DE2801661A1

DE2801661A1 - Induction heating long steel tubes - using stationary and moving induction coils to obtain uniform temp.

Info

Publication number: DE2801661A1
Application number: DE19782801661
Authority: DE
Inventors: Friedrich Scheffler
Original assignee: AEG Elotherm GmbH
Current assignee: SMS Elotherm GmbH
Priority date: 1978-01-16
Filing date: 1978-01-16
Publication date: 1979-08-02

Abstract

The workpiece travels through an induction coil (a), which is surrounded by an auxiliary induction coil (b) fed with auxiliary a.c.; and coil (b) is mounted on a slide driven along a slideway via a motor driven spindle, so the movement of coil (b) can be synchronised with the travel of the workpiece. The heating plant is pref. used for the continuous heating of long steel tubes of and travelling longitudinally through coils (a,b); and coil (b) is used to adjust the temp. profile of the heated tube. Coil (b) is pref. a short-circuit winding. Prevents the overheating of the ends of the tube due to distortion of the field inside coil (a). Such overheating may heat the ends of the tube to 1100 degrees C. as compared with the desired temp. of 900 degrees C attained by the rest of the tube.

Description

Einrichtung zur Induktionserwärmung Device for induction heating

eines langgestreckten Werkstücks Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Induktionserwärmung eines langgestreckten Werkstücks aus elektrisch leitendem Werkstoff, bestehend aus einem spulenförmigen Induktionsofen, Vorrichtungen zum Transport des Werkstücks entlang seiner Längsachse durch den Induktionsofen und Mitteln zur Beeinflussung des Verlaufs des am Ofenausgang in Längsrichtung des Werkstücks meßbaren Temperaturprofils. of an elongated workpiece The invention relates to a device for induction heating of an elongated workpiece made of electrically conductive Material consisting of a coil-shaped induction furnace, devices for Transport of the workpiece along its longitudinal axis through the induction furnace and Means for influencing the course of the at the furnace outlet in the longitudinal direction of the workpiece measurable temperature profile.

Es ist bekannt, daß bei der induktiven Durchlauferwärmung von magnetisierbaren Stahlröhren unter Verwendung eines spulenförmigen Induktionsofens, der die Längsachse der Stahlröhren beim Durchlauf umfaßt, eine ungleichmäßige Aufheizung der Stahlröhre beim Durchlauf eintritt. Die Enden der Stahlröhre werden stärker erhitzt als die zugehörigen Mittelbereiche. Dieser "Kanteneffekt" ist auf Feldverzerrungen im Innern der Induktionsspule zurückzuführen, die zu einer Erhöhung der für die Heizwirkung verantwortlichen elektrischen Wärmequelldichte in der Nähe des Randes des Werkstücks beim Durchlauf durch den Induktionsofen Anlaß gibt. Die Temperaturüberhöhungen an den Werkstückenden können z.B. beim Aufheizen auf eine Solltemperatur von 9oo C eine Größenordnung von 2ovo0 erreichen.It is known that in the inductive continuous heating of magnetizable Steel tubes using a coil-shaped induction furnace, which is the longitudinal axis of the steel tubes as they pass through, uneven heating of the steel tube occurs at pass. The ends of the steel tube are heated more than that associated central areas. This "edge effect" is due to field distortions inside due to the induction coil, which leads to an increase in the heating effect responsible electrical heat source density near the edge of the workpiece gives rise to the passage through the induction furnace. The temperature increases the ends of the workpiece can, for example, be heated to a target temperature of 900 C. reach an order of magnitude of 2ovo0.

Zur Begradigung des am Werkstück am Ofenausgang in seiner Längsachse meßbaren Temperaturprofils ist bereits vorgeschlagen worden, das Werkstück vor dem Ofendurchlauf entlang seiner Längsachse mit variierender Heizleistung derart vorzuwärmen, daß die Überlagerung des Vorwärm-Temperaturprofils und des Temperaturverlaufs, der dem Werkstück vom Induktionsofen aufgeprägt wird, zu einem weit- gehend geradlinig verlaufenden Temperaturprofil führt, das eine erwünschte Homogenität der Werkstückqualität bei der Weiterbehandlung des Werkstücks, z.B. durch Ab.To straighten the longitudinal axis of the workpiece at the furnace exit measurable temperature profile has already been proposed, the workpiece before Preheat the furnace passage along its longitudinal axis with varying heating power in such a way that that the superposition of the preheating temperature profile and the temperature profile, the is impressed on the workpiece by the induction furnace, going rectilinear temperature profile leads, which a desired homogeneity the workpiece quality during further processing of the workpiece, e.g. by Ab.

schrecken, sicherstellt. Zugehörige Heizanlagen benötigen zur Steuerung der Heizleistung in der Vorwärmstufe einen erhöhten Regelaufwand.scare, make sure. Associated heating systems need to be controlled the heating output in the preheating stage an increased control effort.

Ferner ist es bekannt, die den Ofen durchlaufenden Werkstücke zwischen Blindstücken einzuschließen, so daß der erwähnte "Kanteneffekt" nicht an den einzelnen Werkstükken sondern an den Blindstücken auftritt.It is also known that the workpieces passing through the furnace between Include dummy pieces so that the mentioned "edge effect" does not affect the individual Work pieces but occurs on the dummy pieces.

Auch ist es bekannt, die überhitzten Kanten des erwärmten Werkstücks am Ofenausgang einem separaten Abkühlvorgang zu unterwerfen, wodurch die Übertemperaturen auf die Temperatur des Mittebereichs der Werkstücke zurückgeführt werden sollen.The overheated edges of the heated workpiece are also known to subject the furnace outlet to a separate cooling process, which reduces the excess temperatures should be traced back to the temperature of the central area of the workpieces.

Die Erfindung befaßt sich mit der Aufgabe, den Erwärmungsvorgang am Werkstück beim Durchlauf durch den Induktionsofen derart zu steuern, daß der am Ofenausgang entlang der Werkstücklängsachse meßbare Verlauf der Werkstücktemperatur einen vorgebbaren, vorzugsweise geradlinigen, Verlauf aufweist.The invention is concerned with the task of the heating process on To control workpiece as it passes through the induction furnace in such a way that the on Oven exit along the longitudinal axis of the workpiece, the workpiece temperature can be measured has a predeterminable, preferably rectilinear course.

Erfindungsgemäß wird dazu in Lösung dieser Aufgabe eine Einrichtung zur Induktionserwärmung der eingangs näher bezeichneten Art vorgeschlagen, die sich dadurch kennzeichnet, daß eine am Transportweg des Werkstücks im Bereich der Induktionsspule angeordnete Hilfsinduktionsspule, die mit einem Hilfswechselstrom speisbar ist, vorgesehen und in einem Gestell entlang dem Transportweg des Werkstüc-ks verstellbar gelagert ist.und daß eine Verstellvorrichtung zur Verstellung der Hilfsinduktionsspule mit vorgegebener Transportgeschwindigkeit snychron zur Transportgeschwindigkeit des Werkstücks vorgesehen ist.According to the invention, a device is used to achieve this object proposed for induction heating of the type described in more detail, which characterized in that one on the transport path of the workpiece in the area of the induction coil arranged auxiliary induction coil, which can be fed with an auxiliary alternating current, provided and adjustable in a frame along the transport path of the workpiece is supported and that an adjusting device for adjusting the auxiliary induction coil with a specified transport speed synchronized with the transport speed of the workpiece is provided.

Diese Einrichtung gestattet es, dem vom Induktionsofen erzeugten, das Werkstück beheizenden elektromagnetischen Feld ein Hilfsfeld zu überlagern, das mit dem Werkstück durch den Ofen transportiert wird. Es beheizt dabei das Werkstück an einer vorgegebenen Stelle seiner Längserstreckung zusätzlich, und es beeinflußt damit den durch das Ofenfeld allein erzielbaren Temperaturverlauf.This device allows the generated by the induction furnace, the workpiece heating electromagnetic Field an auxiliary field to be superimposed, which is transported with the workpiece through the furnace. It heats the workpiece additionally at a given point along its length, and it thus influences the temperature profile that can be achieved by the furnace field alone.

In Ausgestaltung wird vorgeschlagen, die Hilfsinduktionsspule als das Werkstück umfassende Kurzschlußwicklung auszubilden, die mit dem Werkstück transportiert wird.In one embodiment, it is proposed that the auxiliary induction coil as to form the workpiece comprehensive short-circuit winding that is transported with the workpiece will.

Zweckmäßig ist die Anordnung dabei derart getroffen, daß die Kurzschlußwicklung die Ofeninduktionsspule von außen umfassend angeordnet ist.The arrangement is expediently such that the short-circuit winding the furnace induction coil is arranged comprehensively from the outside.

An Einrichtungen mit einer mit dem Werkstück transportierten Kurzschlußwicklung wird das Ofenfeld am Ort der Kurzschlußwicklung gedämpft, wodurch die Heizwirkung am entsprechenden Ort der Werkstücklängsachse herabgesetzt wird.On devices with a short-circuit winding transported with the workpiece the furnace field is dampened at the location of the short-circuit winding, which increases the heating effect is reduced at the corresponding location of the longitudinal axis of the workpiece.

Die anliegende Zeichnung erläutert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel.The attached drawing explains a preferred embodiment.

Es bezeichnen 1 eine als Induktionsofen dienende Induktionsspule, die an ein 2 kHz-Wechselstromnetz anschließbar ist, 2 ein zu erwärmendes Rohr aus magnetisierbarem Werkstoff, das auf Rollen 3, die mittels eines Elektroantriebs 4 antreibbar sind, derart gelagert ist, daß es mit vorgebbarer Transportgeschwindigkeit v durch das Innere der Ofenspule 1 transportriert werden kann, 14 einen die Ofenspule 1 umfassenden hohlen Kupferring, der auf einer Lagervorrichtung 5 gelagert ist und über flexible Rohrleitungen an ein Kühlwassernetz anschließbar ist, und 6 eine auf einem Fundament aufstellbare Lagervorrichtung, die zur Lagerung des Gestells 5 dient. Das Gestell 5 ist in einer Führung 7 des Lagers 6 entlang der Längsachse der Induktionsspule 1 verstellbar. Die Verstellung ist mittels einer Transportspindel 8 mit vorgebbarer Transportgeschwindigkeit v mittels eines Elektromotors 9 möglich.1 denotes an induction coil serving as an induction furnace, which can be connected to a 2 kHz alternating current network, 2 from a pipe to be heated magnetizable material on rollers 3, which by means of an electric drive 4 can be driven, is mounted in such a way that it is at a predeterminable transport speed v can be transported through the interior of the furnace coil 1, 14 a furnace coil 1 comprehensive hollow copper ring which is mounted on a bearing device 5 and Can be connected to a cooling water network via flexible pipes, and 6 one on Storage device that can be set up on a foundation and serves to support the frame 5. The frame 5 is in a guide 7 of the bearing 6 along the longitudinal axis of the induction coil 1 adjustable. The adjustment can be predetermined by means of a transport spindle 8 Transport speed v by means of an electric motor 9 possible.

Mit lo ist eine am Eingang der Ofenspule 1 am Weg des Rohres 2.angeordnete Lichtquelle bezeichnet, die in Verbindung mit einem lichtelektrischen Empfänger 11 eine Lichtschranke bildet, die durch ein in den Ofen 1 eintretendes Stahlrohr 2 betätigt und über einen zugehörigen Schaltverstärker 12 zur elektrischen Betätigung einer Schaltvorrichtung 13 dient, die zur Einschaltung des Antriebs 9 vorgesehen ist. Der Antriebsmotor 9 verstellt das Gestell 5 in seiner Führung 7, wodurch der Kurzschlußring 14 mit der vorgebbaren Antriebsgeschwindigkeit v in Richtung der Längsachse der Ofenspule 1 verstellt wird.With lo is a at the entrance of the furnace coil 1 on the path of the pipe 2 Light source referred to in conjunction with a photoelectric receiver 11 forms a light barrier which is passed through a steel tube entering the furnace 1 2 actuated and via an associated switching amplifier 12 for electrical actuation a switching device 13 is used, which is provided for switching on the drive 9 is. The drive motor 9 adjusts the frame 5 in its guide 7, whereby the Short-circuit ring 14 with the predeterminable drive speed v in the direction of The longitudinal axis of the furnace coil 1 is adjusted.

Die beschriebene Einrichtung arbeitet wie folgt: Nähert sich ein Stahlrohr 2 dem Eingang des Ofens 1, so wird mittels der Lichtschranke wo,11 der Motor 9 eingeschaltet und der am Eingang des Ofens 1 angeordnete Kurzschluß~ ring 14 synchron zur Transportgeschwindigkeit des Rohres 2 verstellt,wobei der Kurzschlußring 14 die Vorderkante des Rohres 2 etwa umfaßt und infolge der in ihm induzierten Ströme im Bereich der vorderen Rohrkante eine Veränderung des induzierenden Feldes in dem Sinne herbeigeführt wird, daß die überhöhte elektrische Wärmequelldichte im Innern des Materials des Rohres 2 und damit die Heizwirkung so weit abgeschwächt werden, daß die Überhitzung der Rohrkante vermieden wird.The device described works as follows: If a steel pipe approaches 2 the input of the furnace 1, the motor 9 is switched on by means of the light barrier wo, 11 and the short-circuit ring 14 arranged at the entrance of the furnace 1 in synchronism with the transport speed of the pipe 2 adjusted, the short-circuit ring 14 being the leading edge of the pipe 2 includes approximately and as a result of the currents induced in it in the area of the front pipe edge a change in the inducing field is brought about in the sense that the excessive electrical heat source density inside the material of the tube 2 and so that the heating effect can be weakened to such an extent that the pipe edge overheats is avoided.

Am Ofenausgang des Induktionsofens 1 wird der Antriebsmotor 9 z.B. über einen Materialkontakt umgeschaltet, wodurch der Kurzschlußring14 in seine Ausgangsposition zurückgeführt und außerhalb des Wirkungsbereichs des induzierenden Feldes stillgesetzt wird. In gleicher Weise wird vorgegangen, sobald das Rohrende den Wirkbereich des Induktors durchläuft. Die mit dem beschriebenen Kurzschlußring arbeitende Vorrichtung weist den Vorzug auf, daß besondere Stromzuführungen zur Hilfsinduktionsspule entfallen.At the furnace outlet of the induction furnace 1, the drive motor 9 is e.g. switched via a material contact, whereby the short-circuit ring 14 in its starting position returned and stopped outside the effective area of the inducing field will. The same procedure is followed as soon as the pipe end has reached the effective range of the Inductor passes through. The device working with the short-circuit ring described has the advantage that special power leads to the auxiliary induction coil are not required.

3 Ansprüche 1 Zeichnung 3 claims 1 drawing

Claims

Claims 1. Device for induction heating of an elongated Workpiece made of electrically conductive material, consisting of a coil-shaped Induction furnace, devices for transporting the workpiece along its longitudinal axis by the induction furnace and means for influencing the course of the at the furnace outlet temperature profile measurable in the longitudinal direction of the workpiece, preferably a device for continuous induction heating of tubes made of magnetizable material, thereby characterized in that one on the transport path of the workpiece (2) in the area of the induction coil (i) arranged auxiliary induction winding (14) which can be fed with an auxiliary alternating current is provided and in a frame (5) along the transport path of the workpiece is adjustably mounted and that an adjusting device (9) for adjusting the Auxiliary induction winding with a specified transport speed synchronized with the transport speed of the workpiece is provided.

2. Device according to claim 1, characterized in that the auxiliary induction winding is designed as a short-circuit winding (i4) encompassing the workpiece (2).

3. Device according to claim 2, characterized in that the short-circuit winding (14) the induction coil (i) is arranged comprehensively from the outside.