(57)【要約】【課題】被加熱材を小容量の誘導加熱コイルにより温度むら少なく加熱することができる誘導加熱による被加熱材の加熱方法および装置を提供する。【解決手段】被加熱材Ｗを加熱する誘導加熱コイル２を、被加熱材搬送用のローラ３を介して所定のコイルピッチＰで被加熱材の長手方向に複数個配置して、少なくともコイルピッチＰ分被加熱材Ｗより長い炉長の炉体を形成した誘導加熱装置において、前記炉体内に装入した被加熱材Ｗを、停止状態から起動・加速し、定速Ｖ０でコイルピッチＰ以上の距離を移動後減速・停止させる駆動パターンで、前記炉体内を前後方向に往復させる駆動を繰り返すとともに、被加熱材Ｗの定速Ｖ０でのコイルピッチＰ分移動中のみ誘導加熱コイル２に電力を供給する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱材を加熱する誘導加熱コイルを、被加熱材搬送用のローラを介して所定のコイルピッチで被加熱材の長手方向に複数個配置して、少なくとも前記コイルピッチ分被加熱材より長い炉長の炉体を形成した誘導加熱装置において、前記炉体内に装入した被加熱材を、停止状態から起動・加速し、定速で前記コイルピッチ以上の距離を移動後減速・停止させる駆動パターンで、前記炉体内を前後方向に往復させる駆動を繰り返すとともに、被加熱材の前記定速での前記コイルピッチ分移動中のみ前記誘導加熱コイルに電力を供給することを特徴とする誘導加熱による被加熱材の加熱方法。
【請求項２】
被加熱材を加熱する誘導加熱コイルを、被加熱材搬送用のローラを介して所定のコイルピッチで被加熱材の長手方向に複数個配置して、少なくとも前記コイルピッチ分被加熱材より長い炉長の炉体を形成した誘導加熱装置において、前記ローラを正逆転制御して、該ローラ上に支承した被加熱材を、停止状態から起動・加速し、定速で前記コイルピッチ以上の距離を移動後減速・停止させる駆動パターンで、前後方向に往復駆動するローラ制御手段と、被加熱材の前記定速での前記コイルピッチ分移動中のみ前記誘導加熱コイルに給電する給電制御手段とを設けたことを特徴とする誘導加熱装置。
【請求項３】
前記炉体の少なくとも両端部に配置した前記誘導加熱コイルの加熱コイル内径側に、該内径側部分の部材の昇温を促す手段を講じた請求項２記載の誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼材などの被加熱材を誘導加熱により加熱する方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば鋼材やチタン合金などの金属材から成るビレット状の被加熱材を、圧延に先立って無酸化雰囲気で加熱する方法としては、従来ラジアントチューブによる間接加熱が一般的であったが、加熱量の制御が容易である点などから、最近は誘導加熱が採用されるようになっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−２０８２２号公報（第３頁，図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが上記の誘導加熱は、炉長方向に誘導加熱コイルを複数個並設した炉内で、被加熱材を一方向に搬送しつつ加熱する一回通しの加熱をおこなうものであるため、大容量の誘導加熱コイルおよび電源を必要とし、設備費がかさむものであった。そこでこの誘導加熱コイルの小容量化をはかるため、被加熱材を炉内で前後方向に往復駆動を繰り返すオシレーションをおこなうことが考えられるが、各誘導加熱コイル間には水冷式の搬送用のローラがあるため、被加熱材の長手方向の各位置における受熱量が一定でなく、被加熱材の温度むらを生じて後続の圧延加工に支障がある。また特に炉長方向両端部に配置された誘導加熱コイルは、被加熱材端部の往復運動との関係で誘導加熱により昇温した被加熱材の該誘導加熱コイルへの滞在時間が他の誘導加熱コイルよりも相対的に短く、その結果、被加熱材からの輻射加熱量が他の誘導加熱コイルよりも少ないため、該誘導加熱コイル内径側部分の部材（詳しくは該コイルの内面の断熱材と耐火材から成る筒状体部）の昇温量が小さく、被加熱材の両端部が低温となり温度むらを生じる。
【０００５】
この発明は上記の点にかんがみてなされたもので、被加熱材を小容量の誘導加熱コイルにより温度むら少なく加熱することができる誘導加熱による被加熱材の加熱方法および装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の誘導加熱による被加熱材の加熱方法は、被加熱材を加熱する誘導加熱コイルを、被加熱材搬送用のローラを介して所定のコイルピッチで被加熱材の長手方向に複数個配置して、少なくとも前記コイルピッチ分被加熱材より長い炉長の炉体を形成した誘導加熱装置において、前記炉体内に装入した被加熱材を、停止状態から起動・加速し、定速で前記コイルピッチ以上の距離を移動後減速・停止させる駆動パターンで、前記炉体内を前後方向に往復させる駆動を繰り返すとともに、被加熱材の前記定速での前記コイルピッチ分移動中のみ前記誘導加熱コイルに電力を供給することを特徴とする。
【０００７】
また請求項２記載の誘導加熱装置は、被加熱材を加熱する誘導加熱コイルを、被加熱材搬送用のローラを介して所定のコイルピッチで被加熱材の長手方向に複数個配置して、少なくとも前記コイルピッチ分被加熱材より長い炉長の炉体を形成した誘導加熱装置において、前記ローラを正逆転制御して、該ローラ上に支承した被加熱材を、停止状態から起動・加速し、定速で前記コイルピッチ以上の距離を移動後減速・停止させる駆動パターンで、前後方向に往復駆動するローラ制御手段と、被加熱材の前記定速での前記コイルピッチ分移動中のみ前記誘導加熱コイルに給電する給電制御手段とを設けたことを特徴とする。
【０００８】
請求項１および請求項２記載の発明によれば、被加熱材を炉体内に前後方向に往復駆動しつつ誘導加熱するため、一回通しの加熱の場合に比べて誘導加熱コイルは小容量のもので済む。また被加熱材はコイルピッチ以上の距離を定速で移動する駆動パターンで前後方向に往復駆動されるとともに、上記定速でのコイルピッチ分移動中にのみ誘導加熱コイルにより誘導加熱されるので、被加熱材の長手方向各部は、誘導加熱コイル１個分の距離だけ（一度にあるいは被加熱材搬送用のローラ配置空間部をはさんで二度に分けて）誘導加熱コイル内を定速で移動中に誘導加熱され、被加熱材長手方向各部の誘導加熱量は等しく、被加熱材は基本的には温度むらのない状態で加熱される。
【０００９】
また請求項３記載の誘導加熱装置は、請求項２記載の誘導加熱装置において、前記炉体の少なくとも両端部に配置した前記誘導加熱コイルの加熱コイル内径側に、該内径側部分の部材の昇温を促す手段を講じたものである。
【００１０】
請求項３記載の発明によれば、炉体の少なくとも両端部に配置した誘導加熱コイルの内径側部分に、例えば電熱ヒータを設け、その電熱ヒータに通電してやれば、炉体の両端部に配置した誘導加熱コイルの加熱コイル内径側部分にある断熱材や耐火材を加熱することができ、上記両端部の誘導加熱コイル内径側部分の昇温不足は解消され、他の誘導加熱コイルの内径側部分と同様な昇温をはかることができるので、被加熱材の両端部の加熱不足を解消して、被加熱材の温度むらをなくすことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下図１〜図４に示す一例により、この発明の実施の形態を説明する。図１において、１は誘導加熱装置で、ステンレス鋼材から成るビレット状の被加熱材Ｗを加熱するのに用いられる。２は誘導加熱コイル、３はその前後に配置される被加熱材搬送用のローラであり、（炉長方向の）長さＬの誘導加熱コイル２を外殻４内に収容したコイルユニット１１と、ローラ３を外殻５内に収容した長さＣのローラユニット１２の各外殻端部をフランジ結合して、複数個の誘導加熱コイル２をコイルピッチＰで炉長方向に配置した、被加熱材Ｗより長い炉長の炉体１０を形成してある。
【００１２】
１３，１４は炉体端部の端壁で、１５は被加熱材装入用の入口、１５ａはその開閉用の扉、１６は被加熱材送出用の出口、１６ａはその開閉用の扉である。１７は出口側のローラユニット１２に設けた雰囲気ガス供給口、１８は入口側のローラユニット１２に設けた雰囲気ガス排出口である。なおこれらの出口側および入口側のローラユニット１２は、前記Ｃ以外の長さのユニットを用いてもよい。
【００１３】
誘導加熱コイル２は、図２に示すようにセメント材などから成る円筒状の耐火材筒２１の外周部を、グラスファイバなどの断熱材２２で包囲し、その外周部に水冷式の加熱コイル２３を巻回して成り、耐火材筒２１の内側に、被加熱材Ｗの搬送路６が形成されている。２４は、炉体１０の炉長方向両端部に配置した誘導加熱コイル２のみに設けられる電熱ヒータで、コイル状に巻回した抵抗線材を、加熱コイル２３の内径側の断熱材２２層中に埋設して成り、この断熱材２２および耐火材筒２１を加熱するためのものであり、電源２５（図１参照）に接続されている。
【００１４】
また、図１において３１，３２は、被加熱材Ｗの先端部の通過を検出する光電スイッチから成るセンサであり、コイルピッチＰと同ピッチ（図３参照）で且つ被加熱材Ｗにより遮光される位置に配置され、出口１６寄りの２個のローラユニット１２の断熱壁５ａ部に設けてある。３３は制御装置で、上記各センサ３１，３２の出力信号Ｓ１，Ｓ２が入力される給電制御装置３４とローラ制御装置３５を包含し、給電制御装置３４の出力側は各誘導加熱コイル２の加熱コイル２３に、ローラ制御装置３５の出力側は、各ローラ３駆動用のモータ７に、それぞれ接続されており、その制御動作は次の通りである。
【００１５】
すなわち、ローラ制御装置３５は、炉体１０内に装入された被加熱材Ｗを、各ローラ３の正転駆動により図３（ａ）および図１に示す停止位置から前進方向に起動・加速して、図３（ｃ）に示すように所定の定速Ｖ０に達したのち被加熱材Ｗの先端Ｘがセンサ３１の位置を通過し、先端Ｘがセンサ３２の位置を通過後に減速・停止し、図３（ｂ）に示す停止位置で所定時間停止後、各ローラ３の逆転駆動により被加熱材Ｗを後退方向に起動・加速して、定速Ｖ０に達したのち先端Ｘがセンサ３２の位置を通過し、先端Ｘがセンサ３１の位置を通過後に減速・停止して図３（ａ）の停止位置に戻るという、予め設定した駆動パターンが得られるように、各モータ７をインバータ制御する制御回路を有するものである。なお被加熱材Ｗの加速度と減速度は同じでなくてもよい。
【００１６】
また、上記のローラ３の正逆転制御中において、センサ３１，３２からの先端Ｘ通過を検出する検出信号Ｓ１，Ｓ２は、被加熱材Ｗ（従ってモータ７）の定速駆動中（加速後および減速前）に先端Ｘが各センサ位置を通過したことを確認するための信号として利用される。
【００１７】
また、給電制御装置３４は、センサ３１，３２による被加熱材Ｗの先端Ｘの通過検出信号Ｓ１，Ｓ２にもとづいて、先端Ｘが両センサ位置間（従ってコイルピッチＰ分）を定速で走行中にのみ、各誘導加熱コイル２の加熱コイル２３に、図示しない所定の周波数の電源からの電力を供給する給電制御回路を有するものである。
【００１８】
上記構成の各制御装置をそなえた誘導加熱装置１により被加熱材Ｗの誘導加熱をおこなうには、入口１５から炉体１０内に被加熱材Ｗを装入し、図示しない雰囲気ガス供給源からの不活性ガスを雰囲気ガス供給口１７から炉内に供給して、炉内を不活性ガス雰囲気とし、ローラ制御装置３５による前述した図３の駆動パターンによる前後駆動を所定の回数繰返す被加熱材Ｗのオシレーションと、給電制御装置３４による上述した被加熱材ＷのコイルピッチＰ分移動中の誘導加熱コイル２への給電による誘導加熱をおこない、加熱昇温後の被加熱材Ｗは出口１６から炉外へ送出する。
【００１９】
これによって、被加熱材Ｗは上記図３のオシレーションおよび給電パターンを時間軸で書直した図４に示すように、図４（ａ）に示す駆動パターンと図４（ｂ）に示す給電パターンにより誘導加熱され、被加熱材Ｗの長手方向各部は、１回の前進あるいは後退移動中に、誘導加熱コイル２の長さＬ分を（一度にあるいは長手方向の位置によってはローラ３の配置空間部の長さＣ分をはさんで二度に分けて）定速で走行中に誘導加熱されることを、複数回繰返したのち加熱工程を終了するので、被加熱材Ｗの長手方向各部は誘導加熱コイル２により等加熱され、基本的には、被加熱材Ｗは温度むらなく加熱されるのである。
【００２０】
また、炉体両端部の誘導加熱コイル２の電熱ヒータ２４に給電して、断熱材２２および耐火材筒２１を加熱することにより、誘導加熱された被加熱材Ｗとの対向時間（従って被加熱材Ｗにより輻射加熱される時間）がオシレーションとの関係で、他の誘導加熱コイルに比べて短いため昇温しにくい上記耐火材筒２１および断熱材２２を、炉体中間部の他の誘導加熱コイル２と同様に昇温させ、これによって、被加熱材Ｗの両端部の昇温遅れを防止して温度むらの発生を抑制することができる。
【００２１】
なお、この電熱ヒータ２４への電源２５からの給電のタイミングや電力量の選定は、たとえば、実炉での操業実験などで得たデータにもとづいて、一定電力あるいは段階的に変化する電力を所定時間給電するものとしてもよいし、断熱材２２などの実温度を検出して該温度を所定値に維持するように制御してもよい。
【００２２】
この発明は、上記の例に限定されるものではなく、たとえば被加熱材が定速でコイルピッチ分移動中にのみ誘導加熱コイルに給電するための被加熱材位置を検出するセンサとしては、上記センサ３１，３２を炉体１０の入口１５側に配置して被加熱材Ｗの後端部を検出するようにしてもよいし、あるいはローラ３の回転速度検出センサを用いて被加熱材Ｗの位置を間接的に検出するようにしてもよい。また炉体両端部の誘導加熱コイルに設ける電熱ヒータ２４は、耐火材筒２１に巻付ける形で設けてもよいし、被加熱材Ｗのサイズや断熱材２２の材質，厚さ等によって、耐火材筒２１や断熱材２２の昇温を他の誘導加熱コイルに比べて促進させるものであれば、電熱ヒータ２４の代りに用いてもよい。
【００２３】
また、この発明は、上記のビレット状のステンレス鋼材以外の金属材料の誘導加熱や、無酸化炉内雰囲気用の不活性ガスを用いない誘導加熱にも適用できるものである。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、被加熱材を炉体内で前後方向に往復駆動しつつ誘導加熱するため、誘導加熱コイルは小容量のもので済み、また被加熱材長手方向各部を、誘導加熱コイル１個分の距離だけ誘導加熱コイル内を定速で移動中に誘導加熱することにより、被加熱材を温度むらなく加熱することができる。
【００２５】
また、上記の効果に加えて、請求項３記載の発明によれば、電熱ヒータ等により、炉体の少なくとも両端部の、誘導加熱コイルの加熱コイル内径側部分を昇温させることにより、被加熱材の両端部の加熱不足を解消させ、温度むらをなくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態の一例を示す誘導加熱装置の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の装置における被加熱材のオシレーションおよび給電動作を示す線図である。
【図４】図１の装置における被加熱材の誘導加熱方法を示す線図である。
【符号の説明】
１…誘導加熱装置、２…誘導加熱コイル、３…ローラ、６…搬送路、７…モータ、１０…炉体、１５…入口、１６…出口、２１…耐火材筒、２２…断熱材、２３…加熱コイル、２４…電熱ヒータ、２５…電源、３１…センサ、３２…センサ、３３…制御装置、３４…給電制御装置、３５…ローラ制御装置、Ｗ…被加熱材。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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