Индукционное устройство для нагрева плоских металлических заготовок в состоянии левитации
INDUCTION DEVICE FOR HEATING FLAT METAL WORKPIECES IN A STATE OF LEVITATION

Предлагаемое изобретение относится к области электротехники, а конкретнее к электротермии, и предназначено для нагрева плоских заготовок цветных металлов.
Известны различные варианты выполнения устройства для индукционного левитационного нагрева, состоящего из индуктора, корпуса и системы охлаждения.
Известно устройство для плавки металла во взвешенном состоянии (авторское свидетельство SU №1117865, публ. 07.10.1984, МПК Н05В 6/32), содержащее тороидальный индуктор, выполненный в виде кольцевого сердечника с первичной обмоткой, охватывающий ее одним из участков вторичный виток, электропроводный стержень, расположенный внутри индуктора и электрически связанный с вторичным витком, и тороидальную плавильную камеру, установленную под индуктором, внешняя поверхность которой образована продолжением вторичного витка индуктора, а внутренняя - электропроводного стержня.
Недостатком настоящего технического решения является узкая область применения вследствие отсутствия возможности обработки плоских протяженных или непротяженных заготовок из-за формы индуктора.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для плавки металлов и сплавов во взвешенном состоянии (патент RU №2148226, публ. 27.04.2000, МПК F27B 14/06, Н05В 6/32), содержащее корпус с расположенными на нем индукторами в виде правильного многогранника для нагрева образца, через которые проходит ток высокой частоты. Устройство обеспечивает нагрев твердого образца или капли расплава.
Недостатками настоящего технического решения являются узкая область применения из-за невозможности нагрева плоской заготовки и низкие энергетические показатели устройства вследствие использования значительного количества многовитковых катушек (6 шт.).
Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в реализации возможности обработки плоских металлических заготовок в состоянии левитации.
Технический результат заключается в расширении области применения устройства и диапазона режимов нагрева обрабатываемой заготовки.
Это достигается тем, что в известном индукционном устройстве для нагрева в состоянии левитации, содержащем индуктор, установленный в корпусе, выводы питания, соединенные с панелью управления, расположенной в герметичном кожухе и закрепленной на корпусе, индуктор выполнен протяженным в виде групп протяженных медных токопроводящих витков прямоугольного сечения от 4×2 мм до 10×8 мм, представляющих собой четыре базовых витка, расположенных на расстоянии от 4 до 10 мм ниже горизонтальной оси индуктора, два закрывающих витка, расположенных на расстоянии от 3 до 8 мм выше горизонтальной оси индуктора и два стабилизирующих витка, расположенных на горизонтальной оси индуктора на расстоянии от 10 до 40 мм от вертикальной оси симметрии индуктора, при этом базовые, закрывающие и стабилизирующие витки индуктора выполнены с воздушным зазором, выводы питания подключены к обоим концам базовых, закрывающих и стабилизирующих витков индуктора, на торце корпуса индуктора выполнен прямоугольный проем для помещения и извлечения нагреваемой плоской металлической заготовки.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображено индукционное устройство для нагрева плоских металлических заготовок в состоянии левитации.
Индукционное устройство для нагрева плоских металлических заготовок в состоянии левитации содержит индуктор 1, установленный в корпусе 2.
Индуктор 1 выполнен протяженным в виде групп протяженных медных токопроводящих витков прямоугольного сечения от 4×2 мм до 10×8 мм, а именно: четырех базовых витков 3, расположенных на расстоянии от 4 до 10 мм ниже горизонтальной оси индуктора 1, двух закрывающих витков 4, расположенных на расстоянии от 3 до 8 мм выше горизонтальной оси индуктора 1 и двух стабилизирующих витков 5, расположенных на горизонтальной оси индуктора 1 на расстоянии от 10 до 40 мм от вертикальной оси симметрии индуктора 1.
К обоим концам всех витков (базовых 3, закрывающих 4, стабилизирующих 5) индуктора 1 подключены выводы питания 6, соединенные с панелью управления 7.
Базовые 3, закрывающие 4 и стабилизирующие 5 витки индуктора 1 выполнены с воздушным зазором 8.
На торце корпуса 2 индуктора 1 выполнен прямоугольный проем 9 для помещения и извлечения нагреваемой плоской металлической заготовки 10.
Панель управления 7 расположена в герметичном кожухе и закреплена на корпусе 2.
Индукционное устройство для нагрева плоских металлических заготовок в состоянии левитации работает следующим образом.
Помещение плоской металлической заготовки в предлагаемое индукционное устройство осуществляют через прямоугольный проем 9 корпуса 2.
При подключении индукционного устройства к источнику питания на выводы питания 6 базовых 3, закрывающих 4 и стабилизирующих 5 витков индуктора 1 подается ток, который создает переменное магнитное поле, под воздействием которого в плоской металлической заготовке 10 (например, алюминиевой) индуцируется электрический ток, нагревающий ее, а также создающий магнитное поле заготовки 10, которое, противодействуя полю индуктора 1, заставляет заготовку 10 подниматься в прямоугольном проеме 9 корпуса 2 и зависать на горизонтальной оси индуктора 1.
Подъемная сила магнитного поля плоской металлической заготовки 10 уравновешивает действующую на нее силу тяжести, в результате чего осуществляется индукционный нагрев плоской металлической заготовки 10, находящейся в состоянии левитации.
Стабилизирующие витки 5 обеспечивают горизонтальную устойчивость плоской металлической заготовки 10.
Ток закрывающих витков 4 направлен противоположно направлению тока базовых витков 3, за счет чего исключается подъем плоской металлической заготовки 10 до потолка корпуса 2 и обеспечивается равномерность ее нагрева.
Воздушный зазор 8 между базовыми 3, закрывающими 4 и стабилизирующими 5 витками индуктора 1 служит для их охлаждения. При этом тепловая энергия от индуктора 1 передается охлаждающей среде.
Панель управления 7 позволяет осуществлять регулирование уровня тока базовых 3, закрывающих 4 и стабилизирующих 5 витков индуктора 1 для обеспечения различных режимов нагрева заготовки. Также панель управления 7 обеспечивает задание параметров нагрева при различных материалах и температурных режимах.
В отличие от устройства-прототипа (где витки индуктора ориентированы концентрически), выполнение индуктора 1 в предлагаемом изобретении протяженным позволяет обрабатывать плоские заготовки различной длины. Расположение витков индуктора 1 со смещением в вертикальной плоскости позволяет стабильно удерживать заготовку в состоянии левитации. Кроме того, применение отдельных витков, а не многовитковых катушек позволяет снизить электрические и тепловые потери энергии и, как следствие, повысить энергетические показатели предлагаемого устройства.
За счет возможности изменения силы тока (как по группам - в базовых 3, закрывающих 4, стабилизирующих 5 витках индуктора 1, так и в целом всего индуктора 1), повышается диапазан режимов нагрева обрабатываемой плоской металлической заготовки 10. Таким образом, предлагаемое устройство особенно эффективно при использовании в индукционных установках большой мощности, т.к. при этом оно реализует больший диапазон режимов нагрева заготовки.
Использование изобретения позволяет расширить область применения индукционных устройств нагрева за счет реализации возможности обработки плоских металлических заготовок и расширить диапазон режимов нагрева обрабатываемых заготовок.