[发明专利]多线感应加热方法及装置

说明书

本发明涉及感应加热，特别涉及通过使细长金属制品（如钢铁线材）穿过感应线圈而对其进行的感应加热。

经常需要把钢铁线材加热至较低或中等的温度。热处理的例子有热扩散、应力释放、回火、部分或全部退火等。加热步骤可独立进行，也可以同其它步骤（如表面及理、涂覆工序、变形工序等）一致地进行。本发明特别涉及把直径小于5mm，最好在0.5至3mm范围内的钢铁线材加入至不超过居里（Curie）温度（750-760℃的温度。然而本发明也可被用于其它工艺中。为生产目的，通常希望对多条在连续平行移动中的线材同时进行加热，而本发明正好特别适用于这种场合。用于同时加热多条钢线材的传统装置可包括燃料炉或电炉，溶铅或盐浴炉和采用直接接触线材加热的电阻加热生产线等。

就把线材高速准确地加热至750℃而言，由于在此低至中温区传热率很低，所以传统加热炉的性能受到了限制。其结果，为达到较高的线材通过速度，就需要很大的炉体长度，但不论从技术还是经济角度上看，这都是不合算的办法。与此相反，在溶盐或铅中的直接浸入加热既快速又更有效，但其主要缺点是线材表面受到了沾污，需要进行额外清洗，及较差的工业条件。

借助电触辊把加热电源通入线材的直接电阻装置已被工业界用于几种线材加热应用。然而，随着速度和功率密度的增加，打火和表面缺陷可能变得非常严重。对于高质量细线材的生产来说，这是极需避免的。

产生快速无接触加热的感应加热法提供了一个有希望的解决办法。当前，对大尺寸制品，（如坯块和杆材）和象表面硬化产品（如轴、活塞杆）在锻造或加工等之前的加热来说，感应加热是广泛采用的技术。它还在一定程度上与线材拉制机一致地用于对拉制铜线材进行退火。

然而，感应加热未被广泛地用于多线材设备，该设备目前可同时处理大量（5、10、20、30甚至40或更多条）线材。多条线材无接触感应加热概念长期以来被认为在技术上不现实和/或在能量和资金上太浪费，特别对小尺寸线材更是如此。据称由于据认为要为分立的线材导向器分别配置感应加热线圈，以及把所有感应器以支路形式连到具有适当频率的电源的复杂性，因而感应加热过于昂贵。类似地，人们通常看到并相信的是，与其它加热法相比，线材的感应加热在电和/或热效率上都是不合算的。就此方面说，人们确信，对小直径线材进行感应加热不仅很不令人满意，而且当线材直径小于某一限度，如1至1.5mm时，它将是不可能的。

对小至中尺寸（直径大约2-3mm）钢铁线材进行有效感应加热的具体问题包括以下几个方面：感应电流有效肤深与线材直径的比值变得至关重要;由于更小的线圈填充度，即更小的线材与线圈直径比，而导致磁藕合损耗加大，等等。为对这些因素进行补偿，曾试验把多条线材通过一个筒形感应线圈以增加有效填充度。还进行了其它尝试，但没一种真正成功，或能满足实际要求和现代多条线材加工线的经济要求。

关于某些已知的感应加热理论和原理，下面举出了一些参数文献的例子：

“Induction    heating”（感应加热Simpson    P.G，Mc    Graw-Hill，N.Y.1960。

“Induction    heating    handfook”（感应加热手册）-J.Davies，P.Simpson.Mc.Graw-Hill，U.K.1979。

美国专利第4，118，617号：Process    and    apparatus    for    Continuous    heat    treatment    of    metallic    Wires    and    bands（金属线材和带材的连续热处理装置和方法）。

欧洲专利申请第90，488号：Apparatus    for    Simultaneously    heat    ing    a    pluratity    of    elogated    workpicces（多条细长制品的同时加热方法）。

当考虑到螺线管中的柱形加工制品时，确定有效感应加热的基本因素是励磁电流的频率和密度、加工件同线圈之间的气隙，即加工件直径与线圈内径比、线圈绕组的几何设置。

为确定在加工件本身中起作用的加热功率，首先要考虑感应电流的有效肤深，它由下式（1）给出：