为了知足不同的哀求,铝材在利用前很可能须要退火、淬火处理。目前,海内绝大多数铝板生产工厂都采取批式退火工艺(罩式退火炉、箱式退火炉、台车式退火炉等),只有极少数生产线采取连续退火工艺。现有的连续退火都是利用连续退火机组,采取燃气加热或者电阻加热将炉内温度提升到工艺温度。比较批式退火工艺,采取连续退火的产品品质同等性好,速率也大大提高。因此,更适宜用于大规模的连续生产。但现有连退线的技能都被国外少数企业(如奥地利Ebner)垄断,且价格很高,一样平常的企业都只能望洋兴叹。海内目前只有极少数很有实力的企业购买了此类连退线。
范例的铝材连退线工艺流程图
价格只是个中一个成分,海内的连退线在加热办法上也有很大的提升空间。现有的燃气加热和电阻加热,都是将炉内空气加热,再由空气将热量通过辐射与对流的办法通报到铝板,因此,热利用效率低,而且铝板上温度均匀性也欠佳,进而影响产品的同等性。
本文设想采取加热辊作为热源,铝板的热量全部来自于辊筒,通过传导的办法通报到材料上。这种加热办法紧张优点在于:传热速率快,生产效率高;温度均匀,产品同等性良好;能耗低。因此,理论上比现有的连退炉更有上风。
下面以海内某工厂铝材的工艺参数作为假定工具进行设计磋商。
基本参数及哀求如下:
生产材料:铝板
产品规格:厚度0.3~2.0mm;宽度:1520mm(max)
生产速率:20~60m/min
退火温度:380~420℃;
淬火温度:约540℃,水温约40℃,铝板出水温度约100℃。同时哀求不得涌现铝板在入水前即已明显低落的情形。
根据以上参数和哀求,打算如下:
1、关于退火加热功率
以升温400℃、铝板厚度2mm、宽度1520mm、速率40m/min打算,则所需净功率为:
2.0mm×1520mm×40m/min×60×2700kg/m×0.88kJ/kg.℃×400℃=6934118kJ/hr=1926kW
在如此高温下事情,建议装机功率不低于净功率的2.5倍,即装机功率不低于5000kW。
2、关于淬火线速率问题
淬火时,铝板进入到水中的温度大约为540℃,为担保其在进入水中时铝板温度没有开始低落,因此,须要铝板具有一定的线速率。
假设冷却水的换热能力足够强,水温始终坚持在40℃。
假设铝板离开水面时温度大约为100℃。
根据淬火须要的空间,暂定铝板浸泡在水中的总长度为1.8m。
已知铝的均匀导热系数为230W/m.K,密度为2700kg/m,比热容为0.88kJ/kg.℃
铝板淬火的示意图如下:
铝板进入水中时温度急剧低落,下述打算时假设瞬间降落300℃,则在不同假定速率下,可以打算得到近似的换热量和传热速率如下:
当单位韶光内铝板散热(即铝板通报到水中的热量)小于铝板内部直接传热量时,铝板在进入到水中之前即已经开始降温了。
这里以1s作为单位韶光进行近似打算,可以看出,只有速率小到0.01m/s旁边才会涌现这样的情形。
改变铝板入水后的瞬间温度低落值打算,对终极结果影响很小。
因此,在估量的工艺速率(大约20~60m/min)下,都不可能涌现铝板在进入到水中之前就开始降温的情形。
根据上述打算,考虑做如下设计。
洗濯后的铝板运送到退火炉,先由除尘辊去除途中可能的眇小灰尘,然后进入到炉子里加热。
退火炉分为5段,分别为第一升温区、第二升温区、保温区、降温区、烘干区。每个温区相对封闭,以防止相邻温区的滋扰。炉内共配置大约30支加热辊筒。
第一升温区:采取4支中低温辊筒,大约3s韶光,将铝板温度提升到近300℃,然后进入到第二升温区。
第二升温区:采取4支高温辊筒,大约3s韶光,将铝板温度提升到退火工艺温度。
保温区:根据我们所节制的信息,连续退火须要的韶光有的高达数十秒,因此,为适应各种产品,本区配置不少于20支辊筒,确保足够的勾留韶光。
降温区:设置水冷和风冷两种模式,根据须要利用,可以方便切换。一旦达到固溶温度以及保温韶光,带材急速在水/空气组合式淬火装置内进行精确的淬火冷却,针对不同厚度和合金的铝板实现必需的冷却梯度及抗张强度,同时担保铝板在淬火结束时平整。
烘干区:在降温区之后设置一个烘干区,将水冷的铝板采取热风烘干,去除残余的水分,确保铝板干燥。
上述加热单元中,要升温到如此高的温度,导热油辊、蒸汽辊、水热辊都无法知足哀求。因此,只能考虑采取电加热辊或者电磁感应加热辊。
本方案设计能否成功的要点:
1. 加热辊温度的掌握必须严格做到梯度升温,且温度均一性良好;
2. 得当的辊筒表面处理,以避免对铝材的划伤;
3. 合理的工艺条件设计,确保铝材退火和淬火的顺利进行;
4. 严格的张力掌握。
这种办法目前还没有先例,肯定还存在诸多不完善,欢迎磋商。