CN104673988A - 一种感应加热退火机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铜包铝排中频感应加热退火机床，主要由上料传送线段、感应退火线段、喷水冷却段、出料传送线段等组成。本发明的退火机床主体由机架、上料传送辊部件、侧向定位滚轮部件、可调整压辊部件、感应器部件、不锈钢传送辊部件(内部通水冷却)、传送辊分水器、喷水器部件、下料传送辊等部件构成。本发明的退火机床为铜包铝排的在线中频感应退火处理专用机床，机床工作时铜包铝扁胚料连续进入多组扁矩形感应线圈，逐次感应加热达到设定的退火温度后，铜包铝排线的退火温度一般控制在600℃以下，保温一小段时间后喷淋冷却水迅速冷却，以达到材料的再结晶软化退火。适合于连续实施退火处理，时间短，效率高，冷却液无泄漏可循环使用。

Description

一种感应加热退火机床

技术领域

本发明涉及一种感应加热退火机床，具体是一种专用铜包铝排在线感应退火的IGBT中频感应电源自动退火机床。

背景技术

出于铜资源的短缺和消费快速增长的矛盾，致使铜价近几年在全球范围内出现了前所未有的暴涨。铜材价格持续升高，导致下游生产企业制造成本迅速上升，电气装备行业尤为明显，年需上百万吨铜母线。这种形势下促使了导体材料的升级换代，从各方面因素考虑铜包铝排就是纯铜排最佳的替代品。铜包铝排是一种高科技节能型导体材料，是一种以铝为基体，外层包覆铜的双金属复合材料。通过特定的工艺，使铝芯与铜管之间形成永久性原子间冶金结合的材料，产品表面光亮，圆整，无缺陷，能加工成符合使用要求的尺寸。它是将铜的高质量稳定导电性能与铝的较为稳定低成本、低密度相结合的新型材料，接触电阻低，载流量是纯铜排的85％以上，可全面替代纯铜排，在铜包铝排中，铜占比重的40％，铝占比重的60％，相同规格情况下是纯铜排的2.5倍长，载流量接近纯铜排，选择稍微大一点的规格可完全达到相同载流量，符合客户需要的线径及力学和电学性能技术要求。铜包铝排的密度仅为纯铜排的37％～40％，同等重量的长度(体积)是纯铜排的2.5～2.7倍。铜包铝排经过特殊的退火热处理工艺，具有一定的可塑性，有利于冲孔、剪切、弯曲加工产品也不开裂、不分离。铜包铝排可专门用于替代铜排，铝排。铜包铝线和铜包钢线等双金属导线在性能上具有独特的优点。一是具有较好的延展性和可加工性。铜包铝线和铜包铝排线电缆可像纯铜线一样做拉拔和退火处理，铜包铝排产品是一种以铝为基体，外层包覆铜，使他们之间形成永久性原子间冶金结合的双金属，表面光亮平整，无缺陷。它是将铜的高质量稳定导电性能与铝的低成本结合为一体的新型导体材料。

铜包铝排，可专门用于替代铜排，铝排。广泛应用于自动化，冶金，高低压电器，建筑行业及冶金行业，用于开关柜，控制柜，变压器保险开关，真空开关，中继系统，电机控制中心，轨道供电系统，铁路牵引设备，高中低压配电柜，发电机组和变电站，各种铜铝过渡接头，高低压配电柜导电排，高低压母线、汇流排、触滑线。铜包铝排是一种高科技的节铜型产品。

目前国内使用最多的铜包铝排的制造方法是包覆焊接法，其工艺原理是采用包覆焊接装置，将经过清洗的铜带逐步形成圆管状，包覆在清洗过的铝芯线周围。采用氩弧焊将铜管的纵缝焊接起来形成线坯。然后通过拉拔和热处理获得所需的线材直径和扁平排线。这种工艺模式相对较为简单落后，生产工艺流程长，能耗巨大，设备较为复杂，所生产的铜包铝线、铜包铝排线电缆质量不好。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种结构简单、能耗小、产品质量、生产效率高的设备，实现上述目的的技术方案如下：

本发明的自动退火机床是专门为铜包铝排在线中频感应退火生产线使用的。退火线主体由机架、上料传送辊部件、侧向定位滚轮部件、可调整压辊部件、感应器部件、不锈钢传送辊部件(通水冷却)、传送辊分水器、喷水器部件、下料传送辊等部件构成。本发明的退火机床工作时铜包铝胚料连续进入多组扁矩形感应线圈，以达到设定的退火温度后，保温一小段时间后喷淋冷却水迅速冷却，达到材料的再结晶软化退火。铜包铝排线的退火温度一般控制在600℃以下，走线速度视导体截面积大小而定，使导体处于稳定预热状态，提高软化效果。

铜包铝线在包铜皮及拉伸过程中，由于受挤压力和由此塑变产生温度的作用下，在双金属的界面上形成了约≥0.01mm厚的铜铝共晶体合金层。该合金的溶点是548℃以下，以免铜铝合金的溶化增大，应该更为安全些，为增加铜铝界面的结合强度，还须适当加厚合金层的厚度达到0.02～0.03mm左右，因此，实际运行中温度设定在548℃以上，但是不能停留时间过长，否则造成铜包铝排线全部融化甚至堵塞。所述的感应器加热线段设置了12组感应线圈的中频感应加热器，不仅使感应加热时铜包铝扁排不同部位的温度分布均匀，有利于缩短加热时间，控制双金属界面层厚度；通过设置一定长度的感应加热线段，使加热时温度均匀，保证铜包覆层和铝芯同时完成再结晶；通过强制喷水线段使退火后的铜包铝扁排温度快速降低到100℃以下。

本发明结构简单、能耗小，且生产效率高。

附图说明

图1为铜包铝排感应退火机床的主体结构图

图2为图1的侧视图

图3为上料传送线段的主视图

图4为图3侧视图

图5为上料传送线段的俯视图

图6为感应处理线段的主视图

图7为图6侧视图

图8为图6俯视图

图9为出料传送线段主视图

图10图9侧视图

图11为图9俯视图

附图序号说明：图1中：上料传送线段A、感应退火线段B、喷水冷却段C、出料传送线段D、

图3、4、5中：电机支架1、上料驱动减速电机2、上料传送辊3、定位滚轮4、调节丝杠5、调整手轮6、导向杆7、滚轮定位支架8、滚轮链条9、过渡辊10、槽型连接块11、固定支架12、上料机架13、调整脚杯14、压辊15、弹簧16、导向杆17、限位螺杆18、导向气缸19、

图6、7、8中：连接链条20、感应线圈连接铜排21、感应线圈22、水箱23、底座24、感应匹配电容25、分水器26、旋转接头27、接水盒28、空心通水传送辊30、机架31、轴承盖32、轴承33、轴承座34、链轮35、压件辊部件36、通水传动辊37、喷水盒38、中频感应电源39、

图9、10、11中：传送链条40、出料传送辊41、出料驱动电机42、机架43、调整脚杯44、固定支架45、铝型材方管46、

具体实施方式

本设备为专门铜包铝排在线感应退火使用。铜包铝排产品是一种以铝为基体，外层包覆铜，使他们之间形成永久性原子间冶金结合的双金属，表面光亮平整，无缺陷。它是将铜的高质量稳定导电性能与铝的低成本结合为一体的新型导体材料。

本机床主体由机架、上料传送辊部件、侧向定位滚轮部件、可调整压辊部件、感应器部件、不锈钢传送辊部件(通水冷却)、传送辊分水器、喷水器部件、下料传送辊等部件构成，机床为铜包铝排的在线感应退火专机，工作时胚料连续进入感应线圈，达到设定的退火温度后，保温一段时间后喷淋冷却水迅速冷却，达到材料的再结晶软化退火。

下面结合附图对本发明做详细的说明。

本发明的退火机床主体结构如图1所示，主要由上料传送线段A、感应退火线段B、喷水冷却段C、出料传送线段D四部分所组成，生产线工件流动方向为从左向右。首先前端是上料传送线段，铜包铝排上料传送线段，如图3、4、5所示，当将工件放置到上料传送辊上并靠住侧向定位滚轮后，传送辊将工件向前传送，直至工件从左端开始进入过渡辊11上方，弹性压紧滚轮压辊15下落将工件压紧。上料机架13整体由方形铝型材构成，下方设有固定支架12和调整地脚杯14。

所述的在上料机架13的左侧，上料驱动减速电机2采用变频调速，通过电机支架1安装在上料机架13上。机架上间隔排列有若干根等间距的上料传送辊3、各传送辊之间通过滚轮链条9连接，以确保各传送辊的线速度始终相同。则工件的传送向前速度由变频器控制电机调速运行。

所述的在各传送辊之间间隔布置有若干侧向定位滚轮4，用以定位工件(铜包铝排)的侧边，以确保各个铜包铝排的中心始终与感应器中心对正；所述的侧向定位滚轮调整机构由多个侧向定位滚轮4、调节丝杠5、调整手轮6、导向杆7、滚轮定位支架8等构成。当不同宽度的铜排在第一次生产前需要调整一次滚轮的横向位置，使得定位后的铜排中心始终与感应器中心对正，然后锁定住。

所述的在上料机架13的左端，设有过渡辊10其上方安装有一个弹性压辊部件，用于将工件压紧，使得工件始终与传送辊轮接触，同时可以减小铜包铝排的变形。

所述弹性压辊部件由压辊及检测开关15、弹簧16、导向杆17、限位螺杆18及带导向气缸19所构成。当工件进入弹性压辊15下方后，检测开关15检测到有料进入，气缸杆伸出，压辊机构15下落接触并压紧工件(由压辊自重)。即使工件翘曲度较大(一定范围内)或者厚度不同时，压辊也始终能够将铜包铝排工件压住并随着传动辊一同旋转向前移动，将工件匀速送入感应退火线段传送线直行向前。

所述的槽型连接块11用于连接上料机架段和退火线的机架段，并可以从侧面锁定。同时将传动辊的输出轴锁定连接，使得整个退火线的传送辊也能一起同步转动。

所述的图6、7为感应退火线段及喷水冷却线段的主视图和侧视图，图8为其俯视图，工件流动方向为从左向右。

所述的连接链条方轴20用以链接上料传送线部件和退火及喷冷线段滚轮传动轴，以确保上料速度和退火速度始终一致同步。

所述的感应退火线段由机架31、通水传送辊部件30、感应线圈连接铜排21、多组共12组感应线圈22、12路感应器电容25、分水器26、旋转接头27、接水盒28等构成。

所述的通水传送辊部件30由旋转接头27、轴承盖32、轴承33、轴承座34、空心通水辊30及链轮35等构成。在若干间隔处的两根通水传送辊30之间安装有感应线圈。感应线圈连接铜排21用于连接若干个感应线圈总共有12个，并构成回路。部件25为与感应线圈相匹配的电容也设有12个。分水器26集中向各个空心的通水传送辊中间供应冷却水，确保各传送辊在工件高温下的仍能正常工作。因为每个传送辊内部均有水流冷却。接水盒28用于将少量的水集中回流至底部水箱23中。

所述的当铜包铝排工件经由上料传送辊部件的压辊进入退火线段部分后，启动中频电源开始感应加热，顺序通过若干个共12个感应线圈，工件逐步升温以获得工件最终所需的580℃退火温度，当工件经由感应线圈完成加热后，在传送辊的驱动下进入喷水冷却线段。

所述的空心通水辊部件30由滚轮机架31、轴承盖32、轴承33、轴承座34组成，冷却水从竖直的通水传送辊部件30进入，在每个横向的滚轮轴中间循环流动，以降低温度和保护多组滚轮轴。

所述的喷水冷却线段位于感应退火线段的后端右侧，由底座24、水箱23、如同上料端的压件辊部件36，通水传动辊37、喷水盒38所构成。

所述的中频感应电源39位于感应加热线段的侧后部位，中频感应电源39与感应器线圈22和负载匹配电容26及连接铜排并联电路连接在一起，以实现感应加热控制。

所述的感应加热炉加热升温速度快，时间短，节能与环保的优势在于中频感应器正确选择电流频率是非常重要的，因为会直接影响到感应器的热效率与毛坯的加热效率。如果选择电流频率过高，会延长加热时间，热损失增加，热效率降低。而提高感应器端电压，会增加感应线圈的匝数，从而降低了感应线圈上的电流，减少功率损失，从而提高了感应器的热效率，所以提高感应器的端电压是加热节能较好的方法。而正确选用感应线圈的电流密度同样重要，选择感应线圈的密度大，功率损失会加大，感应器的电效率会降低，感应线圈纯铜管的截面尺寸决定于感应线圈匝数与感应器几何尺寸和感应线圈的电流密度。因此，上述三项组合优化设计才能真正达到节能与环保的高效能。达到感应加热器应有高的热效率与电效率。

所述的加热后的铜包铝排工件通过喷水冷却线段左端的压件辊部件36后部位置，当有工件进入弹性压辊36下方后，其中的检测开关检测到有工件料通过，气缸杆伸出，使压辊36下落接触并压紧工件依靠压辊的自重。

所述的感应加热后即使工件的翘曲度较大，在一定范围内或者厚度不同时，压辊也始终能够将铜包铝排工件压住并随着通水传动辊一同旋转向前。

所述的喷水盒38位于喷水冷却线段的最右端，工件在弹性压辊部件36和喷水盒38中间的这段时间，是工件的保温时间，时间在10秒--20秒之间以获得更好的组织金相结构。当工件到达喷水盒38下方时，喷水盒立刻开始喷水，对保温后的工件进行快速冷却，以完成整个退火处理过程。

所述的工件经过喷水线段，就进入所述的出料线段，如图9、10所示，图9、10为出料传送线段的主视图和侧视图，图11为其俯视图。所述的出料传送线段由出料驱动电机42及连接支架、出料传送辊41、传送链条40、整体机架43、固定支架45、调整地脚杯44所构成；出料传送线段整体结构与上料传送线段相类似，用于将完成退火的铜包铝排工件送出感应退火线。

所述的中频感应退火机床生产线适合于铜包铝排的连续性生产退火处理，通过喷水盒喷水方式冷却，对保温段的工件实施快速冷却，使得工件整个退火处理过程自动化控制。

以上仅为本发明实施例的较佳实施例而已，并不用以限制本发明实施例，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明实施例的保护范围内。

Claims (6)

1.一种铜包铝排中频感应加热退火机床，其特征在于：由上料传送线段、感应退火线段、喷水冷却段、出料传送线段四部分组成；其中退火机床主体由机架、上料传送辊部件、侧向定位滚轮部件、可调整压辊部件、感应器部件、不锈钢传送辊部件、传送辊分水器、喷水器部件、下料传送辊部件构成。

2.根据权利要求1所述的铜包铝排中频感应加热退火机床，其特征在于：所述的上料传送辊上并靠住侧向定位滚轮后，传送辊将工件向前传送，进入过渡辊上方，弹性压紧滚轮压辊下落将工件压紧。

3.根据权利要求书1所述的铜包铝排中频感应退火机床，其特征在于：所述的感应退火线段由机架、通水传送辊部件、感应线圈连接铜排、共十二组感应线圈、十二路感应器电容、分水器、旋转接头、接水盒构成。

4.根据权利要求书1所述的铜包铝排中频感应退火机床，其特征在于：所述的喷水冷却线段位于感应退火线段的后端右侧，由底座、水箱、压件辊部件，通水传动辊、喷水盒构成。

5.根据权利要求书1所述的铜包铝排中频感应退火机床，其特征在于：所述的出料传送线段由出料驱动电机及连接支架、出料传送辊、传送链条、整体机架、固定支架、调整地脚杯所构成；出料传送线段整体结构与上料传送线段相类似，用于将完成退火的铜包铝排工件送出感应退火线。

6.铜包铝排中频感应退火机床的工作方法，其特征在于：退火机床工作时铜包铝胚料连续进入多组扁矩形感应线圈，逐次感应加热达到设定的退火温度，铜包铝线的退火温度控制在600℃以下，保温一段时间后喷淋冷却水迅速冷却，以达到材料的再结晶软化退火。