感应加热器、感应加热热处理设备及感应加热热处理方法.pdf

本发明公开了一种感应加热器、感应加热热处理设备及钢丝感应加热热处理方法，用于钢丝的感应加热热处理。所述感应加热器包括感应线圈、电源及电刷，所述电刷通过连接导线连接，所述钢丝于所述感应线圈中被加热，并且，于加热过程中，所述钢丝于所述感应线圈两端外分别与所述电刷接触，其中，所述感应线圈及所述电源组成钢丝感应加热器的初级电流回路，所述钢丝、所述电刷及所述连接导线组成钢丝感应加热器的次级电流回路。所述感应加热热处理设备包括上述钢丝感应加热器。本发明通过钢丝、电刷及连接导线形成的次级电流回路，为钢丝提供热源，提高了能源利用率，降低了能耗，并且使感应加热细钢丝成为可能。

1.  一种感应加热器，适用于钢丝的感应加热，其特征在于，包括感应线圈、电源及电刷，所述电刷通过连接导线连接，所述钢丝于所述感应线圈中被加热，并且，于加热过程中，所述钢丝于所述感应线圈两端外分别与所述电刷接触，其中，所述感应线圈及所述电源组成钢丝感应加热器的初级电流回路，所述钢丝、所述电刷及所述连接导线组成钢丝感应加热器的次级电流回路。

2.  根据权利要求1所述的感应加热器，其特征在于，所述连接导线位于所述感应线圈的外部。

3.  根据权利要求2所述的感应加热器，其特征在于，还包括杠杆，所述电刷装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有滑块，所述滑块可以在杠杆上移动，所述电刷的重力与其力臂产生的重力矩大于所述滑块的重力与其力臂产生的重力矩。

4.  根据权利要求1所述的感应加热器，其特征在于，所述钢丝的直径d≤2mm。

5.  一种感应加热热处理设备，包括权利要求1至4中任意一项所述的感应加热器。

6.  一种钢丝感应加热热处理方法，采用权利要求1所述的感应加热器，其特征在于，钢丝在感应加热器的感应线圈中行进加热奥氏体化，在此过程中，钢丝由所述感应加热器的感应线圈及电源组成的初级电流回路以及钢丝、电刷及连接导线组成的次级电流回路分别进行加热。

7.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述连接导线位于所述感应线圈的外部。

8.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述感应加热器包括杠杆，所述电刷装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有滑块，所述滑块可以在杠杆上移动，所述电刷的重力与其力臂产生的重力矩大于所述滑块的重力与其力臂产生的重力矩，使得于所述钢丝加热过程中，所述电刷与所述钢丝接触。

9.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述方法的加热效率达到80％以上。

10.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述方法用于多种直径和多种钢号钢丝的淬火，正火，回火，退火。

11.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述方法用于直径d≤2mm的钢丝的感应加热热处理。

12.  根据权利要求6所述的钢丝感应加热热处理方法，其特征在于，所述钢丝替换为钢带或有色金属带。

感应加热器、感应加热热处理设备及感应加热热处理方法
技术领域
本发明涉及感应加热热处理设备及方法，尤其涉及钢丝感应加热器，感应加热热处理设备及方法。
背景技术
钢丝根据生产和使用的需要，需要进行多种热处理，如淬火，正火，回火，等温淬火，退火等等，所有的工艺都需要加热到不同的温度，然后以冷却能力不同的介质冷却后完成，钢丝的感应加热处理需要有高的能源利用效率，低的能耗。
图1为现有技术的钢丝感应加热器的示意图，如图1所示，通常钢丝感应加热时，感应线圈中产生电流I₁，由于钢丝中磁通量发生变化，钢丝中会感应生成涡流i，涡流i沿钢丝的周边，与线圈电流I₁的方向相向，此涡流i成为加热钢丝的热源。然而，此感应加热存在能源损失，没有得到充分利用的问题。
中国专利(公开号：CN101260457)提出了一种钢丝感应加热热处理设备及方法，该方法通过在感应线圈相对内侧铜管的厚壁处加工一内孔，提高了能源利用效率，然而，仍然存在感应电流没有得到充分利用，能源损耗的缺陷。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种感应加热器、感应加热热处理设备及方法，以解决现有技术中钢丝感应加热能源利用低的缺陷。
为实现上述目的，本发明提出一种感应加热器，适用于钢丝的感应加热，其特征在于，包括感应线圈、电源及电刷，所述电刷通过连接导线连接，所述钢丝于所述感应线圈中被加热，并且，于加热过程中，所述钢丝于所述感应线圈两端外分别与所述电刷接触，其中，所述感应线圈及所述电源组成钢丝感应加热器的初级电流回路，所述钢丝、所述电刷及所述连接导线组成钢丝感应加热器的次级电流回路。
其中，所述连接导线位于所述感应线圈的外部。
其中，所述感应加热器还包括杠杆，所述电刷装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有滑块，所述滑块可以在杠杆上移动，所述电刷的重力与其力臂产生的重力矩大于所述滑块的重力与其力臂产生的重力矩。
其中，所述钢丝的直径可以d≤2mm。
而且，为实现上述目的，本发明还提出一种感应加热热处理设备，包括上述的感应加热器。
而且，为实现上述目的，本发明还提出一种钢丝感应加热热处理方法，采用上述的感应加热器，其中，钢丝在感应加热器的感应线圈中行进加热奥氏体化，在此过程中，钢丝由所述感应加热器的感应线圈及电源组成的初级电流回路感应的周向涡流以及钢丝、电刷及连接导线组成的次级电流回路轴向感应电流分别进行加热。
其中，所述连接导线位于所述感应线圈的外部。
其中，所述感应加热器包括杠杆，所述电刷装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有滑块，所述滑块可以在杠杆上移动，所述电刷的重力与其力臂产生的重力矩大于所述滑块的重力与其力臂产生的重力矩，使得于所述钢丝加热过程中，所述电刷与所述钢丝接触。
其中，所述方法的加热效率达到80％以上。
其中，所述方法用于多种直径和多种钢号钢丝的淬火，正火，回火，退火。
其中，所述方法用于直径d≤2mm的钢丝的感应加热热处理。
其中，所述钢丝可替换为钢带或有色金属带。
本发明通过钢丝、电刷及连接导线形成的次级电流回路，为钢丝提供热源，可以在较低频率f≈50KHz下加热直径d≤1mm的钢丝，使感应加热细钢丝成为可能。可以显著地节省能源，提高效率。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有技术的钢丝感应加热器的示意图；
图2为本发明的钢丝感应加热器的示意图。
其中，附图标记：
1：钢丝         E：电源
20：感应线圈    25：电刷
26：连接导线    27：滑块
28：电刷力臂    29：滑块力臂
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的具体实施方式。
图2为本发明的钢丝感应加热器的示意图，如图2所示，本发明所提出的感应加热器，适用于钢丝的感应加热热处理，其包括感应线圈20、电源E及电刷25，钢丝1于所述感应线圈20中被加热，所述钢丝1于所述感应线圈20两端外分别与所述电刷25接触，所述电刷25通过高导电的连接导线26连接，听述连接导线26位于所述感应线圈20的外部，连接导线26的电阻r远小于钢丝1的电阻R。其中，所述感应线圈20及所述电源E组成钢丝感应加热器的初级电流回路，所述钢丝1、所述电刷25及所述连接导线26组成感应加热器的次级电流回路。
另外，感应线圈20的两侧各设置一杠杆，通过所述杠杆安装所述电刷25。具体而言，如图2所示，杠杆的支点为O，所述电刷25装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有一滑块27，所述滑块27可以在杠杆上移动，进而改变其力臂，使得所述电刷25的重力与其力臂28产生的重力矩略大于所述滑块27的重力与其力臂29产生的重力矩，进而实现所述电刷25自动与所述钢丝1紧密接触，并使得所述钢丝1上不会承受较大的张力。
基于上述结构，当电源E启动后，感应线圈20中通过电流I₁，电流I₁沿感应线圈20在钢丝1的周向流动，由于感应作用，在钢丝1中感应生成涡流i，涡流i沿钢丝1的周边，与线圈电流I₁的方向相向，此涡流i成为加热钢丝的热源，感应线圈20与电源E构成了加热钢丝1的初级电流回路。并且，除了利用上述涡流i以外，与此同时，被加热的钢丝1、电刷25及其连接导线26构成了加热钢丝1的次级电流回路。在感应加热器的次级电流回路中产生电流I₂，电流I₂的方向沿钢丝1的轴向，通过电刷25和连接导线26形成闭合回路。由于次级回路中的电流I₂通过钢丝1中，钢丝1的电阻为R，电流I₂于钢丝1中产生了热量I²R，该热量成为加热钢丝1的热源，起了加热钢丝1的另一个电源的作用。
换言之，本发明中，感应线圈20相当于空心变压器的初级线圈，钢丝1相当于空心变压器的次级线圈，而前述的初级电流回路相当于空心变压器的初级线圈形成的回路，前述的次级电流回路相当于空心变压器的次级线圈形成的回路。
其中，本发明的感应加热器可适用于不同直径钢丝进行加热，而且，可适用于对直径在2mm或2mm以下的钢丝进行加热。
根据感应加热的基本理论，加热钢丝的直径d与电流穿透层δ的关系应保持：
电流穿透层ρ为电阻率(欧·厘米)，f为电流频率(赫)，μ为磁导率；
当加热温度超过800℃时，即超过居里点(760℃)温度，ρ₈₀₀＝10^-4Ω.cm，μ₈₀₀＝1，
基于上述，若要加热直径d为2mm或以下的钢丝，则δ为0.5mm或更小，因此，在800℃以上点时的加热频率应达到f＝10⁶赫兹。然而，众所周知，大功率高频装置(f＝10⁶赫)只能应用电子管高频装置，而电子管的效率只有60％左右，因此，能源利用效率低，能耗大。
然而，本发明的感应加热器，感应加热器的次级回路的电流I₂为钢丝1提供了加热的能源，由于感应加热器的次级回路的电流I₂的作用，本发明的感应加热器可以采用f＝5×10⁴赫兹的频率，将直径d为2mm以下的钢丝加热到1000℃或更高。而f＝5×10⁴赫兹的固体变频装置，其效率可达80％以上，因此，大大提高了钢丝的感应加热效率，减少能耗在10％左右。
进一步，本发明提出一种感应加热热处理设备，该感应加热热处理装置采用本发明的上述感应加热器，用于钢丝、不锈钢丝或有色金属丝或钢带、有色金属带的感应加热热处理。而该热处理装置中所包含的其它装置，如冷却装置，测温装置、钢丝输送装置等，可采用现有技术中任何相应装置，不受限制。例如，可采用本申请人(公开号：CN101260457)的热处理装置中的相应装置。
下面详细说明本发明的钢丝感应加热热处理方法。
本发明的热处理方法采用上述钢丝感应加热器，钢丝在感应加热器的感应线圈中行进加热奥氏体化，在此过程中，钢丝由所述感应加热器的感应线圈及电源组成的初级电流回路的感应的周向涡流I以及钢丝、电刷及连接导线组成的次级电流回路的感应的轴向电流I₂分别进行加热。
图2为本发明的钢丝感应加热器的示意图，结合图2说明本发明感应加热热处理方法，钢丝1经放线机传送至感应加热器中，在感应加热器中行进加热奥氏体化，在此过程中，所述感应线圈20及所述电源E组成的初级电流回路，并且所述钢丝1、所述电刷25及所述连接导线26组成的次级电流回路。所述初级电流回路产生电流I₁，电流I₁导致通过钢丝1的磁通量发生变化，钢丝1中产生沿其周向的电流i。并且次级电流回路中产生沿钢丝1轴向的电流I₂，电流i及电流I₂成为加热钢丝1的热源。
并且，所述感应加热器于感应线圈20两侧各包括一杠杆，所述电刷25装置于所述杠杆的一侧，并且，所述杠杆的另一侧装置有滑块27，所述滑块可以在杠杆上移动，所述电刷25的重力与其力臂产生的重力矩大于所述滑块27的重力与其力臂产生的重力矩，使得于所述钢丝加热过程中，所述电刷25自动与所述钢丝1紧密接触，并使得所述钢丝1上不会承受较大的张力。
另外，可以采用现有各种冷却装置对加热后的钢丝进行冷却处理。
并且，本发明的上述钢丝感应加热的方法可以加热各种直径的钢丝，尤其适用于加热直径为2mm或2mm以下的钢丝。其加热效率可达到80％以上。
本发明可以应用于多种直径和多种钢号钢丝的调质处理，淬火，正火，回火，等温淬火，等温退火，等温索氏体化处理，再结晶退火以及快速球化等温退火等多种钢丝热处理工艺，还可以用于金属涂层的扩散加热，涂料的固化加热，涂前的预热等。
并且，本发明所述的感应加热器适用于钢丝、铜丝等有色金属丝的感应加热，也适用钢带和有色金属带的感应加热。可以应用于钢带和有色金属带的热处理加热，镀前预热及涂覆有机涂料后的固化加热等。
本发明的效果：
本发明通过钢丝、电刷及连接导线形成的次级电流回路，为钢丝提供热源，可以在较低频率f≈50KHz下加热直径d≤2mm的钢丝，使感应加热细钢丝成为可能。并可以显著地节省能源，提高效率至80％以上。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。