TWI766031B - 黏土石墨坯料滑件，包含其之無軌坯料電感應加熱系統及熱加工程序系統，形成該加熱系統之方法，及對坯料進行熱加工之方法 - Google Patents

黏土石墨坯料滑件，包含其之無軌坯料電感應加熱系統及熱加工程序系統，形成該加熱系統之方法，及對坯料進行熱加工之方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供一種無軌坯料電感應加熱設備及方法，其中藉由在坯料與安置於用交流電力供應之感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件之內部表面直接滑動接觸之情況下使該等坯料在無坯料支座軌道之情況下移動穿過該感應加熱線圈而藉由感應連續或靜態地加熱該等坯料。該黏土石墨坯料滑件亦可在該感應加熱線圈與該黏土石墨坯料滑件之間提供熱絕緣以消除對個別感應加熱線圈耐火材料之需求。

Description

黏土石墨坯料滑件，包含其之無軌坯料電感應加熱系統及熱加工程序系統，形成該加熱系統之方法，及對坯料進行熱加工之方法
本發明係關於在電感應加熱線圈中之坯料的無軌支座，該等電感應加熱線圈用於感應加熱坯料以用於在包含將坯料鍛製成製造物件之各種工業程序中進一步處理。
可將由至少部分地電磁傳導之材料組成之坯料以感應方式預加熱至(舉例而言)900℃至1300℃及以上之範圍中之高溫以用於包含鍛製、平鍛製、軋製、擠製及拉製之程序中之隨後熱加工。可藉由將坯料放置於用來自適合電源之交流電供應之感應加熱線圈中來完成對坯料之感應預加熱。將耐火材料放置於感應加熱線圈與坯料之間以保持坯料中之所感應熱且保護感應加熱線圈免受高溫輻射及來自感應加熱線圈中之坯料之對流熱損壞。
英國專利申請第GB 892447 A認識到允許坯料置於感應加熱線圈中之耐火材料上之某些問題且揭示在線圈中使用軌道以用於使經加 熱坯料滑動穿過線圈之解決方案。如GB 892447 A中所指出，此項技術中之進一步改良導致具有內部強壓流體冷卻之軌道克服未經冷卻軌道所具有之問題。GB 892447 A對此項技術之貢獻係部分地埋入耐火材料中之軌道，此保持坯料與耐火材料表面分離但軌道仍因在軌道上方滑動之熱坯料而經受在軌道上累積之某種結垢影響。因此，耐火材料之目的係熱控制且軌道之目的係提供坯料穿過感應加熱線圈之高效移動。
美國專利第7,528,351 B2號進一步提出具有可由諸如矽鋁氮氧化物之陶瓷材料形成之可調整軌道之技術。
圖1(a)至圖1(d)係先前技術中所構建之典型坯料電感應加熱系統之橫向剖面圖解說明。在圖1(a)之先前技術坯料感應加熱系統中，當圓柱形坯料90穿過坯料感應加熱線圈94a時其安座於開端式部分圓柱形不銹鋼條狀坯料支座102上。坯料支座102將坯料與耐火材料106以及具有剖面間隙104a之不銹鋼襯裡104分隔開。藉由玻璃帶絕緣層108將坯料感應加熱線圈94a與耐火材料106分隔開。在圖1(b)之先前技術坯料感應加熱系統中，在圓柱形坯料90穿過坯料感應加熱線圈94b時其安座於坯料支座軌道96a及96b上。支座軌道96a及96b部分地嵌入於由耐火材料氈204及玻璃帶206環繞之耐火材料襯裡202中。在圖1(c)之先前技術坯料感應加熱系統中，在矩形坯料92穿過坯料感應加熱線圈94c時其安座於坯料支座軌道98a及98b上。支座軌道98a及98b藉助於可調整支座98a'及98b'圍繞坯料之外圓周分別具有可調整性範圍。支座軌道位於由耐火材料氈404環繞之耐火材料襯裡402之內部圓周上。玻璃帶406將耐火材料氈與感應加熱線圈94c分隔開。在圖1(d)之先前技術坯料感應加熱系統中，在圓柱形坯料90穿過坯料感應加熱線圈94d時其安座部分地嵌入於耐火材料302中之軌道 96a及96b上。圖1(d)中之配置類似於GB 892447 A中所揭示之一項實施例。在此等四個先前技術實施例中，在坯料穿過坯料感應加熱線圈時其由縱向軌道或半圓形不銹鋼支座支撐，如「Conduction and induction heating」(作者E.J.戴維斯；第236頁至第241頁；由英國倫敦之Peter Peregrinus有限公司(1990)公佈)中進一步闡述。
先前技術未構建的係無軌坯料支座坯料電感應加熱系統，該無軌坯料支座坯料電感應加熱系統提供增加生產率之坯料加熱速率以及坯料滑件材料，該坯料滑件材料就電感應加熱系統中在由於坯料磨耗而替換之前可在經加熱之坯料之數目而言具有足夠長壽命。
本發明之一目標係提供增加生產率之坯料加熱速率以及坯料滑件材料，該坯料滑件材料就在由於坯料磨耗而替換之前可經加熱之坯料之數目而言具有足夠長壽命。
在一項態樣中，本發明係一種黏土石墨坯料滑件，該黏土石墨坯料滑件用於使坯料移動穿過由交流電供應之感應加熱線圈，其中該坯料安座於該黏土石墨坯料滑件上。
在另一態樣中，本發明係一種無軌坯料電感應加熱系統，該無軌坯料電感應加熱系統具有由交流電源供電之感應加熱線圈及安置於該感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件。該黏土石墨坯料滑件與該感應加熱線圈電隔離且該黏土石墨坯料滑件之內部表面區域形成坯料滑件表面以用於使安座於該黏土石墨坯料滑件之該內部表面區域上之坯料移動穿過該感應加熱線圈以靜態或連續地將該坯料加熱至目標溫度。
在另一態樣中，本發明係一種熱加工程序系統，該熱加工 程序系統具有由交流電源供電之感應加熱線圈及安置於該感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件。該黏土石墨坯料滑件與該感應加熱線圈電隔離且該黏土石墨坯料滑件之內部表面區域形成坯料滑件表面以用於使安座於該黏土石墨坯料滑件之該內部表面區域上之坯料移動穿過該感應加熱線圈以靜態或連續地將該坯料加熱至目標溫度。提供熱加工設備以用於接納該經加熱坯料以形成經熱加工製造物件。
在另一態樣中，本發明係一種藉由以下操作形成坯料電感應加熱系統之方法：提供連接至交流電源之感應加熱線圈；將黏土石墨坯料滑件插入該感應加熱線圈中，其中該黏土石墨坯料滑件具有具內部滑件表面之內部坯料貫通開口以用於使安座於內部貫通表面上之坯料滑動穿過該感應加熱線圈；及使插入於該感應加熱線圈中之該黏土石墨滑件與該感應加熱線圈電隔離。
在另一態樣中，本發明係一種對坯料進行熱加工將其加熱至熱加工目標溫度之方法，該方法係藉由以下操作：透過安置於連接至交流電之感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件、藉由使該坯料在該黏土石墨坯料滑件之內部表面上自該黏土石墨坯料滑件之入口滑動來移動該坯料，同時將穿過該感應加熱線圈之該坯料靜態或連續地感應加熱至該熱加工目標溫度以在該感應加熱線圈之出口處形成經加熱坯料；將該經加熱坯料自該感應加熱線圈之該出口轉遞至熱加工設備；及在該熱加工設備中熱加工該經加熱坯料以形成製造物件。
在另一態樣中，本發明係一種無軌坯料電感應加熱系統，其具有由交流電供電之感應加熱線圈及該感應加熱線圈中之耐火材料。提供黏土石墨坯料載具以用於使安置於該黏土石墨坯料載具中之坯料以與該 耐火材料滑動接觸之方式移動穿過該感應加熱線圈。
本說明書及隨附申請專利範圍中陳述本發明之上述及其他態樣。
10:坯料電感應加熱系統
12:坯料滑件/黏土石墨坯料滑件
12':外表面
12a:黏土石墨坯料滑件
12b:黏土石墨材料
12c:半圓形圓盤
12e:黏土石墨坯料滑件
14:感應加熱線圈
14’:內部導電表面
16:交流電源
18:環形間隔件體積
20:坯料電感應加熱系統
22:內部表面區域/經磨損滑件表面區域
23:未經磨損內部表面區域
90:圓柱形坯料/坯料
90a:坯料
90b:坯料
90c:坯料
94a:坯料感應加熱線圈
94b:坯料感應加熱線圈
94c:坯料感應加熱線圈/線圈
94d:坯料感應加熱線圈
96a:坯料支座軌道/支座軌道/軌道
96b:坯料支座軌道/支座軌道/軌道
98a:坯料支座軌道/支座軌道
98a’:可調整支座
98b:坯料支座軌道/支座軌道
98b’:可調整支座
102:開端式部分圓柱形不銹鋼條狀坯料支座/坯料支座
104:不銹鋼襯裡
104a:剖面間隙
106:耐火材料
108:玻璃帶絕緣層
202:耐火材料襯裡
204:耐火材料氈
206:玻璃帶
302:耐火材料
402:耐火材料襯裡
404:耐火材料氈
406:玻璃帶
A-A:線
B-B:線
C-C:線
D-D:線
P1:徑向位置
P2:徑向位置
XL:軸向長度/縱向軸向
出於圖解說明本發明之目的，圖式中展示目前較佳之形式；然而，應理解本發明並不限於所展示之精確配置及工具。
圖1(a)至圖1(d)係典型先前技術坯料電感應加熱系統之橫向剖面圖解說明。
圖2(a)係透過圖2(b)中之線A-A截取的本發明之坯料電感應加熱系統之一項實例之橫向剖面立面圖，本發明之坯料電感應加熱系統之該項實例具有黏土石墨坯料滑件及滑件中之實例性坯料以及感應加熱線圈。
圖2(b)係透過圖2(a)中之線B-B截取的圖2(a)中之坯料電感應加熱系統之縱向剖面立面圖。
圖3(a)及圖3(b)係具有黏土石墨坯料滑件的本發明之坯料電感應加熱系統之另一實例的替代橫向剖面立面圖，其中該坯料滑件可圍繞滑件之縱向軸旋轉。
圖4係具有黏土石墨坯料滑件的本發明之坯料電感應加熱系統之另一實例的橫向剖面立面圖，其中該黏土石墨坯料滑件呈開端式部分圓柱形外殼形狀。
圖5(a)係透過圖5(b)中之線C-C截取之本發明之坯料電感應加熱系統之另一實例之橫向剖面立面圖，其中每一坯料之黏土石墨坯料滑件移動穿過感應加熱線圈。
圖5(b)係透過圖5(a)中之線D-D截取之圖5(a)中之坯料電感應加熱系統之縱向剖面立面圖，圖5(a)中之該坯料電感應加熱系統具有安置於插入至感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件中之一個坯料；離開感應加熱線圈之後之一個經加熱坯料；及經分段以在於感應加熱線圈中完成坯料之加熱之後進入至感應加熱線圈中之一個坯料。
相關申請案交叉參考
本申請案主張2017年6月7日於印度專利局提出申請之印度專利申請案第201711019983號及2017年7月25日提出申請之美國臨時專利申請案第62/536,638號之優先權及權益，該兩個申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
圖2(a)及圖2(b)中展示利用黏土石墨坯料滑件的本發明之坯料電感應加熱系統10的一項實例。在各圖中，坯料滑件12安置於感應加熱線圈14與坯料滑件之內部通道之間，坯料90穿過該內部通道來以感應方式加熱至目標溫度。感應加熱線圈以適合方式連接至交流電源16，交流電源16以感應方式加熱穿過感應加熱線圈內部通道之坯料。
圖2(a)及圖2(b)中所展示之本發明之實施例中之黏土石墨坯料滑件可呈開端式中空直圓柱體形狀以符合具有類似開口體積內部形狀之感應加熱線圈。
在本發明之替代實施例中，感應加熱線圈可係可被供應以來自一或多個電源供應器之交流電力之任何類型之一或多個單獨感應加熱線圈，包含螺線管感應加熱線圈或通道感應加熱線圈。視情況，感應加熱線圈可(舉例而言)藉由使液體或氣體流動穿過如此項技術中已知之內部通 路而被流體冷卻。
坯料加熱程序可係：連續模式加熱程序，其中坯料以連續穩態(或可變)速度移動穿過感應加熱線圈同時與黏土石墨坯料滑件之內部表面滑動接觸；或漸進模式加熱程序，其中坯料以連續穩態(或可變)速度循序地移動穿過多個感應加熱線圈同時與多個感應加熱線圈中之每一者中之黏土石墨坯料滑件之表面滑動接觸。另一選擇係，坯料加熱程序可係靜態模式加熱程序，其中坯料移動至與黏土石墨坯料滑件之內部表面滑動接觸的感應加熱線圈之內部中至感應加熱線圈中之靜態坯料加熱位置以用於感應加熱至目標溫度，且在到達目標加熱溫度之後將經加熱坯料移動出與黏土石墨滑件之內部表面滑動接觸的感應加熱線圈之內部。
此項技術中已知之適合坯料移動設備可用於沿著穿過感應加熱線圈移動坯料同時與本發明之黏土石墨坯料滑件之內部表面滑動接觸，諸如用於將坯料饋送至黏土石墨坯料滑件之內部表面上之牽引機或運輸機。在本發明之某些實施例中，感應加熱線圈及黏土石墨坯料滑件之軸向長度可足夠長使得複數個坯料可在感應加熱線圈中與外部牽引機或運輸機呈背對背配置地在黏土石墨坯料滑件上滑動，該外部牽引機或運輸機推動複數個背對背坯料在黏土石墨坯料滑件上滑動穿過感應加熱線圈。
較佳地沿著感應加熱線圈及黏土石墨坯料滑件之軸向長度XL提供間隔件環形體積18以將感應加熱線圈之面向內部表面與黏土石墨坯料滑件之面向外部表面分隔開以防止感應加熱線圈之電弧放電或對感應加熱線圈之其他損壞。在提供之情況下，間隔件環形體積可係未經填充空氣體積或填充有電絕緣材料、熱絕緣材料或電及熱絕緣材料(舉例而言，經層壓雲母紙)。在本發明之其他實施例中，可不存在用以將感應加熱線 圈與滑件分隔開之間隔件環形體積；然而電感應坯料加熱系統之較短使用壽命可導致此一配置。
本發明之某些實施例中可提供滑件材料安裝設備以在不拆卸坯料電感應加熱系統之情況下提供磨損黏土石墨坯料滑件之替換。
儘管圖2(a)及圖2(b)中之黏土石墨坯料滑件係呈開端式中空直圓柱體之形狀以符合感應加熱線圈之開口體積內部形狀，但在本發明之其他實例中，黏土石墨坯料滑件之內部表面、外部表面或內部表面與外部表面兩者之形狀可係其他形狀以適應將與黏土石墨坯料滑件之中空內部表面滑動接觸之坯料之形狀或感應加熱線圈之開口內部體積之形狀或者坯料及感應加熱線圈之形狀及性質之組合。舉例而言，在一應用中可提供黏土石墨中空矩形管，其中坯料具有矩形橫向剖面形狀。
較佳地，用於本發明中之坯料滑件之黏土石墨滑件材料之熱傳導應不超過15W/(m‧C)，依據被以感應方式加熱之典型坯料之重量、自電源至感應加熱線圈之所施加輸出頻率及坯料之目標加熱溫度，此(舉例而言)將較佳地但非排他性地需要具有10mm至30mm之範圍中之壁厚度之黏土石墨坯料滑件。若用於坯料滑件之黏土石墨滑件材料並不超過15W/(m‧C)，則黏土石墨坯料滑件亦將在不具有用於坯料電感應加熱系統之額外耐火材料之情況下提供有效熱控制。
表1圖解說明本發明之坯料電感應加熱系統之實例1、2及3相對於先前技術軌道坯料電感應加熱系統之選定改良之一項實例，本發明之坯料電感應加熱系統利用類似於圖2(a)及圖2(b)中之本發明之實施例中之黏土石墨坯料滑件之黏土石墨坯料滑件。
表1
Figure 107118212-A0305-02-0011-1
表1加熱系統及程序參數如下。
直徑、長度及重量係實例性坯料之性質。
線電壓、電流及功率係至(反相器)電源之輸入之電參數，該(反相器)電源將交流電力供應至感應加熱線圈。
輸出電壓、反相器電流及輸出頻率係來自(反相器)電源之輸出之電參數，該(反相器)電源將交流電力供應至感應加熱線圈。
所有實例中所使用之感應加熱線圈(感應電熱器公司，零件編號HFAC000577)係相同的，並且在將實例性坯料加熱至1250℃之目標溫度之情況下，匹配變壓器(具有20：04之比率)及電容器(71.92微法拉)之反相器負載感應加熱線圈係相同的。經加熱坯料之目標溫度係針對特定應 用而定義且可係(舉例而言)經加熱坯料之表面溫度或剖面平均溫度。
在所有實例中，時間/PC係每塊(坯料)所花費之時間且mm/sec係每一實例性坯料行進穿過感應加熱線圈以達成1250℃之目標溫度所以之速度。
利用具有圍繞耐火材料之內圓周彼此間隔開之軌道之雙坯料軌道滑件之先前技術軌道感應加熱系統類似於圖1(d)中所展示之軌道感應加熱系統，惟除軌道定位於耐火材料之內圓周上而非如圖1(d)中部分地嵌入。軌道經由循環水系統內部冷卻。
依據表1中之實例，將瞭解，本發明之具有黏土石墨坯料滑件之坯料電感應加熱系統導致量測為坯料kg/輸入能量kW-小時(kg/kW-hr)之經改良坯料加熱輸入能量，該經改良坯料加熱輸入能量如下計算。在本發明之實例1及先前技術軌道加熱系統中，50mm直徑之坯料重量為4.8kg。在本發明之實例1中，輸入線圈功率為68.667kW，其在80秒內達成1250℃之坯料目標溫度，此導致以下所計算能量消耗
Figure 107118212-A0305-02-0012-4
在先前技術軌道加熱系統中，輸入線圈功率為63.198kW，其在95秒內達成1250℃之坯料目標溫度，此導致以下所計算能量消耗
Figure 107118212-A0305-02-0012-6
因此，比較表1中之本發明實例1與表1中之先前技術實例之能量效率(其中實例性坯料具有相同性質)，與2.88之先前技術實例生產率相比本發明實例1中達成3.15(四捨五入)之顯著生產率，此轉化為本發明之電感應坯料加熱系統相對於先前技術軌道加熱系統之數值為1.094 (3.15/2.88)之經增加生產率之及大約10%之經增加能量效率。
使用本發明之坯料電感應加熱系統，用於加熱坯料之1kW-hr之能量(平均而言)可產生大約3.15kg之經加熱坯料材料(諸如鋼坯料)，相比之下使用先前技術軌道坯料加熱系統產生大約2.88kg之經加熱鋼，此表示使用相同能量消耗經加熱鋼之產量增加大約10%。另外，使用相同感應加熱線圈，與先前技術軌道坯料加熱系統之每kg鋼需要大約0.347kW-hr(1/2.88=0.347kW-hr/kg)相比，本發明之坯料電感應加熱系統需要大約0.317kW-hr來加熱1kg之鋼(1/3.15kW-hr/kg)，此表示大量能量節省及坯料之感應加熱之能量效率之改良。
另外，相對於用於使坯料移動穿過坯料電感應加熱系統之已知先前技術設備，本發明之黏土石墨坯料滑件材料展現經改良磨損特性，此降低坯料感應加熱系統之替換或維修需求。
圖3(a)及圖3(b)中展示本發明之利用黏土石墨坯料滑件之坯料電感應加熱系統20之另一實施例。在此實施例中，可在因移動與黏土石墨坯料滑件之內部表面區域22滑動接觸之坯料而在該內部表面區域上造成規定量之坯料磨耗之後，完成黏土石墨坯料滑件12e之縱向軸向(XL)旋轉。坯料滑件之軸向旋轉將經磨損滑件表面區域22移動出位於黏土石墨坯料滑件之內部表面上的坯料之正常滑動表面路徑，使得坯料滑件之未經磨損內部表面區域23替換經磨損內部表面區域。在圖3(a)中，處於徑向位置P1中之經磨損內部表面區域22藉由黏土石墨坯料滑件12e之90°順時針旋轉而移動至圖3(b)中之徑向位置P2以在穿過本發明之坯料電感應加熱設備中之感應加熱線圈的坯料之正常滑動表面路徑中提供未經磨損內部表面區域。
為最小化在不破壞感應加熱線圈之情況下達成黏土石墨坯料滑件之旋轉所需之所施加力及扭力，在本發明之某些實施例中，感應加熱線圈14之內部導電表面14'與面向線圈的黏土石墨坯料滑件12之外表面12'之間的環形間隔件體積18可填充有雲母紙或展現低摩擦表面粗糙度及滑動面性質之其他電絕緣材料，以給導電線圈繞組及可在不破壞感應加熱線圈之情況下促進黏土石墨坯料滑件之軸向旋轉之旋轉滑動面提供高溫度介電保護。
在其中可在不拆卸坯料電感應加熱系統之情況下替換黏土石墨坯料滑件之本發明之其他實例中，感應加熱線圈14之內部導電表面14'與面向線圈的黏土石墨坯料滑件12之外表面12'之間的環形間隔件體積18可填充有雲母紙或展現低摩擦表面粗糙度及滑動面性質之其他電絕緣材料，以給導電線圈繞組及可促進黏土石墨坯料滑件沿著坯料滑件之軸向長度及感應加熱線圈移動之旋轉滑動面提供高溫介電保護使得可替換黏土石墨坯料滑件可插入至感應加熱線圈中或自感應加熱線圈中移除。
在其中以除一般中空內部圓柱體之外之形狀使用黏土石墨坯料滑件之本發明之某些實施例中(舉例而言，在用於移動長方體工件(坯料)或中空管以及具有非圓柱形一般形狀之工件(坯料)時)，可完成如適合於坯料滑件之形狀之現有黏土石墨坯料滑件之縱向、軸向或以其他方式之旋轉使得選擇坯料滑件之未經磨損區域作為表面，在表面上當坯料移動穿過感應加熱線圈時該坯料與該表面滑動接觸。
圖4圖解說明本發明之另一實施例，其中黏土石墨坯料滑件12a形成為開端式半圓柱形黏土石墨坯料滑件。在本發明之其他實例中，可使用在形狀上大於或小於半(一半)圓柱體之開端式部分圓柱形黏土石墨 坯料滑件，如特定應用可能所需要。
圖5(a)及圖5(b)圖解說明本發明之另一實施例，其中黏土石墨坯料滑件係呈用於每一個別坯料90a(待加熱之下一坯料)、90b(處於加熱之程序中之坯料)及90c(先前經加熱之坯料)之部分(或完全)曝露黏土石墨材料坯料載具之形式，該部分(或完全)曝露黏土石墨材料坯料載具將個別坯料遞送至感應加熱線圈14之內部且在加熱之後將其自感應加熱線圈之內部移除。在此非限制性實例中，每一坯料載具由黏土石墨材料12b之U形縱向長度形成且每一坯料容器之前端及後端由附接至黏土石墨材料之U形縱向長度之相對縱向端之半圓形圓盤12c形成，其中黏土石墨坯料載具更一般而言稱作閉端式部分中空圓柱體。在本發明之此實施例中，黏土石墨坯料載具可藉由安置於本發明之坯料電感應加熱系統之感應加熱線圈中之耐火材料上之黏土石墨坯料載具之滑動而移動穿過感應加熱線圈。
在本發明之某些實施例中，使用具有黏土石墨坯料滑件之直列式(或以其他方式配置之)多線圈電感應加熱系統來在線之出口端產生加熱至目標溫度之坯料。在多線圈系統之線圈中位於線之出口端處或靠近於線之出口端之黏土石墨坯料滑件將經歷比在線圈中位於線之入口端處或靠近線之入口端之黏土石墨坯料滑件更快之坯料磨耗，此乃因隨著坯料自線之入口端至出口端移動穿過線圈，坯料被漸進地加熱至較高溫度，且坯料之表面溫度愈熱，隨著坯料滑動對本發明之黏土石墨坯料滑件之磨耗量愈大。
除至少在感應加熱線圈中在線之出口端處或靠近線之出口端處設置如圖3(a)及圖3(b)中所圖解說明之軸向旋轉黏土石墨坯料滑件之外，亦可在感應加熱線圈中之至少某些感應加熱線圈中設置可替換黏土石 墨坯料滑件，使得在線圈中位於線之出口端處或靠近線之出口端具有比在線圈中位於線之入口端或靠近線之入口端之黏土圖形坯料滑件大之磨損之黏土石墨坯料滑件可週期性地互換以平衡本發明之多線圈電感應加熱系統中之所有坯料滑件之壽命磨損週期。
視情況，在本發明之某些實施例中，黏土石墨坯料滑件可在坯料滑件之內部表面區域上形成有一或多個突出部或異形可變隆起部，坯料在該內部表面區域上滑動接觸以符合坯料形狀或增強在特定應用中之坯料加熱特性。
在本發明之某些實施例中，具有黏土石墨坯料滑件之坯料電感應加熱系統可與熱加工設備組合，該熱加工設備用於熱加工在坯料電感應加熱系統中經加熱之坯料以形成製造物件或經進一步處理以形成製造物件之中間產品。熱加工設備包含但不限於此項技術中已知之用於熱加工在本發明之坯料電感應加熱系統中經加熱之坯料的鍛製、軋製、擠製及拉製設備。
如本文中所使用之術語「黏土石墨」滑件材料較佳地係指坯料滑件材料組成物，其包括：介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)。發現所陳述範圍中之碳提供優越坯料磨耗。
另外，坯料滑件材料組成物亦可含有：痕量氧化物，其較佳地總計不超過6重量%、通常由鐵、硼、鈉及鉀之氧化物形成；鎂、鈷與鉻化合物，其總計不大於2重量%；及元素(自由)矽，其不大於1重量%。
具有適合於特定電感應坯料加熱系統應用之形狀之黏土石墨坯料滑件材料可(舉例而言)在擠製或射出成型程序中由坯料滑件材料組成物生產。
在上文之說明中，出於闡釋目的，已陳述眾多具體要求及數個具體細節以便提供對實例及實施例之透徹理解。然而，熟習此項技術者將瞭解，可在不具有此等具體細節中之某些細節之情況下實踐一或多項其他實例或實施例。提供所闡述之特定實施例並非限制本發明而是圖解說明本發明。
在本說明書通篇中對「一項實例或實施例」「實例或實施例」、「一或多項實例或實施例」或「不同實例或實施例」之提及(舉例而言)意指可包含於本發明之實踐中之特定特徵。在說明中，出於簡化揭示內容及輔助理解各種發明性態樣之目的有時將各種特徵一起分群於單個實例、實施例、圖或其說明中。
已就較佳實例及實施例而言闡述本發明。除明確陳述之彼等較佳實例及實施例之外，等效形式、替代形式及修改形式係可能的且歸屬於本發明之範疇中。
10:坯料電感應加熱系統
12:坯料滑件/黏土石墨坯料滑件
14:感應加熱線圈
16:交流電源
18:環形間隔件體積
90:圓柱形坯料/坯料
A-A:線
XL:軸向長度/縱向軸向

Claims (18)

  1. 一種黏土石墨坯料滑件，其用於使坯料移動穿過用交流電供應之至少一個感應加熱線圈，其中該坯料在移動穿過該至少一個感應加熱線圈時安座於該黏土石墨坯料滑件上，並與該黏土石墨坯料滑件滑動接觸，該黏土石墨坯料滑件包括至少具有以下各項之滑件組成物：介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)。
  2. 如請求項1之黏土石墨坯料滑件，其中該黏土石墨坯料滑件包括安置於該至少一個感應加熱線圈中之開端式中空圓柱體、開端式部分圓柱體或開端式中空矩形管。
  3. 如請求項1之黏土石墨坯料滑件，其中該至少一個感應加熱線圈包括螺線管感應加熱線圈，且該黏土石墨坯料滑件包括安置於該至少一個感應加熱線圈中之開端式中空圓柱體、開端式部分圓柱體或開端式中空矩形管。
  4. 如請求項1之黏土石墨坯料滑件，其中該滑件組成物進一步包括：一或多種氧化物，其總計不超過該滑件組成物之6重量%、較佳地選自鐵、硼、鈉及鉀之氧化物；一或多種鎂、鈷與鉻化合物，其總計不超過該滑件 組成物之2重量%；及元素矽，其不超過該滑件組成物之1重量%。
  5. 一種無軌坯料電感應加熱系統，其包括：至少一個感應加熱線圈；至少一個交流電源，其連接至該至少一個感應加熱線圈；及黏土石墨坯料滑件，其安置於該至少一個感應加熱線圈中之每一者中，該黏土石墨坯料滑件由至少具有以下各項之滑件組成物形成：介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)；該黏土石墨坯料滑件與該至少一個感應加熱線圈電隔離，該黏土石墨坯料滑件之內部表面區域形成坯料滑件表面以用於使安座於該黏土石墨坯料滑件之該內部表面區域上之坯料移動穿過該至少一個感應加熱線圈以靜態或連續地將該坯料加熱至目標溫度。
  6. 如請求項5之無軌坯料電感應加熱系統，其中該滑件組成物進一步包括：一或多種氧化物，其總計不超過該滑件組成物之6重量%、較佳地選自鐵、硼、鈉及鉀之氧化物；一或多種鎂、鈷與鉻化合物，其總計不超過該滑件組成物之2重量%；及元素矽，其不超過該滑件組成物之1重量%。
  7. 如請求項5或6之無軌坯料電感應加熱系統，其中在該至少一個感應加熱線圈之面向滑件表面與該黏土石墨坯料滑件之面向線圈表面之間設置 有環形間隔件體積。
  8. 如請求項7之無軌坯料電感應加熱系統，其進一步在該環形間隔件體積中包括滑動面材料以用於在不移動該至少一個感應加熱線圈之情況下使該黏土石墨坯料滑件圍繞該黏土石墨坯料滑件之軸向縱向軸旋轉。
  9. 如請求項7之無軌坯料電感應加熱系統，其進一步在該環形間隔件體積中包括滑動面材料以用於插入或移除安置於該至少一個感應加熱線圈中之該黏土石墨坯料滑件，或在該環形間隔件體積中包括滑動面材料以用於在不移動該至少一個感應加熱線圈之情況下使該黏土石墨坯料滑件圍繞該黏土石墨坯料滑件之軸向縱向軸旋轉。
  10. 如請求項7之無軌坯料電感應加熱系統，其中該至少一個感應加熱線圈包括直列式多線圈感應加熱系統中之複數個感應加熱線圈，且該複數個感應加熱線圈中之每一者中之該黏土石墨坯料滑件進一步在該環形間隔件體積中包括滑動面材料以用於使該黏土石墨坯料滑件圍繞其軸向縱向軸旋轉，或在該環形間隔件體積中包括該滑動面材料以用於插入或移除安置於該複數個感應加熱線圈中之每一者中之該黏土石墨坯料滑件。
  11. 如請求項5或6之無軌坯料電感應加熱系統，其中該黏土石墨坯料滑件在該至少一個感應加熱線圈與該黏土石墨坯料滑件之間提供熱絕緣。
  12. 如請求項11之無軌坯料電感應加熱系統，其中該滑件組成物具有不 超過15W/m‧C之熱傳導值。
  13. 一種熱加工程序系統，其包括：無軌坯料電感應加熱系統，其包括：至少一個感應加熱線圈；至少一個交流電源，其連接至該至少一個感應加熱線圈；及黏土石墨坯料滑件，其安置於該至少一個感應加熱線圈中之每一者中，該黏土石墨坯料滑件由至少具有以下各項之滑件組成物形成：介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)；該黏土石墨坯料滑件與該至少一個感應加熱線圈電隔離，該黏土石墨坯料滑件之內部表面區域形成坯料滑件表面以用於使安座於該黏土石墨坯料滑件之該內部表面區域上之坯料移動穿過該至少一個感應加熱線圈以靜態或連續地將該坯料加熱至目標熱加工溫度以在自該至少一個感應加熱線圈之出口處形成經加熱坯料；及熱加工設備，其用於接納該經加熱坯料以形成經熱加工製造物件。
  14. 如請求項13之熱加工程序系統，其中該熱加工設備包括熱鍛製設備。
  15. 一種形成坯料電感應加熱系統之方法，該方法包括：提供至少一個感應加熱線圈，該至少一個感應線圈連接至至少一個交流電源；由至少具有以下各項之組成物形成至少一個黏土石墨坯料滑件：介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)；將該至少一個黏土石墨坯料滑件中之每一者插入該至少一個感應加熱線圈中之每一者中，該至少一個黏土石墨坯料滑件中之每一者具有具內部滑件表面之內部坯料貫通開口以用於使安座於該內部滑件表面上之坯料滑動穿過該至少一個感應加熱線圈；及使該至少一個黏土石墨坯料滑件中之每一者與該至少一個黏土石墨坯料滑件插入於其中的該至少一個感應加熱線圈電隔離。
  16. 如請求項15之方法，其進一步由以下各項形成該組成物：一或多種氧化物，其總計不超過該滑件組成物之6重量%、較佳地選自鐵、硼、鈉及鉀之氧化物；一或多種鎂、鈷與鉻化合物，其總計不超過2重量%；及元素矽，其不超過該滑件組成物之1重量%。
  17. 一種對坯料進行熱加工將其加熱至熱加工目標溫度之方法，該方法包括：由至少具有以下各項之組成物形成至少一個黏土石墨坯料滑件： 介於30重量%至40重量%之間的碳(C)；介於8重量%至12重量%之間的碳化矽(SiC)；介於15重量%至25重量%之間的二氧化矽(SiO2)；及介於10重量%至20重量%之間的氧化鋁(Al2O3)；透過安置於用交流電供應之至少一個感應加熱線圈中之黏土石墨坯料滑件、藉由使該坯料在該黏土石墨坯料滑件之內部表面上自該至少一個感應加熱線圈之入口滑動來移動該坯料，同時將穿過該至少一個感應加熱線圈之該坯料靜態或連續地感應加熱至該熱加工目標溫度以在該至少一個感應加熱線圈之出口處形成經加熱坯料；將該經加熱坯料自該至少一個感應加熱線圈之該出口轉遞至熱加工設備；及在該熱加工設備中熱加工該經加熱坯料以形成製造物件。
  18. 如請求項17之方法，其中該熱加工設備包括熱鍛製設備。
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