直流磁场感应加热装置及系统

本技术涉及电力电工装备，尤其涉及一种直流磁场感应加热装置及系统。

背景技术：

1、电能替代是能源领域发展趋势之一，用于电能替代的大功率高效率电力电工装备技术的研究和探索具有重要的经济意义和科学意义。

2、黑色金属冶炼和压延加工业、有色金属冶炼和压延加工业属于高耗能行业。在有色金属压延预热应用中，天然气由于其当前时期的加热成本优势，还是作为加热或者辅助加热方式。然而，天然气为不可再生能源，以可再生能源为主生产的电能将成为天然气的替代能源。在有色金属压延预热应用中，采用电热转化的技术，以交流磁场方式的感应加热技术为主。目前大中型交流感应加热设备应用中，加热黑色金属铁磁材料的有效电热转换效率在50-60％之间；铜铝等有色金属非铁磁性工件的有效电热转换效率在35-45％之间。

3、为了提高感应加热的效率，欧洲专利1582091b1利用超导直流感应加热技术的原理，采用超导线圈作为直流励磁的主磁体以产生直流磁场，经铁芯导磁后形成c型结构，金属工件在c型结构的磁场中旋转切割磁力线，进而在工件中形成涡流并产生焦耳热将工件加热到工艺温度。研究表明，采用超导直流背景磁场的直流感应加热设备的效率有望达到80％-85％。此外直流磁场感应加热技术还具有加热均匀，加热可重复性好，无需大功率无功补偿的优点。中国专利cn111225465b提出了一种混合磁路超导感应加热装置，可以充分利用超导能够产生强磁场的优势，加热单一大口径尺寸金属棒材或者同时加热多个棒材。

4、然而，虽然超导线圈可以产生较强的磁场，但是需要低温和制冷系统长期连续运行以维持装置正常运转。一方面增加了运维成本和运维人员需求；另一方面由于低温和制冷系统作为复杂系统，其使用降低了装置的可靠性。此外，在加热系统不加热工件时，仍需维持低温和制冷系统的运转，进一步增加了能耗。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种直流磁场感应加热装置及系统，以解决超导感应加热运维成本高、可靠性差、能耗高的问题。

2、为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案在于：

3、一种直流磁场感应加热装置，包括导磁铁芯、永磁体和电磁线圈；导磁铁芯为环形结构，环形结构设置有缺口以形成气隙；永磁体与导磁铁芯连接以向导磁铁芯施加磁场；电磁线圈环绕于导磁铁芯；电磁线圈通电后产生与永磁体方向一致的磁场，被加热工件在气隙中旋转以切割磁场，从而产生感应电流以实现对被加热工件的加热。

4、进一步的，导磁铁芯包括侧铁轭、上导磁板和下导磁板；侧铁轭的两端分别与上导磁板和下导磁板连接，上导磁板和下导磁板之间的空隙即气隙；两个永磁体分别与上导磁板和下导磁板背离侧铁轭的一端连接，被加热工件位于两个永磁体之间。

5、进一步的，直流磁场感应加热装置还包括隔热屏蔽容器，两个隔热屏蔽容器分别将两个永磁体容纳；隔热屏蔽容器内部为真空腔体。

6、在一些实施例中，导磁铁芯包括侧铁轭、上导磁板和下导磁板；侧铁轭分为两段，永磁体的两端分别与侧铁轭的两段连接，侧铁轭的两段背离永磁体的一端分别与上导磁板和下导磁板连接；上导磁板和下导磁板之间的空隙即气隙。

7、在一些实施例中，导磁铁芯包括左铁轭、下导磁板、右铁轭和上导磁板；下导磁板的两端分别与左铁轭和右铁轭连接，上导磁板平行于下导磁板并设置于左铁轭和右铁轭之间；左铁轭与上导磁板之间形成气隙，右铁轭与上导磁板之间形成气隙；永磁体连接于上导磁板和下导磁板之间；电磁线圈环绕于左铁轭和/或右铁轭。

8、进一步的，直流磁场感应加热装置还包括左磁铁和右磁铁；两个左磁铁设置于左铁轭与上导磁板之间形成的气隙中并分别与上导磁板和左铁轭连接；两个右磁铁设置于右铁轭与上导磁板之间形成的气隙中并分别与上导磁板和右铁轭连接；被加热工件可放置于两个左磁铁之间和/或两个右磁铁之间。

9、进一步的，直流磁场感应加热装置还包括隔热屏蔽容器，四个隔热屏蔽容器分别将左磁铁和右磁铁容纳；隔热屏蔽容器内部为真空腔体。

10、本实用新型的另一方面，提供了一种直流磁场感应加热系统，包括上述的直流磁场感应加热装置，多个直流磁场感应加热装置沿被加热工件的长度方向间隔设置，被加热工件设置为杆状并位于多个直流磁场感应加热装置的气隙中。

11、进一步的，直流磁场感应加热系统还包括旋转机构和平移机构，旋转机构与被加热工件连接，用于带动被加热工件转动；平移机构与旋转机构连接，用于带动旋转机构沿被加热工件的长度方向往复移动。

12、进一步的，直流磁场感应加热系统还包括磁场转台，磁场转台与直流磁场感应加热装置连接，带动直流磁场感应加热装置绕被加热工件的转动轴线旋转，旋转方向与被加热工件的转动方向相反。

13、综合上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果在于：

14、本实用新型提供的直流磁场感应加热装置包括导磁铁芯、永磁体和电磁线圈；导磁铁芯为环形结构，环形结构设置有缺口以形成气隙；永磁体与导磁铁芯连接以向导磁铁芯施加磁场；电磁线圈环绕于导磁铁芯；电磁线圈通电后产生与永磁体方向一致的磁场，被加热工件在气隙中旋转以切割磁场，从而产生感应电流以实现对被加热工件的加热。

15、本实用新型提供的直流磁场感应加热装置通过永磁体和电磁线圈的配合建立混合磁场，以导磁铁芯作为导磁结构，为旋转工件提供加热背场，工件在气隙中旋转时切割背场以形成感应电流，进而实现对工件的加热。通过永磁体和电磁线圈的混合磁场代替超导直流感应磁场，可以降低加热系统的造价，在不加热工件时可以停止运行，免除了超导直流感应加热系统保持持续运行的要求以及低温制冷系统的配备，降低了运行的能耗，可大幅节省电能，同时简化了系统组成，其运行和维护更为简单，系统可靠性大为提高。

技术特征：

1.一种直流磁场感应加热装置，其特征在于，包括导磁铁芯(100)、永磁体(200)和电磁线圈(300)；

2.根据权利要求1所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，所述导磁铁芯(100)包括侧铁轭(110)、上导磁板(120)和下导磁板(130)；

3.根据权利要求2所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，还包括隔热屏蔽容器，两个所述隔热屏蔽容器分别将两个所述永磁体(200)容纳；

4.根据权利要求1所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，所述导磁铁芯(100)包括侧铁轭(110)、上导磁板(120)和下导磁板(130)；

5.根据权利要求1所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，所述导磁铁芯(100)包括左铁轭(140)、下导磁板(130)、右铁轭(150)和上导磁板(120)；

6.根据权利要求5所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，还包括左磁铁(400)和右磁铁(500)；

7.根据权利要求6所述的直流磁场感应加热装置，其特征在于，还包括隔热屏蔽容器，四个所述隔热屏蔽容器分别将所述左磁铁(400)和所述右磁铁(500)容纳；

8.一种直流磁场感应加热系统，其特征在于，包括如权利要求1-3任一项所述的直流磁场感应加热装置，多个所述直流磁场感应加热装置沿被加热工件(b)的长度方向间隔设置，被加热工件(b)设置为杆状并位于多个所述直流磁场感应加热装置的所述气隙(a)中。

9.根据权利要求8所述的直流磁场感应加热系统，其特征在于，还包括旋转机构(20)和平移机构(30)，所述旋转机构(20)与被加热工件(b)连接，用于带动被加热工件(b)转动；

10.根据权利要求9所述的直流磁场感应加热系统，其特征在于，还包括磁场转台(40)，所述磁场转台(40)与所述直流磁场感应加热装置连接，带动所述直流磁场感应加热装置绕被加热工件(b)的转动轴线旋转，旋转方向与被加热工件(b)的转动方向相反。

技术总结
本技术涉及电力电工装备技术领域，尤其涉及一种直流磁场感应加热装置及系统，旨在解决超导感应加热运维成本高、可靠性差、能耗高的问题。本技术提供的直流磁场感应加热装置包括导磁铁芯、永磁体和电磁线圈；导磁铁芯为环形结构，环形结构设置有缺口以形成气隙；永磁体与导磁铁芯连接以向导磁铁芯施加磁场；电磁线圈环绕于导磁铁芯；电磁线圈通电后产生与永磁体方向一致的磁场，被加热工件在气隙中旋转以切割磁场，从而产生感应电流以实现对被加热工件的加热。本技术通过永磁体和电磁线圈组成混合磁场，在保证加热效果的同时，避免了冷却系统的使用和设备的持续运行，降低了运维成本，削减了非工作状态下的能耗，提升了可靠性。

技术研发人员：肖立业,张东,聂子攀,张京业,邱清泉
受保护的技术使用者：中国科学院电工研究所
技术研发日：20230309
技术公布日：2024/1/14