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铝合金坯料梯温冷却

对于采用电阻炉、燃气炉对坯料进行加热的情形,通过加热控制直接获得具有温度梯度分布的坯料,存在较大难度。一种可行的方法是,对于经均匀加热的坯料,在装入挤压筒之前进行喷水控制冷却,在坯料长度方向上形成温度梯度。实现喷水冷却的方式有两种,如图9-12所示。

一是采用单个环形喷嘴进行喷水,坯料在环形喷嘴内移动,通过控制坯料的移动速度和喷嘴流量,实现对坯料的梯温冷却,如图9-12a所示。

二是采用由多个环形喷嘴组成的梯温冷却装置,通过控制各喷嘴的开启时间,实现对坯料的温度控制,如图9-12b所示。针对不同坯料长度,可以通过调整喷嘴开启个数或调整喷嘴之间的距离来实现温度控制。

9-12 喷水冷却方式

a-单喷嘴坯料移动;b-多喷嘴坯料固定

9-13是将作者等人开发的水冷装置,应用于实际生产时所获得的坯料水冷效果,在直径120mm、长度500mm的坯料上,其头尾温度差达到60℃。

坯料喷水冷却后,需要进行一定时间的空冷后再装入挤压筒,以使坯料径向温度均匀。如图9-14所示,喷水冷却(约7s)时,坯料靠近表面位置的温度急剧下降,随后空冷时逐渐回升;坯料中心部位(芯部)温度在喷水冷却初期基本不变,然后开始逐渐下降。主要是因为喷水冷却时,高温铝坯使水处于沸腾换热状态,带走表层大量热量,而芯部热量尚来不及向外扩散,因而表面温降大,而芯部温度开始时基本不变,然后才逐渐下降。当水冷结束后,空冷散热量较小,由于存在内外温度梯度,芯部热量逐渐由内向外传输,表面温度回升,直到内外温度趋于一致。


9-13 坯料梯温水冷效果

6063合金,坯料ø120mm×500mm,加热温度500℃;5个喷嘴均匀布置,喷水

流量40L/min;喷水时间:1~5号喷嘴分别为02.86s4.27s5.88s7.08s


9-14 距后端面约50mm(5号喷嘴)处坯料径向各部位温度

在喷水及随后空冷过程中随时间的变化(参见图9-13

坯料梯温冷却的优点是,不需要特殊控温功能的感应加热炉,采用普通的电阻炉、燃气炉即可,有利于大幅度降低坯料加热成本(因电阻炉和燃气轮的造价和运行成本远低于感应炉);梯度水冷所需时间短,一般可在几秒至十几秒的时间内完成,与感应法梯温加热相比,容易获得较高的温度梯度;利用坯料水冷降温快的特点,还有可能将坯料均匀化后直接送至水冷装置,冷却至所需梯温后进行挤压,从而简化工艺,节约挤压前再加热的能耗。

坯料梯温挤压(包括梯温加热和梯温冷却两种方式)是一种方法简便、效果明显的等温挤压工艺,但该方法也存在一定的不足:在挤压前赋予坯料沿长度方向温度梯度,增加了工艺的复杂性和控制难度;由于梯温加热或梯温水冷后金属坯料内部传热和端部辐射冷却的结果,导致沿坯料轴向温度分布的变化、坯料头尾温差大小存在限界。



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| 发布时间:2015.12.01    点击次数: