JPH11251048A

JPH11251048A - 帯状金属材料の誘導加熱装置および誘導加熱方法

Info

Publication number: JPH11251048A
Application number: JP10052498A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Hirota; 芳明広田; Junichi Hayashi; 順一林
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】走行する帯状金属材料の誘導加熱に関し、磁
性材料でもインダクターに引き寄せられることなく安定
して加熱ができると共に、蛇行を制御し加熱温度偏差の
拡大を防止して、インダクターからの漏れ磁束によるス
パークの発生やロールの加熱が防止できる誘導加熱装置
を提供する。【解決手段】走行する帯状金属材料の進行方向に対
し、インダクターの前後にパスラインを規制し、かつ蛇
行制御ができる表面が絶縁性で非磁性のロールを配置す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄やアルミ、銅な
どの走行する帯状金属材料を加熱する誘導加熱装置に関
し、誘導加熱用インダクターと帯状金属材料との位置関
係を一定の範囲に保ち、誘導加熱用インダクターと帯状
金属材料との位置関係の不良から生じる加熱温度分布の
不良とそれに伴う加熱形状不良の発生を防止すると共
に、誘導加熱用インダクターに引き寄せられることによ
る通板性の不良を防止し被加熱材を安定して誘導加熱で
きる誘導加熱装置および誘導加熱方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、走行する帯状金属材料を加熱する
場合、加熱・保温にはガス加熱による輻射や電気ヒータ
ーによる間接加熱が殆どであった。しかし、これらの加
熱方法は間接的に被加熱材を表面から加熱するため、急
速な加熱ができないという問題があり、生産性に大きく
制約を与えていた。

【０００３】この問題を解決するため電気を用いて加熱
する方法が提案されている。例えば特開平２−３０１５
２２号公報には、鋼板をソレノイドコイル内を通して加
熱する方法が記載されている。この方式は、被加熱材が
磁性体でキュリー点以下で加熱する場合には有効である
が、非磁性材あるいはキュリー点以上での加熱が困難で
あること、加熱効率が低いことや板厚が薄いものに対し
ては電源周波数を上げる必要があり電源コストが高くな
るなどの問題がある。

【０００４】それに対し、例えば米国特許ＵＳ００５４
０３９９４には、インダクターで発生させた磁束を被加
熱材を貫いて加熱する方法が記載されている。このよう
な加熱は、一般にトランスバースフラックス（以降ＴＦ
加熱と略す）と呼ばれ、被加熱材の磁性、非磁性を問わ
ず、また厚みの影響も無く高効率で加熱することが可能
であるとされている。

【０００５】このようにＴＦ加熱は優れた加熱方法であ
るが、いくつかの問題がある。第１に、磁性体を加熱す
る場合、磁束を発生させるインダクターが電磁石とな
り、被加熱材がインダクターに引き寄せられるという問
題である。被加熱材がインダクターに引き寄せられ、イ
ンダクターと接触すると短絡が起こり、インダクターに
損傷を与える他、磁束の集中により過加熱され温度分布
が不均一になり、それに伴う熱応力により被加熱材の変
形が生じて通板性が著しく悪化するという問題が起こ
る。

【０００６】第２に、ＴＦ加熱は、被加熱材に発生した
渦電流の密度がエッジ部で高くなるためエッジが過加熱
になりやすいという問題がある。この問題に対しては、
前記米国特許ＵＳ００５４０３９９４では、インダクタ
ー形状をＪ字型にし、エッジ部の電流密度を緩和させる
方法やエッジ部をマスキングして磁束を緩和する方法な
どにより解決が図られている。しかし、走行する帯状金
属材料は、現実には蛇行などが発生しやすく、必ずしも
インダクターとの間で適正な位置に留まることができな
いことから、適正な位置からずれると直ぐに加熱温度分
布が大きく変化するという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、走行
する帯状金属材料を誘導加熱する場合に生じる上記した
問題を解決することができる誘導加熱装置および誘導加
熱方法を提供する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
の本発明の要旨は、下記の通りである。（１）走行する帯状金属材料の走行面に対し面の両側に
配置した誘導加熱用インダクターにより、走行する帯状
金属材料を加熱する装置にらおいて、該インダクターの
入側と出側のどちらか一方に、帯状金属材料に接触し帯
状金属材料のパスラインを規制するロールを設けると共
に、もう一方の側に帯状金属材料が巻き付くように接触
する、少なくとも片端側な自在に可動できるロールを設
けたことを特徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置。

【０００９】（２）上記（１）の加熱装置において、誘
導加熱用インダクターの上流側あるいは下流側に帯状金
属材料の幅方向の位置を検出する位置検出装置を設けた
ことを特徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置。

【００１０】（３）上記（２）に記載の誘導加熱装置を
用いて、帯状金属材料の位置検出装置により検出した帯
状金属材料の位置情報を基に、帯状金属材料を巻き付け
たロールを動かし、常に帯状金属材料と誘導加熱用イン
ダクターとの幅方向の位置関係を一定の範囲内に制御し
て誘導加熱を行うことを特徴とする帯状金属材料の誘導
加熱方法。

【００１１】（４）走行する帯状金属材料の走行する面
に対し面の両側に配置した誘導加熱用インダクターによ
り、走行する帯状金属材料を加熱する装置において、該
誘導加熱用インダクターの入側と出側の少なくともどち
らか一方に、走行する帯状金属材料が対向するインダク
ターの中央を通るように、一定の隙間を開けてロール対
を対向させるように配置したことを特徴とする帯状金属
材料の誘導加熱装置。

【００１２】（５）走行する帯状金属材料の走行する面
に対し面の両側に配置した誘導加熱用インダクターによ
り、走行する帯状金属材料を加熱する装置において、該
誘導加熱用インダクターの入側と出側の少なくともどち
らか一方に、走行する帯状金属材料が対向するインダク
ターの中央を通るように帯状金属材料の長手方向にロー
ルを一定の間隔をおいて対向するように配置したことを
特徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置。

【００１３】（６）上記（１），（２），（３），
（４），（５）のいずれかに記載のロール表面が非導電
性材料で構成されることを特徴とする帯状金属材料の誘
導加熱装置。

【００１４】（７）上記（１），（２），（３），
（４），（５）のいずれかに記載のロールが非磁性材料
からなることを特徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。図１および図２において、走行する
帯状金属材料１は、整合盤（図示せず）を含む高周波電
源６に接続されたインダクター２およびインダクター３
により発生させた磁場内を通過するとき、表面を貫く磁
束により渦電流が帯状金属材料１に誘起され、加熱され
る。

【００１６】このとき、走行する帯状金属材料１がイン
ダクター２とインダクター３の中間を通れば、両インダ
クターから発生する磁力は相殺され、問題は発生しない
が、帯状金属材料１が磁性を有し、どちらかのインダク
ターに近づいた場合、インダクターの磁力の影響によ
り、この帯状金属材料１はインダクターに引き寄せられ
る。

【００１７】この引き寄せる磁力が強い場合、走行する
帯状金属材料１はインダクターと接触してインダクター
との間で短絡し、インダクターに損傷を与える危険性が
高い。また、インダクターに近づき過ぎると、局部加熱
を受け、温度分布が生じる結果、走行する帯状金属材料
１が熱応力により変形を受ける場合や、走行する帯状金
属材料１がインダクターと接触することにより、表面に
擦りキズが生じる場合もある。

【００１８】そこで、本発明ではインダクター２と３の
前後にロール４，５，７，８を設けることにより、走行
する帯状金属材料１がインダクター２とインダクター３
の中間を通るようにする。この場合、走行する帯状金属
材料１は、ロール４あるいはロール５により制限を受
け、これより内側のパスラインを通ることは無い。ロー
ル４の上流近傍にあるロール７とロール５の下流近傍に
あるロール８によっても走行する帯状金属材料１のパス
ラインが制限されることから、走行する帯状金属材料１
は、インダクター２とインダクター３の中間を通らざる
を得ないため、たとえ走行する帯状金属材料１が磁性を
有しても、安定して加熱をすることができる。

【００１９】あるいは、同様にパスラインを規定する方
法として、図２のように走行する帯状金属材料１に対
し、ロール４とロール７を隙間を開けて配置しても良
い。走行する帯状金属材料１は、ロール４とロール７で
規制される隙間以上にインダクター２あるいはインダク
ター３に接近することができないため、たとえ走行する
帯状金属材料１が磁性を有しても、安定して加熱をする
ことができる。

【００２０】同じくロール５とロール８とは、走行する
帯状金属材料１のパスから少し隙間をあけて長手方向に
離して配置した例を示している。この方法によっても走
行する帯状金属材料１のパスラインを一定の範囲に押さ
えることができる。ロールの隙間は、特に規制はない
が、インダクターの磁力の影響が問題にならない範囲
で、ロールからの圧下力な加わらないように十分な隙間
を設ければ良い。

【００２１】図２では、インダクターの前後とも隙間を
あけているが、走行する帯状金属材料１が室温でインダ
クターに入る時には、ロール４とロール７は隙間を開け
ず走行する帯状金属材料１をピンチをしても構わない
が、ロール５とロール８は少し隙間を開けるのが良い。
それは、走行する帯状金属材料１が加熱されたままピン
チすると絞りが発生しやすくなること、ロールによる不
均一冷却により、熱応力が帯状金属材料１に発生して形
状が悪化しやすくなるためで、特に板厚が薄い場合に
は、絞りが発生しやすくなる。また、加熱された帯状金
属材料１が冷却されるために効率も低くなる。

【００２２】なお、ロール４，５，７，８は、走行する
帯状金属材料１が接触すると擦り傷が発生する可能性が
あることから、走行する帯状金属材料１の速度に同期さ
せて回転させておくことが望ましい。

【００２３】図３は、ロールを長手方向に離して対抗し
て配置させた例である。このようにしても走行する帯状
金属材料１のパスラインを保つことができる。ＴＦ加熱
の場合、走行する帯状金属材料１とインダクターとの位
置関係で更に重要な因子は、インダクターと走行する帯
状金属材料１の幅方向の位置関係である。特に帯状金属
材料１エッジ部での電流密度が最も加熱温度偏差に影響
を与えることから、エッジ部とインダクターとの位置関
係を最適に保つ必要がある。そのためには、走行する帯
状金属材料１のエッジがインダクターの特定の位置を通
るように制御する必要がある。

【００２４】図１では、本発明による誘導加熱装置で、
走行する帯状金属材料１は、ロール７によりパスライン
から押し込まれロール４に巻き付くように配置する。ロ
ール４を通過した走行する帯状金属材料１は、インダク
ター２，３に入る前に鋼板の位置検出装置９，１０によ
り、インダクター２，３の幅方向のどこを通るかが検出
される。この位置検出装置９，１０からの位置信号によ
ってロール４が動くことにより走行する帯状金属材料１
は、常にインダクターとの最適な位置を通過することが
できる。

【００２５】図４は、図１の右方向から見た正面図であ
る。図おいて模式的に示す太い線が、走行する帯状金属
材料１のエッジ部が通る適正な位置である。インダクタ
ーに入った走行する帯状金属材料１は、加熱され出口に
向かい、膨張して太線のような位置を通る。

【００２６】それに対し、細線で示すラインは、走行す
る帯状金属材料１のエッジ部が左側に蛇行したときの位
置を模式的に示している。この場合、走行する帯状金属
材料１にはロール４とロール５の間でしわが発生しやす
い。本例の場合、ロール４の右側からロール５の左側に
向かいしわが発生しようとする。蛇行を防止するために
は、このしわが解消するようロール４が動けば良く、本
例の場合にはロール４の右側がロール５に向かって動く
か、あるいはロール４の左側がロール７に向かって動け
ば良い。

【００２７】走行する帯状金属材料１の位置を検出する
位置検出装置９，１０は、光の透過により位置を検出す
る方法やＣＣＤ等のイメージセンサーなどを用いれば良
い。また、ロール４を駆動する方法としては、帯状金属
材料１の進行方向に前後、あるいは磁力の影響が少ない
場合には上下または斜め方向に動かしても構わない。動
かす機構としては、ロールをロールチョックごと油圧や
電動シリンダ等を用いて動かす等の方法をとれば良い。

【００２８】誘導加熱を行う場合、前記説明のロール
４，５，７，８は、インダクター２，３の近くに配置さ
れることから、インダクター２，３から漏れた磁束によ
り、走行する帯状金属材料１およびロール４，５，７，
８自体に電流が誘起される場合がある。そのため、走行
する帯状金属材料１とロール４，５，７，８との間でス
パークが生じる場合があり、スパークにより走行する帯
状金属材料１にキズ等の損傷を与えるこどが懸念される
場合には、ロール４，５，７，８の表面を非導電性にす
ることで、スパークの発生が防止できる。ロール４，
５，７，８の表面材質としては、例えばアルミナなどの
絶縁性セラミックスを用いれば良い。特にライン速度が
遅い場合や、走行する帯状金属材料１の加熱温度がロー
ル５よりも高すぎる場合などには、ロールの表面は絶縁
性を有し、かつ断熱性のある材料が望ましく、例えばＺ
ｒＯ₂を主成分とした材料からなるセラミックス焼結体
や溶射などにより構成すれば良い。

【００２９】また、上記のようにインダクター２，３か
ら漏れた磁束により、ロールが誘導を受けた場合、被加
熱物に行くべき磁束がロール側も通ることになり、加熱
効率が低下すると共に、ロール自身が高温になり、強度
が低下することも想定される。このような場合には、誘
導を受けにくい材質でロールを構成すれば良く、例えば
ＳＵＳ３０４や銅などの非磁性材を用いれば良い。

【００３０】上記は縦パスの場合の例で説明したが、カ
テナリーの影響が無いように張力を設定できれば横パス
でも同じ効果が得られる。

【００３１】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
説明を行う。本発明の効果を確認するため、ＴＦ加熱実
験を行った。実験は、図１〜３に示すのと同じ構成の装
置で行った。被加熱材として、厚み０．２mm、幅３００
mmの冷延鋼板を用い、ライン速度を２〜２０mpm 、張力
を０．５〜２１kg／mm²の範囲で室温から９００℃まで
の範囲で加熱を行った。電源は、周波数が３０００Hz、
容量が２００kwのものを用いた。

【００３２】インダクターは、長さは５００mmの積層の
電磁鋼板に４０mm×３０mmの角鋼パイプを巻き付けたも
のを用い、ギャップを６０mmとした。ロールは、直径２
００mm、胴長５００mmの非磁性材ＳＵＳ３０４製（ＣＡ
ＳＥ１〜５）で、表面に何も表面処理をしない場合（Ｃ
ＡＳＥ５）と、絶縁材であるＺｒＯ₂を２５０μｍ溶射
したもの（ＣＡＳＥ１〜４）とを比較し、また、磁性の
ある直径２００mm、胴長５００mmのＳ４５Ｃ製ロール
（ＣＡＳＥ７）を用いて行った。

【００３３】（ＣＡＳＥ１）蛇行する場合の効果につい
て、図１の構成で加熱を実施した。この実施例では、コ
イルを正規の位置からずらしてペイオフリールにセット
し、わざと蛇行が発生するようにして実験を行った。

【００３４】ロール４は、インダクターから２００mm離
し、ロール中央を中心にロール全体が油圧シリンダーで
上下に１００mm動くことができるようになっている。こ
のロール４の直後には、光電管式の板エッジ検出装置
９，１０を設け、板の蛇行が検出できるようになってい
る。図示はしていないが、この蛇行検出情報は、油圧シ
リンダー駆動制御装置に送られ、蛇行量に応じたシリン
ダーのストロークを制御するようになっている。

【００３５】はじめに、蛇行制御をかけないで誘導加熱
を実施したところ、鋼板は次第にインダクターの正規位
置からずれ、蛇行した側の鋼板エッジの過加熱が拡大
し、最後にはエッジが溶断するに至った。次に、蛇行制
御装置を用い、蛇行制御をしながら誘導加熱を行ったと
ころ、前記のようなエッジの極端な過加熱は生じなかっ
た。

【００３６】（ＣＡＳＥ２）図２に示す本発明による加
熱装置で加熱を行った。ロールの位置は４，５，７，８
ともインダクターから２００mm離し、各ロールともセン
ターラインから１mm離した位置にロールを配置した。そ
の結果、張力を低くしても鋼板はインダクターにはほん
の少ししか寄らず、安定した加熱が可能であった。特に
低速の場合でも、加熱された鋼板がロールと接触しにく
いことから、ロールによる抜熱の影響が殆どなかった。

【００３７】（ＣＡＳＥ３）図３に示す本発明による加
熱装置で加熱を行った。ロール４とロール５は、インダ
クターから２００mm離し、更にロール４の上方２００mm
の位置にロール７を、ロール５の下流２００mmにロール
８を設置した。この場合、張力を低くしても鋼板はイン
ダクターにはほんの少ししか寄らず安定した加熱が可能
であった。

【００３８】（ＣＡＳＥ４）比較例として、インダクタ
ー前後にロールを配置しないで加熱を行った。この場
合、はじめに鋼板をインダクターの中央を通るように初
期設定をしても、加熱開始と同時にインダクターに引き
寄せられ、最も近づいた際には、その部分が局部加熱さ
れると共に、鋼板が変形した。このような状態は、加熱
温度を９００℃の非磁性領域まで加熱した場合にも生じ
る。これは、９００℃に上げる途中では、必ず磁性領域
が存在するためであり、また、このような場合には張力
を上げても効果が小さく、特に常温から磁性材料を加熱
する場合には極めて通板性に問題があった。

【００３９】（ＣＡＳＥ５）ロール４の表面がＳＵＳ３
０４のままという以外ＣＡＳＥ２と同じ構成で誘導加熱
を行った。その結果、ロール４と鋼板との間で小さなス
パークが発生されるのが確認された。

【００４０】（ＣＡＳＥ６）ロール４の材質を炭素鋼製
のものにしてＣＡＳＥ２と同じ構成で誘導加熱を行っ
た。その結果、ロール４はインダクターの外で、しかも
室温の鋼板と接触するにもかかわらず加熱されることが
確認された。

【００４１】表１に、上記結果の一覧を示す。本発明に
よる誘導加熱装置は、通板性、温度分布に優れ、スパー
クの発生、ロールの加熱等の心配も無いことから、安定
した加熱が可能であることが確かめられた。

【００４２】

【表１】

【００４３】

【発明の効果】本発明による誘導加熱装置を用いれば、
磁性材料でもインダクターに引き寄せられることなく、
安定した加熱が可能となる。また、被加熱材が蛇行して
も常にインダクターに対し適正な位置に制御可能なこと
から、蛇行による温度偏差の拡大を避けることができ
る。更に、漏れ磁束による鋼板とロールとの間で生じる
スパークの発生やロール自体の加熱も避けることができ
ることから、事故や故障などを起こさず安定して高品質
な加熱を行うことができる。

【００４４】また、電気加熱の特性である内部からの加
熱による均一な加熱を安定してできるため、熱処理など
の温度制御性の要求される加熱に最適であるばかりでな
く、加熱速度も自在にできるため、操業の自由度が大き
く広げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による、走行する帯状金属材料の蛇行制
御、パスライン制御可能な誘導加熱装置を説明する側面
図である。

【図２】本発明による、走行する帯状金属材料のパスラ
インを隙間を開けたロールで制御する誘導加熱装置を説
明する側面図である。

【図３】本発明による、走行する帯状金属材料のパスラ
インを長手方向に配置したロールで制御する誘導加熱装
置を説明する側面図である。

【図４】本発明による、蛇行制御をしながら誘導加熱を
する状態を説明する正面図である。

【符号の説明】

１走行する帯状金属材料２インダクター３インダクター４ロール５ロール６電源７ロール８ロール９位置検出装置１０位置検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】走行する帯状金属材料の走行する面に対
し面の両側に配置した誘導加熱用インダクターにより、
走行する帯状金属材料を加熱する装置において、該イン
ダクターの入側と出側のどちらか一方に、帯状金属材料
に接触し帯状金属材料のパスラインを規制するロールを
設けると共に、もう一方の側に帯状金属材料が巻き付く
ように接触する、少なくとも片端側が自在に可動できる
ロールを設けたことを特徴とする帯状金属材料の誘導加
熱装置。
【請求項２】請求項１の加熱装置において、誘導加熱
用インダクターの上流側あるいは下流側に帯状金属材料
の幅方向位置を検出する位置検出装置を設けたことを特
徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置。
【請求項３】請求項２に記載の誘導加熱装置を用い
て、帯状金属材料の位置検出装置により検出した帯状金
属材料の位置情報を基に、帯状金属材料を巻き付けたロ
ールを動かし、常に帯状金属材料と誘導加熱用インダク
ターとの幅方向位置関係を一定の範囲内に制御して誘導
加熱を行うことを特徴とする帯状金属材料の誘導加熱方
法。
【請求項４】走行する帯状金属材料の走行する面に対
し面の両側に配置した誘導加熱用インダクターにより、
走行する帯状金属材料を加熱する装置において、該誘導
加熱用インダクターの入側と出側の少なくともどちらか
一方に、走行する帯状金属材料が対向するインダクター
の中央を通るように、一定の隙間を開けてロール対を対
向させるように配置したことを特徴とする帯状金属材料
の誘導加熱装置。
【請求項５】走行する帯状金属材料の走行する面に対
し面の両側に配置した誘導加熱用インダクターにより、
走行する帯状金属材料を加熱する装置において、該誘導
加熱用インダクターの入側と出側の少なくともどちらか
一方に、走行する帯状金属材料が対向するインダクター
の中央を通るように、ロールを帯状金属材料の長手方向
に一定の間隔をおいて対向するように配置したことを特
徴とする帯状金属材料の誘導加熱装置。
【請求項６】ロール表面が非導電性材料で構成される
ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５のいずれか
に記載の帯状金属材料の誘導加熱装置。
【請求項７】ロールが非磁性材料からなることを特徴
とする請求項１，２，３，４，５のいずれかに記載の帯
状金属材料の誘導加熱装置。