一种有色金属棒变频感应梯度加热设备及加热方法与流程

本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种金属棒变频感应梯度加热设备及加热方法。

背景技术：

目前用于金属棒挤压前加热的设备，主要为燃气加热炉，和工频加热炉。燃气加热炉加热的金属棒头尾温度一致，没有温度梯度，挤压加工时，由于挤压机摩擦发热，金属棒温度逐渐升高，进入模具的金属棒温度升高，挤压出的铝型材温度逐渐升高，造成铝型材产品机械性能和外形尺寸变化，影响产品质量、降低了成品率。工频加热炉大部分也没有梯度加热功能，极少部分可梯度加热，但设备结构复杂，造价高、耗能高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种金属棒变频感应梯度加热设备及加热方法，利用感应线圈的设计使加热后的金属具有稳定的温度梯度。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种金属棒变频感应梯度加热设备，包括变频电源控制柜，变频电源控制柜由变频电源供电，变频电源控制柜控制变频感应线圈，变频感应线圈分为三段线圈，分为a段感应线圈、b段感应线圈、c段感应线圈。

所述的变频感应线圈固定于加热炉壳体中，加热炉壳体根据实际情况设计，加热炉壳体具有输送、保温、保护功能。

一种金属棒变频感应梯度加热方法，包括以下步骤：

1)将感应加热线圈分为a段感应线圈、b段感应线圈、c段感应线圈三个区域，每个区域线圈绕组匝数不同，在加热过程中能量输入不同，使加热后的金属棒具有温度梯度，线圈绕组匝数计算方法如下：

1)设金属棒加热后温度为t，温度梯度为t，即加热后，金属棒a段温度为t,b段温度为t-t/2,c段温度为t-t。

2)取n为按常规计算出的感应线圈总匝数，由于a段感应线圈温度高于b段感应线圈温度，c段感应线圈温度低于b段温度，取b段感应线圈匝数为n/3,a段匝数即为n/3+x,c段匝数即为n/3-x，x为匝数差；

3)由于加热中温度差异是能量输入差异决定，能量又取决于线圈密度，故单位长度不同的线圈匝数与加热温度成正比，根据以下公式可得出匝数差x，从而得出a段感应线圈、b段感应线圈、c段感应线圈的感应器线圈匝数；有以下两种方法获得：

①由：c段温度/b段温度＝c段匝数/b段匝数得到：

(t-t)/(t-t/2)＝(n/3-x)/n/3；

得：x＝tn/(6t-3t)；

②由：a段温度/b段温度＝a段匝数/b段匝数得到：

t/(t+t/2)＝(n/3-x)/n/3；

得：x＝tn/(6t+3t)；

4)根据实际需求，选择步骤3)中一种得到匝数差x的方法，最终得到a段感应线圈、b段感应线圈、c段感应线圈的感应器线圈匝数，从而控制温度。

本发明的有益效果是：

经该专利产品加热后的金属棒，由于具有温度梯度，对于铝、镁等低温挤压金属材料，梯度加热棒前部温度高，后部温度低，挤压摩擦力使后部温度升高，弥补梯度温差，使挤压型材温度一致。对于铜、金、银等高温挤压材料，使金属棒呈头部温度低，逐渐向尾部温度升高，这样的具有温度梯度的金属棒，在进入挤压机挤压成型过程中，金属棒散热降低的温度，正好由金属棒梯度温度弥补，挤压出的金属材保证了温度一致，保证了成品金属材的机械性能稳定，外形尺寸一致，提高了金属材的质量，同时可适当加长金属棒长度在压余相等的情况下，提高了成品率，提高了生产效率。

该专利产品目前已应用在金属材加工行业，经该专利产品加热后挤压成型的金属材已以用于航空，交通，新能源汽车，电力等多个领域域。

附图说明

图1为本发明原理示意图。

其中，1为变频电源控制柜；2为变频电源；3为变频感应线圈；31为a段感应线圈；32为b段感应线圈；33为c段感应线圈。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步叙述。

如图1所示，一种金属棒变频感应梯度加热设备，包括变频电源控制柜1，变频电源控制柜1由变频电源2供电，变频电源控制柜1控制变频感应线圈3，变频感应线圈3分为三段线圈，分为a段感应线圈31、b段感应线圈32、c段感应线圈33。

所述的变频感应线圈3固定于加热炉壳体中，加热炉壳体根据实际情况设计，加热炉壳体具有输送、保温、保护功能。

一种金属棒变频感应梯度加热方法，包括以下步骤：

1)将感应加热线圈分为a段感应线圈31、b段感应线圈32、c段感应线圈33三个区域，每个区域线圈绕组匝数不同，在加热过程中能量输入不同，使加热后的金属棒具有温度梯度，线圈绕组匝数计算方法如下：

1)设金属棒加热后温度为t，温度梯度为t，即加热后，金属棒a段温度为t,b段温度为t-t/2,c段温度为t-t。

2)取n为按常规计算出的感应线圈总匝数，由于a段感应线圈31温度高于b段感应线圈32温度，c段感应线圈33温度低于b段温度，取b段感应线圈32匝数为n/3,a段匝数即为n/3+x,c段匝数即为n/3-x，x为匝数差；

3)由于加热中温度差异是能量输入差异决定，能量又取决于线圈密度，故单位长度不同的线圈匝数与加热温度成正比，根据以下公式可得出匝数差x，从而得出a段感应线圈31、b段感应线圈32、c段感应线圈33的感应器线圈匝数；有以下两种方法获得：

①由：c段温度/b段温度＝c段匝数/b段匝数得到：

(t-t)/(t-t/2)＝(n/3-x)/n/3；

得：x＝tn/(6t-3t)；

②由：a段温度/b段温度＝a段匝数/b段匝数得到：

t/(t+t/2)＝(n/3-x)/n/3；

得：x＝tn/(6t+3t)；

4)根据实际需求，选择步骤3)中一种得到匝数差x的方法，最终得到a段感应线圈31、b段感应线圈32、c段感应线圈33的感应器线圈匝数，从而控制温度。

实施例，铜、金、银棒加热采用步骤3)的方法②是实现，铝、镁棒采用步骤3)的方法①实现。

利用交变电磁场感应加热；

将变频电源产生的交变电流，输入变频感应梯度加热炉感应线圈，感应线圈中产生交变磁场，被加热的金属棒位于交变磁场中，金属棒中的电子在交变磁场作用下定向运动产生感应电流，该感应电流使铝棒发热。

能量守恒原理：

被加热的物体升高的温度与吸收的能量成正比。感应加热的能量靠感应线圈产生交变磁场，故单位长度的线圈密度与加热温度成正比。

技术特征：

技术总结
一种有色金属棒变频感应梯度加热设备及加热方法，变频电源控制柜由变频电源供电，变频电源控制柜控制变频感应线圈，变频感应线圈分为三段线圈，分为A段感应线圈、B段感应线圈、C段感应线圈，金属棒进入梯度加热炉，炉体中非均匀缠绕的感应线圈，在金属棒不同部位输入不同的能量，使加热后的金属棒呈头部温度低，逐渐向尾部温度升高，这样的具有温度梯度的金属棒，在进入挤压机挤压成型过程中，当挤压到金属棒中后端时，由于金属棒散热等于金属棒后端温度梯度升高的温度，进入模具每段温度相同，这样就保证了挤压出的金属材温度一致，保证了成品金属材的质量，由于温度梯度可弥补散热降低的温度，提高成品率，提高生产效率。

技术研发人员：孙向军;舒畅
受保护的技术使用者：西安威特电力电子设备研究所
技术研发日：2019.05.13
技术公布日：2019.08.16