中頻感應(yīng)加熱技術(shù)在鋼管熱處理工藝中應(yīng)用介紹
    發(fā)布者:yflwzj  發(fā)布時(shí)間:2012-05-17 09:02:51  訪(fǎng)問(wèn)次數(shù):326

    中頻感應(yīng)加熱技術(shù)在鋼管熱處理工藝中應(yīng)用介紹
           摘要: 文章介紹了利用中頻電流的感應(yīng)加熱原理進(jìn)行鋼管熱處理的工藝與設(shè)備,指出該工藝技術(shù)由于設(shè)備投資不大、沒(méi)有環(huán)境污染,符合環(huán)保要求,且便于進(jìn)行工藝控制,易于組織生產(chǎn),比較起燃?xì)饧訜岱锤g的鋼管熱處理,具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì),應(yīng)當(dāng)屬于政府鼓勵(lì)發(fā)展、企業(yè)可以?xún)?yōu)先采用的新技術(shù)、新工藝。
    前言
       
    利用中頻電流的電磁感應(yīng)加熱原理來(lái)進(jìn)行油井管的的淬火、回火以及正火,在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)屬于一種成熟的工藝技術(shù),并且在石油專(zhuān)用管的制造領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用。美國(guó)LONGSTAR公司、無(wú)限制管公司、日本JFE公司、俄羅斯塔干羅格冶金廠(chǎng)、伏爾加鋼廠(chǎng)等制管企業(yè)都擁有自己的中頻感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)。感應(yīng)加熱以電作為能源,完全不同于使用天然氣、發(fā)生煤氣或液化石油氣等燃?xì)饽菢樱阡摴艿募訜徇^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生煙塵,形成空氣的污染。因?yàn)殡娔軐儆诰G 色能源,不會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞,符合人類(lèi)社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求,所以也是國(guó)內(nèi)外政府鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)保型工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。同時(shí),采用感應(yīng)加熱技術(shù)對(duì)鋼管進(jìn)行淬火、 回火或正火,升溫速度快,效率高,生產(chǎn)組織靈活方便,避免并節(jié)省了燃?xì)饧訜徜摴軙r(shí)爐子的升溫和降溫所需要的時(shí)間及能耗。
        
    感應(yīng)加熱技術(shù)在我國(guó)最早應(yīng)用于軍工、汽車(chē)、機(jī)械等行業(yè),后來(lái)逐步擴(kuò)展到冶金行業(yè),20世紀(jì)80年代初期首鋼特殊鋼公司在國(guó)內(nèi)首先開(kāi)始使用中頻加熱技 術(shù),對(duì)45MoMnB35CrMo40Cr40Mn2Mo45#鋼管進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理;對(duì)GCr15鋼管進(jìn)行冷加工中間的軟化熱處理;對(duì) 5Cr21Mn9Ni4N進(jìn)行鋼管固溶熱處理;對(duì)T10A20Mn220#鋼棒材進(jìn)行退火熱處理,均取得良好的效果。
       
    西姆萊斯石油專(zhuān)用管制造有限公司為生產(chǎn)高品質(zhì)油井管并開(kāi)發(fā)油井管的新產(chǎn)品,與寧波市神光電爐有限公司電爐公司合作,在消化吸收國(guó)外鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)的基礎(chǔ)上, 雙方經(jīng)過(guò)不斷摸索、不斷改進(jìn),研制開(kāi)發(fā)出完全國(guó)產(chǎn)化的油井管中頻感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)。目前已經(jīng)有兩條線(xiàn)先后投入正常生產(chǎn)。其中第一條生產(chǎn)線(xiàn)經(jīng)過(guò)一年多的試生 產(chǎn)和生產(chǎn),先后加工了Ф60.3mmФ73.0mmФ88.9mm等規(guī)格的加厚和不加厚油管,調(diào)質(zhì)出了N80L80C95P110等鋼級(jí)的油井管產(chǎn) 品,并通過(guò)了中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司管材研究所的實(shí)物評(píng)價(jià)試驗(yàn),被認(rèn)定為符合美國(guó)石油學(xué)會(huì)5CT標(biāo)準(zhǔn)的油井管產(chǎn)品。在此同時(shí),生產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行了Ф88.9× 9.19㎜鉆桿的熱處理工藝試驗(yàn)。隨后建設(shè)的第二條生產(chǎn)線(xiàn)也于200710月進(jìn)入試生產(chǎn)階段,目前已經(jīng)批量加工出Ф60.3mmФ73.0mm Ф88.9mmФ114.3mmФ139.7mm規(guī)格,N80L80P110的油管和套管。油井管感應(yīng)熱處理的鋼種包括碳錳鋼系列與合金鋼系列。
        
    實(shí)踐證明,采用中頻感應(yīng)加熱技術(shù)進(jìn)行鋼管的熱處理,不僅環(huán)境污染小、生產(chǎn)效率高,而且成本可以達(dá)到與燃?xì)饧訜嵯喈?dāng)?shù)乃剑蝗绻谟秒姷牡头迤谑褂茫?/span> 則成本更低。同時(shí),如果工藝參數(shù)選擇合理、工藝控制得很好時(shí),甚至可以省去矯直工序。以下主要介紹西姆萊斯石油專(zhuān)用管制造有限公司建設(shè)的第一條油井管中頻 熱處理生產(chǎn)線(xiàn)。
    1、鋼管感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)品大綱及技術(shù)要求:
    1.1、生產(chǎn)能力:熱處理6萬(wàn)噸(12/h油管、套管或鉆桿;
    1.2、產(chǎn)品規(guī)格:
    其中:平式或加厚油管
    Ф60.3×4.83mm                5000
    Ф73.0×5.51mm                10000
    Ф88.9×6.45mm                10000
    套管                 
    Ф114.3×6.358.56mm    5000
    Ф139.7×6.2010.54mm  20000
    鉆桿                
    Ф73.0×9.19mm                2000
    Ф88.9×9.35mm                3000
    Ф127.0×9.19mm              5000
    1.3、被處理鋼管幾何尺寸:管體外徑: Ф60.3×Ф139.7mm
    油管和鉆桿加厚端外徑: Ф65.89×Ф149.23mm(加厚端最大壁厚20.30mm
    管體壁厚: 4.83×10.54mm
    長(zhǎng)度: 812.5mm
    單根鋼管最大重量:350kg
    1.4、熱處理后鋼管鋼級(jí):N80L80C90P95P110Q125等;
    1.5、原料鋼管鋼種: 37Mn534Mn638M 642MnMo730Mn227MnCr5230CrMo33CrMo35CrMo26CrMo429CrMo4432CrMo4
    1.6、淬火爐加熱溫度: 8501000
    1.7、回火爐加熱溫度: 600750
    1.8、淬火方式: 外淋,要求在管子橫截面上噴水均勻且有一定角度、壓力,同時(shí)具有管內(nèi)吹水功能,保證管子進(jìn)回火爐時(shí)管內(nèi)無(wú)水;
    1.9、其它要求:鋼管回火后應(yīng)當(dāng)進(jìn)行高壓水除鱗。
    2、工藝概述
       
    鋼管感應(yīng)熱處理的工藝流程與一般傳統(tǒng)的燃?xì)饧訜岵竭M(jìn)式爐一樣,但是工作原理和加工工程卻截然不同。在燃?xì)馐讲竭M(jìn)爐中,鋼管是整體加熱;而在感應(yīng)爐中,鋼管是分段逐次前進(jìn)連續(xù)加熱;淬火過(guò)程與回火過(guò)程也是如此進(jìn)行。所以鋼管在加熱、淬火、回火時(shí),基本是做縱向移動(dòng)、螺旋前進(jìn)的動(dòng)作,其余才是做橫向移 動(dòng)。其具體加工工藝過(guò)程如下:根據(jù)API 5 CT標(biāo)準(zhǔn)對(duì)油井管的調(diào)質(zhì)要求,油井管管坯由天車(chē)吊到上料臺(tái)架上,人工外觀(guān)檢查后使其整齊排列分布。待生產(chǎn)線(xiàn)各工作崗位進(jìn)入正常工作狀態(tài)時(shí),感應(yīng)器通電待 料,變頻送料機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn),手動(dòng)操作步進(jìn)上料機(jī)工作,把第一根油井管從上料臺(tái)架出口端平穩(wěn)地抬起滾送到對(duì)齊裝置的輥道上,變頻送料機(jī)以設(shè)定的速度向前送料, 變頻送料機(jī)為單輥傳動(dòng),速度、高度可調(diào),輥型為專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)傾斜15°布置的輥式送料機(jī),具有水平送料糾偏對(duì)中和工件自旋轉(zhuǎn)功能,其中感應(yīng)加熱線(xiàn)圈之間送料輥 和進(jìn)出口的送料輥材質(zhì)為耐熱鋼,并裝有旋轉(zhuǎn)密封內(nèi)水冷卻裝置,冷卻送料輥并使送料輥外表面干燥,便于油管連續(xù)加熱,其余送料輥材質(zhì)為耐磨鋼。油管經(jīng)輥道進(jìn) 入中頻淬火加熱區(qū),加熱區(qū)由一套3000kW中頻電源和一套1200kW中頻電源配多組加熱感應(yīng)線(xiàn)圈組成淬火感應(yīng)加熱區(qū),保證工件溫度的均勻,加熱溫度 8501000。在加熱線(xiàn)圈的出口處安裝進(jìn)口的雙色比色紅外測(cè)溫儀,進(jìn)行油管加熱溫度的監(jiān)測(cè),并把信號(hào)反饋到中頻電源的控制系統(tǒng),自動(dòng)調(diào)節(jié)中頻電源 的輸出功率,組成閉環(huán)控制系統(tǒng),從而調(diào)整鋼管加熱溫度使之控制在允許的誤差范圍內(nèi)。
       
    加熱好的鋼管進(jìn)入噴淋淬火區(qū),由于工件材質(zhì)為含碳量0.3%左右的碳錳鋼或中低合金化的鉻鉬鋼及鉻錳鉬鋼,適合采用純水作為淬火介質(zhì)。我們采用環(huán)狀 冷卻裝置連續(xù)將高壓水流噴射到加熱的鋼管表面,強(qiáng)噴淋515秒左右,以實(shí)現(xiàn)淬火馬氏體的組織轉(zhuǎn)變。為此,我們選用了二套大流量高壓水泵(壓力為揚(yáng)程 125米每分鐘的水循環(huán)量1000m3/h),總功率在500kW以上,從而達(dá)到完全淬透管壁所要求的快速均勻冷卻的效果,保證使鋼管表面產(chǎn)生的蒸汽膜破 壞,使鋼管迅速達(dá)到馬氏體轉(zhuǎn)變溫度,全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇慊瘃R氏體,不會(huì)產(chǎn)生淬火屈氏體,從而保證回火索氏體。由于噴淋中會(huì)有氧化皮和鋼管表面的灰塵脫落后進(jìn)入淬 火介質(zhì)中,所以淬火介質(zhì)必須經(jīng)過(guò)沉淀池粗濾、磁性吸濾、網(wǎng)過(guò)濾等多級(jí)處理,使?jié)岘h(huán)水清潔干凈,不能堵塞噴嘴,可以循環(huán)使用。
       
    噴淋區(qū)設(shè)置隔離擋板,防止水飛濺,利于水的回收利用和減少濁環(huán)水的損耗,還設(shè)置防護(hù)罩,以防水蒸汽噴出,保證車(chē)間的干燥。
       
    噴淋淬火后的鋼管由輥道傳送至管內(nèi)除水段經(jīng)氣動(dòng)翻料機(jī)把管子抬放在傾斜臺(tái)上,經(jīng)5分鐘以上的瀝水后再經(jīng)氣動(dòng)翻料機(jī)抬放至回火線(xiàn)輥道上,在輥道的傳動(dòng) 下進(jìn)入中頻回火感應(yīng)加熱區(qū),回火加熱溫度范圍一般為600750。中頻感應(yīng)加熱電源為一套1900kW和一套900kW由多組感應(yīng)線(xiàn)圈組成的回火感 應(yīng)加熱區(qū)。在最后一個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈的出口處安裝進(jìn)口的雙色比色紅外測(cè)溫儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)油管的溫度,負(fù)責(zé)把信號(hào)反饋到中頻電源,自動(dòng)調(diào)節(jié)中頻電源的輸出功率,以組成 閉環(huán)控制系統(tǒng)。經(jīng)回火后的鋼管在輥道上通過(guò)高壓水除鱗裝置,鋼管在高壓噴射水的沖刷下達(dá)到除鱗效果,經(jīng)過(guò)除鱗得鋼管,通過(guò)回火區(qū)的感應(yīng)器后,由氣壓傳動(dòng)步 進(jìn)翻料機(jī)把鋼管平穩(wěn)地抬起,放到冷床上緩慢旋轉(zhuǎn)滾動(dòng),逐步冷卻。然后鋼管在冷床出口處被收集入筐,人工捆扎包裝吊運(yùn)至下一工段。
    3、設(shè)備基本構(gòu)成
    3.1、上料部分:由以下設(shè)備組成:上料臺(tái)架---- 翻料機(jī)構(gòu) --- 縱向旋轉(zhuǎn)送料輥道 ---- 斜輥道
    3.2、淬火加熱部分:分兩個(gè)區(qū),加熱區(qū)和保溫區(qū);其中:加熱區(qū)有12個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈,設(shè)計(jì)功率2500kW,設(shè)計(jì)頻率300HZ,保溫區(qū)有8個(gè)感應(yīng)線(xiàn)圈,設(shè)計(jì)功率2500kW,設(shè)計(jì)頻率1000HZ
    3.3、淬火裝置:兩個(gè)封閉噴淋淬火裝置,裝有數(shù)百只噴嘴,并形成各不相同的角度,向鋼管?chē)姵龈邏核鳎冶WC在鋼管行進(jìn)過(guò)程中的每一處截面上,淬火水量相等,冷卻速度相同,受熱變形均勻。對(duì)于感應(yīng)加熱淬火來(lái)說(shuō),與燃?xì)饧訜岽慊鹱畲蟮牟煌帲驮谟诖慊鸬姆绞讲灰粯印?br />
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