感应加热在钛板轧前加热中的应用

感应加热在钛板轧前加热中的应用一、概述感应加热有以下特点：加热温度高、效率高、加热速度快。容易实现控制自动化。环境污染少，几乎没有噪声和灰尘。设备体积小、可节约场地。工件加热均匀，产品质量好。感应加热的优点：第一、是能耗低。感应加热炉的加热热效率可到达70%左右，各种室式炉只有30%左右。第二、使用方便，操作简单，可长时间连续工作也可根据需要随时启停，可实现全自动或半自动加热。第三、加热效率高，因而电能消耗少，工件变形小而且加热速度快，可使工件在极短的时间内到达所需的温度，从而使工件表而氧化和脱碳等加热缺陷降到很低程度。第四、易于实现生产自动化，便于管理，提高生产效率。第五、感应加热还具备电能利用率高、环保节能、平安可靠和作业环境好等优点。二、研究背景某有色材料生产厂家在钛板坯轧前加热设备为电阻炉，由于电阻炉加热效率低，加热、保温时间过长，导致钛板表而严重氧化，致使材料利用率降低，保温过程晶粒长大，影响成品板材质量。为提高产品原材料的利用率、提高产品质量、降低能耗，公司提出引进感应加热炉用于取代电炉，满足公司最大坯料(3180*850*2200)轧前加热要求。三、板坯轧制要求及其加热制度钛及钛合金密度小、比强度高、耐热、耐低温性能好，具有优良的耐蚀性能，并且导热性能差、无磁、弹性模量低，具有很高的化学活性等。金属钛有两种同素异形态，低温稳定态为a-Ti，其晶格类型为密排六方晶系；高温稳定态为p-Ti,体其晶格类型为心立方晶系，相变温度为882.5C。。工业纯钛的单位压力随着加热温度升高明显降低〔见表2〕。当加热温度超过相变温度，引起p相晶粒迅速長大，对工业纯钛是有害的。如果不能保证主要变形在c〔相区完成，那么会造成组织粗化，恶化产品性能。实践说明，在Q相区轧制具有良好的工艺塑性，一次总加工率可达90%以上，同时有害气体对产品的污染程度也比p相区轧制的轻〔见表3〕。钛是一种活性金属，钛在空气中受热很容易与氧发生反响，氧气进入钛表而晶格中，形成致密的氧化薄膜，这层氧化膜具有保护作用，这也是钛耐腐蚀的原因，但是随着温度的升高，当温度升高到500C。的时候，表而的氧化膜开始在钛中溶解，氧开始向金属内部晶格扩散，当温度高于700C。的时候，氧向金属内部的扩散加速，表而的氧化膜失去保护作用。致使钛外表的氧化物迅速增加，从而降低材料的利用率。因此合理的加热制度是提高材料利用率的关键因素。见表2,当板坯厚度150200mm时，电阻炉加热所需时间显著增加，由于电阻炉是属于热传递式加热，材料芯表温差较大，必须经过长时间保温来实现匀热，匀热时间越长，那么a相向p相转化程度越高，p相晶粒随着保温时间的增加而迅速长大，造成组织粗化而影响产品性能。见表3,有害气体对钛及钛合金板坯的污染程度，随坯料的加热温度升高而增大。有害气体的污染所形成的吸气层显著降低板坯外表的塑性，严重影响着材料的表而质量。综上所述钛板坯采用感应加热炉加热时，加热时间短，芯表温差均匀，板坯外表氧化层少，可以显著提高材料的利用率，提高产品质量、降低能耗。四、变频电源功率及加热节拍计算公司的轧机型号为2500mm三馄热轧机，主电机为1500KW交流电札根据工艺要求，板材轧制起始温度840880Co，完成一张坯料开坯的轧制时间约为lOmino由于厂房供电最大容量为2500KW,为满足2500mm三眾热轧机及其附属设备的正常工作和厂房的日常用电，最多可提供800KW的供电容量用于感应加热设备的正常使用。而感应加热设备功率确实定是需要被加热工件重量、加热节拍以及最高加热温度计算得出的，公式如下：由于完成一张板坯的轧制所需时间为10mm,受厂房供电条件影响,感应加热炉的最大功率为800KW，板坯从室温加热至轧制温度所需时间较长，无法满足轧机的满负荷工作，造成能源的浪费，通过上式可知，降低感应加热炉升温温差，可以显著提高感应炉加热效率，当起始温度升高至500C。时，加热节拍满足轧机的正常轧制需要。通过表3可知，板坯外表吸气层的厚度受加热温度的影响，在高温段的影响尤为严重，在低温段时那么微乎其微，因此，可以采用电阻炉预热至500C0后转送至感应加热炉中升温至轧制温度的形式是可行的。五、电源频率的选择在各种感应加热应用中，穿透加热是感应加热中用途比拟广泛的,主要用于各种金属热加工前的预热和热处理中的透热。其中最重要的热加工过程如锻造、挤压和轧制。选择穿透加热的频率主要考虑金属材料的加热深度，金属材料加热深度可以用临界频率表计算出来，对于薄板或者厚板等板材而言，其感应加热的临界频率是指当板厚大约是穿透深度的2.25倍时的频率。对于结构简单的工件加热，如棒材、板材等，其临界频率或最低频率F由下式给出棒材：F二4*108p/“2板材：F二2.27*208p/w2式中：a表示棒材的直径或者板材的厚度〔单位：cm〕M表示工件相对导磁率p表不工件的电阻率〔单位：Qcrn〕金属材料的电阻率p随温度的变化而变化。因此，计算临界频率F时，所取的材料电阻率p是指金属材料感应加热最高温度时的p值。己知板材厚度a=18cm钛的导电性能较差，近视于不锈钢。假设以铜的导电率为100%,那么钛仅为3.1%0钛的导电性随温度的变化关系见图1。20C。时，工业纯钛的电阻率为0.556uQrn,在不同温度下，*工业纯钛的电阻率可通过下式求得：p=0.51+2.25*10-3t-8.6*10-10*t3当t=860C°求得p=0.51+2.25*10-3*860-8.6*10-10*8603〜1.9pQ-m=1.9*10-4Q-cmU=1.00004H/m取2六、结论根据公司的设备状况及厂房供电情况，技术人员与感应加热炉制造厂家沟通，制造厂根据公司提出的要求结合理论依据，最终选用