CN104285501B - 用于坯锭的感应加热的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于具有高导电性的金属坯锭的感应加热的装置，包括：管状主体，支承多个永磁体，多个永磁体布置在管状主体内部，彼此成角度地间隔开，并且布置成使得多个永磁体以相对极性交替；用于坯锭的支承件，布置在管状主体内部并且面向所述磁体；电机，适于使管状主体相对于坯锭旋转以在坯锭中感生在金属材料内循环的电流，从而通过焦耳效应获得坯锭加热。提供了用于永磁体的整体式冷却系统，其通过管状主体进行承载，并且适于在相邻的永磁体之间供给冷却气流。

Description

用于坯锭的感应加热的装置

技术领域

本发明涉及用于坯锭的感应加热的装置。

背景技术

非铁磁性材料的坯锭的感应加热可以通过使用以适当频率运转的感应器(传统技术)来进行，但该系统不允许达到超过50％的效率等级。专利申请PCTWO04066681描述了一种用于非磁性导电金属材料(例如，铜或铝)的坯锭的感应加热的装置，其中通过永磁体相对于金属坯锭移动产生磁场，从而生成了在金属导电材料内循环的感应电流，以这种方式通过焦耳效应坯锭进行加热。然而，该系统并不完全适宜于批量生产。

发明内容

本发明的目的在于提供能够克服已知装置的缺陷的装置，具体是具有小尺寸、高可靠性、相对低的安装和运行费用并且极其简易且多功能的装置。

因此，本发明涉及用于具有相对高导电性的非铁磁性金属坯锭的感应加热的装置，该装置包括：至少一个管状主体，其依次包括多个永磁体，多个永磁体布置成与管状主体的相应母线平行的环形，彼此成角度地间隔开，并且这样进行布置，以使得多个永磁体以相对极性交替；所述坯锭的至少一个支承件，适于在使用中支承布置在管状主体内的坯锭，并且面向所述磁体；以及驱动装置，用于在使用中产生管状主体与所述坯锭之间的相对旋转，从而由于所述磁体相对于坯锭的金属材料的相对运动而在所述坯锭中产生在坯锭自身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得金属材料加热；所述装置特征在于，其还包括用于所述永磁体的冷却系统，冷却系统通过所述管状主体整体地承载，并且适于在相邻的永磁体之间供给冷却气流。

本发明还涉及用于获得具有相对高导电性的金属材料的坯锭的感应加热的方法，包括以下步骤：执行所述坯锭与多个永磁体之间的相对旋转，以便由于所述磁体相对于金属材料的相对运动而在所述坯锭中产生在坯锭本身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得金属材料的加热，其中，多个永磁体布置成环形，面向坯锭并且彼此成角度地间隔开，并布置成使得多个永磁体以相对极性交替；其特征在于，该方法还包括以下步骤：通过在相邻的磁体之间循环的气流冷却所述永磁体。

另外，用于坯锭的支承件包括由耐火材料制成的壳体，该壳体适于容纳所述坯锭并且能够阻挡从通过焦耳效应加热的所述坯锭朝向所述永磁体的热流。具体地，该壳体包括联接在一起以容纳坯锭的两个半壳。

可替代地，坯锭可以通过适当的机制在其端部处进行支承。通过使用该解决方案，将适于保护磁体免受通过受热坯锭传送的热量的隔离材料的层直接布置在磁体周围，并且适当地进行约束以与同一磁体一起旋转。

根据本发明的一方面，冷却系统包括多个管，多个管形成所述管状主体的一部分，具有开口端部并且能够传输所述冷却空气，每个管都插入在两个相邻的永磁体之间，并且每个管的侧壁都放置成与所述永磁体接触。

通过这种方式，完全克服了现有技术的缺陷。实际上，限制了从坯锭辐射至永磁体的热量。此外，在任何情况下，大部分的热量都被在管中循环的冷却空气流带走，其中，管优选地由铜制成，铜既是非磁性材料，也是良好的热导体。该气流通过管状主体的旋转用锚固至其上的一系列叶片产生。

附图说明

以下将参照仅以举例的方式提供的本发明的非限制性实施方式以及参照表示优选实施方式的附图对本发明进行描述，在附图中：

图1示出了构成根据本发明的装置的第一元件的立体图；

图2示出了构成根据本发明的装置的第二元件的分解立体图；

图3示出了联接在一起的第一元件和第二元件的剖视图；

图4示出了图3所示装置的纵向剖视图；

图5示出了图4所示装置的第一变体的与图4一样的纵向剖视图；

图6示出了图4所示装置的第二变体；以及

图7示意性示出了本发明的另一可能的结构变体的纵向视图。

具体实施方式

在图3中，附图标记1指示用于由具有相对高导电性的金属材料(例如，如铜或铝)制成的坯锭2(也可参照图2)的感应加热的装置，坯锭2必须被加热至高温(例如，500℃至600℃)以进行后续的机械加工过程，例如，挤出或冲压。在所示示例中，坯锭2为具有恒定圆形截面的圆柱形。然而，显而易见的是，坯锭2可以是与所示形状不同的形状，例如，正方形截面或多边形截面。

装置1包括管状主体4，管状主体4并未限制为具有如在相关的情况下示出的大致圆形截面(也可参见图3)，并且具有相对于其对称的轴线5，在使用中，管状主体4被布置成与坯锭2基本共轴；管状主体4包括多个长型的永磁体7p和7n，多个长型的永磁体7p和7n布置成与管状主体的相应的母线平行(即，平行于轴线5延伸)的环形，彼此成角度地间隔开，并且布置成使得多个长型的永磁体7p和7n沿着管状主体4的圆柱形内表面以相对极性交替，其中，管状主体4的圆柱形内表面通过多个长型的永磁体7p和7n的相对极性局部限定。

装置1还包括用于坯锭2的支承件8，支承件8能够在使用中支承坯锭2，以使得坯锭2布置在管状主体4(图3)内部，以使其面向围绕坯锭2的磁体7p和7n。具体地，在图2所示的示例中，支承件8能够至少在永磁体7n和7p的前面至少部分地在其中容纳坯锭2，并且由耐火材料制成。

还设有驱动装置10(在图4中示意性示出)，驱动装置10适合于提供管状主体4与坯锭2之间的旋转，以便由于磁体7p和7n相对于具有高导电性的金属材料的相对运动而在坯锭2中产生在坯锭自身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得金属材料的加热。

通常，管状主体4相对于坯锭2(由支承件8保持静止)旋转，表现如同转子。众所周知，可以通过使坯锭相对于可保持静止的磁体旋转来获得相同的效果。

根据本发明，设有用于永磁体7p和7n的冷却系统13，冷却系统13通过管状主体4整体地进行承载，并且能够在相邻的永磁体7p和7n之间供给冷却气流。

该系统13有助于磁体的连续冷却，从而防止它们免于受到由于通过来自坯锭2的任何热辐射的受热导致的效率损失。

更详细地(图3)，除了交替布置的磁体7p和7n以外，管状主体4还包括管状外壳3，管状外壳3由磁性材料(例如，钢)制成，其内部具有多边形截面(在本示例中为16边形)，并且内部容纳具有等边梯形截面的长型永磁体，其中，较大面7m牢固地与壳体3接触，并且较小面7b面朝管状主体4的内部，因此，在使用中，较小面7b面朝坯锭2。

永磁体7n和7p具有径向磁化，并且优选地由包括诸如钕或钐的稀土元素的金属合金制成。众所周知，被称为稀土元素(或镧系元素)的化学元素具有仅部分填充的电子能级f(其可以容纳高达14个电子)。电子在该能级中的自旋可以在强磁场的存在下很容易地进行对齐，因此，在这些情况下使用由稀土元素构成的磁体。这些磁体的更常见的种类为钐-钴磁体和钕-铁-硼磁体。

冷却系统13包括同样形成管状主体4的一部分的多个管15，在这种情况下，多个管15在壳体3内部进行承载，并且轴向地插入壳体3内，并与永磁体7n和7p交替，因此多个管15被布置成与轴线5平行，即，与磁体7n和7p的纵向发展平行，以便与磁体7n和7p(在相关的情况下，与面7b)限定管状主体4的内表面。管15具有通向管状主体4的外部的相对端部151(图4)，能够建立冷却空气流；正如图3中清楚可见，每个管15都插入在相邻的两个永磁体7p和7n之间，并且每个管15的侧壁都布置成和与其相邻的永磁体7p和7n相接触。具体地，管15还具有与磁体7n和7p的横截面互补的梯形横截面，以便与磁体7n和7p围绕轴线5限定不间断的闭合环。通过这种方式，在管15中流动的空气有助于冷却具有相对极性的两个磁体7n和7p。

管15合宜地具有等边梯形截面，其中，较大面15m布置成稳固地与壳体3e的内部相接触，较小面15n面朝管状主体4的内部，然后在使用中朝向坯锭2，并且较小面15n被布置成与永磁体7n和7p的面7b齐平。

可以通过风扇17来协助冷却系统13，风扇17与管状主体4成整体且成角度地进行承载，并且设置有叶片18，其中，叶片18沿着圆形路径布置，叶片18具有这样的形状和布局，以使得叶片18面向管15的第一端部，并且由于管状主体4绕轴线5的旋转结果而在管15的内部传输气流。

图2所示的支承件8包括由耐火材料(例如，陶瓷材料)制成的壳体，该壳体适于容纳坯锭2，并且能够阻挡从通过焦耳效应加热的坯锭朝向永磁体7p和7n的热流。

该策略还有助于防止磁铁的加热。

具体地，限定支承件8的壳体为管形，并且包括第一半壳19a和第二半壳19b，第一半壳19a和第二半壳19b在纵向方向上联接在一起，并且当联接在一起时能够容纳坯锭2。

在图4中示意性地示出的实施方式中，支承件8在一个端部处通过凸起连接至竖直支承件20。驱动装置10包括电机20m，电机20m通过传动装置22(示意性示出)将管状主体4设置为旋转。管状主体4转而通过竖直支承件24进行支承，并且在电机20m的推力下相对于竖直支承件24可成角度地移动。

在图5中的实施方式中，坯锭2的第一部分被容纳在第一加热装置1的第一管状主体4的空腔的内部，其中，第一加热装置1的第一管状主体4装配有以已描述的方式布置在环形中的第一多个磁体7n和7p，而同一坯锭的第二部分被容纳在具有与装置1相同的结构的第二加热装置1b的第二管状主体4的空腔的内部，其中，第二加热装置1b装配有以已描述的方式布置在环形中的第二多个磁体7n和7p，而坯锭2以对本领域的技术人员显而易见的方式进行支承，例如，通过支承件20沿着中心线进行支承。因此，图5中的变体实现了能够在坯锭2中生成温度梯度的复杂的加热系统100；因此，该系统100可用于通过出于这种目的通过使装置1和1b(其具有相互独立性和独立控制的电机20m和20m')的管状主体4以不同的速度旋转来以差异化的方式加热坯锭2。显而易见，通过增加以彼此独立地旋转进行驱动的管状主体的数量能够实现具有任意数量“n”的不同的差异化加热的区域的加热系统。

还能够通过制造实现坯锭2和管状主体4沿轴线5的交替运动的处理系统来产生不同的区别化加热轮廓。

在图6所示的实施方式中，在所有其他方面都与已描述的装置1相同的装置1b具有共轴地安装在由侧向于轴线5的支承壁31支承的另一个管状主体30内部的管状主体4。管状主体4相对于管状主体30的旋转通过插在两个管状主体之间的多个轴承34用已知的方式来提供。通过这种方式，加热坯锭2的过程可以通过如下方式连续地执行：使用耐火材料的、同样为管状的支承件8，并且沿着轴线5供给“连续的”(更确切地，非常长的)坯锭2，然后，随着其接触部分被加热至所期望的温度而以已知的方式逐渐将其供给至挤出机，挤出机为已知的，并且为了简单起见并未示出。

参照示意性示出装置1的建设性地改善后的变体1'的图7，坯锭2在其端部处通过支承件8'进行支承；支承件24'与支承件8'相关联；支承件24'承载滑动件240，滑动件240可平行于轴线5滑动，并且通过适当的活塞(未示出)进行驱动，滑动件240通过适当的轴承自由地支承管状主体4，并且与通过传动装置22连接至管状主体4的电机20m相关联；管状主体4配备有整体地承载在壳体3上的风扇17，并且通过使滑动件240滑动，可平行于其轴线5进行转移，以在使用中将其围绕与轴线5共轴地安装在支承件8'上的坯锭2进行安装，或者侧向于支承件8'移动管状主体4，以使得能够在管状主体4上对坯锭2进行定位以及从管状主体4移除坯锭2。

在使用该解决方案时，为了保护形成管状主体4的一部分的磁体7n和7p，管状主体4的其余部分以已描述的方式进行制造，管状主体4包括额外元件，额外元件通过插在磁体7n和7p之间与轴线5之间的、由耐火材料(例如，云母)制成的管状护套80限定。该绝缘材料的护套或层80能够保护磁体7n和7p免受由正在加热的坯锭2传送的热量的影响，并且直接被放置在磁体7n和7p周围，适当地进行锚固至磁体7n和7p以与其整体地旋转。

通过该变体，还能够使支承件8'装配有例如由热电偶和/或光学高温计构成的适当的仪器90。

基于已描述的内容，显而易见的是，通过装置1、1b、1'或100能够实现用于获得具有相对高的导电性和任意长度的坯锭2的金属材料的感应加热的方法，该方法包括以下步骤：

-执行坯锭2与至少第一多个永磁体7p和7n之间的相对旋转，以因磁体相对于坯锭的金属材料的相对运动而在坯锭中产生在坯锭本身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得金属材料的加热，其中，多个永磁体7p和7n布置在环形中，面向坯锭并且彼此成角度地间隔开，并且布置成使得多个永磁体(7p和7n)以相对极性交替；以及

-通过在相邻的磁体之间循环的气流冷却永磁体7n和7p。

另外，还能够很容易地实现如前一个、但适于获得坯锭2沿着其与形成系统100的装置1和1b的纵向轴线相同的纵向轴线5的区别化的加热的方法，该方法包括以下步骤：

-设立布置在环形中并且面向坯锭的不同的轴向部分的至少第一多个永磁体和第二多个永磁体；以及；

-使设置在环形中的至少第一多个永磁体和第二多个永磁体相对于坯锭以不同的速度旋转。

Claims (14)

1.一种用于具有相对高导电性的金属材料坯锭(2)的感应加热的装置(1、1'、1b、100)，包括：

至少一个管状主体(4)，其依次包括多个永磁体(7n、7p)，所述多个永磁体(7n、7p)布置成与所述管状主体(4)的相应母线平行的环形，彼此成角度地间隔开，并且设置成使得所述多个永磁体(7n、7p)以相对极性交替；

用于所述坯锭(2)的至少一个支承件(8、8')，所述支承件(8、8')适于在使用中支承布置在所述管状主体(4)内的所述坯锭，并且面向所述永磁体(7n、7p)；以及

驱动装置(10)，用于在使用中产生所述管状主体(4)与所述坯锭(2)之间的相对旋转，从而由于所述永磁体(7n、7p)相对于所述坯锭(2)的金属材料的相对运动而在所述坯锭(2)中产生在所述坯锭(2)自身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得所述金属材料加热；

所述装置的特征在于，其还包括用于所述永磁体(7n、7p)的冷却系统(13)，所述冷却系统(13)通过所述管状主体(4)整体地进行承载，并且适于在相邻的永磁体(7n、7p)之间供给冷却空气流。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述冷却系统(13)包括多个管(15)，所述多个管形成所述管状主体(4)的一部分，具有开口端部并且适于传输冷却空气，每个管(15)都插入在两个相邻的永磁体(7n、7p)之间，并且每个管(15)的侧壁都放置成与所述永磁体(7n、7p)接触。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述冷却系统(13)还包括至少一个风扇(17)，所述至少一个风扇(17)通过所述管状主体(4)整体进行承载，并且设置有以环状方式沿着圆形路径布置并面向所述管(15)的第一端部的叶片，所述风扇的叶片确保在所述管状主体(4)的旋转时所述管(15)内空气的循环。

4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述管(15)由非磁性材料制成。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述非磁性材料为铜。

6.根据权利要求3所述的装置，其中，所述管(15)和所述永磁体(7n、7p)具有互补的梯形横截面。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述管在轴向方向上延伸，即平行于所述永磁体(7n、7p)延伸，所述叶片沿着由所述永磁体(7n、7p)和所述管(15)的交替限定的圆形路径布置成环形。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述永磁体(7n、7p)放射状地进行磁化，并且由包括稀土元素的金属化合物制成。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支承件(8、8')包括由耐火材料制成的壳体(8)，所述壳体(8)适于至少在所述永磁体(7n、7p)的前面至少部分地容纳所述坯锭(2)，以阻挡从通过焦耳效应加热的所述坯锭(2)朝向所述永磁体(7n、7p)的热流。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述壳体包括两个半壳(19a，19b)，所述两个半壳(19a，19b)可彼此联接以容纳所述坯锭(2)。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述支承件(8')在其相对端部处与所述管状主体(4)共轴地支承所述坯锭(2)，其中，所述管状主体(4)还包括由耐火材料制成的护套或保护层(80)，所述护套或保护层(80)布置在所述永磁体(7n、7p)附近，以及插入在所述永磁体(7n、7p)与所述管状主体(4)的对称轴线(5)之间，并且适当地进行固定以与所述永磁体(7n、7p)整体地旋转。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述坯锭(2)的第一部分容纳于设置有布置成环形的所述永磁体(7n、7p)的第一组的第一管状主体的空腔内部，而同一所述坯锭(2)的至少第二部分容纳于设置有布置成环形的所述永磁体(7n、7p)的第二组的至少第二管状主体的空腔内部，并且独立可控且互相独立的驱动装置(20m，20m')以不同的速度旋转至少所述第一管状主体和所述第二管状主体。

13.一种用于获得具有相对高导电性的金属材料的坯锭(2)的感应加热的方法，包括以下步骤：

执行所述坯锭(2)与多个永磁体(7n、7p)之间的相对旋转，以便由于所述永磁体(7n、7p)相对于所述坯锭(2)的金属材料的相对运动而在所述坯锭(2)中产生在所述坯锭(2)本身内循环的感应电流，从而通过焦耳效应获得金属材料的加热，其中，所述多个永磁体(7n、7p)布置成环形，面向所述坯锭(2)并且彼此成角度地间隔开，并且这样进行布置，以使得所述多个永磁体(7n、7p)以相对极性交替，

其特征在于，所述方法还包括以下步骤：通过在相邻的永磁体(7n、7p)之间循环的气流冷却所述永磁体(7n、7p)。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤以便沿着所述坯锭(2)的纵向轴线(5)获得所述坯锭(2)的差异化加热：

设立布置成环形并且面向所述坯锭(2)的不同的轴向部分的、所述永磁体(7n、7p)的至少第一组和第二组；以及

使设置成环形的所述永磁体(7n、7p)的所述至少第一组和所述第二组相对于所述坯锭(2)以不同的速度旋转。