(57)【要約】【課題】誘導加熱コイルをシートバーの幅方向に移動させることなく、両エッジ部を対称な昇温量に加熱できるようにする。【解決手段】搬送ラインに沿って対称に配置された、それぞれ上下１対のコイルを有する被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに、共通の電源から電力を投入し、搬送中のシートバーの両エッジ部を加熱するシートバーのエッジ加熱装置において、被動側及び駆動側の誘導加熱コイルに投入される電流をそれぞれ検出する電流検出器２０Ａ、２０Ｂと、検出された両者の電流値を比較する比較回路２２と、両者に偏差が生じている場合に、被動側及び駆動側の誘導加熱コイルの少なくとも一方について、該偏差が０になる上コイルと下コイルの間隔を算出する演算回路２６と、該当する誘導加熱コイルの上コイルと下コイルの間隔を算出された間隔に変更する動作指令部２８Ａ、２８Ｂとを備えた。【選択図】　　　図４
2004006106.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートバーの搬送ラインに沿って対称に配置された、それぞれ上下１対のコイルを有する被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに共通の電源から電力を投入し、
前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの電流値をそれぞれ検出し、検出された両者の電流値の偏差が０になるように、前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの少なくとも一方ついて、上コイルと下コイルの間隔を制御することを特徴とするシートバーのエッジ加熱方法。
【請求項２】
シートバーの搬送ラインに沿って対称に配置された、それぞれ上下１対のコイルを有する被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに電力を投入する前記被動側誘導加熱コイル及び前記駆動側誘導加熱に共通の電源と、前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの電流値をそれぞれ検出する手段と、検出された両者の電流値を比較する比較手段と、比較した結果、両者に偏差が生じている場合には、被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの少なくとも一方について、該偏差が０になる上コイルと下コイルの間隔を算出する演算手段と、該当する誘導加熱コイルの上コイルと下コイルの間隔を算出された間隔に変更する動作指令を出力する動作指令手段と、出力された動作指令に基づいて該当する誘導加熱コイルを動作させる駆動制御手段と、を備えたことを特徴とするシートバーのエッジ加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の熱間圧延等において搬送されるシートバーの幅方向両エッジ部を誘導加熱コイルにより加熱する際に適用して好適な、シートバーのエッジ加熱方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼を初めとする金属材の熱間圧延の分野において、仕上圧延に供給する厚さ２０ｍｍ〜５０ｍｍの、数百〜千数百℃の被圧延材（以下、シートバーと称する）の幅方向両エッジ部の温度降下を補償するために、仕上圧延に先立って、シートバーを搬送しながら、熱間圧延ライン中心に対して左右（駆動側と被動側）対称に配置された２つの誘導加熱コイルにより、その板厚方向に貫通する磁束により渦電流を誘起して、そのジュール発熱により加熱する誘導加熱装置（エッジヒータ）が一般に用いられている。
【０００３】
しかし、搬送中のシートバーは必ずしも熱間圧延ラインの中央部を通るわけではなく、左右方向に蛇行しながら搬送されてくる場合があるため、前記のように熱間圧延ライン中心に対して左右対称に配置された誘導加熱コイルの電気的特性は両エッジ部で異なってしまう（偏差が生じてしまう）。両エッジ部を共通の電源に接続された２つの対向する誘導加熱コイルにより加熱するタイプのエッジヒータでは、この偏差により両エッジ部に対する各誘導加熱コイルに投入される電力が等しくならないため、シートバーの両エッジ部での昇温量は非対称となり好ましくない。
【０００４】
又、両エッジ部に対してそれぞれ配置された誘導加熱コイルの電気的特性が、製造時の微妙なインダクタンスの違い等によって異なっている場合には、熱間圧延ライン中央部をシートバーが通過する場合でもその両エッジ部の昇温量は非対称となる。
【０００５】
そこで、特開平３−６２４９５号公報に、各エッジ部に対して配置された誘導加熱コイルに対する投入電力の変化に基づいて、これら誘導加熱コイルをシートバーの幅方向に移動させて各エッジ部を均一に加熱する方法が開示されている。
【０００６】
又、特開平５−２９９１６２号公報では、エッジヒータの入側・出側における幅方向温度計の測定値と加熱モデルに基づき、シートバーの両エッジ部に対してそれぞれ配置した各誘導加熱コイルにおいて、上下一対のコイル間のギャップ（間隔）を調整することにより、該シートバーの両エッジ部の昇温量を個別に制御する方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平３−６２４９５号公報に開示されている方法では、シートバーの両エッジ部に対してそれぞれ配置される誘導加熱コイル毎に異なる電源（インバータ）が必要となるために経済的でなく、しかも、誘導加熱装置が積載されている台車は重量が大きいのでシートバーの幅方向に瞬時に移動できないため、急にシートバーの蛇行が起こった場合には台車の移動制御が直ぐに追随できないことから、制御応答性にも問題があった。
【０００８】
又、特開平５−２９９１６２号公報に開示されている、温度計を用いた誘導加熱コイルが有する上下一対のコイル間のギャップ調整による方法では、温度計のメンテナンスや校正不良等により、その測定値が真値から外れていたり、経年的に外れてきたりするため、制御精度に問題が出る場合がある。又、誘導加熱コイルを圧延ラインを間にして左右２つずつ、計４つ配置する場合には、１つの誘導加熱コイルの電気的特性が他の３つと異なった場合、温度計による測定値からはどの誘導加熱コイルの電気的特性が異なるのか判別できないため、誘導加熱コイルをどのように制御すべきかに対する明確な答えが出ないという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、シートバーの両エッジ部に対してそれぞれ配置される誘導加熱コイル毎に異なるインバータを必要とすることなく、誘導加熱装置自体を幅方向に移動させる必要もない上に、温度計のメンテナンスや校正不良等の影響を受けることもなく、両エッジ部を対称な昇温量に加熱することができるシートバーのエッジ加熱方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、シートバーの搬送ラインに沿って対称に配置された、それぞれ上下１対のコイルを有する被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに共通の電源から電力を投入し、前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの電流値をそれぞれ検出し、検出された両者の電流値の偏差が０になるように、前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの少なくとも一方ついて、上コイルと下コイルの間隔を制御することにより、前記課題を解決したものである。
【００１１】
本発明は、又、シートバーの搬送ラインに沿って対称に配置された、それぞれ上下１対のコイルを有する被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに電力を投入する前記被動側誘導加熱コイル及び前記駆動側誘導加熱に共通の電源と、前記被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの電流値をそれぞれ検出する手段と、検出された両者の電流値を比較する比較手段と、比較した結果、両者に偏差が生じている場合には、被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの少なくとも一方について、該偏差が０になる上コイルと下コイルの間隔を算出する演算手段と、該当する誘導加熱コイルの上コイルと下コイルの間隔を算出された間隔に変更する動作指令を出力する動作指令手段と、出力された動作指令に基づいて該当する誘導加熱コイルを動作させる駆動制御手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る一実施形態のエッジヒータ（エッジ加熱装置）の概要を示す斜視図である。
【００１４】
本実施形態のエッジヒータは、図中矢印方向に搬送されるシートバーＳの搬送ラインに沿ってＯＰ側（被動側、オペレータ側）とＤＲ側（駆動側、ドライブ側）にそれぞれ配置されたＯＰ側台車１０ＡとＤＲ側台車１０Ｂを有し、各台車１０Ａ、１０Ｂにはそれぞれ近接する側のシートバーＳの幅方向エッジ部を加熱するための入側と出側の２つの被動側誘導加熱コイル１２Ａ、１４Ａ及び駆動側誘導加熱コイル１２Ｂ、１４Ｂが搭載されている。但し、実際には、各誘導加熱コイルは、この斜視図に示されるケース内に収容されている。
【００１５】
各台車１０Ａ、１０Ｂは、シートバーＳの幅方向に移動可能であり、搭載されている２つずつの誘導加熱コイルを圧延するシートバーの幅に合わせて移動させることにより、それぞれ位置決めされる。その際、シートバーの幅は、図示しない計算機及び制御装置内で、シートバーの１本１本に対して認識されるようになっている。
【００１６】
本実施形態では、搬送方向上流の入側に位置する被動側と駆動側の誘導加熱コイル１２Ａ、１２Ｂが同一の電源に接続され、出側に位置する被動側と駆動側の誘導加熱コイル１４Ａ、１４Ｂも同様に同一の電源に接続されている。図２には、同一電源に接続される単位となる入側又は出側の２つの誘導加熱コイルの関係を、搬送方向に直交する方向の断面図として模式的に示すと共に、各記号（符号）の意味を併記してある。
【００１７】
この図２では符号１が前記シートバーＳに当り、該シートバー１を中心に左側には被動側（ＯＰ側）の誘導加熱コイル１２Ａ（１４Ａ）が、右側には駆動側（ＤＲ側）の誘導加熱コイル１２Ｂ（１４Ｂ）が対向配置されている。被動側誘導加熱コイルは、鉄心２に巻回された上コイル３Ａと、下コイル３Ｂを有しており、いずれも連結されている水平方向の磁路４の矢印方向の回動動作により、上ギャップＡ１及び下ギャップＡ２をそれぞれ変更可能になっている。駆動側誘導加熱コイルも同様であり、上コイル３Ｃと下コイル３Ｄの上下動により上ギャップＡ３及び下ギャップＡ４を変更可能になっている。
【００１８】
従って、本実施形態では、入側と出側の計４つの誘導加熱コイルについてそれぞれ上下１対のコイルを考えると、計８個の各コイル毎に上下方向のエッジ調整が可能であることから、各誘導加熱コイルは、それぞれ個別に所望の上下コイル間ギャップに調整することが可能となっている。但し、シートバーの下面が搬送ローラ群で構成される仮想的なパスラインに一致し、これは不変であるのに対し、シートバーの厚さは１本毎に変動し得ることから、上側の誘導加熱コイル３Ａ、３Ｃを上下するように回動させ、上下コイル間ギャップを制御することが好ましい。
【００１９】
図３は、本実施形態のエッジヒータの電源系統図である。本実施形態においては、前記の如く入側と出側毎にそれぞれ左右対称に配置された２つの誘導加熱コイルを分担するように２台の電源が接続された構成になっており、入側の２つの誘導加熱コイル１２Ａ、１２Ｂに対しては、入側の高周波インバータ（電源）１６から、同じく出側の２つの誘導加熱コイル１４Ａ、１４Ｂに対しては、出側の高周波インバータ１８から、それぞれ交流電流（電力）が投入されるようになっていると共に、各誘導加熱コイル毎に黒丸で示す電流検出器２０によりコイル電流が検出可能になっている。
【００２０】
図４は、本実施形態のエッジヒータが備えている制御装置の概要を示す制御ブロック図である。本実施形態では、この制御装置が入側と出側にそれぞれ別個に適用されるが、実質的に同一の構成からなるので以下の説明ではその区別を省略する。
【００２１】
この制御装置は、被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルに投入される電流（電力）をそれぞれ検出する電流検出器２０Ａ及び２０Ｂと、検出された電流値を比較する比較回路２２と、被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルのそれぞれについて上下コイル間ギャップを測定するギャップ測定回路２４Ａ、２４Ｂと、前記比較回路２２で比較した結果、両者に偏差が生じている場合に、該偏差及び２つのギャップ測定回路２４Ａ、２４Ｂによる測定結果を基に該偏差をゼロにすることができる被動側誘導加熱コイル及び駆動側誘導加熱コイルの上コイルと下コイルの間隔を算出する演算回路２６と、算出された間隔に被動側及び駆動側の誘導加熱コイルの少なくとも一方の上コイルと下コイルの間隔を変更する動作指令を、図示しない駆動制御部へ出力する動作指令部２８Ａ、２８Ｂとを備えている。
【００２２】
本実施形態では、上記制御装置を使って、被動側と駆動側の各誘導加熱コイルに投入される電流値に差が生じた場合に、その差を無くするように上下コイル間のギャップを調整する制御を行なう。以下、この原理について詳述する。
【００２３】
まず、前記図２に示したようなＣ型エッジヒータに関する磁気回路の基本式を示すと、
2004006106.tif 000003
（ここで、インダクタンスＬ、ターン数Ｎ、磁速Φ、電流Ｉ、磁気抵抗Ｒ、エアギャップ部磁気抵抗Ｒ０、鉄芯部磁気抵抗Ｒｓ、磁路断面積Ｓ、エアギャップ部磁路長ｌ０、鉄芯部磁路長ｌｓ、真空透磁率μ０、比透磁率μｓ）
となる。
【００２４】
なお、上の式で磁路断面積Ｓは、前記図２に示した鉄芯２の断面積に当たり、同じくエアギャップ部磁路長ｌ０は上ギャップＡ１（又はＡ３）と下ギャップＡ２（又はＡ４）の和に当たる。
【００２５】
上記（１）〜（３）式より、
Ｌ＝μ０Ｎ２Ｓ／（ｌ０＋ｌｓ／μｓ）　　　　　　　　　　　　　　…（４）
が導かれる。又、Ｃ型エッジヒータによる各エッジ部に対する昇温量を等しくするには、各エッジ部に印加される磁束
Φ＝ＮＩμ０Ｓ／（ｌ０＋ｌｓ／μｓ）　　　　　　　　　　　　　…（５）
を等しくすればよい。
【００２６】
今、次のようにＯＰ側、ＤＲ側の各誘導加熱コイルの電気的特性が同一であり、且つ定格運転を想定し、これを正常時とする。
【００２７】
ＯＰ側：コイル電流Ｉｏｐ［Ａ］＝Ｉ（定格）［Ａ］
インダクタンスＬｏｐ［μＨ］
ＤＲ側：コイル電流ＩＤＲ［Ａ］＝Ｉ（定格）［Ａ］
インダクタンスＬＤＲ［μＨ］
二次側高周波電圧ＶＣＯＩＬ［Ｖ］＝Ｖ（定格）［Ｖ］
【００２８】
シートバーの蛇行や、インダクタ曲損等により、ＤＲ側の磁路断面積がＳ→Ｓ−ΔＳ［ｍ２］に減少した場合（実際には、エアギャップ部の断面積のみが変動するため、鉄芯部と別個に考える必要があるが、ここでは「全体としての断面積が変動した」として近似する）を考えると、インダクタンスは
2004006106.tif 000004
となり、正常側（ＬＯＰ）より小さくなる。この状態で定格電圧Ｖを印加すると、
2004006106.tif 000005
となってしまい、コイル電流の定格値を超えてしまう。実際には、コイル電流制御（過電流防止）が働き、ＩＤＲ＝Ｉの状態になるよう、高周波電圧に制限をかけて運転が行なわれる。なお、この状態で電圧は、
ＶＣＯＩＬ＝（１−ΔＳ／Ｓ）１／２＊Ｖ［Ｖ］　　　　　　　　　　　…（８）
なる値をとる（注：ΔＳ測定不能）。この時のＯＰ側コイル電流は、
ＩＯＰ＝（１−ΔＳ／Ｓ）１／２＊Ｉ＜Ｉ　　　　　　　　　　　　　…（９）
であり、ＯＰ側は定格運転できない。各エッジ側の磁束は、正常時はいずれも前記（５）式、即ち
Φ＝ＮＩμ０Ｓ／（ｌ０＋ｌｓ／μｓ）　　　　　　　　　　　　　…（５）
であるのに対して、ＤＲ側、ＯＰ側では、それぞれ
ΦＤＲ＝｛ＮＩμ０／（ｌ０＋ｌｓ／μｓ）｝（Ｓ−ΔＳ）　　　　　…（１０）
ΦＯＰ＝｛ＮＩμ０／（ｌ０＋ｌｓ／μｓ）｝｛Ｓ（Ｓ−ΔＳ）｝１／２　…（１１）となり、共に減少するが、これら両式の比をとって得られる
ΦＤＲ／ΦＯＰ＝（１−ΔＳ／Ｓ）１／２＜１　　　　　　　　　　　…（１２）
の関係からＤＲ側の方がより減少する。ここで注意すべき点は、ＤＲ側コイル電流のみが定格運転中であり、ＯＰ側コイル電流は定格に達していないということである。
【００２９】
そこで、ＤＲ側のエアギャップ（ｌ０）を縮小し、バランスを取って加熱することを考える。本実施形態の特徴は、このバランスの指標として各エッジ側におけるコイル電流を用いる点にある。まず、Ｃ型エッジヒータの機構的な特徴を元に、影響の少ない因子を消去して単純化する。具体的な数値は省略するが、ｌ０／（ｌｓ／μｓ）が十分に大きな値となることから、エアギャップの変更が、磁束の変化の支配的な要因であることが判る。そこで、以下では鉄芯部磁路長ｌｓ＝０と近似する。
【００３０】
磁束に与えるΔＳの影響を、エアギャップの変更により消去するためには、
ｌ０＝ｌ０（１−ΔＳ／Ｓ）　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１３）
とすればよい。
【００３１】
2004006106.tif 000006
となり、ΔＳの影響を消去して、定格電圧印加可能となる。なお、正常なＯＰ側については、定格電流を流すことができるために、規定の磁束を確保できる。
【００３２】
実際には、ΔＳを測定することができないため、各ギャップの電流値を監視しながら、電流値の大きなエッジ側の上下コイル間のギャップを縮小することにより、電流値を等しくする制御を実施することになる。電流値が等しくなったギャップで運転することにより、各エッジに均等な磁束を与えることができ、均等な昇温量を得ることができる。
【００３３】
以上、本発明の加熱制御の原理を、両エッジ部にそれぞれ適用される誘導加熱コイルに流れる電流値を定格電流に制御する場合において説明したが、この電流値と上下コイル間のギャップの関係は一般的に成り立つ。実際の測定結果から得られた上下コイル間のギャップと誘導加熱コイルに流れる電流値の関係のイメージを図５に示すように、ギャップが小さいほどコイル電流が小さくなる。
【００３４】
本実施形態では、搬送中のシートバーＳを被動側及び駆動側の各誘導加熱コイルに投入される電流をそれぞれ前記図４に示した電流検出器２０Ａ、２０Ｂにより検出し、検出された電流値を前記比較回路２２で比較した際に、両者間に偏差が生じている場合には、該偏差がゼロになる誘導加熱コイルの上コイルと下コイルの間隔を前記演算回路２６において算出し、その間隔になるように制御する。このギャップを算出する際、前記演算回路２６では差電流をギャップに変換するギャップ換算式として、上記図５に示した関係を表わす式が用いられる。
【００３５】
即ち、本実施形態では、この図５に示したグラフに基づいて、電流値の大きい方の誘導加熱コイル間のギャップを縮小したり、小さい方のコイル間ギャップを拡大したり、あるいは両者を同時に実行したりすることにより、シートバーの両エッジ部に投入される電力を等しくすることができる。
【００３６】
以上詳述した如く、本実施形態においては、１つのインバータによりシートバーの幅方向両エッジ部に対してそれぞれ配置した誘導加熱コイルに交流を通ずることにより、該誘導加熱コイルの中心軸方向に交番磁界を発生させ、それをシートバーに向け、厚さ方向に貫通させてシートバーを誘導加熱する。
【００３７】
その際、各エッジ側に配置された誘導加熱コイルにおいて上下コイル間のギャップを縮小すると、空気ギャップによる磁気抵抗が大きくなるため、誘導加熱コイルに流れる電流は減少する。そこで、各エッジ側の誘導加熱コイルに流れる電流値を個別に監視し、各エッジ側の誘導加熱コイルの上下コイル間のギャップを個別に調整することにより、各エッジ側の電流値を均一にし、不可避的に左右方向に蛇行しながら搬送されてくるシートバーの各エッジ部の昇温量を、ライン中心から左右対称に配置された誘導加熱コイルが有する上下一対のコイルにより、シートバーに対して左右対称に得ることが可能となる。又、各エッジ部に対して配置された誘導加熱コイルの電気的特性が異なる場合でも、各エッジ部の鋼板昇温量を対称にすることが可能となる。
【００３８】
以上詳述したように、本実施形態によれば、誘導加熱コイルの上下のコイルの間隔を調整するという簡単な操作により、シートバーの両エッジ部を同一温度に加熱することが可能となる。
【００３９】
以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４０】
例えば、前記実施形態においては、誘導加熱コイルの上コイルを上下動させることが好ましいとして説明したが、本発明の具体的な実施形態はこれに限定されず、下側単独あるいは上下両方のコイルを上下動させるようにして、コイル間のギャップを調整するようにしてもよい。
【００４１】
又、搬送ラインに対して対向配置された２つの誘導加熱コイルがシートバー搬送方向に入側と出側に各１列、即ち２列並べた場合について説明したが、これに限らず、シートバー搬送方向に１列だけであっても、あるいは３列以上として電源の数もそれに対応して変更するようにした場合であっても、勿論よい。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明によれば、シートバーの両エッジ部に対してそれぞれ配置された誘導加熱コイル毎に異なる電源（インバータ）を必要とせず、誘導加熱コイル自体を幅方向に移動させる必要もない上に、温度計のメンテナンスや校正不良等の影響を受けることもなく、両エッジ部を対称な昇温量に加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態のエッジヒータの外観を示す概略斜視図
【図２】実施形態のエッジヒータを構成する対向配置された誘導加熱コイルの関係を模式的に示す概略断面図
【図３】実施形態のエッジヒータに適用される電源系統の関係を示す回路図
【図４】実施形態のエッジヒータの制御装置の概要を示す制御ブロック図
【図５】誘導加熱コイルの上下コイル間ギャップと誘導加熱コイルに流れる電流値の関係を示す線図
【符号の説明】
１０Ａ…被動側台車
１０Ｂ…駆動側台車
１２Ａ、１４Ａ…被動側誘導加熱コイル
１２Ｂ、１４Ｂ…駆動側誘導加熱コイル
１６…入側高周波インバータ
１８…出側高周波インバータ
２０…電流検出器
２２…比較回路
２４…ギャップ測定回路
２６…演算回路
２８…動作指令部
【図１】
2004006106.tif 000007
【図２】
2004006106.tif 000008
【図３】
2004006106.tif 000009
【図４】
2004006106.tif 000010
【図５】
2004006106.tif 000011