加热设备及加热方法
【专利摘要】本发明提供一种加热设备，该加热设备具有简单的线圈结构，且能够实现金属板的边缘部的过度加热及金属板在宽度方向上的均匀加热，所述加热设备包括：第一加热部，与金属板的一个表面间隔设置，以产生用于加热金属板的磁场，并与所述金属板平行地设置；及第二加热部，与金属板的另一个表面间隔设置，其中所述第一及第二加热部分别包括沿着卷绕线圈的横向部延伸的磁芯，所述卷绕线圈在金属板的移动方向/宽度方向上延伸，所述磁芯具有沿着卷绕线圈的横向部的内侧表面延伸的第一构件，在所述卷绕线圈中横向部的外侧表面是敞开的。
【专利说明】加热设备及加热方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加热设备及加热方法，尤其涉及一种用于加热连续供应的金属板，并且在可以对边缘部进行过度加热的同时，对除边缘部之外的部分进行均匀加热的加热设备及加热方法。
【背景技术】
[0002]横向磁通感应线圈(Transverse Flux Induction Coil,称为“TFIC”)是由纵向磁通感应线圈(Longitudinal Flux Induction Coil,称为“LFIC”)开发而得到的，属于感应加热技术中的一种。
[0003]在图1中，示出了通过LFIC和TFIC加热金属板的原理。
[0004]即，如图1(a)所不，由LFIC产生的磁场在横向上对金属板发生作用，从而在金属板的垂直剖面上产生涡流(Eddy current)。为了有效地进行基于所述涡流的金属板的加热，金属板的厚度应为磁场的穿透深度(δ =V (I/Jif μ σ ))的3倍以上,这是因为，如图1(b)所示，防止在金属板的上部和下部中相反流向的涡流彼此冲突而被抵消(A)。
[0005]因此，为了有效地进行基于LFIC的感应加热，穿透深度应随着金属板的厚度变薄而降低，由此需要使材料具有高磁导率(μ)以及需要使设备具有高工作频率(f)。
[0006]但是，磁导率是金 属的固有性质，无法控制磁导率，而高工作频率在大容量功率设备方面是受限的，因此用LFIC对非磁性金属薄板的感应加热是受限制的。
[0007]在图2中，不出了 TFIC的技术。TFIC对横向移动的金属板产生垂直方向的磁场，由此在大面积的横向剖面上感应涡流，因此能够防止涡流被抵消，并且，如图2(b)所示，随着金属板的厚度变小，流过金属板的上部及下部的相同方向的涡流彼此重叠(B)，由此使电流密度上升，因此能够进一步提高加热效果(P = 12 * R)。
[0008]由此，在对非磁性金属薄板进行感应加热时，通过使用TFIC具有提高加热效率的效果。
[0009]如图3所示，初期TFIC具有简单的矩形卷线形状，传向钢板的能量在宽度方向上不均匀，尤其，传向边缘部20内侧的能量相比于中心区域减少了 20%，从而产生了未充分加热区域(参照图3b中的附图标记C)。为解决该问题，使TFIC的两端侧部分具有圆形的顶部，尤其可以减少顶部10的剖面大小，或可以向外侧扩大成圆形，由此提高未充分加热部分的电流密度，或延长电流通路而补偿边缘部内侧的未充分加热，从而实现宽度方向上的均匀加热。
[0010]但是，在上述TFIC的情况下，加热图案根据线圈位置尤其根据TFIC顶部10的端部与金属板的边缘之间的距离，产生大的变化，因此应准确控制TFIC顶部10的位置。换言之，为了实现基于金属板的宽度变化或偏心情况下在宽度方向上的均匀加热，存在对于金属板的TFIC的最佳位置，为此必须移动TFIC。
[0011]最后，为了控制所述线圈的位置，如图4所示，开发了将上下一对加热线圈分为两对的U字形TFIC。[0012]利用两对TFIC的感应加热系统需要两个电源装置和匹配元件(电容器、变压器等)，并且需要根据金属板的宽度变化和偏心来控制线圈位置的机构。另外，加热线圈的剖面或形状在顶部发生变化，因此需要通过焊接方式制造线圈，并且有可能由于过度加热在焊接部形成孔，由此产生基于该孔的线圈冷却水泄漏的现象。即，在该情况下，存在难以制造线圈、系统复杂、初期投资费用高等缺点。
【发明内容】
[0013]技术问题
[0014]本发明是为了解决上述现有技术中存在的问题而提出的，目的在于提供一种线圈形状简单，并且可以实现金属板边缘部的过度加热以及金属板的宽度方向上的均匀加热的加热设备。
[0015]另外，本发明目的在于提供一种结构简单且无需线圈位置的控制机构，也可以实现边缘部的过度加热以及金属板的宽度方向上的均匀加热的加热设备。
[0016]另外，本发明的目的在于，提供一种在金属板发生偏心时，也可以实现边缘部的过度加热及金属板的宽度方向上的均匀加热的加热设备及加热方法。
[0017]技术方案
[0018]本发明为实现上述目的，提供了如下加热设备及加热方法。
[0019]本发明提供一种加热设备，包括:第一加热部，与金属板的一个表面间隔设置，以产生用于加热金属板的磁场，并与所述金属板平行地设置，并且所述第一加热部包括卷绕线圈，所述卷绕线圈具有在金属板的宽度方向上延伸的一对横向部以及在金属板的移动方向上延伸的一对竖向部；以及，第二加热部，与金属板的另一个表面间隔设置，并与所述金属板平行地设置，并且所述第二加热部包括卷绕线圈，所述卷绕线圈具有在金属板的宽度方向上延伸的一对横向部以及在金属板的移动方向上延伸的一对竖向部，其中，所述第一及第二加热部分别包括沿着所述卷绕线圈的一对横向部延伸的磁芯，所述磁芯具有沿着所述横向部的内侧表面延伸的第一构件，在所述卷绕线圈中，横向部的外侧表面是敞开的。
[0020]在本发明中，所述卷绕线圈卷绕成在金属板的宽度方向上具有长的长度的矩形形状，所述磁芯可以包括在金属板的移动方向上位于前方的前方磁芯以及在金属板的移动方向上位于后方的后方磁芯。
[0021]此时，所述磁芯还可以包括位于所述卷绕线圈的、与金属板相反一侧的表面上的
第二构件。
[0022]此时，所述磁芯的第二构件可以包括延伸部，以在金属板的宽度方向上具有比所述第一构件更长的长度，并且所述延伸部可以延伸至所述卷绕线圈的、在金属板的宽度方向上的端部。
[0023]另外，还可以包括磁场屏蔽外壳，所述磁场屏蔽外壳在其内部包括所述卷绕线圈及所述磁芯，以防止基于所述卷绕线圈的磁场泄漏。
[0024]另外，所述磁芯是将相对磁导率为1000以上的粉状高磁导率材料压缩烧结而成的，或将相对磁导率为1000以上的电工钢板在电工钢板的长度方向上层叠的，以使铁损最小化。
[0025]另外，可以在所述磁芯和所述卷绕线圈之间配置隔热板，并且可以在所述磁芯的外侧配置散热板，所述散热板可以具有与所述磁芯对应的形状，且所述散热板可以是在外侧配置有水冷式线圈的水冷式散热板。
[0026]另外，还包括磁场屏蔽外壳，所述磁场屏蔽外壳在其内部包括所述卷绕线圈及所述磁芯，以防止基于所述卷绕线圈的磁场泄漏；所述卷绕线圈、隔热板、磁芯、及散热板可以通过连接单元固定于所述磁场屏蔽外壳内部的基底。
[0027]此时，所述磁芯可以是将相对磁导率为1000以上的粉状高磁导率材料压缩烧结而成的，且所述高磁导率材料的直径可以在磁场的穿透深度以下。
[0028]与上述不同地，所述磁芯可以是将相对磁导率为1000以上的电工钢板在电工钢板的长度方向上层叠而成的，所述电工钢板的厚度可以在磁场的穿透深度以下。
[0029]此时，所述磁芯是通过粘接层将所述电工钢板层叠而成的，并且在所述磁芯中，所述电工钢板的体积比占整体体积的95%以上，以在所述金属板的宽度方向上获得均匀的加热图案。
[0030]在本发明中，所述卷绕线圈的内侧长边的长度可以大于金属板的在宽度方向上的长度的80%并小于金属板的在宽度方向上的长度的120%。
[0031]另外，优选地，所述磁场屏蔽外壳的厚度大于磁场的穿透深度，所述卷绕线圈与所述磁场屏蔽外壳的内表面之间的距离大于所述卷绕线圈与所述金属板之间的距离，以减少所述磁场屏蔽外壳的感应电流损失。
[0032]另外，本发明提供一种轧制线(line)，其包括:本发明中所述的加热设备；及配置在所述加热设备的后端的轧制机。
[0033]本发明提供一种加热方法，所述加热方法为通过配置在金属板的双侧的加热设备对连续供应的金属板进行加热，所述加热方法包括:向所述加热设备供应金属板的供应步骤；及通过所述加热设备的卷绕线圈来产生垂直于金属板的磁场而加热所供应的金属板的加热步骤；在所述加热步骤中，通过磁芯调整由所述卷绕线圈产生的磁场强度，由此相比于中央部，对所述金属板的边缘部进行过度加热，以使金属板的中央部的宽度方向温度分布均匀。
[0034]另外，在本发明中，所述加热步骤可以在轧制工序之前进行，以将在所述加热步骤中加热的金属板供应至所述轧制工序中。由于在轧制工序中，边缘部被冷却的现象发生得比较多，因此优选在轧制工序之前对边缘部进行过度加热。除边缘部之外的中央部具有均匀温度，这是因为有利于轧制后的产品具有均匀的特性。
[0035]发明效果
[0036]根据上述结构，本发明能够提供这样的一种加热设备，该加热设备的线圈形状简单，也可以实现边缘部的过度加热及金属板的宽度方向上的均匀加热。
[0037]另外，本发明能够提供这样的加热设备以及加热方法，可以提供结构简单且无需线圈位置的控制机构，也可以实现边缘部的过度加热及在金属板的宽度方向上的均匀加热，并在发生偏心时，也可以具备相同性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]图1是示出现有LFIC的图。
[0039]图2是示出现有TFIC的图。[0040]图3是示出现有TFIC的一个实施例的图，图3a是线圈及金属板的俯视图，图3b是用图3a中的TFIC加热的金属板的功率分布的图表。
[0041]图4是示出现有TFIC的另一个实施例的图，图4a是线圈及金属板的俯视图，图4b是用图4a中的TFIC加热的金属板的功率分布的图表。
[0042]图5a是示出用图3中的TFIC加热时的涡流密度分布图的图，图5b是示出在图5a的金属板中所感应的润流通路(Eddycurrentpath)的图。
[0043]图6是本发明的横向磁通感应加热器的立体图。
[0044]图7是在本发明的横向磁通感应加热器的加热部中的卷绕线圈的立体图及俯视图。
[0045]图8是在本发明的横向磁通感应加热器的加热部中的磁芯的立体图(图8a)、侧视图(图8b)、主视图(图8c)及俯视图(图8d)。
[0046]图9是本发明的加热部的图，图9a是加热部的组装图，图9b是加热部的组装剖视图。
[0047]图10是示出对比实施方案及第一实施方案中的磁芯位置的图。
[0048]图11是根据图10中的磁芯位置的功率分布的图表。
[0049]图12是示出第一至第三实施方案中的磁芯位置的图。
[0050]图13是根据图12中的磁芯位置的功率分布的图表。
[0051]图14是将图12的第三实施方案的功率分布与现有技术的功率分布进行对比的图表。
[0052]图15a是本发明的加热设备的俯视图。
[0053]图15b是基于本发明加热设备的磁芯的长度变化的功率分布的图表。
[0054]图16是本发明的加热设备的剖视图。
[0055]图17是基于金属板的偏心的功率分布的图表。
[0056]图18是通过本发明横向磁通感应加热器来加热的金属板的功率分布图表。
[0057]图19是本发明的加热设备配置在轧制线上的示意图。
【具体实施方式】
[0058]下面，参照附图对本发明的具体实施方案进行说明。
[0059]图5a是示出在用图3中的TFIC加热时，涡流密度分布图的图；图5b是示出在图5a的金属板中所感应的涡流通路的图。如图5所示，当使用图3中的TFIC时，可知涡流集中在边缘部E。这是因为，磁场在边缘部E中畸变及集中，由此导致涡流密度增加的端部效应(End effect)。
[0060]所述端部效应不仅在加热线圈内的边缘部E产生，还会在加热线圈外的边缘部E’产生，因此，如图5b所示，涡流环(Loop)除中间部分的主电流通路之外，还会形成外侧电流环。最终，在边缘部内侧形成电流分成两股的点，电流密度在该点处降低，因此产生未充分加热区域。
[0061]为了消除由上述根本原因产生的未充分加热区域，切断与外侧边缘部E’的电磁耦合，并且将电流集中到加热线圈内的边缘部E，由此防止电流通路向外侧产生分支。
[0062]对此，本发明的发明人，使用磁芯将由产生分支所形成的电流通路集中到加热线圈内侧，以使电流集中在加热线圈内的边缘部E。
[0063]图6示出了本发明的横向磁通感应加热器I的立体图。如图6所示，本发明的横向磁通感应加热器(Transverse Flux Induction Heater) I包括配置在金属板P的上表面的上部加热部100以及配置在金属板P的下表面的下部加热部200。
[0064]上部加热部100包括:磁场屏蔽外壳101，其防止由卷绕线圈产生的磁场向外部泄漏；卷绕线圈110，其配置于磁场屏蔽外壳101的内部，并产生垂直于金属板的水平面的磁场；以及，磁芯120、130，覆盖所述卷绕线圈110的上表面的一部分及内表面，并根据所述卷绕线圈110产生的磁场位置控制磁通密度。
[0065]即，当将在金属板P的宽度方向上的卷绕线圈110看作一对横向部，将在金属板P的移动方向上的卷绕线圈110看作一对竖向部时,磁芯120、130位于横向部的上表面及内表面。
[0066]类似地，下部加热部200包括:磁场屏蔽外壳201 ;卷绕线圈210，其配置在磁场屏蔽外壳201的内部；以及，磁芯220、230，其覆盖所述卷绕线圈210的下表面中的一部分及内表面。
[0067]在图7中示出了本发明的横向磁通感应加热器I的上部加热部100中的卷绕线圈110的立体图及俯视图。 [0068]卷绕线圈110使用了热传导率及导电率优异的铜，并且在横向移动的金属板的厚度方向上间隔规定的距离而配置。卷绕线圈110可以根据设计不同，但在该实施方案中，卷绕线圈110具有如下形状:具有矩形剖面的线圈以在金属板的宽度方向上具有长的长度的矩形形状，按照外侧卷绕部111、中央卷绕部112、内侧卷绕部113卷绕三次。
[0069]即，卷绕线圈110的横向部在金属板的宽度方向上具有长的长度a，金属板的竖向部在金属板的移动方向上具有短的长度b。卷绕线圈110的外侧卷绕部111及内侧卷绕部113具备与电源供应部连接的连接部114、115。
[0070]金属板P与卷绕线圈110之间的间隔为，可以在金属板P产生垂直变形时不会与卷绕线圈110碰撞的程度，但优选所述间隔尽可能小，以增强卷绕线圈110和金属板P之间的电磁稱合(Electromagnetic coupling)。例如,在加热厚度为20mm的金属板时,优选将上侧卷绕线圈110和下侧卷绕线圈210之间的间隔设置为约80mm，从而在避免发生碰撞的同时确保电磁耦合效果，但这可以根据设计作改变。
[0071]在图8a中，示出了本发明的横向磁通感应加热器I的上部加热部100中的磁芯120、130的立体图，在图8b中示出了磁芯120的侧视图，在图8c中示出了磁芯120的主视图，在图8d中示出了磁芯120的俯视图。
[0072]如图8a所示，在本发明中，磁芯120、130在沿着金属板P的移动方向上包括前方磁芯130及后方磁芯120，前方及后方磁芯120、130具有相同的形状，但可以根据连接部115，使部分垂直部121的长度不同。在卷绕线圈110中，前方磁芯130及后方磁芯120的垂直部121彼此对置且间隔配置，但也可以根据磁芯120、130的厚度及卷绕线圈110中短的长度b(参照图7)的不同，磁芯120、130被设置为整体件。
[0073]如图8b所示，后方磁芯120包括覆盖卷绕线圈110的内表面的垂直部(第一构件)121及覆盖卷绕线圈110的上表面的水平部(第二构件)122，如侧视图所示，具有大致
字形状。所述水平部122包括与所述垂直部121对应的中央部122b，以及从中央部122b两侧延伸至卷绕线圈110的端部的延伸部122a、122c。垂直部121覆盖卷绕线圈110的内表面，因此在与延伸部122a、122c对应的位置并未设置有垂直部121。在本发明中，在卷绕线圈110的横向部的外侧面并未配置有磁芯120、130，从而卷绕线圈110的横向部的外侧面暴露在外部。
[0074]另外，从图8d的磁芯120的剖面放大图可知，在本发明中，磁芯120可以将相对磁导率为1000以上的高磁导率电工钢板123在长度方向上即金属板的宽度方向上层叠而构成。此时，在电工钢板123之间可以配置有粘接层124。此时电工钢板123的厚度优选在由卷绕线圈110感应的磁场的穿透深度以下，以减少铁损。例如，在工作频率为1000Hz时，磁芯120、130的穿透深度为约0.37mm,因此电工钢板123的厚度优选小于0.37mm。
[0075]另外，在本发明中，磁芯可以是将相对磁导率为1000以上的材料压缩烧结或将高磁导率材料压缩烧结而成的材料，在压缩烧结这种高磁导率材料的情况下，材料的直径在磁场穿透深度以下时，能够减少铁损，因此是优选的。例如，在工作频率为1000Hz时，穿透深度为约0.37mm,因此优选高磁导率材料的直径小于0.37mm。
[0076]尤其，在通过粘接层124层叠电工钢板123的情况下，可以层叠为电工钢板123在磁芯120中所占的体积在95%以上。这是因为，粘接层124大于5%时，磁芯120的性能下降，从而改变金属板P的宽度方向的图案。
[0077]在图9中示出了在磁场屏蔽外壳101的内部的固定磁芯120、130及卷绕线圈110的状态，在图9a示出立体图，在图9b中示出剖视图。
[0078]如图9所示，在与磁场屏蔽外壳101连接的基底190处安装有磁芯120、130及卷绕线圈110。具体而言，在卷绕线圈110和磁芯120、130之间具有隔热板140，由此使卷绕线圈110与磁芯120、130绝热，同时冷却磁芯120、130。在磁芯120、130上，散热板150包围磁芯120、130而配置。隔热板140及散热板150由热传导率高的材料形成。
[0079]在所述散热板150处配置有水冷式线圈180，以向外部散发由卷绕线圈110产生的磁场所引起的磁芯120、130的热量。
[0080]散热板150和基底190之间插入具有规定厚度的轴套160，以使散热板150和基底190以规定距离隔开，并且确保用于配置水冷式线圈180的空间。轴套160贯通磁芯120、130、隔热板140、散热板150，并连接于卷绕线圈110。
[0081]轴套160与基底190接触，贯通所述基底190并作为接合单元的螺栓170与所述轴套160连接，从而卷绕线圈110、隔热板140、散热板150、磁芯120、130固定于基底190。
[0082]如上所述，通过基底190与磁场屏蔽外壳101连接，固定于基底190的卷绕线圈110、隔热板140、散热板150、磁芯120、130可以在磁场屏蔽外壳101的内部定位。
[0083]在上面，以本发明实施方案中的一个实施方案为中心进行了说明，但在下面，将对本发明的具有其他磁芯形状的实施方案进行说明。
[0084]图10示出本发明的第一实施方案及对比实施方案，图11示出通过数值解析获得的第一实施方案及对比实施方案中根据距金属板中心的距离的功率分布的图表。
[0085]如图10所示，在本发明的第一实施方案III中，磁芯120仅由位于卷绕线圈110的内表面的垂直部121构成，与此相反，在对比实施方案I中，磁芯120仅由位于卷绕线圈110的外侧面并覆盖卷绕线圈110的外侧面的垂直部125构成，在另一对比实施方案II中，磁芯120仅由覆盖卷绕线圈110的上表面的水平部122构成。[0086]除此之外，卷绕线圈110的卷绕次数、极距、间隔等均相同，通过数值解析，计算在宽度方向上的各处钢板的移动方向及厚度方向上的焦耳热(Jouleheat)的积分的值，并且在钢板经过TFIC之后所获得的最终加热图案示于图11。
[0087]如图11所示，在对比实施方案I中，可知:温度在金属板P的边缘部内侧下降到与没有使用磁芯120的现有图3b相等的程度，即丝毫没有补偿未充分加热的部分；在对比实施方案II中，部分补偿了未充分加热的部分，但其效果很小。相反，在第一实施方案III中，充分补偿了未充分加热区域。
[0088]这是因为，通过将磁芯120配置在卷绕线圈110的内侧，将磁场集中在线圈内，由此加强上下卷绕线圈110、210之间的主涡流通路，并相对减弱与外侧边缘部(参照图5中的附图标记E’)结合的磁场，从而防止电流通路向外侧产生分支。因此，可知通过将磁芯120配置在卷绕线圈110内侧，可以实现在宽度方向上的均匀加热。
[0089]图12及图13是示出，将本发明的磁芯120在包括覆盖内侧表面的垂直部121的前提下改变为覆盖两个面以上的实施方案的图，以及基于这些的另外实施方案和基于距该金属板中心的距离的功率分布的图表。
[0090]图12上面的第一实施方案III中，与图10相同地，磁芯120仅由覆盖卷绕线圈110的内侧表面的垂直部121构成。
[0091]图12中间的第二实施方案IV中，磁芯120包括覆盖卷绕线圈110的内侧表面的垂直部121，以及以与垂直部121对应的宽度覆盖卷绕线圈110的上表面的水平部122，并且大致呈“I”字形状，而且磁芯120的朝向卷绕线圈110的外侧面及金属板的一侧是敞开的。
[0092]图12下面的第三实施方案V，与第二实施方案IV相同，磁芯120包括覆盖卷绕线圈110的内侧表面的垂直部121以及以与垂直部121对应的宽度覆盖上表面的水平部122，水平部122具有延伸至卷绕线圈110的竖向部端部的形状，对此已在图8中详细说明。第三实施方案V也与第二实施方案IV相同，即磁芯120的朝向卷绕线圈110的外侧面及金属板的一侧是敞开的。
[0093]由图13可知，第一至第三实施方案II1- V均补偿了与金属板的边缘部相邻的未充分加热区域，其中，图13示出图12中第一至第三实施方案II1- V的加热图案的功率分布的图表。
[0094]具体而言，在第二实施方案IV中，显示了相比于第一实施方案III有所改善的加热图案。此外，在第三实施方案V中，显示了相比于第二实施方案IV有所改善的加热图案。
[0095]尤其，在第三实施方案V中的未充分加热区域即归一化功率分布中，不存在1.0以下的部分，并在边缘部中进行过度加热，因此可以用加热部100对在之后的轧制工艺中过冷的部分即边缘部进行过度加热，同时还可以消除未充分加热区域。
[0096]图14不出，与图4相同,所述第三实施方案V中通过将上下一对加热线圈分割成两对的U字形TFIC的宽度方向的加热图案的功率分布的图表。
[0097]参照图14可知，作为消除未充分加热区域的方案而提出的图4中的宽度方向加热图案不稳定，但在本发明的第三实施方案V中，加热图案是稳定的。
[0098]另外，如图4所示，利用两对TFIC的感应加热系统需要两个电源装置及匹配元件(电容器、变压器等)，所以需要采用根据金属板的宽度变化及偏心来控制线圈位置的机构部，但若采用本发明实施方案，则并不会对偏心产生敏感的回应。对此，将在下面参照图16至图17进行说明。
[0099]另外，在图4中，加热线圈的剖面或形状在顶部10(参照图4)发生变化，因此必须通过焊接方式制造线圈，并且有可能由于过度加热在焊接部形成孔，由此产生基于该孔的线圈冷却水泄漏的现象。但在本发明中，卷绕线圈110的剖面区域不产生变化，由此具备有利于制造卷绕线圈110的优点。
[0100]另外，图15a及图15b示出基于金属板P的宽度和本发明的磁芯120、130的在金属板的宽度方向上的长度之间的关系的加热图案。图15a示出本发明的加热部100的俯视图。卷绕线圈110包括按照外侧卷绕部111、中央卷绕部112以及内侧卷绕部113而卷绕三次。并且，前方磁芯130及后方磁芯120配置于所述卷绕线圈110的内侧表面及上表面。
[0101]与图8中的磁芯120、130相同，图15a中的磁芯120、130包括垂直部121和水平部122，水平部122包括延伸部122a、122c，磁芯120、130的长度是指，水平部122和垂直部121的公共长度，即磁芯130的垂直部的长度L，是指在卷绕线圈110的内侧卷绕部113中的短的长度。
[0102]图15b示出基于图15a中垂直部的长度L变化的加热图案。如图15b所示，金属板P的宽度为IOOOmm时，若磁芯130的长度L为金属板P的80%即800mm，则存在边缘部不被过度加热的问题。另外还可知，金属板P的宽为IOOOmm时，若磁芯130的长度L为金属板P的120%即1200_，则未充分加热区域增大。因此，在磁芯120、130的长度L大于金属板P宽度的80%并等于或小于金属板P宽度的120%时，可以获得在对金属板P的边缘部进行过度加热的同时，对除该边缘部之外的部分进行均匀加热的加热图案。
[0103]另外，参照图16，在本发明中，优选地，磁场屏蔽外壳101和卷绕线圈110之间的距离d2大于卷绕线圈110和金属板P之间的距离dl，这是为了使磁场屏蔽外壳101的感应电流损失最小化。
[0104]另外，优选磁场屏蔽外壳101由金属板构成，以实现基于感应电流的磁场屏蔽效果，在本实施方案中，磁场屏蔽外壳101使用了铜，但不限定于此。
[0105]另外，优选磁场屏蔽外壳101的厚度大于材质的在给定频率下的穿透深度，以将由卷绕线圈Iio产生并向外部泄漏的磁场降低70%以上。例如，在IlOOHz的工作频率下，铜的穿透深度为2mm,因此优选磁场屏蔽外壳101的厚度大于2mm。
[0106]图16是示出在本发明的加热设备中，产生金属板P的偏心时的状态的剖视图，图17是示出根据图16中的偏心距离的功率分布即加热图案的图表。
[0107]如图16所示，示出了在本发明加热部100、200配置于金属板P的上侧及下侧的状态下，金属板P穿过卷绕线圈110、210之间的状态。当金属板P穿过卷绕线圈110、210之间时，金属板P的中心与卷绕线圈110、210的中心对准的情况是理想的，但在实际上，会产生偏心(Off-Centering)，并且，在产生偏心的情况下，若不能保持上述加热图案，则应设置使加热设备对应偏心的机构装置。
[0108]此处，偏心距离OC是指卷绕线圈110、210的中心和金属板P的中心之间的水平距离。
[0109]图17a至图17b示出根据表示当偏心距离OC为30mm、40mm时的加热图案相对于距离的功率分布的图表。由该图表可知，本发明的加热部100、200在发生偏心时，也可以在边缘部进行过度加热，并在中央部可以进行均匀加热。即，加热图案大致呈“U”字形。
[0110]图18示出了按照图6的实施方案实际制备并设置的横向磁通感应加热器的性能评估图表。在该实施方案中，磁芯120、130的长度L采用与金属板P的宽度相对应的值，横向磁通感应加热器I的功率容量为IOOkW,工作频率为I IOOkHz，所穿过的金属板为不锈钢板(导电率:1.lX106S/m)。
[0111]由图18可知，在本发明的横向磁通感应加热器I中，与上述实施方的案数值解析结果相同地，可以在边缘部进行过度加热，并在中央部进行均匀加热。
[0112]在图19中示出了本发明的加热设备配置于轧制线的状态。如图19所示，在本发明的加热设备中，上部加热部100及下部加热部200在金属板即板条(strip)的上侧及下侧，对穿过其间的板条进行加热，并且以该方式加热的板条进入到轧制机7中，可以进行粗轧或精轧。
[0113]在上面，以本发明具体实施方案为中心对本发明进行了说明，但本发明并不限于上述实施方案，将明了，具有本发明所属领域的常规技术人员可以在不脱离本发明宗旨的情况下，改变本发明的实施方案而使用。
[0114]在本发明中，横向部、竖向部是指分别沿着金属板的宽度方向、移动方向形成的卷绕线圈，并不限定于直线形状，也可以以曲线形状形成。
[0115]例如，在本发明的实施方案中，当磁芯覆盖两个面以上时，覆盖一个表面的磁芯与覆盖另一表面的磁芯相连接，但并不限于此，也可以设置为彼此独立的部件。
[0116]本发明的加热设备并不限于对薄板进行加热的加热设备，若根据金属板的厚度改变卷绕线圈的卷绕次数、卷绕形状及工作频率，则也可以对厚金属板进行加热。
【权利要求】
1.一种加热设备，包括: 第一加热部，与金属板的一个表面间隔设置，以产生用于加热金属板的磁场，并与所述金属板平行地设置，并且所述第一加热部包括卷绕线圈，所述卷绕线圈具有在金属板的宽度方向上延伸的一对横向部以及在金属板的移动方向上延伸的一对竖向部；及 第二加热部，与金属板的另一个表面间隔设置，并与所述金属板平行地设置，并且所述第二加热部包括卷绕线圈，所述卷绕线圈具有在金属板的宽度方向上延伸的一对横向部及在金属板的移动方向上延伸的一对竖向部，其中， 所述第一及第二加热部分别包括沿着所述卷绕线圈的一对横向部延伸的磁芯， 所述磁芯具有沿着所述横向部的内侧表面延伸的第一构件，在所述卷绕线圈中，横向部的外侧表面是敞开的。
2.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯包括在金属板的移动方向上位于前方的前方磁芯以及在金属板的移动方向上位于后方的后方磁芯。
3.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯还包括位于所述卷绕线圈的、与金属板相反一侧的表面上的第二构件。
4.根据权利要求3所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯的第二构件包括延伸部，以在金属板的宽度方向上具有比所述第一构件更长的长度。
5.根据权利要求4所述的加热设备，其特征在于， 所述延伸部延伸至所述卷绕线圈的、在金属板的宽度方向上的端部。
6.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于， 所述加热设备还包括磁场屏蔽外壳，所述磁场屏蔽外壳在其内部包括所述卷绕线圈及所述磁芯，以防止基于卷绕线圈的磁场泄漏。
7.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯是将相对磁导率为1000以上的粉状高磁导率材料压缩烧结而成的，或将相对磁导率为1000以上的电工钢板在电工钢板的长度方向上层叠而成的，以使铁损最小化。
8.根据权利要求1所述的加热设备，其特征在于， 在所述磁芯和所述卷绕线圈之间配置有隔热板，并在所述磁芯的外侧配置散热板。
9.根据权利要求8所述的加热设备，其特征在于， 所述散热板具有与所述磁芯对应的形状，且是在外侧配置有水冷式线圈的水冷式散热板。
10.根据权利要求9所述的加热设备，其特征在于， 所述加热设备还包括磁场屏蔽外壳，所述磁场屏蔽外壳在其内部包括所述卷绕线圈及所述磁芯，以防止基于所述卷绕线圈的磁场泄漏； 所述卷绕线圈、隔热板、磁芯以及散热板通过连接单元固定于所述磁场屏蔽外壳内部的基底。
11.根据权利要求7所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯是将相对磁导率为1000以上的粉状高磁导率材料压缩烧结而成的，且所述高磁导率材料的直径在磁场的穿透深度以下。
12.根据权利要求7所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯是将相对磁导率为1000以上的电工钢板在电工钢板的长度方向上层叠而成的，且所述电工钢板的厚度在磁场的穿透深度以下。
13.根据权利要求12所述的加热设备，其特征在于， 所述磁芯是通过粘接层将所述电工钢板沿着所述电工钢板的长度方向层叠而成的，并且在所述磁芯中，所述电工钢板的体积比占整体体积的95%以上，以在所述金属板的宽度方向上获得均匀的加热图案。
14.根据权利要求2所述的加热设备，其特征在于， 配置在所述卷绕线圈的内侧长边的所述磁芯的长度大于金属板的在宽度方向上的长度的80%并小于或等于金属板的在宽度方向上的长度的120%。
15.根据权利要求6所述的加热设备，其特征在于， 所述磁场屏蔽外壳的厚度大于磁场的穿透深度，所述卷绕线圈与所述磁场屏蔽外壳的内表面之间的距离大于所述卷绕线圈与所述金属板之间的距离，以减少所述磁场屏蔽外壳的感应电流损失。
16.—种轧制线,其包括: 根据权利要求1所述的加热设备；及 配置在所述加热设备的后端的轧制机， 通过所述轧制机轧制由所述加热设备加热的金属板条。
17.一种加热方法，所述加热方法为通过配置在金属板的两侧的加热设备对连续供应的金属板进行加热的加热方法，所述加热方法包括: 向所述加热设备供应金属板的供应步骤；及 通过所述加热设备的卷绕线圈产生垂直于金属板的磁场而加热所供应的金属板的加热步骤； 在所述加热步骤中，通过磁芯调整由所述卷绕线圈产生的磁场强度，由此相比于中央部，对所述金属板的边缘部进行过度加热，以使金属板的中央部的宽度方向上的温度分布均匀。
18.根据权利要求17所述的加热方法，其特征在于， 所述加热步骤在轧制工序之前进行，以将所述加热步骤中加热的金属板供应至所述轧制工序中。
【文档编号】H05B6/02GK104025705SQ201280065550
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年12月26日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】朴钟守, 裴振秀, 河泰宗, 赵云宽, 申健, 吴基庄, 李德万 申请人:Posco公司