权利要求
1.一种
铝挤压生产中均质与
铝棒加热一体化连续加热系统，包括机架、炉体以及物料输送机构，所述炉体以及物料输送机构均安装在机架上，所述物料输送机构穿过所述炉体的内腔，其特征在于，所述物料输送机构采用立式方式输送铝棒，所述炉体沿物料输送方向依次布设有：
均质区，用于对铝棒进行均质热处理;
冷却区，入料端衔接均质区的出料端，用于对均质后的短棒进行冷却处理;
保温区，入料端衔接冷却区的出料端，用于对冷却后的铝棒进行保温处理;
其中，所述保温区的出料端直接对接铝
挤压机的进料端口，使经均质、冷却、保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
2.如权利要求1所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，还包括控制模块，控制模块包括：
铝棒参数获取单元，用于获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度;
理论时长获取单元，用于根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长;
补偿时长获取单元，用于根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长;
保温时长获取单元，用于根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
3.如权利要求2所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，理论时长获取单元根据铝棒半径的平方与合金扩散元素系数的比值获取最短基础耗时。
4.如权利要求3所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，补偿时长获取单元根据炉内装载密度与标定的热阻滞延时标定系数之间的乘积获取补偿均质时长。
5.如权利要求1所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，所述均质区设有用于对均质区进行温度调节的恒温加热组件，所述均质区的工作温度设定为565℃。
6.如权利要求5所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，所述保温区的工作温度设定为480℃。
7.如权利要求6所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，所述短棒的长度为60cm。
8.一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，所述一体化连续加热系统的控制方法包括如下步骤：
通过物料输送机构，采用竖立放置方式将铝棒送入炉体;
铝棒首先进入均质区，进行均质热处理，完成均质后的铝棒进入冷却区进行冷却处理，冷却后的铝棒进入保温区进行保温处理;
保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
9.如权利要求8所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其特征在于，所述一体化连续加热系统的控制方法还包括如下步骤：
获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度;
根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长;
根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长;
根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
铝加工技术领域，具体而言，涉及一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统。
背景技术
[0002]
铝型材挤压加工是
有色金属型材成型领域主流加工工艺，铝棒均质预处理与梯度控温加热是保障挤压成品金相组织均匀、力学性能稳定、成型精度达标的核心前置工序。目前行业内传统铝挤压生产线普遍采用6米长铝棒平放式加工模式，具体流程为：先通过独立均质炉将整根长铝棒升温至565℃完成长时间均质热处理，均质完成后单独进行自然或强制冷却降温，后续再转运至专用加热炉重新二次升温至480℃，最后输送至挤压机开展挤压成型作业。
[0003]上述传统的铝棒挤压前加工处理模式存在以下问题：均质、冷却、二次加热保温三道工序分炉分体独立完成，物料需经过多次转运、反复升降温，工序流程繁琐冗长，生产连续性极差，整体生产节拍慢、产能偏低。
发明内容
[0004]基于此，为了提高铝棒整体生成加工效率，本发明提供了一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，其具体技术方案如下：
一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，包括机架、炉体以及物料输送机构，所述炉体以及物料输送机构均安装在机架上，所述物料输送机构穿过所述炉体的内腔，其特征在于，所述物料输送机构采用立式方式输送铝棒，所述炉体沿物料输送方向依次布设有：
均质区，用于对铝棒进行均质热处理;
冷却区，入料端衔接均质区的出料端，用于对均质后的短棒进行冷却处理;
保温区，入料端衔接冷却区的出料端，用于对冷却后的铝棒进行保温处理;
其中，所述保温区的出料端直接对接
铝挤压机的进料端口，使经均质、冷却、保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
[0005]所述铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统通过将均质区、冷却区、保温区集成于同一炉体内部，并沿输送方向有序衔接，可省去物料跨设备转运流程，短铝棒依次完成恒温均质、冷却以及恒温保温全流程热处理，保温区出料端直接对接挤压机进料口，可实现均质、冷却、控温保温、挤压成型的无缝衔接，有利于提高生产连续性以及整体生产节拍与效率。
[0006]优选地，所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统还包括控制模块，控制模块包括：
铝棒参数获取单元，用于获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度;
理论时长获取单元，用于根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长;
补偿时长获取单元，用于根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长;
保温时长获取单元，用于根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
[0007]优选地，理论时长获取单元根据铝棒半径的平方与合金扩散元素系数的比值获取最短基础耗时。
[0008]优选地，补偿时长获取单元根据炉内装载密度与标定的热阻滞延时标定系数之间的乘积获取补偿均质时长。
[0009]优选地，所述均质区设有用于对均质区进行温度调节的恒温加热组件，所述均质区的工作温度设定为565℃。
[0010]优选地，所述保温区的工作温度设定为480℃。
[0011]优选地，所述短棒的长度为60cm。
[0012]优选地，所述一体化连续加热系统的控制方法包括如下步骤：
通过物料输送机构，采用竖立放置方式将铝棒送入炉体;
铝棒首先进入均质区，进行均质热处理，完成均质后的铝棒进入冷却区进行冷却处理，冷却后的铝棒进入保温区进行保温处理;
保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
[0013]优选地，所述一体化连续加热系统的控制方法还包括如下步骤：
获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度;
根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长;
根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长;
根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
附图说明
[0014]从以下结合附图的描述可以进一步理解本发明。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施例的原理上。在不同的视图中，相同的附图标记指定对应的部分。
[0015]图1为本发明一实施例中均质与铝棒加热一体化连续加热系统的整体结构示意图;
图2为本发明一实施例中均质与铝棒加热一体化连续加热系统的控制方法整体流程示意图;
图3为本发明另一实施例中均质与铝棒加热一体化连续加热系统的控制方法整体流程示意图。
[0016]附图标记说明：1、炉体;2、物料输送机构;3、均质区;4、冷却区;5、保温区。
具体实施方式
[0017]为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
[0018]需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
[0019]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0020]本发明中所述“第一”、“第二”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于名称的区分。
[0021]在展开说明本发明具体实施例前，先对现有技术进行简单介绍。
[0022]铝型材挤压加工是有色金属型材成型领域主流加工工艺，铝棒均质预处理与梯度控温加热是保障挤压成品金相组织均匀、力学性能稳定、成型精度达标的核心前置工序。目前行业内传统铝挤压生产线普遍采用6米长铝棒平放式加工模式，具体流程为：先通过独立均质炉将整根长铝棒升温至565℃完成长时间均质热处理，均质完成后单独进行自然或强制冷却降温，后续再转运至专用加热炉重新二次升温至480℃，最后输送至挤压机开展挤压成型作业。
[0023]上述传统的铝棒挤压前加工处理模式存在以下问题：
1.均质、冷却、二次加热保温三道工序分炉分体独立完成，物料需经过多次转运、反复升降温，工序流程繁琐冗长，生产连续性极差，整体生产节拍慢、产能偏低。
[0024]2.长铝棒采用平放式排布，其受热不均匀，棒体两端与中部温差大，均质热处理一致性差，极易造成型材成品内部组织偏析、性能参差不齐。
[0025]3.多次反复加热冷却容易造成大量热能无效损耗，能源利用率低，生产能耗成本较高。
[0026]4.长铝棒整体热处理时长难以精准把控，批量加工时温度调控难度大，无法实现规模化同步均质处理。
[0027]本发明的目的之一旨在提高铝棒整体生成加工效率。基于此，本发明一实施例提供了一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统，如图1所示，包括机架、炉体1以及物料输送机构2，所述炉体以及物料输送机构均安装在机架上，所述物料输送机构穿过所述炉体的内腔。
[0028]具体而言，所述铝棒采用60CM短铝棒的形式，通过物料输送机构送入炉体。当然，根据实际应用场景的不同，短铝棒的长度可以适当调整。
[0029]在这里，本发明通过摒弃传统6米长铝棒平放加工形式，改用60cm短铝棒竖立放置放置，炉体整体立式集成布设，可大幅缩减设备整体占地面积，从而优化车间产线布局，有效提升厂房内部空间利用率。
[0030]所述物料输送机构采用立式方式输送铝棒，所述炉体沿物料输送方向依次布设有均质区3、冷却区4以及保温区5。
[0031]均质区用于对铝棒进行均质热处理;冷却区入料端衔接均质区的出料端，用于对均质后的短棒进行冷却处理;保温区入料端衔接冷却区的出料端，用于对冷却后的铝棒进行保温处理;其中，所述保温区的出料端直接对接铝挤压机的进料端口，使经均质、冷却、保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
[0032]具体而言，所述均质区设有用于对均质区进行温度调节的恒温加热组件，所述均质区的工作温度设定为565℃，所述保温区的工作温度设定为480℃。示例性地，均质区单次可容纳并同步处理约300根短铝棒。
[0033]均质区恒定维持565℃恒温环境，并同步容纳约300根短铝棒进行集中同步均质处理，可使短铝棒立式受热均匀一致，如此，有利于解决长棒平放温差大、均质效果不均的问题，以有效优化铝棒内部金相组织结构。后续梯度冷却后，搭配480℃恒温保温，其匹配挤压成型最佳工艺温度，可从源头提升铝型材挤压成型质量，降低成品次品率。
[0034]所述铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统通过将均质区、冷却区、保温区集成于同一炉体内部，并沿输送方向有序衔接，可省去物料跨设备转运流程，短铝棒依次完成恒温均质、冷却以及恒温保温全流程热处理，保温区出料端直接对接挤压机进料口，可实现均质、冷却、控温保温、挤压成型的无缝衔接，有利于提高生产连续性以及整体生产节拍与效率。
[0035]除此以外，本发明由于取消传统工艺中铝棒多次转运、反复升降温冗余工序，其还可以依托集成式炉体实现热量内部循环利用，减少热能散失与无效升温能耗，从而降低整体生产用电、用气能耗以及企业生产运营成本。
[0036]在其中一个实施例中，所述的一种铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统还包括控制模块，控制模块包括铝棒参数获取单元、理论时长获取单元、补偿时长获取单元以及保温时长获取单元。
[0037]铝棒参数获取单元用于获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度;理论时长获取单元用于根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长。
[0038]补偿时长获取单元用于根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长;保温时长获取单元用于根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
[0039]具体而言，理论时长获取单元根据铝棒半径的平方与合金扩散元素系数的比值获取最短基础耗时，即最短基础耗时=R2/4D，可以理解为理想无遮挡、全域等温环境下，铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时。在这里，对于60cm长、直径约150～200mm的
铝合金棒，其半径一般在0.075m～0.100m之间。半径越大，合金元素从内部迁移到晶界或均匀分布所需的扩散距离越长，所需时间呈平方增长，其直接决定了均质热处理的尺寸效应。
[0040]合金元素扩散系数可以理解为565℃恒温下铝合金中主要合金元素(如Mg、Si、Cu等)在ɑ-Al基体中的扩散系数，如6063铝合金中Mg的扩散系数一般在2.0×1012m2/s～3.0×1012m2/s之间，不同牌号铝合金的扩散系数存在差异。合金元素扩散系数表征原子迁移的速率，温度越高则合金元素扩散系数越大，其符合阿伦尼乌斯方程，4D体现了扩散过程的经典菲克第二定律解，当D较大时，扩散时间缩短。
[0041]均质精度调控因子=ln(初始偏析度/目标均质精度)。铸态铝棒初始合金成分偏析度表征铝棒铸造后内部组织不均匀程度，偏析越严重，数值越大，需要更长扩散时间完成成分匀化。例如，若心部Mg浓度比边缘低20%，则初始偏析度=0.2。目标均质精度即工艺要求达到的最大允许浓度偏差，例如要求最终心部与边缘浓度差不超过2%，则目标均质精度=0.02。目标均质精度通常由挤压后产品性能要求(如力学均匀性、表面质量)反推确定，其决定扩散过程的终点，其值越小，所需时间越长，且对数项增长缓慢。总的来说，均质精度调控因子用于依据生产产品等级划定均质终止标准，实现普通型材与高端高精度型材的工艺时长差异化设定。
[0042]最终，理论均质时长=时间调节系数×最短基础耗时×均质精度调控因子×工况适配修正系数，其整体作用在于计算单根短铝棒在理想均匀热场下，依靠合金元素原子扩散消除铸态微观偏析，达到工艺均质标准所必需的固有理论工艺时间，由材质、尺寸、均质精度三大材料属性决定，与炉内堆放数量、疏密程度无关，是均质时长的质量底线基准。其中，时长调节系数可根据经验设定或者通过实验标定，如在确定最短基础耗时、均质精度调控因子、工况适配修正系数的情况下，根据经验获取多组实际所需的有效均质保温时长，并以多组实际所需的有效均质保温时长的均值作为理论均质时长，反推时间调节系数。
[0043]具体而言，工况适配修正系数一来用于修正传统长棒一维径向扩散模型缺陷，以适配60cm短铝棒径向以及轴向双向同步扩散实际状态，补齐轴向温度梯度带来的扩散时间偏差;二来用于修正铝棒立式竖直摆放对比传统平放的受热姿态差异，校准立式炉内热场分布对原子扩散速率的影响。该工况适配修正系数一般在1.08～1.15之间，为棒炉设备专属标定值，可让纯理论扩散时间贴合现场短棒立式热处理真实状态。
[0044]补偿时长获取单元根据炉内装载密度与标定的热阻滞延时标定系数之间的乘积获取补偿均质时长，即补偿均质时长=炉内装载密度×热阻滞延时标定系数。其中，炉内装载密度即均质区炉膛有效加热面积内，单位面积摆放短铝棒数量，用于直观量化铝棒堆叠密集程度;密度越大，棒与棒之间通风换热间隙越小，炉内热气流流通受阻，炉膛中心区域铝棒受热升温速度越慢，故而是引发批量加热时差的核心物理变量。
[0045]热阻滞延时标定系数可以理解为经炉膛气流组织、棒材间距、炉内辐射换热实验标定得到的比例系数，即单位排布密度对应的升温滞后补偿时间。一般来说，外围铝棒率会先达到565℃设定温度，炉膛中心堆叠铝棒泽容易因遮挡而出现温度滞后。该热阻滞延时标定系数用于专门补齐整批铝棒全部达到均质恒温标准所需的等待延时，保证整批次如300根短铝棒均质工艺的一致性。示例性地，热阻滞延时标定系数设定为0.02～0.04min/根。
[0046]总的来说，补偿均质时长弥补了立式均质炉密集批量堆放所带来的实际生产附加延时，属于设备布局与装载方式产生的非材料类补偿时间，是本发明所述加热系统区别于传统平放均质炉的专属修正项，专门解决大批量立放带来的热屏蔽、升温滞后问题。
[0047]最终得到的实际所需的有效均质保温时长=理论均质时长+补偿均质时长。如此一来，基于得到的有效均质保温时长，可以匹配冷却区、保温区输送速度，实现整条一体化连续加热系统的节拍联动设计，最终适配本发明所述连续加热系统60cm短铝棒密集立式堆放、565℃恒温处理、480℃保温处理的批量同步热处理工况。
[0048]在其中一个实施例中，如图2所示，所述一体化连续加热系统的控制方法包括如下步骤：
S1，通过物料输送机构，采用竖立放置方式将铝棒送入炉体。
[0049]S2，铝棒首先进入均质区，进行均质热处理，完成均质后的铝棒进入冷却区进行冷却处理，冷却后的铝棒进入保温区进行保温处理。
[0050]S3，保温后的铝棒直接送入挤压机完成挤压加工，实现铝棒均质、加热、保温、挤压一体化连续生产。
[0051]所述一体化连续加热系统的控制方法通过将均质区、冷却区、保温区集成于同一炉体内部，并沿输送方向有序衔接，可省去物料跨设备转运流程，短铝棒依次完成恒温均质、冷却以及恒温保温全流程热处理，保温区出料端直接对接挤压机进料口，可实现均质、冷却、控温保温、挤压成型的无缝衔接，有利于提高生产连续性以及整体生产节拍与效率。除此以外，本发明由于取消传统工艺中铝棒多次转运、反复升降温冗余工序，其还可以依托集成式炉体实现热量内部循环利用，减少热能散失与无效升温能耗，从而降低整体生产用电、用气能耗以及企业生产运营成本。
[0052]在其中一个实施例中，如图3所示，所述一体化连续加热系统的控制方法还包括如下步骤：
S4，获取铝棒半径、合金元素扩散系数、初始偏析度、目标均质精度以及炉内装载密度。
[0053]具体而言，对于60cm长、直径约150～200mm的铝合金棒，其半径一般在0.075m～0.100m之间;合金元素扩散系数可以理解为565℃恒温下铝合金中主要合金元素(如Mg、Si、Cu等)在ɑ-Al基体中的扩散系数;初始偏析度即均质处理前，铝棒横截面上合金元素浓度的最大相对偏差，其表征铸态组织中微观偏析的严重程度;目标均质精度可以理解为挤压工艺允许最大浓度偏差，即在565℃下，合金元素在基体中的热力学平衡浓度，一把在0.01～0.03之间。
[0054]炉内装载密度即均质区炉膛有效加热面积内，单位面积摆放短铝棒数量，用于量化铝棒堆叠密集程度;密度越大，棒与棒之间通风换热间隙越小，炉内热气流流通受阻，炉膛中心区域铝棒受热升温速度越慢，其是引发批量加热时差的核心物理变量。
[0055]S5，根据铝棒半径以及合金扩散元素系数获取铝棒径向成分均匀化的最短基础耗时，并根据初始偏析度与目标均质精度之间的比值获取用于实现工艺时长差异化设定的均质精度调控因子，根据最短基础耗时以及均质精度调控因子获取理论均质时长。
[0056]最终，理论均质时长=时间调节系数×最短基础耗时×均质精度调控因子×工况适配修正系数。
[0057]S6，根据炉内装载密度获取用于弥补密集批量堆放带来的实际生产附加延时的补偿均质时长。
[0058]S7，根据理论均质时长以及补偿均质时长获取实际所需的有效均质保温时长。
[0059]示例性地，实际所需的有效均质保温时长为理论均质时长以及补偿均质时长的和。如此一来，基于得到的有效均质保温时长，可以匹配冷却区、保温区输送速度，实现整条一体化连续加热系统的节拍联动设计，最终适配本发明所述连续加热系统60cm短铝棒密集立式堆放、565℃恒温处理、480℃保温处理的批量同步热处理工况。
[0060]以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0061]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
说明书附图(3)
声明：
“铝挤压生产中均质与铝棒加热一体化连续加热系统” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：广东意利克节能科技有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
