一种铝合金板在线淬火工艺及设备的制作方法

本发明属于金属加工技术领域，具体涉及一种铝合金板在线淬火工艺及设备。

背景技术：

热处理炉在材料领域的使用非常广泛，未来在材料领域热处理的作用也越来越突显，尤其在合金铝板这项新材料领域，不仅在加热、退火等工艺时序需要，针对功能性铝合金材料的淬火热处理越来越被业内和用户所重视，传统的铝合金中厚板的淬火不外乎离线进行小车式盐浴、空气淬火或离线辊底式水淬火。

传统辊底式淬火需等待轧制完板材降温后离线进辊底炉加热区进行二次加热至500-530度，然后快速进入水冷强淬区，达到固熔的效果。

但是上述的淬火工艺存在明显的不足之处，经过热轧的铝合金型材本身温度很高(440℃以上)，但这部分热量却未被充分利用，而是自然散失到周围环境中，铝合金型材被冷却至常温，而在后续的淬火步骤前，还需要将常温的铝合金型材放入立式空气炉中重新加热、升温、保温达到所需要的淬火温度，因此这种淬火工艺能耗很高，周围环境温度高，操作环境恶劣，并且配套设备投资大。造成了淬火成本高，也不利于保障产品的淬火固溶性能。此外，这种淬火工艺是间歇式生产，铝合金型材不能实现在线连续淬火，生产周期较长，一般需要2-3天的时间。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的不足之处，本发明采用的技术方案在于，提供了一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以160～200m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为9～11m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过淬火冷却介质对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

进一步的，在后冷却的过程中对铝合金板材进行重复冷却，直至达到最后的工艺温度，重复冷却的次数根据原料的品种、规格确定。

进一步的，铝合金板的厚度为60～250mm。

进一步的，所述的淬火冷却介质为去离子水。

进一步的，所述的去离子水由地下水依次通过粗砂石过滤器和树脂过滤器初步过滤，然后再依次通过细砂石过滤器、活性炭过滤器、精过滤器和反渗透设备的净化后制得，储存在冷却水池中，当淬火需要时，通过高压供水泵从冷却水池向在线水池注入去离子水，然后通过变频电机水泵将在线水池内的去离子水供给喷淋区的喷淋系统对铝合金板进行喷淋。

进一步的，在线淬火过程中，水池水温会不断上升，当水温达到45°时，通过循环回水泵，把线上水池中的高温水排向冷却塔，通过冷却塔进行降温后进入冷却水池，同时从冷却水池向在线水池注入新的低温水。

本发明还相应的提供一种在线辊底式铝合金板淬火设备，用于实现上述的铝合金板在线淬火工艺，包括相互连接的去离子供水单元和喷淋单元，还包括辊道传动单元，

所述的去离子水供水单元，包括依次连接的深井泵、初步过滤装置、冷却水池、深度过滤装置和蓄水池，用于将原水加工成为去离子水并储存在蓄水池内；

所述喷淋单元，包括依次连接的在线水池、冷却水管路、喷嘴供水泵、喷杆和喷嘴，所述喷杆分为两列且分别安装在淬火设备中的托辊的上、下方，每一列喷杆均与托辊平行排列，所述的喷嘴竖直安装在喷杆上，两列喷杆之间形成喷淋区；

所述辊道传动单元，包括依次连接的多组托辊，用于连接轧制设备出口，将轧制后的铝合金板传送至淬火设备内并通过喷淋区进行冷却淬火。

进一步的，所述的喷嘴为锥形的扁嘴喷头，所述的扁嘴喷头的喷射口为长条形，每个所述的喷杆上安装有多个平行排布的扁嘴喷头，所述的扁嘴喷头与喷杆之间的夹角为15°。

优选的，每一列中相邻的两个喷杆上的扁嘴喷头交叉排布。

优选的，托辊的上、下方的喷杆和喷嘴对称排布。

进一步的，在线辊底式铝合金板淬火设备还包括循环回水单元，所述的循环回水单元，包括循环回水泵和冷却塔，所述循环回水泵用于将在线水池的水泵送至冷却塔，所述冷却塔通过管路与冷却水池联通。

进一步的，所述的初步过滤装置包括依次连接的粗砂石过滤器和树脂过滤器，所述的深度过滤装置包括依次连接的细砂石过滤器、活性炭过滤器、精过滤器和反渗透装置。

进一步的，所述的蓄水池与在线水池之间设置有第二树脂过滤器和高压供水泵，所述的高压供水泵用于将蓄水池内的去离子水经过第二树脂过滤器后泵送至在线水池。

进一步的，在线辊底式铝合金板淬火设备还包括水压自动控制单元，所述的水压自动控制单元包括设置在冷却水管路上的电动控制阀和压力传感器，所述的电动控制阀包括控制器和用于调节阀门大小的执行机构，所述的控制器分别与压力传感器、执行机构和喷嘴供水泵的控制电机电信号连接。

进一步的，所述的喷嘴供水泵为两台，分别通过上冷却水管路和下冷却水管路与托辊上、下方两列喷杆连接，所述的电动控制阀和压力传感器均为两个，分别设置在上冷却水管路与下冷却水管路上。

进一步的，所述的辊道传动单元包括依次连接的四组托辊，四组托辊各自接有独立的动力装置，可分别控制各组托辊的转速，两端的两组托辊分别位于喷淋区的入口和出口处，中间的两组托辊位于喷淋区内。

本发明的技术方案具有具有如下的有益效果：

1、该工艺过程无需二次加热，直接在线调整轧制工艺，保持板材余热，快速进入本发明的淬火设备完成淬火工艺，避免二次加热产生的能耗浪费，既大大降低了淬火成本，又保障了产品的淬火固熔性能。

2、铝合金板材能够实现在线连续淬火，生产周期短，生产效率高。

附图说明

图1是本发明在线辊底式铝合金板淬火设备的结构示意图；

图2是本发明中喷淋单元一种实施例的内部结构图；

图3是本发明中喷淋结构的安装关系示意图；

图4是本发明中的喷嘴的排布方式示意图；

图5是本发明去离子供水单元一种实施例的结构示意图；

图6是本发明防循环回水单元一种实施例的结构示意图；

图7是本发明辊道传动单元一种实施例的结构示意图；

图中，

1、去离子供水单元；101、深井泵；102、初步过滤装置；1021、粗砂石过滤器；1022、树脂过滤器；103、冷却水池；104、深度过滤装置；1041、细砂石过滤器；1042、树脂过滤器；1043、精过滤器；1044、反渗透装置；105、蓄水池；106、第二树脂过滤器；107、高压供水泵；2、喷淋单元；201、在线水池；202、冷却水管路；203、喷嘴供水泵；204、喷杆；205、喷嘴；206、换向阀；301～304、托辊；305～308、动力装置；4、循环回水单元；401、循环回水泵；402、冷却塔；501、电动控制阀；502、压力传感器；6、淬火件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有说明，“多个”的含义为两个或更多。

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。图1～图6给出了本发明的具体实施方式。

实施例1：

一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃，铝合金板材厚度为250mm；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以160m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为9m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过去离子水对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

经检测，淬火后的铝合金板的布氏硬度hb为62，上下面硬度差为4度，符合国标要求。

实施例2：一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃，铝合金板材厚度为60mm；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以200m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为11m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过去离子水对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

经检测，淬火后的铝合金板的布氏硬度hb为58，上下面硬度差为3度，符合国标要求。

实施例3：一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃，铝合金板材厚度为120mm；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以180m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为10m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过去离子水对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

经检测，淬火后的铝合金板的布氏硬度hb为60，上下面硬度差为2度，符合国标要求。

实施例4：一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃，铝合金板材厚度为120mm；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以180m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为10m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过去离子水对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

e、原水去离子：所述的去离子水由地下水依次通过粗砂石过滤器和树脂过滤器初步过滤，然后再依次通过细砂石过滤器、活性炭过滤器、精过滤器和反渗透设备的净化后制得，储存在冷却水池中，当淬火需要时，通过高压供水泵从冷却水池向在线水池注入去离子水，然后通过变频电机水泵将在线水池内的去离子水供给喷淋区的喷淋系统对铝合金板进行喷淋。

经检测，淬火后的铝合金板的布氏硬度hb为61，上下面硬度差为2度，符合国标要求。

实施例5：一种铝合金板在线淬火工艺，其特征在于，包括以下步骤：

a、轧制：将铝合金板轧制到工艺要求尺寸，并控制轧制后的铝合金板温度不低于460℃，铝合金板材厚度为120mm；

b、喷淋准备：通过输送装置将轧制后的铝合金板以180m/min的速度进入喷淋区的入口，并同时启动喷淋区的输送装置，控制喷淋区部分的输送装置的速度为10m/s；

c、急速喷淋：轧制后的铝合金板进入并通过喷淋区，通过去离子水对铝合金板上下两面同时进行喷淋，控制上板面的喷淋水压为3.8公斤水压，下板面的喷淋水压为3.5公斤水压；

d、后冷却：在铝合金板通过喷淋区的出口后，控制输送装置降速并反向运动，使铝合金板反向进入喷淋区，同时降低上下板面的喷淋水压，对原料进行后冷却。

e、循环回水：在线淬火过程中，水池水温会不断上升，当水温达到45°时，通过循环回水泵，把线上水池中的高温水排向冷却塔，通过冷却塔进行降温后进入冷却水池，同时从冷却水池向在线水池注入新的低温水。

经检测，淬火后的铝合金板的布氏硬度hb为59，上下面硬度差为2度，符合国标要求。

实验例1：

将70mm*1500mm*6050mm的6061合金铝板按照本发明的工艺进行铝合金板的淬火，铝板轧制到工艺要求尺寸(保持金属温度不低于460度)，180m/min进入淬火区入口，断开轧线联动控制，经pad控制系统打开喷淋，上压3.5kg,下压3.2kg，以10m/s的速度进入喷淋淬火，出炉区金属温度保持在70-100℃，hb＝58-62。

将上述淬火后的铝合金板在2小时内完成矫平并消除部分应力，并经时效工艺后经锯切后成品交货，hb＝100-110。

经过成本核算后，实验例1的成本构成为35元人民币，换算为吨成本为：35.00/1.715＝20.41元/吨。

对照例1：针对70mm*1500mm*6050mm的6061合金铝板采用常规淬火工艺：铝板先进辊底炉加热区热炉用90分钟升温至530度，并保温120分钟保障铝板金属温度在460-500℃，快速8-12m/s出炉，经4000mm强淬区经40℃左右去离子水喷淋淬火(上水压3.0kg,下水压2.8kg)，然后经1kg压力的弱淬区冷却出炉，hb＝56-58，2小时内经十一辊式矫直机矫平并经10h时效后成品交货，hb＝97-105

成本构成：加热保温的成本为2450.00元人民币，去离子水淬火费用成本为24.50元人民币，核算吨成本为1443.45元/吨。

经过实验例1和对照例1的对比可知，通过本发明的铝合金板在线淬火工艺可以实现降本增效2124.50元人民币，吨成本节约1238.78元/吨。

实施例6：

如图1所示，一种在线辊底式铝合金板淬火设备，包括相互连接的去离子供水单元1和喷淋单元3，还包括辊道传动单元3，

所述的去离子水供水单元，包括依次连接的深井泵101、初步过滤装置102、冷却水池103、深度过滤装置104和蓄水池105，用于将原水加工成为去离子水并储存在蓄水池105内；

所述喷淋单元2，包括依次连接的在线水池201、冷却水管路202、喷嘴供水泵203、喷杆204和喷嘴205，所述喷杆204分为两列且分别安装在淬火设备中的托辊的上、下方，每一列喷杆204均与托辊平行排列，所述的喷嘴205竖直安装在喷杆204上，两列喷杆204之间形成喷淋区；

所述辊道传动单元3(见图7)，包括依次连接的多组托辊，用于连接轧制设备出口，将轧制后的铝合金板传送至淬火设备内并通过喷淋区进行冷却淬火。

如图2和3所示，本发明的喷淋单元2包括冷却水管路202、喷嘴供水泵203、喷杆204和喷嘴205，所述喷杆204分为两列且分别安装在淬火设备中的托辊的上、下方，也就是说喷杆204布置在淬火件6的输送线的上方和下方，本实施例中淬火件6选择为铝合金板，每一列喷杆204均与托辊平行排列，所述的喷嘴205竖直安装在喷杆204上，所述的喷嘴205为锥形的扁嘴喷头，所述的扁嘴喷头的喷射口为长条形，其中冷却水管路202包括从在线水池201向外输出的总管和分别与每个喷杆联通的支管。

如图4所示，在上述实施方式的基础上，每个所述的喷杆204上安装有多个平行排布扁嘴喷头，所述的扁嘴喷头与喷杆204之间的夹角为10°～30°，在实际操作中可以选择15°作为较佳的角度。

在上述的喷淋单元中，其工作方式为，喷嘴供水泵203将淬火介质冷却水通过冷却水管路202的总管和支管从在线水池201输送至喷杆204，然后通过喷嘴205喷出，通过调节喷嘴供水泵205的工作参数可以实现喷嘴205喷出的冷却水的水压，喷嘴205为锥形的扁嘴喷头，使得喷出的的水流为放射的扇面形状，每排喷嘴205在安装时调整一定角度，防止相邻喷嘴在喷射时扇形面相互冲击，防止降低扇形面对板面的冲击力，降低降温效果，当角度设定为15°时淬火效果最佳。

如图4所述，每一列中相邻的两个喷杆204上的扁嘴喷头交叉排布。可以有效控制铝合金板面降温的均匀性，使得经过喷淋淬火后的铝合金板面的硬度均匀化。每一个喷杆204上的喷嘴205的数量设定为15～30个，当相邻的喷杆204的喷嘴205数量设定为20和21个交替排列时，可以达到较佳的淬火效果。

如图2和3所示，在上述实施例的基础上，托辊的上、下方的喷杆204和喷嘴205对称排布，从而使得上下排喷嘴喷205射出的水流扇形面对称，保证对上下板面的降温效率相同。每列所述的喷杆204的数量为4～8根。

如图2所示，所述的喷嘴供水泵203为两台，分别通过冷却水管路202与托辊上、下方两列喷杆204连接，可以对上下面板上的喷淋水压力分别控制，位于托辊上方的喷头的喷射水压为3.5kg，位于托辊5下方的喷头的喷射水压为3.2kg，从而实现较佳的淬火效果。

如图6所示，在线辊底式铝合金板淬火设备还包括循环回水单元4，所述的循环回水单元4包括循环回水泵401和冷却塔402，所述循环回水泵401用于将在线水池201的水泵送至冷却塔402，所述冷却塔402通过管路与冷却水池103联通。

为了防止在淬火过程中，由于在线水池201水温会不断上升，淬火效果会下降，在线水池201连接有循环回水泵401，循环回水泵401的输出口与冷却塔402联通，当在线水池201的水温较高时，可以通过开启循环回水泵401把在线水池201中的高温水排向冷却塔402，通过冷却塔402进行降温，同时，在线水池201补充注入新的低温水，以满足生产工艺的需求。

如图5所示，所述的初步过滤装置102包括依次连接的粗砂石过滤器1021和树脂过滤器1022，所述的深度过滤装置包括依次连接的细砂石过滤器1041、活性炭过滤器1042、精过滤器1043和反渗透装置1044。

如图5所示，所述的蓄水池105与在线水池201之间设置有第二树脂过滤器106和高压供水泵107，所述的高压供水泵107用于将蓄水池105内的去离子水经过第二树脂过滤器106后泵送至在线水池201。

如图2所示，在线辊底式铝合金板淬火设备还包括水压自动控制单元，所述的水压自动控制单元包括设置在冷却水管路202上的电动控制阀501和压力传感器502，所述的电动控制阀501包括控制器和用于调节阀门大小的执行机构，所述的控制器分别与压力传感器502、执行机构和喷嘴供水泵203的控制电机电信号连接。

更为具体的，所述的喷嘴供水泵203为两台，分别通过上冷却水管路和下冷却水管路与托辊上、下方两列喷杆204连接，所述的电动控制阀501和压力传感器502均为两个，分别设置在上冷却水管路与下冷却水管路上。

为了实现上下压力的自动控制与调节，所述的电动控制阀501包括控制器和用于调节阀门大小的执行机构，所述的控制器分别与压力传感器502、执行机构和喷嘴供水泵203的控制电机电信号连接，可以实现喷淋水压力的自动控制和调节。根据生产工艺要求，在电动控制阀501的控制器上面输入需要的压力，由上下喷淋管道上面的压力传感器检测管道的实际压力，检测到的压力反馈到控制器，控制器根据设定压力和实际压力的对比，开启执行机构进行阀门的大小的调整，同时调整喷嘴供水泵203的控制电机的转速，这样形成一个完整的压力闭环控制，确保喷淋管道内的压力达到工艺要求。

如图1所示的，分别与托辊上、下方的喷杆联通的两个冷却水管路之间设置有换向阀206，所述的换向阀206为手动蝶阀。

如图7所示，所述的辊道传动单元包括依次连接的四组托辊301～304，四组托辊301～304各自接有独立的动力装置305～308，可分别控制各组托辊301～304的转速，两端的两组托辊301和304分别位于喷淋区的入口和出口处，中间的两组托辊302和303位于喷淋区内。

当来料到达301号托辊时，启动喷淋单元，进入喷淋准备阶段，同时联动302、303、304号托辊，进入高速运转状态，速度控制在80mm/s，输送来料进入喷淋区；在原料通过冷却后进入304号托辊时，降低托辊速度，反向进入喷淋区，可以进行后冷却操作。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。