CN100474985C - 用于横向磁通感应加热伸长金属工件形式的物体的线圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于横向磁通感应加热以金属条或其它伸长金属工件为形式的物体的线圈。该线圈包含至少一对的彼此不对称定位的导体回路，并且这些导体彼此重叠，从而该感应器具有横跨该要加热物体的双导体并在各边缘上具有平行于该要加热物体的单导体。通过把这些导体的感应电流划分成二个相等的、各具有和原始电流相同宽度的分支来制止单独在各导体中的加热效应，并且这些分支内的组合加热效应是分支前的加热效应的一半。

Description

用于横向磁通感应加热伸长金属工件形式的物体的线圈

技术领域

本发明涉及在以金属条或其它伸长金属工件为形式的物体的感应加热中使用的线圈。

背景技术

大多数常见的用来感应加热的线圈是筒管形线圈，但是筒管形线圈不适用于薄条的感应加热。替代地，把线圈安排成使磁通相对于条的平面横向地通过条。这种方案通常称为横向磁通感应加热(TFX)。横向磁通线圈的主要问题是温度分布；其边缘趋于过热。当考虑对条感应并且积累该条中的能量的感应电流回路通过感应器时，这是清楚的。为了消除边缘的过热，可以把感应线圈构形成使线圈在条的方向上相对短。

还可能在边缘区使用磁通调节器以伸长电流回路的纵向路径。感应电流路径内的电流密度是变化的，但是为了简单，可以假定电流路径具有严格定义的宽度，并且在该感应电流路径内电流密度是固定的。电流路径单位长度上的加热功率是

P＝I²×R                 (1)

其中I是感应电流而R是电阻。通过利用磁通调节器扩大电流路径，电阻R减小并且从而减小条中的加热功率。该系统的缺点是：a)即使使用可调整的磁通调节器，一个感应器也只能覆盖小的宽度范围，b)在加热期间边缘和中心之间的温差高，从而可造成条中的皱曲，以及c)该方法不能用于窄条，如果考虑例如20毫米宽的条的感应器的实际制造，该事实是明显的。

一种用于窄条的可能方法是采用二种不同类型的感应器；单回路感应器加热边和中心之间的区，而双回路感应器加热中心以及各边。该技术的缺点是：a)线圈相对贵，因为线圈是磨损零件，从而它们是退火成本中的重要部分，b)不同零件间的大温度差造成皱曲风险，c)单组线圈只能覆盖小的宽度范围，这进一步提高线圈成本并且还造成当改变条宽时的装配时间，以及d)该方法不能用于非常窄的条。尽管使用这些线圈磁通集中器，但是它们本质上不能消除上面提到的缺点。

许多专利公开了解决该温度分布问题的这些以及其它手段。在美国专利4,054,770中，利用一种磁通分布影响条材料的横向磁通加热，其中该磁通分布在条的边缘附近具有低值并且对于窄条从边缘该低值大致均匀地向内增加到一个中央峰值，或者对于较宽的条增加到带有中央低区的二个峰。为了达到所要求的磁通，这要求构建若干极片。美国专利4,185,183说明一种用来对金属条板材料感应加热的感应加热设备，为了沿材料的宽度把加热分布调整成是均匀的，该设备使用可调整的磁通集中器。美国专利4,751,360涉及金属条的横向磁通加热，其使用由J状零件构成的宽度可调的线圈以便均匀加热可变宽度和可变厚度的金属条。在美国专利5,403,994中公开类似的J状导体

美国专利4,778,971说明一种感应加热设备，其中，使用一个或多个主线圈，并且除了这些主线圈外还使用辅助修正线圈，以在工件的整个宽度上提供良好的温度均匀性。美国专利5,308,946涉及一种电感应加热金属条和板的设备以及方法。该方法基于暴露在金属条或板的运动路径相对二侧上的多对独立电线圈，其中，这些线圈相对于该金属条或板的运动路径纵向地伸长。美国专利5,397,877涉及一种在电线圈的帮助下在移动中感应加热平板金属产品的部件。在此部件中，所生成的磁场是相位相反的，这导致在要加热的产品中感应环状分布的电流。美国专利5,510,600说明一种用来加热伸长金属工件的感应加热设备，在该设备中生成时变磁场，该场在该工件的宽度上产生具有余弦和正弦分布的纵向涡流电流分布。该部件以复杂的方式控制磁场的空间分布。美国专利6,225,634涉及用于导线的横向磁通加热线圈。该线圈包括一个其宽度对着内部加热区的第一导体，该宽度实际上大于厚度并且该导体由平的铜条材构成。结构上基本和第一导体相同的第二导体设置成平行于第一导体以对内部加热区形成一对伸长的磁通生成侧。在该横向磁通加热线圈的一端设置第三导体，以从第一和第二导体中之一对另一个传导电流。

上面所有已公开的设备具有二组对称感应线圈，金属条的每一侧一组。换言之，如果去掉金属条一侧上的线圈，这些设备仍能工作。具有这二组线圈的唯一原因是效率更好。

发明内容

本发明的目的是消除先有技术的一些缺点并得到一种用于感应加热金属条或其它伸长金属工件形式的物体的改进的线圈。

依据本发明，该用于横向磁通感应加热以金属条或其它伸长工件为形式的物体的线圈包含至少一对导体回路。从而该线圈划分成二个最好形状大致上基本相同的部分。线圈的这些部分不对称地设置在各侧上，从而线圈的这些部分单独不具有加热效应，或者，这意味着制止单独在这些部分中的加热效应。从而把感应电流路径划分成二个相等的分支，每个分支具有和原始路径相同的宽度，并且各分支中的组合的加热效应仅为分支之前的加热效应的一半。

本发明的基础是应用上述功率公式(1)：

P＝I²×R                 (1)

当把感应电流路径I划分成等于1/2的分支时，二条分支中的功率是：

P＝I²/4×R               (2)

从而，组合加热效应只是分支之前加热效应的一半。当现在考虑金属条和它上面的温度分布时，通过利用多个回路感应器借助于使感应电流回路彼此部分重叠，有可能对该金属条的整体实现满加热效应并对各边缘实现四分之一的效应。通过利用彼此分别重叠的二对或更多对感应电流回路可以倍增这种效应。这些回路彼此重叠，从而在金属条上感应器具有双导体，而在各边上只具有单个平行于金属条的导体。从而，横向环流具有满加热效应，而边缘电流根据式(2)只具有四分之一的加热效应。这有助于避免边缘的过度加热。实现此的实际线圈还需要考虑线圈的各端并且要把线圈连接到电源上。在本发明的一个选实施例中，利用二条之字形导体实现重叠回路，并且这些导体彼此叠加以形成多回路感应器。

在本发明一个使用重叠回路的优选实施例中，把感应器二侧保持为分立件，并且把内、外导体保持为彼此平行和闭合以便抵消磁场。把之字形导体的二端构形成在二端上也存在有效的回路。当把回路的二半保持为独立件时，如果需要，有可能彼此相对偏移线圈的二个半部，以及把线圈的二个半部设置成彼此成一角度。本发明的双之字形线圈可以在金属条的一侧上、在金属条的二侧上，或者有益地金属条在二侧之间。

在10千瓦30千赫的电源下利用铜或铜合金，例如C510、C7026和OF-Cu(无氧铜)的条样品测试本发明的双之字形线圈。测试结果表明：

- 感应器被有效加热，

- 在一个试验中去掉偏置从而二侧彼此直接在顶部。在此情况下不存在加热，这证实回路是非常重要的这一事实，

- 温度分布显得相当均匀，

- 温度分布显得对金属条的确切位置或宽度不敏感，

- 即使线圈实质上比金属条宽，加热仍是好的和均匀的。未观测到边缘的过热，

- 未观测到皱曲趋势，

- 可以通过使一片磁通集中器靠近线圈来影响加热模式。

根据这些结果，条退火线装备所说明的感应线圈。确认初步测试中的所有观测，并且另一个补充好处是退火线的速度翻番。

附图说明

参照附图更详细地说明本发明，其中

图1以示意顶视图示出本发明的一优选实施例，

图2示出从方向A-A看过去的图1的实施例，

图3示出从方向B-B看过去的图1的实施例，

图4以示意顶视图示出本发明的另一优选实施例，

图5以示意侧视图示出本发明的回路的又一优选实施例。

具体实施方式

在图1至3中，横向感应磁通加热器9定位成使要加热的条1在加热器9的二个分立的相同回路2和3之间移动。回路2和3与电源10连接，从而对回路2和3相等地划分至加热器9的感应电流路径。回路2和3构形成使回路2的部分4和5以及回路3的部分6和7分别平行于(部分4和6)条1的移动方向(用箭头8示出)或者垂直于(部分5和7)条1的移动方向8。该加热器的回路2和3是重叠的，从而相对于条1部分5和7基本定位在同一点上。这样，部分5和7对条1形成基本满的加热效应。相反，靠近条1的边缘的部分4和6只对条1的边缘产生四分之一的加热效应。从而对条1形成大致均匀的温度分布。

图4中示出的实施例类似于图1至3示出的实施例，但该实施例的不同之处在于加热器的回路11和12位于要加热的条13的同一侧。

在图5中，回路21和22包含二条正弦形导体，它们彼此处于重叠位置。基于这些正弦形导体，回路21和22按相移90度重叠。

Claims (7)

1.一种用于横向磁通感应加热伸长金属工件形式的物体的线圈，其中，该线圈包含多对彼此不对称定位的导体回路并且这些导体彼此重叠，从而存在横跨该要加热物体的双导体以及在各边缘具有平行于该要加热物体的单导体，通过把这些导体的感应电流路径划分成二个相等的、各具有和所述感应电流路径相同宽度的分支来制止单独在各导体中的加热效应，并且这些分支内的组合加热效应只是分支前的加热效应的一半，以及，利用二条之字形或正弦形导体来实现重叠导体，并且这些导体彼此叠加以形成多回路感应器。

2.根据权利要求1的线圈，其中，这二个导体定位在该要加热物体的同一侧上。

3.根据权利要求1的线圈，其中，这二个导体定位在该要加热物体的两侧上。

4.根据上述任一权利要求的线圈，其中，这些导体包括定位成和要加热物体的移动方向相平行的部分。

5.根据权利要求1至3中任一权利要求的线圈，其中，这些导体包括定位成和要加热物体的移动方向相垂直的部分。

6.根据权利要求1至3中任一权利要求的线圈，其中，这些导体形状相同。

7.根据权利要求1的线圈，其中所述伸长金属工件是金属条。

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