均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶鋼感應(yīng)加熱氣氛爐領(lǐng)域，尤其涉及一種均勻加熱帶鋼的方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼鐵產(chǎn)品按形狀大體可分成管線材和板帶材兩個(gè)大類，其中絕大多數(shù)板帶材產(chǎn)品，比如熱軋板、冷軋板以及連退板、涂鍍板等都要經(jīng)過加熱爐進(jìn)行退火等相關(guān)熱處理。為防止板帶產(chǎn)品氧化，加熱爐內(nèi)往往都有保護(hù)氣氛，比如氮?dú)獾龋蜻€原性氣氛，如氫氣等，以下簡稱氣氛加熱爐。
[0003]由于板帶產(chǎn)品的寬窄比很大，在氣氛加熱爐內(nèi)完成加熱，其產(chǎn)品橫向溫度不均?，F(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的氣氛加熱爐往往采用電加熱或燃?xì)饧訜?、熱風(fēng)加熱等方式，由于爐體比較長，爐內(nèi)蓄熱，溫度相對(duì)比較均勻，板帶產(chǎn)品橫向溫度均勻性基本滿足退火要求，而隨著加熱技術(shù)的進(jìn)步，一些的特殊的需求提出來了，采用感應(yīng)加熱形式的氣氛加熱爐也開始多起來。感應(yīng)加熱氣氛加熱爐與傳統(tǒng)氣氛加熱爐有很大不同，鋼鐵板帶產(chǎn)品的加熱是依靠非接觸的電磁場(chǎng)在鋼鐵產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生渦電流，利用金屬材質(zhì)的電阻焦耳熱特性來達(dá)到加熱目的，因而這種加熱爐基本沒有蓄熱功能，鋼鐵板帶產(chǎn)品的升溫是內(nèi)生熱源，加熱速率也比傳統(tǒng)氣氛爐快，因而對(duì)感應(yīng)加熱氣氛爐而言，板帶產(chǎn)品的加熱溫度均勻性問題更大，尤其是對(duì)寬幅面規(guī)格的板帶產(chǎn)品加熱，因電磁場(chǎng)的邊部效應(yīng)易造成更大的橫向溫差。
[0004]感應(yīng)加熱氣氛爐目前有兩類:一是縱磁爐，其電磁感應(yīng)器是扁平螺線管形式，電磁場(chǎng)方向與工件表面平行，該類爐加熱板帶產(chǎn)品的厚度方向即表面和心部溫差往往比較大，表面橫向溫差相對(duì)比較小，根據(jù)相關(guān)的文獻(xiàn)和加熱實(shí)踐看，在同一時(shí)刻，板帶產(chǎn)品表面的橫向?qū)挾茸畲鬁囟纫策_(dá)正負(fù)10°c以上，對(duì)材質(zhì)的熱處理性能產(chǎn)生不良影響，因而需要對(duì)加熱溫度均勻性進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。二是橫磁爐，其電磁感應(yīng)器在板帶產(chǎn)品上下成對(duì)設(shè)置，電磁場(chǎng)方向垂直傳統(tǒng)工件表面，該類爐加熱板帶產(chǎn)品，由于電磁的邊部效應(yīng)會(huì)造成帶鋼在寬度方向上溫度均勻性比較差，根據(jù)國內(nèi)外的研究文獻(xiàn)看，用橫磁爐加熱板帶鋼產(chǎn)品的同一橫斷面表面溫差達(dá)正負(fù)3%以上，無法滿足材質(zhì)熱處理要求，更需要對(duì)爐子的加熱溫度均勻性進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)；現(xiàn)有技術(shù)中的感應(yīng)加熱氣氛爐的型腔形狀一般均為長條矩形，對(duì)提高帶鋼的溫度均勻性無任何幫助。
[0005]事實(shí)上，感應(yīng)加熱氣氛爐的加熱溫度均勻性有兩方面因素決定:一是電磁熱作用，為加熱工件提供主體發(fā)熱熱源，其電磁發(fā)熱功率的分布決定著加熱工件的溫度均勻性；二是氣氛爐內(nèi)的對(duì)流換熱條件。感應(yīng)加熱氣氛爐電磁感應(yīng)器的設(shè)計(jì)和形狀結(jié)構(gòu)本身對(duì)工件加熱的溫度均勻性有著非常關(guān)鍵的影響，但同時(shí)，氣氛爐內(nèi)的對(duì)流換熱條件同樣對(duì)工件的加熱溫度均勻性產(chǎn)生重要影響。
[0006]針對(duì)感應(yīng)加熱氣氛爐對(duì)工件的加熱溫度均勻性問題，現(xiàn)有專利技術(shù)CN200480008083.3公開了一種復(fù)雜工件的感應(yīng)熱處理裝置，依靠改變電磁加熱感應(yīng)器的形狀來解決加熱工件的溫度分布。專利CN99203899.5則公開了一種形狀可改變的高頻電磁感應(yīng)器，同樣說明了對(duì)溫度均勻性控制的可行性。專利US20030192878則公開了一種橫磁氣氛加熱爐或稱為馬弗，該專利的核心權(quán)利要求是該馬弗結(jié)構(gòu)的抗電磁性材質(zhì)結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性的解決了在感應(yīng)加熱馬弗爐內(nèi)的電磁穿透性問題。
[0007]以上專利技術(shù)所涉及的感應(yīng)加熱氣氛爐，通過改變電磁感應(yīng)加熱器的形狀結(jié)構(gòu)以及爐體的抗電磁性材質(zhì)，雖然在一定程度上能改善工件的加熱溫度均勻性，但以上專利技術(shù)均是單一從電磁熱作用的角度來改善溫度均勻性，從現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展程度看，上述專利技術(shù)中利用改變電磁感應(yīng)器形狀來提高工件的加熱溫度均勻性已達(dá)到了極限，比如，利用現(xiàn)代電磁有限元仿真技術(shù)可優(yōu)化設(shè)計(jì)電磁感應(yīng)器的形狀，就是這種條件下，工件的溫度均勻性問題仍達(dá)到正負(fù)10°C上下，若要進(jìn)一步提高工件的溫度均勻性，對(duì)電磁感應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)造成結(jié)構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)或成本太高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱方法及裝置，通過改變對(duì)帶鋼表面的對(duì)流換熱最終提高帶鋼在寬度方向上的溫度均勻性，在不改變電磁感應(yīng)器結(jié)構(gòu)和形狀的條件下，進(jìn)一步優(yōu)化帶鋼加熱溫度均勻性，方法和裝置都簡單易行，對(duì)感應(yīng)加熱氣氛爐的加熱溫度均勻性有重要意義，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
[0009]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱方法，利用感應(yīng)加熱氣氛爐對(duì)帶鋼進(jìn)行感應(yīng)加熱分為縱磁感應(yīng)加熱和橫磁感應(yīng)加熱兩種，將帶鋼沿寬度方向從中心向兩側(cè)劃分成若干個(gè)氣氛流動(dòng)區(qū)，通過改變感應(yīng)加熱氣氛爐的結(jié)構(gòu)以改變?nèi)舾蓚€(gè)氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)氣氛的流速，從而改變帶鋼表面的對(duì)流換熱效率，使得帶鋼在寬度方向上能得到均勻的溫度，具體分為以下三種情況:
O 當(dāng)使用縱磁感應(yīng)加熱帶鋼時(shí)，使帶鋼兩側(cè)的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速高于帶鋼中部的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速；
2)當(dāng)使用橫磁感應(yīng)加熱帶鋼，且?guī)т搶挾却笥诘扔诟袘?yīng)加熱氣氛爐內(nèi)電磁感應(yīng)器的寬度時(shí)，使帶鋼兩側(cè)的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速低于帶鋼中部的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速；
3)當(dāng)使用橫磁感應(yīng)加熱帶鋼，且?guī)т搶挾刃∮诟袘?yīng)加熱氣氛爐內(nèi)電磁感應(yīng)器的寬度時(shí)，使帶鋼兩側(cè)的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速高于帶鋼中部的氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)的氣氛流速。
[0010]通過改變感應(yīng)加熱氣氛爐內(nèi)的爐腔形狀使帶鋼表面的寬度方向上產(chǎn)生流速差，實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼的均勻加熱。
[0011]通過調(diào)整感應(yīng)加熱氣氛爐內(nèi)的氣氛進(jìn)出管組的位置、分布、壓力、流量使帶鋼表面的寬度方向上產(chǎn)生流速差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼的均勻加熱。
[0012]一種均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置，所述感應(yīng)加熱氣氛爐包括，由爐襯形成一個(gè)氣密性空腔，該氣密性空腔為爐腔，帶鋼在加熱時(shí)穿過爐腔，爐襯上設(shè)置有氣氛進(jìn)出管組，爐襯外設(shè)置有電磁感應(yīng)器，氣氛進(jìn)出管組持續(xù)向爐腔內(nèi)通入氣氛，在氣氛保護(hù)下完成對(duì)帶鋼的加熱，所述爐腔的橫截面由三段構(gòu)成，爐腔的中部為矩形段，所述矩形段的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)圓弧段，所述圓弧段的直徑大于矩形段的高度，矩形段的長度小于帶鋼的寬度。
[0013]所述矩形段長度為帶鋼寬度的2/3?5/6，所述圓弧段直徑為矩形段高度的1.2?2倍。
[0014]一種均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置，所述感應(yīng)加熱氣氛爐包括，由爐襯形成一個(gè)氣密性空腔，該氣密性空腔為爐腔，帶鋼在加熱時(shí)穿過爐腔，爐襯上設(shè)置有氣氛進(jìn)出管組，爐襯外設(shè)置有電磁感應(yīng)器，氣氛進(jìn)出管組持續(xù)向爐腔內(nèi)通入氣氛，在氣氛保護(hù)下完成對(duì)帶鋼的加熱，所述爐腔的橫截面由三段構(gòu)成，爐腔的中部為矩形段，所述矩形段的兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有一對(duì)圓弧段，所述圓弧段的直徑小于矩形段的高度，矩形段的長度小于帶鋼的寬度，所述矩形段與圓弧段之間通過S形曲線段光滑過渡。
[0015]所述矩形段長度為帶鋼寬度的2/3?5/6，所述圓弧段直徑為矩形段高度的0.5?
0.8 倍。
[0016]一種述均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置，所述感應(yīng)加熱氣氛爐包括，由爐襯形成一個(gè)氣密性空腔，該氣密性空腔為爐腔，帶鋼在加熱時(shí)穿過爐腔，爐襯上設(shè)置有氣氛進(jìn)出管組，爐襯外設(shè)置有電磁感應(yīng)器，氣氛進(jìn)出管組持續(xù)向爐腔內(nèi)通入氣氛，在氣氛保護(hù)下完成對(duì)帶鋼的加熱，所述氣氛進(jìn)出管組由若干對(duì)氣氛進(jìn)出管構(gòu)成，若干對(duì)氣氛進(jìn)出管沿帶鋼的寬度方向順次排列，各對(duì)氣氛進(jìn)出管獨(dú)立控制。
[0017]所述氣氛進(jìn)出管組由三對(duì)氣氛進(jìn)出管構(gòu)成，其中一對(duì)氣氛進(jìn)出管的位置與帶鋼的軸線對(duì)應(yīng)，另外兩對(duì)氣氛進(jìn)出管對(duì)稱設(shè)置在帶鋼的側(cè)邊。
[0018]本發(fā)明均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱方法及裝置通過改變對(duì)帶鋼表面的對(duì)流換熱最終提高帶鋼在寬度方向上的溫度均勻性，充分挖掘和考慮氣氛爐內(nèi)的對(duì)流換熱條件對(duì)溫度均勻性的影響，在實(shí)際操作中通過改變爐腔形狀、或改變氣氛進(jìn)出管組位置，結(jié)合氣氛的流量和壓力控制等途徑改善爐內(nèi)加熱帶鋼表面的對(duì)流換熱條件，從而優(yōu)化帶鋼溫度均勻性；在不改變電磁感應(yīng)器結(jié)構(gòu)和形狀的條件下，進(jìn)一步優(yōu)化帶鋼加熱溫度均勻性，方法和裝置都簡單易行，對(duì)感應(yīng)加熱氣氛爐的加熱溫度均勻性有重要意義，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說明】
[0019]圖1為縱磁感應(yīng)加熱的不意圖；陰影區(qū)為聞溫區(qū)圖2為橫磁感應(yīng)加熱的示意圖；陰影區(qū)為高溫區(qū)
圖3為本發(fā)明均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置實(shí)施例1應(yīng)用于縱磁加熱的橫截面示意圖；
圖4為本發(fā)明均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置實(shí)施例1應(yīng)用于橫磁加熱的橫截面示意圖；
圖5為本發(fā)明均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置實(shí)施例2的橫截面示意圖；
圖6為本發(fā)明均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱裝置實(shí)施例3的俯視示意圖。
[0020]圖中:1電磁感應(yīng)器、2帶鋼、3爐襯、4爐腔、41矩形段、42圓弧段、43S形曲線段、5
氣氛進(jìn)出管。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0022]實(shí)施例1
一種均勻加熱帶鋼的寬幅面感應(yīng)加熱方法，利用感應(yīng)加熱氣氛爐對(duì)帶鋼進(jìn)行感應(yīng)加熱分為縱磁感應(yīng)加熱和橫磁感應(yīng)加熱兩種，如圖1所示，縱磁感應(yīng)加熱為使用螺旋形的電磁感應(yīng)器I套住帶鋼2，此時(shí)電磁感應(yīng)器I產(chǎn)生的磁力線與帶鋼2軸線平行；如圖2所示，橫磁感應(yīng)加熱為使用平面的電磁感應(yīng)器I成對(duì)布置在帶鋼2的上下表面，此時(shí)電磁感應(yīng)器I產(chǎn)生的磁力線與帶鋼2的表面垂直；將帶鋼2沿寬度方向從中心向兩側(cè)劃分成若干個(gè)氣氛流動(dòng)區(qū)，通過改變感應(yīng)加熱氣氛爐的結(jié)構(gòu)以改變?nèi)舾蓚€(gè)氣氛流動(dòng)區(qū)內(nèi)氣氛的流速，從而改變帶鋼表面的對(duì)流換熱效率，使得帶鋼在寬度方向上能得到均勻的溫度，具體分為以下三種情況: