CN115740046A - 一种轧材加热设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧材加热设备，包括带架水箱，带架水箱底部连接有集电器，带架水箱内布设有壳体，壳体内布设有至少三个独立的带阳极的反应腔室装置；该反应腔室装置彼此独立并连接到单独的电源；电解液经由连接管供给到独立的反应腔室装置；反应腔室装置的窗口打开，形成充满流动电解液的长电解质池；纵向移动的轧材浸入该电解质池中，轧材的每一段依次通过所有反应腔室装置的窗口；本发明结构简单，设计巧妙，将显著提高轧材工件加热效率和加工生产效率。

Description

一种轧材加热设备

技术领域

本发明属于冶金、机械制造技术领域，尤其涉及一种轧材加热设备。

背景技术

①现有的用于加热工件的设备[1.Kashin Yu.A.，А.С.933742.，M.，等级3，C21D1/40，C21D9/62，《用于加热工件的设备》，公布日期：1982年6月7日。]，其包含：带有腔室和导电液体的水箱；带有电接触元件的电源，其中电接触元件位于腔室中、与放置工件的通道连接，工件可在通道内直线运动。设备具有介质(电解液)强制循环机构，腔室与放置工件的通道相互连接。此外，腔室壁有孔，且孔轴与腔室轴不重合。这些重要特征旨在提高加热温度的均匀性。

该设备的缺点是在所有腔室中加热工件的温度场相同，因此不能确保在工件高速移动时沿截面加热的均匀性；该设备内不含测温传感器、加热功率无法得到反馈控制，这些因素限制了其生产效率。

②现有的用于在电解液中连续加热工件的设备[2.A.Ya.Fominov.，А.С.579324.，M.，等级3，C21D1/44，《用于在电解液中连续加热工件的设备》，公布日期：1977年11月16日]，包含：带阳极的水箱、电解液循环系统和向前平移工件的机构。该设备的重要部件还包括：带有旋转驱动器的双联合盘状阳极，在盘的外表面上加工有沟槽，形成的通道供加热工件的电解液通过，盘的端部距离水箱壳表面0.5～1mm。该设备生产效率高，但是，与设备1一样，该设备也不具备工件加热控制和调节功能。该设备的缺点还包括：工件的入口和出口的加热强度相同，无法确保沿工件截面获得高加热速率和均匀的温度分布。

③现有的用于在电解液中加热金属的装置[3.A.Ya.Fominov.，L.A.Anagorsky等，А.С.411136，M.，等级3，С21d 1/14，C21d 9/46，《用于在电解液中加热金属的装置》，公布日期：1974年5月12日]，例如加热薄钢板的设备。该设备包含：带隔热通道腔室的水箱(用于将钢带加热到300～400℃)；导向辊；能喷射的电解液，电极电压为60～80V。所有设备元件都位于水平移动的工件侧面，电解池由朝向工件的两个绝缘材料制成的喷管组成，该设备能够用于表面处理并进行高速加热。在该设备中，用于加热腔室壁和电解液的能耗大。设备的缺点还包括辊的表面需要加热，这也会增加能耗。该设备以及之前设备的共同缺点是它们没有温度控制系统和根据工件温度对工件加热功率进行差异化控制的系统。此外，该设备的结构不能用于长圆柱形工件的受控加热。

④现有的用于长尺寸工件的电解等离子处理设备[4.V.C.Stanishevsky,A.A.Kosobutsky等，А.С.1615241，国际专利分类，等级5，С25F7/00，C25D 7/06，《电解质—等离子加工的方法及设备》，公布日期：1990年12月23日]，其包含用于电解液流入和排出的水箱。其特征在于，配备了与垂直轴同轴的蒸汽出口孔。蒸汽出口由两个或多个锥形漏斗制成，漏斗与长尺寸工件的轴向通道串联。蒸汽出口可以做成螺旋形并且可以围绕水池的轴旋转。

该设备虽然合理解决了排汽问题，但是其它所有关于控制加热功率的问题，与之前所述的类似设备一样，都没有得到解决，因此这种设备无法高速高质量加热工件。

⑤与本发明最接近的是用于表面处理的设备[5.Ryabkov D.V.，国际专利分类，等级5，C23C16/44，《表面处理设备》，申请注册号：No.97100692，申请发布日期：1998年5月20日]，其包含带有分散喷嘴的反应腔室，使得电解液能均匀分布。该设备还包含用于电解液部分或完全蒸发的蒸发器和带有通孔、可用于将导电介质(电解液)供给到处理表面的阳极。

为了保持表面处理的统一和安全的工艺规范，该设备有专门的系统来固定阳极和被处理工件。该设备可以在工件近表面区形成稳定的、带有还原特性的等离子层；能量的传递是经由带通孔的阳极向处理表面供给导电介质(电解液)来实现，电解液是金属盐的水溶液；该设备的结构确保无需对长尺寸工件进行无氧化加热或对其表面进行化学热处理，但没有解决长型轧材工件沿截面的快速且均匀加热问题；该设备结构的缺点是仅使用了一个反应腔室，这使得当冷工件刚进入时等离子加热过程变得困难。其它缺点还包括：一个腔室无法在快速移动的工件上形成稳定的工艺过程。这是因为工件在腔室的入口和出口处具有不同的温度和不同的表面清洁度，在入口处，工件表面有一层氧化膜，这就需要更高的电流强度；在后续腔室中去除氧化膜后，在产品和导电阳极之间的电流电压应降低。

该设备的不足之处同上，即不可能确保工件沿截面进行均匀加热，这大大降低了产能；随着工件的温度升高，必须降低电压，才能保证工件截面受热均匀。必须有足够长的加热时间以平衡工件截面的温度。在该原型设备中，因为只有一个反应腔室，无法满足要求。

针对上述问题，故需要进行改进。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的不足，提供一种轧材加热设备，以提高工件加热效率和加工生产效率。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种轧材加热设备，包括带架水箱，带架水箱底部连接有集电器，其内布设有壳体，壳体内布设有至少三个独立的带阳极的反应腔室装置。该反应腔室装置彼此独立并连接到单独的电源；电解液经由连接管供给到独立的反应腔室装置；反应腔室装置的窗口打开，形成充满流动电解液的长电解质池；纵向移动的轧材浸入电解质池中，轧材的每一段依次通过所有反应腔室装置的窗口。

作为本发明的一种优选方案，所述轧材出口处的反应腔室装置中的阳极与传感器连接，该传感器是非接触式温度传感器，与热功率控制电路相连；传感器连接到输出室的电压控制电路，根据轧材的温度控制轧材加热功率。

作为本发明的一种优选方案，所述带架水箱内布设有轧材移动的速度传感器，集电器穿过带架水箱与速度传感器连接，速度传感器测量轧材速度，低速运行时断电，确保在改变轧材移动速度时的安全运行。

作为本发明的一种优选方案，所述反应腔室装置通过支架和螺栓固定在绝缘材料制成的外壳上；外壳外布设有点接触器，点接触器通过导线连接分配器。

作为本发明的一种优选方案，所述反应腔室装置内布设有金属阳极，窗口位于反应腔室装置的中心；金属阳极通过端子与电源连接，端子用外壳封闭。

作为本发明的一种优选方案，所述金属阳极的表面平行于轧材的轧制方向。

作为本发明的一种优选方案，所述轧材进料口位置的反应腔室装置中的阳极电压为280～340V，位于中间的反应腔室装置中的阳极电压为180～220V。

作为本发明的一种优选方案，还包括输送电解液的泵，泵将电解液输送到可调流量的液压系统和分配器中。

作为本发明的一种优选方案，反应腔室装置为带有分散喷嘴的反应腔室。

作为本发明的一种优选方案，所述反应腔室装置包括依次布设的第一反应装置、第二反应装置、第三反应装置和第四反应装置。

本发明的有益效果是：

1.本发明结构简单，设计巧妙，可提高轧材的加热效率和加工生产效率；

2.本发明可以简化设备的结构，可操作性强，加热精度高，截面加热的均匀性好，工件加热时表面清洁、不发生氧化；

3.本发明可以提高轧材加热的生产率和加热特性。

附图说明

图1是本发明用于轧材加热设备的结构示意图；

图2是本发明用于轧材加热设备的加热器结构剖面图；

图3是本发明用于轧材加热设备图；

附图标记：带架水箱1，壳体2，第一反应装置3，第二反应装置4，第三反应装置5，第四反应装置6，传感器7，泵8，液压系统9，分配器10，外壳11，点接触器12，速度传感器13；集电器14，电解液15，支架16，螺栓17，金属阳极18，窗口19，端子20，连接管21。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～图3所示，本发明涉及一种轧材加热设备，包括带架水箱1，带架水箱1底部连接有集电器14，带架水箱1内布设有壳体2，壳体2内布设有至少三个独立的带阳极的反应腔室装置；反应腔室装置带有分散喷嘴，用于均匀分布电解液15；带有通孔的金属阳极18，用于将导电介质—电解液15供给到轧材处理表面；同时，为了保持表面处理的统一和安全的工艺规范，该设备有专用装置来固定阳极和被处理工件。

轧材通过专门的设备经由几个反应腔室装置移动，以使轧材缠绕成卷。该设备包含几个相互独立的、带有阳极的反应腔室装置，其带有通孔并连接到具有不同电压的电路；反应腔室装置彼此独立并连接单独的电源；电解液15经由连接管21供给到独立的反应腔室装置；反应腔室装置的窗口19打开，形成充满流动电解液的长电解质池；纵向移动的轧材浸入该电解质池中，依次通过所有反应腔室装置的窗口19。

其中，轧材出口处的反应腔室装置中的阳极与传感器7连接，传感器7是非接触式温度传感器，与热功率控制电路相连；传感器7连接到输出室的电压控制电路，根据轧材的温度调节并控制轧材的加热功率。

带架水箱1内布设有用于轧材移动的速度传感器13，集电器14穿过带架水箱1与速度传感器13连接，速度传感器13用于测量轧材速度，确保在改变轧材移动速度时的安全运行，在低速运行时断电。

此外，在轧材加热设备中的独立腔室由绝缘材料制成，并含有一定量的流动电解液15，电解液由导电阳极约束，其表面与轧材加工表面等距。在阳极上开有孔，孔轴指向加工表面，并且在腔室的上部开有窗口19，用于排出蒸汽和电解液。

本发明轧材进料口位置的反应腔室装置与阳极相连，连接电路的最大电压为280～340V；在其后与阳极连接的反应腔室装置，连接电路的最大电压降低到200～240V。

腔室出口处置有传感器7，用于测量加热轧材的热辐射强度和波长，并将传感器的输出信号作为控制信号连接到带有功率控制调节器的电路，从而控制轧材输出口的反应腔室的阳极电流强度。传感器将反馈信号传给输出口腔室的电功率调节器，使其可检测和调节轧材温度。

最终，在每个反应腔室装置的腔室中都形成最优加热规范，以确保轧材截面均匀加热。传感器7在最后一个腔室的输出口处确保对轧材温度的监测和控制。

当设备运行时，在第一个腔室中对来自开卷机的冷轧材用强规范进行清理，在第二个腔室和随后的腔室中，强化加热与适度加热交替进行，使轧材截面温度均匀，在最后一个腔室中用可控加热模式，加热规范通过温度传感器和电路功率的控制程序控制。

轧材的加热设备沿被加热轧材的中心轴对称，见图1。该设备包含：带架水箱1；由绝缘材料制成的壳体2；用于加热轧件的反应腔室装置，包括依次布设的第一反应装置3、第二反应装置4、第三反应装置5和第四反应装置6；用于测量轧材温度的非接触式传感器7；用于供给电解液的泵8；用于控制电解液流量的液压系统9；独立反应腔室的电解液分配器10；保护壳11；传递电能的点接触器12；轧材移动速度传感器13；轧材的接地和减振干式集电器14。

图2是用于轧材加热设备的加热器的结构剖面图。在带架水箱1中有电解液15，反应腔室通过由绝缘材料制成的外壳2以及支架16和螺栓17固定。外壳2外布设有点接触器12，点接触器12通过导线连接分配器10；反应腔室有金属阳极18。窗口19位于腔室的中心。阳极通过端子20与电源连接，端子20用外壳11封闭。泵8将电解液输送到可调流量的液压系统9和分配器10来供应电解液。电解液经由连接管21供给到独立的反应腔室。腔室的窗口打开，形成充满流动电解液的长电解质池。纵向移动的轧材浸入该电解质池中，并依次通过所有腔室的窗口。

图3是冶金生产中轧材清洗和加热设备的外观图。不洁净的冷轧材被送入带有阳极的第一个腔室，阳极连接到300V的电压。随后轧材通过其它5个腔室，阳极上的电压降低为180～220V，可确保轧材截面均匀加热。设备出口的最后一个是第7腔室，其阳极与传感器控制的电压转换系统相连，可确保工件加热温度的准确性。

轧材加热设备的工作原理如下：

使用现有的绕卷、退卷设备，将轧材拉直并从一个辊移动到另一个辊。

本发明的重要特征使得轧材加热设备有以下工作模式：被拉直的轧材沿电解池的纵向放置，电解池带有敞开窗口的反应腔室。向每个腔室供给电解液，使电解液填满电解池。

腔室中的阳极单独连接着电源，第一个反应腔室中的阳极电压为280～340V。在该电压下即使轧材的表面被氧化、污染，也能在其上形成等离子层，并以200～500℃/s的加热速度对轧材进行清洁和加热。后续腔室中的阳极连接的电压较低，为180～220V，在此电压下稳定存在的等离子层可对轧材以50～150℃/s的速度加热。较低的加热速度可使轧材整个截面受热均匀，且不会使表面过热。最后一个腔室中的阳极连接着可调节的电源。控制信号来自轧材加热设备出口处的温度传感器。传感器测量表面温度，控制最后一个反应腔室的加热功率，使设备出口处的工件加热更准确。

本发明的重要特征：存在三个及以上且彼此独立的反应腔室，每个腔室各自连接到独立电源。这能确保轧材的均匀加热，而不会使表面过热。

本发明的重要特征：测量轧材移动的速度传感器、测量轧材温度的传感器和控制加热功率的自动化系统，便于对加热过程的自动化控制，并消除对加热工艺不利的影响因素。

一种轧材加热设备还具有以下特征，由绝缘材料制成的独立反应腔室，其中含有一定体积的、受导电阳极限制的流动电解液等。将阳极连接到单独的电路中可使得能量传输到轧材时，加热电解液的能量损失最小。减少加热电解液的损失由以下的重要特征确保：在阳极上开孔，孔轴指向反应腔室的中心，加热的轧材在其中(反应腔室中)移动。轧材的均匀加热由本发明的以下特征确保：使用多个带有阳极的腔室，阳极单独连接到电源；在所有腔室的上部开有开放的窗口，这些窗口形成电解质池，在电解质池中加热轧材，电解质池的窗口作为蒸汽和水电解产物的出口。

该设备还具有以下重要特征：阳极表面相对于轧材的纵轴平行放置；反应腔室按一定方式固定，使其开放的窗口形成流动电解质池。这些特征可以显著提高加热效率。

为提高加热质量，确保工作安全，该设备包含一个用于测量产品速度的传感器，该传感器连接到控制电流的电路。只有当轧材以特定速度移动时传感器才给出加热电流信号，这可以避免轧材在静止或低速移动时的过度加热。

该轧材加热设备可用于各行业，例如在冶金中对轧材进行热处理。该设备可确保轧材在其高速运动时均匀加热，不会产生氧化。

本发明一种轧材加热设备的实施例如下：

试验中用带有不同数量的反应腔室的设备来加热轧材。试验表明，腔室数量增加到3个及以上时可确保轧材以30m/s的速度移动时可得到均匀加热。为了确保轧材加热效率就需要增加腔室的数量。轧材以高速移动时(超过60m/s)，设备需要带有6个及以上腔室。

试验了带有不同数量腔室和不同阳极放置的方案。阳极在反应腔室中通电时改变电压。

试验表明，当把阳极在第一个腔室中的电压降低到180～220V时，该腔室不工作，也不能提供高质量的加热。阳极在第一个腔室中接通320V的电压时，可以确保轧材在第一个腔室中被高效加热并清洁表面，在后续腔室中使用适宜的工艺加热，阳极在后续腔室中接通的电压比之前降低。

该专利设备显著提高了轧材的加热质量，降低了能耗，提高了生产率，从表1中可以清楚地看出。最优化的是方法6、10、12(见表1)。

表1

即使轧材移动速度小于30m/s，两个反应腔室也无法完成所需的加热(见表1第1、2项)。将腔室数量增加到四个时(见表1第3、4、5项)，才可以将轧材表面加热至1200℃，但轧材截面加热不均匀。通过调节最后一个反应腔室的电压来控制加热功率，可以将轧材表面的温度降低到1000℃，并确保轧材截面均匀加热。反应腔室的数量增加到七个时，即使在轧材移动高达60m/s时，也可以控制温度参数确保轧材表面稳定加热且加热均匀(见表1第7～12项)。第一个反应腔室中的340V电压能够使表面形成的稳定的等离子层，从而进行表面清洁和冷轧材表面的加热。在随后的反应腔室中使用较低的180～200V的电压，使工件截面均匀加热。当反应腔室的数量为7个时，可控的反应腔室可以使轧材温度从800℃到1000℃之间准确地变化(见表1第11～12项)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

尽管本文较多地使用了图中附图标记：带架水池1，壳体2，第一反应装置3，第二反应装置4，第三反应装置5，第四反应装置6，传感器7，泵8，液压系统9，分配器10，外壳11，点接触器12，速度传感器13；集电器14，电解液15，支架16，螺栓17，金属阳极18，窗口19，端子20，连接管21等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (14)

1.一种轧材加热设备，其特征在于：包括带架水箱(1)，带架水箱(1)底部连接有集电器(14)，带架水箱(1)内布设有壳体(2)，壳体(2)内布设有至少三个独立的带阳极的反应腔室装置；该反应腔室装置彼此独立并连接到单独的电源；电解液(15)经由连接管(21)供给到独立的反应腔室装置；反应腔室装置的窗口(19)打开，形成充满流动电解液的长电解质池；纵向移动的轧材浸入该电解质池中，轧材的每一段依次通过所有反应腔室装置的窗口(19)。

2.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述轧材出口处的反应腔室装置中的阳极与传感器(7)连接到电路，该传感器(7)用于测量轧材温度，是非接触式温度传感器，与热功率控制电路相连；传感器(7)连接到输出室的电压控制电路，它根据轧材的温度确保轧材加热功率的增减。

3.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述带架水箱(1)内布设有用于轧材移动的速度传感器(13)，集电器(14)穿过带架水箱(1)与速度传感器(13)连接，速度传感器(13)用于测量轧材速度；确保在改变轧材移动速度时的安全运行，确保低速运行时断电。

4.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：包括纵向移动单元、轧材的绕卷单元、以及带有内置阳极的反应腔室。

5.根据权利要求2所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述反应腔室装置通过由绝缘材料制成的外壳(2)以及支架(16)和螺栓(17)固定；外壳(2)外布设有点接触器(12)，点接触器(12)通过导线连接分配器(10)。

6.根据权利要求4所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述反应腔室装置内布设有金属阳极(18)，窗口(19)位于反应腔室装置的中心；金属阳极(18)通过端子(20)与电源进行转换，端子(20)用外壳(11)封闭。

7.根据权利要求5所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述金属阳极(18)的表面平行于轧材轴线。

8.根据权利要求6所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述轧材入口处的反应腔室装置中的阳极连接电路的电压为280～340V，位于中间的反应腔室装置中的阳极连接电路的电压为180～220V。

9.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：还包括用于供给电解液(15)的泵(8)，泵(8)将电解液(15)输送到可调流量的液压系统(9)和分配器(10)。

10.根据权利要求8所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述的液压系统9用于控制电解液流量，所述的分配器10用于控制独立反应腔室的电解质。

11.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：反应腔室装置带有分散喷嘴。

12.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：所述反应腔室装置用于加热轧材，包括依次布设的第一反应装置(3)、第二反应装置(4)、第三反应装置(5)和第四反应装置(6)。腔室的上部有开放的窗口，这可形成带有流经阳极的电解质池。

13.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：该设备沿加热轧材纵轴对称，所述壳体2由绝缘材料制成的。

14.根据权利要求1所述的一种轧材加热设备，其特征在于：在最后一个反应室的出口处安装了非接触式的轧材表面温度传感器，其工作原理是测量轧材表面热辐射的强度和波长，并连接到最后一个反应腔室的阳极的电压自动控制系统；而在第一个反应腔室的入口处安装了测量产品速度的传感器，连接到电路，用于电流的开断。

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