一种横纵磁交替的感应加热系统的制作方法

本实用新型属于钢铁轧制技术领域，具体说是一种横纵磁交替的感应加热系统。

背景技术：

在连铸连轧热处理工艺中，感应加热技术已经成为板材热处理工艺的首选技术。广泛应用于：精轧或初轧前入口温度控制，为不同规格的轧制提供温度基础；用于板坯边角部的局部加热，补充由于板坯宽厚比较大，边缘热量散失更严重造成的温度过低，以减少角部裂纹缺陷。

感应加热的原理是利用交流电的集肤效应，在铸坯表面产生涡流。从加热原理上主要分为横向和纵向磁通的两种加热方式。纵向磁通感应加热其磁通方向与金属板材表面平行。其优点是加热均匀，结构简单，缺点是加热效率低，电源工作频率高，电子元器件损耗大。横向磁通感应器产生的磁通方向与受热物件表面垂直，板坯内感应出的涡流平行于板材表面，在板材截面上涡流并不存在相互抵消的问题，所以加热效率高，能源利用率高。但横向磁通感应加热的缺点是加热不均匀，涡流容易在金属板材前端或边部聚集而过烧。

因此，在实际生产过程中，为达到板坯的轧制温度，而无角裂等质量缺陷。目前的处理工艺是，先安装一套边部或角部加热系统，提高边角部温度，防止角裂，如专利cn106938324a；另安装数套感应加热系统提高轧制温度，如：如中国专利cn105698525a和cn106793226a。在不同位置，使用不同多感应加热系统分别来控制边角部温度和轧制温度，不仅设备成本高，而且设备的维护困难，及多系统配合使用难度大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的问题是针对现有板坯感应加热中加热均匀与加热效率无法兼顾的问题，提供一种横纵磁交替的感应加热系统。

为解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，针对连铸连轧板坯的热处理技术，提出一种设备结构紧凑、操作简单的纵横磁交替的感应加热系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种横纵磁交替的感应加热系统，定义供板坯通过的通道为板坯通道，所述感应加热系统包括在板坯运行方向上间隔交替设置的第一感应加热单元、第二感应加热单元，在板坯运行方向上设置于最后方的感应加热单元为第一感应加热单元，所述第一感应加热单元、第二感应加热单元的数量分别为m1、m2，m1≥2，m2≥2；

所述第一感应加热单元包括k1个用于产生磁场方向垂直于板坯表面的横向磁场的第一感应器，从而对位于板坯通道上的板坯进行加热；

所述第二感应加热单元包括k2个用于产生磁场方向平行于板坯表面的纵向磁场的第二感应器，从而对位于板坯通道上的板坯进行加热。

本实用新型中，通过上述设置，第一感应器的横向磁通加热效率高、磁力线容易在边角部聚集，从而可以先大幅提高角部温度，弥补板坯在进入感应加热系统之前边角部的热量耗散，再采用纵向磁通的第二感应器，对铸坯整体进行均匀加热，再利用板坯自身的热传导进一步温度均匀。同样地，在板坯运行方向上第一感应加热单元、第二感应加热单元均间隔交替设置，从而可以达到板坯加热和均热的目的。

进一步地，每个第一感应器包括成对设置且分别位于板坯通道上方、下方的第一感应线圈、第二感应线圈，所述第一感应线圈的线圈平面、第二感应线圈的线圈平面相对设置，当第一感应线圈、第二感应线圈通入电流时，产生磁场方向垂直于板坯表面的横向磁场，从而对位于板坯通道上的板坯进行加热，所述第一感应线圈、第二感应线圈的形状为环状或回字形形状。

进一步地，所述第一感应线圈、第二感应线圈的线圈平面均平行于板坯的横断面。

进一步地，每个第二感应器包括具有中间开口的第三感应线圈，所述板坯通道穿过第三感应线圈的中间开口，当第三感应线圈通入电流时，产生磁场方向平行于板坯表面的纵向磁场，从而对位于板坯通道上的板坯进行加热；所述第三感应线圈的形状为环状或回字形形状。

进一步地，所述第三感应线圈的线圈平面垂直于板坯运行方向。

进一步地，m1=m2，k1=k2。

在一种优选实施方式中，m1=m2=2，k1=k2=4。

进一步地，所述感应加热系统还包括控制器、m1个第一冷却系统、m2个第二冷却系统、m1个第一供电电源、m2个第二供电电源；

各个第一冷却系统、各个第二冷却系统、各个第一供电电源、各个第二供电电源均相互独立设置；

第i个第一感应加热单元由第i个第一供电电源供电且由第i个第一冷却系统进行冷却；

第j个第二感应加热单元由第j个第二供电电源供电且由第j个第二冷却系统进行冷却；

i=1,2,……,m1，j=1,2,……,m2；

每个第一感应加热单元的入口位置均设置有用于测量板坯边部温度的第一测温装置，每个第二感应加热单元的入口位置均设置有用于测量板坯表面温度的第二测温装置，所述板坯通道的出口位置设置有用于测量板坯表面温度的第三测温装置，所述板坯边部温度为板坯运行方向上板坯的至少一侧壁面温度，所述板坯表面温度为板坯上表面温度或板坯下表面温度中的至少一个；

各个第一供电电源、各个第二供电电源、各个第一冷却系统、各个第二冷却系统、各个第一测温装置、各个第二测温装置、第三测温装置均与控制器电连接。

本实用新型中，每个冷却系统、每个供电电源均独立设置，从而可以在板坯经过时独立对加热功率或冷却进行调节。

进一步地，定义在板坯运行方向上设置于最后方的第一感应加热单元为尾部感应加热单元，在板坯运行方向上所述尾部感应加热单元后方且间距为d1的位置设置有位置传感器，所述位置传感器与控制器电连接，d1≥tc×vc，定义tc为从各个第一供电电源、各个第二供电电源启动开始到达到预设功率所需时间，vc为板坯运行速度。

通过在尾部感应加热单元后方设置位置传感器，从而便于在板坯头端、尾端到达尾部感应单元的位置之前，对板坯头端、尾端进行检测，从而便于提前进行操作。

进一步地，各个第一感应器分别安装在与第一感应器对应设置的第一框架上，各个第二感应器分别安装在与第二感应器对应设置的第二框架上，各个第一框架、第二框架相互独立设置。

本实用新型中，通过设置第一框架、第二框架，从而使得各个第一感应器、各个第二感应器相互独立设置，便于单独更换。

进一步地，所述第一框架上安装有沿地轨滑动的第一滑轮，所述第二框架上安装有沿地轨滑动的第二滑轮。

本实用新型中，通过设置地轨、第一滑轮、第二滑轮，在设备需要检修更换时，置于框架上的感应器可随框架沿地轨及框架上的滑轮推拉滑出，实现感应器的快速拆卸及维修。

进一步地，所述尾部感应加热单元为第一感应加热单元。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1）温度均匀，本专利采用纵横磁交替的分区加热，在功能上又将各区分为加热区和保温区。这种布置方式不仅大幅提高了板坯温度的均匀性，减少角裂，而且提高板坯组织的均匀性，有利于铸坯轧制后力学性能的改善；

2）结构简单，本专利虽然涉及了纵向磁通感应器和横向磁通感应器两种结构，但两种感应器结构形式一致，仅布置及组合方式不同，可互为备件替换使用。较普通工艺采用一套角部加热系统，和多套轧钢加热系统，设备的利用率大幅提高；

3）节能降耗，本实用新型不同区可采用不同电气参数的加热方式，根据温度检测可确定各个区的温度，从而便于控制器进行进一步控制；

4）本专利可根据位置检测仪和测温装置检测板坯头尾端，从而便于控制器进行进一步控制。

因此，本实用新型应用一种纵横磁交替的感应加热系统，能使得板材快速均匀加热，且设备利用率高、节能降耗，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的横纵磁交替的感应加热系统的工作原理图；

图2为本实用新型实施例的感应器设置于框架上的结构示意图；

图3为图2的局部放大示意图；

图4为本实用新型实施例的板坯经过第一感应器、第二感应器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例的板坯经过第三感应器的结构示意图；

上述附图中，1-板坯，31-第一测温装置，32-第二测温装置，33-第三测温装置，4-位置传感器，50a-第一感应加热单元，50b-第二感应加热单元，51-第一感应器，52-第二感应器，501-第一感应线圈，502-第二感应线圈，503-第三感应线圈，81-第一框架，9-控制器，101-第一滑轮，11-地轨。

具体实施方式

下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1-3所示，本实施例采用下述技术方案：横纵磁交替的感应加热系统，该系统包括：位置传感器4、测温装置（第一测温装置31、第二测温装置32、第三测温装置33）、感应加热装置（第一感应加热单元50a、第二感应加热单元50b）、冷却系统（第一冷却系统、第二冷却系统）、感应加热电源（第一供电电源、第二供电电源）、控制器9。其中位置传感器4用于检测板坯运行状态，判断即将是板坯1头端还是尾端进入感应加热系统，以决定感应加热系统的开关状态。测温仪用于检测板坯温度，以确定感应加热系统的运行功率。感应加热装置的布置为多区连续分布，功能上分为加热区和保温区。每个区的感应加热装置内又布置多台感应加热器。同一区的感应加热器（即第一感应器51或第二感应器52）由同一套感应加热电源（即第一供电电源或第二供电电源）供电、由同一套冷却系统（即第一冷却系统或第二冷却系统）进行冷却。控制器9负责整套系统的闭环控制，位置传感器和测温仪将检测数据通讯至控制器9，进行数据处理后，控制器9控制感应加热电源的开关和运行参数。控制器9可采用plc控制系统。冷却系统可采用冷却水系统。冷却系统、感应加热单元均为本领域常用装置，本领域技术人员可以理解如何设置。

所述感应加热系统包括在板坯运行方向上间隔交替设置的第一感应加热单元50a、第二感应加热单元50b，在板坯运行方向上设置于最后方的感应加热单元为第一感应加热单元50a，所述第一感应加热单元50a、第二感应加热单元50b的数量分别为m1、m2，m1≥2，m2≥2。本实施例中，m1=m2=n。n主要由轧制板坯的温升要求、感应加热装置的温升能力确定，优选实施方式中，n=2，分4个区，第1区（包括在板坯运行方向上位于后方的第一感应加热单元50a）、第2区（包括在板坯运行方向上位于后方的第二感应加热单元50b）、第3区（包括在板坯运行方向上位于前方的第一感应加热单元50a）、第4区（包括在板坯运行方向上位于前方的第二感应加热单元50a）。第1区、第2区为加热区，第3区、第4区为保温区。第1区、第3区为横向磁通的感应加热，第2区、第4区为纵向磁通感应加热。所述的加热区，其功率可为w≥800kw。所述的保温区，其功率可为w＜800kw。

本实用新型专利采用多区加热连续布置的方式理论依据是：横向磁通感应加热效率高，涡流容易在边角部聚集，持续采用横向磁通加热，容易造成边角部过烧。纵向磁通感应加热的温度均匀性好，但加热效率低。在板坯进入感应加热装置前，由于板坯边角部两个面散热，导致其边角部温度较表面温度低一百多度。因此，本实用新型专利采用多区加热的方式。各区与区之间采用横纵磁交替的加热方式，如：1区采用横向磁通的感应加热器，可以先快速提高边角部温度。2区采用纵磁加热，对板坯进一步加热和均热。3区横向磁通加热，4区纵向磁通加热。因此，采用横纵磁交替布置的加热方式能有效减少板坯边角部与表面的温度偏差，避免了连续横向磁通加热造成边角部过烧，或全部纵向磁通加热导致的边角部温度过低的问题。本实用新型采用横纵磁交替的方式，较好的解决了以上温度不均匀的问题，加热效率和加热效果都比较好。

每个第一感应加热单元50a包括k1个第一感应器51。每个第二感应加热单元50b包括k2个第二感应器52。2≤k1≤10，2≤k2≤10。

所述的多区横纵磁交替的感应加热系统交替布置为：从板坯运行方向从后方往前方，首先设置第一感应加热单元50a，即采用横向磁通的第一感应器51，然后设置第二感应加热单元50b，即采用纵向磁通的第二感应器52，依次类推，使得第一感应加热单元50a、第二感应加热单元交替布置。从板坯运行方向从后方往前方，首先采用横向磁通的第一感应器51加热板坯，其技术优势是：利用横向磁通加热效率高，磁力线容易在边角部聚集等优点，先大幅提高角部温度，弥补板坯在进入感应加热装置前边角部的热量耗散。再采用纵向磁通的第二感应器52，对铸坯整体进行均匀加热，再利用板坯自身的热传导进一步温度均匀。同样后面的加热分区也是采用横纵磁感应交替的加热方式，达到板坯加热和均热的目的。

各个感应加热单元均匀布置在轧线上。在一种优选实施方式中，每个区由：一套感应加热单元（第一感应加热单元50a或第二感应加热单元50b）、一套冷却系统（即第一冷却系统或第二冷却系统）及一套感应加热电源（即第一供电电源或第二供电电源）组成。控制器9对各个感应加热电源、测温装置、位置传感器4进行控制。

每个第一感应加热单元50a的入口端均设置有用于测量板坯边部温度的第一测温装置31，每个第二感应加热单元50b的入口端均设置有用于测量板坯表面温度的第二测温装置32，所述板坯通道的出口端设置有用于测量板坯表面温度的第三测温装置33。所述板坯边部温度为板坯运行方向上板坯1的至少一侧壁面温度，所述板坯表面温度为板坯上表面温度或板坯下表面温度中的至少一个。第一测温装置可对位于第一感应加热单元50a的入口端的板坯边部温度进行测量。板坯边部温度可以是板坯运行方向上板坯1的一侧壁面温度，也可以是板坯1另一侧壁面温度，也可以是两侧壁面温度的均值。第二测温装置32可对位于第二感应加热单元50b的入口端的板坯表面温度进行测量。板坯表面温度可以是板坯1的上表面温度，也可以是板坯1的下表面温度，也可以是上表面、下表面温度的均值。第三测温装置33对板坯通道的出口端的板坯1的板坯表面温度进行测量，即第三测温装置33设置于在板坯运行方向上位于最前方的感应加热单元（例如为第二感应加热单元50b）出口端的板坯表面温度进行测量。

各个第一供电电源、各个第二供电电源、各个第一冷却系统、各个第二冷却系统、各个第一测温装置31、各个第二测温装置32、第三测温装置33均与控制器9电连接。

各个测温装置的测量结果均通讯传送至控制器9。

在一种优选实施方式中，所述感应加热系统还包括m1个第一冷却系统、m2个第二冷却系统、m1个第一供电电源、m2个第二供电电源；

各个第一冷却系统、各个第二冷却系统、各个第一供电电源、各个第二供电电源均相互独立设置；

第i个第一感应加热单元50a中的第一感应线圈501、第二感应线圈502均由第i个第一供电电源供电且均由第i个第一冷却系统进行冷却；

第j个第二感应加热单元50b中的第三感应线圈503由第j个第二供电电源供电且由第j个第二冷却系统进行冷却；

i=1,2,……,m1，j=1,2,……,m2；

在一种优选实施方式中，定义在板坯运行方向上设置于最后方的第一感应加热单元50a为尾部感应加热单元，在板坯运行方向上所述尾部感应加热单元后方且间距为d1的位置设置有位置传感器4，所述位置传感器4与控制器9电连接，d1≥tc×vc，定义tc为从各个第一供电电源、各个第二供电电源启动开始到达到预设功率所需时间（或称感应加热电源启动响应时间），vc为板坯运行速度。各个第一供电电源、各个第二供电电源启动开始到达到预设功率所需时间即为各个第一供电电源、各个第二供电电源从启动均达到其预设功率所需时间。如图1、图2所示，位置传感器4与第1区端部距离为d1。位置传感器主要用于检测板材的头尾端是否到达（即检测头端、尾端是否与第1区端部距离为d1）。控制器9控制感应电源的输出功率，防止板坯头尾部穿过1区感应加热装置时，大功率加热功率导致边部过烧。在一种优选实施方式中，vc不大于1m/s，tc不小于10s，d1不小于12m。定义在板坯运行方向上设置于最前方的感应加热单元为头部感应加热单元。板坯从尾部感应加热单元进入，从头部感应加热单元离开。

本实用新型专利中，同一分区的感应加热器，由同一感应加热电源供电，加热功率可独立控制。

在一种优选实施方式中，各个第一感应器51分别安装在与第一感应器51对应设置的第一框架81上，各个第二感应器52分别安装在与第二感应器52对应设置的第二框架上，各个第一框架81、第二框架相互独立设置。

所述第一框架81上安装有沿地轨11滑动的第一滑轮101，所述第二框架上安装有沿地轨11滑动的第二滑轮。

上述设置中，每台感应器分别安装在一台轧钢框架上，板坯在变频电机的驱动下，由无磁辊将板坯1连续运行通过感应加热器。为满足生产快节奏工作需要，在设备需要检修更换时，置于框架上的感应器可随框架沿地轨及框架上的滑轮推拉滑出，实现感应器的快速拆卸及维修。

本专利的感应加热系统中有两种感应加热器。

如图4所示，第一感应器51为横向磁通感应加热器。所述第一感应器51包括成对设置且分别位于板坯通道上方、下方的第一感应线圈501、第二感应线圈502，所述第一感应线圈501的线圈平面、第二感应线圈502的线圈平面相对设置，当所述第一感应线圈501、第二感应线圈502均通入电流时，产生磁场方向垂直于板坯表面的横向磁场，从而对位于板坯通道上的板坯1进行加热。在本实施例中，第一感应线圈501、第二感应线圈502均为回字形线圈，且沿板坯上、下表面在水平方向上对置安装。第一感应线圈501、第二感应线圈502也可为环状线圈。第一感应线圈501、第二感应线圈502产生的磁场磁力线垂直板坯横断面。

如图5所示，第二感应器52为纵向磁通感应加热器。所述第二感应器52包括具有中间开口的第三感应线圈503，所述板坯通道穿过第三感应线圈503的中间开口，当所述第三感应线圈503通入电流时，产生磁场方向平行于板坯表面的纵向磁场，从而对位于板坯通道上的板坯1进行加热。在本实施例中，第三感应线圈503为回字形线圈，且在板坯高度方向上立放安装。第三感应线圈503也可为环状线圈。第三感应线圈503产生的磁场磁力线平行板坯表面。

由于各个感应线圈均采用模块化回字形结构设计，从而大幅减少设备制作工序及成本。各个感应线圈均采用高电导率水内冷的空心铜管绕制而成，每匝铜管外缠绕耐高温、耐磨的绝缘材料，外部由高强度耐火材料浇注成整体。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。