CN103397170B - 管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，包括石英管，设置于石英管内的石墨管，和缠绕于石英管外的感应线圈，以及用于为感应线圈供电的高频感应加热电源；所述石英管包括入口管，通过渐扩段与入口管相连的等径段，和通过渐缩段与等径段相连的出口管；所述石英管的出口管处设置有用于控制水平穿过石英管和石墨管的待退火管/线材运行的收料机构。另外，本发明还公开了采用该装置进行管、线材连续退火的方法。本发明的装置结构紧凑，操作简单，维护方便；无真空系统，能耗低，噪音污染小、绿色无污染、低碳环保，采用本发明的装置进行退火，退火过程连续，而且不受管线材长度限制，特别适合长管线材与超长管线材的退火。

Description

管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火方法及装置
技术领域
本发明属于金属管线材加工技术领域，具体涉及一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火方法及装置。
背景技术
连续退火炉是钛合金管线材生产中的重要设备。由于钛合金在高温下化学活性强，它在200℃以上就会与空气中的氧、氮、氢、碳等气体发生作用，使材料表面产生吸气或氧化现象，导致后续加工无法进行。实际生产中，钛合金管线材的退火是在真空电阻炉或惰性气体保护炉中进行。
由于在真空中传热速度慢，材料升温时间长，冷却速度慢，导致生产效率低。同时，现有的钛合金管线材真空退火炉都是非连续操作，工作效率低而运行成本高。常规规格的钛合金管线材冷加工中往往需要进行10次以上真空退火，对于塑性较差的特种钛合金细管线材冷加工中需要的退火次数则更多。因此，退火工序常成为制约钛合金和特种钛合金管线材生产的一个重要因素。
能耗高也是现有真空退火设备的主要缺点之一。同时，真空退火炉还存在难于生产长管线材的缺陷，而且真空退火设备维护难度大、费用高。现有的真空退火炉都是非连续操作，无法满足特种合金细管线材的连续温拔或热拉拔等热加工工艺的需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置。该装置结构紧凑，操作简单，维护方便；无真空系统，能耗低，噪音污染小、绿色无污染、低碳环保，投资少，占地面积小，装置可随开随停，特别适合大小批量生产高精度、难加工特种钛合金管线材的温拔或热拉拔。该装置采用石墨管，不仅可以起到对材料保温的作用，而且具有润滑作用，能够有效避免管线材在炉管内轴向拉伸运动时表面划伤。采用感应加热，加热速度快，可以连续加热实现连续温拔或热拉拔，可提高生产效率，特别适用于冷加工性能较差的特种钛合金管线材的温拔和热拉拔；另外，可以利用电流的集肤效应在热处理阶段有效地降低管线材表面的加工硬化状态，有利于材料后续的塑性加工。采用该装置进行退火，退火过程连续，而且不受管线材长度限制，特别适合长管线材与超长管线材的退火。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，包括石英管，设置于石英管内的石墨管，和缠绕于石英管外的感应线圈，以及用于为感应线圈供电的高频感应加热电源；所述石英管包括入口管，通过渐扩段与入口管相连的等径段，和通过渐缩段与等径段相连的出口管；所述石英管的出口管处设置有用于控制水平穿过石英管和石墨管的待退火管、线材运行的收料机构；所述石墨管的左端与入口管的右端内壁贴合，石墨管的右端与出口管的左端内壁贴合；所述石墨管与石英管的渐扩段、等径段和渐缩段之间形成空腔；所述石墨管上设置有一端与石墨管相通另一端穿出等径段管壁且用于向石墨管内通入保护气体的第一气体管道；所述石英管的等径段上设置有用于向空腔内通入保护气体的第二气体管道；所述石英管的等径段上设置有用于测量石墨管外壁温度的测温管。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述感应线圈为中空的铜管，感应线圈的两端管口分别与用于冷却感应线圈的冷却循环水机的进水口和出水口相连通；所述感应线圈的缠绕位置与石墨管的位置相对应。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述石英管的壁厚为3mm～5mm，石墨管的壁厚为4mm～8mm；所述测温管的数量为两个，其中一个位于等径段端部，另一个位于等径段中部。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述石墨管的左、右两端管壁上均设置有两个斜孔，斜孔的一端位于石墨管的端面，另一端位于石墨管的管壁上且与空腔相连通。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述第一气体管道内径的平方大于石墨管左右两端管口内径的平方和；所述第一气体管道与第二气体管道的内径的平方和大于入口管入口处与出口管出口处的内径的平方和。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述入口管和出口管均为同心异径管，所述入口管的入口处内径小于入口管与渐扩段相接处的管口内径，所述出口管的出口处内径小于出口管与渐缩段相接处的管口内径。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述收料机构为收线盘、拉丝机或拉拔机；所述高频感应加热电源的频率为50kHz～100kHz。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，还包括用于支撑石英管的支架和设置于石英管的入口管处的放料机构。
上述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，所述放料机构为放线盘或放料架。
另外，本发明还提供了一种采用上述装置进行管、线材退火的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将待退火管、线材从石英管的入口管穿入，穿过石墨管后从石英管的出口管穿出，并与收料机构连接；
步骤二、打开第一气体管道向石墨管内通入惰性保护气体，10s～30s后打开第二气体管道向空腔内通入惰性保护气体，排净石墨管和空腔内的空气；
步骤三、打开高频感应加热电源对感应线圈供电，感应线圈对石墨管和石墨管内的待退火管、线材进行感应加热，通过测温管测量石墨管外壁温度，待石墨管外壁温度达到退火所需温度时，开启收料机构使待退火管、线材匀速运行进行连续退火；
步骤四、退火结束后，先关闭高频感应加热电源，然后关闭第一气体管道，待石墨管外壁温度降至50℃以下，关闭第二气体管道。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的装置结构紧凑，操作简单，维护方便；无真空系统，能耗低，噪音污染小、绿色无污染、低碳环保。
2、本发明的装置投资少，占地面积小，装置可随开随停，特别适合大小批量生产高精度、难加工特种钛合金管线材的温拔或热拉拔。
3、本发明的装置采用石墨管，不仅可以起到对材料保温的作用，而且具有润滑作用，能够有效避免管线材在炉管内轴向拉伸运动时表面划伤。
4、本发明采用感应加热，加热速度快，可以连续加热实现连续温拔或热拉拔，可提高生产效率，特别适用于冷加工性能较差的特种钛合金管线材的温拔和热拉拔；另外，可以利用电流的集肤效应在热处理阶段有效地降低管线材表面的加工硬化状态，有利于材料后续的塑性加工。
5、采用本发明的装置进行退火，退火过程连续，而且不受管线材长度限制，特别适合长管线材与超长管线材的退火。
下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图。
图2为本发明装置的内部结构示意图。
附图标记说明:
1—石英管；              1-1—入口管；          1-2—渐扩段；
1-3—等径段；            1-4—渐缩段；          1-5—出口管；
2—感应线圈；            3—石墨管；          4—空腔；
5—第一气体管道；        6—第二气体管道；    7—测温管；
8—高频感应加热电源；    9—冷却循环水机；    10—斜孔；
11—待退火管/线材；      12—收料机构；       13—支架；
14—放料机构。
具体实施方式
实施例1
管、线材用高频感应加热连续退火装置：
如图1和图2所示，一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，包括石英管1，设置于石英管1内的石墨管3，和缠绕于石英管1外的感应线圈2，以及用于为感应线圈2供电的高频感应加热电源8；所述石英管1包括入口管1-1，通过渐扩段1-2与入口管1-1相连的等径段1-3，和通过渐缩段1-4与等径段1-3相连的出口管1-5；所述石英管1的出口管1-5处设置有用于控制水平穿过石英管1和石墨管3的待退火管/线材11运行的收料机构12；所述石墨管3的左端与入口管1-1的右端内壁贴合，石墨管3的右端与出口管1-5的左端内壁贴合；所述石墨管3与石英管1的渐扩段1-2、等径段1-3和渐缩段1-4之间形成空腔4；所述石墨管3上设置有一端与石墨管3相通另一端穿出等径段1-3管壁且用于向石墨管3内通入保护气体的第一气体管道5；所述石英管1的等径段1-3上设置有用于向空腔4内通入保护气体的第二气体管道6；所述石英管1的等径段1-3上设置有用于测量石墨管3外壁温度的测温管7。
如图1和图2所示，本实施例中，所述感应线圈2为中空的铜管，感应线圈2的两端管口分别与用于冷却感应线圈2的冷却循环水机9的进水口和出水口相连通；所述感应线圈2的缠绕位置与石墨管3的位置相对应。
如图1和图2所示，本实施例中，所述石英管1的壁厚为3mm～5mm(优选3mm、4mm、5mm)，石墨管3的壁厚为4mm～8mm(优选4mm、5mm、6mm、7mm、8mm)；所述测温管7的数量为两个，其中一个位于等径段1-3端部，另一个位于等径段1-3中部，便于监测石墨管3的轴向均温性。
如图1和图2所示，本实施例中，所述石墨管3的左、右两端管壁上均设置有两个斜孔10，斜孔10的一端位于石墨管3的端面，另一端位于石墨管3的管壁上且与空腔4相连通，便于快速排净石英管1内的空气。
如图1和图2所示，本实施例中，所述第一气体管道5内径的平方大于石墨管3左右两端管口内径的平方和，所述第一气体管道5与第二气体管道6的内径的平方和大于入口管1-1入口处与出口管1-5出口处的内径的平方和，从而在结构上保证从第一气体管道5和第二气体管道6通入的气体量大于从入口管1-1和出口管1-5排出的气体量，进而保证石英管1和石墨管3内完全处于保护气氛中。
如图1和图2所示，本实施例中，所述入口管1-1和出口管1-5均为同心异径管，所述入口管1-1的入口处内径小于入口管1-1与渐扩段1-2相接处的管口内径，所述出口管1-5的出口处内径小于出口管1-5与渐缩段1-4相接处的管口内径。
如图1和图2所示，本实施例中，所述收料机构12为收线盘、拉丝机或拉拔机；所述高频感应加热电源8的频率为50kHz～100kHz。
如图1和图2所示，本实施例中，还包括用于支撑石英管1的支架13和设置于石英管1的入口管1-1处的放料机构14。
如图1和图2所示，本实施例中，所述放料机构14为放线盘或放料架。
实施例2
采用实施例1的装置(石墨管的长度为500mm)对Ni-50.8Ti合金管材进行高频感应加热连续退火，退火温度为750℃，保温时间为10min，退火方法为：
步骤一、将待退火管/线材11从石英管1的入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从石英管1的出口管1-5穿出，并与收料机构12连接；
步骤二、打开第一气体管道5向石墨管3内通入惰性保护气体，10s后打开第二气体管道6向空腔4内通入惰性保护气体，排净石墨管3和空腔4内的空气；
步骤三、待石墨管3和空腔4内的空气排净后，先打开冷却循环水机9，再打开高频感应加热电源8对感应线圈2供电，感应线圈2对石墨管3和石墨管3内的待退火管/线材11进行感应加热，通过测温管7测量石墨管3外壁温度，待石墨管3外壁温度达到750℃时，开启收料机构12使待退火管/线材11以50mm/min的速度匀速运行进行连续退火；
步骤四、退火结束后，先关闭高频感应加热电源8，然后关闭第一气体管道5，待石墨管3外壁温度降至50℃以下，关闭第二气体管道6，最后关闭冷却循环水机9。
本实施例中，待退火管/线材11为Ni-50.8Ti合金管材；收料机构12采用拉拔机，Ni-50.8Ti合金管材从出口管1-5穿出的一端与拉拔机的夹头连接，Ni-50.8Ti合金管材的另一端放置于放料机构14(放料架)上，退火后的Ni-50.8Ti合金管材直接进入拉拔机进行拉拔，拉拔同时拉拔机带动Ni-50.8Ti合金管材匀速运行；惰性保护气体采用氩气。
实施例3
采用实施例1的装置(石墨管的长度为800mm)对Ni-50.8Ti合金线材进行高频感应加热连续退火，退火温度为750℃，保温时间为1min，退火方法为：
步骤一、将待退火管/线材11从石英管1的入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从石英管1的出口管1-5穿出，并与收料机构12连接；
步骤二、打开第一气体管道5向石墨管3内通入惰性保护气体，30s后打开第二气体管道6向空腔4内通入惰性保护气体，排净石墨管3和空腔4内的空气；
步骤三、待石墨管3和空腔4内的空气排净后，先打开冷却循环水机9，再打开高频感应加热电源8对感应线圈2供电，感应线圈2对石墨管3和石墨管3内的待退火管/线材11进行感应加热，通过测温管7测量石墨管3外壁温度，待石墨管3外壁温度达到750℃时，开启收料机构12使待退火管/线材11以800mm/min的速度匀速运行进行连续退火；
步骤四、退火结束后，先关闭高频感应加热电源8，然后关闭第一气体管道5，待石墨管3外壁温度降至50℃以下，关闭第二气体管道6，最后关闭冷却循环水机9。
本实施例中，待退火管/线材11为Ni-50.8Ti合金线材；收料机构12采用拉丝机，Ni-50.8Ti合金线材从出口管1-5穿出的一端固定于拉丝机的拉线塔上，Ni-50.8Ti合金线材的另一端缠绕于放料机构14(放线盘)上，拉丝机拉动Ni-50.8Ti合金线材匀速运行；惰性保护气体采用氩气。
实施例4
采用实施例1的装置(石墨管的长度为500mm)对Ni-44Ti合金线材进行高频感应加热连续退火，退火温度为760℃，保温时间为30s，退火方法为：
步骤一、将待退火管/线材11从石英管1的入口管1-1穿入，穿过石墨管3后从石英管1的出口管1-5穿出，并与收料机构12连接；
步骤二、打开第一气体管道5向石墨管3内通入惰性保护气体，20s后打开第二气体管道6向空腔4内通入惰性保护气体，排净石墨管3和空腔4内的空气；
步骤三、待石墨管3和空腔4内的空气排净后，先打开冷却循环水机9，再打开高频感应加热电源8对感应线圈2供电，感应线圈2对石墨管3和石墨管3内的待退火管/线材11进行感应加热，通过测温管7测量石墨管3外壁温度，待石墨管3外壁温度达到760℃时，开启收料机构12使待退火管/线材11以1000mm/min的速度匀速运行进行连续退火；
步骤四、退火结束后，先关闭高频感应加热电源8，然后关闭第一气体管道5，待石墨管3外壁温度降至50℃以下，关闭第二气体管道6，最后关闭冷却循环水机9。
本实施例中，待退火管/线材11为Ni-44Ti合金线材；收料机构12采用收线盘，Ni-44Ti合金线材从出口管1-5穿出的一端缠绕于收线盘上，Ni-44Ti合金线材的另一端缠绕于放料机构14(放线盘)上，收线盘与放线盘配合转动带动Ni-44Ti合金线材匀速运行；惰性保护气体采用氩气。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (10)

1.一种管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，包括石英管(1)，设置于石英管(1)内的石墨管(3)，和缠绕于石英管(1)外的感应线圈(2)，以及用于为感应线圈(2)供电的高频感应加热电源(8)；所述石英管(1)包括入口管(1-1)，通过渐扩段(1-2)与入口管(1-1)相连的等径段(1-3)，和通过渐缩段(1-4)与等径段(1-3)相连的出口管(1-5)；所述石英管(1)的出口管(1-5)处设置有用于控制水平穿过石英管(1)和石墨管(3)的待退火管、线材(11)运行的收料机构(12)；所述石墨管(3)的左端与入口管(1-1)的右端内壁贴合，石墨管(3)的右端与出口管(1-5)的左端内壁贴合；所述石墨管(3)与石英管(1)的渐扩段(1-2)、等径段(1-3)和渐缩段(1-4)之间形成空腔(4)；所述石墨管(3)上设置有一端与石墨管(3)相通另一端穿出等径段(1-3)管壁且用于向石墨管(3)内通入保护气体的第一气体管道(5)；所述石英管(1)的等径段(1-3)上设置有用于向空腔(4)内通入保护气体的第二气体管道(6)；所述石英管(1)的等径段(1-3)上设置有用于测量石墨管(3)外壁温度的测温管(7)。
2.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述感应线圈(2)为中空的铜管，感应线圈(2)的两端管口分别与用于冷却感应线圈(2)的冷却循环水机(9)的进水口和出水口相连通；所述感应线圈(2)的缠绕位置与石墨管(3)的位置相对应。
3.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述石英管(1)的壁厚为3mm～5mm，石墨管(3)的壁厚为4mm～8mm；所述测温管(7)的数量为两个，其中一个位于等径段(1-3)端部，另一个位于等径段(1-3)中部。
4.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述石墨管(3)的左、右两端管壁上均设置有两个斜孔(10)，斜孔(10)的一端位于石墨管(3)的端面，另一端位于石墨管(3)的管壁上且与空腔(4)相连通。
5.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述第一气体管道(5)内径的平方大于石墨管(3)左右两端管口内径的平方和；所述第一气体管道(5)与第二气体管道(6)的内径的平方和大于入口管(1-1)入口处与出口管(1-5)出口处的内径的平方和。
6.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述入口管(1-1)和出口管(1-5)均为同心异径管，所述入口管(1-1)的入口处内径小于入口管(1-1)与渐扩段(1-2)相接处的管口内径，所述出口管(1-5)的出口处内径小于出口管(1-5)与渐缩段(1-4)相接处的管口内径。
7.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述收料机构(12)为收线盘、拉丝机或拉拔机；所述高频感应加热电源(8)的频率为50kHz～100kHz。
8.根据权利要求1所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，还包括用于支撑石英管(1)的支架(13)和设置于石英管(1)的入口管(1-1)处的放料机构(14)。
9.根据权利要求8所述的管、线材用气氛保护高频感应加热连续退火装置，其特征在于，所述放料机构(14)为放线盘或放料架。
10.一种采用如权利要求1至8中任一权利要求所述装置进行管、线材退火的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将待退火管、线材(11)从石英管(1)的入口管(1-1)穿入，穿过石墨管(3)后从石英管(1)的出口管(1-5)穿出，并与收料机构(12)连接；
步骤二、打开第一气体管道(5)向石墨管(3)内通入惰性保护气体，10s～30s后打开第二气体管道(6)向空腔(4)内通入惰性保护气体，排净石墨管(3)和空腔(4)内的空气；
步骤三、打开高频感应加热电源(8)对感应线圈(2)供电，感应线圈(2)对石墨管(3)和石墨管(3)内的待退火管、线材(11)进行感应加热，通过测温管(7)测量石墨管(3)外壁温度，待石墨管(3)外壁温度达到退火所需温度时，开启收料机构(12)使待退火管、线材(11)匀速运行进行连续退火；
步骤四、退火结束后，先关闭高频感应加热电源(8)，然后关闭第一气体管道(5)，待石墨管(3)外壁温度降至50℃以下，关闭第二气体管道(6)。
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