高翔+羅奕明+陳誼偉

摘要：

扼要介紹了一種新型鋁型材擠壓模具箱式加熱爐.在相同試驗條件下，與傳統(tǒng)電阻式鋁型材模具加熱爐進行性能試驗比較，分別記錄兩種加熱爐在升溫與保溫過程中溫控曲線的變化，及所需的能耗和兩種模具爐在保溫過程中的熱量散失情況.研究結(jié)果表明：模具箱式加熱爐相比傳統(tǒng)模具加熱爐，加熱效率提高約50%，耗電量降低約57%.模具箱式加熱爐具有傳熱效率高、隔熱性能強、加熱均勻性好、安全系數(shù)高、模具使用壽命延長以及模具損壞率降低等優(yōu)點，在鋁型材加工行業(yè)具有較好的應(yīng)用及推廣價值.

關(guān)鍵詞：

鋁型材； 擠壓模具； 箱式加熱爐； 變頻加熱； 性能試驗

中圖分類號： TG 156-文獻標(biāo)志碼： A

Performance Testing and Application of Box-type Heating Furnace for Extrusion Die

GAO Xiang， LUO Yiming， CHEN Yiwei

（Foshan Jian Mei Aluminum Profile Factory Co. ， Ltd. ， Foshan 528231， China）

Abstract：

A new box-type heating furnace for extrusion die of aluminum profile was briefly introduced in the paper.It was compared with traditional resistance wire heating furnace on energy saving test and application under the same testing condition.The curve graph of temperature changing and the energy consumption during the heating and heating preservation were recorded，so with the heat loss during the heating preservation.The result shows that the heating efficiency of box-type heating furnace is improved about 50%，while the power consumption is reduced by 57% compared with the traditional mold heating furnace.Meanwhile，the box-type heating furnace has a series of advantage，such as high heat transfer efficiency，good thermal insulation properties，good heating uniformity，high safety factory，longer service life of die and lower mold damage rate.The box-type heating furnace has a good application in the aluminum processing industry.

Keywords：

aluminum profile； extrusion die； box-type heating furnace； frequency conversion heating； energy saving test

在鋁型材擠壓生產(chǎn)過程中，模具的溫度對擠壓型材的質(zhì)量起著重要的影響.目前，市場中使用的模具加熱爐絕大部分為電阻式與紅外線式.其中前者是以電阻式發(fā)熱體作為發(fā)熱元件，通過循環(huán)風(fēng)機使熱空氣在爐膛內(nèi)進行循環(huán)，從而達到加熱的目的；而后者則是在前者的基礎(chǔ)上增加了涂有紅外線反射涂料的熱反射板，將熱能向爐膛內(nèi)輻射產(chǎn)生熱量.事實證明，這兩種加熱爐所采用的電阻式發(fā)熱體電能轉(zhuǎn)化效率較低，耗能大，且容易損壞，發(fā)熱體安裝在爐膛內(nèi)還存在漏電危險.而紅外線反射涂料實際節(jié)能率低，涂料會在短時間內(nèi)失效，失去節(jié)能的意義，并且在高溫下容易脫落，需不斷涂刷，維修困難.對此，本文介紹一種新型模具箱式變頻加熱爐，此種模具加熱爐相比傳統(tǒng)的模具加熱爐具有高效、節(jié)能以及提高模具使用壽命等優(yōu)點.

1 變頻加熱原理

變頻電磁加熱器是一種利用電磁感應(yīng)原理將電能轉(zhuǎn)換為熱能的裝置[1].變頻加熱的原理是利用變頻電磁加熱器作為發(fā)熱元件，通過將220 V或380 V，50 Hz的交流電轉(zhuǎn)換成頻率為20～40 kHz的高頻高壓電.高速變化的高頻高壓電流，通過線圈會產(chǎn)生高速變化的交變磁場.當(dāng)磁場內(nèi)的磁力線通

過導(dǎo)磁性金屬材料時，會在金屬導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生無數(shù)的小渦流，使金屬材料自行快速發(fā)熱，從而達到加熱工件的目的.同時，配套高效能的保溫裝置，最大程度地減少熱損耗，達到大幅節(jié)電的效果.

在對模具進行加熱時，其電熱功率基本公式為：

（Pe/K）2=QLf（NI）4

（1）

（QLf）=Rs

（2）

（NI）4=I4s

（3）

（Pe/K）2=RsI4s

（4）

式（1）～式（4）中：Pe為模具產(chǎn)生的電功率；Q為模具的電阻率；L為模具的導(dǎo)磁率；f為交變磁場的頻率；N為線圈的匝數(shù)；Rs為模具的表皮電阻；Is為模具產(chǎn)生的感應(yīng)電流；K為常數(shù)[2].

使用這種發(fā)熱方式，能量轉(zhuǎn)換效率高達90%～95%.

2 模具箱式加熱爐性能試驗

2.1 試驗條件準(zhǔn)備

2.1.1 試驗用模具爐

A爐為模具電阻絲加熱爐，如圖1所示.B爐為模具箱式加熱爐，如圖2所示.A爐和B爐的具體技術(shù)參數(shù)對比見表1.

2.1.2 試驗材料

4件規(guī)格相同的鋼質(zhì)模具，尺寸為448 mm×220 mm.

2.1.3 試驗儀器

測溫儀器、測溫?zé)犭娕肌⑷嗨木€機電式有功電能表等[3].所用測試儀器設(shè)備均經(jīng)國家法定計量部門檢定并在有效期內(nèi).

2.2 試驗依據(jù)

（1） GB/T 10066.1—2004《電熱設(shè)備試驗方法 通用部分》.

（2） GB/T 10067.1—2005《電熱設(shè)備基本技術(shù)條件 通用部分》.

（3） GB/T 15318—2010《工業(yè)熱處理電爐節(jié)能

監(jiān)測方法》.

2.3 試驗過程

試驗在A、B爐能夠正常運行的情況下進行測試，測試過程如下：

（1） 為提高試驗的準(zhǔn)確性，分別對A、B爐進行空爐升溫至250 ℃，并保溫1.5 h，記錄兩爐的電表底數(shù).

（2） 在A爐和B爐加熱室中分別放入1件相同質(zhì)量的448 mm×220 mm鋼質(zhì)模具進行升溫加熱，用時3 h，記錄升溫過程及耗電情況.

（3） 分別對A爐和B爐進行保溫試驗，保溫2.5 h，驗證A、B爐保溫階段的熱量散失情況，并記錄溫度變化及耗電情況.

為了便于對以上試驗進行記錄，在A、B爐的配電線路的進線端，安裝三相四線機電式有功電能表，分別對A、B爐進行數(shù)值測定和數(shù)據(jù)采集.其接線圖如圖3所示.

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 試驗結(jié)果

對A、B兩種模具加熱爐進行性能測試試驗，對

試驗所得數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，其結(jié)果見表2～表4，圖4～圖5.

3.2 結(jié)果分析

通過對A、B爐的性能測試，從表2及圖4的數(shù)據(jù)對比分析中發(fā)現(xiàn)：在升溫階段測試中，B爐升溫到指定溫度的用時比A爐縮短約50%，并且在相同時間內(nèi)B爐的電耗比A爐節(jié)約50%.

從表3、表4和圖5的結(jié)果可見，A爐在保溫階段，爐氣溫度測試值比設(shè)定值高20 ℃，而B爐僅高7 ℃，溫度波動較小.通過計算可知，B爐電耗僅為A爐的21%.綜合耗電量節(jié)約57%.

綜上所述，與A爐相比，B爐加熱、保溫及節(jié)能效果提升明顯，顯著提高生產(chǎn)效率的同時，還大幅降低了生產(chǎn)成本.

3.3 模具箱式加熱爐的優(yōu)點

3.3.1 性能優(yōu)異

通過A、B兩爐技術(shù)參數(shù)的對比及上述試驗分析結(jié)果可知，B爐升溫效率相比A爐提升50%，顯著地提高了生產(chǎn)效率.B與A爐的區(qū)別在于所用加熱方式為變頻加熱.即變頻加熱器對金屬的爐體壁加熱，爐體在交變電流的作用下自行快速發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)換效率高，理論值可達到90%以上；而A爐使用電阻發(fā)熱絲、發(fā)熱棒作為發(fā)熱元件，電能轉(zhuǎn)換率僅為35% ～50%.并且B爐整個爐膛內(nèi)壁即是發(fā)熱的熱源，整個爐膛內(nèi)壁的面積又是熱擴散輻射的面積，通過爐膛內(nèi)裝設(shè)的空氣循環(huán)風(fēng)機，使得整個爐膛內(nèi)的溫度更加均勻，模具加熱效率更高.此外B爐加熱體外部采用高密度、高分子纖維材料作為保溫措施，有效降低了熱量的流失.因此，B爐與A爐相比，在加熱速度、保溫性能及節(jié)能效果方面均具有顯著的優(yōu)勢.

3.3.2 安全系數(shù)高

由于A爐采用的發(fā)熱元件為電阻發(fā)熱絲和發(fā)熱棒，其安裝位置在加熱爐的爐膛內(nèi)，因此在模具加熱操作過程中存在漏電的危險.而B爐的加熱器纏繞在加熱體保溫層外，加熱器與加熱體中間有保溫層隔開，加熱體與加熱變頻器沒有電氣上的連接.因此不存在漏電危險，提高了安全系數(shù).

3.3.3 提高模具使用壽命

擠壓模具由于長期處于高溫、高壓、高摩擦與反復(fù)循環(huán)應(yīng)力的作用下，工作條件十分惡劣.根據(jù)某公司生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示，一般擠壓機的模具損壞率平均為每季度24個，而模具箱式加熱爐每季度只有5個.使用傳統(tǒng)的模具加熱爐時，出現(xiàn)的加熱不均勻情況會導(dǎo)致模具的溫度波動大，促使模具中產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，使其工作條件更為惡劣.當(dāng)更換新模具試擠第1支鋁棒時，由于模具溫度的不均勻性產(chǎn)生極不穩(wěn)定的擠壓壓力，導(dǎo)致模具極易產(chǎn)生微裂紋或熱疲勞裂紋.而使用模具箱式加熱爐對模具進行加熱時，模具能夠均勻受熱，可以加快平衡擠壓時的流速差，從而提高模具的使用壽命[4].

4 結(jié) 論

綜上性能試驗及相關(guān)技術(shù)分析，B爐相比A爐，加熱效率提升約50%，耗電量節(jié)約57%.同時，B爐具有傳熱效率高、加熱均勻、安全系數(shù)高、模具使用壽命延長以及模具損壞減少等一系列優(yōu)點，在鋁型材加工行業(yè)具有較好的應(yīng)用推廣價值.

參考文獻：

[1] 劉進亮.變頻技術(shù)在感應(yīng)加熱上的應(yīng)用[J].一重技術(shù)，2010（5）：34-37.

[2] 程嗣，胡保祥.電磁感應(yīng)[M].武漢：湖北教育出版社，2004.

[3] 秦永烈.表面溫度測量[M].北京：中國計量出版社，1989.

[4] 吳錫坤.鋁型材加工實用技術(shù)手冊[M].長沙：中南大學(xué)出版社，2006.