鋁半成品的先進熱處理設備


前言
半成品的工藝鏈如擠出鋁合金、軋制鋁合金以及壓力鑄造鋁合金包括熔化、加熱、或熱處理環節。循環時間短利低能耗劉于生產成本至關重要，而精確的溫度公差和再現性及穩定的過程對產品質量也很重要。由于這些因素，現代有色金屬工業的側重點集中在先進的工業爐設計上，這個核心問題導致了用于設備的升級換代和設置新設備的各項投資。本文評述了用于鋁半成品的熱處理設備。

2 研發
為了使提供給用戶的方案產生最佳的技術和經濟效果，有必要充分了解熱處理系統的物理過程和用戶自身的應用。在我們的研發工作的基礎之上，奧托容克與 Aachen技術大學保持著廣泛的合作關系。在熱處理設備的沒計方面，我們利用了流程和溫度制度的數字模擬。在詳細設計之前，在按比例的模型上再進行測量。根據80多年來自數百套熱處理系統獲得的經驗，奧托容克可以保證每套設備均能滿足用戶的要求。

3 擠出設備
母料均勻化與坯料加熱
立式連鑄機生產的鋁合金母料—般都經均勻化處理，其過程包括加熱，保溫和冷卻。 這一過程可以連續進行，通過爐膛時，母料是橫向布置的，或利用箱式爐批量操作(圖1)。然后母料在單獨的冷卻室內空冷。其加熱不論是在直接燃氣加熱爐或在電爐內和冷卻都按對流方式進行。大量空氣經循環達到規定的加熱率和溫度公差。在箱式爐內，氣流可以反向(即循環式供向)，根據爐料量而定。
將坯料加熱到擠出溫度，可采用燃氣式或感應式加熱爐。兩種系統還可用于坯料定尺或結合母料熱剪。

燃氣爐(圖2)采用渦流或焰燒嘴的直接火焰，為了改善熱效率，提供了預熱區，來自加熱區的廢氣通過坯料或通過排列的噴嘴以高速循環氣流噴向坯料。平焰燒嘴的熱效率可以通過預熱的燃燒空氣而進一步提高。為此，在排氣管路上安置了交換器。
單坯爐由于其高度靈活性而用于鋁臺金(圖3)。將感應線圈分成數段便可以實現可控的，再現的溫度曲線，即所謂的“梯度”(圖4)。為了得到高通過量，數臺爐子可以并列運行。在上游配置冷鋸可以靈活地適應該變坯料長度的要求，單坯爐結合燃氣系統是很有利的。將坯料在燃氣爐內加熱到恒定的基本溫度，然后再在感應爐內升溫到所需要的最終溫度，這就可能利用燃氣的低成本而保持感應加熱的靈活性。
4 軋機
4.1板錠的均勻化和加熱
將鋁板錠再加熱到軋制溫度，一般采用坑式爐或推進式爐。與箱式爐相似(圖1)，兩種爐也都可以將立式連鑄機生產的板錠進行均勻化處理。由于均勻化溫度高于軋制溫度，經過均勻化處理的板錠可在爐內冷卻到軋制溫度，然后立即軋制。板錠的加熱是通過高循環氣流量的對流而進行的。這種辦法的升溫時間短，溫度公差小，保溫期的溫度精度為±3K，尤其是在均勻化過程中。因為需要輸入大量熱量，坑式爐利排進式爐通常直接用燃氣加熱。使用同流換熱燒嘴可改善燃料效率達到80％以上。通過輻射管的間接加熱和感應加熱是可行的，但不常用。
對于坑式爐，質量流加熱(以最高均勻度通過爐膛的大量氣流)和噴射加熱(從噴嘴組將高速氣流噴向板錠)是有區別的。在質量流加熱時，對流熱傳導不強烈；其結果，這種方法似乎使板錠帶了—層套，而套與板錠芯部的界面限制了熱量傳導到板錠芯部。在質量流加熱時，板錠可以平放，由間隔墊分開(圖5)，或垂直安放。在噴射加熱爐，板錠總是垂直安放(圖6)。坑式爐的缺點為需要專用吊車；此外，爐蓋打開上料時要損火很多熱能。另一方面，坑式爐的優點為可以分為數個爐膛，小批量爐料可以有效地加熱。
在推進式爐內，板錠乖直安置在錠座上，以液壓方式在滑軌上推過爐膛。先進的推進式爐也采用噴射加熱(圖7)。安裝在爐底的槽縫式噴嘴系統將可控爐氣以高速吹入板錠的間隙。推進式爐尤其適合處理大批爐料。在板錠長度變化很大的情況下，采用雙排爐配置可以得到高效率，這樣可以處理兩排短錠或單排長錠。在裝載操作時，爐門開啟次數少使熱損降至最低程度。

4.2板材的固溶熱處理

鋁板的固熔熱處理常用于高強度結構部件，如飛機結構件。熱處理過程包括固溶退火，水淬和最終人工時效。
雖然以前板材典型的固溶退火方式是在落底爐內以垂直吊掛狀態進行，然斤在爐下方的水槽中淬火,目前，設備的選擇為間接燃氣加熱或電加熱輥底爐(圖8)，板利在爐內以連續的或間歇運動方式通過爐膛，而且是在刷輥上以防止表而劃傷，熱傳導為對流式，因為爐氣是通過噴嘴以高速吹向每一塊板材的上下面，在加熱和保溫階段完成時，溫度精度為±3K(有時甚至達到±2K)，板材出爐再盡可能快地進入水淬區。在淬火區布置了板材上下面的噴嘴,噴嘴的排列和水流控制范圍適合各種產品。所以,可達到規定的高淬火率而同時扳材的翹曲最小。這種水平布置的熱處理線適用的板材厚度為2到406mm。



人工時效可在固溶退火爐內進行，但普遍采用的則是單獨的箱式爐。在箱式爐內(圖9)尺寸變化很大的板材配以間隔墊疊放。爐料可用上料機或爐車送入爐內。在爐內，可控氣體連續循環水平地穿過板材垛。爐料和爐氣的溫度精度達到非常小的±1.5k(圖10)，大量爐氣需要均勻地循環。此外，流動方向是可逆地，即周期性地變換。通過可控的混合冷空氣，可實現爐內冷卻。





4.3 帶材連續退火
帶材連續退火廣泛使用于銅合金。對于鋁則應用仍然有限，由于成木的原因，僅有少量應用(如汽車)(圖11)。但是，最近的投資和項目表明鋁的連續退火在將來將起更重要的作用。連續退火線的優點在于其在整個過程中的溫度均勻度很高(圖12)，因此，帶材特性非常一致。這對于要經受金屬加工或沖裁加工的帶材尤其重要。有色金屬的連續熱處理也依靠對熱性熱傳導。
在這些水平系統中，帶材在空氣墊上“漂浮”地通過爐膛。這些裝置就是常說的“帶材氣墊”爐。這種方法可以產生有限的力上浮力，所以，帶材厚度有上限。已建成的氣墊爐可處理的鋁帶構厚度可達到6.5mm。





4.4 卷材退火
對于鋁卷退火，批式爐用的最為廣泛。在爐中，鋁卷的軸線為水平位置；爐膛可以容納單卷或數卷，按前后排列。
熱傳導為對流式，在卷材退火的箱式爐中爐氣通過排列的噴嘴通過卷材的兩面(噴射加熱圖13)，箔材則在垂直或水平循環(質量流加熱，圖14)爐氣中退火，因為強烈的噴射流會損傷箔材，噴嘴布置的設訃是為了將升溫時間降至更最低程度，所以要增大進入卷材的熱量，同時保證高的徑向溫度精度，無熱點。根據工藝，帶材或箔材的溫度精度可在保溫階段末期達到±5℃，甚至±2℃。
帶卷的均勻化或i退火(不論是中間，部分或最終)一般在保護氣氛下進行：所用的爐子為間接燃氣加熱或電加熱。箔材退火則通常在空氣中進行，這就可以采用直接電加熱。燃氣箔材退火爐裝有輻射管，由于質量的原因，箔材決不能和爐氣接觸。
用于鋁箔的箱式爐通常用人工操作的，半自動的或自動化的上料機裝卸載，另外也用輥底爐或臺車式爐。冷卻可以是保護氣氛下爐內冷卻；由于成本的原因，空氣冷卻要在單獨的冷卻室內進行。

5.鋁的壓力鑄造
鑄件的固溶熱處理
鋁合金鑄件在汽車工業業所起的作用持續增長。通常與行走機構有關(如輪轂，輪的懸掛不見)或
發動機部分(發動機體，氣缸蓋)。其熱處理包括固溶退火及隨后的水淬，然后是人工時效。爐子采用直接燃氣燃燒或電加熱。爐料安置在退火托盤上。根掘通過量，可采用批式爐或連續式爐(圖15)。處理對車輛安全至關重要的鑄件時，固溶退火及人工時效的嚴密的2K的公差時必須達到的，產品在淬火時的變形必須最小。大通過量的先進的系統要結合平整裝置和自動化上料裝置，托盤由機械手裝卸載。結果，對托盤的抗變形能力提出了嚴格的型求。