[發(fā)明專利]感應(yīng)加熱裝置及其感應(yīng)加熱方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310178125.9
• 申請日: 2013-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN103313449A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 洪智勇;李柱永;王亞偉;楊杰;金之儉
• 申請（專利權(quán)）人: 上海超導(dǎo)科技股份有限公司
• 主分類號(hào): H05B6/02
• 分類號(hào): H05B6/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及感應(yīng)加熱技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種感應(yīng)加熱裝置及其感應(yīng)加熱方法。

背景技術(shù)

感應(yīng)加熱是基于法拉第-楞次電磁感應(yīng)原理的一種加熱方式，具有快速、干凈、便于進(jìn)行表面和局部加熱及在大多數(shù)情況下節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

從20世紀(jì)20年代起，國外開始引入利用電磁渦流加熱的交流感應(yīng)加熱，近年來國內(nèi)也逐步采用。然而，傳統(tǒng)的有色金屬熱處理多采用直接燃煤燃?xì)饧訜峒夹g(shù)，國內(nèi)相當(dāng)數(shù)量的鋁型材加工企業(yè)還停留在燃煤燃?xì)饧訜岬乃健鹘y(tǒng)的交流感應(yīng)加熱方式，其工作原理為:讓交流電通過由水冷銅管繞制的線圈產(chǎn)生交變磁場，從而使位于線圈中的錠子內(nèi)因電磁感應(yīng)原理產(chǎn)生渦流，渦流在錠子內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生焦耳熱加熱物料。此時(shí)，銅線圈電阻產(chǎn)生的電損耗被冷卻水帶出。采用這種方式加熱鉛、銅等電阻率較小的非磁性金屬材料時(shí)，由于線圈的電阻損失明顯增大使加熱裝置的電效率變得很低，僅為50%-60%，造成了巨大的電能損失。在對加熱精度要求較高的情況下，傳統(tǒng)交流感應(yīng)加熱設(shè)備只能對鋁型材表面有限的深度進(jìn)行溫度同步加熱，更深區(qū)域的加熱大都靠材料自身熱傳導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，所以型材深淺部分溫差大，在后續(xù)擠壓時(shí)不但會(huì)造成材料局部軟硬不一，從而引起微裂紋等缺陷，而且外部比內(nèi)部高出來的余溫也造成了能源的浪費(fèi)。除此之外，燃煤燃?xì)饧訜峋缺冉涣鞲袘?yīng)加熱差，而且存在高污染、存放運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)大等方面的潛在問題。

由此，超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱成為目前感應(yīng)加熱的主要研究方向。超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱的工作原理為，讓直流通過由超導(dǎo)線圈組成的磁體產(chǎn)生強(qiáng)直流磁場并讓鋁錠或者銅錠在該直流磁場中旋轉(zhuǎn)(即導(dǎo)體切割磁力線)，從而在錠子內(nèi)形成渦流并進(jìn)而產(chǎn)生焦耳熱。在運(yùn)行過程中，錠子內(nèi)的感應(yīng)電流(渦流)將產(chǎn)生阻礙錠子旋轉(zhuǎn)的反力矩，于是機(jī)械能通過電磁感應(yīng)的作用變成了熱能，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)的增加，錠子的溫度就會(huì)持續(xù)升高。同時(shí)由于采用直流，超導(dǎo)線圈中幾乎不存在損失。

經(jīng)過檢索發(fā)現(xiàn)，MagneRunde等人在《IEEE?TRANSACTIONS?ON?APpLIED?SUPERCONDUCTIVITY》上發(fā)表的Commercial?Induction?Heaters?With?High-Temperature?Superconductor?Coils一文中提到:美國南部舊金山Zenergy?Power公司為一家德國鋁擠壓公司提供了一臺(tái)直流感應(yīng)加熱裝置，該裝置由超導(dǎo)磁體、制冷裝置、加熱室和電機(jī)四個(gè)主要部分組成。磁體的頂部有一個(gè)裝有市售制冷器的小箱子，為磁體提供低溫環(huán)境。磁體產(chǎn)生的直流磁場透入兩個(gè)隔熱的加熱室中，錠子在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)。錠子兩端的電機(jī)提供旋轉(zhuǎn)動(dòng)力，這些電機(jī)能滑動(dòng)以適應(yīng)不同長度的錠子。電機(jī)裝有法蘭以在旋轉(zhuǎn)時(shí)夾持錠子并不使其產(chǎn)生任何損害或變形。超導(dǎo)磁體緊固在非常結(jié)實(shí)的鋼殼內(nèi)。

中國專利申請?zhí)?200880112972·2，專利名稱:感應(yīng)加熱金屬工件的方法。該專利自述為:一種通過使金屬工件相對于穿透該工件的直流磁場旋轉(zhuǎn)來將所述金屬工件感應(yīng)加熱到希望溫度的方法的區(qū)別特征在于，所述工件被夾緊在適于圍繞共軸旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)夾爪之間，所述夾爪中的至少一個(gè)被驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述夾爪中的至少一個(gè)適于沿著或平行于所述旋轉(zhuǎn)軸主動(dòng)移位，所述夾爪中的至少一個(gè)的接觸力被調(diào)整，并且代表所述工件的溫度的至少一個(gè)機(jī)械參數(shù)被測量作為實(shí)際值且與該機(jī)械參數(shù)的代表所述希望溫度的希望值相比較。

中國專利申請?zhí)?200880100217·2，專利名稱:感應(yīng)加熱器。該專利自述為:一種用于加熱金屬錠子的感應(yīng)加熱器，其具有E形截面的軛，在所述軛的中間分支上設(shè)置有超導(dǎo)線圈，所述感應(yīng)加熱器具有各自位于所述中間分支與兩個(gè)外側(cè)分支中的每一個(gè)之間的阱。可通過使錠子在兩個(gè)阱中的每一個(gè)中旋轉(zhuǎn)而加熱該錠子。

中國專利申請?zhí)?200880100216·8，專利名稱:感應(yīng)加熱方法。該專利自述為:在通過使導(dǎo)電材料的錠子相對于由鐵芯上的至少一個(gè)承載直流電的超導(dǎo)繞組產(chǎn)生的磁場旋轉(zhuǎn)而感應(yīng)加熱所述錠子期間，通過在所述繞組中產(chǎn)生且維持直流值可以降低反向感應(yīng)電壓，該直流值在所述鐵芯中，至少在所述繞組的區(qū)域中，產(chǎn)生這樣的磁通密度，在該磁通密度下，所述鐵芯的材料的相對磁導(dǎo)率比在所述繞組的零電流狀態(tài)時(shí)低。

為了提高錠子擠壓后生產(chǎn)出來的產(chǎn)品質(zhì)量，一般要求錠子軸向的溫度梯度，這是超導(dǎo)直流感應(yīng)加熱的核心部分。上述已有的方案均沒有提到產(chǎn)生梯度的方法，其感應(yīng)加熱技術(shù)也沒有溫度控制環(huán)節(jié)和方法，被加熱過后的工件內(nèi)部的溫度分布是單一的，不可控的，這種溫度分布往往不能滿足實(shí)際工業(yè)需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種感應(yīng)加熱裝置及其感應(yīng)加熱方法。