用于加热金属制品的设备的制作方法

1.本发明涉及一种在钢铁领域(例如铸造厂、轧制厂、二者组合或其他在每种情况下都需要加热金属制品的工厂)中使用的用于金属制品的加热设备。该加热设备使用电磁感应来加热金属制品。
2.通过非限制性的示例，所讨论的金属制品或半成品金属制品可以是具有圆形、方形、长方形或类似截面的板坯、坯段、钢坯等。


背景技术：

3.在生产金属制品(如板坯、坯段、钢坯或其他类似制品)时，众所周知，制品被加热或保持在预定的温度下，以获得没有裂纹并且在每种情况下都具有期望特性的金属制品。
4.这可以通过适当的感应加热设备来实现，该感应加热设备基于它们在每种情况下产生的磁场，特别是通过在金属制品中感应的电流而允许由于焦耳效应加热金属制品的部分区段。
5.存在感应加热设备，即所谓的纵向磁通加热器(longitudinal flux heater，lfh)，其中感应线圈或绕组围绕着腔室，待加热的金属制品在腔室中移动，使得产生的磁场与待加热的金属制品平行，并指向待加热的金属制品沿加热设备移动的方向。
6.lfh加热设备特别适用于加热具有圆形、方形或矩形截面的长的金属制品。
7.在这些加热设备中，线圈通常被集成在由耐火材料(例如水泥)制成的结构中，并通过一系列的管道冷却，冷却水在管道中流动。
8.水泥面向待加热的金属制品通过的腔室，腔室内可以达到非常高的温度，甚至高达1100℃，而通常距离腔室表面几厘米远且正被冷却的线圈受到的最高温度约为100℃。
9.因此，加热腔室的表面和冷却螺旋管所在的区域之间的温差非常高，这导致腔室的涂层材料内部出现不可控制的热膨胀，造成诸如裂纹、裂缝等的有害现象，这些现象在加热设备中传播并随着时间的推移变得越来越深，直到加热设备无法使用。
10.加热设备的尺寸(例如如果加热的是板坯等金属制品，则为宽度方面的尺寸，或者例如如果加热的是坯段等金属制品，则为长度方面的尺寸)越大，这个问题就越突出。
11.将线圈集成在水泥中还意味着很难对线圈进行维护操作，并且此外，由于在集成有线圈的耐火材料中出现裂纹或断裂，线圈也会受到损害。
12.此外，由于机械振动以及上述的产生热膨胀现象的温差，耐火材料也会变坏和断裂。
13.因此，需要改进用于金属制品的加热设备，其能够克服本领域现状的至少一个缺点。
14.特别地，本发明的一个目的是提供一种用于金属制品的加热设备，特别是lfh类型的设备，其能够承受高温和热膨胀现象，从而确保对加热设备的结构和感应线圈的有效热保护。
15.本发明的另一个目的是提供一种用于金属制品的加热设备，其允许显著降低位于
加热腔室后面的元件(即加热线圈、支撑件等)的温度。
16.本发明的另一个目的是提供一种用于金属制品的加热设备，其特别地由于高热阻而允许降低由辐射造成的热损失，从而提高感应加热的整体效率。
17.本发明的另一个目的是提供一种用于金属制品的加热设备，其高效、高度灵活并能适应不同的加热需求。
18.本发明的另一个目的是提供一种用于金属制品的加热设备，在该加热设备中由于使用了至少一个隔热罩，因此在加热腔室的内部和外部之间，也就是在金属制品被加热的区域和采用被冷却的感应线圈的区域之间进行了热解耦。
19.申请人设计、测试并实施了本发明，以克服本领域现状的缺点并获得这些和其他的目的和优点。


技术实现要素：

20.在独立权利要求中对本发明进行了阐述和表征，而从属权利要求则描述了本发明的其他特征或主要发明思想的变型。
21.根据上述目的，本发明的一个目的是一种用于金属制品的加热设备，其能够通过电磁感应对定位在加热腔室中并沿进料方向移动的至少一个金属制品进行加热；该加热设备包括一个以上的加热线圈，其定位在围绕加热腔室和待加热的金属制品的环中；该一个以上的加热线圈基本上横向于金属制品的进料方向定位并且能够产生磁场，该磁场的方向基本上与待加热的制品的进料方向平行或重合并且指向与待加热的制品的进料方向相同的方向；该加热设备还包括至少一个隔热罩，其定位在一个以上的加热线圈和待加热的金属制品之间；该隔热罩包括壁，其设置有热和电绝缘材料的块并围绕待加热的金属制品定位，并且隔热罩还包括冷却管，冷却管定位在壁中并被构造为允许至少一种冷却流体的流动。
22.该加热设备设置有隔热罩并能够产生磁场，磁场的方向基本上与待加热的金属制品的进料方向平行或重合并且指向与待加热的制品的进料方向相同的方向，该加热设备有利地允许获得基本上360
°
的有效热保护，即在设备的围绕待加热的金属制品并由此相对于其径向布置的所有区域，其允许在各个方向上显著降低布置在其后面的元件(因此，例如为加热线圈)的表面温度，并且由于隔热罩的高热阻，其允许降低由辐射造成的热损失，因而提高通过感应进行加热的整体效率，而且其只受到热膨胀引起的有害现象的有限影响，或者根本不受其影响。
23.根据本发明的另一个方案，壁上所设置的块可以相互靠近地定位，在它们之间可以留出自由空间，以允许隔热罩的适当热膨胀。
24.在一些实施例中，隔热罩的壁可以包括至少一块由热和电绝缘材料制成的板，块和冷却管定位在板上。
25.在一些实施例中，隔热罩可以具有基本为方形或矩形的截面，并且可以由彼此独立的至少两个壁形成。
26.根据本发明的其他方案，隔热罩可以包括一对或两对相对且平行的壁以及连接元件，连接元件独立于壁并且对应于限定在相对的侧向的壁之间的角部区域定位。
27.根据本发明的其他特征，在壁的块之间可以形成隔室，以容纳冷却管或冷却螺旋
管，其中，隔室优选地包括至少两个相对的拱形侧壁。
28.在一些实施例中，加热设备可以包括依次布置并且在进料方向和产生的磁场的方向上对齐的多个加热线圈。
29.各个加热线圈都可以包括其自身的连接元件，连接元件可以通过适当的可拆卸的连接装置与沿着加热设备延伸的支撑件联接。
30.在一些实施例中，一个以上的加热线圈是由单个的固体铜元件制成。
31.在其他实施例中，一个以上的加热线圈可以由一层以上的相邻的李兹(litz)型导体构成，李兹型导体即由多个导体股形成的导体，该多个导体股彼此之间电绝缘、交织或不交织并包含在护套内。
附图说明
32.本发明的这些和其他特征将从以下参照附图对作为非限制性示例给出的一些实施例的描述中变得显而易见，其中：
[0033]-图1是根据本发明的用于金属制品的加热设备的三维视图；
[0034]-图2是该加热设备的前视图；
[0035]-图2a是图2中的加热设备的一部分的放大比例视图；
[0036]-图3是该加热设备的另一个三维视图；
[0037]-图4是该加热设备的某一区域的放大比例视图；
[0038]-图5是该加热设备的侧视图。
[0039]
为了便于理解，在可能的情况下，在图中使用相同的参考号来标识相同的共同元件。可以理解的是，一个实施例的元件和特征可以方便地并入其他实施例，而不需要进一步说明。
具体实施方式
[0040]
现在我们将详细参照本发明的各种实施例，在附图中示出了实施例的一个以上的示例。各个示例都是以对本发明的图示的方式提供的，并且不应理解为对本发明的限制。例如，所示出或描述的特征，因为它们是一个实施例的一部分，可以在其他实施例上采用或与其他实施例相关联，以产生另一个实施例。可以理解的是，本发明应包括所有这些变型例和变体。
[0041]
在描述这些实施例之前，我们还必须澄清，本描述在应用方面并不限于以下使用附图的描述中描述的部件的结构和布置的细节。本描述可以提供其他的实施例并且能够通过其他各种方式获得或执行。我们还必须澄清，这里使用的短语和术语只是为了描述的目的，不能被认为是限制性的。
[0042]
参照附图，根据本发明的加热设备10能够通过电磁感应对位于加热腔室12中并沿着进料方向x1移动的至少一个金属制品11进行加热，例如参见图1。
[0043]
特别地，所示出的金属制品11可以是具有方形或矩形的截面的细长金属制品，如钢坯或坯段。然而，沿着进料方向x1移动的金属制品11也可以是板坯、线材等。
[0044]
另请参见图5，加热设备10包括能够通过电磁感应加热金属制品11的一个以上的加热线圈13。
[0045]
一个以上的加热线圈13被定位在围绕加热腔室12并由此围绕待加热的金属制品11的环中。
[0046]
例如如图1所示，一个以上的加热线圈13基本上是相对于进料方向x1横向地定位的，并且能够产生磁场，磁场的方向m1基本上与进料方向x1平行或重合。该磁场也指向与进料方向x1相同的方向。
[0047]
加热设备10包括定位在一个以上的加热线圈13和待加热的金属制品11之间的至少一个隔热罩14。
[0048]
隔热罩14包括壁15和定位在壁15中的冷却管17，壁15设置有由热和电绝缘材料制成的块16。适当的冷却流体(如水等)将被送入冷却管17。特别地，壁15是由适当地靠近的多个块16形成的。
[0049]
隔热罩14具有高的电磁效率，从电磁学角度看，对于方向m1上的纵向磁流是完全可穿透的，其损失小于总加热功率的0.1％。由于该隔热罩的高热阻，隔热罩允许降低由辐射造成的热损失，从而提高通过感应的整体加热效率。特别地，隔热罩14确保了在加热腔室12和由此加热设备10的所有方向上的热保护，因此是360
°
的保护。因此，从加热腔室12的内部到外部的温度在每个方向上都大幅度地降低。
[0050]
另请参见图2a和图4的放大图，这些块16相互靠近，它们之间留有一定的自由空间s，以补偿加热设备10中发生的热膨胀。自由空间s的幅度自然可以根据项目，例如基于安装有隔热罩14的加热设备10的类型来进行选择。
[0051]
例如参见图2，隔热罩14可以具有方形或矩形的截面。隔热罩14由至少两个彼此独立的壁15形成。
[0052]
在以非限制性示例示出的实施例中，示出了彼此独立的四个壁15。
[0053]
隔热罩14可以具有一对或两对相对且平行的壁15以及对应于加热腔室的角部和壁的角部的连接元件18。连接元件18相对于隔热罩14的壁15具有一定的倾斜度。
[0054]
多个块16靠近地布置并在它们之间形成隔室19、19’以容纳至少一个冷却管17(另请参见图2a的放大图)，或容纳由多个冷却管17形成的冷却螺旋管20的一部分(参见图4)。
[0055]
块16可以是例如小砖块、瓦片等且可以由耐火材料制成。
[0056]
隔室19、19’由限定在块16之间并具有拱形的侧壁21界定，以便以更稳定的方式容纳冷却管17或冷却螺旋管20。
[0057]
隔热罩14的壁15还包括由电和热绝缘材料制成的板22。冷却管17和块16被定位在板22上。
[0058]
具有靠近布置的冷却管17和块16的板22也可以被容纳在由热和电绝缘材料制成的支撑件23中，支撑件23例如为成型元件等的形式。
[0059]
图3示出了该加热设备10，其中一个加热线圈13已被移除以突出冷却管17。冷却管17将设置合适的连接件24，以与供应冷却液的液压回路连接。
[0060]
图5示出了该加热设备10的侧视图，其中多个加热线圈13(例如四个加热线圈13)依次设置。能够设置若干个依次布置的加热线圈13使该加热设备具有更大的模块性和适应特定加热需求的可能性，同时也允许能够制作一定长度的加热设备。
[0061]
然后，加热线圈13被依次放置并沿进料方向x1对齐，并产生沿着方向m1的磁场。
[0062]
各个加热线圈13是彼此独立的，因此可以很容易地用另一加热线圈13替换。事实
上，各个加热线圈13都包括其自身的连接元件25，该连接元件25可以通过合适的可拆卸的连接装置26(例如螺栓、销等)与例如在加热设备10的上部沿着加热设备10延伸的支撑件27联接。
[0063]
加热线圈13可以由单个的固体铜元件制成。固体铜元件内部是空心的，并设有冷却回路。单个的固体铜元件中的加热线圈13可以特别地用于低工作频率，通常小于或等于约1000赫兹。固体铜元件可以具有任意的截面，例如方形、矩形、圆形等。
[0064]
加热线圈13也可以由“李兹”型导体制成，“李兹”型导体即由多个导体股形成的导体，该多个导体股彼此之间电绝缘、交织或不交织并包含在护套内。
[0065]
加热线圈13可以由一层以上的彼此相邻的李兹型导体形成。在这种情况下，加热线圈13也将设置有其自身的冷却回路。李兹型导体允许显著降低由于集肤效应和邻近效应而造成的损失，从而引起加热设备10的整体加热效率的提高。具有李兹型导体的加热线圈13可以特别地用于中等工作频率，通常在1000到10000赫兹之间。
[0066]
正如我们所看到的，该加热设备10设置有隔热罩14并能够产生磁场，磁场的方向m1基本上与待加热的金属制品11的进料方向x1平行或重合并且在其中指向待加热的金属制品11的进料方向，该加热设备10有利地允许获得基本上360
°
的有效热保护，即在设备的围绕待加热的金属制品11并由此相对于其径向布置的所有区域，其允许在各个方向上显著降低布置在其后面的元件(因此例如为加热线圈13)的表面温度，并且由于隔热罩14的高热阻，其允许降低由辐射造成的热损失，因而提高通过感应进行加热的整体效率，而且其只受到热膨胀引起的有害现象的有限影响，或者根本不受其影响。
[0067]
有利地，此外，由于使用了至少一个隔热罩14，该加热设备10允许在加热腔室12的内部和外部之间，因而在金属制品的加热区域和被冷却的加热线圈13所在的区域之间获得热解耦。
[0068]
很明显，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对前述的加热设备进行部件的变型和/或增加。
[0069]
同样明显的是，尽管已经参照一些具体的示例对本发明进行了描述，但本领域的技术人员应该肯定能够实现许多其他同等形式的加热设备，具有权利要求书中列出的特征，并因此都属于由此限定的保护领域。
[0070]
在以下权利要求中，括号内的附图标记的唯一目的是为了方便阅读：它们不得被视为对具体权利要求中所要求保护的保护领域的限制性因素。