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WO2004089041A1 - トランスバース型誘導加熱装置 - Google Patents

トランスバース型誘導加熱装置 Download PDF

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WO2004089041A1
WO2004089041A1 PCT/JP2004/004174 JP2004004174W WO2004089041A1 WO 2004089041 A1 WO2004089041 A1 WO 2004089041A1 JP 2004004174 W JP2004004174 W JP 2004004174W WO 2004089041 A1 WO2004089041 A1 WO 2004089041A1
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WO
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rolled
inductors
induction heating
power supply
inductor
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Ceased
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PCT/JP2004/004174
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Inventor
Toshinobu Eguchi
Hideo Sakamoto
Norihiro Saijou
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Priority to EP04723315.0A priority patent/EP1610591B1/en
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    • H05B6/02—Induction heating
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    • H05B6/44—Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • the present invention relates to a transverse induction heating device arranged in a steel hot rolling line. Background technique
  • the predetermined temperature is set so that the heat energy is sufficiently diffused inside the plate and the surface temperature is lower than the center of the plate thickness. Take time to make the temperature distribution in the thickness direction appropriate.
  • the inductor is moved in the width direction of the leading end or the tail end of the material to be rolled on the entrance side of the finishing mill to heat the entire range of the material to be rolled, and the inductor is heated. It is configured to move to the widthwise end of the material to be rolled and continuously heat the widthwise end.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-321009 page 3, FIG. 1.
  • a conventional solenoid-type induction heating apparatus as the heating frequency increases, the induced current flows more concentratedly on the surface of the material to be rolled, and the excessive temperature rise on the surface increases.
  • the purpose is to heat only the end of the material to be rolled in the width direction of the sheet and the tip and tail ends of the sheet.
  • the inductor is moved to the sheet width center part, so that there is a problem that the sheet width central part in the longitudinal direction of the material to be rolled cannot be continuously heated. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made to solve the above problems, and continuously heats the central portion of the plate width in the longitudinal direction of the material to be rolled, and the surface of the material to be rolled becomes excessively heated. It is an object of the present invention to provide a transverse induction heating device capable of preventing the occurrence of the heat.
  • a transverse induction heating device In a transverse induction heating device according to the present invention, an inductor is disposed so as to face a material to be rolled across the material to be rolled, and the material to be rolled conveyed by a transport roll is heated by an inductor supplied with power from an AC power supply.
  • the core width in the sheet width direction of the material to be rolled in the inductor is set to be smaller than the sheet width of the material to be rolled, and is arranged on the center line of the sheet width of the material to be rolled.
  • the heating frequency of the AC power supply is set so that the current penetration depth 3 in the following equation (1) satisfies the following equation (2), when the sheet thickness of the material to be rolled is tw (m). It is.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a transverse induction heating device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing the relationship between the (plate thickness) / (penetration depth) ratio and the (plate surface) / (plate center heat generation density) ratio in FIG.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram in which FIG. 2 is enlarged.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the heat density distribution in the thickness direction of the transverse type and the solenoid type in the plate thickness direction.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a transverse induction heating device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the plate temperature histories before and after heating by the transformer bus type and the solenoid type.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing coil connection of a transverse induction heating apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing electric losses in the gap between the material to be rolled, the iron core of the upper inductor, and the iron core of the lower inductor in FIG.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing a temperature rise distribution in the sheet thickness direction when the gap between the material to be rolled and the iron core of the inductor is changed.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the ratio of (heat generation density on the surface above the plate) / (heat generation density below the plate) to the ratio of (upper gap) Z (lower gap).
  • FIG. 12 is an explanatory diagram of Embodiment 5 of the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION ''
  • Embodiment 1-FIG. 1 shows a transverse induction module according to Embodiment 1 of the present invention.
  • Fig. 2 is a diagram showing the relationship between the (plate thickness) / (penetration depth) ratio and (plate surface) / (plate center heat generation density) ratio in Fig. 1, and
  • Fig. 3 FIG. 2 is an enlarged view of FIG.
  • the rolled material 1 is transported by a transport roll (not shown) between a rough rolling mill (not shown) and a finishing rolling mill (not shown) of a steel hot rolling line. ing.
  • a pair (one set) of inductors 2 and 3 are vertically arranged so as to face each other with the material 1 to be rolled therebetween.
  • Inductors 2 and 3 were wound around cores 2 a and 3 a, respectively, in which the width of the core of the rolled material 1 in the plate width direction was smaller than the width of the rolled material 1. Consists of coils 2b and 3b
  • High-frequency power is supplied from an AC power supply 4 to each of the coils 2b and 3b, and the material to be rolled 1 is induction-heated by magnetic flux generated from the iron cores 2a and 3a.
  • the iron core width of the inductor 2, 3 is Ru determined by the heating pattern, the following value obtained by subtracting the 3 0 0 mm from the plate width the material 1 to be rolled, further I Ndaku evening 2 5 3 of the strip 1
  • the iron core width of the inductor 2, 3 is Ru determined by the heating pattern, the following value obtained by subtracting the 3 0 0 mm from the plate width the material 1 to be rolled, further I Ndaku evening 2 5 3 of the strip 1
  • arranging the inductors 2 and 3 on the center line of the material to be rolled 1 means that the inductors 2 and 3 are arranged so that the centers of the inductors 2 and 3 coincide with the center line of the sheet width.
  • 3a is to arrange the inductors 2 and 3 at the center of the plate width so that a part of it is on the center line of the plate width.
  • the range of the material to be rolled 1 is large, such as 600 to 190 mm. Therefore, the core widths of the cores 2a and 3a of the inductors 2 and 3 are preferably set in a range of 300 to 700 mm.
  • Equation (1) shows the equation for calculating the current penetration depth d (m) due to induction heating.
  • ⁇ 1 ⁇ .- ⁇ - ⁇ where ⁇ is the specific resistance of the material to be rolled 1 ( ⁇ -m), // is the magnetic permeability of the material to be rolled 1 (H / m),: f is the heating of the AC power supply 4 Frequency (Hz) and 7 ⁇ are pi o
  • the temperature of the sheet surface is lower than the center of the sheet thickness due to the influence of heat radiation.
  • the plate surface can be appropriately heated.
  • the condition for satisfying this relationship may be selected from FIG. 3 by selecting a frequency at which the relationship between the sheet thickness tw of the material 1 to be rolled and the current penetration depth 6 is expressed by the formula (2).
  • the specific resistance / of the material 1 to be rolled at a predetermined heating temperature in the steel hot rolling line is about 120 cm, and the relative magnetic permeability is 1.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the heat generation density distribution in the thickness direction of the transverse type and the solenoid type.
  • the solenoid type as shown in Characteristic 5, the heat density theoretically becomes 0 at the center of the plate thickness, and heat is concentrated on the plate surface.
  • the heat generation distribution can be made almost uniform as shown in characteristic 6.
  • the inductors 2 and 3 are arranged in a pair (one set) on the center line of the sheet width of the material 1 to be rolled.
  • evenings 2 and 3 By arranging evenings 2 and 3 at the same position in the sheet width direction or at a position where they are slid left and right, heating can be performed in an optimum heating pattern corresponding to the material to be rolled 1 having different sheet widths.
  • the magnetic poles of the inductors 2 and 3 each have one magnetic pole, but the same effect can be expected even if the magnetic poles have two or more magnetic poles.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a transverse induction heating device according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the material 8 to be rolled is conveyed between the rough rolling mill (not shown) and the finishing mill (not shown) of the steel hot rolling line by the conveying rolls 7a and 7b. ing.
  • a pair of inductors 9 and 10 each having two (plural) magnetic poles are arranged so as to face each other across the material 8 to be rolled.
  • the inductors 9, 10 are each composed of an iron core 9a, 10a having a width in the sheet width direction of the material 8 to be rolled smaller than the sheet width of the material 8 to be rolled, and a coil 9b wound around each magnetic pole. , 9 c, 10 b, and 10 c. High-frequency power is supplied to each of the coils 9 b, 9 c, 10 b, and 10 c from an AC power supply (not shown), and the material to be rolled is generated by magnetic flux generated from the magnetic poles of the respective cores 9 a, 10 a 0. 8 is induction heated.
  • the width of the iron cores 9 and 10 is set to be equal to or less than the value obtained by subtracting 300 mm from the width of the material 8 to be rolled. Arrange on the width center line.
  • the frequency of the AC power supply (that is, the heating frequency) is 150 Hz
  • the thickness of the material 8 to be rolled is 40 mm
  • the conveying speed is 60 mpm
  • the average heating rate is When heating is performed under the setting condition of 20 ° C., the surface of the plate being heated and the center of the plate thickness rise almost uniformly, as shown in FIG. 5 (c).
  • the temperature does not substantially rise at the center of the plate thickness while the material to be rolled passes through the solenoid coil.
  • the surface heats up significantly.
  • the temperature of the plate surface rises by about 2.6 times at a time to 52 ° C, which is about 2.6 times the average temperature rise value of 20 ° C.
  • the heat distribution of the rolled material 8 spreads from the part facing the inductors 9, 10 and, in some cases, the transfer ports arranged before and after the inductors 9, 10 Up to 7a, 7b.
  • the surfaces of the transport rolls 7a and 7b are coated with an electrically insulating member such as a ceramic paint or the like, and the current flowing through the material to be rolled 8 is transferred to the transport rolls 7a and 7b. Prevent from flowing into.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing the sheet temperature history before and after heating by the transverse type and the solenoid type.
  • the plate surface and the center of the plate thickness are set at the set heating temperature of 20 ° C. It takes 20 seconds or more at a transfer speed of 6 Ompm and 20 m in terms of distance to bundle.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing coil connection of a transverse induction heating device according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the AC power supply 4 is the same as that of the first embodiment, and the material to be rolled 8 and the inductors 9, 10 are the same as those of the second embodiment.
  • an upper coil 9 b, 9 c and the lower coil 1 0 b s 1 0 c of the rolled material 8 is connected in parallel to the AC power source 4.
  • the inductance 9, 10 is the material to be rolled. Even if they are not symmetrically arranged above and below 8, the currents flowing through all the coils 9b, 9c, 10b, 10c are the same, and the electric losses of the inductors 9, 10 are equal.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram showing an electric loss caused by a gap between the material to be rolled 8, the core of the upper inductor 9 and the iron core of the lower inductor 10.
  • FIG. 8 shows a case where the gap between the iron core of the upper and lower inductors 9 and 10 and the material 8 to be rolled is 90 mm and is equal, and (b) shows the case where the iron core of the upper inductor 9 and the material 8 Fig. 7 shows the connection between the coils 9b, 9c, 10b, and 10c. (c) shows the same gap between the upper and lower inductors 9, 10 and the rolled material 8 as in (b), and the coils 9b, 9c and 10b, 10c Are connected in parallel as shown in FIG. 7 (b).
  • FIG. 8 shows a comparison under the condition that the average temperature rise of the material 8 to be rolled becomes equal.
  • FIG. 9 is a configuration diagram showing Embodiment 4 of the present invention.
  • the material to be rolled 1, the inductors 2 and 3, and the AC power supply 4 are the same as those in the first embodiment.
  • a truck 12 movable in the sheet width direction of the material 1 to be rolled is arranged.
  • Each of the ducts 2 and 3 is arranged on the carriage 12 via lifting means 13 and 14 so as to face each other across the material 1 to be rolled, and can be individually raised and lowered.
  • the coils 2a and 3a of the inductors 2 and 3 are connected to the AC power supply 4 via the matching capacitors 15 and 16 arranged on the truck 12.
  • the matching capacitors 15 and 16 may be installed separately from the carriage 12.
  • the inductors 2 and 3 arranged above and below the material 1 to be rolled are raised and lowered by the lifting means 13 and 14, respectively.
  • the gap between the material 1 and the material to be rolled 1 can be adjusted arbitrarily.
  • Fig. 10 is an explanatory diagram showing the temperature rise distribution in the sheet thickness direction when the gap between the material to be rolled 1 and the iron cores 2a, 3a of the upper and lower inductors 2, 3 is changed. .
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing the ratio of (heat generation density on the upper surface of the plate) / (heat generation density of the lower surface of the plate) to the ratio of (upper gap) / (lower gap).
  • the temperature rise differs in the thickness direction of the material 1 to be rolled, and the elevating means is adjusted so that the upper and lower gaps are the same according to the thickness of the material 1 to be rolled.
  • the temperature rise can be adjusted on the upper and lower surfaces of the plate.
  • the temperature distribution in the thickness direction of the material to be rolled 1 before passing through the inductors 2 and 3 depends on the degree of baking by gas heating in the heating furnace and the extraction to the skid rail (not shown) that supports the material to be rolled 1.
  • the temperature of the lower surface side of the material 1 to be rolled tends to be lower than that of the upper surface side due to heat or heat removal to a transport roll (not shown) during the transport after the heating furnace extraction.
  • Such a temperature difference between the upper and lower surfaces of the material 1 to be rolled may cause variations in the quality of the plate and affect the machinability.
  • the upper and lower inductors 2 and 3 are connected to the elevating means 12 and
  • the lower surface of the plate can be heated higher than the upper surface of the plate Therefore, the upper and lower surfaces of the plate can be kept at a uniform temperature.
  • FIG. 12 is an explanatory view of Embodiment 5 of the present invention, in which a plurality of transverse type induction heating devices are installed in the traveling direction of the material to be rolled (FIG. 12 (a) is a plate).
  • Fig. 12 (b) shows the time when passing the tip end,
  • a material 17 to be rolled is conveyed from left to right in the figure by conveying rolls 18a to 18c.
  • Induction heating devices 19 and 20 are arranged from the line upstream in the traveling direction of the material 17 to be rolled.
  • Each of the induction heating devices 19 and 20 has a separate AC power supply (not shown).
  • the frequency of the AC power supply (not shown) connected to the induction heating device 19 on the upstream side of the line is F1
  • the frequency of the AC power supply (not shown) connected to the induction heating device 20 on the downstream side of the line is F1. Let the frequency be F2.
  • the upstream AC power supply (not shown) and the downstream AC power supply Set the frequency of the power supply (not shown) so as to satisfy equation (3).
  • the material to be rolled 17 is not loaded between the upper and lower inductors 19 a and 20 a.
  • the impedance becomes large, so when using an inverter that operates following the resonance frequency of the load as an AC power supply, the frequency is lower than when the load is applied, as shown in Fig. 12. .
  • the heating frequency of the induction heating device 19 on the upstream side is increased by the heating of the induction heating device 20 on the downstream side when the tip of the material 17 to be rolled from the upstream passes through the inductors 19a and 20a.
  • the frequency is set lower than the frequency, the heating frequency of the induction heating device 19 after passing through the plate tip and the heating frequency of the downstream induction heating device 20 while passing through the plate tip portion are almost instantaneous.
  • the induction power on the upstream side is increased.
  • the power supply can be prevented from tripping after the plate end of the material to be rolled 17 passes through the heating device 19.
  • the iron core width in the sheet width direction of the material to be rolled in the inductor is smaller than the sheet width of the material to be rolled and is arranged on the center line of the sheet width of the material to be rolled.
  • the present invention is useful for realizing a transverse induction heating apparatus capable of continuously heating a central portion in the longitudinal direction of a material to be rolled and heating the plate surface of the material to be rolled without excessively heating. is there.

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Abstract

被圧延材１を交流電源４から電力が供給されるインダクタ２，３により加熱するトランスバース型誘導加熱装置において、インダクタ２，３の被圧延材１の板幅方向の鉄心幅を被圧延材１の板幅より小さくして被圧延材１の板幅中心線上に配置し、電流浸透深さをδ（ｍ）、被圧延材１の比抵抗をρ（Ω−ｍ）、被圧延材１の透磁率をμ（Ｈ／ｍ）、交流電源４の加熱周波数をｆ（Ｈｚ）、円周率をπ及び被圧延材１の板厚をｔｗ（ｍ）としたときに、式（１）の電流浸透深さδが式（２）を満足させるように交流電源４の加熱周波数を設定する。　　　　　δ＝｛ρ／（μ・ｆ・π）｝1/2 ‐‐‐‐‐ （１）　　　　　（ｔｗ／δ）＜０．９５ ‐‐‐‐‐ （２）

Description

明 細 書 トランスバース型誘導加熱装置 技術分野
この発明は、 鉄鋼熱延ラインに配置される トランスバース型誘導加熱 装置に関するものである。 背景技
従来のソレノィ ド型誘導加熱装置においては、 表皮効果によって表面 のみが高温に っているのを、 板内部に熱エネルギーが十分に拡散して 表面の温度が板厚中央より低くなるように所定の時間をとり、 板厚方向 の温度分布が適切になるようにする。
例えば、 特開平 1 0 - 1 2 8 4 2 4号公報 (第 5頁、 図 1 ) を参照。 さらに、 トランスバース型誘導加熱装置においては、 仕上圧延機の入 側で被圧延材の先端部又は尾端部の幅方向にィンダクタを移動させて被 圧延材の全範囲を加熱すると共に、 ィンダクタを被圧延材の幅方向端部 に移動させて幅方向端部を連続的に加熱するように構成されている。 例えば、 特開平 1 - 3 2 1 0 0 9号公報 (第 3頁、 第 1図) を参照。 従来のソレノィ ド型誘導加熱装置では、 加熱周波数が高くなるほど誘 導電流が被圧延材の表面に集中して流れ、 表面の過昇温が大きくなる。
また、 板厚が厚いほど、 内部に対する表面の過昇温が大きくなる。 このため、 板厚方向の温度分布を適切にする十分な時間が必要となる という問題点があった。
さらに、 トランスバ一ス型では、 被圧延材の板幅方向の端部及び板の 先端部、 尾端部のみの加熱を目的としたものであり、 板先端部、 板尾端 部の板幅方向の加熱を行うためにィンダク夕を板幅中央部に移動させて いるので、 被圧延材の長手方向の板幅中央部を連続的に加熱できないと いう問題点があった。 発明の開示
この発明は、 以上のような課題を解決するためになされた,もので、 被 圧延材の長手方向の板幅中央部を連続的に加熱すると共に、 被圧延材の 表面が過昇温になるのを防止することができる トランスバース型誘導加 熱装置を提供することを目的としたものである。
この発明に係わる トランスバース型誘導加熱装置は、 ィンダクタを被 圧延材を挟んで対向するように配置して、 搬送ロールにより搬送される 被圧延材を交流電源から電力が供給されるィンダクタにより加熱するト ランスバース型誘導加熱装置において、 ィンダク夕の被圧延材の板幅方 向の鉄心幅を被圧延材の板幅より小さく して被圧延材の板幅中心線上に 配置し、 電流浸透深さを (5 (m)、 被圧延材の比抵抗を ιο (Ω— m)、 被 圧延材の透磁率を (H/m)、 交流電源の加熱周波数を f (H ), 円 周率を 7Γ及び被圧延材の板厚を t w (m) としたときに、 下記式 （ 1) の電流浸透深さ 3が下記式 (2) を満足させるように交流電源の加熱周 波数が設定されたものである。
δ ( 1
Figure imgf000004_0001
く 0· 95 ( 2 δ 図面の簡単な説明
第 1図は、 この発明の実施の形態 1におけるトランスバース型誘導加 熱装置の構成図である。
第 2図は、 第 1図における （板厚） / (浸透深さ） 比率と （板表面） / (板中央発熱密度） 比との関係を示す説明図である。
第 3図は、 第 2図を拡大した説明図である。
第 4図は、 トランスバース型とソレノィ ド型の板厚み方向に対する発 熱密度分布を示す説明図である。
第 5図は、 この発明の実施の形態 2におけるトランスバース型誘導加 熱装置の構成図である。
第 6図は、 トランスバ一ス型とソレノィ ド型による加熱前後の板温度 履歴を示す説明図である。
第 7図は、 この発明の実施の形態 3におけるトランスバース型誘導加 熱装置のコィル結線を示す説明図である。
第 8図は、 第 7図において、 被圧延材と上インダク夕の鉄心及び下ィ ンダクタの鉄心とのギヤップに対する電気損失を示す説明図である。 第 9図は、 この発明の実施の形態 4を示す構成図である。
第 1 0図は、 被圧延材とィンダク夕の鉄心とのギヤヅプを変化させた 場合の板厚み方向の昇温分布を示した説明図である。
第 1 1図は、 （上ギャップ） Z (下ギャップ） の比率に対する （板上表 面発熱密度） / (板下表面発熱密度） の比率を示す説明図である。 第 1 2図は、 この発明の実施の形態 5における説明図である。 発明を実施するための最良の形態 '
実施の形態 1 - 第 1図は、 この発明の実施の形態 1におけるトランスバース型誘導加 熱装置の構成図、 第 2図は第 1図における （板厚） / (浸透深さ） 比率 と （板表面） / (板中央発熱密度） 比との関係を示す説明図、 及び第 3 図は第 2図を拡大した説明図である。
第 1図から第 3図において、 鉄鋼熱延ラインの粗圧延機 （図示せず） と仕上げ圧延機 （図示せず） との間で搬送ロール （図示せず） により被 圧延材 1が搬送されている。
そして、 被圧延材 1を挟んで対向するように一対 （ 1組） のインダク 夕 2， 3が上下に配置されている。 インダク夕 2， 3は、 それそれ被圧 延材 1の板幅方向の鉄心幅が被圧延材 1の板幅より小さい鉄心 2 a， 3 aと、 鉄心 2 a, 3 aに卷回されたコイル 2 b , 3 bとで構成されてい る
各コイル 2 b， 3 bには交流電源 4から高周波電力が供給され、 鉄心 2 a, 3 aより発生する磁束で被圧延材 1が誘導加熱される。
ところで、 インダクタ 2 , 3の鉄心幅は加熱パターンにより決定され るが、 被圧延材 1の板幅から 3 0 0 mmを減じた値以下とし、 さらにィ ンダク夕 25 3を被圧延材 1の板幅中心線上に配置することにより、 板 幅端部の過昇温がほぼ解消されると共に、 第 1図 （b) に示すように板 幅中央部を加熱することが実験によって確認できた。
ここで、 インダクタ 2 , 3を被圧延材 1の中心線上に配置するという ことは、 インダク夕 2 , 3の中心が板幅中心線と一致するように配置す ることも含めて、 鉄心 2 a， 3 aの一部が板幅中心線上に存在するよう に板幅の中央部にィンダクタ 2， 3を配置することである。
鉄鋼熱延ラインでは被圧延材 1の板幅が 6 0 0〜 1 9 0 0 mmという ように範囲が大きい。 従って、 インダクタ 2 , 3の鉄心 2 a , 3 aの鉄 心幅は、 3 0 0〜7 0 0 mmの範囲に設定するのがよい。
式 （ 1 ) は誘導加熱による電流浸透深さ d (m) の計算式を示す。 β 1 μ. - ί - π ここで、 ρは被圧延材 1の比抵抗（Ω— m)、 //は比圧延材 1の透磁率 (H/m)、 ： f は交流電源 4の加熱周波数 （Hz)、 及び 7Γは円周率であ る o
式 （ 1 ) による電流浸透深さ と被圧延材 1の板厚 twとの比率と、 板表面と板厚み中央部との発熱密度比率の関係が第 2図及び第 3図に示 されている。
加熱前における板厚み方向の温度分布は放熱の影響により板表面の温 度が板厚み中央より低くなつている。
そこで、 (板表面) / (板厚み中央) の発熱密度比を 1. 05以下にす ることにより、 板表面を適正に加熱することが可能となる。
この関係を満足するための条件は、 第 3図から被圧延材 1の板厚 t w と電流浸透深さ 6との関係が式 （2) となる周波数を選択すればよい。 tw
0.95 2 δ 鉄鋼熱延ラインにおいて所定の加熱温度で処理される被圧延材 1の比 抵抗 / は大よそ 120 — cm前後で、 比透磁率が 1である。
従って、 被圧延材 1の板厚 t wに対する加熱周波数は、 tw=25m mでは 439 Hz、 t w = 30 mmでは 305 H z、 tw=40mmで は 171 H zより低い適切な加熱周波数を選定すれば、 板表面の過昇温 を防止して加熱することができる。
第 4図はトランスバース型とソレノィ ド型の板厚み方向に対する発熱 密度分布を示す説明図である。 ソレノィ ド型は特性 5に示すように理論的に板厚中心で発熱密度が 0 になり、 板表面に発熱が集中する。
これに対して、 トランスバース型は適切な周波数を選定することによ り、 特性 6に示すように発熱分布をほぼ均一にすることができる。
実施の形態 1において、 インダク夕 2 , 3を被圧延材 1の板幅中心線 上に一対 （ 1組） を配置したものについて説明したが、 被圧延材 1の進 行方向に複数組のィンダク夕 2 , 3を板幅方向で同一位置もしくは左右 にスライ ドした位置に配置することにより、 板幅の異なる被圧延材 1に 対応して最適な加熱パターンで加熱することができる。
また、 実施の形態 1において、 インダク夕 2， 3は磁極がそれそれ 1 極のものについて説明したが、 2極以上の複数にしても同様の効果を期 待することができる。
さらに実施の形態 1において、 交流電源 4が高周波電力を発生するも のについて説明したが、 5 0 H zまたは 6 0 H zの商用周波数電源とし ても式 ( 5 ) を満たすことができる。
実施の形態 2 .
第 5図は、 この発明の実施の形態 2における トランスバース型誘導加 熱装置の構成図である。
第 5図 （a ) において、 鉄鋼熱延ラインの粗圧延機 （図示せず） と仕 上げ圧延機 （図示せず) との間で搬送ロール 7 a , 7 bにより被圧延材 8が搬送されている。
そして、 被圧延材 8を挟んで対向するようにそれぞれ 2個 （複数） の 磁極を備えた一対のインダク夕 9 , 1 0が配置されている。
インダクタ 9， 1 0はそれそれ被圧延材 8の板幅方向の鉄心幅が被圧 延材 8の板幅より小さい鉄心 9 a， 1 0 aと、 各磁極に巻回されたコィ ル 9 b , 9 c , 1 0 b , 1 0 cとで構成されている。 各コイル 9 b， 9 c , 1 0 b , 1 0 cには交流電源 （図示せず） から 高周波電力が供給され、 各鉄心 9 a , 1 0 a 0の磁極より発生する磁束 で被圧延材 8が誘導加熱される。
インダク夕 9 , 1 0の鉄心幅は実施の形態 1と同様に被圧延材 8の板 幅から 3 0 0 m mを減じた値以下として、 鉄心 9 a , 1 0 aを被圧延材 8の板幅中心線上に配置する。
このような構成において、 交流電源 （図示せず） の周波数 （即ち、 加 熱周波数） を 1 5 0 H z、 被圧延材 8の板厚 4 0 mm、 搬送速度 6 0 m p m、 平均昇温量 2 0 ° Cの設定条件で加熱したとき、 第 5図 （ c ) に 示すように加熱中の板表面と板厚み中央とがほぼ均一に昇温する。
ここで、 ソレノィ ド型誘導加熱装置においてソレノィ ドコイルで被圧 延材をトランスバース型と同一条件で加熱した場合、 被圧延材がソレノ ィ ドコイルを通過中は板厚み中央ではほとんど昇温しないで板表面が大 きく昇温する。板表面は平均昇温値 2 0 ° Cの設定に対して一時に約 2 . 6倍の 5 2 ° Cの過昇温となる。
被圧延材 8の発熱分布は、 第 5図 （b ) に示すようにインダク夕 9， 1 0と対向する部位から広がり、 場合によってはィンダクタ 9， 1 0の 前後に配置された搬送口一ル 7 a , 7 bにまで達する。
このため、 被圧延材 8に流れる電流が搬送ロール 7 a， 7 bとの接触 点においてスパークが発生する可能性がある。
これを防止するために、 搬送ロール 7 a , 7 bの表面を例えばセラミ ック塗料等の電気絶縁部材でコ一ティングして、 被圧延材 8に流れる電 流が搬送ロール 7 a， 7 bに流れ込むのを防止する。
第 6図はトランスバース型とソレノィ ド型による加熱前後の板温度履 歴を示す説明図である。
ソレノィ ド型では昇温設定温度 2 0 ° Cに板表面及び板厚み中央が収 束するのに搬送速度 6 Ompmのときに 20秒以上、 距離換算で 2 0 m を要する。
これに対して、 トランスバース型では数秒以内で収束する。
実施の形態 3.
第 7図は、 この発明の実施の形態 3における トランスバース型誘導加 熱装置のコイル結線を示す説明図である。
第 7図において、 交流電源 4は実施の形態 1のものと同様のものであ り、 被圧延材 8及びィンダクタ 9 , 1 0は実施の形態 2のものと同様の ものである。
第 7図 （a) において、 各ィンダク夕 9， 1 0のコイル 9 b， 9 c， 1 0 b, 1 0 cは直列に結線され、 交流電源 4及び整合コンデンサ 1 1 に接続されている。
また、 第 7図 (b) では被圧延材 8の上側に配置されたィンダク夕 9 のコイル 9 b， 9 c， が直列接続され、 下側に配置されたインダク夕 1 0のコイル 1 0 b, 1 0 cが直列接続されている。
そして、被圧延材 8の上側のコイル 9 b , 9 cと下側のコイル 1 0 b s 1 0 cとが交流電源 4に並列接続されている。
第 7図 （a) に示すようにインダクタ 9， 1 0のコイル 9 b, 9 c , 1 0 b, 1 0 cが全て直列接続されている場合は、 ィンダク夕 9 , 1 0 が被圧延材 8の上下に対称配置されていなくても全てのコイル 9 b , 9 c， 1 0 b, 1 0 cに流れる電流が同一となり、 各インダクタ 9， 1 0 の電気損失が等しくなる。
一方、 第 7図 （b) に示すようにィンダク夕 9のコイル 9 b， 9 cと インダクタ 1 0のコイル 1 0 b , 1 0 cとが並列接続されている場合は、 被圧延材 8に近い側のコイルのィンピ一ダンスが小さくなって多くの電 流が流れるので、 被圧延材 8に近い側のィンダクタの電気損失が大きく なる。
第 8図は、 被圧延材 8と上ィンダク夕 9の鉄心及び下ィンダク夕 1 0 の鉄心とのギヤップに対する電気損失を示す説明図である。
第 8図において、 （a) は上下ィンダク夕 9 , 1 0の鉄心と被圧延材 8 とのギャップ 9 0 mmで等しい場合であり、（b)は上ィンダクタ 9の鉄 心と被圧延材 8とのギャップが 5 0 mm、 下ィンダク夕 1 0の鉄心と被 圧延材 8とのギャップが 1 3 0 mmでコイル 9 b， 9 c， 1 0 b, 1 0 cの接続が第 7図 （ a) に示すものであり、 （ c) は上下インダク夕 9 , 1 0と被圧延材 8とのギヤヅプは (b) と同様で、 コイル 9 b, 9 cと コイル 1 0 b , 1 0 cとを並列接続した第 7図（b)に示すものである。 第 8図は、 いずれも被圧延材 8の平均昇温量が等しくなる条件で比較 したものである。
上下の各ィンダクタ 9， 1 0の鉄心 9 a， 1 0 aと被圧延材 8とのギ ヤップが等しい場合は、 第 8図 （a) に示すように各ィンダクタ 9， 1 0の電気損失が等しい。
これに対して、 第 7図 （a) に示すように上側のコイル 9 b, 9 cと 下側のコイル 1 0 b， 1 0 cとを直列接続した場合は、 インダク夕 9 , 1 0が被圧延材 8に対して対称配置されていなくても、 全てのコイル 9 b、 9 c、 1 0 b、 1 0 cに流れる電流が同じであるので、 各インダク 夕 9 , 1 0の電気損失がほぼ等しい。
また、 第 7図 （b) に示すように上側コイル 9 b， 9 cと下側コイル 1 0 b, 1 0 cとを並列接続した場合は、 第 8図 （ c ) に示すようにギ ヤップが小さい上インダク夕 9側の損失が大きくなり、 第 7図 （a) の ように接続した場合より損失が大きくなる。
以上のように、 上側コイル 9 b , 9 cと下側コイル 1 0 b, 1 0 cと を並列接続すると被圧延材 8に近い側のコイル 9 b, 9 cに多くの電流 が流れて近い側のィンダク夕 9の電気損失が大きくなりコイルの冷却能 力が不足するので、 コイルに流せる電流が制限されて被圧延材 8の昇温 値が制限される可能性がある。
これに対して、 第 7図 （ a ) に示すように全てのコイル 9 b , 9 c， 1 0 b 3 1 0 cを直列接続することにより各インダクタ 9， 1 0の電気 損失をほぼ等しくすることができる。
実施の形態 4 .
第 9図は、 この発明の実施の形態 4を示す構成図である。 第 9図にお いて、 被圧延材 1、 インダクタ 2 , 3及び交流電源 4は実施の形態 1の ものと同様のものである。
第 9図において、 被圧延材 1の板幅方向に移動可能な台車 1 2が配置 されている。 各ィンダク夕 2， 3は被圧延材 1を挟んで対向するように 昇降手段 1 3 , 1 4を介して台車 1 2に配置され、 それぞれ個別に昇降 可能である。
インダク夕 2 , 3のコイル 2 a， 3 aは台車 1 2上に配置された整合 コンデンサ 1 5 , 1 6を介して交流電源 4に接続されている。 なお、 整 合コンデンサ 1 5， 1 6は台車 1 2から分離して設置してもよい。
このように構成されたトランスバース型誘導加熱装置においては、 被 圧延材 1の上下に配置されたインダクタ 2， 3を昇降手段 1 3， 1 4に より昇降することにより、 各インダク夕 2， 3と被圧延材 1とのギヤッ プを任意に調整できる。
第 1 0図は被圧延材 1と上下に配置されたィンダク夕 2， 3の鉄心 2 a , 3 aとのギヤップを変化させた場合の板厚み方向の昇温分布を示し た説明図である。
上下のギャップが異なると上下のコイル 2 b , 3 bが直列接続か並列 接続に拘わらず、 ギャップが小さい側の板面の昇温が大きくなる傾向が ある。
第 1 1図は （上ギャップ） / (下ギャップ） の比率に対する （板上表 面発熱密度） / (板下表面発熱密度） の比率を示す説明図である。
第 1 1図において、 上下のギャップが異なるとギヤヅプの小さい側の 板表面の昇温が大きくなる。
このように、 上下のギヤップが異なる場合には被圧延材 1の厚み方向 で昇温が異なることになるので、 被圧延材 1の板厚に応じて上下ギヤッ プが同じになるように昇降手段 1 3， 1 4で各インダク夕 2， 3の位置 を調整することにより、 板上下面で昇温を合わせることができる。
ィンダク夕 2， 3を通過する前の被圧延材 1の板厚み方向温度分布は、 加熱炉内におけるガス加熱による焼き込み具合や被圧延材 1を支持する スキッ ドレール (図示せず) への抜熱、 あるいは加熱炉抽出後の搬送途 上での搬送ロール (図示せず) への抜熱等に起因して、 被圧延材 1の下 面側の温度が上面側より低い傾向にある。
このような被圧延材 1の上下面の温度差は板の品質のばらつきや、 機 械加工性に影響を及ぼす可能性がある。
しかし、上記構成によれば上下の各ィンダクタ 2， 3を昇降手段 1 2，
1 3で昇降させて各ィンダク夕 2， 3と被圧延材 1とのギヤヅプを調整 して、 下側のギヤップを上側のギヤヅプょり小さくすることにより、 板 下面を板上面より高く昇温できるので、 板の上下面を均一な温度にする ことができる。
実施の形態 5 .
第 1 2図はこの発明の実施の形態 5における説明図で、 被圧延材の進 行方向に複数台のトランスバース型誘導加熱装置を設置したものである ( 第 1 2図 （a ) は板先端通過時、 第 1 2図 （b ) は板尾端通過時であ 第 1 2図において、 被圧延材 1 7が搬送ロール 1 8 a〜 1 8 cにより 図示左方から図示右方へ搬送されている。 被圧延材 1 7の進行方向にラ イ ン上流から誘導加熱装置 1 9 , 2 0が配置されている。
そして、 誘導加熱装置 1 9 , 2 0はそれそれ個別の交流電源 （図示せ ず） を有する。 ライ ン上流側の誘導加熱装置 1 9に接続された交流電源 (図示せず） の周波数を F 1とし、 ライ ン下流側の誘導加熱装置 2 0に 接続された交流電源 （図示せず） の周波数を F 2とする。
さらに上流側から n台目の交流電源 （図示せず） の周波数を Fnとし て、 K= l . 0 5〜 1. 2 0としたときに上流側交流電源 （図示せず) と下流側交流電源 （図示せず） の周波数が式 （ 3 ) を満たすように設定 する。
F 1 > F 2 X Κ > ■ · - > F n xKn" 1 ( 3) トランスバース型誘導加熱装置は被圧延材 1 7が上下ィンダクタ 1 9 a， 2 0 a間に存在しない無負荷状態ではィンピーダンスが大きくなる ので、 負荷の共振周波数に追従して運転するインバ一夕を交流電源とし て使用している場合は、 第 1 2図に示すように負荷時よりも周波数が低 下する。
被圧延材 1 7が上流から搬送されていた先端部がィンダクタ 1 9 a, 2 0 aを通過する際に上流側の誘導加熱装置 1 9の加熱周波数を下流側 の誘導加熱装置 2 0の加熱周波数より低く設定すると、 板先端通過後の 誘導加熱装置 1 9と板先端部通過中の下流の誘導加熱装置 2 0の加熱周 波数が一瞬ではあるがー致する。
このため、 隣接の誘導加熱装置 1 9 , 2 0間で磁気干渉が発生して、 加熱温度が安定しないとか、 電源がトリップする可能性がある。
しかし、 ライン上流側の交流電源 （図示せず） の周波数を下流側の交 流電源 （図示せず） の周波数より高くすることにより、 上流側の誘導加 熱装置 1 9を被圧延材 1 7の板先端が通過後に電源がトリップするのを 防止することができる。
【発明の効果】
この発明によれば、 ィンダク夕の被圧延材の板幅方向の鉄心幅を被圧 延材の板幅より小さくして被圧延材の板幅中心線上に配置し、 前掲の式 ( 1 ) の電流浸透深さ Sが前掲の式 （ 2 ) を満足させるように加熱周波 数を選択することにより、 被圧延材の長手方向の中央部を連続的に加熱 すると共に、 板表面が過昇温することなく加熱することができる。 産業上の利用可能性
この発明は、被圧延材の長手方向の中央部を連続的に加熱すると共に、 被圧延材の板表面が過昇温することなく加熱することができる トランス バース型誘導加熱装置の実現に有用である。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 鉄心と、 この鉄心に巻回されたコイルとからなるインダク夕を鉄鋼 熱延ラインの粗圧延機と仕上げ圧延機との間で被圧延材を挟んで対向す るように配置して、 搬送ロールにより搬送される上記被圧延材を交流電 源から電力が供給される上記インダク夕により加熱する トランスバース 型誘導加熱装置において、
上記インダクタの上記被圧延材の板幅方向の鉄心幅を上記被圧延材の 板幅より小さく して上記被圧延材の板幅中心線上に配置し、 電流浸透深 さを S (m)、 上記被圧延材の比抵抗を p (Ω— m)、 上記被圧延材の透 磁率を〃 （H/m)、 上記交流電源の加熱周波数を f (Hz), 円周率を 7Γ及び上記被圧延材の板厚を t w (m) としたときに、
下記式 （ 1) の電流浸透深さ άが下記式 ( 2 ) を満足させるように、 上記交流電源の加熱周波数が設定されていることを特徴とするトランス バース型誘導加熱装置。 -
Figure imgf000016_0001
tw
0.95 2 δ
2. 請求項 1において、 上記インダク夕の磁極が複数で構成されている ことを特徴とする トランスバース型誘導加熱装置。
3. 請求項 1又は請求項 2のいずれか一項において、 上記各コイルを直 列に接続したことを特徴とするトランスバース型誘導加熱装置。
4. 請求項 1から請求項 3のいずれか一項において、 上記各インダク夕 は昇降手段により上記被圧延材の板厚の方向にそれぞれ移動可能に構成 されていることを特徴とする トランスバース型誘導加熱装置。
5. 請求項 1から請求項 4のいずれか一項において、 上記インダク夕を 上記被圧延材の進行方向に少なくとも 2組配置して、 上記搬送ロールを 上記ィンダク夕間に配置したことを特徴とする トランスバース型誘導加
6. 請求項 5において、 上記各インダク夕の鉄心は上記被圧延材の板幅 中心線上に配置されていることを特徴とするトランスバース型誘導加熱 装置。
7. 請求項 5又は請求項 6のいずれか一項において、 上記搬送口一ルは 表面を電気絶縁部材でコーティングされていることを特徴とするトラン スバース型誘導加熱装置。
8. 請求項 1において、 上記鉄鋼熱延ラインの上流から下流に向かって 上記ィンダクタを複数台配置して上記各ィンダク夕にそれぞれ個別に上 記交流電源を接続して、 上記交流電源の加熱周波数を上記鉄鋼熱延ライ ンの上流から F 1、 F 2、 · · · F ϋとし、 Κ = 1. 05〜； L . 20とし たときに、 上記各交流電源の加熱周波数が、 下記式 （3) の関係を満足 するように設定されていることを特徴とするトランスバース型誘導加熱 装置。
F l >F 2 xK> ' ' ' >FnxKn— 1 (3)
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