[发明专利]加热装置及包括其的连续金属板加热设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过感应加热方式对金属板等平板材料进行加热的加热装置，更详细地涉及这样一种加热装置及包括其的连续金属板加热设备，其能够确保空间利用从而尤其在空间狭小的轧制生产线中容易地进行装置的构筑，同时可以在材料(金属板)的宽度方向上实现均匀加热，并且改善杆部(pole)和端部(head)等的线圈卷绕结构，从而最终可以进行材料(金属板)的最佳加热。

背景技术

在对平板材料例如金属板或者连续移动的连续金属板等的轧制板进行加热时，所使用的横向磁通感应线圈(Transverse Flux Induction Coil)(以下，称为“TFIC”)是从纵向磁通感应线圈(Longitudinal Flux Induction Coil)(以下，称为“LFIC”)开发出的感应加热技术中的一种。

图1及图2示出基于这种LFIC和由LFIC改进的TFIC的对平板材料如金属板的加热原理。

例如，如图1a所示，由LFIC产生的磁场以水平方向作用于金属板，使得在金属板的垂直剖面产生涡流(eddy current)，接着，如图1b所示，为了有效地对金属板进行基于涡流的加热，金属板的厚度应为磁场的渗透深度(δ＝√(1/πfμσ))的三倍以上，这是为了防止金属板的上部和下部的相反涡流互相碰撞而产生抵消(“A”区域)。

由此，通过公知的LFIC进行感应加热的情况下，随着金属板厚度变薄，渗透深度也应减小，因此需要材料的高导磁率(μ)或者装置的高驱动频率(f)。

但是，导磁率是金属的固有特性，因此无法对其进行控制，并且其在居里温度以上的温度下形成为像空气一样的低数值，从而需要只用高驱动频率进行运行。这会限制大容量电力设备的实现，因此基于LFIC的非磁性金属板的感应加热在结构上受到限制。

接着，如图2a所示，TFIC产生垂直贯通金属板的磁场，并且设计成其渗透深度大于金属板的厚度，因此，不发生涡流的抵消现象，并且，如图2b所示，在金属板的上部及下部流过的涡流具有相同极性并产生重叠的部分B而使电流密度上升，因此能提高加热效果(P＝I^2×R)。

据此，对于非磁性金属板或者薄板的感应加热而言，在采用TFIC的情况下，可以实现提高加热效率的效果。

另一方面，虽未另行用附图示出这种TFIC的初始型号，但其为简单的矩形卷绕形状，在该情况下，钢板所感应的涡流密度在金属板的边缘附近的宽度方向上不均匀性变大。

这是在使用以简单的矩形形状卷绕的TFIC时所发生的普遍问题，如在本发明中下文中描述，如果将线圈端(Head)以弯曲形状形成，并使其弯曲的程度最佳化，则可以使金属板(宽度方向)不均匀性最小化。

然而，在上下分别使用一对TFIC加热(感应)线圈的感应加热技术已在美国专利US 5,401,941号中公开。

此处，虽未另行用附图表示，但在所述美国专利中采用了在上下配置的TFIC，由此需要用于各TFIC的驱动部、配件部(冷凝器、变压器等)、及用于控制位置的输送部(输送设备)。

例如，在上述美国专利中，对于各个TFIC，考虑到确保与感应线圈连接的配件部和输送部的空间等方面，一对TFIC需排列在彼此相对的方向上，并对应于金属板的宽度变化等，以两对TFIC实现位置控制。

因此，上述美国专利采用了将用于施加电流的配件部及用于控制感应线圈位置的输送部(驱动设备、驱动框架等)分别配置在相对侧的方式，因此需要更多的用于操作装置的空间。这种空间确保方面的限制会导致很难适用于特定工艺，尤其是周边装置的设置空间非常狭小的轧制生产线的问题。

例如，在连铸后连续进行轧制的薄板的连续轧制生产线中采用如上所述的美国专利的TFIC在实际上是不可能的。

并且，在采用如美国专利的线性端部(整体上以四角形形状卷绕)的情况下，如果充分确保线圈间隔(Pole Pitch)，则可以在宽度方向上使温度分布在一定程度上变得均匀，但是如轧制生产线存在难以确保用于设置感应线圈的充分空间的空间限制的情况下，尤其在均匀地控制从金属板中心朝向边缘侧的宽度方向上的温度分布方面存在很大困难。

发明内容

技术问题