CN111699271A - 加热设备以及对应装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种通过电磁感应加热板坯(21)、特别是其边缘(22)的加热设备(20)，包括电线圈(24)以及与所述电线圈(24)关联的磁集中器(27)。本发明还涉及加热装置(38)以及加热方法。

Description

加热设备以及对应装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于金属产品(例如板坯)的加热设备，其使用在钢铁制造领域中，通常但不仅限于铸造厂中，有利地用于板坯的连续铸造，有利地用于薄的板坯。此处和下文中，术语“板坯”是指具有边缘和/或拐角的板坯、带、板或其他扁平金属产品。

更具体地，本发明可以使用在需要将板坯加热至期望温度的情况下。加热设备配置为通过电磁感应来加热板坯。

本发明还涉及一种加热装置，其适合于加热板坯以使它们的边缘和/或拐角的温度达到期望值。

本发明还涉及一种能够优化所使用的能量的加热方法。

背景技术

在板坯的生产中，已知的是，板坯需要被加热以保持它们于预定温度，以便获得具有期望特性及没有裂纹和/或其他缺陷的产品。

这可以通过合适的感应加热装置来实现，该感应加热装置借助于板坯中感应的电流允许借助焦耳效应对板坯进行加热。

存在有用于板坯的加热装置，其具有定位于两个平行放置平面上的两个感应器，在两个平行放置平面之间存在用于板坯的通行空间，其中由感应器产生的磁场垂直于板坯。

这些加热装置也称为横流加热装置。

所已知的是，板坯的边缘和/或拐角比板坯的其他区域更容易散热，因此比板坯的中央区域冷。

当板坯通过轧机架时，板坯的边缘会进一步冷却。

因此，会发生的是，板坯的至少一部分、特别是边缘具有的温度低于例如奥氏体相变温度。

在这种情况下，存在板坯中将出现裂纹或其他不期望的缺陷的高可能性。

已知的加热装置允许获得部分效果，但并不总是令人满意的，特别是在能量、效果的一致性和质量方面。

文献JP-B-5.909.562对应于文献EP-B-2.800.452(EP’452)的修改形式，描述了一种横流感应加热装置。

然而，EP’452中描述的装置具有高能耗，不允许优化向板坯的加热功率的传递效率，因此分散在板坯外部。

这是因为线圈的短边的能量贡献被分散而不被使用，短边即基本上平行于板坯的进给方向的侧向部。

在这些条件下，为了补偿线圈的短边的磁流损失，从而在边缘获得所需的加热，通常需要增加供给到线圈的电流。然而，这导致能量消耗的增加，并且需要增加对线圈冷却的作用以防止它们过热。

可替代地，在不可能增加电流的情况下，需要降低板坯的进给速度，以获得所需的加热，结果是降低了生产率。

此外，已知的方案会存在的问题是维护和/或更换感应器，高存储和材料成本，工厂停工成本，产量降低以及处置问题。

EP’452中描述的加热装置具有与线圈相关的多个磁集中器，线圈除了需要复杂的组装操作之外，仍无法允许有效地传递所产生的功率。

从WO 2017/002025(WO’025)已知一种用于金属产品的横向通量加热装置，其中，感应器的磁极可以移动以便补偿在用横向通量进行感应加热中自然产生的所谓的“功率间隙”和边缘的过热。除了磁极的移动之外，在WO’025中没有设置通过集中器来覆盖和闭合感应器的线圈。WO’025中公开的集中器可以呈L形、C形或仅具有覆盖功能。

线圈之间的中心元件由仅作用于“功率间隙”的区段构成。

因此，WO’025公开了导体，用于金属零件的高频局部加热，所述金属零件要经历机械变形和热处理。另外，该文献公开了采用磁集中器来提高加热效率的方案。该加热效率尤其以高频增加，例如在200kHz和1Mhz之间，但是对低频下的边缘的过热没有影响。

US 2011/0036831公开了一种用于由高电导率材料制成的薄带的加热设备，借助于由多个相邻螺旋线制成的具有横向磁通的感应器，该感应器由单个源供电并且设置有能够将磁通集中在带上的铁磁元件。但是，在这种情况下，螺旋线也没有被对应于带的边缘的集中器所封闭。集中器以局部的方式包围导体，不填充螺旋线并且不能以可靠方式传输功率。

因此需要完善现有技术，提供克服现有技术的至少一个缺点的加热装置和设备以及对应的方法。

本发明的目的是，提供一种能够有效地加热板坯的边缘的加热设备。

最大化传递至板坯的边缘的功率也是一个目的。

本发明的目的是，最小化能量消耗，尤其电流需要使板坯的边缘的温度达到期望温度，同时在板坯的中心仍提供一定的加热。

本发明的目的是，通过使板坯的进给速度因此工厂的生产率最大化来将板坯的边缘加热至期望的温度值。

本发明的目的是，除存储和处置成本之外，还减少维护问题。

本发明的另一个目的是，减少工厂停工的成本。

本发明的目的还在于，提供一种感应加热装置，其不再需要复杂的组装和维护操作。

另一个目的是，提供一种加热设备，其能够将由其产生的能量集中在板坯的内部，特别是在边缘处。

本发明的目的还在于，提供一种方法，其通过尤其针对板坯的纵向边缘增强加热，来集中由线圈产生的至少大部分能量。

另一个目的是，提供一种加热设备和对应的装置，能够使用由线圈的侧向部所产生的功率以期望的方式加热板坯的边缘。

申请人已经设计、测试和实施了本发明，以克服现有技术的缺点并获得这些及其他目的和优点。

发明内容

在独立权利要求中阐述和表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明构思的变型。

根据上述目的，本发明涉及一种感应加热设备以加热金属产品，特别是板坯，所述感应加热设备包括电线圈以及与电线圈关联的磁集中器。所述电线圈包括纵向道(tract)以及连接道，每个所述纵向道在与绕组轴线正交的纵向方向上延伸得超过待加热的板坯的宽度，所述连接道连接所述纵向道并且基本正交于所述纵向道，其中所述连接道在使用中在待加热的所述板坯的边缘的外部。

所述磁集中器配置为将由所述电线圈产生的功率朝向所述板坯集中，尤其但不仅限于朝向及对应于所述板坯的纵向边缘。

根据本发明的一个方面，所述磁集中器包括用于待加热的所述板坯的每侧的至少一个壁，所述壁定位于所述电线圈的相应连接道的外部并且面向所述电线圈。

所述磁集中器的壁布置在外部并且基本封闭及覆盖电绕组的相关的道，不允许分散由电线圈的连接道所产生的磁场，并且允许将产生的磁感应朝向磁集中器的中心部分集中以使传递至板坯的功率最大化，尤其但不仅限于传递至其边缘。

根据本发明的一个变型，所述磁集中器包括至少两个区段，它们连接到所述壁，定位于所述线圈的纵向道的外部并且面向所述线圈。

所述磁集中器的各区段不允许分散由纵向道的一部分所产生的磁场，从而增强了传递至板坯的功率。

根据另一变型，所述磁集中器包括至少覆盖壁，所述覆盖壁定位于所述电线圈的外部、面向所述电线圈并且至少连接至所述壁和对应的区段，以便覆盖所述电线圈的接近所述壁的至少一部分。

所述壁和/或所述区段在与所述绕组轴线平行或倾斜的方向上延伸，以便覆盖所述连接道和至少一部分所述纵向道。

根据可行的变型，所述壁和/或所述区段在与所述绕组轴线倾斜的方向上延伸，以便覆盖所述连接道和所述线圈的至少一部分所述纵向道。

磁集中器的上述公开的构造允许集中由电线圈产生的磁感应，将由电线圈产生的功率朝向板坯引导，功率不会分散在不计划用于加热板坯的方向上。

尤其是，该构造允许使还具有不同长度的板坯的边缘过热，而无需物理移动感应器的部分，另外允许对不同宽度的产品进行操作，这是由于这样的事实：线圈或电绕组始终定尺寸为与集中器一起相对于金属产品的宽度横向突出。

根据可行的实施例，所述磁集中器包括中心体，所述中心体沿所述绕组轴线突出、定位于所述电线圈中并且沿所述纵向方向延伸，也即在所述电线圈的纵向道之间。

根据可行的方案，所述磁集中器包括板，所述板的平坦展开部定位为与所述绕组轴线正交并且面向所述电线圈。

根据可行的实施例，区段沿纵向道的整个长度延伸。

根据可行的方案，所述电线圈设置有至少两个功率端子，它们从至少一个侧向部引出并且配置为将电线圈电连接至电源。

本发明还涉及一种用于板坯的感应加热装置，包括至少两个如上所述的任一个实施方式中的加热设备，它们定位于两个平行放置平面上，相应电线圈面向彼此以限定用于板坯的通行空间。

根据可行的方案，有利地，所述加热装置可以设置的是，两个电线圈的仅未被覆盖的部分是彼此面向的部分，并且在使用期间板坯在它们之间通行。

根据可行的方案，本发明还涉及一种使用所描述的任一实施例中的加热装置加热板坯的方法，该方法提供了将由每个电线圈的连接道产生的磁感应，通过与其关联的相应壁和/或区段，朝向对应的中心体和/或板集中，以增强从所述电线圈传递至所述板坯的功率。

附图说明

从以下一些实施例的描述中，本发明的这些和其他特征将变得显而易见，这些实施例是作为非限制性示例并参考附图给出，其中：

-图1是根据本发明实施例之一的加热装置的立体图；

-图2是根据本发明实施例之一的加热装置的分解图；

-图3是图1的剖视图；

-图4是沿IV-IV线的剖视图；

-图5-9是根据本发明的五个实施例的可行的加热设备的立体图；

-图10-12示出了根据本发明的加热设备的细节的三个可行实施例。

为了便于理解，在可能的地方使用了相同的附图标记来标识附图中相同的共同元件。应当理解的是，一个实施例的元件和特征可以方便地结合到其他实施例中，无需进一步的说明。

具体实施方式

在此参照附图描述的实施例涉及通过电磁感应来加热板坯21的加热设备20。

为了简化描述，我们将指代板坯21，该术语包括板坯、带、板或其他扁平金属产品，其中具有边缘22和/或拐角23。

根据本发明，加热设备20包括电线圈24，电线圈24围绕绕组轴线Z限定，具有至少两个纵向道25和至少两个横向连接道26，纵向道25在正交于绕组轴线Z(见图6)的纵向方向X上延伸，横向连接道26连接纵向道25。在使用中，电线圈24的连接道26布置在待加热的板坯21的相应边缘22的外部。

在这里和此后的描述中，旨在使板坯21在基本垂直于纵向方向X的进给方向Y上前进。

根据可行的实施例，电线圈24可以由具有正方形、圆形或多边形截面的电缆组成，电缆绕绕组轴线Z缠绕以获得多个螺旋线。

每个电缆可具有10mm至50mm的横向体积。

在具有正方形截面的电缆的情况下，限定截面的正方形的侧边可以在10mm至50mm之间。

有利地，正方形的侧边可以等于大约30mm，而在具有圆形截面的电缆的情况下，其直径可以等于大约30mm。

根据本发明的有利方案，电线圈24的横向体积的尺寸可以在25mm至300mm之间，有利地等于约115mm。

有利地，在电线圈24具有四边形形状的横向体积的情况下，限定四边形的横向侧边之间的比可以在0.15至6.7之间。

根据有利的方案，考虑板坯21的限定宽度，纵向道25可具有的纵向延伸为板坯21的宽度的1.1倍至6倍之间。

甚至更有利地，纵向道25可具有的纵向延伸为板坯21的宽度的2至5倍。

例如，板坯21的宽度在600mm和4000mm之间。

根据可行的实施例，电线圈24可以由导电材料制成，例如具有高导电性的材料，诸如铜。

根据可行的实施例，构成电线圈24的电缆可以被冷却液所冷却，该冷却液被制成为在传输中与电缆接触。

为了减缓电缆的劣化，电缆可以定位于相应的冷却通道内，冷却液(诸如，例如水、油或其他温度引导流体)通过冷却通道。

加热设备20还包括与电线圈24关联的磁集中器27，磁集中器27设置有通过连接部29彼此连接的至少两个侧向部28。

通过术语“连接”，我们指的是，侧向部28彼此连接而且与连接部29连续，还指的是，侧向部28彼此连接而且与连接部29连续，即，即使存在最小间隙，磁流线也可以在它们之间循环。

磁集中器27及其部件可以包括多个磁性金属箔，它们彼此重叠并夹紧以形成单个主体；或者以已知方式由多个磁段组成的组件。

磁性箔可以由铁磁材料制成，诸如，例如铁、镍、钴、它们的合金或其他合适的材料。

磁集中器27可以完全或部分地由一种或多种磁介电致密材料制成，它们不呈层叠的形式。

例如，磁介电致密材料可以包括结合在绝缘基质中的铁磁金属粉末。

侧向部28能够以可移除的方式连接到连接部29。这简化了组装和/或维护操作。

根据本发明的一个方面，每个侧向部28包括壁30。

磁集中器27的每个壁30定位于电线圈24的相应连接道26的外部并面向后者，如图8所示，基本从外部包封连接道26。

根据可行的实施例，壁30定位成与纵向方向X正交。

根据可行的实施例，壁30具有与连接道26的外围轮廓配合的形状。

根据可行的实施例，集中器27的每个侧向部28能够包括定位于相应纵向道的外部并面向纵向道的至少一个区段31。

根据可行的实施例，一个或多个区段31连接到壁30。

区段31定位于相应纵向道25的外部并且面向后者。

根据可行的实施例，磁集中器27包括定位于壁30的侧面的两个区段31。例如，可以设置四个区段31，在相应壁30的侧面处两两定位。

侧向部28或壁30和/或一个区段和/或多个区段31平行于绕组轴线Z延伸，以从外部覆盖和封闭连接道26和线圈24的至少一部分纵向道25。

根据可行的方案，侧向部28在相对于绕组轴线Z倾斜的方向上延伸，以从外部覆盖和封闭连接道26和至少一部分纵向道25。

根据可行的实施例，壁30在平行于绕组轴线Z的方向上覆盖连接道26和纵向道25的延伸部分，即厚度。

集中器27的侧向部28允许使用由电线圈24的连接道26产生的功率，该功率被添加到由纵向道25产生的贡献中，从而使得向板坯21的总功率传递更有效，尤其是传递至边缘22及其附近。

由于通过连接部29彼此连接的侧向部28的构造而增强了磁感应，因此可以有效地加热板坯21的边缘22，因为通过连接道26的贡献增加了传递至板坯21的边缘22的功率。

与现有技术相反，由于设置了集中器27的外壁30，由连接道26产生的功率没有分散在不用于加热板坯21的方向上，而是集中朝向连接部29，连接部29将其转移至板坯21。

根据可行的方案，侧向部28能够包括定位于电线圈24外部并面向后者的覆盖壁32。

覆盖壁32能够至少连接至壁30，并且可能连接至区段31。

覆盖壁32配置为在垂直于绕组轴线Z且接近壁30的平面上覆盖电线圈24的至少一部分。

与连接道26和部分纵向道25关联的覆盖壁32的存在允许将由被覆盖壁32覆盖的部分所产生的功率传递至板坯21。

因此，在这种情况下，电线圈24的一部分未被侧向部28覆盖，所述未被覆盖的部分在使用期间面向板坯21。

根据可行的实施例，连接部29包括沿绕组轴线Z突出的中心体33。

中心体33定位于电线圈24中并且沿纵向方向X延伸。

在中心体33和侧向部28的壁30之间，能够为电线圈24、特别是为连接道29设置两个通道空间。

中心体33在使用期间允许在板坯21沿进给方向Y通过时，将由纵向道25产生的功率传递至板坯21。

根据可行的实施例，连接部29包括平坦展开的板34，板34定位为正交于绕组轴线Z并且面向电线圈24。

根据可行的方案，区段31沿纵向道25的整个长度延伸。

沿纵向道25的整个长度延伸的板34和/或区段31的存在，允许集中由纵向道25产生的功率，不将功率分散在不计划用于加热板坯21的方向上。

有利地，沿连接道26的整个长度延伸的壁30的存在，即壁30完全覆盖连接道26，允许集中由它们产生的功率，不将功率分散在不计划用于加热板坯21的方向上。

应当注意的是，磁集中器27能够有利地制成单个体。尤其，壁30和/或区段31和/或覆盖壁32和/或中心体33和/或板34能够制成单个体。

根据可行的实施例，壁30和/或区段31以可移除的方式连接到中心体33和/或板34。

根据可行的实施例，电线圈24设置有至少两个供电端子35，它们从至少一个侧向部28引出并且配置为将电线圈24电连接到电源36。

电源36能够与调节设备关联以改变电流的密度、电压和供给频率。

图4用连续的箭头示出了电线圈24中的电流的路径，用虚线示出了在板坯21中感应出的电流的路径。

根据可行的实施例，至少一个侧向部28包括至少一个孔37，至少一个供电端子35定位于孔37中。

根据可行的方案，如图1所示，本发明还涉及通过电磁感应用于板坯21的加热装置38。

加热设备38包括至少两个如上实施方式中任一个的加热设备20，加热设备20定位于两个基本平行放置平面上，相应电线圈24面向彼此，在它们之间存在中间空间39用于板坯21的通行。

根据未示出的可行的实施例，可以通过改变两个加热设备20的相互位置来改变空间39。

根据可行的方案，电线圈24连接到相应的电源36，电源36配置为自主地调节磁集中器27的每个部件的极性。

根据可行的实施例，每个加热设备20的电线圈24连接到相应的电源36，以管理每个加热设备20的自主功能。

通过修改通过电线圈24的电流的传递方向来启动此调节。

在图3中，电线圈24的特征在于电流的方向：“+”表示输入的电流，“·”表示输出的电流。

根据可行的方案，加热装置24能够包括电磁屏蔽件40，电磁屏蔽件40配置为从由磁集中器27产生的磁场中屏蔽定位于加热元件24附近的其他物体和/或元件。

电磁屏蔽件40能够定位于磁集中器27的侧面并且平行于纵向道25。

加热装置38利用侧向部28的存在来主要加热板坯21的边缘22，还在板坯21本身的中心区域中传递一部分功率。

根据可行的实施例，加热装置38能够安装在轧机之前，例如在粗轧或精轧机架之前。

这允许改善板坯21的热轮廓(heat profile)，还使边缘22的温度达到期望值，从而补偿在板坯21穿过加热装置38期间边缘22的进一步散热。

根据另外的方案，本发明还涉及一种用于加热板坯21的方法，其提供的是，将由每个电线圈24的连接部26产生的磁感应，通过相应侧向部28即与其关联的各个壁30和/或区段31，朝向对应的连接部29即中心体33和/或板34集中，以便增强从线圈传递至板坯21、尤其板坯的边缘22的功率。

清楚的是，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对前述的加热设备20、加热装置38以及加热方法进行部分的修改和/或增加。

同样清楚的是，尽管已经参照一些具体示例描述了本发明，但是本领域技术人员当然应该能够实现许多其他等效形式的加热设备20、加热装置38以及加热方法，具有权利要求书中所述的特征，因此所有这些均在此处所限定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种通过电磁感应加热具有边缘(22)的板坯(21)的加热设备，包括：

-电线圈(24)，其绕绕组轴线(Z)限定，并且具有至少两个纵向道(25)和至少两个连接道(26)，所述纵向道(25)在与所述绕组轴线(Z)正交的纵向方向(X)上延伸得超过待加热的所述板坯(21)的宽度，所述连接道(26)连接所述纵向道(25)并且基本正交于所述纵向道(25)，所述连接道(26)在使用中在待加热的所述板坯(219)的边缘(22)的外部，

-与所述电线圈(24)关联的磁集中器(27)，其配置为将由所述电线圈(24)产生的功率传递至所述板坯(21)，

所述设备的特征在于，所述磁集中器(27)包括至少壁(30)，所述壁定位于所述电线圈(24)的相应连接道(26)的外部并且面向所述连接道(26)以用于从外部基本包封所述连接道(26)。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁集中器(27)包括定位于所述纵向道(25)的外部并且面向所述纵向道(25)的至少一个区段(31)。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述磁集中器(27)包括定位于所述壁(30)的侧面的两个区段(31)。

4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述壁(30)和/或所述区段(31)平行于所述绕组轴线(Z)延伸，以覆盖所述连接道(26)和至少一部分所述纵向道(25)。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，所述磁集中器(27)包括覆盖壁(32)，所述覆盖壁(32)定位于所述电线圈(24)的外部、面向所述电线圈并且至少连接至所述壁(30)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述磁集中器(27)包括中心体(33)，所述中心体(33)沿所述绕组轴线(Z)突出、定位于所述电线圈(24)中并且在所述纵向方向(X)上延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述磁集中器(27)包括平坦展开的板(34)，所述板(34)定位为与所述绕组轴线(Z)正交并且面向所述电线圈(24)。

8.一种用于板坯(21)的电磁感应加热装置，其特征在于，其包括至少两个根据权利要求1至7中任一项所述的加热设备(20)，所述加热设备(20)定位于基本平行的相应放置平面上，并且相应的电线圈(24)面向彼此以限定出用于所述板坯(21)通行的中间空间(39)。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，每个加热设备(20)的所述电线圈(24)连接至相应的电源(36)，并且其特征在于，所述装置包括连接至所述电源(36)的控制单元以管理每个加热设备(20)的自主功能。

10.一种通过根据权利要求8或9所述的加热装置(38)来加热板坯(21)的方法，其提供了：将由每个电线圈(24)的所述连接道(26)产生的磁感应，通过与其关联的磁集中器(27)的相应壁(30)和/或区段(31)，朝向对应的中心体(33)和/或板(34)集中，以增强从所述电线圈(24)传递至所述板坯(21)的功率。

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