CN110257600B - 一种超低碳钢管退火工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低碳钢管退火工艺及其装置，先通过中频感应方式将钢管加热至650‑700℃，然后用辐射方式将钢管加热至退火温度，装置包括依次设置的进料架、感应加热装置、辐射加热装置和出料架本发明具有加热效率高，并且加热均匀，提高钢管生产速度、生产质量和生产效益的特点。此外本发明还具有设备占地面积相对较小的特点。

Description

一种超低碳钢管退火工艺及其装置

技术领域

本发明涉及一种超低碳钢管退火工艺及其装置，特别是一种制冷行业用超低碳钢管的退火工艺及其装置。

背景技术

超低碳钢管的一个主要用途是冰箱制冷行业用的蒸发器和冷凝器上的连接管，它具有管径小、密封性能好、耐腐能力强的特点，同时具有良好的加工变形能力。由于连接管要求具有一定的强度和高的塑性变形能力，为提高生产效率，超低碳钢管全部采用高频焊接，然后拉拔成各种需要的管径。在拉拔过程中，冷加工造成的钢管变硬，可加工性下降，不能满足蒸发器冷凝器的加工需要。因此需要退火工艺来恢复超低碳钢管良好的力学性能。现有的退火工艺大多采用多管辐射式加热，或是单管电阻式加热。辐射式加热需要的时间长，而且设备占地面积大，加热效率较低。电阻式加热速度快，设备占地面积小，但是容易加热不均，出现过烧的问题，导致钢管软硬不一。因此，设计一种加热效率高，并且加热均匀，提高钢管生产速度、生产质量和生产效益的超低碳钢管退火工艺及其装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种超低碳钢管退火工艺及其装置。本发明具有加热效率高，并且加热均匀，提高钢管生产速度、生产质量和生产效益的特点。此外本发明还具有设备占地面积相对较小的特点。

本发明的技术方案：一种超低碳钢管退火工艺，先通过中频感应方式将钢管加热至650-700℃，然后用辐射方式将钢管加热至退火温度。

前述的一种超低碳钢管退火工艺中，中频感应加热时，多根钢管同时加热，每根钢管的感应器独立控制。

实现前述超低碳钢管退火工艺的装置，包括依次设置的进料架、感应加热装置、辐射加热装置和出料架；所述感应加热装置包括第一机座，第一机座上设有多个由铜管制成的感应线圈；所述辐射加热装置包括第二机座，第二机座上设有耐火砖座，耐火砖座上设有电阻加热丝，且相邻电阻加热丝之间设有耐火砖壁，电阻加热丝的上方设有与感应线圈同轴线的限位管，限位管的上方设有保温棉。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述感应线圈错位排列。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述感应线圈的控制电路包括依次连接的安全开关、全控整流器、逆变器和谐振电路；还包括控制板，控制板连接有输入装置、温度传感器、钢管速度控制器、变频调节器和电位调节器，其中变频调节器和电位调节器的信号加载在全控整流器上。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述全控整流器为三对并联的晶闸管。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述逆变器为单相桥式并联逆变器。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述保温棉下表面的中部设有向下凸的反射部，且反射部与耐火砖壁一一对应。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述保温棉下表面的边缘设有法线朝向辐射加热装置内侧的斜面。

前述的一种超低碳钢管退火装置中，所述的铜管中空，铜管上设有冷却水接口。

与现有技术相比，本发明首先通过感应加热快速将钢管加热至较高的居里点温度，再通过辐射加热的方式以使钢管均匀受热，完成退火。通过这种退火工艺，产出的产品加热均匀，硬度一致，质量较好；同时钢管生产速度较快，设备的能源利用率又相对较高，因而生产效益也更好。

在感应加热装置中，输出频率取决于并联的LC和逆变器的谐振频率，其中LC为感应加热线圈，也即负载。由于采用了并联逆变器，其逆变触发脉冲信号取自负载回路，当负载发生变化时，逆变触发脉冲的频率能自动跟踪变化着的负载以维持电路的正常工作。因而整个控制电路对负载的适应性很强，也就是温度的波动小，加热更均匀。

在辐射加热装置中，电阻加热丝设置在耐火砖壁围成的空间内，相当于将一个大热源分割为多个小热源。由此电阻丝之间的空隙更少，热辐射集中在耐火砖壁上表面处，对钢管的加热更集中，也更快，提高了能源利用率。一般用在生产线上的辐射加热装置难以做成封闭式，因此加热时热量不可避免会向外扩散。而本发明由于采用了这种多个小热源的方式，除了加热腔室边缘位置，其余热源的热辐射受到层层阻隔，向外散失较少，因而进一步提高了能源利用率。经过生产测试，本发明相比常规的电阻加热或辐射加热节约了5-10％的能耗，而且生产速度提高了20％以上。

更进一步地，感应线圈错位排列，可有效避免感应设备之间靠近产生电磁干扰，影响温度控制和设备可靠运行的问题。不仅如此，感应线圈之间相互独立，其中一个故障不会影响其它正常运行，设备维修方便。更重要的是，错位之后空间更大，人员操作更安全。

更进一步地，保温棉的反射部结构可以将部分热辐射反射到耐火砖壁上方的位置，从而使钢管进一步均匀受热。

更进一步地，保温棉下表面的斜面结构可将部分热辐射反射回加热腔室内，进一步提高能源利用率。

更进一步地，本发明通过中空的铜管结构，可以对感应线圈进行水冷，使其能长时间加热。

综上，本发明具有加热效率高，并且加热均匀，提高钢管生产速度、生产质量和生产效益的特点。此外本发明还具有设备占地面积相对较小的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是辐射加热装置的结构示意图；

图3是感应加热装置的俯视示意图；

图4反射部的原理示意图；

图5是感应线圈的结构示意图；

图6是感应加热装置的控制原理图；

图7是感应加热装置的控制电路图。

附图标记：10-感应加热装置，11-第一机座，12-感应线圈，13-冷却水接口，20-辐射加热装置，21-第二机座，22-耐火砖座，23-电阻加热丝，24-耐火砖壁，25-限位管，26-保温棉，27-反射部，28-斜面。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种超低碳钢管退火工艺，先通过中频感应方式将钢管加热至650-700℃，然后用辐射方式将钢管加热至退火温度。中频感应加热时，多根钢管同时加热，每根钢管的感应器独立控制。

对于感应加热部分。首次开机时，用红外温度仪测试钢管表面温度。当温度达到居里点时，记录感应加热时的直流电流和直流电压，作为控制温度的依据。

一种超低碳钢管退火装置，包括依次设置的进料架、感应加热装置10、辐射加热装置20和出料架，感应加热装置的前侧以及辐射加热装置的后侧设有钢管传送装置，用于控制钢管的行进速度。所述感应加热装置10包括第一机座11，第一机座11上设有由铜管制成的感应线圈12，感应线圈12错位布置；所述辐射加热装置20包括第二机座21，第二机座21上设有耐火砖座22，耐火砖座22上设有电阻加热丝23，且相邻电阻加热丝23之间设有耐火砖壁24，电阻加热丝23的上方设有与感应线圈12同轴线的限位管25，限位管25的上方设有保温棉26。

保温棉26下表面的中部设有向下凸的反射部27，且反射部27与耐火砖壁24一一对应。保温棉26下表面的边缘设有法线朝向辐射加热装置20内侧的斜面28。

所述的铜管中空，铜管上设有冷却水接口13。

感应线圈的控制电路包括依次连接的空气开关、全控整流器、逆变器和谐振电路。全控整流器为三对并联的晶闸管，逆变器为单相桥式并联逆变器。还包括控制板，控制板连接有输入装置、温度传感器、钢管速度控制器、变频调节器和电位调节器，其中变频调节器和电位调节器的信号加载在全控整流器上，钢管速度控制器的信号加载在进料架或/和出料架的电机上，进料架、出料架为现有技术，一般为电机带动滚轮或辊的结构。感应线圈的调温是温度传感器采集温度，控制板空过控制钢管速度控制器、变频调速器和电位调节器来对温度进行反馈。每一根钢管都是独立感应加热，独立控制。

辐射加热时钢管都在同一腔体内，由于这种方式本身加热均匀，因而通过控制电阻丝电流电压即可控制温度。

工作原理：如图1和图2所示，钢管放置在限位管25中，限位管25一般采用石英管。

首先，钢管穿过感应线圈12，利用中频感应加热单丝单控方式，加热钢管至居里点温度以下。中频加热采用独立控制，集成多根钢管为一台设备，充分利用集中供热提高热效率，每一根钢管相互独立控制，互不干扰。上述的电源设备为现有的常规感应加热电源，在此不过多赘述。制成感应线圈12的铜管中空，在非加热段设有冷却水接口13，如图5所示，接上冷却水管后，冷却水从一端流进，流经加热的螺旋段后从另一端流出。

然后，钢管推入辐射加热装置20的加热腔室中，以电阻丝辐射加热的方式加热至退火温度。辐射加热装置20的耐火砖形成一个底座和多道壁，电阻加热丝23设置在壁之间，由此形成多个小热源。电阻加热丝23之间的空隙更少，热辐射集中在耐火砖壁24上表面处，对钢管的加热更集中，也更快，提高了能源利用率。一般用在生产线上的辐射加热装置20难以做成封闭式，因此加热时热量不可避免会向外扩散。而本发明由于采用了这种多个小热源的方式，除了加热腔室边缘位置，其余热源的热辐射受到层层阻隔，向外散失较少。上述的电阻加热丝23外接另一组电源设备，这些电源设备都是现有常规技术，在此不过多赘述。

如图4所示，保温棉26的反射部27结构可以将，从限位管25之间漏出的热辐射反射到耐火砖壁24上方的位置，从而使钢管进一步均匀受热。

保温棉26下表面的斜面28结构可将部分热辐射反射回加热腔室内，进一步提高能源利用率。

上述感应加热装置的控制原理如图6所示，具体控制电路如图7所示。

控制电路包括由晶闸管组成的全控整流器，滤波电抗器Ld，逆变器Q7-Q10，LC谐振电路组成装置的主电路。其将输入的三相380V工频电流经空开至三相全控整流桥整定成直流电，再经电抗顺LD滤波和隔离后，将直流电压加至逆变器。逆变器由Q7-Q10组成。感应器与高频电容器组成谐振回路，送到感应器(即负载)。

控制电路的输出频率取决于LC并联振荡器的谐振频率。由于采用了并联逆变电路，逆变触发脉冲信号取自负载回路，当负载发生变化时，逆变触发脉冲的频率能自动跟踪变化着的负载维持了电路的正常工作，因而对负载的适应性很强。

控制电路输出功率的调节是通过改变整流触发角a来实现，变化范围为0-120°。当a值发生变化时，整流输出电压也随着变化，从而导致输出功率的变化。

具体的：

1、全控整流器

由T1-T6组成的整流器将三相工频交流电整流成直流电。晶闸管的导通顺序为T1T2—T2T3—T3T4—T4T5—T5T6—T6T1，每一瞬间均有两管导通，每过60°电角度，其中一管换相，周而复始。由此要求整流触发器提供相应的触发脉冲，晶闸管方能正常的导通、关断、全控整流器按下式工作：

Ud＝1.35UaCosa。

其中：Ud为整流器输出直流电压；Ua为整流器输入交流线电压；a为整流器晶闸管的导通角，移相范围0°≤a≤120°，a应能均匀连续调节，当发生过流过压或停止时，无论整流脉冲处在什么位置，均能移至120°实现保护。

2、滤波器Ld

滤波器Ld对整流出来的直流电流进行滤波，减少直流电流纹波，利于逆变器稳定工作，同时在整流器与逆变器之间起交流隔离作用。此外，不论任何原因，在滤波电抗器后发生短路故障时，配合装置的过流保护电路来限制短路电流的上升率和峰值。

3、逆变器

本装置采用单相桥式并联逆变器是由于它对负载的适应能力强。由Q7-Q10四桥臂组成的单相逆变器，当两组对角桥臂轮流导通时输出电流ia就不断反相。由于LC并联谐振电路对基波近于谐振，故负载LC两端的电压很近于基波Ua即正弦波。

逆变管IGBT每秒交替触发导通的次数即为逆变器输出电流频率，它与负载的LC的固有频率密切相关，在感应加热过程中，负载的频率特性在一定范围内发生变化，触发脉冲应具有良好的跟随特性，这是IGBT并联逆变器得以正常工作的必要条件。

4、负载电路LC

电感L对装置而言为一电路元件，对加热工件则为一能量传递的装置。

以直径4mm，壁厚0.5mm的超低碳钢管为例，本发明具体工艺参数见表1。

表1退火工艺参数表

辐射加热的炉长越15m，辐射加热的时间约为20s左右。感应加热的电流会随着钢管的速度自行调整，因而感应加热没有严格的时间控制。

使用表1中的工艺，与现有工艺的速度能耗对比见表2。

表2退火速度能耗对比表

由表2可知，本发明工艺与现有工艺相比，生产速度提升了25％左右，能耗降低了10％。

Claims (4)

1.一种超低碳钢管退火工艺的装置，其特征在于：包括依次设置的进料架、感应加热装置（10）、辐射加热装置（20）和出料架；所述感应加热装置（10）包括第一机座（11），第一机座（11）上设有多个由铜管制成的感应线圈（12）；所述辐射加热装置（20）包括第二机座（21），第二机座（21）上设有耐火砖座（22），耐火砖座（22）上设有电阻加热丝（23），且相邻电阻加热丝（23）之间设有耐火砖壁（24），电阻加热丝（23）的上方设有与感应线圈（12）同轴线的限位管（25），限位管（25）的上方设有保温棉（26）；所述感应线圈错位排列；

先通过中频感应方式将钢管加热至650-700℃，然后用辐射方式将钢管加热至退火温度；中频感应加热时，多根钢管同时加热，每根钢管的感应器独立控制；

所述感应线圈的控制电路包括依次连接的安全开关、全控整流器、逆变器和谐振电路；还包括控制板，控制板连接有输入装置、温度传感器、钢管速度控制器、变频调节器和电位调节器，其中变频调节器和电位调节器的信号加载在全控整流器上；

所述全控整流器为三对并联的晶闸管；所述逆变器为单相桥式并联逆变器。

2.根据权利要求1所述的一种超低碳钢管退火工艺的装置，其特征在于：所述保温棉（26）下表面的中部设有向下凸的反射部（27），且反射部（27）与耐火砖壁（24）一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种超低碳钢管退火工艺的装置，其特征在于：所述保温棉（26）下表面的边缘设有法线朝向辐射加热装置（20）内侧的斜面（28）。

4.根据权利要求1所述的一种超低碳钢管退火工艺的装置，其特征在于：所述的铜管中空，铜管上设有冷却水接口（13）。

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