CN103205559B - 一种冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法及其装置，属于有色冶金技术领域。本发明所述的退火方法包括调压、装炉排气、氮气置换、加热退火、冷却出炉步骤；本发明所述的装置包括罩式退火炉（1）、氮气供应装置（2）、氩气供应装置（3），所述氮气供应装置（2）与罩式退火炉（1）内罩连通，所述氩气供应装置（3）与罩式退火炉（1）内罩连通。本发明通过在普通全氢或氮氢退火炉的基础上，增加氩气供应装置，满足普通全氢或氮氢退火炉对冷轧钢卷和钛带卷的不同退火要求，具有效率高、工艺稳定、改造方便、一机多能、可靠性高的特点。

Description

一种冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法及其装置

技术领域

本发明属于有色冶金技术领域，具体涉及一种效率高、工艺稳定、改造方便、一机多能、可靠性高的冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法及其装置。

背景技术

由于钛及其钛合金具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀等诸多优异的特性，被称之为第三金属，是最具发展前途的新型结构材料。冷轧钛带卷是以海绵钛为原料，经熔炼、热轧、冷轧及冷轧退火等工艺生产的板材，广泛应用于航天、航空、潜艇、核电等高新技术领域。

钛在882℃以下为密排六方结构，是一种各向异性显著的材料。工业纯钛在材料生产过程中加工硬度效应很大，因此在钛材生产过程中，经冷、热加工后，为了恢复塑性，得到稳定的细晶粒组织和均匀的机械性能，应进行再结晶退火。钛由于具有很高的化学活泼性，与空气中的氧、氮有极高的亲和力，氧和氮对钛污染的结果是使钛强度和硬度增高而塑性降低。目前，工业纯钛及其钛合金的退火一般采用真空炉退火的方式，能够保证与空气隔绝并能析出前工序吸附的氢气。由于真空炉退火需要增加真空泵等装置，结构复杂；而且由于钛及其钛合金为热的不良导体，真空退火进一步加剧了热传导缓慢，因此只能缓慢升温和降温，造成真空退火时间长、生产效率低。

全氢或氮氢罩式退火炉是对冷钢带卷用高纯度氢气或氮氢做为保护气氛，对钢板卷进行光亮式退火的设备，主要保护气氛介质是氢气，中间用氮气吹扫置换。如果用于钛带卷板的退火，钛金属会易吸氢，发生化学反应生成TiH₂，生产氢脆；高温下，钛与氮不仅会反应产生金黄色的氮化钛，而且氮在钛中的溶解度较高，强烈提高强度降低塑性，不能满足钛带卷板产品性能和表面质量要求。因此，采用成熟的全氢或氮氢罩式退火炉对冷轧钛带卷退火，必须选择氩气等惰性气体作为保护气。但现有钢带卷全氢或氮氢罩式退火炉设备不能直接供入氩气，供入氩气的方式也不明确，所以有必要根据钛带卷退火的工艺要求，设计制造一种新的辅助装置，向全氢或氮氢罩式退火炉供入氩气做为保护气氛，满足对钛带卷板进行退火的工艺要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种效率高、工艺稳定、改造方便、一机多能、可靠性高的冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法及其装置。

本发明的退火方法是这样实现的，包括调压、装炉排气、氮气置换、加热退火、冷却步骤，具体包括：

A、调压：调节氩气供气压力至200~400mbar；

B、装炉排气：按装炉计划组垛钛带卷装炉，压紧罩式退火炉之内罩后经冷密封测试，用氮气安全吹扫置换空气；氮气吹扫时间为20~30分钟；

C、氮气置换：接通罩式退火炉的氩气，进行点火前用氩气吹扫置换氮气，置换后的炉内氩气气氛纯度大于99%；

D、加热退火：通入氩气并保持退火炉台料室压力55~70mbar，以100~150℃/h的速率升温至650~700℃，保温1~3h；

E、冷却出炉：保温结束后对冷轧钛带卷进行风冷或水冷，冷却至低于60℃时关闭退火炉氩气连接通道并出炉。

本发明的退火装置是这样实现的，包括罩式退火炉、氮气供应装置，所述氮气供应装置与罩式退火炉内罩连通，还包括氩气供应装置，所述氩气供应装置与罩式退火炉内罩连通；所述氩气供应装置包括液氩气瓶、氩气缓冲装置、调节阀、氩气阀、气管、氩气总管，所述液氩气瓶通过调节阀经气管与氩气缓冲装置进气口连通，所述氩气缓冲装置出气口连通氩气总管，氩气总管经氩气阀通过氮气供应装置的连接管道与罩式退火炉的内罩连通，所述氩气供应装置和氮气供应装置的管道连接前分别设置有阀门。

本发明与现有技术相比，具有以下特点：

1、本发明实现了普通钢带卷罩式退火炉对钛卷板的退火，退火方法效率高、工艺性能稳定，产品能够达到标准要求。

2、现有罩式退火炉改造方便，退火装置在不需要对钛卷板退火的时候，可以随时恢复对冷钢带卷的退火，实现了罩式退火炉一机多能。

3、罩式退火炉钛卷板退火过程中，氩气流量、压力等参数及各进气、排气阀门可以接入原退火炉自动控制系统，实现远程实时显示和自动控制。

4、不须频繁抽堵盲板工作，避免抽堵盲板带来的漏气等隐患。

附图说明

图1为本发明退火方法工艺流程示意图；

图2为本发明退火装置结构示意图；

图中：100-调压、200-装炉排气、300-氮气置换、400-加热退火、500-冷却出炉，1-罩式退火炉、2-氮气供应装置、21-氮气总管、22-氮气阀、3-氩气供应装置、31-液氩气瓶、32-氩气缓冲装置、33-调节阀、34-氩气阀、35-气管、36-氩气总管、37-换热器、38-压力表、4-流量表、5-差压送变器、6-进气阀、7-排气阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明所述的退火方法包括调压、装炉排气、氮气置换、加热退火、冷却步骤，具体包括：

A、调压：调节氩气供气压力至200～400mbar；

B、装炉排气：按装炉计划组垛钛带卷装炉，压紧罩式退火炉之内罩后经冷密封测试，用氮气安全吹扫置换空气；

C、氮气置换：接通罩式退火炉的氩气，进行点火前氩气吹扫置换氮气；

D、加热退火：通入氩气并保持退火炉台料室压力55～70 mbar，按预定工艺对冷轧钛带卷进行升温和保温；

E、冷却出炉：保温结束后对冷轧钛带卷进行风冷或水冷，冷却结束后关闭退火炉氩气连接通道并出炉。

所述B步骤中的氮气吹扫时间为20～30分钟。

所述C步骤中置换后的炉内氩气气氛纯度大于99%。

所述D步骤中以100～150℃/h的速率升温至650～700℃，保温1～3h。

所述E步骤中冷轧钛带卷冷却至低于60℃时出炉空冷并停止退火炉氩气供应。

所述氮气和/或氩气进入退火炉前经干燥装置脱除水分。

所述钛带卷包括纯钛带卷、钛合金带卷。

如图2所示，本发明所述的退火装置包括罩式退火炉1、氮气供应装置2，所述氮气供应装置2与罩式退火炉1内罩连通，其特征在于还包括氩气供应装置3，所述氩气供应装置3与罩式退火炉1内罩连通。

所述氩气供应装置3包括液氩气瓶31、氩气缓冲装置32、调节阀33、氩气阀34、气管35、氩气总管36，所述液氩气瓶31通过调节阀33经气管35与氩气缓冲装置32进气口连通，所述氩气缓冲装置32出气口通过氩气总管36经氩气阀34与罩式退火炉1内罩连通。

所述罩式退火炉1进气口和/或氮气供应装置2和/或氩气供应装置3设置有气体过滤干燥装置。

所述氩气缓冲装置32设置有压力表38检测氩气气压。

所述氩气供应装置3的调节阀33和/或氩气阀34和/或压力表38和/或退火装置的流量表4与罩式退火炉1的自动控制系统连接，实现氩气远程自动控制和实时显示以及手动调节。

所述氩气供应装置3由多个液氩气瓶31组成。

所述氩气供应装置3通过氮气供应装置2的连接管道与罩式退火炉1的内罩连通，所述氩气供应装置3和氮气供应装置2的管道连接前分别设置有阀门。

所述罩式退火炉1不少于2台，各台罩式退火炉1的进气口分别与所述氩气供应装置3出气口连通。

本发明工作原理和工作过程：

关闭氩气阀34、氮气阀22、进气阀6；打开并调节液氩气瓶31与氩气缓冲装置32间的连接调节阀33，使氩气缓冲装置32内的气体压力达到200～400mbar；按装炉计划组垛钛带卷装炉，压紧内罩后经冷密封测试，打开氮气阀22和进气阀6，用氮气安全吹扫置换空气；然后关闭氮气阀22并打开氩气阀34，接通罩式退火炉的氩气，进行点火前氩气吹扫置换氮气；置换氮气后，调节氩气阀34和排气阀7并继续通入氩气并保持退火炉台料室压力55～70 mbar，按预定工艺对冷轧钛带卷进行升温和保温；保温结束后对冷轧钛带卷进行风冷或水冷，冷却结束后关闭氩气阀34和进气阀6，打开内罩使冷轧钛带卷出炉空冷，完成退火过程。

实施例1：

A、关闭氩气阀34，打开并调节液氩气瓶31与氩气缓冲装置32间的连接调节阀33，使氩气缓冲装置32内的气体压力达到220mbar；

B、按装炉计划将2077kg钛带卷组垛装炉，压紧退火炉内罩后经冷密封测试，打开氮气阀22、进气阀6和排气阀7，用氮气安全吹扫置换空气20分钟；

C、排出空气后关闭氮气阀22并迅速打开氩气阀34，接通罩式退火炉的氩气，进行点火前氩气吹扫置换氮气至炉内气氛氩气纯度99.9%结束；

D、置换氮气后，调节氩气阀34和排气阀7并继续通入氩气并保持退火炉台料室压力55 mbar，对冷轧钛带卷按100℃/h的速率升温至650℃，保温2h；

E、保温结束后对冷轧钛带卷进行随炉风冷，冷却至50℃时关闭氩气阀34和进气阀6，打开内罩使冷轧钛带卷出炉空冷。

实施例2：

A、关闭氩气阀34，打开并调节液氩气瓶31与氩气缓冲装置32间的连接调节阀33，使氩气缓冲装置32内的气体压力达到400mbar；

B、按装炉计划将2342kg钛带卷组垛装炉，压紧退火炉内罩后经冷密封测试，打开氮气阀22、进气阀6和排气阀7，用氮气安全吹扫置换空气30分钟；

C、排出空气后关闭氮气阀22并迅速打开氩气阀34，接通罩式退火炉的氩气，进行点火前氩气吹扫置换氮气至炉内气氛氩气纯度99%结束；

D、置换氮气后，调节氩气阀34和排气阀7并继续通入氩气并保持退火炉台料室压力70 mbar，对冷轧钛带卷按150℃/h的速率升温至700℃，保温1.5h；

E、保温结束后对冷轧钛带卷进行随炉风冷，冷却至60℃时关闭氩气阀34和进气阀6，打开内罩使冷轧钛带卷出炉空冷。

实施例3：

A、关闭氩气阀34，打开并调节液氩气瓶31与氩气缓冲装置32间的连接调节阀33，使氩气缓冲装置32内的气体压力达到300mbar；

B、按装炉计划将1835kg钛带卷组垛装炉，压紧退火炉内罩后经冷密封测试，打开氮气阀22、进气阀6和排气阀7，用氮气安全吹扫置换空气25分钟；

C、排出空气后关闭氮气阀22并迅速打开氩气阀34，接通罩式退火炉的氩气，进行点火前氩气吹扫置换氮气至炉内气氛氩气纯度99.99%结束；

D、置换氮气后，调节氩气阀34和排气阀7并继续通入氩气并保持退火炉台料室压力60mbar，对冷轧钛带卷按120℃/h的速率升温至670℃，保温3h；

E、保温结束后对冷轧钛带卷进行随炉风冷，冷却至40℃时关闭氩气阀34和进气阀6，打开内罩使冷轧钛带卷出炉空冷。

Claims (3)

1.一种实现冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法的装置，所述的冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法包括调压、装炉排气、氮气置换、加热退火、冷却步骤，具体包括：

A、调压：调节氩气供气压力至200~400mbar；

B、装炉排气：按装炉计划组垛钛带卷装炉，压紧罩式退火炉之内罩后经冷密封测试，用氮气安全吹扫置换空气；氮气吹扫时间为20~30分钟；

C、氮气置换：接通罩式退火炉的氩气，进行点火前用氩气吹扫置换氮气，置换后的炉内氩气气氛纯度大于99%；

D、加热退火：通入氩气并保持退火炉台料室压力55~70mbar，以100~150℃/h的速率升温至650~700℃，保温1~3h；

E、冷却出炉：保温结束后对冷轧钛带卷进行随炉风冷，冷却至低于60℃时关闭退火炉氩气连接通道并出炉；

实现所述冷轧钛带卷惰性气保护罩式退火方法的装置包括罩式退火炉（1）、氮气供应装置（2），所述氮气供应装置（2）与罩式退火炉（1）内罩连通，其特征在于还包括氩气供应装置（3），所述氩气供应装置（3）与罩式退火炉（1）内罩连通；所述氩气供应装置（3）包括液氩气瓶（31）、氩气缓冲装置（32）、调节阀（33）、氩气阀（34）、气管（35）、氩气总管（36），所述液氩气瓶（31）通过调节阀（33）经气管（35）与氩气缓冲装置（32）进气口连通，所述氩气缓冲装置（32）出气口连通氩气总管（36），氩气总管（36）经氩气阀（34）通过氮气供应装置（2）的连接管道与罩式退火炉（1）的内罩连通，所述氩气供应装置（3）和氮气供应装置（2）的管道连接前分别设置有阀门。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述氩气供应装置（3）由多个液氩气瓶（31）组成。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述罩式退火炉（1）不少于2台，各台罩式退火炉（1）的进气口分别与所述氩气供应装置（3）出气口连通。