Устройство индукционного нагрева длинномерных металлических изделий

 

Использование: для термообработки длинномерных металлических изделий. Сущность изобретения: устройство индукционного нагрева содержит индуктор поперечного поля, в зазоре которого перемещается нагреваемое изделие, при этом форма полюсов магнитопровода индуктора обеспечивает требуемое тепловыделение в изделии. 1 з.п. ф-лы. 1 ил.

Изобретение относится к электротермическому оборудованию и предназначено для использования в технологических линиях непрерывной термообработки длинномерных металлических изделий (например кабельных жил).

Известны устройства, предназначенные для термообработки металлических изделий в поперечном магнитном поле [1, 2] содержащие индуктор с ферромагнитным сердечником и механизмы перемещения и подачи заготовок. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство [2] содержащее в качестве нагревательного индуктора линейную индукционную машину, в которой расположение полюсов и фазы токов в обмотках выбраны так, что структура вихревых токов в обрабатываемой металлической ленте обеспечивает равномерность нагрева, а продольные силы, вызванные бегущим магнитным полем в соседних участках, компенсируют друг друга.

Однако такое устройство неэффективно, если обрабатываемое изделие имеет в сечении сравниваемые поперечные размеры, тем более если эти размеры невелики (1 2 см) и изделие имеет сложный профиль, например, сектор. Незамкнутый магнитопровод и невозможность сконцентрировать возбуждаемое индуктором переменное магнитное поле в объеме обрабатываемого участка изделия приводит к резкому падению КПД устройства, невозможность оптимизации структуры вихревых токов в сечении обрабатываемого изделия не позволяет добиться равномерного нагрева. Попытка увеличить КПД за счет уменьшения поперечных размеров индукционной машины также не может иметь успех из-за возникновения сильного поперечного краевого эффекта, вызывающего механическую неустойчивость обрабатываемого изделия.

Целью изобретения является повышение равномерности нагрева изделий и экономичности технологичности процесса. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для индукционного нагрева длинномерных металлических изделий, содержащем индуктор с ферромагнитным сердечником, создающим поперечное к оси обрабатываемого изделия переменное магнитное поле, и механизмы перемещения и подачи заготовок, немагнитный зазор, а котором помещается нагреваемое изделие, создан двумя обращенными друг к другу полюсами, образованными средними частям двух Ш-образных половин ферромагнитного сердечника, причем форма полюсов выбрана в соответствии с требуемым тепловыделением в сечении изделия. Кроме того, полюса разбиты на участки, смещенные относительно оси нагреваемого изделия в противоположные стороны, что обеспечивает механическую устойчивость нагреваемого изделия относительно оси немагнитного зазора и улучшает равномерность нагрева.

Варьирование формы немагнитного зазора позволяет менять распределение переменного магнитного поля в объеме обрабатываемого изделия, тем самым дает возможность регулировать тепловыделение в сечении изделия, а введение несимметричного ферромагнитного сердечника позволяет обеспечить устойчивое положение обрабатываемого изделия, которое нарушается вследствие воздействия пондермоторных сил электромагнитного поля.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизны".

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "изобретательский уровень".

На чертеже схематично изображена нижняя половина устройства для нагрева длинномерных металлических изделий. Верхняя имеет аналогичную конструкцию, причем форма полюса зеркально симметрична по отношению к нижнему.

Устройство состоит из индуктора 1, создающего поперечное магнитное поле, и механизма перемещения обрабатываемого изделия (на рисунке не показан).

Индуктор содержит одну или две обмотки 3 (либо верхняя, либо нижняя часть индуктора может не иметь обмотки), полюсные наконечники 4, образованные центральной частью магнитопровода.

Полюс разбит на участки 5, смещенные относительно оси обрабатываемого изделия в противоположные стороны так, чтобы силы электромагнитного давления на обрабатываемое изделие в соседних участках компенсировали друг друга, благодаря чему обеспечивается устойчивость изделия и высокое качество обработки. Количество и шаг участков 6 выбирается опытным путем, исходя из условий техпроцесса.

Устройство работает следующим образом.

При подаче переменного электромагнитного тока в обмотку индуктора 1 в зоне обрабатываемого изделия 2 создается переменное магнитное поле, которое индуцирует в заготовке переменный электрический ток, нагревающий изделие. Благодаря ферромагнитному сердечнику поле концентрируется в зоне обрабатываемого изделия 2. При этом пондермоторные силы электромагнитного поля стремятся вытолкнуть заготовку 2 из области максимума поля, но благодаря несимметричной форме сердечника 3 обеспечивается компенсация действия сил. Регулировка тепловыделения в сечении изделия обеспечивается выбором формы немагнитного зазора, в котором помещается обрабатываемое изделие.

Использование предлагаемого изобретения позволяет значительно увеличить КПД процессов, в которых осуществляется нагрев длинномерных металлических изделий. Кроме того, заявляемое устройство компактное, простое в обслуживании и управлении, легко встраиваемое в комплексное автоматизированное производство.

Формула изобретения

1. Устройство индукционного нагрева длинномерных металлических изделий, содержащее механизмы перемещения и подачи изделия, индуктор, создающий поперечное к оси обрабатываемого изделия магнитное поле, с ферромагнитным сердечником, полюса которого обращены друг к другу с образованием немагнитного зазора, вдоль продольной оси которого перемещается нагреваемое изделие, отличающееся тем, что форма полюсов, образующих немагнитный зазор, выбрана в соответствии с требуемым тепловыделением в изделии.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форма немагнитного зазора образована путем разбиения полюсов на участки, смещенные относительно изделия в противоположные стороны на расстояние, обеспечивающее компенсацию электромагнитного давления в соседних участках.

РИСУНКИ

Рисунок 1