[发明专利]感应加热装置及其感应加热方法

说明书

技术领域

本发明涉及感应加热技术领域，具体是一种感应加热装置及其感应加热方法。

背景技术

感应加热是基于法拉第-楞次电磁感应原理的一种加热方式，具有快速、干净、便于进行表面和局部加热及在大多数情况下节能等优点。

从20世纪20年代起，国外开始引入利用电磁涡流加热的交流感应加热，近年来国内也逐步采用。然而，传统的有色金属热处理多采用直接燃煤燃气加热技术，国内相当数量的铝型材加工企业还停留在燃煤燃气加热的水平。传统的交流感应加热方式，其工作原理为:让交流电通过由水冷铜管绕制的线圈产生交变磁场，从而使位于线圈中的锭子内因电磁感应原理产生涡流，涡流在锭子内流动产生焦耳热加热物料。此时，铜线圈电阻产生的电损耗被冷却水带出。采用这种方式加热铅、铜等电阻率较小的非磁性金属材料时，由于线圈的电阻损失明显增大使加热装置的电效率变得很低，仅为50%-60%，造成了巨大的电能损失。在对加热精度要求较高的情况下，传统交流感应加热设备只能对铝型材表面有限的深度进行温度同步加热，更深区域的加热大都靠材料自身热传导实现，所以型材深浅部分温差大，在后续挤压时不但会造成材料局部软硬不一，从而引起微裂纹等缺陷，而且外部比内部高出来的余温也造成了能源的浪费。除此之外，燃煤燃气加热精度比交流感应加热差，而且存在高污染、存放运行风险大等方面的潜在问题。

由此，超导直流感应加热成为目前感应加热的主要研究方向。超导直流感应加热的工作原理为，让直流通过由超导线圈组成的磁体产生强直流磁场并让铝锭或者铜锭在该直流磁场中旋转(即导体切割磁力线)，从而在锭子内形成涡流并进而产生焦耳热。在运行过程中，锭子内的感应电流(涡流)将产生阻碍锭子旋转的反力矩，于是机械能通过电磁感应的作用变成了热能，随着转动次数的增加，锭子的温度就会持续升高。同时由于采用直流，超导线圈中几乎不存在损失。

经过检索发现，MagneRunde等人在《IEEE TRANSACTIONS ON APpLIED SUPERCONDUCTIVITY》上发表的Commercial Induction Heaters With High-Temperature Superconductor Coils一文中提到:美国南部旧金山Zenergy Power公司为一家德国铝挤压公司提供了一台直流感应加热装置，该装置由超导磁体、制冷装置、加热室和电机四个主要部分组成。磁体的顶部有一个装有市售制冷器的小箱子，为磁体提供低温环境。磁体产生的直流磁场透入两个隔热的加热室中，锭子在其内旋转。锭子两端的电机提供旋转动力，这些电机能滑动以适应不同长度的锭子。电机装有法兰以在旋转时夹持锭子并不使其产生任何损害或变形。超导磁体紧固在非常结实的钢壳内。

中国专利申请号:200880112972·2，专利名称:感应加热金属工件的方法。该专利自述为:一种通过使金属工件相对于穿透该工件的直流磁场旋转来将所述金属工件感应加热到希望温度的方法的区别特征在于，所述工件被夹紧在适于围绕共轴旋转的两个夹爪之间，所述夹爪中的至少一个被驱动旋转，所述夹爪中的至少一个适于沿着或平行于所述旋转轴主动移位，所述夹爪中的至少一个的接触力被调整，并且代表所述工件的温度的至少一个机械参数被测量作为实际值且与该机械参数的代表所述希望温度的希望值相比较。

中国专利申请号:200880100217·2，专利名称:感应加热器。该专利自述为:一种用于加热金属锭子的感应加热器，其具有E形截面的轭，在所述轭的中间分支上设置有超导线圈，所述感应加热器具有各自位于所述中间分支与两个外侧分支中的每一个之间的阱。可通过使锭子在两个阱中的每一个中旋转而加热该锭子。

中国专利申请号:200880100216·8，专利名称:感应加热方法。该专利自述为:在通过使导电材料的锭子相对于由铁芯上的至少一个承载直流电的超导绕组产生的磁场旋转而感应加热所述锭子期间，通过在所述绕组中产生且维持直流值可以降低反向感应电压，该直流值在所述铁芯中，至少在所述绕组的区域中，产生这样的磁通密度，在该磁通密度下，所述铁芯的材料的相对磁导率比在所述绕组的零电流状态时低。

为了提高锭子挤压后生产出来的产品质量，一般要求锭子轴向的温度梯度，这是超导直流感应加热的核心部分。上述已有的方案均没有提到产生梯度的方法，其感应加热技术也没有温度控制环节和方法，被加热过后的工件内部的温度分布是单一的，不可控的，这种温度分布往往不能满足实际工业需求。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种感应加热装置及其感应加热方法。