CN101120617A - 用于金属板的感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种用于加热行进的金属板的感应加热设备包括环绕金属板的感应线圈。该感应线圈包括位于金属板上方的上部感应线圈和位于金属板下方的下部感应线圈。所述上部感应线圈和下部感应线圈在金属板的纵向方向上互相隔开、并在金属板的横向方向上具有恒定距离。每个上部感应线圈和下部感应线圈在金属板的边缘区域倾斜地布置，以便与金属板的横向方向形成倾斜角。

Description

用于金属板的感应加热装置

相关申请的交叉参考

该非临时申请根据35U.S.C.§119(a)要求2005年2月18日和2005年9月5日分别在日本提交的专利申请No.2005-41944和No.2005-256334的优先权。这两个专利申请的每个的整个内容在此通过参考引入。

技术领域

本发明涉及一种用于诸如钢板或铝板的金属板的感应加热设备。本发明尤其涉及一种通过利用环绕金属板的感应线圈在金属板内产生感应电流而加热金属板的感应加热设备。本发明还涉及一种感应加热设备，该设备能高效率地加热金属板，而不管金属板的厚度和金属板是否是磁性的或非磁性的。本发明还能抑制金属板边缘区域的过热。

背景技术

利用气体或电的间接加热设备、或利用感应加热的直接加热设备已经用于加热金属板，以在热处理工艺中控制金属材料的质量。因为直接加热设备没有热惯性，不同于间接加热设备，所以直接加热设备可以节省间接加热设备达到稳定的炉温所需要的时间，且可以容易地控制加热速度，例如，当板厚度变化时。所以，直接加热设备不需要改变金属板的输送速度，这样避免了生产率降低。

现有两种类型的用于金属板的感应加热设备。一种类型是LF类型(纵向磁通量型)，其中金属板通过利用环绕金属板的感应线圈在金属板的横截面内产生环形感应电流加热，其中感应线圈施加频率范围通常从1KHz至500KHz的交流。图1示出了LF型感应加热设备的示意图。图2示出了利用LF型感应加热设备在横截面内产生的环形感应电流。在图1中，连接于AC电源3的感应线圈2环绕金属板1。当初级电流5经过感应线圈2时，磁通量4穿透金属板1而在磁通量4周围产生感应电流。在图2中，在金属板1的横截面内产生的感应电流6沿着与流经分别位于金属板1上方和下方的感应线圈2的初级电流5相反的方向流动。另一种类型是TF型(横向磁通量型)，其中具有磁心的感应线圈分别位于金属板的上方和下方。当为线圈供电的AC电源打开时，磁通量沿板的厚度方向穿透磁心之间的金属板而产生感应电流，使金属板加热。

在TF型加热中，感应电流集中在金属板的侧向端部区域，同时在该端部区域附近的电流密度降低，这容易导致加热后在侧向方向上产生不均匀的温度分布。尤其是，当感应线圈的磁心和金属板之间的位置关系由于金属板宽度的变化或金属板蛇行前进而改变时，更难以提供均匀的加热。在背景技术中，提出了使用菱形线圈的技术，从而通过在金属板的宽度变化时使菱形线圈倾斜而使磁通量可以总是穿透金属板的整个宽度。然而，这项技术利用从感应线圈泄漏的磁通量，这需要金属板和感应线圈互相靠近。此外，在供应大电流的感应加热设备上安装转动机构增加了在工业规模上施行这项技术的难度。

在TF型加热中，感应电流集中在金属板的侧向端部区域，同时在该端部区域附近的电流密度降低，这容易导致加热后在侧向方向上产生不均匀的温度分布。尤其是，当感应线圈的磁心和金属板之间的位置关系由于金属板宽度的变化或金属板蛇行前进而改变时，更难以提供均匀的加热。在背景技术中，提出了使用菱形线圈的技术，从而通过在金属板的宽度变化时使菱形线圈倾斜而使磁通量可以总是穿透金属板的整个宽度。然而，这项技术利用从感应线圈泄漏的磁通量，这需要金属板和感应线圈互相靠近。此外，在供应大电流的感应加热设备上安装转动机构增加了在工业规模上施行这项技术的难度。

LF型加热是一种用于加热被感应线圈环绕的金属板的方法，该线圈可以确保在金属板内产生环形感应电流，从而加热该板。在LF型中在金属板的横截面内产生的感应电流集中在用下式表示的深度“d”处：

d[mm]＝5.03×10⁺⁵×(ρ/μrf)^0.5    (1)

其中d是感应电流穿透深度[mm]，ρ是电阻率[Ωm]，μr是相对导磁率，f是加热频率[Hz]。

感应电流穿透深度随着金属温度的增加而增加，因为当金属的温度增加时电阻率增加。铁磁性材料或顺磁性材料的相对导磁率随着温度靠近居里点而下降，且最终在居里点上方的温度处变为1。这意味着感应电流穿透深度随温度增加而增加。因为非磁性材料的相对导磁率是1，其感应电流穿透深度与磁性材料相比更大。

在LF型感应加热中，如果感应电流穿透深度大，而金属板的厚度薄，那么在金属的上部分中产生的感应电流和在金属的下部分中产生的感应电流互相抵消。这导致加热的效率较低。

例如，如果使用10KHz的加热频率，那么在室温下感应电流穿透深度对于非磁性材料的铝来说约为1mm、对于不锈钢304(SUS304)来说约4.4mm、对于磁性材料的钢来说约0.2mm。在居里点(约750℃)以上的温度钢的电流穿透深度约5mm。大多数用于汽车和家用电器的钢板具有不大于2mm的厚度，其中汽车和家用电器是使用金属板的主要商业产品。所以，通常难以在没有如上所述在金属板的上部分和下部分中被抵消的感应电流的情况下高效率地加热这种金属板。可以想到，将供应给LF型感应加热设备的AC电流频率增加到几百KHz，以便使感应电流穿透的深度更浅，从而可以避免感应电流的抵消；然而，在工业规模上使用具有如此高频率的大电流电源不是很实际。

已经提出使用这样一种采用环绕金属板的感应线圈的感应加热设备，该设备能高效率地加热金属板，即使金属板在高温下和/或是薄金属板。在这样的感应加热设备中，位于金属板上方的感应线圈(上部感应线圈)和位于金属板下方的另一感应线圈(下部感应线圈)互相平行布置，从而分别位于沿金属板的纵向方向上不同的位置。换言之，上部感应线圈和下部感应线圈的两个投影图像互相平行，且在沿金属板的纵向方向上不同的位置，其中两投影图像分别是通过在金属板上垂直投影这两个感应线圈形成的。

图3是上述感应加热设备的示意图，其中位于金属板1上方的感应线圈2a(上部感应线圈)和位于金属板1下方的另一感应线圈2b(下部感应线圈)互相平行地布置，且在沿金属板的纵向方向上不同的位置。附图标记7和8分别表示导电部件和AC电源8。图4A和4B示出了当上部感应线圈和下部感应线圈布置在沿金属板的纵向方向上不同的位置时在金属板1内的感应电流的流动。图4A是示出了从金属板上方观察到的感应电流状态的示意图。图4B是沿图4A的线4B-4B作出的横截面图。在图4A中的附图标记10表示感应电流的流动。当上部感应线圈和下部感应线圈布置于沿金属板的纵向方向上不同的位置时，在金属板内产生的环形感应电流的上部路径和下部路径也分别位于沿金属板的纵向方向上不同的位置。所以，当感应电流的穿透深度大，甚至金属板的温度高和/或金属板薄时，可以在没有金属板的上部分和下部分内的感应电流抵消的情况下高效率地加热金属板。

然而，在这种上部感应线圈和下部感应线圈位于沿金属板的纵向方向上不同的位置的感应加热设备的使用过程中，在宽度方向上金属板的边缘区域与宽度方向上金属板的中心区域相比可能过热。这可能导致不均匀的温度分布作为金属板的横向方向上的最终温度。

经历这种现象是因为在金属板边缘区域的感应电流路径的宽度(对应于图4A中的“d2”)比金属板的上部分和下部分中的感应电流路径的宽度(对应于图4A中的“d1”)更窄，其中在边缘区域电流从金属板的上部分流向下部分。所以，在金属板边缘区域的电流密度比中心区域的电流密度高。使边缘区域的电流路径变窄的一个原因是流经边缘区域的电流朝向边缘偏移，所以沿金属板的厚度方向在边缘区域内流动的感应电流与流经沿金属板的厚度方向布置在金属板边缘附近的感应线圈的初级电流之间的电感可能降低。使边缘区域过热的另一原因是在金属板边缘区域的加热时间(定义为d3/(金属板的行进速度)，其中d3如图4A中定义)比在中心区域的加热时间(定义为d1/(金属板的行进速度)，其中d1如图4A中定义)更长。

因为感应加热设备的热发散与电流密度的平方和加热时间成比例，所以在使用这种上部感应线圈和下部感应线圈分别位于不同位置而沿金属板的纵向方向互相隔开的感应加热设备中，在横向方向上金属板的边缘区域与金属板的中心区域相比过热。

发明内容

本发明的目的是解决上述背景技术的感应加热设备的问题。本发明的一实施例能高效率地加热金属板，即使金属板的温度高于居里点、金属板薄和/或金属板由诸如铝或铜的具有低电阻率的非磁性、非铁的金属制成。此外，本发明的一实施例能提供在金属板的横向方向上具有更均匀的温度分布的金属板，尤其是防止金属板边缘区域的过热。本发明的一实施例可以更容易地实现所需的温度分布，即使将被加热的金属板的宽度变化，而不需要预备多个感应线圈以对付金属板的宽度变化。本发明的一实施例还可以改善由于金属板蛇行前进造成的不均匀的温度分布。本发明的另一实施例提供了一种在上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离、感应线圈的宽度和热发散量方面具有很大灵活性的技术。

本发明的上述目的可以通过这样一种用于加热行进的金属板的感应加热设备实现，该设备包括：用于环绕金属板的感应线圈，所述感应线圈包括位于金属板上方的上部感应线圈和位于金属板下方的下部感应线圈，所述上部感应线圈和下部感应线圈沿金属板的纵向方向互相隔开、并在金属板的横向方向上具有恒定距离，其中所述上部感应线圈和下部感应线圈中的每个在金属板的边缘区域倾斜地布置，以便与金属板的横向方向形成倾斜角。

本发明的上述目的也可以通过这样一种用于加热行进的金属板的感应加热设备来实现，该设备包括：AC电源；位于金属板上方的上部感应线圈，所述上部感应线圈在其一端连接于所述AC电源；位于金属板下方的下部感应线圈，所述下部感应线圈在其一端连接于所述AC电源，所述下部感应线圈与所述上部感应线圈在金属板的纵向方向上隔开、并在金属板的横向方向上具有恒定距离，其中所述上部感应线圈和下部感应线圈中的每个包括在金属板边缘区域的至少一个倾斜部分，所述至少一个倾斜部分与金属板的横向方向形成倾斜角。

在本发明中，行进的金属板不限于沿一个方向行进的金属板，而是包括金属板的往复运动。此外，在本发明中，感应线圈是集合术语，包括由环绕金属板单匝或多匝的导电材料制成的管、线、板等形成的线圈。此外，环绕金属板不限于诸如环形或方形的具体形式。对于导电体的材料，诸如铜、铜合金或铝的低电阻材料是优选的。

对于本发明的金属板，包括诸如钢的磁性材料、诸如铝或铜的非磁性材料和在居里点以上的高温下处于非磁性状态的钢。

在本发明中，金属板的横向方向指的是垂直于金属板的行进方向的方向。金属板的纵向方向指的是金属板的行进方向。

在本发明中，金属板的边缘是在横向方向上金属板的端部，金属板的边缘区域指的是靠近或在金属板的边缘附近的金属板的上(顶)/下(底)表面。

在本发明中，在位于金属板上方的感应线圈和位于金属板下方的感应线圈之间沿纵向方向的距离定义为在位于上方的感应线圈和位于下方的感应线圈的两个投影图像之间的距离，其中这两个投影图像分别由每个感应线圈在金属板上的垂直投影形成。图5是本发明的感应加热设备沿将被加热的金属板的纵向方向的横截面示意图。附图标记1表示沿纵向方向延伸的金属板的横截面图，附图标记2a表示位于金属板上方的感应线圈的横截面图，附图标记2b表示位于金属板下方的感应线圈的横截面图，附图标记30a表示位于金属板上方的感应线圈的垂直投影图像，附图标记30b表示位于金属板下方的感应线圈的垂直投影图像。在下文中，“位于金属板上方的感应线圈”可称作“感应线圈的上部分”或简称为“上部感应线圈”，“位于金属板下方的感应线圈”可称作“感应线圈的下部分”或简称为“下部感应线圈”。在上部感应线圈和下部感应线圈之间在纵向方向上的距离定义为图5中的“L”。在上部感应线圈的宽度和下部感应线圈的宽度不同的情况下，确定所述距离的起始点是更宽的感应线圈的垂直投影图像的边缘(端部)。

从下文给出的详细描述，本发明的其他应用范围将变得明显。然而应当理解，详细的描述和具体示例，虽然表示本发明的优选实施例，但仅作为说明而给出，因为对于本领域的技术人员来说从这一详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变化和改进都将变得明显。

附图说明

从下面给出的详细描述和附图将更充分地理解本发明，其中附图仅作为图解说明而给出，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是根据背景技术的LF型感应加热设备的示意图；

图2示出了图1中的金属板横截面内产生的环形感应电流；

图3是根据背景技术的感应加热设备的示意图；

图4A是示出了从金属板上方观察到的金属板内的感应电流流动状态的示意图；

图4B是沿图4A的线4B-4B作出的横截面图；

图5是定义本发明中上部感应线圈与下部感应线圈之间距离的说明图；

图6是本发明实施例的示意图；

图7是示出了通过本发明的感应加热设备导致的金属板边缘区域内的感应电流流动状态的示意图；

图8是本发明实施例的示意图；

图9是本发明实施例的示意图；

图10是本发明实施例的示意图；

图11是本发明实施例的示意图；

图12是图11的横截面示意图；以及

图13是本发明实施例的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明。所有附图示出了环绕金属板的单匝感应线圈。然而，在本发明中感应线圈的匝数不限于具体的数目。

图6是本发明的感应加热设备的一示例的平面示意图。在本发明中，位于金属板上方的感应线圈2a和位于金属板下方的另一感应线圈2b设置成沿金属板的纵向方向互相隔开且互相平行。在上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离定义为上部感应线圈和下部感应线圈的两个投影图像之间的距离，这两个投影图像是分别通过每个感应线圈在金属板上垂直投影形成的。在上部感应线圈和下部感应线圈之间在纵向方向上的距离L，上面定义的距离，在横向方向上是恒定的。而且，上部感应线圈2a和下部感应线圈2b在金属板的边缘区域相对于横向方向倾斜地跨过金属板伸展。换言之，上部感应线圈2a和下部感应线圈2b的每一个都在边缘区域倾斜地布置，以便在每一感应线圈和金属板的横向方向之间具有倾斜角。附图标记7表示导电部件，8表示AC电源，9表示位于金属板边缘(端部)的感应线圈。符号θ表示倾斜角，倾斜角定义为在边缘区域的感应线圈和金属板的横向方向之间的角。符号x表示感应线圈在金属板的纵向方向上的宽度。

当上部感应线圈和下部感应线圈沿金属板的纵向方向互相隔开地设置时，在金属板内产生的环形感应电流的上部路径和下部路径也在金属板的纵向方向上互相隔开地分布。所以，当感应电流的穿透深度大，甚至金属板的温度高和/或金属板薄时，可以在没有金属板的上部分和下部分内的感应电流抵消的情况下高效率地加热金属板。

上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离可以根据金属板的材料、金属板的温度以及感应线圈与待加热的金属板之间的间隙确定。为了有效地加热温度在居里点以上的非磁性区域内的钢板，考虑到金属板的宽度、感应线圈的宽度和金属板的行进速度，优选地将上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离设为感应线圈宽度的0.2至6倍，更优选地将该距离设为感应线圈宽度的0.6至4倍。如果距离小于感应线圈宽度的0.2倍，会发生金属板的上部分和下部分内的感应电流抵消，这不能有效地加热。如果所述距离大于感应线圈宽度的6倍，那么难以降低金属板边缘区域的电流密度且加热时间增加，这导致边缘区域的温度增加。此外，电抗增加，而需要高压电源，且难以在工业规模上施行。在下文中，当上部感应线圈的宽度和下部感应线圈的宽度不同时，除非另外定义，宽度(沿金属板的纵向方向)表示较宽感应线圈的宽度。

当上部感应线圈和下部感应线圈分别在边缘区域倾斜于横向方向时，相对于不倾斜的感应线圈，可以有效地抑制边缘区域的过热。这将参照图7解释。图7是示出从金属板上方观察到的图6中的金属板的左边缘区域内的感应电流流动状态的示意图。在金属板上侧和下侧上的感应电流10沿与经过感应线圈的初级电流相反的方向流动，其中感应电流的宽度几乎与对应的感应线圈的投影图像30a或30b的宽度相同。经过金属板边缘附近的感应电流趋于沿更靠近金属板中心区域的流动路径，所以在感应电流与流经位于金属板边缘的感应线圈的初级电流之间的电感可以减小。换言之，由上部感应线圈感应的上部感应电流和由下部感应线圈感应的下部感应电流试图沿最短的路径互相连接，虽然电流的某一部分在边缘流动。这样在金属板的边缘附近提供了相对较宽的感应电流流动通道，从而抑制边缘附近的电流密度增加。因此，当上部感应线圈和下部感应线圈具有在边缘区域相对于横向方向的倾斜部分时，相对于没有这种倾斜部分的感应线圈，可以有效地抑制边缘区域的过热。

本发明的发明人还研究了合适的倾斜角(图6中的θ)。在边缘区域的过热程度，即(边缘区域的温度)-(中心区域的温度)，与倾斜角θ之间的关系利用图6所示的感应加热设备进行试验研究。使用的金属板是非磁性SUS304不锈钢板(厚度：0.2mm，宽度：600mm)。金属板的行进速度为2m/min。AC电源(未示出)是25KHz且电容具有100KW的容量，该容量被调节以与使用的感应线圈匹配。

使用的感应线圈是单匝(环绕被加热的钢板)的水冷铜板，它由铜板(厚度：5mm，宽度：100mm)和通过钎焊在与钢板相对一侧(外侧)连接于铜板的水冷铜管构成。在这个试验中，“感应线圈”包括铜板和水冷铜管，因为电流也流经铜管。在金属板(SUS304板)的表面和感应线圈(铜板)之间的间隙是50mm。在上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离是200mm。

在感应加热设备的出口利用二维红外温度计测量中心区域和边缘区域的钢板温度。为了改变感应线圈与金属板的横向方向之间的倾斜角θ，感应线圈放在可移动的木制基座上，且上部感应线圈和下部感应线圈通过从水冷铜板上形成的多个孔中选择适当的螺栓孔连接于布置在金属板边缘附近的感应线圈9。表1示出了在边缘区域的过热程度，即(边缘区域的温度)-(中心区域的温度)，与倾斜角θ之间的关系。

表1

倾斜角θ	边缘区域的过热程度：(边缘区域的温度)-(中心区域的温度)
		0度	90℃
5度	76℃
		10度	25℃
30度	6℃
		50度	32℃
60度	40℃
		70度	80℃

从结果可以得出，考虑到实际温度分布误差，从10度至60度的倾斜角是优选的。如果倾斜角θ是5度或更小，则不能充分地防止金属板边缘区域的过热，如果超过60度，则边缘区域的温度也增加，因为加热时间增加，尽管电流密度降低。在10度和60度之间优选的特定倾斜角应当根据被加热的金属板边缘区域和中心区域的温度之间已有的初始温度差提前确定。对于任何已有的初始温度分布，可能有三种代表模式，即，金属板具有平坦的温度分布(在中心区域和边缘区域温度相同)、金属板具有在边缘区域相对于中心区域温度稍低的温度分布、或金属板具有在边缘区域相对于中心区域温度稍高的温度分布。

如上所述，已经发现使感应线圈相对于金属板的横向方向倾斜可以防止边缘区域过热。本发明的发明人还进一步研究了感应线圈应当在边缘区域有多长的倾斜部分以便有效地防止过热。明确地说，对于本发明的一个实施例的如图8所示的感应加热设备，倾斜部分应当在由于过热而温度偏差趋于明显的离金属板1的边缘100mm的区域内从金属板1的边缘朝向内侧(朝向中心区域)延伸多少毫米(在图8中用“y”表示)。

图8是示出了本发明的感应加热设备的一个示例的平面示意图。在图8中，位于金属板上方的感应线圈2a和位于金属板下方的另一感应线圈沿金属板的纵向方向互相隔开地设置。感应线圈2a和2b也互相平行。就投影图像而言，上部感应线圈和下部感应线圈之间在纵向方向上的距离L在横向方向上保持恒定。在图8中上部感应线圈2a和下部感应线圈2b仅在中心区域平行于横向方向，且具有分别在边缘区域的倾斜(弯曲)部分，在边缘区域每一感应线圈相对于横向方向倾斜地跨过金属板伸展。附图标记7表示导电部件，8表示AC电源，9表示靠近金属板边缘(端部)设置的感应线圈。

作为图8的感应加热设备的研究结果，发现如果感应线圈的倾斜部分从金属板的边缘朝内侧延伸50mm或更大，边缘区域的过热可以得到有效地抑制。换言之，如果具有从10度至60度的倾斜角的感应线圈倾斜部分设置成覆盖离金属板边缘50mm内的区域，那么可以有效地抑制边缘区域的过热。

在本发明中，在上部感应线圈与下部感应线圈之间在纵向方向上的距离在横向方向上保持恒定。而且，上部感应线圈2a和下部感应线圈2b分别具有在金属板边缘区域相对于横向方向倾斜的部分。然而应当指出，本发明的感应线圈的形状不限于图6和图8所示的形状。本发明的感应线圈也可以是如图9中所示的急弯形状(狗腿形状)和如图10所示的弧形形状。在图9和10中，附图标记2a表示位于金属板1上方的感应线圈，附图标记2b表示位于金属板1下方的感应线圈，附图标记7表示导电部件，附图标记8表示AC电源，附图标记9表示靠近金属板的边缘(端部)设置的感应线圈。上部感应线圈和下部感应线圈互相平行，然而，感应线圈不是必须相对于金属板的中心线两侧对称。

在实际操作中，金属板的宽度变化和/或金属板蛇行前进。即使当被加热的金属板宽度变化和/或蛇行前进时，本发明也可以改善金属板横向方向上的不均匀的温度分布。如图6所示，当金属板的宽度从“I-I”变化到“II-II”和/或蛇行前进，即金属板的边缘I的位置在横向方向上变化时，边缘区域的倾斜角不变化。

在本发明的另一实施例中，上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离和/或感应线圈的宽度可变化。下面将参照附图描述这个实施例。

因为感应加热设备的热发散与电流密度的平方和加热时间成比例，所以调节上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离和/或感应线圈的宽度可以控制热发散量。为了在实际操作中获得需要的热发散，可以通过电磁场分析提前确定感应线圈的距离和/或宽度。然而，由于在前一工艺中的波动，被送入本发明的感应加热设备中的金属板可能具有初始温度变化。所以，可能不能获得需要的热发散，即使采用预定大小的感应线圈距离和/或宽度。通过调节到被送入金属的温度变化的距离，本发明的感应加热设备可以获得需要的温度，而与前一工艺给定的在先温度状态无关。

图11示出了上部感应线圈2a和下部感应线圈2b，每个线圈可滑动地安装在一对导轨11上，导轨11固定在沿金属板1的纵向方向延伸的一对基座12上。图12是图11的横截面图。可以使用移动感应线圈(在图11中未示出)的公知装置，诸如汽缸、液压缸或马达驱动的缸。虽然图11示出了上部感应线圈和下部感应线圈都可以移动地安装，但上部线圈或下部线圈可移动也是可以接受的。诸如陶瓷和/或树脂的绝缘材料优选作为基座12和/或导轨11的材料，因为它们置于感应线圈附近的强磁场内。当在某些应用中使用金属时，需要使用非磁性金属，诸如不锈钢、黄铜或铝。此外，基座和导轨应当离感应线圈尽可能地远，且应当被水冷，以防止被感应电流加热。考虑到这一点，上部感应线圈2a和下部感应线圈2b经可移动的导电部件13诸如水冷电缆连接于水冷连接器9。附图标记18表示铜板的连接端子。

在图11中，位于金属板1上方的上部感应线圈2a和位于金属板1下方的下部感应线圈2b沿金属板的纵向方向互相远离地设置，且互相平行。在上部感应线圈和下部感应线圈之间沿纵向方向的距离L在横向方向上保持恒定。

上部感应线圈2a和下部感应线圈2b仅在中心区域平行于横向方向，且在边缘区域分别具有倾斜(弯曲)部分，在边缘区域每一感应线圈相对于横向方向倾斜地跨过金属板延伸。通过调节上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离可以获得需要的感应加热的热发散量，因为随着距离变大热发散量变大。该距离可以根据金属板的温度而变化，该温度是通过位于感应加热设备上游的温度计测量。

图13示出了用于使上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离可变化的本发明的另一实施例。在图13中，上部感应线圈包括多个边缘区域导体a-a’和b-b’，每个都互相绝缘且独立。每个边缘区域导体a-a’和b-b’可选择地连接于中心区域连接导体9b。可选择的连接可以使用任何公知的接触控制器(在图13中未示出)来完成，诸如电磁接触器、汽缸或马达驱动的缸。

下部感应线圈包括多个边缘区域导体A-A’和B-B’，每个都互相绝缘且独立。每个边缘区域导体A-A’和B-B’可选择地连接于中心区域连接导体9c。接触控制器在图13中未示出。

在图13中，位于金属板1上方的上部感应线圈和位于金属板1下方的下部感应线圈沿金属板的纵向方向互相远离地设置，且互相平行。上部感应线圈和下部感应线圈之间沿纵向方向的距离L在横向方向上保持恒定。上部感应线圈和下部感应线圈在边缘区域分别具有倾斜(弯曲)部分，在边缘区域每个感应线圈相对于横向方向以倾斜角θ倾斜地跨过金属板伸展。

在图13的实施例中，感应线圈通常通过将导体9c，B-B’，9a，b-b’和9b连接在一起构成。当需要更大的热发散量时，感应线圈通过将9c，B-B’，9a，a-a’和9b连接在一起而构成，从而增加上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离。

在图13的实施例中，为了控制热发散量，除了改变上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离之外，导体的横截面积可以增加/减小和/或上部感应线圈或下部感应线圈的宽度可以变化。例如，导体a-a’和b-b’可以一起选择作为通电的导体。

所述距离可以根据通过位于感应加热设备上游的温度计测量的金属板的温度而改变。使用如图8所示构成的感应线圈检查金属板的温度偏差{(边缘区域的温度)-(中心区域的温度)}。被检查的金属板是非磁性的SUS304钢板(厚度：0.2mm，宽度：600mm和800mm)。金属板的行进速度是2m/min。使用25KHz的AC电源(未示出)和容量为100KW的电容器。电容器的容量被调节以与使用的感应线圈匹配。使用的感应线圈是单匝(环绕将被加热的钢板)的水冷铜板，该水冷铜板由铜板(厚度：5mm，宽度：100mm)和在与钢板相对一侧(外侧)通过钎焊连接于铜板的水冷铜管构成。在这个示例中，“感应线圈”包括铜板和水冷铜管，因为电流也流经铜管。在将被加热的钢板和感应线圈之间的间隙是50mm。在上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离L是200mm。在感应线圈和钢板的横向方向之间的夹角是30度。感应线圈的中心区域长200mm，且平行于钢板的横向方向。边缘区域的钢板温度利用红外温度计在距离钢板边缘50mm的位置测量。表2示出了对于600mm宽度的板和800mm宽度的板的温度偏差。

表2

800mm宽度钢板的温度偏差	600mm宽度钢板的温度偏差
		6℃	6℃

结果显示在钢板边缘区域的过热得到充分抑制，且当钢板宽度变化时温度偏差保持不变。

本发明能高效率地加热金属板，即使金属板的温度高于居里点、金属板薄和/或金属板由诸如铝或铜的具有低电阻率的非磁性、非铁的金属制成。本发明还能改善金属板横向方向上的不均匀的温度分布，尤其是金属板边缘区域的过热。即使将被加热的金属板宽度变化，本发明也可以实现所需的温度分布，而不需要预备多个感应线圈以应对宽度变化。此外，本发明可以改善由于金属板蛇行前进造成的不均匀的温度分布。

尽管本发明已经这样被描述，显然可以有多种方式的变化。这些变体并不看作脱离了本发明的精神和范围，且对于本领域技术人员来说显而易见的所有改进都认为包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于加热行进的金属板的感应加热设备，包括：

用于环绕金属板的感应线圈，所述感应线圈包括位于金属板上方的上部感应线圈和位于金属板下方的下部感应线圈，所述上部感应线圈和下部感应线圈沿金属板的纵向方向互相隔开、并在金属板的横向方向上恒定距离；

其中，上部感应线圈和下部感应线圈中的每个在金属板的边缘区域倾斜地布置，以便与金属板的横向方向形成倾斜角。

2.如权利要求1所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈与下部感应线圈之间的距离是所述上部感应线圈和下部感应线圈中较宽感应线圈的宽度的0.2至6倍。

3.如权利要求2所述的感应加热设备，其特征在于，所述倾斜角从10度至60度。

4.如权利要求3所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈之间的距离是可以调节的。

5.如权利要求4所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和下部感应线圈中的至少一个在金属板的纵向方向上是可移动的。

6.如权利要求4所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个由多个导体构成，使得所述上部感应线圈和所述下部感应线圈之间的距离可以通过在所述多个导体中选择特定导体作为将被通交流电的导体被调节。

7.如权利要求5所述的感应加热设备，其特征在于，还包括沿金属板在纵向方向上延伸的导轨，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个可移动地安装在所述导轨上。

8.如权利要求3所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个的宽度是可改变的。

9.如权利要求8所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个由多个导体构成，且所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个的宽度可以通过在所述多个导体中选择一个或多个特定导体作为将被通交流电的导体被改变。

10.如权利要求1所述的感应加热设备，其特征在于，所述感应线圈还包括连接在所述上部感应线圈和下部感应线圈之间的边缘感应线圈，所述边缘感应线圈位于金属板的边缘。

11.一种用于加热行进的金属板的感应加热设备，包括：

AC电源；

位于金属板上方的上部感应线圈，所述上部感应线圈在其一端连接于所述AC电源；

位于金属板下方的下部感应线圈，所述下部感应线圈在其一端连接于所述AC电源，所述下部感应线圈与所述上部感应线圈在金属板的纵向方向上隔开、并在金属板的横向方向上恒定距离；

其中，上部感应线圈和下部感应线圈中的每个包括在金属板边缘区域的至少一个倾斜部分，所述至少一个倾斜部分与金属板的横向方向形成倾斜角。

12.如权利要求11所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和下部感应线圈之间的距离是所述上部感应线圈和下部感应线圈中较宽感应线圈的宽度的0.2至6倍。

13.如权利要求12所述的感应加热设备，其特征在于，所述倾斜角从10度至60度。

14.如权利要求13所述的感应加热设备，其特征在于，在所述上部感应线圈和所述下部感应线圈之间的距离是可以调节的。

15.如权利要求14所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和下部感应线圈中的至少一个在金属板的纵向方向上是可移动的。

16.如权利要求14所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个由多个导体构成，使得所述上部感应线圈和所述下部感应线圈之间的距离可以通过在所述多个导体中选择特定导体作为将通AC电源的交流电的导体被调节。

17.如权利要求15所述的感应加热设备，其特征在于，还包括沿金属板在纵向方向上延伸的导轨，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个可移动地安装在所述导轨上。

18.如权利要求13所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个的宽度是可改变的。

19.如权利要求18所述的感应加热设备，其特征在于，所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个由多个导体构成，且所述上部感应线圈和所述下部感应线圈中的至少一个的宽度可以通过在所述多个导体中选择一个或多个特定导体作为将通AC电源的交流电的导体被改变。

20.如权利要求11所述的感应加热设备，其特征在于，所述感应线圈还包括边缘部分，所述边缘部分在所述感应线圈的所述上部分和下部分的与AC电源相对的端部连接在所述感应线圈的所述上部分和下部分之间，所述边缘部分位于金属板的边缘。

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