本發(fā)明屬于導(dǎo)電坯料加熱領(lǐng)域，本發(fā)明涉及一種導(dǎo)電坯料導(dǎo)電加熱裝置。

背景技術(shù)：

坯料的加熱作為熱成形的首要環(huán)節(jié)，其溫度的均勻性對(duì)最終零件的性能有重要影響。目前，工業(yè)生產(chǎn)主要采用箱式爐或者輥底式爐來(lái)完成坯料的加熱，該加熱方法具有坯料整體溫度均勻性好的優(yōu)點(diǎn)，但是其加熱速率慢、效率低、占地面大、成本高、靈活性差。感應(yīng)加熱作為一種可替代的加熱方法，具有加熱速率快和效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是受限于感應(yīng)線圈的形狀，即一種形狀的線圈只能加熱特定形狀的坯料，且當(dāng)材料的溫度達(dá)到居里點(diǎn)后，其加熱效率將大大降低。導(dǎo)電加熱作為另一種可替代的加熱方法，也具有加熱速率快與效率高的特點(diǎn)，其最大加熱速率達(dá)400℃/s，加熱效率在60％以上，由于其加熱速率快、生產(chǎn)效率高，具有較好的應(yīng)用前景。但是，在導(dǎo)電加熱過(guò)程中，由于靠近銅電極區(qū)域的坯料向銅電極傳導(dǎo)的熱量多于中間區(qū)域，導(dǎo)致靠近銅電極區(qū)域的坯料溫度較低，遠(yuǎn)離銅電極的中間區(qū)域溫度高。同時(shí)，坯料的電阻率隨溫度的升高而變大，因此，靠近銅電極區(qū)域材料的電阻率低，而遠(yuǎn)離銅電極的中間區(qū)域材料的電阻率大，由焦耳定律可知，靠近銅電極區(qū)域坯料的發(fā)熱量小，遠(yuǎn)離銅電極的中間區(qū)域的發(fā)熱量大，這進(jìn)一步加劇了導(dǎo)電加熱坯料中間區(qū)域與靠近銅電極區(qū)域坯料的溫度差，因而，在自然條件下，導(dǎo)電加熱坯料溫度的分布規(guī)律是中間區(qū)域溫度高，靠近銅電極的區(qū)域溫度低，影響了坯料整體溫度的均勻性以及后續(xù)熱成形零件的力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電坯料整體溫度一致性的導(dǎo)電坯料導(dǎo)電加熱裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種導(dǎo)電坯料導(dǎo)電加熱裝置，包括一對(duì)相對(duì)設(shè)置的銅電極，銅電極之間安裝導(dǎo)電坯料，所述導(dǎo)電坯料周圍設(shè)有兩端開口的半封閉結(jié)構(gòu)的保溫裝置，保溫裝置中部設(shè)有儲(chǔ)能部，儲(chǔ)能部?jī)?nèi)表面各處與導(dǎo)電坯料表面距離相等，保溫裝置兩端分別設(shè)有與導(dǎo)電坯料表面距離逐步遞減的收縮部，收縮部外緣分別靠近所述銅電極。

所述保溫裝置內(nèi)表面為低吸收率、高反射率的內(nèi)反射層，內(nèi)反射層外包裹有絕熱儲(chǔ)能的外儲(chǔ)能層。

所述保溫裝置為上下分體開合式結(jié)構(gòu)，下體固定安裝，上體可開合以安裝導(dǎo)電坯料。

所述保溫裝置為兩端開口的半封閉筒狀結(jié)構(gòu)。

所述內(nèi)反射層厚度為0.1mm～2mm。

所述外儲(chǔ)能層厚度范圍1～10mm。

所述保溫裝置內(nèi)表面各處與導(dǎo)電坯料表面距離小于100mm。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明利用不均等傳熱的方法，在導(dǎo)電坯料周圍布置離導(dǎo)電坯料距離變化的保溫裝置，保溫裝置內(nèi)側(cè)將導(dǎo)電坯料輻射到保溫裝置中的能量反射到導(dǎo)電坯料上，增加了導(dǎo)電坯料的能量輸入，由于保溫裝置離坯料靠近低溫區(qū)的距離小于中間高溫區(qū)的距離，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電坯料導(dǎo)電加熱溫度的均勻性；

2、保溫裝置在導(dǎo)電坯料的周圍形成了一個(gè)半封閉空間，降低了導(dǎo)電坯料與空氣之間的對(duì)流，減小了坯料的對(duì)流散熱，降低坯料的能量損失，提高了能量利用率；

3、所述的保溫裝置制造簡(jiǎn)單，安裝方便，成本低，且適用不同形狀和尺寸的坯料。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為高溫坯料點(diǎn)源輻射能量隨距離關(guān)系示意圖；

圖3為不均等傳熱示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。

如圖1所示，一種導(dǎo)電坯料導(dǎo)電加熱裝置，包括一對(duì)相對(duì)設(shè)置的銅電極4，銅電極4之間安裝導(dǎo)電坯料3，所述導(dǎo)電坯料3周圍設(shè)有兩端開口的半封閉筒狀結(jié)構(gòu)的保溫裝置5，所述保溫裝置5內(nèi)表面為低吸收率、高反射率的內(nèi)反射層1，內(nèi)反射層1外包裹有絕熱儲(chǔ)能的外儲(chǔ)能層2。內(nèi)反射層1厚度為0.1mm～2mm，外儲(chǔ)能層2厚度為1mm～10mm。

保溫裝置5中部設(shè)有儲(chǔ)能部6，儲(chǔ)能部6內(nèi)表面各處與導(dǎo)電坯料3表面距離相等，保溫裝置5兩端分別設(shè)有與導(dǎo)電坯料3表面距離逐步遞減的收縮部7，收縮部7外緣分別靠近所述銅電極4。所述保溫裝置5還可以加工成上下分體的開合式結(jié)構(gòu)，下體固定安裝，上體可開合，以便于安裝更換導(dǎo)電坯料3。

本發(fā)明的保溫裝置沒有特定形狀，具體形狀可根據(jù)導(dǎo)電坯料的形狀設(shè)計(jì)，只需要保證保溫裝置內(nèi)表面與導(dǎo)電坯料的距離就能實(shí)現(xiàn)保溫導(dǎo)熱的目的。

本實(shí)施例假定通過(guò)導(dǎo)電加熱的方法將矩形導(dǎo)電坯料加熱到900℃左右，并進(jìn)行一段時(shí)間的保溫。導(dǎo)電加熱是導(dǎo)電材料內(nèi)部生產(chǎn)的焦耳熱轉(zhuǎn)換為導(dǎo)電材料溫度升高的過(guò)程，由焦耳定律與能量守恒定律可知：

q＝i²rt＝cmδt(1)

其中，q為導(dǎo)電材料的發(fā)熱量，i為輸入的電流，r為導(dǎo)電材料的電阻，t為加熱時(shí)間，c為導(dǎo)電材料的比熱容，m為導(dǎo)電材料的質(zhì)量，△t為導(dǎo)電材料溫度的升高。

在自然條件下，導(dǎo)電坯料在加熱和保溫階段，通過(guò)對(duì)流和輻射向周圍環(huán)境散熱。假設(shè)環(huán)境溫度為20℃，則導(dǎo)電坯料3通過(guò)對(duì)流向周圍環(huán)境散熱的對(duì)流換熱熱流hconv為：

其中，gr為普朗特?cái)?shù)、pr在膜層溫度下評(píng)估所得，l為尺度率，導(dǎo)電坯料3通過(guò)輻射向周圍環(huán)境散熱的輻射換熱熱流hrad為：

其中，σ為斯蒂芬—玻爾茲曼常數(shù)，ε為導(dǎo)電坯料的發(fā)射率，t1和t2分別為導(dǎo)電坯料3和環(huán)境的溫度。

由式(1)與(2)可知，由于高溫物體的輻射換熱熱流比對(duì)流換熱熱流高一個(gè)數(shù)量級(jí)，因而，高溫物體主要是通過(guò)輻射形式散熱。

輻射是電磁波傳遞能量的現(xiàn)象。當(dāng)輻射的能量投射到物體表明時(shí)，會(huì)存在吸收、反射和穿透現(xiàn)象，即：

α+ρ+τ＝1(4)

其中，α、ρ、τ分別為物體對(duì)投入的輻射能量的吸收率、反射率和穿透率。對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)用導(dǎo)電坯料3，一般認(rèn)為穿透率τ＝0，即

α+ρ＝1(5)

由于物體對(duì)投入輻射能量所呈現(xiàn)的吸收和反射特性，都具有在物體表面上進(jìn)行的特點(diǎn)。

如圖3所示，當(dāng)保溫裝置5的內(nèi)側(cè)采用低吸收率、高反射率的材質(zhì)時(shí)，導(dǎo)電坯料3因輻射散失的能量，將在保溫裝置5的內(nèi)反射層1發(fā)生發(fā)射，使大部分輻射散失的能量重新反射到導(dǎo)電坯料3上。

對(duì)于寬度方向一定的保溫裝置5，如圖2所示，其寬度為l，到導(dǎo)電坯料3的距離為h，導(dǎo)電坯料3的一個(gè)點(diǎn)源輻射出的能量總強(qiáng)度為e0，在二維空間內(nèi)，點(diǎn)源的能量輻射以半圓形的形式，則保溫裝置5在寬度方向上，接收到的能量e為：

從式(6)可以看出，所述的保溫裝置5距導(dǎo)電坯料3的距離越近，接收到導(dǎo)電坯料3的輻射能量也越多，保溫裝置5內(nèi)反射層1反射的能量也越多。因而，從理論角度分析，保溫裝置5整體距導(dǎo)電坯料3的距離越近，反射到導(dǎo)電坯料3上的輻射能量越多。但考慮到材料耐熱性制約，以及接觸傳導(dǎo)對(duì)導(dǎo)電坯料的影響，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，保溫裝置5內(nèi)表面各處與導(dǎo)電坯料3的距離小于100mm，此時(shí)，保溫效果及熱均衡效果最佳。

在加熱過(guò)程中，所述的銅電極4壓緊導(dǎo)電坯料3，由于銅電極4熱導(dǎo)率大，導(dǎo)電坯料3靠近銅電極4的區(qū)域，通過(guò)銅電極4傳導(dǎo)而散失熱量多，導(dǎo)致導(dǎo)電坯料3靠近銅電極4區(qū)域溫度低，遠(yuǎn)離銅電極4的中段溫度高。由于材料的電阻率隨溫度的升高而增加，導(dǎo)電坯料3靠近銅電極4的區(qū)域溫度低，該區(qū)域材料的電阻率低，材料的發(fā)熱量也減小，進(jìn)一步加劇了導(dǎo)電坯料3中部區(qū)域與靠近銅電極4端部區(qū)域的溫度差。

導(dǎo)電坯料3外部罩有保溫裝置5后，導(dǎo)電坯料3輻射的能量經(jīng)過(guò)保溫裝置5的內(nèi)反射層1反射回來(lái)，可以彌補(bǔ)導(dǎo)電坯料3的熱量散失，同時(shí)由于保溫裝置5儲(chǔ)能部6、收縮部7距導(dǎo)電坯料3的距離不等，根據(jù)傳熱學(xué)的原理可知，導(dǎo)電坯料3靠近銅電極4的低溫區(qū)域，對(duì)應(yīng)收縮部7從而得到更多的能量補(bǔ)充，并且保溫裝置5形成一個(gè)半封閉的空間，只在兩端收縮部7開口，降低了導(dǎo)電坯料3與空氣之間的對(duì)流散熱，同時(shí)又促進(jìn)了保溫裝置5內(nèi)部自中間的儲(chǔ)能部6向兩端的收縮部7的熱對(duì)流，使得導(dǎo)電坯料3中間區(qū)域的熱量源源不斷的向靠近銅電極4的區(qū)域傳導(dǎo)，增加了導(dǎo)電坯料3兩端的熱量補(bǔ)充，加之，保溫裝置5收縮部7距坯料距離更近，保溫裝置5內(nèi)側(cè)反射回來(lái)的能量多，兩種作用疊加后導(dǎo)電坯料3靠近銅電極區(qū)域的溫度升高多，溫度的升高使得導(dǎo)電坯料3靠近銅電極4區(qū)域的材料的電阻率增加，發(fā)熱量也增加，從而降低了導(dǎo)電坯料3中間區(qū)域與靠近銅電極區(qū)域的溫度差。

由于導(dǎo)電坯料3輻射的能量有一部分會(huì)被保溫裝置5吸收，使保溫裝置5溫度升高，因此，當(dāng)保溫裝置5所用材料的過(guò)厚時(shí)，其體積增加，則保溫裝置5會(huì)吸收更多的能量使整體溫度上升，從而增加了不必要的能耗，因此，保溫裝置5內(nèi)反射層1所用材料的厚度在0.1～2mm之間。保溫裝置5的外側(cè)包裹絕緣、儲(chǔ)能材料制成的外儲(chǔ)能層2，以減少保溫裝置5形成的半封閉空間的熱量散失。

所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。