專利名稱：感應加熱金屬工件的方法
技術領域：
本發明涉及通過使金屬工件相對于穿透該工件的磁場移動(特別地，旋轉)來將金屬工件感應加熱到希望的溫度的方法。
背景技術：
可以在通過至少一個線圈激發的磁場中加熱金屬工件，特別是條、錠、坯料或初軋 方坯、或桿形式的金屬工件，其中線圈的繞組承載交流或直流。在第一種情況下，工件通常 在交流磁場中靜止，但也可相對于該交流磁場進行平移或旋轉移動。在后一情況下，即，當 激發直流磁場時，在磁場與工件之間的平移和/或旋轉相對移動是有必要的。這種在直流磁場中感應加熱工件的方法由例如WO 2004/06668IAl和DE 10 2005 061 670A1 可知。用于感應加熱移動的工件的已知方法的基本困難在于以足夠且可重復的精度判 斷工件的與時間相關的上升溫度，以在已達到預定的希望溫度時終止加熱處理。雖然直接 接觸測量(例如通過熱偶)獲得非常精確的測量值，但由于它們僅可對靜止的工件執行，因 此幾乎不實用。間接接觸測量(例如對工件材料的與溫度相關的電阻的測量)可對移動的 工件執行，但它們需要滑動接觸，其中滑動接觸不僅容易磨損，而且由于氧化物的層和工件 表面比例，導致非常不精確的測量結果。在由DE 30 33 482A1可知的方法中同樣存在該缺 點，該方法用于通過測量輥直徑來測量感應加熱的輥的溫度。雖然可以以實質上簡單的方式實施非接觸測量，即，通過測高溫學執行的測量，但 它們不能獲得任何充分精確和可重復的測量結果，這是因為它們是基于通過修正因子將所 測量的IR輻射轉換為對應的黑體溫度的計算。然而，表示所使用的材料相對于黑體的熱輻 射系數的修正因子依賴于材料以及工件的表面條件。特別地，由于氧化物或比例形成，該表 面條件反過來又與溫度顯著相關。因此，該熱輻射系數會顯著改變，從而在室溫與所希望的 溫度之間增大和減小。例如，就銅而言，由于黑色銅氧化物的形成，熱輻射系數從室溫下的 約0. 3增加到600°C下的約0. 7。另一方面，就鋁而言，由于白色鋁氧化物的形成，熱輻射系 數隨著溫度升高而降低。與此無關地，特別地，突出的塊具有在熱處理之前已經在塊與塊之 間不同的表面條件。因此，在許多情況下，甚至工件的實際溫度的高溫測量不足夠精確，并 且也不能獲得工件與工件之間的可重復的值。
發明內容
本發明基于提供一種能夠以足夠且可重復的精度將金屬工件通過感應而加熱到 希望溫度的方法的目的。在通過使金屬工件相對于穿透該工件的直流磁場旋轉來將金屬工件感應加熱到 希望溫度的方法中，該目的如此實現，其中，所述工件被夾緊在適于圍繞共軸旋轉的兩個夾 爪之間，所述夾爪中的至少一個被驅動旋轉，所述夾爪中的至少一個適于沿著或平行于所 述旋轉軸主動移位，所述夾爪中的至少一個的接觸力被調整，并且代表所述工件的溫度的至少一個機械參數被測量作為實際值且與該機械參數的代表所述希望溫度的希望值相比 較。在正常情況下，當所述實際值已達到所述希望值時，停止所述感應加熱。優選地，所述代表性機械參數的所述實際值被測量作為按比例的電信號，或者被 轉換為這種電信號，然后比較該電信號的量值與對應于所述希望值的電信號的量值。例如，為了文獻化的目的，連續地測量和存儲所述實際值。優選地，代表所述希望溫度的所述希望值根據通過相同方法感應加熱的相同種類 的參考工件而確定，其中該參考工件的溫度以及所述機械參數的對應實際值被確定，并且 將所述機械參數的在達到所述希望溫度時測量的值視為用于相同種類的所有工件的希望 值。特別簡單地，使用所述工件的熱膨脹作為代表性機械參數。可通過直接或間接測量路徑來測量該熱膨脹。這可以非接觸或接觸 的方式實現。由于熱膨脹與在起始溫度下工件的測量尺度的初始值成比例，在細長形工件(例 如坯料或條)的情況下，通過比沿著其短軸測量(例如，在圓柱狀工件的情況下對直徑的測 量)少的測量努力來測量沿著其長軸的其熱膨脹。當使用具有差的導熱性的夾爪時，可確保所述工件的所述希望溫度的基本各向異 性的均勻性。當所述希望溫度在其中工件的材料通過施加在表面上的壓力而開始變得塑性變 形的溫度范圍內時，與溫度相關地將所述接觸力調整為對應于這樣的表面壓力的值，該表 面壓力小于所述工件的該塑性變形開始時的與溫度相關的表面壓力。由此，只要膨脹系數 與溫度無關地保持恒定，則可確保夾爪之間的間隔與工件的溫度的升高成比例地增大。這 適用于具有充分精度的大多數工件。特別地，當通過液壓產生所述夾爪的所述接觸力且所述接觸力的值由所述液壓力 的值確定時，可以非常簡單地，如果需要，通過降低液壓力，來降低所述接觸力的值。可以利用線性電動機、主軸驅動器、或者齒條和小齒輪驅動器，設定或調整例如通 過可旋轉夾爪中的一個的線性移位而實現的所述夾爪的所述接觸力。作為所述代表性機械參數，還可使用向所述工件供給的機械功來替代熱膨脹。由于在可旋轉驅動的工件的情況下，機械功取決于各因素當中的傳送扭矩，因此 有利地，連續地測量至少傳送到該工件的扭矩。在恒定的旋轉數的條件下，可由該旋轉數、測量的扭矩以及時間來計算所述機械 功。另一方面，如果在加熱時以不同的旋轉數可旋轉地驅動所述工件，則由對該時間 相關的旋轉數和時間相關的扭矩的時間積分來計算所述機械功。可由所述電動機特征的變 換器的有效電流或有效功率來計算所述扭矩。本領域技術人員熟知用于連續扭矩測量的該 方法和其他方法。通常，通過熱膨脹確定的溫度伴隨著比通過機械功確定的溫度小的誤差。因此，優 選地，將通過機械功確定的溫度僅僅用于對通過熱膨脹確定的工件溫度的真實性檢查。可通過處理控制來便利地執行所提出的方法。為此，特別地，可以將參考值(雖經 努力測量但仍具有關于參考工件的精度)以及對工件測量的機械參數的實際值連續地存儲在處理控制器中，該處理控制器比較在感應加熱期間對工件測量的實際值與所存儲的參 考值且發出代表實際溫度的信號。基于可作為模擬或數字值而被顯示在例如屏幕上的該信 號，操作人員可讀取工件的該計算得到的實際溫度。然而，特別地，一旦實際溫度已達到希 望溫度，可使用該信號來自動終止加熱操作。該方法的進一步的發展在于，將不同尺度的工件和/或不同材料的工件的參考值 存儲在獨立的數據文件中。對于改變尺度和/或不同材料的工件，在后一情況下通常還必 須將工件加熱到不同的希望溫度，在該情況下，處理控制被限制為通過手動或利用完全處 理控制的系統自動地從由更高級別的處理控制器傳送的工件和/或材料數據而提取出各 自的相關數據文件和希望溫度。替代地或附加地，如果將機械功用作代表工件溫度的參數，則至少將將要加熱的 工件的材料和尺度輸入所述處理控制器中，并且將所述處理控制器編程為使其根據給定的 程序來至少控制所述夾爪的所述接觸力、所述工件的所述旋轉數、以及與時間相關的感應。如果不對經加熱的工件立即進行進一步處理，則一旦達到所述工件的希望溫度， 則可以將該工件的至少所述旋轉數降低到這樣的值，在該值處，由熱輻射和熱傳導引起的 損耗被近似補償。替代地或附加地，可為了相同目的而降低磁感應。通過至少一個超導線圈產生所述直流磁場。
下面，將借助于附圖，通過實例示例根據本發明的方法。在附圖中圖1是用于通過測量工件的熱膨脹來將工件感應加熱到希望溫度的裝置的較簡 化的示例；以及圖2是用于通過測量向工件供給的機械功來將工件感應加熱到希望溫度的裝置 的較簡化的示例。
具體實施例方式在圖1中，在機床上設置彼此分隔的兩個托架2a、2b。這些托架中的至少一個適 于通過未示出的驅動工具而沿著雙向箭頭Pl的方向移動。每個托架2a、2b分別承載電動 機3a和3b。每個電動機3a或3b分別驅動夾爪4a或4b。夾爪4a、4b中的至少一個適于 通過液壓器件5a、5b而相對于各自的電動機3a、3b沿雙向箭頭P2移動。圓柱條形的工件 6被夾緊在夾爪之間。由箭頭B表示且由未示出的承載直流的線圈產生的磁場穿透條6。每個托架2a和2b分別承載路徑測量傳感器7a和7b。這些路徑測量傳感器分別 通過掃描示出的線性測量尺8a或8b而測量各自的托架相對于機床1的位置，從而測量條 6在夾爪4a、4b之間的改變的溫度相關長度。替代所示例的路徑測量傳感器7a或7b，還可 以使用以充分的精度操作的任何其他路徑或距離測量工具。特別地，還可以使用直接測量 托架2a和2b之間的距離的激光距離測量工具、或者直接測量夾爪4a和4b的端面之間的 距離且通過無線電將測量數據傳送到接收工具的激光距離測量工具。圖2也以示意性和簡化的形式示出了用于感應加熱的裝置，利用該裝置，由向工 件6供給的功來確定工件6的溫度。工件6在線圈21的鐵心20的極片之間旋轉，特別地，該線圈21可具有超導繞組。該工件6被設定為經由所示出的驅動電動機23(原則上與圖1 類似，即，支撐在夾爪之間，并且，如果需要，還經由兩個驅動電動機)而旋轉。通過傳感元 件(其本身公知，例如，設置在軸上的線應變計)傳送從驅動電動機23傳送到工件6的扭 矩，作為給處理單元24的電信號，該處理單元24向處理計算機25供給與扭矩成比例的參 數。此外，該處理計算機接收例如來自驅動電動機21的代表工件6的旋轉數的信號。一旦 旋轉數不同于零，則在計算機中開始時間測量。通過旋轉數、扭矩和所經過的加熱時間，計 算機確定供給到工件的功。在該計算機中，使該功的量的實際值與所存儲的希望值相比較， 并且在相等的情況下，例如，停止驅動電動機23。
優選以相同的方式，例如，通過重復地通過停止驅動器而中斷加熱且經由與熱偶 的接觸、或者通過對移動的工件進行校準的高溫測量，對類似或相同的感應加熱的工件測 量希望值或希望值的數目，來作為用于每個工件尺度和每個工件材料的讀出值。
權利要求
一種通過使金屬工件相對于穿透該工件的直流磁場旋轉來將所述金屬工件感應加熱到希望溫度的方法，其特征在于，所述工件被夾緊在適于圍繞共軸旋轉的兩個夾爪之間，所述夾爪中的至少一個被驅動旋轉，所述夾爪中的至少一個適于沿著或平行于所述旋轉軸主動移位，所述夾爪中的至少一個的接觸力被調整，并且代表所述工件的溫度的至少一個機械參數被測量作為實際值且與該機械參數的代表所述希望溫度的希望值相比較。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，當所述實際值已達到所述希望值時，停止所述 感應加熱。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述代表性機械參數的所述實際值被測量 作為電信號，或者被轉換為電信號，并且比較該電信號的值與對應于所述希望值的電信號 的值。
4.根據權利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，連續地測量和存儲所述實際值。
5.根據權利要求1至4中任一項的方法，其特征在于，代表所述希望溫度的所述希望值 在根據相同方法感應加熱的相同種類的參考工件上確定，其中所述參考工件的溫度以及所 述機械參數的對應實際值被確定，并且將在達到所述希望溫度時測量的所述機械參數的值 視為用于所有相同工件的希望值。
6.根據權利要求1至5中任一項的方法，其特征在于，使用所述工件的熱膨脹作為代表 性機械參數。
7.根據權利要求6的方法，其特征在于，通過路徑測量工具來測量所述熱膨脹。
8.根據權利要求6或7的方法，其特征在于，沿著所述工件的長軸測量所述工件的所述 熱膨脹。
9.根據權利要求1至8中任一項的方法，其特征在于，使用具有差的導熱性的夾爪。
10.根據權利要求1至9中任一項的方法，其特征在于，與溫度相關地將所述接觸力調 整為對應于這樣的表面壓力的值，該表面壓力低于所述工件的塑性變形開始時的與溫度相 關的表面壓力。
11.根據權利要求1至10中任一項的方法，其特征在于，通過液壓產生所述夾爪的所述 接觸力，并且所述接觸力的值由所述液壓力的值確定。
12.根據權利要求1至11中任一項的方法，其特征在于，使用向所述工件供給的機械功 作為所述代表性機械參數。
13.根據權利要求1至12中任一項的方法，其特征在于，連續地測量至少傳送到所述工 件的扭矩。
14.根據權利要求12或13的方法，其特征在于，由旋轉數、扭矩和時間來計算所述機械功。
15.根據權利要求12至14中任一項的方法，其特征在于，由對時間相關的旋轉數和時 間相關的扭矩的時間積分來計算所述機械功。
16.根據權利要求12至15中任一項的方法，其特征在于，將由所述機械功確定的溫度 用于對由所述熱膨脹確定的工件溫度的真實性檢查。
17.根據權利要求1至16中任一項的方法，其特征在于，將對所述參考工件測量的所述 參考值和對所述工件測量的所述機械參數的所述實際值連續地存儲在處理計算機中，所述 處理計算機比較在所述感應加熱期間測量的所述工件的所述實際值與所存儲的參考值且發出代表實際溫度的信號。
18.根據權利要求17的方法，其特征在于，將不同尺度的工件和/或不同材料的工件的 參考值存儲在所述處理計算機中的獨立的數據文件中。
19.根據權利要求1至18中任一項的方法，其特征在于，至少將將要加熱的所述工件的 材料和尺度輸入所述處理計算機中，并且所述處理計算機根據預定程序至少控制所述夾爪 的所述接觸力、所述工件的所述旋轉數、以及與時間相關的感應。
20.根據權利要求1至19中任一項的方法，其特征在于，一旦達到所述工件的所述希望 溫度，便將所述工件的至少所述旋轉數降低到這樣的值，在該值處，由熱輻射和熱傳導引起 的損耗被近似補償。
21.根據權利要求1至20中任一項的方法，其特征在于，一旦達到所述工件的所述希望 溫度，便將磁感應降低到這樣的值，在該值處，由熱輻射和熱傳導引起的損耗被近似補償。
22.根據權利要求1至21中任一項的方法，其特征在于，通過至少一個超導線圈產生所 述直流磁場。
23.根據以上權利要求中任一項的方法，其用于旋轉對稱的工件。
全文摘要
一種通過使金屬工件相對于穿透該工件的直流磁場旋轉來將所述金屬工件感應加熱到希望溫度的方法的區別特征在于，所述工件被夾緊在適于圍繞共軸旋轉的兩個夾爪之間，所述夾爪中的至少一個被驅動旋轉，所述夾爪中的至少一個適于沿著或平行于所述旋轉軸主動移位，所述夾爪中的至少一個的接觸力被調整，并且代表所述工件的溫度的至少一個機械參數被測量作為實際值且與該機械參數的代表所述希望溫度的希望值相比較。
文檔編號H05B6/14GK101836501SQ200880112972
公開日2010年9月15日 申請日期2008年8月14日 優先權日2007年10月24日
發明者P·比爾斯泰因, W·維特 申請人:澤奈基電力公司