JPH0335790B2 - - Google Patents

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JPH0335790B2
JPH0335790B2 JP60238703A JP23870385A JPH0335790B2 JP H0335790 B2 JPH0335790 B2 JP H0335790B2 JP 60238703 A JP60238703 A JP 60238703A JP 23870385 A JP23870385 A JP 23870385A JP H0335790 B2 JPH0335790 B2 JP H0335790B2
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JP
Japan
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magnetic flux
plate
heat
treated
induction heating
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Watayasu Hagisawa
Hiroshi Ikeda
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Nippon Light Metal Co Ltd
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Nippon Light Metal Co Ltd
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C21D9/54—Furnaces for treating strips or wire
    • C21D9/56—Continuous furnaces for strip or wire
    • C21D9/60—Continuous furnaces for strip or wire with induction heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
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  • Coating With Molten Metal (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、横磁束型電磁誘導加熱装置に係り、
とくに金属板材の電磁誘導加熱に好適な横磁束型
電磁誘導加熱装置に関する。
〔従来の技術〕
金属板材等のストリツプ材料に対する熱処理方
法には種々のものがある。この内、加熱効率及び
加熱雰囲気制御性が優れていること等から電磁誘
導加熱が近年試みられている。
この一例を第６図ないし第９図に示す。これら
の図に示した電磁誘導加熱装置に係る具体例とし
ては、例えば特公昭58−40840号公報記載のもの
が知られている。
これを更に詳述すると、第６図ないし第８図に
おいて、符号２は被熱処理板を示す。この被熱処
理板２は所定幅を有する細長い板状のものであつ
て、ローラー機構４，４及び該ローラー機構４，
４に作用する図示しない回転駆動部によつて矢印
Ａの方向に送り出されるようになつている。金属
板材２の第６図における上下には、電磁極部６及
び８が各々所定距離隔て配設され、これによつて
被熱処理板用の通路を形成するよう図示しない支
持機構によつて支持され対向装備されている。
これらの電磁極部６及び８は、例えば各々４基
の電磁極６Ａ，……，６Ａ、及び８Ａ，……，８
Ａによつて構成されている。そして、これらの各
電磁極６Ａ，８Ａは、第６図に示すように、側面
からみるとほぼ「くし形」で且つ金属板材２の進
行方向に長手方向を有する平面長方形状の鉄心と
してのコア部１０及び１２に誘導加熱コイル１４
及び１６が各々図示の如く各別に巻装されて構成
されている。
このため、誘導加熱コイル１４及び１６に交番
電流を流すと、ある瞬時値における磁束Φは第６
図ないし第７図中の点線の如く被熱処理板２に直
交するように発生し、これによつて被熱処理板２
に渦電流Ｊが例えば第８図の如く発生する。この
ため被熱処理板２はジユール熱によつて発熱し加
熱される。
ここで、符号１８，１８は、昇温した被熱処理
板２からの輻射熱を遮断するためのヒートシール
ド材を示す。また、各電磁極６Ａ，８Ａの内部に
は、昇温防止のための冷却管（図示せず）が装備
されている。
このように構成することによつて、具体的に
は、例えば、0.25〜2.0［mm］厚さのアルミニウム
コイル材を５〜200［ｍ／分］の板スピードで60〜
400［Hz］の交番磁界を作用させることによつて連
続加熱処理を行い得るようになつている。
ところで、前述した被熱処理板２に発生する渦
電流Ｊの密度の分布及びこれによつて加熱された
被熱処理板２の温度の分布は、交番磁界の周波
数、被熱処理板２の幅と電磁極の幅との相対差、
対向装備された電磁極間の間隔、目標加熱温度、
又は被熱処理板２の厚さ等種々の要因によつて複
雑に変化することが一般に知られている。
特に、上述の要因の内、例えば被熱処理板２の
長手方向に直交する方向の幅（以下、単に「板
幅」という）と電磁極の長手方向に直交する方向
の幅（以下、単に「電磁極幅」という）との相対
差に起因して、被熱処理板２の両側の端部（以
下、単に「板端」という）に局所的に渦電流Ｊの
高密度部分（第８図の斜線Ｂ部分参照）が発生
し、温度分布が例えば第９図１（板中心に対して
左右対称となるので、片側のみを示した。以下同
じ）に示す如く不均一になることがある。このよ
うな板端での温度の高低温のギヤツプは加熱処理
上種々の不具合を招来せしめるため、例えば板幅
方向の結晶組織の不均一による歩留り低下等に対
する対応策を講じなければならないという必要性
が生じていた。
このような観点から、上述の従来例では、電磁
極６Ａ，……，６Ａ及び８Ａ，……，８Ａの各々
に、磁束密度調整部材（一般に、FluxModifier
といわれる。以下、単に「FM部材」という）２
０，……，２０が配設されている。
この各FM部材２０は、図示しないFM部材移
動枠体中に各電磁極６Ａ，８Ａに対応した所定間
隔をもつて配設され、更に当該FM部材移動枠体
中の駆動装置（図示せず）によつて当該各電磁極
６Ａ，８Ａの対向磁極側の両端に常に接するよう
配設されている。しかも、各FM部材２０は、板
幅に対応して電磁極からの突出距離差ｌ（第７図
参照）を微調整し得るよう構成されている。これ
によつて、板端における磁束分布を板幅に応じて
調整し、これに起因した温度の高低差を極力減じ
ることができるようになつている。
一方、上述した板端における温度分布の不均一
を改善しようとする別の提案としては、特開昭53
−1339号、同53−1614号、或いは同60−92428号
公報記載のものが知られている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、前述した各従来例の内、第６図
ないし第８図に示したFM部材２０，……，２０
の調整による手法にあつては、当該各FM部材２
０の突出距離ｌ（第７図参照）を最適値に調整し
た場合でも、その管理限界を±10℃以下に設定し
て操業することは極めて困難であり、品質管理上
不充分である等の状況があつた。しかも、この場
合において、突出距離ｌを最適値以上に大きくし
てしまい各FM部材２０を板端へ近接し過ぎる
と、その温度分布は第９図２に示す如く板端にお
ける温度が著しく高くなり、場合によつては板端
が溶解状態になるという不都合もあつた。
一方、前述した各公報（特開昭53−1339号、同
53−1614号、同60−92428号）記載のものにあつ
ては、いづれも装備が大掛かりとなり整備投資が
激増するという不都合があつた。
〔発明の目的〕 本発明は、かかる従来例の有する不都合を勘案
し、とくに板端における温度分布の不均一を極力
簡単な手法によつて解消し、全体として精度の良
い電磁誘導加熱を行うことのできる電磁誘導加熱
装置を提供することを、その目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明では、被熱処理板の移動通路を
介して装備され当該移動通路の方向に直交し且該
移動通路に沿つて被熱処理板の内側に配設された
複数組の誘導加熱コイルと、この誘導加熱コイル
に装備された鉄心部分から被熱処理板に平行に且
該被熱処理板の板幅方向に沿つて外部に突設され
た磁束密度調整部材とを備えた横磁束型電磁誘導
加熱装置において、移動通路を通過する被熱処理
板の両端部近傍に、当該被熱処理板を透過する板
端近傍の交番磁束の一部を被熱処理板から分離し
て迂回せしめる磁束迂回手段を装備している。そ
して、この磁束迂回手段を、交番磁束の磁力線の
方向にほぼ平行に積層された積層磁性部材により
形成するという構成を採用している。これによつ
て前述した目的を達成しようとするものである。
〔作 用〕
被熱処理板は、移動通路を通過しつつこれと直
角に上下にわたつて配設された複数組の電磁極に
より交番磁界の作用を受ける。これによつて電磁
誘導加熱に付され熱処理される。
この際、主磁束は被熱処理板内をそのまま直交
して通過する。被熱処理板の板端における板端磁
束の一部は、当該被熱処理板に近接して配設され
た磁束迂回手段によつて、当該被熱処理板の板端
を透過せずに迂回し当該磁束迂回手段を磁路とし
て伝搬する。これによつて、従来、被熱処理板の
板端において発生していた高密度の磁束分布に起
因した異常な高温域が排除され、被熱処理板全体
として均一化された温度分布が得られる。
また、板端磁束エネルギが消費されずに迂回さ
れて機能するようになつていることから、電源エ
ネルギを節約し省エネルギ化も図り得る。
〔第１実施例〕 以下、本発明の第１実施例を第１図ないし第３
図に基づいて説明する。ここで、前述の第６図な
いし第８図に示した従来例と同一の構成部材につ
いては同一の符号を用いる。
まず、第１図ないし第２図において、符号２は
前述の従来例と同一に構成された電磁極部６およ
び８の間の通路を通過する被熱処理板を示し、ま
た符号２０，……，２０は前述と同様のFM部材
を示す。
被熱処理板２の両側の所定位置には、板端に近
接する形で磁束迂回手段としての磁束迂回部材３
０，……，３０が、図示しない支持機構によつて
配設されている。このため、被熱処理板２を介し
て装備された板端部分の各一対の電磁極部分から
生じる板端磁束が磁束迂回部材３０，……を介し
て消費することなく一方から他方へ通過するよう
になつている。
この磁束迂回部材３０，……，３０は、磁性部
材により製作されている。本実施例では強磁性体
であるケイ素鋼板を略Ｃの字状の溝形に打ち抜
き、積層して各々所定長さLS（第１図参照）に形
成されたものが使用されている。この磁束迂回部
材３０の積層は、第１図に示す如く磁束の迂回方
向に沿つて板面が平行となるように、また板面相
互間が絶縁された状態で設定されている。ここ
で、長さLsは、各電磁極６Ａ，８Ａの長手方向に
直交する方向（以下、側面方向という）の幅と同
一に形成されている。また厚さL0（第２図参照）
は加熱条件に合わせて適宜の値（例えば５〜40
［mm］）のものが選択される。
そして、各磁束迂回部材３０は、側面方向から
みた場合には各電磁極６Ａ，８Ａの中間に、且つ
平面からみた場合には各FM部材２０から所定距
離l1だけ離れた位置（第２図参照）に設けられ、
しかも通過する被熱処理板２を両側から一部挟む
ようにして配設されている。更に、上記離間距離
l1は板幅に応じて調節可能な構成になつている。
具体的には、各磁束迂回部材３０の支持機構を駆
動せしめる駆動手段（例えばネジ切り桿の回転を
利用した手段；図示せず）によつて行われるよう
になつている。
ここで、各磁束迂回部材３０を支持する支持機
構（図示せず）は、適当な手段によつて構成され
るが、例えば、適宜の絶縁材を介して並設される
各個の磁束迂回部材３０を一本の固定桿に固定
し、当該固定桿を更に装置全体の基柱部に対して
固定的又は可動的に装着させるという構造のもの
としてもよい。又、各磁束迂回部材３０をウオー
ムギア機構に連接し、各個独立して被熱処理板２
の板幅方向に沿つて往復可動可能に配設すること
としてもよい。
その他の構成は、前述の従来例と同一になつて
いる。
次に、本第１実施例の全体的な作用について説
明する。
まず、各電磁極６Ａ，８Ａの誘導加熱コイル１
４，１６に交番電流を流し、各々にＮ極又はＳ極
の各磁極を瞬時的に形成せしめ、電磁極相互間の
通路を通過する被熱処理板２に直交する磁束Φ
（第２図参照）を発生せしめる。この磁束Φは隣
接する電磁極同士ではお互いに逆向きに発生する
よう予め設定されている。このため、通過する被
熱処理板２には、渦電流が誘導されジユール熱に
よつて被熱処理板２が発熱し加熱効果が得られ
る。
この場合において、被熱処理板２の上方に配設
されている例えばある電磁極６Ａから磁束Φの板
端近傍にある一部（板端磁束）は、両側に近接し
て配設された磁束迂回部材３０，３０に誘引され
る。この磁束Φの一部（板端磁束）Φ´、Φ´が、当
該磁束迂回部材３０，３０を経て下方の対向する
電磁極８Ａへ迂回（バイパス）することになる
（第２図参照）。そして、この迂回作用は各電磁極
間毎に予め設定された割合をもつてお互いに逆向
きに行われる。
この結果、被熱処理板２に対しては、板端の所
定部分において磁束Φの一部がシールドされ交番
磁束を所定量まで減少せしめることができる。こ
のため、各FM部材２０を最適位置に設定した場
合でも、対応不可能な板端での局所的な磁束密度
の高分布域（第８図中の斜線Ｂ部分参照）を排除
し、板幅方向の磁束密度全体を中央部の磁束密度
とほぼ同程度に設定することができる。従つて、
前述の従来例のような板端における局所的な高温
部の発生を排除し、精度のよい加熱処理を行うこ
とができることとなる。
また、上述の場合、各磁束迂回部材３０は、磁
束Φの一部（板端磁束）を迂回せしめる本来的な
作用のほかに、各FM部材２０を経由する磁束を
更に板端側へ誘導するように作用することから、
各FM部材２０の作用をも補助的に受け持つこと
になる。このため、両者の位置を板幅に合わせて
適宜設定することによつて、渦電流分布の均一化
が一層促進される。
ここで、本実施例の実験結果を、以下に詳述す
る。第９図２に示されるような温度分布の加熱状
態が得られる位置に各FM部材２０を調整した
後、各磁束迂回部材３０を被処理材の入口側から
２番目の電磁極に対して左右に一対配設し、被熱
処理板２としては、板幅1520［mm］、厚さ1.5［mm］
のアルミニウム合金板（JISA5052合金）を15
［ｍ／分］のラインスピードで当該装置に通過せ
しめ、これに176［Hz］の交番磁束を作用せしめ、
目標加熱温度を400［℃］とした。また、各磁束迂
回部材３０の各寸法をL0＝12［mm］、LL＝70［mm］、
LW＝120［mm］（第２図参照）とし、長さLSは各電
磁極幅と同一にし、素材としては0.5［mm］厚さの
方向性ケイ素鋼板を積層して形成した。この場合
の積層状態は、第１図に示す如く磁束の迂回方向
に沿つて板面が平行となるように、また板面相互
間が絶縁された状態にて組込まれている。更に、
板端は各磁束迂回部材３０の中央部へ約70［mm］
入り込むように配設した。
このようにして加熱した時の実験結果（温度分
布）を、第３図に示す。即ち、このデータからわ
かるように、本実施例によると、各従来例（第９
図１，２参照）に比較して板端での高温域の解消
はもとより、板幅全体に亘つて優れた均一性を有
する温度分布が得られることが判明した。
また、本実施例における磁束の迂回作用は比較
的簡単な構成によつて達成されているので、装置
全体の小形化が可能となり、実用的なものとなつ
ている。
更に、本実施例では、板端磁束を迂回させて、
板端に余分な高温域を創成しない分だけ、電源エ
ネルギを節約し省エネルギ化を図り得るという利
点がある。
なお、上記第１実施例では、磁束迂回部材３
０，……，３０として断面略Ｃの字状のものにつ
いて開示したが、これは例えば断面半円形状のも
のであつてもよい。また、各磁束迂回部材３０の
長さLSは上記実施例のものに限定することなく適
当な寸法、例えば２基以上の電磁極に跨がるよう
形成してもよい。また、配設位置については、電
磁極回路の結線方式又は目標加熱温度等に応じ
て、例えば被熱処理板２の中心に対して千鳥状に
対向的に配設する等の手法を採つてもよい。更
に、予め数種類の異なつたサイズの磁束迂回部材
を準備し、それらを支持機構に着脱自在に装備可
能な構成とし、被熱処理板２のサイズ又は目標加
熱温度等により使い分ける手法を採ることもでき
る。
〔第２実施例〕 次に、本発明の第２実施例を第４図に基づいて
説明する。ここで、前述した第１実施例と同一の
構成部材に対しては同一の符号を用いることとす
る。
第４図において、符号４０，……，４０は、磁
束迂回手段としての平板状の磁束迂回部材を示
す。この磁束迂回部材４０，……，４０は、隣接
する電磁極相互間に板端磁束を迂回するものであ
つて、前述の第１実施例の場合と同様に、磁性部
材であるケイ素鋼板を相互に絶縁するとともに磁
束の迂回方向に対して平行となるように積層して
全体的には厚板状に形成され、これを図示の如く
隣接する電磁極相互間に位置し且つ２の上下に亘
り図示しない支持機構（但し、位置調整可能）に
よつて配設されている。
そして、各磁束迂回部材４０の長さLSは隣接す
る電磁極相互間に跨がる長さに形成され、また、
板厚L0及び板相互の間隔lKは所定値になつてい
る。更に、各FM部材２０と各磁束迂回部材４０
との間隔lMは板端磁束を誘導し得る値（lM＜lK）
に選択されている。
その他の構成は、前述した第１実施例と同一に
なつている。
次に、この本第２実施例の動作について説明す
る。
各電磁極部６及び８を駆動せしめて被熱処理板
２に直交する磁束Φを発生せしめ、前述の第１実
施例と同様に動作させる。この場合において、各
FM部材２０に発生する磁束の内、板端磁束が各
磁束迂回部材４０を介して隣接する電磁極に迂回
する。この迂回作用は、板端の両側及びその上下
における各磁束迂回部材４０において同時に行わ
れる。従つて、板端磁束がシールドされたと同様
に作用することになり、温度分布の均一化を図る
ことができる。
即ち、本実施例においても、その作用効果は前
述の第１実施例と同様のものが得られるほか、各
磁束迂回部材４０の構成が容易である等の利点が
得られる。
なお、本第２実施例における各磁束迂回部材４
０の被熱処理板２の長手方向に対する配置例は、
必ずしも上述したものに限定する必要はなく、加
熱温度や周囲の条件等必要に応じて変えてもよ
く、その変形例を下記に述べる。
まず、第５図１に示す如く、４基の電磁極の組
の内、中央部の２基についてのみ磁束迂回部材４
０，……，４０を上下に配設してもよい。更に、
同図２に示す如く、互いに千鳥状であつて上下に
配設してもよい。更に、同図３に示すように４基
の電磁極の組全部に跨るよう両側且つ上下に配設
するとしてもよい。
また、上述の第２実施例（第４図）及び変形例
（第５図１，２，３）にあつては、各磁束迂回部
材４０の内、上側か下側かのいずれか一方を外す
という構成としてもよい。一方、上述したものを
適宜組合わせて使用してもよい。
前述した各実施例においては、磁束迂回部材と
して第１図に示した如く略Ｃの字状又は第４図に
示した如く平板状のものについて例示したが、本
発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、
例えば負荷電力が小さい場合等にあつては、両者
を組合わせた鍵形状に形成してもよい。
また、これらの磁束迂回部材の上下方向の高さ
又は配設間隔は、FM部材の上下間隔よりも適度
に大きくしてもよい。また、第４図に示した磁束
迂回部材４０は、左右のFM部材２０，２０に対
向するように平板状で且つ垂直方向からみてコの
字状に内側より外側に向けて積層するとしてもよ
い。また、磁束迂回部材自体が昇温するような事
態が発生する場合には、空気等の冷却ガスを当該
磁束迂回部材に吹き付ける冷却機構を装備して機
能の充実を図ることもできる。更に、前述の各実
施例では加熱能力の同じ電磁極の組を４基装備す
る場合について例示したが、これは加熱目標温度
等によつて適当な数（例えば１基ないし10基）の
ものであつても同様に適用し得るとともに、配設
位置（例えば入口、出口と中央部）によつて加熱
能力に差を保有させる構造のものにも適用可能で
ある。更に、被熱処理板の搬送方向が垂直方向又
は水平方向であつても適用可能なものである。
〔発明の効果〕
本発明は以上のように構成され機能するので、
これによると、磁束迂回手段を装備することによ
つて、従来より、板端に生じていた著しく高い電
流密度の分布が排除され、これがため簡単な構成
ながら被熱処理板全体に亘つて加熱温度の均一化
を図ることができ、従つて精度のよい加熱処理を
施すことができ、同時に磁束のエネルギの消費が
少なくなるので装置全体の省エネルギ化を図るこ
とができるという従来にない優れた横磁束型電磁
誘導加熱装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の第１実施例を示す概略斜視
図、第２図は第１図中の−線に沿つた概略断
面図、第３図は第１実施例の板幅対温度分布の関
係を示す線図、第４図は本発明の第２実施例を示
す概略斜視図、第５図１，２，３は各々第２実施
例の変形例を示す説明図、第６図は従来例を示す
概略側面図、第７図は第６図中の−線に沿つ
た概略断面図、第８図は渦電流密度分布を説明す
るための説明図、第９図１，２は各々従来例にお
ける板幅対温度分布の関係を示す線図である。 ２……被熱処理板、６Ａ，８Ａ……電磁極、１
４，１６……誘導加熱コイル、２０……磁束密度
調整部材、３０，４０……磁束迂回手段としての
磁束迂回部材。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 被熱処理板の移動通路を介して装備され当該
    移動通路の方向に直交し且該移動通路に沿つて前
    記被熱処理板の内側に配設された複数組の誘導加
    熱コイルと、この誘導加熱コイルに装備された鉄
    心部分から前記被熱処理板に平行に且該被熱処理
    板の板幅方向に沿つて外部に突設された磁束密度
    調整部材とを備えた横磁束型電磁誘導加熱装置に
    おいて、 前記移動通路を通過する被熱処理板の両端部近
    傍に、当該被熱処理板を透過する板端近傍の交番
    磁束の一部を前記被熱処理板から分離して迂回せ
    しめる磁束迂回手段を装備し、 この磁束迂回手段を、前記交番磁束の磁力線の
    方向にほぼ平行に積層された積層磁性部材により
    形成したことを特徴とする横磁束型電磁誘導加熱
    装置。 ２ 前記磁束迂回手段は、被熱処理板の移動通路
    を介して装備された磁束密度調整部材相互間に磁
    束を迂回せしめるように配設されていることを特
    徴とする特許請求の範囲第１項記載の横磁束型電
    磁誘導加熱装置。 ３ 前記磁束迂回手段は、隣接する磁束密度調整
    部材相互間に磁束を迂回せしめるように配設され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
    載の横磁束型電磁誘導加熱装置。
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