一种高效斜底加热工艺的制作方法

1.本发明属于热加工领域，具体涉及一种高效斜底加热工艺。


背景技术：

2.热加工是在高于再结晶温度的条件下，使金属材料同时产生塑性变形和再结晶的加工方法，使金属零件在成形的同时改它的组织或者使已成形的零件改变既定状态以改善零件的机械性能。同样，热加工也是管坯生产过程中必不可少的步骤。
3.在管坯加热领域中，热量传导的方式主要有传导，辐射及对流三种。加热低温时管坯得到的热量大部分靠对流与传导方式得到热量，而在高温时(500度以上)绝对大部分热量依靠辐射传热；温度差稍微提高，辐射热量就大大增加，可以快速的提高炉温，增大炉气与管坯的温差，可以快速加热。在管坯处理过程中，常规的斜底加热工艺采用具有一定斜度的炉底路，并利用圆棒自重滚动送料，达到滚动加热的效果，然而斜底炉的加热是以滚动的方式来进行表面受热，在均热过程中，热辐射均匀不佳造成管坯温度不均匀，从而带来温度过高的温度，甚至带来金属性能下降严重。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的问题，本发明提供一种高效斜底加热工艺，解决了现有加热工艺的缺陷，利用双梯度加热体系来实现温度的缓慢上升，配合加热段1区的缓慢升温和加热段2区的急速升温，大大稳定的配合效果，根据管坯材料的特性，达到最优化的晶粒转化。
5.为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：
6.一种高效斜底加热工艺，以斜底加热炉为加热装置，包括加热段1区、加热段2区和均热段；其中，加热段1区和加热段2区依次设置在向下的斜面上，均热段位于斜面底部的水平段，所述管坯由加热段1区进入，均热段排出。在该加热工艺中，采用二梯度加热体系形成缓慢恒温的效果，在滚动过程中，管坯收到热空气的接触，形成表面升温体系，并且在加热体系中，管坯形成逐步升温效果，同时将管坯的均热段设置在斜面底部的水平段，形成稳定的表面恒温体系，确保内外稳定恒温的同时，也保证晶粒转化稳定性，减少因管坯稳速度变化带来的晶粒变化。
7.所述加热段1区的水平长度为3.5m，加热段2区的水平长度为1.2m，均热段的水平长度为1.2m。
8.所述加热段1区内上方设置有第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴，且第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴沿着管坯滚动方向依次设置，第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴将加热段1区内形成稳定的升温区域，管坯进入至该区域内，依次受到第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的加热烧结，采用二梯度烧嘴升温结构，能够有效的拉长管坯升温过程，并且在这一过程中，管坯自身的热量传导体系能够将表面的稳定快速传递至管坯内，实现内外温度差的降低，甚至达到持平。所述第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴的前后烧结能够形成持续性烧结，能够形成由内至外的初步晶粒化，同时升温过程中，利用升温的速度减缓来提升温度交换的时
间，达到管坯升温的效果，同时也避免了急速升温所需要的高温度。
9.所述加热段2区内上方设置有第四烧嘴，且第四烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行。在使用过程中，平行于管坯的两个烧嘴件能够形成快速加热，形成的加热速度快鱼加热段1区，此时的管坯上晶粒化进一步加深，同时基于加热体系的覆盖面较大且均匀，管坯能够在第四烧嘴温度上升不多的情况下实现快速升温。在加热段1区上的连续性三烧嘴加热，将管坯温度达到初步晶化完成，形成稳定的管坯过渡升温，为后续的急速升温提供条件。
10.所述均热段内上方设置有第五烧嘴，且所述第五烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行。在均热段中，管坯已经脱离斜底加热炉的斜面，且在水平段进行移动，因此，在均热段上的管坯属于均速移动或者略带减速的滚动，形成表面均匀且效率高的加热体系，能够将经过加热段1区和加热段2区的加热处理后的管坯形成一定的温度提升效率，无需基于大功率的高温度提升；两个平行于管坯的烧嘴件能够形成温度差小但是升温效率高的加热体系，减少了管坯过烧问题，同样的，温度过高带来的氧化铁皮的问题也得到改善。
11.在均热段，高温炉气发出的热辐射通过炉墙和炉顶的折射(或直接)将能量传到管坯表面，将管坯表面形成稳定的加热，但是折射后的热辐射损失比较大，造成能耗极具上升，且管坯表面的稳定性变差，极易出现过热的问题。针对上述问题，均热段的炉墙和炉顶上设置有反射隔热膜，且该反射隔热膜贴覆在炉墙和炉顶上，所述反射隔热膜以硅氧基树脂为隔热层，以钛氧膜为反射层，形成复合膜层结构；所述反射隔热膜的制备方法如下：a1，将金属板表面进行双梯度磨砂，然后采用无水乙醇超声清洗干净，冲洗烘干得到磨砂表面；双梯度磨砂中，第一梯度中的研磨机转速为20rpm，时间为15min，第二梯度的研磨机转速为50rpm，研磨时间为20min；所述超声清洗的超声频率为50-80khz，温度为10-20℃，烘干温度为100-120℃；a2，将蒸馏水喷雾至磨砂表面形成液膜，并采用海绵布快速擦拭，得到表面略有润湿的磨砂层，所述蒸馏水的喷雾量是0.05-0.15ml/cm2；a3，将乙基纤维素加入至无水乙醚中低温超声10-20min，得到乙醚溶解液，然后将乙醚溶解液喷雾至磨砂层表面，恒温烘干得到第一覆膜层，所述乙基纤维素在无水乙醚中的浓度为3-8g/l，低温超声的温度为5-10℃，超声频率为50-80khz，所述乙醚溶解液的喷雾量是0.3-0.5ml/cm2，恒温烘干的温度为40-60℃；a3，将甲基三乙氧基硅烷加入至丙酮溶液中搅拌均匀直至溶解，然后加入硅酸乙酯继续搅拌至完全溶解，得到硅系混合液，所述甲基三乙氧基硅烷在丙酮中的浓度为40-70g/l，搅拌速度为400-600r/min，所述硅酸乙酯在丙酮中的浓度为150-250g/l；a4，将硅系混合液均匀喷雾至第一覆膜层上，恒温烘干形成表面覆膜，反复多次后形成第二覆膜层；所述硅系混合液的均匀喷雾量是0.1-0.4ml/cm2，恒温烘干的温度为30-50℃；恒温烘干与喷雾间停留5-10s，所述第二覆膜层的喷雾量是20-50g/cm2；a5，将钛酸乙酯加入至乙醚中超声分散，得到钛醚液，然后将钛醚液喷雾在第二镀膜层上，静置后烘干，反复多次，形成第三覆膜层，所述钛酸乙酯在乙醚中的浓度为50-100g/l，超声分散的超声频率为40-80khz，温度为5-10℃，所述钛醚液的喷雾量是0.2-0.6ml/cm2，静置时间为2-3s，烘干温度为40-50℃，所述第三覆膜层的总喷雾量是10-15ml/cm2；a6，将含有第三覆膜层的金属板进行密封碳化处理2-5h，得到隔热反射膜，所述密封碳化的温度为460-500℃，升温速度为5-10℃/min。该隔热反射膜的制备方法中，将磨砂处理表面喷洒蒸馏水，形成液膜，确保蒸馏水直接
进入至金属表面的磨砂缝隙，并在基于乙醚与水的微溶性和乙基纤维素的不溶性，乙基纤维素将残留的蒸馏水封闭至内层，将硅酸乙酯、甲基三乙氧基硅烷在丙酮中形成溶解体系，通过少量多次的方式喷雾在乙基纤维素表面，同时丙酮对乙基纤维素的溶解性确保部分硅酸乙酯和甲基三乙基硅烷渗透至乙基纤维素内，形成交错性粘结，提升了第二覆膜层与第一覆膜层的粘合强度，基于相同的原理，钛酸乙酯为主题的第三覆膜层同样在第二覆膜层上粘附，达到良好的粘附性，最终形成基于自身粘附特性的多层覆膜结构，在后续的碳化过程中，内层蒸馏水转化为水蒸气，并在乙基纤维素碳化固定时进入至第二覆膜层，与第二覆膜层的硅酸乙酯和甲基三乙氧基硅烷反应，转化为乙醇气体，同时乙醇气体对钛酸乙酯的作用，促进了钛酸乙酯在第二覆膜层内的渗透，随着碳化的不断深入，乙基纤维素转化为碳材料，甲基三乙氧基硅烷与硅酸乙酯均发生水解，聚合形成致密结构的硅氧体系，同时在该硅氧体系表面存在二氧化钛水解形成氧钛，此时的氧钛、氧硅形成复合材料；此时的硅氧体系与钛氧体系形成高效的热辐射反弹效果，硅氧的热量阻隔效果，能够有效的解决热量的损失，将热辐射能量完全截留在均热段内。
12.从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：
13.1.本发明解决了现有加热工艺的缺陷，利用双梯度加热体系来实现温度的缓慢上升，配合加热段1区的缓慢升温和加热段2区的急速升温，大大稳定的配合效果，根据管坯材料的特性，达到最优化的晶粒转化。
14.2.本发明利用连续式烧嘴的配合满足管坯自身导热性和塑性不佳的问题，有效的防止了内外均衡性差的问题，确保管坯内外的稳定性，
15.3.本发明采用多烧嘴件组合形成加热段2区，此时的温度已经上升至700-800℃，此时的管坯材料导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温差减小了，从而热应力大为减少，此时快速加热满足实际工艺的需求，同时对管坯材料的影响不大，实现工艺效率最大化。
16.4.本发明基于热辐射的反射吸收问题，将隔热反射层加入至均热段，能够有效的保证热量稳定性，减少了热损失，同时有利于控制管坯表面的温度，杜绝了过烧等问题。
具体实施方式
17.结合实施例详细说明本发明的一个具体实施例，但不对本发明的权利要求做任何限定。
18.实施例1
19.一种高效斜底加热工艺，包括：
20.均热段的表面处理，即在均热段的炉墙和炉顶设置反射隔热膜，且该反射隔热膜贴覆在炉墙和炉顶上，并以硅氧基树脂为隔热层，以钛氧膜为反射层，形成复合膜层结构。所述反射隔热膜的制备方法如下：a1，将金属板表面进行双梯度磨砂，然后采用无水乙醇超声清洗干净，冲洗烘干得到磨砂表面；双梯度磨砂中，第一梯度中的研磨机转速为20rpm，时间为15min，第二梯度的研磨机转速为50rpm，研磨时间为20min；所述超声清洗的超声频率为50khz，温度为10℃，烘干温度为100℃；a2，将蒸馏水喷雾至磨砂表面形成液膜，并采用海绵布快速擦拭，得到表面略有润湿的磨砂层，所述蒸馏水的喷雾量是0.05ml/cm2；a3，将乙基纤维素加入至无水乙醚中低温超声10min，得到乙醚溶解液，然后将乙醚溶解液喷雾至磨砂层表面，恒温烘干得到第一覆膜层，所述乙基纤维素在无水乙醚中的浓度为3g/l，低温超
声的温度为5℃，超声频率为50khz，所述乙醚溶解液的喷雾量是0.3ml/cm2，恒温烘干的温度为40℃；a3，将甲基三乙氧基硅烷加入至丙酮溶液中搅拌均匀直至溶解，然后加入硅酸乙酯继续搅拌至完全溶解，得到硅系混合液，所述甲基三乙氧基硅烷在丙酮中的浓度为40g/l，搅拌速度为400r/min，所述硅酸乙酯在丙酮中的浓度为150g/l；a4，将硅系混合液均匀喷雾至第一覆膜层上，恒温烘干形成表面覆膜，反复多次后形成第二覆膜层；所述硅系混合液的均匀喷雾量是0.1ml/cm2，恒温烘干的温度为30℃；恒温烘干与喷雾间停留5s，所述第二覆膜层的喷雾量是20g/cm2；a5，将钛酸乙酯加入至乙醚中超声分散，得到钛醚液，然后将钛醚液喷雾在第二镀膜层上，静置后烘干，反复多次，形成第三覆膜层，所述钛酸乙酯在乙醚中的浓度为50g/l，超声分散的超声频率为40khz，温度为5℃，所述钛醚液的喷雾量是0.2ml/cm2，静置时间为2s，烘干温度为40℃，所述第三覆膜层的总喷雾量是10ml/cm2；a6，将含有第三覆膜层的金属板进行密封碳化处理2h，得到隔热反射膜，所述密封碳化的温度为460℃，升温速度为5℃/min。此时的均热段的炉墙和炉顶均形成均匀的反射隔热层；
21.一种高效斜底加热工艺，包括加热段1区、加热段2区和均热段；其中，加热段1区和加热段2区依次设置在向下的斜面上，均热段位于斜面底部的水平段。所述加热段1区的水平长度为3.5m，加热段2区的水平长度为1.2m，均热段的水平长度为1.2m，所述加热段1区内上方设置有第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴，且第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴沿着管坯滚动方向依次设置，第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴将加热段1区内形成稳定的升温区域，所述加热段2区内上方设置有第四烧嘴，且第四烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行，所述均热段内上方设置有第五烧嘴，且所述第五烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行。将304l5的管坯放置在斜底加热炉进料端，直接进入至加热段1区，通过加热段1区加热至750
±
20℃，进入至加热段2区，并升温至1090
±
20℃，加热段时间为50min，然后经由加热段进入至均温段，均温段温度为1150
±
10℃，均温段时间为10min，均温段的温度波动更小，确保管坯均温过程中温度稳定性更佳，产品质量更好。
22.实施例2
23.一种高效斜底加热工艺，包括：
24.均热段的表面处理，即在均热段的炉墙和炉顶设置反射隔热膜，且该反射隔热膜贴覆在炉墙和炉顶上，并以硅氧基树脂为隔热层，以钛氧膜为反射层，形成复合膜层结构。所述反射隔热膜的制备方法如下：a1，将金属板表面进行双梯度磨砂，然后采用无水乙醇超声清洗干净，冲洗烘干得到磨砂表面；双梯度磨砂中，第一梯度中的研磨机转速为20rpm，时间为15min，第二梯度的研磨机转速为50rpm，研磨时间为20min；所述超声清洗的超声频率为80khz，温度为20℃，烘干温度为120℃；a2，将蒸馏水喷雾至磨砂表面形成液膜，并采用海绵布快速擦拭，得到表面略有润湿的磨砂层，所述蒸馏水的喷雾量是0.15ml/cm2；a3，将乙基纤维素加入至无水乙醚中低温超声20min，得到乙醚溶解液，然后将乙醚溶解液喷雾至磨砂层表面，恒温烘干得到第一覆膜层，所述乙基纤维素在无水乙醚中的浓度为8g/l，低温超声的温度为10℃，超声频率为80khz，所述乙醚溶解液的喷雾量是0.5ml/cm2，恒温烘干的温度为60℃；a3，将甲基三乙氧基硅烷加入至丙酮溶液中搅拌均匀直至溶解，然后加入硅酸乙酯继续搅拌至完全溶解，得到硅系混合液，所述甲基三乙氧基硅烷在丙酮中的浓度为70g/l，搅拌速度为600r/min，所述硅酸乙酯在丙酮中的浓度为250g/l；a4，将硅系混合液均匀喷
雾至第一覆膜层上，恒温烘干形成表面覆膜，反复多次后形成第二覆膜层；所述硅系混合液的均匀喷雾量是0.4ml/cm2，恒温烘干的温度为50℃；恒温烘干与喷雾间停留10s，所述第二覆膜层的喷雾量是50g/cm2；a5，将钛酸乙酯加入至乙醚中超声分散，得到钛醚液，然后将钛醚液喷雾在第二镀膜层上，静置后烘干，反复多次，形成第三覆膜层，所述钛酸乙酯在乙醚中的浓度为100g/l，超声分散的超声频率为80khz，温度为10℃，所述钛醚液的喷雾量是0.2-0.6ml/cm2，静置时间为3s，烘干温度为50℃，所述第三覆膜层的总喷雾量是15ml/cm2；a6，将含有第三覆膜层的金属板进行密封碳化处理5h，得到隔热反射膜，所述密封碳化的温度为500℃，升温速度为10℃/min。此时的均热段的炉墙和炉顶均形成均匀的反射隔热层；
25.一种高效斜底加热工艺，包括加热段1区、加热段2区和均热段；其中，加热段1区和加热段2区依次设置在向下的斜面上，均热段位于斜面底部的水平段。所述加热段1区的水平长度为3.5m，加热段2区的水平长度为1.2m，均热段的水平长度为1.2m，所述加热段1区内上方设置有第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴，且第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴沿着管坯滚动方向依次设置，第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴将加热段1区内形成稳定的升温区域，所述加热段2区内上方设置有第四烧嘴，且第四烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行，所述均热段内上方设置有第五烧嘴，且所述第五烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行。将304lr的管坯放置在斜底加热炉进料端，直接进入至加热段1区，通过加热段1区加热至800
±
20℃，进入至加热段2区，并升温至1100
±
20℃，加热段时间为60min，然后经由加热段进入至均温段，均温段温度为1150
±
10℃，均温段时间为10min，均温段的温度波动更小，确保管坯均温过程中温度稳定性更佳，产品质量更好。
26.实施例3
27.一种高效斜底加热工艺，包括：
28.均热段的表面处理，即在均热段的炉墙和炉顶设置反射隔热膜，且该反射隔热膜贴覆在炉墙和炉顶上，并以硅氧基树脂为隔热层，以钛氧膜为反射层，形成复合膜层结构。所述反射隔热膜的制备方法如下：a1，将金属板表面进行双梯度磨砂，然后采用无水乙醇超声清洗干净，冲洗烘干得到磨砂表面；双梯度磨砂中，第一梯度中的研磨机转速为20rpm，时间为15min，第二梯度的研磨机转速为50rpm，研磨时间为20min；所述超声清洗的超声频率为70khz，温度为15℃，烘干温度为110℃；a2，将蒸馏水喷雾至磨砂表面形成液膜，并采用海绵布快速擦拭，得到表面略有润湿的磨砂层，所述蒸馏水的喷雾量是0.10ml/cm2；a3，将乙基纤维素加入至无水乙醚中低温超声15min，得到乙醚溶解液，然后将乙醚溶解液喷雾至磨砂层表面，恒温烘干得到第一覆膜层，所述乙基纤维素在无水乙醚中的浓度为5g/l，低温超声的温度为8℃，超声频率为70khz，所述乙醚溶解液的喷雾量是0.4ml/cm2，恒温烘干的温度为50℃；a3，将甲基三乙氧基硅烷加入至丙酮溶液中搅拌均匀直至溶解，然后加入硅酸乙酯继续搅拌至完全溶解，得到硅系混合液，所述甲基三乙氧基硅烷在丙酮中的浓度为60g/l，搅拌速度为500r/min，所述硅酸乙酯在丙酮中的浓度为200g/l；a4，将硅系混合液均匀喷雾至第一覆膜层上，恒温烘干形成表面覆膜，反复多次后形成第二覆膜层；所述硅系混合液的均匀喷雾量是0.3ml/cm2，恒温烘干的温度为40℃；恒温烘干与喷雾间停留8s，所述第二覆膜层的喷雾量是40g/cm2；a5，将钛酸乙酯加入至乙醚中超声分散，得到钛醚液，然后将钛醚液喷雾在第二镀膜层上，静置后烘干，反复多次，形成第三覆膜层，所述钛酸乙酯在乙醚
中的浓度为80g/l，超声分散的超声频率为60khz，温度为8℃，所述钛醚液的喷雾量是0.4ml/cm2，静置时间为3s，烘干温度为45℃，所述第三覆膜层的总喷雾量是12ml/cm2；a6，将含有第三覆膜层的金属板进行密封碳化处理4h，得到隔热反射膜，所述密封碳化的温度为480℃，升温速度为8℃/min。此时的均热段的炉墙和炉顶均形成均匀的反射隔热层；
29.一种高效斜底加热工艺，包括加热段1区、加热段2区和均热段；其中，加热段1区和加热段2区依次设置在向下的斜面上，均热段位于斜面底部的水平段。所述加热段1区的水平长度为3.5m，加热段2区的水平长度为1.2m，均热段的水平长度为1.2m，所述加热段1区内上方设置有第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴，且第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴沿着管坯滚动方向依次设置，第一烧嘴、第二烧嘴和第三烧嘴将加热段1区内形成稳定的升温区域，所述加热段2区内上方设置有第四烧嘴，且第四烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行，所述均热段内上方设置有第五烧嘴，且所述第五烧嘴由两个相同的烧嘴件组成，两个所述烧嘴件的连线与管坯平行。将304l5的管坯放置在斜底加热炉进料端，直接进入至加热段1区，通过加热段1区加热至800
±
20℃，进入至加热段2区，并升温至1110
±
20℃，然后经由加热段进入至均温段，均温段温度为1170
±
10℃，均温段的温度波动更小，确保管坯均温过程中温度稳定性更佳，产品质量更好。
30.综上所述，本发明具有以下优点：
31.1.本发明解决了现有加热工艺的缺陷，利用双梯度加热体系来实现温度的缓慢上升，配合加热段1区的缓慢升温和加热段2区的急速升温，大大稳定的配合效果，根据管坯材料的特性，达到最优化的晶粒转化。
32.2.本发明利用连续式烧嘴的配合满足管坯自身导热性和塑性不佳的问题，有效的防止了内外均衡性差的问题，确保管坯内外的稳定性，
33.3.本发明采用多烧嘴件组合形成加热段2区，此时的温度已经上升至700-800℃，此时的管坯材料导热性和塑性显著增加，同时沿断面的温差减小了，从而热应力大为减少，此时快速加热满足实际工艺的需求，同时对管坯材料的影响不大，实现工艺效率最大化。
34.4.本发明基于热辐射的反射吸收问题，将隔热反射层加入至均热段，能够有效的保证热量稳定性，减少了热损失，同时有利于控制管坯表面的温度，杜绝了过烧等问题。
35.可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。