感应加热线圈和使用感应加热线圈的感应加热设备制造技术

一种感应加热线圈和使用它的感应加热设备，感应加热线圈通过环绕多个传送辊上并被传送的热轧钢等类似被加热体实施高频感应加热（移动中加热）。感应加热线圈２中，第一线圈段１３是在沿线圈轴线Ｓ的一个方向（即箭头α方向）移动中以螺旋方式缠绕成的，第二线圈段１４与第一线圈段的一个终点（转折点１８）相连，是在沿线圈轴线Ｓ的另一个方向（箭头β方向）移动中返回缠绕成的，两个线圈段相结合构成了不相接触状态下的重叠。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种感应加热线圈和使用这种感应加热线圈的感应加热设备。将这种感应加热线圈环绕在置于多个传送辊上并随之移动的热轧钢件或类似被加热体上，便可以实施对这些被加热体的高频感应加热(即移动过程中的加热)。在诸如小型电炉车间的热线圈生产线上，使用高功率高频电能的高频感应加热工艺方法已经广泛且普遍应用于加热连续铸造的薄板坯(一种热轧钢板)。图8和图9显示的是通常在连续生产线上使用的加热薄板坯的感应加热设备(20)。这种设备的构成中有一部分专用来在移动条件下对薄板坯(21)进行感应加热处理(在运动过程中的高频加热处理)，而这种薄板坯(21)是在一个连续铸造装置(图中未显示)中经连续铸造后传送至加热装置的。如图8和图9所示，这种感应加热设备(20)由以下装置组成沿指定传送路线以一定间隔排列的多个钢质传送辊(23)，固定排列在相邻两个传送辊(23)之间的螺线管式感应加热线圈(22)，为感应加热线圈(22)提供高频电能的高频电源(24)。上述用作加热装置的感应加热线圈(22)是一个以螺旋方式多匝缠绕成的螺线管式线圈。具体说到图8～附图说明图10中所示的感应加热线圈(22)，则是单匝重复结构，每匝由4段组成位于下部的底绕组段(22a)，自底绕组段(22a)一端折向上方的侧绕组段(22b)，与侧绕组段(22b)上端相连的上绕组段(22c)和自上绕组段(22c)一端折向下方的侧绕组段(22d)。如此，将薄板坯(21)置于多个传送辊(23)之上传送，它就将穿过螺线管式感应加热线圈(22)的中空部分(即由线圈环绕的部分)。再具体说，将不断来自图中未显示的连续铸造装置的薄板坯(21)置于多个同向等速旋转的传送辊(23)上，就可以使它向预定的方向(即图8～9中箭头(x)指示的方向)移动，这时，将来自高频电源(24)的高频电能介助感应加热线圈(22)作用于欲处理的部件-薄板坯(21)上，便可以在移动过程中将薄板坯(21)用高频感应加热方式加热到预定的温度。在这种情况下，视薄板坯(21)的类别来控制传送速度、传送辊的旋转速度和来自高频电源(24)的高频电能，并以此控制薄板坯(21)的加热温度。为了使1～1.4米宽、20～30毫米厚的薄板坯-欲加热被加热体-的上、下表面均能得到有效的加热，感应加热线圈(22)的开口(25)形状，即在线圈轴线(S1)垂直面上的线圈外廓形状应呈矩形，开口(25)的面积要确定在必要的最小限度，而且应使感应加热线圈(22)的轴线(S1)与薄板坯(21)的轴线(S2)基本对齐(见图9)。感应加热线圈(22)由高频电源(24)启动，高频电源(24)的频率定在5～6千赫兹，因此感应电流的侵彻深度不会超过薄板坯(21)厚度的1/2。由感应加热线圈(22)产生的电磁场在薄板坯(21)内形成一个涡流，设此涡流为I，薄板坯(21)的电阻为R，便会产生焦耳热I2R，进而使薄板坯(21)的温度升高。使用功率更高的加热电源可以更有效地提高车间的生产效率和缩短生产线，所以，如果使用1000～2000千瓦的高功率高频电源(24)，即当前技术所能达到的最高级别的电源，并沿薄板坯传送方向上串联排列一套、数套至十套甚至十套以上感应加热线圈(22)，便构成了一条加热生产线。但是，感应加热线圈(22)除了生成与线圈轴线(S1)平行的用于加热被加热体的有效磁通量外，还会生成一种强度不大但又不能忽略不计的、有害的离心磁通量，它通常是由于在沿轴线(S1)移动时以螺旋方式缠绕成的线圈绕组而引发的，此线圈绕组即是螺线管式感应加热线圈(22)在预定的超前角(θ)处缠绕成的(见图10)，在此情况下，超前角是由线圈轴线(S1)的垂直线(S3)(此线的方向与线圈和薄板坯(21)二者的横宽方向一致)与感应加热线圈(22)的上绕组段(22c)之间构成的夹角(见图10)。设此超前角为θ，则cosθ是有效作用分量，而sinθ则是产生离心磁通量的分量。例如，感应加热线圈(22)的开口(25)尺寸是1600毫米×110毫米，深度280毫米，而绕组材料为50毫米×30毫米的铜管，则超前角(θ)大约为1°。图11所示是经缠绕而成如此超前角(θ)的感应加热线圈(22)产生的电磁感应在薄板坯(21)上表面形成的感应电流分量。图中，在薄板坯(21)上表面及其附近有沿上绕组段(22c)方向流动的感应电流i0，这时便产生一个有效作用于感应加热薄板坯(21)的并沿其横向流动的感应电流分量i1＝i0cosθ，另一方面还产生一个不利于感应加热薄板坯(21)的并沿其轴线(S2)方向(或沿感应加热线圈(22)轴线(S1)方向)流动的感应电流分量i2＝i0sinθ。这就是说，如果出现离心磁通量，就会产生沿薄板坯(21)轴向(S2)流动的感应电流分量i2(见图8和图11)。如果沿薄板坯(21)轴向(S2)流动的感应电流分量i2是这样产生的，则图8中虚线所示的轴向电流i2就会穿过位于相对感应加热线圈(22)的薄板坯运行方向下行线一侧的传送辊(23b)和地线(G)，到达位于相对感应加热线圈(22)的薄板坯运行方向上行线一侧的传送辊(23a)，再返回到薄板坯(21)，即轴向电流i2是在此环路内循环的一种循环电流。由于这种循环电流的作用，结果是在薄板坯(21)和传送辊(23a)之间及薄板坯(21)和传送辊(23b)之间产生了电火花(电弧)，导致与传送辊(23a和23b)相接触的薄板坯(21)的下表面，特别是此下表面的侧边缘部位，因受电火花产生的高温作用而严重损坏，传送辊(23a和23b)的表面也遭到电解质的腐蚀。即使当图10所示的线圈绕组相对薄板坯(21)横宽方向的机械超前角是0°时，取决于绕组结构的线圈绕组超前角也不会是0°，这是因为，对单层、多匝螺线管式线圈来说，始终存在与深度大小相应的轴向电流分量。因此，为防止出现上述轴向电流i2，为防止薄板坯(21)受损和被电解质腐蚀，在最普通的防护措施中通常采用的方法是将多个传送辊(23)与地线(地电势)绝缘。然而，这种方法的一个问题是每个传送辊(23)都要进行绝缘，势必使全套设备结构复杂且造价昂贵。另一个方法是用陶瓷材料制作传送辊(23)，可是，这种陶瓷传送辊不仅造价高，而且容易破碎或开裂，又导致出现了耐用性差的问题。此外，还试用了其他防护措施和多种方法，诸如在不锈钢传送辊表面涂一层陶瓷涂料的传送辊(23)，或使支撑传送辊(23)转轴的底架与地线绝缘，等等。然而，所有这些方法相对全套设备的制作难易程序、造价和使用耐久性来说都没有取得满意的结果。除此之外，防止出现轴向电流i2的另一种常用措施是间或使用的这样一种方法，即如图9所示，将一个用多层硅钢片制成的铁芯(30)置于感应加热线圈(22)外围，以此铁芯(30)全部或部分地阻挡线圈(22)外围形成的磁通路。在这种情况下，硅钢片平面的走向必须与线圈轴线(S1)方向上的磁通量走向相平行，只有如此，与线圈轴线(S1)方向垂直的磁通量才能被铁芯(30)阻挡住。可是，这种方法同样不理想，因为用来冷却和支撑铁芯(30)的结构异常复杂，制作困难，造价高昂，特别是在使用高功率电能时更是如此。鉴于现有技术的上述实际情况，研究出了本项专利技术，其目的之一就是提供一种感应加热线圈，它专利技术一种感应加热线圈的缠绕方法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应加热线圈，通过环绕被加热体而对被加热体实施感应加热，其特点在于这种感应加热线圈是由两个线圈段组成的，第一线圈段是在沿线圈轴线的一个方向的移动台以螺旋方式缠绕成的，第二线圈段与第一线圈段的终点相连，是在沿线圈线的另一个方向的移动中返回缠绕成的，两个线圈段相结合构成了不相接触状态下的重叠。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊能日出男，小村季孝，藤泽高志，渕上洋行，
申请(专利权)人：电气兴业株式会社，中外炉工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]