(57)【要約】【課題】ストリップ材の温度を幅方向に均一化できるストリップ材処理装置を提供する。【解決手段】ストリップ材処理装置１は、ヒータ１４を有する循環ダクト１５の下流側をストリップ材８の幅方向に区分してなり、ストリップ材８の幅方向に並んでストリップ材８に熱風を吹き付ける複数の熱風吹き付け手段１８と、熱風吹き付け手段１８の下流側で、ストリップ材８の幅方向の温度分布を計測する測温手段２０と、測温手段２０の検出結果に応じて、ストリップ材８の幅方向の温度差を低減するように、熱風吹き付け手段１８毎に、ダンパ１６の開度を調節することで吹き付ける熱風の風量を調節する熱風調節手段２１とを有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ストリップ材の幅方向に並んで、それぞれ、前記ストリップ材に熱風を吹き付けることで前記ストリップ材を加熱する複数の熱風吹き付け手段と、
前記熱風吹き付け手段の下流側で、前記ストリップ材の幅方向の温度分布を計測する測温手段と、
前記測温手段の検出結果に応じて、前記ストリップ材の幅方向の温度差を低減するように、前記熱風吹き付け手段毎に、吹き付ける熱風の風量および温度の少なくともいずれかを調節する熱風調節手段とを有することを特徴とするストリップ材処理装置。
【請求項２】
前記熱風吹き付け手段は、前記ストリップ材の搬送方向に並んだ複数のノズルを有することを特徴とする請求項１に記載のストリップ材処理装置。
【請求項３】
前記熱風吹き付け手段は、ヒータを有するダクトの前記ヒータの下流側を前記ストリップ材の幅方向に区分してなる区分ダクトからなり、
前記熱風調節手段は、前記区分ダクトにそれぞれ配設されたダンパを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のストリップ材処理装置。
【請求項４】
前記熱風吹き付け手段は、前記ストリップ材の両面に熱風を吹き付けて、その風圧によって前記ストリップ材を保持することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のストリップ材処理装置。
【請求項５】
前記熱風吹き付け手段の上流側および前記熱風吹き付け手段と前記測温手段との間の少なくともいずれかに、前記ストリップ材を誘導加熱する誘導加熱コイルを有することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のストリップ材処理装置。
【請求項６】
前記熱風吹き付け手段の下流側に、さらに、間接加熱によって前記ストリップ材を加熱する処理室を有することを特徴とする請求項５に記載のストリップ材処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はストリップ材処理装置に関する
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および２には、誘導加熱を利用したストリップ材の処理装置が記載されている。誘導加熱は、ストリップ材自身を発熱させる直接加熱方式であり、投入電力に応じて発熱量がリニアに変化するので温度制御のレスポンスが高い。また、誘導加熱は、単位面積当たりの加熱量を大きくできるため、処理装置を小さくできるというメリットがある。
【０００３】
しかしながら、誘導加熱は、加熱コイルの形状や配置に応じて、発熱量にムラができるため、ストリップ材の温度が幅方向に不均一になるという欠点がある。ストリップ材の誘導加熱において、幅方向の温度差を低減するために、加熱コイルの形状や配置を工夫する試みがなされているが、ストリップ材の高度な熱処理には不十分である。
【０００４】
このため、加熱の均一性に対する要求が高い場合、ストリップ材の熱処理に誘導加熱を用いるとしても、誘導加熱は、ストリップ材に与える熱量の一部を担うことができるに過ぎず、均一な加熱が可能な放射方式や強制対流方式等の間接加熱に依存する度合いが高く、装置の小型化には不満が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５８７３号公報
【特許文献２】特開平１０−１８０１８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記問題点に鑑みて、誘導加熱によるストリップ材の幅方向の温度のばらつきを補償する装置を追加できれば、誘導加熱の寄与率を高めて、処理装置の小型化が可能となる。
【０００７】
そこで、本発明は、ストリップ材の温度を幅方向に均一化できるストリップ材処理装置を提供することと課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明によるストリップ材処理装置は、ストリップ材の幅方向に並んで、それぞれ、前記ストリップ材に熱風を吹き付けることで前記ストリップ材を加熱する複数の熱風吹き付け手段と、前記熱風吹き付け手段の下流側で、前記ストリップ材の幅方向の温度分布を計測する測温手段と、前記測温手段の検出結果に応じて、前記ストリップ材の幅方向の温度差を低減するように、前記熱風吹き付け手段毎に、吹き付ける熱風の風量および温度の少なくともいずれかを調節する熱風調節手段とを有するものとする。
【０００９】
この構成によれば、ストリップ材の幅方向に吹き付ける熱風の条件を変えて、ストリップ材の加熱量をそれぞれ制御できるので、ストリップ材の幅方向の温度のばらつきを矯正して温度を均一にできる。
【００１０】
また、本発明のストリップ材処理装置において、前記熱風吹き付け手段は、前記ストリップ材の搬送方向に並んだ複数のノズルを有してもよい。
【００１１】
この構成によれば、熱風の吹きつけを多段にすることで、加熱量を大きくでき、温度ムラの大きいストリップ材も均温化できる。
【００１２】
また、本発明のストリップ材処理装置において、前記熱風吹き付け手段は、ヒータを有するダクトの前記ヒータの下流側を前記ストリップ材の幅方向に区分してなる区分ダクトからなり、前記熱風調節手段は、前記区分ダクトにそれぞれ配設されたダンパを備えてもよい。
【００１３】
この構成によれば、熱風吹き付け手段が１つのヒータを共有することができる。また、熱風調節手段は、それぞれダンパの開度を調節するので、ヒータの電流を個別に制御する必要がない。
【００１４】
また、本発明のストリップ材処理装置において、前記熱風吹き付け手段は、前記ストリップ材の両面に熱風を吹き付けて、その風圧によって前記ストリップ材を保持してもよい。
【００１５】
この構成によれば、ストリップ材を案内する機能を有するので、ガイドローラなどの案内機構が不要である。
【００１６】
また、本発明のストリップ材処理装置において、前記熱風吹き付け手段の上流側および前記熱風吹き付け手段と前記測温手段との間の少なくともいずれかに、前記ストリップ材を誘導加熱する誘導加熱コイルを有してもよい。
【００１７】
この構成によれば、ストリップ材の搬送長さ当たりの出力が大きい誘導加熱を用いて装置を小型化しながら、誘導加熱による加熱ムラを矯正してストリップ材の均質な熱処理を達成できる。また、前記熱風吹き付け手段と前記測温手段との間に誘導加熱コイルを設けることで、ストリップ材をムラなく、１０００℃を超えるような高温に加熱することもできる。
【００１８】
また、本発明のストリップ材処理装置において、前記熱風吹き付け手段の下流側に、さらに、間接加熱によって前記ストリップ材を加熱する処理室を有してもよい。
【００１９】
この構成によれば、温度ムラをなくしたストリップ材を、さらに間接加熱によって均一に加熱することで、処理温度に保持される時間のばらつきをなくすことができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、ストリップ材の幅方向に吹き付ける熱風の条件を変えて、ストリップ材の加熱量をそれぞれ制御することで、ストリップ材の幅方向の温度のばらつきを矯正して温度を均一にできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態のストリップ材処理装置の概略構成図。
【図２】図１のストリップ材処理装置の誘導加熱コイルおよび調温プレッシャパッドの斜視図。
【図３】図２の調温プレッシャパッドの制御の構成図。
【図４】図２の調温プレッシャパッドによる温度補償を例示する温度分布図。
【図５】本発明の第２実施形態のストリップ材処理装置の概略構成図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１実施形態であるストリップ材処理装置１の概要を示す。ストリップ材処理装置１は、出力３．０ＭＷの誘導加熱コイル２を備える誘導加熱室３と、本発明に係る調温プレッシャパッド４を備える温度差補償室５と、出力０．５ＭＷの抵抗発熱体６を備える間接加熱室７とを有する。ストリップ材８は、ガイドローラ９によって案内され、誘導加熱室３に供給され、温度差補償室５を通過し、間接加熱室７において最終目標温度まで加熱され、プレッシャパッド１０によって案内されて、次工程に搬出される。
【００２３】
ストリップ材処理装置１には、例えば、幅１２５０ｍｍ、厚さ０．３ｍｍのステンレス鋼からなる常温のストリップ材８が、１００ｍ／ｍｉｎの速度で供給される。ストリップ材８は、誘導加熱室３において約６３０℃に加熱され、温度差補償室５において約６４０℃に加熱され、間接加熱室７において、最終目標温度である７００℃まで加熱される。
【００２４】
図２に、調温プレッシャパッド４および誘導加熱コイル２の詳細を示す。誘導加熱コイル２は、ストリップ材８の表裏に対称に配置した導体１１と、導体１１が発生する磁界を案内してストリップ材８に交磁させる複数の加熱コア１２とを有する。
【００２５】
調温プレッシャパッド４は、ストリップ材８の表裏に、それぞれ、最大風量７００Ｍ３／ｍｉｎのブロワ１３および出力１０万ｋｃａｌ／ｈ（１１６ｋＷ）のヒータ１４を備え温度差補償室５内の空気を加熱しながら循環させる循環ダクト１５を有する。循環ダクト１５は、ヒータ１４の下流が、仕切り板によってストリップ材８の幅方向に５つに区分され、それぞれにダンパ１６が設けられた５つの区分ダクト１７を構成する。
【００２６】
各区分ダクト１７は、ストリップ材８に沿って延伸し、ストリップ材８に熱風を吹き付ける３つのノズル１８を備える。各区分ダクト１７のノズル１８は、ストリップ材８の幅方向に並んで配置されている（熱風吹き付け手段）。調温プレッシャパッド４は、誘導加熱室３と間接加熱室７との間で、ストリップ材８に熱風を吹き付けることにより、その風圧によってストリップ材８を保持し、ストリップ材８のブレを防止する役割も果たす。
【００２７】
また、調温プレッシャパッド４は、中央の区分ダクト１７内を通過する熱風の温度を計測する温度センサ１９とを有する。また、調温プレッシャパッド４の下流側には、ノズル１８から熱風を吹き付けられたストリップ材８の幅方向の温度分布を赤外線によって走査検出するスキャニングパイロメータ２０（測温手段）が配設されている。
【００２８】
図３に、調温プレッシャパッド４の制御に係る構成を示す。調温プレッシャパッド４は、スキャニングパイロメータ２０が検出したストリップ材８の温度分布から各区分ダクト１７のノズル１８の中央に正対する位置の温度を抽出し、それぞれ抽出した温度が共通の目標温度になるように、各ダンパ１６の開度を調節して各区分ダクト１７の風量をそれぞれＰＩＤ制御する５つの風量コントローラ２１（熱風調節手段）を有する。図では、ストリップ材８の表側のみ示されているが、風量コントローラ２１は、ストリップ材８の裏側の対応位置のダンパ１６も表側と同一開度に調節する。
【００２９】
また、調温プレッシャパッド４は、温度センサ１９が検出した熱風の温度が、所定の温度（例えば６９０℃）になるように、ヒータ１４の出力をＰＩＤ制御する温度コントローラ２２を有する。ヒータ１４が共通であるので、各区分ダクト１７を通過する熱風の温度は同じである。
【００３０】
図４に、誘導加熱室３の出口におけるストリップ材８の幅方向の温度分布と、温度差補償室５の出口におけるストリップ材８の幅方向の温度分布とを示す。図示するように、誘導加熱室３において加熱されたストリップ材８は、幅方向の温度分布が、２５箇所の測定点について最低６２０℃から最高６３８℃まで、最大１８℃、標準偏差５．７℃のばらつきがある。このようなばらつきは、直接加熱方式である誘導加熱の特性上、不可避である。
【００３１】
温度差補償室５の調温プレッシャパッド４は、各区分ダクト１７の中央に正対する代表位置のストリップ材８の温度を目標温度である６３８℃にするように、風量コントローラ２１によって各ダンパ１６の開度を調節する。これにより、温度差補償室５の出口におけるストリップ材８の温度分布は、最低６３６℃から最高６４３℃まで、最大７℃、標準偏差１．８℃と、ばらつきが小さくなっている。
【００３２】
このように、温度差補償室５で温度ムラを除去したストリップ材８を、間接加熱室７において、抵抗発熱体６の放射熱によってさらに均一に加熱し、最終目標温度である７００℃まで昇温する。これにより、ストリップ材処理装置１では、最終目標温度に到達するまでの時間のムラも小さく、ストリップ材８を均一に熱処理することができる。
【００３３】
本実施形態では、誘導加熱コイル２による加熱ムラを、調温プレッシャパッド４によって補償できるため、ストリップ材８を最終目標温度まで加熱するのに必要な熱量の多くを加熱ムラのある誘導加熱コイル２に負担させ、均一な加熱ができる抵抗発熱体６の負担割合を小さくすることができる。誘導加熱コイル２による誘導加熱は、抵抗発熱体６による放射加熱や強制対流方式等の他の間接加熱方式に比べて、ストリップ材８の単位面積当たりの加熱量を大きくできるので、ストリップ材処理装置１の全長を短くできる。
【００３４】
本実施形態では、調温プレッシャパッド４のノズル１８を３列設けてあるため、上記ストリップ材８の最大２０℃程度の温度ムラを補償することができるが、補償すべき温度差に応じて、ノズル１８の列数を変えてもよい。また、補償すべき温度差が大きければ、ヒータ１４の容量も大きくする必要があることにも注意が必要である。
【００３５】
さらに、本実施形態では、ダンパ１６によってノズル１８からストリップ材８に吹き付けられる熱風の風量を調節しているが、各区分ダクト１７にそれぞれヒータを設けて、各区分ダクト１７の熱風の温度を調節するようにしてもよい。
【００３６】
また、本発明では、ストリップ材８の片面に吹き付ける熱風の風量または温度のみを調節してもよい。
【００３７】
続いて、図５に、本発明の第２実施形態のストリップ材処理装置１の構成を示す。尚、本実施形態において、第１実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付して、重複する説明を省略する。
【００３８】
本実施形態のストリップ材処理装置１は、温度差補償室５と間接加熱室７との間に、さらに、誘導加熱コイル２３によってストリップ材８を誘導加熱する第２誘導加熱室２４を有する。また、本実施形態のスキャニングパイロメータ２０は、誘導加熱コイル２３の下流側でストリップ材８の温度分布を走査検出するように配設されている。
【００３９】
本発明に係る調温プレッシャパッド４は、熱風を循環させてストリップ材８を加熱するものであるため、７００℃を超えるような高温で使用すると熱伝達効率が低下する。よって、本実施形態では、調温プレッシャパッド４の下流側に第２誘導加熱室２４を設け、予め、誘導加熱コイル２３による加熱量が少ない部分の温度を高くしておくことで、ストリップ材８を１０００℃以上の高温に、均一に加熱することを可能にしている。
【００４０】
本実施形態では、ストリップ材８は、誘導加熱室３において平均約６３０℃まで加熱され、温度差補償室５において平均約６４０℃まで加熱され、第２誘導加熱室２４において全体が略１０４０℃にまで加熱され、間接加熱室７において平均１１００℃まで均一に加熱される。
【００４１】
本発明では、熱風吹き付け手段（調温プレッシャパッド４のノズル１８）を、測温手段（スキャニングパイロメータ２０）の上流側の任意の位置に配設できる。つまり、上述の実施形態において、誘導加熱コイル２のさらに上流側に調温プレッシャパッド４を配置してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…ストリップ材処理装置
２…誘導加熱コイル
３…誘導加熱室
４…調温プレッシャパッド
５…温度差補償室
６…抵抗発熱体
７…間接加熱室
８…ストリップ材
１３…ブロワ
１４…ヒータ
１５…循環ダクト
１６…ダンパ
１７…区分ダクト
１８…ノズル（熱風吹き付け手段）
１９…温度センサ
２０…スキャニングパイロメータ（測温手段）
２１…風量コントローラ（熱風調節手段）
２３…誘導加熱コイル
２４…第２誘導加熱室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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