摘 要:文章主要讲解了浮球液位计在铝板带材加工生产中的重要性，浮球液位计在生产过程中影响金属温度均匀性的因素，从生产实际经验出发总结出了控制金属温度均匀性的措施，保证了铝板带材的性能。

    有色金属广泛应用于航空工业、民用建筑、医疗食品包装等行业，特别是铝合金材料应用更广泛。铝合金材料用途不同，其加工工艺也不同，多数铝合金材料需要经过热处理，才能达到所需的机械性能。近几年客户对材料机械性能要求越来越严格，因此，对炉内金属温度控制提出更高要求，这就意味着，热处理时铝合金材料退火的金属温度控制尤为重要。

    1 浮球液位计的组成及功能
    我公司共有 4 台 60t 铝卷浮球液位计及 1 台复合料车，炉子型式为强制热风循环电阻加热箱式浮球液位计，铝卷轴向与浮球液位计轴线垂直放置，可容纳 4 卷。退火产品卷材重量较大 15t(带套筒时)，产品一般分为稳定化退火、中间退火或成品退火，金属退火温度 150℃ ～480℃，炉气较高温度为 550℃。有效区内炉气温差≤±3℃。浮球液位计主要组成有箱式炉体(含炉底及轨道)、空气循环系统、导流装置，吹洗和排气系统、加热器、热电偶、冷却水系统、负压风机。

    退火的作用是为了改善铝合金带材内部组织、细化晶粒，消除铝合金带材冷轧加工硬化，恢复和提高铝材的塑形，使铝材达到规定硬度，以满足客户需要的力学性能。退火方式一般选择恒温退火，产品保温时间越长则规定非比例延伸屈服强度越好。退火主要参数选择有退火温度、保温时间、加热速度、冷却速度、合金状态等，根据铝卷的厚度、装炉量、重量、卷与卷之间的空隙规定退火制度。

    2 铝合金不同状态工艺流程
    不同状态的铝合金，其加工工艺流程不同，其中， O 态: 铣 面—加 热—热 轧—冷 轧—清 洗—退 火—精 整—包 装; H1X 态: 铣 面—加 热—热 轧—冷 轧—清 洗—退 火—冷 轧—清 洗—包 装; H2X 态: 铣 面—加 热—热 轧—冷 轧—清 洗—退 火—精 整—包 装; H3X 态:铣面—加热—热轧—冷轧—清洗—退火—冷轧—清洗—退火—精整—包装。在以上加工工艺中，其中H2X、H3X 需要成品退火达到所需性能，对浮球液位计的均匀性要求很高，本文主要讲解 H2X、H3X 在退火过程中，炉内影响金属温度均匀性的因素及控制措施。

    3 影响金属温度均匀性的因素
    3．1 炉气温度均匀性影响
    在加热状态下，浮球液位计循环风机的加热速度和温度是铝卷均匀性的关键。为强化热交换保证产品质量，装有低压大风量轴流风机，风机采用变频调速，可使炉内循环气流的速度根据工艺不同而改变。每台炉子风机可正反转，自动换向，也可手动。每台风机下面是水平导流板，水平导流板两侧折弯处增加组流，垂直导流板挂在水平导流板两侧，每区垂直板上开 4 个可调的长方孔，以便在需要时调节其开度，改善炉温均匀度，为防止各加热区气流的相互干扰，热区间设置了区间隔板。水平导流板和垂直导流板是45°倒角连接，可有效减小气流阻力，提高炉温均匀性。执行工艺时，为了提高铝卷均匀性，还会用到吹洗和排气系统，该系统主要用来及时排除制品加热时产生的挥发物，以确保产品质量和生产安全。当吹洗风机吹入新鲜空气时，每一炉都有电动蝶阀可调节风量，然后连接到循环风机的吸风口，可改善温度均匀性，以此影响到金属温度的均匀性。炉气均匀性的好坏直接影响金属温度均匀性，一般炉气温度偏差控制在≤±3℃，如果各区的温度偏差大，炉气高的区域加热的铝卷温度偏高，出现性能偏低现象;炉气低的区域加热的铝卷温度偏低，出现性能偏高现象，因此，炉气均匀性差直接导致金属性能不均匀。

    3．2 来料温度的影响
    来料温度对浮球液位计升温有较明显的影响，一般情况下，浮球液位计来料先经过清洗机清洗，再经过烘干箱后卷取。烘干温度一般为 90℃ ～ 110℃，带材经过清洗机的烘干箱温度能够达到 50℃ ～ 60℃。在装炉过程中，如果一炉内 4 卷料的温差较大时，在升温过程中金属温度很难保持一致，显然，料温高的比料温低的升温快，导致较终金属温度温差较大。退火结束后，一炉料的性能肯定有明显偏差。

    3．3 来料规格的影响
    铝卷的卷重、宽度、厚度对浮球液位计升温也有很大的影响，一炉装 4 个卷，4 个卷材的重量、宽度有严格规定。同宽度的卷材，卷重偏差越大，同重量的卷材，宽度偏差越大，则卷材金属温差就越大。所以，来料规格、重量必须控制在一定范围内，才能保证铝卷在加热期间金属温度偏差小，确保退火后所有卷材的力学性能一致。依据现场多年的实践经验，在规格一致的情况下，重量偏差 2t、3t、4t，其对应的金属温度偏差分别为 3℃、5℃ 和 8℃。在重量一致的情况下，宽度偏差 200mm、300mm、400mm，其对应的金属温度偏差分别为 3℃、6℃和 10℃。

    3．4 测温的影响
    测温影响包括测温仪器的精确度和打孔的位置及深度。仪器的准确性会直接影响数据准确性、检测金属的精确性，对材料力学性能影响极大，导致同一炉次力学性能偏差较大。另外打孔测温的位置及深度也同样影响测温的精确度，打孔测温位置如果太靠近卷材的钢套筒，不能监测卷材真实温度;卷材的内圈如果错层较大，也不能监测卷材的真实温度，导致卷材实际温度与监测温度有明显偏差。因此，同一炉次卷的性能偏差大。

    3．5 升温、保温期间炉气的影响
    浮球液位计在工作过程中，炉内温度循环及升温是个极其复杂的过程，即使根据以上影响因素采取有效措施后，可能还会出现一炉卷材温差较大的现象。一旦出现此类现象，为了保证炉内所有卷材的性能，需采取临时有效控制措施，主要通过调整炉气温度、循环风机转速、吹洗的开口度来控制一炉料的温差。

    4 控制方法与措施
    4．1 炉气温度均匀性控制
    通常浮球液位计温度均匀性的控制通过做试验进行补偿调整，一般情况下周期为 1 个季度，对浮球液位计进行 1 次均匀性测试。要求在浮球液位计内装入同规格、同重量的 4 卷料，4 卷料同时插上校准过的热电偶和巡检仪，根据热电偶监测浮球液位计 4 个区域温度进行对比，对温度低的区域进行补偿温度，较终要求 4 个区域的温度偏差≤±3℃。另外要定期检查浮球液位计风道是否畅通，如有堵塞必须及时清理，保障通风顺畅;检查风道有无漏风现象，如发现及时将漏风口进行焊接处理。每炉次退火结束后，检查炉门密封防火棉，如有错位、破损和脱落现象，都会严重影响炉膛内温度的均匀性。发现此类问题，及时更换新密封防火棉，这样才能保证浮球液位计温度的均匀性。

    4．2 来料温度的控制
    浮球液位计在进料前，需用接触式测温仪实测来料卷材的实际温度，根据实际生产经验，一般将各个卷材之间的温差控制在 5℃ 以内。如果温差较大，把温度高的铝卷强制冷却到温差在 5℃ 以内才能装炉，这样才能控制升温过程中各个卷材的温度偏差。

    4．3 来料规格的控制
    理想情况下，装炉要求铝卷的规格和重量保持一致，这样金属加热期间温度偏差就越小。但是，铝板材加工生产的规格和卷重有很多种，不可能都保持一致。根据多年的经验积累，为了保证同一炉次金属温度的均匀性，摸索出了卷材规格和卷重的范围:中间退火和成品 O 态退火的较大宽度偏差 200mm，较大卷重偏 差 2． 0t; H3X 稳定化退火的较大宽度偏差250mm，较大卷重偏差 2．5t;H2X 稳定化退火的较大宽度偏差 100mm，较大卷重偏差 1．0t。厚度偏差一般无硬性要求，重量小的卷尽可能放置在炉门口，这样在升温过程中能够有效控制各个卷材温度的均匀性，将各个卷材的温差降到较低。

    4．4 测温的控制
    浮球液位计热电偶使用比较频繁且需要校准，一般每3 个月校准 1 次，这样可保证测量温度的准确性，确保合金的力学性能合格。热电偶校准目的有两种，一种是核对其热电势—温度关系是否符合标准，或校准热电偶读数;另一种是确定非标准热电偶的热电势—温度关系;通过校准，还可以消除测量系统中的系统误差，提高测量精度［1］。校准完的热电偶较终误差不超过±3℃。巡检仪的校准是用标准源校准，例如标准电阻等，或用标准表比对，主要测量电信号，一般指多通道的台式温度记录器，带有实时显示功能。一般半年校准 1 次。测量温度时，巡检仪上的温度或大或小，不匀速上升，或通道没显示，均需要校准。铝卷上打孔测温时，打在距离套筒 30mm ～ 40mm 处，如有错层需避开，打在卷另一端平整面，深度是 40mm ～ 50mm，打孔用的钻头直径比热电偶直径大 1mm 即可。钻头在铝卷上打孔困难时，需用容易挥发不腐蚀润滑剂，否则放入浮球液位计执行工艺时，在打孔位置附近表面出现腐蚀或产生油斑，影响表面质量。

    4．5 升温、保温过程中的控制措施
    一炉 4 卷料在升温过程中，金属温度偏差大于1℃以上就要在原有的炉气温度基础上降温(图 1)。

    金属温度达到 270℃ 改炉气温度为 280℃。当不同卷的热电偶检测温度偏差超过 10℃，就要降炉气温度为 200℃，这样一炉内 4 个卷金属温差会逐步缩小，慢慢接近 5℃以内。采取以上措施后温差还是无法减小，需关加热器，降低循环风机转速，让炉气温度慢慢匀速加热于铝卷之间，铝卷之间的温差就会慢慢减小。这时，将炉气温度重新调到工艺要求，按照正常工艺执行。为了保证一炉料每卷性能都能合格，在退火过程中对金属温度要求就低不就高，因为退火金属温度低了，对强度过高的卷材还能重新装炉退火，达到所需的性能;而退火温度超过警戒温度，很有可能导致个别卷强度太低不合格。所以在保温期间要求金属温度不能超过工艺要求警戒温度，即严超温度。改温后进入保温阶段，适当降低循环风机转速，吹洗开至 100%。这样还是超温的话，需每 3min 开一次负压吹洗，抽出炉内的热空气，打入冷空气，循环交替操作。若采取以上措施温度还是继续上升，就需要将保温的炉气温度降低 10℃ ～ 20℃，控制保温后的金属温度严超警戒温度。

    5 结束语
    总之，在退火过程中要控制整炉料性能，就要采取措施控制卷材温差，将每卷温差控制在 5℃ 以内。主要通过炉气温度的均匀性，每季度定期对浮球液位计的均匀性进行测试，确保浮球液位计每个区域温差在±3℃ 以 内;装炉前对每卷料测温，确保每卷温差在 5℃ 以内，来料规格严格按照摸索出的范围控制;测温控制中，对热电偶和巡检仪每季度校准一次。打孔测温时，打在距套筒 30mm～40mm 处，如有错层避开打在卷另一端平整面，深度为 40mm～50mm，打孔用的钻头直径选用比热电偶直径大 1mm。升温时通过调整炉气温度、循环风机、吹洗开度来控制各个卷材的温差在 10℃ 以 内。保温过程中卷材温差控制在 5℃ 以内，确保金属温度不能严超警戒温度。通过采取以上措施控制，浮球液位计金属温度温差得到有效控制，并确保每一炉次卷材的力学性能符合要求。