專利名稱：一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種金屬管材加工過程的加熱方法，具體涉及一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝。
背景技術：
在制造鈦及鈦合金無縫管材的過程中，先要用鈦棒加工成鈦管坯或鈦“荒管”。制取“荒管”的工藝之一是斜軋穿孔法。該方法是將長約1米的實心鈦棒加熱到高溫狀態(tài)下，即900℃～1050℃之間，然后送入兩輥或三輥斜軋穿孔機軋制，在軋輥與穿孔頂頭的共同作用下，經(jīng)過20～30秒，實芯鈦棒就加工成鈦管坯，即鈦荒管。在工業(yè)生產中，加熱實芯鈦棒通常采用斜底式煤氣爐或斜底式電阻爐。由于煤氣爐運行成本較低，實際上都采用斜底式煤氣爐。斜底爐一端高一端低，平行排列的實芯鈦棒料從低溫(約600℃)的高端入口，逐漸向高溫(1050℃)的低端滾動，并按一定節(jié)拍(1～2分鐘)順次從低端出爐，然后通過一段輥道，送入斜軋穿孔機。
鈦斜軋穿孔棒坯加熱的關鍵技術是加熱的均勻性和穿孔前溫度的穩(wěn)定性。棒坯溫度不均勻時，穿孔過程不穩(wěn)定，易產生“后卡”(穿不透)，穿孔頂頭損傷大，主機“悶車”，增加荒管缺陷等問題。
斜底式煤氣爐用于鋼、不銹鋼的斜軋穿孔棒坯的加熱是一種適用的成熟技術。但鈦的高溫化學活性和熱學性能與鋼材有很大不同，斜底式煤氣爐應用于鈦及鈦合金斜軋穿孔棒坯的加熱時，存在下列缺點或問題1、鈦的高溫化學活性強，在高溫下易氧化、吸氣。鈦棒在高溫斜底式爐中緩慢升溫，在高溫下鈦與爐內氣氛的作用時間長(1小時以上)，管坯外表氧化層與吸氣層較厚，不利于后續(xù)加工。
2、斜底式煤氣爐體積龐大，無法與斜軋穿孔機緊湊配置。斜底式煤氣爐的出口與斜軋穿孔機的入口之間須配置較長的輥道。鈦的熱容量小，冷卻快，出爐后鈦棒坯在輥道上存在較大而不穩(wěn)定的溫降，穿孔棒坯溫度不穩(wěn)定，不利于穿孔。
3、煤氣爐污染環(huán)境，噪聲大，工人要不斷進行高溫翻料，工作環(huán)境差，勞動強度大。
4、每爐要裝許多料，間歇式作業(yè)時升溫時間長，不適于小批量生產。
5、煤氣爐熱損失大，單位產品能耗高。
6、操作人員多(至少4人)。
在工業(yè)中，也常將感應爐用于棒坯的加熱，如擠壓坯料的加熱或模鍛坯料的加熱。但普通的感應加熱爐由于感應電流集膚效應，使棒坯加熱不均勻，存在較大的芯表溫差，不能滿足斜軋穿孔棒坯的加熱要求。

發(fā)明內容
針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝，采用該工藝能夠快速、簡便、可靠地對鈦棒坯進行加熱，更好地滿足斜軋穿孔的要求。
為了實現(xiàn)上述任務，本發(fā)明采取如下的技術解決方案一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝，其特征在于，該工藝采用步進式中頻感應加熱爐代替斜底式煤氣爐加熱鈦棒，該種加熱爐帶有自動上料機構、芯表溫差監(jiān)控系統(tǒng)和快提出料機構，加熱過程按設定的程序和生產節(jié)拍要求自動進行，具體包括下列步驟1)首先將成捆的鈦棒通過天車吊裝到儲料架上；2)儲料架上的鈦棒在活動料架上平行排列；3)通過提升裝置，按設定的生產節(jié)拍將活動料架上的鈦棒逐根提升到滑坡進料架上；
4)滑坡進料架上的鈦棒順序滾滑到臥式步進式中頻感應加熱爐的爐口，通過推料桿順次進入臥式步進式中頻感應加熱爐，爐膛內可容納3～4根鈦棒；5)在爐膛內，鈦棒按設定的節(jié)拍步進式向前移動，并逐漸升溫和均熱；6)鈦棒在3～4分鐘內由室溫加熱到900℃～1000℃，并使鈦棒的料芯表溫差和徑向溫差≤5℃，當鈦棒的縱向與徑向溫差和均溫時間均達到工藝要求時，出料機構的快提裝置將已加熱好的鈦棒迅速從臥式步進式中頻感應加熱爐中取出；7)取出的鈦棒通過翻轉機構迅速進入斜軋穿孔機的受料槽中；8)在推桿的作用下，鈦棒被斜軋穿孔機的軋輥咬入斜軋穿孔成荒管。
本發(fā)明的方法帶來的技術特點是1、加熱迅速，氧化少。鈦棒在3～4分鐘內即可由室溫加熱到900℃～1000℃，并使棒料芯表溫差和徑向溫差達到≤5℃，有利于穿孔。
2、設備體積小，占地面積小，加熱爐外表溫度低，便于與斜軋穿孔機形成緊湊布局。鈦棒坯出爐后能在瞬間(約2秒)內進入斜軋穿孔機，出爐后的溫降少，坯料穿孔的起始溫度基本恒定，有利于斜軋穿孔和提高荒管的質量。
3、每爐只要裝少量料就可以作業(yè)，適于大批量生產，也適于小批量生產。
4、加熱爐不需要提前預熱和長時間冷卻，可隨開隨停，生產靈活性好。特別是在主機(穿孔機)發(fā)生故障時，臥式步進式中頻感應加熱爐可立即停止工作；主機正常時，臥式步進式中頻感應加熱爐可立即重新啟動，配合主機工作。而斜底式煤氣爐在主機發(fā)生故障時不允許立即停爐，易使坯料空燒，造成坯料氧化和浪費能量。
5、爐料(鈦棒)在感應電流的作用下直接發(fā)熱，熱損失少，熱效率高。在間歇式作業(yè)情況下，臥式步進式中頻感應加熱爐的熱效率更明顯高于斜底式煤氣爐。
6、該設備工作時，無煙氣，無噪聲，無易燃易爆物，安全性好，有利于環(huán)保。
7、該設備工作時，自鈦棒吊到儲料架后，可實現(xiàn)全自動操作，操作人員少(1人)，勞動強度小。
8、使用該設備時，加熱過程的工藝參數(shù)，包括棒料的芯表溫差與縱向溫差等都可以自動顯示、記錄、儲存和打印，工藝可控性與可追溯性好。
9、該設備體積小，使用電而不用煤氣或天然氣，占地面積小，設備輔助裝置少，車間投資少。
10、設備維護較為簡單，運行成本低。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖；圖2是臥式步進式中頻感應加熱爐及其與斜扎穿孔機的位置關系圖。
圖3是圖2的A向視圖；圖4是加熱裝置主體和快提裝置結構示意圖；附圖中的標號分別表示1、儲料架，2、活動料架，3、提升裝置，4、滑坡進料架，5、推料桿，6、臥式步進式中頻感應加熱爐，7、出料快提裝置，8、翻料機構，9、受料槽，10、斜軋穿孔機推料桿，11、斜軋穿孔機軋輥，12、斜軋穿孔機電機，13、打結耐火爐管，14、水冷感應器，15、保溫層，16、膠木爐殼，17、第一縱向溫差傳感器，18、第二縱向溫差傳感器，19、徑向溫差的傳感器，20、擋板，21、感應器，22、從主動輥輪，23、快提驅動電機及減速器，24、主動輥輪，25、翻料裝置，26、鏈條。
以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝，采用臥式步進式中頻感應加熱爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜底式煤氣爐，用于斜軋穿孔鈦棒坯的加熱。加熱爐帶有自動上料和出料機構，加熱過程按設定的程序和生產節(jié)拍要求自動地進行。
本發(fā)明的步臥式進式中頻感應加熱爐的技術原理是利用線圈將交變電流通過交變磁場轉化成感應電流而加熱金屬鈦棒。通過不斷調節(jié)交變電流的頻率和輸入的功率，控制金屬棒材表面的散熱與向棒材芯部的傳熱，解決由于感應電流“集膚效應”帶來的鈦棒材徑向加熱的均勻性問題；通過步進式縱向移動加熱方式，解決鈦棒材軸向加熱的均勻性問題。同時通過縮短加熱爐出料口與斜軋穿孔機咬入口的距離，減少出爐后的溫降，保證斜軋穿孔棒坯的起始溫度基本恒定，以利于穿孔。本發(fā)明采用步進式中頻感應加熱爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜底式煤氣爐，將鈦棒坯快速升溫、均溫和快速送入穿孔機而形成一種精確高效、優(yōu)質、安全、環(huán)保型、低成本的鈦斜軋穿孔加熱技術。
參見圖4，臥式步進式中頻感應加熱爐6包括膠木爐殼16、打結耐火爐管13，打結耐火爐管13內表面上有鋼質水冷導軌12；外表面上有水冷感應器14，膠木爐殼16和打結耐火爐管13之間有保溫層15，步進式管狀臥式感應爐內還安裝有監(jiān)測金屬棒的第一、第二縱向溫差傳感器17、18和監(jiān)測金屬棒的徑向溫差傳感器19。臥式步進式中頻感應加熱爐6的爐膛內徑小，僅供單根金屬棒通過，整個爐管長度僅可容納3根金屬棒，即總長度約3米即可，便于緊湊地配置在斜軋穿孔機旁。由于加熱爐輻射熱損失少，不會影響斜軋穿孔機的電氣設備(如大電機)和妨礙穿孔機上的工人操作。由于它能緊湊地配置在斜軋穿孔機旁，從而使斜軋穿孔機與加熱爐整體的占地面積小。
采用本發(fā)明的臥式步進式中頻感應加熱爐將金屬棒坯加熱到規(guī)定溫度所需的總時間僅約3分鐘，加熱速度快，金屬氧化吸氣少，而在燃氣爐或電阻爐中，加熱時間需60～90分鐘(取決于棒坯直徑)，快速加熱，有利于減少金屬坯料的氧化。對高溫活性強的金屬鈦棒而言，是尤為重要的。
監(jiān)測金屬棒縱向溫差傳感器17、18與徑向溫差的傳感器19，用于在加熱過程中金屬棒坯的縱向溫差與徑向溫差(心表溫差)監(jiān)控。使金屬棒坯加熱均勻，棒坯溫度穩(wěn)定。在出爐之后，金屬棒可瞬間(約2秒)進入穿孔機，出爐后的溫降少，坯料穿孔的起始溫度基本穩(wěn)定，有利于斜軋穿孔。
步進式管狀臥式感應爐6開爐時不需要提前預熱，而停爐時不需要長時間冷卻，可隨開隨停，生產靈活性好，對機械故障率較高的穿孔機，可避免坯料長時間“空燒”，這點對鈦棒來說尤為重要。而且每爐只要裝少量料就可以作業(yè)，適于大批量生產，也適于小批量生產。
參見圖4，快提裝置主要包括快提驅動電機及減速器23、主動輥輪24和多個從動輥輪23(至少五個)，在從輥輪23旁邊有翻料裝置25；快提驅動電機及減速器23驅動齒輪轉動，帶動主動輥輪24，然后通過鏈條26帶動從動輥輪23一起轉動，促使已出爐口的鈦棒通過從動輥輪23向主動輥輪24方向迅速運動。當鈦棒觸及擋板20時，感應器21發(fā)出信號，翻料裝置25接到信號后立即啟動，將鈦棒送入斜軋穿孔機的受料槽中。然后斜軋穿孔機的推桿10立即將金屬棒送入斜軋穿孔機的軋輥中，在軋輥與頂頭的共同作用下，穿成“荒管”(管坯)。
以下是發(fā)明人給出的實施例。
參見圖1，本發(fā)明的具體實施的步驟如下1、將長度大致相同的一批鈦棒吊到儲料架1上。
2、鈦棒在帶有振動裝置的活動料架2上平行排列整齊。
3、通過提升裝置3，按正常生產節(jié)拍(如1根/分鐘或根據(jù)工藝要求設定)或特別指令將鈦棒逐根提升到滑坡進料架4上。
4、鈦棒從滑坡進料架滾滑到加熱爐口的鈦棒通過推桿5順次進入臥式步進式中頻感應加熱爐6中。爐膛內最多可容納3根鈦棒，各鈦棒前后頭尾相接。
5、在爐膛內，鈦棒按節(jié)拍(如1根/分鐘，或根據(jù)鈦棒的直徑設定)沿水冷導軌步進式向前移動，并逐漸升溫和均熱。
6、鈦棒在3～4分鐘內由室溫加熱到900℃～1000℃，當鈦棒的縱向溫差與徑向溫差達到工藝要求(如≤5℃)，并且均溫時間達到規(guī)定要求(如1分鐘)時，出料機構的快提裝置7將已加熱好的鈦棒迅速從爐中取出。
7、通過翻料裝置8，出爐的鈦棒迅速(2秒)進入斜軋穿孔機受料槽9。
8、在斜軋穿孔機推桿10的作用下，高溫鈦棒被斜軋穿孔機11的軋輥咬入，在軋輥與穿孔頂頭的共同作用下，斜軋穿孔成荒管。
權利要求
1.一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝，其特征在于，該工藝采用步進式中頻感應加熱爐代替斜底式煤氣爐及感應爐配電阻均熱爐，加熱過程按設定的程序和生產節(jié)拍要求自動進行，具體包括下列步驟1)首先將成捆的鈦棒通過天車吊裝到儲料架上；2)將儲料架上的鈦棒在活動料架上平行排列；3)通過提升裝置，按設定的生產節(jié)拍將活動料架上的鈦棒逐根提升到滑坡進料架上；4)滑坡進料架上的鈦棒順序滾滑到臥式步進式中頻感應加熱爐的爐口，通過推料桿順次進入臥式步進式中頻感應加熱爐，爐膛內可容納3～4根鈦棒；5)在爐膛內，鈦棒按設定的節(jié)拍步進式向前移動，并逐漸升溫和均熱，；6)鈦棒在3～4分鐘內由室溫加熱到900℃～1000℃，并使鈦棒的芯表溫差和徑向溫差≤5℃，當鈦棒的縱向與徑向溫差和均溫時間均達到工藝要求時，出料機構的快提裝置將已加熱好的鈦棒迅速從臥式步進式中頻感應加熱爐中取出；7)取出的鈦棒通過翻轉機構迅速進入斜軋穿孔機的受料槽中；8)在推桿的作用下，鈦棒被斜軋穿孔機的軋輥咬入斜軋穿孔成荒管。
2.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的活動料架上帶有振動裝置。
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于，所述的步進式中頻感應加熱爐帶有自動上料、芯表溫差監(jiān)控系統(tǒng)和快提出料機構。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈦斜軋穿孔棒坯的加熱工藝，采用臥式步進式中頻感應加熱爐代替?zhèn)鹘y(tǒng)的斜底式煤氣爐，臥式步進式中頻感應加熱爐帶有自動上料機構、芯表溫差監(jiān)控系統(tǒng)和快提出料機構，加熱過程按設定的程序和生產節(jié)拍要求自動進行；工藝包括鈦棒通過天車吊裝到儲料架上，在活動料架上平行排列；提升裝置按設定的生產節(jié)拍將活動料架上的鈦棒逐根提升到滑坡進料架上，順次進入臥式步進式中頻感應加熱爐，在爐膛內，鈦棒按設定的節(jié)拍步進式向前移動，并逐漸升溫和均熱；當鈦棒的縱向與徑向溫差和均溫時間均達到工藝要求時出料，并進入斜軋穿孔機的受料槽中鈦棒被斜軋穿孔機的軋輥咬入斜軋穿孔成荒管。本發(fā)明的工藝操作簡單精確、安全、環(huán)保、成本低。
文檔編號B21B37/74GK101029348SQ20071001756
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月27日 優(yōu)先權日2007年3月27日
發(fā)明者奚正平, 鄧炬, 張樹啟, 鄧超, 楊亞社 申請人:西部鈦業(yè)有限責任公司