CN101105368A - 工频感应梯度温度加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种工频感应梯度温度加热炉，包括储料提升机构、推料机构、转送料机构、感应体和电气系统，用铜管绕成的感应线圈排布在炉衬的外部，进水管和出水管连接在铜管上，感应线圈由多段不同节距不同截面的铜管有序构成，每一段分别连接电源，分粗调温度区和细调温度区，靠近进料端为粗调温度区，靠近出料端为细调温度区。本发明梯度感应加热炉的感应线圈采用不同节距和不同截面铜管构成，各线圈实现单独功率可调、温度梯度曲线加热，较好地满足了等温挤压工艺要求；且设备成本低、自动化程度高，能耗少、芯表温差小、无烧损现象，经济效益显著。

Description

工频感应梯度温度加热炉

技术领域

本发明涉及工频感应温度加热，尤其涉及一种大直径工件的工频感应梯度加热炉。

背景技术

众所周知，沿工件长度方向将工件加热为梯度温度，具有一定的技术意义。例如，送进挤压模挤压的圆柱形铝工件或坯料，通常对坯料先进入挤压机中的挤压模的一端要求有高一些的温度。这样在挤压过程中坯料本身受挤压，产生能量转换发热，使坯料后端逐步增高温度，实现等温挤压，如果坯料沿其纵轴是均匀加热，坯料后端将会受挤压热影响，产生过热，导致挤压模易损、生产率降低和挤压出的产品质量下降。

一种实现工频感应梯度加热坯料的方法，沿铝合金坯料纵轴方向，用多组感应线圈组合。各组线圈供电电源频率为50或60赫兹。当感应线圈通过交流电时，感应线圈产生交变磁场，处于这个磁场中的铝坯料则引起交变感应电势，由其产生的电流，因克服导体本身电阻，转换为热能而加热坯料。为了实现沿坯料纵轴方向梯度加热，固定梯度加热是从坯料的一端到另一端，采用不同的功率密度，形成梯度加热，可调梯度加热是采用线圈分段，并能单独调整功率大小，而实现梯度加热和调整生产率。

使用工频供电有利于简化电源，适用直径大于80mm的加热坯料。坯料的径向温度要求是“均热”，而交流电流通过导体时，沿导体截面上的电流密度不是均匀分布，最大电流密度出现在导体的表面层转化为热能，在依靠坯料本身的热传导能力使热能由温度高处向温度低处传导，因此，电流透入深度越深越有利于径向温度的均匀。例如，半径4英寸的铝坯料用60赫兹的电流时最佳穿透深度是0.8英寸，采用中频500赫兹时，穿透深度只有0.3英寸，对于直径大于80mm以上的适宜采用工频。

专利200610083289.3公开了以多个线圈梯度感应加热或熔化工件的方法及设备，多个感应线圈中的每一个连接到具有跨接在逆变器输入端的调谐电容器的电源。每一逆变器具有脉宽调制交流输出，其通过所有电源之间的控制线与其它电源的脉宽调制交流输出同步控制。设备投资较高，生产率低，能耗大，自动化程度低。

因此设计开发一种具有轴向工频感应梯度加热、功率可调、芯表温差小、无烧损、能耗小、生产率高的全自动化加热炉，将是一项重大的技术课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种工频感应梯度温度加热炉，能够实现轴向温度梯度加热，径向温度均匀，芯表温差小，分段单独可调，按温度梯度曲线加热较好地满足等温挤压工艺要求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

工频感应梯度温度加热炉，包括储料提升机构、推料机构、转送料机构、感应体和电气系统，用铜管绕成的感应线圈排布在炉衬的外部，进水管和出水管连接在铜管上，其特征在于：所述感应线圈由多段不同节距不同截面的铜管有序构成，每一段分别连接电源，分粗调温度区和细调温度区，靠近进料端为粗调温度区，靠近出料端为细调温度区。

进一步地，上述的工频感应梯度温度加热炉，所述粗调温度区分为I、II、III三段，I～III段铜管节距以1.1比例递减，每段温度均独立可调；细调温度区为单段单独可调，铜管节距以1.2比例递减。

更进一步地，上述的工频感应梯度温度加热炉，所述粗调温度区的三段线圈铜管，其中，I段和II段铜管厚度为15mm，平均节距为1.86mm，III段铜管厚度为15mm，平均节距为1.70mm。所述细调温度区线圈铜管的厚度为12mm，平均节距为1.35mm。

再进一步地，上述的工频感应梯度温度加热炉，线圈铜管的内径为160～600mm。

再进一步地，上述的工频感应梯度温度加热炉，所述感应线圈相互间采用绝缘包扎或树脂浇注。

本发明技术方案的突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明工频感应梯度加热炉，感应器线圈采用不同节距和不同截面铜管构成，各线圈功率实现单独可调，满足温度梯度曲线加热，达到固定温度梯度曲线为40℃/m的加热能力，可调功率感应器分两区多段，关键梯度加热区分为三段同时可调，梯度温度可达60～120℃/m，较好地满足了等温挤压工艺要求。设备成本低、自动化程度高，能耗少、芯表温差小、无烧损现象，还能更好地适用于大尺寸工件的加热。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明感应器的结构示意图；

图2：图1的D-D剖视图；

图3：图1的局部放大示意图。

图中各附图标记的含义：1-三相电炉变压器，2-三相调压器，3-感应线圈，4-导电板，5-导电连接管，6-水嘴，7-绝缘层，I-第一段线圈铜管，II-第二段线圈铜管，III-第三段线圈铜管，IV-第四段线圈铜管。

具体实施方式

等温热棒料在挤压成型过程中，机械能转换成热能而非均匀升温。由于温度偏低会引起模具和型材变型，造成废次品。温度太高只能降低挤压速度，造成生产率下降。只有合适的梯度加热的棒料才能适应等温挤压操作的要求。但是，不同材质的棒料有不同的挤压温度。在不同压力和加工速度成型状况下，受热升温状况也不一样，这就要有相应的梯度加热设备。为此，本发明工频感应加热炉可实现梯度加热，各线圈实现单独功率可调、按温度梯度曲线加热、满足等温挤压要求。每段感应器采用相同功率、不同的功率密度，设计为多段，分粗调和细调，进料端为粗调，感应器分三段，可同时调节功率大小，出料端另加一组短线圈，可以单独细调，便于调整出料端温度高低。

工频感应梯度加热炉由储料提升机构、推料机构、前转送料机构、感应体、后转送料机构、液压系统和工频电气系统等部分组成，如图1所示的感应器结构，感应线圈3由多段不同节距不同截面的铜管有序构成，每一段分别同电源连接，分粗调温度区和细调温度区，靠近进料端为粗调温度区，靠近出料端为细调温度区，粗调温度区分为三段同时可调，细调温度区为单段单独可调、调节出料端温度的高低。工频感应梯度加热炉感应器内径为160～600mm，第一段线圈铜管I、第二段线圈铜管II、第三段线圈铜管III节距以1.1比例递减，细调区第四段线圈铜管IV比例以1.2递减。例如以直径450×1500mm加热炉感应器的内径为520mm，I段和II段铜管厚度为15mm，平均节距为1.86mm，III段铜管厚度为15mm，平均节距为1.70mm，IV段铜管厚度为12mm，平均节距为1.35mm。第I、II、III段线圈分别接入三相电炉变压器1二次侧，第IV段线圈接入三相调压器2的二次侧。导电板4和导电连接管5作为连接水冷电缆用。如图2，进水管和出水管通过水嘴6连接在各水路铜管上。感应线圈相互间采用绝缘包扎处理，图3所示，感应线圈相互间也可采用树脂浇注处理，以防止匝间短路。

需说明的是，储料提升机构：液压提升，每次送一根料。推料机构由液压推动。前转送料机构由机架、小车和链传动系统组成，传送工件到达各炉口。感应器包括感应线圈、端板、全阻闭合内胆、高强度复合绝缘保温层、导轨、水冷系统、导电系统等；感应线圈设计为多段，分粗调和细调，进料端为粗调，分三段，三相供电，可同时调节功率大小，出料端加一组短线圈，也三相供电，调节出料端温度高低。现有感应炉内胆一般采用闭合式或开口式，闭合式效率低，本发明为开口式全阻闭合内胆，采用高强度、绝缘瓷条全阻闭合结构。针对用于直径大、长度长、重量重的加热工件的加热炉，目前国内外是采用打结体不设内胆或用内胆加保温衬垫，前者易损坏，更换维修难，后者因保温垫衬强度不够，承受不了重热负荷，产生下沉变形，形成弯曲，造成进出料困难，本发明采用高强度复合绝缘保温层加全阻闭合内胆，在承受热负荷部分衬上足够强度的耐火保温砖，其余部分采用硅酸铝纤维毡，克服了现有技术的种种弊病，使用寿命长。水冷系统由进出水管、闸阀和过滤器等组成，分为若干水路，出水管每一水路都设有电接点双金属温度计，当水温超过规定温度，就自动报警；水冷系统装在感应器的底架上，为确保安全和防尘以及便于观察，感应器由非磁性金属框架带有机玻璃观察窗的罩壳罩住，感应器下部装有补偿电容器。后转送料机构由机架、小车和链传动系统组成。工频电气系统由计算机监控、PLC机全自动控制。为便于安装和维修，储料提升机构、推料机构、前转送料机构、感应体、后转送料机构、工频电气系统分别是独立的整体。

值得强调的是，本发明感应线圈采用不同节距和不同截面铜管构成，达到固定温度梯度曲线为40℃/m的加热能力，可调功率感应器分两区多段，关键梯度加热区单独可调，预热区分为三段可调，总的梯度温度可达60～120℃/m，实现温度梯度加热，满足等温挤压工艺要求。国内外感应炉感应器均设计为分段平均设置功率，而本发明的感应线圈采用不同节距和不同铜管截面相结合，分为多段，控制不同功率密度，具有实现梯度加热温度曲线的功能。国内外的梯度加热炉是平均分段、相同功率、单独可调。这种方法过于复杂，增加了设备投资。本发明的感应器分粗调和细调，调节各段功率大小，建立具有调整温度梯度曲线的加热能力，实现均匀加热和沿长度方向获得理想的温度梯度曲线，满足等温挤压操作。线圈采用手动或自动进行调节，满足梯度加热，维护使用方便，节约设备投资。

梯度加热是适应后续挤压加工的新型加热方式，等温棒料在挤压成型过程中，必须有合适的梯度温度范围才能适应等温挤压操作的需要。根据生产率和温度梯度范围调整功率大小。具体调试是在直径450×1500mm的工频感应梯度加热炉上进行。炉内放4根铝锭料，步进送入加热，在第4根料的位置时，炉料的头部处在高功率密度下加热升温，当测温机构测得到温度时，立即出料。温度采用远红外测温仪进行测定：各项数据均达到工艺要求，铝锭轴向温差77.6℃/m，径向温差＜15℃，单位电耗246KW.h/t，无烧损或局部过热现象，保证了最佳挤压速度和足够补偿铝锭在挤压过程中由于摩擦发热造成温差，温度梯度符合了期望的工艺条件，成套设备运转良好，计算机、PLC调控系统正常，动作无误，炉盖启闭正常，炉内状况良好。

经实践应用证明，本发明梯度感应加热炉，在工艺试验和工业运行中获得了良好效果，较好满足了等温挤压工艺的要求，显著提高了产品质量和生产率，节约了能源、降低了生产成本，实现了工艺装备的一体化，还能满足大吨位挤压机挤压工艺的要求。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (6)

1.工频感应梯度温度加热炉，包括储料提升机构、推料机构、转送料机构、感应体和电气系统，用铜管绕成的感应线圈排布在炉衬的外部，进水管和出水管连接在铜管上，其特征在于：所述感应线圈由多段不同节距不同截面的铜管有序构成，每一段分别连接电源，分粗调温度区和细调温度区，靠近进料端为粗调温度区，靠近出料端为细调温度区。

2.根据权利要求1所述的工频感应梯度温度加热炉，其特征在于：所述粗调温度区分为I、II、III三段，I～III段铜管节距以1.1比例递减，每段温度均独立可调；细调温度区为单段单独可调，铜管节距以1.2比例递减。

3.根据权利要求2所述的工频感应梯度温度加热炉，其特征在于：所述粗调温度区的三段线圈铜管，其中，I段和II段铜管厚度为15mm，平均节距为1.86mm，III段铜管厚度为15mm，平均节距为1.70mm。

4.根据权利要求2所述的工频感应梯度温度加热炉，其特征在于：所述细调温度区线圈铜管的厚度为12mm，平均节距为1.35mm。

5.根据权利要求1所述的工频感应梯度温度加热炉，其特征在于：线圈铜管的内径为160～600mm。

6.根据权利要求1所述的工频感应梯度温度加热炉，其特征在于：所述感应线圈相互间采用绝缘包扎或树脂浇注。

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