CN1172560C - 磁路宽度可变的横向磁力线感应加热装置 - Google Patents

Abstract

一种对沿规定方向移动的金属带材(4)进行电磁感应加热的装置，它具有至少一个与上述带材的至少一个大表面对置的导电线圈(2)，以便通过横向的磁力线感应而加热上述的带材，每个线圈与至少一个磁路(6)相协作，每个磁路分成多个平行于上述带材的移动方向设置的相互独立的磁棒(8)，上述加热装置的特征在于，上述的磁棒(8)可以相互移近或移离，以便使上述磁力线的分布适应于上述带材的具体尺寸。

Description

磁路宽度可变的横向磁力线感应加热装置

本发明涉及一种通过电磁感应对薄的和中等厚度(约0.05～50mm)的移动中的磁性带材或非磁性带材进行加热的装置，更具体地，涉及一种横向磁力线感应加热装置。

按公知的方式，通过电磁感应对移动的金属带材进行加热是借助于绕在待加热带材外面的线圈产生沿带材移动方向的平行于带材外表面的磁场(纵向磁力线，参看图1a)进行的。因此，在连续移动的带材的周边表面附近产生流经带材的环状分布的感应电流，对带材进行加热，其横向温度分布的均匀性通常认为是满意的。

当对薄的磁性带材进行加热时，这种用纵向磁力线加热的方法的效率是高的。但是，一旦超过居里点温度(约750℃)，加热上述材料的效率便显著降低。这主要是由于被加热的材料的相对导磁率在加热过程中迅速下降(在这一相同的温度下降到1)。对于非磁性材料(不锈钢、铝等)，不管带材加热到什么温度，其加热效率也是有限的。

按照另一种已知的感应加热移动的金属板材的方法，在待加热的板材的两个侧面上对着板材的每个大表面设置两个线圈，以便按照所谓的横向磁力线技术(参看图1b)产生垂直于板材大表面的磁场。

这种装置的主要缺点在于，由交叉磁力线感应的电流的环状分布通常不能达到满意的温度均匀性，具体说来，根据线圈和磁路的相对尺寸(可视作线圈与带材宽度的相对尺寸)的不同，沿带材宽度方向的两端(带材边缘)可能加热过度或加热不足。

为了解决这个问题，已提出采用横向磁力线电磁感应加热技术，其中的感应器具有多个磁路。这些磁路用于导引线圈所产生的磁力线以控制感应电流的分布。

但是，这种装置的缺点是不容易根据待加热带材的宽度加以改变。考虑到这一缺点，在例如已知的美国专利No.4678883中公开了一种电磁感应加热装置，其中感应器由多个互相连结的磁棒构成(这里所说的“连结”意思是这些磁棒互相结合而使感应器产生的磁力线可从一个磁棒穿到另一个磁棒)，上述的磁棒平行于待加热带材的移动方向排列，并可单独地沿垂直于上述带材表面的方向移动，以便根据带材的尺寸使磁力线的分布适应带材的宽度。

然而，即使是这种类型的电磁感应加热装置也不能正确地控制待加热带材边缘附近处的温度波动。具体地说，设置在上述带材后面的磁棒连续地对磁力线分布从而对温度的分布施加影响(尽管影响不大)，结果，温度分布曲线表明感应电流沿带材边缘集中。

另外，又已知欧洲专利EP-A-0 667 731公开了一种横向磁力线电磁感应加热装置，其中线圈的长度可以改变，以使磁力线的分布适应带材的宽度。为此，该专利文件提出其加热线圈由两个对置的可沿平行于带材宽度的方向自由移动的J形感应器组装而成。然而，与上面所述的美国专利一样，这种装置也不能获得十分满意的横向温度均匀性。

根据上述现有技术的方法中存在的缺点，本发明提出了一种独创的方法，所制成的横向磁力线感应加热装置中由多根独立的磁棒形成的磁路可与待加热带材的宽度相适应，故这种装置可以改善沿待加热带材宽度方向的温度均匀性。

因此，本发明提供了一种对沿规定方向移动的金属带材进行电磁感应加热的装置，该装置具有至少一个面对着上述带材的至少一个大表面设置的导电线圈，以通过横向磁力线感应加热上述带材，上述的每个线圈与至少一个磁路相协作，每个磁路分成多个互不相联的平行于带材移动方向排列的磁棒，上述加热装置的特征在于，上述的由多根互不相关的磁棒构成的磁路可通过使上述磁棒相互移离或移近而适应待加热带材的宽度，这样，可使上述的磁力线的分布连续地适应上述带材的特定尺寸。

因此，按照本发明，无论待加热带材的宽度多少，其磁路的体积(及其重量)都可保持不变。

按照本发明的一个有利的特征，电磁感应加热装置还具有用导电性良好的材料制成的、设置在带材每一侧的边缘附近的间隙内的屏蔽层，从而获得最佳的横向温度均匀性。

按照本发明的另一个有利的特征，通过将构成上述磁路的磁性叠片做成可使磁路的对着待加热带材的一个大表面的表面上具有合适的“极”形(例如双正弦形的)，从而获得更好的磁力线分布(更具体地说是在上述带材的边缘附近形成更好的磁力线分布)。上述的“极”形的意思应理解为在空间沿三个方向弯曲的磁路表面。

从下面参看附图的说明中将会明白本发明的其他特征和优点，所述附图只示出典型的实施例及其应用，并无限制本发明之意，附图中：

图1a和1b是现有技术中公知的分别采用纵向磁力线和横向磁力线的电磁感应加热装置；

图2a和2b是本发明的处于两种位置的感应加热装置的局部透视图；

图3a和3b是图1的装有由导电性良好的材料制成的与磁垫相连接的屏蔽层的加热装置的局部透视图；

图4是典型的极形(磁路的对着待加热带材的表面)的局部示意图；

图5是对不锈钢进行光亮退火的普通车间的局部示意图。

参看附图，更具体地参看图2a和2b，可以看出，按照本发明的横向磁力线电磁感应加热装置具体地具有两个磁性衔铁1和1’，它们分别具有至少一个导电线圈2，并且面对面地安置在待加热的带材4的每一侧上。上述带材可以例如借助于辊子(未示出)导引进入磁路之间形成的间隙，而被送到加热区内。按照本发明，带材在加热过程中通常是连续移动的。

作为上述加热装置的一种改型并按照所需的用途，该装置可至少设置一个具有至少一个导电线圈2的磁性衔铁1，上述衔铁1正好与待加热的带材4的一个大表面相对。

按照已知的称为横向磁力线技术的方法，由导电线圈2产生的磁力线穿过待加热的带材4，在带材4内感应产生一种在其平面内流动的并在边缘附近呈环状闭合的电流。为此，上述的一个线圈或两个线圈2通过中频(例如大约50～2000Hz)交流电来激励。

为了保证对线圈2在上述带材边缘附近产生的具体磁力线的导引，在上述线圈2的全长或一部分长度上设置磁路6，该磁路6由多个平行于待加热的带材4的移动方向排列的磁棒8组成。

按照本发明，组成磁路6的磁棒8不是连接在一起的，而是互相平行地排列的，因此，这些磁棒8是彼此独立的，并且与导电线圈也是不相连接的。另外，磁棒8可在位于导电线圈2附近的机构10的带动下相互移离或相向滑动，但导电线圈保持不动。因此，在上述机构10的作用下，两个相邻磁棒之间的间距可以连续地扩大或缩小。这样便可使磁力线的分布适应于带材4的尺寸尤其是其宽度(见图2b)。

本发明的上述基本特征使之不仅可得到能适合于不同宽度的待加热带材的感应加热装置，而且最重要的是可使上述带材沿其宽度方向具有良好的热均匀性，不管带材宽度如何都能保持最佳状态。

具体地说，本发明的与合适极形相关的磁棒的空间定位可以影响感应电流的流向，从而控制横向的温度分布。

可使上述磁棒8在导电线圈2附近连续滑动但线圈2不移动的机构10具体地由至少两个设置在带材4的表面的每一侧上并垂直于带材移动方向的平行轨道11和11’组成。这些轨道支承多个衔铁12，每个衔铁12上至少固定一个磁棒8。相邻两个磁棒在两个轨道11和11’上的衔铁上的固定位置最好是以可减小总体尺寸的方式交替排列，此时磁路6的宽度最小(也就是磁棒间距离最小的情况)。上述的衔铁借助于辊子13或类似构件在轨道上以相互独立的方式滑动，因此可以十分精确地、最佳地和连续地调节磁路的宽度从而调节磁力线的分布状态，这可使磁路宽度在例如800～1500mm的范围内变化。

按照本发明的一个有利的特征，相邻两个磁棒8之间的间距可通过手工或自动地进行调节以便获得所需的磁场分布。

按照本发明的另一个有利的特征(参看图3a和3b)，为了使待加热的带材得到最佳的横向温度分布的均匀性，在带材4每一侧上的边缘附近的间隙内设置屏蔽层14，该屏蔽层用导电性良好的材料例如铜、铝或银制成。它们的作用在于调节带材边缘附近的磁力线以控制该带材边缘的温度。

而且，上述的屏蔽层14也可通过辊子或类似构件固定在由轨道支承的衔铁15上而使它们可沿所加热的带材的宽度方向平移。作为一种改型，上述的屏蔽层还可直接固定在与待加热带材的边缘相对的端部磁棒上。

按照本发明的又一个有利的特征，还可在支承屏蔽层14的衔铁15上设置磁垫16而调节沿带材宽度的磁力线的分布情况，具体地说，上述磁垫可抵消任何的温度不均匀性。上述磁垫16可与导电性良好的屏蔽层15和/或磁棒8或与其他不带屏蔽的部件相连接。

按照本发明的再一个有利的特征(见图4)，每个衔铁(1，1’)的磁路6的与带材4的大表面相对的表面具有可使例如导电线圈2(具体说是在上述带材的边缘附近)产生可控的磁力线分布的“极”形。

按照本发明的再一个有利的特征，在加热装置的任一侧加设一个垂直于磁路的磁棒并环绕移动的带材的短路线匝(未示出)以减少感应器端部的磁场漏泄。

下面说明本发明的电磁感应加热装置的一种最佳的应用实例。

图5示出例如不锈钢光亮退火车间的局部简图。这种退火生产线安排成单一的垂直流程，其总高度必须不大于50米左右。在这整个高度上，由辊子19导引的待加热的钢带18首先通过加热区20，然后通过冷却区21。按照一种用于非磁性钢带的公知方法，钢带在常温(约20℃)下进入加热区，必须在加热区中加热到1100℃，然后冷却，在本生产线的末端被冷却到100℃。

使用气体或电阻的加热装置是众所周知的，这种生产线上加热装置和高度约为30米，只留下极少的空间用于钢带的冷却，因此，这种加热装置在工作时被加热的钢带的移动速度通常约为60米/分钟。

本发明的用于上述车间的电磁感应加热装置的优点在于，可将加热区的总高度减小至10米左右，故可提供大得多的冷却空间，因此，对于厚度约0.5mm的不锈钢带来说，其生产线的移动速度可达到120米/分钟。

因此，如上所述，本发明具有多个优点。它可以在使用宽度可变的磁路的电磁感应加热装置的基础上形成高密度的中频加热的磁力线，这种磁力线密度可使其传输给待加热带材的功率密度大于普通加热装置的功率密度。而且，这种装置的电效率高于普通工艺的电效率。另外，这种加热装置可以获得满意的沿带材宽度方向的温度均匀性。

Claims (6)

1.一种电磁感应加热沿规定方向移动的金属带材(4)的装置，它具有至少一个与上述带材的至少一个大表面对置的、用于通过横向的磁力线感应而加热该带材的导电线圈(2)，每个线圈与至少一个磁路(6)相协作，每个磁路分成多个平行于上述带材的移动方向设置的相互独立的磁棒(8)，上述加热装置的特征在于，上述的由上述多个相互独立的磁棒(8)构成的磁路(6)可通过将上述磁棒(8)相互移离或移近而与待加热带材(4)的宽度相适应，这样，就可将上述磁力线的分布连续地调节到与上述带材的具体尺寸相适应。

2.根据权利要求1的加热装置，其特征在于，所述的加热装置还具有设置在上述带材的每一侧上的边缘附近的、由上述磁路界定的间隙内的导电性良好的屏蔽层(14)，以便调节上述带材的沿其宽度方向的端部上的磁力线。

3.根据权利要求1的加热装置，其特征在于，所述的加热装置还具有多个设置在带材的每一侧上的边缘附近的由上述磁路界定的间隙内的磁垫(16)，以便形成最佳的磁力线分布。

4.根据权利要求1-3中任一项的加热装置，其特征在于，所述的加热装置具有至少一个位于带材(4)的每一侧上并垂直于带材的移动方向的轨道(11，11′)，上述轨道借助于辊子(13)支承多个衔铁(12)，每个上述的衔铁固定有至少一个磁棒(8)，这样就可使衔铁(12)支承上述磁棒(8)通过在上述轨道(11，11′)上的滑动而相互移离或移近。

5.根据权利要求1-3中任一项的加热装置，其特征在于，所述的磁路(6)的与上述带材的一个大表面相对的表面具有可获得可控的磁力线分布的“极”形。

6.根据权利要求1-3中任一项的加热装置，其特征在于，所述的加热装置还具有至少一个设置在上述加热装置的任一侧上的环绕上述带材(4)的短路线匝，以减小上述感应器末端的磁场漏泄。

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