感应加热设备制造技术

一种感应加热设备，用来控制加热金属板时的温度分布，不管所述金属板是否厚度很小、是磁性还是非磁性的，并且能够应对所述金属板的宽度变化或所述金属板的曲折移动。所述设备通过感应加热来对金属板１进行加热，所述金属板穿过感应线圈２的内部，其中，在所述导体在所述金属板１上的垂直投影图像中，作为所述感应线圈一部分的所述导体２ａ和２ｂ被安置在所述金属板１的前表面一侧和后表面一侧，在所述前表面一侧和在所述后表面一侧的所述导体２ａ和２ｂ设置为使其在所述金属板１的长度方向上彼此偏移，在所述金属板１的前表面一侧的所述导体２ａ和在所述金属板１的后表面一侧的所述导体２ｂ中的至少一个导体的边缘部分是倾斜的或者弯曲的，并且磁芯１０被安置在所述感应线圈２的外侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及到一种用于钢板以及有色金属(non-ferrous metals )板(诸 如铝)的感应加热设备。具体说，本专利技术涉及到一种感应加热设备，该设 备用来对金属板进行高效的加热，不管所述金属板是薄板还是厚板，甚至 可以处在非磁性状态中，同时抑制过热发生，并精确地控制所述金属板边 缘部分的温度。
技术介绍
使用高频电流对金属进行感应加热已经被广泛地运用于热处理(诸如 硬化等)中。感应加热用来在生产薄金属板和有色金属板(诸如钢板和铝 板)时控制金属的质量、以及用来通过提高加热速度(rate of heating)来 提高产率和用来自由地调节产量。感应加热已经用来替代常规的利用气体 或电能进行的间接加热。金属板的感应加热可以大致分成两种系统。 一种系统是被称作LF (longitudinal flux heating,纵向磁通加热)系统的感应加热系统，其中， 在环绕所述金属板的感应线圏中有高频电流流动，所产生的磁通沿所迷金 属板的纵长方向穿过所述金属板，从而在所述金属板的截面内感应出电流， 以加热所述金属板。另 一种系统是TF (transverse flux heating,才黄向磁通 加热)系统，其中，金属板^C置于缠有初级线圏被称作感应体(inductors) 的磁性材料之间，通过所述初级线圏中的电流的流动而产生的磁通可以穿 过所述感应体，使得在所述感应体之间的磁通横向穿过所述金属板，从而 在所述金属板平面内感应出电流，由此对所述金属板进行感应加热。由LF系统进行的感应加热在温度分布上具有很好的均匀性。然而，感应电流在所述金属板的截面内循环流动，当所述金属板厚度较小时，由 于电流穿透深度的缘故，除非提高电源的频率，否则不会感应出电流。另 外，厚度较小的非磁性材料以及磁性材料在温度超过其居里点时不能被加 热，因为电流的穿透深度增加了。另一方面，由TF系统进行的感应加热有这样一个特征，即，不管金 属板是磁性板还是非磁性板，都能对其进行加热，因为磁通穿过所述金属 板平面。另外，使用具有低磁阻的感应体可以降低磁通泄漏并将所述磁通 集中在与所述金属板的前表面和后表面相面对的感应体之间，使加热的效率提高。然而，存在的一个问题是，温度分布趋向于不太均匀。另外，如果所 述金属板没有位于相对的感应体之间的中心处，那么，如果是磁性板就会 被某个感应体吸引，于是温度趋向于进一步发生偏差。此外，由TF系统进行感应加热所产生的缺点是，比如，4艮难改变金 属板的宽度，并且倘若金属板在连续的加工流水线上曲折前进的话，操控 所述金属板会变得很难。为了解决这些问题，JP-A-2002-43042提出了单匝线圏，这些线圈沿移 动方向以偏移的方式位于一条带的前表面和后表面上。此外，JP-A-2002-151245提出一种具有菱形形状的感应线圏，其中， 与要被加热的材料相面对的感应加热线圈具有弯曲的长轴。在JP-A-2005-209608中，本专利技术人提出了 一种感应线圏，该线圈环绕 金属板并沿移动方向发生偏移。
技术实现思路
图1是一个示意图，显示了由常规LF系统进行的感应加热。要,i^口 热的金属板l由感应线圈2环绕，而感应线圏2与高频电源3相连。当初 级电流5流动时，磁通4穿过金属板l的内部，并且环绕着磁通4感应出 电流。金属板l由所述感应电流进行加热。图2是一个示意截面图，显示 了在金属板l的截面中感应出电流的状态。穿过金属板1的磁通4在金属板1的截面内沿着与在感应线圏2中流 动的初级电流5相反的方向感应出电流6。感应电流6集中在从金属板1 的表面算起深度为公式(1)所表示的电流穿透深度5的范围内，mm]=5.03 x 10+5 ( p /|i rf)05 (1)其中，p:电阻率， 相对磁导率[-，f:加热频率[Hz。感应电流6在所述金属板的前表面和后表面沿相反的方向流动，如图 2所示。如果电流穿透深度5增加，那么，所述金属板的前表面和后表面 中的感应电流会彼此抵消，于是，在所述金属板的截面内没有电流流动。所述金属的电阻率p随着温度的增加而增加，所以5就随着温度的增 加而增加。此外，在铁磁材料和顺磁材料中，当温度升高并接近居里点时， ILir会下降，而当温度超过居里点时，jar变为l。非磁性材料也有pr，其值为1。如果nr变小，那么，对于非磁性材 料以及对于在快至居里点到超过居里点这个温度区内的磁性材料，根据公 式(l)，电流穿透深度5会增加。于是，就不能对要加热的厚度较小的材 料进行加热。当加热频率为10。所以，为了使所述金属板中所产生的前表面电流和后表面电流不会相 互抵消，所述金属板的厚度不能小于10[mm。此外，需要约15[mm的厚 度以便能有效地由电流将功率引入金属板中。通常，热处理被用于具有各种厚度的金属板，从厚度为十几微米的薄 板(诸如箔)到厚度超过100mm的厚板。例如，用于汽车和电器的钢板是典型的大量使用的金属板，在许多情 形中，在进行了冷轧之后，其厚度不大于约3[mml，具体说，不大于2[mmj。为了利用LF系统对这些材料进行加热，必须将加热频率增加到不低于几 百[KHz。然而，制造大容量和高频率电源的硬件受到了限制。在许多情 形中，很难在工业范围内实现使用这样高频的系统。JP-A-2002-43042中的方法被认为是一种TF系统，其中，感应线圏被 置于所述金属板的上下方。在所述金属板移动的方向上交替产生磁通。由 于上下线圏发生了偏移，所以会交替出现这样的区域，即，上下线圈所产 生的磁通彼此抵消的区域和磁通斜着横向穿过所述带的区域，这样就可以 防止磁通的集中。因此，所述方法可以减小常规TF系统的内在问题，即磁通集中在边 缘区域，导致边缘过热。然而，仍然存在一个问题，即存在磁通彼此抵消 的区域，并且由于是单匝，线圈中的电流必须很大才能将功率引入所述带 中并增加场的强度。此外，由于所述线圈中铜损的增加，效率会下降。为了提高效率，如在JP-A-2002-43042的实施例中所提到的，必须使 所述上下单匝线圈靠近所述带。然而，由于在所述单匝线圏之间移动的所 述带其形状有变化，或者会发生振动，所以当所述带移动时很难在很大的 宽度和很长的区域上对所述带进行加热。才艮据JP-A-2002-151245中的方法，在金属的传送方向上，提供的感应 加热线圏在宽度方向的中心处具有最大的扩张部分，以便与所述金属的表 面相面对，并且在所述金属材料的传送方向上，各所述线圈的宽度之和基 本上保持恒定。根据这种方法，所述金属材料由面对着所述金属材料的感 应线圏所泄漏出来的磁通进行加热。如果到所述感应线圈的距离增加，那 么，不能保iiW兹通会穿过所述金属。另外，除非使所述金属靠近所述感应 线圈，否则不能对所述金属进行加热。如果所述金属的形状不好并且到所 述感应线圏的距离有变化，那么，温度会出现很大的偏差。此外，所述感应线圏具有菱形形状，使得其宽度在移动方向上基本上 保持恒定。然而，所述菱形形状不能随所述金属板的宽度的变化而变化。 尽管提供了转动机构，但当转动机构转动时在所述移动方向上加热时间是 不同的，所以，温度不能保持均匀。在工业上，4艮难为有大电流流动的加热设备提供转动机构。上述两个专利文献中，没有一个专利文献是用于在闭环(其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种感应加热设备，用来对移动穿过环绕的感应线圈的内部的金属板进行加热，其中，在所述导体在所述金属板上的垂直投影图像中，作为所述感应线圈一部分的各所述导体被安置在所述金属板的前表面一侧和后表面一侧，在所述前表面一侧的所述导体和在所述后表面一侧的所述导体设置为在所述金属板宽度方向上的所述金属板中心部分处沿所述金属板的长度方向彼此不重叠；　在所述前表面一侧和所述后表面一侧中的至少一侧的所述导体设置为相对于所述金属板的宽度方向发生倾斜，或者，所述前表面一侧和所述后表面一侧的所述 导体设置为在所述金属板宽度方向上的所述金属板的至少一个边缘部分处沿所述金属板的长度方向在垂直投影图像中至少是部分重叠的；以及　磁芯被设置为从所述所述金属板的前表面一侧跨过所述金属板的边缘部分到所述金属板的后表面一侧，处于被倾斜安置的所 述导体的外侧，或者处于连接所述导体的中心部分和所述导体的边缘部分的那部分导体的外侧，其中所述导体设置为在所述垂直投影图像中彼此至少是部分重叠的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：广田芳明，
申请(专利权)人：新日本制铁株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]