CN110506449A - 用于金属产品的加热装置 - Google Patents

Abstract

用于通过电磁感应选择性地且以所期望的热功率加热金属产品（11）的一个或多个边缘（12）的加热装置（10），所述加热装置包含具有通孔（14）和至少四个极性延伸部（18）的磁性核芯（13）。

Description

用于金属产品的加热装置

技术领域

本发明涉及用于在炼钢领域中使用的金属产品的加热装置，例如用于铸造设备、轧制设备、其组合或其他设备中，其中需要在每种情况下及在不同的点处对金属产品进行加热。加热装置使用电磁感应来加热金属产品。

通过非限制的例子的方式，在考虑中的金属产品包括钢坯（billet）、钢锭（bloom）、宽板，或具有方形、矩形或多边形的有边缘的横截面的金属产品或半加工产品。

背景技术

在金属产品（例如，钢坯、钢锭或其他类似产品）的生产中，已知的是将产品加热或保持在预定温度下，从而每次都获得没有裂纹且具有期望特性的金属产品。

这可以通过使用适当的感应加热装置获得，根据在每种情况下由其生成的磁场，尤其是通过在金属产品中被感应出的电流生成的磁场，使该装置可以由于焦耳效应而对金属产品的截面的一部分进行加热。

然而，已知的感应加热装置既不允许获得遍及金属产品的整个体积的均匀的热功率分布，也不允许逐点地（point-by-point）或选择性地控制功率分布。

事实上，在已知的热处理之后，金属产品明显缺乏与边缘相对应的热均匀性，因此边缘可以比金属产品的其他区域更冷。

在温度上的这些差异可以导致金属产品中的表面裂纹或其他不需要的瑕疵。

此外，尤其是在通过连续浇铸获得的金属产品中，其中该金属产品的边缘的位置不同，例如拱腹（intrado）边缘和拱背（extrado）边缘，生成的金属产品通常缺乏热均匀性，该热均匀性相对于具体的边缘也有所不同。

在这样的背景下，显然需要使至少所有的边缘处于相同的加热条件下，但是显然同样需要使它们必须在所有的点处都被加热并且由于特定工艺要求而不同地被加热。

可以在铸造步骤本身或下游中实施加热。

感应加热装置也是已知的，其被配置来一次加热两个相对的边缘，或其具有两个或更多个铁磁核芯，其每一个都设置有两个极性延伸部。

在这些当中，在US 5.412.183文献中示出的方案提供在交错的平面上同时对金属产品进行加热。

此外，这些已知的方案不允许选择性地使各个边缘的加热不同，还不允许可能地在每种情况下根据需要而使被传递至各个边缘的热功率不同。

因此，有需要改善现有技术，并且提供克服现有技术的缺点中的至少一个的加热装置。

本发明的目的是提供感应加热装置，其能够在不同的点处及在每种情况下加热金属产品的一个或多个边缘，从而选择性地并且以所期望的方式加热金属产品，从而确保均匀的结果。

本发明的另一个目的是提供感应加热装置，其能够使所有边缘的热分布均匀，还使被传递至它们的热功率不同。

另一目的是提供加热装置，该装置能够相对于在每种情况下所需的热处理，同时对一个或多个边缘进行热处理。

另一目的是提供感应加热装置，其能够同样根据需要或期望加热具有各种横截面的金属产品的特定或界定的区域，同时在热功率的传递中维持良好性能。

申请人已经设计、测试并实施了本发明来克服现有技术的缺点，并且获得这些和其他的目的及优点。

发明内容

本发明在独立权利要求中被阐明和表征，同时从属权利要求描述了本发明的其他特征或主要发明思想的变形。

根据上述目的，本发明涉及包含磁性核芯的感应加热装置，该磁性核芯具有通孔和至少四个极性延伸部，该极性延伸部沿着通孔的周边以相等的角度设置。

根据本发明的一个方面，极性延伸部位于相同的平放的平面上并且通过连接部分在物理和/或功能上连续地彼此连接，每一个极性延伸部都被设置有相应的电线圈，该电线圈具有独立于其他极性延伸部的线圈的电能，并且极性延伸部能够在每种情况下界定由各个极性延伸部递送的极性、频率和功率。

这样的构造允许使用感应加热装置来选择性地且以所期望的和适当不同的电功率来加热具有四个或更多个边缘的金属产品的一个或多个边缘，所述金属产品例如是钢坯、钢锭、宽板，或具有方形或矩形的横截面的金属产品或半加工产品，或可能的金属或机械的人工制品。

根据可能的实施方式，极性延伸部选择性地能够相对于通孔移动；有利地但非限制性地，极性延伸部的移动与金属产品在其中运送的运送轴是正交的或基本上正交的。

极性延伸部的移动允许适应并优化各个极性延伸部相对于金属产品的表面的距离，从而相对于待处理的金属产品的具体横截面而使通孔的运送空间相适应。

以此种方式，即使在一方面金属产品的壁不是直的和/或在另一方面相对于彼此不是正交的，仍然可能获得更大的加热效率和安全水平。

根据可能的实施方式，磁性核芯包含一个或多个磁性区段，在其之间***冷却板，所述磁性区段的每一个都包含所期望的多个磁性片材。

根据可能的变形，电线圈由冷却管冷却，冷却液体在冷却管中运送。

附图说明

从某些实施方式的以下描述中，本发明的这些和其他特征将变得显而易见，所述实施方式是作为非限制性的例子并参考附图而给出的。

图1是根据本发明的加热装置的透视图；

图2是根据本发明的加热装置的截面视图；

图3-6是四个截面视图，其示意性地示出了根据本发明的加热装置的四种使用形态；

图7-9是三个截面视图，其示意性地示出了加热装置的可能实施方式的三种形态；

图10是加热装置的变形的实施方式的截面视图；

图11是处于使用形态中的加热装置的变形的实施方式的截面视图；

图12和13是加热装置的两种变形的实施方式的两个截面视图。

为了便于理解，在可能地方使用了相同的参考编号来识别附图中相同的元件。应当理解的是，可以将一个实施方式中的元件和特征便利地合并到其他实施方式中，而不需进一步的说明。

具体实施方式

本文参考附图描述的实施方式涉及用于金属产品11的加热装置10。

对于金属产品11，我们指的是金属产品或半加工产品，例如钢坯或钢锭，或具有方形、矩形或多边形的横截面的熔融金属产品或半加工产品，其具有一个或多个边缘12。

根据本发明，加热装置10包含具有通孔14的磁性核芯13，金属产品11运送通过该通孔。

磁性核芯13可以包含多个磁性片材15，该磁性片材以已知方式彼此重叠且夹紧以形成单一主体或由多个磁性区段16组成的整体。

磁性片材15可以由铁磁性材料制成，例如铁、镍、钴、其合金或其他合适的材料。

可以以一种或多种不成片材形式的磁性电介质（magneto-dielectric）密实材料完全地、或部分地实现磁性核芯13。

例如，该磁性电介质密实材料可以包括被包含在绝缘基质中的铁磁性金属粉末。

根据可能的实施方式，磁性核芯13包含一个或多个磁性区段16，在其之间设有冷却板17，所述磁性区段16中的每一个都包含所期望的多个磁性片材15。

冷却板17可以是主动冷却型或被动冷却型，并且也可以被配置来屏蔽（screen）加热装置10。

磁性核芯13具有至少四个极性延伸部18，所述延伸部沿着通孔14的周边以相等的角度设置。

在一个实施方式中，极性延伸部18延伸磁性核芯13的整体长度，从而当加热装置10运行时，其可以加热在通孔14内运送的金属产品11的整个纵向部分。

根据可能的实施方式，如果通孔14基本上是方形的，还具有可能的圆形边缘，则极性延伸部18被设置在由通孔14的周边所界定的方形的侧面并且面向通孔14的内侧。

对于每个极性延伸部18，可能的是界定出上端和下端。极性延伸部18被配置来在该上端和下端之间起作用。

极性延伸部18的延伸作用使得能够沿着金属产品11的纵向延伸来加热一个或多个边缘12。

根据本发明，极性延伸部18位于相同的平放的平面。该平放的平面被界定为在其中极性延伸部18的所有上端或所有下端平放的平面。

根据本发明的一方面，极性延伸部18通过连接部分19彼此连接，该连接部分是磁性核芯13的一部分。

对于术语“连接”，我们指的是极性延伸部18与连接部分19连续地彼此连接，并且极性延伸部18与连接部分19在功能上连续性地连接，即，即使存在最小空气间隙，但磁性流动22的线仍可以在其之间循环。

根据可能的实施方式，连接部分19和极性延伸部18是两个或更多个主体，并且在结构上或功能上彼此连接以获得连续的磁性流动。

每一个极性延伸部18都设置有相应的电线圈20，其连接至独立的电力源21，该电力源能够在每种情况下界定各个极性延伸部18的极性（参见磁性流动22的线的方向）和可能的具体供给功率。

根据可能的实施方式，极性延伸部18和连接部分19可以以单一主体构成磁性核芯13，或以结构上或功能上彼此连接的几个主体构成磁性核芯以获得连续的磁性流动。

在极性延伸部18和连接部19之间的磁性连接的连续性上基本上没有中断的这样的构造，允许磁性流动22的线通过连接部分19闭合，从而最小化能量损失。

这使得由一个极性延伸部18生成的磁性流动22可以在与其相邻的一个或两个极性延伸部18中闭合。

根据可能的实施方式，电线圈20中的每一个都包含连接至电力源21的电缆23，所述电缆23缠绕极性延伸部18中的一个以形成具有一个或多个螺旋的卷轴。

根据每种涉及的待处理的金属产品11的特定的和逐点的要求，与频率和功率的范围相关的电线圈23可以全部都相同或不同。

根据变形，电线圈20可以是可替换的或可以制成可替换的。

在附图中，根据电流的方向来表征线圈：“ x”表示输入电流，“ •”表示输出电流。

根据可能的实施方式，电缆23可以成管状形式由导电材料（例如具有与铜一样的高导电性的材料）来实现，并且用通过其的冷却液体来冷却电缆23。

根据可能的实施方式，为了减缓电缆23的劣化，这些电缆可以位于各个冷却管24之内，冷却液在冷却管中通过。

冷却管24可以具有与极性延伸部18周围的自由空间连接的形状，可以通过连接至一个或多个电源的电源输出口24a供给冷却流体，例如经处理或未经处理的水、或油或其他传导温度的流体。

参考图3-6，示出了四种可能的使用形态，其中生成了磁场和相应的磁性流动22的线，选择性地激活一个或多个电线圈20。该激活作用还可以涉及所输送的功率。

根据电流的方向、其强度、其频率以及其通过的电线圈20，在金属产品11中感应出各个电流，并且尤其是对应于其边缘12的电流。

由于焦耳效应，并且在边缘12附近，感应出的电流在每种情况下并且逐点地加热各个区域25。更具体地，附图中的附图标记25表明受热的边缘的区域，其中虚线圆圈的可变大小示出较大或较小的受影响的区域，这是由于影响具体的区域的相应的极性延伸部18传递较大或较小的功率。

相对于金属产品11的形态，极性延伸部18的形状和大小被配置来生成横向于金属产品11的前进方向的磁场。

在一种形式中，极性延伸部18可以具有这样的表面，磁性流动22的线从该表面成对地基本上平行地离开/进入，并且其面向磁性核芯13的通孔14。

根据变形，根据待处理的金属产品11的物理形状，使一个或多个极性延伸部18成形。

根据可能的非限制性示例的实施方式，一个或多个极性延伸部18的表面可以是楔形的，具有倾斜边缘，具有抛物线形或双曲线形的凸形或凹形。

通过增加从极性延伸部18到金属产品11的功率传递的效率，这些构造有效地使磁性流动可以导向至金属产品11。

根据可能的实施方式，一个或多个极性延伸部18可以包括可替换的部分，该可替换部分设有根据待处理的金属产品11的成形表面，所述成形表面在使用中面向通孔14。

根据可能的变形，使极性延伸部中的至少一个根据金属产品11的轮廓以个性化的方式相符合。换句话说，根据可能的变形，一个或多个具体的极性延伸部18可以具有面向金属产品11的侧表面的表面，该表面具有与所述侧表面配合的形状。

根据另一种变形，在每种情况下用对极性延伸部分18本身的特定附加部分来获得个性化，并注意功能的连续性。

例如，特定的附加部分可以是极性延伸部分18的一部分，其根据待处理的金属产品11或待实施的热处理而与之特异性地相符合。

根据另一种变形，一个或多个极性延伸部18既可以出于维护的原因也可以出于个性化的特定原因而被替换。

关于示例性的形态，图3示出了仅一个电线圈20被供电的情况，其在两个相邻的边缘12附近感应出电流。

图4示出了其中两个相邻的电线圈20被供电，电流的方向彼此相反的情况。在这种情况下，感应出的电流允许以比与其相邻的两个边缘12更大的强度来加热一个边缘12。

图5示出了其中所有电线圈20均被供电，每个的电流方向与其相邻的电线圈20中通过的电流的方向相反的情况。在这种情况下，感应出的电流允许加热所有四个边缘12。

图6示出所有电线圈20均被供电，每个的电流的方向与其相邻的电线圈20中的一个中通过的电流的方向相反，并且与另一个相邻电线圈20中通过的电流成相同方向的情况。在这种情况下，感应出的电流允许加热两个相对的边缘12。

根据可能的实施方式，极性延伸部18选择性地是相对于通孔14可移动的。

根据可能的有利的实施方式，如图7-11中的示例所示，极性延伸部18选择性地能够正交于通孔14移动。

根据可能的实施方式，可以通过相应的独立的驱动器26使极性延伸部18移动（可能是线性的），从而适应在具体的极性延伸部18与金属产品11的表面之间的距离。

这种构造允许优化极性延伸部18的位置，从而将所期望的边缘12加热到期望的深度，同时确保热功率的传递的高性能。

在图10中，以举例的方式示出了一种情况，其中有用且必要的是电线圈20尽可能地靠近磁性流动22必须在其上运行的表面。

在这种情况下，可移动的极性延伸部18还具有用于电线圈20的底座。

根据这些实施方式，可能的是在特定的边缘12附近设置两个极性延伸部18，并且为两个电线圈20中的一个供电，从而仅在想要被加热的边缘12中感应出电流（见图11）。

清楚的是，可以在不脱离本发明的领域和范围的情况下，对如上所述的加热装置10进行修改和/或添加。

例如，根据可能的变形，可以在通孔14中设置容纳体27，其能够在金属产品通过加热装置10期间容纳金属产品11。

容纳体27可以被配置来沿被界定的路径引导金属产品。

容纳体27可以由屏蔽材料（screening material）制成，该屏蔽材料允许磁性流动22的线通过，但不分散在金属产品11中生成的热量。

容纳体27还可以用作物理屏障，以确保极性延伸部18不与金属产品11接触。

同样清楚的是，尽管已经参照一些具体例子描述了本发明，但是本领域技术人员将肯定能够获得许多其他等同形式的加热装置10，其具有在权利要求中所述的特征，并且因此全部落入由此界定的保护范围内。

Claims (10)

1.用于金属产品（11）的加热装置，其能够通过电磁感应选择性地且以所期望的热功率加热所述金属产品（11）的一个或多个边缘（12），所述加热装置包含磁性核芯（13），所述磁性核芯具有通孔（14）和至少四个沿着所述通孔（14）的周边以相等的角度设置的极性延伸部（18），其特征在于，所述极性延伸部（18）位于相同的平放的平面上并且通过连接部分（19）彼此连接，所述极性延伸部（18）中的每一个都设置有连接至独立的电力源（21）的相应的电线圈（20），所述电力源能够在每一种情况下至少界定由所述极性延伸部（18）递送的极性、频率和功率。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述极性延伸部（18）和所述连接部分（19）构成成单一主体的所述磁性核芯。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接部分（19）和所述极性延伸部（18）是两个或更多个主体，并且在结构上或在功能性上彼此连接以获得连续的磁性流动。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述极性延伸部（18）能够选择性地相对于所述通孔（14）移动。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述极性延伸部（18）通过相应的独立的驱动器（26）而能够选择性地相对于所述通孔（14）正交地移动。

6.如权利要求3至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述极性延伸部（18）是选择性地可替换的。

7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，使所述极性延伸部（18）中的至少一个根据所述金属产品（11）的轮廓以个性化的方式相符合。

8.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述磁性核芯（13）包含一个或多个磁性区段（16），在其之间设有冷却板（17），所述磁性区段（16）中的每一个都包含多个磁性片材（15）。

9.如前述的权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电线圈（20）中的每一个都包含连接至所述电力源（21）的电缆（23），并且所述电线圈位于冷却液体通过其中的各个冷却管（24）之内。

10.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述电线圈（20）中的每一个都是可替换的。