(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ソレノイド方式の誘導加熱コイルまたは接触方式の通電加熱ロールと、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近傍に並行して配置され、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と共通の電源を用いて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設けた金属帯板の加熱装置であって、該金属帯板の表面のシングルターン誘導加熱コイルおよび磁場拡散防止コイルと、該金属帯板の裏面のシングルターン誘導加熱コイルおよび磁場拡散防止コイルとを該金属帯板の長手方向に互いにコイル幅Ｗだけシフトした位置に配置し、かつ、
前記表裏面のシングルターン誘導加熱コイルの前記金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆し、該フェライトコアにフェライトコアで被覆されていない前記磁場拡散防止コイルを接触させることを特徴とする板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
【請求項２】
さらに、前記シングルターン誘導加熱コイルの近傍に並行して配置され、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と共通の電源を用いて同方向に電流を流すことにより前記金属帯板のエッジ部の過加熱を防止するエッジ部過加熱防止コイルを設けることを特徴とする請求項１に記載の板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
【請求項３】
前記金属帯板の表面のエッジ部過加熱防止コイルと、該金属帯板の裏面のエッジ部過加熱防止コイルとを該金属帯板の長手方向に互いにコイル幅Ｗだけシフトした位置に配置することを特徴とする請求項２に記載の板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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。
金属帯板の加熱の場合、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。
従来のソレノイド方式のシングルターンコイルを用いる誘導加熱装置は、金属帯板が、例えば磁性体の鋼帯である場合、キュリー点（約７５０℃）以上の加熱が困難であり、６５０℃以下の低温領域での加熱にしか適用できないという問題点があった。さらに、金属帯板が、例えばアルミ, ＳＵＳ等の非磁性体である場合、加熱すること自体が困難であった。
【０００３】
磁性体帯板のキュリー点以上の加熱が困難な理由は、キュリー点付近の温度になると渦電流の電流浸透深さが大きくなり、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、渦電流が流れなくなるからである。
また、非磁性体帯板を加熱すること自体が困難になる理由は、常温レベルから渦電流の電流浸透深さが大きく、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、渦電流が流れないからである。
発明者らは、この問題点を解決する方法として先に図１のように金属帯板１の上面のシングルターン誘導加熱コイル２と下面のシングルターン誘導加熱コイル３とを、金属帯板１の長手方向に互いにシフトさせることにより、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をなくす方法を見出して、特願２０００-２８９１４５号の特許出願を行った。
【０００４】
この方法によって、鋼板をキュリー点（７５０℃）以上に加熱することができ、非磁性体も加熱することができるようになったが、誘導加熱のコイルサイズを大きくし、鋼板を挟む上下のコイル間のギャップを６ｍｍから３０ｍｍに拡大して、加熱中における鋼帯の幅方向の温度分布を測定したところ図２に示すように、以下の問題点が明らかになった。
なお、図２の横軸は加熱時間（秒）であり、縦軸は加熱温度（℃）である。
（問題１）６００℃以下の低温加熱領域においても、鋼帯の幅方向の温度偏差が生じた。
（問題２）キュリー点（７５０℃）付近では鋼帯中央部▲４▼の加熱がしにくく、加熱温度がキュリー点に達しなかった。
（問題３）鋼帯エッジ部▲１▼の温度が８００℃を超えており、エッジ部の過加熱が大きくなった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決し、鋼帯をキュリー点（７５０℃）以上に加熱でき、非磁性体も加熱でき、しかも、板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、金属帯板の幅方向の温度偏差が生じる原因を鋭意検討した結果、以下のことが判明した。
コイルサイズが大きくなると、コア厚ｈが大きくなるため、エッジ部で渦電流の縮流長が長くなって発熱量が多くなる。
一方、中央部では、磁場が拡散するために、同一投入電力では、磁束密度が小さくなるために、渦電流密度が低下して発熱量が小さくので、コイルサイズを大きくするに従って、エッジ部と中央部の温度偏差が大きくなる。
その結果、低温度付近からエッジ部の温度が過加熱気味となり、温度が上がるとその部分の抵抗は更に上がるため、高温度付近では、その相乗効果で、極端にエッジ部の過加熱が発生することがわかった。
【０００７】
そこで、発明者らは、低温度付近では、加熱の均温性のよい加熱方式を採用することで、低温度付近からエッジ部の過加熱を防止するとともに、シングルターンコイルの電流の向きと反対方向の電流が流れる磁場拡散防止コイルを設置して、中央部の磁束密度を大きくし中央部の発熱量を増加させ、さらに、エッジ部過加熱防止装置を設置することで、金属帯板の表裏を迂回して流れるエッジ部の渦電流の分流を行うことにより、エッジ部の発熱量を低下させる方法を見出した。本発明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。
【０００８】
（１）ソレノイド方式の誘導加熱コイルまたは接触方式の通電加熱ロールと、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近傍に並行して配置され、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と共通の電源を用いて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設けた金属帯板の加熱装置であって、該金属帯板の表面のシングルターン誘導加熱コイルおよび磁場拡散防止コイルと、該金属帯板の裏面のシングルターン誘導加熱コイルおよび磁場拡散防止コイルとを該金属帯板の長手方向に互いにコイル幅Ｗだけシフトした位置に配置し、かつ、
前記表裏面のシングルターン誘導加熱コイルの前記金属帯板の表面および裏面との対向面を除く外周をフェライトコアで被覆し、該フェライトコアにフェライトコアで被覆されていない前記磁場拡散防止コイルを接触させることを特徴とする板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
【０００９】
（２）さらに、前記シングルターン誘導加熱コイルの近傍に並行して配置され、該シングルターン誘導加熱コイルの電流と共通の電源を用いて同方向に電流を流すことにより前記金属帯板のエッジ部の過加熱を防止するエッジ部過加熱防止コイルを設けることを特徴とする（１）に記載の板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
（３）前記金属帯板の表面のエッジ部過加熱防止コイルと、該金属帯板の裏面のエッジ部過加熱防止コイルとを該金属帯板の長手方向に互いにコイル幅Ｗだけシフトした位置に配置することを特徴とする（２）に記載の板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図３乃至図１０を用いて詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態として、磁場拡散防止コイル４，５を設けた例を図３乃至図５に示す。
図３は、本発明における金属帯板の加熱装置の実施形態を例示する図である。金属鋼帯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、６００℃程度まで加熱される。これと同じく、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を用いてもよい。ここに、通電加熱ロールとは、金属帯板に接触するロールであって、このロールから金属帯板に直接電流を流して、そのジュール熱により金属帯板を加熱するものである。
【００１１】
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。
図４は、本発明における金属帯板の加熱装置における第１の実施形態の鋼帯の長手方向の断面図である。
【００１２】
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、アルミやＳＵＳ等の非磁性体を加熱することもできる。
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。
【００１３】
図５は、本発明における金属帯板の加熱装置における第１の実施形態を用いて、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。
板幅70ｍｍ, 厚さ0.35ｍｍの鋼板を用い、板速70ｍｍ/秒, 周波数20KHz, 電源出力50KW, コイル幅W:40ｍｍ, コア厚ｈ:20ｍｍ, ギャップG:30ｍｍにて加熱を行った。
先願の板幅方向温度分布を示す図２と比較して、６００℃以下の低温部における板幅方向の温度偏差がなくなり、キュリー点（７５０℃）付近における板幅方向の中央部における加熱温度が著しく高くなっている。
なお、図５における、エッジ部の加熱温度が高くなっており、エッジ部の過加熱現象が一部残っているが、これは、鋼帯のエッジ部の上下面に銅板を設置して磁場を遮蔽することにより、防止することができる。
【００１４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態として、磁場拡散防止コイル４，５およびエッジ部過加熱防止コイル７，８を設けた例を図６乃至図１０に示す。
図６は、本発明における金属帯板の加熱装置の第２の実施形態を例示する図である。
金属鋼帯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、６００℃程度まで加熱される。これと同じく、板幅方向の均一加熱性に優れる接触式通電加熱ロールを用いてもよい。
【００１５】
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の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。
ソレノイド方式誘導加熱コイル６とシングルターン誘導加熱コイル２，３の間には、シングルターン誘導加熱コイル２，３の電流とそれぞれ同方向に電流を流すことにより金属帯板のエッジ部の渦電流を分流して該エッジ部の過加熱を防止するエッジ部過加熱防止コイル７,８が設けられている。このエッジ部過加熱防止コイル７,８により、エッジ部の渦電流を分流することにより、エッジ部の渦電流の縮流現象を緩和して、エッジ部の過加熱を著しく抑制することができる。
【００１６】
図７は、本発明における金属帯板の加熱装置の第２の実施形態を例示する図であり、シングルターン誘導加熱コイル２，３と、エッジ部過加熱防止コイル７，８の電源を共通にした例である。これにより、電源装置の設置台数を低減することにより設備費を下げることができる。
図８は、本発明における金属帯板の加熱装置の第２の実施形態を例示する図であり、シングルターン誘導加熱コイル２,３, エッジ部過加熱防止コイル７，８, ソレノイド方式の誘導加熱コイル６の電源を全て共通化した例である。これにより、さらに、電源装置の設置台数を低減することにより設備費を下げることができる。
【００１７】
図９は、本発明における金属帯板の加熱装置における第２の実施形態の鋼帯の長手方向の断面図である。
鋼帯１の上面のシングルターン誘導加熱コイル２,磁場拡散防止コイル４,およびエッジ部過加熱防止コイル７と、鋼帯１の下面のシングルターン誘導加熱コイル３,磁場拡散防止コイル５およびエッジ部過加熱防止コイル７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、アルミやＳＵＳ等の非磁性体を加熱することもできる。
【００１８】
ソレノイド方式誘導加熱コイル６とシングルターン誘導加熱コイル２，３の間には、シングルターン誘導加熱コイル２，３の電流とそれぞれ同方向に電流を流すエッジ部過加熱防止コイル７,８が設けられている。
例えば、シングルターン誘導加熱コイル２，３に全体の７０％の電流を流し、残り３０％の電流を金属帯板の長手方向にずれた位置に設置されているエッジ部過加熱防止コイル７,８に分流することにより、帯板のエッジ部に発生する渦電流の縮流によるエッジ過熱は電流の二乗で効いてくるのでエッジ過熱を約５０％（0.7*0.7＝0.49）に低減することができる。
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。
【００１９】
さらに、エッジ部を通過する渦電流の分流量を調整するために、エッジ部過加熱防止コイル８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。
図１０は、本発明における金属帯板の加熱装置を用いて、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。
板幅70ｍｍ,厚さ0.35ｍｍの鋼板を用い、板速70ｍｍ/秒,周波数20KHz,電源出力50KW,コイル幅W：40ｍｍ,コア厚ｈ：20ｍｍ,ギャップG：30ｍｍにて加熱を行った。
【００２０】
その結果、中央部はキュリー点以上に加熱でき、板幅方向の温度偏差も実用上の目標である＋−３０℃程度となっており、板幅方向に均一な温度分布が実現できた。
第１の実施形態における板幅方向温度分布を示す図５と比較して、エッジ部における過加熱現象がなくなっていることがわかる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、鋼帯をキュリー点以上に加熱でき、非磁性体でも加熱でき、しかも、板幅方向の均温性に優れた金属帯板の加熱装置を提供することができ、産業上有用な著しい効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先願の金属帯板の加熱装置を示す断面図である。
【図２】  先願の金属帯板の加熱装置を用いて加熱した場合の板幅方向の温度分布を示す図である。
【図３】  本発明の金属帯板の加熱装置における第１の実施形態を示す図である。
【図４】  本発明の金属帯板の加熱装置における第１の実施形態の鋼帯の長手方向の断面図である。
【図５】  本発明の金属帯板の加熱装置における第１の実施形態を用いて加熱した場合の板幅方向の温度分布を示す図である。
【図６】  本発明の金属帯板の加熱装置における第２の実施形態を示す図である。
【図７】  本発明の金属帯板の加熱装置における第２の実施形態を示す図である。
【図８】  本発明の金属帯板の加熱装置における第２の実施形態を示す図である。
【図９】  本発明の金属帯板の加熱装置における第２の実施形態の鋼帯の長手方向の断面図である。
【図１０】  本発明の金属帯板の加熱装置における第２の実施形態を用いて加熱した場合の板幅方向の温度分布を示す図である。
【符号の説明】
１：金属帯板
２：シングルターン誘導加熱コイル（帯板の上面）
３：シングルターン誘導加熱コイル（帯板の下面）
４：磁場拡散防止コイル（帯板の上面）
５：磁場拡散防止コイル（帯板の下面）
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（帯板の上面）
８：エッジ部過加熱防止コイル（帯板の下面）
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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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