CN102363835A - 一种钢管的中频感应热处理装置及其热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢管的热处理技术领域，特别涉及一种钢管的中频感应热处理装置及其热处理方法。本发明的中频感应热处理装置，在长形钢构支架上装配有至少七对轴承座，每对轴承座上固定有一个轴杆，每个轴杆的一端都装配有一个双锥体托辊，每两个双锥体托辊之间依次放置预热炉、冷却箱、加热炉、冷却箱、回火炉和冷却箱；轴杆的另一端装配有齿轮，齿轮通过导链与减速机输出端的齿轮相连，通过导链带动其它齿轮；减速机和电机通过连轴器相连接；淬火变压器与预热炉、加热炉和回火炉相连，总控制装置与电机相连。本发明的中频感应在线热处理装置，以中频感应电源作为加热的热源，以电能作为加热能源，加热速度快，操作简便，使用方便。

Description

一种钢管的中频感应热处理装置及其热处理方法

技术领域：

本发明属于钢管的热处理技术领域，特别涉及一种钢管的中频感应热处理装置及其热处理方法。

技术背景：

在现代钢材制备领域，为了实现节约材料和减少运输中的能量损耗，除了采用更高强度的材料以外，另一有效途径就是采用“以空代实”的节约型轻量化构件，而将两者有机地结合起来，可以达到节材、节能等效果，随着内高压成形等钢管二次成形技术的不断进步，高强度空心构件的工业生产已经成为可能，同时具备高强度、高成形性能的钢管制造技术的研究也备受关注。通常采用固溶强化或析出强化机制提高钢材强度时，都会伴随着塑、韧性和成形性的恶化，然而通过热处理方法生产的相变强化钢，如双相钢和相变诱导塑性钢等则具有强度和塑性的良好组合。

传统的钢管热处理装置是用步进式加热炉，采用这种装置对钢管进行批量热处理能源消耗大，钢管表面的氧化层严重，且工作效率不高；步进式加热炉的加热段以煤气或天然气等作为加热热源，其缺点在于对环境的污染较为严重，并且存在一定的安全隐患，升温速度较慢，产生氧化皮较为严重，并且由于加热时间较长，不利于细化晶粒；在加热过程中，由于升温较慢，多数是以将钢管整体放入加热炉内加热的方法为主，这样所加工的钢管长度受到加热炉炉体大小的限制，不能生产大规格和长度较大的钢管，产品规格受到限制；冷却段也与加热段存在同样的问题，大多以整体淬火为主，导致生产线的占地面积较大；炉体内的托辊道一般无法保证钢管在加热炉内自身的转动，导致加热不均，使钢管管壁产生内应力，直接结果就是可能会导致钢管的弯曲，需要另外添加矫直系统来改善钢管平直度，增加了成本，增加了自动化控制的难度。

从热处理过程的连续化、自动化及热处理后钢管表面质量良好且无严重氧化铁皮的角度考虑，采用中频感应加热的方式对钢管进行连续热处理是最好的选择。中频感应加热具有加热速度快、节能环保、自动化程度高、加热过程易于控制以及制造成本低等特点，对制造高强度钢管、改善其成形性、可焊接性和耐磨性等具有重要作用。通常所说的可控硅中频电源为晶闸管中频电源，精度高、无机械震动、噪声小、负载匹配容易、维护简单和启动停止简单，其效率可达90%以上，能根据负载情况确定电源频率且频率能自动跟踪以保持最佳的运行状态。中频感应已经在钢管的工业生产中得到应用，如鞍钢股份无缝钢管厂、西宁特钢、江阴长江无缝钢管厂等，但它们仅仅是应用于荒管定径前的升温加热、扩管或弯管时的简单加热过程，并未实际应用于冷拔无缝钢管或焊管等成品钢管的在线连续热处理。

发明内容：

针对现有的步进式加热炉存在的不足之处，本发明提供了一种薄壁钢管的中频感应热处理装置，能达到节约能源、操作简便、自动化程度高和适用性更好的目的。

本发明的钢管的中频感应热处理装置，要点是在长形钢构支架上装配有至少七对轴承座，每对轴承座上装配有一个轴杆，每个轴杆的一端均装配有一个双锥体托辊，沿长形钢构支架长边方向，每两个相邻的双锥体托辊之间分别设有预热炉、冷却箱、加热炉、冷却箱、回火炉和冷却箱；每个轴杆的另一端装配有齿轮，长形钢构支架最左端的轴杆上的齿轮通过导链与第一减速机输出端上的齿轮相连，第一减速机通过导链带动至少三个与之相邻的齿轮传动，长形钢构支架最右端的轴杆上的齿轮通过导链与第二减速机输出端上的齿轮相连，第二减速机通过导链带动至少四个与之相邻的齿轮传动；所述的第一减速机和第二减速机分别通过连轴器与第一电机和第二电机连接；淬火变压器通过电缆分别与预热炉、加热炉和回火炉相连，总控制装置分别与中频感应电源和电机相连，控制整个装置的运行。

所述的双锥体托辊的两个圆锥体的锥顶相对，材料选用奥氏体不锈钢，并进行了压痕处理。

所述的预热炉、加热炉和回火炉均由一个长方体的外部壳体构成箱体，在箱体内壳体的长边方向中轴位置装配有一个铝管，铝管上缠绕有用绝缘材料包裹的感应线圈，箱体内的空间用保温砂填充。

所述的预热炉内的感应线圈为6对共12匝，采用并联的方式进行连接；所述的加热炉和回火炉内的感应线圈为12对共24匝，采取并联连接。

所述的预热炉和加热炉内的感应线圈共用一个中频感应电源，回火炉内的感应线圈单独使用一个中频感应电源，中频感应电源的输入频率5Hz，最大输出频率为30kHz。

所述的每个双锥体托辊的中轴线与钢构支架的长边方向成45-80°夹角，双锥体托辊、预热炉、加热炉、回火炉和冷却箱，沿钢构支架的长边方向排列在同一轴线上。

采用上述装置对钢管进行热处理，按照以下步骤进行：

启动电机使双锥体托辊旋转，以0.5~4cm/s的运行速度将钢管运送至预热炉内预热至 200~400℃；

随后钢管进入加热炉中加热到750~1200℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的最大输出频率为30kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

之后钢管进入冷却箱水冷、气冷或水雾冷却到20-450℃； 

将冷却后的钢管送入回火炉中于200~600℃保温；

最后将钢管送至冷却箱进行水冷、气冷或水雾冷或自然冷却。

所述的预热炉后的冷却箱根据钢管热处理所需工艺条件选择启用或停用。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：

本发明的中频感应在线热处理装置，以中频感应电源作为加热的热源，以电能作为加热能源，加热速度快，对于直径50~100mm，壁厚在2mm左右的薄壁无缝管，加热到1200℃，仅需要2s左右的时间，升温速度快，使钢管表面仅产生一层极薄的氧化层，并且晶粒尺寸小，对生产超细晶钢管提供了条件；

其次，由于加热速度较快，钢管可以通过双锥体托辊的运送，陆续进入加热炉进行加热，仍能保证钢管整体温度的均匀性，不必整体进入加热炉，对钢管的长度没有限制，生产不同直径的钢管，只需更换感应线圈即可，操作简便；

第三，通过使用双锥体托辊保证钢管在运送过程中不会侧滑，并且托辊与钢管的运送方向成一定的角度，这样保证了钢管在行进过程中产生以轴向为中心的自转，保证在加热和冷却的过程中受热和淬透的均匀性，尽可能的消除内应力，双锥体托辊的材料是奥氏体不锈钢，避免导磁性的问题，并进行了压痕处理，避免运送过程中产生打滑现象。

附图说明：

图1为中频感应热处理装置的结构示意图；

图2为预热炉、加热炉和回火炉的炉体剖视图；

其中1：钢管；2：双锥体托辊，2-1：第一托辊，2-2：第二托辊；2-3：第三托辊，2-4：第四托辊；2-5：第五托辊，2-6：第六托辊，2-7：第七托辊；3：预热炉；4：冷却箱；5：加热炉；6：回火炉；7：钢构支架；8：轴承座；9：轴杆；10：齿轮，10-1：第一齿轮，10-2：第二齿轮，10-3：第三齿轮，10-4：第四齿轮，10-5：第五齿轮，10-6：第六齿轮，10-7：第七齿轮；11：导链；12：减速机，12-1：第一减速机，12-2：第二减速机；13：电机，13-1：第一电机；13-2：第二电机；14：淬火变压器；15：总控制装置；16：外壳；17：铝管；18：感应线圈；19：保温砂；

图3为本装置实现的热处理工艺示意图。

具体实施方式

参照说明书附图，本发明的中频感应在热处理装置，在长形钢构支架7上装配有七对轴承座8，每对轴承座8上固定有一个轴杆9，每个轴杆9的一端都装配有一个双锥体托辊2，分别称为第一至第七双锥体托辊2-1~2-7，每两个双锥体托辊之间依次放置预热炉3、冷却箱4、加热炉5、冷却箱4、回火炉6和冷却箱4；

轴杆9的另一端装配有齿轮10，分别称为第一至第七齿轮，10-1~10-7，第一齿轮10-1通过导链11与第一减速机12-1输出端的齿轮相连，通过导链11带动10-2和10-3传动，第七齿轮10-7通过导链11与第二减速机12-2输出端的齿轮相连，通过导链11带动10-6、10-5和10-4传动，从而带动双锥体托辊2-1~2-7的运行；第一减速机12-1和第二减速机12-2分别通过连轴器与第一电机13-1和第二电机13-2连接；

淬火变压器14与预热炉3、加热炉5和回火炉6通过电缆相连，通过调节电压控制感应线圈的加热温度，总控制装置15分别与中频感应电源和电机13通过电缆相连，控制整个装置的运行；

冷却箱4通过导管连接进水箱和出水箱，通过导管内连接空气压缩机，在外部设置有喷头，对钢管进行水冷、气冷或水雾冷却；

双锥体托辊2的两个圆锥体的锥顶相对，选用奥氏体不锈钢为材料，并进行了压痕处理；

预热炉3、加热炉5和回火炉6均由一个长方体的外壳16构成箱体，箱体内沿壳体的长边方向的中轴位置装配有一个铝管17，用绝缘材料包裹的感应线圈18缠绕铝管17上，箱体内的空间用保温砂19填充；

预热炉3内的感应线圈18为6对共12匝，采用并联的方式进行连接；所述的加热炉5和回火炉6内的感应线圈18为12对共24匝，进行并联连接；

预热炉3和加热炉5内的感应线圈18共用一个中频感应电源，回火炉6内的感应线圈18单独使用一个中频感应电源，中频感应电源的输入频率5Hz，最大输出频率为30kHz；

双锥体托辊2-1~2-10的中轴线与钢构支架的长边方向成45-80°夹角，双锥体托辊2-1~2-10、预热炉3、加热炉5、回火炉6和冷却箱4，沿长形钢构支架7的长变方向排列在同一轴线上。

当需要加工的钢管长度超过七个双锥体托辊所组成的生产线的长度时，在第七托辊之后再加一组双锥体托辊2-8、轴承座8、轴杆9和齿轮10-8所组成的传动装置，此时由齿轮10-8通过导链与第二减速机相连，并通过导链带动齿轮10-4~10-8的传动，从而带动双锥体托辊的运行。

本发明实施例所采用的中频感应热处理装置中选用的电机型号：Y112-2，减速机型号：X3B1；中频电源型号：KGPS-360/6.0(360kW/6000Hz)。

实施例1

启动电机，使双锥体托辊旋转，将钢管以0.5cm/s的运行速度运送至预热炉内预热到 200℃；

随后钢管进入加热炉中加热到750℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的输出频率18kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

之后钢管进入冷却箱水冷到20℃； 

冷却后的钢管进入回火炉中于200℃保温；

最后钢管进入冷却箱水冷。

实施例2

启动电机，使双锥体托辊旋转，将钢管以4cm/s的运行速度送至预热炉内预热到 400℃；

随后钢管进入加热炉中加热到1200℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的输出频率30kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

钢管进入冷却箱气冷到450℃； 

冷却后的钢管送入回火炉中于600℃保温；

最后钢管进入冷却箱气冷。

实施例3

启动电机，使双锥体托辊旋转，将钢管以2cm/s的运行速度运送至预热炉内预热到300℃；

随后钢管进入加热炉中加热到1000℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的输出频率28kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

钢管进入冷却箱水雾冷却到300℃； 

冷却后的钢管进入回火炉中于400℃保温；

最后钢管进入冷却箱水雾冷却。

实施例4

启动电机，使双锥体托辊旋转，将钢管以1cm/s的运行速度运送至预热炉内预热到 250℃；

随后钢管进入加热炉中加热到800℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的输出频率20kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

钢管进入冷却水雾冷却到430℃； 

冷却后的钢管进入回火炉中于500℃保温；

最后钢管进入冷却箱自然冷却。

Claims (7)

1.一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于：在长形钢构支架上装配有至少七对轴承座，每对轴承座上装配有一个轴杆，每个轴杆的一端均装配有一个双锥体托辊，沿长形钢构支架长边方向，每两个相邻的双锥体托辊之间分别设有预热炉、冷却箱、加热炉、冷却箱、回火炉和冷却箱；每个轴杆的另一端装配有齿轮，长形钢构支架最左端轴杆上的齿轮通过导链与第一减速机输出端上的齿轮相连，第一减速机通过导链带动至少三个与之相邻的轴杆上的齿轮传动，长形钢构支架最右端的齿轮通过导链与第二减速机输出端上的齿轮相连，第二减速机通过导链带动至少四个与之相邻的轴杆上的齿轮传动；所述的第一减速机和第二减速机分别通过连轴器与第一电机和第二电机连接；淬火变压器通过电缆分别与预热炉、加热炉和回火炉相连，总控制装置分别与中频感应电源和电机相连，控制整个装置的运行。

2.根据权利要求1所述的一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于所述的双锥体托辊的两个圆锥体的锥顶相对，材料奥氏体不锈钢为，并进行了压痕处理。

3.根据权利要求1所述的一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于所述的预热炉、加热炉和回火炉均由一个长方体的外部壳体构成箱体，在箱体内沿壳体的长边方向的中轴位置装配有一个铝管，铝管上缠绕有用绝缘材料包裹的感应线圈，箱体内的空间用保温砂填充。

4.根据权利要求3所述的一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于所述的预热炉内的感应线圈为6对共12匝，采用并联的方式进行连接；所述的加热炉和回火炉内的感应线圈为12对共24匝，采取并联连接。

5.根据权利要求3所述的一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于所述的预热炉和加热炉内的感应线圈共用一个中频感应电源，回火炉内的感应线圈单独使用一个中频感应电源，中频感应电源的输入频率5Hz，最大输出频率为30kHz。

6.根据权利要求1所述的一种钢管的中频感应热处理装置，其特征在于所述的每个双锥体托辊的中轴线与钢构支架的长边方向成45-80°夹角，双锥体托辊、预热炉、加热炉、回火炉和冷却箱，沿钢构支架的长边方向排列在同一轴线上。

7.采用权利要求1所述的一种钢管的中频感应热处理装置对钢管进行热处理，其特征在于按照以下步骤进行：

启动电机使双锥体托辊旋转，以0.5~4cm/s的运行速度将钢管运送至预热炉内预热至 200~400℃；

随后钢管进入加热炉中加热到750~1200℃，利用手提式红外线测温仪测温，通过控制中频感应电源的最大输出频率为30kHz，使钢管在炉中的温度误差在±10℃的范围内；

之后钢管进入冷却箱水冷、气冷或水雾冷却到20-450℃； 

将冷却后的钢管送入回火炉中于200~600℃保温；

最后将钢管送至冷却箱进行水冷、气冷或水雾冷或自然冷却。

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