CN112543523A - 一种极低频超导感应加热装置及工艺流程 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超导感应加热领域，公开了一种极低频超导感应加热装置及工艺流程，工件通过在磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热，由于其工作频率极低，并且通过电气量控制温度，相比于传统加热设备，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可广泛应用于非铁磁性金属或合金压延成型过程中的预加热处理。

Description

一种极低频超导感应加热装置及工艺流程

技术领域

本发明涉及超导感应加热技术领域，特别是涉及一种极低频超导感应加热设备及工艺流程。

背景技术

高温超导技术被喻为二十一世纪最具潜力的高新技术，将成为21世纪世界科技领域新的制高点，美国、日本、欧盟等发达国家/地区已将其上升到战略高度，我国也陆续发布《“十三五”规划》、《中国制造2025》等文件，将高温超导技术列为重点支持的前沿技术。

目前，现有交流感应加热技术具有一定的局限性，对于一些特殊的待加热工件由于趋肤效应，导致加热金属棒的透热深度很小，加热均匀性不高，且加热效率较低。

发明内容

本申请的一些实施例中，提供了一种极低频超导感应加热设备及工艺流程，以解决传统设备加热不均匀的问题。

本申请的一些实施例中，提供了一种极低频超导感应加热装置，工件通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热，由于其工作频率极低，并且通过电气量控制温度，相比于传统加热设备，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可广泛应用于非铁磁性金属或合金压延成型过程中的预加热处理。特别是对于大尺寸(直径400mm以上)和品质要求高的2系列和7系列航空合金材料工件，可实现温度梯度可控的超均匀加热，提高工件加热品质和生产效率，彻底解决传统设备加热不均匀的行业痛点。

本申请的一些实施例中，公开了一种极低频超导感应加热装置，其包括：底座，所述底座用于安装所述极低频超导感应加热装置的各部分工作部件；驱动装置，所述驱动装置固定于所述底座上，所述驱动装置用于为待加热工件提供旋转动力；夹紧装置，所述夹紧装置安装在所述驱动装置上，所述夹紧装置用于将工件夹紧固定于所述驱动装置；加热装置，所述加热装置固定在所述底座上，所述加热装置设置为超导磁体结构；所述加热装置包括铁芯和超导线圈，所述超导线圈整体呈环状结构，所述铁芯穿设于所述超导线圈环形中心，所述铁芯形成有用于放置旋转工件的磁场放置空间；其中，工件通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热。

本申请的一些实施例中，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第一电机和所述第二电机对称设置于所述底座的两端，且所述第一电机和所述第二电机旋转参数相同。

本申请的一些实施例中，所述夹紧装置包括第一夹紧装置和所述第二夹紧装置，所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置分别设置于所述第一电机和所述第二电机的电机轴上，且所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置分别夹持于工件的两端，所述第一电机和所述第二电机旋转带动工件进行旋转。

本申请的一些实施例中，所述夹紧装置和所述驱动装置之间设置有液压缸，所述液压缸通过伸缩以放置所述待加热工件。

本申请的一些实施例中，所述磁场放置空间中磁感应强度不小于0.45T。

本申请的一些实施例中，所述铁芯包括：绕线部，所述绕线部用于绕设安装所述超导线圈；端头部，所述端头部为所述铁芯的端部，且所述端头部之间相对设置形成所述磁场放置空间，当所述超导线圈通电时，所述磁场放置空间形成感应磁场。

本申请的一些实施例中，所述超导线圈连接直流电源。

本申请的一些实施例中，还包括一种极低频超导感应加热装置加热工件的工艺流程：

S1，工件安装，工件由物料传送装置传送到磁场放置空间处，启动加热程序，液压缸推动夹紧部向工件方向做直线运动，使夹紧部套设在工件的端部；

S2，工件加热，工件安装完成后，电机运行，电机轴的转动带动滑动部，滑动部通过推动部的轴承内圈带动夹紧部转动，夹紧部带动工件在磁场放置空间处转动，磁场放置空间中具有强直流磁场，工件内部产生涡流，实现均匀加热；

S3，工件拆卸，工件加热完成后，物料传送装置抓取工件，液压缸带动夹紧部向工件相反方向做直线运动，与工件脱离，完成工件的拆卸。

本申请超导感应加热技术采用直流电源，通过超导磁体产生背景磁场，在加热区域建立直流气隙磁场，坯料旋转切割磁力线产生涡流被加热，从而实现高穿透深度、高能效、高加热均匀性、温度梯度可控的加热方式，可保证加热工件品质的高附加值。

附图说明

图1是本发明的实施例中极低频超导感应加热装置的侧视图；

图2是本发明的实施例中极低频超导感应加热装置的结构图；

图3是本发明的实施例中加热装置的结构图；

图4是本发明的实施例中夹紧装置的剖视图。

图中，100、底座；200、驱动装置；210、第一电机；220、第二电机；230、电机轴；300、夹紧装置；310、液压缸；320、推动部、330、滑动部；340、夹紧部；400、加热装置；410、铁芯；420、线圈；430、端头部；440、绕线部；500、工件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

其中，在本申请中，“内”指示的方位或位置关系为基于附图，靠近物料传送设备几何中心的一侧，“外”指示的方位或位置关系为基于附图，背离物料传送设备几何中心的一侧。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下文是结合附图对本发明的优选的实施例说明。

如图1和图3所示，在本申请的一些实施例中，一种极低频超导感应加热装置400包括底座100，驱动装置200，夹紧装置300和加热装置400。

极低频超导感应加热装置400为整体结构的装置，极低频超导感应加热装置400的各部件设置在底座100上，其中驱动装置200和加热装置400固定在底座100上，驱动装置200用于驱动工件500在加热装置400中旋转，驱动装置200上设置有夹紧装置300，夹紧装置300用于夹紧工件500，将工件500可拆卸的固定连接在驱动装置200上，加热装置400为超导磁体结构，加热装置400可容纳工件500在内部加热。

其中，加热装置400包括铁芯410和超导线圈420，超导线圈420为环状结构，环绕安装在铁芯410上，铁芯410的结构可以容纳工件500和环绕的铁芯410，且容纳工件500的位置有磁场穿过，工件500在其中旋转，工件500内部产生涡流，对工件500进行加热。

需要说明的是，极低频超导感应加热装置400利用超导线圈420围绕着铁芯410，在铁芯410内部生成强直流磁场，同时交错设置驱动装置200和夹紧装置300使工件500在强直流磁场中转动，使工件500内部产生涡流，实现加热工件500的目的，相比于传统加热设备，通过极低频超导感应加热装置400加热工件500，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可实现温度梯度可控的超均匀加热，提高工件500加热品质和生产效率。

如图1和图2所示，在本申请的一些实施例中，底座100用于与极低频超导感应加热装置400中的各部件固定连接，且底座100的结构为具有凸起和凹陷的板状结构，底座100凸起和凹陷的尺寸需要满足：当部件固定连接在底座100上时，驱动装置200和夹持装置夹持的工件500可以进入加热装置400中的强直流磁场中。

需要说明的是，由于加热装置400需要产生极大的强直流磁场，加热装置400的体积远大于驱动装置200和加持装置，但是为了满足加热的需求，夹紧装置300需要与加热装置400的强直流磁场共线，在底座100上设置凹陷，将加热装置400设置在凹陷中，使强直流磁场，驱动装置200和夹持装置共线，实现工件500在强直流磁场中转动。

如图1和图3所示，在本申请的一些实施例中，加热装置400固定连接在底座100上，加热装置400包括铁芯410和线圈420，铁芯410为两端穿透的矩形环，且在环状结构的上侧设置有开口，开口的两端即为端头部430，超导线圈420套设在铁芯410上，套设超导线圈420的部分即为绕线部440。

端头部430中间用于容纳工件500加热，超导线圈420连接着直流电源，感应磁场的大小方向稳定，当超导线圈420通电后，铁芯410内感应产生强直流磁场，强直流磁场在端头部430穿过工件500，工件500在驱动装置200的驱动下在端头部430中间旋转，内部产生涡流，完成加热。

在本申请的具体实施例中，铁芯410为一个矩形环结构，端头部430设置在两个，可加热一个工件500，在本申请的优选实施例中，铁芯410为相连的两个矩形环，且端头部430设置为四个，可同时加热两个部件，本申请对端头部430的数量不做限定，可实现多个端头部430，同时加热多个部件。

在本申请的一种具体实施例中，加热的工件500为空间放置直径450mm，长度800～1500mm的铝锭，同时加热要求铝锭的加热周期为10分钟，为了达到加工要求，磁场放置空间的磁感应强度不小于0.45T,如果磁场放置空间的磁场强度小于0.45T，整个的铝锭加热周期将超过10分钟。

需要说明的是，加热装置400将工件500设置在铁芯410环状结构内部，实现了强直流磁场直接穿过工件500内部，对磁感线的利用达到最大化，提高了加热效率，实现了超均匀加热。

如图2和图4所示，在本申请的一些实施例中，驱动装置200固定连接在底座100上，驱动装置200设置在加热装置400的两侧，驱动装置200的中心线与磁场放置空间的中心线共线，驱动装置200包括第一电机210和第二电机220，第一电机210和第二电机220分别对称设置在加热装置400的两侧，且第一电机210与第二电机220的转速与转向相同。

在本申请的一些实施例中，夹紧装置300连接在驱动装置200上，且固定连接在底座100上，夹紧装置300与驱动装置200同轴设置，夹紧装置300包括第一夹紧装置300和第二夹紧装置300，分别设置在加热装置400两侧，与第一电机210和第二电机220连接。

第一夹紧装置300和第二夹紧装置300均包括有液压缸310，推动部320，滑动部330和夹紧部340，每个夹紧装置300中，液压缸310设置有两个，两个液压缸310分别设置在两边，与底座100连接，两个液压缸310的另一端与推动部320连接，用于推动夹紧装置300做直线运动，在两个液压缸310之间设置有滑动部330，滑动部330的一端和电机轴230键连接，实现沿着电机轴230滑动，跟随电机轴230转动，滑动部330的另一端连接着推动部320，推动部320中心处设置有圆形开口，开口上设置有轴承内圈，滑动部330穿设过轴承内圈，与轴承内圈和夹紧部340固定连接，夹紧部340用于夹紧工件500，电机轴230通过带动夹紧部340转动，带动工件500转动。

加热装置400启动后，液压缸310推动轴承做直线运动到工作位，将工件500夹紧，然后电机转动，通过轴承内圈带动工件500转动，实现在加热装置400中的加热。

需要说明的是，通过液压缸310控制夹紧装置300的直线运动，电机与轴承配合实现工件500的转动，结构简单，自动执行工件500的运动流程，提高了工作效率。

本申请的工艺流程是：

S1，工件安装，工件500由物料传送装置传送到磁场放置空间处，启动加热程序，液压缸310推动夹紧部340向工件500方向做直线运动，使夹紧部340套设在工件500的端部；

S2，工件加热，工件500安装完成后，电机运行，电机轴230的转动带动滑动部330，滑动部330通过推动部320的轴承内圈带动夹紧部340转动，夹紧部340带动工件500在磁场放置空间处转动，磁场放置空间中具有强直流磁场，工件500内部产生涡流，实现均匀加热；

S3，工件拆卸，工件500加热完成后，物料传送装置抓取工件500，液压缸310带动夹紧部340向工件500相反方向做直线运动，与工件500脱离，完成工件500的拆卸。

本发明提供了一种极低频超导加热装置400，包括底座100，驱动装置200，夹紧装置300和加热装置400，加热装置400中设置有磁场放置空间，工件500通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件500内部形成涡流，以对工件500进行加热，由于其工作频率极低，并且通过电气量控制温度，相比于传统加热设备，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可广泛应用于非铁磁性金属或合金压延成型过程中的预加热处理。特别是对于大尺寸(直径400mm以上)和品质要求高的2系列和7系列航空合金材料工件500，可实现温度梯度可控的超均匀加热，提高工件500加热品质和生产效率，彻底解决传统设备加热不均匀的行业痛点。

根据本申请的第一构思，对工件的加热装置进行了改进，将加热装置设置为极低频超导感应加热装置，极低频超导感应加热装置利用超导线圈围绕着铁芯，在铁芯内部生成强直流磁场，同时交错设置驱动装置和夹紧装置使工件在强直流磁场中转动，使工件内部产生涡流，实现加热工件的目的，相比于传统加热设备，通过极低频超导感应加热装置加热工件，具有加热温度均匀、加热速度快、可连续工作、金相组织可控性强等显著优势，可实现温度梯度可控的超均匀加热，提高工件加热品质和生产效率。

根据本申请的第二构思，在极低频超导感应加热装置中设置有底座，由于加热装置需要产生极大的强直流磁场，加热装置的体积远大于驱动装置和加持装置，但是为了满足加热的需求，夹紧装置需要与加热装置的强直流磁场共线，在底座上设置凹陷，将加热装置设置在凹陷中，使强直流磁场，驱动装置和夹持装置共线，实现工件在强直流磁场中转动。

根据本申请的第三构思，对加热装置进行了改进，加热装置将工件设置在铁芯环状结构内部，实现了强直流磁场直接穿过工件内部，对磁感线的利用达到最大化，提高了加热效率，实现了超均匀加热。

根据本申请的第四构思，对驱动装置和夹紧装置的结构进行了改进，驱动装置设置在加热装置的两侧，夹紧装置连接在驱动装置上，夹紧装置均包括有液压缸，推动部和转动部，轴承的外圈与推动部连接，轴承的内圈与随电机轴转动的液压缸连接，轴承内圈夹紧工件，带动工件转动，通过液压缸控制夹紧装置的直线运动，电机与轴承配合实现工件的转动，结构简单，自动执行工件的运动流程，提高了工作效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种极低频超导感应加热装置，其特征在于，包括：

底座，所述底座用于安装所述极低频超导感应加热装置的各部分工作部件；

驱动装置，所述驱动装置固定于所述底座上，所述驱动装置用于为待加热工件提供旋转动力；

夹紧装置，所述夹紧装置安装在所述驱动装置上，所述夹紧装置用于将工件夹紧固定于所述驱动装置；

加热装置，所述加热装置固定在所述底座上，所述加热装置设置为超导磁体结构；

所述加热装置包括铁芯和超导线圈，所述超导线圈整体呈环状结构，所述铁芯穿设于所述超导线圈环形中心，所述铁芯形成有用于放置旋转工件的磁场放置空间；

其中，工件通过在所述磁场放置空间内旋转，在工件内部形成涡流，以对工件进行加热。

2.如权利要求1所述的一种极低频超导感应加热装置，其特征在于，所述驱动装置包括第一电机和第二电机，所述第一电机和所述第二电机对称设置于所述底座的两端，且所述第一电机和所述第二电机旋转参数相同。

3.如权利要求2所述的一种极低频超导感应加热装置，其特征在于，所述夹紧装置包括第一夹紧装置和所述第二夹紧装置，所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置分别设置于所述第一电机和所述第二电机的电机轴上，且所述第一夹紧装置和所述第二夹紧装置分别夹持于工件的两端，所述第一电机和所述第二电机旋转带动工件进行旋转。

4.如权利要求1所述的一种极低频超导感应加热装置，所述夹紧装置和所述驱动装置之间设置有液压缸，所述液压缸通过伸缩以放置所述待加热工件。

5.如权利要求1所述的一种极低频超导感应加热装置，其特征在于，所述磁场放置空间中磁感应强度不小于0.45T。

6.如权利要求1所述的一种极低频超导感应加热装置，所述铁芯包括：

绕线部，所述绕线部用于绕设安装所述超导线圈；

端头部，所述端头部为所述铁芯的端部，且所述端头部之间相对设置形成所述磁场放置空间，当所述超导线圈通电时，所述磁场放置空间形成感应磁场。

7.如权利要求1所述的一种极低频超导感应加热装置，所述超导线圈连接直流电源。

8.基于权利要求1-7所述的一种极低频超导感应加热装置，还包括其加热工件的工艺流程：

S1，工件安装，工件由物料传送装置传送到磁场放置空间处，启动加热程序，液压缸推动夹紧部向工件方向做直线运动，使夹紧部套设在工件的端部；

S2，工件加热，工件安装完成后，电机运行，电机轴的转动带动滑动部，滑动部通过推动部的轴承内圈带动夹紧部转动，夹紧部带动工件在磁场放置空间处转动，磁场放置空间中具有强直流磁场，工件内部产生涡流，实现均匀加热；

S3，工件拆卸，工件加热完成后，物料传送装置抓取工件，液压缸带动夹紧部向工件相反方向做直线运动，与工件脱离，完成工件的拆卸。

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