RU2103843C1 - Induction heating plant - Google Patents
Induction heating plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2103843C1 RU2103843C1 RU96102256A RU96102256A RU2103843C1 RU 2103843 C1 RU2103843 C1 RU 2103843C1 RU 96102256 A RU96102256 A RU 96102256A RU 96102256 A RU96102256 A RU 96102256A RU 2103843 C1 RU2103843 C1 RU 2103843C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- installation
- segments
- heating
- installation according
- tubular body
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- General Induction Heating (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в устройствах индукционного нагрева при темрообработке длинномерных заготовок. The invention relates to electrothermics and can be used in induction heating devices during heat treatment of long workpieces.
Изобретение решает сложную техническую проблему, связанную с обеспечением возможности эффективного нагрева заготовок, например, пучка проволок, в том числе до температур, значительно превышающих точку Кюри (Tk), с разными параметрами нагрева по длине установки, что расширяет ее функциональные возможности и повышает качество заготовок.The invention solves a complex technical problem associated with providing the possibility of efficient heating of billets, for example, a wire bundle, including temperatures significantly exceeding the Curie point (T k ), with different heating parameters along the length of the installation, which extends its functionality and improves the quality blanks.
Для оценки новизны и изобретательского уровня заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения. To assess the novelty and inventive step of the claimed solution, we consider a number of well-known technical means of a similar purpose.
В ряде известных решений поставленную задачу пытаются решить за счет дополнительных обмоток с током, устанавливаемых в зонах нагревательной установки, где требуется увеличить или уменьшить нагрев, например, заявка Японии N 57-47554, 1982. Это приводит к повышению индуктивного сопротивления, снижению КПД установки. In a number of well-known solutions, they are trying to solve the problem due to additional current windings installed in the zones of the heating installation, where it is required to increase or decrease the heating, for example, Japanese application N 57-47554, 1982. This leads to an increase in inductive resistance, lowering the efficiency of the installation.
Известно индукционное нагревательное устройство, содержащее охватывающую нагреваемое тело главную обмотку, соединенную с источником питания и дополнительные катушки, каждая из которых снабжена регулятором тока с ключевым элементом, а также установленные в зоне действия дополнительных катушек датчики температуры, выходы которых подключены ко входам блока выделения минимального сигнала, (например, авт. св. N 1629994, H 05 B 6/06). Данное устройство также страдает всеми вышеупомянутыми недостатками. A induction heating device is known that comprises a main winding that encloses a heated body and is connected to a power source and additional coils, each of which is equipped with a current regulator with a key element, as well as temperature sensors installed in the zone of operation of additional coils, the outputs of which are connected to the inputs of the minimum signal extraction unit , (e.g. ed. St. N 1629994, H 05
Известна индукционная нагревательная установка, включающая внешнюю обмотку, подключенную к источнику питания, в которой перераспределение мощности нагрева по зонам достигается за счет заранее заданного неравномерного шага витков обмотки в разных ее зонах, причем все зоны обмотки соединены последовательно и подключены к одному источнику питания, (авт.св. N 1152096, H 05 B 6/36). A induction heating installation is known, including an external winding connected to a power source, in which the redistribution of the heating power over the zones is achieved due to a predetermined uneven step of the winding turns in its different zones, and all winding zones are connected in series and connected to the same power source (automatic St. N 1152096, H 05
По наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому при использовании результату данное техническое решение выбрано в качестве прототипа изобретения. By the greatest number of similar features and achieved by using the result, this technical solution is selected as a prototype of the invention.
Недостатком прототипа, не позволяющими достичь поставленной нами цели, является сложность конструкции и низкие функциональные возможности установки, обусловленные отсутствием возможности быстрой ее переналадки при изменении вида обрабатываемых заготовок или при необходимости изменения количества и параметров зон обработки. The disadvantage of the prototype, which does not allow us to achieve our goal, is the design complexity and low functionality of the installation, due to the lack of the ability to quickly change it when changing the type of workpieces or, if necessary, changing the number and parameters of processing zones.
Так изменение распределения мощности нагрева по зонам достигается только посредством дорогостоящей замены всей внешней обмотки установки. При уменьшении диаметра обрабатываемой заготовки или одновременном нагреве нескольких заготовок (пучок проволок) коэффициент полезного действия установки снижается. Для нагрева же заготовок из немагнитного материала, либо для достижения температур, превышающих точку Кюри у ферромагнитных материалов, необходимо использовать высокочастотную установку, что приводит к повышению потерь энергии и усложняет конструкцию. Thus, a change in the distribution of heating power over zones is achieved only through costly replacement of the entire external winding of the installation. When reducing the diameter of the workpiece or simultaneous heating of several workpieces (wire bundle), the efficiency of the installation decreases. To heat blanks of non-magnetic material, or to reach temperatures exceeding the Curie point of ferromagnetic materials, it is necessary to use a high-frequency installation, which leads to increased energy losses and complicates the design.
Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей установки, обеспечение возможности любой многозонной обработки на одной установке различного вида длинномерных изделий, повышение качества обработки и упрощение конструкции. The objective of the invention is to expand the functionality of the installation, providing the possibility of any multi-zone processing on one installation of various types of lengthy products, improving the quality of processing and simplifying the design.
Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата. The invention is expressed in the following set of essential features, sufficient to achieve the above technical result.
Согласно изобретению индукционная нагревательная установка, включающая внешнюю обмотку, подключенную к источнику питания, снабжена дополнительным индукционно-нагревательным элементом для изменения локальных режимов нагрева, выполненным в виде отрезка трубчатого тела из электропроводного материала, размещенного внутри внешней обмотки и охватывающего обрабатываемую заготовку. According to the invention, an induction heating installation, including an external winding connected to a power source, is equipped with an additional induction heating element for changing local heating modes, made in the form of a piece of tubular body of electrically conductive material placed inside the outer winding and covering the workpiece.
В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правой охраны. This is the totality of essential features that ensures the receipt of a technical result in all cases to which the requested scope of right protection applies.
Кроме того, заявленное решение имеет факультативные признаки, характеризующие его частные случаи, конкретные формы его материального воплощения, а именно:
дополнительный индукционно-нагревательный элемент может быть выполнен в виде совокупности отрезков трубчатых тел;
дополнительный индукционно-нагревательный элемент может быть размещен внутри защитной труби;
установка может быть снабжена блоком управления нагревом и по меньшей мере двумя дополнительными измерительными обмотками, индуктивно связанными с внешней обмоткой, причем одна из дополнительных измерительных обмоток установлена на входе установки, а другие в контролируемых зонах установки, при этом выходы всех дополнительных обмоток соединены со входами блока управления, выход которого подключен к источнику питания;
конец отрезка трубчатого тела может быть размещен вне зоны внешней обмотки и отстоять от ее торца;
все отрезки трубчатого тела могут быть последовательно соединены между собой, причем один из крайних отрезков соединен с соответствующим концом внешней обмотки, а другой крайний отрезок и другой конец внешней обмотки присоединены к источнику питания, при этом отрезки по меньшей мере в одной точке заземлены;
по меньшей мере один из отрезков трубчатого тела может быть снабжен продольным разрезом;
длины отрезков трубчатых тел составляют не менее 10% длины внешней обмотки;
отрезки трубчатых тел могут быть выполнены с различной толщиной стенок;
отрезки трубчатых тел могут быть выполнены из различных материалов, имеющих разные удельные сопротивления, магнитные проницаемости и температуры магнитных превращений;
трубчатое тело может быть выполнено их жароупорного материала и заполнено нейтральным газом, например, азотом.In addition, the claimed solution has optional features characterizing its particular cases, specific forms of its material embodiment, namely:
additional induction-heating element can be made in the form of a combination of segments of tubular bodies;
an additional induction heating element can be placed inside the protective tube;
the installation can be equipped with a heating control unit and at least two additional measuring windings inductively connected to the external winding, with one of the additional measuring windings installed at the input of the installation, and the others in the controlled areas of the installation, while the outputs of all additional windings are connected to the inputs of the unit control, the output of which is connected to a power source;
the end of the segment of the tubular body can be placed outside the outer winding and defend from its end;
all segments of the tubular body can be connected in series with each other, with one of the extreme segments connected to the corresponding end of the external winding, and the other extreme segment and the other end of the external winding connected to the power source, while the segments at least at one point are grounded;
at least one of the segments of the tubular body may be provided with a longitudinal section;
lengths of tubular bodies are at least 10% of the length of the outer winding;
segments of tubular bodies can be made with different wall thicknesses;
segments of tubular bodies can be made of various materials having different resistivities, magnetic permeabilities and temperatures of magnetic transformations;
the tubular body can be made of their heat-resistant material and filled with a neutral gas, for example, nitrogen.
Заявленное техническое решение является новым, так как характеризуется наличием новой совокупности признаков, отсутствующей во всех известных нам объектах техники аналогично назначения. The claimed technical solution is new, as it is characterized by the presence of a new set of features that are absent in all known objects of technology similar to the destination.
Непосредственный технический результат. Который может быть получен при реализации заявленной совокупности признаков, заключается в том, что нагрев заготовки происходит как за счет тепла, выделяемого в теле заготовки от наведенных внешних обмоткой вихревых токов, так и за счет тепла, выделяемого в отрезке трубчатого тела и передаваемого от него к заготовке через зазор между ними в основном посредством излучения. Immediate technical result. Which can be obtained by implementing the claimed combination of features, lies in the fact that the heating of the workpiece occurs both due to the heat generated in the body of the workpiece from the eddy currents induced by the external winding, and due to the heat generated in the segment of the tubular body and transferred from it to the workpiece through the gap between them mainly by radiation.
Данный технический результат не является следствием известных свойств, проявляемых рядом порознь известных из других объектов техники признаков, таких как отрезки трубчатых тел, а является свойствами только всей заявленной в первом пункте формулы совокупности признаков, в т.ч. таких полностью новых признаков как взаимное расположение и взаимосвязь элементов устройства. This technical result is not a consequence of the known properties, manifested separately by a number of signs well-known from other objects of technology, such as segments of tubular bodies, but is the properties of only the totality of features declared in the first paragraph of the formula, including such completely new features as the relative position and the relationship of the elements of the device.
Получение упомянутого технического результата обеспечивает появление у объекта изобретения в целом ряда новых полезных свойств, а именно, обеспечение возможности простого и быстрого изменения параметров нагрева заготовки по длине установки и обеспечение осуществления широкого спектра различных технологических процессов обработки. Obtaining the mentioned technical result ensures that the object of the invention as a whole has a number of new useful properties, namely, providing the possibility of simple and quick changes in the heating parameters of the workpiece along the length of the installation and ensuring the implementation of a wide range of different processing processes.
Указанное позволяет признать заявленное техническое решение соответствующим критерию "изобретательский уровень". This allows you to recognize the claimed technical solution meets the criterion of "inventive step".
На фиг. 1 представлен общий вид установки; на фиг. 2 - один из вариантов соединения отрезков и внешней обмотки с источником питания (п.6 формулы); на фиг. 3 - вид установки с дополнительными измерительными обмотками (п.4 формулы). In FIG. 1 shows a general view of the installation; in FIG. 2 - one of the options for connecting the segments and the external winding with a power source (
Заявленное устройство содержит внешнюю обмотку 1, подключенную к источнику питания 2 и охватывающую защитную трубку 3, внутри которой размещен дополнительный индукционно-нагревательный элемент, выполненный в виде одного или нескольких отрезков трубчатого тела 4, выполненных из электропроводного материала. Обрабатываемые заготовки 5 располагаются в полостях отрезков трубчатых тел 4. Устройство может быть снабжено блоком управления нагревом 6 и дополнительными измерительными обмотками 7. The claimed device contains an external winding 1 connected to a
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
От источника питания 2 по внешней обмотке 1 протекает переменный ток, создающий продольное магнитное поле и циркулярные вихревые токи в отрезке трубчатого тела 4 и в обрабатываемой заготовке 5. При этом электромагнитная энергия, поступающая из источника питания 2 через внешнюю обмотку 1 в отрезке 4 и заготовке 5 преобразуется в тепловую энергию и нагревают эти элементы установки. From the
Защитная трубка 3 обеспечивает механическую, электрическую и тепловую изоляцию внутренних элементов 4 и 5 установки от находящейся под напряжением интенсивно охлаждаемой внешней обмотки 1. The
Мощность тепловыделения вдоль индукционной установки на отдельных локальных ее участках определяется местоположения, геометрическими параметрами (длиной, толщиной, диаметром) и электромагнитными свойствами (удельный сопротивлением, магнитный проницаемостью) заготовки или совокупности (пучка) заготовок 5, которые выбираются в соответствии с заданным температурным режимом нагрева заготовки и с учетом ее размеров, материала и скорости перемещения в установке. The heat dissipation power along the induction installation in its individual local sections is determined by the location, geometrical parameters (length, thickness, diameter) and electromagnetic properties (resistivity, magnetic permeability) of the workpiece or set (bundle) of
Рассмотрим некоторые конкретные примеры работы установки при решении различных технических задач. Consider some specific examples of the installation when solving various technical problems.
Для высокотемпературного отжига стальной сварочной проволоки, непрерывно проходящей через установку, производится ее двухзонный нагрев. В первой входной зоне предварительного нагрева дополнительный индукционно-нагревательный элемент в виде отрезка трубчатого тела 4 и может отсутствовать и нагрев проволоки происходит за счет индукционного тепловыделения в самой проволоке, достигая температуры магнитных превращений. Во второй выходной зоне конечного нагрева с помощью дополнительного индукционно-нагревательного трубчатого элемента 4 происходит догрев проволоки до более высокой температуры за счет индукционного тепловыделения в отрезке трубчатого тела 4 и передачи тепла к проволоке в основном излучением. For high-temperature annealing of a steel welding wire continuously passing through the installation, its dual-zone heating is performed. In the first input zone of the preheating, an additional induction heating element in the form of a segment of the tubular body 4 can be absent and heating of the wire occurs due to induction heat generation in the wire itself, reaching the temperature of magnetic transformations. In the second final heating output zone, with the help of an additional induction-heating tubular element 4, the wire is heated to a higher temperature due to induction heat generation in the segment of the tubular body 4 and heat transfer to the wire mainly by radiation.
Если в первой зоне установлен отрезок трубчатого тела 4 с продольным резервом, то эта зона может быть укорочена, поскольку в ней имеется дополнительное тепло, выдляющееся в отрезке трубчатого тела 4. If a section of a tubular body 4 with a longitudinal reserve is installed in the first zone, then this zone can be shortened, since there is additional heat in it that is released in the segment of the tubular body 4.
Для получения промежуточной зоны стабилизированного нагрева в ней может быть установлен отрезок трубчатого тела 4 с продольным разрезом, выполненный из материала с необходимой температурой магнитных превращений, например, из соответствующего сплава железа с кобальтом (диапазон температур 700 - 1100oC) или железа с никелем (300 - 700oC). В этой зоне при любых плановых или непреднамеренных изменениях режима температура практически не превысит значения Tк.To obtain an intermediate zone of stabilized heating, a segment of a tubular body 4 with a longitudinal section can be installed in it, made of a material with the required temperature of magnetic transformations, for example, of the corresponding alloy of iron with cobalt (temperature range 700 - 1100 o C) or iron with nickel ( 300 - 700 o C). In this zone, with any planned or unintentional changes in the regime, the temperature will practically not exceed the value of T to .
Если выходной отрезок трубчатого тела 4 размещен вне зоны внешней обмотки 1 и отстоит от ее торца, то заготовка по выходе ее из установки остывает плавно. Нейтральный газ, например, азот, заполняющий трубчатое тело 4, может изменять режим остывания заготовки, защищать заготовку от образования окалины. If the output segment of the tubular body 4 is located outside the zone of the outer winding 1 and is spaced from its end, then the workpiece, upon exiting the unit, cools down smoothly. Neutral gas, for example, nitrogen filling the tubular body 4, can change the cooling regime of the workpiece, protect the workpiece from the formation of scale.
Если асе отрезки трубчатого тела 4 последовательно соединены между собой и заземлены по крайней мере в одной точке, причем один из крайних отрезков соединен с соответствующим концом внешней обмотки 1, а другой крайний отрезок и другой конец обмотки 1 присоединены к источнику питания 2, то на проходящей через установку заготовке 5 резко снижается продольное индуктированное напряжение, благодаря чему устраняется искрение в поддерживающих и направляющих заготовку металлических заземленных элементах конструкции установки, также значительно ослабляется внешнее магнитное поле. Таким образом повышается качество обработки заготовки и электробезопасность установки. If the ace segments of the tubular body 4 are connected in series and grounded at least at one point, one of the extreme segments connected to the corresponding end of the outer winding 1, and the other extreme segment and the other end of the winding 1 connected to the
Опытным путем доказано, что повышения эффективности установки длины отрезков трубчатого тела 4 должны составлять не менее 10% длины внешней обмотки 1. It has been experimentally proved that increasing the installation efficiency of the lengths of segments of the tubular body 4 should be at least 10% of the length of the outer winding 1.
В установке, снабженной блоком управления нагревом 6 и дополнительными измерительными обмотками, индуктивно связанными с внешней обмоткой 1, разности напряжений в дополнительной обмотке, установленной на входе установки, и в обмотке, установленных в нескольких контролируемых зонах, претерпевают скачок и изменяют знак при достижении в этих зонах температуры магнитного превращения вследствие скачка магнитных свойств материала заготовки и трубчатых тел. Поэтому данные разности напряжений являются простым и надежным сигналом для устойчивой работы системы регулирования источника питания, обеспечивающей повышение качества обработки заготовки и КПД установки. In the installation, equipped with a
Возможность промышленного применения заявленного технического решения подтверждается успешной опытно-промышленного образца установки, реализованного на предприятии-заявителе. The possibility of industrial application of the claimed technical solution is confirmed by the successful pilot-industrial model of the installation, implemented at the applicant company.
Использование заявленного решения по сравнению со всеми известными средствами аналогичного назначения обеспечивает следующие преимущества:
широкие функциональные возможности, позволяющие на одной и той же установки производить любую многозонную обработку различного вида длинномерных изделий посредством простой и оперативной замены или перестановки дополнительных индукционно-нагревательных элементов;
повышение качества обработки изделий, снижение оскалины, исключение искрения, перегрева и пережога в поддерживающих и направляющих заготовку элементах конструкции;
повышение устойчивости работы системы регулирования, повышение КПД установки;
- повышение электробезопасности установки.Using the claimed solution in comparison with all known means of a similar purpose provides the following advantages:
wide functionality that allows on the same installation to produce any multi-zone processing of various types of long products by simple and quick replacement or rearrangement of additional induction-heating elements;
improving the quality of product processing, reducing scale, the elimination of sparking, overheating and burnout in supporting and guiding the workpiece structural elements;
increasing the stability of the regulatory system, increasing the efficiency of the installation;
- increase the electrical safety of the installation.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96102256A RU2103843C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Induction heating plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96102256A RU2103843C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Induction heating plant |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2103843C1 true RU2103843C1 (en) | 1998-01-27 |
| RU96102256A RU96102256A (en) | 1998-04-10 |
Family
ID=20176584
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96102256A RU2103843C1 (en) | 1996-02-06 | 1996-02-06 | Induction heating plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2103843C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579850C2 (en) * | 2011-02-01 | 2016-04-10 | Бэйекур Койлз Лтд. | Device and method for thermal processing of pipes or welds |
| RU229661U1 (en) * | 2024-06-04 | 2024-10-17 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Thermal induction installation for dismantling rail and sleeper grids |
-
1996
- 1996-02-06 RU RU96102256A patent/RU2103843C1/en active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2579850C2 (en) * | 2011-02-01 | 2016-04-10 | Бэйекур Койлз Лтд. | Device and method for thermal processing of pipes or welds |
| RU229661U1 (en) * | 2024-06-04 | 2024-10-17 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | Thermal induction installation for dismantling rail and sleeper grids |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2597529C (en) | Induction heating device for a metal plate | |
| JP4786365B2 (en) | Induction heating apparatus and induction heating method for metal plate | |
| CA2896679C (en) | Induction heating head | |
| US6555801B1 (en) | Induction heating coil, device and method of use | |
| BRPI0807653A2 (en) | induction heating apparatus | |
| CA2708509A1 (en) | Controlled electric induction heating of an electrically conductive workpiece in a solenoidal coil with flux compensators | |
| US3562470A (en) | Induction heating apparatus | |
| US2480315A (en) | Method and apparatus for making pipe bends and the like | |
| RU2103843C1 (en) | Induction heating plant | |
| US2819370A (en) | Polyphase induction heating apparatus | |
| US1989376A (en) | Electric induction apparatus | |
| US1861870A (en) | Induction furnace | |
| JP4101967B2 (en) | Coiled bar wire heating device | |
| US20110248025A1 (en) | Electromagnetic induction heating device | |
| JPH09105583A (en) | Inductive heating type heat treatment device | |
| JP3668036B2 (en) | Cylindrical metal coil heating device | |
| JP3510167B2 (en) | High frequency heating method | |
| RU2799484C1 (en) | Use of a two-frequency induction complex for heating steel ferromagnetic billets for plastic deformation | |
| SU851792A1 (en) | Inductor for heating billets | |
| SU675632A1 (en) | Apparatus for induction heating of billets | |
| RU2091987C1 (en) | Device for induction heating of automatic coupler bars | |
| SU1085024A1 (en) | Chamber for heating articles | |
| SU396842A1 (en) | INDUCTION INSTALLATION | |
| SU1103366A1 (en) | Loop induction heater for local heating | |
| Ivanov et al. | Investigation of Induction Systems with Internal Inductors |