Индукционное нагревательное устройство для металлической пластины

Иллюстрации

Показать все

Индукционный нагревательный аппарат для нагрева перемещаемой металлической пластины включает в себя индукционную катушку для окружения металлической пластины. Индукционная катушка включает в себя верхнюю часть, предназначенную для ее размещения выше металлической пластины, и нижнюю часть, предназначенную для ее размещения ниже металлической пластины. Верхняя и нижняя части индукционной катушки отделены друг от друга в продольном направлении металлической пластины, по меньшей мере, в одной позиции в поперечном направлении металлической пластины. Расстояние в продольном направлении металлической пластины между верхней частью и нижней частью индукционной катушки изменяется в поперечном направлении металлической пластины. Часть индукционной катушки, где пересекаются верхняя и нижняя ее части, расположена на краю или вне металлической пластины в поперечном направлении. Изобретение обеспечивает более однородное распределение температур в направлении ширины пластины. 10 з.п. ф-лы, 28 ил., 3 табл.

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к индукционному нагревательному устройству для металлической пластины, такой как стальная пластина или алюминиевая пластина. Настоящее изобретение особенно относится к индукционному нагревательному аппарату, который нагревает металлическую пластину путем генерирования в ней индуцированного тока, с использованием катушки, окружающей металлическую пластину. Настоящее изобретение также относится к индукционному нагревательному аппарату, который может нагревать металлическую пластину с высоким кпд, независимо от толщины металлической пластины и независимо от того, является ли металлическая пластина магнитной или немагнитной. Настоящее изобретение, кроме того, относится к индукционному нагревательному аппарату, который может регулировать распределение температуры в поперечном направлении (по ширине) металлической пластины, независимо от температурного распределения, существовавшего перед нагревом до формирования в металлической пластине более однородного температурного распределения после нагрева.

Уровень техники

Для нагрева металлической пластины для регулирования качества металлического материала в процессе термической обработки был использован аппарат косвенного нагрева с использованием газа или электричества или аппарат прямого нагрева с использованием индукционного нагрева. Поскольку аппарат прямого нагрева не обладает тепловой инерцией, в отличие от аппарата косвенного нагрева, аппарат прямого нагрева может сэкономить время, которое требуется для аппарата косвенного нагрева для достижения стабильной температуры печи, и легко может регулировать скорость нагрева, например, при изменении толщины пластины. Поэтому для аппарата прямого нагрева не требуется изменение скорости транспортировки металлической пластины, что предотвращает снижение производительности.

Существуют два типа индукционных нагревательных аппаратов для металлической пластины. Один тип представляет собой LF-аппарат (тип аппарата продольного потока), в котором металлическую пластину нагревают путем генерирования в ее поперечном сечении кругового индуцированного тока с использованием индукционной катушки, в которой применяют переменный ток с частотой в диапазоне обычно от 1 кГц до 500 кГц, окружающей металлическую пластину.

Фиг.1 показывает принципиальную схему индукционного нагревательного аппарата LF-типа. Фиг.2 иллюстрирует круговой индуцированный ток, генерируемый в поперечном сечении с использованием индукционного нагревательного аппарата LF-типа.

На Фиг.1 индукционная катушка 2, соединенная с источником 3 переменного тока, окружает металлическую пластину 1. При пропускании первичного тока 5 через индукционную катушку 2 поток 4 проникает в металлическую пластину 1, генерируя индуцированный ток вокруг потока 4. На Фиг.2 индуцированный ток 6, генерированный в поперечном сечении металлической пластины 1, течет в противоположном направлении относительно первичного 5 тока, текущего через индукционные катушки 2, которые расположены, соответственно, выше и ниже металлической пластины 1. Другой тип представляет собой TF-аппарат (тип аппарата поперечного потока), в котором индукционные катушки с сердечником расположены, соответственно, выше и ниже металлической пластины. Когда включают источник переменного тока для катушек, поток проникает в металлическую пластину, расположенную между сердечниками, в направлении толщины пластины, генерируя индуцированный ток, что приводит к нагреву металлической пластины.

При нагреве TF-типа индуцированный ток накапливается на конце боковой концевой зоны металлической пластины, и в то же время плотность тока вблизи концевой зоны снижается, что легко вызывает неоднородное распределение температур в боковом направлении после нагрева. В частности, становится более трудным обеспечивать равномерный нагрев при изменении взаимного расположения между сердечником индукционной катушки и металлической пластиной за счет смещения ширины металлической пластины или за счет извивания металлической пластины. Из уровня техники была предложена технология, в которой используется ромбовидная катушка, вследствие чего поток всегда может проникать в пластину по всей ее ширине за счет того, что ромбовидную катушку наклоняют при изменении ширины металлической пластины. Однако, поскольку в данной технологии использован поток рассеяния из индукционной катушки, необходимо, чтобы металлическая пластина и индукционная катушка находились близко друг от друга. В дополнение, установка вращающего механизма на индукционном нагревательном аппарате, на который подают большое количество тока, повышает сложность реализации технологии в промышленном масштабе.

Нагрев LF-типа представляет собой способ для нагрева металлической пластины, окруженной индукционной катушкой, с помощью которого можно удостовериться, что круговой индуцированный ток генерирован в металлической пластине таким образом, что он нагревает пластину. Индуцированный ток, генерированный в поперечном сечении металлической пластины при нагреве LF-типа, концентрируется на глубине d, выраженной следующим выражением:

d[мм]= 5,03×l0+5×(ρ/μrf)0,5, (1)

где d - глубина проникновения индуцированного тока (мм), ρ - удельное сопротивление (Ом), μr - относительная магнитная проницаемость, а f - частота (Гц) для нагрева.

Глубина проникновения индуцированного тока повышается с ростом температуры металла, поскольку при повышении температуры металла повышается его удельное сопротивление. Относительная магнитная проницаемость ферромагнитного материала или парамагнитного материала понижается, поскольку температура становится ближе к точке Кюри и, в конце концов, становится равной 1 при температуре выше точки Кюри. Это означает, что глубина проникновения индуцированного тока повышается с ростом температуры. Поскольку относительная магнитная проницаемость немагнитного материала равна 1, его глубина проникновения индуцированного тока больше по сравнению с глубиной проникновения индуцированного тока магнитного материала.

При индукционном нагреве LF-типа, если глубина проникновения индуцированного тока велика и, кроме того, если толщина металлической пластины небольшая, то индуцированный ток, генерированный в верхней части металла, и индуцированный ток, генерированный в нижней части металла, подавляют друг друга. Это приводит к нагреву, который обладает низкой эффективностью.

Например, если используется частота для нагрева, равная 10 кГц, то глубина проникновения индуцированного тока при комнатной температуре составляет примерно 1 мм для алюминия, являющегося немагнитным материалом, примерно 4,4 мм для нержавеющей стали 304 (SUS304) и примерно 0,2 мм для стали, являющейся магнитным материалом. Глубина проникновения тока для стали при температуре выше температуры Кюри (примерно при 750°C) составляет примерно 5 мм. Толстые стальные листы для автомобилей и домашних электроприборов, которые являются основными промышленными изделиями, в которых используют металлические пластины, имеют толщину не более 2 мм. Поэтому, обычно бывает трудно высокоэффективно нагреть такую металлическую пластину без взаимного подавления индуцированных токов в верхней и нижней части металлической пластины, как описано выше. Можно подумать о повышении частоты переменного тока, подаваемого к индукционному нагревательному аппарату LF-типа, до нескольких сотен кГц для создания более мелкой глубины проникновения индуцированного тока, вследствие чего можно избежать взаимного подавления индуцированных токов; однако, использование в промышленном масштабе источников питания большого тока с такой частотой не является очень целесообразным.

Было предложено применять индукционный нагревательный аппарат, в котором использована индукционная катушка, окружающая металлическую пластину, который пригоден для высокоэффективного нагрева металлической пластины, даже если металлическая пластина находится при высокой температуре и/или она является тонколистовой пластиной. В таких индукционных нагревательных аппаратах индукционная катушка, расположенная выше металлической пластины (верхняя индукционная катушка), и другая индукционная катушка, расположенная ниже металлической пластины (нижняя индукционная катушка), установлены параллельно друг другу, таким образом, что они располагаются соответствующим образом в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины. Другими словами, два проецируемых изображения верхней индукционной катушки и нижней индукционной катушки, которые соответствующим образом сформированы путем вертикального проецирования двух индукционных катушек на металлическую пластину, являются параллельными друг другу и расположены в различных позициях в продольном направлении металлической пластины.

Фиг.3 представляет собой принципиальную схему вышеупомянутого индукционного нагревательного аппарата, где индукционная катушка 2a, расположенная выше металлической пластины 1 (верхняя индукционная катушка), и другая индукционная катушка 2b, расположенная ниже металлической пластины 1 (нижняя индукционная катушка), установлены параллельно друг другу и в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины. Ссылки номер 7 и 8 отображают, соответственно, проводящий элемент и источник 8 переменного тока.

Фиг.4A и 4B показывают направление протекания тока в металлической пластине 1, когда верхняя индукционная катушка и нижняя индукционная катушка установлены в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины. Фиг.4A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую состояние индуцированного тока, с точки зрения вышеупомянутой металлической пластины. Фиг.4B представляет собой поперечное сечение, проведенное по линии 4B-4B Фиг.4A. Ссылка номер 10 на Фиг.4A отображает поток индуцированного тока. Когда верхняя индукционная катушка и нижняя индукционная катушка установлены таким образом, что они находятся в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины, верхний путь и нижний путь кругового индуцированного тока, генерированного в металлической пластине, также расположены таким образом, что они находятся, соответствующим образом, в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины. Поэтому это дает возможность высокоэффективно нагревать металлическую пластину, без взаимного подавления индуцированных токов в верхних и нижних частях металлической пластины, при большой глубине проникновения индуцированного тока, даже если температура металлической пластины высока и/или металлическая пластина тонкая.

Однако при использовании такого индукционного нагревательного аппарата, где верхняя и нижняя индукционные катушки установлены в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины, краевая область металлической пластины в направлении ширины может стать перегретой по сравнению с центральной областью металлической пластины в направлении ширины. Это может привести к неоднородному распределению конечной температуры в поперечном направлении металлической пластины.

Это явление подтверждено, поскольку ширина пути индуцированного тока в краевой области металлической пластины (соответствующей «d2» на Фиг.4a), где ток течет из верхней части в нижнюю часть металлической пластины, уже, чем ширина пути индуцированного тока в верхней и нижней частях металлической пластины (соответствующих d1 на Фиг.4A). Поэтому плотность тока в краевой области металлической пластины выше, чем плотность тока в центральной области. Одна из причин сужения пути тока в краевой области состоит в том, что ток, текущий в краевую область, должен быть смещен к краю, чтобы можно было уменьшить самоиндукцию между индуцированным током, текущим в краевую область в направлении толщины металлической пластины, и первичным током, текущим через индукционную катушку, установленную у края металлической пластины, в направлении толщины металлической пластины. Другая причина перегрева у краевой области состоит в том, что время нагрева у краевой области металлической пластины, заданное как d3/(скорость перемещения металлической пластины), где d3 задана как на Фиг.4A, является большим, чем время нагрева у центральной области, заданное как d1/(скорость перемещения металлической пластины), где d1 задана как на Фиг.4a.

При использовании такого аппарата индукционного нагрева, где верхняя и нижняя индукционные катушки установлены в различных местоположениях в продольном направлении металлической пластины, если температура у краевой области ниже, чем температура у центральной области металлической пластины перед началом индукционного нагрева, неоднородность распределения температур после индукционного нагрева может быть снижена. Однако, если распределение температур является однородным или температура у краевой области выше, чем температура центральной области, вследствие предшествующего процесса, после индукционного нагрева получают неоднородное распределение температур в направлении ширины.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является решение нескольких или всех проблем стандартных индукционных нагревательных аппаратов, указанных выше. Воплощение настоящего изобретения является пригодным для высокоэффективного нагрева металлической пластины, даже если температура металлической пластины много выше точки Кюри, а металлическая пластина - тонкая и/или металлическая пластина изготовлена из немагнитного, цветного металла с низким удельным сопротивлением, такого как алюминий или медь. В дополнение, воплощение настоящего изобретения является пригодным для обеспечения металлической пластины с более однородным распределением температур в направлении ширины, независимо от распределения температур, обеспеченного предшествующим процессом. Воплощение настоящего изобретения может облегчить реализацию желаемого распределения температур, даже когда изменяется ширина нагреваемой пластины, без приготовления множества индукционных катушек, чтобы справиться с изменением ширины металлической пластины. Воплощение настоящего изобретения может также повысить неоднородность распределения температур, вызванную изгибанием металлической пластины. Другое воплощение настоящего изобретения, обеспечивающее технологию, которая обладает большой гибкостью при ее использовании на расстоянии между верхней и нижней индукционной катушкой, состоит в размере индукционных катушек и в величине теплоотдачи в продольном направлении металлической пластины.

Вышеуказанные цели настоящего изобретения можно осуществить с помощью индукционного нагревательного аппарата для нагрева перемещающейся металлической пластины, содержащего индукционную катушку, окружающую металлическую пластину, упомянутую индукционную катушку, включающую в себя верхнюю часть для ее размещения выше металлической пластины, и нижнюю часть для ее размещения ниже металлической пластины, причем упомянутая верхняя и нижняя части индукционной катушки отделены друг от друга в продольном направлении металлической пластины, по меньшей мере, в одной позиции в поперечном направлении металлической пластины, в которой расстояние в продольном направлении металлической пластины между верхней и нижней частями индукционной катушки изменяется в поперечном направлении металлической пластины.

Вышеуказанные цели настоящего изобретения можно осуществить с помощью индукционного нагревательного аппарата для нагрева перемещающейся металлической пластины, содержащего индукционную катушку, окружающую металлическую пластину, упомянутую индукционную катушку, включающую в себя верхнюю часть для ее размещения выше металлической пластины, и нижнюю часть для ее размещения ниже металлической пластины, причем упомянутая верхняя и нижняя части индукционной катушки отделены друг от друга в продольном направлении металлической пластины, по меньшей мере, в одной позиции в поперечном направлении металлической пластины; и источник переменного тока, причем каждая из частей индукционной катушки - верхняя и нижняя подсоединена одним своим концом к источнику переменного тока, причем расстояние в продольном направлении металлической пластины между верхней и нижней частями индукционной катушки изменяется в поперечном направлении металлической пластины.

В настоящем изобретении понятие перемещающейся металлической пластины не ограничено металлической пластиной, перемещающейся в одном направлении, а включает в себя возвратно-поступательное движение металлической пластины.

В настоящем изобретении понятие индукционной катушки представляет собой совокупный термин, который включает в себя катушку, образованную трубчатым, проволочным, плоским или другим электропроводящим материалом, окружающим металлическую пластину одним витком или более. Кроме того, вид окружения металлической пластины не ограничивается конкретной формой, такой как окружность или квадрат. Что касается материалов для электрического проводника, предпочтительными являются немагнитные материалы и материалы с низким электросопротивлением, таким как медь, медный сплав или алюминий.

Что касается металлической пластины по настоящему изобретению, можно использовать магнитный материал, такой как сталь, немагнитные материалы, такие как алюминий или медь, и сталь в немагнитном состоянии при температуре выше точки Кюри.

В настоящем изобретении поперечное направление металлической пластины означает направление, перпендикулярное направлению перемещения металлической пластины, а продольное направление металлической пластины означает направление перемещения металлической пластины.

В настоящем изобретении край металлической пластины является концом металлической пластины в поперечном направлении. Краевая область металлической пластины находится выше (верх) нижней (низ) поверхности металлической пластины, рядом или поблизости от края металлической пластины.

В настоящем изобретении размер индукционной катушки означает размер индукционной катушки в продольном направлении металлической пластины.

В настоящем изобретении расстояние в продольном направлении между индукционной катушкой, расположенной выше металлической пластины, и индукционной катушкой, расположенной ниже металлической пластины, определено, как расстояние между двумя проецируемыми изображениями индукционной катушки, расположенным выше и расположенным ниже металлической пластины, которые соответствующим образом сформированы вертикальным проецированием каждой индукционной катушки на металлическую пластину.

Фиг.5 представляет собой принципиальную схему поперечного сечения индукционного нагревательного аппарата по настоящему изобретению в продольном направлении нагреваемой металлической пластины. Ссылка номер 1 отображает поперечный разрез металлической пластины, простирающейся в ее продольном направлении, ссылка номер 2a отображает поперечный разрез индукционной катушки, расположенной выше металлической пластины 1, ссылка номер 2b отображает поперечный разрез индукционной катушки, расположенной ниже металлической пластины 1, ссылка номер 30a отображает вертикально спроецированное изображение индукционной катушки, расположенной выше металлической пластины 1, а ссылка номер 30b отображает вертикально спроецированное изображение индукционной катушки, расположенной ниже металлической пластины 1.

В дальнейшем «индукционную катушку, расположенную выше металлической пластины», можно называть «верхней частью индукционной катушки» или просто «верхней индукционной катушкой», а «индукционную катушку, расположенную ниже металлической пластины», можно называть «нижней частью индукционной катушки» или просто «нижней индукционной катушкой».

Расстояние в продольном направлении между верхней и нижней индукционной катушкой определяется как L на Фиг.5.

В случае, если размер верхней индукционной катушки и размер нижней индукционной катушки различны, отправной точкой для определения расстояния L является край (конец) вертикально спроецированного изображения более широкой индукционной катушки.

Далее объем применимости настоящего изобретения будет ясен из подробного описания, приведенного ниже. Однако следует понимать, что подробное описание и конкретные примеры, указывающие на предпочтительные варианты воплощения изобретения, приведены исключительно для иллюстрации, поскольку различные изменения и модификации в рамках сущности и объема изобретения будут ясны для специалистов в соответствующей области техники из данного подробного описания.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Настоящее изобретение станет более понятным из подробного описания, приведенного ниже, и из прилагаемых чертежей, которые приведены исключительно в целях иллюстрации и, таким образом, не являются ограничивающими для настоящего изобретения, и в которых:

Фиг.1 представляет собой принципиальную схему индукционного нагревательного аппарата LF-типа согласно уровню техники;

Фиг.2 иллюстрирует круговой индуцированный ток, генерированный в поперечном сечении металлической пластины из Фиг.1;

Фиг.3 представляет собой принципиальную схему индукционного нагревательного аппарата согласно уровню техники;

Фиг.4A представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую состояние прохождения индуцированного тока в металлической пластине, если смотреть со стороны вышеуказанной металлической пластины;

Фиг.4B представляет собой поперечный разрез, проведенный по линии 4B-4B Фиг.4A;

Фиг.5 представляет собой пояснительную схему, в которой задано расстояние между верхней и нижней индукционной катушкой в настоящем изобретении;

Фиг.6 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.7 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 7-7 Фиг.6;

Фиг.8 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую состояние протекания индуцированного тока в металлической пластине на Фиг.6, если смотреть со стороны вышеуказанной металлической пластины;

Фиг.9 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.10 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.11 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.12 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.13 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.14 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.15 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.16 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.17 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.18 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.19 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.20 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.21 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.22 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 22-22 Фиг.21;

Фиг.23 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 23-23 Фиг.21;

Фиг.24 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения;

Фиг.25 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 25-25 Фиг.24;

Фиг.26 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 26-26 Фиг.24;

Фиг.27 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения; и

Фиг.28 представляет собой принципиальную схему воплощения настоящего изобретения.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение далее будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи. Все эти чертежи иллюстрируют один виток индукционной катушки, окружающей металлическую пластину. Однако количество витков в индукционной катушке в настоящем изобретении не ограничено конкретной величиной.

Фиг.6 представляет собой вид сверху принципиальной схемы примера индукционного нагревательного аппарата настоящего изобретения. Фиг.7 представляет собой принципиальную схему поперечного разреза, проведенного по линии 7-7 Фиг.6. В настоящем изобретении индукционная катушка, расположенная выше металлической пластины, и другая индукционная катушка, расположенная ниже металлической пластины, расположены таким образом, что они находятся далеко друг от друга в продольном направлении металлической пластины, по меньшей мере, в одной позиции в поперечном направлении металлической пластины. Расстояние между верхней индукционной катушкой и нижней индукционной катушкой, расположенными далеко друг от друга в продольном направлении, определяется расстоянием между двумя спроецированными изображениями верхней индукционной катушки и нижней индукционной катушки, которые соответствующим образом сформированы путем вертикального проецирования каждой индукционной катушки на металлическую пластину. Расстояние между верхней и нижней индукционными катушками может изменяться в различных позициях в поперечном направлении и, по меньшей мере, частично, в продольном направлении. На Фиг.6 верхняя 2a индукционная катушка и нижняя 2b индукционная катушка обладают конкретными изогнутыми формами, вследствие чего расстояние между верхней и нижней индукционными катушками в краевой области может стать меньше, чем в центральной области в поперечном направлении. Ссылка номер 7 отображает проводящий элемент, ссылка номер 8 отображает источник переменного тока, а ссылка номер 9 отображает индукционную катушку, расположенную рядом с краем (концом) металлической пластины. В дополнение, ссылочный символ x отображает размер индукционной катушки в продольном направлении металлической пластины у центральной области в поперечном направлении металлической пластины, а ссылочный символ L отображает расстояние между верхней и нижней индукционными катушками у центральной области.

Когда верхняя индукционная катушка и нижняя индукционная катушка расположены таким образом, что они находятся далеко друг от друга в продольном направлении металлической пластины, в частности, около центральной области, показанной на Фиг.6, верхний и нижний пути кругового индуцированного тока, генерируемого в металлической пластине, также устанавливают таким образом, чтобы они находились далеко друг от друга в продольном направлении металлической платины. Поэтому, это дает возможность с высокой эффективностью нагревать металлическую пластину, без взаимного ослабления индуцированных токов в верхней и нижней части металлической пластины, когда глубина проникновения индуцированного тока велика, даже если температура металлической пластины высока и/или если металлическая пластина тонкая.

Максимальное расстояние между верхней и нижней индукционными катушками (на Фиг.6, это соответствует расстоянию L у центральной области) можно определять, исходя из материала металлической пластины, температуры металлической пластины, размера индукционной катушки и ширины металлической пластины. Для эффективного нагрева стального листа после холодной прокатки в немагнитной области при температуре выше точки Кюри является предпочтительным установление расстояния L равным размеру индукционной катушки, умноженному на 0,2-6, а более предпочтительным - установление этого расстояния равным размеру индукционной катушки, умноженному на 0,6-4, с учетом ширины металлической пластины, размеру индукционной катушки и скорости перемещения металлической пластины. Если это расстояние станет меньше размера индукционной катушки, умноженного на 0,2, то будет наблюдаться взаимное погашение индуцированных токов в верхней и нижней частях металлической пластины, что ухудшит эффективность нагрева. Если это расстояние станет больше размера индукционной катушки, умноженного на 6, станет трудно снижать плотность тока в краевой области металлической пластины, и время нагрева повысится, что приведет к повышению температуры в краевой области. Кроме того, реактивное сопротивление также станет большим, и для этого потребуется высоковольтный источник питания, что является трудновыполнимым в промышленном масштабе. Далее, если размеры верхней и нижней индукционных катушек различны, размер (ширина) (в продольном направлении металлической пластины), если не задано иное, отображает размер более широкой индукционной катушки.

При установлении подходящего расстояния в центральной области в поперечном направлении металлической пластины центральную область металлической пластины можно эффективно нагревать. Однако, если такое же расстояние установить в краевой области металлической пластины, краевая область металлической пластины будет перегреваться, как указано выше, образуя неоднородное распределение температур в поперечном направлении металлической пластины.

В примере, показанном на Фиг.6, расстояние у краевой области металлической пластины меньше, чем расстояние у центральной области, вследствие чего перегрев в краевой области можно эффективно сдерживать. Перегрев в краевой области сдерживается, поскольку вследствие уменьшения расстояния взаимное подавление индуцированных токов в верхней и нижней частях металлической пластины становится отчетливым, что приводит к снижению нагрева в краевой области. Кроме того, время нагрева просто сокращается, что также приводит к снижению дивергенции теплового потока, поскольку дивергенция теплового потока, вызванная индукционным нагревательным аппаратом, пропорциональна квадрату плотности тока и времени нагрева.

На Фиг.6 верхняя индукционная катушка и нижняя индукционная катушка имеют определенные изогнутые части, в которых индукционные катушки растягиваются поперек металлической пластины, наклонно относительно поперечного направления. Это наклонное положение также является одной из причин, почему можно избежать перегрева металлической пластины у краевой области.

Фиг.8 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую состояние протекания индуцированного тока в металлической пластине на Фиг.6, если смотреть со стороны вышеупомянутой металлической пластины. Индуцированный ток 10 на верхней и нижней сторонах металлической пластины течет в направлении, противоположном первичному току, проходящему через индукционную катушку, в которой ширина пути индукционного тока почти такая же, что и ширина спроецированного изображения индукционной катушки.

Индуцированный ток, проходящий вблизи края металлической пластины, имеет тенденцию следовать по пути протекания вплотную к центральной области металлической пластины, вследствие чего можно снизить индуктивность между индуцированным током и первичным током, текущим через индукционную катушку, расположенную у края металлической пластины. Другими словами, верхний индуцированный ток, индуцированный верхней индукционной катушкой, и нижний индуцированный ток, индуцированный нижней индукционной катушкой, стремятся соединиться друг с другом по самому короткому пути. Это обеспечивает относительно широкий канал для протекания индуцированного тока вблизи края металлической пластины для сдерживания повышения плотности тока у края. Таким образом, когда верхняя и нижняя индукционные катушки имеют часть, которая простирается наклонно к поперечному направлению у краевой области, перегрев у краевой области можно эффективно сдерживать, в отличие от индукционной катушки без такой наклонной части.

Поддержание расстояния между верхней и нижней катушками, обеспечивающего эффективный нагрев центральной области металлической пластины, относительно малого расстояния и наклонной установки индукционной катушки у краевой области металлической пластины сдерживает перегрев у краевой области. В результате, в примере из Фиг.6 происходит в поперечном направлении металлической пластины равномерный нагрев.

Оптимальное расстояние между верхней и нижней индукционными катушками у различных позиций в поперечном направлении следует определять после принятия во внимание предшествующего распределения температуры в нагреваемой металлической пластине. Возможны три различных графика предшествующего распределения температур в металлической пластине, например, случай металлической пластины, которая имеет плоское распределение температур (одинаковая температура в центральной области и в краевой области), случай металлической пластины, которая имеет распределение температур, слегка понижающееся в краевой области по сравнению с центральной областью, или случай металлической пластины, которая имеет температурное распределение, слегка повышающееся в краевой области по сравнению с температурой в центральной области.

В настоящем изобретении верхняя часть индукционной катушки, расположенная выше металлической пластины, и нижняя часть индукционной катушки, расположенная ниже металлической пластины, установлены таким образом, что они расположены, соответственно, в различных позициях в продольном направлении металлической пластины, по меньшей мере, в одной позиции в поперечном направлении металлической пластины, причем расстояние между различными позициями в поперечном направлении меняется. Форма индукционной катушки не ограничена формой, показанной на Фиг.6. Например, в качестве формы индукционной катушки можно использовать форму, показанную на Фиг.9, где пара верхней и нижней частей индукционной катушки, имеющих искривленную форму, установлена в обратном направлении, или форму, показанную на Фиг.10, где пара дугообразных верхней и нижней частей индукционной катушки установлена в обратном направлении. В качестве формы индукционной катушки также можно использовать другие различные формы. Например, можно использовать форму, показанную на Фиг.11, где только верхняя индукционная катушка имеет шляпообразную форму, а нижняя индукционная катушка - прямая. В дополнение, можно использовать форму, показанную на Фиг.12, где пара катушек с искривленной формой установлена в обратном направлении, но их формы не являются симметричными относительно продольной центральной линии металлической пластины. На Фиг.12 ссылка номер 2a отображает верхнюю индукционную катушку, расположенную выше металлической пластины 1, ссылка номер 2b отображает нижнюю индукционную катушку, расположенную ниже металлической пластины 1, а ссылки номер 7, 8 и 9 отображают, соответственно, проводящий элемент, источник переменного тока и индукционную катушку, расположенную около края металлической пластины.

В примере, показанном на Фиг.13, в центральной области расстояние меньше, а верхняя индукционная катушка имеет суженную ширину в центральной области и наклонную часть в краевой области. Ссылки номер 7, 8 и 9 отображают, соответственно, проводящий элемент, источник переменного тока и индукционную катушку, расположенную вблизи края металлической пластины. Известно, что дивергенция теплового потока, вызванная индукционным нагревательным аппаратом, пропорциональна квадрату плотности тока и времени нагрева. В примере из Фиг.13 плотность тока в центральной области выше, чем плотность тока в краевой области, поскольку индукционная катушка в центральной области сужена в ширине, что приводит к повышению дивергенции теплового потока в центральной области по сравнению с дивергенцией теплового потока в краевой области.

Когда металлическая пластина, подаваемая в индукционный нагревательный аппарат, имеет предшествующее