RO116030B1

RO116030B1 - Cuptor cu inductie

Info

Publication number: RO116030B1
Application number: RO94-01044A
Authority: RO
Inventors: Giovanni Arvedi; Giovanni Gosio
Original assignee: Giovanni Arvedi
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 2000-09-29
Also published as: HUT67901A; EP0617879B1; KR100283160B1; FI109262B; AU659911B2; HU216981B; BG98791A; CA2122822A1; FI942513A; ATE128593T1; FI942513A0; NO942291L; RU2105434C1; JPH07505008A; DK0617879T3; EP0617879A1; TR27943A; BR9206944A; ITFI910301A0; KR940704111A

Abstract

Inventia se refera la un cuptor cu inductie, destinat pentru incalzirea si preincalzirea produselor plate din industria otelului, in special pentru restabilirea unei temperaturi omogene, convenabile executarii operatiei de laminare a bramelor subtiri din otel. Cuptorul cu inductie cuprinde succesiv niste bobine inductoare (2), fiecare din acestea fiind fixata intr-un ansamblu inductor cu material refractar (3) si alimentata separat prin convertizoare de frecventa, fiind prevazute niste perechi de role (8), intre fiecare bobina si cea care urmeaza, pentru sustinerea si alimentarea inainte a produsului plat (1), in care dimensiunea fiecarei bobine (2), pe directia de alimentare a benzii, este 350 mm sau mai putin, iar fiecare bobina (2) esteinchisa intr-un concentrator liniar de flux (5), care se extinde pe toata latimea bobinei (2) pe directia transversala in raport cu alimentarea produsului plat (1), concentratorul liniar (5) fiind format din doua portiuni (5a, 5b), respectiv o portiune superioara si o portiune inferioara, care se unesc la extremitatile lor, lasand un spatiu (6) central liber, pentru trecerea produsului plat (1), mentionat, prin aceasta.

Description

Invenția se referă la un cuptor cu inducție, destinat pentru încălzirea și preîncălzirea produselor plate din industria oțelului, în special, pentru restabilirea unei temperaturi omogene, convenabile executării operației de laminare a bramelor subțiri din oțel.

Din cererea de brevet italiană nr.2D534A/89, corespunzătoare publicației internaționale WO 90/14742, se cunoaște un cuptor electric cu inducție cuprinzând o zonă cu bobine care sunt alimentate separat cu curent de către unul sau mai multe convertoare de frecvență și sunt traversate succesiv de o bandă susținută și făcută să se deplaseze înainte, cu ajutorul unor perechi de role, existentă între o bobină și următoarea bobină, acolo fiind prevăzute niște dispozitive de concentrarea fluxului, montate perechi la extremitățile fiecărui inductor, cel puțin, pe latura inferioară sau superioară, în raport cu planul definit de banda însăși.

Deși, această soluție tehnică dă cele mai bune rezultate prin faptul că permite, pentru prima oară, să se exploateze în mod satisfăcător încălzirea prin inducție pe produse plate, longitudinale, pe când anterior fluxul magnetic era orientat, în principal, transversal pe bandă, în direcția grosimii, cu rezultate nesatisfăcătoare, exceptând doar tratamentul termic al muchiilor, totuși, ea, prezintă unele dezavantaje datorită, în principal, unor pierderi mari de flux magnetic care, închizându-se la partea exterioară a benzii traversează piesele metalice din structurile instalației provocând astfel o încălzire nedorită a acestora, deși există concentratoare laterale de flux, posibil mobile.

Anterior, în cazul inductoarelor cu lungime mare (pe dimensiunea longitudinală a produsului supus încălzirii), așa cum era posibil pentru produse cu grosime mare, posibila folosire a concentratoarelor ar fi fost fără efect, deoarece, o mică ameliorare a randamentului și o anumită reducere a pierderilor, nu ar fi fost justificate față de creșterea costurilor. în cazul unui inductor scurt, cum s-a adaptat în mod necesar pentru produse plate ca bramele subțiri, prezența concentratoarelor de flux lateral, conform brevetelor anterioare menționate înainte, nu rezolvă problema pierderii de flux și conduce la randamente relativ scăzute, de ordinul 0,6 sau mai mici, luând în considerare raportul dintre puterea care intră în produsul plat ce trebuie încălzit, inclusiv, pierderile produse, de exemplu, prin radiație și puterea activă furnizată.

în fapt, dimensiunea longitudinală a bobinelor nu poate fi mărită prea mult, deoarece, pentru a menține o valoare redusă a spațiului dintre două bobine succesive, deasupra cărora nu s-ar putea face o deplasare convenabilă înainte a produsului subțire, ar conduce la diametre mici ale rolelor și care trebuie să fie evitate pentru a se ajunge la raze de curbură, prea mici de care se leagă o împiedicare a produsului plat și apariția de probleme privind transmisia de căldură. Apoi, s-a încercat să se modifice piesele mecanice pentru a se depăși dezavantajele provocate de pierderea de flux. 0 soluție de acest fel necesită să se prevadă role învelite cu material refractar pentru a preveni producerea de scântei și de puncte pe bandă și/sau realizarea de role lipsite de solidaritate însă formate din sectoare izolate pentru a împiedica generarea de curenți turbionari sau, în final, montarea rolelor pe stâlpi separați, cum ar fi, din beton. Această construcție nu ar mai fi așa complexă și costisitoare, însă, ar fi mai puțin solidă și mai puțin compactă care desigur, nu ar fi convenabilă acestui tip de prelucrare și mediului ambiant din industria oțelului.

RO 116030 Bl

Cuptorul cu inducție, conform prezentei invenții, cuprinde succesiv niște bobine inductoare, fiecare din acestea fiind fixată într-un ansamblu inductor cu material refractar și alimentată separat prin convertizoare de frecvență, fiind prevăzute niște perechi de role între fiecare bobină și cea care urmează, pentru susținerea și alimentarea înainte a produsului plat, în care dimensiunea fiecărei bobine pe direcția de 50 alimentare a benzii este 350mm sau mai puțin, iar fiecare bobină este închisă într-un concentrator liniar de flux care se extinde pe toată lățimea bobinei pe direcția transversală în raport cu alimentarea produsului plat, concentratorul liniar menționat fiind format din două porțiuni, respectiv, o porțiune superioară și o porțiune inferioară, care se unesc la extremitățile lor, lăsând un spațiu central liber pentru trecerea 55 produsului plat menționat prin aceasta.

în prezenta invenție se constată în mod corespunzător, că prin folosirea unui dispozitiv de concentrare a fluxului care se extinde de-a lungul întregii bobine și fiind format din două porțiuni având, în principal o secțiune în formă de C, astfel, încât să înconjoare, atât partea superioară, cât și partea inferioară, în raport cu planul definit 60 de produsul ce trebuie să fie încălzit și lăsând numai un spațiu de trecere pentru produsul însăși, pierderea de flux se reduce cu cel puțin 90%, iar randamentul menționat mai sus, poate crește până la circa 0,7 și peste această valoare. în afară de economia de energie, se poate obține o structură mecanică de formă cu totul tradițională, adică robustă și adaptată la domeniul fabricației de oțel unde dimpotrivă, 65 cuptoarele electrice cu inducție au fost considerate, de obicei, în trecut, ca fiind ceva care nu se integrează în structurile solide adaptate în acest domeniu.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în care se prezintă o variantă constructivă de realizare a unui cuptor cu inducție și care se dă numai cu titlu de exemplu, nelimitativ, în legătură și cu fig. 1 la 4 anexate, care reprezintă: 70

- fig. 1, vedere în perspectivă cu prezentare parțială la interior, a elementului de încălzire sau bobina cuptorului;

-fig.2, vedere laterală, schematică, a cuptorului electric cu inducție din fig. 1 prevăzut cu patru elemente de încălzire;

- fig.3a, traseul fluxului magnetic la un inductor clasic; 75

-fig.3b, traseul curentului indus în materialul încălzit;

-fig.4, reprezentarea schematică, în planul de secționare IV-IV, din fig. 1, inducând traseul fluxului magnetic în pachetul de tole 7 ale concentratorului de flux.

în fig. 1 se prezintă schematic numai un singur element de încălzire, conform invenției, pe direcția de înaintare a unor produse plate 1, cum ar fi o bandă, care este 8o cuprins între două perechi de role 8 montate pe niște suporturi 9, așa cum se vede în fig.2, având o bobină 2 cu secțiune transversală dreptunghiulară, în principal, dreptunghiulară și, fiind îmbrăcat într-un bloc din material refractar 3, pe desen se poate vedea o extremitate 4 a bobinei care asigură legătura electrică cu sursa de energie prin niște conductori convenabili sau bare colectoare, nearătate, și o rețea 85 de țevi pentru răcire. în fapt pot fi văzute niște găuri 4a și 4b, interioare și coaxiale cu bobina, de intrare, respectiv, de ieșire a apei de răcire.

Lăsând la o parte descrierea altor componente constructive, care sunt bine cunoscute din stadiul anterior al tehnicii, în fig. 1, referitoare la invenția de față, se vede un concentrator de flux 5, care închide complet o bobină 2, lăsând liber numai 90

RO 116030 Bl un spațiu 6 între cele două brațe ale buclei formată de bobină, care este suficient pentru trecerea produsului plat 1. Concentratorul de flux 5 este format dintr-un ansamblu de două porțiuni din tole magnetice, adică o porțiune superioară 5a și o porțiune inferioară 5b, care se întâlnesc la capete, înconjurând complet bobina 2 și lăsând liber spațiul central 6. După cum se poate vedea mai bine pentru porțiunea superioară 5a, care este reprezentată în ruptura carcasei, niște pachete de tole 7, de aceeași formă, sunt orientate toate paralele între ele, la unghiuri drepte față de planul definit de produsul plat 1 și, respectiv, bobina 2 cu bucla superioară și inferioară, amplificând astfel cu o înaltă permeabilitate magnetică, concentrarea de flux în interiorul acesteia.

în fapt, pierderea de flux prin dispersie curge circular în interiorul fiecărei tole închizând astfel circuitul magnetic și prevenind sau reducând la minimum, totodată, generarea de curenți de inducție, în sens transversal, datorită rezistenței înalte asigurată de pachetul de tole când curenții induși sau turbionari trec de la o tolă la alta.

Pentru a înțelege mai bine cele arătate mai sus cu referire la fig. 3a și 3b, privind stadiul cunoscut al tehnicii se poate observa cum fluxul magnetic produs de bobina 2, prezentată în secțiune transversală, când străbate produsul plat 1 ce trebuie încălzit, se închide, în principal, prin aer și dă naștere unui curent indus în produsul plat 1 având sensul indicat de săgeata C. în cadrul unui stadiu analitic anterior al traseelor de flux prezentate teoretic în fig.3a se constată că, la o distanță de 2QDmm față de inductor se detectează valori neglijabile ale câmpului magnetic. Totuși, la o examinare a sistemulu actual, având o structură de susținere cu μ_Γ mai mare decât 1, întrucât sunt confecționate din oțel sau în orice caz definesc inele închise, se constată că fluxul este derivat în mare măsură de aceste părți metalice, făcând astfel să crească pierderile de putere ce pot fi estimate la 20%.

în fig.4 se prezintă schematic, în secțiune transversală, concentratorul de flux 5 prevăzut cu o pereche de tole din oțel și anume, o porțiune superioară 7a și alta inferioară 7b, fluxul magnetic F închizându-se, în principal, la partea interioară a acestuia, astfel, încât să reducă la minim pierderile datorită curenților turbionari din miezul bobinei, evident, tolele magnetice trebuie să fie dimensionate în mod convenabil în acest scop, deoarece, cu cât dimensiunile sunt alese mai cu grijă, cu atât va fi mai mare frecvența câmpului magnetic.

în continuare, se prezintă, ca exemplu de realizare, o variantă constructivă cu caracter experimental, privind un sistem de cuptor cu inducție, în scopul de a pune în evidență randamentul mai înalt ce se obține.

EXEMPLU. S-a realizat un cuptor electric cu inducție pentru brame subțiri prevăzut cu patru ansambluri inductoare, în serie, așa cum s-a arătat mai înainte și cum se vede în desene, având o putere aplicată de 925 kW pe fiecare din ele și lucrând la o frecvență de 6kW. Brama subțire ce trebuie încălzită este fabricată din oțel Fe 37, cu lățimea de 1330mm și grosimea 25mm. Temperatura este detectată cu ajutorul a două termocupluri, dintre care, unul este amplasat la centrul bramei și al doilea la distanța de 2mm față de suprafața acesteia. Imprimând bramei o mișcare de avans de 9m/min s-a înregistrat o temperatură de 83°C. De asemenea, cu ajutorul încercărilor executate anterior s-a constatat că, la această temperatură, pierderile de căldură prin radiație sunt egale cu 17°C.

RO 116030 Bl

Deci, diferența totală, netă de temperatură este de 1OO°C care, la o valoare a căldurii specifice a materialului de O,2Wh.kg'¹.K'¹, corespunde unei energii de 25x1330x7,85.10^Έχ9000χ60χ0,2x1 OO°C=2819kWh. Pierderile de putere în miez au fost de 12W, adică 1% din puterea totală.

Prin urmare, randamentul unui indicator poate fi calculat ca fiind raportul dintre puterea aplicată și puterea efectiv primită de către bramă: η=2819/925x4=0,762,adică din nou o valoare de circa 0,6,care s-ar obține în aceleași condiții însă cu două concentratoare laterale de flux, conform brevetului publicat anterior WO 90/14742, în locul concentratorului linear care înconjoară fiecare inductor, conform invenției.

Alte completări și/sau modificări în construcția exemplului de realizare descris mai sus și prezentat în desene privind cuptorul electric,conform invenției, pot fi adoptate fără a se depăși scopul în sine al invenției. Este, de asemenea, clar că numărul de bobine sau elemente de încălzire care, montate în serie, formează cuptorul, nu constituie un parametru critic și poate fi adaptat la liberă alegere.

Claims

Revendicări

1. Cuptor cu inducție pentru încălzirea, la temperatură uniformă, a unor produse plate (1), cum ar fi, brame subțiri sau benzi de oțel ce traversează continuu cuptorul menționat, cuprinzând succesiv niște bobine inductoare (2), fiecare din acestea fiind fixată într-un ansamblu inductor cu material refractar (3) și alimentată separat prin convertizoare de frecvență, fiind prevăzute niște perechi de role (8), între fiecare bobină și cea care urmează, pentru susținerea și alimentarea înainte a produsului plat (1), în care dimensiunea fiecărei bobine (2) pe direcția de alimentare a benzii este 350 mm sau mai puțin, caracterizat prin aceea că, fiecare bobină (2] este închisă într-un concentrator liniar de flux (5), care se extinde pe toată lățimea bobinei (2), pe direcția transversală, în raport cu alimentarea produsului plat (1), concentratorul liniar (5) fiind format din două porțiuni (5a și 5b), respectiv, o porțiune superioară și o porțiune inferioară, care se unesc la extremitățile lor, lăsând un spațiu (6), central liber, pentru trecerea produsului plat (1), menționat prin aceasta.
2. Cuptor cu inducție, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, fiecare porțiune (5a și 5b) a concentratorului liniar (5) este formată ca un pachet de tole (7) magnetice aranjate, una lângă alta, care sunt substanțial în formă de C și orientate toate în unghi drept, atât față de planul bobinei (2), cât și față de planul definit de produsul (1) ce trebuie încălzit, aranjate într-un raport față- în- față, una față de alta, pentru cuprinderea spațiului (6) menționat, cuprins între bobina (2) menționată, care la rândul ei înconjoară produsul plat (1).