适用于薄金属窄带热处理的感应加热装置.pdf

本发明是一种适用于薄金属窄带热处理感应加热装置，本装置包括产生纵向磁场的感应线圈、交流电源，其加热通道上下部位的磁感应线圈各线匝本体附加有对应于薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元，所述导磁体极单元是由附加于线匝本体两侧和外侧的导磁体构成的整体，两侧导磁体端面是两磁极。本装置利用高频交变电流在带有导磁体极单元的纵向磁场感应器中产生等效的横向磁场，实现复合磁场的感应加热方式，对0.3-1.5mm厚度的薄金属窄带能快速均匀加热，具有加热效率高、设备造价低、调整使用方便、可以满足所述薄金属窄带各种生产工艺需要的突出优点。

1、  一种适用于薄金属窄带热处理感应加热装置，由产生纵向磁场的磁感应线圈、感应加热交流电源所组成，其特征在于：加热通道上下部位的磁感应线圈各线匝本体附加有对应于薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元，所述导磁体极单元是由附加于线匝本体两侧和外侧的导磁体构成的整体，两侧导磁体端面是两磁极。

2、  根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于：所述导磁体极单元其对应线匝轴向的磁极长度小于所对应的薄金属窄带的宽度2-5mm。

3、  根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于：所述加热通道上下部位的磁感应线圈线匝本体附加有分别对应于各薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元。

4、  根据权利要求3所述的感应加热装置，其特征在于：所述同一线匝本体所附加的、分别对应各薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元之间设有阻磁引流板。

5、  根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于：所述感应加热装置设有环加热通道的绝缘耐磨隔层。

6、  根据权利要求1所述的感应加热装置，其特征在于：所述感应加热交流电源提供的高频交变电流频率范围为4KHz-20KHz。

适用于薄金属窄带热处理的感应加热装置
技术领域
本发明属于热处理装置，特别是涉及一种适用于薄金属窄带热处理感应加热装置。
背景技术
公知技术中，对于厚度小于1.5mm的薄金属窄带尤其对于多条薄金属窄带同时加热是采用传统的加热装置，如代马弗炉、盐浴炉、铅浴炉等。上述传统加热装置存在以下弊端：1、属于辐射加热或传导加热，先期加热炉内介质需要大电能、长时间预热升温；2、很难做到炉内温度场的均匀控制；3、炉内温度热惯性较大，温度测控滞后。由于以上原因，致使多条薄金属窄带的加热过程中存在加热不均匀、加热速度慢、能耗高而产量低和产品质量难以控制的技术问题。
目前，通常的纵向磁场加热方式的电磁感应加热装置还难以应用于厚度小于1.5mm的薄金属窄带特别是多条薄金属窄带的加热处理，主要原因是集肤效应现象和金属内部分子结构的化学物理性能影响，导致纵向磁场加热方式很难使所述薄金属窄带达到居里点温度以上的工艺温度，即难以实现穿透加热。另外，对于厚度小于1.5mm的多条薄金属窄带并行的感应加热，因边缘效应、各加热通道之间的磁力线干扰或叠加所造成的薄金属窄带边缘过烧或欠烧也是公知技术中难以避免和克服的技术问题。
产生横向磁场的电磁感应加热装置其磁力线垂直于被加热工件，能够使厚度小于1.5mm的薄金属窄带达到居里点温度以上的工艺温度，但所述薄金属窄带从常温状态加热到居里点温度之前的加热效率明显低于纵向磁场。因此，单纯横向磁场的感应加热装置不能满足日见增长的国内薄金属窄带需求的局面。
发明内容
本发明是为了解决公知技术中对于薄金属窄带特别是多条薄金属窄带热处理所存在的上述技术问题，而公开一种适用于薄金属窄带热处理感应加热装置。所述感应加热装置专门用于厚度为0.3-1.5mm钢带、铜带、铅带等金属窄带的淬火、回火、发蓝、涂层烘干等热处理生产工艺。
本发明为实现上述目的采取以下技术方案：本感应加热装置由产生纵向磁场的磁感应线圈、感应加热交流电源所组成，其特征在于：加热通道上下部位的磁感应线圈各线匝本体附加有对应于薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元，所述导磁体极单元是由附加于线匝本体两侧和外侧的导磁体构成的整体，两侧导磁体端面是两磁极。
本发明还可以采取以下技术措施：
所述导磁体极单元其对应线匝轴向的磁极长度小于所对应的薄金属窄带的宽度2-5mm。
所述加热通道上下部位的磁感应线圈线匝本体附加有分别对应于各薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元。
所述同一线匝本体所附加的、分别对应各薄金属窄带运行轨迹的导磁体极单元之间设有阻磁引流板。
所述感应加热装置设有环加热通道的绝缘耐磨隔层。
所述感应加热交流电源提供的高频交变电流频率范围为4KHz-20KHz。
本发明的有益效果和优点在于：本感应加热装置的磁感应线圈在产生纵向磁场的同时使附加于上下线匝本体的各导磁体极单元两磁极之间形成磁场。根据磁场聚合原理，各导磁体极单元的磁场将使所对应的局部纵向磁场的磁通方向发生改变。根据薄金属窄带的厚度、电阻率、导磁率，合理设定交流电源工作频率和电流值，即可使改变方向的局部纵向磁场穿透薄金属窄带而等效于横向磁场，使本感应加热装置成为一种复合磁场感应器，既保证使多条薄金属窄带被均匀地加热到工艺温度，又降低了能耗和设备造价。
实验说明，本感应加热装置复合磁场中的等效横向磁场感应电势的控制依然可以沿用以下现有公式：
根据公式Q＝0.24I2Rt---(1)
式中：Q为电流通过电阻产生的热量；I为电流有效值；R为工件的等效电阻；t为工件通电的时间。
由式(1)可知，感应电势和热功率与感应加热交流电源频率高低、电流大小有关。另外，涡流的大小与薄金属窄带的厚度、电阻率、导磁率有关。因此，本感应加热装置的交流电源工作频率和电流的设定应满足以下两式：
δ＝{ρ/(μ·f·π)}1/2---(2)
1.0＜{cosh(tw/δ)+cos(tw/δ)}/2＜1.03---(3)
式(2)(3)中：δ为穿透深度；ρ为薄金属窄带电阻率；μ(H/m)为薄金属窄带导磁率；tw为薄金属窄带的厚度。
总之，本发明利用高频交变电流在带有导磁体极单元的纵向磁场感应器中产生等效的横向磁场，实现复合磁场的感应加热方式，对0.3-1.5mm厚度的薄金属窄带能快速均匀加热，具有加热效率高、设备造价低、调整使用方便、可以满足所述薄金属窄带各种生产工艺需要的突出优点。
附图说明
附图1是本感应加热装置结构示意图。
附图2是图1A-A视图及复合磁场构成示意图。
图中标号：1薄金属窄带，2绝缘耐磨隔层，3导磁体极单元，4阻磁引流板，5磁感应线圈。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步说明本发明。
如图1所示，本感应加热装置采用现有技术的产生纵向磁场的磁感应线圈5和感应加热交流电源(附图未示出)。图1的加热通道上下部位的磁感应线圈5各线匝本体附加有分别对应于薄金属窄带1运行轨迹的导磁体极单元3，用于多条例如20条薄金属窄带的同时处理，图1示例是线匝本体附加3个导磁体极单元3，。图1的复合磁场感应器中镶嵌有绝缘耐磨隔层2，防止金属带快速通过复合向磁场感应器时与感应器擦碰造成短路打火。
如图2所示，导磁体极单元3是由附加于线匝本体两侧和外侧的导磁体构成的整体，两侧导磁体端面是两磁极。导磁体极单元3可以选择各种常用导磁体制造，本例选用铁氧体。
图1中，同一线匝本体所附加的、分别对应各薄金属窄带1运行轨迹的导磁体极单元3之间设有阻磁引流板4，阻止导磁体极单元之间因漏磁产生的相互干扰，有利于消除多条薄金属窄带之间因磁力线干扰出现磁力线聚集叠加或缺失引起薄金属窄带边缘的过烧或欠烧。
阻磁引流板4的材料选择铜板。
另外，导磁体极单元3对应线匝轴向的磁极长度应小于所对应的薄金属窄带的宽度2-5mm，用以保证薄金属窄带加热均匀并防止因边缘效应原因导致薄金属窄带边缘过热烧化。
如图1、2所示的本感应加热装置配置现有用于纵向磁场感应加热的交流电源，其高频交变电流的频率范围为4KHz-20KHz即可。
下面以图2说明本发明能够产生等效的横向磁场进而能够实现复合磁场感应加热方式。
设交变的纵向磁场a的瞬时磁通方向如箭头所示，与此同时在各导磁体极单元3的两磁极产生磁场b，根据磁场聚合原理，各导磁体极单元的磁场将使所对应的局部纵向磁场的磁通方向发生改变，其中部分磁通a1将穿透薄金属窄带1而等效于横向磁场。可见，薄金属窄带1在移动过程中，其所有部分在纵向磁场感应加热的同时均经多点多次等效横向磁场的感应加热，所谓多点多次决定于磁感应线圈的匝数。