Индуктор для нагрева Советский патент 1984 года по МПК H05B6/36 

Изобретение относится к электротермии и преднаЗНачено для индукцио лого нагрева концов заготовок под рластическую деформацию. Иззестен щелевой индуктор для на грева концов заготовок, выполненный из прямоугольной трубки, на концах которой выполнены П-образные перемьлчки, под которыми проходят концы заготовок при входе и выходе из индуктора. Индуктирующий провод индук тора снабжен магнитопроводом, имеющим собственную систему охлаждения, и тепловыми экранами из жаростойкого теплоизолирующего материала l. Недостаток данного индуктора низкий КПД при нагреве концов заготовок большой длины, так как в этом случае длина П-образных перемычек оказывается сравнимой с длиной всег индуктирующего провода. Наиболее близким к предлагаемому является индуктор для нагрева, соде жащий две плоские катушки, включенные встречно и установленные в гори зонтальных плоскостях оппоэитно одна к другой с зазором, кажцая из которых выполнена ,по меньшей мере и одного индуктирующего проводника в виде плоского прямоугольного зигзага, параллельные стороны которого образуют активные участки, а соединяющие их стороны - лобовые участки Г23. Недостатком известного индуктора является ,неравномерный нагрев заготоЕок по поперечному сечению и как следствие пониженная производительность Это объясняется тем, что индуцированные токи достигают максимальной величины в частях заготовок бл нжайших к активные- участкам индук тирующего провода, и, взаимно уничтожаясь, падают до нуля в частях за готовок, равноудаленных от активных участков индуктирующего провода. Это в свою очередь требует выдержки заготовок для выравнивания температуры по их поперечному сечению за счет теплопроводности, неизбежно приводит к снижению производительности процесса нагрева, Цель изобретения - повышение равномерности нагрева концов прутковых заготовок, Поставленная цель достигается тем г что в индукторе для нагрева,содержащем две плоские катушки,включен ные встречно и установленные в горизонтальных плоскостях оппозитно одна к другой с зазором, каждая из которых выполнена по меньшей мере из одного индуктирующего проводника в виде плоского прямоугольного зигзага,, параллельные стороны которого образуют активные участки, а соединяющие их стороны - лобовые участки активные участки каждой катушки установлены наклонно к лобовым и с шагом, определяемым по формуле Г (3,5 - 4,5Jb 4-е cosof а ширина активных участков определяется по формуле b 1,2h sin Л + 0, 2d , где f - шаг активных участков индуктирующего провода, м; - зазор между катушками, м-, 8 - длина активных участков, м; d, - острый угол, образуемый активными и лобовыми участками; Ъ - ширина активных участков, При выполнении катушек из двух и трех индуктирующих проводников параллельные стороны проводников устанавливаются вплотную одна к другой. Кроме того, при выполнении катушек из трех индуктирующих проводников ширина крайних проводников составляет 0,6-0,8 ширины среднего проводника. Выполнение активных участков индуктирующего провода под острым углом к лобовым частям индуктора позволяет индуцировать в каждой из нагреваемых заготовок дополнительную ветвь тока, протекающего по их поверхности в плоскости, перпендикулярной продольным осям заготовок. Этот ток повышает равномерность нагрева поверхности заготовок, и тем самым одновременно сокращает технологически необходимое время нагрева, т.е. повышает производительность процесса. Выполнение ветвей индуктирующего провода с указанным шагом позволяет уменьшить взаимодействие магнитных полей соседних один с другим активных участков, принадлежащих одной ветви индуктирующего провода, ток в которых направлен в противоположные стороны. Это позволяет сузить зоны на поверхности нагреваемой заготовки, в которой составляющая индуцированного тока, протекающего вдоль заготовки, падает до нуля, и тем самым повысить равномерность нагрева, а следовательно, повысить производительность нагрева. Выполнение активных участков индуктирующего провода указанной ширины позволяет обеспечить более равномерное магнитное поле между активными участками индуктирующего провода и тем самым повысить равномерность нагрева заготовок по периметру, расширив зоны существования сос тавляющей индуцированных токов, направленной вдоль нагреваемых заготовок, и сузив зоны, в которых эта составляющая падет до нуля.

Установка в каждой из параллельных катушек индуктора двух или более электроизолированных одна от другой, включенных электрически согласно и пространственно смещенных одна относительно другой на ширину активной части ветвей индуктирующего провода, позволяет добиться более равномерного принудительного распределения плотности тока по ширине активных частей и тем самым создать между ними более равномерное магнитное поле. Это в свою очередь позвЬляет повысить равномерность нагрева заготовок по периметру за счет расширения зон существования составляющей индуцированных токов, направленной вдоль нагреваемых заготовок.

При установке каждой из параллелных катушек индуктора трех и более ветвей индуктирующего провода выполнение крайних в группе активных участков индуктирующего провода шириной, равной 0,6-0,8 ширины активных участков, заключенных между ними, позволяет повысить напряженность магнитного поля под крайними активными участками и тем самым расширить зону существования составляющей индуцированных токов, направленной вдоль нагреваемых заготовок, что повышает равномерность нагрева и снижает технологически минимально необходимое время нагрева заготовок т.е. повышает производительность процесса.

На фиг. 1 изображен индуктор для нагрева, вид спереди; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 схема протекания токов в системе индуктор-заготовка; на фиг. 4 - распределение продольной составляющей плотности индуцированных токов по поперечному сечению нагреваемых заготовок и переменного магнитного поля в системе индуктор-заготовка; на фиг. 5 - разрез по автивным частям индуктирующего провода катушки, выполненной из двух ветвей; на фиг. б - то же, выполненной из трех ветвей.

Индуктор выполнен из верхней 1 и нижней 2 катушек индуктирующего провода, состоящих из активных участков 3 и лобовых частей 4, изготовленных из медной водоохлаждаемой трубки. Активные участки 3 установлены под острым углом к лобовым частям 4, изготовлены шириной 5 и расположены параллельно один другому с шагом Ь.

С помощью шпилек 7 катушки 1 и 2 индуктирующего провода закреплены на электроизолирующих платах 8 и 9. Для защиты от излучения нагретых

заготовок 10 они заформованы в футеровку 11 из теплоизолирующей, электроизолирующей керамической массы. Платы 8 и 9 с закрепленными на них катушками 1 и 2 индуктирующего провода установлены параллельно одна другой и оппозитно. Верхняя плата 8 соединена с приводом 12, обеспечивающим ее вертикальное поступательное перемещение. Нижняя плата 9 установлена на основании индукционного нагревателя (не показан). Для поддержки концов нагреваемых заготовок 10 на футеровке 11 нижней платы 9 установлена водоохлаждаемая направляющая 13.

Для повышения равномерности нагре ва на каждой из электроизолирующих плат 8 и 9 могут быть размещены две и более ветвей индуктирующего провода (фиг. 5 и 6). В этом случае активные участки 3, 14 и 15, принадлежащие различным ветвям индуктирующего провода, установлены вплотную один к другому. При установке на каждой из плат 8 и 9 более двух ветвей индуктирующего провода активные участки выполнены шириной 16, составляющей 0,06-0,08 от ширины участков 3, заключенных между ними.

Индуктор работает следующим образом.

При включении индуктора по верхней 1 и нижней 2 катушкам индуктирующего провода протекает переменный ток 17, благодаря чему вокруг активных участков 3 катушек 1 и 2 индуктирующего провода создается переменное магнитное поле. Поскольку активные участки 3 наклонены под углом к лобовым частям 4, а заготовки 10 при нагреве расположены перпендикулярно к лобовым частям 4 и параллельно плоскостям электроизолирующих плат 8 и 9, силовые линии 8 переменного магнитного поля лежат в плоскостях, пересекающих продольные оси заготовок 10 также под углом. Это приводит к тому, что плотность индуцированн ъ заготовках 10 токов имеет дв составляющие 19 и 20, продольную составляющую 19, направленную вдоль продольной оси заготовок 10, и азимутальную составляющую 20, направленную перпендикулярно продольной оси заготовок 10. При этом составляющая 20 обеспечивает более равномерный нагрев заготовок 10 (по сравнению со случаем ее отсутствия)

По мере нагревания заготовки 10 дискретно перемещают через индуктор при этом шаг перемещения заготовок 10 равен шагу 6 активных участков 3 индуктирующего провода. Мощность, подводимую к индуктору, и время- нагрева заготовок 10 выбирают из условия достижения заготовками требуемой температур на выходе из инду1Г тора и обеспечений техйологически допустимого температурного neperta да по их поперечному сечеййю.

Постоянство зазора между катушками 1 и 2 индуктирующего пробода и нагреваемыми заготовками 10 при переходе от одного типоразмера заготовок 10 к другому осуществляется

с помощью привода 12. Это позволяет поддерживать на достаточно высоком уровне постоянным КПД индуктора независимо от типоразмера нагреваекьос заготовок.

Предлагаемый индуктор обеспечивает более равномерный Hafpes заготовки при одновременном повышении производительности процесса нагрева.

1, ИНДУКТОР ДЛЯ НАГРЕВА, содержащий две плоские катушки,включенные встречно и установленные в горизонтальных плоскостях оппозитно одна к другой с зазором, каждая из которых выполнена по меньшей мере из одного {индуктирующего проводника в виде плоского прямоугольного зигзага, параллельные стороны которого образуют активные участки, а соединякхцие их стороны - лобовые участки, отлич ающий с я тем, что, с целью повышения равномерности нагрева концов прутковых заготовок, активные участки каждой катушки уста - -«. 7...... ..д, О 5НБЛйдТ.новлены наклонно к лобов.ым и с шагом, определяемым по формуле :C

///////

.ф

X

.i

V