[发明专利]金属板的感应加热装置和感应加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及铁和铝等的铁和有色金属板的感应加热装置和感应加热方 法。特别是涉及在不论金属板是薄板还是厚板，即使在非磁性状态下也能 高效率地加热金属板的感应加热装置中，特别是可精密控制金属板的温度 进行加热的感应加热装置和感应加热方法。

背景技术

金属的利用高频电流的感应加热，为了进行以淬火为首的热处理已被 广泛应用。对于钢板和铝板等的铁、有色金属的薄板，出于在制造过程中 控制材质的目的，以及出于提高加热速度从而提高生产率、自如地调整生 产量的目的等，已作为代替现有的由气体加热、电加热进行的间接加热的 加热方式来使用。

对金属板进行感应加热的情况大致有两种方式。一种是使高频电流在 包围金属板的周围的感应线圈中流动，产生的磁通贯穿金属板的纵向(长 度方向)，使金属板的截面内产生感应电流从而进行加热的被称为所谓的 LF(纵向磁通加热)方式的感应加热方式，另一种是将金属板配置在卷绕 了一次线圈的被称为电感器的良磁性体之间，使电流通过一次线圈而产生 的磁通通过电感器，由此，使在电感器间流动的磁通以横穿金属板的方式 通过，由此在金属板的平面产生电流从而进行感应加热的TF(横向磁通加 热方式)方式。

LF方式的感应加热，虽然温度分布的均匀性好，但是存在如下课题： 产生的感应电流在板截面内循环，从电流浸透深度的关系来看，在板厚度 薄的情况下，若不提高电源的频率，则不能产生感应电流，而且，非磁性 材料或在磁性材料中超过居里点温度的材料由于电流的浸透深度变深因此 板厚度薄的材料不能进行加热。

另一方面，TF方式的感应加热有如下特征：由于磁通贯穿金属板的 平面，因此可以不区别板厚、磁性、非磁性而进行加热；通过使用磁阻小 的电感器能够减少漏磁通，能够使磁通集中于与金属板的表面和背面相对 的电感器之间，因此加热效率高。

其另一方面存在如下问题：容易产生温度分布的不均匀；在金属板不 处在相对的电感器的中心的情况下，对于磁性材料而言，被某个电感器吸 引，从而变得更容易产生温度偏差。而且，在TF方式的感应加热的情况 下，存在如下缺点：难以应对金属板的板宽变更、在连续通板线上蜿蜒行 进的情况。

为了解决这些课题，在日本特开2002-43042号公报中公开了：在行进 方向错开地配置带板的行进方向的表面、背面的单匝线圈。另外，在日本 特开2002-151245号公报中提出了：面向被加热材料的感应加热线圈的长 轴向被加热材料的横向(宽度方向)弯曲那样的菱形形状的感应线圈。另 外，在日本特开2005-209608号公报中由本发明者们提出了：使在横向环 绕金属带板的感应线圈在金属板的表面侧和背面侧沿行进方向错开的感应 线圈。

发明内容

图1是表示以往的LF方式的感应加热的示意图。由与高频电源11连 接的感应线圈2包围作为被加热材料的金属板1的横向的周围，流通一次 电流5，由此磁通4贯穿金属板1的内部，在磁通4的周围产生感应电流， 由产生的感应电流对金属板1进行加热。图2是表示在金属板1的截面内 产生感应电流的情况的剖面示意图。

利用贯穿金属板1的磁通4，在金属板1的截面中，沿与在感应线圈2 中流动的一次电流5相反的方向流动感应电流6a、6b。该感应电流6a、6b 集中于金属板1的表面至用式(1)表示的电流浸透深度δ的范围而流动。

δ[mm]＝5.03×10⁵(ρ/μrf)^0.5                    (1)

在此，ρ：电阻率[Ωm]、μr：相对磁导率[-]、f：加热频率[Hz]。

产生的感应电流6a、6b如图2所示在板截面的表面背面逆向流动， 因此，若电流浸透深度δ变深，则板表面背面的感应电流相互抵消的结果， 在板截面内没有电流流动。

由于金属的ρ随着温度的上升而上升，因此δ也随着温度上升而变深。 另外，强磁性、普通磁性的磁性材料随着温度上升接近于居里点，μr减 少，当超过居里点时，μr变为1。另外，非磁性材料的μr也为1。若μr 变小，则根据式(1)，在为非磁性材料、或磁性材料的情况下从居里点紧 前超过居里点的温度区域，电流浸透深度δ变深，对于板厚度薄的被加热 材料而言不能进行加热。