[发明专利]一种混合磁路超导感应加热装置

说明书

本申请公开了一种混合磁路超导感应加热装置，包括：导磁铁芯、环绕导磁铁芯设置的超导线圈和围绕导磁铁芯周向分布的多个并联的铁轭，导磁铁芯的上端设置有上导磁板，导磁铁芯的下端设置有下导磁板；超导线圈通过电流引线与外部电源连接以使超导线圈承载电流，进而产生磁场；每个铁轭的上端面/下端面与上导磁板/下导磁板侧壁之间具有用于放置待加热工件的第一气隙；在待加热工件放置于第一气隙后，导磁铁芯将超导线圈产生的磁场传导至并联的多个铁轭，以形成多个串并联混合的磁路。本申请提供的装置能够同时加热多个待加热工件，以及增加待加热工件的加热效率，混合磁路使得装置具有对应于加热工艺和功率的更好调节功能。

技术领域

本申请涉及超导电力电工装备技术领域，尤其涉及一种混合磁路超导感应加热装置。

背景技术

感应加热技术在锻件穿透加热、表面淬火加热、中高频焊接以及感应熔炼等工业生产中有着广泛应用。在透热处理方面的应用包括钢管扩径，钢坯热锻，铜铝等有色金属的热压延加工；在工业热处理方面的应用包括表面淬火、透热淬火、回火和消除应力、退火和正火、焊缝退火、粉末金属烧结等；在焊接方面的应用包括金属管焊接、金属板焊接等；感应加热在金属熔炼方面的应用包括黑色金属，有色金属熔炼、铸造等。

感应加热技术应用相关领域黑色金属冶炼和压延加工业，有色金属冶炼和压延加工业被列入六大高耗能行业。据统计，感应加热设备消耗的电能总量占国家电能总消费量的1～5％，2015年我国电能总消费量为59202.87亿千瓦时，其中感应加热设备消耗量563.03～2960.14亿千瓦时之间。目前大中型感应加热设备应用中，加热钢铁的有效电热转换效率在50-60％之间；铜铝等非铁磁性工件的有效电热转换效率在35-45％之间。

传统感应加热技术的原理是法拉第电磁感应定律和电流热效应的焦耳－楞茨定律，交变的电流产生交变的磁场，交变的磁场在导体中感生涡流，利用涡流的焦耳热来加热导体。传统的感应加热系统主要包括交变电源、感应线圈和冷却系统等。影响感应加热设备有效电热转换效率的因素为线圈中的焦耳热损以及加热工件和线圈的材料特性。在线圈的焦耳热损方面，感应线圈一般为铜线或铜管等常规金属导体绕制，高频、大电流导致导体自身焦耳热非常巨大，例如感应熔炼炉感应线圈自身的焦耳热占感应炉额定功率的20％以上，而像焊管等感应线圈匝数少的感应加热设备，导体自身的焦耳热所占的比重更大。例如在热锻、金属加工与深加生产线上的感应加热设备，线圈的焦耳热要通过铜管内或线圈冷却箱体内的强迫冷却水带走。

新型超导感应加热技术的原理是：直流励磁的超导主磁体产生强直流磁场，铝质或铜质的工件在直流背景磁场中旋转切割磁力线，进而在工件中形成涡流并产生焦耳热将工件加热到工艺温度。新型超导感应加热设备主要包括直流励磁电源、超导主磁体系统和机械旋转系统等。新型超导感应加热设备运行过程中，工件中的感应电流产生阻碍旋转的制动反向转矩，机械能通过电磁感应的作用转变成了热能，超导主磁体系统中直流载流的超导线圈几乎不存在损耗，其主要损耗为低温冷却系统损耗和旋转电机损耗，而对于大功率的超导感应加热设备中，旋转电机损耗占主导，因此新型超导感应加热设备的效率有望达到 80％～85％。此外新型超导感应加热技术还具有加热均匀，加热可重复性好，无需大功率无功补偿的优点。

利用超导材料能够在直流条件下无阻载流的特性，欧洲专利1582091B1提出了一种新型直流超导感应加热方式：它的特点是在超导线圈中通入直流电流，在空间中产生静磁场，将被加工工件置于线圈所在平面，使得超导线圈产生的主磁通方向与工件轴线垂直，工件在静磁场中绕轴线旋转，激发出感应电流，从而产生热量。美国专利US7339145B2提出一种可用于加热高电导率、非铁磁性材料的电磁加热装置，采用在静磁场中旋转工件的方式，工件位于线圈所在平面。

现有技术的不足主要包括：1、现有超导直流感应加热技术中主磁体结构只能同时加热有限的一个或两个的工件；2、超导磁体的利用率低，其强磁场的优势在超导感应加热技术中没有充分体现出来。

基于此，特提出本发明。

发明内容