(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に絶縁性の皮膜を有する金属帯板を複数巻いてコイル状にしたコイルの内側を貫通する鉄心と、該鉄心とコイルの外で連結する一次コイルを巻いた鉄心とからなるトランスを構成し、コイルの外周部の金属帯板と内側の金属帯板を導電部材で短絡して二次回路を構成し、一次コイルに通電することにより金属帯板に二次電流を発生させ、電極電圧を、二次電流と、電極及び導電部材の抵抗の和の、積として生じさせて金属帯板を加熱させる機能を有することを特徴とするコイル加熱装置。
【請求項２】
金属帯板と絶縁材を一緒に複数巻いてコイル状にしたコイルの内側を貫通する鉄心と、該鉄心とコイルの外で連結する一次コイルを巻いた鉄心とからなるトランスを構成し、コイルの外周部の金属帯板と内側の金属帯板を導電部材で短絡して二次回路を構成し、一次コイルに通電することにより金属帯板に二次電流を発生させ、電極電圧を、二次電流と、電極及び導電部材の抵抗の和の、積として生じさせて金属帯板を加熱させる機能を有することを特徴とするコイル加熱装置。
【請求項３】
鉄心の表面を断熱材で覆ったことを特徴とする請求項１ま たは２に記載のコイル加熱装置。
【請求項４】
鉄心に冷却装置を有することを特徴とする請求項１、２ま たは３に記載のコイル加熱装置。
【請求項５】
加熱周波数を制御することによりコイル内の加熱分布を制 御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコイル加熱装置。
【請求項６】
前記金属帯板が鋼板であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコイル加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷延鋼板や電磁鋼板などの鋼板やアルミ板等のコイル状に巻いた金属帯板を効率よく、均一に加熱するコイル加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、コイル状にした金属帯板の加熱は、バッチ炉に入れてガス加熱したり、パネルヒーターにより加熱する方法がほとんどである。バッチ加熱は雰囲気が制御でき、高温で焼鈍できるほか、機械的な歪みを与えずに焼鈍できることから、連続焼鈍装置では加熱できない特殊な材質のものや、品質が厳しいものなどに適用されている。
【０００３】
しかし、コイルのバッチ焼鈍は、基本的には金属の塊を外部から輻射加熱するため、加熱時間が非常に長くなるとともに、温度偏差が大きくつきやすいため長時間にわたって均熱化する必要があるほか、加熱効率が極めて低い等の問題がある。
【０００４】
この問題を解決するため通電加熱を採用することが提唱されている。たとえば、特開平６−１００６７号公報にはコイルの両端から通電することが、また特開平５−１７１２５９号公報には拡縮機構を有する内外電極により直接通電することが記載されている。また、電気を使って加熱する方法としては、特開昭６１−１９０９７号公報にコイル内に鉄心を通し、誘導加熱する方法が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、通電加熱する方法では、特開平６−１００６７号公報の場合、コイルと電極が均一に接触しにくいため局部的に発熱し、コイルに損傷を与えやすいという問題がある。また、特開平５−１７１２５９号公報では、圧延後の板厚差に起因するコイル内に生じる微小な隙間でのスパークが問題となる。また、両者とも塊状なため抵抗が小さく、大電流を流さないと発熱しにくく、加熱速度が遅いという問題がある。
【０００６】
また、特開昭６１−１９０９７号公報では、誘導加熱が効果的に行われるのは周波数に応じた浸透深さまでの部分のみで、それ以外の部分は伝熱により熱が伝わるため加熱速度を制御することが難しいとともに、温度分布が大きくつきやすいという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、制御性、効率がよく、安定して均一に加熱できるコイル加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は下記の（１）〜（６）の通りである。
【０００９】
（１）表面に絶縁性の皮膜を有する金属帯板を複数巻いてコイル状にしたコイルの内側を貫通する鉄心と、該鉄心とコイルの外で連結する一次コイルを巻いた鉄心とからなるトランスを構成し、コイルの外周部の金属帯板と内側の金属帯板を導電部材で短絡して二次回路を構成し、一次コイルに通電することにより金属帯板に二次電流を発生させ、電極電圧を、二次電流と、電極及び導電部材の抵抗の和の、積として生じさせて金属帯板を加熱させる機能を有することを特徴とするコイル加熱装置。
【００１０】
（２）金属帯板と絶縁材を一緒に複数巻いてコイル状にしたコイルの内側を貫通する鉄心と、該鉄心とコイルの外で連結する一次コイルを巻いた鉄心とからなるトランスを構成し、コイルの外周部の金属帯板と内側の金属帯板を導電部材で短絡して二次回路を構成し、一次コイルに通電することにより金属帯板に二次電流を発生させ、電極電圧を、二次電流と、電極及び導電部材の抵抗の和の、積として生じさせて金属帯板を加熱させる機能を有することを特徴とするコイル加熱装置。
【００１１】
（３）鉄心の表面を断熱材で覆ったことを特徴とする上記（１）、（２）のコイル加熱装置。
【００１２】
（４）鉄心に冷却装置を有することを特徴とする上記（１）、（２）、（３）のコイル加熱装置。
【００１３】
（５）上記（１）、（２）、（３）、（４）において、加熱周波数を制御することによりコイル内の加熱分布を制御することを特徴とするコイル加熱装置。
（６）前記金属帯板が鋼板であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載のコイル加熱装置。
【００１４】
【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は、本発明のコイル加熱装置を説明する模式図、図２は図１のＡ−Ａ断面を示す図である。
【００１５】
帯状の金属を巻いたコイル１の内側の空間部分には、電磁鋼板等でつくられた鉄心２が貫通し、鉄心２と鉄心３とによりコイル１の外で磁気回路が形成されるようにリング状の鉄心を形成する。鉄心２は、鉄心３から分離できるように形成する。鉄心３には、一次電源８に接続された一次コイル４を巻くと、リング状に形成された鉄心はトランスの一次回路となる。
【００１６】
一方、コイル１においては、表面に高抵抗の皮膜を有する金属帯板をコイル状に巻くか、あるいはコイル状にするときに金属帯板の間に絶縁材を入れて一緒に巻くことにより、コイル層間の絶縁性を保つことができる。例えば、熱延された鋼板などのように表面に厚いスケール層ができ、それが絶縁性を有する程の抵抗層になる場合や、電磁鋼板などのように表層にマグネシアの絶縁皮膜を作る材料などのように、あらかじめコイル層間の抵抗が高い場合、コイル１に流れる電流は層間を伝わらず、帯板内部を伝わるため、コイル１自体は多数巻きの二次コイルを形成する。
【００１７】
このコイル１の両端、すなわちコイル１の外周部の金属帯板と内側の金属帯板とを導電部材５でつながった電極６と電極７で短絡することにより二次回路を形成する。これにより、一次電源８から一次電圧を加えると、一次コイル４の巻き数に応じた二次電圧が直接コイル１の中に誘起される。誘起された二次電圧により二次電流がコイル１内を流れることにより、コイル１自体がジュール加熱される。この加熱方法では、加熱電源の周波数が低い場合には、コイル１内の電流は板幅方向でほぼ均一に流れるため、均一に加熱することが可能である。逆に一次電源８の周波数を上げて、表皮効果によりコイル１の端面部分を中央部よりも高温にすることもできる。
【００１８】
本加熱方法では、一次コイル４に加えられた電力は、直接二次コイルに誘起されるため、加熱効率が極めて高い。すなわち、コイル１内に発生した二次電流によるジュール損は、電極６、導電部材５、電極７の抵抗と二次電流の２乗分しかなく、これらを低抵抗の銅等の材質で形成すれば、ジュール損失を極めて小さなものにすることができる。また、コイル１内に発生した二次電圧Ｖ2 は、発生した二次電流Ｉ2 とコイル１全体の抵抗Ｒｃの積を引いた分だけが電極電圧Ｅ2として生じる。すなわち、これを式で示せば数１の通りとなる。ここで、Ｒｂは銅を用いればｍΩオーダーにすることは容易であり、この場合には二次電流が１０の３乗オーダーであっても高々Ｖオーダーにしかならず、仮に二次電流が大きな値であった場合でも、極めて安全な設備となる。
【００１９】
【数１】
0003639712.tif 000002
【００２０】
本加熱装置では、電力の調整は一次電源８で行うことができるが、コイル１の巻き数が変化する場合には、一次コイル４の巻き数を変えられる様にタップを設けておき、負荷に応じてタップを切り替えるようにすればよい。なお、一次コイル４も温度上昇することから、一次コイル４には水冷の銅パイプなどを用いれば良い。
【００２１】
また、コイル１を高温に加熱する場合には、コイル１からの輻射熱が問題になる。そのため、鉄心２、３の表面に断熱材を巻くことにより輻射熱の影響を抑えることができる。さらに、効果的に温度上昇を防ぐためには、鉄心２、３自体を強制冷却するのが望ましく、放熱板による放熱や強制空冷を行えば良く、熱の影響が無視できない場合には油などを用いた冷却を行えば良い。
【００２２】
【実施例】
実験には、一辺が１７０ｍｍの正方形断面の電磁鋼積層鉄心を用いた。この鉄心は、コの字型とＩ型とからできており、コの字型の方に一次コイルとして直径１０ｍｍの水冷銅パイプを１０ターン巻いた。一方、二次側となるコイルは内径を５００ｍｍとし、５００ｍｍ幅で、３ｍｍのアルミナファイバーシートと０．３ｍｍの冷延鋼板を重ねて１０００回巻いて製作した。コイルを巻くときには、途中に熱電対を幅方向に入れておいた。このコイルの内側と外側の鋼板端部は、長さ８００ｍｍ、厚み１０ｍｍ、幅５０ｍｍの銅製の電極２枚で挟み、２５０ｍｍ2 の銅ケーブルで短絡し二次回路を形成した。一次電源には、周波数２５０Ｈｚ、電圧４００Ｖ、容量６００ＫＶＡのインバーターを用いた。
【００２３】
この加熱装置を用い、一次側で電圧が４００Ｖ一定になるように設定して電流を流し、３０分で８５０℃まで加熱したときの昇温時の温度分布を測定した。温度測定は、厚み方向にコイル内側から２０ｍｍ点、１５０ｍｍ点、外表面から２０ｍｍ点の三箇所に、板幅方向として、両エッジから２０ｍｍ点と中心の３点の温度分布を測定した。表１にその結果を示す。幅方向で見ると±５℃以内に納まるとともに、厚み方向でみても最大１３℃の温度偏差しか生じず、極めて均熱性が良いことが確認できた。
【００２４】
【表１】
0003639712.tif 000003
【００２５】
【発明の効果】
本発明の加熱装置を用いれば、コイルのバッチ加熱の本質的な問題である加熱温度分布の発生や、加熱効率が極めて低い問題を解決できる。すなわち、電流によりコイルの内部から加熱を行うため時間が自在に制御でき、しかも温度分布、加熱効率が極めて良いため、加熱品質が良く歩留まり落ちを少なくでき、省エネにも大きく寄与する。また、通電に要する電圧、電流は、コイルに直接誘起させるため、所要電圧が高いときでも電極部での電圧は極めて小さく、かつ、コイル形状で加熱長が長くなるため抵抗が大きくなり、所要電流も小さくできることから、設備の安全性の面からも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコイル加熱装置を説明する模式図である。
【図２】図１に示す本発明のコイル加熱装置のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  コイル
２  鉄心
３  鉄心
４  一次コイル
５  導電部材
６  電極
７  電極
８  一次電源
【図１】
0003639712.tif 000004
【図２】
0003639712.tif 000005