專利名稱：一種輕金屬坯料的加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種冶金行業(yè)的金屬材料的加熱方法，尤其涉及到一種輕 金屬坯料的加熱方法。
背景技術(shù)：
金屬坯料的加熱工藝方法是金屬熱加工變形工藝的必要前提，也是生 產(chǎn)絕大多數(shù)金屬制品的必要工序。
金屬錠(坯)料的加熱目的是提高材料塑性，降低變形抗力，使壓力 加工順利進(jìn)行；在加熱過(guò)程中還可以消除和改善錠坯帶來(lái)的某些缺陷。坯 料加熱的熱量傳遞方式有三種傳遞、對(duì)流和輻射傳熱。加熱爐對(duì)金屬錠 (坯)料的加熱過(guò)程是通過(guò)加熱爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐 墻、爐頂輻射熱來(lái)完成加熱的過(guò)程。材料錠、坯低溫時(shí)靠傳導(dǎo)和對(duì)流方式 加熱，在高溫下，主要靠輻射方式加熱。對(duì)黑色金屬及其合金而言，加熱 溫度可以是110(TC以上的高溫；不同輕金屬的起始加熱溫度和保溫溫度 是不同的，但對(duì)于具體的輕金屬品種而言，每一種的始加熱溫度和保溫溫 度是確定的。例如鋁、鎂的加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度在100'C 20(TC之間；
a-Ti鈦合金加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度在30(TC 550'C之間；a+(3鈦合金加熱 爐預(yù)熱段爐膛溫度在30(rC 65(TC之間。鋁、鎂加熱爐均熱段爐膛溫度在 350 400。C左右；a-Ti鈦及其合金加熱爐均熱段爐膛溫度在750。C 850。C; a+卩鈦合金加熱爐均熱段爐膛溫度可達(dá)900~980°C 。
目前，輕金屬合金(鋁、鎂、鈦金屬，或鋁、鎂、鈦合金)錠(坯) 料的加熱方式是"熱傳遞為主、熱對(duì)流為輔"工藝，具體工藝有兩種
(1)采用保護(hù)氣氛的專用加熱爐進(jìn)行錠(坯)料加熱，避免錠、坯 料被有害氣體侵蝕。因?yàn)檩p金屬及其合金具有很高的化學(xué)活性，在高溫下 與氧、氮、氫和其他能在表面形成化合物并滲透到晶格內(nèi)的氣體發(fā)生劇烈 反應(yīng)，或溶解于鋼液使金屬機(jī)械性能發(fā)生變化。不同輕金屬及合金在含氫、 氧、氮的氣氛中加熱都有一個(gè)大量吸氣和吸氣速率急劇增加過(guò)程，氣體溶
解在鋼液中或生成夾雜物，為壓力加工和材料使用埋下隱患。這種工藝方 法的不足之處是加熱爐容量較小，錠(坯)料的單重較小，且電加熱、 保護(hù)氣氛工藝的生產(chǎn)制造成本較大。
(2)具備黑色金屬和有色金屬生產(chǎn)并存的少數(shù)特種冶金企業(yè)， 一般 先將鑄錠鍛造成小斷面錠(坯)料，然后采用加熱爐進(jìn)行坯料加熱，加熱 爐一般采用容量中等的推進(jìn)式加熱爐，而不是容量較大的步進(jìn)式加熱爐 (因有色金屬的特種冶煉鑄錠較??；而能鑄大錠的企業(yè)因無(wú)連軋或線材生
產(chǎn)裝備，只能將大鑄錠開(kāi)坯為小鋼坯生產(chǎn))，該工藝方法的不足之處是-主要用于加熱黑色金屬的加熱爐缺乏保護(hù)氣氛條件，錠(坯)料只能在氧 化爐氣中加熱，造成錠(坯)料被有害氣體侵蝕，為壓力加工和材料使用
埋下隱患)；此外，與推進(jìn)式加熱爐配套的軋制方式是橫列式軋機(jī)，需多 火成材，造成錠(坯)料被有害氣體多次侵蝕；同時(shí)加熱的錠(坯)料的 單重一般不大于500公斤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種輕金屬坯料的加熱方法，能在輕金屬或輕 金屬合金坯料的加熱過(guò)程中有效避免氧、氮、氫等在金屬表面上形成化合 物并滲透到晶格內(nèi)的有害氣體對(duì)坯料基體的侵蝕，而且能加熱單重較大的 坯料。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種輕金屬坯料的加熱方法，包括下 列步驟-
(1) 將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完畢，整個(gè)
加熱爐膛溫度達(dá)到IIO(TC以上；
(2) 黑色金屬鋼坯完成后，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)15分鐘 20分鐘，關(guān) 閉燃?xì)鉄欤?br> (3) 依靠加熱爐進(jìn)口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度；依靠加熱 爐出口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐均熱段爐膛溫度；
(4) 爐膛處于封閉狀態(tài)，加熱爐氣氛控制在微氧化性氣氛；步驟(4)中的
加熱爐氣氛控制在微氧化性氣氛的步驟為關(guān)閉燒嘴和風(fēng)門(mén)，使燃?xì)夂涂?氣進(jìn)入不到爐膛，鋼坯進(jìn)爐時(shí)僅帶入少量的空氣，使鋼坯加熱時(shí)則處于
微氧化氣氛中加熱。
(5) 將需要加熱的輕金屬坯料放入加熱爐預(yù)熱段，在每支輕金屬坯料前 后各放置一支不銹鋼，即兩支不銹鋼之間放置一支輕金屬鋼坯，加熱爐
預(yù)熱段步進(jìn)速度1 1.5mm/分鐘；
(6) 輕金屬坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段升溫，再進(jìn)入均熱 段保溫，加熱段、均熱段步進(jìn)速度1 1.5mm/分鐘，加熱、均熱時(shí)間在 1650 2480分鐘之間。在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段靠爐底 的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò)程。
較佳地，所述的輕金屬坯料為的斷面尺寸為160xl60 220x220mm 坯。輕金屬坯料的單重》1200公斤。不銹鋼和輕金屬坯料規(guī)格相同。不 銹鋼和輕金屬坯料放置的間隔距離為80~120mm。
不同輕金屬的起始加熱溫度和保溫溫度是不同的，但對(duì)于具體的輕金 屬品種而言，每一種的始加熱溫度和保溫溫度是確定的(現(xiàn)有技術(shù))。例 如鋁、鎂的加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度在10(TC 200'C之間；a-Ti鈦合金加 熱爐預(yù)熱段爐膛溫度在30(TC 55(TC之間；a+p鈦合金加熱爐預(yù)熱段爐膛 溫度在300'C 65(TC之間；鋁、鎂加熱爐均熱段爐膛溫度在350 40(TC左 右；a-Ti鈦及其合金加熱爐均熱段爐膛溫度在750°C~850°C; a+(3鈦合金 加熱爐均熱段爐膛溫度可達(dá)900 98(TC。若在同一規(guī)格組距生產(chǎn)不同輕金 屬或合金品種時(shí)，進(jìn)爐排產(chǎn)順序原則為先加熱加工溫度高的，后加熱加 工溫度低的，即滿足"先高溫后低溫"原則。
本發(fā)明的加熱工藝最關(guān)鍵的是采用了不銹鋼坯料和輕金屬坯料交替 放置的形式，這是因?yàn)椴讳P鋼在爐內(nèi)加熱不易產(chǎn)生表面氧化鐵皮，步進(jìn) 運(yùn)行中沒(méi)有氧化鐵皮剝落造成爐內(nèi)揚(yáng)塵，避免了有色金屬表面污染。調(diào)溫 不銹鋼尺寸為有色金屬鋼坯同規(guī)格。因有色金屬生產(chǎn)批量較少，調(diào)溫不銹 鋼放在輕金屬坯料之間起到先期吸熱和有色金屬鋼坯加熱均勻的作用。
和現(xiàn)有的加熱工藝相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其簡(jiǎn)化了加熱工序，采取
完全利用加熱爐膛內(nèi)高溫輻射熱對(duì)輕金屬及合金坯進(jìn)行加熱。在不使用燃 料情況下，完成輕金屬及合金加熱過(guò)程，同時(shí)達(dá)到了避免輕金屬極其合金 鋼坯加熱時(shí)受到氧、氮、氫等氣體在該類鋼坯金屬表面形成化合物并滲透 到晶格內(nèi)對(duì)坯料基體產(chǎn)生侵蝕。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的加熱方法。 實(shí)施例1
鈦材料TA1坯型，其坯料尺寸為160xl60xl0000mm。成品規(guī)格O 10mm。坯料重量12噸。
設(shè)計(jì)純鈦軋坯加熱溫度為820°C ，軋坯出爐時(shí)實(shí)測(cè)溫度780°C 。用80~90 分鐘，完全靠爐膛的輻射熱來(lái)完成鈦坯加熱。
加熱爐采用四段步進(jìn)梁式加熱爐。其加熱爐有效長(zhǎng)度23500mm;步進(jìn) 間隔100mm。
具體操作如下
同規(guī)格黑色金屬大組批出爐結(jié)束，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)，然后按照 調(diào)溫不銹鋼坯料和純鈦坯交替放置的方式放進(jìn)爐內(nèi)。關(guān)閉全部燃?xì)鉄欤?鈦坯料按步進(jìn)速度為40秒/步快速步進(jìn)，出鋼軋制。 本實(shí)施例中鈦坯的加熱方法步驟如下-
(1) 將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完畢，整 個(gè)加熱爐膛溫度(預(yù)熱段、加熱段、均熱段)達(dá)到110(TC以上；
(2) 黑色金屬鋼坯完成后，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)15分鐘，關(guān)閉燃 氣燒嘴；
(3) 依靠加熱爐進(jìn)口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度T1控制 在50(TC;依靠加熱爐出口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐均熱段爐膛溫度T2控制 在950°C;
(4) 關(guān)閉風(fēng)門(mén)，使?fàn)t堂處于封閉狀態(tài)，將加熱爐氣氛控制為微氧化性；
(5) 將需要加熱的輕金屬坯料放入溫度為500。C的加熱爐預(yù)熱段，依 靠預(yù)熱段的熱對(duì)流來(lái)完成鋼坯預(yù)熱，加熱爐預(yù)熱段步進(jìn)速度lmm/分鐘； 在每支輕金屬坯料前后各放置一支不銹鋼，形成兩支不銹鋼之間放置一支
輕金屬鋼坯。不銹鋼坯料在爐堂內(nèi)的放置方式為不銹鋼坯料和輕金屬坯
料交替放置；
(6) 輕金屬坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段爐膛溫度950'C 升溫，再進(jìn)入均熱段保溫，加熱段、均熱段步進(jìn)速度lmm/分鐘，加熱、
均熱時(shí)間在1650分鐘之間。在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段靠 爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò)程。 用爐堂輻射熱完成鈦坯加熱過(guò)程。避免有害氣體對(duì)鈦坯侵蝕；空步造 成的停軋時(shí)間，用于軋前軋線檢查；調(diào)溫鋼幫助吸熱、防止鈦坯被爐內(nèi)氧 化鐵皮粘污。調(diào)溫鋼出爐后進(jìn)入拉料平臺(tái)返回原料場(chǎng)。
實(shí)施例2
a+p鈦合金坯型，其坯料尺寸為180xl80x8000mm。成品規(guī)格O10mm。 坯料重量8噸。
設(shè)計(jì)a+P鈦合金軋坯加熱溫度為980°〔〕，軋坯出爐時(shí)實(shí)測(cè)溫度880°C。 用80~卯分鐘，完全靠爐膛的輻射熱來(lái)完成a+卩鈦合金加熱。
加熱爐采用四段步進(jìn)梁式加熱爐。其加熱爐有效長(zhǎng)度23500mm;步進(jìn) 間隔100mm。
具體操作如下
同規(guī)格黑色金屬大組批出爐結(jié)束，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)，然后按照 調(diào)溫不銹鋼坯料和CX+P鈦合金坯交替放置的方式放進(jìn)爐內(nèi)。關(guān)閉全部燃?xì)?br> 燒嘴，鈦坯料按步進(jìn)速度為40秒/步快速步進(jìn)，出鋼軋制。 本實(shí)施例中a+(3鈦合金坯的加熱方法步驟如下
(1) 將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完畢，整 個(gè)加熱爐膛溫度(預(yù)熱段、加熱段、均熱段)達(dá)到110(TC以上；
(2) 黑色金屬鋼坯完成后，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)18分鐘，關(guān)閉燃 氣燒嘴；
(3) 依靠加熱爐進(jìn)口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度Tl控制 在600'C;依靠加熱爐出口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐均熱段爐膛溫度T2控制 在980。C;
(4) 關(guān)閉風(fēng)門(mén)，使?fàn)t堂處于封閉狀態(tài)，將加熱爐氣氛控制為微氧化性;
(5) 將需要加熱的a+卩鈦合金坯放入溫度為600'C的加熱爐預(yù)熱段， 依靠預(yù)熱段的熱對(duì)流來(lái)完成鋼坯預(yù)熱，加熱爐預(yù)熱段步進(jìn)速度1.2mm/分 鐘；在每支輕金屬坯料前后各放置一支不銹鋼，形成兩支不銹鋼之間放置 一支輕金屬鋼坯。不銹鋼坯料在爐堂內(nèi)的放置方式為不銹鋼坯料和輕金
屬坯料交替放置；
(6) (X+(3鈦合金坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段爐膛溫度
980'C升溫，再進(jìn)入均熱段保溫，加熱段、均熱段步進(jìn)速度1.2mm/分鐘， 加熱、均熱時(shí)間在2400分鐘。在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段 靠爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò) 程。
實(shí)施例3
鋁合金坯型，其坯料尺寸為220x220xl2000mm。成品規(guī)格O10mm。 坯料重量11噸。
設(shè)計(jì)鋁合金軋坯加熱溫度為480°C，軋坯出爐時(shí)實(shí)測(cè)溫度400°C。用 80 卯分鐘，完全靠爐膛的輻射熱來(lái)完成金屬鋁合金加熱。
加熱爐采用四段步進(jìn)梁式加熱爐。其加熱爐有效長(zhǎng)度23500mm;步進(jìn) 間隔100mm。
具體操作如下
先將同規(guī)格黑色金屬加熱，加熱結(jié)束后，利用余熱加熱純鈦坯(因?yàn)?純鈦的熱加工溫度要高于鋁合金坯的熱加工溫度，"先高溫后低溫原 則")，待同規(guī)格的純鈦坯大組批出爐結(jié)束，然后按照調(diào)溫不銹鋼坯料和 鋁合金坯交替放置的方式放進(jìn)爐內(nèi)。關(guān)閉全部燃?xì)鉄欤伵髁习床竭M(jìn)速 度為40秒/步快速步進(jìn)，出鋼軋制。
本實(shí)施例中鋁合金坯的加熱方法步驟如下
(1) 將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完畢，整 個(gè)加熱爐膛溫度(預(yù)熱段、加熱段、均熱段)達(dá)到IIO(TC以上，然后利用 余溫先加熱純鈦坯料；
(2) 純鈦坯加熱完成后，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)20分鐘，關(guān)閉燃?xì)?燒嘴；
(3) 依靠加熱爐進(jìn)口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度Tl控制 在18(TC;依靠加熱爐出口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐均熱段爐膛溫度T2控制 在480。C;
(4) 關(guān)閉風(fēng)門(mén)，使?fàn)t堂處于封閉狀態(tài)，將加熱爐氣氛控制為微氧化性;
(5) 將需要加熱的鋁合金坯料放入溫度為18(TC的加熱爐預(yù)熱段，依 靠預(yù)熱段的熱對(duì)流來(lái)完成鋼坯預(yù)熱，加熱爐預(yù)熱段步進(jìn)速度1.5mm/分鐘； 在每支輕金屬坯料前后各放置一支不銹鋼，形成兩支不銹鋼之間放置一支 輕金屬鋼坯。不銹鋼坯料在爐堂內(nèi)的放置方式為不銹鋼坯料和輕金屬坯 料交替放置；
(6) 金屬鋁合金坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段爐膛溫度 48(TC升溫，再進(jìn)入均熱段保溫，加熱段、均熱段步進(jìn)速度1.5mm/分鐘， 加熱、均熱時(shí)間在2480分鐘。在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段 靠爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò)程。
權(quán)利要求
1.一種輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于，包括下列步驟(1)將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，加熱完畢，整個(gè)加熱爐膛溫度達(dá)到1100℃以上；(2)黑色金屬鋼坯完成后，加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)15分鐘～20分鐘，關(guān)閉燃?xì)鉄欤?3)依靠加熱爐進(jìn)口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度；依靠加熱爐出口爐門(mén)及風(fēng)門(mén)調(diào)節(jié)加熱爐均熱段爐膛溫度；(4)爐膛處于封閉狀態(tài)，加熱爐氣氛控制在微氧化性氣氛；(5)將需要加熱的輕金屬坯料放入加熱爐預(yù)熱段，在每支輕金屬坯料前后各放置一支不銹鋼，即兩支不銹鋼之間放置一支輕金屬鋼坯，加熱爐預(yù)熱段步進(jìn)速度1～1.5mm/分鐘；(6)輕金屬坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段升溫，再進(jìn)入均熱段保溫，加熱段、均熱段步進(jìn)速度1～1.5mm/分鐘，加熱、均熱時(shí)間在1650～2480分鐘之間。在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段靠爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò)程。
2. 如權(quán)利要求1所述的輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于，步驟(4) 中的加熱爐氣氛控制在微氧化性氣氛的具體步驟為關(guān)閉燒嘴和風(fēng) 門(mén)，使燃?xì)夂涂諝膺M(jìn)入不到爐膛，鋼坯進(jìn)爐時(shí)僅帶入少量的空氣，使 鋼坯加熱時(shí)處于微氧化氣氛。
3. 如權(quán)利要求l所述的輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于所述的輕 金屬坯料為的斷面尺寸為160xl60 220x220mm。
4. 如權(quán)利要求l所述的輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于輕金屬坯 料的單重^1200公斤。
5. 如權(quán)利要求l所述的輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于所述不銹 鋼和輕金屬坯料規(guī)格相同。
6. 如權(quán)利要求1或2所述的輕金屬坯料的加熱方法，其特征在于不銹 鋼和輕金屬坯料放置的間隔距離為80 120mm。
全文摘要
一種輕金屬坯料的加熱方法，包括下列步驟將黑色金屬鋼坯放入步進(jìn)式多段加熱爐進(jìn)行加熱，整個(gè)加熱爐膛溫度達(dá)到1100℃以上；加熱爐內(nèi)處于無(wú)料狀態(tài)；調(diào)節(jié)加熱爐預(yù)熱段爐膛溫度和加熱爐均熱段爐膛溫度；爐膛處于封閉狀態(tài)，加熱爐氣氛控制在微氧化性；將需要加熱的輕金屬坯料放入加熱爐預(yù)熱段，在每支輕金屬坯料前后各放置一支不銹鋼，即兩支不銹鋼之間放置一支輕金屬鋼坯；輕金屬坯料經(jīng)加熱爐預(yù)熱段預(yù)熱后，進(jìn)入加熱段升溫，再進(jìn)入均熱段保溫，在封閉狀態(tài)下，加熱爐的加熱段、均熱段靠爐底的傳導(dǎo)熱、爐氣對(duì)流熱及爐氣、爐墻、爐頂?shù)妮椛錈醽?lái)完成加熱過(guò)程。
文檔編號(hào)C22F1/00GK101168827SQ20061011760
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者徐薌明, 昭 楊, 秦伯祥 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司