专利名称：圆棒坯料感应加热复合线圈的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种感应加热线圈，尤其涉及一种对于圆柱形坯料的感应加热线圈。
背景技术：
感应加热具有加热速度快，能耗低等优点，尤其适用于金属表面淬火工艺。但感应加热也存在加热温度不均勻，同一加热线圈能够加热的材料规格单一等缺点。因此根据加热工艺及加热材料外形尺寸的不同，感应线圈的形状及尺寸也是千差万别，针对圆柱形坯料的感应加热，一般采用螺线管式感应线圈加热，通过调整感应线圈的高度来控制坯料轴向上的温度分布。该方法简单实用，但是对于温度分布有很高要求的特殊坯料加热，往往难以满足要求。感应加热线圈的相关专利绝大多数都是关于平面加热，而对于圆柱形坯料的加热几乎没有相关专利可以参考，原因在于对于圆柱型坯料有较高温度分布要求的往往是大型坯料或者军工类产品，因此涉及面相对专业。中国专利200520050634. 4公开了一种新型中频感应加热线圈，包括线圈绕组圆心在同一轴线上的加热层和调节层，加热层由处于内圈的小头和处于外围的大头构成；调节层的线圈绕组每一圈或相邻的几圈均可以通过与各自抽头相连的连接头与加热层的线圈相连，加热层的大头线圈的外围设有一圈与其它线圈没有电的联系、也不直接接触的封闭的独立同心短路圆环线圈；加热层的小头密绕成直径不等的双层圈线。该专利有效控制了磁漏和杂散磁场，使磁场分布更加均勻，加热层温度不偏移，调节灵活，重复加热效果一致。中国专利200420063066. 7公开了一种电磁感应加热线圈，包括非导磁材料板和线圈；其纵向截面自下而上依次是非导磁材料板、线圈、非导磁材料板；电磁感应加热线圈的线圈每匝之间的间隔距离为内宽外窄，循序渐进形成内疏外密状。电磁感应加热线圈的线圈每双匝之间的间隔距离为内宽外窄，循序渐进形成内疏外密状。电磁感应加热线圈的线圈绕制形状为矩形或圆形。该专利的特点是设计合理，工艺简单；磁场强度均勻，感应发热体不受位置限制，所产生热量一致；适合各类感应加热装置的使用，尤其适合感应发热体小于感应加热线圈且位置不确定的感应加热装置的使用。对于圆棒型坯料的加热，如果用整体单一的线圈进行加热，其加热螺线管热线圈的结构如图1所示，螺线管线圈的功率密度沿轴向上的分布如图2所示，很难简单通过调节线圈长度来控制轴向稳定的均勻性，特别是容易出现存在端部温度过热的问题。如果缩短加热线圈的长度，则又会引起端部温度过低或者温度不均勻的问题。对于温度分布要求较高的坯料感应加热而言，单一线圈的感应加热很难满足要求，特别是对于圆棒形坯料的加热，为了提高加热后材料的使用寿命或者性能的稳定性，对其局部的物理性能均勻性一般会有比较高的要求。这就要求在热处理过程中，不仅要保证在周向上温度的均勻，而且在轴向上及径向上的温度分布满足工艺的特殊要求。例如，为了满足坯料的热挤压工艺要求，需要对圆棒型坯料做整体感应加热，这就对坯料整体的温度均勻性有很高的要求，保证在后续挤压过程中变形均勻，挤压后性能均一。这就对感应加热温度的控制过程提出了很高的要求，而这一控制过程很难仅仅通过调整感应线圈电气参数来达到工艺规定的温度要求。另一方面，在实际生产过程中，来料的规格及品种往往不是单一的，通常情况下会相对较多。针对不同规格的材料，如果分别准备一套线圈不仅费用上存在浪费，同时频繁更换线圈对现场物流及操作都是不便的，容易增加生产成本。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种圆棒坯料感应加热复合线圈，该复合线圈能根据被加热圆棒坯料的规格调整线圈的高度，实现在坯料轴向上的温度分布满足工艺的特殊需求，同时也满足了坯料周向上均勻加热的要求。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种圆棒坯料感应加热复合线圈，由二个端部加热段、二个调节段和中间均温段组成，中间均热段的长度略短于圆棒坯料的最短长度，所述线圈总长度长于圆棒坯料的最长坯料；端部加热段引出多个抽头，调节段的每匝线圈上分别引出两个抽头；加热过程中， 根据坯料的规格和温度分布需要，将调节段线圈部分地连接到中间均温段和端部加热段， 形成中间加热区和二个端部加热区；中间加热区和端部加热区的线圈分别连接到两个独立控制的电源，加热过程中两个电源的相位保持一致。所述线圈采用水平式绕制，S卩同一匝线圈大部分处于与线圈轴线垂直的同一平面上，相邻两匝线圈之间通过较短的阶跃式过度段连接。本实用新型通过将线圈分成二个端部加热段、二个调节段和中间均温段，根据被加热坯料的规格和温度分布需要，将调节段线圈部分地连接到中间均温段和端部加热段， 形成中间加热区和二个端部加热区；并且中间加热区和端部加热区的线圈分别连接到两个独立控制的电源，加热过程中两个电源的相位保持一致，从而实现在坯料轴向上的温度分布满足工艺的特殊需求。通过将线圈采用水平式绕制，满足了坯料周向上均勻加热的要求。本实用新型的复合线圈有如下优点1)根据坯料的规格和工艺的要求，调整线圈的配置比例，实现温度分布的灵活控制；既可以实现轴向上温度均勻分布的要求，也可以根据工艺要求实现梯度分布式加热；2)可以实现在圆坯周向上温度的均勻分布；3) 一组线圈可加热多种规格坯料，大大减少线圈备件。
图1为现有圆坯加热螺线管线圈结构示意图；图2为螺线管线圈感应加热功率分布示意图；图3为本实用新型圆棒坯料感应加热线圈结构示意图；图4为图3的俯视图；图5为本实用新型圆棒坯料感应加热线圈的实施例结构示意图；图6为图5的右视图。图中1为线圈(铜线圈)，2为线圈抽头；5端部加热段，6调节段，7中间均温段。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。参见图3、图4，一种圆棒坯料感应加热复合线圈，采用水平式绕制，即同一匝线圈大部分处于与线圈轴线垂直的同一平面上，相邻两匝线圈之间通过较短的阶跃式过度段连接。参见图5、图6、所述圆棒坯料感应加热复合线圈由二个端部加热段5、二个调节段 6和中间均温段7组成，五段线圈呈中心对称；中间均热段7的长度略短于圆棒坯料的最短长度，所述线圈总长度长于圆棒坯料的最长坯料。端部加热段5引出多个抽头2 ；调节段6 的每匝线圈上分别引出两个抽头2，以减小接线过程中引起的线圈间隙。加热过程中，根据坯料的规格和温度分布需要，将调节段6线圈部分地连接到中间均温段7和端部加热段5。通过这种方式连接后，整个坯料的加热实际上可分为三个加热区，即中间加热区和二个端部加热区。中间加热区的线圈连接一个独立控制电源、二个端部加热区的线圈连接到另一个独立控制电源，加热过程中两个电源的相位必须保持一致，从而避免产生的两个磁场出现相互抵消的现象。—般坯料在加热之前会有一个预热温度，在坯料传送至加热炉或其他机械加工的过程中会有一个温降过程，坯料端部温度通常要低于坯料中间区域的温度。因此，在加热过程中，两个电源可以根据工况条件及坯料温度分布的要求分别调节功率大小，甚至可以进行间断式加热，根据工艺的要求达到坯料轴向上的特定温度分布。为了进一步提高坯料温度的均勻性，还可以设置一个旋转机构和升降机构，在加热过程中对坯料在一定范围内按一定速度进行旋转和升降运动。实施例1如图5、图6所示，一种圆棒坯料感应加热复合线圈由内水冷铜管绕制而成，复合线圈直径1米，复合线圈内表层通过耐火材料加以保护，外侧通过非导磁不锈钢材料加以固定。复合线圈总高度为1800mm，中间均温段7高度1000mm，二个调节段6高度各100mm， 二个端部加热段5高度各300mm。端部加热段5引出8个抽头，每一匝线圈上各引出一个抽头。调节段6引出14个抽头，每匝线圈上分别引出两个抽头。在加热直径为700mm、高1200mm的圆坯料过程中，为了实现坯料整体温度在轴向上的均勻分布，可以选择中间均温段连接一个电源，调节段IOOmm及端部加热段选200mm (即一端的端部加热区为300mm)—起接入另一电源，S卩中间加热区为1000mm，二个端部加热区分别为300mm，加热过程中根据料坯表面的温度情况独立控制两个电源的功率。实施例2采用的复合线圈与实施例1相同，但调节段和端部加热段的连接方式与实施例1 不同。在加热直径为700mm、高1300mm的圆坯料过程中，为了实现坯料整体温度在轴向上的均勻分布，可以选择中间均温段及调节段选50mm连接一个电源，调节段的另50mm及端部加热段300mm (即一端的端部加热区为350mm)—起接入另一电源，S卩中间加热区为 1100mm，二个端部加热区分别为350mm，加热过程中根据料坯表面的温度情况独立控制两个电源的功率。感应加热在钢铁制造行业已得到广泛的使用，特别是圆棒坯料的感应加热在各大钢厂均有使用。而获得均勻加热的效果对于被加工材料的物理性能是大有益处的，能够提高坯料的力学性能均勻性，提高材料使用寿命。因此，本实用新型的复合线圈有较大的应用前景。 以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围， 因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种圆棒坯料感应加热复合线圈，其特征是所述线圈由二个端部加热段、二个调节段和中间均温段组成，中间均热段的长度略短于圆棒坯料的最短长度，所述线圈总长度长于圆棒坯料的最长坯料；端部加热段引出多个抽头，调节段的每匝线圈上分别引出两个抽头；加热过程中，根据坯料的规格和温度分布需要，将调节段线圈部分地连接到中间均温段和端部加热段，形成中间加热区和二个端部加热区；中间加热区和端部加热区的线圈分别连接到两个独立控制的电源，加热过程中两个电源的相位保持一致。
2.根据权利要求1所述的圆棒坯料感应加热复合线圈，其特征是所述线圈采用水平式绕制，即同一匝线圈大部分处于与线圈轴线垂直的同一平面上，相邻两匝线圈之间通过较短的阶跃式过度段连接。
专利摘要本实用新型公开了一种圆棒坯料感应加热复合线圈，由二个端部加热段(5)、二个调节段(6)和中间均温段(7)组成，中间均热段长度略短于圆棒坯料最短长度，所述线圈(1)总长度长于圆棒坯料最长坯料；端部加热段引出多个抽头(2)，调节段的每匝线圈上分别引出两个抽头；加热过程中，根据坯料规格和温度分布需要，将调节段线圈部分地连接到中间均温段和端部加热段，形成中间加热区和二个端部加热区；中间加热区和端部加热区的线圈分别连接到两个独立控制的电源，加热过程中两个电源的相位保持一致。本实用新型能根据被加热圆棒坯料的规格调整线圈高度，实现在坯料轴向上的温度分布满足工艺的特殊需求，以及周向上均匀加热要求。
文档编号H05B6/36GK202009508SQ201120051500
公开日2011年10月12日 申请日期2011年3月1日 优先权日2011年3月1日
发明者吴存有, 周月明 申请人:宝山钢铁股份有限公司