大規格輥底式淬火爐設備在鋁合金中厚板生產中的應用

楊高潔 姜濤

摘要：隨著中國科技的進步，大飛機計劃和強軍戰略的實施，高性能的鋁合金中厚板材越來越多的被應用于航空、航天、艦船等高技術領域，輥底式淬火爐設備在鋁合金中厚板生產過程中的重要性也越來越被眾多鋁加工企業所重視。本文介紹了一臺超大規格輥底式淬火爐在鋁合金中厚板生產中的應用。

關鍵詞：輥底式；淬火爐；鋁合金。

過去的幾十年來，我國80%以上的鋁合金中厚板都來自于進口，隨著我國有色金屬加工行業的快速發展，國內鋁加工企業不斷地更新設備和創新工藝，國產鋁合金中厚板在航空航天、艦船、汽車和高速動車等領域得到了廣泛的應用。并隨著我國經濟轉型升級節奏的不斷加快，高性能的鋁合金中厚板需求量也越來越大。4000Mm寬幅、300000Mm長度以上的超大規格鋁合金板材是我國目前可以生產的最大規格的中厚板，而超大規格的輥底式淬火爐設備是該材料生產過程中的關鍵設備，該機組的設計和建成將滿足國內對高性能、大規格鋁合金中厚板材產品的需求，可以更好地解決靠進口鋁合金板材對我國航空、航天行業發展需要材料的制約問題。

1. 輥底式淬火爐的工藝原理

鋁合金固溶處理的實質是將材料加熱到特定溫度使溶質充分地固溶在鋁基體中，然后以最快的冷卻速度冷卻形成過飽和的固溶體，為隨后的時效過程中獲得最大的析出強化效果提供良好的條件。輥底式淬火爐熱處理機組就是借助輥底爐來實現多品種鋁合金中厚板的固溶淬火處理。

2. 輥底式淬火爐的設備組成和特性

2.1 來料品種及規格

合金品種：2xxx、6xxx、7xxx系合金；厚度：6～250mm；寬度：1000～4350mm；長度：6000～38000mm；單板最大重量：20t；金屬加熱溫度：200～580℃；爐氣最高溫度：600℃；板材冷卻速度：≥20℃/s。

2.2 設備組成和特性

鋁合金板材由天車吊至上料軌道，經軌道輸送進入爐內加熱區。板材在爐內輥上前后擺動，爐內有大風量高速軸流風機強制爐氣循環，使板材上下表面同時均勻受熱，快速加熱至設定溫度，按工藝要求保溫一段時間出爐。由軌道輸送至淬火區，分別經高壓低壓水流淬火及空氣冷卻，溫度迅速將至45℃以下，烘干后經卸料軌道運出。

2.2.1 輥底爐本體

加熱爐包括14個加熱區，全部鋁板同時加熱，依據合金牌號的不同，達到相應的保溫溫度，當所需溫度達到溫差要求時，開始保溫階段。

輥底爐本體由爐壁、內爐膛和保溫材料構成。爐壁由普碳鋼板與型鋼焊接而成，并在爐頂和兩側配有維修平臺和安全設備。保溫材料采用多層礦物纖維保溫板和陶瓷板組成，保溫層共8層，總厚度至少為400mm，內層之間均有阻凝箔，可以保證爐壁表面溫度不高于環境溫度20℃。內殼由耐腐蝕、耐熱鎳鎘合金鋼制成。內殼設計為懸掛于外殼上并與爐區中心對稱。

2.2.2 加熱系統

全部爐區均采用電阻加熱系統進行，開放式線圈加熱元件固定在陶瓷環內組成加熱器排。每個加熱區的爐頂和爐底各布置一臺循環風機，采用強對流技術實現高強度的換熱，通過位于風扇旁的導流系統和位于工作室內的風嘴組來保證在爐內每一段整個寬度方向上板材都能夠均勻受熱。空氣通過加熱元件后，經風嘴組內的風嘴從上下兩個方向同時垂直吹向板材表面，爐風通過徑向流動風機循環流通。

每個熱區裝備4個K型熱電偶，他們作為加熱系統的控制熱電偶使用，分別在空氣進入爐室的上游。回流熱電偶作為循環風機的溫度控制使用。溫度控制通過爐溫控制軟件自動實現。

2.2.3 爐內輸送輥

加熱爐膛內的輸送輥由高強度的鉻鎳合金制成，帶有耐腐蝕、耐熱刷襯和波浪形的鋼絲。板材進入加熱爐后，在擺動的爐內輸送輥上加熱保溫，這樣既避免了輥子與板材的粘連又不會劃傷板材表面，保證了較高的表面質量。全爐共有86根爐內輸送輥，驅動采用齒輪電子鏈驅動方式進行，每一爐區均設計為單獨驅動組。

2.2.4 淬火及冷卻系統

淬火系統是整個輥底爐的核心部件，淬火系統的冷卻速率直接關系到板材的最終性能。本設備的淬火系統由高壓淬火和低壓淬火組成的二合一的主淬火區，取決于板材的厚度、合金種類和最終性能要求，系統會選者高壓淬火或抵押淬火程序完成不同的冷卻速率。

在主淬火區輥道的上方及下方均布置多排的全錐形噴嘴提供不同的淬火率。所有噴嘴均由變頻水泵供水，可以無極調節水流密度。為了使鋁板的達到均勻熱傳導，上下噴嘴可獨立操作。依據鋁板的厚度和合金品種，輥道的輸送速度、噴嘴壓力及水流密度可自動預選，從而使鋁板變形將至最低同時淬火率最高。

在淬火區的入口和出口輥道頂部及底部均配備數只水刀和氣刀，已防止淬火水順著鋁板表面流回爐區。頂部水刀高度可無極調速，從而保證在鋁板的同一位置水流過時的淬火效果與鋁板厚度無關。

2.2.5 干燥箱

干燥箱布置在淬火系統后方，通過高壓風機和空氣噴嘴吹走鋁板表面的水分。吹干機由四組狹縫式噴嘴組成，三組噴頭位于板料下方，固定在輥子之間，另一組噴頭位于板料上方的支架上，配備有升降機構，可針對不同厚度板材實現吹干效果最優化。

2.2.6 卸料臺

卸料臺由安裝了抗磨軸承的輸送輥，齒輪電機，驅動鏈和型鋼構成的機架組成。輥道驅動裝置為無級變速，與全體設備的輸送系統同步運行。卸料臺配置提升和靠邊單元便于鋁板的定位，鋁板停留在指定位置供自動行車取料，靠邊完成，鋁板提升后，鋁板就位于卸料臺指定的位置便于行車自動取料。

結論：本臺大規格鋁合金中厚板輥底式淬火爐機組，設計先進，具體的優點在于可以對鋁板從頂部至底部，無論橫向還縱向做均勻的熱處理，因此可以保證鋁合金中厚板在淬火熱處理工藝中的均勻性。