CN110495248A - 旋转磁体热感应 - Google Patents

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Abstract

用于金属产品例如铝带的旋转磁体加热器可包括设置在移动的金属条上方和下方的永磁体转子,以引起通过金属条的移动或时变的磁场。该变化的磁场可以在金属条内产生电流(例如,涡电流),从而加热金属条。磁转子组可以包括在金属条的相对侧上的一对匹配的磁转子,所述磁转子以相同的速度旋转。一组中的每个磁转子均可以与金属条等距离地定位,以避免将金属条拉离通过线。下游磁转子组可以紧邻上游磁转子组使用,以抵消由上游磁转子组引起的张力。

Description

旋转磁体热感应
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月27日提交的题为“ROTATING MAGNET HEAT INDUCTION”的美国临时专利申请62/400,426、2017年5月14日提交的题为“ROTATING MAGNET HEATINDUCTION”的美国临时专利申请62/505,948、以及2017年7月6日提交的题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR CURING A COATED METAL STRIP”的美国临时专利申请62/529,053的权益,其公开内容通过引用整体并入本文。
另外,本申请涉及Antoine Jean Willy Pralong等人的于2017年9月27日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FOR NON-CONTACT TENSIONING OF A METAL STRIP”的美国非临时专利申请15/716,559;David Michael Custers的于2017年9月27日提交的题为“PRE-AGEING SYSTEMS AND METHODS USING MAGNETIC HEATING”的美国非临时专利申请15/716,577;David Anthony Gaensbauer等人的于2017年9月27日提交的题为“COMPACTCONTINUOUS ANNEALING SOLUTION HEAT TREATMENT”的美国非临时专利申请15/716,608;David Anthony Gaensbauer等人的于2017年9月27日提交的题为“MAGNETIC LEVITATIONHEATING OF METAL WITH CONTROLLED SURFACE QUALITY”的美国非临时专利申请15/716,692;Andrew James Hobbis等人的2017年9月27日提交的题为“SYSTEMS AND METHODS FORTHREADING A HOT COIL ON A MILL”的美国非临时专利申请15/717,698;和Julio Malpica等人的于2017年9月27日提交题为“RAPID HEATING OF SHEET METAL BLANKS FORSTAMPING”的美国非临时专利申请15/716,570,它们的其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开一般涉及金属加工,更具体地涉及使用旋转磁体加热金属条,例如有色金属条。
背景技术
在金属加工中,可能期望在各种加工步骤之前、期间或之后控制金属产品的温度。例如,可能期望在执行某些方法之前加热金属条,或者可能期望在金属条中保持热持续一段时间而不允许金属条冷却超过最低温度。温度控制通常可以涉及向金属条添加热能或从金属条移除热能。
存在用于向金属条添加热能的各种技术。各种技术,特别是直接接触技术,可以在金属条上引起不期望的影响,例如表面损伤、在表面上积聚废物(例如,来自直接冲击火焰的碳或间接火焰加热源)或其他此类不良后果。其他技术试图在不接触的情况下加热金属条,但是不能有效地将热能传递到金属条。与当前技术相关的一些其他问题包括高的安装和/或维护成本、占据大量的生产空间、限制正在处理的金属条的移动性、以及在金属条上引起不期望的影响。
发明内容
术语实施方案和类似术语旨在广泛地指代本公开和下文的权利要求的所有主题。包括这些术语的陈述不应理解为用于限制本文所述的主题或限制以下权利要求的含义或范围。本文所涵盖的本公开的实施方案由以下权利要求而非本发明内容限定。所述发明内容是本公开的各个方面的高级概述,并且介绍了在下文的具体实施方式部分中进一步描述的一些构思。此发明内容既不旨在识别所要求的主题的关键或必需特征,也不旨在单独地用于确定所要求的主题的范围。通过参考本公开的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每个权利要求,应该理解所述主题。
本公开的一些实施方案包括旋转磁体加热器和包括该旋转磁体加热器的***,该旋转磁体加热器包括从底部转子垂直偏移的顶部转子,在它们之间限定用于接收移动的金属条的间隙;至少一个电动机,其联结到顶部转子和底部转子中的至少一个上,用于旋转顶部转子和底部转子中的至少一个,以通过间隙引起移动和时变的磁场,用于加热移动的金属条;和一对支撑臂,其每个连接到顶部转子和底部转子中的一个,用于调节该间隙。
在一些实施方案中,该旋转磁体加热器还包括垂直地偏离附加底部转子的附加顶部转子,在它们之间限定了用于接收移动的金属条的附加间隙;以及另外一对支撑臂,其每个联结到另外的顶部转子和另外的底部转子中的一个,用于调节附加间隙。旋转磁体加热器可包括:至少一个致动器,所述致动器联结到一对支撑臂和另一对支撑臂中的至少一个,用于响应于信号调节间隙;以及控制器,所述控制器联结到至少一个致动器,用于提供信号。旋转磁体加热器可包括传感器,所述传感器联结到控制器,用于向控制器提供测量,其中控制器配置成基于该测量提供信号。在一些情况下,附加顶部转子横向地偏离附加底部转子,使得顶部转子与底部转子之间的重叠小于移动的金属条的宽度。在一些情况下,旋转磁体加热器可包括惰辊,该惰辊连接到可在伸展位置与缩回位置之间移动的可伸展支撑臂,其中顶部转子和底部转子中的至少一个联结到该可伸展支撑臂,并且其中,当可伸展支撑臂处于伸展位置时,移动的金属条在顶部转子和底部转子附近通过,并且当可伸展支撑臂处于缩回位置时,移动的金属条远离顶部转子和底部转子而通过。在一些情况下,旋转磁体加热器可包括至少一个通量导向器,所述通量导向器定位在顶部转子和底部转子中的至少一个附近,以将来自顶部转子和底部转子中的至少一个的磁通量朝向间隙引导。
在一些实施方案中,一种方法包括使金属条通过在第一组磁转子的顶部转子与底部转子之间限定的间隙;使金属条通过第二组磁转子的附加顶部转子与附加底部转子之间限定的附加间隙;旋转第一组磁转子以在间隙中产生移动和时变的磁场以加热金属条;旋转第二组磁转子以在附加间隙中产生附加的移动和时变的磁场以加热金属条;调节间隙和附加间隙中的至少一个,使得由第一组磁转子引入金属条的张力(例如,张力波动)由第二组磁转子补偿。在一些情况下,该方法包括对金属条进行测量,其中调节间隙和附加间隙中的至少一个包括基于该测量进行的调节。在一些情况下,该方法包括调节第一组磁转子和第二组磁转子中的至少一个的纵向位置。在一些情况下,该方法包括调节第一组磁转子和第二组磁转子中的至少一个的至少一个转子的横向位置。
本文提供了用于固化施加到金属条的涂层的***和方法。涂层可包括涂料、漆、层压材料、预处理物、粘合促进剂、腐蚀抑制剂或施加到金属条上的任何合适的涂层。用于固化涂层的一个示例性***包括固化室和多个转子,每个转子均具有一个或多个磁体。多个磁体可以是永磁体和/或电磁体。固化室包括入口和出口,适于使涂覆的金属条通过固化室。
多个转子可以相对于以任何合适的结构移动通过固化室的涂覆的金属条定位在固化室内。在一种非限制性配置中,至少一个上磁转子位于涂覆的金属条上方,并且至少一个下磁转子位于涂覆的金属条下方。至少一个上磁转子可与至少一个下磁转子对准,产生基本垂直的固化堆,或者至少一个上磁转子可从至少一个下磁转子偏移,以产生偏移的固化堆。该***可具有多个固化堆。在一些实施例中,构成每个固化堆的转子包括反向旋转的转子。在一些情况下,每个固化堆均提供单独的加热区,该加热区可单独且精确地控制并且可瞬时调节。在一些情况下,多个转子可以定位在固化室的外部,并且在涂覆的金属条与多个转子之间的固化室的壁可以由非导电和非磁性的材料制成。
在某些情况下,该***仅包括上磁转子。在其他情况下,该***仅包括下磁转子。每个磁转子或磁转子的子组均可以是单独的加热区,该加热区可以单独且精确地控制并且可瞬时调节。
该***被配置为通过感应加热来加热涂覆的金属条和涂覆的金属条上的涂层。特别是,旋转相对于涂覆的金属条定位的一个或多个磁转子引起金属条内的移动或时变的磁场。变化的磁场在金属条内产生电流(例如涡电流),从而通过感应加热来加热金属条(并且进而加热施加到金属条的任何涂层)。在某些情况下,该***被配置成使得来自磁转子的磁通量集中在金属条的表面上。
在一些配置中,金属条上方的磁转子沿第一方向旋转,金属条下方的磁转子沿第二相反方向旋转。
磁体可以嵌入每个转子内或以任何合适的方式与每个转子的表面联结。在一些实施例中,每个磁体的至少一部分被暴露。磁体或磁体的子组的长度可以与每个转子的纵向长度相同,并且可沿着每个转子的纵向轴线嵌入或附接。在其他实施例中,至少一些磁体比每个转子的纵向长度更短或更长。
本文还提供了固化金属条上的涂层的方法。一种示例性方法包括旋转多个转子,其中每个转子均包括至少一个磁体,从多个转子产生热量,并使涂覆的金属条通过固化室,其中使涂覆的金属条通过固化室包括使涂覆的金属条通过多个转子。在一些情况下,每个转子均旋转至少200转/分钟(RPM)。
本文还提供一种加热传热介质的方法,包括旋转转子,其中每个转子包括至少一个磁体,从转子产生热量,并通过传热介质到达转子相邻的位置。在某些情况下,转子可以旋转至少200转/分钟(RPM)。从磁转子产生的热量可以是瞬时的、精确控制的并且可以瞬时调节。可以通过感应加热将热量传递到传热介质。特别是,旋转相对于涂覆的金属条定位的一个或多个磁体在金属条内引起移动或时变的磁场。变化的磁场在金属条内产生电流(例如涡电流),从而通过感应加热来加热金属条(并且进而加热施加到金属条的任何涂层)。传热介质可包括水、液态硅、空气、油、任何合适的相变材料或任何合适的气体或液体,并且传热介质可向附近固化室的过程或位置供热。
附图说明
说明书参照以下附图,其中在不同附图中使用相同的附图标记旨在示出相同或类似的组件。
图1是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器的侧视图。
图2是根据本公开某些方面的旋转磁体加热器的俯视图。
图3是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器的轴测投影。
图4是根据本公开的某些方面的永磁转子的剖视侧视图。
图5是根据本公开某些方面的具有偏移转子的旋转磁体加热器的俯视图。
图6是根据本公开的某些方面的具有偏移转子的旋转磁体加热器的轴测投影。
图7是根据本公开某些方面的具有通量导向器的旋转磁体加热器的侧视图。
图8是根据本公开的某些方面的利用旋转磁体加热器的连续铸造***的示意图。
图9是根据本公开某些方面的使用旋转磁体加热器的金属加工方法的示意图。
图10是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器控制***的示意图。
图11是描绘根据本公开的某些方面的使用旋转磁体加热器的过程的流程图。
图12是根据本公开某些方面的蛇形旋转磁体加热器的侧视图。
图13是根据本公开的某些方面的处于伸展位置的可伸缩旋转磁体加热器的侧视图。
图14是根据本公开的某些方面的处于缩回位置的可伸缩旋转磁体加热器的侧视图。
图15是根据本公开某些方面的使用组合惰轮转子的蛇形旋转磁体加热器的侧视图。
图16是根据本公开的某些方面的具有纵向间隙控制的旋转磁体加热器的侧视图。
图17是根据本公开的某些方面的具有单转子转子组的旋转磁体加热器的侧视图。
图18是根据本公开的某些方面的相对于金属板具有单转子转子组的旋转磁体加热器的侧视图。
图19是根据本公开的某些方面的相对于辊具有单转子转子组的旋转磁体加热器的侧视图。
图20是根据本公开的某些方面的可相对于固定的金属条移动的旋转磁体加热器的侧视图。
图21是根据本公开的某些方面的具有多个子转子的旋转磁体加热器的轴测投影。
图22是根据本公开的某些方面的具有多个子转子的旋转磁体加热器的俯视图。
图23是描绘根据本公开的某些方面在第一条件下图22的转子和金属条的转子速度和条带温度的图表。
图24是描绘根据本公开的某些方面在第二条件下图22的转子和金属条的转子速度和条带温度的图表。
图25是描绘根据本公开的某些方面的磁通量分布的转子的前视图。
图26是描绘根据本公开的某些方面在壳体内具有波状的磁转子的转的前立体图。
图27是描绘根据本公开的某些方面的具有通量集中器的转子的前立体图。
图28是根据本公开的某些方面的具有通量集中器的永磁转子的剖面侧视图。
图29是描绘根据本公开的某些方面的包括可变磁通转子的转子组的正视图。
图30是描绘根据本发明的某些方面在可变磁通转子的重新定位之后的图29的转子组的前视图。
图31是描绘根据本公开的某些方面的包括喇叭形磁通转子的转子组的前视图。
图32是描绘根据本公开的某些方面的用于调节通过金属条的磁通量的技术的前视图。
图33是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器的俯视图。
图34是描绘根据本公开的某些方面的磁加热和张力控制***的组合示意图和曲线图。
图35是根据本公开的某些方面的提供磁通量分布的具有一对转子套筒的转子的前视图。
图36是描绘根据本公开的某些方面的具有通量引导件的在金属条上方的磁转子的轴测部分示意图。
图37是描绘根据本公开的某些方面的具有条形通量引导件的金属条上方的磁转子的轴测部分示意图。
图38是描绘根据本发明的某些方面具有边缘屏蔽通量引导件的在金属条上方的磁转子的轴测部分示意图。
图39是描绘根据本公开的某些方面的具有通量导向器的金属条上方的磁转子的轴测部分示意图。
图40是根据本公开的某些方面的固化室的示意图。
图41是描绘根据本公开的某些方面的磁转子的实施例的立体图。
图42是描绘根据本公开的某些方面的磁转子的实施例的截面图。
图43是描绘根据本公开的某些方面的磁转子的实施例的截面图。
图44是描绘根据本公开的某些方面的磁转子的实施例的截面图。
图45是燃气固化室的固化室温度分布的曲线图。
图46是根据本公开的某些方面的与磁转子速度相比的温度增加速率的曲线图。
图47是根据本公开的某些方面的与磁转子之间的间隙相比的温度增加速率的曲线图。
图48是根据本公开的某些方面的固化室和传热介质加热炉的示意图。
具体实施方式
本公开的某些方面和特征涉及用于金属产品的旋转磁体加热器,例如金属条、有色金属条和铝条。旋转磁体加热器可包括一个或多个永磁体转子,所述永磁体转子设置在移动的金属条上方和/或下方,以通过金属条引起移动或时变的磁场。变化的磁场可以在金属条内产生电流(例如,涡电流),从而加热金属条。磁转子组可包括一个或多个磁转子,例如在金属条的相对侧上的以相同的速度旋转的单个磁转子或一对匹配的磁转子。一组中的每个磁转子可以与金属条等距离地定位,以避免将金属条拉离通过线。下游磁转子组可以紧邻上游磁转子组使用,以抵消由上游磁转子组引起的张力。使用一个或多个磁转子以及可选的其他加热或控制元件可以在金属制品上引起合适的温度分布。合适的温度分布可以是横跨金属制品的横向宽度的特定温度分布,包括均匀或基本均匀的温度分布。
如本文所用,术语“上方”,“下方”,“垂直”和“水平”用于描述相对于金属条的相对取向,好像金属条沿水平方向移动,其顶部表面和底部表面通常平行于地面。这里使用的术语“垂直”可以指垂直于金属条的表面(例如,顶部表面或底部表面)的方向,而不管金属条的取向如何。这里使用的术语“水平”可以指平行于金属条的表面(例如,顶部表面或底部表面)的方向,例如平行于移动的金属条的行进方向的方向,而不管金属条的取向如何。术语“上方”和“下方”可以指金属条的顶部表面或底部表面之外的位置,而不管金属条的取向如何。在一些情况下,金属条可以在水平方向、垂直方向或任何其他方向,例如对角线,上移动。
旋转磁体加热器可以用在能够在移动和时变的磁场的存在下产生涡电流的任何合适的金属条上,但是可以特别适合与铝金属条一起使用。如本文所用,术语垂直、纵向和横向可以参考被加热的金属条使用。纵向方向可以沿着金属条的行进方向延伸通过处理设备,例如沿着通过连续退火溶液热处理(CASH)线或其他设备的通过线。纵向方向可以平行于金属条的顶表面和底表面,以及金属条的侧边缘。纵向方向可以垂直于横向方向和垂直方向。横向方向可以在金属条的侧边缘之间延伸。横向方向可以在垂直于纵向方向和垂直方向的方向上延伸。垂直方向可以在金属条的顶表面和底表面之间延伸。垂直方向可以垂直于纵向方向和横向方向。
本文中关于金属条,例如连续铸造或未拉伸的金属条,描述了本公开的方面和特征,然而本公开还可以与任何合适的金属产品一起使用,例如以箔、片材、板坯、板材、板或其他金属制品的形式。本公开的方面和特征可特别适用于具有平表面的任何金属产品。本公开的方面和特征可以特别适合于具有平行或近似平行的相对表面(例如,顶表面和底表面)的任何金属产品。如在本申请中所使用的,大致平行可以包括平行或在与平行成1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°或10°之内,视情况而定。如在整个本申请中所使用的,近似垂直可以包括垂直或在与垂直成1°、2°、3°、4°、5°、6°、7°、8°、9°或10°之内,视情况而定。在一些情况下,近似平行或近似垂直可以包括分别偏离平行或垂直10°以上的元件。
当使用旋转磁体加热器时可实现精确的加热控制。这种精确控制可以通过操纵各种因素来实现,包括转子中磁体的强度、转子中磁体的数量、转子中磁体的取向、转子中磁体的尺寸、转子的速度、转子的尺寸、单个转子组中的垂直偏移转子之间的垂直间隙、单个转子组中转子的横向偏移放置、相邻转子组之间的纵向间隙、被加热的条带的厚度、转子和被加热的条带之间的垂直距离、被加热的条带的向前速度、以及所使用的转子组的数量。其他因素也可以控制。在一些情况下,其中一个或多个上述因素的控制可以基于计算机模型,操作员反馈或自动反馈(例如,基于来自实时传感器的信号)。
每个磁转子可包括一个或多个磁源,例如永磁体或电磁体。在某些情况下,永磁转子可能是优选的,并且可以比具有内部电磁体的转子获得更有效的结果。每个磁转子可以围绕旋转轴旋转,该旋转轴垂直于或近似垂直于在转子附近通过的金属条的纵向轴线。换句话说,每个磁转子可以围绕旋转轴旋转,该旋转轴垂直于或近似垂直于金属条的加工方向(例如,轧制方向或下游方向)。磁转子的旋转轴线也可以平行或近似平行于金属条的横向宽度。在一个实施例中,垂直于下游方向并且平行金属条的横向宽度的磁转子可以有利地同时提供加热功率和张力控制(例如,纵向张力控制)。在一些情况下,磁转子的旋转轴可以垂直于加工方向并且共面于金属条的横向宽度,在这种情况下,旋转轴可以有意地成角度(例如,与比另一端更靠近金属条的磁转子的一端成角度),以实现对金属制品中温度分布的所需控制。在一些情况下,磁转子的旋转轴线可以垂直于金属条的高度,并且可以落入与由金属条的横向宽度和加工方向形成的平面平行且间隔开的平面内,其中,在这种情况下,旋转轴可以有意地成角度(例如,与在下游比另一端更远的磁转子的一端成角度),以实现对金属制品中的温度分布的所需控制。在一些情况下,磁转子的旋转轴可以以其他方式成角度。转子的旋转运动使磁体源引起移动或变化的磁场。转子可以通过任何合适的方法旋转,所述方法包括通过转子电动机(例如,电动机、气动马达或其他)或附近磁源(例如,另一磁转子)的交感运动。
与固定电磁体相反,使用旋转磁转子可以允许提高效率,并且可以更均匀地加热金属条。使用固定电磁体来改变在条带的宽度上施加的感应场可以在条带中产生局部热点。各种强度的感应场可以由不同固定电磁体的绕组中的自然变化引起。电磁体绕组的变化可导致一些位置产生比相邻横向位置更多的热量。局部热点可能使条带不均匀变形,并可能导致其他制造缺陷。相比之下,虽然永磁体可以包括跨越尺寸或从一个磁体到另一个磁体的某种水平的固有磁性变化,但是由于转子中的永磁体的旋转,该变化自动被平均化。没有单个永磁体被保持在任何横向固定位置,因此平均磁场由旋转永磁体施加。因此,旋转磁转子能够以更受控制的方式均匀地加热金属条。当电磁体在旋转磁体加热器中使用时,由于转子的旋转,可以平均不同电磁体之间的差异。固定电磁体不会出现变化的平均。
转子组可包括一个或多个转子。在一些情况下,转子组包括两个垂直偏移的转子,在它们之间形成间隙,金属条可以通过该间隙。转子组中的转子之间的间隙(例如,垂直间隙)的大小可以通过使用适当的致动器来控制,所述致动器例如线性致动器(例如,液压活塞、螺杆驱动器或其他这样的致动器)。转子组中的每个转子的垂直位置可以是单独可控的,或者转子组的顶部转子和底部转子的垂直位置可以由负责控制垂直间隙的单个致动器同时控制。垂直间隙可以围绕金属条的期望或实际通过线为中心。在一些情况下,至少由于它们之间的磁引力,转子组的转子将同步旋转。例如,当顶部转子的南极朝向条带朝下时,底部转子的北极可朝向条带朝上。
在一些情况下,转子组可包括位于金属条的任一侧上的单个转子。在一些情况下,包括单个转子的转子组可以可选地包括与转子的金属条相对定位的相对元件。相对的元件可以促进磁通量移动通过金属条和/或可以为金属条提供机械支撑。合适的相对元件的实施例包括固定板(例如,铁或钢板)和支撑辊(例如钢辊)。在一些情况下,使用单个转子可以促进由于移动磁场在金属条中引起的温度升高的自我调节。在某些情况下,在转子组中使用奇数个转子(例如,1、3、5或7个转子)会导致向金属条施加不均匀的力,以使金属条远离期望的通过线。在一些情况下,可以提供额外的支撑件(例如,支撑辊或加压流体/空气喷嘴),以将金属条保持在期望的通过线上。在一些情况下,转子组中的转子的位置可以交错,以保持金属条接近期望的通过线。
转子组可以沿“下游”方向或“上游”方向旋转。如本文所用,沿下游方向旋转的转子组提供非零力,该非零力沿其纵向行进方向推动金属条。例如,当从侧面观察金属条时,其中金属条沿其纵向行进方向向右移动,沿下游方向旋转的转子组的顶部转子可以逆时针旋转,而底部转子顺时针旋转。如本文所用,沿上游方向旋转的转子组提供非零力,该非零力沿与其纵向行进方向相反的方向推动金属条。例如,当从侧面观察金属条时,其中金属条沿其纵向行进方向向右移动,沿上游方向旋转的转子组的顶部转子可以顺时针旋转,而底部转子逆时针旋转。
在某些情况下,磁通量集中器可以在转子附近使用。磁通量集中器可以是能够重定向磁通量的任何合适的材料。磁通量集中器可以接收来自转子中的磁体的磁通量,该磁体不靠近或直接面向条带并且将磁通量朝向条带重定向(例如,在垂直于条带的顶部表面或底部表面的方向上)。除了被加热的金属条之外,磁通量集中器还可以提供转子与相邻设备之间的磁屏蔽的益处。例如,磁通量集中器可以允许相邻的纵向偏移的转子组彼此靠近放置,两者之间的磁相互作用较小。磁通量集中器可以由任何合适的材料制成,包括硅合金钢(例如电工钢)。磁通量集中器可包括多个薄片。磁通量集中器可以是通量分流器或通量控制器。当使用磁通量集中器时,转子可以能够在较低的旋转速度下实现有效的结果,并且磁体可以能够远离金属条放置。
旋转磁体加热器可包括一个或多个转子组。在一些情况下,旋转磁体加热器包括至少两个转子组,所述转子组包括上游转子组和下游转子组。当使用至少两个转子组时,一个转子组可以抵消由另一个转子组引起的任何纵向张力。在一些情况下,多个转子组可以抵消由单个转子组引起的纵向张力,或者单个转子组可以抵消由多个转子组引起的纵向张力。在一些情况下,转子组的总数是偶数(例如,两个、四个、六个等)。如本文所用,转子分组是两个或更多个转子组的集合,所述转子组对金属条的纵向张力提供净效应,该净效应等于或低于0%、1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%。例如,转子分组可包括沿下游方向旋转的上游磁转子组,从而在金属条的纵向行进方向上引起张力,以及下游磁转子组,所述下游磁转子组沿上游方向旋转,从而减少或抵消来自上游转子组的引起的张力。因为当每个转子组加热时金属条的特性可能改变,所以可以控制转子分组中的每个转子组的特性,以适当地抵消引起的张力。例如,可以动态地调节第一转子组的垂直间隙,以引起适当的张力,该张力抵消具有已知或固定垂直间隙的第二转子组或被其抵消。虽然在控制施加到金属条的张力量时可能期望调节转子之间的垂直间隙,但也可以调节其他变量,例如转速。
由于旋转磁体加热器中转子的性质和方向,旋转磁体加热器可以容易地安装、拆卸和维护在一系列加工设备中。旋转磁体加热器可以比固定电磁感应加热器占用更少的空间。此外,许多固定电磁感应加热器需要缠绕在被加热的金属条周围的线圈,从而需要复杂的连接件和/或操作,以从感应线圈移除金属条。如果需要,可以立即轻松地从旋转磁体加热器上移除金属条。在某些情况下,旋转磁体加热器的垂直和/或横向控制可用于使旋转磁体加热器远离金属条和/或运行之间的通过线移动,用于维护,用于将条带通过加工设备,或者简单地当一部分金属条不需要额外的热量时。
当前的磁加热技术,例如固定的电磁感应加热器,通常提供低效的加热,例如在50%、45%或40%或更低的效率下加热。如本文所公开的,旋转磁体加热器可以以更高的效率操作,例如在40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%或85%或更高的效率下操作。此外,旋转磁体加热器可以在比许多当前磁性或电磁加热技术更小的空间内提供相同量的加热。另外,转子之间的垂直间隙可以在旋转的磁加热器中调节,在金属条开始转向远离所需的通过线的情况下允许产生更多的空间,从而避免金属条接触旋转的磁体加热器和可能会对加热器或金属条造成损坏。相反,许多当前的磁加热技术,例如固定电磁感应加热器,不能调节它们的间隙,如果金属条开始转向所需的通过线,则其可能导致不期望的冲击。
另外,与电磁体相比,特别是当工作温度升高时,使用永久磁体可能需要较少的能量来施加所需的热能。当工作温度增加太多时,电磁体不再正常工作,并且必须花费大量资源来充分冷却电磁体。相比之下,永磁体可以在更高的温度下工作,不会自身产生热量,并且可能需要更少的冷却。
必要时,温度控制可应用于转子或任何相邻设备,以维持高效操作和/或安全操作条件。温度控制可包括强制空气、液体或其他流体热交换机构。温度控制可与磁通量集中器结合使用,以确保转子附近的设备不会过热。
旋转磁体加热器尤其适用于不期望与金属条物理接触的方法。例如,旋转磁体加热器在CASH管线中尤其有用(例如,作为用于浮选炉的再加热器或预热器)。在CASH管线中,金属在低张力下通过多个部分。一些CASH管线可能长达约800米或更长。在某些部分中,例如炉子和冷却部分,金属条可以不被辊或其他接触装置支撑。金属条可以通过大约100米或更长的无支撑部分。随着未来CASH管线的发展,这些长度可能会变长。在无支撑的部分中,金属条可以漂浮在流体垫(例如,气体或空气)上。可能期望在这些无支撑部分期间向金属条提供热量(例如,热能)。因此,可能期望在这些部分中使用非接触旋转磁体加热器。可选地,在这些无支撑部分之前添加旋转磁体加热器可以帮助快速加热条带,从而最小化对更长的无支撑部分的需要。而且,通过垂直组的非接触旋转磁体的条带经历来自每个磁体的垂直排斥力,导致条带在旋转磁体的间隙的中间垂直稳定。
本公开的某些方面可以特别适合于干燥金属条。一个或多个旋转磁体加热器可以加热金属条而不接触金属条,并且可以促进金属条表面上的液体蒸发。本公开的某些方面可以特别适合于在短距离内重新加热金属条。在一些情况下,旋转磁体加热器可以快速地再加热金属条,例如在淬火之后(例如,在热轧以测量之后的快速淬火之后)。
本公开的某些方面可以特别适合于控制条带温度而不会对金属条表面上的润滑剂或其他流体施加不期望的温度变化。例如,一些润滑剂在高温下可能具有不期望的性质。当在炉中或通过施加热空气或直接火焰冲击加热金属条时,金属条表面上的润滑剂可以从热炉、热空气或直接火焰加热,并且在金属条本身被加热到所需的时间到达所需温度达之前,可以快速达到不期望的温度。然而,通过使用旋转磁体加热器,由磁体相对于金属条的相对运动引起的变化的磁场不会直接赋予润滑剂温度变化,而是会加热金属条本身。在这种情况下,润滑剂可以基本上或仅通过金属条的热传导加热。因此,在降低风险或没有润滑剂达到不期望的温度的风险下,可以将金属条加热到所需温度达所需的时间长度。在某些情况下,使用其他技术加热会使涂层过热。
用于固化涂层的一些传统技术,例如燃气炉和红外加热器,将涂层从外表面向内加热(例如,从涂层的外表面朝向涂层与金属制品之间的界面)。因此,传统技术倾向于首先加热涂层表面,所述涂层通常具有比涂层表面下方更高浓度的涂料或其他材料,所述涂料或其他材料可以包括更高浓度的溶剂。结果,目前的技术使用非常特别设计的溶剂以确保在加热期间不形成气泡,这可能不利地影响已经在传统技术中首先加热的涂层表面。相比之下,本公开的某些方面允许涂层从内向外加热(例如,从与金属制品的界面向外朝向涂层的表面加热)。因此,溶剂气泡的问题较少,因为涂层表面是待加热涂层的最后部分。因此,本公开的某些方面可以使得能够使用具有不太严格要求的更多不同类型的溶剂。
另外,一些用于固化涂层的传统技术需要在待固化的涂层附近存在高温大气,例如燃气炉内的热气体或附近红外加热器的热空气。由于溶剂会蒸发到周围的大气中,因此大气温度升高会增加***或点火的风险。例如,300℃下的大气比室温下的大气具有更高的***潜力。因此,传统技术可以通过安全问题有效地限制,这可以导致线速度或加工速度的降低,以及允许在特定涂层中使用的溶剂的量或类型的减少。相比之下,本公开的某些方面允许涂层从内向外加热,这可以在比传统技术低得多的周围环境中发生,例如在环境(例如,室内)温度中或附近的周围环境。因此,本公开的某些方面可以实现更快的线速度或加工速度,以及能够使用更大量的溶剂和可能不能用于传统技术的不同类型的溶剂。
本公开的某些方面可以特别适合于增加或减小金属条中的张力而不接触金属条,同时向金属条提供热量。例如,当在从线圈展开之后要加热金属条时,所有在相同方向(例如,朝向退绕机的上游)上旋转的一个或多个转子可以用于减小在每个转子之后的金属条中的张力。同样地,当在卷绕到线圈上之前加热金属条时,所有在相同方向(例如,朝向回卷机的下游)上旋转的一个或多个转子可以在金属条接近回卷器时增加金属条中的张力,同时提高金属条的温度。在金属加工期间的任何地方均可以控制张力,例如在任何合适的加工设备之前或之后,包括除退绕机和回卷机之外的设备。
本公开的某些方面可以特别适合于将金属条的表面部分加热到期望的深度。例如,可以定位旋转磁体加热器以将金属条的表面加热至所需深度(例如,金属条厚度的1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%、15%、16%、17%、18%、19%或20%),而基本上不加热金属条的中心。
在一些情况下,旋转磁体加热器尤其可用于熔合产品,其中金属条包括由与包层部分不同的材料制成的芯部分。可以操纵旋转磁体加热器的可调节参数,以基于为包层和芯选择的材料类型并基于包层的厚度来获得期望的结果。
在一些情况下,可以通过各种技术调节施加到金属条的磁通量的量。旋转磁体加热器的施加的通量可以离线调节(例如,在通过旋转磁体加热器附近的金属条之前)或动态地调节(例如,在金属条通过旋转磁体加热器附近时调节)。在某些情况下,由旋转磁体加热器施加的磁通量的量可沿加热器的宽度变化。例如,当使用恒定通量转子时,金属条可以承载温度分布(例如,沿金属条宽度的温度分布),所述温度分布包括边缘附近的热点和恰好在边缘内部的冷点。为了对抗这样的温度分布而不是试图实现平的温度分布,旋转磁体加热器可以具有在其宽度上变化的通量,例如在冷点的位置处提供增加的通量并且在热点的位置处提供减少的通量。如本文所述,可以使用其他技术来抵消热点以在金属制品上获得期望的温度分布(例如,合适的温度分布),例如横跨金属制品的横向宽度的均匀温度分布。
旋转磁体加热器的磁通量可以离线或动态地以各种方式调节。在一些情况下,通量集中器可以在期望的位置添加到转子,以增加通过其的通量。例如,电工钢,也称为层压钢或变压器钢,可用作合适的通量集中器。在一些情况下,通量集中器可以放置在每个单独磁体的径向端附近位于转子上的特定横向位置处。在一些情况下,可以选择更强或更弱的磁体以包括在转子中的特定位置。在一些情况下,较大的磁体(例如,较大的直径或厚度)可以用于需要增加通量被需要的位置处,较小的磁体可以用于较少通量被需要的位置处。在一些情况下,可以使用磁性不透明或磁性半透明材料来抑制不期望位置处的通量。在一些情况下,转子可由许多轴向对齐的子转子制成。为了在转子中的各个位置处实现增加或减少的通量,该位置处的子转子可以比转子的其他子转子更快或更慢地旋转。在某些情况下,每个子转子均可以单独控制,例如通过单独的电动机。在一些情况下,每个子转子可以彼此机械地联接到彼此或者使用齿轮联接到单个驱动电动机,以相对于彼此实现期望的旋转速度。在一些情况下,变速器(例如,具有多个档位的变速器或无级变速器)可以允许某些子转子的速度相对于其他子转子的速度动态地调节。
转子中的磁体(例如,磁源)可具有任何期望的磁通量分布。在某些情况下,可能需要平的轮廓。在某些情况下,可以设计通量分布,以最小化金属条中的热点或冷点的风险。在一些情况下,通量分布可以以提供改进的灵活性的方式变化,以根据转子的位置和/或取向提供通过金属条的各种不同量的通量。在一个实施例中,转子可以具有采用连续可变的冠形的通量分布,并且可以可选地与具有互补通量分布的转子相对放置。控制转子的位置和/或取向可以允许通过金属条的通量的量根据需要进行调节。
在一些情况下,可以通过在转子与金属条之间***一片磁性半透明或磁性不透明材料来调节施加到金属条的磁通量的量。
在使用中,旋转磁体加热器通过在金属条内引起涡电流来向相邻的金属条提供热量。引起的涡电流来自由转子和由转子的金属条的相对运动产生的移动和时变的磁场。移动和时变的磁场可以在多达四个子部件中建模,所述四个子部件包括第一部分,所述第一部分可归因于经过转子的金属条的移动;第二部分,所述第二部分可归因于磁体围绕转子的旋转轴线的旋转;第三部分,所述第三部分可归因于当磁体围绕转子的旋转轴线旋转时磁体取向的旋转;以及第四部分,所述第四部分可归因于沿着条带的局部区处的附加装置例如屏蔽或通量集中器导致的磁通量的衰减或集中。由于金属条的物理性质(例如,温度)变化时金属条的电感和/或电阻率的变化,移动的金属条中的热生成的建模变得更加复杂。而且,表面效应(例如,在条带的垂直高度上的不均匀加热)和边缘效应(例如,在条带的横向宽度上的不均匀加热)可能使建模进一步复杂化。通过许多模型和实验,已经发现如本文进一步详细描述的本公开的各个方面和特征特别适合于高效地加热金属条。
参考移动的金属条描述本公开的某些方面和特征,例如在旋转的磁体加热器附近通过的移动的金属条。可适用于移动的金属条的概念同样可适用于与移动的旋转磁体加热器相邻的固定金属(例如,固定金属条、板材、板或其他金属产品)。例如,与在转子附近移动的金属条不同,金属条可以保持静止,同时例如在转子也旋转时转子沿固定金属条的长度平移。另外,本公开的某些方面和特征可适用于除金属条之外的金属片,所述金属片移动或静止。例如,旋转磁加热器可用于轧制棒材、挤压件、板坯(例如厚度大于10mm)、厚度大于50mm或100mm的金属、直径大于400mm至500mm的杆、非-对称金属产品或其他合适的金属产品。
在一些情况下,如本文所述的旋转磁加热器可以设置在金属产品周围。磁转子,例如本文所述的那些,可以对称地或等距地分布在金属产品周围,例如金属条的相邻相对面(例如,顶部转子和底部转子)或围绕金属杆的三重取向(例如,如在金属杆相对于磁转子的相对运动方向上观看的那样,磁转子彼此以120°的角度等距间隔开)。可以选择围绕金属产品的磁转子的设置以实现金属产品中的期望加热。在一些情况下,磁转子的设置可以将最大磁通量聚焦通过金属产品(例如,金属杆)的中心,以向金属产品的中心提供比金属产品的外表面更多的热量,从而允许该中心比金属产品的外表面加热更快。可以在设置中使用任何数量的磁转子,例如,一个磁转子,两个磁转子(例如,彼此成180°角设置),三个磁转子(例如,彼此以120°角设置),四个磁转子(例如,彼此成90°角设置),或更多。在一些情况下,在设置中的磁转子可以关于中心轴线(例如,金属条的纵向轴)对称地或等距地分布,但是在一些情况下,磁转子可以不对称地设置或者在金属产品周围具有不均匀的分布。
本公开的某些方面和特征涉及旋转磁体加热器,所述旋转磁体加热器提供通过金属条的变化的磁场(例如,改变磁通量)。在某些情况下,可以使用其他变化磁源,例如电磁体;在非圆形路径中例如沿着带(例如,类似于油箱踏板)或在细长路径中移动的磁体;在盘上旋转的磁体;或其他这种变化的磁源。在一些情况下,如本文所述的旋转磁体加热器可具有优于其他变化磁源的优点,但是可以在适用时使用其他变化磁源。
本公开的某些方面和特征可用于向金属条或其他金属产品上的局部位置提供点加热。可以在一维、二维或三维中限定位置。例如,该位置可以被限定为沿着金属条的横向宽度的位置,因此导致在该横向宽度处磁性加热到金属条的整个长度。在另一个例子中,该位置可以被限定为沿着金属条的横向宽度和纵向长度的位置,从而导致对金属条的某些部分的磁加热(例如,每隔1米重复一次的金属条的10cm×10cm平方部分)。这种二维局部加热可以通过改变金属条和磁加热器的相对运动(例如,使用固定金属条、移动磁加热器或其他方式)来实现。在一些情况下,可以通过将磁通量集中在金属条中的特定深度来提供第三维定位。这种类型的点加热可以为磁加热器提供点退火能力,允许金属产品(例如,金属条)的某些部分退火而不退火金属产品的其他部分。这种点退火可以是有用的,特别是当需要高强度的金属产品时,但是在发生冲压过程的区中需要增加的可成形性。
在一些情况下,涂漆或涂覆的材料条带例如金属条需要随后的固化程序以去除涂层中包括的水、溶剂和/或其他合适的添加剂,以用于施加程序。例如,可能需要固化以例如向材料条提供光滑且良好粘附的涂层。固化参数可影响金属条的涂层特性,包括粘附性、光泽度、颜色、表面润滑性、整体片材形状和机械性能等。根据本发明的某些方面和特征,磁转子可用于固化金属制品例如金属条上的涂层。一个示例性***包括具有容纳在固化室中的磁体的转子。具有相关磁体的旋转转子可以在涂覆的金属条内引起移动或时变的磁场。变化的磁场可在金属条内产生电流(例如,涡电流),从而加热金属条及其涂层。另外,旋转磁体可用于加热水或任何其它合适的热交换物质以用于其他***或过程。
在一些非限制性实施例中,用于固化金属或其他材料条上的涂层的***包括固化室和多个转子,每个转子均包括至少一个磁体。通过所公开的***和方法固化的合适涂层包括有机涂层、无机涂层、混合有机-无机涂层、水性涂料、溶剂型涂料、油漆、粘合剂、漆、粉末涂料和/或层压材料或其他。
在一些情况下,磁转子可用于为具有不同热需求(例如,期望的温度设定点)的后续金属制品提供加热。例如,第一金属制品和随后的金属制品可以在同一件设备上彼此紧接地加工,并且使用磁转子来提供加热可以允许***从第一金属制品的温度设定点快速调节到第二金属制品的温度设定点。这种快速调节可以帮助减少在后续金属制品之间过渡期间必须报废的材料量。
给出这些说明性实施例是为了向读者介绍这里讨论的一般主题,而不旨在限制所公开构思的范围。以下部分参照附图描述了各种附加特征和实例,在附图中相同的数字表示相同的元件,并且方向性描述用于描述说明性实施方案,但是与说明性实施方案类似,其不应该用于限制本公开。本文示图中包括的元件可能未按比例绘制。
图1是根据本公开某些方面的旋转磁体加热器100的侧视图。旋转磁体加热器100可包括任何数量的转子108、110、112、114和转子组104、106。如图1所示,旋转磁体加热器100包括第一转子组104和第二转子组106。第一转子组104包括垂直间隔开的第一顶部转子108和第一底部转子110,并在它们之间限定间隙。在一些情况下,如上所述,转子组仅包括顶部转子。在其他情况下,转子组仅包括底部转子。金属条102可以在方向124上通过垂直间隙。第一顶部转子108可由第一顶部转子支撑臂116支撑,第一顶部转子支撑臂116可固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节第一转子组104中的垂直间隙。第一底部转子110可以由第一底部转子支撑臂118支撑,第一底部转子支撑臂118可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节第一转子组104中的垂直间隙。在一些情况下,第一顶部转子支撑臂116和第一底部转子支撑臂118中的一个或两个可以垂直固定或可调节。第一转子组104示出为在上游方向上操作,其中第一顶部转子108被描绘为沿顺时针方向旋转,而第一底部转子110被描绘为沿逆时针方向旋转。
第二转子组106包括第二顶部转子112和第二底部转子114,所述第二顶部转子112和第二底部转子114垂直间隔开并在它们之间限定间隙。金属条102可以在方向124上通过垂直间隙。第二顶部转子112可以由第二顶部转子支撑臂120支撑,第二顶部转子支撑臂120可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节第二转子组104中的垂直间隙。第二底部转子114可以由第二底部转子支撑臂122支撑,第二底部转子支撑臂122可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节第二转子组104中的垂直间隙。在一些情况下,第二顶部转子支撑臂120和第二底部转子支撑臂122中的一个或两个可以垂直地固定或可调节。第二转子组104示出为沿下游方向操作,其中第二顶部转子112被描绘为沿逆时针方向旋转,而第二底部转子114被描绘为沿顺时针方向旋转。
转子组可以设置成在任何合适的方向上旋转。在一些情况下,第一转子组104可以在下游方向上操作,其中第一顶部转子108沿逆时针方向旋转,而第一底部转子110沿顺时针方向旋转。第二转子组104可以在上游方向上操作,其中第二顶部转子112沿顺时针方向旋转,而第二底部转子114沿逆时针方向旋转。在一些情况下,相邻的转子组(例如,第一转子组104和第二转子组106)可以在相反的方向上操作(例如,如图1中所描述那样的上游和下游),这可以有助于抵消由转子组中的一个引起的任何张力变化。在一些情况下,如本文进一步详细描述的那样,相邻的转子组可以在相同的方向上操作,例如以在金属条中引起张力变化。
在一些情况下,旋转磁体加热器可包括额外的转子组,例如3、4、5、6、7、8或更多个转子组。在其他情况下,旋转磁体加热器可仅包括单个转子组。每个转子108、110、112、114均可包括一个或多个磁源。磁源可以是任何源或磁通量,例如永磁体或电磁体。在一些情况下,转子包括至少一个永磁体。
图2是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器200的顶视图。旋转磁体加热器200可以类似于图1的旋转磁体加热器100,虽然示出了四个转子组204、206、226、228。金属条202可以在方向224上通过四个转子组204、206、226、228中的每一个的垂直间隙。如上所述,第一转子组204可包括由第一顶部转子支撑臂216支撑并由第一顶部转子电动机238驱动的第一顶部转子208,第二转子组206可包括由第二顶部转子支撑臂220支撑并由第二顶部转子电动机240驱动的第二顶部转子212,第三转子组226可包括由第三顶部转子支撑臂234支撑并由第三顶部转子电动机242驱动的第三顶部转子230,以及第四转子组228可包括由第四顶部转子支撑臂236支撑并由第四顶部转子电动机244驱动的第四顶部转子232。图2中的每个转子组的底部转子均与它们各自的顶部转子横向地对齐,因此在图2中不可见。
图3是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器300的轴测投影。旋转磁体加热器300可类似于图2的旋转磁体加热器200。第一转子组304包括由第一顶部转子支撑臂316支撑并由第一顶部转子电动机338驱动的第一顶部转子308以及由第一底部转子支撑臂318支撑并由第一底部转子电动机350驱动的第一底部转子310。第二转子组306包括由第二顶部转子支撑臂320支撑并由第二顶部转子电动机340驱动的第二顶部转子312以及由第二底部转子支撑臂322支撑并由第二底部转子电动机352驱动的第二底部转子314。第三转子组326包括由第三顶部转子支撑臂334支撑并由第三顶部转子电动机342驱动的第三顶部转子330以及由第三底部转子支撑臂358支撑并由第三底部转子电动机354驱动的第三底部转子346。第四转子组328包括由第四顶部转子支撑臂336支撑并由第四顶部转子电动机344驱动的第四顶部转子332以及由第四底部转子支撑臂360支撑并由第四底部转子电动机356驱动的第四底部转子348。
可以使用任何合适的动力源代替转子电动机。任何合适的电动机均可用作转子电动机。在一些情况下,转子电动机可以通过带或链条驱动器旋转地联接到它们各自的转子,允许转子电动机本身放置在与其相应的转子相距一定距离处。在一些情况下,单个电动机可以驱动一个或多个转子,包括单个转子组的一个或多于一个转子。在一些情况下,转子电动机可以联接到控制器,以调节转子速度。在一些情况下,转子电动机设计成提供固定量的扭矩,并且可以通过操纵转子组的转子之间的垂直间隙来实现对转子组的所需调节。
转子支撑臂316、320、334、336、318、322、358、360中的每一个可被致动,以在一个或多个垂直方向(例如,向上和向下)、纵向方向(例如,在方向224或相反方向224)和横向方向(例如,沿着平行于相应转子的旋转轴线的方向)移动相应转子308、312、330、332、310、314、346、348。垂直运动可以控制单个转子组的转子之间的垂直间隙。纵向运动可以控制相邻转子组之间的纵向间隙。横向移动可以控制由特定转子覆盖的金属条302的表面的百分比,并因此控制通过金属条302的表面的部分的磁通量的量,如参考图5和图6进一步详细所示的那样。
图4是根据本公开的某些方面的永磁转子400的剖视侧视图。磁转子400是适合于图1的转子108、110、112、114的转子的实施例。磁转子400可包括一个或多个磁源403。如图4所示,磁转子400包括是永磁体的八个磁源403。磁体可以在任何合适的方向上设置。磁源403可以设置成使得相邻的永磁体提供径向面向外的不同极(例如,交替的N、S、N、S、N、S、N、S)。可以使用任何合适的永磁体,例如钐钴、钕或其他磁体。在某些情况下,钐钴磁体可能比钕磁体更理想,因为钐钴磁体的磁场强度会随着较高的热量而降低。然而,在某些情况下,钕磁体可能比钐钴磁体更理想,因为钕磁体在较冷的温度下具有较强的场强。
磁源403可以由壳体401包围。壳体401可以是能够允许磁通量通过其中的任何合适的材料。在一些情况下,壳体401可以由非金属涂层制成或可以进一步包括非金属涂层。在一些情况下,壳体401可包括Kevlar涂层。
在一些情况下,磁转子400可包括具有中心轴407的铁磁芯405。磁转子400可包括适于支撑磁源403的其他内部结构。可以使用任何合适数量的磁源403,但是已经发现利用偶数个磁源403,特别是六个或八个磁源403可以实现有效的结果。
磁源403的尺寸可以设定为覆盖磁转子400的任何百分比的圆周。利用磁性源403可以实现有效的结果,磁性源403的尺寸设计成占磁转子400的圆周的大约40%-95%、50%-90%或70%-80%。
磁转子400可以以任何合适的尺寸形成,但是已经发现,使用直径在200mm和600mm之间、至少300mm、至少400mm、至少500mm或至少600毫米的转子可以实现有效的结果。
每个磁源403的厚度可以是能够装配在磁转子400内的任何合适的厚度,但是已经发现,永磁体厚度为或至少15mm、15-100mm、15-40mm、20-40mm、25-35mm、30mm或50mm可以实现有效的结果。可以使用其他厚度。
通过试验和实验,已经确定,通过使用围绕单个转子定位的六个或八个磁体可以获得高效的加热功率,尽管可以使用其他数量的磁体。当使用太多磁体时,加热功率会下降。在一些情况下,可以选择磁体的数量以最小化安装和/或维护成本(例如,购买的磁体的数量)。在一些情况下,可以选择磁体的数量以最小化由于磁体在金属条附近移动而在金属条中发生的张力波动。例如,非常少的磁体可能导致更大和/或更长的张力波动,而更多的磁体可能导致更小和/或更短的波动。通过试验和实验,已经确定当磁体占转子的周长的40%至95%,或更具体地占转子的周长的50%-90%、或70%-80%时,可以获得高效的加热功率。通过试验和实验,已经确定当转子的直径大时,例如等于或大于200、300、400、500或600mm时,可以获得高效的加热功率。此外,使用更大的转子有助于最大限度地降低磁体成本。通过试验和实验,已经确定当转子的直径大时,例如等于或大于200、300、400、500或600mm时,可以获得高效的加热功率。此外,使用更大的转子有助于最大限度地降低磁体成本。
随着转子速度的增加,加热功率趋于增加。然而,在某些情况下,如果转子的速度达到阈值水平,由于金属条的固有电感和电阻率特性,速度的进一步增加将对加热效率产生负面影响。已经确定在每分钟或大约1800转(例如,在每分钟1800转的1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%或20%)可以是理想的速度,部分原因在于在各种场所的主电源中发现的以60Hz频率控制转子电动机的简单性。在某些情况下,可以根据所使用的转子电动机和/或提供的主电源选择其他频率。已经确定,虽然转子速度可以是控制施加到金属条的热能量的有用方法,但是保持恒定的转子速度并使用垂直间隙控制和其他控制来调节施加在金属条上的热能量的量可能是有利的。
通过试验和实验,已经确定当转子中的永磁体的厚度在15-40mm、20-40mm或25-35mm之间,或者在或大约为30mm时,可以获得高效的加热功率。虽然利用较厚的磁体可以获得强大的加热功率,但是在上述范围内使用磁体可以提供足够强的加热功率,同时保持磁体的安装/维护成本降低。
通过试验和实验,已经确定对于厚度为或大约2mm(例如,1mm至4mm或1mm至3mm)的金属条获得高效的加热功率,尽管可以使用其他尺寸的金属条。在一些情况下,虽然加热具有1mm厚度的金属条可以提供快速加热,但是它也可能在金属条中引起不期望的张力和张力波动。通过试验和实验,已经确定当使用厚度为或等于2mm(例如,1mm至4mm或1mm至3mm)的金属条时,可以有效地控制条带的张力。
图5是根据本公开的某些方面的具有偏移转子的旋转磁体加热器500的俯视图。旋转磁体加热器500可以类似于图2的旋转磁体加热器200,尽管第三和第四转子组526、528处于偏移配置。使用横向偏移转子,例如在单个转子组中,可以有助于补偿边缘效应。边缘效应是金属条502的边缘的不均匀加热,尤其是当转子延伸超出金属条502的边缘时。在图5中夸大了偏移程度,用于说明目的。
金属条502可以沿方向524通过四个转子组504、506、526、528中的每一个的垂直间隙。如上所述,第一转子组504包括由第一顶部转子支撑臂516支撑并由第一顶部转子电动机538驱动的第一顶部转子508,第二转子组506包括由第二顶部转子支撑臂520支撑并由第二顶部转子电动机540驱动的第二顶部转子512,第三转子组526包括由第三顶部转子支撑臂534支撑并由第三顶部转子电动机542驱动的第三顶部转子530,以及第四转子组528包括由第四顶部转子支撑臂536支撑并由第四顶部转子电动机544驱动的第四顶部转子532。
因为第三转子组526和第四转子组528处于偏移配置,因此可以看到第三底部转子546及其第三底部转子支撑臂558以及第四底部转子548和其第四底部转子电动机556。偏移配置可涉及转子组的顶部转子,所述顶部转子从转子组的底部转子横向偏移。可以看到第三转子组526的第三顶部转子530在第一方向上偏移,而第三底部转子546在与第一方向相反的第二方向上偏移。偏移度可以由线562、564限定。从线564到金属条502的第一边缘的距离(例如,朝向图5的顶部的边缘)可以是转子530和548与金属条502重叠的距离。从线562到金属条502的第二边缘的距离(例如,朝向图5的底部的边缘)可以是转子546和532与金属条502重叠的距离。线562和线564之间的距离可以是金属条502与第三转子组526的两个转子530、546重叠的距离。该距离也是金属条502与第四转子组528的两个转子548、532重叠的距离,但是在一些情况下,第四转子组528可以具有与第三转子组526不同的重叠距离。在使用时,转子重叠距离(例如,线562、564之间的距离)可以是金属条502的横向宽度的至少90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%。然而,在一些情况下,转子重叠距离可小于90%。
在一些情况下,旋转磁体加热器的最后一组转子组处于偏移配置可能是有利的。在具有六个转子组的旋转磁体加热器的实施例中,最后四个转子组可以是偏移配置中。如图5所示,旋转磁体加热器500包括四个转子组504、506、526、528,其中最后两个转子组(例如转子组526、528)处于偏移配置中。
在一些情况下,转子支撑臂可以在横向方向上调节转子位置(例如,如图5中所示向上或向下),以使转子移入或移出偏移配置。在一些情况下,一个或多个温度传感器可用于提供主动反馈,以控制转子在偏移配置中的位置,并因此控制转子重叠的量。随着转子重叠量的减少,例如低于金属条502宽度的100%或110%,可以减少边缘效应。
图6是根据本公开的某些方面的具有偏移转子的旋转磁体加热器600的轴测投影。旋转磁体加热器600可类似于图5的旋转磁体加热器500。第一转子组604包括由第一顶部转子支撑臂616支撑并由第一顶部转子电动机638驱动的第一顶部转子608以及由第一底部转子支撑臂618支撑并由第一底部转子电动机650驱动的第一底部转子610。第二转子组606包括由第二顶部转子支撑臂620支撑并由第二顶部转子电动机640驱动的第二顶部转子612以及由第二底部转子支撑臂622支撑并由第二底部转子电动机652驱动的第二底部转子614。第三转子组626包括由第三顶部转子支撑臂634支撑并由第三顶部转子电动机642驱动的第三顶部转子630以及由第三底部转子支撑臂658支撑并由第三底部转子电动机654驱动的第三底部转子646。第四转子组628包括由第四顶部转子支撑臂636支撑并由第四顶部转子电动机644驱动的第四顶部转子632以及由第四底部转子支撑臂660支撑并由第四底部转子电动机656驱动的第四底部转子648。
与图5中所示的类似,第三转子组626和第四转子组628在偏移配置中示出。
图7是根据本公开的某些方面的具有通量导向器766的旋转磁体加热器700的侧视图。旋转磁体加热器700可类似于图1的旋转磁体加热器100,然而,如图1所示,通过添加通量导向器766(例如,通量集中器或通量导向器),其可以允许转子708、710、712、714与金属条702间隔得比图1中的转子可允许的更远。沿方向724通过的金属条702可以直接从其中相应的转子最靠近金属条702(例如,位于最靠近金属条的转子边缘的磁极)的转子708、710、712、714和间接地经由通量导向器766接收磁通量。通量导向器766可以引导来自转子708、710、712、714中的不朝向金属条702取向的磁性源的磁通量,例如在平行于方向724的方向上朝向金属条702引导通量的磁源。此外,转子708、710、712、714周围的通量导向器766的存在可以允许第一转子组704和第二转子组706彼此靠近而没有磁通干扰,就像没有使用通量导向器766一样。如图1中所示,每个转子均可以具有围绕转子圆周的四个磁极。可以调节通量导向器766的位置,以确保没有磁极通过通量导向器766彼此短路。例如,如果转子包括多于四个磁极,则磁通导向器766可以略小,以避免磁通量的不期望的短路。
通量导向器766可包括适于聚焦、集中或以其他方式将通量导向金属条702的铁或铁基材料。例如,通量导向器766可以用硅合金钢层压板制造。在一些情况下,磁通导向器766可以沿着转子的宽度在一侧或两侧(例如,转子的上游或下游)上位于转子附近。通量导向器766可以沿转子的整个宽度定位,或者大于或小于转子的整个宽度。在一些情况下,可以定位通量导向器766,以通过重定向附近金属条702的边缘的磁通量来补偿边缘效应。通量导向器766可相对于旋转转子708、710、712、714保持固定。在一些情况下,通量导向器766可以固定到转子支撑臂716、718、720、722或其他地方。在图7中,描绘每个转子的两个通量控制器。两个通量导向器的数量可以对应于具有两个磁极的转子(例如,面向外的磁极的两个转子)。尽管可以使用任何合适数量的通量导向器,但是可以增加通量导向器的数量,以允许每个转子均使用四个、六个、八个、十个或更多个磁极。
图8是根据本公开的某些方面的利用旋转磁体加热器868、869的连续铸造***800的示意图。连续铸造机870可输出金属产品,例如金属条802。金属条802可以可选地通过除热设备,例如冷却设备(例如,水冷或空气冷却)、消融设备或其他这样的设备。在一些情况下,金属条802的持续运输,包括与环境空气接触和/或与未加热的辊接触,可以降低金属条802的温度。在进入热轧机架874之前,金属条802可以通过旋转磁体加热器868加热,例如图1的旋转磁体加热器100,或者如本文所述的任何其他旋转磁体。在一些情况下,金属条802可在离开热轧机架874之后通过旋转磁体加热器869加热。在一些情况下,金属条802在离开旋转磁体加热器869之后可以经历另外的工艺,例如额外的热轧、冷轧或其他工艺。在连续铸造***800中,旋转磁加热器868、869可以在各种工艺(例如热轧)之前或之后增加或保持条带温度。旋转磁体加热器868、869的使用可以提高连续铸造***800中金属生产的效率和速度。可以使用任何数量的旋转磁体加热器868、869,并且在一些情况下,仅使用旋转磁体加热器868、869中的一个。
图9是根据本公开的某些方面的使用旋转磁体加热器968的金属加工***900的示意图。金属加工***900包括旋转磁体加热器968,例如图1的旋转磁体加热器100,或者如本文所述的任何其他旋转磁体。旋转磁体加热器968作用在金属条902上。
在一些情况下,旋转磁体加热器968可以直接位于一件上游处理设备976的下游,以便在离开上游处理设备976之后保持或增加金属条902的温度。
在一些情况下,旋转磁体加热器968可以直接位于下游处理设备978的上游,以便在进入下游处理设备978之前保持或增加金属条902的温度。
在一些情况下,旋转磁体加热器968可以位于一件上游处理设备976与一件下游处理设备978之间,以便在金属条902在上游处理设备976与下游处理设备978之间行进时保持或增加金属条902的温度。
上游处理设备976和下游处理设备978可以是任何合适的金属加工设备,例如CASH管线的部件(例如,熔炉、冷却单元或其他设备)。使用旋转磁体加热器968可以提高金属加工***900中金属生产的效率和速度。
图10是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器控制***1000的示意图。控制器1080可以是任何合适的控制设备,例如处理器或计算机。控制器1080可以联接到***1000的各个部分,以提供对***的任何可控部分的手动或自动(例如,编程和/或动态)控制。控制器1080可以联接到任何数量的转子组1004、1006的转子电动机1038、垂直间隙致动器1082(例如,转子支撑臂)、纵向位置致动器1084和/或横向位置致动器1086,以提供对***1000的适当控制。控制器1080可以联接到数据存储器(例如,非暂时性的机器可读存储器),用于存储和访问程序信息和其他数据。
在一些情况下,控制器1080可以联接到传感器1088。一个或多个传感器1088可用于向显示器提供反馈以供用户解释,或者可用于提供对***1000的一个或多个部分的动态控制。
在实施例中,控制器1080可以使用传感器1088(例如,温度传感器、平坦度传感器或张力传感器)来提供反馈,以(例如,经由垂直间隙致动器1082)动态地调节第一转子组1004的垂直间隙,从而确保由第一转子组1004引起的张力由第二转子组1006补偿。当使用温度传感器时,控制器1080可以将金属条的温度变化与垂直间隙的调节相关联,这是维持第一转子组1004和第二转子组1006的张力的低的、接近零的或零净变化所必需的。当使用张力传感器时,测量的张力本身可用于控制垂直间隙,使得第一转子组1004和第二转子组1006的净张力是低的、接近零的或零的。
在一些情况下,控制器1080或合适的传感器1088可以监控与转子电动机1038相关联的电能使用。电能使用可以提供对***操作的了解,并且可以由控制器1080使用,以对***状态进行推断。然后,控制器1080可以基于所感测的功率提供反馈以动态调节***,例如如上所述的(例如,垂直间隙)。
在一些情况下,控制器1080可以联接到单个转子而不是转子组,在这种情况下,控制器1080可以控制转子的任何可控方面,例如,转子速度、横向位置、垂直位置、纵向位置或其他方面(例如,具有电磁源的转子中的磁场强度)。
在一些情况下,控制器1080可以联接到致动器,用于控制金属条相对于一个或多个转子或转子组的位置。例如,控制器1080可以联接到一个或多个条带偏转器1092,以控制金属条的通过线。这种条带偏转器1092的实施例可包括图18的金属板1892、图19的辊1992、图23的喷雾器2396和图32的辊3298中的一个或多个。在一些情况下,偏转器1092可使金属条的一部分(例如,小于金属条的整个宽度)朝向或远离磁转子偏转,从而在金属条与磁转子之间提供横向可微分的距离。
在一些情况下,控制器1080可以联接到一个或多个通量引导件1094,以移动或重新定位通量引导件1094,从而调节通过金属条的全部或部分的磁通量的量。任何合适的通量导向器,例如参考图7、27、28和35-39描述的那些,均可以由控制器1080控制。
图11是描绘根据本公开的某些方面的使用旋转磁体加热器的过程1100的流程图。在框1190处,使金属条通过第一组磁转子。金属条可以通过第一组转子之间的第一垂直间隙。在框1191处,金属条可以通过第二组磁转子。金属条可以通过第二组转子之间的第二垂直间隙。
在框1192处,可以调节第一组转子或第二组转子中的一个的垂直间隙。可以根据需要增大或减小垂直间隙,以分别减小或增加由调节的转子组在金属条中引起的张力量。例如,如果第一转子组施加过多的下游力以由第二转子组补偿,则第一转子组的垂直间隙可以在框1192处增加,使得第一转子组现在施加较小的下游力,这可以由第二转子组补偿。在一些情况下,框1192可以由调节转子组的不同参数例如旋转速度的框代替。在一些情况下,与调节垂直间隙不同,可以调节附近转子的距离,如参考图13-14进一步详细描述的那样。
在可选框1196处,可以将关于金属条的信息提供给模型。这些信息可以是关于所用金属类型、金属条尺寸、金属条速度或金属条的任何其他特征的信息。通过将该信息应用于模型,***可以在框1192处确定第一转子组或第二转子组的必要垂直间隙。
在可选框1194处,***可以测量金属条,例如温度测量或张力测量。可以通过任何合适的传感器进行测量。该测量可用于提供动态反馈,以基于该测量在框1192处调节垂直间隙。例如,在框1194处接收的金属条中张力增加的测量值可以用在方框1194处,以调节其中一个转子组的垂直间隙,从而使张力恢复到所需的水平。
在可选框1198处,可以调节至少一组转子的纵向位置。例如,第一转子组可以纵向调节,以更接近或更远离第二转子组。
在可选框1199处,可以调节至少一组磁转子的至少一个转子的横向位置。在一些情况下,一组磁转子中的一个转子的横向调节伴随着同一组转子的相对转子的相等且相反的横向调节。例如,在第一方向上朝向金属条的第一边缘横向偏移的顶部转子可以伴随着相同转子组的底部转子,所述底部转子在第二方向上朝向金属条的第二边缘横向偏移相同的量。参考图5-图6可以看到横向偏移的实施例。
在可选框1197处,可以调节至少一组转子的转子的旋转速度。可以调节旋转速度,以改变施加在移动的金属条上的热能的量。在一些情况下,可调节一组转子的转速,以在相邻转子组之间提供张力波动的控制。
图12是根据本公开的某些方面的蛇形旋转磁体加热器1200的侧视图。蛇形旋转磁体加热器1200可包括单个转子组1204中的多个转子1208、1210、1209。蛇形旋转磁体加热器1200可包括使金属条1202以缠绕、蛇形或正弦图案移动通过转子组1204。如图12所示的蛇纹图案的范围,为了说明的目的,可能夸大。
可以使用任何数量的转子。如图12所示,转子组1204包括上游转子1208、中间转子1210和下游转子1209。上游转子1208和下游转子1209位于金属条1202的同一侧(例如,顶侧),而中间转子1210位于金属条1202的相对侧(例如,底侧),从而在金属条1202中引起蛇形图案。
在一些情况下,加热器1200可包括附加的转子组。当使用附加的转子组时,相邻的转子组可以定向成使得相邻转子组的相邻转子位于金属条的相对侧上。例如,紧接在下游转子1209之后的转子组的上游转子可以与来自下游转子1209的金属条1202相对地定位(例如,在图12所示在金属条1202的底部上)。
图13是根据本公开的某些方面的处于伸展位置的可伸缩旋转磁体加热器1300的侧视图。可伸缩旋转磁体加热器1300可包括惰辊1321,所述惰辊1321联接到可伸展支撑臂1323。当处于伸展位置时,如图13所示,可伸展支撑臂1323迫使惰辊1321进入腔1325。支撑辊1327可以帮助保持金属条1302的正确定向,并且可以支撑金属条1302远离障碍物(例如,壁)。当在腔1325中时,金属条1302可以通过多个腔支撑的转子1308和多个中心支撑的转子1310(例如,由可伸展的支撑臂1323支撑)。在一些情况下,当惰辊1321处于伸展位置时,腔1325可包括与惰辊1321相对的金属条1302的腔支撑转子1308,在这种情况下,惰辊1321可以是惰轮转子(例如,具有内转子的惰辊),如关于图15进一步详细描述的那样。
转子1308、1310可以与这里参照其他旋转磁体加热器本文所描述的转子相同,并且可以包括任何和所有部件和/或其特征,所述特征包括间隙可调节性、纵向可调节性和横向可调节性。对于可伸缩的旋转磁体加热器1300,当可伸展支撑臂1323处于伸展位置时,“垂直间隙”可包括位于金属条1302的相对侧上的相对转子1308、1310之间的间隙。
可伸缩旋转磁体加热器1300允许大部分长度的金属条1302受到转子1308、1310的影响而不占用生产线中的大量纵向空间。腔1325的深度以及可伸展支撑臂1323的长度可以是任何合适的尺寸。在一些情况下,可伸展支撑臂1323的延伸量可以控制施加到金属条1302中的热量,因为延伸量与暴露于转子1308、1310的金属条的长度直接相关并且从而与当其行进通过可伸缩旋转磁体加热器1300时金属条的特定部分暴露于转子1308、1310的持续时间相关。
图14是根据本公开的某些方面的处于缩回位置的可伸缩旋转磁体加热器1400的侧视图。可伸缩旋转磁体加热器1400可以是处于缩回位置的图13的可伸缩旋转磁体加热器1300。当可伸展支撑臂1423处于缩回位置时,惰辊1421可以与金属条1402间隔开,从而允许金属条通过可伸缩旋转磁体加热器1400而不进入腔1425,因此没有通过相邻的磁转子1408、1410。在一些情况下,当可伸展支撑臂1423处于缩回位置时,金属条1402可以或可以不接触支撑辊1427。
图15是根据本公开某些方面的使用组合惰轮转子1531的蛇形旋转磁体加热器1500的侧视图。任何旋转磁体加热器均可以包括组合惰轮转子1531,尽管它们在蛇形旋转磁体加热器1500中特别有用。图15的蛇形旋转磁体加热器1500包括四个惰轮转子1531。
组合惰轮转子1531是具有内转子1510的惰辊1533。内转子1510可以是任何合适的转子,例如本文所述的转子。然而,惰辊1533用作围绕内转子1510的壳体,金属条1502可以停靠在并且可以被支撑在该内转子1510处。惰辊1533可以与内转子1510旋转地分离,或者可以旋转地联接,以与内转子1510不同的速度旋转。因此,惰辊1533可以以适合于金属条1502的行进速度的速度旋转,而内转子1510能够以适合于期望的变化磁场的速度旋转。一个或多个相对的转子1508可以与相对地位于来自惰轮转子1531的金属条1502的对面。
在一些情况下,惰轮转子1531(例如,内转子1510)中的磁源与惰轮转子1531(例如,惰辊1533)的表面之间的距离可以是固定的。在这种情况下,垂直间隙的任何调节可以仅仅归因于相对转子1508的调节。然而,在一些情况下,来自惰轮转子1531的磁场强度可以通过在惰辊1533与内转子1510的磁源之间的惰轮转子1531中***磁性半透明或磁不透明材料来控制。
图16是根据本公开的某些方面的具有纵向间隙控制的旋转磁体加热器1600的侧视图。旋转磁体加热器1600可类似于图1的旋转磁体加热器100,然而,第一组转子1604和第二组转子1606安装在纵向轨道1651上。虽然纵向间隙控制可以以许多不同的方式实现,例如通过单独控制转子支撑臂,但是一种这样的方式可以包括将转子支撑臂安装在纵向轨道1651上并使用线性致动器(例如,皮带驱动器、螺杆致动器或其他致动器)沿着纵向轨道1651操纵支撑臂。
通过试验和实验,已经确定通过调节相邻转子组之间的纵向间隙(例如,水平间隙)(例如,图16的第一组转子1604和第二组转子1606之间的纵向间隙)不能控制条带张力本身。然而,可以通过调节间隙来控制条带张力的波动。通过试验和实验,已经确定,使用距离为250mm的400mm转子可以实现高效的张力波动控制。在一些情况下,第一组转子和第二组转子以及第三组转子和第四组转子可以相隔250mm放置,而第二组转子和第三组转子可以相隔500mm放置。在一些情况下,第二组转子和第三组转子可以定位成具有纵向间隙,该纵向间隙是第一组转子和第二组转子与第三组转子和第四组转子之间的纵向间隙的宽度的两倍。
通过试验和实验,已经确定可以通过确保相邻转子之间的纵向间隙足够远来控制张力波动,使得相邻转子之间的磁相互作用不会引起不期望的张力波动。将相邻的转子组定位在50mm、100mm、200mm、300mm、400mm或500mm以上的纵向间隙可能是有利的。在某些情况下,当使用通量分流器时,可以减小纵向间隙的距离,同时保持有效的张力控制。
图17是根据本公开某些方面的具有单转子转子组的旋转磁体加热器1700的侧视图。旋转磁体加热器1700可包括任何数量的转子1710、1712和转子组1704、1706。转子1710、1712可类似于图1的转子110、112。如图17所示,旋转磁体加热器1700包括第一转子组1704和第二转子组1706,每个转子组均具有单个转子。第一转子组1704包括单个底部转子1710,金属条1702可以在方向1724上在该单个底部转子1710相邻处通过。底部转子1710可以由底部转子支撑臂1718支撑,底部转子支撑臂1718可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节底部转子1710与金属条1702之间的距离。在一些情况下,底部转子支撑臂1718可以垂直固定或可调节。第一转子组1704示出为沿下游方向操作,其中底部转子1710被描绘为沿顺时针方向旋转。
第二转子组1706包括顶部转子1712,金属条1702可以在方向1724上在顶部转子1712相邻处通过。顶部转子1712可以由顶部转子支撑臂1720支撑,顶部转子支撑臂1720可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节顶部转子1712与金属条1702之间的距离。在一些情况下,顶部转子支撑臂1720可以垂直地固定或可调节。示出第二转子组1704在上游方向上操作,其中顶部转子1712被描绘为沿顺时针方向旋转。
转子1710、1712可以在不适用任何直接相对的转子来操作,该直接相对的转子与来自转子1710、1712的金属板相对定位。在一些情况下,每个具有单个转子的相邻转子组1704、1706可以设置成使得相邻转子位于金属条1702的相对侧上,但不需要是这种情况。在一些情况下,可以使用额外的设备,例如支撑辊、气体喷嘴(例如,空气喷嘴)或其他这样的设备,来抵消由转子1710、1712引起的任何力,以使金属条1702远离期望的通过线移动。例如,单个转子1710、1712可以将金属条1702略微拉向转子1710、1712。这种拉力可以通过重力、支撑辊或任何其他施加的力(例如,通过气体喷嘴)来抵消。在某些情况下,不会施加任何反作用力。
图18是根据本公开的某些方面的具有与金属板1892、1894相对的单转子转子组的旋转磁体加热器1800的侧视图。旋转磁体加热器1800可包括任何数量的转子1808、1812和转子组1804、1806。转子1808、1812可类似于图1的转子110、112。如图18所示,旋转磁体加热器1800包括第一转子组1804和第二转子组1806,每个转子组均具有单个转子和相对的金属板。第一转子组1804包括单个顶部转子1808,金属条1802可以在方向1824上在单个顶部转子1808相邻处通过。顶部转子1808可以由顶部转子支撑臂1816支撑,顶部转子支撑臂1816可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节顶部转子1808与金属条1802之间的距离。在一些情况下,顶部转子支撑臂1816可以垂直地固定或可调节。第一转子组1804示出为沿下游方向操作,其中顶部转子1808被描绘为沿逆时针方向旋转。
第二转子组1806包括顶部转子1812,金属条1802可以在方向1824上在顶部转子1812相邻处通过。顶部转子1812可由顶部转子支撑臂1820支撑,顶部转子支撑臂1820可固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节顶部转子1812与金属条1802之间的距离。在一些情况下,顶部转子支撑臂1820可以垂直地固定或可调节。示出第二转子组1804在上游方向上操作,其中顶部转子1812被描绘为沿顺时针方向旋转。
转子1808、1812可以不使用与来自转子1808、1812的金属板相对地定位的任何直接相对的转子,而是使用相对的金属板1892、1894操作。金属板1892、1894可以或可以不与金属条1802接触。金属板1892、1894可以由金属制成,例如黑色金属或有色金属。在一些情况下,金属板1892、1894可以由钢制成。金属板1892、1894的使用可以通过金属条1802帮助定向和/或集中来自转子1808,1812的磁场。金属板1892、1894可以保持静止。在一些情况下,金属板1892、1894可以垂直致动以调节金属板1892、1894与金属条1802之间的距离。在一些情况下,金属板1892、1894可涂覆有保护层,例如Kevlar。在一些情况下,旋转磁体加热器1800不包括金属板1892、1894。
图19是根据本公开的某些方面的具有与辊1992、1994相对的单转子转子的组旋转磁体加热器1900的侧视图。旋转磁体加热器1900可包括任何数量的转子1908、1912和转子组1904、1906。转子1908、1912可类似于图1的转子110、112。如图19所示,旋转磁体加热器1900包括第一转子组1904和第二转子组1906,每个转子组均具有单个转子和相对的辊。第一转子组1904包括单个顶部转子1908,金属条1902可以在方向1924上与单个顶部转子1908相邻而通过。顶部转子1908可以由顶部转子支撑臂1916支撑,顶部转子支撑臂1916可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节顶部转子1908与金属条1902之间的距离。在一些情况下,顶部转子支撑臂1916可以垂直地固定或可调节。示出第一转子组1904在下游方向上操作,其中顶部转子1908被描绘为沿逆时针方向旋转。
第二转子组1906包括顶部转子1912,金属条1902可在方向1924上与顶部转子1912相邻而通过。顶部转子1912可以由顶部转子支撑臂1920支撑,顶部转子支撑臂1920可以固定或可致动以在垂直方向上移动,以调节顶部转子1912与金属条1902之间的距离。在一些情况下,顶部转子支撑臂1920可以垂直地固定或可调节。示出第二转子组1904在上游方向上操作,其中顶部转子1912被描绘为沿顺时针方向旋转。
转子1908,1912可以在不使用与来自转子1908、1912的金属板相对定位的任何直接相对的转子而是使用相对的辊1992、1994来操作。辊1992、1994可以或可以不与金属条1902接触。辊1992、1994可以由金属制成,例如黑色金属或有色金属。在某些情况下,辊1992、1994可以由钢制成。使用辊1992、1994可以通过金属条1902帮助定向和/或集中来自转子1908、1912的磁场,同时可选地为金属条1902提供支撑。辊1992、1994可以自由旋转或者可以被驱动旋转(例如,用马达)。在某些情况下,辊1992、1994可以垂直致动,以调节辊1992、1994与金属条1902之间的距离。在某些情况下,辊1992、1994可以涂有保护层,例如Kevlar。
图20是根据本公开的某些方面的可相对于固定金属条2002移动的旋转磁体加热器2000的侧视图。旋转磁体加热器2000可包括任何数量的转子2008、2010和转子组2004。转子2008、2010可类似于图1的转子108,110。如图20所示,旋转磁体加热器2000包括第一转子组2004,所述第一转子组2004具有顶部转子2008和底部转子2010。可以使用其他配置。金属条2002可以定位在转子2008、2010附近,例如在转子2008、2010之间的垂直间隙之间。金属条2002可以保持静止(例如,相对于地面静止),如划叉方向箭头所示。为了实现期望的加热效果,转子组2004可以相对于金属条2002纵向移动,例如沿方向2025移动。在一些情况下,转子支撑臂2016、2018可以可移动地联接到轨道2051。沿着轨道2051的移动可以允许转子2008、2010相对于金属条2002纵向移动,实现相同的相对运动,并因此实现整体加热效果,好像金属条2002在移动并且转子2008、2010是保持纵向静止,如图1所描述的那样。当它们沿金属条2002的长度向上或向下纵向平移时,转子2008、2010可以继续旋转(例如,在如图20所示的下游方向上)。在一些情况下,与固定金属条2002不同,可以使用其他金属件、零件或产品,例如金属片、金属板、金属板材、成形零件等。
图21是根据本公开的某些方面的具有多个子转子2109的旋转磁体加热器2100的轴测投影。旋转磁体加热器2100可类似于图2的旋转磁体加热器200。转子组2104可包括由顶部转子支撑臂2116支撑并由顶部转子电动机2138驱动的顶部转子2108以及由底部转子支撑臂2118支撑并由底部转子电动机2150提供动力的底部转子2110。图21中的转子2108、2110没有示出外覆盖件,虽然可以在一些或所有子转子2109上使用外覆盖件。
每个转子2108、2110均可包括两个或更多个子转子2109。每个子转子2109可以占据其所包括的转子宽度的不到100%。如图21所示,转子2108、2110中的每个均包括十一个子转子2109。每个子转子2109均可以在离散区(例如,在子转子2109处或周围)向金属条2102提供离散量的磁通量(例如,改变磁场)。每个子转子2109均可以单独被驱动(例如,通过单独的电动机)或者可以与一个或多个其他子转子2109(例如,共用单个电动机的多个子转子2109)共同驱动。转子电动机或其他动力提供器可用于旋转子转子2109。在一些情况下,各个子转子2109均可以配置成以与其他子转子2109不同的速度旋转。例如,纵向位于金属条2102的表面上的传统“冷”点上方或下方的子转子2109(例如,从金属条的边缘稍微向内)可以比相邻的子转子2109更快地驱动,允许该位置比相邻位置加热更多,从而在金属条的宽度上引起更均匀或更平均的温度分布。在一些情况下,子转子2109可以预先设定为以彼此的某些相对速度旋转,例如通过使用齿轮或齿轮***。在一些情况下,变速器可用于手动或自动地将子转子2109的相对速度改变为另一个子转子2109。
图22是根据本公开的某些方面的具有多个子转子2209的旋转磁体加热器2200的俯视图。旋转磁体加热器2200可包括转子2208。转子2208可类似于图21的转子2108。金属条2202可以在方向2224上从转子2208下方通过,并因此在子转子2209下方通过。
图23是描绘据本公开的某些方面在第一条件下的图22的转子2208和金属条2202的转子速度2309和条带温度2301的图表。线2309描绘了图22的十一个子转子2209中的每一个的无量纲化转子速度。为方便起见,图23的图表与图22的子转子2209垂直对齐。虚线2302表示金属条2202的边缘。线2301描绘了在通过转子2208时或刚刚通过转子2208之后金属条2202的宽度上的无量纲化条带温度。线2309、2301不一定按比例绘制,但为了说明目的而夸大地示出。
在第一条件下,每个子转子2209均以相同的速度驱动,这产生与单个全长转子相似或相同的移动磁场。由这种移动磁场产生的条带温度2301显示出在金属条2202的边缘处具有“热”点和稍微靠近金属条2202的边缘的“冷”点的轮廓(例如,仅从金属条2202的边缘向内)。当磁场和感应电场在金属条2202的边缘相互作用时,这些热点和冷点可能是边缘效应的结果。这种不均匀的温度分布是不期望的。
图24是描绘根据本公开的某些方面在第二条件下的图22的转子2208和金属条2202的转子速度2409和条带温度2401的图表。线2409描绘了图22的十一个子转子2209中的每一个的无量纲化转子速度。为方便起见,图24的图表与图22的子转子2209垂直对齐。虚线2402表示金属条2202的边缘。线2401描绘了在通过转子2208时或刚刚通过转子2208之后金属条2202的宽度上的无量纲化条带温度。线2409、2401不一定按比例绘制,但为了说明目的而夸大地示出。
在第二条件下,除了与转子2208的端部相邻的倒数第二子转子2209之外,每个子转子2209均以相同的速度被驱动。倒数第二子转子2209被示出为以大于剩余子转子2209的速度被驱动。这种情况向单个全长转子产生类似的移动磁场,除了金属条2202的边缘附近或稍微向内外,其中加热量增加。由这种移动磁场产生的条带温度2401显示出在金属条2202的宽度上比图23中所示的第一条件的条带温度2301更均匀的轮廓。因此,通过调节具有子转子2209的转子2208中的特定子转子2209的速度,可以改善金属条2202的宽度上的温度均匀性。
在一些情况下,条带温度2401可以被认为是均匀的温度分布。在一些情况下,可以使用其他技术,例如本文公开的那些技术,来实现均匀的温度分布。均匀的温度分布可包括金属制品的温度分布,该温度分布变化不超过平均温度的1℃、2℃、3℃、4℃、5℃,6℃、7℃、8℃、9℃、10℃、11℃、12℃、13℃、14℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、21℃、22℃、23℃、24℃或25℃。在某些情况下,可以使用其他变型。在某些情况下,变化可能不超过平均温度的1℃、2℃、3℃、4℃、5℃、6℃、7℃、8℃、9℃或10℃。
图25是根据本公开的某些方面的描绘磁通量分布2509的转子2508的前视图。如本文所公开的,各种技术可使得不同量的磁通量能够通过附近磁转子行进的金属条。用于控制在金属条的宽度上引入的热量的一种技术是提供具有合适的磁通量分布2509的转子2508。合适的磁通量分布2509可以设计成当转子2508在移动的金属条附近旋转时赋予金属条所需的加热量。转子2508可以是本文所述的任何转子,例如图1的转子108。各种技术可以赋予合适的磁通量分布2509,如本文进一步详细描述的那样。在一些情况下,可能期望在金属条的边缘正好附近提供增加的磁通量,以减少冷点的普遍性,例如图23中所示的那些。在一些情况下,可能需要其他磁通量分布2509,以提供改进的温度控制、温度控制的更大灵活性或其他原因。
在一些情况下,转子2508的合适的磁通量分布2509可以是静态的并且不可动态调节。在这种情况下,转子2508可能需要停止(例如,旋转停止),并且可选地被移除,以便调节磁通量分布2509。在一些情况下,转子2508可以具有静态的合适的磁通量分布2509,使用期望的永磁体阵列例如Halbach阵列建立。在一些情况下,可以动态地调节磁通量分布2509,例如根据预定程序或响应于反馈(例如,来自温度传感器、平坦度传感器、功率传感器或其他此类传感器的信号)。可以根据任何合适的技术动态地调节磁通量分布2509,例如调节子转子的转速,调节致动器以使转子的一些磁体移动得更靠近或远离金属条(例如,更靠近或进一步形成转子的外壳),调节致动器以在转子内或转子周围等移动通量集中器。
类似地,在一些情况下,可以控制转子的位置和/或取向,以调节通过金属条的磁通量分布。在这种情况下,转子2508自身的磁通量分布2509可能不会动态地改变,但是可以动态地调节通过金属条的磁通量的分布。
图25中描绘的转子2508的合适的磁通量分布2509包括三角形轮廓元件。在一些情况下,轮廓元件可具有其他形状,例如方形、圆形、椭圆形、锯齿形或任何其它合适的形状。
图26是描绘根据本公开的某些方面在壳体2601内具有波状磁转子2603的转子2608的前立体图。转子2608是图25的合适的磁通量分布2509如何被获得的一个实施例。转子2608包括具有圆柱形外表面的外壳2601。在壳体2601内,波状磁转子2603具有能够实现所需的合适的磁通量分布2609的轮廓。波状磁转子2603可包括围绕磁转子2603设置的多个磁体。在期望更多磁通量的部分处,磁转子2603的直径可以更大,而磁转子2603的直径更小的位置可以导致在那些位置附近的磁通量更小。
图27是描绘根据本公开的某些方面的具有通量集中器2766的转子2708的前立体图。转子2708是图25的合适的磁通量分布2509如何被实现的一个实施例。转子2708包括外壳2701,所述外壳2701具有联接到其上或结合在壳体2701上的通量集中器2766。在壳体2701内,磁转子2703具有平的轮廓,所述平的轮廓通常将输出平的磁通量分布。由于通量集中器2766的存在,转子2708的磁通量分布2709具有合适的轮廓,类似于图25的合适的磁通量分布2509。在一些情况下,可以通过动态操纵通量集中器2766来实现转子的磁通量分布2709的动态调节。在一些情况下,通量集中器2766可位于壳体2701内,例如位于壳体3081与磁转子2703之间。通量集中器2766可以是适合于集中磁通量的任何材料,例如电工钢(例如,层压钢)。
图28是根据本公开的某些方面的具有通量集中器2866的永磁转子2800的剖视侧视图。磁转子2800可以是图27的转子2708或任何其它合适的转子,例如图1的转子108、110、112、114。磁转子2800可包括一个或多个磁源2803,例如永磁体。图28的磁转子2800可类似于图4的磁转子400,但是添加了通量集中器2866。
磁源2803可以由壳体2801包围。壳体2801可以是能够允许磁通量通过其中的任何合适的材料。在一些情况下,壳体2801可以由非金属涂层制成或可以进一步包括非金属涂层。在一些情况下,壳体2801可包括Kevlar涂层。
在一些情况下,磁转子2800可包括具有中心轴2807的铁磁芯2805。在一些情况下,磁转子2800可包括其他内部结构,所述内部结构适于支撑磁源2803。可以使用任何合适数量的磁源2803。
在一些情况下,通量集中器2866可以联接到壳体2801或以其他方式结合到壳体2801的表面中。在一些情况下,通量集中器可位于壳体2801的范围内,允许转子的外表面保持基本上圆柱形。通量集中器2866可定位在磁源2803的面向外的边缘,例如,径向向外的边缘处。相对于不存在通量集中器2866的位置,存在通量集中器2866的任何地方均可以改善磁通量。因此,转子2800可以沿着转子2800的宽度在一些横向位置处(例如,如图28所示进出页面),而不是在其他位置,构造有磁通量集中器2866。因此,可以在转子2800的整个宽度上实现合适的磁通量分布。
图29是描绘根据本公开的某些方面的包括可变磁通转子2908、2910的转子组2900的前视图。如图29所示,转子2908、2910的轮廓具有波状轮廓(例如,花瓶状轮廓或保龄球状轮廓),以表示转子2908、2910的波状磁通分布。转子2908、2910的实际外表面可以是波状的、圆柱形的或其他形状。如本文所公开的,无论转子2908、2910的外壳的形状如何,均能可以使用各种技术建立合适的磁通量分布。
转子2908、2910具体地采用连续可变的磁通量分布。该特定分布可称为连续可变冠部分布。该特定分布和其他类似分布可用于提供对通过磁条2902的通量的量的改进的可调节性。通过调节转子2908、2910的位置和/或取向,可以向金属条2902具有不同的磁场分布。例如,沿横向(例如,如图29中所示的左右)或沿垂直方向(例如,如图29中所示的上下)移动一个或多个转子2908、2910的位置可以对通过金属条2902的磁通量提供一定程度的控制。此外,转子2908、2910中的一个或多个绕纵向轴线(例如,金属条的纵向轴线,或如图29中所示的顺时针或逆时针旋转)或绕垂直轴线的旋转(例如,如图29所示的页面平行和从该页面底部延伸到顶部的轴线的旋转围绕纵向轴线旋转)可以提供对通过金属条2902的磁通量的进一步控制度。最后,顶部转子2908和底部转子2910相对于彼此以及相对于金属条2902的协调调节可以甚至提供通过金属条2902的磁通量的进一步控制。
图30是描绘根据本发明的某些方面的在可变磁通转子2908、2910的重新定位之后图29的转子组2900的前视图。在图30中,顶部转子2908已沿第一方向移动,而底部转子2910已沿相反方向移动。结果,具有较高磁通量的转子2908、2910的部分更直接地定位在金属条2902上,导致在金属条2902的边缘附近进入金属条2902的热输入增加。
图31是描绘根据本公开的某些方面的包括喇叭形磁通转子3108、3110的转子组3100的正视图。如图31所示,转子3108、3110的轮廓是喇叭形的(例如,类似喇叭形的轮廓),以表示转子3108、3110的喇叭形磁通量分布。转子3108、3110的实际外表面可以是喇叭形、圆柱形或其他形状。如本文所公开的,无论转子3108、3110的外壳的形状如何,均可以使用各种技术建立合适的磁通量分布。
转子3108、3110的磁通量分布的喇叭形状对于调节在金属条3102的边缘附近发生的加热量特别有用。通过横向调节(例如,如图31中所示的左右)转子3108、3110相对于彼此以及相对于金属条3102的位置,通过金属条的磁通量的强度可以是在金属条3102的边缘附近增加,而不增加通过金属条中心的磁通量的量。
图32是描绘根据本公开的某些方面的用于调节通过金属条3202的磁通量的量的技术的正视图。如图32所示,转子3208的轮廓是线性的(例如,圆柱形),以表示转子3208的线性磁通量分布。然而,图32中描绘的技术也可以与具有非线性(例如,波状)磁通量分布的转子3208一起使用。转子3208、3210的实际外表面可以是波状的、圆柱形或其他形状。如本文所公开的,无论转子3208的磁通量分布如何,均可以使用各种技术来建立通过金属条3202的合适的磁通量分布。通过向金属条3202施加外力,金属条3202可以在某些位置(例如,图32中的条带3202的边缘)朝向转子3208被推动,并且可以在其他位置处(例如,图32中的条带3202的中心)保持远离转子3208。因此,可以向最靠近转子3208的金属条3202的部分提供最强的磁通量。可以使用任何合适的技术来施加力,以将金属条3202推向转子3208。在一个实施例中,可以在需要增加磁通量的位置处将诸如气体(例如,空气)的流体的喷雾器3296供应到与转子3208相对的金属条3202。该流体的喷雾器3296可以将金属条3202推向转子3208。在另一个实施例中,辊或辊组3298可以在需要增加磁通量的位置处相对于来自转子3208的金属条3202而定位。该辊或辊组3298可以将金属条3202推向转子3208。可以使用其他合适的技术来选择性地将金属条3202的部分朝向转子3208推动。
图33是根据本公开的某些方面的旋转磁体加热器3300的俯视图。旋转磁体加热器3300可以类似于图1的旋转磁体加热器100或在图2中旋转磁体加热器200,虽然具有附加的加热元件3391、3393、3396(例如,辅助加热元件)。
图33的旋转磁体加热器3300在使用转子3308、3312加热之后可以利用额外的加热元件3391、3393、3396来平衡金属条3302中的任何冷点。可以使用任何数量的附加加热元件3391、3393、3396,例如一个、两个(例如,围绕金属条3302的横向宽度的中心线对称地定位的一对元件)、或者三个或更多个。
当金属条3302沿方向3324通过转子3308、3312时,金属条3302可被加热。取决于通过金属条3302的磁通量,金属条可以以包括冷点(例如,低温的局部区)的温度分布3395离开转子3308、3312。在一些情况下,可以通过使用附加的加热元件3391、3393、3396施加额外的加热来减少这些冷点。附加的加热元件3391可以代表任何合适的加热元件,例如旋转磁体、热空气、加热流体、电阻、直接火焰冲击、红外加热、感应加热或能够在冷点或其附近向金属条3302添加局部热量的其他这样的元件。。如图33所示,附加的加热元件3391位于转子3308、3312的下游,尽管不需要是这种情况,并且附加加热元件3391可以替代地定位在转子3308、3312的上游,以预加热否则会产生冷点的金属条3302的区。
附加的加热元件3393是旋转磁体的实施例,所述旋转磁体包括在盘上的多个磁极,该盘围绕垂直于金属条表面的轴旋转。该旋转引起金属条3302内的目标位置周围的加热,例如存在或预期存在冷点的地方。
附加的加热元件3396是旋转磁体(例如,磁转子)的实施例,所述旋转磁体围绕旋转轴旋转,所述旋转轴与方向3324平行(例如,下游方向)旋转并且垂直于金属条3302的横向宽度。在一些情况下,附加的加热元件3391可以是旋转磁体(例如,磁转子),所述旋转磁体围绕旋转轴旋转,所述旋转轴与转子3308、3312平行(例如,垂直方向3324并且平行于金属条3302的横向宽度)。
在通过转子3308、3312和任何附加的加热元件3391、3393、3396之后,金属条3302可以具有均匀,近似均匀或比温度分布3395更均匀的温度分布3397。
在一些情况下,冷点出现在金属条3302的边缘附近,但不在其附近。该位置可以是共同的,这是由于当接近边缘时在金属条3302内涡电流必须采用的路径,导致局部冷点与边缘相距很短的距离,在边缘处具有局部热点。在一些情况下,附加的加热元件3391、3393、3396可以位于金属条3302附近之间位于金属条3302的边缘与金属条3302的横向中心线之间的横向位置处。在一些情况下,附加的加热元件3391、3393、3396可以在横向位置处附近金属条定位,所述横向位置与金属条的边缘横向间隔开(例如,朝向金属条的横向中心线)为或约距金属条3302的宽度5%-25%、7%-20%、8%-15%、9%、10%、11%、12%、13%或14%的距离。
图34是描绘根据本公开的某些方面的磁加热和张力控制***3400的组合示意图和曲线图。***3400可包括多个转子3408、3410,所述转子3408、3410能够加热金属条3402以及引起金属条3402中的张力变化。磁加热和张力控制***3400可以与任何合适的金属加工设备一起使用,例如线圈开卷机或线圈回卷机,如图34所示。
图34的左侧部分描绘了直接位于线圈回绕机下游的转子3408。当金属条3402从线圈展开时,张力可以最初相对较高,如图34的张力线3409所示。通过沿上游方向旋转每个转子3408,转子3408可以施加张力调节,同时增加金属条3402的温度,如图34的温度线3401所示。在线圈回绕机之后沿上游方向操作的每个连续转子3408可以在增加金属条的温度的同时降低金属条的张力。该技术可以是特别有益的,因为随着金属条3402的温度增加,过度的张力和/或物理接触可能是不期望的并且可能导致金属条3402中的缺陷。可以在不使金属条3402与转子3408之间形成物理接触的情况下实现使用磁转子3408来增加温度并降低金属条3402中的张力。
图34的右侧部分描绘了直接位于线圈回卷机上游的转子3410。当金属条3402被引向线圈回卷机时,张力可能最初相对较低并且可能需要在金属条3402被缠绕到线圈上之前增加。另外,可能期望在重绕之前立即提高金属条3402的温度,特别是如果金属条3402先前已经淬火到低温。因此,如本文所述的磁转子3410尤其可用于增加金属条3402的温度和增加金属条3402中的张力而无需接触金属条3402。通过沿下游方向旋转磁转子3410,转子3410可以在增加金属条3402的温度的同时增加金属条3402中的张力。
图35是根据本公开的某些方面的具有一对转子套筒3592提供磁通量分布3509的转子3508的前视图。如本文所公开的,各种技术可使得不同量的磁通量能够通过附近磁转子行进的金属条。一种用于控制在金属条的宽度上引入的热量的技术是提供具有合适的磁通量分布3509的转子3508。合适的磁通量分布3509可以设计成当转子3508在移动的金属条附近旋转时赋予金属条所需的加热量。转子3508可以是本文所述的任何转子,例如图1的转子108。
如图35所示,通过使用定位如各种位置的在磁转子3508上或磁转子3508周围的转子套筒3592,可以产生合适的磁通量分布3509。转子套筒3592可以设计成使磁通短路和/或聚焦,从而产生磁通量分布3509,其类似于具有变化宽度的磁转子,而不必实际改变转子的宽度。套筒3592可以由用于短路和/或聚焦磁通量的任何合适的材料制成,例如铁磁材料(例如,钢)。
套筒3592可以延伸转子3508的整个宽度或小于转子3508的整个宽度。如图所示,双套筒结构用于提供关于转子3508的中心线3594对称的磁通量分布3509。在其他情况下,可以使用一个套筒或两个以上的套筒。在某些情况下,例如图35所示,套筒3592可以从转子3508的端部处或附近朝向中心线3594延伸一段距离,该距离为或大约60mm至140mm、70mm至130mm、80mm至120mm或90mm至110毫米或约或100毫米。在一些情况下,套筒3592可以延伸足够的距离,以覆盖转子3508的全长的大约5%和大约25%之间,例如为或大约5%-25%、8%-20%、10%-18%、或15%。在一些情况下,每个覆盖转子3508的长度的大约20%的一对套筒3592可以一起覆盖转子3508的长度的40%。在一些情况下,套筒3592可以设置成覆盖转子3508的延伸超出被加热的金属条的宽度的部分。在一些情况下,套筒3592可以覆盖转子3508的全长的大约0%与80%之间的任何位置。
在一些情况下,套筒3592可以自动或手动调节,以覆盖或多或少的转子3508。在这种情况下,可能期望基于被加热的金属条的宽度来调节套筒3592的位置。套筒3592可以联接到转子3508,虽然不需要是这种情况。为了避免由于感应加热导致的套筒3592过热,特别是如果套筒3592没有完全旋转地连接到转子3508,套筒3592可以包括薄片或其他特征,以减少由变化的磁场引起的感应加热的量。在一些情况下,套筒3592可以旋转地联接到转子3508,但不需要是这种情况。在一些情况下,在转子3508内在套筒3592与磁源之间可存在间隙。该间隙可以具有为或大约5mm-20mm、7mm-15mm或10mm的距离。
套筒3592可具有任何合适的厚度,但在某些情况下,套筒的厚度可为或约为1mm至50mm、10mm至50mm、1mm至30mm、15mm至40mm、20mm至30mm、10mm至20mm或大约10mm或20mm。
套筒3592可用于减少磁场的量,该磁场从转子3508延伸,其中转子3508的磁源被套筒3592覆盖。套筒3592可以使磁通量短路。套筒3592可以定位成产生所需的磁通量分布3509,例如在被加热的金属条的边缘附近(例如,从边缘稍微向内)提供增加的磁通量的磁通量分布。
在一些情况下,可以控制转子套筒3592相对于转子3508的位置和/或%重叠,以调节通过金属条的磁通量分布。在这种情况下,转子3508自身的磁通量分布3509可能不会动态地改变,但是可以动态地调节通过金属条的磁通量的分布。
图36是描绘根据本公开的某些方面的具有通量引导件3698的金属条3602上方的磁转子3608的轴测部分示意图。图36描绘了从金属条3602的表面向上的通量引导件3698和金属条3602。在一些情况下,相同的配置和类型的通量引导件3698可以与金属条的中心平面对称地定位(例如,平分金属条的厚度的平面)。出于说明的目的,由转子3608隐藏的通量引导件3698的部分以虚线示出。
通量引导件3698可以定位在金属条3602的边缘附近,但是与金属条3602的边缘间隔开。通量引导件3698可以成形为使得其顶表面的轮廓与磁转子3608的形状相符,使得通量引导件3698可以放置靠近在转子3608附近。转子3608可以延伸超过金属条3602的边缘。通量引导件3698可以用于使磁通量围绕金属条3602的边缘偏离,从而最小化金属条3602的边缘的任何过热。
通量引导件3698可以是任何合适的材料,例如本文关于通量引导件所描述的那些材料。通量引导件3698可具有任何合适的尺寸。在一些情况下,通量引导件3698的长度可为约100mm,宽度为约30mm,但不需要是这种情况。通量引导件3698可以定位在离转子3608大约15mm并且距离金属条3602的边缘大约10mm处,尽管不需要是这种情况。
图37是描绘根据本公开的某些方面的具有条形通量引导件3798的金属条3702上方的磁转子3708的轴测部分示意图。图37描绘了从金属条3702的表面向上的条形通量引导件3798和金属条3702。在一些情况下,相同的配置和类型的通量引导件3798可以与金属条的中心平面对称地定位(例如,平分金属条的厚度的平面)。出于说明的目的,由转子3708隐藏的通量引导件3798的部分以虚线示出。
通量引导件3798可以定位成与金属条3702的边缘相邻但是间隔开。通量引导件3798可以是条形的并且可以在长度上延伸一段长度,该长度大于转子3708的直径。转子3708可以延伸超过金属条3702的边缘。通量引导件3798可以用于使磁通量偏离金属条3702的边缘以及干扰和/或吸收由金属条3702产生的二次通量,从而最小化金属条3702的边缘的任何过热。
通量引导件3798可以是任何合适的材料,例如本文关于通量引导件所描述的那些材料。通量引导件3798可具有任何合适的尺寸。在一些情况下,通量引导件3798的长度可为约300mm,宽度约为30mm,但不不要是这种情况。通量引导件3798可以定位在离转子3708大约25mm并且距离金属条3702的边缘大约10mm处,尽管不需要是这种情况。
在一些情况下,期望的通量引导件3798可具有小宽度(例如,大约10mm)、中等厚度(例如,大约60mm)和相对长的宽度(例如,大约400mm或更长)。小宽度可以使转子3808上的磁力最小化。
图38是描绘根据本公开的某些方面的具有边缘屏蔽通量导向器3898的金属条3802上方的磁转子3808的轴测部分示意图。图38的示意图描绘了从金属条3802的表面向上的边缘屏蔽通量引导件3898和金属条3802。在一些情况下,相同的配置和类型的通量引导件3898可以与金属条的中心平面对称地定位(例如,平分金属条的厚度的平面)。出于说明的目的,由转子3808隐藏的通量引导件3898的部分以虚线示出。
通量引导件3898可以定位成与金属条3802相邻并且与金属条3802间隔开。通量引导件3898可定位在转子3808与金属条3802之间。在一些情况下,通量引导件3898可以延伸超出金属条3802的边缘。通量引导件3898可以定位在任何合适的横向距离处,并且可以延伸金属条3802的整个宽度或延伸小于金属条3802的整个宽度。通量引导件3898通常可以是扁平的和条形的,并且可以在长度上(例如,在下游方向上)延伸一段长度,该长度大于转子3808的直径,尽管不需要是这种情况。转子3808可以延伸超过金属条3802的边缘。通量引导件3898可用于产生其自身的次级磁通量,从而最小化金属条3802的边缘的任何过热。
通量引导件3898可以是任何合适的材料,例如本文关于通量引导件描述的那些材料,例如铜、铝或任何导电材料。通量引导件3898可具有任何合适的尺寸。在一些情况下,通量引导件3898的长度可以约为100mm,宽度约为30mm,但不需要是这种情况。从金属条3802的边缘重叠金属条3802的通量引导件3898可以控制通量引导件3898在金属条3802的边缘处发生的加热量所减少的强度。在一些情况下,重叠可以为或约为10mm至70mm、20mm至60mm、30mm至50mm或40mm。另外,通量引导件3898的厚度可以影响通量引导件3898对对在金属条3802的边缘处发生的加热量所减小的强度。在一些情况下,通量引导件3898的厚度可以为或约为1mm-10mm、3mm-7mm或5mm。在一些情况下,通过将各个金属片滑入和滑出通量引导件3898,可以动态地调节通量引导件3898的厚度。另外,通量引导件3898与转子3808之间的间隙以及通量引导件3898与条带3802之间的间隙可以影响通量引导件3898对在金属条3802边缘处发生的加热量所减少的强度。在一些情况下,通量引导件3898与条带3802之间的间隙可以为或约为5mm-50mm、10mm-40mm或20mm。另外,通量引导件3898的长度(例如,在垂直于转子3808的旋转轴线的下游方向上)可以影响通量引导件3898对在金属条3802的边缘处发生的加热量所减少的强度。在一些情况下,通量引导件3898的长度可以为或约为100mm-600mm、200mm-500mm或300mm。另外,通量引导件3898的宽度(例如,在与转子3808的旋转轴线平行的方向上)可以影响通量引导件3898对在金属条3802的边缘处发生的加热量所减少的强度。在一些情况下,通量引导件3898的宽度可以为或约为40mm-160mm、50mm-150mm或100mm。
在一些情况下,通量引导件3898可以定位成仅与金属条3802的特定部分重叠,而不与金属条3802的边缘重叠。例如,通量引导件3898可以定位成仅重叠其中与冷点趋于形成的横向区。
图39是描绘根据本公开的某些方面的具有通量导向器3998的金属条3902上方的磁转子3908的轴测部分示意图。图39描绘了从金属条3902的表面向上的通量导向器3998和金属条3902。在一些情况下,相同的配置和类型的通量导向器3998可以与金属条的中心平面对称地定位(例如,平分金属条的厚度的平面)。相同的通量导向器3998可以位于转子3908的后面(例如,与垂直于金属条3902的表面并且与转子3908的旋转轴线相交的平面相对)。通量导向器3998可以类似于图7的通量导向器766。
在一些情况下,通量导向器3998可以延伸金属条3902的整个宽度,以及延伸小于或大于金属条3902的整个宽度。然而,在一些情况下,通量导向器3998可以具有小于金属条3902的宽度的宽度,并且可以定位成在其中可能以其他方式发生冷点的横向区处将通量引导到金属条3902中。通量导向器3998可以是任何合适的材料,例如本文关于通量导向器和通量引导件所描述的那些材料。通量导向器3998可以具有任何合适的尺寸。
图40是根据本公开的某些方面的固化室4000的示意图。在一些情况下,固化室4000包括罩4005,罩4005可以由非磁性材料构成。沿滚动方向4020移动的涂覆的金属条4010可通过入口端口4030进入固化室。涂覆的金属条4010可以是任何厚度的任何合适的金属,其涂层施加到其顶部表面和底部表面中的一个或两个上(例如,涂覆的铝板、涂覆的钢板、涂覆的铜箔、涂覆的不锈钢板或者涂有涂层的锡板,仅举几例。)在一个实例中,涂覆的金属条4010是铝罐端部坯料或铝罐体坯料,尽管不是必需的。在一些实施例中,涂覆的金属条4010可以是基本水平的或处于任何其他合适的过程取向。涂覆的金属条4010可以在相邻的一个或多个上磁转子4040通过(例如,设置在涂覆的金属条4010上方)并且在相邻的一个或多个下磁转子4045通过(例如,设置在涂覆的金属条4010下方)。在一些配置中,仅存在上磁转子4040;在其他配置中,仅存在下磁转子4045。固化室4000可包括任何合适数量的上磁转子4040和/或下磁转子4045。每个磁转子(例如,下磁转子4045或上磁转子4040)可以是如本文所公开的磁转子,例如图1的磁转子108、110。
每个上磁转子4040和/或下磁转子4045均包括一个或多个磁体4050。一个或多个磁体4050可以以任何合适的方式设置在每个转子上/内。图40示出了一个非限制性实施例,其中四个磁体4050围绕磁转子4040、4045的表面4055设置。在一些非限制性实施例中,磁体4050至少部分地嵌入磁转子4040、4045内。在其他实施例中,磁体4050与表面4055联结或附接到表面4055。每个磁转子4040、4045均可包括具有任何合适的横截面形状的任何数量的磁体4050。例如,磁体4050可以是矩形、三角形、正方形、任何其他几何形状或其任何组合。磁体4050可以是永磁体和/或电磁体。尽管磁转子4040、4045示出为圆柱形鼓,但它们可具有任何合适的横截面形状和尺寸。
在一些情况下,固化室4000被配置成使得由磁转子4040、4045产生的大部分磁通量指向金属条的表面,以集中在金属条的表面附近产生热量。在一些情况下,引导磁通量使得金属条的中心被加热得小于金属条的外表面。在一些情况下,可以使用上述任何通量集中器或转向器。通过在金属条表面附近集中产生热量,可以使用热量来固化涂层,而对金属条的冶金性能影响最小。
如果固化室4000包括上磁转子4040和下磁转子4045,则上磁转子4040可以与下磁转子4045垂直对齐,如图40所示,或者从下磁转子4045垂直偏移,以形成固化堆4070。在一些实施例中,至少一些上磁转子4040被配置为在第一方向4060上旋转,而至少一些下磁转子4045被配置为在与第一方向4060相反的第二方向4065上旋转。如图40所示,示例性固化室4000可包括多个固化堆4070。在一些情况下,可以单独控制每个固化堆4070或固化堆4070的子组,以在固化室4000内提供离散的加热区。在仅使用上磁转子4040或仅使用下磁转子4045的配置中,每个上磁转子(或下磁转子)或上磁转子(或下磁转子)的子组可单独操作,以提供固化室4000内的离散加热区。
在一些非限制性实施例中,可以通过调节以下参数中的一个或多个来执行控制转子4040、4045或固化堆4070以提供离散加热区:
(i)每个磁转子4040、4045与涂覆的金属条4010之间的距离4075(如果使用上磁转子4040和下磁转子4045,则距离4075加上金属条4010的厚度在每个磁转子4040、4045之间形成间隙4076)。将磁转子4040、4045定位成更靠近涂覆的金属条4010可以增加传送到涂覆的金属条4010的温度和施加到涂覆的金属条4010的涂层。将磁转子4040、4045定位成更远离涂覆的金属条4010可以降低传送到涂覆的金属条4010的温度和施加到涂覆的金属条4010的涂层。在一些实施例中,将磁转子4040、4045定位成更靠近涂覆的金属条4010可以增加涂覆的金属条4010加热速率和施加到涂覆的金属条4010的涂层。在一些另外的实施例中,将磁转子4040、4045定位成远离涂覆的金属条4010可以降低涂覆的金属条4010的加热速率和施加到涂覆的金属条4010的涂层。
(ii)磁转子4040、4045的转速。增加磁转子4040、4045的旋转速度可以增加传送到涂覆的金属条4010的温度和施加到金属条4010的涂层。降低磁转子4040、4045的旋转速度可以降低传送到涂覆的金属条4010的温度和施加到金属条4010的涂层;
(iii)由磁转子4040、4045产生的磁通量的强度和/或方向。增加从磁转子4040、4045产生的磁通量的强度可以增加传送到涂覆的金属条4010的温度和施加到金属条4010的涂层。类似地,将从磁转子4040、4045导向金属条的外表面可以增加输送到施加于金属条4010涂层的温度;和
(iv)第一磁转子4040、4045与可选的附加磁转子4040、4045之间的距离4077,所述附加磁转子4040、4045在涂覆的金属条4010的同一侧上与第一磁转子4040、4045相邻设置,或者第一固化堆4070和可选的第二固化堆4070之间的距离4077。在一些实施例中,将第一磁转子4040、4045定位成更靠近可选的第二磁转子4040、4045可以增加涂覆的金属条4010的加热速率和施加到涂覆的金属条4010的涂层。在一些另外的实施例中,将第一磁转子4040、4045定位成远离可选的第二磁转子4040、4045可以降低涂覆的金属条4010的加热速率和施加到涂覆的金属条4010的涂层。在一些情况下,将第一固化堆4070定位成更靠近可选的第二固化堆4070可以增加涂覆的金属条4010的加热速率和施加到涂覆的金属条4010的涂层。在一些另外的实施例中,将第一固化堆4070定位成远离可选的第二固化堆4070可以降低涂覆的金属条4010的加热速率和涂覆到涂覆的金属条4010的涂层。
在一些非限制性实例中,结合提供上述离散加热区的参数,控制涂覆的金属条通过每个加热区的速度(例如,通过固化室的条带速度)可用于控制加热涂覆的金属条和任何施加的涂层。更具体地,在一些方面,可以调节条带速度以控制传送到金属条的温度和从磁转子4040、4045施加到金属条的涂层。提高带材速度可以降低输送到涂覆的金属条4010的温度和施加到金属条4010上的涂层,并且降低带材速度可以增加输送到涂覆的金属条4010的温度和涂覆到金属条4010上的涂层(即,较慢的条带速度增加了金属条的停留时间和施加在固化室内的金属条上的涂层。)另外,在一些实施例中,当金属条在磁转子4040、4045或固化堆4070附近通过时,控制金属条的条带速度和施加到金属条的涂层可以控制金属条的停留时间和涂覆到金属条上的涂层。在一些非限制性实施例中,当磁转子的速度为至少1,300RPM时,金属条可以在小于大约5秒的时间内以超过约50℃/秒的速率加热至至少250℃的目标温度。
涂覆的金属条4010可以以任何合适的条带速度通过固化室4000。作为非限制性实例,条带速度可为约20米/分钟(m/分钟)至约400米/分钟(例如,约20米/分钟、约30米/分钟、约40米/分钟、约50米/分钟、约60米/分钟、约70米/分钟、约80米/分钟、约90米/分钟、约100米/分钟、约110米/分钟、约120米/分钟、约130m/分钟、约140米/分钟、约150米/分钟、约160米/分钟、约170米/分钟、约180米/分钟、约190米/分钟、约200米/分钟、约210米/分钟分钟、约220米/分钟、约230米/分钟、约240米/分钟、约250米/分钟、约260米/分钟、约270米/分钟、约280米/分钟、约290米/分钟、约300米/分钟、约310米/分钟、约320米/分钟、约330米/分钟、约340米/分钟、约350米/分钟、约360米/分钟、约370米/分钟、约380米m/分钟、约390米/分钟、约400米/分钟,或其间的任何范围)或其它合适的速度,以固化金属条上存在的涂层。
可调节一个或多个上述参数,以将金属条4010的至少一个表面加热到足以固化金属条4010上的涂层的温度。在一些情况下,预定上述参数以将金属条4010的表面加热到足以使金属条4010上的涂层在所需距离内或所期望的时间内固化(例如固化室4000的长度)的温度。
上磁转子4040和/或下磁转子4045可以垂直调节,以控制每个磁转子(或磁转子的子组)4040、4045与涂覆的金属条4010之间的距离4075。如上所述,将磁转子4040、4045定位成更靠近涂覆的金属条4010可以增加涂覆的金属条4010内的磁场强度,进而增加涂覆的金属条内的涡电流的大小,从而使涂覆的金属条产生更多热量。同样地,在一些情况下,将磁转子4040、4045定位成更远离涂覆的金属条4010可以降低涂覆的金属条4010内的磁场强度,进而降低涂覆的金属条内的涡电流的大小,因此,在涂覆的金属条内产生较少的热量。在一些情况下,从磁转子4040、4045到涂覆的金属条4010的距离4075可以是约15mm至约300mm(例如,约15mm、约16mm、约17mm、约18mm、约19mm、约20mm、约25mm、约30mm、约35mm、约40mm、约45mm、约50mm、约55mm、约60mm、约65mm、约70mm、约75mm、约80mm、约85mm、约90mm、约95mm、约100mm、约105mm、约110mm、约115mm、约120mm、约125mm、约130mm、约135mm、约140mm、约145mm、约150mm、约155mm、约160mm、约165mm、约170mm、约175mm、约180mm、约185mm、约190mm、约195mm、约200mm、约205mm、约210mm、约215mm、约220mm、约225mm、约230mm、约235mm、约240mm、约245mm、约250mm、约255mm、约260mm、约265mm、约270mm、约275mm、约280mm、约285mm、约290mm、约295mm、约300mm,或其间的任何范围)。在某些情况下,距离4075小于15mm;在其他情况下,它大于300mm。以这种方式,固化室4000可以被配置为浮选室,其中涂覆的金属条4010通过固化室4000而不接触磁转子4040、4045。在固化之后,涂覆的金属条4010通过出口4080离开示例性固化室4000。
在某些情况下,使用旋转磁体来加热金属条(例如铝板,铝罐体坯或铝罐端料(CES))以及涂在金属条表面的涂层可以提供金属条的简单快速的温度控制、涂覆在金属条上的涂层和固化室内的环境。
例如,可以将施加到金属条的一个或多个表面的金属条和涂层的至少一个或多个表面加热到任何合适的温度。在非限制性实施例中,施加到金属条的一个或多个表面的金属条和涂层的至少一个或多个表面可被加热到约100℃到约600℃(例如,到约100℃、约125℃、约150℃、约175℃、约200℃、约225℃、约250℃、约275℃、约300℃、约325℃、约350℃、约355℃、约375℃、约400℃、约425℃、约450℃、约475℃、约500℃、约525℃、约550℃、约575℃、约600℃、或其间的任何范围),或足以固化金属条4010的涂层的其他温度(例如,小于100℃或大于600℃)。固化室4000可以配置成使得金属条和施加到金属条的涂层可以在约1秒至约10秒(例如,约1秒、约2秒、约3秒、约4秒、约5秒、约6秒、约7秒、约8秒、约9秒、约10秒或其间的任何范围)内被加热至目标温度或任何其他所需时间。在一些情况下,施加到金属条的金属条和涂层可以以约1℃/秒至约150℃/秒或更高的速率(例如,约1℃/秒或以下、约2℃/秒或更高、约3℃/秒或更高、约4℃/秒或更高、约5℃/秒或更高、约10℃/秒或更高、约15℃/秒或更高、约20℃/秒或更高、约25℃/秒或更高、约30℃/秒或更高、约35℃/秒或更高、约40℃/秒或更高、约45℃/秒或更高、约50℃/秒或更高、约55℃/秒或更高、约60℃/秒或更高、约65℃/秒或更高、约70℃/秒或更高、约75℃/秒或更高、约80℃/秒或更高、约85℃/秒或更高、约90℃/秒或更高、约95℃/秒或更高、约100℃/秒或更高、约105℃/秒或更高、约110℃/秒或更高、约115℃/秒或更高、约120℃/秒或更高、约125℃/秒或更高、约130℃/秒或更高、约135℃/秒或更高、约140℃/秒或更高、约145℃/秒或更高、约150℃/秒或更高,或其间的任何范围)被加热至目标温度。在一些情况下,金属条和施加到金属条上的涂层可以以大于150℃/秒的速率加热到目标温度。
在一些方面,可以通过控制磁转子4040、4045的旋转速度来控制上述温度、时间和速率。例如,增加磁转子4040、4045的旋转速度可以增加金属条和施加到金属条上的涂层内的磁场的振荡,从而增加金属条内的涡电流大小和施加到金属条的涂层,从而在金属条和涂在金属条上的涂层内产生更多的热量。同样地,降低磁转子4040、4045的旋转速度可以减小金属条内的磁场的振荡和施加到金属条上的涂层,从而降低金属条内的涡电流大小和施加到金属条上的涂层,从而在金属条和施加在金属条上的涂层内产生较少的热量。磁转子可以以任何合适的速度旋转。在一些情况下,每个磁转子可以以约200RPM至约3,500RPM(例如,约200RPM、约250RPM、约300RPM、约350RPM、约400RPM、约450RPM、约500RPM、约550RPM、约600RPM、约650RPM、约700RPM、约750RPM、约800RPM、约850RPM、约900RPM、约950RPM、约1,000RPM、约1,100RPM、约1,200RPM、约1,300RPM、约1,400RPM、约1,500RPM、约1,600RPM、约1,700RPM、约1,800RPM、约1,900RPM、约2,000RPM、约2,100RPM、约2,200RPM、约2,300RPM、约2,400RPM、约2,500RPM、约2,600RPM、约2,700RPM、约2,800RPM、约2,900RPM、约3,000RPM、约3,100RPM、约3,200RPM、约3,300RPM、约3,400RPM、约3,500RPM、或其间的任何范围)的速度旋转。在一些情况下,磁转子以小于200RPM的速度或大于3,500RPM的速度旋转。
每个上磁转子4040和/或每个下磁转子4045可以相对于***中的其他磁转子以相同的速度或不同的速度旋转。
图41是描绘根据本公开的某些方面的磁转子4040、4045的实施例的透视图。在一些配置中,一个或多个磁体4050至少部分地嵌入磁转子4040、4045内。
图42是描绘根据本公开的某些方面的磁转子4040、4045的实施例的截面图。磁转子4040、4045可包括至少部分地嵌入磁转子4040、4045内的一个或多个磁体4050。
图43是描绘根据本公开的某些方面的磁转子4040、4045的实施例的截面图。在一些情况下,一个或多个磁体4050可以附接到磁转子4040、4045或以其他方式与磁转子4040、4045联结,使得它们从磁转子4040、4045的表面4055突出。
图44是描绘根据本公开的某些方面的磁转子4040、4045的实施例的截面图。在一些情况下,磁体4050的子组可嵌入磁转子4040、4045内,而另一磁体的子组可从磁转子4040、4045的表面4055突出。除了图42-图44中所示的那些之外,可以使用相对于转子的任何其他合适的磁体结构或配置。
图45是可对比燃气固化室的示例性固化室温度分布的曲线图。y轴线表示温度(℃),x轴线表示比较固化室中的停留时间(秒)。金属条及其涂层的温度可随着在对比固化室中花费的时间而增加。在一些情况下,用于固化本文所述涂层的示例性***可以模拟可对比气体燃烧固化室温度分布。虚线表示磁转子/固化堆4070在示例性固化室4000中的定位如何能够提供类似于可对比燃气固化室的温度分布。涂覆的金属条4010可以进入示例性固化室4000并且暴露于第一温度4500并开始加热。在经过第一磁转子/固化堆之后随后可以将涂覆的金属条4010加热到第二温度4510。在通过第二磁转子/固化堆之后,涂覆的金属条4010可以进一步加热到第三温度4520。在通过第三磁转子/固化堆之后,涂覆的金属条4010还可以进一步加热到第四温度4530。
图46是根据本公开的某些方面的与磁转子速度相比的温度增加速率的曲线图。该曲线图显示了涂覆的金属条(例如,图40的涂覆的金属条4010)的表面的温度变化速率(例如,温度增加),因为其取决于磁转子(例如,转子4040、4045)的速度和(例如,间隙4076)在第一磁转子(例如,磁转子4040)与第二磁转子(例如,磁转子4045)之间间隙。涂覆的金属条4010在间隙4076中居中。记录涂覆的金属条4010的温度。在图46的曲线图中显而易见的,温度升高速率随着磁转子4040、4045速度的增加而增加,如上所述。在一些非限制性实例中,将间隙4076保持在30mm(实线)提供了最大的温度增加速率。在一些非限制性实施例中,将间隙4076保持在60mm(虚线)提供了比将间隙4076保持在30mm处更低的温度增加速率。在一些非限制性实施例中,将间隙4076保持在90mm(虚线)提供了比将间隙4076保持在60mm时更低的温度增加速率。在一些非限制性实施例中,将间隙4076保持在120mm(虚线-单点线)提供比将间隙4076保持在90mm更低的温度增加速率。在曲线图中进一步显而易见的是,减小磁转子4040与4045之间的间隙4076(并且因此,磁转子4040、4045与涂覆的金属条4010之间的距离4075)也增加了涂覆的金属条4010中的温度增加速率和施加在涂覆的金属条上的涂层。在一些非限制性实施例中,将磁转子4040和4045之间的间隙4076保持为大约30mm并且以大约1,300RPM的速度旋转每个磁转子4040、4045可以提供大约55℃/s的加热速率。
图47是根据本公开的某些方面的与磁转子之间的间隙相比的温度增加速率的曲线图。该曲线图显示了涂覆的金属条(例如,图40的涂覆的金属条4010)的表面的温度变化率(例如,温度升高),因为其取决于磁转子(例如,转子4040和4045)之间的间隙(例如,间隙4076)。转子速度保持在约1,500RPM。在图47的曲线图中显而易见的,增加磁转子4040与4045之间的间隙4076(并且因此,磁转子4040、4045与涂覆的金属条4010之间的距离4075)降低了涂覆的金属条4010的温度增加速率和施加在涂覆的金属条的涂层。在一些非限制性实施例中,将磁转子4040和4045之间的间隙4076保持为大约30mm并且以大约1,500RPM的速度旋转每个磁转子4040、4045可以提供大约65℃/s的加热速率。在另一个例子中,将间隙4076保持约100mm和磁转子4040、4045的1500RPM的速度可以提供约15℃/s的加热速率。
在一些非限制性实例中,通过调节包括带涂覆的金属条的条带速度、磁转子的旋转速度、由磁转子产生的磁通量的强度和/或方向、磁转子与涂覆的金属或其他材料带之间的距离和/或相邻磁转子之间的距离的参数,可以精确地调节如本文所述的固化室的温度分布以用于涂覆的金属或其他材料带及其涂层特性。在一些情况下,本文所述的***可以为固化***提供减少的启动和关闭时间,提供与可对比燃气固化室相比具有更小占地面积的固化室,为施加到金属和其他材料条带的涂层提供减少的固化时间,并提供减少的矿物燃料的排放。例如,条带速度为约200米/分钟的涂覆的金属条将需要具有约15米长度的示例性固化室,其中可比较气体燃烧固化室需要50米长度以进行相同的固化。在某些情况下,本文所述的固化室可比可对比燃气燃烧固化室短约70%。
图48是根据本公开的某些方面的固化室和传热介质加热炉的示意图。在一些非限制性实施例中,本文描述的***可用于在固化室4000外部提供热量或以其他方式远离磁转子(例如,图1的转子108、110)。例如,鼓风机可用于将任何加热的气体(例如,空气、氮气、氩气或任何合适的过程气体)或包括在固化室4000中的液体转移到相邻的过程或处理室。在某些情况下,在固化过程中从涂料中提取的挥发性有机化合物(VOC)可以送到可选的再生热氧化器(RTO),以从VOC中捕获热能。在一些实例中,在固化期间从涂层中提取的气体可以被按路径发送到任选的洗涤器,以提供来自固化室4000的环境安全的排放。
如图48中所示,本文描述的示例性***可用于加热水或任何其他合适的热交换物质(例如,空气、气体、液体),以用于固化室4000外部的***和过程中。与一个或多个单独的转子4040、4045或固化堆4070相邻设置的导管4810可以输送热交换流体4820,以有效地在导管4810内传递热量。在一些实施例中,导管4810是封闭***和/或连接到储存器,用于存储和过滤热交换流体4820。一个或多个管4830可以使热交换流体4820输送通过固化室4000,以使用各个转子4040、4045或固化堆4070的磁体加热热交换流体4820,然后将加热的热交换流体4820输送到***或者在固化室4000附近的过程。在一些情况下,一个或多个管4830可以接触导管4810或者定位在导管4810附近,以提高传热速率和效率。例如,多个管4830可以将水输送到相邻的漂洗站,该漂洗站需要热水和/或温水以在清洁过程之后从金属条移除(例如,冲洗)例如清洁溶液。
包括所示实施方案的实施方案的前述描述仅出于说明和描述的目的而具有,并且不旨在穷举或限制所公开的精确形式。对于本领域技术人员来说,其许多修改、改编和使用将是显而易见的。
如下所用,对一系列实例的任何提及应理解为对这些实例中的每一个的分别提及(例如,“实例1-4”应理解为“实例1、2、3或4”)。
实施例1是旋转磁体加热***,包括:磁转子,所述磁转子包括至少一个磁源并且可绕旋转轴旋转以在附近磁转子产生变化磁场,其中磁转子可定位在下游方向上移动的磁转子附近,使得变化的磁场通过金属制品,并且其中旋转轴线垂直于下游方向,并且在平行于金属制品的横向宽度的10°内;至少一个电动机,所述电动机联接到磁转子以旋转磁转子。在一些情况下,旋转轴线平行于金属制品的横向宽度。
实施例2是实施例1的旋转磁体加热***,其中至少一个磁源是至少一个永磁体。
实施例3是实施例1或2的旋转磁体加热***,其还包括第二磁转子,所述第二磁转子与磁转子间隔开,以形成用于接收金属制品的间隙,其中第二磁转子包括至少一个磁源,并且是可围绕平行于旋转轴线的第二旋转轴线旋转。
实施例4是实施例1-3的旋转磁体加热***,其还包括连接到磁转子的支撑臂,用于调节磁转子与金属制品之间的距离。
实施例5是实施例1至实施例4的旋转磁体加热***,其还包括辅助加热元件,所述辅助加热元件位于金属制品附近,并位于金属制品的边缘与金属制品的横向中心线之间,
实施例6是实施例5的旋转磁体加热***,其中辅助加热元件包括辅助磁转子,所述辅助磁转子长度短于磁转子的长度。
实施例7是实施例1至实施例6的旋转磁体加热***,其还包括一个或多个通量引导件,所述通量引导件定位在磁转子附近,以重定向来自磁转子的至少一些磁通量。
实施例8是实施例7的旋转磁体加热***,其中一个或多个通量引导件联结到磁转子。
实施例9是实施例1至实施例8的旋转磁体加热***,其还包括一个或多个偏转器,所述偏转器定位成移动金属制品,以调节金属制品与磁转子之间的距离。
实施例10是实施例1至实施例9的旋转磁体加热***,其还包括:传感器,所述传感器定位成测量金属制品的温度或张力;以及控制器,所述控制器联结到传感器以接收传感器信号,其中控制器联结到与磁转子相关联的致动器,以响应于传感器信号提供反馈控制,其中致动器配置成控制通过金属制品的磁通量的量。
实施例11是磁性加热金属制品的方法,该方法包括:围绕旋转轴线旋转磁转子以在磁转子附近产生变化的磁场;使金属制品在磁转子附近通过并通过变化的磁场,以在金属制品中产生涡电流,其中通过金属制品包括沿垂直于磁转子的旋转轴线的下游方向移动金属制品,并且其中金属制品的取向使得金属制品的横向宽度在与磁转子的旋转轴线平行的10°内。在一些情况下,金属制品平行于磁转子的旋转轴线。
实施例12是实施例11的方法,其中使磁转子绕旋转轴线旋转包括围绕旋转轴线移动至少一个永磁体。
实施例13是实施例11或12的方法,其还包括:围绕与磁转子的旋转轴线平行的第二旋转轴旋转第二磁转子,其中第二磁转子与磁转子间隔开,以形成间隙,并且其中使金属制品在金属转子附近通过包括使金属制品通过间隙。
实施例14是实施例11至实施例13的方法,其还包括动态地改变磁转子与金属制品之间的距离。
实施例15是实施例11至实施例14的方法,其还包括:使金属制品在辅助加热元件附近通过;使用辅助加热元件加热金属条的区,其中该区位于金属制品的边缘与金属制品的横向中心线之间。
实施例16是实施例15的方法,其中使用辅助加热元件加热金属条的区包括旋转辅助磁转子,其中辅助磁转子的长度短于磁转子的长度。
实施例17是实施例11至实施例16的方法,其还包括提供与磁转子相邻的一个或多个磁通引导,其中提供一个或多个磁通引导包括重定向磁场的至少一部分。
实施例18是实施例17的方法,其中提供一个或多个通量引导件包括提供具有与其联结的一个或多个通量引导件的金属转子。
实施例19是实施例11至实施例18的方法,其还包括偏转金属制品,以调节金属制品与磁转子之间的距离。
实施例20是实施例11至实施例19的方法,其还包括:测量金属制品的温度或张力;并且基于测量的温度或测量的张力动态地提供反馈控制,其中动态地提供反馈控制导致操纵变化的磁场或金属制品相对于变化的磁场的位置。
实施例21是旋转磁体加热器,其包括:顶部磁转子,所述顶部磁转子垂直地偏离在它们之间限定间隙的底部磁转子,用于接收移动的金属条;至少一个电动机,所述电动机联接到顶部磁转子和底部磁转子中的至少一个,用于旋转顶部磁转子和底部磁转子中的至少一个,以通过间隙引起变化的磁场,用于加热移动的金属条;以及一对支撑臂,每个支撑臂均联接到顶部磁转子和底部磁转子中的一个,用于调节间隙。
实施例22是实施例21的旋转磁体加热器,其还包括:附加的顶部磁转子,所述附加的顶部磁转子垂直地偏离在其间限定附加间隙说我·附加的底部磁转子,用于接收移动的金属条;以及另外一对支撑臂,每个支撑臂均联接到附加的顶磁转子和附加的底磁转子中的一个,用于调节附加的间隙。
实施例23是实施例22的旋转磁体加热器,其还包括:至少一个致动器,所述致动器联结到所述一对支撑臂和所述另外一对支撑臂中的至少一个,用于响应于信号调节间隙;以及控制器,所述控制器连接到至少一个致动器,用于提供信号。
实施例24是实施例23的旋转磁体加热器,其还包括传感器,所述传感器联结到控制器,用于向控制器提供测量,其中控制器被配置为基于测量提供信号。
实施例25是实施例22至实施例24的旋转磁体加热器,其中附加的顶部磁转子横向偏离附加的底部磁转子,使得顶部磁转子与底部磁转子之间的重叠小于移动的金属条的宽度。
实施例26是实施例21至实施例25的旋转磁体加热器,其还包括惰辊,该惰辊联接到可在伸展位置与缩回位置之间移动的可伸展支撑臂,其中顶磁转子和底磁转子中的至少一个联结可伸展支撑臂,当可伸展支撑臂在伸展位置中时,移动的金属条在顶部磁转子和底部磁转子附近通过,并且其中当可伸展支撑臂处于缩回位置时,移动的金属条远离顶部磁转子和底部磁性转子通过。
实施例27是金属加工***,其包括用于加工移动的金属条的一件金属加工设备以及旋转磁体加热器,所述旋转磁体加热器包括第一磁转子组,所述第一磁转子组包括:顶磁转子,垂直地偏离其间限定间隙的底磁转子,用于接收移动的金属条;至少一个电动机,所述电动机联接到顶部磁转子和底部磁转子中的至少一个,用于旋转顶部磁转子和底部磁转子中的至少一个,以通过间隙引起变化的磁场,用于加热移动的金属条;和一对支撑臂,每个支撑臂均联接到顶部磁转子和底部磁转子中的一个,用于调节间隙。
实施例28是实施里27的***,其中该金属加工设备是用于铸造移动的金属条的连续铸造机。
实施例29是实施例27或实施例28的***,其中旋转磁体加热器位于金属加工设备的上游,用于提高金属条的温度。
实施例30是实施例29的***,其中旋转磁体加热器还包括第二磁转子组,该第二磁转子组包括:附加的顶部磁转子,所述附加的顶部磁转子垂直地偏离在其之间限定附加的间隙的附加的底部磁转子,用于接收移动的金属条;以及另外一对支撑臂,每个支撑臂均联接到附加的顶磁转子和附加的底磁转子中的一个,用于调节附加间隙。
实施例31是实施例27至实施例30的***,其中旋转磁体加热器还包括:至少一个致动器,所述制动器联结到该对支撑臂和附加的一对支撑臂中的至少一个,用于响应于信号调节间隙;以及控制器,所述控制器联接到至少一个致动器,用于提供信号。
实施例32是实施例31的***,其还包括联结到控制器的传感器,用于向控制器提供测量,其中控制器被配置为基于测量提供信号。
实施例33是实施例27至实施例32的***,其中附加的顶磁转子从附加的底磁转子横向偏移,使得顶磁转子与底磁转子之间的重叠小于移动的金属条的宽度。
实施例34是实施例27至实施例33的***,还包括惰辊,该惰辊联接到可在伸展位置与缩回位置之间移动的可伸展支撑臂,其中顶磁转子和底磁转子中的至少一个联接到可伸展支撑臂,并且其中当可伸展支撑臂处于伸展位置时,移动的金属条在顶部磁转子和底部磁转子附近通过,并且其中当可伸展的支撑臂处于缩回位置时,移动的金属条远离顶部磁转子和底磁转子通过。
实施例35是方法,其包括:使金属条通过在第一组磁转子的顶部磁转子与底部磁转子之间限定的第一间隙;使金属条通过限定在第二组磁转子的附加的顶磁转子与附加的底磁转子之间的第二间隙;以第一速度旋转第一组磁转子,以在第一间隙中引起第一变化磁场,以加热金属条;以第二速度旋转第二组磁转子,以在第二间隙中产生第二变化磁场,以加热金属条;并且控制金属条中的张力,其中控制张力包括调节第一间隙、第二间隙、第一速度和第二速度中的至少一个。
实施例36是实施例35的方法,其还包括对金属条进行测量,其中控制张力包括基于测量进行调节。
实施例37是实施例35或实施例36的方法,其还包括调节第一组磁转子和第二组磁转子中的至少一个的纵向位置。
实施例38是实施例35至实施例37的方法,其还包括调节第一组磁转子和第二组磁转子中的至少一个的至少一个磁转子的横向位置。
实施例39是实施例35至实施例38的方法,其中控制金属条中的张力包括使用第二组磁转子抵消由第一组磁转子引起的张力变化。
实施例40是实施例35至实施例39的方法,其中控制金属条中的张力包括调节第一间隙与第二间隙中的至少一个。
实施例41是具有合适的磁通量的磁转子,其包括:中心旋转轴线;一个或多个可围绕旋转轴线旋转的磁源;以及基于该一个或多个磁源的磁通量分布,其中磁通量分布沿着所述转子的长度是不均匀的。
实施例42是实施例41的磁转子,其还包括一个或多个通量引导件,其中一个或多个磁源具有初始的磁通量分布,并且其中一个或多个通量引导件定位成转移至少一些初始的磁通量分布,以表示非均匀的磁通量分布。
实施例43是实施例41的磁转子,其中该一个或多个磁源在转子的长度上变化,以具有非均匀的磁通量分布。在一些情况下,实施例43还可以包括一个或多个通量引导件,所述通量引导件被定位以转移至少一些非均匀的磁通量分布。
实施例44是实施例41或实施例42的磁转子,其还包括围绕一个或多个磁源的至少一部分定位的一个或多个套筒,其中一个或多个磁源具有初始磁通分布,并且其中一个或更多个套筒被定位成转移至少一些初始的磁通量分布,以具有非均匀的磁通量分布。
实施例45是实施例41至实施例44的磁转子,其中非均匀的磁通量分布在转子长度的中心与转子的端部之间达到最大通量的量。
实施例46是实施例41至实施例44的磁转子,其中非均匀的磁通量分布在转子长度的中心与转子的每个端部之间的位置处达到最大量的通量的量。
实施例47是用于固化涂层的***,其包括:固化室,所述固化室包括入口和出口,用于使涂覆的金属条通过固化室;以及至少一个转子,所述转子包括至少一个磁体。
实施例48是实施例47的***,其中所述至少一个磁体包括多个磁体。
实施例49是实施例47或实施例48的***,其中所述至少一个转子包括多个转子。
实施例50是实施例49的***,其中多个转子的第一子组附近涂覆的金属条的第一侧定位,并且多个转子中的第二子组附近涂覆的金属条的第二侧定位。
实施例51是实施例50的***,其中多个转子的第一子组中的至少一个转子与多个转子的第二子组中的至少一个转子垂直对齐。
实施例52是实施例50或实施例51的***,其中多个转子的第一子组中的至少一个转子垂直地偏离转子的第二子组中的转子。
实施例53是实施例50至实施例52的***,其中多个转子的第一子组中的至少一个转子和多个转子中的第二子组的至少一个转子形成固化堆。
实施例54是实施例53的***,其中该***包括多个固化堆,并且每个固化堆均具有加热区。
实施例55是实施例54的***,其中至少一些加热区是可单独控制的。
实施例56是实施例54或实施例55的***,其中至少一些加热区是精确可控的。
实施例57是实施例54至实施例56的***,其中至少一些加热区是可瞬时调节的。
实施例58是实施例54至实施例57的***,其中固化堆包括反向旋转的转子。
实施例59是实施例50至实施例58的***,其中多个转子的第一子组的至少一些转子沿第一方向旋转,并且多个转子的第二子组的至少一些转子在与第一方向相反的第二方向旋转。
实施例60是实施例47至实施例59的***,其中所述至少一个磁体包括永磁体。
实施例61是实施例47至实施例60的***,其中至少一个磁体至少部分地嵌入在至少一个转子的表面内。
实施例62是实施例47至实施例61的***,其中至少一个磁体从至少一个转子的表面突出。
实施例63是实施例47至实施例62的***,其中至少一个转子定位在固化室内,使得至少一个转子与通过固化室的涂覆的金属条相邻。
实施例64是实施例47至实施例63的***,其中所述至少一个转子被配置为通过感应加热来加热涂覆的金属条。
实施例65是实施例47至实施例64的***,其中所述至少一个磁体包括至少部分地嵌入所述至少一个转子中的第一磁体和从所述至少一个转子的表面突出的第二磁体。
实施例66是方法,其包括:以旋转速度旋转固化***的至少一个转子,其中所述至少一个转子包括至少一个磁体;以及使涂覆的金属条以条带速度通过固化***,因此涂覆的金属条与至少一个转子相邻,以在涂覆的金属条内产生移动磁场,这在涂覆的金属条内产生电流,以加热涂覆的金属条,其中涂覆的金属条和至少一个转子之间的距离、旋转速度、至少一个磁体的强度和带速被选择为在预定时间内固化涂覆的金属条的涂层。
实施例67是实施例66的方法,其中金属条与至少一个转子之间的距离为约15毫米至约300毫米。
实施例68是实施例66或实施例67的方法,其中旋转速度为至少200转/分钟(RPM)。
实施例69是实施例66至实施例68的方法,其中条带速度为约20米/分钟至约400米/分钟。
实施例70是实施例66至实施例69的方法,其中涂覆的金属条的加热速率为约1℃/秒至约150℃/秒。
实施例71是实施例66至实施例70的方法,其中在预定时间内将涂覆的金属条加热至最高600℃的温度。
实施例72是实施例66至实施例71的方法,其中旋转至少一个转子包括旋转多个转子并使涂覆的金属条通过固化***包括使涂覆的金属条在多个转子中的每一个附近通过。
实施例73是实施例72的方法,其中旋转转子包括在第一方向上旋转多个转子的第一子组并在与第一方向相反的第二方向上旋转多个转子的第二子组,其中多个转子中的第一子组位于通过固化***的涂覆的金属条的第一表面附近,多个转子中的第二子组位于通过固化***的涂覆的金属条的第二表面附近。
实施例74是实施例73的方法,其还包括单独控制与多个转子的一个或多个子组相关联的加热区。
实施例75是实施例74的方法,其中单独控制与多个转子的一个或多个子组相关联的加热区包括:控制多个转子的一个或多个子组与通过固化***的涂覆的金属条的第一表面之间的距离以及在多个转子的第二子组与通过固化***的涂覆的金属条的第二表面之间的距离;以及控制多个转子的一个或多个子组和多个转子的第二子组的转速。
实施例76是实施例66至实施例75的方法,还包括将从旋转转子产生的磁通量导向金属条的表面,以集中在金属条的表面处产生热量。
实施例77是加热传热介质的方法,包括:旋转固化室的转子,其中转子包括至少一个磁体;从旋转转子产生热量,其中通过在传热介质内产生移动磁场来从旋转转子产生热量,该移动磁场在传热介质内产生电流以加热传热介质;使传热介质在固化室的旋转转子附近通过,以加热传热介质;将加热的传热介质从固化室输送到远离固化室的区。
实施例78是实施例77的方法,其中旋转该旋转的转子包括以至少1,300转/分钟(RPM)的速度旋转该旋转的转子。
实施例79是实施例77或实施例78的方法,其中传热介质包括水、液体硅、空气、气体、油或其他相变材料。
实施例80是加热***,包括磁加热装置,所述磁加热装置用于加热沿下游方向移动的金属条,其中磁加热装置包括一个或多个加热器,所述加热器用于在金属条中引起合适的温度分布,其中一个或多个加热器包括至少一个磁转子,并且其中至少一个磁转子中的每一个包括至少一个磁源,并且可绕旋转轴旋转,以产生通过金属条的变化磁场。
实施例81是实施例80的加热***,其中合适的温度分布是横向均匀的温度分布。
实施例82是实施例80或实施例81的加热***,其中至少一个磁转子中的一个或多个转子具有合适的磁通量分布,以便于在金属条中引起合适的温度分布。
实施例83是实施例80至实施例82的加热***,其中,所述至少一个磁转子包括可相对于第二磁转子定位的第一磁转子,以有利于在金属条中引起合适的温度分布。
实施例84是实施例83的加热***,其中第一磁转子的旋转轴线平行于第二磁转子的旋转轴线,并且其中第一磁转子和第二磁转子中的至少一个从金属条的中心线横向偏移一段偏移距离。
实施例85是实施例84的加热***,其还包括控制器,所述控制器可操作地联结到控制偏移距离的致动器。
实施例86是实施例80至实施例85的加热***,其中所述至少一个磁转子包括第一磁转子和第二磁转子,其中第二磁转子位于第一磁转子的下游。
实施例87是实施例80至实施例86的加热***,其中一个或多个加热器还包括辅助加热元件,该辅助加热元件位于金属制品附近并位于金属制品的边缘与金属制品的横向中心线之间,以利于在金属条中引起合适的温度分布。
实施例88是实施例80至实施例87的加热***,其中磁加热装置还包括偏转器,该偏转器可定位以调节金属条的至少一部分与一个或多个加热器之间的距离,以利于引起合适的温度分布。
实施例89是实施例80至实施例88的加热***,其中所述至少一个磁转子中的一个或多个的旋转轴垂直于下游方向并且平行于金属条的横向宽度。
实施例90是实施例80至实施例89的加热***,其中用于至少一个磁转子中的一个或多个的磁源包括可绕旋转轴线旋转的永磁体。
实施例91是实施例80至实施例90的加热***,其中磁加热装置另外包括一个或多个通量引导件,所述通量引导件定位在所述至少一个磁转子附近,以重定向来自所述至少一个磁转子的至少一些磁通量,以利予引起合适的温度分布。
实施例92是实施例80至实施例91的加热***,其还包括:传感器,所传感器定位成测量金属制品的温度或张力;控制器,所述控制器连接到传感器以接收传感器信号,其中控制器联结到与磁加热装置相关联的致动器,以响应传感器信号提供反馈控制,其中致动器配置成控制通过金属制品的磁通量。
实施例93是加热金属的方法,其包括:沿下游方向移动金属制品;通过磁加热装置的一个或多个加热器在金属制品中引起合适的温度分布,其中一个或多个加热器包括至少一个磁转子,并且其中引起合适的温度分布包括围绕至少一个磁转子的旋转轴线旋转至少一个的磁源磁转子,以产生通过金属制品的变化磁场。
实施例94是实施例93的方法,其中引起合适的温度分布包括引起横向均匀的温度分布。
实施例95是实施例93或实施例94的方法,其中所述至少一个磁转子包括具有合适的磁通量分布的磁转子,并且其中引起所述合适的温度分布包括旋转具有合适的磁通量分布的磁转子,以产生合适的改变磁场。
实施例96是实施例93至实施例95的方法,其中引起合适的温度分布包括旋转第一磁转子和第二磁转子,其中第一磁转子和第二磁转子相对于一个定位,以利于引导金属制品中的合适的温度分布。
实施例97是实施例96的方法,其中引起合适的温度分布包括使第一磁转子绕第一旋转轴旋转并使第二磁转子绕与第一旋转轴平行的第二旋转轴旋转,并且其中第一磁转子和第二磁转子中的至少一个从金属制品的中心线横向偏移一偏移距离。
实施例98是实施例97的方法,其中引起合适的温度分布还包括控制偏移距离。
实施例99是实施例93至实施例98的方法,其中引起合适的温度分布包括旋转第一磁转子和第二磁转子,其中第二磁转子位于第一磁转子的下游。
实施例100是实施例93至实施例99的方法,其中一个或多个加热器还包括辅助加热元件,该辅助加热元件定位在金属制品附近并且位于金属制品的边缘与金属制品的横向中心线之间,并且其中引导合适的温度分布还包括从辅助加热元件向金属制品施加热量。
实施例101是实施例93至实施例100的方法,其中引起合适的温度分布还包括致动偏转器,以调节金属制品的至少一部分与一个或多个加热器之间的距离。
实施例102是实施例93至实施例101的方法,其中至少一个磁转子的旋转轴垂直于下游方向并且平行于金属制品的横向宽度。
实施例103是实施例93至实施例102的方法,其中至少一个磁转子的磁源包括永磁体。
实施例104是实施例93至实施例103的方法,其中,引起合适的温度分布还包括重定向来自至少一个磁转子的至少一些磁通量,以利于产生通过金属制品的变化磁场。
实施例105是实施例93至实施例104的方法,其还包括通过传感器测量金属制品的温度或张力以产生传感器信号,其中引起合适的温度分布还包括基于传感器信号动态地提供磁加热装置的反馈控制,其中动态地提供反馈控制包括操纵变化的磁场和相对于变化磁场操纵金属制品的位置中的至少一个。
实施例106是一种金属加工***,其包括用于加工移动的金属条的一件金属加工装置和用于加热移动的金属条的磁加热装置,其中磁加热装置包括一个或多个加热器,所述加热器用于在金属条中引起合适的温度分布,其中一个或多个加热器包括至少一个磁转子,其中加热器中的每个均包括至少一个磁源并且可绕旋转轴旋转,以产生通过金属条的变化磁场,并且其中磁加热装置位于金属加工设备的上游、下游或内部。
实施例107是实施例106的金属加工***,其中该金属加工设备是用于铸造移动的金属条的连续铸造机。
实施例108是实施例106或实施例107的金属加工***,其中磁加热装置位于金属加工设备的上游,用于提高移动的金属条的温度。
实施例109是实施例106至实施例108的金属加工***,其中合适的温度分布是横向均匀的温度分布。
实施例110是实施例106至实施例109的金属加工***,其中磁加热装置包括,为了利于在金属制品中引起合适的温度分布,至少一个是由下列组成的组中的一个:磁转子,所述磁转子具有合适的磁通量分布;第一磁转子和第二磁转子,其中第一磁转子和第二磁转子中的至少一个从金属条的中心线横向偏移;第二磁转子,所述第二磁转子位于第一磁转子的下游的;辅助加热元件,所述辅助加热元件位于金属条附近并位于金属条的边缘和金属条的横向中心线之间;偏转器,所述偏转器可定位成调节金属制品的至少一部分与一个或多个加热器之间的距离。
实施例111是实施例106至实施例110的金属处理***,其还包括惰辊,该惰辊连接到可在第一位置与第二位置之间移动的支撑件,其中当支撑件处于第一位置时,移动的金属条在磁加热装置的一个或多个加热器附近通过,并且其中当支撑件处于第二位置时,移动的金属条远离磁加热装置的一个或多个加热器通过。

Claims (49)

1.一种加热***,包括:
用于加热沿下游方向移动的金属制品的磁加热装置,其中所述磁加热装置包括一个或多个加热器,所述加热器用于在所述金属制品中引入合适的温度分布,其中所述一个或多个加热器包括至少一个磁转子,以及其中所述至少一个磁转子中的每一个包括至少一个磁源并且可绕旋转轴线旋转以产生通过所述金属制品的变化磁场。
2.根据权利要求1所述的加热***,其中所述合适的温度分布是横向均匀的温度分布。
3.根据权利要求1所述的加热***,其中所述至少一个磁转子中一个或多个具有合适的磁通量分布,以利于在所述金属制品中引起合适的温度分布。
4.根据权利要求1所述的加热***,其中所述至少一个磁转子包括第一磁转子,所述第一磁转子相对于第二磁转子定位,以利于在所述金属制品中引起合适的温度分布。
5.根据权利要求4所述的加热***,其中所述第一磁转子的旋转轴线平行所述第二磁转子的旋转轴线,并且其中所述第一磁转子和所述第二磁转子中的至少一个从所述金属制品的中心线横向偏移一段偏移距离。
6.根据权利要求5所述的加热***,其还包括控制器,所述控制器可操作地联接至控制所述偏移距离的致动器。
7.根据权利要求1所述的加热***,其中所述至少一个磁转子包括第一磁转子和第二磁转子,其中所述第二磁转子定位在所述第一磁转子的下游。
8.根据权利要求1所述的加热***,其中所述一个或多个加热器还包括辅助加热元件,所述辅助加热元件定位在所述金属制品附近并位于所述金属制品的边缘和所述金属制品的横向中心线之间,以便于在所述金属制品中引起所述合适的温度分布。
9.根据权利要求1所述的加热***,其中所述磁加热装置还包括偏转器,所述偏转器可定位成调节所述金属制品的至少一部分与所述一个或多个加热器之间的距离,以利于引起所述合适的温度分布。
10.根据权利要求1所述的加热***,其中所述至少一个磁转子的一个或多个的旋转轴线垂直所述下游方向和平行于所述金属制品的横向宽度。
11.根据权利要求1所述的加热***,其中对于所述至少一个磁转子中一个或多个的磁源包括永磁体,所述永磁体可围绕旋转轴线旋转。
12.根据权利要求1所述的加热***,其中所述磁加热装置另外地包括一个或多个通量引导器,所述通量引导器定位在所述至少一个磁转子附近,以重定向来自所述至少一个磁转子的至少一些磁通量,以利于引起所述合适的温度分布。
13.根据权利要求1所述的加热***,其还包括:
传感器,所述传感器定位成测量所述金属制品的温度或张力;和
控制器,所述控制器联结到所述传感器以接收传感器信号,其中所述控制器联结到与所述磁加热装置相关联的致动器,以响应于所述传感器信号提供反馈控制,其中所述致动器被配置为控制通过所述金属制品的磁通量。
14.一种加热金属的方法,包括:
沿下游方向移动金属制品;和
通过磁加热装置的一个或多个加热器在所述金属制品中引起合适的温度分布,其中所述一个或多个加热器包括至少一个磁转子,并且其中引起所述合适的温度分布包括围绕所述至少一个磁转子的旋转轴线旋转所述至少一个磁转子的磁源,以产生通过所述金属制品的变化磁场。
15.根据权利要求14所述的方法,其中引起所述合适的温度分布包括引起横向均匀的温度分布。
16.根据权利要求14所述的方法,其中所述至少一个磁转子包括具有合适的磁通量分布的磁转子,并且其中引起所述合适的温度分布包括旋转具有所述合适的磁通量分布的磁转子,以产生合适的变化磁场。
17.根据权利要求14所述的方法,其中引起所述合适的温度分布包括旋转第一磁转子和第二磁转子,其中所述第一磁转子和第二磁转子相对于彼此定位,以利于在所述金属制品中引起所述合适的温度分布。
18.根据权利要求17所述的方法,其中引起所述合适的温度分布包括绕第一旋转轴线旋转第一磁转子和围绕平行所述第一旋转轴线的第二旋转轴线旋转第二磁转子,以及其中所述第一磁转子和所述第二磁转子中的至少一个从所述金属制品的中心线横向偏移一偏移距离。
19.根据权利要求18所述的方法,其中引起所述合适的温度分布还包括控制所述偏移距离。
20.根据权利要求14所述的方法,其中引起所述合适的温度分布包括转动第一磁转子和第二磁转子,其中所述第二磁转子位于所述第一磁转子的下游。
21.根据权利要求14所述的方法,其中所述一个或多个加热器还包括辅助加热元件,所述辅助加热元件定位在所述金属制品附近并且位于所述金属制品的边缘与所述金属制品的横向中心线之间,并且其中引入所述合适的温度分布还包括从所述辅助加热元件施加热到所述金属制品。
22.根据权利要求14所述的方法,其中引起所述合适的温度分布还包括致动偏转器以调节所述金属制品的至少一部分与所述一个或多个加热器之间的距离。
23.根据权利要求14所述的方法,其中所述至少一个磁转子的旋转轴线垂直于所述下游方向和平行于所述金属制品的横向宽度。
24.根据权利要求14所述的方法,其中所述至少一个磁转子的磁源包括永磁体。
25.根据权利要求14所述的方法,其中引起所述合适的温度分布还包括重定向来自所述至少一个磁转子的至少一些磁通量,以利于通过所述金属制品产生所述变化的磁场。
26.根据权利要求14所述的方法,其还包括通过传感器测量所述金属制品的温度或张力,以产生传感器信号,其中引起所述合适的温度分布还包括基于所述传感器信号动态地提供所述磁加热装置的反馈控制,其中动态地提供反馈控制包括操纵所述变化的磁场和相对于所述变化的磁场操纵所述金属制品的位置中的至少一个。
27.一种方法,包括:
使金属条通过在第一组磁转子的顶部磁转子与底部磁转子之间限定的第一间隙;
使金属条通过在第二组磁转子的附加的顶部磁转子与附加的底部磁转子之间所限定的第二间隙;
以第一速度旋转所述第一组磁转子,以在所述第一间隙中引起第一变化磁场,以加热所述金属条;
以第二速度旋转所述第二组磁转子,以在所述第二间隙中引起第二变化磁场,以加热所述金属条;以及
控制所述金属条中的张力,其中控制张力包括调节所述第一间隙、所述第二间隙、所述第一速度和所述第二速度中的至少一个。
28.根据权利要求27所述的方法,其还包括对金属条进行测量,其中控制所述张力包括基于所述测量进行调节。
29.根据权利要求27所述的方法,其还包括调节所述第一组磁转子和所述第二组磁转子中的至少一个的纵向位置。
30.根据权利要求27所述的方法,其还包括调节所述第一组磁转子和所述第二组磁转子中的至少一个的至少一个磁转子的横向位置。
31.根据权利要求27所述的方法,其中控制所述金属条中的张力包括使用所述第二组磁转子抵消由所述第一组磁转子引起的张力变化。
32.根据权利要求27所述的方法,其中控制在所述金属条中的张力包括调节所述第一间隙和所述第二间隙的至少一个。
33.一种具有合适的磁通量的磁转子,包括:
中心旋转轴线;
一个或多个磁源,所述磁源可围绕所述中心旋转轴线旋转;以及
基于所述一个或多个磁源的磁通量分布,其中所述磁通量分布沿所述磁转子的长度是不均匀的。
34.根据权利要求33所述的磁转子,其还包括一个或多个通量引导件,其中所述一个或多个磁源具有初始的磁通量分布,并且其中所述一个或多个通量引导件被定位,以转移至少一些所述初始的磁通量分布,以具有所述非均匀的磁通量分布。
35.根据权利要求33所述的磁转子,其中所述一个或多个磁源的强度在所述磁转子的长度上变化,以具有所述非均匀的磁通量分布。
36.根据权利要求33所述的磁转子,其还包括位于所述一个或多个磁源中的至少一个部分周围的一个或多个套筒,其中所述一个或多个磁源具有初始的磁通量分布,以及其中所述一个或多个套筒被定位为转移至少一些所述初始的磁通量分布,以具有所述非均匀的磁通量分布。
37.根据权利要求33所述的磁转子,其中所述非均匀的磁通量分布达到所述磁转子的长度的中心与所述磁转子的端部之间的通量的最大量。
38.根据权利要求33所述的磁转子,其中所述非均匀的磁通量分布在所述转子的长度的中心与所述转子的各端部之间的位置处达到通量的最大量。
39.一种方法,包括:
以旋转速度旋转固化***的至少一个转子,其中所述至少一个转子包括至少一个磁体;和
使涂覆的金属条以条带速度通过固化***,使得涂覆的金属条与至少一个转子相邻,以在涂覆的金属条内产生移动磁场,其在涂覆的金属条内产生电流以加热涂覆的金属条,其中选择所述涂覆的金属条和所述至少一个转子之间的距离、所述旋转速度、所述至少一个磁体的强度和所述条带速度,以在预定时间内固化所述涂覆的金属条的涂层。
40.根据权利要求39所述的方法,其中所述金属条与所述至少一个转子之间的距离为从约15毫米至约300毫米。
41.根据权利要求39所述的方法,其中所述旋转速度为每分钟至少200转(RPM)。
42.根据权利要求39所述的方法,其中所述条带速度为每分钟约20米至每分钟约400米。
43.根据权利要求39所述的方法,其中所述涂覆的金属条的加热速度为从每秒约1℃至约每秒150℃。
44.根据权利要求39所述的方法,其中所述涂覆的金属条在所述预定时间内被加热到高达600℃的温度。
45.根据权利要求39所述的方法,其中旋转所述至少一个转子包括旋转多个转子并且使所述涂覆的金属条通过所述固化***包括使所述涂覆的金属条在所述多个转子中的每个附近通过。
46.根据权利要求45所述的方法,其中旋转所述转子包括在第一方向上旋转所述多个转子的第一子组,以及在与所述第一方向相反的第二方向上旋转所述多个转子的第二子组,其中所述多个转子的第一子组定位在通过所述固化***的所述涂覆的金属条的第一表面附近,并且所述多个转子中的第二子组定位在通过所述固化***的所述涂覆的金属条的第二表面附近。
47.根据权利要求46所述的方法,其还包括单独地控制与所述多个转子中的一个或者多个子组相关联的加热区。
48.根据权利要求47所述的方法,其中单独地控制与所述多个转子的一个或多个子组相关联的加热区包括:
控制所述多个转子的一个或多个子组与通过所述固化***的所述涂覆的金属条的第一表面之间的距离和在所述多个转子的第二子组和通过所述固化***的所述涂覆的金属条的第二表面之间的距离;以及
控制所述多个转子的一个或多个子组和所述多个转子的第二子组的转速。
49.根据权利要求39所述的方法,其还包括朝向在所述金属条的表面引导由所述旋转转子产生的磁通量,以在所述金属条的表面处集中产生热。
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