DE1158194B

DE1158194B - Inductor arrangement for inductive heating of continuous metal strips

Info

Publication number: DE1158194B
Application number: DEZ9477A
Authority: DE
Inventors: Josef Rada
Original assignee: ZD Y ELEKTROTEPELNYCH ZARIZENI
Current assignee: ZD Y ELEKTROTEPELNYCH ZARIZENI
Priority date: 1962-06-22
Filing date: 1962-06-22
Publication date: 1963-11-28

Description

Induktoranordnung zur induktiven Erwärmung von durchlaufenden Metallbändern Für manche Oberflächen- oder Qualitätsbehandlungen ist es notwendig, ein laufendes Metallband von verschiedenen Breiten und Stärken schnell zu erwärmen. Dies ist notwendig z. B. bei dem Prozeß des kontinuierlichen Verzinnens eines Stahlbandes. Wenn das verzinnte Stahlblech zur Erzeugung von Konservenbüchsen verwendet werden soll, so besteht die Grundforderung, daß der Zinnüberzug ganz homogen und gleichmäßig ohne einzelne Fehler ist. In der modernen Technik wird ein zusammenhängendes Stahlband galvanisch verzinnt und der galvanisch aufgetragende Zinnüberzug auf dem Band durch eine Erwärmung des Bandes auf ungefähr 220° C konsolidiert. Die gesamte Einrichtung ist in einer völlig automatischen Straße angeordnet.Inductor arrangement for inductive heating of continuous metal strips For some surface or quality treatments it is necessary to have an ongoing Quickly heat metal strip of various widths and thicknesses. This is necessary z. B. in the process of continuous tinning of a steel strip. If that tinned sheet steel is to be used for the production of cans, so The basic requirement is that the tin coating is completely homogeneous and even without single mistake is. In modern technology, a coherent steel band is used galvanically tinned and the galvanically applied tin coating on the strip a heating of the ribbon to approximately 220 ° C consolidated. The whole facility is located in a completely automatic street.

Es sind verschiedene Verfahren der Erwärmung bekannt, z. B. wird ein elektrischer Heizstrom durch elektrisch leitende Walzen direkt in die sich bewegenden Bänder übertragen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß bei der Einführung starken Heizstroms über leitende Walzen direkt in das Metallband im Zwischenraum zwischen Walze und Band Sprühfunkenbildung auftritt, die viele Oberflächenfehler zur Folge hat. Zu Verzinnungszwecken konnte dieses Erwärmungsverfahren nicht gebraucht werden.Various methods of heating are known, e.g. B. becomes a Electric heating current through electrically conductive rollers directly into the moving ones Transfer tapes. This method has the disadvantage that strong when introducing Heating current through conductive rollers directly into the metal strip in the space between Roller and belt spray sparks occur which result in many surface defects Has. This heating process could not be used for tinning purposes.

Ein weiteres Erwärmungsverfahren ist die Induktionserwärmung mit Netzfrequenz durch ein magnetisches Querfeld. Dieses Erwärmungsverfahren ist jedoch nur in wenigen Fällen vorteilhaft, z. B. bei Erwärmung von Bändern nichtmagnetischer Metalle und bei kleineren Heizleistungen. Bei ferromagnetischen Bändern und großen spezifischen Leistungen, auch bei nichtmagnetischen Metallen, entstehen bei einer Frequenz von 50 Hz starke magnetische und elektrodynamische Kräfte, die störend auf das ruhige Gleiten des Bandes einwirken. Ein ferromagnetisches Band wird an den Pol der Erregerwicklung angezogen, wobei seine Oberfläche bei der Bewegung des Bandes beschädigt wird.Another heating method is induction heating with mains frequency by a magnetic cross field. However, this heating process is only available in a few Cases advantageous, e.g. B. when heating strips of non-magnetic metals and with smaller heating capacities. For ferromagnetic tapes and large specific ones Performances, even with non-magnetic metals, arise at a frequency of 50 Hz strong magnetic and electrodynamic forces that interfere with the quiet Effect sliding of the belt. A ferromagnetic tape is attached to the pole of the field winding attracted, its surface being damaged as the belt moves.

Ein anderes bekanntes Erwärmungsverfahren ist die induktive Erwärmung durch erhöhte Frequenz mit Hilfe eines magnetischen Längsfeldes. Hierbei wird das Band durch den Hohlraum einer längeren Ovalspule geführt, so daß die magnetischen Kraftlinien mit dem Bande parallel verlaufen. Theoretisch wäre diese Induktionsheizung mit einer Frequenz von einigen hundert kHz zu betreiben. Das wäre bei den erforderlichen großen Leistungen sehr kostspielig. Für ferromagnetische Bänder wird bei dieser Erwärmungsart meist nur eine Frequenz von 8 bis 10 kHz verwendet. Dabei wird der Umstand ausgenützt, daß die magnetischen Kraftlinien der Heizspule sich direkt im ferromagnetischen Band konzentrieren. Die Hystereseverluste, die im Band nur eine schwache Wärmebildung verursachen, bewirken, daß die Heizleistung der Wirbelströme verhältnismäßig gering ist. Ein Vorteil dieser Erwärmungsart sind zwar sehr kleine, auf das Band einwirkende magnetische und dynamische Kräfte, sehr nachteilig ist jedoch die beträchtliche Länge der Spulen und darüber hinaus die Unmöglichkeit des Erzielens einer großen Heizleistung. Ein schlechter energetischer Wirkungsgrad ist ein weiterer Nachteil der Einrichtung.Another known heating method is inductive heating through increased frequency with the help of a magnetic longitudinal field. Here is the Tape passed through the cavity of a longer oval coil so that the magnetic Lines of force run parallel to the band. In theory, this would be induction heating operate at a frequency of a few hundred kHz. That would be with the required great services very costly. For ferromagnetic tapes, this Type of heating mostly only uses a frequency of 8 to 10 kHz. The Take advantage of the fact that the magnetic lines of force of the heating coil are located directly in the focus on ferromagnetic tape. The hysteresis losses that are only one in the band cause weak heat generation, cause the heating power of the eddy currents is relatively low. One advantage of this type of heating are very small, magnetic and dynamic forces acting on the belt, is very disadvantageous however, the considerable length of the coils and, moreover, the impossibility of the Achieving a large heating output. A bad energy efficiency is another disadvantage of the facility.

Es ist weiter eine Induktoranordnung zur induktiven Erwärmung von durchlaufenden Metallbändern bekannt, welche die Heizwicklung in Spulenform vorsieht, wobei die Spulen in besonderen Rillen des Magnetkerns angeordnet sind. Spulen und Pole wechseln sich gegenseitig im Banddurchgangsraum ab. Die einzelnen unabhängigen Spulen müssen jeweils gesondert geregelt werden, wenn völlig gleiche Verhältnisse erzielt werden sollen. In dieser Vorrichtung durchläuft das Band nicht in gerader, sondern in diagonaler Richtung die Erwärmungsanlage, was die Homogenität der Erwärmung verschlechtert.It is also an inductor arrangement for inductive heating of continuous metal strips known, which provides the heating winding in coil form, wherein the coils are arranged in special grooves of the magnetic core. Coils and Poles alternate with each other in the belt passage space. The individual independent Coils must each be regulated separately if the conditions are completely the same should be achieved. In this device, the belt does not run in a straight line, but in the diagonal direction the heating system, what the homogeneity of the heating worsened.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Induktoranordnung zur induktiven Erwärmung von durchlaufenden Metallbändern, insbesondere im induktiven Mittelfrequenzfeld und im Rahmen einer Oberflächenbehandlung der Bänder, bei der auf beiden Seiten des Bandes symmetrisch zum Band Erregerwicklungen derart angeordnet sind, daß das Magnetfeld das Band senkrecht durchsetzt und einander entsprechende Abschnitte der Wicklungen auf beiden Seiten des Bandes Ströme gleicher Richtung führen.The present invention relates to an inductor arrangement for inductive Heating of continuous metal strips, especially in an inductive medium-frequency field and as part of a surface treatment of the belts on both sides of the band are arranged symmetrically to the band excitation windings so that the Magnetic field penetrates the tape vertically and corresponds to one another Sections of the windings on both sides of the belt carry currents in the same direction.

Die Erfindung will die Gleichmäßigkeit der induktiven Erwärmung und den Wirkungsgrad der Anlage verbessern.The invention seeks the uniformity of inductive heating and improve the efficiency of the system.

Die Erfindung erreicht eine wesentliche Verbesserung dadurch, daß der Leiter der oder jeder Erregerwicklung mehrere die ganze Breite des Bandes überdeckende mäanderförmige Schleifen bildet. Zur Verringerung der magnetischen Wechselkräfte zwischen Band und Erregerwicklung ist eine magnetische Sättigungsspule vorgesehen, die zur Erregung eines starken, das Band weitgehend bis zur Sättigung magnetisierenden Feldes erregbar ist.The invention achieves a substantial improvement in that the conductor of the or each excitation winding several covering the entire width of the strip forms meandering loops. To reduce the alternating magnetic forces A magnetic saturation coil is provided between the strip and the excitation winding, the excitation of a strong, the tape largely magnetizing to saturation Field is excitable.

Die Induktoranordnung gemäß der Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt. In diesen zeigt Fig. 1 eine Ansicht, Fig. 2 eine Seitenansicht, Fig. 3 eine Ansicht mit einer anderen Führung der Wicklungen, Fig. 4 eine Seitenansicht dazu, Fig. 5 eine Ansicht mit einer dritten Art der Führung der Wicklungen, Fig. 6 eine Seitenansicht dazu, Fig. 7 eine Ansicht und Fig. 8 einen Schnitt durch den Induktor mit Spulen. In Fig. 1 läuft das Band 1 aus Stahl oder einem anderen Metall, z. B. Aluminium, zwischen den Induktionsheizwicklungen 2. Diese sind je aus einer Kupferröhre hergestellt, durch deren Hohlraum Kühlwasser durchfließt. Die Mittelfrequenzwechselspannung von 1000 bis 10-000 Hz ist an die Wicklungsenden 5 und 6 bzw. 7, 8 so angeschlossen, daß der Strom in der Wicklung nach den in den Fig. 1, 3 und 5 gezeichneten Pfeilen fließt. Dabei bedeuten die voll gezeichneten Pfeile die Stromrichtung in den Leitern an der einen Seite des Bandes, die gestrichtelt gezeichneten -Pfeile die Stromrichtung an der Gegenseite des Bandes. Die Wicklungsleiter verlaufen auf beiden Seiten des Bandes übereinanderliegend genau in gleicher Weise.The inductor arrangement according to the invention is shown in the drawings, for example shown. 1 shows a view, FIG. 2 shows a side view, FIG. 3 shows a view with a different guide for the windings, FIG. 4 shows a side view in addition, Fig. 5 is a view with a third type of guidance of the windings, Fig. 6 shows a side view of this, FIG. 7 shows a view and FIG. 8 shows a section through the Inductor with coils. In Fig. 1, the belt 1 runs from steel or another metal, z. B. aluminum, between the induction heating windings 2. These are each made of one Made of copper tubing, through the cavity of which cooling water flows. The medium frequency alternating voltage from 1000 to 10-000 Hz is connected to the winding ends 5 and 6 or 7, 8 in such a way that that the current in the winding according to the arrows drawn in FIGS. 1, 3 and 5 flows. The arrows drawn in full indicate the direction of current in the conductors On one side of the band, the dashed arrows indicate the direction of the current on the opposite side of the belt. The winding conductors run on both sides of the Ribbon superimposed in exactly the same way.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades sind zwischen den Leitern 2 nach den Fig. 1 bis 6 Kerne aus ferromagnetischem Material 3 und 4 eingelegt. Die Kerne 3 und 4 bestehen bis zu einer Arbeitstemperatur des Bandes von ungefähr 220° C aus Ferrit, für höhere Temperaturen müssen die Gesamtkerne entweder gekühlt oder durch Kerne aus Transformatorenblechen ersetzt werden. ; Die Form der Wicklung für die Indunktionserwärmung der Bänder kann verschieden gestaltet sein. Bei Versuchen haben sich die in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Wicklungsformen als besonders vorteilhaft erwiesen. In allen drei Fällen liegen die beiden Enden ; jeweils eines Wicklungsleiters dicht nebeneinander auf der gleichen Seite der Bahn des Bleches 1. Der Leiter ist in mehreren mäanderartigen Windungen über eine bestimmte Strecke der Bahn des Bandes hinweg geführt. Er erstreckt sich über die ganze Breite des Bleches. Bei der Ausführung nach Fig. 1 und 3 sind die Mäanderschlingen in der Längsrichtung des Bandes 1 orientiert, bei der Ausführung nach Fig. 5 jedoch in der Breitenrichtung des Bandes. Bei der Ausführung nach Fig. 1 verläuft der Leiter außerdem noch innerhalb der Mäanderschlinge in Zickzackform, nach der Ausführung nach Fig. 3 aber in Wellenform. Bei der Ausführung nach Fig. 5 verlaufen die Arme jeder Schlinge geradlinig. Die zwischen den Leitern 2 vorgesehenen Kerne 3 und 4 aus ferromagnetischem Material liegen jeweils zwischen zwei benachbarten Strängen des Leiters und passen sich in ihrer Form dem Verlauf desselben an. In der Ausführung nach Fig. 1 besitzen die Kerne z. B. die Form von schiefwinkligen Rechtecken, die sich in der Längsrichtung des Bandes erstrecken und gruppenweise angeordnet sind, während die Kerne 3 bei der Ausführung nach Fig. 5 ovale Gestalt besitzen, sich in Breitenrichtung des Bandes erstrecken und gleichmäßig in einer Linie nebeneinander liegen. Bei der Ausführung nach Fig. 3 besitzen die Kerne 3 Kreisform und liegen jeweils zwischen zwei gegenläufigen Ausbauchungen des in Mäanderschlingen verlaufenden Leiters.To improve the efficiency are between the conductors 2 after 1 to 6 cores made of ferromagnetic material 3 and 4 are inserted. The cores 3 and 4 consist up to a working temperature of the belt of approximately 220 ° C Ferrite, for higher temperatures, the entire cores must either be cooled or through Cores made of transformer sheets are replaced. ; The shape of the winding for that Indfunctional heating of the bands can be designed in different ways. When trying have The winding forms shown in FIGS. 1 to 6 prove to be particularly advantageous proven. In all three cases the two ends lie; one winding conductor each close together on the same side of the path of sheet metal 1. The conductor is in several meandering turns over a certain distance of the path of the belt led away. It extends over the entire width of the sheet. When executing According to Fig. 1 and 3, the meander loops are oriented in the longitudinal direction of the band 1, in the embodiment of FIG. 5, however, in the width direction of the tape. In the In the embodiment according to FIG. 1, the conductor also runs within the meander loop in zigzag form, but according to the embodiment according to FIG. 3 in wave form. When executing according to Fig. 5, the arms of each loop are straight. The one between the ladders 2 provided cores 3 and 4 made of ferromagnetic material are each between two adjacent strands of the conductor and adapt their shape to the course same to. In the embodiment of FIG. 1, the cores have z. B. the form of oblique rectangles that extend in the longitudinal direction of the belt and are arranged in groups, while the cores 3 in the embodiment according to Fig. 5 have oval shape, extend in the width direction of the tape and evenly lie next to each other in a line. In the embodiment of FIG. 3 have the Cores 3 are circular and each lie between two opposing bulges of the ladder running in meander loops.

Beide Hälften der Wicklung können parallel durch eine niedrigere Spannung gespeist werden, dann werden die Zuleitungen 5 und 7 und die Zuleitungen 6 und 8 miteinander verbunden. Die Spannungsquelle wird an die Zuleitungen 5 und 6 angeschlossen. Es ist möglich, die beiden Wicklungen bei einer Serienschaltung durch eine höhere Spannung zu speisen. Dabei werden die Zuleitungen 6 und 7 miteinander verbunden und der Strom in die Zuleitungen 5 und 8 eingeführt.Both halves of the winding can be parallel by a lower voltage are fed, then the leads 5 and 7 and the leads 6 and 8 connected with each other. The voltage source is connected to leads 5 and 6. It is possible to connect the two windings in series with a higher one To feed tension. The supply lines 6 and 7 are connected to one another and the current is introduced into leads 5 and 8.

Die Fig. 7 und 8 stellen ein weiteres Beispiel einer Konstruktionslösung dar. Die Erregergleichstromwicklung 9 dient zur magnetischen Übersättigung des Bandes 1 und seiner Führung zwischen der Heizwicklung und den Polschuhen 10. Dieses zusätzliche Feld zum Führen des Bandes ist durch den magnetischen Kreis 11 geführt. Die Abschirmung 12 verhindert das Induzieren der Hochspannung der Heizfrequenz in den Erregerkreis der Spulen 9. Mit 13 sind der Einlaß- und der Auslaßstutzen der Leitung für die zusätzliche Wasserkühlung der Vorrichtung und der Erregerwicklung 9 bezeichnet.Figs. 7 and 8 show another example of a design solution The exciter DC winding 9 is used for magnetic oversaturation of the tape 1 and its leadership between the heating winding and the pole pieces 10. This additional The field for guiding the tape is passed through the magnetic circuit 11. The shield 12 prevents the induction of the high voltage of the heating frequency in the excitation circuit of the coils 9. With 13 are the inlet and outlet of the line for the additional water cooling of the device and the excitation winding 9 designated.

Die Anordnung der Wicklung nach der Erfindung hat den Vorteil der gleichmäßigen Erwärmung des Bandes in seiner ganzen Breite, außerdem vermindert sie wesentlich die magnetischen Kräfte, welche auf das zu erwärmende ferromagnetische Band einwirken. Dies wird, wie oben ausgeführt, dadurch erreicht, daß die magnetische Permeabilität des Bandes künstlich herabgesetzt wird. Das wird durch die magnetische Sättigung des Bandes auf den maximal erreichbaren Wert durch ein zusätzliches überlagerungsgleichstrom- bzw. auch ein Wechselstrommagnetfeld erreicht. Dieses starke Feld läuft an der Stelle der Heizwicklung in einer entsprechenden Richtung durch das zu erwärmende Band, so daß dessen Permeabilität auf nur einige Prozente des Originalwertes herabsinkt. Dadurch werden in dem Band gleichzeitig und auch an derselben Stelle zwei magnetische Felder aufgebaut: das Wechselstromfeld, welches das Band erwärmt, und das Gleichstromfeld, das die magnetische Permeabilität herabsetzt. Das Überlagerungsmagnetfeld stört keineswegs die eigentliche Induktionserwärmung. Die Richtung dieses zusätzlichen Überlagerungsmagnetfeldes kann verschieden sein. Das zweckmäßigste ist aber, das Feld, dessen magnetische Kräfte quer durch das Band verlaufen, parallel zur Bandseite, d. h. senkrecht sowohl zu der Richtung der Bewegung des Bandes als auch zur Richtung der magnetischen Kräfte des Magnetfeldes verlaufen zu lassen, welches durch die Heizwicklung erregt wird. Das Feld dieser Richtung kann bei einer entsprechenden Form der Polschuhe des magnetischen Kreises, durch welche das Feld in das Band eintritt, helfen, das laufende Band zu führen und die ungünstigen Kräftewirkungen des Querfeldes der Heizwicklung zu kompensieren.The arrangement of the winding according to the invention has the advantage of uniform heating of the strip in its entire width, also reduced they essentially the magnetic forces that act on the ferromagnetic to be heated Act band. As stated above, this is achieved in that the magnetic The permeability of the tape is artificially reduced. That is because of the magnetic Saturation of the strip to the maximum achievable value through an additional superimposed direct current or an alternating current magnetic field is also achieved. This strong field runs on the spot the heating coil in a corresponding direction through the strip to be heated, so that its permeability drops to only a few percent of the original value. As a result, two magnetic ones are created in the tape at the same time and also in the same place Fields built up: the alternating current field, which heats the strip, and the direct current field, which reduces the magnetic permeability. The superimposed magnetic field is disturbing by no means the actual induction heating. The direction of this additional Superposition magnetic field can be different. But the most useful thing is that Field, the magnetic forces of which run across the belt, parallel to the belt side, d. H. perpendicular to both the direction of movement of the belt and the direction to allow the magnetic forces of the magnetic field to run, which is caused by the Heating coil is energized. The field of that direction can with a corresponding shape of the pole pieces of the magnetic circuit through which the field enters the belt, help to guide the moving belt and the unfavorable effects of forces to compensate for the cross field of the heating winding.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Inductor arrangement for inductive heating of continuous metal strips, especially in the inductive medium frequency field and as part of a surface treatment of the strips, in which on both sides of the Band symmetrically to the band excitation windings are arranged in such a way that the magnetic field the tape penetrates vertically and corresponding sections of the windings currents in the same direction on both sides of the belt, characterized in that that the conductor of the or each excitation winding several the entire width of the tape overlapping meander-shaped loops.

2. inductor arrangement according to claim 1, characterized in that to reduce the alternating magnetic forces between Band and excitation winding a magnetic saturation coil (9) is provided, which to excite a strong, the tape largely magnetizing to saturation Field is excitable. Durek scripts considered: German patents No. 1032 861, 929 143; German Auslegeschrift No. 1006 545; U.S. Patents No. 2 902 572, 2 556 223.