JP2000503462A - 連続的な加熱装置における遷移を向上させる誘導ヒータ及びその方法 - Google Patents

連続的な加熱装置における遷移を向上させる誘導ヒータ及びその方法

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Abstract

(57)【要約】 連続的な加熱装置における遷移を向上させる誘導ヒータ及びその方法 金属ストリップ(40)は、加熱装置(50)を通って連続的に走行する間に、該金属ストリップ(40)を所定の温度許容公差範囲内まで加熱する加熱装置(50)及びその方法である。該加熱装置(50)は、少なくとも1つの前加熱部分(52)と、少なくとも1つの誘導加熱部分(54)と、少なくとも1つの後続の加熱部分(56)とを備えており、これら加熱部分(52、54、56)は、直列に配置されている。金属ストリップ(40)は、前加熱部分(52)内にて金属ストリップ(40)のキューリー点以下まで加熱される。次に、金属ストリップ(40)は、誘導加熱部分(54)内にて最大限、略キューリー点まで加熱される。次に、金属ストリップ(40)は、後続の加熱部分(56)内にてキューリー点以上まで且つ所定の温度許容公差範囲内まで加熱される。

Description

【発明の詳細な説明】 連続的な加熱装置における遷移を向上させる誘導ヒータ及びその方法 発明の背景 1.発明の分野 本発明は、連続的な加熱装置を通って進む金属ストリップの加熱に関する。よ り具体的には、本発明は、金属ストリップを所定の温度許容公差の範囲内まで加 熱することに関する。 2.従来技術の説明 一般に、集合的に「ストリップ」と称される鋼ストリップ、バンド又は板を連 続的に焼鈍又は亜鉛めっきするために連続的な加熱炉が使用される。ストリップ に対し所望の特性を付与するための特殊な加熱方法が確立されている。加熱方法 の各々は、ストリップの寸法に関係なく、加熱炉から出るとき、ストリップを加 熱すべき、金属のピーク温度の所定の許容公差範囲を有している。 かかる加熱炉は、一般に、電気的に加熱されるものと、燃焼する気体により加 熱されるものとに分類することができる。気体燃焼型加熱炉は、放射型と直接炊 き型とに小分類することができる。エネルギ効率、運転コスト、初期投資及びそ の他のファクタを考慮すると、気体燃焼型加熱炉は、電気加熱型加熱炉よりも遥 かに有利といえる。 寸法の異なるストリップを連続的に熱処理するとき、ストリップを加熱炉に連 続的に通すことが一般的な方法である。加熱炉を通じて連続的に送り出す前に、 ストリップを共に溶接することは必ずしも常に行われる訳ではないが、しばしば 行われる。ストリップの間の領域は遷移領域と称される。この遷移領域は、スト リップの厚さ、ストリップの幅、熱サイクル、ストリップの速度、又は上述した 4つのパラメータの任意の組み合わせ、すなわちコイル又は次のものに対するバ ラメータの変化として区分することができる。加熱装置の熱的質量は大きいから 、遷移領域が加熱装置を通るとき、加熱炉の状態を変化させるため特殊な制御技 術が必要とされる。 従来技術の加熱炉は、許容可能な遷移領域の範囲にて限度がある。遷移領域 が過大であるならば、加熱炉は、金属の所望のピーク温度にて許容公差(通常、 ±-6.7℃(±20゜F))を満足させることのない大量のストリップを製造すること になる。このストリップの物理的性質は仕様通りではないため、この許容公差外 れのストリップは、一般に屑製品である。 従来の技術は、遷移領域に対する、遷移領域に対する加熱炉の性能を向上させ るために使用される幾つかの技術を開示している。これら技術のうち最も簡単な ものは、送られてくるコイルに対して加熱炉を準備するためフィードフォワード 制御法を使用することである。これは、典型的に、遷移領域に対する最適な加熱 炉の状態を予想するため加熱炉とストリップとの間の熱遷移をシュミレートする 数学的モデルにより行われている。この方法は、有用ではあるが、依然として、 主燃料燃焼型又は電気抵抗型の加熱炉の応答速度が比較的遅いこと及び関連する 熱容積の問題点がある。 別の従来技術は、対流、直接燃焼、横断熱束又は誘導といったような、比較的 迅速に応答可能である型式の予熱システムを利用するものである。次に、これら の装置を使用して、遷移領域内の1つ以上のコイルに熱を加えて、遷移時点に加 熱炉内に存在する状態のため、通常、不可能である金属のピーク温度を発生させ ることができる。これら装置の全ては、主加熱部分の入口に配置されており、そ れら全ては、その過程の応答性を向上させるために色々な形態にて使用されてい る。米国特許第4,239,483号(リダ(lida))(誘導ヒータ)を参照するとよい。 これらの装置は、一般に、遷移領域の範囲を広げるため上述したモデルと共に使 用される。しかしながら、ストリップは、依然として、加熱炉の状態の影響を受 け、その結果、予熱部分は、金属のピーク温度に対する極めて限定的な影響しか 与えない。 理論上、迅速に応答するかかる加熱装置の理想的な位置は、ストリップが加熱 炉から出る位置であり、このため、加熱炉が装置の効果を制限しない位置である 。しかしながら、現在、利用可能な理論では、これは実際的ではない。殆どの誘 導ヒータは、ストリップの温度を約704℃(約1300゜F)乃至約760℃(1400゜F )である、そのキューリー点まで上昇させることに限られている。 典型的な金属のピーク温度は、このキューリー点よりも高いため、これらの誘導 ヒータは、加熱炉の端部にて有用ではない。金属ストリップをキューリー点以上 の温度まで加熱する誘導ヒータは、コイルの開口部が極めて小さく且つ/又は加 熱効率が著しく失われるため、連続的な焼鈍にて実用的でない。これらの温度範 囲にて熱束ヒータを使用することができるが、これは、物理的な観点から見て実 用的でない。更に、この温度範囲の対流加熱は、機械的及び保守の観点からして も実用的でない。ストリップ表面は酸化し易いため、より高い金属のピーク温度 にて直接熱焼型ヒータを使用することができない。 このように、遷移部分が加熱炉を横断して進むときに生じる仕様外の金属スト リップを減少させ又は解消するための方策が必要とされている。 発明の概要 本発明は、連続的なストリップ加熱装置及びその作動方法に関するもので、該 加熱装置が、連続的なストリップの加熱装置の複数の加熱部分の間に配置された 誘導ヒータを備え、該誘導ヒータを含めることにより、ストリップの屑が少なく なる一方、加熱装置がストリップの寸法及びその他の加熱条件の変化に対応し得 るようにその温度を変化させるものである。 従って、本発明の1つの目的は、金属ストリップが加熱装置を横断して連続的 に走行する間に、金属ストリップを所定の温度の許容公差範囲内まで加熱する加 熱装置及び方法を提供することである。該加熱装置は、少なくとも1つの前加熱 部分と、少なくとも1つの誘導加熱部分と、少なくとも1つの後続の加熱部分と を備え、これら加熱部分は直列に配置されている。該金属ストリップは前の加熱 部分内にて金属ストリップのキューリー点以下まで加熱される。次に、金属スト リップを誘導加熱部分内にて最大で略キューリー点まで加熱する。次に、金属ス トリップを後続の加熱部分内にてキューリー点以上で且つ所定の温度の許容公差 範囲まで加熱する。 その他及び更なる目的及び有利な点は以下の説明から明らかになるであろう。 図面の簡単な説明 図1は、前加熱部分と後続の加熱部分との間に誘導加熱部分を備える加熱装 置の平面図である。 図2は、寸法の異なる2つのストリップから成る組み合わせたストリップの斜 視図である。 図3は、加熱装置とプログラム化可能な制御手段との間の接続部の概略図であ る。 図4は、加熱部分内にて使用されるW型管ヒータの断面図である。 図5は、誘導加熱部分を備える加熱装置内にて金属ストリップを加熱する方法 のフローチャートである。 図6は、加熱装置内にて誘導加熱部分を最適に配置する方法のフローチャート である。 図7乃至図10は、ストリップの寸法の変化に対応し得るように加熱装置の温 度が変化する間の加熱装置の温度のグラフである。 好適な実施の形態の説明 同様の構成要素を同様の参照番号で表示する図面を参照すると、図1には、連 続的に移動する組み合わせたストリップ40を金属のピーク温度の許容公差範囲 又は何らかのその他の所定の温度の許容公差範囲内まで加熱する加熱装置50、 すなわち加熱炉が図示されている。加熱装置50は、連続的な鋼ストリップ焼鈍 ライン中にて浸漬部分の上流で且つ予熱部分1の下流に配置されている。連続的 なストリップの亜鉛めっきラインのような、金属ストリップの熱処理を必要とす る過程又は連続的なめっき加熱炉にてその他の実施の形態が有用である。該加熱 装置50は、頂部分86と、前加熱部分52を横断して伸長する底部分88と、 誘導加熱部分54と、後続の加熱部分56とを備えており、これら加熱部分は直 列に配置されている。本発明のその他の実施の形態は、前加熱部分及び/又は後 続の加熱部分を複数、を備えている。本発明の更なる実施の形態は、垂直に配置 された加熱部分52乃至56を備えている。更に別の実施の形態は、複数のハウ ジング又は単一のハウジング中に設けられた加熱部分を備えている。これら配置 は、組み合わせたストリップ40が入口53にて前加熱部分52に入り、3つの 加熱部分を通って進み、後続の加熱部分の出口 57から外に出ることを可能にする。 組み合わせたストリップ40は、通路60、62、64をそれぞれ通って加熱 部分52、54、56を横断して走行する。頂部分86から底部分88まで伸長 し又はその逆に伸長するスペースが通路であり、組み合わせたストリップ40が このスペースを通る。図1の実施の形態において、前加熱部分52には、10個 の通路60と、誘導加熱部分54内の1つの通路62と、後続の加熱部分56内 の13個の通路64とがある。図1の実施の形態の通路は、垂直方向に方向決め されている一方、本発明のその他の実施の形態は、水平方向といったその他の方 向に方向決めした通路を有することが可能である。本発明の更なる実施の形態は 、前加熱部分の入口から後続の加熱部分の出口まで伸長する単一の水平方向通路 を有することができる。これら通路を通過するとき、組み合わせたストリップ4 0はロール70、張力計ロール72、ブライドルロール74、操縦ロール76の 上方を走行し、これらロールは、頂部分86及び底部分88に配置されている。 全てのロールは、ストリップが通路を走行するとき、その組み合わせたストリッ プ40を支持するが、一部のロールは更なる目的を有している。張力計ロール7 2は、組み合わせたストリップ40の張力を測定する一方、ブライドルロール7 4はその張力を変化させる。操縦ロール76は、組み合わせたストリップ40の 方向を制御する。 次に、図2を参照すると、第一のストリップ10と、第二のストリップ16と から成る組み合わせたストリップ40が加熱装置50内で処理されている。「ス トリップ」という語は、少なくとも1つのストリップ、少なくとも1つのバンド 又は少なくとも1つの板である一本の金属を意味するが、これらにのみ限定され るものではないと理解する。第一のストリップ10は、前端12と、末端14と を有している。第二のストリップ16は、前端18と、末端20とを有している 。第一のストリップ10の末端14及び第二のストリップ16の前端は、遷移領 域22にて共に溶接されている。本発明のその他の実施の形態において、第一の ストリップ10及び第二のストリップ16は、任意のその他の適当な手段により 取り付けることができ、又は取り付けなくてもよい。取り 付けられていないストリップを処理する本発明の実施の形態において、該ストリ ップは、互いに対して少なくとも近接しており、末端14から第一の端部16へ の領域が遷移領域22である。第一のストリップ10及び第二のストリップ16 のより小さい部分36、38は、それぞれ遷移領域22に隣接しており、金属の 略ピーク温度の許容公差範囲内まで加熱されていないストリップの部分である。 その結果、これら小さい部分36、38は、仕様外れの材料となり、従って屑と なる。第一のストリップ10及び第二のストリップ16の他の部分は、それぞれ ストリップのより大きい部分32、34である。これらより大きい部分32、3 4は、金属のピーク温度の許容公差範囲内にあり、従って仕様範囲内の材料であ る。加熱装置50の主たる目的は、より小さい部分36、38の寸法を最小にし 、また、より大きい部分32、34の寸法を最大にし、これにより、仕様通りの 材料の製造を最大にすることである。 次に、図3を参照すると、本発明の好適な実施の形態において、プログラム化 可能な制御機構300は、前の加熱部分52及び後続の加熱部分56の加熱及び 誘導加熱部分54の使用の指令を行う。本発明のその他の実施の形態において、 制御機構は、プログラム化可能でなくともよい。該プログラム化可能な制御機構 300は、プログラム化可能な制御装置302を介して加熱を指令し、該制御装 置は、導管304を通じて前加熱部分52、誘導加熱部分54、後続の加熱部分 56と相互に接続されて、加熱装置50の作動を指令する。本発明のその他の実 施の形態において、導管304に代えて又は該導管304と共に、無線の通信シ ステム(図示せず)を使用することができる。加熱装置50内の計器が、組み合 わせたストリップ40の可変値(以下に説明)及び加熱装置50の可変値の少な くとも一部分を測定し、可変信号310を発生する。導管304は加熱部分から プログラム化可能な制御装置302に可変信号310を送る。計器により測定さ れなかった更なる可変値は、加熱装置の操作者により決定され、入力装置306 を介して手動にてプログラム化可能な制御装置302に入力される。 プログラム化可能な制御装置302が受け取る多数の可変値がある。第一の ストリップに対する可変値の幾つかは、長さ24、幅28、厚さ29である。第 二のストリップの可変値の幾つかは、高さ26、幅30及び厚さ31である。第 一のストリップ10及び第二のストリップ16を加熱するときのその他の重要な 可変値には、ストリップの初期温度、加熱装置50を通るストリップの速度、ス トリップの出口温度が含まれる。これら可変値の一部を測定するため、計器、す なわち熱電対、距離計、速度計等を使用することができる。 また、該加熱装置は、第一の加熱部分52及び後続の加熱部分56の異なる位 置における温度といった、ストリップの加熱に影響を与える可変値も含んでいる 。図1の実施の形態において、第一の加熱部分及び後続の加熱部分は、12個の燃 焼領域101乃至112に分割されている。本発明のその他の実施の形態は、燃 焼領域をより多く又はより少なくすることができる。各領域101乃至112の 中間付近に配置された少なくとも熱電対(図示せず)が領域の温度を測定し、信 号310を発生し、その信号を制御装置302に伝送する。本発明の好適な実施 の形態は、燃焼領域の各々に2つ以上の熱電対を有している。本発明のその他の 実施の形態は、異なる可変値を有するようにすることができる。 プログラム化可能な制御装置302は、熱モデル308内の可変信号310及 び手動で入力された可変値を分析して、加熱装置50に対する新しい作動パラメ ータを決定する。この熱モデル308は、数学的モデルであり、加熱装置50と 組み合わせたストリップ40との間の熱遷移をシュミレータし、更に、加熱装置 の作動状態の変化の結果をシュミレータして、新たな作動パラメータを決定する 。この分析後、プログラム化可能な制御装置302は、新たな作動パラメータを 作動パラメータの信号312に変換し、この信号は、導管304を介して加熱装 置50に送られて、その作動を指令する。本発明の他の実施の形態において、作 動パラメータは、手動で又は制御装置を介して加熱装置50の作動を指令する加 熱装置の操作者が決定する。 加熱装置50の作動パラメータは、加熱装置の異なる構成要素に対して指令す る。次に、図1及び図4を参照すると、第一の加熱部分52及び後続の加熱 部分56の加熱構成要素は、気体燃焼型のW型放射管ヒータ80である。これら のヒータは、0乃至 100%が水素で、その残りが窒素であるか、又はその他の指 定して形成した気体雰囲気内にて作動する。管ヒータ80は、頂部材152及び 底部材154を有する副通路「W」の形状及び方向に向けて形成された中空の管 150から成っている。パイロットバーナ156及び主気体入口158は、頂部 材内に伸長して、気体159は管150に入り、更に、炎160により着火され て燃焼生成物162を発生させる。パイロットバーナ156は、自動的に作動し 得るようにしたプレミックス型のパイロットバーナである。燃焼生成物162は 、管150の内部を移動し、底部材154から出て、排気コレクタ164に入る 。バーナは吸引型バーナであるため、排気ファン(図示せず)が燃焼生成物16 2を排気コレクタ164内に吸引する。空気166は、空気入口168を通じて 底部材154に入る。この空気166は、底部材154のレキュペレータ170 を使用することにより、燃焼生成物162によって加熱され、これにより、本発 明の好適な実施の形態において約 316℃(600゜F)乃至約 427℃(800゜F)の 温風172を発生させる。温風172は、頂部材と底部材との間を伸長する垂直 な中空部材174を介して頂部材152まで流れる。この温風172は、燃焼気 体158中で使用される。本発明の他の実施の形態は、その他の型式、配置及び 数のヒータを使用する。 管ヒータ80は、組み合わせたストリップ40が走行するとき、該ストリップ を加熱し得るように、通路60、64の両側部に配置されている。管ヒータ80 は、組み合わせたストリップ40が通路を通るとき、その組み合わせたストリッ プに対して管150が平行となるように、方向決めされる。管ヒータ80は、1 つの通路の各側部にて約 11 個の管ヒータに略等しい高さまで上方に配置される 。図1に示すように、管ヒータ80の配置及び制御は、第一の加熱部分52及び 後続の加熱部分56内にて 12 個の独立的な燃焼領域101乃至112の周りで 設定される。 燃焼生成物162は、排気コレクタ164によって集められた後、更なる熱の 回収ステップを行うことができる。本発明の1つの実施の形態において、領 域101乃至112からの燃焼生成物は、2つの別個の排気システム内に排気さ れる。第一の排気システムは、領域101乃至106を排気し、更に、この流れ 中の廃熱が予加熱部分内にて使用される。第二の排気システムが領域107乃至 112を排気し及び浸漬部分が廃熱回収システムを排気する。本発明のその他の 実施の形態は、予加熱領域又は廃熱回収システムの何れにても廃熱を回収できな い。 作動パラメータ信号312は、各領域の気体供給部分内(図示せず)の制御弁 により管バーナ80の着火速度を指令する。更に、該信号312は、排気コレク タ164(図示せず)内の負圧を制御すべくダンパーの位置を制御する。更に、 信号312は、排気コレクタ164に作用する主吸引圧力を制御するため、排気 ファンの速度を変化させる。これら全ての作動の結果、信号312の方向を通じ て制御機構300により、燃焼領域101乃至112内の温度が制御される。 更に、作動パラメータ信号312は、誘導ヒータ82である、誘導加熱部分5 4の構成要素に指令する。本発明の好適な実施の形態において、誘導ヒータ82 は、ソレノイド誘導ヒータである。図1に示した本発明の実施の形態において、 誘導加熱部分54は、組み合わせたストリップ40が通る5つの誘導ヒータ82 から成っている。本発明の他の実施の形態において、誘導加熱部分は、単一の誘 導ヒータとすることができる。誘導ヒータは、当該技術分野にて周知であり、そ 00の内容を参考として引用してその全体を本明細書に含めた、米国特許第4,67 8,883 号(サイトウ(Saitoh)及びその他の者)、同第 4,585,916 号(リッチ(Ric h))、同第 4,054,770 号(ジャックソン(jackson)及びその他の者)、同第 3,44 4,346 号(ラッセル(Russell)及びその他の者)及び同第 2,902,572 号(ラッ クナー(lackner)及びその他の者)に記載されている。 誘導ヒータ82内にて、組み合わせたストリップ40は、磁界を通って長手方 向に進み、その磁界内に電流を発生させる。これらの誘導された電流は、ストリ ップの電気抵抗の結果として、ストリップ40を加熱する。組み合わせたストリ ップ40(図示せず)の周りに配置された誘導ヒータ82内のコイルを 通って流れる電流により磁界が発生される。制御機構300は、信号312を通 して、誘導ヒータ82のコイルに電流が供給されるように指令する。本発明の1 つの実施の形態において、コイルの全長は、約 914.4mm(約 36 インチ)であ り、隣接するコイル間の間隔は少なくとも約 609.6mm(約 24 インチ)である 。コイルの内側寸法は、約 203.2mm(約8インチ)×約2540mm(約100イン チ)である。誘導ヒータ82は、約 32℃(90゜F)の液体冷媒を提供する設計 とされた閉ループの冷却水システムにより冷却される。この冷却システムは、蒸 発型の冷却塔と、冷却塔ファンと、冷却塔循環ポンプと、誘導ヒータ82に液体 の冷媒を提供する送出及び吐出装置とを備えている。本発明のその他の実施の形 態は、異なる誘導ヒータと、その他の形態の誘導ヒータと、及び誘導ヒータを冷 却するその他の手段とを含む。 第一のストリップ10が加熱装置50に入る前に、プログラム化可能な制御機 構300は、第一の加熱部分52及び後続の加熱部分56に対し作動パラメータ 信号312を送り、それら部分の異なる領域を加熱して、第一の温度プロファイ ルを得る。この第一の温度プロファイルは、第一のストリップ10が所定の第一 の温度許容公差範囲内にて加熱装置50から出ることのできる燃焼領域101乃 至112の温度により設定される。同様に、第二の温度プロファイルは、第二の ストリップ16が第二の所定の第一の温度許容公差範囲内にて加熱装置50から 出ることを可能にする。これらの温度プロファイルは、誘導加熱部分54ではな くて、第一の加熱部分52及び後続の加熱部分56内にて設定される。その理由 は、第一の加熱部分及び後続の加熱部分は、ストリップ及び加熱部分に熱を遷移 し、このことは、加熱部分内の温度を測定することを可能とし、このため、特定 の領域内にてストリップへの熱遷移を示す温度プロファイルが得られるからであ る。誘導ヒータがストリップを直接、加熱するため、誘導部分内の温度は、金属 ストリップへの熱遷移量を表示せず、従って、制御機構300により設定された 温度プロファイルの一部を構成しない。 しかしながら、プログラム化可能な制御機構300は、加熱装置50、すなわ ち、より具体的には、2つの温度プロファイルの間にて第一の加熱部分52 及び後続の加熱部分56を瞬間的に遷移するように指令することができない。ス トリップの可変値が顕著に変化しない限り、温度プロファイルを迅速に変化させ るようにプログラム化可能な制御機構300が燃焼領域101乃至112に指令 する必要性は殆んどない。しかしながら、加熱部分の大きい熱質量は、プログラ ム化可能な制御機構300が2つの温度プロファイルの間にて燃焼領域を遷移さ せることのできるときの速度を制限することになる。第一のストリップの可変値 と第二のストリップの可変値との差が大きければ大きい程、2つの温度プロファ イルの差は、大きくなり且つ遷移速度はより遅くなる。 プログラム化可能な制御機構300が第一の温度プロファイルと第二の温度プ ロファイルとの間にて加熱装置50を遷移させる間に、加熱装置から出る第一の ストリップ10及び第二のストリップ16の幾つかは、それぞれ所定の第一又は 第二の温度許容公差範囲内にはなく、このため、比較的より小さい部分36、3 8を形成し、より多くのストリップ材料屑を生じることになる。 しかしながら、プログラム化可能な制御機構300は、組み合わせたストリッ プ40を迅速に加熱するように、誘導ヒータ82に指令することができるが、管 ヒータ80の場合と比べてエネルギコストは遥かに高くなる。この迅速な加熱は 、プログラム化可能な制御機構300が2つの温度プロファイルの間にて加熱装 置50を遷移させる間に、組み合わせたストリップの加熱を補足するのに有用で ある。この誘導加熱部分54による補足的な加熱の結果、小さい部分36、38 の寸法を小さくし、又はこれら部分を解消し、更に、仕様外れ材料の発生量を少 なくし、又は、解消することができる。 第一のストリップ10が第二のストリップ16よりも高温の温度プロファイル を必要とするとき、第一のストリップ10が依然として通過している間に、プロ グラム化可能な制御機構300は、加熱装置50をより低温の第二の温度プロフ ァイルに遷移させる。加熱装置50の益々低温となる温度プロファイルを補正し 、従って、ストリップを完全に加熱するその能力を補正するため、プログラム化 可能な制御機構300は、誘導加熱部分54に対し第一のストリップ10の温度 を上昇させるように指令し、このため、第一のストリップは、所 定の第一の温度の許容公差範囲内にて加熱装置50から出る。理想的には、遷移 領域22が加熱装置50を通過するとき、プログラム化可能な制御機構300は 、加熱装置を第一乃至第二の温度プロファイルの間にて遷移させ、これにより、 より小さい部分36、38の発生を解消するようにする。実際には、これらのよ り小さい部分36、38を少なくすることができるに過ぎない。 第一のストリップ10が、第二のストリップ16よりも低温の温度プロファイ ルを必要とするとき、プログラム化可能な制御機構300は、第一のストリップ 10が通過しつつある間に、加熱装置50をより高温の第二の温度プロファイル に遷移させ始める。遷移領域22が加熱装置を通過するとき、第二の温度プロフ ァイルが達成されるまで、プログラム化可能な制御機構300は、誘導加熱部分 54により第二のストリップ16の加熱を補足する。このことは、仕様外の材料 を少なくし又は解消し、その結果、第一のストリップ10及び第二のストリップ 16のより小さい部分36、38を最小にし又は解消することになる。 誘導加熱部分54は、組み合わせたストリップの温度を鋼スチールの場合、70 4℃(約 1300゜F)乃至約 760℃(1400゜F)である金属のキューリー点まで上 昇させることに制限される。しかしながら、組み合わせたストリップ40は、後 続の加熱部分56から出たときにキューリー点よりも高い金属のピーク温度であ ることを必要とする。このため、図5を参照すると、本発明の1つの形態は、金 属ストリップを所定の温度許容公差範囲内まで加熱することを含む。この金属ス トリップは、少なくとも1つの前加熱部分52と、少なくとも1つの誘導加熱部 分54と、少なくとも1つの後続の加熱部分56とを貫通して経路41に沿って 加熱装置50を貫通して連続的に走行する。これら加熱部分は、図1に図示する ように直列に配置されている。典型的に、前加熱部分52を貫通する経路41の 長さは、加熱装置50の全体を貫通する経路の長さの約40%乃至50%の範囲 内にある。第一のステップ401において、金属ストリップは、前加熱部分にて キューリー点以下まで加熱される。次のステップ402に おいて、金属ストリップは、誘導加熱部分内にて最大で略キューリーまで加熱さ れる。後続のステップ403において、金属ストリップは、後続の加熱部分内に てキューリー点以上まで加熱される。本発明の好適な実施の形態において、金属 ストリップは、ステップ402にて誘導加熱部分内で略キューリー点まで加熱さ れる。上述したように、加熱装置は、連続的なストリップの焼鈍ライン、連続的 なストリップの亜鉛めっきライン又は別の工程にて、予加熱部分の下流で且つ浸 漬部分の上流に配置することができる。 本発明の別の形態は、自由度に富み且つ効率的な加熱装置50が得られるよう に誘導加熱部分54を加熱装置50内に最適に配置することである。この誘導加 熱部分の位置は、金属のピーク温度許容公差範囲内にて、組み合わせたストリッ プ40を連続的に製造するときに最も効率的に、組み合わせたストリップの温度 をキューリー点まで迅速に上昇させることのできる箇所、すなわち組み合わせた ストリップ40の小さい部分36、38の寸法が最小となる位置により決まる。 次に、図6を参照すると、誘導加熱部分の位置の決定は、設計金属ストリップ が予誘導加熱部分の加熱装置((図示せず)内にて直列に配置された加熱部分を 設計速度にて直列に走行するときの速度に基づいて次のように行われる。第一の ステップ501は、それぞれ複数の予誘導加熱部分の加熱装置にてストリップの 複数の設計温度を決定することである。この決定は、実際の装置又は同様の装置 内にストリップの温度を測定し又は装置の数学的モデルに基づいて各位置に対す る理論的な温度を計算することを含む任意の適当な方法にて行うことができる。 次のステップ402は、設計速度にて誘導加熱部分を通って走行する設計金属ス トリップにより達成された金属ストリップの最高の設計温度の上昇を決定する。 後続のステップ503は、金属ストリップの最高の設計温度の上昇程度を設計金 属ストリップのキューリー点から差し引いて、これにより、設計金属ストリップ の最適な入口温度を画成する。後続のステップ504は、設計金属ストリップの 最適な入口温度に略等しい対応するストリップの温度を有する特定の装置の位置 を決定し、これにより、誘導加熱部分における設 計金属ストリップの最適な入口の位置を識別する。次のステップ505は、2つ の隣接する加熱部分の間にあり且つ設計金属ストリップの最適な入口位置に近い 誘導加熱部分に挿入する。誘導加熱部分は、誘導加熱部分を受入れ得るように加 熱部分を分離させる方法に対応して、設計金属ストリップの最適な入口の位置の 前方前又は後方の何れかにて誘導加熱部分を挿入することができる。前加熱部分 としても公知である誘導加熱部分の上流の部分は、加熱装置の約 40%乃至 50% を占めることが好ましい。 本発明の好適な実施の形態において、前加熱部分52は、加熱装置50の約 4 0%乃至約 50%を占め、その後に誘導加熱部分54及び後続の加熱部分56が続 くようにする。 実施例 第一のストリップ10は、厚さ約 1.2mm(0.047インチ)で、幅約 1524mm (60インチ)の鋼ストリップである。第二のストリップ16は、厚さ約 0.76m m(0.030インチ)で、幅約 l524mm(60インチ)である。これらストリップの 双方は、仕様範囲内のストリップであるように、金属のピーク温度許容公差範囲 が約 843℃(1550゜F)±約−6.7℃(20゜F)である。しかしながら、第一の ストリップ10は、長さ当たりの質量が大きいため、その温度を約 843℃(1550゜ F)まで上昇させるためには、第二のストリップ16よりも多量の熱入力を必要 とする。 次に、図7を参照すると、グラフ200は、第一のストリップ10が加熱装置 を通過するときの該加熱装置50の安定的な加熱状態を示す。水平軸線208に 、加熱装置の長さの比率が表示されている一方、垂直軸線209は温度を表示す る。このグラフ200は、第一のストリップ10の温度曲線202と、理想的な 温度曲線204と、加熱装置の温度曲線206とを有している。この第一のスト リップの温度曲線202は、加熱装置内の複数の位置における第一のストリップ の実際の温度をプロットしたものである。この理想的な温度曲線204は、加熱 装置内の複数の位置にて第一のストリップの理想的な温度をプロットしたもので ある。加熱装置の温度曲線206は、加熱装置内の複数の位 置における加熱装置の温度をプロットしたものである。 この加熱装置の温度曲線206は、加熱装置の入口にて約 803℃(1480゜F) で、その出口にて約 916℃(1680°F)である。第一のストリップの温度曲線2 02及び理想的な温度曲線204は、略重ね合わさっており、初期温度は 350゜ F、金属のピーク温度は約 843℃(1550゜F)である。加熱装置の中間付近にて 曲線202、204の平坦な部分203があることが分かる。この平坦な部分2 03は、加熱装置内の誘導加熱部分54の特定の位置に対応する。この特定の位 置は、加熱装置を通る経路の約 40%を占める。誘導加熱部分の前方にある全て の位置は、前加熱部分52内にあり、誘導加熱部分に後く全ての位置は、後続の 加熱部分56内にある。誘導加熱部分が使用されないとき、平坦な部分203に て実際のストリップ又は理想的なストリップの何れにも温度変化は全く生じない 。 加熱装置の温度曲線206は、第一の温度曲線と類似している。しかしながら 、加熱装置の温度曲線206は、加熱装置内の異なる位置における加熱装置の温 度を示すものである。第一の温度プロファイルは、曲線206と相違しており、 このプロファイルは、加熱装置50内の加熱領域101乃至112の温度であり 、この温度は、第一のストリップ10を所定の第一の温度許容公差範囲内まで加 熱することを可能にする。 次に、図8を参照すると、プログラム化可能な制御機構300が第二のストリ ップ16を予想して温度プロファイルを遷移させ始めるときの加熱装置50を示 すものである。グラフ210は、第一のストリップの温度曲線212、理想的な 温度曲線204、加熱装置の温度曲線216、図5におけるグラフ200と同一 の軸線208、209とを有しており、これら曲線はグラフ200の曲線と同様 である。 第二のストリップ16は、著しく薄いため、約 843℃(1550゜F)の範囲の金 属のピーク温度を達成するため、前加熱領域52及び後続の加熱領域56内にて より低い温度を必要とする。このため、これらの加熱部分は、冷却し始め、これ は、装置の加熱温度曲線216が入口にて僅か約 760℃(1400゜F)であ り、出口にて僅か約 882℃(1620゜F)であることで示してある。しかしながら 、ストリップ10が依然として進むとき、誘導加熱部分54が作動され、曲線の 部分213で示すように、第一のストリップの温度曲線212を約 621℃(115 0゜F)から約 704℃(1300゜F)に上昇させる。誘導加熱部分54を使用する ことにより、第一のストリップ10の出口温度を仕様範囲内の約 838℃(1540° F)とすることが可能となる。 次に、図9を参照すると、グラフ220は、遷移領域22が加熱装置50を通 過した後であるが、加熱装置が安定的な状態に達する前の、加熱装置50を示す 。グラフ220は、第二のストリップの温度曲線222、理想的な温度曲線20 4、加熱装置の温度曲線216、軸線208、209を有しており、これら曲線 は、グラフ200、210の曲線と同様である。 第二のストリップは厚さが薄いため、その温度222は、加熱装置の最初の約 40%内にて約 93℃(200°F)から約 649℃(1200゜F)に急速に上昇する。 誘導ヒータ80は不作動とされているため、第二のストリップの温度曲線222 は、誘導加熱部分54に対応する部分223にて平坦となる。曲線222は、仕 様の範囲内である、約 854℃(1570゜F)の出口温度まで連続的に上昇する。こ の実施例において、寸法のより小さい部分36、38は実質的に解消されている 。その他の遷移領域において、寸法のより小さい部分は少なくなっているに過ぎ ない。 次に、図10を参照すると、グラフ230は、第二のストリップ16が通過す る安定した状態にある加熱装置50を示す。グラフ230は、第二のストリップ の温度曲線232、理想的な温度曲線204、加熱装置の温度曲線236、軸線 208、209を有しており、これらの曲線はグラフ200、210、220の 曲線と同様である。 第二のストリップ16はその相対的な薄さのため、第一のストリップ10より も熱入力が少なくてよいから、加熱装置の温度曲線236は、曲線206、21 6よりも小さい。曲線236の温度は、加熱装置への入口にて約 693℃(1280゜ F)であり、これと比較して、曲線206の場合、この温度は約 804℃ (1480゜F)である。同様に、曲線236の温度は、曲線206に対する温度約 916℃(1680゜F)と比較して加熱装置の出口にて約 871℃(1600゜F)である 。誘導ヒータ80は不作動とされているため、第二のストリップの温度曲線23 2は、誘導加熱部分54の位置に対応する部分233にて平坦となる。 加熱装置の温度曲線236は、第二の温度プロファイルに類似している。しか しながら、加熱装置の温度曲線236は、加熱装置内の異なる位置における加熱 装置の温度を示すものである。この第二の温度プロファイルは、温度曲線236 と相違しており、このプロファイルは、加熱装置50内の加熱領域101乃至1 12の温度であり、この温度は、第二のストリップ16を所定の第二の温度許容 公差範囲内まで加熱することを可能にする。 このため、誘導加熱部分54を加熱装置50の第一の加熱部分52と後続の加 熱部分56との間に配置することにより、組み合わせたストリップ40のより大 きい比率部分が金属のピーク温度許容公差範囲内にて加熱装置50から出て、こ れにより、組み合わせたストリップのより小さい部分36、38を最小とする。 2つ以上のストリップを加熱することができる、本発明のその他の実施の形態も 可能である。 本発明は、その精神又は必須の特徴から逸脱せずに、その他の特定の形態にて 具体化することができ、従って、本発明の範囲を示すものとして、上記の説明で はなくて、添付した請求の範囲を参照すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S D,SZ,UG,ZW),UA(AM,AZ,BY,KG ,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT ,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY,CA, CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,F I,GB,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE ,KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS, LT,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,M X,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE ,SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT, UA,UG,UZ,VN,YU,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.少なくとも1つの前の加熱部分と、少なくとも1つの誘導加熱部分と、少 なくとも1つの後続の加熱部分とを備え、該加熱部分が直列に配置された加熱装 置内の経路を通って金属ストリップが連続的に走行する間に、該金属ストリップ を所定の温度許容公差範囲内まで加熱する方法において、 a)該金属ストリップを前加熱部分内にてキューリー点以下まで加熱するステ ップと、 b)金属ストリップを誘導加熱部分内にて体代で最大で略キューリー点まで加 熱するステップと、 c)金属ストリップを後続の加熱部分内にてキューリー点以上まで加熱するス テップとを備える、方法。 2.請求項1に記載の方法において、ステップb)が、金属ストリップを誘導 加熱部分内にて略キューリー点まで加熱するステップを更に含む、方法。 3.請求項1に記載の方法において、加熱装置が、 a)連続的なストリップの焼鈍ライン中にて予熱部分の下流で且つ浸漬部分の 上流に、 b)連続的なストリップの亜鉛めっきライン内に又は、 c)連続的なめっき加熱炉内に配置される、方法。 4.請求項1に記載の方法において、経路が、ある長さと、前加熱部分を貫通 して伸長する一部分とを備え、該部分が、該経路の長さの約40%乃至約50%の長 さを有する、方法。 5.経路に沿って全体に亙って設計速度にて連続的に走行する設計金属ストリ ップを加熱すべく、直列に配置された複数の加熱部分から成る加熱装置の予誘導 加熱部分内にて誘導加熱部分を最適に配置する方法において、 a)加熱装置の予誘導加熱部分内にて複数の加熱装置の位置において複数のス トリップの温度を決定するステップと、 b)設計速度にて誘導加熱部分を貫通して走行する設計金属ストリップにより 達成可能な設計金属ストリップの最高の温度上昇程度を決定するステップと、 c)設計金属ストリップのキューリー点から設計金属ストリップの最高の温度 上昇程度を差し引き、これにより、設計金属ストリップの最適な入口温度を決定 するステップと、 d)設計金属ストリップの最適な入口温度に略等しい対応するストリップの温 度を有する特定の加熱装置の位置を決定し、これにより、設計金属ストリップの 最適な入口位置を識別するステップと、 e)2つの隣接する加熱部分の間にあり且つ設計金属ストリップの最適な入口 位置に近接する位置にて誘導加熱部分を挿入するステップとを備える、方法。 6.請求項5に記載の方法において、設計金属ストリップの最適な入口位置の 前方又は後方に誘導加熱部分を挿入するステップを更に備える、方法。 7.請求項5に記載の方法において、加熱装置の1つ以上の前の加熱部分の後 に、誘導加熱郊分を挿入するステップを更に備え、該経路が、長さと、前加熱部 分を貫通して伸長する部分とを有し、該部分が、誘導加熱部分をその内部に挿入 した後、経路の長さの約40%乃至約50%の長さを有する、方法。 8.第一及び第二の金属ストリップをそれぞれ所定の第一及び第二の温度の許 容公差範囲内まで加熱し、金属ストリップの各々が、開始部分と、端部分と、前 端縁と、末端縁とを有し、第一の金属ストリップの末端縁が第二の金属ストリッ プの前端縁に少なくとも近接した位置にある、法において、 a)少なくとも1つの前の加熱部分と、誘導加熱部分と、直列に配置された少 なくとも1つの後続の加熱部分とを備える加熱装置を提供するステップと、 b)第一及び第二の金属ストリップを加熱装置を通じて連続的に通すステップ と、 c)第一の金属ストリップの開始部分が加熱装置を通過する間に、前加熱部分 及び後続の加熱部分を第一の温度プロファイルまで加熱するステップと、 d)第一の金属ストリップの端部分及び第二の金属ストリップの開始部分が加 熱装置を通過する間に、前加熱部分及び後続の加熱部分の加熱を遷移させ、第二 の温度プロファイルが得られるようにし、第一の金属ストリップの端部分及び/ 又は第二の金属ストリップの加熱を誘導加熱部分により補足することを 含むステップと、 e)第二の金属ストリップの端部分が加熱装置を通過する間に、前の加熱部分 及び後続の加熱部分を第二の温度プロファイルまで加熱するステップとを備える 、方法。 9.請求項8に記載の方法において、第一の金属ストリップの末端縁が第二の 金属ストリップの前端縁に取り付けられる、方法。 10.請求項9に記載の方法において、 a)第一の金属ストリップの可変値、第二の金属ストリップの可変値,加熱装 置の可変値を制御装置に入力するステップと、 b)所定の第一及び第二の温度、熱モデル、第一の金属ストリップの可変値, 第二の金属ストリップの可変値、加熱装置の可変値に基づいて、前加熱部分、誘 導加熱部分、後続の加熱部分の作動を制御装置により指令するステップとを更に 備える、方法。 11.請求項10に記載の方法において、命令及び/又は入力ステップが、加熱 装置の操作者により少なくとも部分的に行われる、方法。 12.請求項10に記載の方法において、 a)第一の金属ストリップの可変値が、長さ、幅、厚さ、加熱装置を通るスト リップの速度、ストリップの初期温度、及びストリップの最終温度から成り、 b)第二の金属ストリップの可変値が、長さ、幅、厚さ、加熱装置を通るスト リップの速度、ストリップの初期温度、ストリップの最終温度から成り、 c)加熱装置の可変値が、前加熱部分及び後続の加熱部分の実際の温度プロフ ァイルから成る、方法。 13.請求項12に記載の方法において、入力ステップが、 a)第一の金属ストリップの可変値の少なくとも一部分と、第二の金属ストリ ップの可変値の少なくとも一部分と、加熱装置の可変値の少なくとも一部分とを 計器により測定するステップと、 b)該計器から可変信号を発生させるステップと、 c)該可変信号を制御システムに伝送するステップとを更に備える、方法。 14.請求項9に記載の方法において、連続的に通すステップが、第一及び第二 の金属ストリップを、 a)前加熱部分内の通路に配置された複数のヒータと、 b)少なくとも1つの通路に配置された少なくともlつの誘導ヒータと、 c)後続の加熱部分内の通路に配置された複数のヒータとを連続的に通過させ ることを更に含む、方法。 15.請求項14に記載の方法において、通路が垂直方向又は水平方向に方向決 めされる、方法。 16.請求項14に記載の方法において、前加熱部分及び後続の加熱部分のヒー タが、気体燃焼型のW型放射管である、方法。 17.請求項9に記載の方法において、第一及び第二の金属ストリップを加熱装 置の通路を通じて連続的に通した後、第一及び第二の金属ストリップを連続的な ストリップの焼鈍ラインの浸漬部分を通じて通すステップを更に備える、方法。 18.金属ストリップの各々が、開始部分と、端部分と、前端縁と、末端縁とを 有し、第一の金属ストリップの末端縁が第二の金属ストリップの前端縁に少なく とも近接した、第一及び第二の金属ストリップをそれぞれ所定の第一及び第二の 温度の許容公差範囲内に加熱する加熱装置において、 a)少なくとも1つの前加熱部分と、 b)誘導加熱部分と、 c)少なくとも1つの後続の加熱部分とを備え、該加熱部分が、第一及び第二 の金属ストリップが連続的に通過するのを許容し得るように直列に配置されるこ とと、 d)第一の加熱部分、誘導加熱部分及び後続の加熱部分に接続された金属スト リップの温度制御機構とを備え、該金属ストリップの温度制御機構が、 (i)前加熱部分及び後続の加熱部分内にて第一の温度プロファイルを達成 し、 (ii)前加熱部分及び後続の加熱部分内にて第二の温度プロファイルを達 成し、 (iii)前加熱部分及び後続の加熱部分を第一の温度プロファイルと第二 の温度プロファイルの間にて遷移させる間に、第一の金属ストリップの端部分及 び/又は第二の金属ストリップの開始部分を誘導加熱部分内にて補足的に加熱す ることとを行う、加熱 装置。 19.請求項18に記載の加熱装置において、第一の金属ストリップの末端縁が 第二の金属ストリップの前端縁に取り付けられる、加熱装置。 20.請求項19に記載の加熱装置において、金属ストリップの温度制御機構が 、 a)第一の金属ストリップの可変値、第二の金属ストリップの可変値、加熱装 置の可変値を制御システムに入力する入力手段と、 b)熱モデルとを備え、 所定の第一及び第二の温度、熱モデル、第一の金属ストリップの可変値、第二 の金属ストリップの可変値、加熱装置の可変値に基づいて、制御装置が加熱部分 の作動の指令を行う、加熱装置。 21.請求項20に記載の加熱装置において、 a)第一の金属ストリップの可変値が、該第一の金属ストリップの長さ、幅、 厚さ、加熱装置を通るストリップの速度、ストリップの初期温度及びストリップ の最終温度から成り、 b)第二の金属ストリップの可変値が、該第二の金属ストリップの長さ、幅、 厚さ、加熱装置を通るストリップの速度、ストリップの初期温度及びストリップ の最終温度から成り、 c)加熱装置の可変値が、前加熱部分及び後続の加熱部分の実際の温度プロフ ァィルから成る、加熱装置。 22.請求項21に記載の加熱装置において、 a)前の加熱部分及び後続の加熱部分が通路内にて配置された複数のヒータを 備え、 b)誘導加熱部分が少なくとも1つの通路内に配置された少なくとも1つの誘 導ヒータを備え、 c)加熱部分通路が、第一及び第二の金属ストリップが連続的に通過するのを 許容し得るように直列に配置される、加熱装置。 23.請求項22に記載の加熱装置において、通路が垂直方向又は水平方向に方 向決めされる、加熱装置。 24.請求項23に記載の加熱装置において、前加熱部分及び後続の加熱部分の ヒータが、気体燃焼型のW型放射管である、加熱装置。 25.請求項24に記載の加熱装置において、 a)入力手段が、第一の金属ストリップの可変値の少なくとも一部分と、第二 の金属ストリップの可変値の少なくとも一部分と、加熱装置の可変値の少なくと も一部分とを測定し、該測定に基づいて可変信号を発生させ、可変信号を制御装 置に送る計測器を備え、 b)制御装置が可変値の信号を受け取る手段を備える、加熱装置。 26.請求項20に記載の加熱装置において、制御装置がプログラム化可能であ る、加熱装置。 27.請求項19に記載の加熱装置において、 a)連続的なストリップの焼鈍ライン内にて予加熱部分の下流で且つ浸漬部分 の上流に、 b)連続的なストリップの亜鉛めっきライン内に、または、 c)連続的なめっき加熱炉内に配置される、加熱装置。 28.請求項19に記載の加熱装置において、金属ストリップの温度制御機構が 加熱装置の操作者により少なくとも部分的に制御可能である、加熱装置。
JP10513697A 1996-09-11 1997-09-02 連続的な加熱装置における遷移を向上させる誘導ヒータ及びその方法 Pending JP2000503462A (ja)

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