CN105345006A - 适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备 - Google Patents

Abstract

本发明一种适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：在现有的300吨热压炉的电路系统上增设电容就地补偿装置。本发明提供了加工直径300-400及以上尺寸铍材产品所需的装备扩能方法，突破了直热式大尺寸铍材加工的装备能力技术难关。且具备装备安全开机生产能力，提升装备升温能力，提高产品成品率等优势。<u />

Description

适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备

技术领域

本发明属于粉末冶金装备技术领域，特别是设计一种适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备。

背景技术

铍材热压成型装备的加热方式分为直热式和间热式：直热式是指物料直接通过电流而被加热的加热方式；间热式是由装备的加热体通电发热传递至物料而被间接加热的方式；热压是金属粉末在加热到一定温度软化后，施加一定压力，使金属粉末致密化并烧结成型的工艺。目前，直热式热压铍材生产线的核心装备是300吨热压炉。这种工艺装备的优势在于：金属粉末物料在通过电流时会产生放电烧结，产品烧结密度较高；物料受热区域紧凑且直接过电流加热，受热均匀，各向同性较好；另外，该工艺为近40年的军品直热式生产线，它曾为我国航天工业提供首件热压铍材，某些规格产品被指定由它生产且不可替换；直热热压成型工艺主要依赖于热压装备的加热及压制能力；目前，它是国内唯一现存加热电流达2万安级的直热式热压机。

现有的直热式热压铍材生产设备——300吨热压炉，存在如下不足之处：

该装备达不到￠217及以上铍半球工艺的最高温度及升温速率要求，无法生产￠217以上的铍产品。￠217mm铍半球工艺中，要求最高工艺温度：1100℃，从室温升至1100℃，不超过6小时；最大工作加热电流：22-25KA；最大压力：300t。而现有设备加热能力：890℃，800℃以上升温数率仅为0.08℃/min。

而且，现有的装备还存在如下缺陷：1、设备存在整机过热故障，不能正常开机运行；试机时，最热部件发热温度可达260度，由于电源变压器、短网、炉体多处出现过热或冒烟等不安全状况而停炉。2、装备炉内输入功率低下，电磁辐射强度严重超标；无功损耗达6-7成，炉内输入功率仅达电源30％；功率因数极低：0.37-0.4；炉前1米处，立柱、底座感应电流达500A；电磁辐射强度：836微特，超国标100微特近8倍。3、装备工艺过程的均温控制及模具设计不完善。装备自动化程度低，仅设一点测控温回路，物料受热均匀度靠人工经验掌握，产品质量极易波动；装备模具设计不完善，阴阳模收缩不一致。原热压工艺在升温及降温阶段，产品因收缩不均匀而容易破裂报废。4、装备保护设施不完善，存在安全隐患。未设冷却水缺水自动报警保护装置，在高温阶段中，存在电极冲头等高温部件断水烧毁或断水爆炸的安全隐患；未设电极接地打弧保护装置，发生过因电极接地短路导致冲头及炉体冲头轴套损伤事故。

因此，消除装备整机发热并恢复正常开机运行；改进直热式热压装备能力及工艺；使其具备￠217mm规格铍半球热压工艺要求；就显得十分迫切和必要。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种有效提升装备能力，使之具备大尺寸铍材生产的能力的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：在现有的300吨热压炉的电路系统上增设电容就地补偿装置。

所述电容就地补偿装置安装在300吨热压炉的电路系统的变压器之后、靠近热压炉炉膛位置处。

将所述300吨热压炉的短网改成水冷电缆联接方式。

所述300吨热压炉炉膛内测温装置有四个，分别设在300吨热压炉的装料套筒1/4圆周处。

所述300吨热压炉的模具为高强度电极石墨模具，并在300吨热压炉的装料套筒壁设置增大模具电阻的通孔。

所述300吨热压炉的加热电源变压器二次侧相线及零线铜排上加装漏电或弧光短路接地保护装置。

本发明通过在现有300吨热压炉的电路系统上增设电容就地补偿装置降低无功电流，该补偿装置可将大量无功电流直接经电容器回路流转，从而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，而且容性断网与感性断网空间上平行并排布置，容性电流消减断网感性电流间互感的消减，减小感应电流强度，电磁辐射可降至原来的40％；同时，有功功率由180-200Kw增加到400-600Kw，从而使直热热压产品的直径由200上升到300-400的升温能力要求；降低变压器、短网的无功消耗，功率因数从0.4上升到0.8以上运行，以已完成46件产品合同的电耗计，可节电约：10万元。

同时，本发明还针对现有300吨热压炉的短网及水冷系统等进行改造，一举解决了整机发热的首要问题，磁性调压器最高运行温度由70℃降为28℃，水冷电缆运行温度均低于30度，恢复了设备开机能力；通过增大模具电阻方法，增加工件加热功率，使升温数率从0.08℃/min跃升为3℃/min，经济可行地达到了升温数率指标；改进了装备工艺均温性监控、模具设计、热压工艺等关键技术，成品率由38％提高到89％；通过增设循环水断流/欠压、变压器超温/瓦斯、电极起弧/接地等较完善的安全报警系统，实现装备运行故障自诊断和自动保护功能。

综上所述，本发明提供了加工直径300-400及以上尺寸铍材产品所需的装备扩能方法，突破了直热式大尺寸铍材加工的装备能力技术难关。且具备装备安全开机生产能力，提升装备升温能力，提高产品成品率等优势。

附图说明

图1为本发明热压机结构图；

图2为本发明短网电压降分布图；

图3为本发明热压机模具装配图；

图4为本发明万安级直热式装备电极弧光短路保护控制原理图；

图5为本发明无功补偿消感降磁原理图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的具体实施方式作详细说明。应该理解的是，实例是用于说明本发明而不是对本发明的限制。本发明的范围与核心内容依据权利要求书加以确定。

本发明实施方式提供一种直热式热压装备，具体为：

步骤S1,将短网由现铜母排联接方式改为水冷电缆联接方式：

水冷电缆采用导电截面为2000mm²，长度为2.8m，数量为8根(上4根下4根)。当工作电流为25000A时，水冷电缆的电流密度为3.125A/mm²。水冷电缆导体为多股软铜线交织而成，单根裸铜线直径小于Φ0.6mm，材质为T₂。水冷电缆具有良好柔韧性，满足电缆随冲头运动时，灵活伸缩而不折坏的要求；电极卡子由铜板改为水冷电极卡，出水温度小于50℃；变压器由顶出线改为侧出线，缩短短网长度，方便短网布线。

步骤S2,炉体冷却水管路系统改造：

所有的冷却水软管采用优质夹织布橡胶管，耐压大于0.6MPa。进水主管道管径为Ф108，进水总阀门更换为铸钢材料，加装滤水器，进水管道延长至后炉门立柱处，重新设计制作进水分水器。进水分水器共设32(其中备用4)个支路。炉底密封盒、上下冲头压盖、炉罐底部发热严重，割开出水口，除垢除锈，疏通出水管。补焊外炉壳零星漏水点。更换上下冲头压盖的碳钢法兰为不锈钢法兰。

步骤S3,测温方式改进：测温装置有四个，分别设在300吨热压炉的装料套筒1/4圆周处。

将原一点测控温方法改为四点测温均衡控温(一点主控，另三点辅助连续对比测量)方法。实时自动监测炉温均匀性，当四点测温超出工艺设定偏差时，自动保温，靠自然热传递平衡缩小各区域温差；监测冲头随物料受热收缩下行时，垫块松动或接触不良情况，提示操作者调整加压，加压压实物料，消除套筒内局部拉弧碳化故障；保证物料受热均匀性，烧结一致，消除产品出现黑斑，有效改善工艺监测控制技术水平。

步骤S4,模具改造，提高产品合格率和直收率：)最好是将模具的结构方式进行阐述，

摸索阴阳模收缩率一致性，石墨套筒分两次共去2.5mm壁厚；改用高强度电极石墨磨具，并在300吨热压炉的装料套筒壁设置增大模具电阻的通孔。提高磨具耐压强度，保证压制密度，提高产品合格率；

采用三角环，减少投用料量，提高原料直收率。

步骤S5,实施增大模具电阻，经济有效地提升升温数率：

设备短网及水冷系统等改造后，解决了发热问题，但试车中，最大加热电流从18KA上升到22.5KA，最高温度到由890℃上升1029℃，仍不满足工艺要求(1050℃)，但加热电流受负载感性阻抗的钳制，炉内输入功率极限约200KVA,采取实施增大模具电阻增加工件加热功率的方案，其方法是：在满足模具强度前提下，在模具上开多个孔，增大模具电阻，提高发热体功率。试验表明升温数率从0.08℃/min跃升为3℃/min；事实表明，在满足模具安全承压的前提下，这是一种提升产品升温数率的经济可行方法。

步骤S6,改进工艺，产品合格率提高：

开机后，试生产了21个球，裂纹、夹杂、氧超标不合格品13个，合格品：8个；成品率约：38％；针对上述不合格品及频繁压裂事故进行查因整改，将降温全过程(1050-室温)的自重加压工艺，改为降温至700℃时，提起横梁(6t),采取无压降温至室温出炉，避免有压降温过程中，产品因带压收缩受力不均而破裂。经过这样调整后，后续产品再无压裂事故，成品率约：89％。

步骤S7,改进热压机万安级电流测试及保护系统：加装漏电或弧光短路接地保护装置：

采用新型万安级大电流测试装置:罗氏线圈；经过在线校准，表明它与30000比5电流互感器测试数据一致，并具备了断网零序电流穿芯跨距较长的安装要求；

采用零序电流保护方式进行漏电或弧光短路接地保护。在现300t热压机加热电源变压器二次侧相线及零线铜排上卡装零序电流互感器(罗氏线圈)，将零序电流接入示控仪表，连续检测加热负载进出电流矢量和(零序电流)，当零序电流达到保护动作设定值时，示控仪表发出报警及保护接点信号，触发保护电路，进行声光报警，同时切断加热电源，实现漏电或弧光短路故障保护。

步骤S8,万安级大电流设备所产生电磁辐射强度测试数据及无功补偿消感降磁设计方法：

测试在不同电流强度下，设备炉门1-9米范围内电磁辐射强度对应数据、电磁辐射强度与距离对应数据。详见下表一：《电流-电磁辐射强度试验辅助测试表》。

数据表明：电磁辐射强度随着加热总电流的增大，呈线性增加；电磁辐射强度随着距离减小，呈线性增加。

因此本发明通过在现有的300吨热压炉的电路系统上增设电容就地补偿装置，该电容就地补偿装置安装在300吨热压炉的电路系统的变压器之后、靠近热压炉炉膛位置处。通过该装置降低无功电流：将大量无功电流直接经电容器回路流转，从而不再经过补偿点前的短网、变压器及供电网路，而且容性断网与感性断网空间上平行并排布置，容性电流消减断网感性电流间互感的消减，减小感应电流强度，电磁辐射可降至原来的40％；同时，有功功率由180-200Kw增加到400-600Kw，具备直热热压产品的直径由200上升到300-400的升温能力要求；降低变压器、短网的无功消耗，功率因数从0.4上升到0.8以上运行，以已完成46件产品合同的电耗计，可节电约：10万元。

表一：电流-电磁辐射强度试验辅助测试表

Claims (6)

1.一种适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：在现有的300吨热压炉的电路系统上增设电容就地补偿装置。

2.按照权利要求1所述的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：所述电容就地补偿装置安装在300吨热压炉的电路系统的变压器之后、靠近热压炉炉膛位置处。

3.按照权利要求1所述的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：将所述300吨热压炉的短网改成水冷电缆联接方式。

4.按照权利要求1所述的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：所述300吨热压炉炉膛内测温装置有四个，分别设在300吨热压炉的装料套筒1/4圆周处。

5.按照权利要求1所述的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：所述300吨热压炉的模具为高强度电极石墨模具，并在300吨热压炉的装料套筒壁设置增大模具电阻的通孔。

6.按照权利要求1所述的适用于大尺寸铍材生产的直热式热压装备，其特征是：所述300吨热压炉的加热电源变压器二次侧相线及零线铜排上加装漏电或弧光短路接地保护装置。