Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы
Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы включает первый элемент индукционной катушки и второй элемент индукционной катушки, расположенные параллельно с металлической полосой и поперек металлической полосы, которая перемещается в продольном направлении, причем они расположены так, чтобы выступать за металлическую полосу, и так, чтобы не перекрываться друг с другом в направлении перемещения металлической полосы, и элемент магнитного сердечника, расположенный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки, и расположенный так, чтобы закрывать большую площадь концевого участка в направлении ширины листа металлической полосы на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки, и закрывать небольшую площадь конца в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки. Изобретение обеспечивает возможность управления распределением температуры в конце и в направлении ширины листа металлической полосы. 5 з.п. ф-лы, 19 ил.
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному устройству для металлической полосы.
Уровень техники
[0002] Нагревание металлической полосы в печи термообработки осуществляется преимущественно посредством непрямого нагрева с использованием трубы радиационного нагрева. Непрямой нагрев ограничивает производительность, поскольку помимо большой тепловой инерции, надлежащий подвод тепла к металлической полосе становится затруднительным, когда разность между температурой металлической полосы и температурой печи становится малой. Кроме того, при непрямом нагреве с использованием трубы радиационного нагрева, например, для листовой стали, такой как углеродистая сталь, трудно осуществлять быстрый нагрев около температуры фазового перехода, при которой происходит эндотермическая реакция, и осуществлять высокотемпературный отжиг вследствие ограничения обусловленного тепловым сопротивлением трубы радиационного нагрева, ограничивающим выбор степеней свободы условий термообработки для металлической полосы.
[0003] В отличие от этого, индукционный нагрев, при котором металлическая полоса подвергается нагреванию высокочастотным током, позволяет свободно регулировать скорость нагрева и температуру нагрева, так что индукционный нагрев обладает значительными степенями свободы в упомянутых моментах операции термообработки и разработки изделий из металлической полосы и является способом нагрева, которому в последнее время уделяется большое внимание.
[0004] Индукционный нагрев в основном разделяется на два способа. Один способ представляет собой систему нагрева в продольном магнитном потоке (longitudinal flux heating - LFH) для нагревания металлической полосы при протекании высокочастотного тока в индукционной катушке, окружающей периферию металлической полосы, чтобы вынуждать магнитный поток проходить сквозь поперечное сечение в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы, чтобы генерировать индукционный ток, циркулирующий в поперечном сечении в направлении ширины металлической полосы перпендикулярно магнитному потоку.
[0005] Другой способ представляет собой систему нагрева в поперечном магнитном потоке (transverse flux heating - TFH) для нагревания металлической полосы посредством размещения индукторов (соответствующих магнитных элементов), вокруг которых намотаны соответствующие первичные катушки, чтобы помещать посередине металлическую полосу, и протекания токов в первичных катушках, чтобы вынуждать магнитные потоки, генерируемые упомянутыми токами, проходить сквозь поверхности листа металлической полосы посредством индукторов, чтобы генерировать индукционные токи в поверхностях листа металлической полосы.
[0006] При индукционном нагреве посредством LF системы, для того чтобы вынуждать индукционный ток циркулировать в поперечном сечении листа, на основе соотношения между глубиной δ проникновения тока и частотой f тока (δ(мм)=5,03×105√(ρ/μr⋅f), где ρ (Ом*м) -удельное сопротивление, μr - относительная магнитная проницаемость, f - частота (Гц), когда глубина проникновения индукционного тока, генерируемого на передней и задней части металлической полосы, больше толщины стального листа, генерируемые токи вследствие интерференции друг с другом не генерируют индукционного тока в поперечном сечении металлической полосы.
[0007] Например, в случае немагнитной металлической полосы или стального листа, который утрачивает магнитные свойства при температуре выше точки Кюри, глубина проникновения δ тока становится большой, при этом индукционный ток не генерируется, когда толщина листа металлической полосы мала. Кроме того, даже в случае магнитного материала, в LF системе индукционный ток не генерируется в поперечном сечении стального листа, когда толщина листа слишком большая по сравнению с глубиной проникновения.
[0008] С другой стороны, при индукционном нагреве посредством TF системы, магнитный поток проходит через поверхность листа металлической полосы, позволяя нагревать металлическую полосу независимо от толщины листа и различия магнетизма и немагнетизма, однако эффективность нагрева снижается или нагрев совсем невозможен в некоторых случаях, когда противоположные индукторы не смежные. Кроме того, как недостаток, легко возникает перегрев на концах металлической полосы (см, например, выложенную заявку на патент Японии № S63-119188).
[0009] Кроме того, когда магнитная металлическая полоса расположена не в центре противоположных индукторов, магнитная металлическая полоса может притягиваться к одному из индукторов, концентрируя магнитный поток локально, увеличивая разброс температуры металлической полосы. Кроме того, при индукционном нагреве посредством обычной TF системы, индуктору трудно быть легко изменяемым по своей форме, что не позволяет быстро реагировать на изменение ширины листа металлической полосы.
[0010] Поэтому, например, в выложенной заявке на патент Японии № S59-205183 раскрыто электромагнитное индукционное нагревательное устройство, которое включает в себя магнитные полюсные сегменты, расположенные параллельно направлению ширины листа напротив V листа и выполненные с возможностью независимого перемещения в направлении толщины листа, и перемещаемый закрывающий экран, изготовленный из немагнитного металла, способный выдвигаться и удаляться в направлении ширины листа для регулирования магнитного поля, создаваемого упомянутыми магнитными полюсными сегментами.
[0011] Электромагнитное индукционное нагревательное устройство, раскрытое в JP-A № S59-205183, способно регулировать магнитный поток в ответ на изменение ширины листа, однако когда ширина листа изменяется значительно, трудно быстро регулировать магнитный поток в направлении ширины листа.
[0012] Выложенная заявка на патент Японии (JP-A) № 2002-008838 раскрывает индукционное нагревательное устройство, содержащее множество независимых магнитных пластин и оснащенное магнитной схемой с переменной шириной, легко приспосабливаемой к ширине металлической полосы. Однако в индукционном нагревательном устройстве, раскрытом в JP-A № 2002-008838, показан пример, в котором магнитные сердечники, выполненные с возможностью перемещения в направлении ширины, расположены около соответствующих индукционных катушек, размещенных на расстоянии от передней и задней сторон.
Сущность изобретения
[0013] Варианты осуществления, показанные в данном описании, предназначены в основном для того, чтобы предложить индукционное нагревательное устройство для металлической полосы, способное управлять распределением температуры на концах в направлении ширины листа металлической полосы посредством регулирования плотности тока и периода нагревания посредством индукционных токов, протекающих на концах в направлении ширины листа металлической полосы.
[0014] В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, предлагается индукционное нагревательное устройство для металлической полосы, включающее: индукционную катушку, включающую первый элемент индукционной катушки и второй элемент индукционной катушки, которые расположены параллельно металлической полосе поперек металлической полосы, которая перемещается в ее продольном направлении, которые расположены так, что оба конца каждого из упомянутого первого элемента индукционной катушки и упомянутого второго элемента индукционной катушки выступают за перемещающуюся металлическую полосу в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, и которые расположены так, что их изображения в вертикальной проекции на перемещающуюся металлическую полосу не перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса, первое электрическое соединительное средство для электрического соединения одного из двух концов первого элемента индукционной катушки и одного из двух концов второго элемента индукционной катушки, и второе электрическое соединительное средство для электрического соединения другого из двух концов первого элемента индукционной катушки и другого из двух концов второго элемента индукционной катушки; первый магнитный сердечник, включающий первый элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый первый элемент магнитного сердечника предусмотрен на одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь одного концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки, и закрывает небольшую площадь упомянутого одного концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки, и второй элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый второй элемент магнитного сердечника предусмотрен на другой из сторон поверхности, противоположной упомянутой одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы, и закрывает большую площадь упомянутого одного концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки, и закрывает небольшую площадь упомянутого одного концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки; и второй магнитный сердечник, включающий третий элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый третий элемент магнитного сердечника предусмотрен на одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь другого концевого участка, противоположного упомянутому одному концевому участку в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки, и закрывает небольшую площадь упомянутого другого концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки, и четвертый элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первый элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый четвертый элемент магнитного сердечника предусмотрен на другой из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь упомянутого другого концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки, и закрывает небольшую площадь упомянутого другого концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки.
Краткое описание чертежей
[0015] Фиг.1 представляет собой чертеж, показывающий вариант индукционного нагревательного устройства, в котором элемент индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы и элемент индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы расположены так, что изображение в вертикальной проекции упомянутого элемента индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы и изображение в вертикальной проекции упомянутого элемента индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы не перекрываются в продольном направлении металлического листа.
Фиг.2А представляет собой чертеж, показывающий вид в плане индукционного тока, генерируемого во всей металлической полосе.
Фиг.2В представляет собой разрез по линии А-А в соответствии с фиг.2А и представляет собой чертеж, показывающий вариант индукционного тока в концевом поперечном сечении металлической полосы, индукционного тока, генерируемого во всей металлической полосе.
Фиг.3А представляет собой чертеж, показывающий вид в поперечном разрезе магнитного сердечника для сравнения.
Фиг.3В представляет собой чертеж, схематично показывающий вид в поперечном разрезе магнитного сердечника, используемого в вариантах осуществления в соответствии с описанием.
Фиг.3С представляет собой чертеж, схематично показывающий вид в поперечном разрезе другого магнитного сердечника, используемого в вариантах осуществления в соответствии с описанием.
Фиг.3D представляет собой чертеж, схематично показывающий вид в поперечном разрезе еще одного магнитного сердечника, используемого в вариантах осуществления в соответствии с описанием.
Фиг.4 представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитного сердечника в вариантах осуществления в соответствии с описанием, и представляет собой чертеж, показывающий случай, когда магнитный сердечник не разделен на множество магнитных сердечников, а элементы индукционной катушки расположены параллельно направлению ширины листа металлической полосы.
Фиг.5А представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитного сердечника в вариантах осуществления в соответствии с описанием, и представляет собой чертеж, показывающий случай, когда магнитный сердечник разделен на множество магнитных сердечников, а элементы индукционной катушки расположены параллельно направлению ширины листа металлической полосы.
Фиг.5В представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитного сердечника в вариантах осуществления в соответствии с описанием, и представляет собой чертеж, показывающий случай, когда магнитный сердечник разделен на множество магнитных сердечников, а элементы индукционной катушки расположены под наклоном относительно концов в направлении ширины листа.
Фиг.6 представляет собой чертеж, показывающий вариант циркуляции индукционного тока, циркулирующего в металлической полосе.
Фиг.7 представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитных сердечников в случае, когда две пары индукционных катушек расположены рядом параллельно.
Фиг.8 представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитных сердечников в случае, когда две пары индукционных катушек соединены последовательно.
Фиг.9А представляет собой чертеж, показывающий вариант конфигурации магнитного сердечника в вариантах осуществления в соответствии с описанием, и представляет собой чертеж, показывающий случай, когда индукционная катушка используется в TF системе.
Фиг.9В представляет собой чертеж, показывающий вариант циркуляции индукционного тока, циркулирующего в металлической полосе в случае, показанном на фиг.9А.
Фиг.9С представляет собой чертеж, показывающий вариант циркуляции индукционного тока, циркулирующего в металлической полосе в случае, когда на фиг.9А не предусмотрено множество магнитных сердечников.
Фиг.10 представляет собой чертеж, схематично показывающий конфигурацию аналитической модели в примере.
Фиг.11 представляет собой чертеж, схематично показывающий конфигурацию аналитической модели во 2-м сравнительном примере.
Фиг.12 представляет собой чертеж, схематично показывающий конфигурацию аналитической модели в 3-м сравнительном примере.
Описание вариантов осуществления
[0016] В индукционном нагревательном устройстве, магнитный сердечник, расположенный на стороне конца в направлении ширины листа металлической полосы, которая перемещается в продольном направлении, чтобы закрывать упомянутый конец, сдвигает, в конце металлического листа, индукционный ток, генерируемый индукционными катушками, расположенными в передней и задней сторонах металлической полосы, за пределы магнитного сердечника (центральное направлении металлической полосы), чтобы подавлять концентрацию индукционного тока в конце металлической полосы.
[0017] Тем не менее, трудно надлежащим образом управлять плотностью тока и периодом нагревания посредством индукционного тока, протекающего в конце в направлении ширины листа металлической полосы, чтобы надлежащим образом управлять распределением температуры в конце в направлении ширины листа металлической полосы посредством только частичного размещения магнитного сердечника в конце в направлении ширины листа металлической полосы.
[0018] Авторы данного изобретения тщательно изучили способ надлежащего управления плотностью тока и периодом нагревания посредством индукционного тока, протекающего в конце в направлении ширины листа металлической полосы, чтобы надлежащим образом управлять распределением температуры в конце в направлении ширины листа металлической полосы. В результате авторы изобретения обнаружили, что размещение магнитного сердечника, имеющего заданный профиль на стороне конца в направлении ширины листа, на конце в направлении ширины листа металлической полосы, в котором протекает индукционный ток, вместо частичного размещения магнитного сердечника на конце в направлении ширины листа металлической полосы, позволяет надлежащим образом управлять плотностью тока и периодом нагревания посредством индукционного тока, протекающего в конце в направлении ширины листа металлической полосы, и надлежащим образом управлять распределением температуры в упомянутом конце в направлении ширины листа металлической полосы. Предпочтительно, упомянутый заданный профиль представляет собой форму, закрывающую большую площадь конца в направлении ширины листа металлической полосы на каждой из обоих концевых сторон в направлении перемещения металлической полосы и рядом с соответствующей одной из индукционных катушек, и закрывающий небольшую площадь конца в центральном участке по сравнению с обеими концевыми сторонами.
[0019] Кроме того, авторы изобретения обнаружили, что магнитный сердечник может быть разделен на множество элементов в направлении перемещения металлической полосы, и что можно свободно управлять распределением температуры конца в направлении ширины листа металлической полосы, при условии включения подвижного средства для перемещения каждого из упомянутого разделенного множества элементов в направлении ширины листа металлической полосы.
[0020] Варианты осуществления изобретения выполнены на основе упомянутого знания. Индукционные нагревательные устройства в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на чертежи.
[0021] Вначале будет описано индукционное нагревательное устройство, которое является предпосылкой вариантов осуществления в соответствии с описанием, и вариант индукционного тока, генерируемого в металлической полосе посредством упомянутого индукционного нагревательного устройства.
[0022] Фиг.1 показывает вариант индукционного нагревательного устройства, в котором элемент 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 и элемент 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 расположены так, что изображение в вертикальной проекции элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 и изображение в вертикальной проекции элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 не перекрываются в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1.
[0023] Элемент 2а индукционной катушки и элемент 2b индукционной катушки расположены параллельно с металлической полосой 1. Оба конца элемента 2а индукционной катушки и оба конца элемента 2b индукционной катушки выступают за металлическую полосу 1 в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0024] В индукционном нагревательном устройстве, показанном на фиг.1, конец элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1, проходящей через внутреннюю часть индукционной катушки 2, и конец элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 соединены проводником 2с, и другой конец элемента 2b индукционной катушки соединен с источником 3 питания через проводник 2d и проводящий провод 2с, и другой конец элемента 2а индукционной катушки соединен с источником 3 питания через проводник 2h, соединительный элемент 2g и проводящий провод 2f. Ток протекает в направлениях стрелок, показанных на чертеже. Проводник 2с является примером электрического соединительного средства, и проводник 2d, проводящий провод 2е, проводящий провод 2f и проводник 2h также являются примерами электрических соединительных средств. Индукционная катушка 2 включает в себя элемент 2а индукционной катушки, элемент 2b индукционной катушки, проводник 2d, проводящий провод 2е, проводящий провод 2f и проводник 2h.
[0025] Элемент 2а индукционной катушки и элемент 2b индукционной катушки расположены так, что изображение в вертикальной проекции, то есть вертикальная проекция элемента 2а индукционной катушки на металлическую полосу 1 и изображение в вертикальной проекции, то есть вертикальная проекция элемента 2b индукционной катушки на металлическую полосу 1, не перекрываются в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1.
[0026] В случае вышеупомянутого LF способа, индукционные токи, имеющие одинаковую величину, протекают по соответствующим передней и задней поверхностям металлической полосы в обратных направлениях, так что когда глубина δ проникновения тока большая, индукционные токи сталкиваются друг с другом, не вызывая протекания индукционного тока. Однако в случае, показанном на фиг.1, элементы 2а и 2b индукционной катушки расположены так, что изображения в вертикальной проекции, то есть их вертикальные проекции на металлическую полосу 1 не перекрываются в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1, так что каждый из индукционного тока, протекающего в металлической полосе 1 непосредственно под элементом 2а индукционной катушки, и индукционного тока, протекающего в металлической полосе 1 непосредственно под элементом 2b индукционной катушки, становится током, который протекает только в одном направлении, позволяя токам протекать без столкновения друг с другом, даже когда глубина δ проникновения тока большая.
[0027] Фиг.2А и 2В показывают вариант индукционного тока 5, генерируемого во всей металлической полосе 1. Фиг.2А показывает вид в плане индукционного тока, а фиг.2В показывает вид индукционного тока 5 в поперечном сечении (сечении по линии А-А, показанной на фиг.2А) металлической полосы 1.
[0028] В металлической полосе 1 непосредственно под элементами 2а, 2b индукционной катушки (не показанными) генерируется кольцевой индукционный ток 5 (5а, 5b), который протекает в направлениях стрелок (обратных направлениях тока, протекающего в элементах 2а, 2b индукционной катушки), как показано на фиг.2А. Элемент 2а индукционной катушки расположен на стороне передней поверхности металлической полосы 1, а элемент 2b индукционной катушки расположен на стороне задней поверхности металлической полосы 1, так что индукционный ток 5 протекает так, что наискосок пересекает концевое поперечное сечение металлической полосы 1, как показано на фиг.2В. Даже если металлическая полоса 1 представляет собой немагнитный материал, индукционный ток 5 генерируется и циркулирует, обеспечивая нагревание металлической полосы 1. Фиг.2В показывает состояние протекания тока, когда толщина листа металлической полосы 1 большая, но если толщина листа металлической полосы 1 небольшая, то ток не наискосок пересекает, а протекает по всей толщине листа металлической полосы 1.
[0029] Однако на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1 легко возникает перегрев, поскольку, например, (а) индукционный ток, протекающий на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, стремится сделать малым сопротивление при первичном токе, протекающем в проводнике 2с (см. фиг.1), соединяющем элемент 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности с элементом 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 (см. фиг.1), или протекающем в проводнике 2d, проводящем проводе 2е, проводящем проводе 2f и проводнике 2h (см. фиг.1), соединяющих индукционную катушку на стороне передней поверхности с индукционной катушкой на стороне задней поверхности металлической полосы с источником питания, так что он неблагоприятно смещается к концам в направлении ширины листа металлической полосы 1, неблагоприятно сужая ширину d2 пути тока, (b) магнитный поток, возбуждаемый первичным током, протекающим в проводнике 2с, проводнике 2d, проводящем проводе 2е, проводящем проводе 2f и проводнике 2h, проходит концентрично через концы в направлении ширины листа расположенной рядом металлической полосы 1, и (с) на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, по сравнению с центром металлической полосы 1, нагревание осуществляется в течение длительного периода времени за счет дальности d3 в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1 (дальность нагрева для центра равна d1×2, дальность нагрева для концов в направлении ширины листа равна d1×2+d3).
[0030] Кроме того, когда индукционная катушка 2 представляет собой пару элементов катушки, магнитный поток распространяется за пределы индукционной катушки 2, что снижает плотность тока индукционной катушки 5 в центре металлической полосы 1, затрудняя повышение температуры в центре, что сразу приводит к увеличению разности температур между центром и концами в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0031] Таким образом, в индукционном нагревательном устройстве в соответствии с вариантами осуществления изобретения, для того чтобы управлять индукционным током 5, протекающим на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1 по всей ширине концов, где протекает индукционный ток 5, и свободно управлять распределением температуры в направлении ширины листа металлической полосы 1, множество магнитных сердечников, способных закрывать концы в направлении ширины листа металлической полосы 1 и металлическую полосу 1 за пределами концов, размещены по всей ширине между изображением в вертикальной проекции элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 и изображением в вертикальной проекции элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1, которые выполнены с возможностью перемещения вперед и назад в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0032] Элементы 2а, 2b индукционной катушки могут представлять собой один проводник или могут представлять собой множество проводников. Кроме того, магнитный сердечник для задней поверхности может быть установлен на задней поверхности элементов 2а, 2b индукционной катушки для усиления магнитного потока.
[0033] Фиг.3А-3D каждый показывает вид в поперечном разрезе магнитного сердечника 6. Фиг.3А показывает вид в поперечном разрезе магнитного сердечника 6 для сравнения. Фиг.3В показывает вид в поперечном разрезе магнитного сердечника 6, используемого в упомянутых вариантах осуществления, и фиг.3С показывает вид в поперечном разрезе другого магнитного сердечника 6, используемого в упомянутых вариантах осуществления. Фиг.3D схематично показывает вид в поперечном разрезе еще одного магнитного сердечника 6, используемого в упомянутых вариантах осуществления.
[0034] Размер магнитного сердечника 6 не ограничен конкретным диапазоном и может быть установлен соответствующим образом на основе расстояния между элементами 2а, 2b индукционной катушки на стороне передней поверхности и стороне задней поверхности металлической полосы 1, ширины листа металлической полосы 1 и количества размещаемых магнитных сердечников 6.
[0035] Хотя магнитный сердечник 6 выполнен из ферромагнитного вещества, упомянутое ферромагнитное вещество не ограничено ферромагнитным веществом конкретного материала. Упомянутое ферромагнитное вещество включает, например, феррит, ламинированный магнитный стальной лист и аморфный сплав и может выбираться соответствующим образом в зависимости от нагревательной способности, частоты и подобного, применительно к индукционному нагревательному устройству.
[0036] Как показано на фиг.3А, магнитный сердечник 6 для сравнения, закрывающий конец в направлении ширины листа металлической полосы 1, поглощает магнитный поток 4', возбуждаемый индукционной катушкой (не показанной)(см. стрелки, проходящие через магнитный сердечник 6'), предотвращая концентрацию магнитного потока на конце в направлении ширины листа металлической полосы 1, и подавляет чрезмерное повышение температуры на конце в направлении ширины листа металлической полосы 1. Однако когда магнитный сердечник 6' расположен частично и отдельно, эффект подавления концевого тока ограничен, так что данный эффект является небольшим.
[0037] В магнитном сердечнике 6, используемом в вариантах осуществления, показанных на фиг.3В, зазор d с металлической полосой 1 установлен узким, чтобы эффективно подавлять пропускание тока на конце в направлении ширины листа металлической полосы 1, при этом длина L магнитного сердечника в направлении ширины листа металлической полосы 1 установлена большой, так что магнитный сердечник 6 закрывает металлическую полосу за пределами конца в направлении ширины листа металлической полосы 1, позволяя надлежащим образом управлять распределением индукционного тока, и глубина участка, закрывающего металлическую полосу 1, установлена большой, так что магнитный сердечник 6 способен моментально реагировать на изменение W в ширине листа металлической полосы 1.
[0038] Магнитный сердечник 6 включает элемент 6а магнитного сердечника на стороне передней поверхности металлической полосы 1, элемент 6b магнитного сердечника на стороне ее задней поверхности и элемент 6е магнитного сердечника для соединения концов (правых концов на чертежах) элемента 6а магнитного сердечника и элемента 6b магнитного сердечника, которые расположены на стороне, противоположной участкам элемента 6а магнитного сердечника и элемента 6b магнитного сердечника, закрывающим металлическую полосу 1.
[0039] Участок поверхности, легко принимающий тепло магнитного, сердечника 6 может быть покрыт немагнитным теплоизолирующим материалом 6с, как показано на фиг.3С, чтобы подавлять повышение температуры вследствие теплового излучения от нагреваемой металлической полосы 1, чтобы стабильно использовать магнитный сердечник 6. Отмечается, что когда повышение температуры магнитного сердечника 6 невозможно подавить только посредством покрытия теплоизолирующим материалом 6с, магнитный сердечник 6 может подвергаться охлаждению, например, посредством прикрепления к магнитному сердечнику 6 пластины водяного охлаждения (не показанной) или посредством размещения около магнитного сердечника 6 устройства газового охлаждения (не показанного).
[0040] Индукционное нагревательное устройство в соответствии с упомянутыми вариантами осуществления снабжено подвижным элементом 9 для перемещения магнитного сердечника 6, показанным на фиг.3В или 3С спереди и сзади в направлении ширины листа металлической полосы 1. Перемещение магнитного сердечника 6 в направлении ширины листа металлической полосы 1 посредством подвижного элемента 9 осуществляется, например, посредством перемещения тележки для удерживания магнитного сердечника при использовании приводного устройства, такого как электрический цилиндр, пневматический цилиндр или двигатель на траектории. Однако магнитный сердечник 6 можно перемещать быстро и плавно только в направлении ширины листа металлической полосы 1, а подвижный элемент для магнитного сердечника 6 конкретно определен, при условии, что удовлетворяются упомянутые условия.
[0041] Фиг.3D схематично показывает вид в поперечном разрезе еще одного магнитного сердечника 6, используемого в упомянутых вариантах осуществления. В магнитном сердечнике 6, показанном на фиг.3D, конец (правый конец на чертеже) магнитного сердечника 6 не соединен с магнитным элементом. Магнитный сердечник 6 включает в себя элемент 6а магнитного сердечника на стороне передней поверхности и элемент 6b магнитного сердечника на стороне задней поверхности металлической полосы 1. Для того чтобы поддерживать зазор между элементом 6а магнитного сердечника и элементом 6b магнитного сердечника, концы на стороне, противоположной участкам, закрывающим металлическую полосу 1 (на чертеже правые концы), соединены соединительным элементом 6d, который является немагнитным и обладает тепловым сопротивлением.
[0042] В магнитном сердечнике 6, показанном на фиг.3D, хотя элемент 6а магнитного сердечника и элемент 6b магнитного сердечника расположены соответственно на стороне передней поверхности и на стороне задней поверхности металлической полосы 1, и элемент 6а магнитного сердечника и элемент 6b магнитного сердечника соединены соединительным элементом 6d, магнитный сердечник 6, показанный на фиг.3D, проявляет эффект подавления тока, подобный эффекту подавления тока магнитного сердечника 6, показанного на фиг.3В, в котором элемент 6а магнитного сердечника и элемент 6b магнитного сердечника соединены элементом 6е магнитного сердечника. Магнитный сердечник 6 способен мгновенно отслеживать изменение в ширине листа посредством перемещения вперед-назад в направлении ширины листа металлической полосы 1 при помощи подвижного элемента 9, даже когда ширина листа металлической полосы 1 изменяется, и позволяет мгновенно отслеживать отклонение от заданного положения, даже когда металлическая полоса 1 непрерывно изгибается и положение конца в направлении ширины значительно отклоняется.
[0043] Фиг.4 показывает вариант конфигурации магнитных сердечников 6 в упомянутых вариантах осуществления. Элементы 2а, 2b индукционной катушки расположены параллельно направлению ширины листа металлической полосы 1. Магнитные сердечники 6, способные закрывать соответствующие концы в направлении ширины листа металлической полосы 1 и металлическую полосу 1 за пределами упомянутых концов, размещены на обеих сторонах в направлении ширины листа металлической полосы 1. Магнитные сердечники 6 размещены поперек всей ширины между изображением в вертикальной проекции элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 и изображением в вертикальной проекции элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1.
[0044] Как показано на фиг.3В, магнитный сердечник 6 включает в себя элемент 6а магнитного сердечника на стороне передней поверхности и элемент 6b магнитного сердечника на стороне задней поверхности металлической полосы 1, и элемент 6е магнитного сердечника, соединяющий концы (на чертеже правые концы) на стороне, противоположной участкам, закрывающим металлическую полосу 1, элемента 6а магнитного сердечника и элемента 6b магнитного сердечника. Отмечается, что вместо элемента 6е магнитного сердечника может быть предусмотрен немагнитный соединительный элемент 6d, как показано на фиг.3D. В качестве альтернативы, как показано на фиг.3С, магнитный сердечник 6 может быть покрыт немагнитным теплоизолирующим материалом 6с.
[0045] Элемент 6а магнитного сердечника и элемент 6b магнитного сердечника закрывают большую площадь конца в направлении ширины листа металлической полосы 1 на стороне каждого из элемента 2а индукционной катушки и элемента 2b индукционной катушки, и закрывают небольшую площадь концов в центральном участке между элементом 2а индукционной катушки и элементом 2b индукционной катушки. Сторона каждого из элемента 6а магнитного сердечника и элемента 6b магнитного сердечника, закрывающая конец в направлении ширины листа металлической полосы 1, согнута.
[0046] Элемент 6а магнитного сердечника и элемент 6b магнитного сердечника выполнены с возможностью перемещения вперед и назад в направлении ширины листа металлической полосы 1 посредством подвижного элемента 9, чтобы отслеживать изменение в ширине листа, и способны отслеживать отклонение от заданного положения вследствие изгибания или т.п. металлической полосы 1.
[0047] Фиг.5А и 5В показывают вариант конфигурации магнитных сердечников 6 в соответствии с вариантом осуществления. Фиг.5А показывает случай, когда элементы 2а, 2b индукционной катушки расположены параллельно направлению ширины листа металлической полосы 1, а фиг.5В показывает случай, когда элементы 2а, 2b индукционной катушки наклоняются к концам в направлении ширины листа металлической полосы 1. Показан случай, в котором элемент 2а индукционной катушки наклоняется на стороне элемента 2b индукционной катушки к концам в направлении ширины листа металлической полосы 1, а элемент 2b индукционной катушки наклоняется на стороне элемента 2а индукционной катушки к концам в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0048] Как показано на фиг.5А, 5В, магнитные сердечники 6, способные закрывать концы в направлении ширины листа металлической полосы 1 и металлическую полосу 1 за пределами концов в направлении ширины листа, расположены на соответствующих обеих сторонах в направлении ширины листа металлической полосы 1. Магнитные сердечники 6 расположены поперек всей ширины между изображением в вертикальной проекции элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 2 на металлическую полосу 1 и изображением в вертикальной проекции элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1.
[0049] Магнитный сердечник 6 разделен на множество магнитных сердечников 60 в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1. Элемент 6а магнитного сердечника на стороне передней поверхности металлической полосы 1 разделен на множество элементов 60а магнитного сердечника. Элемент 6b магнитного сердечника на стороне задней поверхности металлической полосы 1 разделен на множество элементов 60b магнитного сердечника. Элемент 6е магнитного сердечника, соединяющий концы на стороне, противоположной участкам, закрывающим металлическую полосу 1 (на чертеже правые концы), элемента 6а магнитного сердечника и элемента 6b магнитного сердечника, разделен на множество элементов 60е магнитного сердечника. Упомянутое множество элементов 60а магнитного сердечника равно упомянутому множеству элементов 60b магнитного сердечника, и упомянутое множество элементов 60а магнитного сердечника и упомянутое множество элементов 60b магнитного сердечника расположены так, что изображение в вертикальной проекции упомянутого множества элементов 60а магнитного сердечника и изображение в вертикальной проекции упомянутого множества элементов 60b магнитного сердечника на металлическую полосу 1 перекрываются друг с другом в направлении перемещения металлической полосы 1.
[0050] Разделенный магнитный сердечник 60 включает в себя элемент 60а магнитного сердечника на стороне передней поверхности и элемент 60b магнитного сердечника на стороне задней поверхности металлической полосы 1, и элемент 60е магнитного сердечника, соединяющий концы на стороне, противоположной участкам, закрывающим металлическую полосу 1 (на чертеже правые концы), элемента 60а магнитного сердечника и элемента 60b магнитного сердечника, как показано на фиг.3В. Отмечается, что вместо элемента 60е магнитного сердечника может быть предусмотрен немагнитный соединительный элемент 60d, как показано на фиг.3D. В качестве альтернативы, как показано на фиг.3С, магнитный сердечник 60 может быть покрыт немагнитным теплоизолирующим материалом 60с.
[0051] Упомянутое множество элементов 60а магнитного сердечника и упомянутое множество элементов 60b магнитного сердечника выполнены с возможностью перемещения вперед и назад в направлении ширины листа металлической полосы 1 посредством подвижного элемента 9, чтобы отслеживать изменение в ширине листа, и способны отслеживать отклонение от заданного положения вследствие изгибания или т.п. металлической полосы 1. Кроме того, подвижный элемент 9 позволяет линии, соединяющей сторону элементов 60а магнитного сердечника и элементов 60b магнитного сердечника, закрывающую конец в направлении ширины листа металлической полосы 1, иметь заданный профиль.
[0052] Упомянутое множество магнитных сердечников 60 необязательно расположены без зазора по всей ширине между изображением в вертикальной проекции элемента 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 и изображением в вертикальной проекции элемента 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1, и соответствующее количество магнитных сердечников 60 могут быть размещены в заданными интервалами, чтобы обеспечивать требуемое распределение температуры нагрева.
[0053] Упомянутая линия, соединяющая сторону элементов 60а магнитного сердечника и элементов 60b магнитного сердечника, закрывающую конец в направлении ширины листа металлической полосы 1, согнута. Упомянутое множество магнитных сердечников 60 приспособлены для закрытия конца в направлении ширины листа металлической полосы 1 в центральной области между элементом 2а индукционной катушки и элементом 2b индукционной катушки и приспособлены для закрытия внутренней стороны металлической полосы 1 за пределами конца в направлении ширины листа металлической полосы 1 в области рядом с элементом 2а индукционной катушки и элементом 2b индукционной катушки. Элементы 60а магнитного сердечника и элементы 60b магнитного сердечника закрывают большую площадь конца в направлении ширины листа металлической полосы 1 на стороне каждого из элемента 2а индукционной катушки и элемента 2b индукционной катушки, и закрывают небольшую площадь конца в центральном участке между элементом 2а индукционной катушки и элементом 2b индукционной катушки.
[0054] Управление выдвижением/отводом элементов 60а магнитного сердечника и элементов 60b магнитного сердечника в направлении ширины листа постепенно подавляет направление протекания индукционного тока, сконцентрированного на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, чтобы регулировать плотность тока и период нагревания тока, протекающего на концах металлической полосы, предотвращая перегрев на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0055] Кроме того, управление распределением генерирования тепла в направлении ширины листа металлической полосы 1 осуществляется с высокой степенью точности посредством свободного регулирования распределения индукционного тока, циркулирующего на поверхности листа металлической полосы 1.
[0056] Например, когда металлическую полосу 1 нагревают посредством трубы радиационного нагрева на этапе перед использованием индукционного нагревательного устройства, чтобы привести концы металлической полосы в высокотемпературное состояние, осуществление распределения температуры в направлении ширины листа металлической полосы возможно даже на выходной стороне индукционного нагревательного устройства посредством подавления теплотворной способности на концах, так чтобы она была меньше теплотворной способности в центре металлической полосы, посредством подавления тока, протекающего на концах металлической полосы.
[0057] В случае размещения магнитных сердечников 60, показанного на фиг.5В, ток, протекающий на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, можно регулировать в некоторой степени посредством самих элементов 2а, 2b индукционной катушки, так что количество магнитных сердечников 60, размещаемых между элементами 2а, 2b индукционной катушки, может быть меньше по сравнению с случаем, показанным на фиг.5А.
[0058] Фиг.6 показывает вариант циркуляции индукционного тока 7, генерируемого в металлической полосе 1 в случае размещения элемента 2а индукционной катушки, элемента 2b индукционной катушки и множества магнитных сердечников 60, которые описаны со ссылкой на фиг.5А. Индукционный ток 7, генерируемый элементом 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 и элементом 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 и подавляемый в его концентрации на концах металлической полосы 1 посредством множества магнитных сердечников 60, размещенных на обеих сторонах концов в направлении ширины листа металлической полосы 1, циркулирует по эллиптической траектории в направлении часовой стрелки в поверхности листа металлической полосы 1. Таким образом, множество магнитных сердечников 60 постепенно подавляют направление протекания индукционного тока, сконцентрированного на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, чтобы регулировать плотность тока и период нагревания тока, протекающего на концах металлической полосы 1, предотвращая перегрев на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1.
[0059] Отмечается, что также в случае размещения элемента 2а индукционной катушки, элемента 2b индукционной катушки и множества магнитных сердечников 60, описанных со ссылкой на фиг.5В, индукционный ток 7, генерируемый элементом 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 и элементом 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 и подавляемый в его концентрации на концах металлической полосы 1 посредством множества магнитных сердечников 60, размещенных на обеих сторонах концов в направлении ширины листа металлической полосы 1, циркулирует по эллиптической траектории в направлении часовой стрелки в поверхности листа металлической полосы 1. Кроме того, также в случае размещения элемента 2а индукционной катушки, элемента 2b индукционной катушки и магнитных сердечников 6, описанных со ссылкой на фиг.4, индукционный ток 7, генерируемый элементом 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности металлической полосы 1 и элементом 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 и подавляемый в его концентрации на концах металлической полосы 1 посредством магнитных сердечников 6, размещенных на обеих сторонах концов в направлении ширины листа металлической полосы 1, циркулирует по эллиптической траектории в направлении часовой стрелки в поверхности листа металлической полосы 1.
[0060] Размещение множества магнитных сердечников 60 и управление выдвижением/отводом множества магнитных сердечников 60 необязательно должно быть симметричным на обеих сторонах в направлении ширины листа металлической полосы 1. В случае, когда распределение температуры уже является асимметричным в направлении ширины листа металлической полосы 1 на входной стороне индукционного нагревательного устройства, или в случае, когда распределение магнитного поля является асимметричным вследствие изгибания и т.п., множество магнитных сердечников 60 необязательно должны быть размещены симметрично в направлении ширины листа металлической полосы 1, и их размещение может быть соответствующим образом изменено в зависимости от цели.
[0061] Кроме того, форма циркуляции индукционного тока 7 не ограничена эллиптической и может быть любой формой посредством соответствующего изменения вводящих расстояний и/или количества размещаемых магнитных сердечников.
[0062] Выше был описан случай одной пары индукционных катушек, в которой элемент 2а индукционной катушки на стороне передней поверхности и элемент 2b индукционной катушки на стороне задней поверхности металлической полосы 1 были соединены, однако автор настоящего изобретения убедился, что упомянутые магнитные сердечники 6 и множество магнитных сердечников 60 эффективно функционируют также в индукционном нагревательном устройстве, в котором множество пар индукционных катушек размещены последовательно.
[0063] Фиг.7 показывает вариант размещения магнитных сердечников 60, когда две пары индукционных катушек 2 размещены параллельно рядом. В этом случае токи с одинаковой фазой должны протекать в соответствующем элементе 2b индукционной катушки и элементе 2а индукционной катушки, расположенных в центре. Размещение индукционных катушек 2 параллельно в направлении перемещения металлической полосы 1 и осуществление протекания токов с одинаковой фазой в соответствующих расположенных рядом индукционных катушках 2 увеличивает плотность магнитного потока в центральном участке, чтобы относительно увеличивать степень генерирования тепла в центре в направлении ширины листа, что позволяет уменьшить степень перегрева на концах в направлении ширины листа, обеспечивая более равномерное нагревание.
[0064] Кроме того, изменение выходов индукционных катушек 2 первой ступени и второй ступени позволяет свободно управлять скоростью нагревания, что позволяет нагревать участки разной температуры в разными скоростями нагревания и позволяет надлежащим образом соответствовать разным условиям нагревания, определяемых требованиями металлургии.
[0065] Фиг.8 показывает вариант конфигурации магнитных сердечников 60, когда две пары индукционных катушек 2 соединены последовательно. При размещении индукционных катушек 2 в последовательном соединении токи, протекающие соответственно в индукционных катушках 2 первой ступени и второй ступени, становятся одинаковыми, что позволяет сделать одинаковыми теплотворной способности в соответствующих индукционных катушках 2 первой ступени и второй ступени.
[0066] Фиг.9А показывает вариант размещения индукционной катушки 20 и магнитных сердечников 60 в случае индукционного нагревательного устройства TF системы.
[0067] Индукционная катушка 20 расположена на обеих сторонах из стороны передней поверхности и стороны задней поверхности металлической полосы 1. Направление тока, протекающего в индукционной катушке 20 на стороне передней поверхности металлической полосы 1, соответствует направлению тока, протекающего в индукционной катушке 20 на стороне задней поверхности металлической полосы 1. Ток протекает в направлениях, показанных стрелками на чертеже.
[0068] Индукционная катушка 20 на стороне передней поверхности металлической полосы 1 и индукционная катушка 20 на стороне задней поверхности металлической полосы 1 каждая включает в себя элемент 20а индукционной катушки, элемент 20b индукционной катушки, элемент 20с индукционной катушки и элемент 20d индукционной катушки. Элемент 20а индукционной катушки и элемент 20b индукционной катушки расположены параллельно металлической полосе 1. Оба конца элемента 20а индукционной катушки и оба конца элемента 20b индукционной катушки выступают за металлическую полосу 1 в направлении ширины листа металлической полосы 1. Один конец элемента 20а индукционной катушки и один конец элемента 20b индукционной катушки соединены элементом 20с индукционной катушки, а другой конец элемента 20а индукционной катушки и другой конец элемента 20b индукционной катушки соединены элементом 20d индукционной катушки. Элемент 20с индукционной катушки является примером электрического соединительного средства, и элемент 20d индукционной катушки также является примером электрического соединительного средства.
[0069] Элемент 20а индукционной катушки и элемент 20b индукционной катушки расположены так, что изображение в вертикальной проекции, то есть вертикальная проекция элемента 20а индукционной катушки на металлическую полосу 1, и изображение в вертикальной проекции, то есть вертикальная проекция элемента 20b индукционной катушки на металлическую полосу 1, не перекрываются в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1.
[0070] Изображение в вертикальной проекции элемента 20а индукционной катушки 20 на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1, и изображение в вертикальной проекции элемента 20а индукционной катушки 20 на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 расположены так, чтобы перекрываться в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы.
[0071] Изображение в вертикальной проекции элемента 20b индукционной катушки 20 на стороне передней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1, и изображение в вертикальной проекции элемента 20b индукционной катушки 20 на стороне задней поверхности металлической полосы 1 на металлическую полосу 1 расположены так, чтобы перекрываться в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы.
[0072] Магнитный сердечник 6, включающий в себя множество магнитных сердечников 60 (множество элементов 60а магнитного сердечника и множество элементов 60b магнитного сердечника), имеет конфигурацию, соответствующую конфигурации магнитного сердечника 6, включающего в себя множество магнитных сердечников 60 (множество элементов 60а магнитного сердечника и множество элементов 60b магнитного сердечника), описанных со ссылкой на фиг.5А, и подвижный элемент 9, который вынуждает каждый из множества элементов 60а магнитного сердечника и элементов 60b магнитного сердечника перемещаться вперед и назад в направлении ширины листа металлической полосы 1, также аналогичен подвижному элементу 9, описанному со ссылкой на фиг.5А.
[0073] Фиг.9В показывает вид в плане индукционного тока 70, генерируемого в металлической полосе 1, когда магнитные сердечники 6, показанные на фиг.9А, предусмотрены. Фиг.9С показывает плоский вид индукционного тока 70а, генерируемого в металлической полосе 1, когда магнитные сердечники 6, показанные на фиг.9А, не предусмотрены.
[0074] Ссылаясь на фиг.9С, в металлической полосе 1, прямо под элементами 20а, 20b индукционной катушки генерируется кольцевой индукционный ток 70а, протекающий в направлениях стрелок. На концах в направлении ширины листа металлической полосы 1 легко возникает перегрев, поскольку, например, индукционный ток 70а, протекающий на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1 (а) стремится сделать малым сопротивление при первичном токе, протекающем в элементе 20с индукционной катушки или элементе 20d индукционной катушки, соединяющем элемент 20а индукционной катушки и элемент 20b индукционной катушки, так что он неблагоприятно смещается к концам в направлении ширины листа металлической полосы 1, неблагоприятно сужая ширину d2 пути тока, (b) магнитный поток, возбуждаемый первичным током, протекающим в элементе 20с индукционной катушки или элементе 20d индукционной катушки, проходит концентрично через концы в направлении ширины листа расположенной рядом металлической полосы 1, и (с) на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, по сравнению с центром металлической полосы 1, нагревание осуществляется в течение длительного периода времени за счет дальности в продольном направлении (направлении перемещения) металлической полосы 1.
[0075] Для сравнения, ссылаясь на фиг.9В, предусмотрено множество магнитных сердечников 60, так что индукционный ток 70, генерируемый элементом 20а индукционной катушки и элементом 20b индукционной катушки и подавляемый в его концентрации на концах металлической полосы 1 посредством множества магнитных сердечников 60, размещенных на обеих сторонах концов в направлении ширины листа металлической полосы 1, циркулирует по эллиптической траектории в поверхности листа металлической полосы 1. Таким образом, множество магнитных сердечников 60 постепенно подавляют направление протекания индукционного тока, сконцентрированного на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1, чтобы регулировать плотность тока и период нагревания тока, протекающего на концах металлической полосы 1, предотвращая перегрев на концах в направлении ширины листа металлической полосы 1.
Пример
[0076] Ниже будет описан пример, однако условием данного примера является условный пример, используемый для подтверждения эксплуатационной пригодности и эффектов изобретения, и изобретение не ограничено данным условным примером.
[0077] (1-й пример)
Для подтверждения эффектов проводили анализ электромагнитного поля при следующих условиях.
Целевой материал: стальной лист с содержанием углерода 0,06% (ширина листа 1 м, толщина листа 1 мм).
Индукционные катушки: медные листы шириной 150 мм размещали так, чтобы между ними размещался стальной лист и так, что медные листы на передней и задней стороне стали параллельны друг другу, и их изображения в вертикальной проекции на стальной лист разделяло расстояние 300 мм во внутреннем размере. Расстояние между стальным листом и индукционными катушками было равно 10 мм.
Магнитный сердечник А: Магнитный сердечник (изготовленный из феррита) был размещен между индукционными катушками. Ширина 30 мм, толщина 20 мм, глубина 200 мм, внутренняя высота 100 мм и глубина 180 мм. Семь сердечников (одна сторона концов стального листа) размещали с интервалами 10 мм, так чтобы они были отделены от индукционных катушек на расстоянии 15 мм. Относительная магнитная проницаемость равна 2000.
Магнитный сердечник В: Магнитный сердечник (изготовленный из феррита) для концентрации магнитного потока был установлен на задней поверхности индукционной катушки. Физические свойства такие же как физические свойства магнитного сердечника А.
Нагрев: Нагрев при температуре 800° в немагнитной области.
Значения свойств
Стальной лист: относительная магнитная проницаемость 1 [-], электропроводность 106 [См/м]
Индукционные катушки: относительная магнитная проницаемость 1 [-], электропроводность 0 [См/м]
Магнитные сердечники: относительная магнитная проницаемость 2000 [-], электропроводность 0 [См/м]
Граничное условие
Периферийный участок: симметричная граница
Ток: постоянный ток 10 кГц
[0078] Аналитическая модель
Пример: Элементы 2а, 2b индукционных катушек, свитые по всей ширине листа с зазором 300 мм, размещали параллельно на стороне передней поверхности и стороне задней поверхности стального листа 1, а магнитные сердечники А1-А7 размещали на обеих сторонах концов стального листа и между двумя элементами 2а, 2b индукционных катушек. Фиг.10 схематично показывает конфигурацию аналитической модели данного примера.
[0079] Форму циркуляции индукционного тока 7, генерируемого элементом 2а индукционной катушки (на стороне передней поверхности) и элементом 2b индукционной катушки (на стороне задней поверхности), изменяли посредством изменения вводных расстояний (мм) магнитных сердечников А1-А7 от конца стального листа, вычисляли температуру на конце стального листа и температуру в центре стального листа и вычисляли отношение температур=температура конца стального листа/температура центра стального листа. Результаты показаны в Таблице 1.
[0080] 1-3-й сравнительные примеры: Элементы 2а, 2b индукционных катушек, свитые по всей ширине листа с зазором 300 мм, размещали параллельно на стороне передней поверхности и на стороне задней поверхности стального листа 1, и в каждом из случаев, когда магнитный сердечник не размещали на обеих сторонах концов стального листа и между двумя элементами 2а, 2b индукционных катушек(1-й сравнительный пример), когда магнитный сердечник А1 размещали на одном конце стального листа 1 и около элемента 2а индукционной катушки, а магнитный сердечник А7 размещали на другом конце стального листа 1 и около элемента 2b индукционной катушки (2-й сравнительный пример), и когда магнитные сердечники А1, А7 размещали на каждом из обоих концов стального листа и около элементов 2а, 2b индукционных катушек, соответственно (3-й сравнительный пример), вычисляли температуру на конце стального листа и температуру в центре стального листа, и вычисляли отношение температур=температура конца стального листа/температура центра стального листа. Результаты показаны в Таблице 1. Фиг.11 и фиг.12 каждый схематично показывает конфигурацию аналитической модели 2-го сравнительного примера и 3-го сравнительного примера, соответственно.
[0081] [Таблица 1]
| Отношение температур (= температура конца/температура центра) |
|
| Пример изобретения | 1,08 |
| 1-й сравнительный пример | 7,3 |
| 2-й сравнительный пример | 5,2 |
| 3-й сравнительный пример | 3,0 |
[0082] Отношения температур, показанные в Таблице 1, показывают, что распределение температуры в направлении ширины стального листа значительно улучшилось, то есть стало более равномерным.
[0083] В соответствии с вариантами осуществления упомянутого изобретения, можно управлять индукционным током, протекающим на сторонах концов в направлении ширины листа металлической полосы, и свободно управлять распределением температуры металлической полосы в направлении ширины листа, неважно магнитной или немагнитной, также когда толщина листа небольшая.
[0084] Кроме того, в соответствии с вариантами осуществления в соответствии с описанием, можно свободно корректировать распределение температуры в соответствии с требуемым распределением температуры во время нагревания металлической полосы также в случае, когда металлическую полосу подвергают нагреванию перед введением в индукционное нагревательное устройство и существует значительное отклонение в распределении температуры металлической полосы, тем самым позволяя повысить качество обработки металлической полосы.
[0085] Кроме того, в соответствии с вариантами осуществления в соответствии с описанием, нагревание возможно без снижения скорости нагрева в температурной области, в которой температура превышает точку Кюри, в которой передача тепла затрудняется, поскольку нагреваемый материал становится высокотемпературным посредством радиационного нагрева, тем самым позволяя повысить производительность, чтобы существенно улучшить гибкость производственного графика.
[0086] Описание заявки на патент Японии № 2014-181710, зарегистрированной 5 сентября 2014 г., в ее полном объеме включено в данный документ посредством ссылки.
Все документы, заявки на патенты и технические стандарты, описанные в данном описании, включены в данный документ посредством ссылки в равной мере, как и в случаях, когда каждый документ, заявка на патент или технический стандарт конкретно и отдельно описан будучи включенным посредством ссылки.
[0087] Хотя выше были описаны различные типовые варианты осуществления, настоящее изобретение не ограничено данными вариантами осуществления. Объем настоящего изобретения ограничен только приведенной ниже формулой изобретения.
1. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы, содержащее:
- индукционную катушку, включающую:
первый элемент индукционной катушки и второй элемент индукционной катушки, которые расположены параллельно с металлической полосой поперек металлической полосы, которая перемещается в ее продольном направлении, причем элементы индукционной катушки расположены так, что оба конца каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки выступают за перемещающуюся металлическую полосу в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, и причем элементы индукционной катушки расположены так, что их изображения в вертикальной проекции на перемещающуюся металлическую полосу не перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса;
первое электрическое соединительное средство для электрического соединения одного из двух концов первого элемента индукционной катушки и одного из двух концов второго элемента индукционной катушки; и
второе электрическое соединительное средство для электрического соединения другого из двух концов первого элемента индукционной катушки и другого из двух концов второго элемента индукционной катушки;
- первый магнитный сердечник, включающий:
первый элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый первый элемент магнитного сердечника предусмотрен на одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь одного концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки и закрывает небольшую площадь упомянутого одного концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки; и
второй элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый второй элемент магнитного сердечника предусмотрен на другой из сторон поверхности, противоположной упомянутой одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы, и закрывает большую площадь одного концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки и закрывает небольшую площадь упомянутого одного концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки; и
- второй магнитный сердечник, включающий:
третий элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый третий элемент магнитного сердечника предусмотрен на упомянутой одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь другого концевого участка, противоположного упомянутому одному концевому участку в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки и закрывает небольшую площадь упомянутого другого концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки; и
четвертый элемент магнитного сердечника, предусмотренный между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки в направлении перемещения, причем упомянутый четвертый элемент магнитного сердечника предусмотрен на упомянутой другой из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы и закрывает большую площадь упомянутого другого концевого участка в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, причем упомянутая большая площадь находится на стороне каждого из первого элемента индукционной катушки и второго элемента индукционной катушки и закрывает небольшую площадь упомянутого другого концевого участка в центральном участке между первым элементом индукционной катушки и вторым элементом индукционной катушки.
2. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы по п.1, в котором первый элемент индукционной катушки предусмотрен на одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы, а второй элемент индукционной катушки предусмотрен на другой из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы.
3. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы по п.1, дополнительно содержащее вторую индукционную катушку, включающую:
третий элемент индукционной катушки и четвертый элемент индукционной катушки, которые расположены параллельно с металлической полосой поперек металлической полосы, которая перемещается в ее продольном направлении, причем третий и четвертый элементы индукционной катушки расположены так, что оба конца каждого из третьего элемента индукционной катушки и четвертого элемента индукционной катушки выступают за перемещающуюся металлическую полосу в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы, и причем третий и четвертый элементы индукционной катушки расположены так, что их изображения в вертикальной проекции на перемещающуюся металлическую полосу не перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса;
третье электрическое соединительное средство для электрического соединения одного из двух концов третьего элемента индукционной катушки и одного из двух концов четвертого элемента индукционной катушки; и
четвертое электрическое соединительное средство для электрического соединения другого из двух концов третьего элемента индукционной катушки и другого из двух концов четвертого элемента индукционной катушки,
при этом изображения в вертикальной проекции первого элемента индукционной катушки и третьего элемента индукционной катушки на перемещающуюся металлическую полосу перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса, и изображения в вертикальной проекции второго элемента индукционной катушки и четвертого элемента индукционной катушки на перемещающуюся металлическую полосу перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса; и
при этом первый элемент индукционной катушки и второй элемент индукционной катушки предусмотрены на упомянутой одной из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы, а третий элемент индукционной катушки и четвертый элемент индукционной катушки предусмотрены на упомянутой другой из сторон поверхности перемещающейся металлической полосы.
4. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы по любому из пп.1-3, в котором
первый элемент магнитного сердечника и второй элемент магнитного сердечника каждый разделены на одинаковое множество элементов в направлении перемещения, и упомянутое множество разделенных первых элементов магнитного сердечника и упомянутое множество разделенных вторых элементов магнитного сердечника расположены так, что изображения в вертикальной проекции разделенных первых элементов магнитного сердечника и изображения в вертикальной проекции разделенных вторых элементов магнитного сердечника на перемещающуюся металлическую полосу соответственно перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса, и
третий элемент магнитного сердечника и четвертый элемент магнитного сердечника каждый разделены на одинаковое множество элементов в направлении перемещения, и упомянутое множество разделенных третьих элементов магнитного сердечника и упомянутое множество разделенных четвертых элементов магнитного сердечника расположены так, что изображения в вертикальной проекции разделенных третьих элементов магнитного сердечника и изображения в вертикальной проекции разделенных четвертых элементов магнитного сердечника на перемещающуюся металлическую полосу соответственно перекрываются друг с другом в направлении перемещения, в котором перемещается металлическая полоса.
5. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы по п.4, дополнительно содержащее: подвижное средство, приспособленное для перемещения каждого из упомянутого разделенного множества элементов первого элемента магнитного сердечника и второго элемента магнитного сердечника, и каждого из упомянутого разделенного множества элементов третьего элемента магнитного сердечника и четвертого элемента магнитного сердечника в направлении ширины листа перемещающейся металлической полосы.
6. Индукционное нагревательное устройство для металлической полосы по п.2, дополнительно содержащее:
вторую индукционную катушку, имеющую конфигурацию, аналогичную конфигурации упомянутой индукционной катушки;
третий магнитный сердечник, имеющий конфигурацию, аналогичную конфигурации первого магнитного сердечника; и
четвертый магнитный сердечник, имеющий конфигурацию, аналогичную конфигурации второго магнитного сердечника,
причем упомянутая индукционная катушка и вторая индукционная катушка расположены параллельно в направлении перемещения.
