Study and evaluation of direct resistance heating system in the extrusion heating process

This thesis studies the possibility of using Direct Resistance Heating (DRH) process in hot extrusion instead of rapid gas-fired furnaces commonly used in the extrusion industry and also providing a comparison between these two heating systems. Here within this work, DRH system working with both DC and AC power supplies has been analysed by using mathematical models and using analytical data for feasibility study and then using experimental data for validation of our implemented methodology. In detail, this work investigates the feasibility of the DRH system for such applications by analyzing the electrical and thermal issues that might exist when designing such a system with both DC and AC power feeding concepts. Performing a feasibility study from the electrical point of view (in both DC and AC feeding systems), simplified electrical equations of an equivalent circuit of a DRH system are used to produce meaningful results in terms of system limitations. From the thermal point of view, instead, the system limitations due to high operating temperatures as well as the thermal efficiency of the system have been studied by using the concept of heat transferring. This study demonstrates that DRH system working with both DC and AC power feeding is not a practical solution for heating a workpiece (billet) in the extrusion process due to various limitations which have extensively been discussed in this work.

Questa tesi studia la possibilità di utilizzare il processo di riscaldamento a resistenza diretta (DRH) nell'estrusione a caldo al posto dei forni a gas rapidi comunemente utilizzati nell'industria dell'estrusione e fornisce anche un confronto tra questi due sistemi di riscaldamento. In questo lavoro, il sistema DRH funzionante con alimentatori CC e CA è stato analizzato utilizzando modelli matematici e utilizzando dati analitici per lo studio di fattibilità e quindi utilizzando dati sperimentali per la convalida della nostra metodologia implementata. In dettaglio, questo lavoro indaga la fattibilità del sistema DRH per tali applicazioni analizzando i problemi elettrici e termici che potrebbero esistere durante la progettazione di un tale sistema con concetti di alimentazione sia CC che CA. Effettuando uno studio di fattibilità dal punto di vista elettrico (sia nei sistemi di alimentazione DC che AC), si utilizzano equazioni elettriche semplificate di un circuito equivalente di un sistema DRH per produrre risultati significativi in termini di limitazioni del sistema. Dal punto di vista termico, invece, sono stati studiati i limiti del sistema dovuti alle elevate temperature di esercizio nonché l'efficienza termica del sistema utilizzando il concetto di scambio termico. Questo studio dimostra che il sistema DRH funzionante con alimentazione sia CC che CA non è una soluzione pratica per riscaldare un pezzo (billetta) nel processo di estrusione a causa di varie limitazioni che sono state ampiamente discusse in questo lavor.