CN104004981A - 一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置 - Google Patents

一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冶金技术领域，具体为一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置。对照现有技术真空退火炉中的电阻带加热炉，其单炉平均生产周期在100小时以上。测算年生产能力1000吨/年，该生产能力已成为应用此项技术的钛卷生产厂家钛卷产能提升的瓶颈。且其平均工序电耗1250kwh/t以上。钛的比热容525J/kg.K，经计算加热到650度时的理论电耗约为100kwh/t，与现有真空退火炉的实际值电耗1250kwh/t差别很大。由本发明所述装置组成的生产线，每天加热4个钛卷，全年按300个工作日计算，单个钛卷按平均8吨计算，生产能力为9600吨/年，工序电耗按生产退火每吨钛卷降低1000kwh计算(工序电耗由1250kwh/t降至200kwh/t)，每kwh电价按1元计算，每年共节省960万元，降低电耗效益明显，产能提升经济效益明显。

Description

一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，具体为一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置。
背景技术
钛带卷真空感应直接加热退火装置中的感应加热方法是成熟的技术，原理上是可行的。而将感应直接加热方法用于钛卷真空退火，与传统的钛卷真空加热退火方法相比则是一种全新的思路，需要对设备和工艺进行全新的设计。
现有的冷轧钛带卷真空退火炉分为电阻带加热炉和罩式加热炉。真空下都是利用热辐射间接加热，热效率低，且都是在线加热、在线冷却，设备有效利用率低。本发明实施例中对照的现有两台真空退火炉为电阻带加热炉，单炉平均生产周期在100小时以上。测算年生产能力1000吨/年，已成为制约钛卷产能提升的瓶颈。且其平均工序电耗1250kwh/t以上。
钛的比热容525J/kg.K，经计算加热到650度时的理论电耗约为100kwh/t，与现有真空退火炉的实际值电耗1250kwh/t差别很大。
发明内容
(一)要解决的技术问题
冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置用于冷轧钛带卷真空加热退火。为缩短真空退火炉的生产周期和降低工序电耗，经前期多次实验，在大致了解了适合钛卷加热的重量/功率比和单位重量下的升温速率/功率比等数据的前提下，特设计出本冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，加热方式是钛带卷在电磁感应下钛带卷本身产生感应电流而直接发热。钛带卷真空感应直接加热退火装置一套，每次真空加热退火一卷，最大卷重10吨。最大在线加热时间小于4小时，最大在线加热时间可按工艺要求的升温曲线进行调整或延长。加热完毕离线降温冷却。工序电耗200kwh/t以下。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，其特征在于，所述冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置包括：真空系统、感应加热装置、锁紧环、真空罩1、动铁芯卷扬机构2、底板3、平板车4、真空罩吊装引导桩5、钛卷吊装中心引导桩6、供电系统7和仪表控制系统8；
所述真空罩1采用剖分结构，由两片半圆不导磁弧形板材拼接而成；所述两片半圆弧形板材的拼接处间隔绝缘垫板9；所述两片半圆弧形板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述真空罩上设置有真空抽气接口10、钛卷测温接口12、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15；所述真空抽气接口10、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15均设置有阀门；所述真空罩1包含内圈16和外圈17；所述锁紧环包括：内锁紧环18和外锁紧环19；所述内圈16在所述底板3下部通过所述内锁紧环18锁紧；所述外圈17在所述底板3上端通过所述外锁紧环19锁紧；
所述外圈17与所述底板3之间通过真空罩外圈密封圈27密封；所述内圈16与所述底板3之间通过真空罩内圈密封圈28密封；
所述感应加热装置包括：动铁芯20、固定铁芯21和励磁线圈22；所述动铁芯20上端设置所述动铁芯卷扬机构2；所述固定铁芯与动铁芯的上接合部设置有气动抱圈a23下接合部设置有气动抱圈b24；所述气动抱圈a23和气动抱圈b24的动作均由气缸控制；
所述底板3由两片不导磁板材拼接而成；所述底板3在拼接口处间隔绝缘垫板26；所述两片不导磁板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述底板3上表面设置有四个所述真空罩吊装引导桩5；所述真空罩1上设有与四个所述真空罩吊装引导桩5相对应的真空罩引导桩孔29；所述底板3相对的两个侧面均设置有两个对称布置的吊装桩30；
所述平板车4采用中间剖分结构，由两半车体拼接组成；所述两半车体拼接组成的拼接处垫有绝缘板31；所述两半车体间隔所述绝缘板31通过带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述平板车上端平铺绝缘板32；所述平板车框架由不导磁的金属材料制作；
所述底板3与所述平板车4均具有彼此同心的中心孔；所述钛卷吊装中心引导桩6在吊装钛卷11时插在所述中心孔内；
所述供电系统7包括加热变压器和配套供电装置；
所述真空抽气接口10与所述真空系统相连。
优选地，所述加热装置励磁线圈22由大功率电源变换器供电，通过铁芯磁路耦合加热钛带卷。
优选地，所述真空罩1、底板3和平板车4均采用中间剖分结构。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用本发明所述冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置进行钛卷真空退火感应加热的方法，所述方法分为如下步骤：
在底板上部铺绝缘板32；
装入钛卷吊装中心引导桩6；
装入钛卷11；
吊出钛卷吊装中心引导桩6；
装上真空罩1和内28、外密封圈27。所述真空罩1的真空罩引导桩孔29对好所述底板3上相对应的真空罩吊装引导桩5后落下；
锁紧内锁紧环18和外锁紧环19；
将装入钛卷11的真空罩1及底板3组件吊装至平板车4上；
将平板车4移动到加热工位，接好所述真空罩1上的真空抽气接口10、钛卷测温接口12、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15；
操作动铁芯卷扬机构2落下动铁芯20；
通过操作气缸动作锁紧气动抱圈a23和气动抱圈b24；
启动真空机组抽气；
真空机组抽气至工艺规定的真空度，操作通电加热；
按工艺规定的加热升温曲线调节电功率和频率，并继续抽气至规定的真空度；
按工艺规定充入氩气；
达到工艺规定的加热温度和保温时间后切断电源；
操作动铁芯卷扬机构2升上动铁芯20并锁紧气动抱圈a23；
将平板车4移动到吊装工位；
将加热好的钛卷11、真空罩1及底板3组件吊装至降温冷却工位；
重复上述步骤，加热下一个钛卷。
(三)有益效果
本发明选用的励磁线圈由大功率电源变换器供电，通过铁芯磁路耦合，使装入真空罩及底板组件的冷轧钛带卷产生感应电流，直接加热冷轧钛带卷进行退火。本发明采用钛带卷电磁感应直接加热方式，电的热效率在85％以上。而对照的电阻带加热真空退火炉电的热效率仅为8％及以下。电的热效率提高10倍以上，节能效果明显。本发明采用真空罩及底板组件和平板车组件，实现钛带卷在线加热、离线降温冷却生产方式，在线加热仅需4小时。而对照的电阻带加热真空退火炉单炉平均在线生产周期在100小时以上，为新型钛带卷真空感应加热退火装置的25倍或以上。产能提升效果明显。本发明采用的真空罩及底板组件采用剖分结构，本发明选用的平板车采用中间剖分结构。是新型钛带卷真空感应加热退火装置组成部分必须的结构方式，本发明所采用的剖分结构为保持钛带卷退火工艺要求的真空度条件和电的热效率在85％以上这一技术指标提供充分的技术保证。本发明采用的感应加热装置实现在线真空感应加热，离线降温冷却的工作方式。
本发明实施例中对照的两台真空退火炉为电阻带加热炉，单炉平均生产周期在100小时以上。测算年生产能力1000吨/年，已成为制约钛卷产能提升的瓶颈。且其平均工序电耗1250kwh/t以上。
钛的比热容525J/kg.K，经计算加热到650度时的理论电耗约为100kwh/t，与现有真空退火炉的实际值电耗1250kwh/t差别很大。
由本发明所述装置组成的钛卷生产线，每天加热4个钛卷，全年按300个工作日计算，单个钛卷按平均8吨计算，生产能力为9600吨/年。工序电耗按生产每吨钛卷降低1000kwh计算(工序电耗由1250kwh/t降至200kwh/t)，每kwh电价按1元计算，每年共节省960万元，降低电耗效益明显，产能提升经济效益明显。
本发明所述装置经改进和变型后还能用于其他金属材料的冷、热轧板卷和线材圆盘及盘管的加热或退火。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的主要部件结构图的主视图；
图2根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的主要部件结构图的主视图A处放大视图；
图3根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的主要部件结构图的主视图B处放大视图；
图4是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的主要部件结构图的右视图；
图5是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的主要部件结构图的俯视图；
图6是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的真空罩俯视图；
图7是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的真空罩俯视图中C处放大视图；
图8是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的真空罩A-A向剖视图；
图9是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的钛卷吊装中心引导桩主视图；
图10是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的钛卷吊装中心引导左视图；
图11是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的底板主视图；
图12是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的底板主视图D处放大视图；
图13是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的底板俯视图；
图14是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的平板车主视图；
图15是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的平板车主视图E处放大视图；
图16是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的平板车俯视图；
图17是根据本发明一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置一个实施例的电路框图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
图1～5所示：本发明提供一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，其特征在于，冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置包括：真空系统、感应加热装置、锁紧环、真空罩1、动铁芯卷扬机构2、底板3、平板车4、真空罩吊装引导桩5、钛卷吊装中心引导桩6、供电系统7和仪表控制系统8；
图9～10所示：为钛卷吊装中心引导桩6示意图，用于在吊装钛卷时起到引导作用。
图6～8所示：真空罩1采用剖分结构，由两片半圆弧形不导磁板材拼接而成；两片半圆弧形不导磁板材的拼接处间隔绝缘垫板9；两片半圆弧形不导磁板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；真空罩上设置有真空抽气接口10、钛卷测温接口12、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15；真空抽气接口10、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15均设置有阀门；真空罩1包含内圈16和外圈17；锁紧环包括：内锁紧环18和外锁紧环19；内圈16在底板3下部通过内锁紧环18锁紧；外圈17在底板3上端通过外锁紧环19锁紧；
外圈17与底板3之间通过真空罩外圈密封圈27密封；内圈16与底板3之间通过真空罩外圈密封圈28密封；
感应加热装置包括：动铁芯20、固定铁芯21和励磁线圈22；动铁芯20上端设置动铁芯卷扬机构2；固定铁芯与动铁芯的上接合部设置有气动抱圈a23下接合部设置有气动抱圈b24；气动抱圈a23和气动抱圈b24的动作均由气缸控制；
图11～13所示：底板3由两片不导磁板材拼接而成；底板3在拼接口处间隔绝缘垫板26；两片不导磁板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；底板3上表面设置有四个真空罩吊装引导桩5；真空罩1上设有与四个真空罩吊装引导桩5相对应的真空罩引导桩孔29；底板3相对的两个侧面均设置有两个对称布置的吊装桩30；
图14～16所示：平板车4采用中间剖分结构，由两半车体拼接组成；两半车体拼接组成的拼接处垫有绝缘板31；两半车体间隔绝缘板31通过带绝缘垫的紧固装置紧固连接；平板车上端平铺绝缘板32；平板车框架由不导磁的金属材料制作。
底板3与平板车4均具有彼此同心的中心孔；钛卷吊装中心引导桩6在吊装钛卷11时插在中心孔内。
供电系统7包括加热变压器和配套供电装置。
真空抽气接口10与真空系统相连。
绝缘垫板26、绝缘板31和绝缘板32均为环氧玻璃布板。
励磁线圈22由大功率电源变换器供电，通过铁芯磁路偶合加热钛卷。
仪表控制系统包括西门子PLC S7/200，电路框图如图17所示。
真空系统包括：真空测量系统、真空泵、配套真空机组管路、阀门及接头。
真空测量系统由电阻规、电离规两级复合组成。
真空泵由扩散泵和滑阀泵两级复合组成。
应用本发明所述冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置进行钛卷真空退火感应加热的方法，所述方法分为如下步骤：
在底板上部铺绝缘板32；
装入钛卷吊装中心引导桩6；
装入钛卷11；
吊出钛卷吊装中心引导桩6；
装上真空罩1和内28、外密封圈27。所述真空罩1的真空罩引导桩孔29对好所述底板3上相对应的真空罩吊装引导桩5后落下；
锁紧内锁紧环18和外锁紧环19；
将装入钛卷11的真空罩1及底板3组件吊装至平板车4上；
将平板车4移动到加热工位，接好所述真空罩1上的真空抽气接口10、钛卷测温接口12、冷却水回水接口13、冷却水进水接口14和氩气管路接口15；
操作动铁芯卷扬机构2落下动铁芯20；
通过操作气缸动作锁紧气动抱圈a23和气动抱圈b24；
启动真空机组抽气；
真空机组抽气至工艺规定的真空度，操作通电加热；
按工艺规定的加热升温曲线调节电功率和频率，并继续抽气至规定的真空度；
按工艺规定充入氩气；
达到工艺规定的加热温度和保温时间后切断电源；
操作动铁芯卷扬机构2升上动铁芯20并锁紧气动抱圈a23；
将平板车4移动到吊装工位；
将加热好的钛卷11、真空罩1及底板3组件吊装至降温冷却工位。
重复上述步骤，加热下一个钛卷。
实施例：
钛带卷真空感应加热退火装置一套，每次真空加热退火一卷，最大卷重10吨。最大在线加热时间小于4小时。最大在线加热时间可按工艺要求的升温曲线调整或延长，加热完毕离线降温冷却。工序电耗200kwh/t以下。
设备配置：
真空罩及底板组件：用于装入钛卷并保持真空。由不导磁的不锈钢板制作，为切断电流通路，均采用剖分结构由两边拼接组成。拼接处垫绝缘垫板，用带绝缘垫的不锈钢螺栓紧固连接。
真空罩上设置真空抽气接口、真空测量接口、钛卷测温接口、冷却水接口、氩气管路接口等配套设施。
底板采用剖分结构由两边拼接组成。拼接处垫绝缘垫板，用带绝缘垫的不锈钢螺栓紧固连接。下部设置真空罩内、外圈锁紧环，设置吊装桩和真空罩吊装引导桩及配套活动的钛卷吊装中心引导桩。
真空罩及底板组件应能保证全工况下的真空度要求。
真空罩及底板组件通水冷却后最高温度≯60℃。
每套钛卷真空感应加热退火装置配套4套真空罩及底板组件。
平板车：用于将装入钛卷的真空罩及底板组件移送至加热工位。载荷按16t设计，框架由不导磁的金属材料制作，为切断电流通路，均采用剖分结构由两边拼接组成。拼接处垫环氧玻璃布板，用带绝缘垫的不锈钢螺栓紧固连接。平板车上部平台平铺环氧玻璃布板。每套钛卷真空感应加热退火装置配套1台平板车。
感应加热装置：由动铁芯、固定铁芯、感应线圈组成。动铁芯上部设置卷扬机构用于移动铁芯。固定铁芯与动铁芯的上下接合部设置用于夹紧动铁芯的气动抱圈。
配套供电装置：用于将三相交流电源变换成单相交流电源供给感应加热装置的感应线圈，包括配电变压器系统。
真空系统及氩气管路：配置的真空泵由扩散泵、滑阀泵两级复合组成，配套管路、阀门及接头。真空测量系统由电阻规、电离规两级复合组成。
氩气管路配套阀门及接头，用于对真空罩内注入氩气。
冷却水及压缩空气管路：冷却水管路配套阀门及接头，用于对真空罩及底板组件通水冷却。压缩空气配套阀件对动铁芯气动抱圈供气。
电气控制系统：由西门子PLC S7/200组成，用于对整个装置实行过程控制和数据记录。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，其特征在于，所述冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置包括：真空系统、感应加热装置、锁紧环、真空罩(1)、动铁芯卷扬机构(2)、底板(3)、平板车(4)、真空罩吊装引导桩(5)、钛卷吊装中心引导桩(6)、供电系统(7)和仪表控制系统(8)；
所述真空罩(1)采用剖分结构，由两片半圆不导磁弧形板材拼接而成；所述两片半圆弧形板材的拼接处间隔绝缘垫板(9)；所述两片半圆弧形板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述真空罩上设置有真空抽气接口(10)、钛卷测温接口(12)、冷却水回水接口(13)、冷却水进水接口(14)和氩气管路接口(15)；所述真空抽气接口(10)、冷却水回水接口(13)、冷却水进水接口(14)和氩气管路接口(15)均设置有阀门；所述真空罩(1)包含内圈(16)和外圈(17)；所述锁紧环包括：内锁紧环(18)和外锁紧环(19)；所述内圈(16)在所述底板(3)下部通过所述内锁紧环(18)锁紧；所述外圈(17)在所述底板(3)上端通过所述外锁紧环(19)锁紧；
所述外圈(17)与所述底板(3)之间通过真空罩外圈密封圈(27)密封；所述内圈(16)与所述底板(3)之间通过真空罩内圈密封圈(28)密封；
所述感应加热装置包括：动铁芯(20)、固定铁芯(21)和励磁线圈(22)；所述动铁芯(20)上端设置所述动铁芯卷扬机构(2)；所述固定铁芯与动铁芯的上接合部设置有气动抱圈a(23)下接合部设置有气动抱圈b(24)；所述气动抱圈a(23)和气动抱圈b(24)的动作均由气缸控制；
所述底板(3)由两片不导磁板材拼接而成；所述底板(3)在拼接口处间隔绝缘垫板(26)；所述两片不导磁板材由带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述底板(3)上表面设置有四个所述真空罩吊装引导桩(5)；所述真空罩(1)上设有与四个所述真空罩吊装引导桩(5)相对应的真空罩引导桩孔(29)；所述底板(3)相对的两个侧面均设置有两个对称布置的吊装桩(30)；
所述平板车(4)采用中间剖分结构，由两半车体拼接组成；所述两半车体拼接组成的拼接处垫有绝缘板(31)；所述两半车体间隔所述绝缘板(31)通过带绝缘垫的紧固装置紧固连接；所述平板车上端平铺绝缘板(32)；所述平板车框架由不导磁的金属材料制作；
所述底板(3)与所述平板车(4)均具有彼此同心的中心孔；所述钛卷吊装中心引导桩(6)在吊装钛卷(11)时插在所述中心孔内；
所述供电系统(7)包括加热变压器和配套供电装置；
所述真空抽气接口(10)与所述真空系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，其特征在于，所述加热装置励磁线圈(22)由大功率电源变换器供电，通过铁芯磁路耦合加热钛带卷。
3.根据权利要求2所述的一种冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置，其特征在于，所述真空罩(1)、底板(3)和平板车(4)均采用中间剖分结构。
4.一种应用本发明所述冷轧钛带卷真空感应直接加热退火装置进行钛卷真空退火感应加热的方法，所述方法分为如下步骤：
在底板上部铺绝缘板(32)；
装入钛卷吊装中心引导桩(6)；
装入钛卷(11)；
吊出钛卷吊装中心引导桩(6)；
装上真空罩(1)和内(28)、外密封圈(27)。所述真空罩(1)的真空罩引导桩孔(29)对好所述底板(3)上相对应的真空罩吊装引导桩(5)后落下；
锁紧内锁紧环(18)和外锁紧环(19)；
将装入钛卷(11)的真空罩(1)及底板(3)组件吊装至平板车(4)上；
将平板车(4)移动到加热工位，接好所述真空罩(1)上的真空抽气接口(10)、钛卷测温接口(12)、冷却水回水接口(13)、冷却水进水接口(14)和氩气管路接口(15)；
操作动铁芯卷扬机构(2)落下动铁芯(20)；
通过操作气缸动作锁紧气动抱圈a(23)和气动抱圈b(24)；
启动真空机组抽气；
真空机组抽气至工艺规定的真空度，操作通电加热；
按工艺规定的加热升温曲线调节电功率和频率，并继续抽气至规定的真空度；
按工艺规定充入氩气；
达到工艺规定的加热温度和保温时间后切断电源；
操作动铁芯卷扬机构(2)升上动铁芯(20)并锁紧气动抱圈a(23)；
将平板车(4)移动到吊装工位；
将加热好的钛卷(11)、真空罩(1)及底板(3)组件吊装至降温冷却工位；
重复上述步骤，加热下一个钛卷。
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