一種連續(xù)加熱裝置的感應器的制作方法

本發(fā)明涉及導電材料加熱或補熱用的感應加熱裝置，尤其涉及一種連續(xù)加熱裝置的感應器，適用于金屬材料的熱處理技術。

背景技術：

利用電磁感應加熱能對金屬材料或者板材進行連續(xù)加熱或者補熱的技術，不僅能在生產上控制金屬板材的長度，而且連續(xù)在線快速加熱對金屬材料組織性能的轉變具有重要影響，是獲得金屬材料最終性能的關鍵技術。

根據(jù)磁路不同，感應器根據(jù)磁場形式可以分為：橫向磁場和縱向磁場感應器。橫向磁場的感應器，多采用空心螺線管線圈的感應器，如日本專利jp2004074277a、jp2002226912a、jp2003082412a和中國專利cn200810196998中應用的均為空心螺旋形線圈的感應器，主要原因為空心螺線管線圈在結構設計及制作上較為簡單。但空心螺線管線圈的感應器，由于僅由空心螺線管線圈繞制而成，其激發(fā)的磁力線是發(fā)散的，非工作面漏磁較大，磁場利用率不高，從而導致能源利用率不高，造成的電能浪費很大。因而其加熱效率低，在大功率加熱場合下的應用受限。同時，現(xiàn)也有感應器通過磁屏蔽裝置減少非工作面的磁感應強度，但磁屏蔽裝置多采用高導電材料(如銅質材料)制成，在大功率加熱設備上，磁屏蔽裝置自身的冷卻、散熱問題較為復雜，且磁屏蔽裝置上過多消耗的焦耳熱對能源的有效利用極為不利，故同樣無法適用于大功率的加熱場合下。因此，有必要設計一種適用于大功率加熱環(huán)境下的感應器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種連續(xù)加熱裝置的感應器，極大地提高了感應加熱裝置的磁場利用率和產品應用范圍。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種所述連續(xù)加熱裝置的感應器，包括磁芯、線圈和聚磁保溫罩；其中磁芯設置在線圈外側，聚磁保溫罩設置在線圈兩端；被加熱的金屬材料從線圈中間連續(xù)運動通過，通過的同時被加熱。

本發(fā)明中磁芯的工作原理是通過導磁性較強的物質把感應器非工作面的磁力線聚集起來，基于磁力線必須是閉合曲線的原理，讓它們穿透工作面而閉合，從而減少非工作面磁感應強度。

所述聚磁保溫罩為一種摻雜導磁物質和耐火材料的復合材料，具有聚磁和保溫的作用。進一步地，為提高磁場利用率,磁芯與線圈表層之間的間距控制在5mm-10mm。

進一步地，所述磁芯由高導磁片與高導熱率冷卻片疊放組成；其中高導磁片與高導熱率冷卻片的疊放比例為1:9；高導磁片的磁導率μ＞2×104h/m，高導熱率冷卻片的熱導率λ＞397w/(m·℃)。

進一步地，所述線圈的形狀根據(jù)工業(yè)應用中被加熱金屬材料的形狀進行設計，可以是圓形、正方形、長方形或者異形等，以提高磁場利用率；

所述高導磁片和高導熱率冷卻片的形狀和大小一致，磁芯整體呈筒狀，形狀與線圈匹配，包圍在線圈外側；兩個聚磁保溫罩分別罩在在磁芯兩端；聚磁保溫罩中間留有供被加熱的金屬材料通過的開孔。

進一步地，所述高導熱率冷卻片為空心夾層結構，空腔內通有冷卻水。由于感應器的加熱功率較大，磁芯需要考慮冷卻，本發(fā)明通過在高導磁片里面疊加高導熱率冷卻片，且將高導熱率冷卻片做成空心內水冷結構，由冷卻水帶走磁芯的熱量，進行冷卻。

進一步地，所述連續(xù)加熱裝置的感應器，還包括耐火保溫筒；耐火保溫筒設置在被加熱的金屬材料和線圈之間，用于保溫及隔離金屬材料對線圈的熱輻射。

所述耐火保溫筒為一種耐火度不低于1600度，具有一定強度、耐高溫和潮濕度的無機非金屬材料。

進一步地，高導磁片之間、高導熱率冷卻片之間、高導磁片與高導熱率冷卻片之間以及磁芯外側絕緣。

進一步地，所述線圈為一組或幾組繞成的空心螺旋管狀線圈。

進一步地，所述線圈的冷卻結構，采用內水冷結構或外水冷結構；

所述內水冷結構，是通過在銅管內部通以冷卻水，銅管繞制繞制成跟被加熱金屬材料最為貼近的形狀如圓形、正方形、長方形或者異形等，并形成一個線包，此結構中所述線圈就是由該通以冷卻水的銅管繞制而成的。

所述外水冷結構，是線圈直接浸泡在冷卻水中。

進一步地，所述線圈內通有大功率、高頻的交變電流；交變電流的功率和頻率根據(jù)不同工況及加熱的溫度要求確定，功率在1～100mw之間，頻率在1000—30000hz之間。

進一步地，所述線圈的匝與匝之間的間距d≥5mm，以保證線圈的匝與匝之間絕緣。

有益效果：

大功率感應加熱裝置是獲得高性能金屬材料組織的重要手段，在一些連鑄連軋生產過程中必須使用大功率感應加熱裝置。而如何提高感應裝置的功率因數(shù)及加熱效率，是提高設備利用率、節(jié)約能源的有效手段。

本發(fā)明用于工業(yè)上金屬或者金屬板材的連續(xù)加熱，通過改變感應加熱裝置內部的電磁感應器結構，充分利用了感應器內的內部空間，設計了帶磁芯連續(xù)加熱裝置的感應器，改變了磁力線在空間中的走向，實現(xiàn)了最終在同樣輸入電流(輸入功率)的條件下，使用過程中在金屬材料內產生的磁感應強度更大，從而提高金屬材料內的焦耳熱，提高了系統(tǒng)的加熱效率，降低了電能損耗，這對于在冶煉過程中必須投入大功率感應加熱裝置的生產線來說，長時間使用大大節(jié)約了生產成本，也大大減少了鋼鐵企業(yè)的碳排放量，對環(huán)境保護具有積極的意義。

本電磁感應器結構簡單，便于實際加工、制造和實施難度不大，設備安裝、更換方便，有利于推廣使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明感應器的示意圖；圖1(a)～圖1(d)分別為圓形坯、方形坯、異形坯、板坯或板帶的感應器的結構；

圖2是本發(fā)明磁芯的結構示意圖；圖2(a)～圖2(d)分別為圓形坯、方形坯、異形坯、板坯或板帶的感應器中的磁芯結構；

圖3是本發(fā)明線圈的結構示意圖；圖3(a)～圖3(d)分別為圓形坯、方形坯、異形坯、板坯或板帶的感應器中的線圈結構；

圖4是無磁芯和有磁芯感應器在工作狀態(tài)磁力線分布圖；圖4(a)和圖4(b)分別為無磁芯和有磁芯感應器在工作狀態(tài)磁力線分布圖；

圖5是有無磁芯和有磁芯感應器工作腔內磁感應強度大小曲線；

附圖標記說明：1—磁芯；2-線圈；3-聚磁保溫罩；4-被加熱金屬；5-磁力線。

具體實施方式

參見圖1，本發(fā)明公開的連續(xù)加熱裝置的感應器示意圖，包括磁芯、線圈和聚磁保溫罩；其中磁芯設置在線圈外側，聚磁保溫罩設置在線圈兩端；被加熱的金屬材料從線圈中間連續(xù)運動通過，通過的同時被加熱。

圖1(a)與(b)中感應器設計成圓形或者方形的形狀，比較適用于方圓坯棒材的連續(xù)感應加熱，圖1(c)感應器適用于重軌異形坯的加熱，圖1(d)適合板坯或板帶的加熱，是目前普遍需要的感應器結構形式。

所述磁芯由高導磁片與高導熱率冷卻片疊放組成；其中高導磁片與高導熱率冷卻片的疊放比例為1:9；高導磁片的磁導率μ＞2×104h/m，高導熱率冷卻片的熱導率λ＞397w/(m·℃)。

所述線圈的形狀根據(jù)工業(yè)應用中被加熱金屬材料的形狀進行設計，可以是圓形、正方形、長方形或者異形等任意形狀，以提高磁場利用率；圖3為與圖1感應器相應的線圈結構示意圖；

所述高導磁片和高導熱率冷卻片的形狀和大小一致，磁芯整體呈筒狀，形狀與線圈匹配，包圍在線圈外側，兩端設置有聚磁保溫罩。圖2為與圖1感應器相應的磁芯

磁芯與線圈間距越小，線圈的漏磁就越小，磁場的利用率及可利用的焦耳熱就越大。本發(fā)明將磁芯與線圈表層之間的間距控制在5mm-10mm，較為貼合線圈間距。進一步地，所述高導熱率冷卻片為空心夾層結構，空腔內通有冷卻水。由于感應器的加熱功率較大，磁芯需要考慮冷卻，本發(fā)明通過在高導磁片里面疊加高導熱率冷卻片，且將高導熱率冷卻片做成空心內水冷結構，由冷卻水帶走磁芯的熱量，進行冷卻。

所述連續(xù)加熱裝置的感應器，還包括耐火保溫筒；耐火保溫筒設置在被加熱的金屬材料和線圈之間，用于保溫及隔離金屬材料對線圈的熱輻射。

所述耐火保溫筒為一種耐火度不低于1600度，具有一定強度、耐高溫和潮濕度的無機非金屬材料。

高導磁片之間、高導熱率冷卻片之間、高導磁片與高導熱率冷卻片之間以及磁芯外側絕緣。

所述線圈為一組或幾組繞成的空心螺旋管狀線圈。

所述線圈的冷卻結構，采用內水冷結構或外水冷結構；

所述內水冷結構，是通過在銅管內部通以冷卻水，銅管繞制成跟被加熱金屬材料最為貼近的形狀如圓形、正方形、長方形或者異形等，并形成一個線包，此結構中所述線圈就是由該通以冷卻水的銅管繞制而成的。

所述外水冷結構，是線圈直接浸泡在冷卻水中。

所述線圈內通有大功率、高頻的交變電流；交變電流的功率和頻率根據(jù)不同工況及加熱的溫度要求確定，功率在1～100mw之間，頻率在1000—30000hz之間。

由于線圈內主要通以大功率的交變電流，所述線圈的匝與匝之間的間距d≥5mm，以保證線圈的匝與匝之間絕緣。

圖4比較了無磁芯和有磁芯感應器在工作狀態(tài)磁力線分布圖。在無磁芯的情況下，磁力線四處發(fā)散，用于加熱的工作內腔分布的磁力線與其周圍分布數(shù)量一致，也就是感應器在加熱金屬的同時，周圍金屬物件也被加熱，磁場利用率不高，而導致能源的利用率低。而增設了磁芯部件的感應器，在工作狀態(tài)，感應器激發(fā)的磁力線主要集中在加熱金屬工作的內腔，感應器外圍分布的磁力線特別少，從而提高了磁場利用率，及對外圍設備的干擾。

圖5比較了無磁芯和有磁芯感應器工作腔內磁感應強度大小曲線，磁芯的增設不僅提高了內腔內磁感應強度分布的均勻性，而且對比無磁芯的情況，用于加熱的交變磁感應強度大小提高50％以上，極大的提高了磁場利用率。

本發(fā)明所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行的描述，并非對本發(fā)明構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計思想的前提下，本領域中工程技術人員對本發(fā)明的技術方案作出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍。