CN219019065U - 一种横向磁通感应加热装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电磁感应加热技术领域，涉及一种横向磁通感应加热装置，包括用于加热金属板材的感应加热单元，所述感应加热单元包括感应加热线圈、边部磁场屏蔽器以及导磁体，感应加热线圈布置在平行于金属板材的平面上，所述边部磁场屏蔽器布置在对应的感应加热线圈与金属板材之间，且位于金属板材宽度方向上的其中一侧，所述导磁体布置在感应加热线圈处于金属板材宽度方向上的中部主体上；所述感应加热单元沿金属板材运行方向依次布置且至少为两组，两组相邻的感应加热单元交错对称布置在金属板材中心线的两侧。本实用新型有效解决了横向磁通感应加热领域中边部过热的问题，提高物料宽度方向上的温度均匀性。

Description

一种横向磁通感应加热装置

技术领域

本实用新型属于电磁感应加热技术领域，涉及一种横向磁通感应加热装置。

背景技术

电磁感应分为纵向磁通感应加热和横向磁通感应加热两种类型，都具有输出功率密度大、加热速度快、零碳排放等优势。纵向磁通感应加热的磁力线与物料表面平行，其加热能力依赖于与频率相关的肌肤效应，物料厚度越薄，电源频率要求越高，且磁损耗也越高，电源效率越低。横向磁通感应加热的磁力线垂直于物料表面，在物料厚度范围内都能产生感应电流，加热能力对电源频率要求不高，对非磁性导电材料也能有效加热，且不存在磁损耗高等缺陷，在带钢连续退火等较薄物料加热领域或ESP薄板连铸连轧中间补热等非磁性材料加热领域具有较高能效优势和较小的电源设计难度。

但是在横向磁通感应加热的实际应用中，由于边部线圈在物料表面的投影面相对比例大，导致边部区域(物料宽度方向上的边部区域)磁力线集中，引起钢板边部过热；尤其是当物料宽度变窄时，物料边部富集的磁力线密度越大，局部涡电流越强，边部过热越严重。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种横向磁通感应加热装置，以有效解决横向磁通感应加热领域中边部过热的问题，提高物料宽度方向上的温度均匀性。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种横向磁通感应加热装置，包括用于加热金属板材的感应加热单元，所述感应加热单元包括感应加热线圈、边部磁场屏蔽器以及导磁体，感应加热线圈布置在平行于金属板材的平面上，所述边部磁场屏蔽器布置在对应的感应加热线圈与金属板材之间，且位于金属板材宽度方向上的其中一侧，所述导磁体布置在感应加热线圈处于金属板材宽度方向上的中部主体上；

所述感应加热单元沿金属板材运行方向依次布置且至少为两组，两组相邻的感应加热单元交错对称布置在金属板材中心线的两侧。

进一步，所述导磁体开放式包覆在感应加热线圈上，且所述导磁体的包裹开放面与感应加热线圈与金属板材的相对面共面。

进一步，所述感应加热线圈为内外嵌套型多层矩形线圈，且内外嵌套型多层矩形线圈的嵌套层数不少于2层，相邻嵌套层之间为斜拉串联或以渐开形式由内向外绕制。

进一步，所述感应加热线圈为多个并排串联的内外嵌套型多层矩形线圈，且单个内外嵌套型多层矩形线圈的嵌套层数不少于2层，相邻嵌套层之间为斜拉串联。

进一步，在所述感应加热单元中未设置边部磁场屏蔽器的一侧，所述导磁体在金属板材宽度方向上的边缘在金属板材表面投影位于金属板材内，且限定该边缘与其相对应的金属板材的边缘的距离为L1，在设置边部磁场屏蔽器的一侧，所述边部磁场屏蔽器在金属板材表面投影覆盖金属板材的宽度为L2；

所述金属板材与感应加热线圈之间的距离为H1，所述金属板材的厚度为H2，且L1＝a×H1，L2＝L1+b×H1，0.2<a<1.5，0.1<b<0.5。

进一步，所述a和b根据金属板材厚度H2和边部过热幅度前置设定，H2越大或边部过热幅度越小，a和b的设定值越大。

进一步，所述感应加热单元在金属板材的上下表面镜像布置。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型通过取消感应加热线圈边部的导磁体，仅在感应加热线圈处于金属板材宽度方向上的中部主体上采用开放式包裹的方式布置导磁体，减缓了磁力线在物料边部的富集效应，根据金属板材的厚度和边部过热幅度控制导磁体和边部磁场屏蔽器与金属板材的相对位置关系以稀释磁力线在物料边部的富集密度，降低边部过热幅度，同时通过两组感应加热单元的交错布置和组合应用，实现对边部过热幅度的主动精确控制，根据生产需要控制边部过热幅度，以抵消边部过热对物料宽度方向上温度均匀性的影响。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为实施例中一种横向磁通感应加热装置的结构示意图(加热较宽金属板材)；

图2为实施例中一种横向磁通感应加热装置的结构示意图(加热较窄金属板材)；

图3为实施例中一种横向磁通感应加热装置的剖视结构示意图；

图4为实施例中单个感应加热线圈的结构示意图；

图5为实施例中多个感应加热线圈串联的结构示意图；

图6为实施例中一种横向磁通感应加热装置的结构示意图(四组感应加热单元)；

图7为实施例中金属板材的加热曲线。

附图标记：感应加热单元1、金属板材2、感应加热线圈1-1、边部磁场屏蔽器1-2、导磁体1-3。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5，为一种横向磁通感应加热装置，包括用于加热金属板材2的感应加热单元1，所述感应加热单元1包括感应加热线圈1-1、边部磁场屏蔽器1-2以及导磁体1-3，感应加热线圈1-1布置在平行于金属板材2的平面上，所述边部磁场屏蔽器1-2布置在对应的感应加热线圈1-1与金属板材2之间，且位于金属板材2宽度方向上的其中一侧，所述导磁体1-3布置在感应加热线圈1-1处于金属板材2宽度方向上的中部主体上；所述感应加热单元1沿金属板材2运行方向依次布置的感应加热单元1，且至少为两组，组数为偶数，两组相邻的感应加热单元1交错对称布置在金属板材2中心线的两侧。

具体的，本实施例中感应加热线圈1-1为两个并排串联的内外嵌套型多层矩形线圈，以实现相对的最大线圈展开长度，在相同加热功率条件下，降低线圈输入电流，且单个内外嵌套型多层矩形线圈的嵌套层数不少于2层，相邻嵌套层之间为斜拉串联或以渐开形式由内向外绕制；并在感应加热线圈1-1上设置导磁体1-3，约束感应磁力线的分布，提高感应加热效率，所述导磁体1-3不覆盖感应加热线圈1-1的两端(金属板材2宽度方向上的两端)，以降低金属板材2边部的感应磁通富集程度，控制或消除边部过热效应。

在所述感应加热单元1中未设置边部磁场屏蔽器1-2的一侧，所述导磁体1-3在金属板材2宽度方向上的边缘在金属板材2表面投影位于金属板材2内，且限定该边缘与其相对应的金属板材2的边缘的距离为L1，在设置边部磁场屏蔽器1-2的一侧，所述边部磁场屏蔽器1-2在金属板材2表面投影覆盖金属板材2的宽度为L2；所述金属板材2与感应加热线圈1-1之间的距离为H1，所述金属板材2的厚度为H2，且L1＝a×H1，L2＝L1+b×H1，0.2<a<1.5，0.1<b<0.5；所述a和b根据金属板材2厚度H2和边部过热幅度前置设定，H2越大或边部过热幅度越小，a和b的设定值越大。

对特定宽度和厚度的金属板材2进行加热：在所述感应加热单元1中未设置边部磁场屏蔽器1-2的一侧，导磁体1-3边缘到金属板材2边缘的距离为L1，利用边部磁力线的富集效应对钢板边部加热，以满足无导磁体1-3投影区域的加热能力与中部区域(具有导磁体1-3投影)加热能力处于预设的平衡关系；在设置边部磁场屏蔽器1-2的一侧，在感应加热线圈1-1和金属板材2之间设置边部磁场屏蔽器1-2以控制边部磁场屏蔽器1-2所在一侧的边部加热幅度，根据金属板材2宽度的变化，调整边部磁场屏蔽器1-2的位置，使其磁场屏蔽器在金属板材2表面的投影满足边部磁场屏蔽器1-2的投影覆盖金属板材2边部的宽度为L2；使边部磁场屏蔽器1-2覆盖区域的加热能力与中部区域的加热能力也处于预设的平衡关系。

特定宽度和厚度的金属板材2的具体加热过程如下：金属板材2中心线位置不动，往两侧(金属板材2宽度方向上)移动感应加热单元1的各部件，且使偏移后感应加热单元1中各部件在金属板材2表面上的投影满足上述L1和L2的要求，且感应加热单元1沿金属板材2运行方向成对设置交错对称布置在金属板材2中心线的两侧；金属板材2经过前一个感应加热单元1时，中部位置正常加热，设置边部磁场屏蔽侧的物料边部加热较少或几乎不被加热，而未设置边部磁场屏蔽器1-2一侧的金属板材2边部则在感应加热线圈1-1边部磁通富集作用下被过度加热，金属板材2继续通过下一个感应加热单元1，边部磁场屏蔽器1-2的一侧和未设置边部磁场屏蔽器1-2的一侧位置对换，此前的过度加热的金属板材2边部不被加热或加热较少，此前因边部磁场屏蔽器1-2屏蔽感应磁通而未被加热或加热较少的金属板材2边部被过度加热，通过两个感应加热单元1后，金属板材2两侧边部的加热幅度趋于一致，并且边部加热幅度由上述L1和L2进行控制以到达边部加热幅度与中部加热幅度的预设平衡关系。

通过调整L1和L2的大小，可以控制金属板材2边部温度和中部位置的差异程度；当金属板材2宽度规格发生变化时，根据金属板材2宽度的变化，调整感应加热单元1中各部件的位置，使其在金属板材2表面的投影满足L1和L2的要求即可。并且对于较薄规格的物料，边部散热量较大，进入感应加热装置时边部温度较低，此时通过调整L1和L2还可实现边部补热。

请参阅图6和图7，为四组感应加热单元1组成的感应加热装置，四组感应加热单元1沿金属板材2运行方向依次布置，且两组相邻的感应加热单元1交错对称布置在金属板材2中心线的两侧，金属板材2在进入感应加热装置之前和加热过程中的温度曲线如图7所示，通过感应加热单元1的交错布置和组合应用，实现对边部过热幅度的主动精确控制，抵消了边部过热对金属板材2宽度方向上温度均匀性的影响，实现了金属板材2宽度方向上的温度均匀性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种横向磁通感应加热装置，包括用于加热金属板材（2）的感应加热单元（1），其特征在于：所述感应加热单元（1）包括感应加热线圈（1-1）、边部磁场屏蔽器（1-2）以及导磁体（1-3），感应加热线圈（1-1）布置在平行于金属板材（2）的平面上，所述边部磁场屏蔽器（1-2）布置在对应的感应加热线圈（1-1）与金属板材（2）之间，且位于金属板材（2）宽度方向上的其中一侧，所述导磁体（1-3）布置在感应加热线圈（1-1）处于金属板材（2）宽度方向上的中部主体上；

所述感应加热单元（1）沿金属板材（2）运行方向依次布置，且至少为两组，两组相邻的感应加热单元（1）交错对称布置在金属板材（2）中心线的两侧。

2.根据权利要求1中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：所述导磁体（1-3）开放式包覆在感应加热线圈（1-1）上，且所述导磁体（1-3）的包裹开放面与感应加热线圈（1-1）与金属板材（2）的相对面共面。

3.根据权利要求1~2中任一项中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：所述感应加热线圈（1-1）为内外嵌套型多层矩形线圈，且内外嵌套型多层矩形线圈的嵌套层数不少于2层，相邻嵌套层之间为斜拉串联或以渐开形式由内向外绕制。

4.根据权利要求3中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：所述感应加热线圈（1-1）为多个并排串联的内外嵌套型多层矩形线圈，且单个内外嵌套型多层矩形线圈的嵌套层数不少于2层，相邻嵌套层之间为斜拉串联。

5.根据权利要求4中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：在所述感应加热单元（1）中未设置边部磁场屏蔽器（1-2）的一侧，所述导磁体（1-3）在金属板材（2）宽度方向上的边缘在金属板材（2）表面投影位于金属板材（2）内，且限定该边缘与其相对应的金属板材（2）的边缘的距离为L1，在设置边部磁场屏蔽器（1-2）的一侧，所述边部磁场屏蔽器（1-2）在金属板材（2）表面投影覆盖金属板材（2）的宽度为L2；

所述金属板材（2）与感应加热线圈（1-1）之间的距离为H1，所述金属板材（2）的厚度为H2，且L1=a×H1，L2=L1+b×H1，0.2<a<1.5，0.1<b<0.5。

6.根据权利要求5中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：所述a和b根据金属板材（2）厚度H2和边部过热幅度前置设定，H2越大或边部过热幅度越小，a和b的设定值越大。

7.根据权利要求5中所述的横向磁通感应加热装置，其特征在于：所述感应加热单元（1）在金属板材（2）的上下表面镜像布置。

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