| 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)45MoMnB、35CrMo、40Cr、40Mn2Mo和45#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)T10A、20Mn2、20#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Ф60.3mm、Ф73.0mm、Ф88.9mm等規(guī)格的加厚和不加厚油管，調(diào)質(zhì)出了N80、L80、C95和P110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2007年10月進(jìn)入試生產(chǎn)階段，目前已經(jīng)批量加工出Ф60.3mm、Ф73.0mm、 Ф88.9mm、Ф114.3mm、Ф139.7mm規(guī)格，N80、L80、P110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噸/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噸 Ф73.0×5.51mm 10000噸 Ф88.9×6.45mm 10000噸 套管 Ф114.3×6.35～8.56mm 5000噸 Ф139.7×6.20～10.54mm 20000噸 鉆桿 Ф73.0×9.19mm 2000噸 Ф88.9×9.35mm 3000噸 Ф127.0×9.19mm 5000噸 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： 8～12.5mm 單根鋼管最大重量：350kg 1.4、熱處理后鋼管鋼級(jí)：N80、L80、C90、P95、P110、Q125等； 1.5、原料鋼管鋼種： 37Mn5、34Mn6、38M 6、42MnMo7、30Mn2、27MnCr52、30CrMo、33CrMo、35CrMo、26CrMo4、29CrMo44、32CrMo4 1.6、淬火爐加熱溫度： 850℃～1000℃ 1.7、回火爐加熱溫度： 600℃～750℃ 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 850℃～1000℃。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5～15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600℃～750℃。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 /> |