一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置及使用方法

1.本技术涉及钢铁冶金成形技术领域，尤其涉及一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置及使用方法。


背景技术：

2.大型环件在化工领域中广泛应用于各类塔、加氢反应器、煤液化装置等大型压力容器中，是主要的承压元件之一。由于承受压力和结构强度的要求，大型环件往往是超大厚件，其最大尺寸能达到直径8m，厚度0.65m。这样大尺寸的环件制造，目前较为先进的生产工艺是轧制制造，其轧制成形工艺为下料-加热-自由锻-加热-轧制-热处理。
3.其中成形质量、缺陷控制、综合力学性能等诸多因素都要考虑，故而在制造过程中，针对这些因素衍生出了相应的工序，例如，控制大型环件轧制质量的一个重要工艺流程，是热轧时需要进行合理冷却，通过控制冷却保证环件温度均匀性，确保轧后环件组织性能均匀和产品使用性能。
4.环件轧制完成后，需要进行热处理过程调整环件的综合力学性能，以满足环件的使用需要，而传统的热处理过程需要将环件移动至专门的热处理区域，再经过加热和冷却的过程。这些工序之间互相脱离，独立，这不仅破坏了工艺生产的连续性，降低生产效率，同时也对电能、煤炭等资源造成了浪费，提高了单位产值能耗，不利于高精尖的制造业发展。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置及使用方法，解决了目前大型环件制造过程中因轧制过程和热处理过程分离导致的生产效率低和能量损耗率高的问题。
6.为达到上述目的，一方面，本技术提供了一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置，包括轧制成形装置和热处理装置，其中：所述轧制成形装置包括对环件进行轧制前预加热的第一加热部件以及对环件进行轧制的轧辊机构；所述热处理装置包括对轧制后的环件进行加热的第二加热部件以及对环件进行冷却的冷却组件，所述第一加热部件、轧辊机构、第二加热部件和冷却组件沿环件的周向依次设置。
7.进一步地，所述第一加热部件和第二加热部件均是可拼接的感应加热线圈，所述第一加热部件和第二加热部件套设在环件的外侧，第一加热部件与环件、第二加热部件与环件之间均具有间隙。
8.进一步地，所述冷却组件包括射流冷却喷头和高压液仓，所述喷头与高压液仓相通。
9.进一步地，所述第一加热部件和第二加热部件平行设置，所述冷却组件与轧辊机构平行设置，第一加热部件和第二加热部件的之间的连线与冷却部件与轧辊机构之间连线的相互垂直。
10.另一方面，本技术还提供一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置的使用方
法，包括以下步骤：
11.将待处理的环件安装在轧辊机构上后启动轧辊机构和冷却组件，使待处理的环件随轧辊机构旋转并在旋转过程中被冷却；当环件的已冷却区域旋转至靠近第一加热部件的位置时，开启第一加热部件，使已冷却的区域被加热，随后被加热的区域进入轧辊机构进行轧制；当经过轧制后的区域旋转至靠近第二加热部件的位置时，开启第二加热部件，使经过轧制后的区域被再次加热，随后再次加热后的区域旋转至冷却组件被快速冷却；
12.整个环件在经过上述步骤后即完成一道次轧制工艺；当环件经过多道次的轧制工艺后关闭轧辊机构、第一加热部件、第二加热部件和冷却组件，得到加工完成后的环件。
13.进一步地，使已冷却的区域被加热步骤中的加热温度是由第一加热部件与环件表面的距离和线圈电流的频率控制的，使经过轧制后的区域被再次加热步骤中的加热温度是由第二加热部件与环件表面的距离和线圈电流的频率控制的。
14.进一步地，快速冷却步骤中所述冷却组件的喷射速度是根据环件材料与冷却介质间的换热系数调节的。
15.本技术相比现有技术具有以下有益效果：在环件的轧制成形过程中，使环件轧制热成形工序和热处理工序同时进行，通过感应加热装置和冷却装置产生的急热，急冷效果配合，随环件的轧制旋转对其进行了循环淬火，使环件表层的组织性能得到提升，提高了生产效率，同时节约了生产过程中的所使用的电能，煤炭等资源，有利于环保的同时降低了单位产值能耗。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本技术大型环件热成形一体装置的结构示意图；
18.图2是本技术的方法中环件经过冷却过后的温度图；
19.图3是本技术的方法中环件经过第一加热部件加热过后的温度图；
20.图4是本技术的方法中环件经过第二加热部件加热过后的温度图；
21.图5是第一加热部件的结构示意图。
22.图中，1-环件，2-冷却组件，3-上辊，4-下辊，5-第一导向辊，6-第二导向辊，7-第一加热部件，8-第二加热部件。
具体实施方式
23.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
24.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
25.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
26.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.参照图1，本实施例1提供了一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置，装置包括轧制成形装置和热处理装置。轧制成形装置包括第一加热部件7和轧辊机构，热处理装置包括第二加热部件8和冷却组件2，第一加热部件7、轧辊机构、第二加热部件8和冷却组件2沿环件1的周向依次设置。
28.轧辊机构用于对环件1进行轧制并在轧制的过程中带动环件1旋转，包括上辊3、下辊4、第一导向辊5和第二导向辊6，上辊3和下辊4之间有具有供环件1通过的通道，第一导向辊5和第二导向辊6紧贴环件1的外壁设置。第一加热部件7用于对环件1进行轧制前的预热，第二加热部件8用于对环件1进行热处理前的预热，且第一加热部件7和第二加热部件8可以采用如图5所示的可拼接式感应加热线圈，根据实际需要拼接成所需的长度。在使用时可将感应加热线圈套设在环件1的外侧，加热线圈不与环件7接触，对旋转至感应加热线圈处的区域进行加热。冷却组件2用于对随轧辊机构转动的环件1进行冷却，冷却组件2可以是射流冷却装置，射流冷却装置包括两个射流冷却喷头和高压液仓，将两个射流冷却喷头分别设置在环件1的内外两侧，喷头与高压液仓相通，高压液仓内储存具备较高压力的冷却介质。
29.在具体实施过程中，第一加热部件7和第二加热部件8平行设置，冷却组件2与轧辊机构平行设置。第一加热部件7和第二加热部件8之间的连线与冷却部件2与轧辊机构之间连线的相互垂直。
30.工作原理：在整个轧制过程中，环件1在轧辊机构的带动下旋转，通过第一加热部件7的区域被加热，随后被加热的区域旋转至轧辊机构进行轧制，经过轧制后的区域旋转至第二加热部件8被再次加热，再次加热后的区域进入冷却组件2的冷却区后被快速冷却，进行一次淬火热处理。
31.参照图2-4，本实施例2提供一种大型环件轧制成形及热处理一体化装置的使用方法，本实施例中，待处理的环件1轧制温度为980℃，已预热至轧制温度。包括以下步骤：
32.s1：如图2所示，将待处理的环件1安装在轧辊机构上后启动轧辊机构和冷却组件2，使待处理的环件1随轧辊机构旋转并在旋转过程中被冷却组件2所冷却。
33.s2：如图3所示，当环件1的已冷却区域旋转至靠近第一加热部件7时，接通第一加热部件7的电源，此时第一加热部件7的线圈调节为距离环件表面3-5mm，电流频率设置为50hz，使已冷却的区域被加热，随后被加热的区域升温至轧制温度进入轧辊机构进行轧制。已冷却的区域被加热后，环件1外层和心部温度均匀，优化了轧制质量，同时降低了轧制力。
34.s3：如图4所示，当经过轧制后的区域旋转至靠近第二加热部件8时，接通第二加热部件8的电源，此时第二加热部件8的线圈调节为距离环件表面3-5mm，电流频率设置为
50hz，使经过轧制后的区域被再次加热至淬火所需的临界温度以上50～70℃，所述环件在进入冷却阶段前经过与空气的自然换热，温度变化为材料淬火所需的临界温度ac1(加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)以上30℃～50℃；随后再次加热后的区域旋转至冷却组件2，使得环节表面的冷却介质喷射流量为100l/
㎡
/s,令环件冷却速度大于临界冷却速度，完成一次淬火；
35.s4：整个环件1均被快速冷却后即完成一道次轧制工艺；当环件1经过多道次的轧制工艺后关闭轧辊机构、第一加热部件7、第二加热部件8和冷却组件2，得到加工完成后的环件。随着轧制道次的增加，环件1在每一道次的旋转过程中都会经历上述过程，轧制过程和热处理过程交替进行，经过多次急冷、急热和轧制，直至加工完成，环件热成形过程和热处理过程均已完成。
36.本技术的环件热成形一体装置通过加热单元和冷却单元的循环配合，在环件轧制成形的过程中同时进行热处理过程，优化环件轧制成形质量，有效地提高了环件表层的力学性能，环保性能好，且生产效率高。
37.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何在本技术揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。