CN102925833B - 一种采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，包括带材的预处理，预加热，加热、保温和冷却，其特征是：上述预加热、加热、保温和冷却都是在立式淬火炉中实现，该立式淬火炉所需热源以天然气为燃料，冷却采用氮气冷却，通过调整带材通过炉体内的速度，实现0.05~1.5mm，宽度小于500mm的铍青铜带材连续淬火。本发明可精确控制铍青铜带材温度，实现均匀加热，降低能耗，同时可很容易的生产出厚度为0.05~1.5mm，宽度小于500mm的铍青铜带材，固溶温度为240~980±2℃。
Description
技术领域
本发明属于有色金属技术领域，特别是涉及一种采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法。
背景技术
铍铜合金是一种典型的沉淀强化型合金，经过适当的固溶、时效热处理，可获得与特殊钢相当的强度。同时又具备高的导电率、导热率、高硬度和耐磨性、高的蠕蚀性能，还具有良好的铸造性能、非磁性和冲击时无火花导电性能。因此铍青铜合金具有其他许多合金所不可替代的优异性能，作为导电弹簧材料被广泛应用。
铍青铜合金淬火工艺要求相对严格：固溶加热温度范围相对要窄，温度均匀性要好，而对冷却速度要求更严，尤其是生产带材时的冷却速度，即要求带材在10秒以内从750℃~950℃的保温温度冷却至240℃以下达到快速充分固溶的目的，并在冷却段继续冷却至室温。这种工艺需求对炉体加热段、均热段及冷却段的设计和配置具有更高的要求。
目前，铍青铜带材的生产大多是采用卧式连续热处理炉生产，其存在如下技术缺陷：1）现有的卧式连续热处理炉都采用电加热方式，这种方式一是能耗高，二是高温时控温精度不稳定。2）卧式炉，一般炉内采用气浮的方式，在超过800℃以上时气浮能力明显不足，生产厚带较困难。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种精确控制铍青铜带材温度、实现均匀加热，降低能耗和生产成本，同时易实现厚带材生产的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法。
为实现本发明所采取的技术方案为：
一种采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，包括带材的预处理，预加热，加热、保温和冷却，其特征是：上述预加热、加热、保温和冷却都是在立式淬火炉中实现，该立式淬火炉所需热源以天然气为燃料，冷却采用氮气冷却，通过调整带材通过炉体内的速度，实现0.05~1.5mm，宽度小于500 mm的铍青铜带材连续淬火。所述铍青铜带材通过立式炉炉体时的带速设定为10m/min－25m/min。
本发明具有以下技术特点：
1、本发明采用立式炉体，带材在炉内运行主要靠自重，两侧风力平衡，避免带材偏向一侧造成带面损伤或刮边。
2、本发明采用天然气加热，通过调节空／燃比来控制立式淬火炉的温度，天然气和助燃空气的流量经过微电脑计算后进行准确配比，再输入炉内进行充分燃烧。流量控制的方式准确可靠，烧嘴一旦工作，就处于良好性能负荷状态，保证烧嘴的工作性能最佳，根据炉温的需要，热出力能力可在25%~100%之间调节控制，控温精度可实现±2℃。热效率和控温精度高，避免了天然气不充分燃烧时容易产生黑烟、热效率降低、污染环境的缺陷，保证了立式炉运行时的控温效果。从而降低了生产成本低，大大提高了产能，固溶处理后材料性能的均匀性得到了充分保证。
3、立式淬火炉总烟道入口附近安装有检测氧含量探头，对烟气中的含氧量进行监测。检测结果用于加热控制系统的调节，以提高炉子的加热效率，减少烟气排放对大气的污染。该工艺所产生的烟气与先进的除尘设施相连，含铍粉尘气体和燃烧废气在风机的引导下进入除尘器，后经热交换器进行冷却和多级过滤，气流中一部分颗粒粗大的尘粒在重力和惯性力的作用下，沉降到灰斗；粒度细、密度小的尘粒进入过滤器，通过布朗扩散和纤维拦截等综合效应，使铍粉尘沉积在滤筒的滤料表面，多级过滤后的气体进入集中铍尘系统内再次进行处理后于100米高空排放。
4、立式淬火炉炉内采用多段多区控制供热方式，即铍青铜带材在淬火炉内经过加热段和均热段预完成坯料的加热，其中加热段又分为预热区和供热区。淬火炉采用8只高速烧嘴，分三层沿炉体内部周向排列。利用该设置控制加热段的预热区和均热段的温度为750℃~880℃；为了避免进料初期的温度波动，加热段的供热区设定值为900℃~980℃，以补偿预热段的热量损失，从而实现带材温度的均匀性。
5、在立式淬火炉的入口密封箱处安装有氢气分析仪，进一步有效地控制炉膛气氛，满足铍青铜带材在微还原气氛下的加热工艺要求。
6、在立式淬火炉的冷却段部分安装有轴流式风机和喷射风嘴，通过其将风直接吹向带材，使带材在10秒以内实现快速冷却至240℃以下，达到铍青铜合金带材充分固溶的性能要求。
7、入口密封箱和出口密封箱装有工艺气氛排放系统（氢气分析仪），排放系统马达由主电源供电。如果主电源发生故障，电机上的堵转监视器监测到故障发生时，自动切换至应急电源，保证气氛排放系统的正常使用。另外在出口密封箱和入口密封箱处都安装了紫外线火焰探测器和报警装置，若检测到火焰出现，氮气就会吹入密封区内，如果火焰没有熄灭并且警报在两分钟内再次出现，整个炉体将切换到氮气吹扫模式，保证设备安全和人员安全。
综上所述，本发明利用上述的精确控温方式实现铍青铜带材的均匀加热，确保材料加热均匀，并能实现快速冷却达到充分固溶的目的，能够生产厚度为0.05~1.5mm，宽度小于500 mm的铍青铜带材，其固溶温度为240~980±2℃。
附图说明
图1为本发明中多段多区控制供热方式原理图。
具体实施方式
本发明采用立式淬火炉，以天然气为燃料实现加热，天然气热值： Q 低 ＝34.91MJ/ Nm3；炉前接点压力：8~10 kPa；低发热值：34.91 MJ/Nm3。铍青铜带材在炉内经过预热区、供热区和均热段，完成坯料的加热保温过程，实现轧制工艺所要求的加热温度和带温均匀性。铍青铜带材在炉内的带速控制在10m/min-25m/min。
实施例1
退火用铍青铜带为0.5mm厚、450mm宽1000m长的QBe2/C17200带材，其原始力学性能数据见表1-1。
1．预处理：将带材依次通过高压热水除油脱脂、水洗、热风吹扫，保证带材表面清洁，然后经过入口活套和入口夹送辊从炉体顶部依次进入炉体。整个带速设定为10m/min。
2.预加热：带材进入炉内后首先进入加热段预热区。预热区温度设定为750－800℃，带材经过预加热后进入加热段的供热区。采用燃烧控制方式主要采用流量调节，天然气和助燃空气的流量分别经过微电脑计算后进行准确配比，再输入炉内进行充分燃烧，流量调节的控制方式准确可靠。采用8只高速烧嘴分三层沿退火炉周向排列，烧嘴一旦工作，就处于良好性能负荷状态，保证烧嘴的工作性能最佳，燃烧效果最佳，从而避免了天然气不充分燃烧时容易产生黑烟、热效率降低、污染环境，保证了炉体运行时的控温效果。
3.加热：带材经过加热段预热区后进入加热段供热区。供热区的温度设定为900－950℃。采用8只高速烧嘴分三层沿退火炉周向排列，有效起到了均匀炉温的作用。在入口密封箱处安装用于调节工艺气氛的氢气含量的氢气分析仪，进一步有效地控制炉体内的工艺气氛，满足铍青铜带材在微还原气氛下的加热工艺要求。
4.保温：带材通过加热段供热区后进入均热段。均热段的温度设定为750－800℃。在淬火炉的总烟道入口附近安装检测氧含量探头，对烟气中的含氧量进行监测。检测结果用于加热控制系统的调节，提高炉子热效率，减少烟气排放对大气的污染程度。燃烧所产生的烟气与先进的除尘设施相连，含铍粉尘气体和燃烧废气在风机的引导下进入除尘器后，经过热交换器进行冷却和多级过滤，气流中一部分颗粒粗大的尘粒在重力和惯性力的作用下，沉降到灰斗；粒度细、密度小的尘粒进入过滤器，通过布朗扩散和纤维拦截等综合效应，使铍粉尘沉积在滤筒的滤料表面，多级过滤后的气体进入集中铍尘系统内再次进行处理后于100米高空排放。
5.快速冷却：带材在经过加热保温后进入冷却段，并在10秒以内实现快速冷却至240℃以下，达到铍青铜合金带材充分固溶的性能要求。此主要是通过立式淬火炉的冷却段部分安装的轴流式风机和喷射风嘴实现快速冷却。
6.后处理：冷却后的带材经出口活套以及后处理段到达收卷卷取，完成整个淬火工艺。淬火后的力学性能数据见表1-2。
实施例2
1.预处理：退火用铍青铜带为0.3mm厚、430mm宽1500m长的C17510带材，其原始力学性能数据见表2-1。将带材依次通过高压热水除油脱脂、水洗、热风吹扫，保证带材表面清洁，然后经过入口活套和入口夹送辊从炉体顶部依次进入炉体。整个带速设定为25m/min。
2.预加热：带材进入炉内后首先进入加热段预热区。预热区温度设定为800－880℃，带材经过预加热后进入加热段供热区。采用燃烧控制方式主要采用流量调节，天然气和助燃空气的流量分别经过微电脑计算后进行准确配比，再输入炉内进行充分燃烧。流量调节的控制方式准确可靠，采用8只高速烧嘴分三层沿退火炉周向排列，烧嘴一旦工作，就处于良好性能负荷状态，保证烧嘴的工作性能最佳，燃烧效果最佳，从而避免了天然气不充分燃烧时容易产生黑烟、热效率降低、污染环境，保证了炉体运行时的控温效果。
3.加热：带材经过加热段预热区后进入加热段供热区。供热区的温度设定为950－980℃。采用8只高速烧嘴分三层沿退火炉周向排列，有效起到了均匀炉温的作用。在入口密封箱处安装用于调节工艺气氛的氢气含量的氢气分析仪，进一步有效地控制炉体内的工艺气氛，满足铍青铜带材在微还原气氛下的加热工艺要求。
4.保温：带材通过加热段供热区后进入均热段。均热段的温度设定为800－880℃。在淬火炉的总烟道入口附近安装检测氧含量探头，对烟气中的含氧量进行监测。检测结果用于加热控制系统的调节，提高炉子热效率，减少烟气排放对大气的污染程度。燃烧所产生的烟气与先进的除尘设施相连，含铍粉尘气体和燃烧废气在风机的引导下进入除尘器后，经过热交换器进行冷却和多级过滤，气流中一部分颗粒粗大的尘粒在重力和惯性力的作用下，沉降到灰斗；粒度细、密度小的尘粒进入过滤器，通过布朗扩散和纤维拦截等综合效应，使铍粉尘沉积在滤筒的滤料表面，多级过滤后的气体进入集中铍尘系统内再次进行处理后于100米高空排放。
5.快速冷却：带材在经过加热保温后进入冷却段，并在10秒以内实现快速冷却至240℃以下，达到铍青铜合金带材充分固溶的性能要求。此主要是通过立式淬火炉的冷却段部分安装的轴流式风机和喷射风嘴实现快速冷却。后处理：冷却后的带材经出口活套以及后处理段到达收卷卷取，完成整个淬火工艺。淬火后的力学性能数据见表2-2。
表1-1 淬火前带材的力学性能数据
| 力学性能 | HV | σb(Mpa) | σ0.2(Mpa) | δ % | 备注 |
| 实测值 | 241.3 | 727.5 | 650.4 | 3.8 |
表1-2 淬火后带材的力学性能数据
| 力学性能 | HV | σb(Mpa) | σ0.2(Mpa) | δ % | 备注 |
| 实测值 | 108 | 463.3 | 223.7 | 48.4 |
表2-1 淬火前带材的性能数据
| 力学性能 | HRB | σb(Mpa) | δ % | 备注 |
| 实测值 | - | 535 | 3.2 | - |
表2-2 淬火后带材的性能数据
| 力学性能 | HRB | σb(Mpa) | δ % | 备注 |
| 实测值 | 43 | 287 | 29.2 | - |
Claims (6)
1. 一种采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，包括带材的预处理，预加热，加热、保温和冷却，其特征是：上述预加热、加热、保温和冷却都是在立式淬火炉中实现，该立式淬火炉所需热源以天然气为燃料，冷却采用氮气冷却，通过检测炉内各部位的温度，自动调节空／燃比，同时监测炉内氧含量来实现加热控制系统的调节，实现自动控温；通过调整带材通过炉体内的速度，实现0.05~1.5mm，宽度小于500 mm的铍青铜带材连续淬火；
所述立式淬火炉炉内采用多段多区控制供热方式，该多段多区控制供热方式是指铍青铜带材在淬火炉内经过加热段和均热段完成坯料的加热，其中加热段又分为预热区和供热区，控制上述加热段的预热区温度为750℃～880℃，供热区温度为900℃～980℃。
2.按照权利要求1所述的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，其特征是：上述监测氧含量是通过立式淬火炉总烟道入口附近安装的检测氧含量探头实现。
3.按照权利要求1所述的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，其特征是：上述预热区、供热区和加热段的温度通过设置在炉内轴向排列的高速烧嘴控制。
4.按照权利要求1所述的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，其特征是：在立式淬火炉的入口密封箱处安装有氢气分析仪。
5.按照权利要求1或4所述的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，其特征是：在立式淬火炉的冷却段部分安装有轴流式风机和喷射风嘴。
6.按照权利要求1所述的采用连续热处理炉生产铍青铜带材的方法，其特征是：所述铍青铜带材通过立式炉炉体时的带速设定为10m/min～25m/min。
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