁束が集中
せず、十分な加熱効果が期待できないという問題があ
り、また、幅方向の温度分布も調整できない。

【０００４】また、熱延工程などでは被加熱材１０１の
幅や厚さが多岐にわたることや、被加熱材１０１の先後
端の上反り部、下反り部と加熱コイル１０２との衝突を
防止すること等を考慮して、図７（ｂ）に示すコイル高
さＨを大きくする必要があり、通電により発生した磁束
の大半が被加熱材１０１と加熱コイル１０２との間の空
隙部を通るので、加熱能力が益々低下してしまう。この
ように、ソレノイド式誘導加熱装置は被加熱材１０１の
幅方向の均一加熱がしやすい反面、加熱能力及び幅方向
温度分布の制御性に劣り、搬送中の非磁性体金属板や非
磁性域の鋼板の加熱には用いることができない。

【０００５】リニアインダクタ式次に、図９（ａ），（ｂ）は特開昭６３−１２８５８０
号等に示されたリニアインダクタ式誘導加熱装置の概要
を示すもので、搬送中の被加熱材１０１をその全幅にわ
たって加熱可能としたものである。この誘導加熱装置で
は、被加熱材１０１の搬送用テーブルローラの間隙に加
熱コイル１０２及び鉄心１０３からなるインダクタが配
置されるため、これらの外形寸法に制約があり、結果と
して、加熱コイル１０２を埋め込む鉄心１０３の有効断
面積が減少して加熱能力の低下が避けられないという問
題がある。

【０００６】また、図１０に示すように、被加熱材１０
１の先後端の上反り部、下反り部とインダクタとの衝突
を防止するため、上下インダクタ間の距離ｇを長くする
に従い、鉄心１０３の磁極間の漏洩磁束が増加して加熱
用磁束が急激に減少してしまい、充分な加熱能力を得る
ことができない。

【０００７】トランスバースフラックス式図１１は、トランスバースフラックス式誘導加熱装置の
概要を示すもので、（ｂ）は（ａ）の主要部を拡大した
ものである。この図１１において、１０４は上部インダ
クタ、１０５は下部インダクタ、Ｈ₀は磁界、φは磁束
である。この方式の誘導加熱装置は熱延鋼板のエッジ部
加熱用のエッジヒータとして広く用いられ、また、補助
加熱装置と組合わせて非磁性体冷延鋼板の全幅ヒータと
して用いられている。

【０００８】また、熱延工程に関しては特公平１−２６
１５６号において、被加熱材の幅方向に複数のインダク
タを配して被加熱材先後端部の温度低下を補償すること
や、特公昭６２−１４０１４号及び特開平４−８９１０
９号のようにトランスバースフラックス式インダクタを
被加熱材の幅方向に移動させて全幅加熱する方法が提案
されている。しかしながら、これら従来のトランスバー
スフラックス式誘導加熱装置は、リニアインダクタ式と
同じく上下インダクタ間の距離が長くなるに従い、図１
０と同様に鉄心磁極間の漏洩磁束が増加するという問題
がある。

【０００９】更に、従来のトランスバースフラックス式
誘導加熱装置では、被加熱材の幅方向において均一な昇
温効果が得られないという欠点がある。その原因として
は、この種の誘導加熱装置における渦電流の密度分布が
図１２に示すように被加熱材１０１のエッジ部で高く、
エッジ部の過加熱が著しいことが挙げられる。なお、図
１３は被加熱材１０１を流れる渦電流ａを示しており、
エッジ部ｂでは渦電流ａの密度が高いうえ、搬送中にエ
ッジ部ｂが渦電流ａによって加熱される時間が中央部に
比べて長い。このように幅方向の均一化が困難であると
いう欠点を解消するために、以下のような各種の提案が
なされている。

【００１０】Ａ．特公昭５８−４０８４０号図１４に示すように、楔状の極片１０６を極坦体１０７
に設けた蟻溝型穴１０８に沿って被加熱材の幅に応じて
摺動させ、上下インダクタ間の距離が幅方向の分布を持
つように極片１０６の形状を選定する。これにより、被
加熱材のエッジ部における磁束密度を低く抑えるように
磁束密度を分布させ、被加熱材の幅方向に均一な温度分
布を得ようとするものである。しかしながら、この方式
では熱延工程のように被加熱材の厚さ範囲が大きい場合
には適切な極片１０６の選定が非常に困難であって実用
上の問題があると共に、極片１０６の摺動部分が摩耗す
る等の不都合がある。

【００１１】Ｂ．特開昭６３−３１０５９２号図１５に示すように、鉄心１０３の内部に加熱コイル
（図示せず）を配置したインダクタを被加熱材１０１の
上下に各々配置し（図では平面から見た上方のインダク
タのみ示してある）、これらのインダクタを被加熱材１
０１の幅Ｗに応じてリンク機構１１０，１１１により回
動させて様々な幅を持つ被加熱材１０１を加熱できるよ
うにしたものである。

【００１２】この例では、下方のインダクタ（加熱コイ
ル）が被加熱材搬送用のテーブルローラの間隙で配設さ
れており、その間隙は、被加熱材１０１の搬送を的確適
切に行なう必要から、むやみに大きくできないという制
約がある。また、この方式では、被加熱材１０１の最小
幅から最大幅の範囲が広い場合は下方のインダクタ（加
熱コイル）の回動範囲が広く、必然的にテーブルローラ
の間隙を極めて広くする必要が生じて規模が大きくな
り、非現実的な設備となる。

【００１３】Ｃ．特公平４−５６０９３号図１６に示すように、被加熱材１０１の両エッジ部を断
面「コ」字型の磁束集中部材１１２，１１３によって挾
むことにより、被加熱材１０１のエッジ部を貫通する磁
束を迂回させ、エッジ部に誘起される渦電流を抑制して
エッジ部の過加熱を防止するものである。しかるに、こ
の方式では、「コ」字型の磁束集中部材１１２，１１３
を被加熱材１０１の幅に応じて移動調整装置１１４，１
１５により位置制御する必要があり、設備が複雑かつ高
価となる。また、熱延工程のように被加熱材１０１の波
打ち、上反りや下反り、搬送中の上下動がある場合には
対処できないという問題がある。

【００１４】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、その目的とするところは、トランスバース
フラックス式誘導加熱装置において、被加熱材のエッジ
部の過加熱を防止して適切な幅方向の加熱を実現し、し
かも上下のインダクタ間距離が長い場合にも漏洩磁束を
少なくして十分な加熱効果を得ることができると共に、
被加熱材の波打ち、反り、搬送中の上下動などにも対処
できるようにした構成簡単かつ低コストの誘導加熱装置
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第１の発明は、金属板である被加熱材を挾むように
その厚さ方向の上下に配置されたインダクタを有する誘
導加熱装置において、一方のインダクタを構成する鉄心
から被加熱材を介し他方のインダクタを構成する鉄心に
向かう磁束を、被加熱材の搬送方向に対し傾斜させて被
加熱材に鎖交させるものである。

【００１６】第２の発明は、金属板である被加熱材を挾
むようにその厚さ方向の上下に配置されたインダクタを
有する誘導加熱装置において、被加熱材の幅方向の両側
に、被加熱材を貫通してその外部で閉ループを構成する
と共に磁気的に互いに対称な外部磁路を形成し、かつ、
上下のインダクタを構成する鉄心を、被加熱材の幅方向
に沿って移動可能としたものである。

【００１７】なお、第２の発明において、上下のインダ
クタを構成する鉄心を、外部磁路の一部をなすリンク機
構により連結し、このリンク機構により両鉄心間の距離
を可変とすることが望ましい。

【００１８】

【作用】第１の発明においては、被加熱材に傾斜して鎖
交する磁束の垂直成分及び水平成分により、図８及び図
１３に示した成分の渦電流を被加熱材に生じさせる。こ
れにより、従来のソレノイド式及びトランスバースフラ
ックス式の双方の利点を適度に持つ加熱装置を構成する
ことができ、幅方向の加熱と加熱能力の向上が可能にな
る。

【００１９】第２の発明においては、被加熱材を貫通し
てその外部で閉ループを構成する磁気的に対称な外部磁
路を形成するため、従来のトランスバースフラックス式
のように上下インダクタの鉄心間の距離が大きい場合に
も、漏洩磁束を少なくして発生磁束の大部分を被加熱材
の加熱に利用することができる。また、上下の鉄心を水
平方向に移動可能として被加熱材の中心部とエッジ部近
傍とで鎖交磁束数に差を持たせれば、エッジ部の過加熱
防止により一層寄与する。

【００２０】なお、上記第１の発明及び第２の発明を組
合わせることにより、幅方向の加熱に際して漏洩磁束の
解消による加熱能力の向上が最も良く達成される。ま
た、第２の発明において、外部磁路の一部をリンク機構
により形成し、このリンク機構にて上下の鉄心が被加熱
材の厚さ方向に移動できるように構成すれば、被加熱材
の厚さや反り、上下動などに関わらず円滑な搬送、加熱
が可能になる。

【００２１】

【実施例】以下、図に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１は、請求項１に記載した第１の発明の実施例の
主要部を示すものであり、トランスバースフラックス式
誘導加熱装置の上部及び下部インダクタの鉄心（磁極）
１１，１２と被加熱材１０１との位置関係を表してい
る。なお、上部インダクタ及び下部インダクタを構成す
る加熱コイルは図示を省略してある。

【００２２】図１において、鉄心１１，１２は、図示の
矢印方向に搬送される被加熱材１０１を上下から適宜な
間隙をおいて挾むように配置されている。また、これら
の鉄心１１，１２は各々の中心が被加熱材１０１の搬送
方向に沿って若干ずれるような位置に置かれていると共
に、磁極面１１ａ，１２ａは水平面に対して角度θだけ
傾いた状態で被加熱材１０１を介し互いに対向するよう
に配置されている。言い換えれば、鉄心１１，１２は側
面から見てほぼ楔状を呈しており、斜めになった磁極面
１１ａ，１２ａが被加熱材１０１を介して対向してい
る。

【００２３】このように構成することにより、鉄心１１
から出た磁束φは被加熱材１０１に対し角度（９０°−
θ）をもって鎖交、貫通し、鉄心１２に達する。すなわ
ち、図２に示すように、被加熱材１０１を貫通する磁束
φは、被加熱材１０１に直交する垂直成分φ_Vと水平成
分（搬送方向成分）φ_Hとに分離されることになる。

【００２４】このことは、ソレノイド式誘導加熱装置に
よる図８のような渦電流と、従来のトランスバースフラ
ックス式誘導加熱装置による図１３のような渦電流とを
誘起させることを意味しており、角度θを変化させれ
ば、磁束φの垂直成分φ_V及び水平成分φ_Hの比率が変化
する。これにより、ソレノイド式及び従来のトランスバ
ースフラックス式のどちらの加熱特性を支配的にさせる
かという重み付けを行なうことができる。

【００２５】ここで、垂直成分φ_Vは従来のトランスバ
ースフラックス式と同様に十分な加熱能力を有するもの
の、被加熱材１０１のエッジ部を過加熱する原因とな
る。一方、水平成分φ_Hはソレノイド式と同様に被加熱
材１０１の全幅を均一に加熱するのに有効となる。従っ
て、垂直成分φ_V及び水平成分φ_Hの比率によってこれら
２つの加熱特性を総合した加熱効果により、従来の単純
なトランスバースフラックス式に比べて、被加熱材１０
１の幅方向に適切な加熱を行なうことができる。垂直成
分φ_Vと水平成分φ_Hとの大きさを等しくし、つまりトラ
ンスバースフラックス式とソレノイド式の加熱特性をほ
ぼ同等に得たい場合には、前記角度θを４５°程度とす
れば良いことは言うまでもない。

【００２６】また、鉄心１１，１２の形状、構造を図１
のようにしなくても、図３に示すごとく鉄心１１Ａ，１
２Ａの対向面を被加熱材１０１に対し互いに平行にする
ことにより、被加熱材１０１との鎖交磁束数は減るもの
の上記と同様の作用効果を得ることができる。なお、図
１ないし図３における被加熱材１０１の搬送方向や磁束
φの方向は反対であっても良い。

【００２７】次に、請求項２に記載した第２の発明の実
施例を、図４及び図５を参照しつつ説明する。上述した
第１の発明によれば、従来に比べて幅方向の均一加熱効
果を高めることができる。しかしながら、第１の発明の
みでは実現することが困難であるため、以下に説明する
第２の発明を併用することで均一加熱効果を高めようと
するものである。この第２の発明は、第１の発明と組み
合わせずに単独でも、被加熱材のエッジ部の過加熱を防
止して幅方向の均一加熱効果を高める効果を有する。

【００２８】まず、図４において、１１Ｂは上部インダ
クタの鉄心、１２Ｂは下部インダクタの鉄心、１３，１
４はこれらの鉄心を支持するヨーク、１５，１６は磁性
材料からなるリンク機構、１７，１８はヨーク１３，１
４を水平方向（被加熱材１０１の幅方向）に駆動して鉄
心１１Ｂ，１２Ｂを水平方向に移動させる駆動部であ
る。なお、被加熱材１０１は紙面の表裏方向に搬送され
る。

【００２９】上記構成において、駆動部１７，１８によ
り鉄心１１Ｂ，１２Ｂを被加熱材１０１の上下で水平か
つ反対方向に移動させることにより、図５に示すよう
に、鉄心１１Ｂ，１２Ｂの端部をそれぞれ被加熱材１０
１のエッジ部から距離Ｌだけずれた位置に配置すること
ができる。これにより、被加熱材１０１の両端エッジ部
近傍の上下には一方の鉄心１１Ｂまたは１２Ｂのみが存
在することとなってエッジ部近傍に鎖交する磁束を少な
くすることができ、従来技術のＣとして説明した特公平
４−５６０９３号と同様に、エッジ部での渦電流密度を
小さくして過加熱を防止することができる。

【００３０】被加熱材１０１の幅が種々異なる場合に
は、鉄心１１Ｂ，１２Ｂの水平方向移動量を適宜調節す
れば良い。また、距離Ｌは、被加熱材１０１の材質、熱
伝導率などに応じて調節すれば良い。

【００３１】更に、図４に示すごとく、鉄心１１Ｂ，１
２Ｂ、ヨーク１３，１４及びリンク機構１５，１６によ
って被加熱材１０１を貫通して回帰する閉ループ状の外
部磁路が構成されており、この外部磁路は被加熱材１０
１の幅方向に対して磁気的に左右対称となっている。こ
れにより、被加熱材１０１の左半分及び右半分を磁束が
ほぼ均一に貫通すると共に、図１０に示したような漏洩
磁束が少なくなり、発生磁束を効率良く加熱に用いるこ
とができる。

【００３２】また、リンク機構１５，１６はその屈伸動
作によりヨーク１３，１４相互間の距離、言い換えれば
鉄心１１Ｂ，１２Ｂ相互間の距離を調節可能である。従
って、被加熱材１０１の厚さに応じて最適な鉄心間距離
を設定することができる。加えて、図１６に示したよう
な磁束集中部材を用いる必要がなく被加熱材１０１の周
囲空間に余裕を持たせることができるから、被加熱材１
０１の波打ち、反り、搬送中の上下動にも対応すること
ができる。

【００３３】図６は、図１ないし図３の実施例と図４及
び図５の実施例とを兼ね備えた場合の被加熱材１０１の
幅方向の温度分布を示している。図から明らかなように
本発明によれば、被加熱材１０１のエッジ部近傍の過加
熱を防止し、幅方向の中心部に対し左右対称でほぼ均一
な温度分布を得ることができる。

【００３４】

【発明の効果】以上のように第１の発明によれば、トラ
ンスバースフラックス式誘導装置において幅方向の均一
加熱作用を従来よりも改善することができる。また、第
２の発明によれば、エッジ部近傍の過加熱を防止して一
層の均一加熱作用が得られると共に、漏洩磁束の減少に
よる加熱能力、効率の向上が可能になる。併せて、被加
熱材の波打ち、反り、上下動にも対応することができ
る。

【００３５】第１または第２の発明によれば、優れた加
熱能力と幅方向加熱性能を併せ持つ誘導加熱装置を提供
することができ、熱延金属板やアルミ等の非磁性金属板
の熱処理技術等に活用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の実施例の説明図である。

【図２】図１の実施例の作用の説明図である。

【図３】第１の発明の他の実施例の説明図である。

【図４】第２の発明の実施例の説明図である。

【図５】図４の実施例の作用の説明図である。

【図６】実施例の効果の説明図である。

【図７】従来技術の説明図である。

【図８】図７の従来技術における渦電流の説明図であ
る。

【図９】従来技術の説明図である。

【図１０】図９の従来技術における漏洩磁束の説明図で
ある。

【図１１】従来技術の説明図である。

【図１２】図１１の従来技術における渦電流密度及び温
度分布の説明図である。

【図１３】図１１の従来技術における渦電流の説明図で
ある。

【図１４】従来技術の説明図である。

【図１５】従来技術の説明図である。

【図１６】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１１，１１Ａ，１１Ｂ上部インダクタの鉄心１１ａ，１２ａ磁極面１２，１２Ａ，１２Ｂ下部インダクタの鉄心１３，１４ヨーク１５，１６リンク機構１７，１８駆動部１０１被加熱材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田口一洋神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号富士電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板である被加熱材を挾むようにその
厚さ方向の上下に配置されたインダクタを有する誘導加
熱装置において、一方のインダクタを構成する鉄心から被加熱材を介し他
方のインダクタを構成する鉄心に向かう磁束を、被加熱
材の搬送方向に対し傾斜させて被加熱材に鎖交させるこ
とを特徴とする金属板の誘導加熱装置。
【請求項２】金属板である被加熱材を挾むようにその
厚さ方向の上下に配置されたインダクタを有する誘導加
熱装置において、被加熱材の幅方向の両側に、被加熱材を貫通してその外
部で閉ループを構成すると共に磁気的に互いに対称な外
部磁路を形成し、かつ、上下のインダクタを構成する鉄
心を、被加熱材の幅方向に沿って移動可能としたことを
特徴とする金属板の誘導加熱装置。
【請求項３】上下のインダクタを構成する鉄心を、外
部磁路の一部をなすリンク機構により連結し、このリン
ク機構により両鉄心間の距離を可変とした請求項２記載
の金属板の誘導加熱装置。