CS219230B1

CS219230B1 - Method of induction heating mainly intercircular boards from non-magnetic material or heating of boards from magnetic material over the curie point and device for executing the said method

Info

Publication number: CS219230B1
Application number: CS143081A
Authority: CS
Inventors: Oldrich Broucek; Jiri Schaferling
Original assignee: Oldrich Broucek; Jiri Schaferling
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1983-03-25

Description

Vynálež se týká způsobu indukčního ohřevu, zejména mézikruhových desek z nemagnetického materiálu anebo ohřevy desek z magnetického materiálu nad Curieho bod a zařízení k provádění tohoto způsebu.The present invention relates to a method for induction heating, in particular to annular non-magnetic material plates or to heating a magnetic material plate above a Curie point, and to an apparatus for carrying out this method.

V souičásné době při indukčním ohřevu součástí, jako válcových špalků, ale zejména kruhových součástí, se obvykle ohřívané předměty umísťují do prostoru indukční cívky souose. K průměru ohřívaného předmětu muší být vhodně zvolen kmitočet — tím nižší, čím větší je ohřívaný průměr. Volba elektrického příkonu a tím i doba ohřevu je mimo průměrem ohřívaného' předmětu načas o vána i požadavkem na rovnoměrnost ohřevu. V některých případech i při jednoduchém tvaru ohřívaného předmětu jsou jeho geometrické rozměry takové, že uvedeným obvyklým způsobem nelze ohřev ve stanoveném čase realizovat, nebot by byl zcela nerovnoměrný. Je tomu tak například při ohřevu mézikruhových ocelových desek, které po finálním zpracování slouží jako hrlzd-ové kotouče. Předehřev je nutný pro následné oboustranné pokrytí kotouče speciální litinou. Aby nástalo dokonalé spojení litiny s ocelovým meizikruhovým kotoučem, je požadován předehřev na určitou teplotu, prakticky konstantní v celém jeho průřezu. Při umístění mežikruho2 vých desek v dutině běžné indukční cívky ták, že osa -mézikruhóvých desek je totožná s osou indukční cívky, to jést rovina desek je kolmá na osu indukční cívky, nastává prakticky zahřívání pouze na vnějším průměru desky. Teplotní nerovnoměrnost vede také k plošné deformaci mézikruhových desek.At the same time, during the induction heating of components such as cylindrical blocks, but in particular of circular parts, the heated objects are usually placed coaxially in the induction coil space. The frequency of the object to be heated must be appropriately selected - the lower the diameter to be heated. The choice of electrical power and hence the heating time is, in addition to the diameter of the object to be heated, temporarily determined by the requirement for uniformity of heating. In some cases, even with the simple shape of the object to be heated, its geometrical dimensions are such that heating in the usual manner cannot be realized within a specified time, since it would be completely uneven. This is the case, for example, in the heating of inter-ring steel plates which, after final processing, serve as throat discs. Preheating is necessary for subsequent double-sided covering of the disc with special cast iron. In order to achieve a perfect connection of the cast iron with the steel disc, a preheating to a certain temperature is practically constant throughout its cross-section. When placing the annulus plates in the cavity of a conventional induction coil, the axis of the non-circular plates is identical to the axis of the induction coil, i.e. the plane of the plates is perpendicular to the axis of the induction coil, practically heating only on the outer diameter of the plate. Thermal unevenness also leads to the surface deformation of the intercircular plates.

Nevýhody známého řešení odstraňuje převážnou měrou způsob indukčního' ohřevu podle vynálezu, jakož i zařízení k provádění tohoto způsobu, fzejména mezikruhových desek z nemagnetického· materiálu a nebo desek z magnetického materiálu nad Curieho bod, jehož podstata spočívá v tom, že do elektromagnetického pote, vytvořeného indukční cívkou, se vloží mezikruhoSvá deska s rovinou ve směru toku magnetických silokřivek, načež se mezikruhové desce udělí rotace kolem osy, kolmé na směr magnetického' toku. Další podstatou vynálezu je zařízení k provádění tohoto způsobu, jehož podstata spočívá v tom, že vzduchová indukční cívka, která je v řezu kolmém na magnetický tok, oválného tvaru, má na rovinných stranách vodiče kruhově vyhnuty, takže vytvářejí ve středu indukční cívky, kolmo na magnetický tok, kruhový otvor, kterým prochází z jedné strany volně otočně usazený hřídel, na jehož přírubu dosedá, za účelem radiální fixace mezikruhové desky, osazení posuvného' hřídele, procházejícího z druhé sírany kruhovým otvorem v indukční cívce. Dále je podstatou vynálezu zařízení k provádění způsobu indukčního· ohře^lvu podle vynálezu, u něhož vzduchová indukční cívka obdélníkového^ tvaru s vodorovně umístěnou osou je rozdělena na dvě poloviny, posuvné ve vodorovném směru, přičemž rovinné části vodiče každé poloniny jsou polokruhově vyhnuty, takže v činné pozici vytvářejí ve středu vzduchové indukční cívky, kolmo na magnetický tok, kruhbvý oťvor.The disadvantages of the known solution are largely eliminated by the method of induction heating according to the invention and by the apparatus for carrying out the method, in particular the annular plates of non-magnetic material or of plates of magnetic material above the Curie point. An annular plate is inserted with a plane in the direction of flow of the magnetic field lines, whereupon the annular plate is rotated about an axis perpendicular to the direction of the magnetic flux. Another object of the present invention is to provide an apparatus for carrying out this method, wherein the air induction coil, in cross section perpendicular to the magnetic flux, of an oval shape, has a circular bend on the planar sides of the conductor so as to form an induction coil magnetic flux, a circular bore through which a freely rotatably mounted shaft passes on one side, the flange of which bears, in order to radially fix the annular plate, a sliding shaft extending from the second sulphate through a circular bore in the induction coil. Furthermore, the present invention provides apparatus for performing the method of induction · hea ^l vu of the invention, wherein the air coil a rectangular-shape with a horizontally disposed axis is divided into two halves displaceable in the horizontal direction and the planar portion of the conductor of each pasture are semicircular bent so in the active position, they form a circular hole in the center of the air induction coil, perpendicular to the magnetic flux.

Hlavní výhodou způsobu ohřévu podle vynálezu je, že zaručuje rovnoměrnou teplotu v celém průřezu mezikruhové desky nezávisle na čase ohřevu, to jest elektrickém příkonu do desky, tím, že magnetický tok není zaváděn kolmo na rovinu ohřívahé desky, ale směr magnetických silokřivek leží v její rovině. Rotační pohyb ohřívané deísky mezikruhové zabezpečuje dosažení rovnoměrné obvodoVé teploty. Výhodou zařízení k provádění způsobu podle vynálezu je zejména to, že indukční cívka je vytvarována tak, aby co nejtěsněji obepínala ohřívanou meízikruhovou desku. Účelné vytvarování vodiče indukční cívky umožňuje použití jednoduchého mechanismu k zajištění polohy mezikruhové deísky po· dobu ohřevu.The main advantage of the heating method according to the invention is that it guarantees a uniform temperature throughout the cross-section of the annular plate irrespective of the heating time, i.e. the electrical input to the plate, in that the magnetic flux is not perpendicular to the plane of the plate. . The rotary movement of the heated circular annulus ensures a uniform peripheral temperature. An advantage of the device for carrying out the method according to the invention is, in particular, that the induction coil is shaped so as to enclose the heated inter-circuit plate as closely as possible. The efficient shaping of the inductor coil conductor allows the use of a simple mechanism to secure the position of the annulus plate during the heating period.

Příklad provedení zařízení k provádění způsobu indukčního ohřevu podle vynálezu je znázorněn schematicky na výkresech, kde na obr. 1 je v částečném řezu indukční cívka s vertikálním nasazováním mezikruhové desky, na obr. 2 půdorysný pohled na vzduchovo-u indukční cívku s vertikálním nasazováním mezikruhové desky a zařízení pro její fixaci počas ohřevu, na obr. 3 je znázorněna vzduchová indukční cívka, jejíž oisa je umístěna vodorovně, na obr. 4 je vzduchová Indukční cívka, sestávající ze dvou polovin, znázorněná v pracovní poloze při ohřevu a na obr. 5 je vzduchová indukční cívka, sestávající ze dvou polovin v poloze před začátkem nebo· po ukončení ohřevu s odsunutými polovinami indukční cívky.An exemplary embodiment of an apparatus for carrying out the method of induction heating according to the invention is shown schematically in the drawings, in which Fig. 1 is a partial section of an induction coil with vertical insertion of an annular plate; and an apparatus for fixing it during heating, FIG. 3 shows an air induction coil whose horizontal position is located, FIG. 4 is an air induction coil consisting of two halves, shown in the operating position during heating, and FIG. an air induction coil consisting of two halves in a position before or after heating with the induction coil halves displaced.

Způsob indukčního' ohřévu mezikruhových desek se podle vynálezu provádí tak, že do elektromagnetického pole, vytvtířeného indukční cívkou, se vloží mezikruhová deiska, s rovinou ve směru toku magnetických silokřlvek, načež se mezikruhové deisce udělí •rotace kolem osy, kolmé na směr magnetického toku. K provádění tohoto způsobu je ‘vhodné zařízení podle vynálezu se vzduchoven indukční cívkou 2 (obr. 2), která je v řezu kolmém na magnetický tok oválného tvaru, a která je určena k vertikálnímu vsazování mezikruhových desek 1 do* jejího vnitřního prostoru. Indukční cívka 2 má na rovinných stranách cívky vodiče 2‘ kruhově vyhnuty (obr. lj, takže vytvářejí ve středu indukční cívky 2, kolmo- na magnetický tok, kruhový otvor 3. Kruhovým otvorem 3 prodhází z jedné strany volně otočně usazený hřídel 4 (Obr. 2). Na přírubu tohoto hřídele 4 dOsedá osazení posuvného hřídelě 5, který prochází z druhé strany kruhovým otvorem 3 v indukční cívce 2. Volně otočně nasazený hřídel 4, i posuvný hřídel 5 jsou zhotoveny z nemagnetického, elektricky nevodivého· materiálu. Zařízení znázorněné na obr. 1 a 2 pracuje takto: Studená mezikruhová deiska 1 spadne vertikálně do žádané polohy ve vnitřním prostoru indukční cívky na nevyznačené dorazy. Následuje posunutí posuvného* hřídele 5 ve směru osy rotace 6 k mdzikruhové desce 1. Posuvný hřídel svým osazením zasedne do vnitřního průměru mezikruhové desky 1, fixuje ji radiálně a současně ji přitlačí na přírubu volně otočně nasazeného hřídele 4. Po* dosažení předepsané teploty se rotující ohřívaná mezikruhová deska 1 zastaví, posuvný hřídel 5 se posune v opačném směru a mezikruhová deska 1 propadne k další operaci technologického- zpracování. Detaily, týkající se jednak připojení obvodu speciálního ohřevu na zdroj střední frekvence, jednak mechanismů, ovládajících volně otočně nasazený hřídel 4 a posuvný hřídel S včetně mechanismů pro* odběr ohřáté mezikruhové desky 1, nejsou předmětem vynálezu a nejsou proto znázorněny.The method of induction heating of the annular plates according to the invention is carried out by inserting an annular plate with a plane downstream of the magnetic flux lines into the electromagnetic field created by the induction coil, whereupon the annular disc is rotated about an axis perpendicular to the direction of the magnetic flux. The apparatus according to the invention is suitable for carrying out this method with an air-conditioning induction coil 2 (FIG. 2), which is in cross-section perpendicular to the magnetic flux of oval shape, and which is intended for vertical insertion of the annular plates 1 into its interior. The inductor coil 2 has circularly bent conductors 2 'on the flat sides of the coil (FIG. 1j, so that they form a circular hole 3 perpendicularly to the magnetic flux at the center of the induction coil 2). The flange of this shaft 4 is fitted with a sliding shaft 5 which extends from the other side through a circular hole 3 in the induction coil 2. The freely rotatable shaft 4 and the sliding shaft 5 are made of a non-magnetic, non-conductive material. 1 and 2 works as follows: The cold annular plate 1 falls vertically into the desired position in the induction coil interior at unmarked stops followed by a displacement of the sliding shaft 5 in the direction of the axis of rotation 6 towards the intermediate plate 1. The sliding shaft fits into the inner diameter of the annular plate 1, it fixes it radially and at the same time presses it on the flange When the prescribed temperature is reached, the rotating heated annulus plate 1 stops, the sliding shaft 5 moves in the opposite direction and the annulus plate 1 fails for the next processing operation. Details relating, on the one hand, to the connection of the special heating circuit to a medium frequency source, on the other hand to the mechanisms controlling the freely rotatable shaft 4 and the sliding shaft S including the mechanisms for removing the heated annular plate 1 are not subject of the invention and are therefore not shown.

Indukční ohřev způsobem podle vynálelzu¹je možno, zejména při ohřevu mezikruhových desek, provádět také pomocí zařízení, jehož hlavní částí je Vzduchová indukční cívka, 2 (obr. 3) obdélníkového tvaru s vodorovně umístěnou osou. Tato indukční cívka 2 je rozdělena na dvě poloviny 21, 22 (obr. 4 a 5), které jsou posuvné ve vodorovném směru od středu indukční cívky 2, jak je vyznačeno- šipkami v délce a (obr. 5) a elektrický přívod je proveden ohebnými θlektrickými lany (na výkrese neznázorněncj, paralelně nebo sériově propojenými na pevných koncích. Též u tohoto řešení jsou rovinné části vodiče 2‘ každé poloviny 21, 22 indukční cívky 2 polokruhově vyhnuty, takže v pracovní pozici vytvářejí ve středu vzduchové indukční cívky 2 kolmo na magnetický tok, kruhoívý otvor 3. Tímto kruhovým otvorem 3 prochází z jedné strany volně otočně usazený hřídel 4 a z druhé strany posuvný hřídel 5, které neísou ohřívanou mezikruhovou desku 1 a vytvářejí její rotaci, a které jsou znázorněný na obr. 2.The induction heating according to the invention ¹ can also be carried out, in particular when heating the annular plates, by means of a device whose main part is an air induction coil 2 (FIG. 3) of rectangular shape with a horizontal axis. This induction coil 2 is divided into two halves 21, 22 (Figs. 4 and 5) which are movable in a horizontal direction from the center of the induction coil 2 as indicated by the arrows in length a (Fig. 5) and the electrical supply is made. Also in this solution, the planar parts of the conductor 2 'of each inductor coil half 21, 22 are semicircularly bent so that in the working position they form air inductors 2 perpendicular to the center a magnetic flux, a circular orifice 3. A circularly mounted shaft 4 passes through this circular orifice 3 on one side and from a sliding shaft 5 on the other side, which do not fit and rotate the heated annular plate 1 as shown in FIG. 2.

Funkce zařízení pro indukční ohřev s indukční cívkou 2, rozdělenou na dvě poloviny 21, 22 se od funkce zařízení podle obr. 2 odlišují pouze v etapě zakládání mezikruhové desky 1 do indukční cívky 2. V první fázi ohřívacího· cyklu se obě poloviny 21, 22 ohřívací cívky 2 odsunou na obě strany (obr.The functions of the induction heating device with the induction coil 2 divided into two halves 21, 22 differ from the function of the device according to FIG. 2 only in the stage of inserting the annular plate 1 into the induction coil 2. In the first phase of the heating cycle both halves 21, 22 the heating coils 2 are pushed to both sides (fig.

5) od středu kruhového otvoru 3, mezi obě poloviny 21, 22 se na neznázorněné dorazy zalo-ží mezikruhová deska 1, která je v žádané poloze zafixována volně otočně usazeným hřídelem 4 a posuvným hřídelem 3, načež se obě poloviny 21, 22 indukční cívky 25) from the center of the circular bore 3, between the two halves 21, 22, an annular plate 1 is placed on the stops (not shown), which is fixed in the desired position by a freely rotatable shaft 4 and a sliding shaft 3. 2

S opět přesunou směrem k sobě (obr. 4) a současně se zahájením ohřevu je mezikruhová deska 1 uvedena do rotace. Po skončení ohřevu se opačným postupem mezikruhová deska 1 uvolní a přechází k další operaci technologického zpracování. Na obr. 2 je označena tloušťka t o-hrívané mezikruhové desky 1. Při ohřevu v dutině indukční cívky v provede,ní podle vynálezu, to jest obr. 1 a 2, i podle obr. 3 až 5 je nutno volit kmitočet odpovídající tloušťce ohřívané mezikruhové desky 1. Aby mezikruhová deska 1 dobře absorbovala předávanou energii, musí být t ? 2a, kde a je tak zvaná hloubka vniku, která je funkcí kmitočtu, elektrické vodivosti a permeability ohřívaného materiálu.As they move again towards each other (FIG. 4) and at the same time as heating is started, the annulus plate 1 is rotated. Upon completion of the heating, the annulus plate 1 is released in the reverse order and proceeds to the next processing operation. In Fig. 2, the thickness t of the heated annulus plate 1 is indicated. When heating in the induction coil cavity according to the invention, i.e. Figs. 1 and 2, and according to Figs. 3 to 5, a frequency corresponding to the thickness of the In order to absorb the transmitted energy well, it must be t? 2a, where a is the so-called penetration depth, which is a function of the frequency, electrical conductivity and permeability of the heated material.

Claims

SUBJECT

A method of induction heating, in particular of annular plates of non-magnetic material or of heating of a plate of magnetic material above a Curie ¹ point, characterized in that an electro-magnetic field produced by an induction coil is inserted with an annular plate with plane downstream of the magnetic field lines. the plate is imparted by a rotation about an axis perpendicular to the direction of magnetic flux.

An induction heating device according to claim 1, characterized in that the air induction coil (2), which is in a cross section perpendicular to the magnetic flux, oval in shape, has a circular bend on the planar sides of the conductors (2 ') so that they form in the center. an induction coil (2), perpendicular to the magnetic flux, has a bore (3) passing through a freely rotatably mounted shaft (4) on one side, the flange of which bears in order to radially fix the merzicircular plate (1), 5], passing from the other side through a circular yard (3) in the induction coil (2).

An induction heating device according to claim 1, characterized in that the air induction coil (2) of rectangular shape, with a horizontal axis, is divided into two halves (21, 22) movable horizontally, the planar parts of the conductor (2) being divided. 1) of each half (21, 22) are semicircularly bent, so that in the active position they form in the center of the air induction coils (2), perpendicular to the magnetic flux, a circular opening (3j).