CN101228285A - 连续热处理炉、使用其的金属管及热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种连续热处理炉，以及使用这种连续热处理炉进行热处理的金属管及使用该热处理炉进行的热处理方法。该连续热处理炉是将气氛气体导入具有加热带(1a)的加热室(1)，从炉入口(2a)沿轴向连续地装入金属管并从炉出口(2b)搬出实施了热处理的金属管的连续热处理炉，在加热室的入口侧具有装设有预热带(3)的前室(4)，在前室的入口侧及出口侧具有密封帘(5a)、(5b)。理想的是在加热室的出口侧设置后室(6)，在后室的入口侧安装密封帘(7a)。通过该热处理炉及热处理方法，即使在将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，也可以在热处理前简易地除去金属管内外表面的附着物。

Description

连续热处理炉、使用其的金属管及热处理方法

技术领域

本发明涉及已被冷加工的金属管的连续热处理，更详细地说，涉及使用含有碳化氢成分的轧制油或润滑剂进行冷加工，例如，在不锈钢钢管等金属管中，不会产生来自管的内面附着物的生成气体引起的污染的连续热处理炉，以及使用其进行热处理的金属管及热处理方法。

背景技术

对冷加工的金属管、例如，冷精加工的钢管实施冷加工时，实施在钢管的内外表面在冷轧制时涂敷轧制油，在冷拉拔时涂抹润滑剂(金属肥皂)等的适当的表面处理，加工成规定的尺寸。

在将冷加工后的钢管进行热处理时，在热处理前需要清洗轧制油和润滑剂(脱脂)，除去钢管内外表面的附着物。在钢管表面上残留有附着物的状态下实施热处理时，由于轧制油和润滑剂含有碳化氢类的成分，有时还含有氯等，因此在热处理中，这些成分蒸发而产生氯气之外的污染气体，这些气体尤其容易滞留在钢管内面而造成污染。

另外，即使上述蒸发气体中不含有氯之外的污染气体，由于钢管的内外表面暴露在含有碳源(碳)的高温气体中，因此有时也会由于温度条件而发生渗碳。在表面发生了渗碳的钢管在高温高压下反复使用时，以渗碳部为起点可能发生SCC(应力腐蚀开裂)。因此，在将冷加工后的钢管进行热处理时，在钢管的内外表面必须不发生渗碳。

在热处理前除去钢管内外表面残留的附着物，以使伴随热处理，在钢管表面不发生污染或渗碳，这时，在冷加工后仅靠碱脱脂、清洗不能除去，需要在此基础上，实施喷砂等内面清洁工序。另外，在采用酸洗时，用于该工序的用工数增大，所有这些都会增大冷加工的钢管制造费。

为防止钢管内面的污染和渗碳，有效的方法是用气氛气体将管内的气体进行置换，一直以来为此提出有种种对策。

在特开平5-320745号公报中，提出有一种管内气体清洁装置，其弹性衬垫以使设置在对向部的一对开闭门沿清理室的入口部的上下各自上下动的方式而设置，使搬入的直管临时停止在入口部，并由开闭门自上下夹住而提高清理室的气氛气体的压力，由此将直管内置换成气氛气体。

但是，特开平5-320745号公报提出的装置，每次都需要在清理室的入口部停止直管的装入，因此热处理能率显著降低。与此同时，因加热气氛的作用，弹性衬垫的品质急剧劣化，存在不能得到要求性能和需要频繁地交换的问题。

另外，特开平6-128645号公报公示的热处理装置，在用于在气氛气体中对直状管进行热处理的热处理炉的侧方，设置有朝向直状管的入口、用于送入直状管的装入平台，在该装入平台上设置有在直状管的前端进入上述热处理炉内的状态，用于使位于该直状管的后端的位置形成负压的负压装置。由此，可以极其简单地进行直状管内的净化操作。

但是，特开平6-128645号公报公示的装置需要大容量的负压装置，因此需要大的设备投资，存在钢管制造费成本增高的问题。

另外，在特开2004-239505号公报公示有：“一种连续热处理炉，其特征在于，在炉入口以覆盖其全面的方式设置有吊着的耐热性帘，通过该耐热性帘而装入上述钢管”。在该热处理炉中，钢管内面的附着物发生的分解气体(污染气体)容易滞留在钢管内部，因此使气氛气体从钢管的前端侵入至内部，从而使钢管内部的气体流动变得显著。

具体而言，在将被热处理材料即钢管装入炉内时，先装入的钢管的前端侧升温，表面温度达到200～600℃时，残留附着物分解而产生碳化氢类气体等。覆盖连续热处理炉的炉入口且进行密封，优选为通过覆盖炉入口及炉出口部的两端，能够使炉内的气氛气体与炉外相比成为正压，由此从钢管的前端朝向后端可以形成气体流动。

由此，将钢管装入热处理炉内时，分解、除去残留在内表面的附着物，并且在钢管内部产生从前端朝向后端的气氛气体流，因此，可以容易地将管内部置换成气氛气体，不会使热处理能率降低，并且可以防止附着物的分解气体引起的污染和渗碳。

但是，特开2004-239505号公报公不的热处理炉，被热处理材料即钢管的后端进入炉内(正确而言，比上述耐热性帘更靠近内侧)时，钢管的前端和后端没有压力差，钢管内没有气体流，因此在后端附近容易滞留碳化氢类气体和污染气体。因此，需要时常管理炉入口的温度，以达到在钢管的后端进入比耐热性帘更靠近内侧之前可以使钢管内面的附着物分解的温度。因此，希望使用简单方法就可以更确实地去除碳化氢类气体和污染气体的热处理炉。

发明内容

本发明是鉴于在这种冷加工后的钢管、其它的金属管的内外表面残留的附着物的问题而开发的，其目的在于，提供一种即使将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，也可以在热处理前简易地除去残留的附着物，而且也不降低热处理能率的连续热处理炉，以及使用这种连续热处理炉进行热处理的金属管及热处理方法。

本发明者们为解决上述课题，对用于除去在将冷加工后的钢管进行清洗后残留在表面的附着物的热处理方法进行了种种探讨。其结果是，即使将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，在将钢管装入热处理炉时，也可以简易地分解、气化、除去残留在内外表面上的附着物。

在碱脱脂、清洗后残留在钢管表面的附着物(冷加工时的轧制油、拉拔用润滑剂(金属肥皂))几乎在热处理时被加热至200～600℃，这时，分解而生成碳化氢类气体(还有，氯气之外的污染气体)。尤其是，在400℃碳化氢类气体等的发生最显著。因此，为了有效地分解残留的附着物，理想是将钢管表面加热至400℃以上。

通常，在装入热处理炉内的钢管中，外面附着物的分解气体依靠炉内的气体流容易地被扩散，但是，外面附着物的分解气体容易滞留在钢管内部。附着物的分解气体有时含有氯之外的污染物质，另外，因在碳化氢类具有渗碳性，所以在钢管加热至800℃以上时，有时在钢管表面发生污染和渗碳。

因此，为有效地防止污染和渗碳的发生，需要将钢管表面的温度控制在不足800℃。在实际的操作中，考虑到连续热处理炉内的控制精度，优选控制在750℃以下。

钢管内面的附着物发生的分解气体(污染气体)容易滞留在钢管内部，因此，本发明者们对使钢管内部的气体流更显著的方法进行了反复的探讨。其结果认为，在连续热处理炉的加热室的入口侧装设具有预热带的前室，同时在前室出口侧(即，加热室的入口侧)安装密封帘，将前室的内压设定为“炉外压以上且加热室压力以下”，即，通过在热处理炉内设置阶段状的压力差，不需要时常控制炉入口的温度，就可以容易且确实地进行管内面附着物的分解、除去。

本发明是基于上述的见解而开发的，其要点为：下述(1)的连续热处理炉，(2)的金属管及(3)的热处理方法。

(1)一种连续热处理炉，其将气氛气体导入具有加热带的加热室，从炉入口沿轴向连续地装入金属管并从炉出口搬出实施了热处理的金属管，其中，在加热室的入口侧具有装设有预热带的前室，在前室的入口侧及出口侧具有密封帘。

优选为在所述的连续热处理炉中，在加热室的出口侧具有后室，在后室的入口侧具有密封帘。

(2)用上述(1)所述的连续热处理炉制造的金属管。

(3)一种热处理方法，将气氛气体导入具有加热带的加热室，从炉入口沿轴向连续地装入金属管并从炉出口搬出实施了热处理的金属管，在加热室的入口侧具有预热带的前室的内压，设定为炉外压以上且加热室的压力以下，在前室将金属管加热至可以将残留在金属管的内外表面的附着物气化的温度，进行热处理。

在此，所谓的“附着物的气化”是指附着物分解而产生碳化氢类气体等。

附图说明

图1是表示密封性能试验装置的主要部分的概略构成图；

图2是表示用于性能评价的密封帘的结构图，(a)是密封帘为8(4个×2组)个的情况，(b)是密封帘为16(4个×4组)个的情况；

图3是将空气供给量和管道内压力(密封性能)的关系、密封帘的个数作为参数而表示的图；

图4是表示密封帘为8(4个×2组)个时的密封帘的长度方向的管道内压力分布的图；

图5是表示密封帘为16(4个×4组)个时的密封帘的长度方向的管道内压力分布的图；

图6是表示在管道内压力的均匀性评价试验中的管道截面的测定位置的图；

图7是示意地表示本发明的连续热处理炉的剖面构成例(图7(a))、材料温度图形(同图(b))、炉内压力分布(同图(c))及残留污染气体的释放效果(同图(d))的图。

具体实施方式

如上所述，在本发明中，在加热室的入口侧设置装设有预热带的前室，并且在入口侧安装有密封帘，对用这种方法给予热处理炉内阶段状的压力的情况是否有问题进行了调查。

在该调查中，使用了图1所示的密封性能试验装置。该装置具有在中央部装设密封帘安装部9的管道10(剖面形状：高160mm×宽800mm)，在管道10上安装密封帘11，将供给量设定为30～90Nm3/h并向管道10内供给气体(使用空气(空气))，测定管道10内的压力(下面，压力用(标准大气压)记述)。

(a)密封帘的结构(个数)和密封性

将密封帘11安装在密封性测试装置上，测定密封帘前部的剖面A(图中标注虚线的部分)的管道内压力。密封帘的安装设定为图2(a)所示的帘为8个(4个×2组)，及图2(b)所示的帘为16个(4个×4组)。另外，根据在密封帘前部(剖面A)的测定可以进行密封性能的评价的情况，由后述的试验(c)进行确认。

将试验结果表示在图3中。由该结果表明，在空气供给量增多的同时管道内压力提高(即，密封性能提高)，密封帘为16个时比密封帘为8个时性能提高约2倍。

(b)密封帘长度方向的压力分布

在密封性能试验装置中，分别就将密封帘的安装设定为如图2(a)所示的帘为8个、及如图2(b)所示的帘为16个的情况，对密封帘前部、后部及密封帘的各组间的管道压力进行了测定。

图4及图5表示测定结果。在这些图中，也一同图示了密封帘的安装位置，表示了与此对应的测定结果。从这些结果可以确认，密封帘无论为8个、16个时，管道内压力都从密封帘后部至前部直线上升，空气供给量为60Nm3/h时，用密封帘1组可以确保约3Pa的密封性能。

(c)管道内压力的均匀性

在管道内的宽度方向：100mm间距、高度方向：50mm间距(参照图6)、长度方向：250mm间距，实施空气供给量为60Nm³/h、密封帘为16个(4个×4组)时，实施了压力测定。

表1表示在密封帘前部(剖面A)的测定结果，表2表示在密封帘后部(剖面B)的测定结果。

[表1]

	在剖面A部的炉内压力(Pa)
								(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)
	i	12.0	---	---	12.1	---	---								11.9
ii								12.0	12.0	12.0	12.0	12.0	12.0	11.9
	iii	12.0	---	---	12.1	---	---								11.9

(注)空气供给量：60Nm3/h、密封帘：4个×4组

[表2]

	在剖面B部的炉内压力(Pa)
								(1)	(2)	(3)	(4)	(5)	(6)	(7)
	i	0.0													0.1
ii								0.0	0.0	0.0	0.1	0.1	0.1	0.1
	iii	0.0			0.1										0.1

(注)空气供给量：60Nm3/h、密封帘：4个×4组

从表1及表2的结果可以判明，密封帘的前部及后部，在管道截面上也为均匀的压力分布，虽没有表示，但即使在长度方向在±0.1Pa以内，也是均匀的。另外，由于密封帘后部的压力大致为0Pa，因此，通过测定密封帘前部(例如，剖面A)的压力可以进行密封性能评价。

根据上述密封性能试验装置的试验结果可知，将多个密封帘重叠并组成组，并且配设多组，也可以确保炉内任意截面的压力的均匀性，压力与密封帘的个数成比例地降低。由此可以确认，可以容易地将热处理炉的内压设定为二阶段。

于是，作为用于设定两个阶段内压的装置，采用密封帘。

图7是示意地表示本发明的连续热处理炉的截面构成例(图7(a))、材料温度图形(同图(b))、炉内压力分布(同图(c))及残留污染气体的释放效果(同图(d))的图。在图7中，(b)～(d)的横向长度都与(a)的横向长度相对应。

在图7(a)所示的热处理炉的结构为，向具有加热带1a的加热室1导入气氛气体，将钢管从炉入口2a沿轴向连续地装入，实施规定的热处理后，从炉出口2b搬出。另外，在炉地板上配置有自炉入口2a贯穿炉出口2b的送管用辊(未图示)。

如图所示，在加热室1的入口侧设置具有预热带3的前室4，在前室4的入口侧、出口侧(即，加热室1的入口侧)分别安装有本发明中所规定的密封帘5a及5b。由此，在送管用辊上流动的钢管前进一定距离以上时，在设置预热带的位置，钢管内面的附着物进行气化，另一方面，在夹持密封帘5a的前室4和连续热处理炉之间产生压力差，因此从钢管前端朝向后端形成气氛气体流，由于气化发生的污染气体成为气氛气体并且通过钢管的后端向连续热处理炉外排出。另外，在钢管的前端进入加热室1的情况下，由于在夹持密封帘5b的加热室1和前室4之间产生压力差(或在加热室1和连续热处理炉外之间产生压力差)，因此，同样地污染气体通过钢管的后端向前室4(或连续热处理炉外)排出。

另外，在该例中，在加热室1的出口侧夹着冷却带设置有本发明所希望的后室6，在其入口侧安装有密封帘7a。由此，前室4的气氛气体的流动量增多，可以在不产生污染的前提下加快送管速度。

另外，在该例中，在后室6的出口侧还安装有密封帘7b。该密封帘7b一直都安装着，其用于使气氛气体不从后室6的出口侧(炉出口2b)向另一方流出。即，目前，虽然安装有用于防止气氛气体的流出的密封帘7b，但是没有考虑到如在本发明的连续热处理炉中可以实现的气氛气体的急剧的内压梯度(换言之，提高炉内压、且设定为二个阶段)。

下面，利用图7(b)～(d)进行详述。

7(b)是材料温度图形，实线(图中，表述为“现状”)是没有设置预热带3的图形，虚线是将具备本发明的热处理炉的构成要件即预热带3的前室4设置在加热室1的入口侧的图形。通过设置预热带3，可以将钢管的温度急速地提高至之前叙述的、使管内残留附着物气化而产生碳化氢类气体和氯气以外的污染气体(在此，尤其注意污染，称为“污染气体”)时的理想的温度范围内的450℃。

图7(c)是炉内的压力分布(含一部分实测值的推定压力分布)，实线(在图中，记述为“现状(推测)”)为没有在前室4安装本发明规定的密封帘5a及5b中的密封帘5b，并且在后室6没有设置本发明希望的密封帘7a的状态。虚线是本发明中在前室4的出口侧(即，加热室1的入口侧)设置密封帘5b、在后室6的入口侧设置密封帘7a的状态。由此，在密封帘5b和密封帘7a之间炉内压力增高，在前室4的部分和加热室1的部分将炉内压设定为两个阶段，可以将前室的内压设定在炉外压以上加热室的压力以下。

图7(d)是用于说明残留在钢管内的污染气体的释放效果的图。该图(d)中的“现状”为，钢管8的后端8b处于前室4的入口侧部分，钢管8的前端8a处于加热室1的中央附近，未加热的长度成为13m。这里所说的“未加热长度”是指材料温度没有达到残留附着物分解的理想的温度(在该例中，450℃)，因此叫做残留有附着物(或仅有一部分气化)的部分的长度。与图7(c)的炉内压力分布相对比，在该时点，前端8a的压力比后端8b的压力更高，因此有管内气体流动，但是，钢管8被搬运且后端8b到达图7(c)的A点时，由于在管的前端8a、后端8b没有压力差，因此管内气体的流动停止，污染气体滞留在管内。

在图7(d)的“预热带设置时”中，由和图7(b)的材料温度图形的对比可知，因为距材料温度达到450℃的炉入口2a的距离短，因此，未加热长度减少为5m。但是，和上述同样，后端8b达到图7(c)的A点时，管内气体流动停止，污染气体滞留在后端8b附近的管内。

图7(d)的“预热带+密封帘设置时”的(1)为，钢管8的后端8b达到图7(c)的A点、前端8a处于加热室1的中央附近的情况，未加热长度比上述的“预热带设置时”更短。由于在前室4的出口侧(即，加热室1的入口侧)设置有密封帘5b，因此如图7(c)所示，热处理炉的内压设定为二阶段，其结果是，即使管后端8b达到图7(c)的A点，由于管的前端8a和后端8b有压力差，产生管内气体流动，因此，气化的污染气体也不会滞留在管内。钢管8被搬送成为(2)的状态后，管后端8b也达到450℃，未加热的长度变为0m，管内的残留附着物全部分解、气化。而且，从和图7(c)的炉内压力分布的对比可知，气化的污染气体通过管内气体流从管后端排出。

对密封帘的材质、形状等没有特别限定。可以使用目前所使用的耐热性的帘，如前的实验结果所示，只要将多块重叠、再将其组成组而使用，则可以有效地维持密封帘前后的压力差。

如此，通过本发明的连续热处理炉，即使将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，也可以容易地除去热处理前钢管内外表面的附着物，而且必要的设备投资也比较低廉。

上述(2)所述的金属管是用上述的本发明的热处理炉制造的金属管。即使将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，通过热处理，在被加热到高温(在上述图7所示的例中，1100℃)之前，用预热带可以除去管的内外表面的残留附着物，因此金属管表面(尤其是内面)不会被污染。

上述(3)所述的热处理方法为，“将气氛气体导入具有加热带的加热室，从炉入口沿轴向连续地装入金属管并从炉出口搬出实施了热处理的金属管，在加热室的入口侧装设有预热带的前室的内压，按照成为炉外压以上且加热室的压力以下的方式设定，在前室将金属管加热至可以将残留在金属管的内外表面的附着物气化的温度，进行热处理”的方法。

作为上述的“气氛气体”，为了抑制管的表面氧化，单独或混合使用非氧化性气体即氢气、氮气或He、Ar等惰性气体。为确保耐蚀性，在管表面形成致密、密合性高的氧化被膜时，使用水蒸气和CO2、O2等氧化性气体或这些和非氧化性气体的混合气体。另外，不局限于上述的气体，若使用大气和燃料即LNG的燃烧排放气体，可以降低热处理成本。

“将金属管加热至可以使附着物气化的温度”时的温度，优选为管的内表面温度设定在400℃以上，且在750℃以下。为了使残留的附着物有效地分解、气化，适于将表面温度加热至400℃以上，缓和污染气体的作用，另外，为了防止渗碳的发生，考虑到管理精度，有效的上设定在750℃以下。

为了将“前室的内压设定为炉外压以上且加热室的压力以下”中，仅将气氛气体以适当的供给量导入加热室内即可。由于设置在前室出口侧的密封帘5b、设置在入口侧的密封帘5a有效地作用，故前室的内压成为炉外压以上且加热室的压力以下。

该热处理方法可以使用上述的本发明的热处理炉来实施。即，可以将炉内压设定成前室部分和加热室部分二个阶段，因此，可以将前室的内压设定为炉外压以上且加热室的压力以下，由此，在管内部从前端朝向后端肯定能够产生气氛气体的流动，因此，可以使管内部的残留附着物气化，从而被气氛气体置换而除去。其后接着在规定的温度下实施热处理，所以也不会使热处理能率降低。

实施例

使用表示在两端产生ΔP_p[Pa]压差的管内的气体流动的“等温流动模式式”，改变预热带及密封帘的设置条件等，研究送入内径6mm、长度20m的钢管时的管内的气体是否可以排出，并且，调查在实际炉中有无含氯的附着物对管内面的污染。另外，在研究上述管内气体是否排出中所需要的炉内压分布用后述的炉内压力分布推定式进行推定。

“等温流动模式”的导出：

在管两端产生的压差ΔP_p[Pa]和在管内产生的气体流速υ_p[m/p]具有下述(1)式的关系。

[数1]

$\mathrm{\Δ}{P}_P={\mathrm{\λ}}_P\frac{L_P}{D_P}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{{\mathrm{\ν}}_P}^2..\left(1\right)$

其中，λp：管摩擦系数[-]

Lp：管长[m]

Dp：管径[m]

ρ：气体的密度[Kg/m3]

υp：气体流速[m/s]

层流的情况，

[数2]

${\mathrm{\λ}}_P=\frac{64}{\mathrm{Re}}=64\frac{\mathrm{\μ}}{\mathrm{\ρ}{D}_P{\mathrm{\ν}}_P}..\left(2\right)$

其中，Re：雷诺数[-]

μ：粘性系数[Kg/m·s]

因此，ΔP_p[Pa]为：

[数3]

$\mathrm{\Δ}{P}_P=32\frac{\mathrm{\μ}{L}_P}{{D_P}^2}{\mathrm{\ν}}_P..\left(3\right)$

另一方面，将前室的入口设为L＝0，将设置在前室入口侧的密封帘后端的位置设为L1，将设置在前室出口侧的密封帘的前端及后端的位置分别设为L2、L3(L3＝L2+“密封帘5b的厚度”)(参照图7(a))，在密封帘前后静压直线性增加，若在密封帘之间近似于等压时，则炉内压力分布用下式表示。

[数4]

ΔP_p(L)＝P_0vec(L)-P_0ven(L-L_P)    …(4)

其中，L：以前室入口为基准的管前端的炉内位置[m]

L_P：管的全长[m]

P_0ven：炉内压力[Pa]

在此，钢管为450℃时，假设产生污染气体(在管内面附着的污染物质气化)，将钢管达到450℃时的炉内位置设定为L₄₅₀、将钢管前端(送管方向端部)达到L₄₅₀的时刻设定为t₄₅₀、将钢管两端到达没有压差的位置L₄(L₄＝L₃+L_p、L_p是管的全长)的时刻设定为t₄时，在时间(t₄-t₄₅₀)之间，处于钢管的前端位置的气氛气体在管内移动的距离L_drain(0)用后述的(5)式表示。

[数5]

$L_{\mathrm{drain}}\left(0\right)={\∫}_{t450}^{t4}{\mathrm{\ν}}_P\mathrm{dt}..\left(5\right)$

将送管速度设为υt时、根据L＝t·υt，成为：

[数6]

$L_{\mathrm{drain}}\left(0\right)=\frac{1}{{\mathrm{\ν}}_t}{\∫}_{L450}^{L1}{\mathrm{\ν}}_P\mathrm{dL}=\frac{{O_P}^2}{32\mathrm{\μ}{L}_P{\mathrm{\ν}}_t}{\∫}_{L450}^{L1}\mathrm{\Δ}{P}_P\left(L\right)\mathrm{dL}..\left(6\right)$

处于离开钢管的前端的管内位置x[m]的气体达到450℃之后直到钢管两端没有压差的位置L4为止，在送管期间在钢管内移动的距离L_drain(x)用下式表示。

[数7]

$L_{\mathrm{drain}}\left(x\right)=\frac{{D_P}^2}{32\mathrm{\μ}{L}_P{\mathrm{\ν}}_t}{\∫}_{L450+x}^{L4}\mathrm{\Δ}{P}_P\left(L\right)\mathrm{dL}..\left(7\right)$

因此，未加热长度L_res用下式表示。

[数8]

L_res＝Max[(L_p-x)-L_drain(x)}  ··(8)

其中，0≤X≤Lp

若L_res≤0，“未加热长度”则可以从气氛气体的管内排出，与此相伴，污染气体也从管内排出。

炉内压力分布推定式：从j块密封帘流出的气体质量流量G[kg/s]及静压变化ΔP_j[pa]分别用下述(9)式及(10)式表示。

[数9]

G＝ρ_j Aν_j    ··(9)

$\mathrm{\Δ}{P}_j=\mathrm{\ζ}\frac{1}{2}{\mathrm{\ρ}}_j{{\mathrm{\ν}}_j}^2..\left(10\right)$

其中，A：帘的气体通过部的截面积[m2]

ΔP_j：帘前后的压差[pa]

ζ：平均1块帘的阻力系数[-]

ρ_j：帘前后的气体的平均密度[kg/m3]

υ_j：帘截面积平均气体通过速度[m/s]

气体通过n块密封帘时产生的压差ΔP_total(pa)，为下述(11)式。

[数10]

$\mathrm{\Δ}{P}_{\mathrm{total}}=\mathrm{n\ζ}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ν}}^2=\mathrm{n\ζ}\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{\left[\frac{G}{\mathrm{\ρA}}\right]}^2=Z\frac{G^2}{2\mathrm{\ρ}}..\left(11\right)$

其中，ρ、υ为一定值，Z＝nζ/A²[m^-2]

将设置在前室入口侧、前室出口侧、及后室内的密封帘组数(1组＝4块)分别设定为N_en-in、N_en-out、N_ex[组]、将从前室侧及后室侧流出的氢气气体量分别设定为G_en、G_ex[kg/s]，根据加热带静压ΔP_H-zone＝冷却带静压可以得到(12)式。

[数11]

$\mathrm{\Δ}{P}_{H-\mathrm{zone}}=N_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}Z\frac{{G_{\mathrm{en}}}^2}{2{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}}+N_{\mathrm{en}-\mathrm{out}}Z\frac{{G_{\mathrm{en}}}^2}{2{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{out}}}=N_{\mathrm{en}}Z\frac{{G_{\mathrm{en}}}^2}{2{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}}}..\left(12\right)$

在此，在G_total＝G_en+G_ex时，可以得到(13)式及(14)式。

[数12]

$G_{\mathrm{en}}=\frac{{(N_{\mathrm{en}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}})}^{1/2}}{{(N_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}+N_{\mathrm{en}-\mathrm{out}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{out}})}^{1/2}+{(N_{\mathrm{en}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}})}^{1/2}}{G}_{\mathrm{total}}..\left(13\right)$

$G_{\mathrm{ex}}=\frac{{(N_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}+N_{\mathrm{en}-\mathrm{out}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{out}})}^{1/2}}{{(N_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{in}}+N_{\mathrm{en}-\mathrm{out}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}-\mathrm{out}})}^{1/2}+{(N_{\mathrm{en}}/{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{en}})}^{1/2}}{G}_{\mathrm{total}}..\left(14\right)$

给出密封帘组数和总氢气供给量G_total时，由上述(12)～(14)式求出加热带静压(即、加热室压力)ΔP_H-zone。另外，前室的压力ΔP_前室也可以通过下式求出。

[数l3]

模拟的结果(管内气体排出与否的探讨结果)：

假设使用上述的“等温流动模式式”，对内径6mm、长20mm的钢管进行热处理，计算未加热的长度L_res。如上所述，未加热长度L_res≤0时，管内的污染气体从管的后端排出。在此，作为管内温度采用热处理炉内的温度450～1100℃的平均温度775℃。

在模拟中，对在前室没有预热带及出口侧密封帘、在后室没有入口侧密封帘时(模拟1)、在前室仅有预热带时(模拟2)、在前室仅有出口侧密封帘时(模拟3)、在前室有预热带及出口侧密封帘时(模拟4)、以及在前室有预热带及出口侧密封帘、且在后室有入口侧密封帘时(模拟5)的5种场合，分别将送管速度设定为1450mm/min或950mm/min进行计算。

表3表示模拟结果。另外，在表3中，除未加热的长度L_res之外也一同表示了预热带或密封帘的有无等、连续热处理炉中的设备上的设定条件、以及前室及加热室的压力。热处理炉的“前室”及“后室”栏中的○标记是表示具备预热带及密封帘的情况，另外，“未加热长度L_res”栏中的○标记是表示计算上能够防止管内面的污染的情况，×标记表示不能防止污染的情况。

[表3]

模拟	连续热处理炉的设定条件										未加热的长度Lres(m)
															前室		后室	L1	L2	L3	L4	L450	炉内压力(Pa)		送管长度
	出口侧密封帘	预热带	入口侧密封帘	(m)	(m)	(m)	(m)	(m)	前室	加热室	1450mm/min	评价	950mm/min	评价
															1	-	-	-	2.7	8.7	9.9	27.0	13.0	6.78	6.78	13.2	×	10.4	×
2	-	○	-	2.7	8.7	9.9	27.0	7.0	6.78	6.78	8.3	×	4.3	×
															3	○	-	-	2.7	8.7	9.9	27.0	13.0	4.82	9.64	7.1	×	4.5	×
4	○	○	-	1.7	8.7	9.9	27.0	5.0	4.82	9.64	0.6	×	-3.4	○
															5	○	○	○	1.7	8.7	9.9	27.0	5.0	6.24	12.47	-2.4	○	-5.4	○

从表3所示的结果可知，在前室具有预热带及出口侧密封帘的模拟4中，在送管速度慢(950mm/min)时，未加热长度为0以下(L_res≤0)。即，预想可以将污染气体从管内排出。另外，在前室具有预热带及出口侧密封帘、且在后室有入口侧密封帘的模拟5中，即使送管速度快(1450mm/min)时，未加热长度也为0以下，预想可以进行更高效的热处理。

在实际炉中有无管内面污染的调查：

接着上述的模拟，在实际炉中进行在内外表面附着有含有氯的润滑剂的钢管(内径6mm、长度20m)的热处理，调查有无氯造成的污染。热处理炉内的气氛气体使用氢气气体，将供给量设定为950Nm/min或1450Nm/min。

表4表示调查结果。在表4中，前室入口侧的密封帘采用通常使用的帘，因为在比较例及实施例中都设置有这种帘，因此没有进行表示。另外，对于“有无污染”，从热处理后的钢管上切除尤其容易残留氯的后端部(相对于钢管的行进方向为后端的部分)，用纯净水提取在其内面附着的氯，对该提取水进行离子色谱分析，调查在管内面残留的氯的量。

[表4]

	前室出口侧密封帘	预热带(350kW)	后室入口侧密封帘	氢气供给量(Nm3/h)			炉内压力(Pa)		送管速度(m/min)	有无污染
											总投入量	前室流出	后室流出	前室	加热室
				比较例1	-	-	-	95.00								41.31	53.69	6.78	6.78	950	有
比较例2	-	有	-						95.00	41.31	53.69	6.78	6.78	950	有
				比较例3	有	-	-	95.00								34.09	60.91	1.82	8.73	950	有
实施例1	有	有	-						95.00	34.09	60.91	1.82	8.73	950	无
				实施例2	有	有	-	95.00								34.09	60.91	1.82	8.73	1450	少
实施例3	有	有	有						95.00	39.85	55.15	2.49	11.93	1450	无

由表4表示的结果可知，在本发明规定条件以外的比较例1～3中，判定为都“有污染”，但是，在实施例1、3中“没有污染”，或“极少”(实施例2)。

之所以认为实施例2中有一些污染，是因为与同样条件的实施例1相比送管速度快，管内污染气体的气氛气体置换慢而产生的，污染气体残留在管的后端附近。在实施例3中尽管送管速度快，但是也认为没有污染，是因为在后室设置了密封帘的结果，加热室内的压力从8.73pa提高至11.93pa，流入前室的气氛气体量增多从而促进管内气体的置换，污染气体被除去。

工业上的应用

根据本发明的连续热处理炉及热处理方法，即使将冷加工后的清洗工艺仅设定为碱脱脂、清洗时，也可以在热处理前容易地除去钢管内外表面的附着物。因此，有利于应用在以使用含有碳化氢成分的轧制油或润滑剂进行冷加工的不锈钢钢管和镍铬铁合金管为主的金属管的制造中。

Claims (4)

1.一种连续热处理炉，其将气氛气体导入具有加热带的加热室中，从炉入口沿轴向连续地装入金属管并从炉出口搬出实施了热处理的金属管，其特征在于，在加热室的入口侧具有装设有预热带的前室，在前室的入口侧及出口侧具有密封帘。

2.如权利要求1所述的连续热处理炉，其特征在于，在加热室的出口侧具有后室，在后室的入口侧具有密封帘。

3.一种金属管，其特征在于，用权利要求1或2所述的连续热处理炉制造而成。

4.一种热处理方法，将气氛气体导入具有加热带的加热室，从炉入口沿轴向连续地装入金属管并从炉出口搬出实施了热处理的金属管，其特征在于，在加热室的入口侧装设有预热带的前室的内压，设定为炉外压以上且加热室的压力以下，在前室将金属管加热至可以将残留在金属管的内外表面的附着物气化的温度，进行热处理。

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