ГЕРМЕТИЧНАЯ ДЛЯ ГАЗА И ВАКУУМА ТЕРМОИЗОЛЯЦИОННАЯ КАМЕРА УСТРОЙСТВА ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА Российский патент 2006 года по МПК H05B6/02 

Настоящее изобретение касается электромагнитного индукционного нагрева металлического изделия, которое непрерывно перемещается в защитной атмосфере или в вакууме.

Известно использование устройств электромагнитного индукционного нагрева для термической обработки в защитной атмосфере, например, на линиях горячего покрытия (гальванизации, алюминирования и т.д.) или на линиях непрерывной термической обработки, например на линиях отжига.

В этих установках используют два типа устройств индукционного нагрева: устройства с продольным потоком, т.е. катушка индуктивности содержит несколько витков, через которые проходит ток и которые окружают перемещаемое изделие, создавая магнитный поток в направлении перемещения изделия, и с поперечным потоком, т.е. витки катушки индуктивности расположены в плоскости, параллельной поверхности изделия, при этом магнитный поток перпендикулярен этой поверхности.

Тот или иной тип устройства выбирают в соответствии с типом обрабатываемого изделия. Индукцию с продольным потоком главным образом применяют для магнитных изделий, необходимая для обработки температура которых достигает 750°С (точка Кюри), тогда как индукцию с поперечным потоком лучше применять для нагрева при более высокой температуре, в частности, для немагнитных изделий.

Кроме того, если речь идет о непокрытом изделии, которое необходимо обработать при температуре, при которой происходит его окисление, индукционный нагрев необходимо осуществлять в защитной атмосфере, такой как смесь водорода и азота. Поэтому нагревательное устройство должно содержать дополнительно камеру, через которую проходит обрабатываемое изделие и которая должна быть абсолютно герметичной по отношению к воздуху, чтобы избежать окисления изделия.

Для реализации данного типа индукционного нагрева используют устройства индукционного нагрева в защитной атмосфере, при этом нагревательное устройство помещают непосредственно внутри герметичной камеры. Поэтому необходимо создать герметичность вокруг индукционных средств, что является причиной многочисленных проблем, в частности, при обслуживании этих индукционных катушек, требующих демонтажа камеры, или для создания герметичности на входах и выходах устройства, для подачи электрического тока, питающего индукционные катушки, а также на входах и выходах системы водяного охлаждения катушек индуктивности.

Известны устройства, в которых частично решена эта проблема, например, как описанное в европейской патентной заявке №0822733 нагревательное устройство, содержащее индукционные средства и газонепроницаемую камеру, расположенную вокруг перемещаемого изделия между изделием и катушками индуктивности, при этом камера расположена в направлении перемещения изделия перед катушками индуктивности и за ними.

В указанном устройстве герметичная камера, центральная часть которой заключена между индукционными средствами, содержит муфту, имеющую один или несколько слоев термо- и электроизоляционной ткани и покрытую газонепроницаемой пленкой, выдерживающей температуру по меньшей мере 100°С, но ни в коем случае не превышающую 750°С (в устройстве индукционного нагрева с продольным потоком).

Если же необходимо нагреть изделие до температуры, превышающей 750°С (например, для светлого отжига нержавеющей стали), с применением устройства индукционного нагрева с поперечным или продольным потоком, то раскрытая в указанной заявке муфта не будет эффективной при таких температурах, и возникает опасность повреждения катушек индуктивности, которые должны работать при температуре, не превышающей 100°С.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и создание камеры, герметичной для газа и вакуума и электрически изолированной (то есть прозрачной по отношению к магнитному потоку), соединенной с термоизоляционным экраном, предохраняющим индукционные средства и, при наличии, магнитную цепь устройства нагрева путем электромагнитной индукции, независимо от принципа работы устройства - с продольным потоком или с поперечным потоком.

В соответствии с настоящим изобретением герметичную для газа и вакуума камеру располагают вокруг перемещаемого нагреваемого изделия между ним и индукционными средствами нагрева.

Герметичная для газа и вакуума камера, предназначенная для использования в устройстве нагрева путем электромагнитной индукции изделия, перемещаемого внутри указанной камеры, в соответствии с настоящим изобретением содержит по меньшей мере в своей центральной части, окруженной средствами индукционного нагрева, кожух из герметичного для газа и вакуума электроизоляционного материала, внутренние стороны которого защищены термическим экраном, образованным плиточной основой из термоизоляционного материала и множеством трубок, охлаждаемых циркулирующей текучей средой, которые выполнены внутри плиточной основы.

Термический экран предназначен для обеспечения близкой к 100°С температуры материала кожуха, тогда как изделие нагревается до температуры порядка 1200°С.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего описания и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 изображает камеру (поперечный разрез) согласно изобретению;

Фиг.2 - основу из плиток в увеличенном масштабе согласно изобретению;

Фиг.3 - разрез по линии III-III на фиг.1 согласно изобретению;

Фиг.4 - разрез по линии IV-IV на фиг.3 согласно изобретению;

Фиг.5 - часть установки для термической обработки, содержащей камеру согласно изобретению.

Герметичная для газов и вакуума и электрически изолированная камера выполнена в виде удлиненного кожуха 1 (фиг.1-4), соединенного с термическим экраном 2.

Полость 3, определенная внутренним объемом кожуха 1, соответствует форме обрабатываемого изделия.

Данный тип камеры может применяться для обработки любого другого изделия, независимо от того, перемещается оно или нет, например проволоки из стали, меди, алюминия и т.д.

Кожух 1 окружает перемещаемое обрабатываемое изделие и расположен между этим изделием и индукционными средствами нагревательного устройства. Он может быть выполнен по всей высоте индукционных средств, но предпочтительно кожух выходит за пределы катушек индуктивности спереди и сзади, чтобы избежать нагревания концевых деталей при обратном индукционном потоке.

В соответствии с настоящим изобретением применяют обычные средства обеспечения герметичности для газов и вакуума соответственно на входе и выходе кожуха, то есть на концах, через которые входит и выходит непрерывно перемещаемая нагреваемая полоса. Эти средства известны из предшествующего уровня техники и не показаны на чертежах.

Кожух 1 (фиг.1) в соответствии с настоящим изобретением выполняют из материала, проницаемого для магнитного потока и, следовательно, являющегося электроизоляционным.

В соответствии с примером выполнения настоящего изобретения кожух выполнен путем намотки нитей эпоксидной смолы или аналогичного материала.

Можно применять другие материалы для выполнения кожуха при условии, что эти материалы будут проницаемыми для магнитного потока. Например, в соответствии с настоящим изобретением кожух может быть выполнен из керамики или стекла.

Поскольку полость 3 кожуха заполнена защитным газом (в основном из смеси азота и водорода) для предотвращения окисления изделия во время его обработки, то кожух 1 должен быть герметичным по отношению к газам и вакууму.

Кожух не должен быть проводником электрического тока, чтобы не пропускать наведенный индукционным потоком ток.

Кроме того, кожух обладает хорошими механическими характеристиками, в частности достаточной жесткостью, чтобы удерживать термический экран 2, содержащий множество трубок 4, выполненных в основе 5 из плиток, выполненных из керамики или подобного материала, описание которой следует ниже.

Термический экран 2 состоит из множества трубок 4, которые расположены на всех внутренних сторонах кожуха 1 и в которых циркулирует текучая среда, в частности вода, охлаждающая кожух.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения указанные охладительные трубки равномерно распределены по всем внутренним сторонам кожуха 1.

В соответствии с другим отличительным признаком настоящего изобретения трубки 4 (фиг.3) выполнены из нержавеющей стали небольшой толщины (порядка 0,5 мм) и образуют множество зигзагообразных секций (конфигурация в виде серпантина). Эти трубки могут также быть выполнены из электроизоляционного материала, проницаемого для магнитного потока, например из стекла, стеклопластика и т.д.

Дополнительно между охладительными трубками 4 располагают основу из плиток, выполненных из керамики или из другого аналогичного изоляционного материала (бетон и т.д.), чтобы перекрыть термическое излучение от обрабатываемого изделия.

Плитки имеют особую геометрическую форму, позволяющую укладывать их на трубки или между трубками 4, образуя таким образом основу, охватывающую трубки и изолирующие указанные трубки от перемещаемого изделия.

Поскольку материал, из которого изготовлены плитки 5 (керамика, бетон и т.д.), представляет собой хороший термоизолятор, указанные плитки перекрывают поток тепла, излучаемого нагреваемым изделием.

Кроме того, незначительное количество тепла, излучаемое изделием и достигающее трубок 4, закрытых плитками 5, может быть удалено путем теплообмена с охлаждающей жидкостью, циркулирующей в трубках.

Термический экран 2, состоящий из множества трубок 4 и плиток 5, механически соединен с внутренней стороной кожуха 1 при помощи винта 6 или аналогичных крепежных средств.

В предпочтительном варианте выполнения между термическим экраном 2 и кожухом 1 устанавливается пластина 7 из слоистого стеклопластика толщиной порядка 3 мм для облегчения установки и закрепления трубок 4 и плиток 5 на кожухе, при этом пластина 7 из слоистого стеклопластика размещена между двумя тонкими слоями 8 и 9 из керамической ткани или подобного материала.

Чтобы обеспечить оптимальную эффективность термического экрана, при установке необходимо свести до минимума зазор между кожухом 1 и термическим экраном 2, а также между трубками 4 и плитками 5.

Ниже следует описание примера использования герметичной и изоляционной камеры в соответствии с настоящим изобретением в установке для термической обработки перемещаемой полосы.

Установка в описываемом варианте выполнения предназначена для нагрева перемещаемой полосы из нержавеющей стали в защитной атмосфере с большим содержанием водорода. Такой тип термической обработки обычно требует нагрева до температуры порядка 1150°С. Для этого используют устройство для нагрева путем электромагнитной индукции (фиг.5).

Указанное нагревательное устройство содержит по меньшей мере одну катушку 10, по которой пропускают ток и которая расположена в плоскости, параллельной поверхности перемещаемой обрабатываемой полосы 11, чтобы поперечный магнитный поток был перпендикулярен к большей поверхности указанной полосы. Кроме того, вокруг полосы, между ней и катушками 10, устанавливают описанную выше камеру 12, предпочтительно располагая ее в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения указанной полосы спереди и сзади указанных катушек.

В этом случае трубки 13, образующие термический экран камеры, соединяют с коллектором впуска и выпуска охлаждающей жидкости, чтобы удалять незначительное количество тепла, излучаемого полосой, которое проникло через основу 14 из керамических или других аналогичных плиток. Таким образом, камера выполняет двойную функцию: она является резервуаром, обеспечивающим герметичность для газов (или вакуума), необходимую для обработки полосы, и обеспечивает эффективную защиту кожуха.

Камера обеспечивает также непосредственный доступ к катушкам индуктивности во время их технического обслуживания без нарушения герметичности камеры. Таким образом, камеру в соответствии с настоящим изобретением можно применять в любой установке, в которой используется защитная атмосфера или вакуум.

Изобретение предназначено для использования в устройстве нагрева путем электромагнитной индукции изделия, перемещаемого внутри камеры, расположенной между перемещаемым внутри нее нагреваемым изделием и индукционными средствами нагрева. Камера содержит кожух (1) из герметичного для газа и вакуума электроизоляционного материала. Внутренняя поверхность кожуха защищена термическим экраном (2), образованным основой из плиток, выполненных из термоизоляционного материала, и множеством трубок (4), охлаждаемых циркулирующей текучей средой. Трубки выполнены внутри основы из плиток. Технический результат - повышение температуры нагрева до температуры, превышающей 750°С, без опасности повреждения катушек индуктивности. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Герметичная для газа и вакуума камера, предназначенная для использования в устройстве нагрева путем электромагнитной индукции изделия, перемещаемого внутри камеры, которая расположена между перемещаемым внутри камеры нагреваемым изделием и индукционными средствами нагрева, отличающаяся тем, что содержит кожух (1) из герметичного для газа и вакуума электроизоляционного материала, проницаемого для магнитного потока, при этом внутренняя поверхность кожуха защищена термическим экраном (2), образованным основой (5) из плиток, выполненных из термоизоляционного материала, и множеством трубок (4), охлаждаемых циркулирующей текучей средой, при этом трубки выполнены внутри основы из плиток.2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что кожух (1) выполнен путем наматывания нитей из эпоксидной смолы или аналогичного материала.3. Камера по п.1, отличающаяся тем, что кожух (1) выполнен из керамики или из стекла.4. Камера по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что трубки (4) равномерно распределены по внутренней поверхности кожуха.5. Камера по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что трубки (4) образуют множество зигзагообразных секций из нержавеющей стали небольшой толщины.6. Камера по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что трубки (4) выполнены из электроизоляционного материала, проницаемого для магнитного потока, в частности стекла, стеклопластика.7. Камера по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что между кожухом (1) и трубками (4) и плитками (5) размещена пластина (7) из слоистого стеклопластика для облегчения установки и закрепления трубок и плиток на кожухе.