CN115491622A - 一种钛棒及钛合金棒材的退火炉及退火方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛棒及钛合金棒材的退火炉及退火方法，其中退火炉具有退火腔、加热炉壁及可启闭的门体，退火腔为水平放置的筒型结构，在退火腔内设置有将棒材以其内腔结构间距均布的棒材放置架，并在退火腔内还设置有与排布的每根棒材等距的加热装置，在所述退火腔内还设置有CaH2分散放置装置。该退火炉通过棒材放置架可使得放置的棒材与加热炉壁和加热装置实现等距的受热状态，提高多根棒材退火效果的均衡性，并能有效提高棒材单炉的放置退火数量，提高退火效率，降低电能消耗；通过设置CaH2分散放置装置，其在退火时炉内加入CaH2粉末，使其与炉内的氧气反应并消耗氧气，降低炉内氧气含量及对钛棒材性能的影响。

Description

一种钛棒及钛合金棒材的退火炉及退火方法
技术领域
本发明涉及钛棒及钛合金棒材退火技术领域，尤其涉及一种钛棒及钛合金棒材的退火炉及退火方法。
背景技术
钛元素由于具有良好的耐高温、耐低温、抗强酸、抗强碱，以及高强度、低密度等特性，被广泛应用于航空、航天、化工、石油、电力、医疗、建筑、体育用品等领域。世界上许多国家都已经认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。
钛原料通常为海绵钛，将其熔炼锻造成钛锻件的初级钛坯料，再次将初级太坯料加工成型如钛棒、钛板、钛管等的中间坯料，最后再进行热处理的处理方式及机械精加工成型最终钛产品。
在对中间坯料的热处理的处理方式(一般为高温退火)中，由于钛质棒材的退火温度较高(为600℃-800℃)，具有较长的升温时长，造成退火炉能源损耗较高，并且在炉内放置的多根棒材存在受热不均等，使得棒材的退火质量不均衡，存在退火过度棒材变硬及退火不足不能提高棒材性能的问题。而炉内氧气含量同时对钛棒的性能具有较大的影响，使得企业采用常规的大气退火炉不能有效的提高钛棒的退火质量，而真空退火炉成本过高、操作难度较大，不能有效的推广使用，致使目前成型质量达不到要求，造成较高的废品率、材料的浪费及生产成本的增加。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种钛棒及钛合金棒材的退火炉及退火方法，该退火炉能有效提高棒材单炉的放置退火数量，提高退火效率，并通过设置CaH2分散放置装置，使CaH2粉末与炉内的氧气反应并消耗氧气，降低炉内氧气含量及对钛棒材性能的影响。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，所述退火炉具有退火腔、加热炉壁及可启闭的门体，其特征在于：在所述退火腔内设置有将棒材以其内腔结构间距均布的棒材放置架，并在所述退火腔内还设置有与排布的每根棒材等距的加热装置，在所述退火腔内还设置有CaH2分散放置装置。
优选的，所述退火腔为水平放置的筒型结构，所述棒材放置架为在所述退火腔内壁朝向其轴线方向间距设置的多个单层环状架体，所述加热装置设置在相邻的所述单层环状架体之间。
优选的，每个所述单层环状架体均包括沿周向间距设置的多个棒材穿设管，同时将所述棒材穿设管沿所述退火腔轴线方向水平间距设置，在周向及水平相邻的所述棒材穿设管之间均设置有连接板以构成所述单层环状架体整体。
优选的，每个所述单层环状架体均旋转设置在所述退火炉一侧侧壁上。
优选的，所述加热装置为在相邻所述单层环状架体中间位置设置的环形电加热丝层。
优选的，所述CaH2分散放置装置为在所述门体内壁设置的放置圆环，在所述放置圆环外边缘垂直设置有圆环挡板，所述放置圆环内底面与所述圆环挡板构成CaH2储存腔，并且所述放置圆环旋转设置在所述门体上。
一种钛棒及钛合金棒材的退火炉的退火方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将棒材依次穿设在每个水平对应的所述棒材穿设管中，并在所述CaH2储存腔中装入CaH2粉末，关闭所述门体；
b、对所述炉壁及每个所述环形电加热丝层同时通电加热使炉内升温，对棒材实现高温退火，并且启动放置圆环旋转，其内的CaH2粉末翻滚与退火炉内氧气接触反应并消耗氧气；
c、退火完成后待冷却至常温状态，将棒材逐根取出，完成退火操作。
本发明的有益效果是：该退火炉通过棒材放置架可使得放置的棒材与加热炉壁和加热装置实现等距的受热状态，提高多根棒材退火效果的均衡性，并能有效提高棒材单炉的放置退火数量，提高退火效率，降低电能消耗；通过加热装置与加热炉壁的配合，有助于快速提高炉温，缩短退火时长，提高退火处理效率。
通过设置CaH2分散放置装置，其在退火时炉内加入CaH2粉末，使其与炉内的氧气反应并消耗氧气，降低炉内氧气含量及对钛棒材性能的影响。
附图说明
图1为本发明退火炉开启状态示意图。
图2为本发明单层环状架体侧视结构图。
图3为本发明棒材穿设管内部放大结构图。
图4为本发明门体侧视图。
图5为本发明放置圆环剖视结构图。
具体实施方式
为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。
参照附图1～5所示的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，所述退火炉1具有退火腔101、加热炉壁11及可启闭的门体12。通常将待退火的棒材堆积放置在退火腔101中关闭门体12，通过加热炉壁11(具体为电加热丝加热方式)加热使得退火腔101内升温至相应棒材种类的退火温度进行退火处理。
由于钛质棒材的退火温度较高，具有较长的升温时长，并且堆积的棒材与加热炉壁11间距不等，造成不同棒材之间热传递效率不等，存在距离加热炉壁11较近的棒材升温快及受热时间长，而远离加热炉壁11的棒材则升温慢及受热时间短，从而造成同炉内的棒材退火效果不均衡，存在退火过度棒材变硬及退火不足不能提高棒材性能的问题，因此为了解决该问题，如图1所示，在所述退火腔101内设置有将棒材以其内腔结构间距均布的棒材放置架2，并在所述退火腔101内还设置有与排布的每根棒材等距的加热装置，通过棒材放置架2可使得放置的棒材与加热炉壁11和加热装置实现等距的受热状态，提高多根棒材退火效果的均衡性，提高棒材单炉的放置退火数量，提高退火效率，降低电能消耗。通过加热装置与加热炉壁11的配合，有助于快速提高炉温，缩短退火时长，提高退火处理效率。
同时为了降低炉内氧气对棒材性能造成的影响，如图1所示，在所述退火腔101内还设置有CaH2分散放置装置，通过该装置在退火时炉内加入CaH2粉末，使其与炉内的氧气反应并消耗氧气，降低炉内氧气含量及对钛棒材性能的影响。CaH2粉末与氧气的反应式如下：
CaH2+O2＝＝CaO+H2O；CaO+H2O＝＝Ca(OH)2。
具体的，如图1所示，所述退火腔101为水平放置的筒型结构，所述棒材放置架2为在所述退火腔101内壁朝向其轴线方向间距设置的多个单层环状架体21，所述加热装置设置在相邻的所述单层环状架体21之间。其中筒型结构的退火腔101可以设置多个单层环状架体21，使得外层的单层环状架体21上放置的棒材实现与加热炉壁11的等距受热作用。而在相邻的单层环状架体21设置加热装置，可设置多级单层环状架体21，并实现每级单层环状架体21上的棒材均能实现与发热源的等距性，可在有效提高退火腔101内棒材放置数量的基础上，实现多根棒材的同步同温受热，进而在有效提高退火效率的基础上提高退火均衡性，并最终提高棒材退火质量。
具体的，如图1-2所示，每个所述单层环状架体21均包括沿周向间距设置的多个棒材穿设管2a，同时将所述棒材穿设管2a沿所述退火腔101轴线方向水平间距设置，在周向及水平相邻的所述棒材穿设管2a之间均设置有连接板22以构成所述单层环状架体21整体。操作时，将棒材从每个单层环状架体21的外端单个棒材穿设管2a中穿入，并沿周向依次穿设在对应的棒材穿设管2a中对棒材进行支撑，而沿轴向水平相对的棒材穿设管2a之间将棒材外露于退火腔101实现受热，接着在每个水平对应的棒材穿设管2a中穿入棒材，并依次将多个单层环状架体21均进行棒材的穿设。优选的，单个棒材穿设管2a均具有较短的长度尺寸，以将棒材整体尽可能完整的外露于退火腔101中受热，避免棒材穿设管2a对棒材遮挡的影响。
由于棒材整个圆周面处于不同的方向，其存在与加热炉壁11和加热装置直线对应的圆周面部分，以及偏离两者的圆周面部分，因此还存在棒材圆周面受热不均衡的问题，为了解决该问题，如图1所示，每个所述单层环状架体21均旋转设置在所述退火炉1一侧侧壁上。具体的，在退火炉1外壁设置有多个驱动电机(图中未示出)驱动不同的单层环状架体21旋转，在旋转的过程中，棒材穿设管2a会转动至不同的位置，而其内穿设的棒材由于与棒材穿设管2a内壁存在穿设间隙，使得棒材一直处于在棒材穿设管2a内持续滚动的的状态，进而使得棒材的圆周面各个部分均能与加热炉壁11和加热装置均衡受热，进而提高棒材整体退火质量。
具体的，如图1所示，优选的，所述加热装置为在相邻所述单层环状架体21中间位置设置的环形电加热丝层3，其能使得相邻的单层环状架体21上放置的棒材两侧同步受热，提高受热均衡性，并快速提高炉内温度，缩短退火周期。
为了实现棒材的快速穿入与拆卸，优选的，在每个所述棒材穿设管2a内壁均沿周向间距嵌入有驱动滚珠2a1，通过棒材与驱动滚珠2a1的接触，实现棒材与棒材穿设管2a内壁的滑动作用，提高棒材的装配与取卸效率，同时减少棒材穿设管2a对棒材表面造成的磨损。
具体的，如图1、4-5所示，所述CaH2分散放置装置为在所述门体内壁设置的放置圆环4，在所述放置圆环4外边缘垂直设置有圆环挡板41，所述放置圆环4内底面与所述圆环挡板41构成CaH2储存腔401，并且所述放置圆环4旋转设置在所述门体12上。在将棒材全部穿设至棒材穿设管2a后，在CaH2储存腔401内装入定量的CaH2粉末(图中200所示)于CaH2储存腔401内底面上，并通过外侧的圆环挡板41进行阻挡，避免其抛洒掉落。而在棒材高温退火的过程中，驱动圆环挡板41持续旋转(具体驱动方式同样为在门体12外侧设置驱动电机带动圆环挡板41旋转，图中未示出驱动电机)，而其内底面的CaH2粉末沿圆环挡板41内壁受重力作用持续滑落翻滚，将CaH2粉末整体与炉内氧气充分接触反应并进行消耗，降低氧气对棒材退火后性能的影响。通过该方式可有效提高CaH2粉末的利用率，降低其消耗量。
一种钛棒及钛合金棒材的退火炉的退火方法，包括以下步骤：
a、将棒材依次穿设在每个水平对应的所述棒材穿设管2a中，并在所述CaH2储存腔401中装入CaH2粉末，关闭所述门体12；
b、对所述炉壁11及每个所述环形电加热丝层3同时通电加热使炉内升温(其中纯钛棒的退火温度优选为630℃，而TC4材质的钛棒的退火温度优选为750℃，以及其他不同牌号的棒材均具有对应的退火温度)，对棒材实现高温退火，并且启动放置圆环4旋转，其内的CaH2粉末翻滚与退火炉1内氧气接触反应并消耗氧气；
c、退火完成后待冷却至常温状态，将棒材逐根取出，完成退火操作。
本发明的原理是：通过该退火炉进行退火操作时，将棒材从每个单层环状架体21的外端单个棒材穿设管2a中穿入，接着在每个水平对应的棒材穿设管2a中穿入棒材，并依次将多个单层环状架体21均进行棒材的穿设；接着在CaH2储存腔401中装入CaH2粉末，关闭门体12，通过加热炉壁11和环形电加热丝层3对炉体内加热升温，并同时驱动每个单层环状架体21和放置圆环4旋转，而单层环状架体21内放置的棒材一直处于持续滚动的的状态，使得棒材的圆周面各个部分均能与加热炉壁11和加热装置均衡受热，放置圆环4中的CaH2粉末沿圆环挡板41内壁受重力作用持续滑落翻滚，将CaH2粉末整体与炉内氧气充分接触反应并进行消耗，在退火完成后待冷却至常温状态，将棒材沿棒材穿设管2a内壁的滑动作用逐根取出，完成退火操作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，所述退火炉(1)具有退火腔(101)、加热炉壁(11)及可启闭的门体(12)，其特征在于：在所述退火腔(101)内设置有将棒材以其内腔结构间距均布的棒材放置架(2)，并在所述退火腔(101)内还设置有与排布的每根棒材等距的加热装置，在所述退火腔(101)内还设置有CaH2分散放置装置。
2.根据权利要求1所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，其特征在于：所述退火腔(101)为水平放置的筒型结构，所述棒材放置架(2)为在所述退火腔(101)内壁朝向其轴线方向间距设置的多个单层环状架体(21)，所述加热装置设置在相邻的所述单层环状架体(21)之间。
3.根据权利要求2所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，其特征在于：每个所述单层环状架体(21)均包括沿周向间距设置的多个棒材穿设管(2a)，同时将所述棒材穿设管(2a)沿所述退火腔(101)轴线方向水平间距设置，在周向及水平相邻的所述棒材穿设管(2a)之间均设置有连接板(22)以构成所述单层环状架体(21)整体。
4.根据权利要求3所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，其特征在于：每个所述单层环状架体(21)均旋转设置在所述退火炉(1)一侧侧壁上。
5.根据权利要求4所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，其特征在于：所述加热装置为在相邻所述单层环状架体(21)中间位置设置的环形电加热丝层(3)。
6.根据权利要求5所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉，其特征在于：所述CaH2分散放置装置为在所述门体内壁设置的放置圆环(4)，在所述放置圆环(4)外边缘垂直设置有圆环挡板(41)，所述放置圆环(4)内底面与所述圆环挡板(41)构成CaH2储存腔(401)，并且所述放置圆环(4)旋转设置在所述门体(12)上。
7.根据权利要求6所述的一种钛棒及钛合金棒材的退火炉的退火方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、将棒材依次穿设在每个水平对应的所述棒材穿设管(2a)中，并在所述CaH2储存腔(401)中装入CaH2粉末，关闭所述门体(12)；
b、对所述炉壁(11)及每个所述环形电加热丝层(3)同时通电加热使炉内升温，对棒材实现高温退火，并且启动放置圆环(4)旋转，其内的CaH2粉末翻滚与退火炉(1)内氧气接触反应并消耗氧气；
c、退火完成后待冷却至常温状态，将棒材逐根取出，完成退火操作。
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