(57)【要約】【課題】安定的に幅方向の均温性を確保しながら、0.35mm以下の鋼帯でもキュリー点以上の加熱が可能であるうえ、コンパクトな加熱装置を用いて鋼帯の形状悪化も防止できる幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を提供する。【解決手段】シングルターン誘導加熱コイルと、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と逆方向に電流を流すことにより磁場の拡散を防止する磁場拡散防止コイルとを有する加熱装置を用いて鋼帯をキュリー点以上に加熱する方法であって、前記シングルターン誘導加熱コイルにより、鋼帯を650〜750℃のいずれかの特定温度から加熱することを特徴とする幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。【選択図】図３
2006068788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シングルターン誘導加熱コイルと、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と逆方向に電流を流すことにより磁場の拡散を防止する磁場拡散防止コイルとを有する加熱装置を用いて鋼帯をキュリー点以上に加熱する方法であって、
前記シングルターン誘導加熱コイルにより、鋼帯を650〜750℃のいずれかの特定温度から加熱することを特徴とする幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【請求項２】
ソレノイド方式の誘導加熱コイル、接触方式の通電加熱ロール、加熱炉のいずれか１つまたはこれらの２つ以上を組合わせて、650〜750℃以下のいずれかの特定温度までの鋼帯の加熱に用いることを特徴とする請求項1に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【請求項３】
前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルを、500℃以上の鋼帯の加熱に用いることを特徴とする請求項２に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【請求項４】
前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数をシングルターン誘導加熱コイルの周波数の２倍以上とすることを特徴とする請求項３に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【請求項５】
前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルを、500℃以下の鋼帯の加熱に用いることを特徴とする請求項３に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【請求項６】
前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数を請求項3に記載のソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数の1/2倍以下とすることを特徴とする請求項５に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼帯を誘導加熱する際に、幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
誘導加熱とは、交流電源に接続されたコイルを被加熱物の周囲に配置し、交番磁界により誘起される渦電流のジュール熱により物体を加熱する方法である。
誘導加熱には、交番磁界を被加熱物に垂直に交差させるトランスバース方式と、コイルで被加熱物を巻くように配置して、交番磁界を被加熱物に平行に印加するソレノイド方式の２通りがあり、目的によって選択される。
鋼帯の加熱の場合、板幅方向に均一な加熱が必要なことから、ソレノイド方式が適している。また、ソレノイド方式には、１つの電源に対して、複数回コイルを巻くマルチターン方式と、１回だけ巻くシングルターン方式がある。
また、鋼帯を誘導加熱する際に、幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱装置に関しては、従来から種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特開2003-187951号公報には、鋼帯をキュリー点以上に誘導加熱する装置において、40mm程度の実用的な加熱コイルの幅でも鋼帯の幅方向の温度偏差が実用上の目標である±30℃以内にすることができる加熱装置が提案されている。
この加熱装置では、常温〜600℃程度まで均温性に優れたマルチターンのソレノイド方式の誘導加熱で加熱すると共に、上下のコイルを長手方向にシフトさせたシングルターン型の誘導加熱コイルに磁場拡散防止コイルとエッジ過加熱防止コイルを併設することによって、幅方向の均温性を確保している。
しかし、本発明者等の検討の結果、この特開2003-187951号公報の加熱方法では、シングルターン型の誘導加熱コイルで600℃以上の温度域を加熱しているため、鋼帯の厚みが0.35mm未満の場合、幅方向温度偏差が±80℃と大きくなり、渦電流の分流ではエッジ部の発熱量の低下が不十分なことがわかった。
【０００４】
また、特願2003-089966号明細書（先願）では、特開2003-187951号の加熱方法で発生した問題点を解決するために、磁性体からなるエッジ部過加熱防止コアを鋼帯のエッジ部の近傍に設置し、鋼板エッジ部の磁束密度を低減することで鋼板エッジ部の過加熱を防止する改良を加えることにより、板厚0.35ｍｍ未満の鋼帯でも幅方向の温度偏差が±３０℃以内に収まった。
しかし、この特願2003-089966号明細書（先願）の方法では、鋼帯の幅変更や鋼帯がウォーク(片寄り)した場合にエッジ部過加熱防止コアを鋼帯のエッジ部に追従させる機構が必要になり、鋼帯の幅方向温度偏差は、その追従機構の精度に左右されることになるので、安定的に温度偏差を±30℃以内に収めることができなかった。
【特許文献１】特開2003-187951号公報
【特許文献２】特願2003-089966号明細書（先願）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、安定的に幅方向の均温性を確保しながら、0.35mm以下の鋼帯でもキュリー点以上に加熱することができるうえ、コンパクトな加熱装置を用いて鋼帯の形状悪化も防止できる幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明者らは、鋼帯の幅方向の温度偏差が生じる原因を鋭意検討した結果、上記シングルターン型の誘導加熱コイルを用いて鋼帯を加熱する温度範囲を特定することにより、安定的に幅方向の均温性を確保しながら、0.35mm以下の鋼帯でもキュリー点以上に加熱することができ、ソレノイド方式の誘導加熱          コイルを用いて鋼帯を加熱する温度範囲を特定することにより、コンパクトな加熱装置を用いて鋼帯の形状悪化も防止できる幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を提供するものであり、その要旨とするところは、許請求の範囲に記載した通りの下記内容である。
（１）シングルターン誘導加熱コイルと、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と逆方向に電流を流すことにより磁場の拡散を防止する磁場拡散防止コイルとを有する加熱装置を用いて鋼帯をキュリー点以上に加熱する方法であって、
前記シングルターン誘導加熱コイルにより、鋼帯を650〜750℃のいずれかの特定温度から加熱することを特徴とする幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
（２）ソレノイド方式の誘導加熱コイル、接触方式の通電加熱ロール、加熱炉のいずれか１つまたはこれらの２つ以上を組合わせて、650〜750℃以下のいずれかの特定温度までの鋼帯の加熱に用いることを特徴とする（１）に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
（３）前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルを、500℃以上の鋼帯の加熱に用いることを特徴とする（２）に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
（４）前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数をシングルターン誘導加熱コイルの周波数の２倍以上とすることを特徴とする（３）に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
（５）前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルを、500℃以下の鋼帯の加熱に用いることを特徴とする（３）に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
（６）前記ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数を請求項3に記載のソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数の1/2倍以下とすることを特徴とする（５）に記載の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、安定的に幅方向の均温性を確保しながら、0.35mm以下の鋼帯でもキュリー点以上の加熱ができるうえ、エッジ過加熱防止コアが不要でエッジ部を追従させる機構が不要となる。
また、コンパクトな加熱装置でありながら、鋼帯の形状悪化も防止できるなど、産業上有用な著しい効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態を、図１乃至図５を用いて詳細に説明する。
図１および図２は、本発明の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を適用する加熱装置を例示する図である。
図１において、鋼帯１は、渦電流が板幅方向の断面内を流れることから板幅方向の均一加熱性に優れるソレノイド方式誘導加熱コイル６にて加熱される。
ソレノイド方式誘導加熱コイル６の後段には、シングルターン誘導加熱コイル２，３が設置されており、その横に、シングルターン誘導加熱コイル２，３とはそれぞれ逆向きの電流を流すことにより磁場の拡散を防止する磁場拡散防止コイル４,５が設けられている。この磁場拡散防止コイル４,５により、キュリー点（７５０℃）付近の加熱において磁場の拡散を防止することにより、
板幅方向の中央部分における磁束密度の低下を防ぎ、板幅方向の中央部分の加熱温度を高めることができる。
【０００９】
図２は、本発明の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を適用する加熱装置を例示する断面図である。
鋼帯１の上面のシングルターン誘導加熱コイル２および磁場拡散防止コイル４と、鋼帯１の下面のシングルターン誘導加熱コイル３および磁場拡散防止コイル５とをそれぞれ鋼帯１の長手方向に互いにシフトした位置に配置しているので、板幅方向断面の表層部を一周している渦電流の表裏相殺が発生しないことから、キュリー点（７５０℃）以上に加熱することができる。
また、磁場を集中させ（磁束密度を高め）、加熱効率を向上させるために、シングルターン誘導加熱コイル２,３の鋼帯への対向面を除く外周３面を比透磁率が２５００と高く、高抵抗率のフェライトコア９で直接被覆することが好ましい。
【００１０】
本発明は、前記のように、シングルターン誘導加熱コイルと、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と逆方向に電流を流すことにより磁場の拡散を防止する磁場拡散防止コイルとを有する加熱装置を用いて鋼帯をキュリー点以上に加熱する方法であって、
前記シングルターン誘導加熱コイルにより、鋼帯を650〜750℃のいずれかの特定温度から加熱することを特徴とする。
前述の特開2003-187951号公報の実施例では、均温性に優れたソレノイド方式の誘導加熱コイルで常温〜600℃程度まで加熱しているが、鋼帯を更に高温域である650〜750℃のいずれかの温度まで加熱することで、より均温性の優れた加熱が可能となる。
【００１１】
本発明において、シングルターン誘導加熱コイルにより鋼帯を650〜750℃のいずれかの特定温度から加熱する理由を以下に示す。
加熱温度が高くなると図４の下段に示すように鋼帯の渦電流浸透深さδが大きくなり、表裏渦電流の相殺が起こって、加熱できなくなる。
例えば、厚み0.3mmで200ｋHzの浸透深さを算出すると、加熱温度と渦電流浸透深さδは以下のようになる。
加熱温度  500℃：        δ＝0.10mm
600℃：            0.11mm
700℃：            0.15mm（板厚の50%に相当）
750℃(キュリー点)：1.2mm
700℃で板厚の50%に相当する浸透深さとなり、鋼帯のキュリー点である７５０℃を超える高温域では表裏渦電流の相殺が大きく加熱が困難となるため、シングルターン誘導加熱コイルにより鋼帯の加熱を開始する温度の上限を７５０℃とした。
また、加熱温度が低いと幅方向の均温効果が十分でないのでシングルターン誘導加熱コイルにより鋼帯の加熱を開始する温度の下限を６５０℃とした。
【００１２】
また、本発明においては、ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数は問わないが、シングルターン誘導加熱コイルの周波数の２倍以上とすることが好ましく、その理由を以下に示す。
前述のように、ソレノイド方式の誘導加熱は、鋼帯の温度がキュリー点に近づくほど、鋼帯に流れる渦電流が表裏で相殺されるため、加熱効率が著しく低下する。
一般に、ソレノイド方式の誘導加熱の最適周波数は、下の（Ａ）式となり、周波数が高いことが望ましい。
最適周波数f(Hz)=ｋ／(π・μ・σ・ｔ2)     ・・・（Ａ）
ここに、μ：鋼帯の透磁率（H／m）、
σ：鋼帯の導電率（1／Ω・ｍ）、
ｔ：鋼帯の厚み(ｍ)、
ｋ：定数（通常3〜5）
例えば、今回実験した厚み0.3ｍｍの鋼帯の場合、k=3とすると、最適周波数はｆ=200ｋHzとなる。
一方、シングルターン誘導加熱の場合、周波数が高いと図５に示すようにエッジ部に縮流が発生して集中する渦電流の電流密度が高くなるため、エッジ部の過加熱現象が顕著になるためシングルターン誘導加熱の場合は、周波数が低いことが望ましい。
なお、周波数が低いと前述の渦電流浸透深さδが深くなるが、図２に示すようにシングルターン誘導加熱コイルにより発生する鋼帯の表裏の渦電流を鋼帯の進行方向に前後にずらすことによって、表裏渦電流の相殺をなくすことができる。
また、ソレノイド方式の誘導加熱コイルとシングルターン誘導加熱コイルの周波数が近い場合、双方の磁場が妨害し合う干渉現象が発生する恐れがあるので、ソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数は、シングルターン誘導加熱コイルの周波数の２倍以上とすることが好ましく、さらに好ましくは４倍以上とする。
また、同じく磁場の干渉を避けるため、隣り合うソレノイド方式の誘導加熱コイルの周波数についても一方が他方の1/2倍以下にすることが好ましく、さらに好ましくは１/4倍以下とする。
【００１３】
また、本発明においては、650〜750℃以下のいずれかの特定温度までの鋼帯の加熱に用いる加熱方法は問わないが、ソレノイド方式の誘導加熱コイル、接触方式の通電加熱ロール、誘導加熱方式、直接通電加熱方式以外の加熱方式の加熱炉のいずれか１つまたはこれらの２つ以上を組合わせて用いることによって、より汎用性を高めることができる。
ここに、通電加熱ロールとは、鋼帯に接触するロールであって、このロールから鋼帯に直接電流を流して、そのジュール熱により鋼帯を加熱するものである。
【実施例】
【００１４】
本発明の鋼帯の加熱方法を下記の実験条件にて実施した結果を表１に示す。
・鋼板厚み：0.30ｍｍ、
・鋼板幅：300ｍｍ、
・鋼板速度：160ｍｍ／ｓ、
・加熱コイル構成：
１）10ターンのソレノイド方式の誘導加熱コイル（周波数20kHz、加熱長450mm）
２）2ターンのソレノイド方式の誘導加熱コイル（周波数200kHz、加熱長100mm）
３）シングルターン誘導加熱コイル（周波数30kHz、加熱長100mm）
・2ターンのソレノイド方式の誘導加熱コイル及びシングルターン型加熱のコイル幅W：40ｍｍ、コア厚ｈ：20ｍｍ、キ゛ャッフ゜G：40ｍｍ
実験条件としては、ソレノイド方式の誘導加熱コイルによる加熱を500℃、600℃、700℃までと3条件実施した。
１）の10ターンのソレノイド方式の誘導加熱コイルは、幅方向の均一加熱性に優れており、500℃程度まで加熱される。また、このコイルは加熱長が450mmと２）、３）の加熱コイルに比べ長いため、２）、３）の加熱コイルだけでキュリー点以上まで加熱する場合に比べ、加熱による鋼板形状の悪化が防止できる。
２）の2ターンのソレノイド方式の誘導加熱コイルは200ｋHzと高周波のため、700℃程度まで加熱される。１）と２）のソレノイド方式の誘導加熱コイルと同じく、板幅方向の均一加熱性に優れる接触方式の通電加熱ロールまたは、誘導加熱方式、直接通電加熱方式以外の加熱方式の加熱炉を用いてもよい。
このコイルには、磁場を集中させ、加熱効率を向上させるため、鋼帯への対向面を除く外周3面を、比透磁率が2500と高く、高抵抗率のフェライトコアで直接被覆することが好ましい。
３）のシングルターン型誘導加熱コイルでは、ソレノイド方式では加熱困難な領域である700℃以上の領域を加熱する。そして、２）と３）のコイルによる加熱長100+100=200mmで、500℃程度からキュリー点以上まで加熱することができ、誘導加熱方式、直接通電加熱方式以外の加熱方式の加熱炉、例えばガス燃焼式加熱炉に比べ、著しくコンパクトな加熱装置が実現できる。またこのコイルは周波数が30ｋHzとソレノイド型コイルの周波数に比べ1/7程度になるので、双方の磁場の干渉現象が起こらない。
また、シングルターン誘導加熱コイルは、磁場拡散防止コイルの設置を行いキュリー点以上に加熱した。
【００１５】
実験結果は、以下の表１に示すシングルターン型誘導加熱コイルで鋼帯を高温域から加熱するほど均温性に優れた加熱になることが分る。
そして、ソレノイド方式の誘導加熱コイルで700℃まで加熱した場合、中央部をキュリー点以上に加熱しても、板幅方向の温度偏差を実用上の目標である±30℃程度にすることができた。
【表１】
2006068788.tif 000003
【００１６】
図３は、本発明における加熱方法を用いて鋼帯を加熱したときの、板幅方向の温度分布の変化を示す図である。
前述の実施例の鋼帯を用い、10ターンのソレノイド誘導加熱コイルを用いて５００℃まで加熱した後に、２ターンのソレノイド誘導加熱コイルを用いて７００℃まで加熱し、シングルターン誘導加熱コイルを用いて８５０℃まで加熱したところ、幅方向の温度偏差が最も大きいエッジ部とエッジから２０ｍｍの位置における温度偏差が６０℃にすることができた。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を適用する加熱装置を例示する斜視図である。
【図２】本発明の幅方向の均温性に優れた鋼帯の加熱方法を適用する加熱装置を例示する断面図である。
【図３】本発明における加熱方法を用いて鋼帯を加熱したときの、板幅方向の温度分布の変化を示す図である。
【図４】鋼帯の温度と渦電流浸透深さδとの関係を説明する図である。
【図５】鋼帯エッジ部の過加熱現象を説明する図である。
【符号の説明】
【００１８】
１：鋼帯
２：シングルターン誘導加熱コイル（鋼帯の上面）
３：シングルターン誘導加熱コイル（鋼帯の下面）
４：磁場拡散防止コイル（鋼帯の上面）
５：磁場拡散防止コイル（鋼帯の下面）
６：ソレノイド方式誘導加熱コイル
７：エッジ部過加熱防止コイル（鋼帯の上面）
８：エッジ部過加熱防止コイル（鋼帯の下面）
９：フェライトコア
【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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