[发明专利]用于加热扁平材料的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过在由导电的非磁性材料组成的扁平材料例如扁锭、轧制带或板材中借助于至少一个带有传导直流电的绕组的线圈单元感生出涡流/涡电流来加热所述扁平材料的方法，该线圈单元绕一与扁平材料的大面垂直的Z轴(竖直轴线)被驱动转动，以便产生至少部分穿过扁平材料的磁场，该扁平材料被固定成不能绕Z轴转动。

另外，本发明还涉及一种适用于实施此方法的装置，亦即用于通过在由导电的非磁性材料组成的扁平材料例如扁锭、轧制带或板材中借助于至少一个带有传导直流电的、产生至少部分穿过扁平材料的磁场的绕组的线圈单元产生涡流来加热所述扁平材料的装置，其中所述线圈单元绕一与扁平材料的大面相垂直的Z轴被驱动转动，该扁平材料被固定成不能绕Z轴转动。

代替开头所说的扁平材料，下面主要使用术语“扁锭”。本发明的方法和装置特别适用于由铝或铝合金和铜或铜合金组成的扁锭，它们必须被加热到规定温度以便进一步加工、特别是轧制。

背景技术

由CH251179A已知这一类型的装置，该装置包括一线圈单元，该线圈单元包括一位于位置固定的芯部上的、传导直流电的绕组，该芯部被一由电机驱动的轴穿过。在该轴的端部上设有一带有两个作为南极的臂的毂体，所述臂离扁平材料的其中一个大面的距离很小。北极为一磁轭的端部，该磁轭包围所述绕组，并与毂体以不能相对转动的方式相连接。

由US-A-4315124已知，在一辊道输送装置上输送扁锭缓慢地穿过炉子，扁锭在安装在扁锭上方和下方的、被供给交流电的线圈单元之间穿过该炉子。

由US-A-4307276已知，在被供给交流电的线圈单元的磁场内感应加热一钢管，此线圈单元完全包围钢管。

由US-A4761527已知大量的用于通过半成品或工件在一静磁场或直流磁场中的运动来感应加热该半成品或工件的装置的实施形式。在一种实施形式中扁平材料在位于其上方和下方的线圈单元磁极件之间平移输送，或者倒过来线圈单元相对于静止的扁平材料平移运动。

由EP-B-1582091已知，使一由导电的非磁性材料组成的钢坯在一同心包围钢坯的、带超导绕组的线圈单元的内部转动，用这种方法在所产生的直流磁场中对钢坯感应加热。

借助被供给交流电的线圈单元的感应加热、亦即借助交变磁场产生短路电流的缺点是，在线圈单元的绕组中产生显著的欧姆损失以及在线圈单元的铁芯中产生反复磁化损耗和涡流损失。在常见的宽150cm、长500cm、厚例如20mm的扁锭的情况下，为了在可接受的时间——例如8分钟——内从室温加热到480℃，需要在扁锭内感生出约400kW的功率。

在通过例如一扁锭在一直流磁场中的可反向的平移输送来感应加热时，在线圈单元内的功率损失虽然基本上减小到绕组电阻与线圈电流平方的乘积，但尽管如此仍需要为线圈单元的绕组提供强烈冷却——通常通过使用由水流过的钢管。但这尤其是由于在“大型”工件(如扁锭)的情况中为实现工件的足够快的可反向的输送所需的极高的费用而被反对。

发明内容

本发明的目的是，更有效地设计开头所述类型的方法和提供适用于实现这种方法的装置。

按照本发明这个目的通过这样的方法实现，即借助于至少两个关于Z轴对称设置的线圈产生反方向的、穿过扁平材料的磁通，对于所述磁通，利用用于线圈的支承板作为磁回路部/磁轭(magnetischer Rückschluss)。

附加地可产生扁平材料和磁场之间的相对运动。

优选借助于线圈单元的超导绕组产生磁场。适用于此的超导导线和带材是现有技术。用这种方式，节省了在具有普导绕组的线圈单元中以废热形式形成的可观的功率损失。在一具有例如500kW的连接功率(由电产生的用于转动驱动装置的机械驱动功率和用于产生磁场的电功率的总和)的设备中，通过采用具有超导绕组的线圈单元所节省的电功率约为250kW。特别优选采用由高温超导材料组成的绕组，这是因为这样线圈单元可以不用液氦冷却而是用液氖或甚至液氮来冷却，因此对用于冷却的功率需求相应地减少了。

在具有超导绕组的线圈单元中，冷却优选通过空心轴借助于在固定不动的冷却机组和线圈单元之间的循环回路内流动的所述冷却流体之一来进行。

当仅冷却线圈单元的绕组时，能实现附加的节能。

为此绕组最好通过高导热能力的金属桥与安装在线圈单元中心的热交换器的低温侧相连接。