CN101029348A - 一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺，采用卧式步进式中频感应加热炉代替传统的斜底式煤气炉，卧式步进式中频感应加热炉带有自动上料机构、芯表温差监控系统和快提出料机构，加热过程按设定的程序和生产节拍要求自动进行；工艺包括钛棒通过天车吊装到储料架上，在活动料架上平行排列；提升装置按设定的生产节拍将活动料架上的钛棒逐根提升到滑坡进料架上，顺次进入卧式步进式中频感应加热炉，在炉膛内，钛棒按设定的节拍步进式向前移动，并逐渐升温和均热；当钛棒的纵向与径向温差和均温时间均达到工艺要求时出料，并进入斜轧穿孔机的受料槽中钛棒被斜轧穿孔机的轧辊咬入斜轧穿孔成荒管。本发明的工艺操作简单精确、安全、环保、成本低。

Description

一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺

                        技术领域

本发明涉及一种金属管材加工过程的加热方法，具体涉及一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺。

                        背景技术

在制造钛及钛合金无缝管材的过程中，先要用钛棒加工成钛管坯或钛“荒管”。制取“荒管”的工艺之一是斜轧穿孔法。该方法是将长约1米的实心钛棒加热到高温状态下，即900℃～1050℃之间，然后送入两辊或三辊斜轧穿孔机轧制，在轧辊与穿孔顶头的共同作用下，经过20～30秒，实芯钛棒就加工成钛管坯，即钛荒管。在工业生产中，加热实芯钛棒通常采用斜底式煤气炉或斜底式电阻炉。由于煤气炉运行成本较低，实际上都采用斜底式煤气炉。斜底炉一端高一端低，平行排列的实芯钛棒料从低温(约600℃)的高端入口，逐渐向高温(1050℃)的低端滚动，并按一定节拍(1～2分钟)顺次从低端出炉，然后通过一段辊道，送入斜轧穿孔机。

钛斜轧穿孔棒坯加热的关键技术是加热的均匀性和穿孔前温度的稳定性。棒坯温度不均匀时，穿孔过程不稳定，易产生“后卡”(穿不透)，穿孔顶头损伤大，主机“闷车”，增加荒管缺陷等问题。

斜底式煤气炉用于钢、不锈钢的斜轧穿孔棒坯的加热是一种适用的成熟技术。但钛的高温化学活性和热学性能与钢材有很大不同，斜底式煤气炉应用于钛及钛合金斜轧穿孔棒坯的加热时，存在下列缺点或问题：

1、钛的高温化学活性强，在高温下易氧化、吸气。钛棒在高温斜底式炉中缓慢升温，在高温下钛与炉内气氛的作用时间长(1小时以上)，管坯外表氧化层与吸气层较厚，不利于后续加工。

2、斜底式煤气炉体积庞大，无法与斜轧穿孔机紧凑配置。斜底式煤气炉的出口与斜轧穿孔机的入口之间须配置较长的辊道。钛的热容量小，冷却快，出炉后钛棒坯在辊道上存在较大而不稳定的温降，穿孔棒坯温度不稳定，不利于穿孔。

3、煤气炉污染环境，噪声大，工人要不断进行高温翻料，工作环境差，劳动强度大。

4、每炉要装许多料，间歇式作业时升温时间长，不适于小批量生产。

5、煤气炉热损失大，单位产品能耗高。

6、操作人员多(至少4人)。

在工业中，也常将感应炉用于棒坯的加热，如挤压坯料的加热或模锻坯料的加热。但普通的感应加热炉由于感应电流集肤效应，使棒坯加热不均匀，存在较大的芯表温差，不能满足斜轧穿孔棒坯的加热要求。

                        发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本发明的目的在于，提供一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺，采用该工艺能够快速、简便、可靠地对钛棒坯进行加热，更好地满足斜轧穿孔的要求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺，其特征在于，该工艺采用步进式中频感应加热炉代替斜底式煤气炉加热钛棒，该种加热炉带有自动上料机构、芯表温差监控系统和快提出料机构，加热过程按设定的程序和生产节拍要求自动进行，具体包括下列步骤：

1)首先将成捆的钛棒通过天车吊装到储料架上；

2)储料架上的钛棒在活动料架上平行排列；

3)通过提升装置，按设定的生产节拍将活动料架上的钛棒逐根提升到滑坡进料架上；

4)滑坡进料架上的钛棒顺序滚滑到卧式步进式中频感应加热炉的炉口，通过推料杆顺次进入卧式步进式中频感应加热炉，炉膛内可容纳3～4根钛棒；

5)在炉膛内，钛棒按设定的节拍步进式向前移动，并逐渐升温和均热；

6)钛棒在3～4分钟内由室温加热到900℃～1000℃，并使钛棒的料芯表温差和径向温差≤5℃，当钛棒的纵向与径向温差和均温时间均达到工艺要求时，出料机构的快提装置将已加热好的钛棒迅速从卧式步进式中频感应加热炉中取出；

7)取出的钛棒通过翻转机构迅速进入斜轧穿孔机的受料槽中；

8)在推杆的作用下，钛棒被斜轧穿孔机的轧辊咬入斜轧穿孔成荒管。

本发明的方法带来的技术特点是：

1、加热迅速，氧化少。钛棒在3～4分钟内即可由室温加热到900℃～1000℃，并使棒料芯表温差和径向温差达到≤5℃，有利于穿孔。

2、设备体积小，占地面积小，加热炉外表温度低，便于与斜轧穿孔机形成紧凑布局。钛棒坯出炉后能在瞬间(约2秒)内进入斜轧穿孔机，出炉后的温降少，坯料穿孔的起始温度基本恒定，有利于斜轧穿孔和提高荒管的质量。

3、每炉只要装少量料就可以作业，适于大批量生产，也适于小批量生产。

4、加热炉不需要提前预热和长时间冷却，可随开随停，生产灵活性好。特别是在主机(穿孔机)发生故障时，卧式步进式中频感应加热炉可立即停止工作；主机正常时，卧式步进式中频感应加热炉可立即重新启动，配合主机工作。而斜底式煤气炉在主机发生故障时不允许立即停炉，易使坯料空烧，造成坯料氧化和浪费能量。

5、炉料(钛棒)在感应电流的作用下直接发热，热损失少，热效率高。在间歇式作业情况下，卧式步进式中频感应加热炉的热效率更明显高于斜底式煤气炉。

6、该设备工作时，无烟气，无噪声，无易燃易爆物，安全性好，有利于环保。

7、该设备工作时，自钛棒吊到储料架后，可实现全自动操作，操作人员少(1人)，劳动强度小。

8、使用该设备时，加热过程的工艺参数，包括棒料的芯表温差与纵向温差等都可以自动显示、记录、储存和打印，工艺可控性与可追溯性好。

9、该设备体积小，使用电而不用煤气或天然气，占地面积小，设备辅助装置少，车间投资少。

10、设备维护较为简单，运行成本低。

                        附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是卧式步进式中频感应加热炉及其与斜扎穿孔机的位置关系图。

图3是图2的A向视图；

图4是加热装置主体和快提装置结构示意图；

附图中的标号分别表示：1、储料架，2、活动料架，3、提升装置，4、滑坡进料架，5、推料杆，6、卧式步进式中频感应加热炉，7、出料快提装置，8、翻料机构，9、受料槽，10、斜轧穿孔机推料杆，11、斜轧穿孔机轧辊，12、斜轧穿孔机电机，13、打结耐火炉管，14、水冷感应器，15、保温层，16、胶木炉壳，17、第一纵向温差传感器，18、第二纵向温差传感器，19、径向温差的传感器，20、挡板，21、感应器，22、从主动辊轮，23、快提驱动电机及减速器，24、主动辊轮，25、翻料装置，26、链条。

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

                      具体实施方式

本发明的钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺，采用卧式步进式中频感应加热炉代替传统的斜底式煤气炉，用于斜轧穿孔钛棒坯的加热。加热炉带有自动上料和出料机构，加热过程按设定的程序和生产节拍要求自动地进行。

本发明的步卧式进式中频感应加热炉的技术原理是：

利用线圈将交变电流通过交变磁场转化成感应电流而加热金属钛棒。通过不断调节交变电流的频率和输入的功率，控制金属棒材表面的散热与向棒材芯部的传热，解决由于感应电流“集肤效应”带来的钛棒材径向加热的均匀性问题；通过步进式纵向移动加热方式，解决钛棒材轴向加热的均匀性问题。同时通过缩短加热炉出料口与斜轧穿孔机咬入口的距离，减少出炉后的温降，保证斜轧穿孔棒坯的起始温度基本恒定，以利于穿孔。本发明采用步进式中频感应加热炉代替传统的斜底式煤气炉，将钛棒坯快速升温、均温和快速送入穿孔机而形成一种精确高效、优质、安全、环保型、低成本的钛斜轧穿孔加热技术。

参见图4，卧式步进式中频感应加热炉6包括胶木炉壳16、打结耐火炉管13，打结耐火炉管13内表面上有钢质水冷导轨12；外表面上有水冷感应器14，胶木炉壳16和打结耐火炉管13之间有保温层15，步进式管状卧式感应炉内还安装有监测金属棒的第一、第二纵向温差传感器17、18和监测金属棒的径向温差传感器19。卧式步进式中频感应加热炉6的炉膛内径小，仅供单根金属棒通过，整个炉管长度仅可容纳3根金属棒，即总长度约3米即可，便于紧凑地配置在斜轧穿孔机旁。由于加热炉辐射热损失少，不会影响斜轧穿孔机的电气设备(如大电机)和妨碍穿孔机上的工人操作。由于它能紧凑地配置在斜轧穿孔机旁，从而使斜轧穿孔机与加热炉整体的占地面积小。

采用本发明的卧式步进式中频感应加热炉将金属棒坯加热到规定温度所需的总时间仅约3分钟，加热速度快，金属氧化吸气少，而在燃气炉或电阻炉中，加热时间需60～90分钟(取决于棒坯直径)，快速加热，有利于减少金属坯料的氧化。对高温活性强的金属钛棒而言，是尤为重要的。

监测金属棒纵向温差传感器17、18与径向温差的传感器19，用于在加热过程中金属棒坯的纵向温差与径向温差(心表温差)监控。使金属棒坯加热均匀，棒坯温度稳定。在出炉之后，金属棒可瞬间(约2秒)进入穿孔机，出炉后的温降少，坯料穿孔的起始温度基本稳定，有利于斜轧穿孔。

步进式管状卧式感应炉6开炉时不需要提前预热，而停炉时不需要长时间冷却，可随开随停，生产灵活性好，对机械故障率较高的穿孔机，可避免坯料长时间“空烧”，这点对钛棒来说尤为重要。而且每炉只要装少量料就可以作业，适于大批量生产，也适于小批量生产。

参见图4，快提装置主要包括快提驱动电机及减速器23、主动辊轮24和多个从动辊轮23(至少五个)，在从辊轮23旁边有翻料装置25；快提驱动电机及减速器23驱动齿轮转动，带动主动辊轮24，然后通过链条26带动从动辊轮23一起转动，促使已出炉口的钛棒通过从动辊轮23向主动辊轮24方向迅速运动。当钛棒触及挡板20时，感应器21发出信号，翻料装置25接到信号后立即启动，将钛棒送入斜轧穿孔机的受料槽中。然后斜轧穿孔机的推杆10立即将金属棒送入斜轧穿孔机的轧辊中，在轧辊与顶头的共同作用下，穿成“荒管”(管坯)。

以下是发明人给出的实施例。

参见图1，本发明的具体实施的步骤如下：

1、将长度大致相同的一批钛棒吊到储料架1上。

2、钛棒在带有振动装置的活动料架2上平行排列整齐。

3、通过提升装置3，按正常生产节拍(如1根/分钟或根据工艺要求设定)或特别指令将钛棒逐根提升到滑坡进料架4上。

4、钛棒从滑坡进料架滚滑到加热炉口的钛棒通过推杆5顺次进入卧式步进式中频感应加热炉6中。炉膛内最多可容纳3根钛棒，各钛棒前后头尾相接。

5、在炉膛内，钛棒按节拍(如1根/分钟，或根据钛棒的直径设定)沿水冷导轨步进式向前移动，并逐渐升温和均热。

6、钛棒在3～4分钟内由室温加热到900℃～1000℃，当钛棒的纵向温差与径向温差达到工艺要求(如≤5℃)，并且均温时间达到规定要求(如1分钟)时，出料机构的快提装置7将已加热好的钛棒迅速从炉中取出。

7、通过翻料装置8，出炉的钛棒迅速(2秒)进入斜轧穿孔机受料槽9。

8、在斜轧穿孔机推杆10的作用下，高温钛棒被斜轧穿孔机11的轧辊咬入，在轧辊与穿孔顶头的共同作用下，斜轧穿孔成荒管。

Claims (3)

1.一种钛斜轧穿孔棒坯的加热工艺，其特征在于，该工艺采用步进式中频感应加热炉代替斜底式煤气炉及感应炉配电阻均热炉，加热过程按设定的程序和生产节拍要求自动进行，具体包括下列步骤：

1)首先将成捆的钛棒通过天车吊装到储料架上；

2)将储料架上的钛棒在活动料架上平行排列；

3)通过提升装置，按设定的生产节拍将活动料架上的钛棒逐根提升到滑坡进料架上；

4)滑坡进料架上的钛棒顺序滚滑到卧式步进式中频感应加热炉的炉口，通过推料杆顺次进入卧式步进式中频感应加热炉，炉膛内可容纳3～4根钛棒；

5)在炉膛内，钛棒按设定的节拍步进式向前移动，并逐渐升温和均热，；

6)钛棒在3～4分钟内由室温加热到900℃～1000℃，并使钛棒的芯表温差和径向温差≤5℃，当钛棒的纵向与径向温差和均温时间均达到工艺要求时，出料机构的快提装置将已加热好的钛棒迅速从卧式步进式中频感应加热炉中取出；

7)取出的钛棒通过翻转机构迅速进入斜轧穿孔机的受料槽中；

8)在推杆的作用下，钛棒被斜轧穿孔机的轧辊咬入斜轧穿孔成荒管。

2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的活动料架上带有振动装置。

3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述的步进式中频感应加热炉带有自动上料、芯表温差监控系统和快提出料机构。

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