ЭЛЕКТРОМАГНИТНО ЗАЩИЩЕННЫЙ ИНДУКЦИОННЫЙ НАГРЕВАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
ELECTRO-MAGNETICALLY PROTECTED INDUCTION HEATER

Область техники
Настоящее изобретение в целом относится к электрическому индукционному нагревательному аппарату, у которого газонепроницаемый кожух изолирует изделие от окружающей среды, в то время как индукционное средство нагрева, расположенное вне кожуха, индукционно нагревает изделие внутри кожуха.
Уровень техники, относящейся к изобретению
Индукционный нагревательный аппарат из уровня техники включает в себя индукционное устройство и неметаллический газонепроницаемый кожух, расположенный вокруг непрерывно движущегося изделия типа металлической полосы или проволоки. Газонепроницаемый кожух тепло- и электроизолирован и окружает перемещающееся изделие непроводящим кожухом. Индукционное устройство располагается вокруг наружной части кожуха и соединено с подходящим источником переменного тока таким образом, что при протекании через индукционное устройство тока вокруг индукционного устройства создается магнитное поле. Поле воздействует на движущееся изделие и индукционно нагревает изделие. Для создания области, которая включает в себя магнитное поле выше и ниже по потоку относительно кожуха, непроводящий газонепроницаемый кожух должен выступать на достаточное расстояние (по меньшей мере 200 мм) выше и ниже по потоку от индукционного устройства параллельно направлению перемещения движущегося изделия. По крайней мере, на установках, где включение газонепроницаемого кожуха в индукционную нагревательную линию является плотным, указанное требование приводит к увеличению расстояния, что является определенной проблемой, в особенности, когда кожух прикреплен к находящейся перед ним или следующей за ним камере обработки, которая выполнена из электропроводящего материала. Кроме того, мощные индукционные устройства генерируют сильные электромагнитные поля, для которых обычно необходимы большие расстояния сзади и спереди, чтобы избежать нагрева присоединенных камер или арматуры, используемой для соединения между собой камер. При этом, когда газонепроницаемый кожух используется в качестве промежуточной камеры между предшествующей и последующей камерами, в некоторых приложениях термический нагрев предшествующей и последующей камер может вызвать силы сжатия, действующие на промежуточную камеру.
Таким образом, существует потребность в индукционном нагревательном аппарате, у которого длина газонепроницаемого кожуха, который параллелен движущемуся изделию, по существу ограничена длиной индукционного устройства и/или газонепроницаемый кожух может компенсировать силы, вызываемые тепловым расширением примыкающих к нему камер.
Раскрытие изобретения
В одном из аспектов настоящее изобретение представляет индукционный нагревательный аппарат и способ для индукционного нагрева полосы или какого-либо другого изделия, передвигающегося через по существу газонепроницаемый кожух. Индукционные устройства расположены вокруг наружной части кожуха для пропускания переменного тока с целью генерирования магнитного поля, которое проникает через кожух и индукционно нагревает проходящее через кожух изделие. Кожух включает в себя неэлектропроводящий материал, позволяющий взаимодействие магнитного поля с проходящим через кожух изделием, и экранирующий электромагнитное поле материал для ограничения областей магнитного поля. Индукционный нагревательный аппарат представляет особую ценность в случае его использования в качестве промежуточной нагревательной камеры, которая соединена с той или иной стороны с рабочей камерой, которая выполнена, по меньшей мере частично, из электропроводящего материала.
В другом аспекте настоящего изобретения газонепроницаемый кожух может включать в себя неэлектропроводящий материал и вокруг индукционного устройства снаружи кожуха может быть помещен электромагнитный шунт для ограничения магнитного поля выше и ниже по потоку от индукционного устройства.
В еще одном аспекте настоящего изобретения газонепроницаемый кожух может включать в себя неэлектропроводящий материал, который включает один или более гибких элементов для компенсации теплового расширения одной или более соединенных камер.
Указанные выше или другие аспекты изобретения представлены в настоящем описании и в прилагаемой формуле изобретения.
Краткое описание чертежей
С целью проиллюстрировать изобретение на чертежах изображена предпочтительная для настоящего изобретения форма, хотя при этом следует иметь в виду, что изобретение строго не ограничено показанными компоновкой и аппаратурой.
Фиг.1 - вид в поперечном сечении индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению, показанного на фиг.2, по линии А-А.
Фиг.2 - вид в перспективе одного из примеров индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 - вид в поперечном сечении другого примера индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению.
Фиг.4 - вид в поперечном сечении еще одного примера индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению.
Фиг.5 - вид в поперечном сечении еще одного примера индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению.
Фиг.6 - вид в поперечном сечении еще одного примера индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению.
Фиг.7 - вид в поперечном сечении примера индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению, показанного на фиг.1 и фиг.2, и примыкающих к нему рабочих камер.
Фиг.8 - вид в поперечном сечении индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению и одной или более примыкающих к нему рабочих камер.
Фиг.9 - вид в поперечном сечении индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению и одной или более примыкающих к нему рабочих камер.
Фиг.10 - вид в поперечном сечении индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению и одной или более примыкающих к нему рабочих камер.
Фиг.11 - вид в поперечном сечении индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению и одной или более примыкающих к нему рабочих камер.
Детальное описание изобретения
На чертежах одни и те же позиции обозначают одни и те же элементы. На фиг.1 и фиг.2 показан один пример индукционного нагревательного аппарата согласно настоящему изобретению. Газонепроницаемый кожух 12 представляет собой средство для по существу изолирования изделия 90 от окружающей среды при прохождении изделия через кожух в направлении, указанном стрелкой (устанавливающей ориентацию вверх по потоку и вниз по потоку через кожух). Индукционное устройство 14 или 14а расположено снаружи кожуха 12 и соединено с подходящим источником 82 переменного тока, вследствие чего ток, протекающий через индукционное устройство, создает магнитное поле (представленное обычными линиями 92 магнитной индукции, показанными в виде штриховых линий), которое обеспечивает магнитное взаимодействие с полосой 90 при ее прохождении через кожух с целью индукционного нагрева полосы.
Кожух 12 включает в себя неэлектропроводящий материал 12а и экранирующий электромагнитное поле материал 12b. Неэлектропроводящий материал используется, по меньшей мере, в тех областях кожуха, где проходит магнитное поле для взаимодействия с изделием, когда изделие проходит через кожух. В этом не ограничивающем изобретение примере экранирующий электромагнитное поле материал используется по меньшей мере в тех областях кожуха, где магнитное поле выходит выше и ниже по потоку от индукционного устройства, ограничивая тем самым распространение магнитного поля выше и ниже по потоку и по существу уменьшая общую длину индукционного нагревательного аппарата.
Материал «L-образного» электромагнитного экрана кожуха 12, показанный на фиг.1 и фиг.2, представляет собой один из не ограничивающих изобретение вариантов, который может быть использован в индукционном нагревательном аппарате согласно настоящему изобретению. В целях настоящего изобретения, чтобы ограничить распространение магнитного поля выше и ниже по потоку от кожуха, экранирующие области кожуха 12 выше и ниже по потоку, должны лишь иметь достаточные размер и форму. Например, в альтернативных примерах изобретения, экранирующий электромагнитное поле материал 12b' может иметь форму арки, как это показано на фиг.3.
Использование экранирующих электромагнитное поле областей имеет особую ценность в том случае, когда индукционный нагревательный аппарат согласно настоящему изобретению используется в качестве промежуточной нагревательной камеры, которая соединена с предшествующей и/или следующей за ней технологической камерой. Например, газонепроницаемый кожух 12 на фиг.7 используется в качестве промежуточной индукционной нагревательной камеры, между расположенной выше и/или ниже по потоку технологической камерой 20а и/или камерой 20b (показаны в частичных поперечных сечениях), соответственно, которые имеют области, примыкающие к кожуху 12 и которые могут состоять, по меньшей мере, частично, из электропроводящего материала.
Экранирующий электромагнитное поле материал может включать в себя электропроводящий материал типа медной или алюминиевой композиционной плиты, или материал с высокой или средней магнитной проницаемостью, такой как (но не ограничиваясь им) MuMetal в форме листа, фольги или сетки, заземленный, если это необходимо в случае конкретного применения.
Кожух является по существу газонепроницаемым, в котором должны быть выполнены отверстия для прохода изделия и который может быть теплоизолированным для сохранения в нем тепла. В некоторых случаях кожух может включать в себя устройство для ввода в него газовой композиции и/или устройство для вывода из камеры газовой композиции. Кожух может включать в себя дополнительные конструктивные элементы, которые не пропускают взаимодействующее с изделием магнитное поле.
Используемый нагревательный индуктор, или индукционное устройство 14, может быть нагревательным индуктором любого типа, включая (но не ограничиваясь ими) один или более индукторов в форме катушек или листов, соединенных последовательно и/или параллельно, из которых один или более индукторов генерируют продольные или поперечные поля. Фиг.2 иллюстрирует один из примеров настоящего изобретения, в котором индукционным устройством является соленоид 14а. Катушка 14а охватывает кожух 12, и ее выводы 11а и 11b используются для подходящего соединения с источником 82 переменного тока. Ток этого источника генерирует магнитное поле вокруг катушки, которое взаимодействует с изделием для ее индукционного нагрева. В других примерах изобретения индукционное устройство может включать в себя пару катушек, которые расположены на противоположных сторонах кожуха для создания поперечного поля, либо иметь любую другую подходящую конфигурацию катушки.
На фиг.2 верхний и нижний уплотнительные элементы 12с и 12d кожуха (не показаны, установленные на входном конце кожуха) над и под экранирующим магнитное поле материалом могут быть выполнены из любого подходящего материала. В зависимости от расположения может оказаться предпочтительным электропроводящий материал.
На фиг.2 неэлектропроводящий материал 12а проходит перпендикулярно поверхности полосы 90. В других примерах изобретения неэлектропроводящий материал может также заканчиваться перпендикулярно краям полосы.
В альтернативных примерах изобретения газонепроницаемый кожух может включать в себя неэлектропроводящий материал 12а”, в котором экранирующий электромагнитное поле материал 12b” расположен, как показано на фиг.4. В других примерах изобретения экранирующий электромагнитное поле материал 12b может проходить вдоль длины индукционного устройства, ограничивая тем самым магнитное поле в направлении, перпендикулярном плоскости изделия, как это показано на фиг.5.
Фиг.6 иллюстрирует еще один пример индукционного нагревательного аппарата, в котором кожух включает в себя неэлектропроводящий материал 12а и электромагнитный шунт 84, присутствия которого вокруг индукционного устройства 14 достаточно для ограничения проникновения магнитного поля выше и ниже по потоку при протекании через индукционное устройство переменного тока. В других примерах изобретения один или более электромагнитных шунтов могут быть, как это раскрыто выше, скомбинированы с экранирующим электромагнитное поле материалом.
Фиг.8-11 иллюстрируют не ограничивающие изобретения примеры индукционного нагревательного аппарата, у которого неэлектропроводящий материал 13а газонепроницаемого кожуха 13 включает в себя одну или более гибких структур, которые позволяют газонепроницаемому кожуху выдерживать тепловое расширение в направлениях выше и ниже по потоку. Особенно предпочтительно, когда газонепроницаемый кожух соединен с расположенной выше и/или ниже по потоку рабочей камерой, как это иллюстрируется на фиг.8, расположенной ниже по потоку рабочей камеры 20с (показана в частичном поперечном сечении). В таком не ограничивающем изобретение расположении примыкающая камера 20с соединена с кожухом 13 через соединительный элемент 94', которым может быть, например, фланец из нержавеющей стали. Противоположный входной конец кожуха 13 также может быть соединен с расположенной выше по потоку рабочей камерой (не показана на чертежах) через соединительный элемент 94”. На фиг.8 гибкая структура неэлектропроводящего материала 13а представляет собой V-образный элемент 13а', расположенный на противоположных концах неэлектропроводящего материала. Так как примыкающие расположенные выше и/или ниже по потоку рабочие камеры могут при нагревании расширяться, ноги V-образного элемента будут сжиматься по указанным стрелками направлениям, компенсируя тем самым расширение примыкающих камер, в частности в направлениях выше и ниже по потоку. Соединительные элементы 94' и/или 94” могут быть расположены таким образом, чтобы они перемещались в направлениях выше и ниже по потоку при реакции кожуха 13 на тепловые эффекты, действующие на примыкающие камеры. На фиг.9 гибкая структура неэлектропроводящего материала 13а представляет собой наклонный элемент 13а”, расположенный на противоположных концах неэлектропроводящего материала. Как следует из фиг.9, элемент 13а” отклоняется от поверхности изделия 90 на входном и выходном концах кожуха 13. При реакции кожуха 13 на тепловые эффекты, воздействующие на примыкающие камеры, угол наклонного элемента 13а” относительно поверхности изделия 90 увеличивается, компенсируя тем самым расширение примыкающих камер, в частности в направлениях выше и ниже по потоку. На фиг.8 и фиг.9 экранирующий электромагнитное поле материал может быть по меньшей мере в тех областях кожуха, где магнитное поле проходит выше и ниже по потоку от индукционного устройства. В некоторых случаях, как это иллюстрируется экранирующим электромагнитное поле материалом 13b на фиг.8 и фиг.9, материал может быть также помещен вдоль длины индукционного устройства, для ограничения магнитного поля в направлении, перпендикулярном плоскости изделия.
Фиг.10 и фиг.11 иллюстрируют V-образный элемент 13а' и наклонный элемент 13а”, соответственно, причем на газонепроницаемом кожухе используются один или более электромагнитных шунтов 84, подобных шунту из примера изобретения, проиллюстрированного на фиг.6 и описанного выше.
На фиг.8-11 V-образный элемент 13а' и наклонный элемент 13а” представляют собой два не ограничивающих изобретение примера гибкой структуры для неэлектропроводящего материала газонепроницаемого кожуха. Хотя на этих чертежах иллюстрируется определенное количество гибких структур, количество гибких структур в конкретном примере изобретения будет зависеть от применения. Гибкие структуры неэлектропроводящего материала, иллюстрируемого на этих чертежах, могут быть далее введены и в другие примеры изобретения.
Во всех примерах изобретения изделие 90 может представлять собой непрерывное изделие типа полосы или проволоки, или несколько отдельных изделий, которые можно удобным образом пропускать через кожух, например, с помощью конвейерной системы.
Приведенные выше примеры изобретения предложены лишь в целях разъяснения и ни в коем случае не предназначены для ограничения настоящего изобретения. Хотя изобретение описано на основе различных вариантов осуществления, используемые в заявке формулировки являются формулировками описания и иллюстрации, а не формулировками ограничений. Хотя изобретение описано в заявке с упоминанием конкретных устройств, материалов и вариантов осуществления, не предполагается, что изобретение ограничивается раскрытыми в заявке деталями, но скорее оно распространяется на все функционально эквивалентные структуры, способы и применения в рамках объема прилагаемой формулы изобретения. Специалисты, почерпнув сведения из настоящего описания, могут производить в нем различные модификации, и при этом изменения могут быть сделаны без выхода за пределы объема изобретения.