KR19990051996A - 임피던스 정합장치, 고주파 가열장치, 유도가열 아연도금강판합금화장치, 및 임피던스 변환방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유도가열장치를 사용하고 있는 도금강판의 합금상의 형성에 필요한 적정한 가열온도를 공급하는 임피던스의 정합을 간단히 적정한 값으로 변화하는 장치를 갖춘 아연도금강판의 합금화처리장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 유도가열코일(7)을 이용한 합금화장치에 있어서, 유도가열코일(7) 및 고주파전원과의 사이에 권수비를 임의로 선택할수 있는 복수의 중간접점을 갖춘 정합용 변압기(11) 및 상기 중간접점을 획일적으로 절환하는 개폐장치(12)를 갖춘 임피던스 정합장치를 설치하여 강판의 부하임피던스가 변화해도 최대 출력전원을 얻을 수 있는 특징이 있다.

Description

임피던스정합장치, 고주파가열장치, 유도가열아연도금강판 합금화장치, 및 임피던스변환방법

본 발명은 유도가열 아연도금 합금도금강판의 합금화를 위한 고주파가열장치의 임피던스정합장치 및 임피던스 변환방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 아연도금강판의 합금화장치에 있어서 특히 아연도금강판의 합금상형성을 위한 유도가열전원의 출력장치에 사용되는 장치에 관한 것이다.

연속식 용융아연도금강판의 합금화처리장치는 도5에 표시한 것처럼 강판(1)에 아연도금을 실시하는 도금조(2)의 상방에 설치되어 있다. 즉, 아연도금조(2)의 상방에는 와이핑장치(3), 가열로(4), 유지로(5) 및 냉각대(6)이 하부에 배열되어 있고, 아연도금조(2)를 통과하는 강판(1)은 표면에 아연이 부착되어 와이핑장치(3)에서 소정의 도금부착량을 제어한 후, 가열로(4), 유지로(5) 및 냉각대(6)로 구성되는 합금화열처리장치를 통과하는 과정에서 도금상의 합금화가 진행된다.

아연도금강판의 합금상을 형성하기 위해서 가열싸이클을 얻는 수단으로서 유도가열식의 가열로가 사용되고 있다. 이처럼 합금화 처리가 실시된 아연도금강판은 아연 도금강판에 비해 용접성, 가공성, 도장성, 내식성이 우수하기 때문에 가전용, 자동차용강판으로 사용된다.

아연도금합금화처리는 특히 도금밀착성과 프레스성형성 모두를 동시에 확보할 수 있기 때문에 이상적인 철-아연 합금상의 조성을 얻을 필요가 있다.

도금밀착성은 가공시 파우더링(powdering)이라고 불리는 도금상의 분말상의 박리를 방지하기 때문에 그리고 프레스 성형성은 습동저항이 작은 합금상을 얻을 수 있는 성형 하중을 저감하기위해 각각의 중요한 품질인자로 된다. 즉, 합금화 처리후의 강판표면은 도6에 표시한 것처럼, 습동저항이 큰 ζ상 및 내파우더링성을 노화시키는 Γ상을 억제하고, δ₁상 주체의 도금강을 구성해야 한다.

합금상의 구성은 가열, 유지 및 냉각 싸이클에 의해서 결정되며, 도7에 도시된 것처럼, 각각의 조건이 필요하다. 즉,

(1) 가열의 경우 ζ억제를 위해 급속가열이 필요하고,

(2) ζ상 억제를 위해서 최저온도 T₁이상, 유지시간 t₁이상에서 유지하는 한편 Γ상 억제를 위해 최고 온도 T₂이하에서 유지시간 t₂이하로 하는 유지온도와 시간의 관리가 필요하다. 그리고,

(3) 냉각의 경우 ζ억제를 위해 급속냉각이 필요하다.

상기 조건으로, 급속가열을 위해 정도가 좋은 가열온도(=유지온도)을 얻는 수단으로서 유도가열이 적당한 것으로 알게 되었다. 이러한 급속가열을 위한 가열수단으로서 종래 각종의 합금화용 유도가열장치가 일본 특허출원平3-58716호, 특허출원平3-35866호, 및 특허출원平4-124920호등에 제안되어 있다.

또 적정한 유지온도(T₁-T₂)와 유지시간(t₁-t₂)는 도금부착량에 따라 변하는 동시에 강판의 강종에 따라서도 변한다.

도8에 유도가열장치의 전원의 회로를 구성한 예를 표시나타내었다. 도8에 도시된 바와 같이, 종래의 유도가열장치는 솔레노이드코일(solenoid coil)(7)의 가운데에 피가열재(8)를 통과시키고, 상기 솔레노이드코일(7)에 주파수가 수 KHz에서 200KHz의 고주파전류를 흘려 보내면 피가열재(8)의 중심으로 흐르는 과전류에 의해 피가열재(8)이 가열되도록 구성된다.

보통 유도가열에 있어서 피가열재의 판폭 방향의 폐열량분포, 및 온도분포는 피가열재의 재질, 판폭 및 유도가열 주파수에 의해 변화한다. 유도가열 전원의 주파수는 가열코일과 콘덴서의 공진주파수에 거의 동기되어 운전되고 있다. 따라서 가열코일에 흐르는 고주파전류의 주파수는 공진용 콘덴서의 용량과 솔레노이드코일의 인덕턴스에 의해 결정된다. 솔레노이드 코일의 인덕턴스는 형상 및 권수에 의해 결정된다. 또한 피가열재의 두께, 강종, 도금량에 따라서 결정된다.

가열로에서 유도가열의 장치구성은 도8과 같고, 그 장치는 도9와 같은 등가회로로 바꿀수 있다. 도9의 전원 출력측에서 보이는 부하의 임피던스는 코일의 인덕턴스(L), 콘덴서 용량(C), 및 합성저항(R)로서 수학식 1로 표현된다.

Z≒(L/CR)

출력전원측에서 부하의 임피던스는 피가열재 형상, 재질뿐만아니라 고주파 전원회로코일의 임피던스, 콘덴서용량에 의해서 변화된다. 전압(V), 전류(I)와 임피던스(Z)의 관계는 수학식 2와 같다.

V=ZI

주파수 전원의 출력(P)는 전압(V), 전류(I), 역율 COSθ로서 수학식 3과 같이 고려된다.

P=VI COSθ

고주파전원에서 수학식 2에 따른 전압 및 전류가 수학식 3에 표시된다.

고주파전원에서 출력된 전압, 전류는 전원용량에 의해 최대치가 결정된다. 또 전원 출력의 출력전압, 출력전류관계는 도10과 같다. 수학식 3 및 도10에서, 출력 전원이 최대가 되는 것은 임피던스가 Za, 전압 V=Vmax, 전류 I=Imax의 경우이다. 임피던스가 Za보다 큰 Zb의 경우, 출력의 최대치는 전압이 최대치에 의해 제한된다. 반대로 임피던스가 Za보다 적은 Zc의 경우, 출력의 최대치는 전류의 최대치에 의해 제한된다. 따라서 도8에 도시된 유도가열장치의 구성에서는 피가열재의 형상, 재질이 변하는 경우에 부하임피던스가 변하고, 전원의 최대출력이 제한되기 때문에 합금화에 필요한 가열온도에 도달하는 것이 어렵다. 따라서, 임피던스의 정합을 간단힌 정적한 값으로 변환하는 방법이 필요하고, 각각의 피가열재에 대해서 전원출력의 최대치에 근접하기까지 출력이 가능하고, 이때 필요한 가열온도에서 합금화 처리를 할 필요가 있다.

종래에는 단지 임피던스 정합장치로서 도11과 같이 임피던스를 정합하는 정합용 변압기(11)을 사용하였다. 즉, 도11에 도시된 바와 같이, 고주파전원측의 정합용 변압기(11)의 1차측의 권수를 n₁, 부하측의 정합용 변압기(11)의 2차 권수를 n₂, 정합용 변압기(11)의 2차측에서 본 부하측의 임피던스를 Z₂, 고주파 전원측에서 본 부하측의 임피던스를 Z₁이라고 하면, Z₁은 수학식 4와 같이 표시된다.

Z₁= (n₁/n₂)²·Z₂

따라서, 정합용 변압기(11)을 사용하여 최대의 전원 출력이 얻어지는 권수비를 적당히 선택하는 것으로 부하측의 임피던스의 변환이 가능하다. 그러나, 종래의 장치에서는 이를 위해 권수비를 수종류로 준비하여 접속부를 개폐하는 장치를 이용한 변환 기능을 부가하였다.

본 발명은 상기 종래 임피던스 정합장치의 단점을 개선하고자 제안된 것으로서, 권수비를 임의로 선택하기 하여 임피던스가 변화하더라도 최대전원출력을 얻을 수 있는 임피던스 정합장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 피가열재의 부하 임피던스가 변화해도 최대 전원출력을 얻을 수 있는 상기 임피던스 정합장치를 구비한 고주파 가열장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래기술에 비추어 보아 유도가열장치를 이용한 아연도금강판의 합금상의 형성에 필요한 적정한 가열온도를 공급할 수 있는 고주파 가열장치를 갖춘 아연도금강판의 합금화 열처리장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 권수비를 임의로 선택하기 위해서 중간접점을 획일적으로 절환시킬 수 있어 임피던스가 작고 동시에 고주파 대전류를 통전할 수 있는 임피던스 변환방법을 제공함에 있다.

도1은 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 장치의 구성도

도2는 도1에 표시한 중간접점 절환에 사용하는 단락용 개폐장치의 구성도

도3은 도1에 표시한 회로에 사용되는 정합용 변압기와 단락용 개폐기를 조합한 구성도

도4는 도1에 표시한 회로에 사용되는 정합용 변압기와 단락용 개폐기를 복수개로 조합한 구성도

도5는 종래기술에 관한 연속 용융아연도금강판의 합금화 장치를 개념적으로 표시한 설명도

도6은 합금화 처리후의 아연강판의 표면구조를 표시한 설명도

도7은 합금화처리에 있어서 가열처리곡선의 적정조건의 범위를 표시하는 특성도

도8은 종래의 유도가열장치를 표시하는 구성도 및 회로도

도 9는 도8의 등가회로도

도10은 부하측 임피던스에 의해 전압과 전류의 관계를 표시하는 특성도

도11은 종래의 유도가열장치를 표시하는 등가회로도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 ... 철판 2 ...아연도금조 3 ... 와이핑장치

4 ... 가열로 5 ... 가열로 6 ... 냉각대

7 ... 솔레노이드 코일 8 ... 피가열재

9 ... 온도계 10 ... 합금화도계 11 ... 정합용변압기

12 ... 개폐장치 101 ... 절환개폐기 105 ... 에어실린더

102 ... 가동전극 103 ... 고정전극

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 권수비를 임의로 선택하기 위해 복수의 중간접점을 갖는 정합용 변압기와 상기 중간접점을 선택적으로 변환시키고 임피던스가 작고 동시에 고주파 전류를 통과시킬수 있는 개폐장치를 갖춘 임피던스 정합장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 유도가열코일을 사용한 가열장치에 있어서, 상기 임피던스 정합장치를 내장하고, 상기 임피던스 정합장치는 피가열재의 임피던스가 변화해도 최대 전원출력을 얻을 수 있는 고주파 가열장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 유도가열코일을 사용한 합금화 장치에 있어서,

유도가열코일과 고주파전원사이에, 상기 고주파가열장치가 설치되고, 상기 고주파가열장치의 임피던스정합장치에 의해 강판의 부하임피던스 변화에 대응하여 최대전원출력을 얻을 수 있는 유도가열 아연도금강판의 합금화장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 권수비를 임의로 선택하기 위해서 복수의 중간접점을 갖는 정합용 변압기와 중간접점을 획일적으로 교체하여 임피던스를 적게하는 동시에 고주파 전류를 통전할 수 있는 개폐장치를 갖춘 임피던스 정합장치에 따라, 고주파전원측에서 임피던스를 변화시키는 임피던스 변환방법에 관한 것이다.

이하, 본 발명을 도면을 통하여 상세히 설명한다.

본 발명은 복수의 권수비로부터 중간 접점(TOP)을 내놓은 정합 변압기로 임피던스가 적고, 동시에 고주파 전원을 통전시키는 TOP 변환장치를 갖춘 임피던스정합장치에서, 고주파 전원측으로부터 본 부하측의 임피던스 변환방법을 갖고 있다.

우선, 본 발명의 임피던스 정합장치에 대한 구체적인 실시 형태에 관한 회로 구성은 도1과 같다. 도1에 도시된 본 발명의 임피던스 정합장치는 중간접점(top)을 복수로 준비하여 권수비를 임의로 선택할 수 있는 개폐장치(12)가 마련되어 있다. 이 개폐장치(12)의 변화에 따라 정합용 변압기(11)의 2차측의 권수 n₂을 n₂₁, n₂₂, n₂₃, n₂₄로 4단으로 선택이 가능하지만, 2차측의 권수, 즉 단자수는 특별히 한정될 필요는 없다. 여기서, 전원으로 부터 최대의 출력을 갖는 임피던스를 Za를 할 때에 설치한 강판에서, 유도가열시의 임피던스가 Za보다 적은 경우, n₁/n₂가 설정초기보다 커지도록 권수 n₂를 n₂₁, n₂₂, n₂₃, n₂₄측으로 변화한다. 반대로 임피던스가 Za보다 큰 경우에 n₁/n₂가 설정초기보다 작아지도록 권수 n₂를 n₂₁, n₂₂, n₂₃, n₂₄측으로 변화한다.

이와같은 조작에 의해서, 임피던스 Za와 완전히 동일한 값으로 되지 않으면 않되지만, Za에 가까운 값으로 선택하는 것이 가능하다. 이 때문에 전원의 출력 용량을 충분히 할 수 있고, 여러 가지의 판폭, 판두께, 및 재질의 강판의 처리가 유도가열 1대로 가능하다.

개폐장치(12)의 일례로서 도2에 표시한 절환개폐기(101)을 이용할수 있다(일본 특허출원平6-283160호). 이 절환개폐기(101)은 에어실린더(105)에서 가동전극(102)을 그림의 상하 방향으로 승강시키는 고정전극(103)의 사이를 개폐하기 위한 것이다. 즉, 상기 절환개폐장치(101)은 에어실린더(105)가 작동되면 그 실린더 로드에 의해 누름판(112)가 하강하고, 스프링(110)이 압축되어 가동전극(102)가 가이드축(106)을 따라 하강함으로써 고정전극(103)에 접속되어 있는 접속도체(104) 사이를 연결한다. 역으로 에어실린더(105)이 상승하면, 가동전극(102)이 상승되고, 고정전극(103)과 떨어져 접속도체(104)와 분리된다. 도2의 미설명부호 107은 축수, 108은 실린더부착판, 109는 베이스판, 111은 냉각수용 닛플이고, 113은 에어용 닛플이다.

또, 도2의 절환개폐장치(101)은 1개의 중간접점에 1대를, 즉 정합용 변압기 (11)의 2차측에 복수의 중간 단자가 있기 때문에 도2의 개폐장치(101)을 중간단자와 동수로 사용한다.

또, 정합용 변압기(11)은 도2에 표시한 절환개폐장치(101)를 일체로 구성할 수 있다. 그 예를 도3 및 도4에 표시한다. 이 정합용 변압기(30)은, 5점의 접속단자를 가지고, 5대의 개폐장치를 사용하고 단자의 절환을 실시한다. 따라서 도3, 및 도4에 표시한 정합용 변압기(30)을 사용하여, 정합용 변압기의 2차측 권수를 최적의 수치로 변화시킬수 있다.

본 실시예는 연속식 용융아연도금강판의 합금화 처리로에 적용하는 것으로 본 발명은 여기에 한정하지 않고, 예를들면 유도가열 코일을 사용한 가열 장치에 적합하다.

이상 실시형태를 기본으로 상세히 설명하면, 본 발명의 청구범위 제1항에 의한 임피던스 정합장치는 권수비를 임의로 선택하기 위해 복수의 중간접점을 정합변압기와 중간 접점을 획일적으로 절환시킨다. 따라서 임피던스가 작고, 동시에 고주파 대전류를 통과시키는 개폐장치를 준비하여, 임피던스가 변화하더라도 최대전원 출력을 얻을수 있다. 또한 전원 용량의 최대 출력으로 처리가능하다.

또 발명의 청구항 제2항에 관한 고주파 유도가열장치는, 유도가열코일을 사용한 가열장치에 있어서, 유도가열코일과 고주파전원사이에, 권수비를 임의로 선택할수 있다. 보수의 중간접점을 갖고 있는 정합변압기 및 중간 접점을 획일적으로 변환시키는 개폐장치가 설치되어 임피던스 정합기를 내장하기 때문에 피가열재의 부하 임피던스가 변화해도 최대 전원출력이 얻어진다. 또한 여러 가지 피가열재 효율이 양호하게 가열 할 수 있다.

또한, 본 발명의 제3항에 관한 유도가열아연도금강판의 합금화장치는 유도가열코일을 사용한 합금화 장치에 있어 전기 유도가열코일광 고주파전원간에, 권수비를 임의로 선택할 수 있다. 중간접점이 있다. 따라서 저압변압기 및 중간접점을 획일적으로 절환하는 개폐장치를 갖춘 임피던스정합기를 내장함으로서 강판의 부하임피던스가 변화하는데도 최대 출력 전원이 얻어진다. 또한 여러 가지의 판두께, 판폭, 재질의 아연도금강판을 효율적으로 제조할수 있다.

또, 본 발명의 청구항 제4항에 관계되는 임피던스 변환방법은 권수비를 임의로 선택하기 위해서 중간접점을 획일적으로 절환시킬수 있다. 따라서 임피던스가 작고, 동시에 고주파 대전류를 통전할 수 있는 개폐장치와 준비된 임피던스 정합장치에 의해 고주파전원측에서 보여지는 부하측의 임피던스를 변환하기 위해, 임피던스가 변화되더라도 최대 출력전원이 얻어진다. 또한 전원용량의 최대출력으로 처리가능하다.

Claims (4)

1. 권수비를 임의로 선택하기 위해 복수의 중간접점을 갖는 정합용 변압기와 상기 중간접점을 선택적으로 변환시키고 임피던스가 작고 동시에 고주파 전류를 통과시킬수 있는 개폐장치를 갖춘 것을 특징으로 하는 임피던스 정합장치
2. 유도가열코일을 사용한 가열장치에 있어서,

   고주파가열코일과 고주파전원 사이에 권수비를 임의로 선택하기 위해서 복수의 중간접점을 가지고 있는 정합용 변압기 및 상기 중간 접점을 선택적으로 변환하는 개폐장치를 갖춘 임피던스 정합장치를 내장하고, 상기 임피던스 정합장치는 피가열재의 임피던스가 변화해도 최대 전원출력을 얻을 수 있는 특징을 갖는 고주파 가열장치
3. 유도가열코일을 사용한 합금화 장치에 있어서,

   유도가열코일과 고주파전원사이에, 권수비를 임의로 선택하기 위해서 복수의 중간접점을 갖는 정합용 변압기 및 상기 중간접점의 선택을 획일적으로 변화시키는 개폐장치로 이루어진 임피던스 정합장치가 설치되고, 상기 임피던스정합장치에 의해 강판의 부하임피던스 변화에 대응하여 최대전원출력을 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는 유도가열 아연도금강판의 합금화장치
4. 권수비를 임의로 선택하기 위해서 복수의 중간접점을 갖는 정합용 변압기와 중간접점을 획일적으로 교체하여 임피던스를 적게하는 동시에 고주파 전류를 통전할 수 있는 개폐장치를 갖춘 임피던스 정합장치에 따라, 고주파전원측에서 임피던스를 변화시키는 것을 특징으로 하는 임피던스 변환방법