CN103599927A - 一种热轧钛板生产方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热轧钛板生产方法及系统，该方法包括以下步骤：（1）对钛板坯进行加热，去除炉生氧化铁后送入粗轧装置；（2）粗轧装置将钛板坯粗轧到中间坯厚度为25mm～40mm后送到热卷箱：（3）开卷臂进行开卷，当将钛板坯头部引出后，由切头飞剪将钛板坯不规则头部剪成圆弧形，然后送入精轧机组进行轧制；（4）精轧机组由七架全液压式四辊轧机组成，钛板坯经过七架轧机连续轧制成成品钛带后送入层流冷却装置进行冷却；（5）冷却后的钛带被送入卷取机进行卷取，形成钛带卷。具有的突出优点。本发明方法简单、系统自动化程度高，通过对各环节的控制量的精确控制，可以大大提高钛带卷的成品率和生产效率。

Description

一种热轧钛板生产方法及系统

技术领域

本发明涉及钛板生产领域，尤其是涉及一种热轧钛板生产方法及系统。

背景技术

钛及钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温等许多特性，是最具发展前途的新型结构材料。钛带卷主要用于大型民航客机、军用飞机、航天飞行器、核潜艇、核电站等高新技术领域。钛带卷是用高品质海绵钛作原料，以带卷的方式生产钛板材，带卷的幅宽通常超过1000mm。钛带卷的特殊用途很多，民用方面主要有化工、冶金、电力等行业要求的纯钛宽板（宽度大于1000mm）、板式换热器用钛板、复合板用钛板。

目前在国内仅有极少数企业能生产钛板，且不能批量稳定生产钛卷，而且也没有能够单独适合生产钛板的热轧自动化系统，现在采用的均为传统热轧自动化控制系统生产。但由于钛的热轧加工工艺相对于钢的热轧加工工艺有较大不同，且单次加工产量非常小，造成钛板生产成材率偏低、质量不稳定、成本高。因此，研发出一种适合生产钛板的自动化生产系统是一个亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术存在的问题，提供一种热轧钛板生产方法及系统，解决了传统采用热轧自动化控制系统生产钛带卷时，造成钛板生产成材率偏低、质量不稳定、成本高的问题。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种热轧钛板生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）对钛板坯进行加热，然后去除钛板坯上由于加热形成的炉生氧化铁，然后由辊道将钛板坯送入粗轧装置；

（2）粗轧装置先对钛板坯进行侧压，然后将钛板坯粗轧到中间坯厚度为25mm～40mm，粗轧时，还需清除产生的二次氧化铁皮，最后再由辊道将粗轧后的钛板坯送到热卷箱：

（3）开卷臂进行开卷，当将钛板坯头部引出后，由切头飞剪将钛板坯不规则头部剪成圆弧形，然后经过清除产生的次生氧化铁皮后送入精轧机组进行轧制；

（4）精轧机组由七架全液压式四辊轧机组成，钛板坯经过七架轧机连续轧制成成品钛带后送入层流冷却装置进行冷却；

（5）层流冷却装置的冷却水管上、下对应布置，分别对钛带上、下表面喷水冷却，冷却后的钛带被送入卷取机进行卷取，形成钛带卷。

优选的，步骤（1）中钛板坯出炉温度控制在878℃～882℃。

优选的，粗轧装置对厚度大于150mm的钛板坯粗轧时采用五道次轧制，每道次负荷控制在15%、16%、18%、21%和31%，钛板坯粗轧时的在第五道次轧制速度控制在4.5m/s。

优选的，精轧机组轧制时，七架轧机负荷依次控制在45%、45%、35%、35%、30%、30%、9%～12%，精轧速度控制在9m/s～15m/s。

优选的，精轧机组轧制时，七架轧机轧制时采用尾部补偿，当F_i-2轧机抛钛板时，F_i和F_i-1机架同时压下，i取值为3、4、5、6或7。

优选的，卷取机进行卷取，首先对钛带进行头部定位，三个个助卷辊设定位置，卷筒直径为待卷直径，当钛带在卷筒上卷取头3～5圈时，助卷辊在卷取过程中进行踏步控制，以保证钛带卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当钛带卷到最后2～3圈时，助卷辊压下，钛带卷尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，使钛带卷尾部在钛带卷下部位置。

一种实施权利要求1所述热轧钛板生产方法的系统，其特征在于，该系统包括加热炉、粗轧装置、热卷箱、精轧机组、层流冷却装置、卷取机、辊道和控制器，钛带板经过加热炉加热后由辊道送入粗轧装置进行粗轧，然后经过热卷箱将钛板头部剪成圆弧形，然后经过精轧机组精轧，再然后经层流冷却装置冷却后送入卷取机卷曲成形，控制器对前述各部件进行控制。

优选的，粗轧装置包括高压水除磷装置、立辊轧机和四棍可逆粗轧机，加热后的钛板坯先经立辊轧机进行侧压，接着进入四棍可逆粗轧机进行轧制，高压水除磷装置设在立辊轧机前，用于清除粗轧阶段产生的二次氧化铁皮。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明方法简单，通过对各环节的控制量的精确控制，可以大大提高钛带卷的成品率。

2、采用了合理的炉内气氛和加热工艺，在保证加热质量的同时，最大程度上减少了板坯吸气对成品的不良影响。

3、本发明的系统采用自动化控制系统，可以实现机器控制生产，大大提供了钛带卷的生产效率。

附图说明

图1为本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

参见图1，一种热轧钛板生产方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：通过加热炉#1和#2对钛板坯进行加热，然后去除钛板坯上由于加热形成的炉生氧化铁，然后由辊道将钛板坯送入粗轧装置。其中钛板坯出炉温度控制在878℃～882℃。

钛是一种化学性质非常活泼的金属，高温下，钛与氧的亲和力极强，加热初期，氧进入钛表面晶格中，形成一层致密的氧化膜，可阻止氧进一步向基体扩散，当加热到500℃以上时，钛的氧化膜成为多孔状、变厚且容易剥落，氧通过膜中的小孔不断向基体扩散，在钛内部形成一层硬脆层，使钛的塑性变低。但采用还原性气氛，会导致更严重的吸氢现象。因此，钛的加热应在微氧化气氛中进行，为减轻氧化污染的程度，在钛坯表面增一层防氧化涂层，应尽可能缩短在高温区的加热时间。由于钛的导热率较差，其加热时间仅为普碳钢的1/4左右，为确保钛坯加热的均匀性，需要足够的加热时间和均热时间。钛的加热时间根据下表和经验公式计算出。

表1 加热温度对工业纯钛吸气层的影响

钛板加热时间计算经验公式为：

$\mathrm{\τ}=C\frac{282000H^{1.10}}{(0.24H+0.1325)T}$

式中：τ——加热时间（min）

         H——板坯厚度(m)

         T——平均加热温度(℃)

         C——大、小取决于坯料形状和供热方法的系数，当采用板坯在连续式加热炉中加热时，C值约为0.8。

加热温度的设定，钛坯的工艺塑性和最终产品的组织和力学性能。为防止产生轧制裂纹，钛坯开轧温度应控制在α相向β相相变转变温度（882℃）以下。钛坯出炉温度一般控制在880℃左右。通过各个区域温度预估，粗轧开轧温度860-890℃，精轧开轧温度约在800℃左右。加热工艺参数：

加热温度范围：

预热段温度：＜500℃       一加段温度：500℃～650℃

二加段温度：650℃～950℃  均热段温度：800℃～950℃

（注：＞30分钟停轧时间，按各段温度的中下限制控制）。

步骤二：粗轧装置先对钛板坯进行侧压，然后将钛板坯粗轧到中间坯厚度为25mm～40mm，粗轧时，还需清除产生的二次氧化铁皮，最后再由辊道将粗轧后的钛板坯送到热卷箱。

粗轧装置包括高压水除磷装置、立辊轧机RE1和四棍可逆粗轧机R1。经第一步处理后的钛板坯由辊道T送往立辊轧机RE1的前侧导板对中后进入立辊轧机RE1进行侧压，接着进入四辊可逆粗轧机R1进行轧制。立辊轧机RE1与四辊可逆粗轧机R1是紧凑式布置，钛板在立辊轧机RE1和四棍可逆粗轧机R1之间形成连轧。一块板坯在四棍可逆粗轧机R1往复轧制5-7道次，在立辊轧机RE1之前设有高压水除鳞装置，以用于清除粗轧阶段产生的二次氧化铁皮。经粗轧后，中间坯厚度可达到要求的25～40mm。

粗轧装置各道次的压下分配主要根据钛的特性及轧机设备能力来确定的。粗轧轧制控制：150mm以上钛板坯使用5道次轧制，150mm以下钛板坯使用3道次轧制，最大道次的压下率≤35%，各道次负荷控制在15%，16%，18%，21%，31%，且道次除鳞控制为1次。

步骤三：热CB1处，开卷臂进行开卷，将带钛板坯头部引出后经2号托卷辊CB2和夹送辊卷箱的开卷臂进行开卷，当将钛板坯头部引出后，由切头飞剪将钛板坯不规则头部剪成圆弧形，然后经过清除产生的次生氧化铁皮后送入精轧机组进行轧制。

热卷箱包括1号托卷辊CB1和2号托卷辊CB2。粗轧出的合格中间坯再由辊道送往热卷箱卷成中间坯卷，在1号托卷辊到切头飞剪，切头飞剪将不规则头部剪成圆弧形，然后经过精除鳞（由精高压水除磷装置CS处理）后进入精轧机组进行轧制。

步骤四：精轧机组由七架全液压式四辊轧机F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7组成，钛板坯经过七架轧机连续轧制成成品钛带后送入层流冷却装置进行冷却。

精轧机组分别由七架轧机进行七个道次的精轧，精轧的前几道次充分利用板坯的高温塑性所能承受的最大变形，使用大压下量，以充分利用设备能力及钛良好的塑性，但第1道次考虑到坯料厚度的可能波动和咬入困难，压下量略小于最大压下量；后几道次随着轧件温度的降低，使用小压下量、大轧制力确保板形质量、厚度精度及性能。

精轧轧制控制：各机架负荷控制为，F1：45%，F2：45%，F3：35%，F4：35%，F5：30%，F6：30%，F7：9～12%。

精轧机组轧制时，七架轧机轧制时采用尾部补偿：即在F_i-2机架抛钢的时候，F_i和F_i-1机架同时压下，i为3、4、5、6或7。

精轧秒流量分配，F1:67mpm，F2：103mpm，F3：148mpm，F4：200mpm，F5：260mpm，F6：316mpm，F7：360mpm。

精轧辊缝值分配，F1：14，F2：8.7，F3：5.9，F4：4.2，F5：3.2，F6：2.9，F7：2.8。

步骤五：层流冷却装置CTC的冷却水管上、下对应布置，分别对钛带上、下表面喷水冷却，冷却后的钛带被送入卷取机DC1、DC2进行卷取，形成钛带卷。

层流冷却装置的层流冷却水管上、下对应布置，长度方向上分成粗调段和精调段，分别对钛带上、下表面喷水冷却，并能根据钛带厚度、钛带种类、终轧温度及轧制速度，自动调节喷水组数和数量，将钛带由终轧温度冷却至所要求的卷取温度。

层流冷却后的钛带经卷取机前侧导板对中后，钛带头部进入夹送辊，此时进行头部定位，3个助卷辊设定位置，卷筒直径为待卷直径，当钛带在卷筒上卷取头3～5圈时，助卷辊在卷取过程中进行踏步控制，以保证钛带卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当钛带卷到最后2～3圈时，助卷辊压下，钛带卷尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，使钛带卷尾部在钛带卷下部位置。

为了实施前述热轧钛板生产方法的系统，还需要一套生产系统，该系统包括加热炉#1、#2、粗轧装置、热卷箱CB1、CB2、精轧机组、层流冷却装置CTC、卷取机DC1、DC2、辊道和控制器，钛带板经过加热炉加热后由辊道送入粗轧装置进行粗轧，然后经过热卷箱将钛板头部剪成圆弧形，然后经过精轧机组精轧，再然后经层流冷却装置冷却后送入卷取机卷曲成形，控制器对前述各部件进行控制。粗轧装置包括高压水除磷装置、立辊轧机RE1和四棍可逆粗轧机R1，加热后的钛板坯先经立辊轧机进行侧压，接着进入四棍可逆粗轧机进行轧制，高压水除磷装置设在立辊轧机前，用于清除粗轧阶段产生的二次氧化铁皮。

本系统还可以通过对传统不锈钢生产系统进行改进形成，这样可使得传统不锈钢生产系统既能生产不锈钢、也能生产钛带卷。改进时，需要在原来不锈钢生产系统上，加入一套基于本发明方法的控制程序，当生产不锈钢时，则切换到不锈钢生产程序，当生产钛带卷时，则切换到钛带卷生产程序即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种热轧钛板生产方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

（1）对钛板坯进行加热，然后去除钛板坯上由于加热形成的炉生氧化铁，然后由辊道将钛板坯送入粗轧装置；

（2）粗轧装置先对钛板坯进行侧压，然后将钛板坯粗轧到中间坯厚度为25mm～40mm，粗轧时，还需清除产生的二次氧化铁皮，最后再由辊道将粗轧后的钛板坯送到热卷箱：

（3）开卷臂进行开卷，当将钛板坯头部引出后，由切头飞剪将钛板坯不规则头部剪成圆弧形，然后经过清除产生的次生氧化铁皮后送入精轧机组进行轧制；

（4）精轧机组由七架全液压式四辊轧机组成，钛板坯经过七架轧机连续轧制成成品钛带后送入层流冷却装置进行冷却；

（5）层流冷却装置的冷却水管上、下对应布置，分别对钛带上、下表面喷水冷却，冷却后的钛带被送入卷取机进行卷取，形成钛带卷。

2.根据权利要求1所述的一种热轧钛板生产方法，其特征在于，步骤（1）中钛板坯出炉温度控制在878℃～882℃。

3.根据权利要求1所述的一种热轧钛板生产方法，其特征在于，粗轧装置对厚度大于150mm的钛板坯粗轧时采用五道次轧制，每道次负荷控制在15%、16%、18%、21%和31%，钛板坯粗轧时的在第五道次轧制速度控制在4.5m/s。

4.根据权利要求1所述的一种热轧钛板生产方法，其特征在于，精轧机组轧制时，七架轧机负荷依次控制在45%、45%、35%、35%、30%、30%、9%～12%，精轧速度控制在9m/s～15m/s。

5.根据权利要求1所述的一种热轧钛板生产方法，其特征在于，精轧机组轧制时，七架轧机轧制时采用尾部补偿，当F_i-2轧机抛钛板时，F_i和F_i-1机架同时压下，i取值为3、4、5、6或7。

6.根据权利要求1所述的一种热轧钛板生产方法，其特征在于，卷取机进行卷取，首先对钛带进行头部定位，三个个助卷辊设定位置，卷筒直径为待卷直径，当钛带在卷筒上卷取头3～5圈时，助卷辊在卷取过程中进行踏步控制，以保证钛带卷内圈不产生压痕；卷3～5圈后，卷筒涨到卷取直径，助卷辊打开，卷取机在恒张力状态下卷取；当钛带卷到最后2～3圈时，助卷辊压下，钛带卷尾部通过夹送辊时，进行尾部定位，使钛带卷尾部在钛带卷下部位置。

7.一种实施权利要求1所述热轧钛板生产方法的系统，其特征在于，该系统包括加热炉、粗轧装置、热卷箱、精轧机组、层流冷却装置、卷取机、辊道和控制器，钛带板经过加热炉加热后由辊道送入粗轧装置进行粗轧，然后经过热卷箱将钛板头部剪成圆弧形，然后经过精轧机组精轧，再然后经层流冷却装置冷却后送入卷取机卷曲成形，控制器对前述各部件进行控制。

8.根据权利要求7所述的一种热轧钛板生产系统，其特征在于，粗轧装置包括高压水除磷装置、立辊轧机和四棍可逆粗轧机，加热后的钛板坯先经立辊轧机进行侧压，接着进入四棍可逆粗轧机进行轧制，高压水除磷装置设在立辊轧机前，用于清除粗轧阶段产生的二次氧化铁皮。

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