CN115558872B - 一种铝管连续退火的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属管材加工技术领域，尤其是一种铝管连续退火的方法及装置，将连续运动的铝盘管在线开卷拉直表面除油后依次经过1#软接触电极轮，加热，第一次冷却，2#软接触电极轮，第二次冷却，履带拉出，收卷；本发明中的连续退火方法，生产效率高，退火后的品质好。尤其适合大盘重的铝合金管。本发明中的连续退火方法，非常节省电能，电源的功率90%以上直接用于铝管的加热。与感应线圈加热的相比，可节能70%以上，大幅度降低了退火成本。以φ7×0.47+0.25mm内螺纹铝管为例，每吨退火费用节约700元。

Description

一种铝管连续退火的方法及装置

技术领域

本发明涉及金属管材加工技术领域，尤其是一种铝管连续退火的方法及装置。

背景技术

铝管的退火技术一般采用通过连续辊底炉方式，定尺切断的铝管平铺在辊底炉的辊道上，通过电阻丝加热的炉膛，从而使硬化的管材得到软化处理，变形组织再结晶获得等轴晶组织。但这种方式不适合处理铝盘管，同时对于要求处理成半硬态管材因炉内温度不均从而处理后的管材的强度和硬度有很大波动。

对于铝盘管的热处理，有采用井式炉或罩式炉进行热处理的，但铝管在达到热处理温度后，晶粒会急剧长大。而井式炉或罩式炉均不能对刚完成再结晶退火的铝盘管及时进行水冷，导致管材的晶粒粗大，强度和延伸率下降，机械性能变差。对于强度和延伸率有较高要求的铝管材都不能采用这种方法退火。

对于铝盘管的热处理，比较好的热处理方式是管材开卷后高速通过中频感应线圈，靠铝管内感应出来的涡流进行加热，达到退火温度后立即进入水中冷却到室温。由于是刚完成再结晶就水冷处理，因此退火后的组织为细小的等轴晶组织。这种退火方式在近年来得到广泛应用。但中频感应设备的电源产生的谐波会对电网造成冲击，会影响同车间的其他设备的正常运行。最大的问题是，这种退火因为电流是通过感应线圈间接加热铝管的，因此大部分电能消耗在感应线圈上被线圈冷却水带走，导致电力被大量浪费，也导致铝管的生产成本增加。而一台铝盘管的感应退火机组价格均在200万元人民币左右，昂贵的设备价格也让人望而却步。

铝管接触式连续退火是最简洁的退火方式，但多年来一直没有得到广泛应用，就是因为大家所采用的都是铜轮直接与铝管接触，是属于一种硬接触，接触不良就容易在大电流通过时产生“打火”现象，非常容易导致铜接触面粘铝，而粘铝后的结果就是更加频繁“打火”，恶性循环。而“打火”对于铝管表面也是有损伤的，导致出现麻点、粗糙、不光滑，破坏了铝管的表面质量，在很多要求表面质量的铝管都不敢使用接触式退火。

此外，加热到退火温度的铝管，其温度一般达到了450℃-500℃，铝在此温度下已经非常软化了，与铜轮接触也会使铜轮粘铝的。

上述的情况是导致连续接触式退火一直没有在业内应用起来的主要原因。

发明内容

本发明的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种铝管连续退火方法，该方法可以避免铝管连续退火过程中发生打火现象，且能耗低，生产效率高，生产过程中不产生谐波对电网冲击小，容易实现自动化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种铝管连续退火的方法，包括以下步骤：

将连续运动的铝盘管在线开卷拉直表面除油后依次经过1#软接触电极轮，加热，第一次冷却，2#软接触电极轮，第二次冷却，履带拉出，收卷。

进一步的，所述1#软接触电极轮和2#软接触电极轮之间的电压为20-60伏。

进一步的，1#软接触电极轮和2#软接触电极轮分别包括电极轮以及固定在电极轮圆周上的软态紫铜网管，所述软态紫铜网管内穿设有橡胶条。

进一步的，加热温度为350-550℃。

进一步的，所述第一次冷却采用水冷，第一次水冷后铝管温度降至＜150℃，第二次冷却采用水冷，冷却至室温获得完全软化或半硬态的铝盘管。

进一步的，退火的同时从收卷侧向铝管内吹气压为0.1-0.5MPa的氮气让加热蒸发的油气从开卷料盘的尾管吹出并收集。

进一步的，铝管的运行速度为20-150m/min，1#软接触电极轮和2#软接触电极轮之间的间距为7-20m。

用于连续退火方法的退火装置，包括按工序依次设置的开卷机、矫直机、除油装置、1#软接触电极轮、测温仪、冷却水槽、2#软接触电极轮、冷却水槽、履带拉出机和收卷机；

1#软接触电极轮与电源的一极相连接，2#软接触电极轮、履带拉出机和收卷机同时接地为地线端并与电源的另一极相连接；

所述1#软接触电极轮和2#软接触电极轮分别包括电极轮以及固定在电极轮360°圆周上的软态紫铜网管，所述软态紫铜网管内穿设有橡胶条；

所述收卷机的收料框里设置有氮气瓶或氮气管道及管材内吹扫接头；

履带拉出机用于调节铝管的运行速度。

进一步的，所述测温仪为红外测温仪。

采用本发明的技术方案的有益效果是：

本发明中的铝管连续退火方法，通过在电极铜轮360°圆周上固定内穿橡胶条的软态紫铜网管，形成软接触电极轮，该电极轮与铝管接触从点接触变成了面接触，而且任何情况下都与铝管接触，面接触使通过的电流密度大大降低，因此不会造成出现断路“打火”现象，杜绝了铜轮的粘铝情况出现。同时，出口端的2#软接触电极轮入口前设置有水冷箱，管材红外测温点位于水冷箱入口处，在铝管达到退火温度后立即进行水冷，铝管在接触2#软接触电极轮之前因水冷其表面温度已降到150℃以下，表面恢复了一定的硬度，因此在与柔软铜丝网表面的铜轮接触时不发生粘铝现象，实现了连续退火超长的铝盘管。

本发明中的连续退火方法，非常节省电能，电源的功率90%以上直接用于铝管的加热。与感应线圈加热的相比，可节能70%以上，大幅度降低了退火成本。以φ7×0.47+0.25mm内螺纹铝管为例，每吨退火费用节约700元。

本发明中的连续退火方法，生产效率高，退火后的品质好。尤其适合大盘重的铝合金管。

本发明中的连续退火方法，工艺简单、设备简单，不产生谐波对电网冲击小，容易实现自动化，一人可以看多台设备。

附图说明

图1是本发明中的连续退火装置的结构示意图。

图中：1开卷机；2矫直机；3除油装置；41#软接触电极轮；5测温仪；6冷却水槽；72#软接触电极轮；8履带拉出机；9收卷机；10管材内吹扫接头；11低电压电源；12铝合金管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种铝管连续退火的方法，包括以下步骤：

将连续运动的铝盘管在线开卷拉直表面除油后依次经过1#软接触电极轮，加热，第一次冷却，2#软接触电极轮，第二次冷却，履带拉出，收卷；1#和2#电极轮间距7-20米施加20V-60V的交流电或直流电将两个电极轮之间的铝管加热到350℃-550℃，随后依次经过水冷至室温而获得完全软化或半硬态的铝盘管。在退火的同时从收卷侧向铝管内吹气压为0.1-0.5MPa的氮气让加热蒸发的油气从开卷料盘的管尾吹出并收集，退火的同时获得高清洁度内表面。

上述方法工艺简单、设备造价低，对电网冲击小，所消耗的电能绝大部分都用于加热铝管，因此生产成本很低。

本发明解决了铜轮与铝管的接触面在大电流通过时打火的问题，通过在电极铜轮360°圆周上固定内穿橡胶条的软态紫铜网管，形成软接触电极轮，该电极轮与铝管接触从点接触变成了面接触，而且任何情况下都与铝管接触，面接触使通过的电流密度大大降低，因此不会造成出现断路“打火”现象，杜绝了铜轮的粘铝情况出现。

同时，本发明中在出口端的2#软接触电极轮入口前设置有水冷箱，管材红外测温点位于水冷箱入口处，在铝管达到退火温度后立即进行水冷，铝管在接触2#软接触电极轮之前因水冷其表面温度已降到150℃以下，表面恢复了一定的硬度，因此在与柔软铜丝网表面的铜轮接触时不发生粘铝现象。第一次冷却采用水冷，第一次水冷后铝管温度降至＜150℃，第二次水冷至室温获得完全软化或半硬态的铝盘管。

由于接触式退火是一种短路退火方法，因此不适合使用过高的电压。另外从操作安全角度也不适合高电压。因此施加20V-60V的交流电或直流电是最合适的。低电压大电流是这种退火方式最显著的特点。选用普通的交流变压器或整流器就可，一套接触式连续退火机组的造价只是感应退火机组1/10的价格，可节电70%以上。

本发明中制备的铝管用于流体的输送，特别应用于空调、制冷、汽车和太阳能用管，空调制冷管一般要求管内具有高清洁度，避免运行时产生过滤阀的堵塞。因此在收卷的料筐中加入氮气瓶或接入管道氮气的旋转接头，在退火的同时从收卷侧向铝管内吹气压为0.1-0.5MPa的氮气让加热蒸发的油气从开卷料盘的管尾吹出并收集，退火的同时获得高清洁度内表面，可避免额外的管内除油操作。

铝管的运行速度为20-150m/min，1#软接触电极轮和2#软接触电极轮之间的间距为7-20m。通过控制铝管的运行速度，铝管在测温点的温度，电压（或电流）的大小来控制铝管的退火度。根据产品的需要，铝管分为半硬态退火和全软态退火，每种规格的管材按各自设定的参数进行控制。可以为半硬态、1/4硬态、3/4硬态和全软态。

下面以3003铝合金管的全软态退火为例，结合图1对本发明做详细的说明。

图1中的箭头方向为管材的运行方向。

图1为用于连续退火方法的退火装置，包括开按工序依次设置的开卷机1、矫直机2、除油装置3、1#软接触电极轮4、测温仪、冷却水槽、2#软接触电极轮7、履带拉出机8和收卷机9；1#软接触电极轮4与电源的一级相连接，2#软接触电极轮7、履带拉出机8和收卷机9同时接地为地线端；1#软接触电极轮4和2#软接触电极轮7分别包括电极轮以及固定在电极轮圆周上的软态紫铜网管，软态紫铜网管内穿设有橡胶条；收卷机9的收料框里设置有氮气瓶或氮气管道及管材内吹扫接头；履带拉出机8用于调节铝管的运行速度；测温仪5为红外测温仪。

开卷机1，收卷机9，履带拉出机8为主动传动装置，履带拉出机8控制铝管的速度，放卷1，收卷9与履带拉出机8同步，矫直机2将铝管矫直并进入除油装置3，然后通过1#软接触电极轮，1#软接触电极轮4与电源11的一极相连接。铝合金管经过红外测温仪5后进入冷却水槽6，出水槽后通过2#软接触电极轮7，水冷随后由履带拉出机8将铝合金管12拉出并收集在收卷机9的料筐中。2#软接触电极轮7与履带拉出机8、收卷机9同时接地为地线端。收卷机9的料筐中心设置有管材内吹扫接头10与铝合金管端头相连接，向铝合金管内吹氮气。电源对间距7-20米米1#和2#软接触电极轮施加20-60伏直流或交流电压，电流将位于两个电极轮之间的铝合金管加热到350-550℃（设定温度以红外测温仪5为准），达到了铝管闪速退火的目的，随后立即水冷。根据退火度的不同要求，对应的速度为20－150m/min，电压为20－60V。根据所退火铝管规格的不同、电阻的不同调节电极轮之间7-20米的间距，让电源发挥出最大功率，让机组以最高的速度运行。

在退火的同时，从收卷机9的料筐中的旋转接头向铝管内吹气压为0.1-0.5MPa的氮气让铝合金管内因高温蒸发的油气从开卷料盘的管尾吹出并收集，退火的同时可获得高清洁度内表面，可避免额外的管内除油操作，也避免了除油剂等化学制剂的后处理。

由于铝管表面有致密的氧化膜，退火加热过程中不会造成过多的氧化，因此铝合金管表面不需要特别用氮气或其他的保护气体进行保护。

退火后的铝管根据成品的要求，可通过控制速度或电压来达到设置的温度，退火后的铝合金长度上机械性能非常均匀。可以为半硬态、1/4硬态、3/4硬态和全软态。

实施例1 φ7×0.47+0.25mm内螺纹铝管的全软态退火。

特殊要求：内螺纹铝管经过内螺纹成型后，管内的螺纹齿内有很多残油，靠普通的清洗除油很难去除，需要将残油加热蒸发成油气，然后吹扫去除，获得高清洁度的内表面。

放置在开卷机1的φ3米直径的料筐中的内螺纹铝管12，经过矫直机2初步矫直后进入除油装置3，由清洗式除油剂将外表面的拉拔油清洗干净，无油的表面与软接触电极轮4接触并通过，为使接触电流不过大并确保随时都有电极轮与铝管接触，采用了双电极轮接触铝管，决绝了断路打火的可能。1#和2#电极轮的间距为11米。穿管过程是人工引导，随后分别通过红外测温仪5、冷却水槽6、2#软接触电极轮7、履带拉出机8、然后进入收卷机9的料筐中。头部在料筐中与旋转接头9相连接对铝管内通0.1MPa气压的氮气，在出口的料筐下有接油盘，上部有油烟收集装置。

先启动油气吹扫电磁阀通过旋转接头10向管内吹气，同时启动开卷机1、履带拉出机8、收卷机9，铝管12运行速度为105m/min；然后启动电源11，电源11在3秒内由0伏增加到40伏（此时电流约1000A）。此时在测温仪5上显示铝管12的温度为540℃±10℃。到温的铝管12进入水槽6中迅速水冷到150℃以下，再通过随后的双轮结构的软接触电极轮7、冷却水槽、履带拉出机8后收集在收卷机9的料筐中。退火过程中，一直有气压为0.1MPa的氮气通过加热的铝管12，将因高温蒸发的油气从位于开卷料盘中的管尾吹出并收集。退火后的铝管12抗拉强度113MPa，延伸率38%，管内清洁度0.020g/m²以下。完全满足空调用内螺纹铝管的标准要求。

实施例2 φ20×1.15mm集流管半硬态退火。

特殊要求：φ20×1.15mm集流管是用于平行流换热器的外层为4系铝合金内层为3003铝合金的铝复合管。该管在实际应用时要求有一定的硬度但翻边冲孔又要求一定的塑形。因此要求退火状态为H14（半硬态）。抗拉强度140-185MPa，延伸率大于8%；对内表面清洁度要求一般。

放置在开卷机1的φ3米直径的料筐中的φ20×1.15mm集流管12，经过矫直机2初步矫直后进入除油装置3，由清洗式除油剂将外表面的拉拔油清洗干净，无油的表面与1#软接触电极轮4接触并通过，为使接触电流不过大并确保随时都有电极轮与铝管接触，采用了双电极轮接触铝管，决绝了断路打火的可能。1#和2#电极轮的间距为15米。穿管过程是人工引导，随后分别通过红外测温仪5、冷却水槽6、2#软接触电极轮7、履带拉出机8、然后进入收卷机9的料筐中。头部在料筐中与旋转接头9相连接对铝管内通0.1MPa气压的氮气，在出口的料筐下有接油盘，上部有油烟收集装置。

先启动油气吹扫电磁阀通过旋转接头10向管内吹气，同时启动开卷机1、履带拉出机8、收卷机9，集流管12运行速度为30m/min；然后启动电源11，电源11在3秒内由0伏增加到20伏（此时电流约2300A）。此时在测温仪5上显示集流管12的温度为350℃±10℃。到温的集流管12进入水槽6中迅速水冷到100℃以下，再通过随后的双轮结构的软接触电极轮7、冷却水槽、履带拉出机8后收集在收卷机9的料筐中。退火过程中，一直有气压为0.1MPa的氮气通过加热的集流管12，将因高温蒸发的油气从位于开卷料盘中的管尾吹出并收集。退火后的集流管12抗拉强度155MPa，延伸率12%，管内清洁度0.020g/m²以下。压扁后外表无裂纹。完全满足平行流换热器对集流管的标准要求。

实施例3 φ7×0.40+0.15mm内螺纹铜铝复合管的全软态退火。

特殊要求：φ7×0.40+0.15mm内螺纹铜铝复合管经过内螺纹成型后，管内的螺纹齿内有很多残油，靠普通的清洗除油很难去除，需要将残油加热蒸发成油气，然后吹扫去除，获得高清洁度的内表面。另外该复合管因为是铜铝复合的，不能在井式炉或罩式炉中退火，否则铜铝间会产生脆性相，只能通过闪速退火进行软化。

放置在开卷机1中φ3米直径的料筐中的φ7×0.40+0.20mm内螺纹铜铝复合管12，经过矫直机2初步矫直后进入除油装置3，由清洗式除油剂将外表面的拉拔油清洗干净，无油的表面与软接触电极轮4接触并通过，为使接触电流不过大并确保随时都有电极轮与铝管接触，采用了双电极轮接触铝管，杜绝了断路打火的可能。1#和2#电极轮的间距为12米。穿管过程是人工引导，随后分别通过红外测温仪5、冷却水槽6、2#软接触电极轮7、冷却水槽、履带拉出机8拉出进入收卷机9的料筐中。头部在料筐中与旋转接头9相连接对铝管内通0.2MPa气压的氮气，在出口的料筐下有接油盘，上部有油烟收集装置。

先启动油气吹扫电磁阀通过旋转接头10向管内吹气，同时启动开卷机1、履带拉出机8、收卷机9，铝管12运行速度为110m/min；然后启动电源11，电源11在3秒内由0伏增加到44伏（此时电流约1200A）。此时在测温仪5上显示复合管12的温度为520℃±10℃。到温的复合管12进入水槽6中迅速水冷到120℃以下，再通过随后的双轮结构的软接触电极轮7、冷却水槽、履带拉出机8后收集在收卷机9的料筐中。退火过程中，一直有气压为0.2MPa的氮气通过加热的复合管12，将因高温蒸发的油气从位于开卷料盘中的管尾吹出并收集。退火后的复合管12抗拉强度115MPa，延伸率37%，管内清洁度0.020g/m²以下。完全满足空调用内螺纹铜铝复合管的标准要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的权利方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.用于铝管连续退火的方法的退火装置，其特征在于：

包括按工序依次设置的开卷机、矫直机、除油装置、1#软接触电极轮、测温仪、冷却水槽、2#软接触电极轮、冷却水槽、履带拉出机和收卷机；

1#软接触电极轮与电源的一极相连接，2#软接触电极轮、履带拉出机和收卷机同时接地为地线端并与电源的另一极相连接；

所述1#软接触电极轮和2#软接触电极轮分别包括电极轮以及固定在电极轮圆周上的软态紫铜网管，所述软态紫铜网管内穿设有橡胶条；

所述收卷机的收料框里设置有氮气瓶或氮气管道及管材内吹扫接头；

履带拉出机用于调节铝管的运行速度；

所述退火装置对铝管进行连续退火的方法，包括以下步骤：

将连续运动的铝盘管在线开卷拉直表面除油后依次经过1#软接触电极轮，加热，第一次冷却，2#软接触电极轮，第二次冷却，履带拉出，收卷。

2.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述测温仪为红外测温仪。

3.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述1#软接触电极轮和2#软接触电极轮之间的电压为20-60伏。

4.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：1#软接触电极轮和2#软接触电极轮分别包括电极轮以及固定在电极轮360°圆周上的软态紫铜网管，所述软态紫铜网管内穿设有橡胶条。

5.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：加热温度为350-550℃。

6.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：所述第一次冷却采用水冷，第一次水冷后铝管温度降至＜150℃，第二次冷却采用水冷，冷却至室温获得完全软化或半硬态的铝盘管。

7.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：退火的同时从收卷侧向铝管内吹气压为0.1-0.5MPa的氮气让加热蒸发的油气从开卷料盘的尾管吹出并收集。

8.根据权利要求1所述的退火装置，其特征在于：铝管的运行速度为20-150m/min，1#软接触电极轮和2#软接触电极轮之间的间距为7-20m。

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