專利名稱：加熱裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法和裝置，用于實施坯料加熱和對金屬材料作其他加熱，以準(zhǔn)備隨后的加工。
以燃燒器或電阻元件作為熱源的加熱爐的使用在本領(lǐng)域中是公知的，而且在加熱坯料時，經(jīng)常會使用所謂的步進(jìn)爐。為了在電熱爐中獲得均勻的熱量分布，加熱元件被安置在爐子的側(cè)壁或頂壁上，并且通常覆蓋了所述部位的大部分。此外，其他類型的電熱式熱源例如鎢絲燈為了某些特定目的而用在有限的場合中。在傳統(tǒng)的爐子中，特別是在最常用的步進(jìn)式或推桿式爐子中，毛坯支靠在步進(jìn)梁或“冷”底座上。這將導(dǎo)致毛坯中的溫度有較大差異，特別是在初始加熱狀態(tài)下。出于這種原因，毛坯經(jīng)常會變形，并且在某些時候看上去就像香蕉一樣。這種類型的爐子在大多數(shù)情況下在溫度改變時需要有很長的延遲時間，這將導(dǎo)致從一種操作溫度向另一種操作溫度重新調(diào)整時較為耗時。
對于冶金學(xué)上的高級合金而言，均勻且同步的毛坯加熱對于最終結(jié)果而言是極為重要的。HF(高頻)加熱在某些時候可以用于具有均勻橫斷面的毛坯的加熱。其優(yōu)點是加熱器結(jié)構(gòu)緊湊，缺點同樣是難以實現(xiàn)均勻的加熱。對于這種加熱，除非采用大型冷凝器組，否則需要使用水冷，而水冷需要消耗大量的能量并且功率因數(shù)(cosφ)低。
還已知有這樣的加熱器被使用，其熱源是帶有鎢絲燈的IR(紅外線)放射器以及空氣冷卻式反射器。這種加熱器的用途局限在特定的低溫下，最高達(dá)400-500℃，例如擠出操作之前的鋁坯加熱。在這種溫度下，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)存在“逆輻射”問題，因此燈和反射器的空氣冷卻必須充分，所以，效率會降低。
根據(jù)本發(fā)明的加熱裝置包括罩子形的模塊，根據(jù)所需數(shù)量，一個或多個罩子安置在將要加熱的毛坯的上方。根據(jù)本發(fā)明的模塊包括一個由纖維材料制成的罩子。罩子內(nèi)部裝有一個或多個電熱元件，從而通過側(cè)壁對IR射線的反射而對稱地加熱毛坯的所有側(cè)面。元件模塊和側(cè)壁被設(shè)計得盡可能均勻地向坯料傳遞熱量。在分批處理爐的情況下，可以基于坯料的長度而使用多個元件模塊，或者在連續(xù)作業(yè)式爐的情況下，可以基于爐內(nèi)的所需加熱時間而使用多個元件模塊。模塊或罩子安置在爐底部的上方，而爐底部是這樣設(shè)計的，即在毛坯安置在適宜支承或其他器具上，而不是直接支靠在爐底部上的情況下，爐底部能夠向毛坯的側(cè)面和底部反射熱輻射。為了獲得這種效果，裝置被這樣制作，即模塊和爐底部二者的側(cè)壁的主要部分相對于豎直平面呈一定角度，從而可將反射的輻射引到坯料上。
這里提出的結(jié)構(gòu)的一個優(yōu)點是能夠快速且靈活地實現(xiàn)溫度重新調(diào)整。對于加工需要有不同溫度的不同合金而言，這一點特別重要。在最佳的較低重量和充分的絕緣性被選擇后，還能夠?qū)崿F(xiàn)快速的熱平衡。此外，由于不需要前置的保溫加熱就能夠快速達(dá)到設(shè)置的操作溫度，因此還能夠節(jié)約能量。同采用步進(jìn)式和推桿式爐時相比，更換元件和修理側(cè)壁覆層時的停工所造成的影響較小。多個這里提出的結(jié)構(gòu)組件可以用于替代前述類型的較大爐子。對于更高的溫度，最佳且最經(jīng)濟(jì)的可行解決方案是采用帶有陶瓷纖維制反射器的陶瓷加熱元件。
根據(jù)本發(fā)明的加熱方法和加熱裝置以及它們的實施例具有如權(quán)利要求書中所述的特征。


下面參照附圖中所示的實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。
圖1中示出了用在坯料加熱器中的加熱元件組件。
圖2中示出了用在坯料加熱器中的罩子。
圖3中示出了坯料加熱器的底部件。
圖4中示出了帶有加熱元件組件的罩子的底側(cè)圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的爐子的橫斷面圖；圖6中示出了用在根據(jù)圖1-5的爐子中的電阻元件實例。
圖7是根據(jù)本發(fā)明加熱后的毛坯的溫度平衡圖。
圖8是毛坯底側(cè)的反射效果曲線圖。
在圖5中所示橫斷面圖中，爐子包括一個底部件1，底部件的頂部裝有兩個頂部件4A、4B。在每個頂部件中分別裝有一個位于加熱元件組件10A、10B中的電阻元件。一個毛坯11在兩個支承件12A、12B上放在爐子中。爐子的底部件的是矩形的，而且如圖中所示具有內(nèi)部側(cè)壁，這些內(nèi)部側(cè)壁以與類似于頂部件側(cè)壁的方式傾斜。毛坯11的所有側(cè)面均會受到反射的熱輻射的作用。熱源可以集中在少量幾個位置上，其中每個頂部件中分別具有一個熱源并通過反射而將熱量散布在毛坯上，從而實現(xiàn)平衡和均勻的加熱。優(yōu)選使到達(dá)毛坯的熱輻射總量的50％以上是反射的輻射。
輻射元件必須具有大功率，以產(chǎn)生單位時間內(nèi)所需的輻射熱量。因此，它們優(yōu)選被制作成線形或條形的電阻元件，電阻元件被彎折，從而使得每個電阻元件的高溫段14分別具有至少八個桿部14A-14D。每個電阻元件分別具有兩個接頭13、15。所述桿部以曲折的三維形狀彼此連接著，從而獲得單位時間內(nèi)的高熱量。為了達(dá)到足夠的高溫，電阻元件優(yōu)選由二硅化鉬或其他陶瓷材料制成。
利用本發(fā)明，可以在短時間內(nèi)獲得極佳的溫度均勻性，這一點可以從圖7中清楚地看出。圖中示出了毛坯中的最大實測溫差T與時間h的關(guān)系，其中根據(jù)本發(fā)明的爐子中的狀態(tài)以實線表示，在底部被遮擋而阻止熱量反射到毛坯底部的相同爐子中的狀態(tài)以虛線表示。出于比較的目的，應(yīng)當(dāng)指出，在電熱式步進(jìn)爐中毛坯的溫度會顯著不同。在燃?xì)饣蛉加蜖t中，溫度差會更大。
從圖8中的曲線圖中可以明顯看出毛坯底部反射的重要性，圖中示出了毛坯頂部與底部之間的溫度差ΔT與時間h之間的關(guān)系。顯然，在根據(jù)本發(fā)明不阻擋向毛坯底部反射的情況下的常規(guī)加熱溫差曲線t1的溫度明顯好于阻止向毛坯底部反射時的溫差曲線t2。另外，加熱速度也提高了。
上面描述的本發(fā)明實施例并非限定性的，在本發(fā)明的思想框架內(nèi)，可以在前面所述實施例之外作出各種改變。
權(quán)利要求
1.一種加熱爐，其中熱量通過輻射傳遞到爐中的毛坯上，輻射的大部分將射在爐壁上并被爐壁反射，然后再傳遞到毛坯上，其特征在于，加熱爐包括至少一個爐底部件(1)和至少一個具有側(cè)壁(5，6，7，8)的爐頂部件(4)，其中所述頂部件側(cè)壁上的至少一部分彼此相向著向內(nèi)傾斜，而且在頂部件(4)的上部中裝有一個或多個輻射元件(9)，所述輻射元件具有桿或條(14)的形狀，并且在由傾斜側(cè)壁構(gòu)成的空間中三維延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱爐，其特征在于，熱輻射還被爐底部反射。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的加熱爐，其特征在于，到達(dá)坯料的輻射中的至少50％是反射的輻射。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一所述的加熱爐，其特征在于，元件(9)的操作溫度高于1400℃，優(yōu)選為大約1450℃。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求中任一所述的加熱爐，其特征在于，所述一個或多個元件分別包括至少八個曲折形狀的桿部(14A-14D)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在加工之前實施毛坯加熱和對金屬材料作其他加熱的方法，其中熱量通過輻射而傳遞到爐中的毛坯上。根據(jù)本發(fā)明的方法，輻射的大部分將射在爐壁上并被爐壁反射，然后再傳遞到毛坯上。優(yōu)選這樣設(shè)計爐子，即熱輻射還被爐底部反射。到達(dá)坯料的輻射中至少應(yīng)當(dāng)有50％是反射的輻射。本發(fā)明還涉及一種用于實施毛坯加熱或其他加熱的裝置，其包括至少一個爐底部件(1)和至少一個具有側(cè)壁(5，6，7，8)的爐頂部件(4)，其中所述頂部件側(cè)壁上的至少一部分是傾斜的，以使對置的側(cè)壁彼此相向著傾斜。
文檔編號F27D99/00GK1401069SQ0180515
公開日2003年3月5日 申請日期2001年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月18日
發(fā)明者馬茨·松德貝里, 拉爾斯-約蘭·約翰松, 海倫娜·約翰松, 揚(yáng)·安德森 申請人:康特霍爾公司