| 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，應(yīng)當(dāng)屬于政府鼓勵發(fā)展、企業(yè)可以優(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)加熱原理來進(jìn)行油井管的的淬火、回火以及正火，在美國等發(fā)達(dá)國家已經(jīng)屬于一種成熟的工藝技術(shù)，并且在石油專用管的制造領(lǐng)域得 到了廣泛的應(yīng)用。美國LONGSTAR公司、無限制管公司、日本JFE公司、俄羅斯塔干羅格冶金廠、伏爾加鋼廠等制管企業(yè)都擁有自己的中頻感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線。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�，在鋼管的加熱過程中會產(chǎn)生煙塵，形成空氣的污染。因為電能屬于綠 色能源，不會對環(huán)境造成破壞，符合人類社會對環(huán)保的要求，所以也是國內(nèi)外政府鼓勵發(fā)展的環(huán)保型工藝技術(shù)開發(fā)項目。同時，采用感應(yīng)加熱技術(shù)對鋼管進(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爐子的升溫和降溫所需要的時間及能耗。 感應(yīng)加熱技術(shù)在我國最早應(yīng)用于軍工、汽車、機械等行業(yè)，后來逐步擴展到冶金行業(yè)，20世紀(jì)80年代初期首鋼特殊鋼公司在國內(nèi)首先開始使用中頻加熱技 術(shù)，對45MoMnB、35CrMo、40Cr、40Mn2Mo和45#鋼管進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理；對GCr15鋼管進(jìn)行冷加工中間的軟化熱處理；對 5Cr21Mn9Ni4N進(jìn)行鋼管固溶熱處理；對T10A、20Mn2、20#鋼棒材進(jìn)行退火熱處理，均取得良好的效果。 西姆萊斯石油專用管制造有限公司為生產(chǎn)高品質(zhì)油井管并開發(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，在消化吸收國外鋼管感應(yīng)加熱技術(shù)的基礎(chǔ)上， 雙方經(jīng)過不斷摸索、不斷改進(jìn)，研制開發(fā)出完全國產(chǎn)化的油井管中頻感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線。目前已經(jīng)有兩條線先后投入正常生產(chǎn)。其中第一條生產(chǎn)線經(jīng)過一年多的試生 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等鋼級的油井管產(chǎn) 品，并通過了中國石油天然氣集團公司管材研究所的實物評價試驗，被認(rèn)定為符合美國石油學(xué)會5CT標(biāo)準(zhǔn)的油井管產(chǎn)品。在此同時，生產(chǎn)線進(jìn)行了Ф88.9× 9.19㎜鉆桿的熱處理工藝試驗。隨后建設(shè)的第二條生產(chǎn)線也于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，如果工藝參數(shù)選擇合理、工藝控制得很好時，甚至可以省去矯直工序。以下主要介紹西姆萊斯石油專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。 1、鋼管感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線的產(chǎn)品大綱及技術(shù)要求： 1.1、生產(chǎn)能力：熱處理6萬噸（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 長度： 8～12.5mm 單根鋼管最大重量：350kg 1.4、熱處理后鋼管鋼級：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，同時具有管內(nèi)吹水功能，保證管子進(jìn)回火爐時管內(nèi)無水； 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；淬火過程與回火過程也是如此進(jìn)行。所以鋼管在加熱、淬火、回火時，基本是做縱向移動、螺旋前進(jìn)的動作，其余才是做橫向移 動。其具體加工工藝過程如下：根據(jù)API 5 CT標(biāo)準(zhǔn)對油井管的調(diào)質(zhì)要求，油井管管坯由天車吊到上料臺架上，人工外觀檢查后使其整齊排列分布。待生產(chǎn)線各工作崗位進(jìn)入正常工作狀態(tài)時，感應(yīng)器通電待 料，變頻送料機開始旋轉(zhuǎn)，手動操作步進(jìn)上料機工作，把第一根油井管從上料臺架出口端平穩(wěn)地抬起滾送到對齊裝置的輥道上，變頻送料機以設(shè)定的速度向前送料， 變頻送料機為單輥傳動，速度、高度可調(diào)，輥型為專門設(shè)計傾斜15°布置的輥式送料機，具有水平送料糾偏對中和工件自旋轉(zhuǎn)功能，其中感應(yīng)加熱線圈之間送料輥 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℃。在加熱線圈的出口處安裝進(jìn)口的雙色比色紅外測溫儀,進(jìn)行油管加熱溫度的監(jiān)測，并把信號反饋到中頻電源的控制系統(tǒng)，自動調(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，強噴淋5～15秒左右，以實現(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，不會產(chǎn)生淬火屈氏體，從而保證回火索氏體。由于噴淋中會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)過沉淀池粗濾、磁性吸濾、網(wǎng)過濾等多級處理，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)氣動翻料機把管子抬放在傾斜臺上，經(jīng)5分鐘以上的瀝水后再經(jīng)氣動翻料機抬放至回火線輥道上，在輥道的傳動 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)線圈組成的回火感 應(yīng)加熱區(qū)。在最后一個感應(yīng)線圈的出口處安裝進(jìn)口的雙色比色紅外測溫儀進(jìn)行監(jiān)測油管的溫度，負(fù)責(zé)把信號反饋到中頻電源，自動調(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)過除鱗得鋼管，通過回火區(qū)的感應(yīng)器后，由氣壓傳動步 進(jìn)翻料機把鋼管平穩(wěn)地抬起，放到冷床上緩慢旋轉(zhuǎn)滾動，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：上料臺架---- 翻料機構(gòu) --- 縱向旋轉(zhuǎn)送料輥道 ---- 斜輥道 3.2、淬火加熱部分：分兩個區(qū)，加熱區(qū)和保溫區(qū)；其中：加熱區(qū)有12個感應(yīng)線圈，設(shè)計功率2500kW，設(shè)計頻率300HZ，保溫區(qū)有8個感應(yīng)線圈，設(shè)計功率2500kW，設(shè)計頻率1000HZ。 3.3、淬火裝置：兩個封閉噴淋淬火裝置，裝有數(shù)百只噴嘴，并形成各不相同的角度，向鋼管噴出高壓水流，且保證在鋼管行進(jìn)過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。對于感應(yīng)加熱淬火來說，與燃?xì)饧訜岽慊鹱畲蟮牟煌�，就在于淬火的方式不一樣�?br /> |