EP0057385B1 - Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken - Google Patents
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- EP0057385B1 EP0057385B1 EP82100407A EP82100407A EP0057385B1 EP 0057385 B1 EP0057385 B1 EP 0057385B1 EP 82100407 A EP82100407 A EP 82100407A EP 82100407 A EP82100407 A EP 82100407A EP 0057385 B1 EP0057385 B1 EP 0057385B1
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- H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
- H05B3/00—Ohmic-resistance heating
- H05B3/0004—Devices wherein the heating current flows through the material to be heated
- H05B3/0009—Devices wherein the heating current flows through the material to be heated the material to be heated being in motion
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/40—Direct resistance heating
Definitions
- the invention relates to a method for the direct electrical resistance heating of metallic workpieces, in which, in addition, the temperature is influenced in certain time segments perpendicular to the direction of current flow by means of energy from the outside.
- the surface temperature of the workpiece that has been established has basically been used to determine the electrical parameters (current, voltage) without taking into account the temperature distribution perpendicular to the direction of current flow, which is the result of heating and radiation conditions. This applies to all known methods for the direct electrical resistance heating of metallic workpieces (US Pat. No. 1,704,036).
- the aim of the invention is to avoid the deficiencies of the prior art by using a method which enables the setting of targeted temperature distributions in a metallic workpiece perpendicular to the direction of current flow.
- the invention has for its object to produce a temperature distribution optimally adapted to the end purpose perpendicular to the direction of current flow with direct electrical resistance heating of metallic workpieces, the dependence of the specific electrical resistance on the temperature being used to influence the temperature distribution.
- the object is achieved in that defined energy offers act on the metallic workpiece so briefly that there is no temperature compensation over the cross-section of the workpiece within these time periods of the additional energy offers, as a result of which the temperature distribution in the workpiece arises unevenly perpendicular to the direction of current flow.
- the time periods of the additional energy offers from the outside are before the resistance heating of the workpiece is initiated.
- these periods of additional temperature influence can also lie within the periods of direct electrical resistance heating of the workpiece or before and within the periods of resistance heating.
- the additional energy offers are provided by temperature supply and / or temperature dissipation.
- the surface temperature is warmed to a depth of 0.5 mm to 200 ° C by an external heating device in the form of a cylindrical, electrically heated high-performance furnace.
- an external heating device in the form of a cylindrical, electrically heated high-performance furnace.
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken, bei dem ausserdem in bestimmten Zeitabschnitten eine Temperaturbeeinflussung senkrecht zur Stromflussrichtung durch Energieangebote von aussen vorgenommen wird.
- Bei der direkten elektrischen Widerstandserwärmung erfolgt die Erwärmung durch direkte Umsetzung von elektrischer Energie in Wärme im stromdurchflossenen Werkstück. Die Temperaturverteilung im erwärmten Werkstück hängt bekanntlich ab
- - von der Stromstärke, der Dichte, der spezifischen Wärme und der spezifischen elektrischen Leitfähigkeit des jeweiligen Materials bezüglich der Umwandlung elektrischer Energie in Wärme und
- - vom Wärmeleitungskoeffizient, der Wärmeübergangszahl, der Dichte und der spezifischen Wärme des jeweiligen Materials bezüglich der Abstrahlbedingungen der Wärme an die Umgebung.
- Bisher wurde grundsätzlich die sich einstellende Oberflächentemperatur des Werkstückes zur Festlegung der elektrischen Parameter (Strom, Spannung) verwendet, ohne auf die Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflussrichtung Rücksicht zu nehmen, die die Resultierende aus Erwärmungs- und Abstrahlbedingungen ist. Das trifft zu für alle bekannten Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken (US-PS-1 704 036).
- Im Resultat von Erwärmungs- und Abstrahlbedingungen stellt sich stets über dem Querschnitt eine ganz bestimmte Temperaturverteilung ein, die man als gegeben hinnimmt. Das ist zugleich der Nachteil des Standes der Technik, da bezüglich eines zu lösenden Erwärmungsproblems die sich einstellende Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflussrichtung in der Mehrzahl aller Fälle nicht diejenige ist, die zur optimalen Problemlösung führt.
- Ziel der Erfindung ist die Vermeidung der Mängel des Standes der Technik durch Anwendung eines Verfahrens, das die Einstellung gezielter Temperaturverteilungen in einem metallischen Werkstück senkrecht zur Stromflussrichtung ermöglicht.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine dem Endzweck optimal angepasste Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflussrichtung bei direkter elektrischer Widerstandserwärmung metallischer Werkstücke zu erzeugen, wobei die Abhängigkeit des spezifischen elektrischen Widerstandes von der Temperatur zur Beeinflussung der Temperaturverteilung genutzt wird.
- Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass definierte Energieangebote so kurzzeitig auf das metallische Werkstück einwirken, dass innerhalb dieser Zeitabschnitte der zusätzlichen Energieangebote von aussen kein Temperaturausgleich über den Querschnitt des Werkstükkes stattfindet, wodurch sich die Temperaturverteilung im Werkstück senkrecht zur Stromflussrichtung ungleichmässig einstellt.
- In weiterer Ausbildung der Erfindung ist es möglich, dass die Zeitabschnitte der zusätzlichen Energieangebote von aussen vor der Einleitung der Widerstandserwärmung des Werkstückes liegen. Diese Zeitabschnitte der zusätzlichen Temperaturbeeinflussung können aber auch innerhalb der Zeitabschnitte der direkten elektrischen Widerstandserwärmung des Werkstücks oder vor und innerhalb der Zeitabschnitte der Widerstandserwärmung liegen. Die zusätzlichen Energieangebote sind nach der Erfindung durch Temperaturzuführung und/oder Temperaturabführung gegeben.
- Die Erfindung soll an einem Beispiel näher erläutert werden:
- Ein Stahldraht M 45,0 4 mm und 500 mm Länge, mit einer Ausgangstemperatur von beispielsweise 0°C wird durch Anlegen zweier Kontakte direkt elektrisch widerstandserwärmt.
- Vor Beginn der Stromerwärmung wird durch eine äussere Erwärmungsvorrichtung in Form eines zylindrischen, elektrisch beheizten Hochleistungsofens die Oberflächentemperatur bis in eine Tiefe von 0,5 mm auf 200°C erwärmt. Nach Einschalten der Stromversorgungseinheit für die direkte elektrische Widerstandserwärmung mit einer Spannung von 40 V und einer Einwirkungszeit von 40 s ergibt sich eine Endtemperaturverteilung von 950 °C im ursprünglich wärmeunbeeinflussten Querschnitt und 720 °C in der wärmebeeinflussten Randzone.
Claims (5)
1. Verfahren zur direkten elektrischen Widerstandserwärmung von metallischen Werkstücken, bei dem ausserdem in bestimmten Zeitabschnitten eine Temperaturbeeinflussung senkrecht zur Stromflussrichtung durch Energieangebote von aussen vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass definierte Energieangebote so kurzzeitig einwirken, dass innerhalb dieser Zeitabschnitte kein Temperaturausgleich über den Querschnitt des Werkstücks stattfindet und daher die Temperaturverteilung senkrecht zur Stromflussrichtung ungleichmässig ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabschnitte vor der Einleitung der Widerstandserwärmung des Werkstücks liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabschnitte innerhalb der Zeitabschnitte der Widerstandserwärmung des Werkstücks liegen.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitabschnitte zusätzlicher Temperaturbeeinflussung sowohl vor als auch innerhalb der Zeitabschnitte der Widerstandserwärmung liegen.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieangebote durch Temperaturzu- und/oder-ableitung gegeben sind.
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