通过横向流感应加热产品的设备的制作方法

1.本发明涉及通过横向流感应来加热产品的设备，该产品特别是诸如板坯、薄板坯以及条带的扁平产品。


背景技术：

2.通过横向流感应来加热产品的设备主要包括电源、感应器以及这些设备项之间的电连接部件。
3.横向流感应加热允许有效加热具有低磁导率的产品。例如，它允许以高功率密度(常规上高达约2500kw/m2)来加热碳钢超过其居里点。
4.尽管如此，该功率密度仍可能不足以在受尺寸或方法约束所限制的长度上获得希望的温度增加。
5.在钢铁工业中，连续铸造允许从被包含在钢水包中的熔化金属连续且直接地生产扁平产品。所获得的产品可以是厚度通常介于35mm到80mm之间的板坯、厚度通常介于5mm到35mm之间的薄板坯、或者厚度通常小于或等于5mm的条带。在金属已经在铸模中快速冷却使得可以固化该金属之后，感应加热装置允许使其达到用于轧制的合适条件，通常在1100℃到1250℃之间的温度下，以便在轧制之后获得希望的产品段和冶金。根据连续铸造的生产能力，使产品达到轧制温度所需的功率可以是几兆瓦。给定轧制温度水平和所需功率，已知加热装置是横向流感应设备。然而，已知的高流量横向流感应器使得功率限制在大约1.5mw。为了设置必需的有用功率，将若干感应器一个接一个地串联放置。最终所得的总长度很大，例如20m。炼钢厂希望尽可能多地减小该长度。而且，加热结束时产品的温度分布是轧制质量的决定因素。当前的横向流加热设备使得可以调节该温度分布，特别是限制边缘的过热，但只是在无法完全满足炼钢厂需要的有限调节范围内。
6.本发明提供了一种利用感应器和加热设备来解决这些问题的解决方案，该感应器和加热设备向产品注入的功率密度非常高，并且为产品的温度分布提供了更大的调节范围，从而允许获得产品的更好的温度均匀性。


技术实现要素：

7.根据本发明的第一方面，提供了一种旨在通过横向流感应来加热扁平产品的感应器，所述产品具有上面和下面，所述感应器包括线圈，所述线圈具有彼此大致平行的表面以及沿垂直于这些平面的方向的厚度，该感应器还包括处于线圈之间的中央空间，该中央空间旨在接纳产品，其中，将至少两个线圈设置在中央空间的第一侧，并且将至少两个线圈设置在中央空间的与第一侧相反的第二侧，并且在中央空间的同一侧，最靠近产品的所述面的线圈与产品的所述面间隔开第一距离，而其它线圈设置在距产品的所述面的这样的距离处，即，该距离至少等于第一距离加上布置在所述其它线圈与产品的所述面之间的线圈的厚度，并且线圈的表面至少部分重叠。
8.在产品的每一侧上至少部分重叠的至少两个线圈的存在使得可以改变所产生的
磁场线，并由此控制产品的每单位面积的温升。
9.本发明特别用于配备有高流量线圈的感应器，即，利用特定导体制成的线圈，例如包括绕形成芯的管(冷却剂流过该管)布置的多个线股，如本技术人的fr2989817所描述的。
10.根据本发明，被置于产品的同一侧的线圈在垂直于线圈延伸于的表面的方向上尽可能地彼此靠近，并且优选为彼此接触，以便限制由线圈之间的空间导致的寄生加热和感应器的效率下降。
11.根据本发明的一个实施方式，线圈关于彼此的相对位置可调节，以使线圈的垂直于表面(线圈在该表面上延伸)的中心轴线全部重合、线圈的这些中心轴线全部不同、或者一些中心轴线重合而其它中心轴线在平行于所述表面的方向上不同。
12.根据一种可能性，线圈关于彼此的相对位置可基于产品的宽度和/或基于产品的长度来调节。
13.根据本发明，位于待加热产品的同一侧的线圈可以彼此偏移。该偏移可以仅在横向于产品的方向上、仅在相对于产品的纵向方向上、或者既在纵向方向又在横向于产品的方向上。
14.同样地，被置于产品的任一侧的线圈可以彼此面对，或者它们可以仅在横向于产品的方向上、仅在相对于产品的纵向方向上、或者既在纵向方向上又在横向于产品的方向上偏移。偏移可以仅涉及部分线圈。例如，利用根据本发明的在产品的每一侧具有两个线圈的感应器，最靠近产品的两个线圈可以彼此面对，而两个外侧线圈可以偏移，反之亦然。线圈的面对位置是具有最佳效率的位置。特别地，可以执行线圈的偏移，以影响产品的温度分布，但是这将导致设备的效率降低。
15.根据本发明，感应器的处于产品的任一侧的线圈的相对位置也是可调节的，以便修改线圈延伸于的大致平行的表面之间的距离，即，修改气隙。
16.因此，根据本发明，可以修改线圈与产品之间的距离，即，增加或减小气隙。因此，如果希望降低向产品传输的功率密度，例如减小因过高的功率密度而导致的产品的温度不均匀性，则可以增加气隙。有利地，执行线圈的移动，以使产品在线圈之间居中，即，在产品与位于产品的每一侧的第一线圈之间存在大致相同的距离。
17.在产品的同一面上，从产品的所述面开始的第二线圈被定位在距产品的这样的距离处：该距离至少等于放置第一线圈的距离加上第一线圈的厚度。根据本发明，可以修改位于待加热产品同一侧的线圈之间的距离。由此可以将第二线圈移动远离第一线圈，以便修改向产品传输的功率密度。在产品的一个面上具有多于两个线圈的配置中，互补线圈的位置也可相对于其它线圈调节，以便将它们移动远离产品或者使它们更靠近产品。
18.根据本发明的第二方面，提出了一种用于产品的横向流感应加热设备，该设备包括至少一个根据先前变型实施方式中的一个变型实施方式的感应器以及电连接至所述感应器的至少一个电源。
19.根据感应器和电源的特性，这两个设备项之间的电连接可以包括电流升压或降压变压器和/或电容器。
20.该设备可以包括能够修改线圈距产品的最靠近该线圈的面的距离的装置。
21.根据一种可能性，该设备可以包括能够基于产品的宽度和/或基于产品的长度来修改第一线圈相对于第二线圈的相对位置的装置。
22.根据本发明的另选实施方式，感应器的设置在所述感应器的中央空间的一侧的线圈由所述至少一个电源中的第一电源供电，而设置在中央空间的另一侧的线圈由所述至少一个电源中的第二电源供电。
23.根据本发明的另一实施方式，最靠近中央空间的两个线圈由所述至少一个电源中的第一电源供电，而距中央空间最远的两个线圈由所述至少一个电源中的第二电源供电。在感应器包括多于四个线圈的情况下，位于最靠近中央空间的两个线圈与距中央空间最远的两个线圈之间的线圈可以由两个电源中的一个电源或另一电源供电。
24.可以将电源在横向于产品的方向上设置在产品的同一侧，或者在该横向方向上设置在产品的每一侧。
25.因此，根据本发明的在中央空间的每一侧具有两个线圈的实施方式，构成第一对线圈的最靠近中央空间的两个线圈可以由设置在产品的一侧的第一电源供电，而构成第二对线圈的距中央空间最远的两个线圈可以由设置在产品的另一侧的第二电源供电。
26.根据本发明的另选实施方式，两个电源具有不同的功率，可以由两对线圈向产品传输的最大功率流是不同的。
27.根据本发明的另选实施方式，该横向流感应加热设备包括沿产品的纵向方向的至少两个连续感应器。因此，第一感应器例如旨在确保产品的第一次温升，而第二感应器旨在确保产品的互补温升。根据感应器的线圈的相对位置，这两个感应器可以对感应器出口处的产品的温度分布具有相同的影响，或者可以具有不同的影响，例如相反的影响。因此，例如，第一感应器可以具有线圈的这样的工作位置：该工作位置导致产品的在横向于产品的方向上的两个边缘之一的强温升；而第二感应器具有线圈的这样的相对工作位置：该相对工作位置导致产品的另一边缘的急剧温升。因此，可以在各个感应器之后调节产品的温度分布，以便在最后一个感应器的出口处获得希望的温度分布。例如，利用包括两个连续的感应器并且进入第一感应器的产品的边缘比它的中心冷的解决方案，第一感应器可以升高产品的第一边缘的温度水平，第二感应器可以升高产品的第二边缘的温度，使得在第二感应器的出口处，产品已经达到希望的温升，同时具有均匀的温度或希望的温度分布。
28.根据本发明的第三方面，提出了一种借助于根据上述实施方式中的一个实施方式所述的设备对产品进行横向流感应加热的方法，其特征在于，感应器的线圈的关于彼此以及关于产品的相对位置是根据感应器的输出端处对准的产品的温度分布来调节的。
29.线圈的位置可以由操作员手动调节，该操作员对线圈进行定位，然后将线圈夹紧在工作位置。该调节可以使用机械装置进行，例如齿条或滑动类型的平移系统。该调节也可以通过电动、气动或液压装置发生，例如借助于千斤顶。通过使移动机动化，该调节可以是自动的。
30.线圈位置的调节可以通过操作员的动作来执行，或者根据产品的特性(特别是产品的宽度)、和/或在感应器的出口处的产品的希望温度分布来自动执行。
附图说明
31.根据下面具体实施方式，本发明的其它特征和优点将变得明显，为了理解具体实施方式，对附图进行说明，其中：
32.图1是处于第一工作位置的根据本发明的一个实施方式的感应器的示意性纵截面
图。
33.图2是处于与图1相同的工作位置的图1所示的感应器的示意性横截面图。
34.图3是处于与图1和图2相同的工作位置的先前图中所示的感应器的示意性俯视图。
35.图4是处于第二工作位置的先前图中所示的感应器的示意性俯视图。
36.图5是处于与图4相同的工作位置的先前图中所示的感应器的示意性横截面图。
37.图6是处于第三工作位置的先前图中所示的感应器的示意性俯视图。
38.图7是处于与图6相同的工作位置的先前图中所示的感应器的示意性纵截面图。
39.图8是处于第四工作位置的先前图中所示的感应器的示意性纵截面图。
40.图9是根据缸盖的两个实施方式的、根据本发明的感应器的示意性纵截面图，该图的上部例示了第一示例，该图的下部例示了第二示例。
41.图10是例示根据本发明的感应器的线圈的连接的第一示例的典型电路图。
42.图11是例示根据本发明的感应器的线圈的连接的第二示例的典型电路图。
43.图12是例示根据本发明的感应器的线圈的连接的第三示例的典型电路图。
44.图13是例示根据本发明的感应器的线圈的连接的第四示例的典型电路图。
45.图14是例示根据本发明的方法的示例实现的图，其具有在根据本发明的四个连续的感应器的出口处的产品的横向温度分布的演变。
46.由于下文中描述的实施方式在本质上并非进行限制，因此，可以特别考虑本发明的变型例，这些变型例仅包括选择的所描述的特征，只要该特征选择足以赋予技术优势或将本发明与现有技术区分开来即可。该选择包括至少一个优选的功能特征而无需结构性细节或者仅有结构性细节的一部分，只要该部分足以赋予技术优势或将本发明与现有技术区分开来即可。
47.在说明书的剩余部分中，具有相同结构或类似功能的要素将由相同标号来指定。
具体实施方式
48.图1至图8示意性地例示了处于可能不同的工作位置的根据本发明的感应器20的同一实施方式。感应器允许加热扁平产品1。该产品限定沿产品的长度方向的纵向方向以及沿产品的宽度方向的横向方向。
49.横向流感应器通常包括在产品的加热源处产生电磁场的线圈以及旨在使磁场通道化以提高感应器效率的缸盖。在待加热产品的每一侧，将线圈和缸盖固定在板上。感应器通常包括热保护，该热保护构成对来自产品的辐射的屏障。当需要将产品置于不同于空气的环境中(例如置于在不使产品发生氧化的环境中)时，这种热保护也可以是气密的。作为变型例，气密性可以与热保护分开地实现。为了简化本发明的表示，在附图中仅示出了线圈。
50.图1至图3示意性地例示了处于工作位置的第一示例中的感应器20。图1是感应器的纵截面图，图2是感应器的横截面图，图3是感应器的俯视图。
51.感应器20包括两对线圈2as、2ai、2bs、2bi，这两对线圈被布置在中央空间3的任一侧，待加热产品1位于该中央空间中。在这些图1至图3中可以看出，在工作位置的该示例中，将四个线圈完全叠置在一起，它们的中心轴线4as、4ai、4bs、4bi在纵向方向和横向方向上
重合。这种配置例如在这样情况下是合适的：线圈的尺寸使得当将这些线圈叠置时能够覆盖待加热产品的宽度。
52.从待加热产品1的上面1fs开始，第一线圈2ai在距离dai处，即，线圈2ai的表面s2ai所处的平面p2ai与产品的上面1fs相距长度dai。该距离dai强烈地影响由线圈向产品传输的功率密度。为了能够调节向条带传输的功率，该距离可以借助于图2所示的装置21来进行调节。
53.该装置21例如包括蜗杆和螺母，蜗杆的纵向轴线垂直于产品的面1fs，螺母被固定在与蜗杆协作的线圈上。因此，通过旋转蜗杆来调节线圈的位置。装置21也可以是齿条、线性马达、千斤顶或者任何其它已知的装置。
54.将第二线圈2as置于距产品的上面1fs的距离das处，即，线圈2as的表面s2as所处的平面p2as与产品的上面1fs相距长度das。该距离das至少等于第一线圈被定位的距离dai加上第一线圈的厚度。该距离das也强烈地影响由线圈向产品传输的功率密度。为了能够调节向条带传输的功率，该距离das也可以借助于图2所示的第二装置21来进行调节。
55.从待加热产品1的面1fi起，第一线圈2bi在距离dbi处，即，线圈2bi的表面s2bi所处的平面p2bi与产品的下面1fi相距长度dbi。该距离dbi强烈地影响由线圈向产品传输的功率密度。为了能够调节向条带传输的功率，该距离可以借助于图2所示的装置21来进行调节。
56.将第二线圈2bs置于距产品的下面1fi的距离dbs处，即，线圈2bs的表面s2bs所处的平面p2bs与产品的下面1fi相距长度dbs。该距离dbs至少等于第一线圈被定位的距离dbi加上第一线圈的厚度。该距离dbs也强烈地影响由线圈向产品传输的功率密度。为了能够调节向条带传输的功率，该距离dbs也可以借助于图2所示的第二装置21来进行调节。
57.图4和图5例示了处于第二工作位置的感应器20，其适合于比工作位置的第一示例中更大的产品宽度。图4是感应器的俯视图，图5是感应器的横截面图。感应器的纵截面图将与图1相同，对于这两个工作位置示例，线圈在纵向方向上的位置是相同的。在该第二工作位置，使线圈横向偏移以覆盖产品的整个宽度。
58.线圈的横向位置可由图4所示的装置22来调节。该装置22例如包括蜗杆和螺母，蜗杆的纵向轴线平行于产品的面1fs，螺母被固定在与蜗杆协作的线圈上。因此，通过旋转蜗杆来调节线圈的位置。装置22也可以是齿条、线性马达、千斤顶或者任何其它已知的装置。在图4的实施方式中，被布置在产品的同一面上的两个线圈配备有用于调节这些线圈的横向位置的装置22。根据本发明的另一实施方式，只有一个线圈配备有用于调节该线圈的横向位置的装置22。
59.图6和图7例示了处于第三工作位置的感应器20。图6是感应器的俯视图，图7是感应器的纵截面图。感应器的横截面图将与图5相同，对于第二和第三工作位置示例，线圈在横向方向上的位置是相同的。
60.线圈的纵向位置可由图6所示的装置23来调节。该装置23可以类似于用于调节线圈的横向位置的装置，或者可以不同。在图6的实施方式中，被布置在产品的同一面上的两个线圈配备有用于调节这些线圈的纵向位置的装置23。根据本发明的另一实施方式，只有一个线圈配备有用于调节该线圈的纵向位置的装置23。
61.图8以纵截面图示出了处于第四工作位置的感应器20。这个示例例示了这样的工
作位置，即，在所述线圈之间相对于待加热产品存在不对称性。因此，线圈2as不与线圈2bs相对。根据本发明，不对称性的任何其它变型例均是可以的。
62.线圈有利地是由导体的组合件制成的。各个导体皆包括绕形成芯的电绝缘材料管布置的多股导电材料(例如铜)，冷却剂流过该电绝缘材料管。利用具有良好导热系数的电绝缘膏浸渍线股，以确保线股与管之间的良好热传递。线圈例如由在线圈的同一平面上并置的导体的组合件制成。在每一端处，将导体彼此电连接在到电源的连接部件中。同样地，在每一端处，绝缘材料管通向形成冷却剂供应或排放歧管的腔，这取决于所述端部。
63.有利地，线圈包括如上所述的两个叠置且并置的组合件，即，在两个平行平面上的两层导体。在另选实施方式中，用于连接至电源的部件和/或到冷却剂的连接点对于这两层导体是公用的。
64.为了简化例示线圈的图，没有示出该线圈的电连接和液压连接。
65.根据本发明的另选实施方式，感应器在产品的每一侧包括至少一个缸盖。缸盖是由用电绝缘体分隔开的硅钢片堆层制成的。这种堆叠可使缸盖能够将由线圈产生的电磁场通道化，同时防止电流在缸盖中流动。图9以纵截面图例示了在产品1的中间宽度处的缸盖5的两个实施方式，已知在实际的感应器上，该缸盖在感应器的两侧是相同的。在该图的上部，缸盖具有采取线圈内部位置的中央延伸部。该图的下部所示的变型实施方式中不存在中央延伸部。如果缸盖包括中央延伸部，则缸盖的效率更好，但是这限制了线圈可能的横向行进。相反地，具有不带中央延伸部的缸盖的感应器将具有较低的效率，但是它将为线圈的相对位置提供更大的调节范围。
66.图10至图13是简化电气图，其以非限制性示例的方式例示了根据本发明的将具有两对线圈的感应器连接的不同变型例。
67.图10例示了串联/并联组合体，其中电源6为感应器的四个线圈供电，位于产品的同一侧的两个线圈2as、2ai并联连接，位于产品另一侧的另两个线圈2bs、2bi也并联连接，这两对线圈是串联连接的。该电路包括串联布置的电容器7。
68.图11例示了串联组合体，其中感应器由两个电源6供电。一个电源6向距产品最远的一对线圈2as、2bs供电，这对线圈是串联连接的。第二电源6向距产品最近的一对线圈2ai、2bi供电，这对线圈也是串联连接的。各个电路皆包括串联布置的电容器7。
69.图12也例示了具有两个电源6的配置，但是该配置的线圈是并联连接的。因此，一个电源6向距产品最远的一对线圈2as、2bs供电，这些线圈是并联连接的，而第二电源6向距产品最近的一对线圈2ai、2bi供电，这些线圈也是并联连接的。再次地，各个电路皆包括串联布置的电容器7。
70.在图11和图12所示的变型例中，可以将两个电源6置于产品的同一侧面，或者可以在产品的每一侧放置一个电源。
71.图13例示了接近图12所示的布置，其中感应器是由双输出电源6来供电的。电源6的一个输出端向距产品最远的一对线圈2as、2bs供电，这对线圈是串联连接的。电源6的第二输出端向距产品最近的一对线圈2ai、2bi供电，这对线圈也是串联连接的。各个电路皆包括串联布置的电容器7。
72.根据本发明在通过连续铸造生产薄钢板坯的情况下的示例应用，四个连续的设备使得可以将产品的温度从900℃升高至1000℃。各个设备皆包括被连接至感应器的电源，该
感应器具有被布置在产品的每一侧的两个线圈。该线圈是根据图10的示意图进行电连接的。在2500v的电压和1000hz的频率下向这些线圈供应高达4000a的电流。对这四个设备的线圈的相对位置进行调节，以便在输出端获得在1000℃下具有希望的横向温度分布的产品。
73.图14示出了产品的横向温度的变化图，其例示了针对再加热薄板坯的该应用示例的根据本发明的方法的实施方式。该图的y轴是产品的温度，x轴是产品的宽度。曲线a表示产品在第一感应器入口处的横向温度分布，其中产品的边缘温度明显低于中心。曲线b表示产品在第一感应器出口处的温度分布。使第一感应器的线圈的相对位置达到以下程度：促进位于该图左侧的产品边缘的强加热。曲线c表示产品在第二感应器出口处的温度分布。使第二感应器的线圈的相对位置达到以下程度：促进位于该图右侧的产品边缘的更强加热。曲线d表示产品在第三感应器出口处的温度分布。使第三感应器的线圈的相对位置达到以下程度：促进位于该图左侧的边缘的稍微更强的加热。曲线e表示产品在第四最终感应器出口处的温度分布。使最终感应器的线圈的相对位置达到以下程度：促进位于该图右侧的边缘的稍微更强的加热，从而获得产品的均匀温度分布。