CN109406572A - 一种金属带材横向感应加热实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种金属带材横向感应加热实验装置及方法，装置包括基架、导辊组、横向感应加热机构、控制器、导辊调速器、数据采集器及感应加热电源；导辊组安装在基架内，环状带材套装于导辊组上，横向感应加热机构安装在基架内，环状带材穿行于横向感应加热机构；导辊组内包括主动导辊、张紧导辊及两个从动导辊；横向感应加热机构由上下半感应加热器组成，通过上下半感应加热器对带材进行加热，横向感应加热机构出入口侧设有测温仪。方法为：安装并张紧环状带材；调整上下半感应加热器高度，使上下半感应加热器与环状带材表面距离相等；启动导辊驱动电机使环状带材按设定线速度运动；启动横向感应加热机构，在设定输出电压及频率下对带材进行加热，采集数据。

Description

一种金属带材横向感应加热实验装置及方法

技术领域

本发明属于金属材料热处理技术领域，特别是涉及一种金属带材横向感应加热实验装置及方法。

背景技术

感应加热是金属材料加热的常用手段之一，根据工作方式的不同，可以分为纵向磁通感应加热和横向磁通感应加热。纵向磁通感应加热是指被加热金属件的轴心与感应磁通方向一致，横向磁通感应加热是指被加热金属件的轴心与感应磁通方向垂直。

针对柱状金属件和厚金属板来说，纵向磁通感应加热能够产生良好的加热效果，但是对于厚度较薄的金属板来说，特别是金属带材，纵向磁通感应加热方式会产生严重的漏磁现象，从而造成加热效率极低。反而横向磁通感应加热方式更加适合金属带材的加热，其能够极大限度的减少漏磁现象。

但是，现阶段针对横向磁通感应加热的研究课题非常少，特别是能够用于研究金属带材横向感应加热规律的实验设备更是鲜有报道，因此有必要研发一套能够满足研究需要的实验设备。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种金属带材横向感应加热实验装置及方法，能够满足不同材质、不同厚度、不同宽度的金属带材的横向感应加热，能够按照实验需要对电源频率、输出电压、金属带材移动速度进行调整，能够实现对金属带材加热温度的控制，完善了金属带材横向感应加热规律的研究内容。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种金属带材横向感应加热实验装置，包括基架、导辊组、横向感应加热机构、控制器、导辊调速器、数据采集器及感应加热电源；所述导辊组安装在基架内，导辊组上套装有环状带材；所述横向感应加热机构安装在基架内，环状带材穿行于横向感应加热机构，横向感应加热机构由感应加热电源进行供电；所述控制器、导辊调速器、数据采集器及感应加热电源均安装在基架顶部；所述数据采集器用于采集温度、转速、输出电流、输出电压及输出频率数据。

所述导辊组内包括四个导辊，分别为主动导辊、张紧导辊、第一从动导辊及第二从动导辊；所述主动导辊和张紧导辊位于基架下部，第一从动导辊和第二从动导辊位于基架上部，所述横向感应加热机构位于第一从动导辊与第二从动导辊之间；所述主动导辊连接有导辊驱动电机，导辊驱动电机的控制端通过控制器与导辊调速器相连，由导辊调速器对导辊驱动电机的转速进行调节。

所述主动导辊、第一从动导辊及第二从动导辊均通过轴承座安装在基架上；在所述张紧导辊下方的基架上设置有滑轨，在滑轨上设有滑块，张紧导辊通过轴承座安装在滑块上；在所述张紧导辊侧部的基架上设置有张紧驱动缸，张紧驱动缸的活塞杆端部与张紧导辊的轴承座相固连；所述张紧驱动缸的控制端与控制器相连，张紧驱动缸的活塞杆伸缩动作由控制器进行控制。

所述横向感应加热机构包括上半感应加热器和下半感应加热器，环状带材在上半感应加热器和下半感应加热器之间穿行，上半感应加热器和下半感应加热器结构相同，均包括铁芯和线圈，线圈在铁芯上的布线方式基于交变磁场，交变磁场的感应磁力线垂直通过环状带材表面，使环状带材上产生交变电流，且交变电流的感应电力线在环状带材所处的平面内形成涡流。

所述上半感应加热器与基架之间、下半感应加热器与基架之间均通过高度调节缸相连，通过高度调节缸对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，以改变环状带材表面与上半感应加热器和下半感应加热器之间的距离。

在所述横向感应加热机构入口侧的基架上安装有第一测温仪，通过第一测温仪检测横向感应加热机构入口侧的环状带材表面温度；在所述横向感应加热机构出口侧的基架上安装有第二测温仪；通过第二测温仪检测横向感应加热机构出口侧的环状带材表面温度。

一种金属带材横向感应加热实验方法，采用了所述的金属带材横向感应加热实验装置，包括如下步骤：

步骤一：将环状带材安装到导辊组上，使环状带材处于导辊中间位置，通过张紧驱动缸对环状带材进行张紧；

步骤二：通过高度调节缸对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，使上半感应加热器和下半感应加热器与环状带材表面的距离相等；

步骤三：通过控制器设定转速，并由导辊调速器对导辊驱动电机的转速进行调节，使环状带材按照设定的线速度进行运动；

步骤四：通过控制器设定输出电压、输出电流及输出频率，并由感应加热电源向横向感应加热机构供电，通过横向感应加热机构对环状带材进行加热；

步骤五：通过第一测温仪和第二测温仪检测横向感应加热机构出口侧和入口侧的环状带材表面温度；

步骤六：通过数据采集器采集转速、温度、输出电压、输出电流及输出频率数据；

步骤七：更换不同材质、不同厚度、不同宽度的环状带材，改变实验参数，重复步骤一至步骤六。

本发明的有益效果：

本发明的金属带材横向感应加热实验装置及方法，能够满足不同材质、不同厚度、不同宽度的金属带材的横向感应加热，能够按照实验需要对电源频率、输出电压、金属带材移动速度进行调整，能够实现对金属带材加热温度的控制，完善了金属带材横向感应加热规律的研究内容。

附图说明

图1为本发明的一种金属带材横向感应加热实验装置的结构示意图；

图2为本发明的上半感应加热器/下半感应加热器的结构示意图；

图3为本发明的横向感应加热机构的交变磁场分布图；

图4为环状带材内的交变电流分布图；

图中，1—基架，2—横向感应加热机构，3—控制器，4—导辊调速器，5—数据采集器，6—感应加热电源，7—环状带材，8—主动导辊，9—张紧导辊，10—第一从动导辊，11—第二从动导辊，12—导辊驱动电机，13—滑轨，14—滑块，15—张紧驱动缸，16—铁芯，17—线圈，18—感应磁力线，19—感应电力线，20—高度调节缸，21—第一测温仪，22—第二测温仪。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～4所示，一种金属带材横向感应加热实验装置，包括基架1、导辊组、横向感应加热机构2、控制器3、导辊调速器4、数据采集器5及感应加热电源6；所述导辊组安装在基架1内，导辊组上套装有环状带材7；所述横向感应加热机构2安装在基架1内，环状带材7穿行于横向感应加热机构2，横向感应加热机构2由感应加热电源6进行供电；所述控制器3、导辊调速器4、数据采集器5及感应加热电源6均安装在基架1顶部；所述数据采集器5用于采集温度、转速、输出电流、输出电压及输出频率数据。

所述导辊组内包括四个导辊，分别为主动导辊8、张紧导辊9、第一从动导辊10及第二从动导辊11；所述主动导辊8和张紧导辊9位于基架1下部，第一从动导辊10和第二从动导辊11位于基架1上部，所述横向感应加热机构2位于第一从动导辊10与第二从动导辊11之间；所述主动导辊8连接有导辊驱动电机12，导辊驱动电机12的控制端通过控制器3与导辊调速器4相连，由导辊调速器4对导辊驱动电机12的转速进行调节。

所述主动导辊8、第一从动导辊10及第二从动导辊11均通过轴承座安装在基架1上；在所述张紧导辊9下方的基架1上设置有滑轨13，在滑轨13上设有滑块14，张紧导辊9通过轴承座安装在滑块14上；在所述张紧导辊9侧部的基架1上设置有张紧驱动缸15，张紧驱动缸15的活塞杆端部与张紧导辊9的轴承座相固连；所述张紧驱动缸15的控制端与控制器3相连，张紧驱动缸15的活塞杆伸缩动作由控制器3进行控制。

所述横向感应加热机构2包括上半感应加热器和下半感应加热器，环状带材7在上半感应加热器和下半感应加热器之间穿行，上半感应加热器和下半感应加热器结构相同，均包括铁芯16和线圈17，线圈17在铁芯16上的布线方式基于交变磁场，交变磁场的感应磁力线18垂直通过环状带材7表面，使环状带材7上产生交变电流，且交变电流的感应电力线19在环状带材7所处的平面内形成涡流。

所述上半感应加热器与基架1之间、下半感应加热器与基架1之间均通过高度调节缸20相连，通过高度调节缸20对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，以改变环状带材7表面与上半感应加热器和下半感应加热器之间的距离。

在所述横向感应加热机构2入口侧的基架1上安装有第一测温仪21，通过第一测温仪21检测横向感应加热机构2入口侧的环状带材7表面温度；在所述横向感应加热机构2出口侧的基架1上安装有第二测温仪22；通过第二测温仪22检测横向感应加热机构2出口侧的环状带材7表面温度。

本实施例中，环状带材7的宽度适用范围为0～200mm，环状带材7的线速度适用范围为0～10m/min，主动导辊8、张紧导辊9、第一从动导辊10及第二从动导辊11尺寸相同，导辊的宽度均为250mm，导辊驱动电机12的功率为5.5kW，感应加热电源6的功率为55kVA，感应加热电源6的输出电压为0～380V可调，感应加热电源6的输出频率为30～3000Hz可调，控制器3选用主流计算机，数据采集器5配置有高速PICE板卡。

一种金属带材横向感应加热实验方法，采用了所述的金属带材横向感应加热实验装置，包括如下步骤：

步骤一：将环状带材7安装到导辊组上，使环状带材7处于导辊中间位置，通过张紧驱动缸15对环状带材7进行张紧；本实施例中，环状带材7初始状态条形带材，将条形带材依次绕过四个导辊后，将条形带材的两端接头闭合并进行焊接，最后形成环状带材7，此时的环状带材7要尽量避免松垮，以方便后续的张紧；环状带材7选用材质为Q235的钢带或材质为1060的铝带，宽度为200mm，厚度为1mm；

步骤二：通过高度调节缸20对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，使上半感应加热器和下半感应加热器与环状带材7表面的距离相等；

步骤三：通过控制器3设定转速，并由导辊调速器4对导辊驱动电机12的转速进行调节，使环状带材7按照设定的线速度进行运动；本实施例中，环状带材7的线速度设定为1m/s；

步骤四：通过控制器3设定输出电压、输出电流及输出频率，并由感应加热电源6向横向感应加热机构2供电，通过横向感应加热机构2对环状带材7进行加热；本实施例中，输出频率依次设定为500Hz、600Hz、700Hz、···、1500Hz，然后调节输出电压，直至达到实验装置允许的最大输出电流时再停止调压；

步骤五：通过第一测温仪21和第二测温仪22检测横向感应加热机构2出口侧和入口侧的环状带材7表面温度；

步骤六：通过数据采集器5采集转速、温度、输出电压、输出电流及输出频率数据；

步骤七：更换不同材质、不同厚度、不同宽度的环状带材7，改变实验参数，重复步骤一至步骤六。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (7)

1.一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：包括基架、导辊组、横向感应加热机构、控制器、导辊调速器、数据采集器及感应加热电源；所述导辊组安装在基架内，导辊组上套装有环状带材；所述横向感应加热机构安装在基架内，环状带材穿行于横向感应加热机构，横向感应加热机构由感应加热电源进行供电；所述控制器、导辊调速器、数据采集器及感应加热电源均安装在基架顶部；所述数据采集器用于采集温度、转速、输出电流、输出电压及输出频率数据。

2.根据权利要求1所述的一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：所述导辊组内包括四个导辊，分别为主动导辊、张紧导辊、第一从动导辊及第二从动导辊；所述主动导辊和张紧导辊位于基架下部，第一从动导辊和第二从动导辊位于基架上部，所述横向感应加热机构位于第一从动导辊与第二从动导辊之间；所述主动导辊连接有导辊驱动电机，导辊驱动电机的控制端通过控制器与导辊调速器相连，由导辊调速器对导辊驱动电机的转速进行调节。

3.根据权利要求2所述的一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：所述主动导辊、第一从动导辊及第二从动导辊均通过轴承座安装在基架上；在所述张紧导辊下方的基架上设置有滑轨，在滑轨上设有滑块，张紧导辊通过轴承座安装在滑块上；在所述张紧导辊侧部的基架上设置有张紧驱动缸，张紧驱动缸的活塞杆端部与张紧导辊的轴承座相固连；所述张紧驱动缸的控制端与控制器相连，张紧驱动缸的活塞杆伸缩动作由控制器进行控制。

4.根据权利要求1所述的一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：所述横向感应加热机构包括上半感应加热器和下半感应加热器，环状带材在上半感应加热器和下半感应加热器之间穿行，上半感应加热器和下半感应加热器结构相同，均包括铁芯和线圈，线圈在铁芯上的布线方式基于交变磁场，交变磁场的感应磁力线垂直通过环状带材表面，使环状带材上产生交变电流，且交变电流的感应电力线在环状带材所处的平面内形成涡流。

5.根据权利要求4所述的一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：所述上半感应加热器与基架之间、下半感应加热器与基架之间均通过高度调节缸相连，通过高度调节缸对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，以改变环状带材表面与上半感应加热器和下半感应加热器之间的距离。

6.根据权利要求1所述的一种金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于：在所述横向感应加热机构入口侧的基架上安装有第一测温仪，通过第一测温仪检测横向感应加热机构入口侧的环状带材表面温度；在所述横向感应加热机构出口侧的基架上安装有第二测温仪；通过第二测温仪检测横向感应加热机构出口侧的环状带材表面温度。

7.一种金属带材横向感应加热实验方法，采用了权利要求1所述的金属带材横向感应加热实验装置，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：将环状带材安装到导辊组上，使环状带材处于导辊中间位置，通过张紧驱动缸对环状带材进行张紧；

步骤二：通过高度调节缸对上半感应加热器和下半感应加热器的高度位置进行调整，使上半感应加热器和下半感应加热器与环状带材表面的距离相等；

步骤三：通过控制器设定转速，并由导辊调速器对导辊驱动电机的转速进行调节，使环状带材按照设定的线速度进行运动；

步骤四：通过控制器设定输出电压、输出电流及输出频率，并由感应加热电源向横向感应加热机构供电，通过横向感应加热机构对环状带材进行加热；

步骤五：通过第一测温仪和第二测温仪检测横向感应加热机构出口侧和入口侧的环状带材表面温度；

步骤六：通过数据采集器采集转速、温度、输出电压、输出电流及输出频率数据；

步骤七：更换不同材质、不同厚度、不同宽度的环状带材，改变实验参数，重复步骤一至步骤六。