电加热设备和电加热方法与流程

本发明涉及用于对待加热的材料进行电加热的电加热设备和电加热方法。

背景技术：

已知下述电加热设备，所述电加热设备通过使一对电极与待加热的材料接触并且提供在电极之间流动的电流来对待加热的材料进行电加热，所述电极之间具有预定距离(例如，参见日本未审查专利申请公开第2014-031566号)。该电加热设备在移动所述一对电极并且改变电极之间的距离的同时通过根据待加热的材料的截面面积(即截面尺寸)调整待加热的材料的每个区域的电加热时间，来降低在其电加热处理期间的温度不规则性。

本发明人已经发现了以下问题。在上述电加热设备中，当电极接近具有大的截面面积(即大的截面尺寸)的区域时，需要降低电极的移动速度以增加加热量。因此，待加热的材料的加热时间可能会增加。

技术实现要素：

为了解决上述问题而提出了本发明，并且本发明的主要目的是提供如下电加热设备和电加热方法，其能够在不移动电极的情况下，考虑与待加热的材料的截面面积有关的信息，通过在电加热的同时执行必要的辅助加热来减少针对待加热的材料的加热时间。

为了实现上述目的，本发明的第一示例性方面是一种电加热设备，所述电加热设备通过使多个电极与待加热的材料接触并且提供在电极之间流动的电流来对待加热的材料进行电加热，所述电极之间具有预定距离，所述电加热设备包括：辅助加热装置，其用于对待加热的材料中预先定义的多个区域中的每个区域进行辅助加热；以及控制装置，其用于控制针对待加热的材料的电加热和辅助加热。其中，通过以下操作来获得针对所述多个区域中的每个区域的辅助加热量：基于待加热的材料的截面面积信息和待加热的材料的温度信息，来计算用于使所述多个区域中的每个区域加热至预定目标温度所必要的必需加热量，以及通过电加热在所述多个区域中的每个区域中所生成的电加热量；以及从所计算的必需加热量中减去所计算的电加热量。并且所述控制装置除了对电加热进行控制以外还对辅助加热装置进行控制，以使得基于针对所述多个区域中的每个区域所获得的辅助加热量来对所述多个区域中的每个区域进行辅助加热。

在该方面，电加热设备还可以包括温度检测装置，其用于对所述待加热的材料的温度信息进行检测，并且当由温度检测装置所检测到的待加热的材料的温度达到待加热的材料的目标温度时，所述控制装置可以停止电加热。

在该方面，控制装置可以对辅助加热装置进行控制，以使得利用所计算的辅助加热量对待加热的材料的仅如下区域进行辅助加热：对于所述区域来说所计算的辅助加热量等于或大于预定阈值。

为了实现上述目的，本发明的另一示例性方面可以是一种电加热方法，所述电加热方法通过使多个电极与待加热的材料接触并且提供在电极之间流动的电流来对待加热的材料进行电加热，所述电极之间具有预定距离，所述电加热方法包括以下步骤：基于所述待加热的材料的截面面积信息和所述待加热的材料的温度信息来计算用于使所述待加热的材料中预先定义的所述多个区域加热至预定目标温度所需要的必需加热量，以及通过电加热在所述多个区域中的每个区域中所生成的电加热量；以及通过从所计算的必需加热量中减去所计算的电加热量来计算针对所述多个区域中的每个区域的辅助加热量；以及除了对电加热进行控制以外，还基于针对所述多个区域中的每个区域所计算的辅助加热量来控制针对所述多个区域中的每个区域的辅助加热。

根据本发明，可以提供如下电加热设备和电加热方法，其能够在不移动电极的情况下，考虑与待加热的材料的截面面积有关的信息，通过在电加热的同时执行必要的辅助加热来减少针对待加热的材料的加热时间。

根据下文中给出的详细描述以及仅通过说明方式给出且因此不被认为限制本发明的附图，将更透彻地理解本发明的上述和其他目的、特征和优点。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的电加热设备的示意性系统配置的框图；

图2是用于解释当待加热的材料的截面面积从正电极侧到负电极侧逐渐增加时的辅助加热方法的图；

图3是用于解释当待加热的材料的截面面积从正电极侧到待加热的材料的中央逐渐增加以及从中央到负电极侧逐渐减少时的辅助加热方法的图；以及

图4是示出根据本发明的示例性实施方式的电加热方法的处理流程的示例的流程图。

具体实施方式

在下文中参照附图来说明根据本发明的示例性实施方式。例如，根据本发明的示例性实施方式的电加热设备通过向待加热的材料供电并且由此对待加热的材料进行直接加热来对待加热的材料如板状金属材料(如汽车的结构)进行热处理。

图1是示出根据该示例性实施方式的电加热设备的示意性系统配置的框图。根据该示例性实施方式的电加热设备1包括：一对正负电极2和3；供电单元4，其向正电极2和负电极3提供电力；第一辅助加热器5至第五辅助加热器9，所述辅助加热器5至9中的每个辅助加热器对待加热的材料X的多个区域中的相应区域进行加热；温度传感器10，其对待加热的材料X的温度进行检测；以及控制设备11，其控制供电单元4以及第一辅助加热器5至第五辅助加热器9。

正电极2和负电极3与待加热的板状材料X接触，其中，正电极2与负电极3之间具有预定距离。注意，尽管在该示例性实施方式中设置了一对正负电极2和3，但是本发明并不限于这样的配置。例如，可以布置两对或多于两对的正负电极2和3。另外，待加热的材料X的形状不限于板状形状。例如，待加热的材料X可以具有柱状形状或方柱状形状。

供电单元4通过提供在正电极2与负电极3之间流动的电流来对待加热的材料X进行电加热。例如，供电单元4由电源如电池构成。

第一辅助加热器5至第五辅助加热器9是辅助加热装置的具体示例。第一辅助加热器5至第五辅助加热器9对待加热的材料X的相应的预定区域进行加热。第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的每个辅助加热器例如是近红外加热器或远红外加热器。

例如，第一辅助加热器5至第五辅助加热器9沿着待加热的材料X的纵向方向进行布置。例如，在待加热的材料X中，从待加热的材料X的左侧(在图1中的上侧)起沿着待加热的材料X的纵向方向以固定间隔按顺序定义了第一区域至第五区域。第一辅助加热器5至第五辅助加热器9分别被布置在与待加热的材料X的第一区域至第五区域相对应的位置上。此外，第一辅助加热器5至第五辅助加热器9分别对待加热的材料X的第一区域至第五区域进行加热。第一辅助加热器5至第五辅助加热器9根据来自控制设备11的控制信号分别对待加热的材料X的第一区域至第五区域进行加热。

注意，对待加热的材料X的每个区域的上述定义仅是示例。对区域的定义不限于这样的示例并且可以任意确定。可以任意地确定辅助加热器的数目和布置，只要待加热的材料X的所定义区域中的每个区域可以被适当加热。通过增加辅助加热器的数目，可以以更精细的方式对待加热的材料X的低温区域进行加热，从而使得可以以较高精度降低温度不规则性。此外，可以采用如下配置：通过使用移动机构如导轨机构将一个辅助加热器移动至待加热的材料X的每个区域并且对其进行加热。尽管第一辅助加热器5至第五辅助加热器9是相同类型的加热器，但它们可以不一定是相同类型的加热器。第一辅助加热器5至第五辅助加热器9可以是不同类型的加热器的组合。例如，可以考虑第一区域至第五区域的材料特性来针对第一区域至第五区域布置最佳的辅助加热器。

温度传感器10检测待加热的材料X的温度并且将所检测的温度输出至控制设备11。温度传感器10例如是辐射温度计。注意，电加热设备1可以不包括任何温度传感器10。在这种情况下，可以在电加热处理之前向控制设备11输入待加热的材料X的当前温度。

控制设备11是控制装置的具体示例。控制设备11控制供电单元4以及第一辅助加热器5至第五辅助加热器9。控制设备11通过控制供电单元4并且从而控制在正电极2与负电极3之间流动的电流来对待加热的材料X进行电加热。控制设备11通过基于与待加热的材料X的截面面积(即，截面尺寸)有关的信息来控制第一辅助加热器5至第五辅助加热器9对待加热的材料X的第一区域至第五区域中的每个区域进行辅助加热。

例如，控制设备11可以由主要使用微型计算机的硬件构成，所述微型计算机包括：CPU(中央处理单元)11a，其执行控制处理、算术处理等；存储器11b，其包括ROM(只读存储器)和/或RAM(随机存取存储器)，该ROM和/或RAM存储由CPU 11a执行的控制程序、算术程序等；以及接口单元(I/F)11c，其从外部接收信号以及向外部输出信号。CPU 11a、存储器11b和接口单元11c通过数据总线11d等彼此连接。

附带地，现有技术的电加热设备在移动一对电极并且改变电极之间的距离的同时根据待加热的材料的截面面积来调整待加热的材料的每个区域的电加热时间。然后，在上述电加热设备中，当电极接近具有大的截面面积的区域时，降低电极的移动速度以增加加热量。因此，待加热的材料的加热时间可能会增加。

与此相比，在根据该示例性实施方式的电加热设备1中，控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息和待加热的材料X的温度信息来计算用于使第一区域至第五区域加热至预定目标温度所需要的必需加热量，以及通过电加热在第一区域至第五区域中所生成的电加热量。然后，控制设备11通过从所计算的必需加热量中减去所计算的电加热量来计算第一区域至第五区域的辅助加热量。控制设备11除了对电加热进行控制以外还对第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行控制，以使得基于针对第一区域至第五区域所计算的辅助加热量来对第一区域至第五区域进行辅助加热。

以此方式，针对待加热的材料X的第一区域至第五区域中的每个区域，通过使用待加热的材料X的截面面积信息来计算通过单独电加热所生成的热量，所述热量不足以使该区域(即，第一区域至第五区域中的相应区域)的温度提高至目标温度。然后，可以通过使用第一辅助加热器5至第五辅助加热器9以集中的方式向第一区域至第五区域提供所计算的热量。换言之，可以在不移动电极的情况下，考虑待加热的材料X的截面面积信息，通过在电加热的同时执行必要的辅助加热并同时对待加热的材料X的温度不均匀性进行校正来减少针对待加热的材料X的加热时间。

注意，在根据该示例性实施方式的电加热设备1中，即使当电极被移动时，具有大的截面面积的区域仍然是由辅助加热器来辅助加热。因此，在具有大的截面面积的区域中或其附近不需要降低电极的移动速度，或者可以减小移动速度的降低程度或对移动速度的降低程度进行控制，从而使得可以减少针对待加热的材料X的加热时间。

例如，通过使用激光传感器来测量待加热的材料X的宽度。将待加热的材料X的顶部/底部部分夹在一对位移计之间，并且对待加热的材料X的厚度进行测量。然后，通过将所测量的待加热的材料X的宽度与厚度相乘来计算待加热的材料X的截面面积。沿着待加热的材料X的纵向方向在多个位置处连续地测量待加热的材料X的截面面积，并且将所计算的数据用作待加热的材料X的截面面积信息。

在进行电加热处理之前，将待加热的材料X的截面面积信息输入至控制设备11并且存储在存储器11b中。该截面面积信息可以被预先存储在存储器11b中。控制设备11可以基于通过激光传感器和位移计所测量的上述值来计算待加热的材料X的截面面积信息。

控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息和待加热的材料X的温度来计算针对第一区域至第五区域中的每个区域的用于使所述区域(即，第一区域至第五区域中的相应区域)加热至预定目标温度所需要的必需加热量。前述目标温度例如被预先设置在存储器11b中。

例如，控制设备11基于待加热的材料X的温度和所设置的目标温度来计算待加热的材料X的温度应当被升高的温度增量。控制装置11基于所计算的温度增量以及所述区域(即，第一区域至第五区域中的相应区域)的截面面积(比如，该区域的中央处的平均截面面积或截面面积)与每单位温度增量的热量(即，用于使该区域的温度升高单位温度所需要的热量)之间的相互关系，来计算针对第一区域至第五区域中的每个区域的必需热量。注意，可以考虑待加热的材料X的材料特性等，通过实验预先计算截面面积与热量之间的前述相互关系。

控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息来计算通过电加热在第一区域至第五区域中所生成的电加热量。例如，控制设备11基于第一区域至第五区域的截面面积(比如，相应区域的中央处的平均截面面积或截面面积)以及第一区域至第五区域的截面面积与它们的电加热量之间的相互关系来计算第一区域至第五区域的电加热量。注意，可以考虑待加热的材料X的材料特性等，通过实验预先计算截面面积与电加热量之间的前述相互关系。

控制设备11通过从上述所计算的必需加热量中减去电加热量来计算第一区域至第五区域的辅助加热量。此外，控制设备11对第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行控制以分别向第一区域至第五区域提供针对第一区域至第五区域所计算的辅助加热量。注意，尽管控制设备11计算针对第一区域至第五区域的辅助加热量，但本发明不限于这样的配置。辅助加热量可以由用户预先计算并输入至控制设备11。

例如，控制设备11通过控制第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间同时使它们的输出保持在恒定水平，来控制针对待加热的材料X的第一区域至第五区域的加热。

例如，假定如下的情况：待加热的材料的截面面积如图2中所示从正电极侧向负电极侧逐渐增加。在这种情况下，针对第一区域至第五区域的辅助加热量以如下方式改变：辅助加热量从在正电极2侧上的第一区域向在负电极3侧上的第五区域增加。

((第一区域的辅助加热量)<(第二区域的辅助加热量)<(第三区域的辅助加热量)<(第四区域的辅助加热量)<(第五区域的辅助加热量))

为应对此情况，由于辅助加热量从正电极2侧向负电极3侧增加，所以控制设备11按照从第一辅助加热器5向第五辅助加热器9的顺序来增加第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间。例如，控制设备11将第一辅助加热器5的加热时间设置为0秒，将第二辅助加热器6的加热时间设置为1秒，将第三辅助加热器7的加热时间设置为2秒，将第四辅助加热器8的加热时间设置为3秒，以及将第五辅助加热器9的加热时间设置为4秒。

例如，假定另一种情况：如图3所示，待加热的材料的截面面积从正电极侧向待加热的材料的中央逐渐增加以及从待加热的材料的中央向负电极侧逐渐减少。在这种情况下，针对第一区域至第五区域的辅助加热量以如下方式改变：辅助加热量从在正电极侧上的第一区域向在中央处的第三区域增加，而从在中央处的第三区域向在负电极侧上的第五区域减少。

((第一区域的辅助加热量)<(第二区域的辅助加热量)<(第三区域的辅助加热量)，(第三区域的辅助加热量)>(第四区域的辅助加热量)>(第五区域的辅助加热量))

为应对此情况，由于辅助加热量从正电极侧向待加热的材料的中央增加，所以控制设备11按照从第一辅助加热器5向第三辅助加热器7的顺序来增加加热时间。此外，由于辅助加热量从待加热的材料的中央向负电极侧减小，所以控制设备11按照从第三辅助加热器7向第五辅助加热器9的顺序来减少加热时间。例如，控制设备11将第一辅助加热器5的加热时间设置为0秒，将第二辅助加热器6的加热时间设置为2秒，将第三辅助加热器7的加热时间设置为4秒，将第四辅助加热器8的加热时间设置为2秒，以及将第五辅助加热器9的加热时间设置为0秒。

注意，尽管控制设备11通过控制第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间来控制针对待加热的材料X的第一区域至第五区域的辅助加热，但本发明不限于这种方法。换言之，控制设备11可以通过控制第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热输出来控制针对待加热的材料X的第一区域至第五区域的辅助加热。可替选地，控制设备11可以通过同时控制第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间和加热输出二者来控制针对待加热的材料X的第一区域至第五区域的辅助加热。

接下来，解释根据本示例性实施方式的电加热方法。图4是示出根据该示例性实施方式的电加热方法的处理流程的示例的流程图。控制设备11读取在存储器11b中所存储的待加热的材料的截面面积信息(步骤S101)。

控制设备11通过控制供电单元4并且从而供应在正电极2和负电极3之间流动的电流来开始对待加热的材料X进行电加热(步骤S102)。

控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息和待加热的材料X的温度来计算针对第一区域至第五区域中的每个区域的用于使所述区域(即，第一区域至第五区域中的相应区域)加热至预定目标温度的必需加热量(步骤S103)。

控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息来计算通过电加热在第一区域至第五区域中所生成的电加热量(步骤S104)。

控制设备11通过从所计算的必需加热量中减去所计算的电加热量来计算针对第一区域至第五区域的辅助加热量(步骤S105)。

控制设备11对第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行控制以分别向第一区域至第五区域提供针对第一区域至第五区域所计算的辅助加热量(步骤S106)。

注意，可以在上述步骤S102之前执行上述步骤S103至步骤S105。此外，可以在其他步骤之前执行步骤S102和步骤S106中的一者，或者可以同时执行步骤S102和步骤S106。在上述处理中，可以根据待加热的材料X的截面面积信息来估计第一区域至第五区域之中的温度差，并且从而可以预先获知针对第一区域至第五区域的辅助加热量。因此，可以通过同时执行电加热和辅助加热来进一步减少针对待加热的材料X的加热时间。

例如，在通过现有技术的电加热设备进行电加热的情况下，在由具有300mm宽以及1.2mm板厚的金属构成的待加热的材料中，内表面的温度差为120℃。与此相比，对相同的待加热的材料来说，通过使用根据上述第一示例性实施方式的电加热设备来执行电加热和辅助加热，使内表面温度差减小至60℃。因此，可以显著校正待加热的材料中的温度不规则性并且使产量提高了16％。

如上所述，在根据该示例性实施方式的电加热设备1中，控制设备11基于待加热的材料X的截面面积信息和待加热的材料X的温度信息，来计算用于使第一区域至第五区域加热至预定目标温度所需要的必需加热量，以及通过电加热在第一区域至第五区域中所生成的电加热量。然后，控制设备11通过从所计算的必需加热量中减去所计算的电加热量，来计算针对第一区域至第五区域的辅助加热量。控制设备11除了对电加热进行控制以外还对第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行控制，以使得基于针对第一区域至第五区域所计算的辅助加热量来对第一区域至第五区域进行辅助加热。

以此方式，针对待加热的材料X的第一区域至第五区域中的每个区域，通过使用待加热的材料X的截面面积信息来计算通过单独电加热所生成的热量，所述热量不足以使所述区域(即，第一区域至第五区域中的相应区域)的温度提高至目标温度。然后，可以通过使用第一辅助加热器5至第五辅助加热器9以集中的方式向第一区域至第五区域提供所计算的热量。换言之，可以在不移动电极的情况下，考虑待加热的材料X的截面面积信息，通过在电加热的同时执行必要的辅助加热来减少针对待加热的材料X的加热时间。

注意，本发明不限于上述示例性实施方式，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以适当修改本发明。

在上述示例性实施方式中，控制设备11可以对第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行控制，以使得利用所计算的辅助加热量对第一区域至第五区域中的仅如下一些区域进行辅助加热，对于所述区域来说所计算的辅助加热量等于或大于预定阈值。在这种情况下，例如，可以通过对仅局部低温区域进行辅助加热来校正待加热的材料的温度不规则性，对于局部低温区域来说所计算的辅助加热量等于或大于预定阈值。因此，由于需要仅针对待加热的材料X的一部分执行辅助加热，所以可以进一步减少针对待加热的材料X的加热时间。注意，根据所需的处理精度和针对待加热的材料X的加热时间，可以适当改变预定阈值。例如，随着预定阈值增加，虽然针对待加热的材料X的处理精度降低，但是可以进一步减少针对待加热的材料X的加热时间。

在上述示例性实施方式中，当由温度传感器10所检测的待加热的材料X的温度达到目标温度时，控制设备11可以停止通过供电单元4进行的电加热以及通过第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行的辅助加热。注意，目标温度例如考虑待加热的材料X的特性被预先设置在存储器11b中。此外，温度传感器10可以检测待加热的材料X的第一区域至第五区域中的每个区域的温度或者检测预定区域(比如具有小截面面积的区域)的温度。以此方式，可以可靠地防止由电加热引起的过度电热以及由通过第一辅助加热器5至第五辅助加热器9进行的辅助加热引起的过度加热这二者。

在上述示例性实施方式中，控制设备11可以计算第一区域至第五区域的截面面积(比如相应区域的平均截面面积，或者相应区域的中央处的截面面积)之中的截面面积最大值Smax，并且基于该最大值Smax与第一区域至第五区域的截面面积S之间的差来对第一区域至第五区域进行辅助加热。

控制设备11基于待加热的材料的截面面积信息来计算第一区域至第五区域的截面面积之中的截面面积最大值Smax。控制设备11对所计算的截面面积最大值与第一区域至第五区域的截面面积S之间的差(Samx-S)中的每个差进行计算。控制设备11基于所计算的截面面积之差来计算针对第一区域至第五区域的辅助加热量。注意，随着截面面积之差增加，辅助加热量增加并且从而第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间增加。

例如，如下所示，通过使用第一阈值至第五阈值(第一阈值<第二阈值<第三阈值<第四阈值)来确定第一辅助加热器5至第五辅助加热器9的加热时间。

当针对第一区域至第五区域中的一个区域所计算的差小于第一阈值A时，控制设备11将第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的对应于该区域的辅助加热器的加热时间设置为0秒。注意，例如，等于待加热的材料的截面面积最大值的3％的值被设置为第一阈值A。

当针对第一区域至第五区域中的一个区域所计算的差小于第二阈值B时，控制设备11将第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的对应于该区域的辅助加热器的加热时间设置为1秒。注意，例如，等于待加热的材料的截面面积最大值的6％的值被设置为第二阈值B。

当针对第一区域至第五区域中的一个区域所计算的差小于第三阈值C时，控制设备11将第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的对应于该区域的辅助加热器的加热时间设置为2秒。注意，例如，等于待加热的材料的截面面积最大值的9％的值被设置为第三阈值C。

当针对第一区域至第五区域中的一个区域所计算的差小于第四阈值D时，控制设备11将第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的对应于该区域的辅助加热器的加热时间设置为3秒。注意，例如，等于待加热的材料的截面面积最大值的12％的值被设置为第四阈值D。

当针对第一区域至第五区域中的一个区域所计算的差等于或大于第四阈值D时，控制设备11将第一辅助加热器5至第五辅助加热器9中的对应于该区域的辅助加热器的加热时间设置为4秒。

注意，例如，上述阈值与加热时间之间的关系被定义为使得随着阈值增加，加热时间增加。此外，通过实验获得所述关系并且将所述关系预先存储在存储器11b中。此外，可以任意地确定阈值的数目。可以通过增加阈值的数目更准确地执行辅助加热。

控制设备11以针对各个区域设置的加热时间来控制第一辅助加热器5至第二辅助加热器9。

根据如此所描述的本发明，将明显的是，本发明的实施方式可以以很多方式进行变化。这样的变化不被认为是背离本发明的精神和范围，并且对本领域技术人员而言将明显的是所有这样的修改意在包含在所附权利要求书的范围内。