CN101168827A - 一种轻金属坯料的加热方法 - Google Patents

Abstract

一种轻金属坯料的加热方法，包括下列步骤：将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，整个加热炉膛温度达到1100℃以上；加热炉内处于无料状态；调节加热炉预热段炉膛温度和加热炉均热段炉膛温度；炉膛处于封闭状态，加热炉气氛控制在微氧化性；将需要加热的轻金属坯料放入加热炉预热段，在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，即两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯；轻金属坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段升温，再进入均热段保温，在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

Description

一种轻金属坯料的加热方法

技术领域

本发明涉及一种冶金行业的金属材料的加热方法，尤其涉及到一种轻金属坯料的加热方法。

背景技术

金属坯料的加热工艺方法是金属热加工变形工艺的必要前提，也是生产绝大多数金属制品的必要工序。

金属锭(坯)料的加热目的是提高材料塑性，降低变形抗力，使压力加工顺利进行；在加热过程中还可以消除和改善锭坯带来的某些缺陷。坯料加热的热量传递方式有三种：传递、对流和辐射传热。加热炉对金属锭(坯)料的加热过程是：通过加热炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶辐射热来完成加热的过程。材料锭、坯低温时靠传导和对流方式加热，在高温下，主要靠辐射方式加热。对黑色金属及其合金而言，加热温度可以是1100℃以上的高温；不同轻金属的起始加热温度和保温温度是不同的，但对于具体的轻金属品种而言，每一种的始加热温度和保温温度是确定的。例如：铝、镁的加热炉预热段炉膛温度在100℃～200℃之间；α-Ti钛合金加热炉预热段炉膛温度在300℃～550℃之间；α+β钛合金加热炉预热段炉膛温度在300℃～650℃之间。铝、镁加热炉均热段炉膛温度在350～400℃左右；α-Ti钛及其合金加热炉均热段炉膛温度在750℃～850℃；α+β钛合金加热炉均热段炉膛温度可达900～980℃。

目前，轻金属合金(铝、镁、钛金属，或铝、镁、钛合金)锭(坯)料的加热方式是“热传递为主、热对流为辅”工艺，具体工艺有两种：

(1)采用保护气氛的专用加热炉进行锭(坯)料加热，避免锭、坯料被有害气体侵蚀。因为轻金属及其合金具有很高的化学活性，在高温下与氧、氮、氢和其他能在表面形成化合物并渗透到晶格内的气体发生剧烈反应，或溶解于钢液使金属机械性能发生变化。不同轻金属及合金在含氢、氧、氮的气氛中加热都有一个大量吸气和吸气速率急剧增加过程，气体溶解在钢液中或生成夹杂物，为压力加工和材料使用埋下隐患。这种工艺方法的不足之处是：加热炉容量较小，锭(坯)料的单重较小，且电加热、保护气氛工艺的生产制造成本较大。

(2)具备黑色金属和有色金属生产并存的少数特种冶金企业，一般先将铸锭锻造成小断面锭(坯)料，然后采用加热炉进行坯料加热，加热炉一般采用容量中等的推进式加热炉，而不是容量较大的步进式加热炉(因有色金属的特种冶炼铸锭较小；而能铸大锭的企业因无连轧或线材生产装备，只能将大铸锭开坯为小钢坯生产)，该工艺方法的不足之处是：主要用于加热黑色金属的加热炉缺乏保护气氛条件，锭(坯)料只能在氧化炉气中加热，造成锭(坯)料被有害气体侵蚀，为压力加工和材料使用埋下隐患)；此外，与推进式加热炉配套的轧制方式是横列式轧机，需多火成材，造成锭(坯)料被有害气体多次侵蚀；同时加热的锭(坯)料的单重一般不大于500公斤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻金属坯料的加热方法，能在轻金属或轻金属合金坯料的加热过程中有效避免氧、氮、氢等在金属表面上形成化合物并渗透到晶格内的有害气体对坯料基体的侵蚀，而且能加热单重较大的坯料。

为达到上述目的，本发明提供了一种轻金属坯料的加热方法，包括下列步骤：

(1)将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，加热完毕，整个加热炉膛温度达到1100℃以上；

(2)黑色金属钢坯完成后，加热炉内处于无料状态15分钟～20分钟，关闭燃气烧嘴；

(3)依靠加热炉进口炉门及风门调节加热炉预热段炉膛温度；依靠加热炉出口炉门及风门调节加热炉均热段炉膛温度；

(4)炉膛处于封闭状态，加热炉气氛控制在微氧化性气氛；步骤(4)中的加热炉气氛控制在微氧化性气氛的步骤为关闭烧嘴和风门，使燃气和空气进入不到炉膛，钢坯进炉时仅带入少量的空气，使钢坯加热时则处于微氧化气氛中加热。

(5)将需要加热的轻金属坯料放入加热炉预热段，在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，即两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯，加热炉预热段步进速度1～1.5mm/分钟；

(6)轻金属坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段升温，再进入均热段保温，加热段、均热段步进速度1～1.5mm/分钟，加热、均热时间在1650～2480分钟之间。在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

较佳地，所述的轻金属坯料为的断面尺寸为160×160～220×220mm坯。轻金属坯料的单重≥1200公斤。不锈钢和轻金属坯料规格相同。不锈钢和轻金属坯料放置的间隔距离为80～120mm。

不同轻金属的起始加热温度和保温温度是不同的，但对于具体的轻金属品种而言，每一种的始加热温度和保温温度是确定的(现有技术)。例如：铝、镁的加热炉预热段炉膛温度在100℃～200℃之间；α-Ti钛合金加热炉预热段炉膛温度在300℃～550℃之间；α+β钛合金加热炉预热段炉膛温度在300℃～650℃之间；铝、镁加热炉均热段炉膛温度在350～400℃左右；α-Ti钛及其合金加热炉均热段炉膛温度在750℃～850℃；α+β钛合金加热炉均热段炉膛温度可达900～980℃。若在同一规格组距生产不同轻金属或合金品种时，进炉排产顺序原则为：先加热加工温度高的，后加热加工温度低的，即满足“先高温后低温”原则。

本发明的加热工艺最关键的是采用了不锈钢坯料和轻金属坯料交替放置的形式，这是因为：不锈钢在炉内加热不易产生表面氧化铁皮，步进运行中没有氧化铁皮剥落造成炉内扬尘，避免了有色金属表面污染。调温不锈钢尺寸为有色金属钢坯同规格。因有色金属生产批量较少，调温不锈钢放在轻金属坯料之间起到先期吸热和有色金属钢坯加热均匀的作用。

和现有的加热工艺相比：本发明的优点在于其简化了加热工序，采取完全利用加热炉膛内高温辐射热对轻金属及合金坯进行加热。在不使用燃料情况下，完成轻金属及合金加热过程，同时达到了避免轻金属极其合金钢坯加热时受到氧、氮、氢等气体在该类钢坯金属表面形成化合物并渗透到晶格内对坯料基体产生侵蚀。

具体实施方式

下面通过具体实施例来说明本发明的加热方法。

实施例1

钛材料TA1坯型，其坯料尺寸为160×160×10000mm。成品规格Φ10mm。坯料重量12吨。

设计纯钛轧坯加热温度为820℃，轧坯出炉时实测温度780℃。用80～90分钟，完全靠炉膛的辐射热来完成钛坯加热。

加热炉采用四段步进梁式加热炉。其加热炉有效长度23500mm；步进间隔100mm。

具体操作如下：

同规格黑色金属大组批出炉结束，加热炉内处于无料状态，然后按照调温不锈钢坯料和纯钛坯交替放置的方式放进炉内。关闭全部燃气烧嘴，钛坯料按步进速度为40秒/步快速步进，出钢轧制。

本实施例中钛坯的加热方法步骤如下：

(1)将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，加热完毕，整个加热炉膛温度(预热段、加热段、均热段)达到1100℃以上；

(2)黑色金属钢坯完成后，加热炉内处于无料状态15分钟，关闭燃气烧嘴；

(3)依靠加热炉进口炉门及风门调节加热炉预热段炉膛温度T1控制在500℃；依靠加热炉出口炉门及风门调节加热炉均热段炉膛温度T2控制在950℃；

(4)关闭风门，使炉堂处于封闭状态，将加热炉气氛控制为微氧化性；

(5)将需要加热的轻金属坯料放入温度为500℃的加热炉预热段，依靠预热段的热对流来完成钢坯预热，加热炉预热段步进速度1mm/分钟；在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，形成两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯。不锈钢坯料在炉堂内的放置方式为：不锈钢坯料和轻金属坯料交替放置；

(6)轻金属坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段炉膛温度950℃升温，再进入均热段保温，加热段、均热段步进速度1mm/分钟，加热、均热时间在1650分钟之间。在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

用炉堂辐射热完成钛坯加热过程。避免有害气体对钛坯侵蚀；空步造成的停轧时间，用于轧前轧线检查；调温钢帮助吸热、防止钛坯被炉内氧化铁皮粘污。调温钢出炉后进入拉料平台返回原料场。

实施例2

α+β钛合金坯型，其坯料尺寸为180×180×8000mm。成品规格Φ10mm。坯料重量8吨。

设计α+β钛合金轧坯加热温度为980℃，轧坯出炉时实测温度880℃。用80～90分钟，完全靠炉膛的辐射热来完成α+β钛合金加热。

加热炉采用四段步进梁式加热炉。其加热炉有效长度23500mm；步进间隔100mm。

具体操作如下：

同规格黑色金属大组批出炉结束，加热炉内处于无料状态，然后按照调温不锈钢坯料和α+β钛合金坯交替放置的方式放进炉内。关闭全部燃气烧嘴，钛坯料按步进速度为40秒/步快速步进，出钢轧制。

本实施例中α+β钛合金坯的加热方法步骤如下：

(1)将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，加热完毕，整个加热炉膛温度(预热段、加热段、均热段)达到1100℃以上；

(2)黑色金属钢坯完成后，加热炉内处于无料状态18分钟，关闭燃气烧嘴；

(3)依靠加热炉进口炉门及风门调节加热炉预热段炉膛温度T1控制在600℃；依靠加热炉出口炉门及风门调节加热炉均热段炉膛温度T2控制在980℃；

(4)关闭风门，使炉堂处于封闭状态，将加热炉气氛控制为微氧化性；

(5)将需要加热的α+β钛合金坯放入温度为600℃的加热炉预热段，依靠预热段的热对流来完成钢坯预热，加热炉预热段步进速度1.2mm/分钟；在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，形成两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯。不锈钢坯料在炉堂内的放置方式为：不锈钢坯料和轻金属坯料交替放置；

(6)α+β钛合金坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段炉膛温度980℃升温，再进入均热段保温，加热段、均热段步进速度1.2mm/分钟，加热、均热时间在2400分钟。在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

实施例3

铝合金坯型，其坯料尺寸为220×220×12000mm。成品规格Φ10mm。坯料重量11吨。

设计铝合金轧坯加热温度为480℃，轧坯出炉时实测温度400℃。用80～90分钟，完全靠炉膛的辐射热来完成金属铝合金加热。

加热炉采用四段步进梁式加热炉。其加热炉有效长度23500mm；步进间隔100mm。

具体操作如下：

先将同规格黑色金属加热，加热结束后，利用余热加热纯钛坯(因为纯钛的热加工温度要高于铝合金坯的热加工温度，“先高温后低温原则”)，待同规格的纯钛坯大组批出炉结束，然后按照调温不锈钢坯料和铝合金坯交替放置的方式放进炉内。关闭全部燃气烧嘴，钛坯料按步进速度为40秒/步快速步进，出钢轧制。

本实施例中铝合金坯的加热方法步骤如下：

(1)将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，加热完毕，整个加热炉膛温度(预热段、加热段、均热段)达到1100℃以上，然后利用余温先加热纯钛坯料；

(2)纯钛坯加热完成后，加热炉内处于无料状态20分钟，关闭燃气烧嘴；

(3)依靠加热炉进口炉门及风门调节加热炉预热段炉膛温度T1控制在180℃；依靠加热炉出口炉门及风门调节加热炉均热段炉膛温度T2控制在480℃；

(4)关闭风门，使炉堂处于封闭状态，将加热炉气氛控制为微氧化性；

(5)将需要加热的铝合金坯料放入温度为180℃的加热炉预热段，依靠预热段的热对流来完成钢坯预热，加热炉预热段步进速度1.5mm/分钟；在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，形成两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯。不锈钢坯料在炉堂内的放置方式为：不锈钢坯料和轻金属坯料交替放置；

(6)金属铝合金坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段炉膛温度480℃升温，再进入均热段保温，加热段、均热段步进速度1.5mm/分钟，加热、均热时间在2480分钟。在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

Claims (6)

1.一种轻金属坯料的加热方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)将黑色金属钢坯放入步进式多段加热炉进行加热，加热完毕，整个加热炉膛温度达到1100℃以上；

(2)黑色金属钢坯完成后，加热炉内处于无料状态15分钟～20分钟，关闭燃气烧嘴；

(3)依靠加热炉进口炉门及风门调节加热炉预热段炉膛温度；依靠加热炉出口炉门及风门调节加热炉均热段炉膛温度；

(4)炉膛处于封闭状态，加热炉气氛控制在微氧化性气氛；

(5)将需要加热的轻金属坯料放入加热炉预热段，在每支轻金属坯料前后各放置一支不锈钢，即两支不锈钢之间放置一支轻金属钢坯，加热炉预热段步进速度1～1.5mm/分钟；

(6)轻金属坯料经加热炉预热段预热后，进入加热段升温，再进入均热段保温，加热段、均热段步进速度1～1.5mm/分钟，加热、均热时间在1650～2480分钟之间。在封闭状态下，加热炉的加热段、均热段靠炉底的传导热、炉气对流热及炉气、炉墙、炉顶的辐射热来完成加热过程。

2.如权利要求1所述的轻金属坯料的加热方法，其特征在于，步骤(4)中的加热炉气氛控制在微氧化性气氛的具体步骤为：关闭烧嘴和风门，使燃气和空气进入不到炉膛，钢坯进炉时仅带入少量的空气，使钢坯加热时处于微氧化气氛。

3.如权利要求1所述的轻金属坯料的加热方法，其特征在于：所述的轻金属坯料为的断面尺寸为160×160～220×220mm。

4.如权利要求1所述的轻金属坯料的加热方法，其特征在于：轻金属坯料的单重≥1200公斤。

5.如权利要求1所述的轻金属坯料的加热方法，其特征在于：所述不锈钢和轻金属坯料规格相同。

6.如权利要求1或2所述的轻金属坯料的加热方法，其特征在于：不锈钢和轻金属坯料放置的间隔距离为80～120mm。