DE970183C

DE970183C - Induction heating furnace

Info

Publication number: DE970183C
Application number: DEA12595A
Authority: DE
Inventors: Ivar Beckius; Ludwig Dreyfus; Hugo Lindstroem; Thor Thelemarck
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1950-01-14
Filing date: 1950-12-22
Publication date: 1958-08-28

Description

■ Wirbelstromöfen für die Erwärmung von Walzgut oder Blöcken, die in einer ununterbrochenen Folge durch die Heizkammer geführt werden sollen, werden ziemlich selten, als Querfeldöfen ausgeführt, da die Verwendung \^ron Ouerfeldöfen für diesen Zweck mit Nachteilen verbunden ist. Dies geht aus folgender Überlegung unter Bezugnahme auf die Fig. ι a und ι b hervor, die den herkömmlichen Querfeldofen zeigen. Es ist dies ein Wirbelstromofen, in dem die Hauptrichtung ι (Fig. 2) des Feldes senkrecht zur Längsrichtung der Spule steht. Der aktive Teil des Ofens wird durch die Spule 2 gebildet, 'deren Längsseiten 2' parallel zur Längsrichtung des zu erwärmenden Gutes sind, während die Kurzseiten 2" im wesentlichen rechtwinklig zu den Längsseiten verlaufen, häufig allerdings in einer höheren oder niedrigeren Ebene, um nicht das Ein- und Herausbringen der Charge 3 zu behindern. Wenn man die Spule mit einem geschlossenen, lamellierten Joch 4 umgibt, das einen Ofenraum von rechtwinkligem Querschnitt umschließt, erhält das Querfeld 1 innerhalb des leeren Ofenraumes überall ungefähr die gleiche Stärke, was natürlich vorteilhaft ist, denn in einem homogenen Wechselfeld können Güter von ziemlich verschiedenem Querschnitt und verschiedener Dicke wärmebehandelt werden.■ Wirbelstromöfen for heating rolling or blocks that are to be performed in an unbroken succession through the heating chamber, are quite rare, designed as Querfeldöfen since the use \ ^r on Ouerfeldöfen connected for this purpose with disadvantages. This is evident from the following consideration with reference to FIGS. 1 a and 1 b, which show the conventional cross-field oven. This is an eddy current furnace in which the main direction ι (Fig. 2) of the field is perpendicular to the longitudinal direction of the coil. The active part of the furnace is formed by the coil 2, 'whose long sides 2' are parallel to the longitudinal direction of the goods to be heated, while the short sides 2 "run essentially at right angles to the long sides, but often in a higher or lower plane so as not to to impede the bringing in and out of the charge 3. If the coil is surrounded by a closed, lamellar yoke 4 which encloses a furnace space of rectangular cross-section, the transverse field 1 is approximately the same thickness everywhere within the empty furnace space, which is of course advantageous , because goods with quite different cross-sections and different thicknesses can be heat-treated in a homogeneous alternating field.

Gleichwohl bringt diese Konstruktion, wie oben angedeutet, einige Nachteile mit sich. Die Spannung der Ofenspule ist proportional dem Fluß in der Ofenkammer, und bei der gebräuchlichsten Ausführung als Hochfrequenzofen mit vollem Skineffekt in der Charge ist das Innere desselben praktischNevertheless, as indicated above, this construction has some disadvantages. The voltage the furnace coil is proportional to the flux in the furnace chamber, and in the most common design as a high frequency furnace with full skin effect in the batch, the inside of the same is practical

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feldfrei. Je größer daher die Breite der Charge rechtwinklig zur Feldrichtung ist, desto geringer wird der Fluß in der Ofenkammer für eine gegebene Feldstärke und desto niedriger wird also die Spannung für einen gegebenen Strom. Aber das Produkt aus dem Strom und der Spannung der Spule ist gleich der Leistung der Kondensatorbatterie. Man kommt daher zu dem paradoxen Ergebnis, daß man, je geringer das Gewicht pro Meter der Blöcke oder des ίο Walzgutes ist, eine um so größere Kondensatorbatterie zu ein und demselben Ofen parallel schalten muß. Da dies unwirtschaftlich ist, kann man ein und denselben Ofen nur für einen sehr begrenzten Größenbereich der Güter verwenden. Ein anderer Nachteil ist der, daß bei dem Querfeldofen nach Fig. 1 das ganze Gewicht der Charge von der Ofenkammer getragen werden muß, die gleichzeitig mit einer Muffel aus wärmeisolierendem keramischem Material ausgefüttert werden muß. Das Dach und der Boden dieser Muffel darf nicht dick gemacht werden, denn dies führt eine Verlängerung des Weges des Querfeldes mit sich, \vas eine größere Amperewindungszahl und damit größere Stromwärmeverluste in der Ofenspule bedingt. Wärmeisolierende Werkstoffe sind nicht besonders dauerhaft, so daß die Ausfütterung bald abgenutzt wird, wenn schwere Güter fortlaufend in die Heizkammer eingeführt, aus ihr herausgeführt oder durch sie geführt werden.field-free. Therefore, the greater the width of the batch at right angles to the field direction, the smaller it becomes the flux in the furnace chamber for a given field strength and the lower the voltage for a given stream. But the product of the current and the voltage of the coil is the same the capacity of the capacitor bank. One therefore arrives at the paradoxical result that the lower one the weight per meter of the blocks or the ίο rolled stock is, the larger a capacitor battery must be connected in parallel to one and the same furnace. Since this is uneconomical, one can and only use the same oven for a very limited size range of goods. Another disadvantage is that in the cross-field furnace according to FIG. 1, the entire weight of the charge must be borne by the furnace chamber, at the same time with a muffle made of heat-insulating ceramic material must be lined. The roof and the floor of this muffle are allowed not be made fat, because this leads to an extension of the path of the cross-field with it, \ vas a higher number of ampere-turns and thus greater current heat losses in the furnace coil. Heat-insulating materials are not particularly durable, so that the lining soon wears out if heavy goods are continuously introduced into the heating chamber, led out of it or be guided by them.

Die Erfindung befaßt sich mit einem Querfeldofen, der nicht mit den genannten Mangeln behaftet ist. Sie betrifft einen Ofen für induktive Erwärmung von in gleichmäßiger Folge mittels einer Transport- \'orrichtung vorwärts bewegten Gütern aus Eisen oder anderen Metallen mit zwei parallel zur Transportrichtung des Gutes sich erstreckenden lamellierten Jochen aus Eisenblech, in deren einander zugewendeten Seiten die elektrischen Leiter der beiden Spulenseiten der Induktionsspule eingelegt sind, und ist gekennzeichnet durch die gegeneinander verschiebbare Anordnung der Iamellierten Joche mit den Leitern und durch von unten her zwischen die Joche ragende, und als Transportvorrichtung für das zu erwärmende Gut dienende Bügel aus feuerfestem Stahl, die aus U-förmig gebogenen Blechen mit nach oben ragenden Schenkeln gebildet und deren Schenkel durch eine zwischen diesen angeordnete Wand versteift und so gerichtet sind, daß ihre .Schenkelflächen und Bodenteile im wesentlichen mit der Richtung des magnetischen Feldes zwischen den Jochen parallel verlaufen.The invention relates to a cross-field furnace which does not suffer from the defects mentioned is. It concerns a furnace for inductive heating of in regular succession by means of a transport \ 'device moving forward goods made of iron or other metals with two parallel to the direction of transport laminated yokes made of sheet iron, in which they turned towards each other The electrical conductors of the two coil sides of the induction coil are inserted, and is characterized by the mutually displaceable arrangement of the laminated yokes with the ladders and through protruding from below between the yokes, and as a transport device for the Good to be heated brackets made of refractory steel, made of U-shaped sheets with after formed above protruding legs and their legs by a wall arranged between these stiffened and directed so that their .Schenkelflächen and bottom parts substantially with the direction of the magnetic field between the Yokes run parallel.

Man ersetzt also den Boden der Heizkammer durch eine zum Teil in die Wechselfeldzone selbst gehobene, mindestens teilweise aus feuerfestem Stahl bestehende Beschickungsvorrichtung, und gleichzeitig macht man die Längsseiten der Ofenspule gegeneinander horizontal so verschiebbar, daß der geringste Horizontalabstand zwischen den vertikalen Längsseiten der Spule und der ungleich großen Güter im wesentlichen konstant gehalten wird.So you replace the bottom of the heating chamber by a partially raised into the alternating field zone itself, at least partially made of refractory Steel existing loading device, and at the same time making the long sides of the furnace coil against each other horizontally so that the smallest horizontal distance between the vertical Long sides of the coil and the unequal sized goods is kept essentially constant.

In Fig. 2 a und 2 b wird schematisch ein Ofen gemäß der Erfindung gezeigt, wobei Fig. 2 a eine Ofenhälfte mit einem kleineren in das Feld eingelegten Gut und Fig. 2 b dieselbe Ofenhälfte mit einem größeren im Feld liegenden Gut zeigt. Der obere Teil der Figuren zeigt dabei die Feldverteilung solange die Güter magnetisch sind, während der untere Teil der Figuren die Feldverteilung angibt, nachdem die Güter so warm geworden sind, daß sie unmagnetisch geworden sind. In Fig. 2 a und 2 b haben die Güter quadratischen Querschnitt und ungleiche Seitenlängen, aber den gleichen Abstand a! von den zunächst liegenden Längsseiten 2' der Spule. Die Güter ruhen auf Transportteilen 6, bestehend aus U-förmigen Bügeln 6 a aus feuerfestem Stahl, deren Seiten durch Versteifungsbleche 6 b abgestützt sind. Diese Bügel werden zwischen Seitenjochen 4 von einer in Fig. 5 schematisch angedeuteten Transportvorrichtung vorwärts geführt, die so angeordnet ist, daß die Bügel zwischen den Jochen und den Spulenseiten in geringerer oder größerer Höhe vorwärts geschoben werden können. Die Längsseiten der Spule werden von je einer Nut in beiden Iamellierten Seiftenjocheii 4 aufgenommen. Gegen Strahlungen von der Charge sind sie durch keramische Nutenkeile 5 geschützt. Die Spulenlängsseiten 2' und die Seitenjoche 4 sind horizontal verschiebbar und wex-den zweckmäßigerweise so ausgeführt, daß der Abstand a' bzw. α zwischen den vertikalen Seitenflächen des Gutes und der Spule bzw. der Joche (unabhängig von der Breite der Charge) näherungsweise konstant bleibt. Die Kraftlinienbilder zeigen, daß in diesem Fall mit der gleichen Spulenreäktanz bei allen Chargen gerechnet werden kann. Demgemäß weisen beide Feldbilder für das erste Erwärmungsintervall, in dem die Charge noch magnetisch ist, gleich große Teilflüsse Δ Φ in jeder Hälfte des Ofenquerschnitts auf, und auch gleich große Teilflüsse Δ Φ für das zweite Erwärmungsintervall oberhalb des magnetischen Um-Wandlungspunktes, bei dem die Charge unmagnetisch geworden ist. Bei feststehenden Spulenseiten und Seitenjochen würde bei dem kleineren Querschnitt des Gutes die Anzahl der Teilflüsse 30 bis 40 % größer sein, und man müßte im selben Verhältnis die Leistung der Kondensatorbatterie erhöhen für den gleichen Strom in der Spule, d. h. für die gleiche Feldstärke.2a and 2b schematically show an oven according to the invention, FIG. 2a showing a half oven with a smaller item placed in the field and FIG. 2b showing the same oven half with a larger item lying in the field. The upper part of the figures shows the field distribution as long as the goods are magnetic, while the lower part of the figures shows the field distribution after the goods have become so warm that they have become non-magnetic. In Fig. 2 a and 2 b, the goods have a square cross-section and unequal side lengths, but the same distance a! from the first longitudinal sides 2 'of the coil. The goods rest on transport parts 6, consisting of U-shaped brackets 6 a made of refractory steel, the sides of which are supported by stiffening plates 6 b . These brackets are guided forward between side yokes 4 by a transport device indicated schematically in FIG. 5, which is arranged so that the brackets between the yokes and the coil sides can be pushed forward at a lesser or greater height. The long sides of the coil are each received by a groove in both laminated soap yokes 4. They are protected against radiation from the load by ceramic slot wedges 5. The longitudinal sides of the spool 2 'and the side yokes 4 are horizontally displaceable and are expediently designed so that the distance a' or α between the vertical side surfaces of the item and the spool or yokes (regardless of the width of the batch) is approximately constant remain. The force line diagrams show that in this case the same coil reactance can be expected for all batches. Accordingly, both field patterns for the first heating interval, in which the charge is still magnetic, have equally large partial flows Δ Φ in each half of the furnace cross-section, and equally large partial flows Δ Φ for the second heating interval above the magnetic conversion point at which the Batch has become non-magnetic. With fixed coil sides and side yokes, the number of partial flows would be 30 to 40% greater with the smaller cross-section of the goods, and the output of the capacitor battery would have to be increased in the same ratio for the same current in the coil, ie for the same field strength.

Fig. 3 und 4 veranschaulichen in drei gegeneinander rechtwinkligen Ansichten, teilweise im Schnitt, zwei verschiedene Konstruktionen der Kurzseiten der Spule, die die Verschiebung der Längsseiten und der Joche ermöglichen. Es gilt hierbei nicht nur trotz der Verschiebbarkeit einen zuverlässigen elektrischen Kontakt für jede der zahlreichen Windungen der Spule sicherzustellen, sondern auch die unentbehrliche künstliche Kühlung so nahe an die Spulenköpfe heranzuführen, daß ihre Übertemperatur trotz der in Hochfrequenzofen immer hohen Stromdichte in zulässigen Grenzen gehalten wird.3 and 4 illustrate in three mutually perpendicular views, partly in Section, two different constructions of the short sides of the coil that allow the displacement of the Allow long sides and the yokes. It is not just one thing in spite of the fact that it can be moved ensure reliable electrical contact for each of the numerous turns of the coil, but also to bring the indispensable artificial cooling so close to the coil heads that their Overtemperature is kept within permissible limits despite the high current density in high-frequency furnaces will.

Bei der Anordnung nach Fig. 3 erzielt man die gegenseitige Beweglichkeit der Spulenseiten dadurch, daß die aufrechtstehenden rohrförmigen Leiter 2₂ in der Spule auf der einen Seite der Spule mit doppelten horizontalen Kontaktschienen 2₃ verbun-In the arrangement according to FIG. 3, the mutual mobility of the coil sides is achieved in that the upright tubular conductors 2 ₂ in the coil are connected to double horizontal contact rails _{2 3 on one side of the coil.}

den sind, in die an den gegenüberliegenden aufrechtstehenden Leitern als Fortsetzung angeordnete einfache Kontaktschienen 2₄ hineinragen. Die aus ineinandergreifenden Kontaktschienen gebildeten »Spulenköpfe« werden voneinander durch dazwischenstehende Platten aus Isolierstoff 2₅ isoliert gehalten. Die Schienen 2₃ und 2₄ sind mit länglichen Löchern versehen und werden durch einen Bolzen io mit Flügelmutter ii gegeneinander gepreßt gehalten. Das Kühlwasser wird von Windung zu Windung durch mittels Nippel 2₇ befestigte Gummischläuche 2₆ weitergeleitet.the are, protrude _{into the simple contact rails 2 4} arranged as a continuation on the opposite upright conductors. The "coil ends formed of interlocking contact bars" are kept isolated from each other by intervening plates of insulating material 2. ₅ The rails 2 ₃ and 2 ₄ are provided with elongated holes and are held pressed against one another by a bolt io with wing nut ii. The cooling water is passed on from turn to turn through rubber hoses 2 ₆ _{fastened by means of nipples 2 7} .

Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 erfolgt die Verbindung zwischen den Längsseiten mittels besonderer biegsamer Kupferkabel 15 (flacher oder run der sogenannter Kupferlitzen). Die Befestigungen 17 der biegsamen Leiter sind direkt an den von Kühlwasser durchflossenen Köpfen 18 hart angelötet, an die dieLeiter der Längsseiten angeschlossenIn the arrangement according to FIG. 4, the connection between the longitudinal sides takes place by means of special ones flexible copper cable 15 (flat or round the so-called copper strands). The fortifications 17 of the flexible conductors are directly soldered to the heads 18 through which cooling water flows, connected to the ladder on the long sides

ao sind. Das Kühlwasser wird von Windung zu Windung durch Nippel 19 und Gummischläuche 16 weitergeleitet. Bei langen Spulenköpfen kann es notwendig werden, die Kupferlitzen 15 in die Gummischläuche 16 zu verlegen.ao are. The cooling water is passed on from turn to turn through nipples 19 and rubber hoses 16. With long coil heads it may be necessary to insert the copper strands 15 into the rubber hoses 16 to be relocated.

Ein Vergleich zwischen Fig. 1 einerseits und Fig. 3 und 4 anderseits ergibt, daß das Joch und die Muffel des herkömmlichen Querfeldofens bei dem neuen Ofen aufgebrochen sind, und dies nicht nur längs der kleinen Strecke, die die Verschiebbarkeit der Seitenjoche erfordert, sondern auch über eine so große Strecke, daß das Gewicht der Charge überhaupt nicht mehr die Ofenkonstruktion selbst belastet. Statt dessen wird die Charge bei dem Ofen nach der Erfindung von einer Vorschubvorrichtung aus feuerfestem Stahl in der Weise getragen und transportiert, daß alle früheren Unbequemlichkeiten mit dem Verschleiß der keramischen Unterlagen fortfallen. Allerdings muß diese metallische Unterlage in die Querfeldzone selbst gehoben und darin angeordnet werden,- aber durch die Ausbildung nach der Erfindung werden gleichwohl nur unbedeutende Wirbelstromverluste verursacht.A comparison between Fig. 1 on the one hand and Fig. 3 and 4 on the other hand shows that the yoke and the The muffles of the conventional cross-country furnace have broken open in the new furnace, and not only that along the small stretch that requires the side yokes to be able to be moved, but also over such a distance great distance that the weight of the charge no longer loads the furnace structure itself. Instead, in the furnace according to the invention, the charge is fed by a feed device made of refractory steel carried and transported in such a way that all previous inconveniences cease to exist with the wear of the ceramic base. However, this metallic base must be lifted into the cross-field zone itself and arranged in it, - but by training after of the invention, however, only insignificant eddy current losses are caused.

In Fig. 5 werden im einzelnen zwei der Bügel gezeigt, die dazu dienen, die Güter durch den Ofen zu tragen. Diese Bügel 6 werden von unterhalb des Ofens verlaufenden Querstäben 7 getragen, welche unter dem Ofen von auf der Zeichnung angedeuteten Transportketten 20 vorwärts bewegt werden, die auf Schienen 21 laufen. Die Transportvorrichtung kann in vertikaler Richtung in bezug auf die Joche gehoben oder gesenkt werden. Die Bügel 6 sind so geformt und zum Wechselfeld gestellt, daß dieses nirgends Flächen von nennenswerter Breite rechtwinklig zu der Richtung des Feldes zu kreuzen braucht. Demgemäß werden Seitenstücke 6 a durch so schmale Lamellen gebildet, daß das Feld in diesen Lamellen keine nennenswerten Wirbelstromverluste erzeugen kann. Das gleiche gilt für das Versteifungsblech 6 & in der Mittelebene des Ofens, das mit der Richtung der Kraftlinien an dieser Stelle zusammenfällt, und schließlich sind die Bodenteile 6 c der Bügel so weit nach unten gezogen ■— unterhalb der untersten Kante der Seitenjoche —, daß sie sich in einem sehr schwachen Wechselfeld bewegen, dessen Richtung sich außerdem nicht sehr von der Ebene der Bodenteile unterscheidet. Zusammenfassend kann die Konstruktion der Glieder so beschrieben werden, daß sie aus einem Versteifungsblech in der Mitte mit zwei halboffenen Taschen auf beiden Seiten bestehen, durch die die Kraftlinien des Feldes ein- und austreten, ohne daß sie die Begrenzungsflächen der Taschen in erwähnenswertem Grad schneiden. Durch diese Formgebung ist es möglich geworden, die Glieder direkt ohne Vermittlung von keramischem Werkstoff die Charge tragen zu lassen und eine fast ganz verlustfreie und unverschleißbare Transportvorrichtung in die Wärmekammer selbst hineinzubringen. Natürlich hindert nichts — sollte in einem seltenen Falle dazu die Veranlassung vorliegen —, ein keramisches Zwischenstück zwischen die Glieder und die Charge einzuschieben. Bei einem Ofen mit beweglichen Seitenjochen muß natürlich die Breite der Glieder dem Abstand der Seitenjoche bei der Erwärmung der schmälsten Güter angepaßt werden, für die der Ofen bestimmt ist.In Fig. 5, two of the brackets are shown in detail, which are used to carry the goods through the oven. These brackets 6 are carried by transverse rods 7 running below the furnace, which are moved forwards under the furnace by transport chains 20, indicated in the drawing, which run on rails 21. The transport device can be raised or lowered in the vertical direction with respect to the yokes. The brackets 6 are shaped and placed in relation to the alternating field that this does not need to cross any areas of appreciable width at right angles to the direction of the field. Accordingly, side pieces 6 a are formed by so narrow lamellae that the field in these lamellae cannot generate any significant eddy current losses. The same applies to the stiffening plate 6 & in the central plane of the furnace, which coincides with the direction of the lines of force at this point, and finally the bottom parts 6 c of the bracket are pulled down so far ■ - below the lowest edge of the side yokes - that they move in a very weak alternating field, the direction of which is also not very different from the plane of the ground parts. In summary, the construction of the links can be described as consisting of a stiffening plate in the middle with two half-open pockets on both sides through which the lines of force of the field enter and exit without intersecting the boundary surfaces of the pockets to any significant degree. This shape makes it possible to have the links carry the batch directly without the use of ceramic material and to bring an almost completely loss-free and non-wearing transport device into the heating chamber itself. Of course there is nothing to prevent - in the rare event that there is a need to do so - a ceramic spacer can be inserted between the links and the charge. In a furnace with movable side yokes, of course, the width of the links must be adapted to the distance between the side yokes when heating the narrowest goods for which the furnace is intended.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Furnace for inductive heating of in regular succession by means of a transport device Forward moving goods made of iron or other metals with two extending parallel to the direction of transport of the goods Laminated yokes made of sheet iron, in their facing sides the electrical conductors of the two coil sides of the induction coil are inserted, characterized by the opposite to each other displaceable arrangement of the laminated yokes with the ladders and by protruding from below between the yokes and as Transport device for the good to be heated bracket made of refractory steel, the formed from U-shaped bent sheets with upwardly projecting legs and their legs are stiffened by a wall arranged between these and directed so that their leg surfaces and bottom parts substantially with the direction of the magnetic field between the yokes run parallel.

2. Oven according to claim 1, characterized in that no draws that the transport device and the yokes in a perpendicular direction with respect to each other are movable.

3. Furnace according to claim 1, characterized in that the conductor laid in a yoke with the conductors in the opposite yoke by abutting one another and sliding under them Coupling rails are connected to the ends of the conductor lying in the yokes outside the yokes and above the space are arranged between the yokes.

4. Oven according to claim 1, characterized in that the conductor laid in a yoke connected to the conductors in the opposite yoke by flexible conductors attached to the ends of the ladder lying in the yokes

are arranged outside the yokes and above the space between the yokes.

5. Oven according to claim 3 or 4, characterized in that the lying in the yokes Conductors tubular and interconnected by insulating, flexible tubular connections for the forwarding of the coolant are connected to the ends of the lying in the yokes Head outside the yokes and above the space between the yokes are.

6. Oven according to claim 4 and 5, characterized in that the flexible conductor within the flexible tubular connections carrying the coolant are laid.

7. Furnace according to claim 1, characterized in that the head laid in the yokes inserted in one or more slots in the yokes and by slot wedges made of ceramic Material are covered.

Considered publications:
U.S. Patent No. 2052010.
Swedish magazine "Teknisk Tidskrift"
No. 5 of 2. 2. 46, pp. 113 to 116.

For this purpose 2 sheets of drawings