Индуктор для закалки валков прокатных станов

Полезная модель относится к индукционной термообработке цилиндрических тел, в частности к индукторам для нагрева крупногабаритных валков прокатных станов под закалку, и может найти применение в машиностроении.
Известно устройство индукционного нагрева прокатных валков под закалку, включающее размещенные один под другим три кольцевых индуктора, питаемых токами различной частоты, причем расстояние между верхним индуктором и вторым индуктором, размещенным ниже, составляет 10-15 мм, а между вторым индуктором и третьим индуктором, размещенным еще ниже - 75-100 мм. Высота кольцевых индукторов составила 150-200 мм, диаметр 500-600 мм. Перед осуществлением индукционного нагрева валки предварительно нагревают в печи до температуры 250-350°C (RU 2477026 С2, опубликовано 27.02.2013).
Недостатками известного устройства, которое описывается схематично, является невозможность его использования для индукционного нагрева под закалку крупногабаритных валков диаметром от 700 до 1600 мм и массой 20-60 тонн, поскольку для обеспечения требуемых скорости и температуры нагрева валка должно иметься конкретное конструктивное решение кольцевого индуктора.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности является индуктор для закалки валков прокатных станов, включающий нижнее основание, многослойную многовитковую обмотку катушки, выполненную из медной трубки прямоугольного сечения и снабженную на концах клеммами для подвода тока и штуцерами для подачи и слива охлаждающей воды, при этом обмотка катушки снабжена фиксаторами положения в радиальном и вертикальном направлении. Многовитковая обмотка катушки индуктора выполнена набранной из галет, соединенных между собой, каждая галета является многослойной катушкой, которая имеет собственные клеммы для подвода тока и штуцеры для охлаждающей жидкости, галета выполнена в виде двух спиралей соединенных последовательно, в состав индуктора дополнительно входит спрейер и футеровка, при этом спрейер расположен ниже катушки индуктора и крепится на нижнем основании, а футеровка, являющаяся основной, расположена внутри катушки индуктора по всей его высоте, фиксаторы положения катушки в радиальном и вертикальном направлении установлены с возможностью изменения расстояния между обмоткой катушки индуктора и спрейером (RU 177463 U1, опубликовано 06.07.2017).
Недостатком прототипа является небольшая высота футеровки, которая только защищает галеты индуктора от высокой температуры, но не способствует равномерному распределению средней температуры по длине валка в процессе закалки.
Задача и технический результат, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - повышение энергоэффективности, улучшение распределения средней температуры валка при подогреве валка перед закалочным проходом.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в индукторе для закалки валков прокатных станов, содержащем нижнее основание, многослойную многовитковую обмотку катушки, выполненную из медной трубки прямоугольного сечения и снабженную на концах клеммами для подвода тока и штуцерами для подачи и слива охлаждающей воды, при этом обмотка катушки снабжена фиксаторами положения в радиальном и вертикальном направлении, причем многовитковая обмотка катушки индуктора выполнена набранной из галет, соединенных между собой, каждая галета является многослойной катушкой, которая имеет собственные клеммы для подвода тока и штуцеры для охлаждающей жидкости, галета выполнена в виде двух спиралей соединенных последовательно, в состав индуктора дополнительно входит спрейер и футеровка, при этом спрейер расположен ниже катушки индуктора и крепится на нижнем основании, а футеровка, являющаяся основной, расположена внутри катушки индуктора по всей его высоте, фиксаторы положения катушки в радиальном и вертикальном направлении установлены с возможностью изменения расстояния между обмоткой катушки индуктора и спрейером добавлена дополнительная футеровка, расположенная над индуктором, а также специальные фиксаторы для дополнительной футеровки, установленные на нижнем основании.
Дополнительная футеровка, расположенная над основной футеровкой и способна значительно повысить термический КПД индуктора, поскольку процесс подогрева и закалки валка занимает значительное время, а футеровка способна уменьшить потери с поверхности валка. Дополнительная футеровка может достигать толщины до 100 мм и высоты до 750 мм.
На фиг. 1 представлен общий вид индуктора для закалки валков прокатных станов.
Индуктор для закалки валков прокатных станов (см. фиг. 1) состоит из нижнего основания 1, многослойной, многовитковой обмотки катушки 2, выполненной из медной трубки прямоугольного сечения и снабженной на концах клеммами для подвода тока и штуцерами для подачи и слива охлаждающей воды. В состав индуктора входит спрейер 3 и футеровка 4, при этом спрейер 3 расположен ниже катушки 2 индуктора и крепится на нижнем основании 1, а основная футеровка 4 расположена внутри катушки 2 индуктора по всей его высоте, катушка 2 индуктора выполнена в виде многовитковой катушки, набранной из галет, соединенных между собой, каждая галета является многослойной катушкой, которая имеет собственные клеммы для подвода тока и штуцеры для охлаждающей жидкости, фиксаторы для дополнительной футеровки 6, установленные на нижнем основании 1, дополнительная футеровка 5, расположенная над основной футеровкой 4. Индуктор работает следующим образом. Подлежащий закалки валок 7 устанавливается вертикально в специализированный станок. В начальный момент времени индуктор находится ниже валка 7. Запускается цикл подогрева и закалки валка 7 - индуктор начинает двигаться вверх, включается источник питания, частота 50…175 Гц, происходит подогрев валка, индуктор доходит до верхней точки, после чего нагрев выключатся и индуктор опускается вниз. Таких проходов - подогревов индуктор делает необходимое количество раз, согласно технологической карте, пока температура на поверхности валка не станет равна 500…800°С. Процесс подогрева валка может занимать значительное время, за счет размеров и массы валка, дополнительная футеровка 5 позволяет уменьшить тепловые потери с поверхности валка на этапах подогрева и закалки валка 7 и тем самым это способствует увеличению термического КПД, а так же выравниванию средней температуры по длине валка 7. После подогрева наступает закалочный проход. На закалочном проходе индуктор двигается снизу вверх с включенным источником питания и спрейером 5. При закалке валков больших диаметров в индуктор необходимо вкладывать мощность порядка 1..3 МВт, следовательно, через индуктор и гибкие кабели для подключения источника питания с напряжением 800…1000 В, потечет ток порядка 1…5 кА.
Предлагаемое конструктивное решение индуктора для закалки валков прокатных станов обеспечивает достижение поставленного технического результата: за счет введения дополнительной футеровки.