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技術 可変幅の磁気回路を有する横方向磁束誘導加熱装置

出願人 ファイブスセレスアルセロールミタル・フランスエレクトリシテドフランス
発明者 マルクアンデルーベルジャン-フィリープシャイグノークロードクッフェジャンエレグアールクベルナールパヤルネピエーレイーヴノージャン-カミーユユラーングオリビエパトージェラールグリファイアランドービニーフィリープロール
出願日 2011年12月12日 (9年11ヶ月経過) 出願番号 2011-271373
公開日 2012年5月24日 (9年6ヶ月経過) 公開番号 2012-099490
状態 特許登録済
技術分野 誘導加熱一般
主要キーワード 加熱用装置 相対的透磁率 メタルストリップ 磁気積層 光輝焼 磁気電機子 磁気パッド 電気抵抗器
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(2012年5月24日)のものです。
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図面 (6)

課題

ストリップ幅方向温度均一性の改良を可能とする。

解決手段

横方向の磁束誘導によってメタルストリップ4を加熱するように、ストリップの大きな面の内の少なくとも1つの面に対向して配置された少なくとも1つの電気コイル2を有し、各コイルは少なくとも1つの磁気回路6と結合し、各回路はストリップの移動方向と平行に配置された複数の相互に独立した磁気棒8に分割されてなる、特定方向に移動するメタルストリップ4の電磁誘導加熱装置において、前記磁気回路6は、前記複数の互いに独立した磁気棒8で構成され、前記磁束の分布を前記ストリップ固有の寸法に連続的に適合させる様な方法で、前記磁気棒を互いに離したり近づけたりして動かすことにより、加熱されるストリップ4の幅に適合されるメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

概要

背景

従来、電磁誘導によるメタルストリップの載置移動加熱は、加熱されるストリップ(以下、単に「ストリップ」という)を囲むように配置されたコイルを用いて実行され、これによって移動方向にあるこのストリップの外表面に平行な磁場を作り出す(縦方向磁束。図1(a)参照)。このようにして、誘導電流リング分布が得られ、この誘導電流は連続的に動くストリップの外周面近傍を横切り、これが、その横方向の温度均一性が十分であると一般的にみなされている加熱を生み出す。

薄い磁気ストリップの加熱を行なう場合、縦方向磁束を用いたこのタイプの加熱効率は高い。しかしながら、この効率は、これらの材料については、キューリー点温度(約750℃)を超えると直ちに急速に低下する。これは特に、加熱される材料の相対的透磁率加熱過程で急速に低下し、この同じ温度でその値が1に達する、という事実による。この効率は、また、製品の温度には関係なく、磁気材料ステンレス鋼アルミニウム、他)については制限される。

扁平な金属製品の載置移動誘導加熱について知られた他の方法によれば、2本のコイルが、加熱される製品のいずれかの側に、それらの大きな面の各々に対向して配置されており、それにより、いわゆる‘横方向フラックス技術’(図1(b)参照)により、製品の大きな面に垂直な磁場を作り出す。

このタイプのプラントの主な欠点は、鎖交する磁束により誘導された電流ループ分布は、一般的には、十分な温度均一性を得られず、特にはストリップの幅方向の端部(縁)が、ストリップの幅と比較して使用されるコイルの相対的寸法及び磁気回路の相対的寸法次第では、過度に又は不十分に加熱される、という事実にある。

この問題を解決するため、誘導子が磁気回路から成る、横方向磁束電磁誘導加熱を用いることが既に提案されている。この磁気回路は、誘導電流の分布に作用するように、コイルにより作られた磁束をガイドすることを意図している。

しかしながら、そのような装置は、ストリップの幅に適合するように容易に修正することができないという不都合を有している。そのような欠点に対処するため、例えば特許文献1に記載されている電磁誘導加熱装置が知られており、この特許では、誘導子は複数の相互に合体した磁気棒(「合体した」の語は、誘導子により作られた磁束が一つの棒から他の棒に移ることができるように、互いに協働する棒を意味すると理解される。)から構成されており、これらは、ストリップの運動方向に平行に配置され、ストリップの寸法により、磁束分布をストリップの幅に適合するような方法で、前記ストリップの面に対して直角にそれぞれ別々に動かすことができる。

ところで、このタイプの電磁誘導加熱でも、ストリップの縁近傍の温度のゆらぎを正しく制御することはできない。特に、前記ストリップに対して後退させた磁気棒は、たとえ弱くても、磁束分布に、したがって温度に影響を及ぼし続け、その結果、温度分布曲線は縁に誘導された電流の密度を示す。

更に、同様に、電磁誘導加熱装置を開示した特許文献2が知られており、この装置では、コイルの長さは、磁束分布をストリップの幅に適合させるように変化する。このようにするため、この資料は、これらの回路が、ストリップ幅に平行な方向に自由に並進できる2つのJ型の対向した誘導子を組み立てて作ることを提案している。前記特許文献1で示される様に、この装置は、あまり満足できる横方向の温度均一性を得ることはできない。
米国特許第4678883号
EP−A−0 667 731号

概要

ストリップの幅方向の温度均一性の改良を可能とする。横方向の磁束誘導によってメタルストリップ4を加熱するように、ストリップの大きな面の内の少なくとも1つの面に対向して配置された少なくとも1つの電気コイル2を有し、各コイルは少なくとも1つの磁気回路6と結合し、各回路はストリップの移動方向と平行に配置された複数の相互に独立した磁気棒8に分割されてなる、特定方向に移動するメタルストリップ4の電磁誘導加熱装置において、前記磁気回路6は、前記複数の互いに独立した磁気棒8で構成され、前記磁束の分布を前記ストリップ固有の寸法に連続的に適合させる様な方法で、前記磁気棒を互いに離したり近づけたりして動かすことにより、加熱されるストリップ4の幅に適合されるメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

目的

本発明は、前記先行技術による方法の欠点に鑑み、複数の独立した磁気棒で作られた磁気回路がストリップの幅に適合する、横方向磁束電磁誘導加熱装置を創作することにより、独自の解決方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

横方向の磁束誘導によってメタルストリップ(4)を加熱するために、前記メタルストリップの大きな面の内の少なくとも1つの面に対向して配置された少なくとも1つの電気コイル(2)を有し、各電気コイル(2)は少なくとも1つの磁気回路(6)と結合し、各磁気回路(6)はメタルストリップ(4)の移動方向と平行に配置された複数の磁気棒(8)を含む、特定方向に移動するメタルストリップ(4)の電磁誘導加熱装置において、磁気棒(8)は、一体となって結合しておらず、互いに独立しており、電気コイル(2)とは別個のものであり、磁気棒(8)は、手段(10)を使って、電気コイル(2)に対して水平にスライドすることができるように配置されており、互いに離れたり、近づいたりすることができ、電気コイル(2)は固定されており、それにより連続的にメタルストリップ(4)への磁束の分布を調節することができ、メタルストリップ(4)のどちらの側にも、メタルストリップ(4)の移動方向に直角に、少なくとも1つのレール(11,11’)を有し、該レールは複数の電機子(12)を支持し、前記電機子のそれぞれは、少なくとも1つの磁気棒(8)に固定されており、前記磁気棒を支持する電機子(12)が前記レール(11,11’)上をスライドして、互いに離れたり近づいたりできることを特徴とするメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

請求項2

メタルストリップ(4)の端部にてその幅方向に磁束を調節できるように、メタルストリップ(4)のいずれかの側に、且つ前記メタルストリップ(4)の端部付近に、前記磁気回路によって区画されたギャップ中に配置された良導電性スクリーン(14)を有していることを特徴とする請求項1に記載のメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

請求項3

磁束分布を最適化するような方法で、メタルストリップ(4)のいずれかの側に、且つ前記メタルストリップ(4)の端部付近に、前記磁気回路によって区画されたギャップ中に配置された磁気パッド(16)を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

請求項4

レール(11,11’) はローラー(13)により電機子(12)を支持していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

請求項5

メタルストリップ(4)の大きな面の内の一方の面と対向する各電機子(1,1’)の磁気回路(6)の面が、制御された磁束分布を得るのに適合した磁気プロファイルを有していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

請求項6

誘導子の端部で漏れ磁場を減少させるように、メタルストリップ(4)を包む様に前記電機子(1,1’)のいずれかの側に配置された、少なくとも1つの短絡ターンを有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のメタルストリップの電磁誘導加熱装置。

技術分野

0001

本発明は、電磁誘導による、薄い又は中程度の厚さ(0.05〜50mm程度)の磁気又は非磁気ストリップの載置移動(on-the-move)加熱用装置に関し、特には横方向磁束誘導加熱装置に関する。

背景技術

0002

従来、電磁誘導によるメタルストリップの載置移動加熱は、加熱されるストリップ(以下、単に「ストリップ」という)を囲むように配置されたコイルを用いて実行され、これによって移動方向にあるこのストリップの外表面に平行な磁場を作り出す(縦方向磁束。図1(a)参照)。このようにして、誘導電流リング分布が得られ、この誘導電流は連続的に動くストリップの外周面近傍を横切り、これが、その横方向の温度均一性が十分であると一般的にみなされている加熱を生み出す。

0003

薄い磁気ストリップの加熱を行なう場合、縦方向磁束を用いたこのタイプの加熱効率は高い。しかしながら、この効率は、これらの材料については、キューリー点温度(約750℃)を超えると直ちに急速に低下する。これは特に、加熱される材料の相対的透磁率加熱過程で急速に低下し、この同じ温度でその値が1に達する、という事実による。この効率は、また、製品の温度には関係なく、磁気材料ステンレス鋼アルミニウム、他)については制限される。

0004

扁平な金属製品の載置移動誘導加熱について知られた他の方法によれば、2本のコイルが、加熱される製品のいずれかの側に、それらの大きな面の各々に対向して配置されており、それにより、いわゆる‘横方向フラックス技術’(図1(b)参照)により、製品の大きな面に垂直な磁場を作り出す。

0005

このタイプのプラントの主な欠点は、鎖交する磁束により誘導された電流ループ分布は、一般的には、十分な温度均一性を得られず、特にはストリップの幅方向の端部(縁)が、ストリップの幅と比較して使用されるコイルの相対的寸法及び磁気回路の相対的寸法次第では、過度に又は不十分に加熱される、という事実にある。

0006

この問題を解決するため、誘導子が磁気回路から成る、横方向磁束電磁誘導加熱を用いることが既に提案されている。この磁気回路は、誘導電流の分布に作用するように、コイルにより作られた磁束をガイドすることを意図している。

0007

しかしながら、そのような装置は、ストリップの幅に適合するように容易に修正することができないという不都合を有している。そのような欠点に対処するため、例えば特許文献1に記載されている電磁誘導加熱装置が知られており、この特許では、誘導子は複数の相互に合体した磁気棒(「合体した」の語は、誘導子により作られた磁束が一つの棒から他の棒に移ることができるように、互いに協働する棒を意味すると理解される。)から構成されており、これらは、ストリップの運動方向に平行に配置され、ストリップの寸法により、磁束分布をストリップの幅に適合するような方法で、前記ストリップの面に対して直角にそれぞれ別々に動かすことができる。

0008

ところで、このタイプの電磁誘導加熱でも、ストリップの縁近傍の温度のゆらぎを正しく制御することはできない。特に、前記ストリップに対して後退させた磁気棒は、たとえ弱くても、磁束分布に、したがって温度に影響を及ぼし続け、その結果、温度分布曲線は縁に誘導された電流の密度を示す。

0009

更に、同様に、電磁誘導加熱装置を開示した特許文献2が知られており、この装置では、コイルの長さは、磁束分布をストリップの幅に適合させるように変化する。このようにするため、この資料は、これらの回路が、ストリップ幅に平行な方向に自由に並進できる2つのJ型の対向した誘導子を組み立てて作ることを提案している。前記特許文献1で示される様に、この装置は、あまり満足できる横方向の温度均一性を得ることはできない。
米国特許第4678883号
EP−A−0 667 731号

発明が解決しようとする課題

0010

本発明は、前記先行技術による方法の欠点に鑑み、複数の独立した磁気棒で作られた磁気回路がストリップの幅に適合する、横方向磁束電磁誘導加熱装置を創作することにより、独自の解決方法を提供する。このようにして、この装置により、ストリップの幅方向の温度均一性の改良が可能となる。

課題を解決するための手段

0011

したがって、本発明は、横方向の磁束誘導によってメタルストリップを加熱するように、ストリップの大きな面の内の少なくとも1つの面に対向して配置された少なくとも1つの電気コイルを有し、各コイルは少なくとも1つの磁気回路と結合し、各回路はストリップの移動方向と平行に配置された複数の相互に独立した磁気棒に分割されてなる、特定方向に移動するメタルストリップの電磁誘導加熱装置において、前記磁気回路は、前記複数の互いに独立した磁気棒で構成され、前記磁束の分布を前記ストリップ固有の寸法に連続的に適合させる様な方法で、前記磁気棒を互いに離したり近づけたりして動かすことにより、加熱されるストリップの幅に適合されることを特徴とする。

0012

このようにして、本発明によって、ストリップの幅に関係なく、磁気回路の容積、即ち磁気回路の重量は一定不変である。

0013

本発明の特徴によれば、電磁誘導加熱装置は、また、良導電性材料から作られたスクリーンを有し、このスクリーンは、横方向温度の均一性を最適化するような方法で、ストリップのいずれかの側にあるギャップの中に且つストリップの縁近傍に置かれる。

0014

本発明のその他の特徴によれば、ストリップの大きな面の内の1つの面に対向する磁気回路の面は、例えば磁束のより良い分布を、そして、それを特に前記ストリップの縁近傍に得るために、この回路を構成する磁気積層物を作ることにより、適切な「磁気プロファイル(“polar profile)(例えば、ビシヌソイド形状(bisinusoidal))が与えられる。

実施例

0015

本発明の前記以外の特徴及び利点は、添付図面を参照して説明した以下の記載から明らかになるが、本発明はそれらには限定されない。図面中、図1は、従来の電磁誘導加熱装置を示し、(a)は縦方向の磁束を有する電磁誘導加熱装置の説明図であり、(b)は横方向の磁束を有する電磁誘導加熱装置の説明図であり、図2は、本発明の誘導加熱装置を示し、(a),(b)はそれぞれ異なる位置にある部分斜視図であり、図3(a)及び(b)は、図2の装置に、磁気パッドに合体した良導電性材料から作られたスクリーンを取り付けた装置の部分斜視図であり、図4は、一例としての磁気プロファイル(ストリップに対向する磁気回路の面)を示す部分該略図であり、−図5は、ステンレス鋼の光輝焼きなまし用の従来のプラントの部分概略図である。

0016

図面、特には図2(a)及び(b)を参照すると、本発明の横方向磁束電磁誘導加熱装置は、特に2つの磁気電機子1及び1’からそれぞれ成り、これら電機子は、少なくとも一つの電気コイル2を備え、ストリップ4のいずれかの側に向かい合わせに配置されていることが分かる。このストリップは、例えば、磁気回路間に画定されたギャップ中に、ロール(図示せず)を用いて、ガイドされることができ、この様にして、加熱領域に移される。その動きは、本発明の加熱過程では一般に連続的である。

0017

変形例としては、またこの加熱装置の望ましい適用によると、少なくとも1つのコイル2を備えた少なくとも1つの磁気電機子を、ストリップ4の大きな面の内の1つの面だけに対向させて配置することが可能である。

0018

従来の、いわゆる横方向フラックス技術によれば、電気コイル2により作られた磁束は、ストリップ4を横切り、前記ストリップの平面に沿って流れ且つその縁近傍でループに閉じる電流をストリップ中に生じさせる。これを実行するため、そのコイル又はコイル2は、中波(例えば、およそ50〜20,000Hz)の交流電流により電圧が加えられる。

0019

特に前記ストリップの縁近傍に、コイル2により作られた磁束を確実にガイドするために、前記コイルの長さの全長又は一部に磁気回路6が配置される。この回路は、ストリップ4の移動方向に平行に配置された複数の磁気棒8から構成される。

0020

本発明によれば、磁気回路6を構成する磁気棒8は、合体して一緒になってはおらず、互いに平行に配置されている。したがって、これらの磁気棒は互いに独立しており、電気コイルからも又独立している。さらに、それらの磁気棒は、電気コイル2近傍の手段10により、互いに離れるか又は近づく様な方法でスライドさせることができ、電気コイルは静止したままである。このようにして、2つの隣接する磁気棒の間の間隔は、前記手段10の作用により連続して広げたり狭めたりすることができる。その結果、磁束の分布は、ストリップ4の寸法、特にその幅に適合させることができる(図2(b)参照)。

0021

本発明のこの必須の特徴により、ストリップの様々な幅に適合できる誘導加熱装置を得ることができるだけでなく、とりわけ、前記ストリップの幅方向に得られる温度の均一性が、ストリップの幅に関係なく最善であり続けることが可能となる。

0022

特に、適切な磁気プロファイルと結合した磁気棒の空間的位置取りにより、誘導電流の流れに作用させることができるようになり、その結果、横方向の温度分布を制御することができるようになる。

0023

手段10は、電気コイル2を動かさないで、磁気棒が電気コイル2の近傍で連続的にスライドすることを可能にし、ストリップ4の面のそれぞれの面側に且つストリップの動く方向に直角に配置された、少なくとも2つの平行なレール11及び11’から特に構成される。これらのレールは、複数の電機子12を支持し、これら電機子の各々は少なくとも1つの磁気棒8に固定されている。好ましくは、2つのレール11及び11’上の2つの隣接する磁気棒の電機子の支持は、磁気回路6の幅が最小(棒間の間隔が最小の場合)であるとき、全寸法を小さくする様な方法によって行なうと良い。この電機子は、相互に独立してローラー13等によりレール上をスライドし、このようにして、非常に正確で、最適且つ連続的な磁気回路の幅調節が可能となり、その結果、磁束分布の調節が可能となる。かくして、例えば、800〜1,500mmに変化する磁気回路の幅が得られる。

0024

本発明の特徴によれば、2つの隣接する磁気棒8間の間隔は、所望の磁気分布が得られるように、手動により又は自動的に調節することができる。

0025

また、本発明のその他の特徴(図3(a)及び(b)参照)によれば、ストリップの横方向の温度の均一性を最適化するために、スクリーン14が前記ストリップのいずれかの側のギャップ中で且つストリップの縁近傍に配置される。そのようなスクリーンは、例えば、銅、アルミニウム又は銀のような、良導電性材料から作られる。それらの機能は、ストリップの縁近傍の磁束を調節し、それにより、前記ストリップの縁の温度を制御することである。

0026

さらに、これらのスクリーンは、また、使用されるストリップの幅に沿って並進運動がスクリーンに伝えられることができる様な方法で、ローラー等を介して、レールにより支持された電機子15に固定されている。変形例としては、これらスクリーンはまた、ストリップの縁に対向する端部磁気棒に直接固定することもできる。

0027

本発明のさらにその他の特徴によれば、磁気パッド16は、また、ストリップの幅を覆って磁束分布をホーン(hone)するような方法で、スクリーン14を支持する電機子15上に配置され、特に、そのようなパッドにより、どのような温度不均一性をも相殺することができる。これら磁気パッド16は、良導電性を有するスクリーン15と、及び/又は磁気棒8等と合体することが可能であり、あるいはスクリーンなしで配置しても良い。

0028

本発明の更にその他の特徴(図4参照)によれば、ストリップ4の大きな面の内の一面に対向している各電機子(1,1’)の磁気回路の面に、特に前記ストリップの縁の近傍において、電気コイル2により作られる磁束の制御された分布を得るように適合された磁気プロファイルが与えられる。

0029

本発明の更にその他の特徴によれば、短回ターン(a short-circuited turn)(図示せず)が、加熱装置のいずれかの側に、磁気回路の磁気棒に対して直角に追加され、移動するストリップを包み、それにより、誘導子の端部での漏れ磁場(leakage magnetic fields)を減少させる。

0030

本発明の電磁誘導加熱装置の有利な適用例を以下に述べる。

0031

図5は、例えば、ステンレス鋼の光輝焼きなまし用プラントの部分概略図を示す。このような焼きなましラインは、単一垂直行程(single vertical run)として配置され、その全高は、約50mを越えてはならない。この高さを越えると、ストリップ18は、ロール19によりガイドされ、先ず加熱領域20を越え、次に冷却領域21を越えてしまう。非磁気金属ストリップに関して知られている方法では、ストリップは、周囲の温度(およそ20℃)で加熱領域に入り、1,150℃の温度でそこから出なければならず、その後、ラインの終端で100℃の温度に達するように冷却される。

0032

ガス又は電気抵抗器を用いた加熱装置は知られており、そのようなラインの全高はおよそ30mで、これによるとストリップの冷却用スペースがほとんど残されていない。したがって、そのような装置は、一般にほぼ毎分60m程度の、ストリップの移動速度で操作される。

0033

そのようなプラントに適用される本発明の電磁誘導加熱装置は、加熱領域の全高さ寸法をおよそ10mに低減できるという利点を有しており、それにより、より多くの冷却用スペースを提供し、このようにして、およそ0.5mmの厚さのステンレス鋼に対して分速120mのライン速度に達することが可能となる。

0034

[発明の効果]
したがって、本発明は上述したように、複数の利点を提供する。即ち、本発明によれば、可変幅の磁気回路を用いた電磁誘導加熱装置を基礎に、中波用の高密度の磁束を作り出すことが可能となる。また、この磁束密度により、加熱されるストリップに伝えられる出力密度を、従来の加熱手段のそれよりもずっと大きなものとすることができる。さらには、この装置の電気効率は、従来技術よりも優れており、そのような装置により、ストリップの幅方向に満足な温度均一性を得ることが可能となる。

図面の簡単な説明

0035

従来の電磁誘導加熱装置を示し、(a)は縦方向磁束を有する電磁誘導加熱装置の説明図であり、(b)は横方向磁束を有する電磁誘導加熱装置の説明図である。
本発明の誘導加熱装置を示し、(a),(b)はそれぞれ異なる位置にある部分斜視図である。
図2の装置に、磁気パッドに合体した良導電性材料から作られたスクリーンを取り付けた装置の部分斜視図であり
本発明の一つの磁気プロファイル(ストリップに対向する磁気回路の面)を示す部分該略図である。
ステンレス鋼の光輝焼きなまし用の従来のプラントの部分概略図である。

0036

1,1’…電機子
2…コイル
4…ストリップ
6…磁気回路
8…磁気棒
10…手段
11,11’…レール
12…電機子
13…ローラー
14…スクリーン
15…電機子
16…磁気パッド
18…ストリップ
19…ロール
20…加熱領域
21…冷却領域

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