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中频加热感应技术在钢管热处理工艺中应用
作者: 发布日期:2018/09/29 关注次数:953

 利用中频电流的感应加热原理进行钢管热处理的工艺与设备,指出该工艺技术由于设备投资不大、没有环境污染,符合环保要求,工艺控制节俭省力,特别方便组织生产,比较起燃气加热反腐蚀的钢管热处理,具有一定的技术优势,应当属于政府鼓励发展、企业可以优先采用的新技术、新工艺。


前言

 

利用中频电流的电磁感应加热原理来进行油井管的的淬火、回火以及正火,在美国等发达国家已经属于一种成熟的工艺技术,并且在石油专用管的制造领域得到了广泛的应用。美国longstar公司、无限制管公司、伏尔加钢厂等制管企业都拥有自己的中频感应热处理生产线。感应加热以电作为能源,完全不同于使用天然气、发生煤气或液化石油气等燃气那样,在钢管的加热过程中会产生烟尘,形成空气的污染。因为电能属于绿色能源,不会对环境造成破坏,符合人类社会对环保的要求,所以也是国内外政府鼓励发展的环保型工艺技术开发项目。同时,采用感应加热技术对钢管进行淬火、回火或,升温速度快,效率高,生产组织灵活方便,避免并节省了燃气加热钢管时炉子的升温和降温所需要的时间及能耗。

 

感应加热技术在我国最早应用于军工、汽车、机械等行业,后来逐步扩展到冶金行业,20世纪80年代初期首钢特殊钢公司在国内首先开始使用中频加热技 术,对45momnb35crmo40cr40mn2mo45#钢管进行调质处理;对gcr15钢管进行冷加工中间的软化热处理;对 5cr21mn9ni4n进行钢管固溶热处理;对t10a20mn220#钢棒材进行退火热处理,均取得良好的效果。


 油井管感应热处理的钢种包括碳锰钢系列与合金钢系列。

 

实践证明,采用中频感应加热技术进行钢管的热处理,不仅环境污染小、生产效率高,而且成本可以达到与燃气加热相当的水平;如果在用电的低峰期使用,成本会更低。同时,如果工艺参数选择合理、工艺控制得很好时,甚至可以省去矫直工序。

 

钢管感应热处理的工艺流程与一般传统的燃气加热步进式炉一样,但是工作原理和加工工程却截然不同。在燃气式步进炉中,钢管是整体加热;而在感应炉中,钢管是分段逐次前进连续加热;淬火过程与回火过程也是如此进行。所以钢管在加热、淬火、回火时,基本是做纵向移动、螺旋前进的动作,其余才是做横向移动。其具体加工工艺过程如下:根据api 5 ct标准对油井管的调质要求,油井管管坯由天车吊到上料台架上,人工外观检查后使其整齐排列分布。


待生产线各工作岗位进入正常工作状态时,感应器通电待料,变频送料机开始旋转,手动操作步进上料机工作,把第一根油井管从上料台架出口端平稳地抬起滚送到对齐装置的辊道上,变频送料机以设定的速度向前送料,变频送料机为单辊传动,速度、高度可调,辊型为专门设计倾斜15°布置的辊式送料机,具有水平送料纠偏对中和工件自旋转功能,其中感应加热线圈之间送料辊 和进出口的送料辊材质为耐热钢,并装有旋转密封内水冷却装置,冷却送料辊并使送料辊外表面干燥,便于油管连续加热,其余送料辊材质为耐磨钢。油管经辊道进入加热区,加热区由一套3000kw中频电源和一套1200kw中频电源配多组加热感应线圈组成淬火感应加热区,保证工件温度的均匀,加热温度 850℃~1000℃。在加热线圈的出口处安装进口的双色比色红外测温仪,进行油管加热温度的监测,并把信号反馈到中频电源的控制系统,自动调节中频电源的输出功率,组成闭环控制系统,从而调整钢管加热温度使之控制在允许的误差范围内。

 

加热好的钢管进入喷淋淬火区,由于工件材质为含碳量0.3%左右的碳锰钢或中低合金化的铬钼钢及铬锰钼钢,适合采用纯水作为淬火介质。我们采用环状 冷却装置连续将高压水流喷射到加热的钢管表面,强喷淋515秒左右,以实现淬火马氏体的组织转变。为此,我们选用了二套大流量高压水泵(压力为扬程 125米每分钟的水循环量1000m3/h),总功率在500kw以上,从而达到完全淬透管壁所要求的快速均匀冷却的效果,保证使钢管表面产生的蒸汽膜破 坏,使钢管迅速达到马氏体转变温度,全部转变为淬火马氏体,不会产生淬火屈氏体,从而保证回火索氏体。由于喷淋中会有氧化皮和钢管表面的灰尘脱落后进入淬火介质中,所以淬火介质必须经过沉淀池粗滤、磁性吸滤、网过滤等多级处理,使浊环水清洁干净,不能堵塞喷嘴,可以循环使用。


喷淋区设置隔离挡板,防止水飞溅,利于水的回收利用和减少浊环水的损耗,还设置防护罩,以防水蒸汽喷出,保证车间的干燥。

 

喷淋淬火后的钢管由辊道传送至管内除水段经气动翻料机把管子抬放在倾斜台上,经5分钟以上的沥水后再经气动翻料机抬放至回火线辊道上,在辊道的传动下进入中频回火感应加热区,回火加热温度范围一般为600℃~750℃。中频感应加热电源为一套1900kw和一套900kw由多组感应线圈组成的回火感 应加热区。在最后一个感应线圈的出口处安装进口的双色比色红外测温仪进行监测油管的温度,负责把信号反馈到中频电源,自动调节中频电源的输出功率,以组成闭环控制系统。经回火后的钢管在辊道上通过高压水除鳞装置,钢管在高压喷射水的冲刷下达到除鳞效果,经过除鳞得钢管,通过回火区的感应器后,由气压传动步进翻料机把钢管平稳地抬起,放到冷床上缓慢旋转滚动,逐步冷却。然后钢管在冷床出口处被收集入筐,人工捆扎包装吊运至下一工段。


3、设备基本构成

 

3.1、上料部分:由以下设备组成:上料台架---- 翻料机构 --- 纵向旋转送料辊道 ----斜辊道

 

3.2、淬火加热部分:分两个区,加热区和保温区;其中:加热区有12个感应线圈,设计功率2500kw,设计频率300hz,保温区有8个感应线圈,设计功率2500kw,设计频率1000hz

 

3.3、淬火装置:两个封闭喷淋淬火装置,装有数百只喷嘴,并形成各不相同的角度,向钢管喷出高压水流,且保证在钢管行进过程中的每一处截面上,淬火水量相等,冷却速度相同,受热变形均匀。对于感应加热淬火来说,与燃气加热淬火最大的不同之处,就在于淬火的方式不一样。

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