CN102864293A

CN102864293A - 一种大口径钢管在线整体热处理系统

Info

Publication number: CN102864293A
Application number: CN2011101863315A
Authority: CN
Inventors: 杨专钊; 李云龙; 张鸿博; 李记科; 王长安; 杨红兵; 赵献伟; 魏亚秋; 李安强; 赵金兰
Original assignee: BEIJING LONGSHENG TAIKE OIL PIPE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING LONGSHENG TAIKE OIL PIPE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-07-05
Filing date: 2011-07-05
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2031-07-05
Also published as: CN102864293B

Abstract

一种大口径钢管在线整体热处理系统，包括淬火部件、回火部件、变压器、电源和传动系统，所述淬火部件包括淬火感应圈，所述回火部件包括回火感应圈；所述淬火感应圈和所述回火感应圈均通过所述变压器与所述电源连接，被处理钢管固定在所述传动系统上并且所述被处理钢管的轴线与所述传动系统的传动方向平行，所述淬火感应圈和所述回火感应圈在所述传动系统的传动方向上依次排列并且套设在所述被处理钢管外。本发明解决了大口径钢管热处理的技术难题，对大口径钢管的加热和淬火温度控制准确；本发明结构简单，耗能低、生产成本低、用地少。

Description

一种大口径钢管在线整体热处理系统

技术领域

本发明涉及机械制造及金属材料热处理技术领域，尤其涉及一种大口径钢管在线整体热处理系统。

背景技术

伴随特殊工况要求，大口径钢管服役环境越来越苛刻，现有大口径钢管不能直接满足服役性能，需要对其进行再次热处理，从而优化其基体材料组织结构，提高钢管性能，进一步满足使用要求。目前国内外对钢管热处理，只有小口径钢管(Φ≤508mm)，一般分为在线热处理和离线热处理，主要适用于无缝钢管(SML，seamless)和电阻焊管(ERW，electricresistance Welding)钢管。无缝钢管在线热处理，一般经过天然气加热炉加热，在进行冷却等方式进行热处理如日本住友金属公司和歌山新建的中直径无缝钢管机组就是将连铸、轧制和在线热处理建在一起，此外我国攀钢集团成都钢铁有限责任公司、天津钢管集团股份有限公司也是在无缝钢管机组中设立了在线热处理设备；ERW钢管在线热处理，一般只针对焊缝及其热影响区进行热处理，没有对管体进行整体热处理，我国只有宝钢集团公司新上了ERW钢管离线整体热处理设备。

现有技术中，对大口径钢管(Φ＞508mm)，暂时尚无设备和方法对其实施在线或者离线热处理。对大口径钢管实施整体炉热加热在线热处理，非常困难，加热和淬火温度控制不准确，而且需要耗费大量燃料、淬火介质、场地等，这与建设先进节能型热处理设备不相配。因为需要发明一种新型简洁、高效、节能的热处理设备和方法，以适用于大口径钢管热处理。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的大口径钢管在线整体热处理系统，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种大口径钢管在线整体热处理系统，包括淬火部件、回火部件、变压器、电源和传动系统，所述淬火部件包括淬火感应圈，所述回火部件包括回火感应圈；

所述淬火感应圈和所述回火感应圈均通过所述变压器与所述电源连接，被处理钢管固定在所述传动系统上并且所述被处理钢管的轴线与所述传动系统的传动方向平行，所述淬火感应圈和所述回火感应圈在所述传动系统的传动方向上依次排列并且套设在所述被处理钢管外。

还包括中央控制器，所述中央控制器控制所述变压器和所述传动系统。

所述淬火部件还包括淬火测温仪，所述回火部件还包括回火测温仪，所述淬火测温仪和所述回火测温仪均连接到所述中央控制器。

所述淬火部件还包括淬火冷却系统，所述回火部件还包括回火冷却系统，所述中央控制器控制所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统。

所述淬火感应圈和所述回火感应圈均由中空的金属管弯折成圈状构成，所述金属管内通有循环冷水分别构成所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统。

所述淬火冷却系统的所述金属管的内环壁上等间隔开有淬火水孔。

所述金属管为铜管。

所述变压器包括淬火变压器和回火变压器，所述电源为电源控制柜。

所述淬火感应圈的环面和所述回火感应圈的环面均垂直于所述传动系统的传动方向。

本发明中的中央控制器是本系统(大口径钢管在线整体热处理系统)的主要核心部分之一，用以接收、监控反馈，判断参数是否符合规范工艺要求，再做出处理调整部分参数，并将指令发出给各路变压器和冷却循环系统。

本发明中的淬火测温仪采用红外测温系统，用于测量淬火感应圈加热效果和冷却效果，检测并记录钢管加热温度、淬火后温度，并将测试结果反馈给中央控制器。

本发明中的回火测温仪测量回火感应圈的加热效果，检测并记录钢管加热温度，即回火温度，并将测试结果反馈给中央控制器。

本发明中的冷却循环系统，是将收集、降温工业用水，并将冷却水以规定压力注入感应圈空腔内，以来保护感应圈，同时需要时用以淬火处理，因此水压力、出水量、出水温度是主要控制参数。

本发明所述淬火感应圈的环面是指与所述淬火感应圈的中心轴线垂直的面，所述回火感应圈的环面是指与所述回火感应圈的中心轴线垂直的面。

1831年，英国物理学家Faraday发现了电磁感应现象，并且提出了相应的理论解释。其内容为，当电路围绕的区域内存在交变的磁场时，电路两端就会感应出电动势，如果闭合就会产生感应电流。依据此原理，处于交变磁场中的导体，受电磁感应的作用也产生感应电势，在导体中形成感应电流(涡流)，感应电流克服导体本身的电阻而产生焦耳热，用这一热量加热导体本身，使其升温、熔化，达到加热效果，这就是感应加热的原理。

当交变电流i通过线圈，在导体上产生感应电动势E和感应电流I，感应电流I会使导体产生热量：

Q＝I²RT

其中：

Q-感应线圈产生热量，J；

I-感应电流，A；

T-加热时间，s；

R-导体电阻：Ω；R＝ρL/S，ρ，导体电阻率，Ωm；L，导体长度，m；S，导体截面积，m²；

本发明的有益效果如下：

(1)本发明解决了大口径钢管热处理的技术难题，对大口径钢管的加热和淬火温度控制准确。

(2)本发明结构简单，耗能低、生产成本低、用地少。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明中的淬火冷却系统的立体端面结构示意图；

图3为本发明中的淬火冷却系统及淬火水孔的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的一种大口径钢管在线整体热处理系统，包括淬火部件、回火部件、变压器、电源和传动系统，所述变压器包括淬火变压器和回火变压器，所述电源为电源控制柜，所述淬火部件包括淬火感应圈，所述回火部件包括回火感应圈；

所述淬火感应圈和所述回火感应圈分别通过所述淬火变压器和所述回火变压器与所述电源连接，被处理钢管固定在所述传动系统上并且所述被处理钢管的轴线与所述传动系统的传动方向平行，所述淬火感应圈和所述回火感应圈在所述传动系统的传动方向上依次排列并且套设在所述被处理钢管外，所述淬火感应圈的环面和所述回火感应圈的环面均垂直于所述传动系统的传动方向；所述大口径钢管在线整体热处理系统还包括中央控制器，所述中央控制器控制所述变压器和所述传动系统；所述淬火部件还包括淬火测温仪，所述回火部件还包括回火测温仪，所述淬火测温仪和所述回火测温仪均连接到所述中央控制器；所述淬火部件还包括淬火冷却系统，所述回火部件还包括回火冷却系统，所述中央控制器控制所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统；

所述淬火感应圈和所述回火感应圈均由中空的金属管弯折成圈状构成，所述金属管内通有循环冷水分别构成所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统，所述淬火冷却系统的所述金属管的内环壁上等间隔开有淬火水孔，所述金属管为铜管。

具体来说：

(1)电源控制柜

电源控制柜主要提供稳定的动力交流电源(380V/50Hz)。

(2)变压器

变压器主要是将动力交流电源(380V/50Hz)，转变为低压高频大电流。

淬火变压器为淬火感应圈供电，用以淬火处理。

回火变压器为回火感应圈供电，用以回火处理。

(3)感应圈

感应圈包括淬火感应圈和回火感应圈，是将低压高频大电流在感应圈周围形成较强的高频磁场，从而在感应圈内的钢管表面产生感应电流，产生感应热，达到制定温度，实现加热奥氏体化效果。

感应圈是矩形截面的铜管，不同规格钢管配置不同规格感应圈。淬火感应圈1结构示意图如图2和图3所示，在内侧拐角处等距打孔形成出水孔2，出水孔2的孔直径、分布数量更具被处理钢管3的壁厚外径和壁厚确定，淬火感应圈内通入高压冷却水，使得加热钢管进行迅速冷却，达到淬火效果，同时用以冷却淬火感应圈，起到保护淬火感应圈的作用。

回火感应圈是用以回火处理的，回火后钢管自然冷却，因而这里没有出水孔2，水循环从感应圈内部封闭空间内循环，其结构示意图同淬火感应圈基本相似，只是少了出水孔2。

(4)淬火测温仪

淬火测温仪测量淬火感应圈加热效果和冷却效果，检测并记录钢管加热温度、淬火后温度，并将测试结果反馈给中央控制器。采用红外测温系统。

(5)中央控制器

中央控制器是本系统的主要核心部分，用以接收监控反馈，判断参数是否符合规范工艺要求，再做出处理调整部分参数，并将指令发出给各路变压器和冷却循环系统。

主要参数有：

淬火变压器：电流、电压、频率；

回火变压器：电流、电压、频率；

淬火感应圈：温度、水压力；

回火感应圈：温度、水压力；

淬火测温仪：淬火温度、出水口钢管温度

传动系统：开始、停止、工作速度和空转速度等

(6)冷却系统

冷却循环系统，是将收集、降温工业用水，并将冷却水以规定压力注入感应圈空腔内，以来保护感应圈，同时需要时用以淬火处理，因此水压力、出水量、出水温度是主要控制参数。

(7)回火测温仪

回火测温仪测量回火感应圈的加热效果，检测并记录钢管加热温度，即回火温度，并将测试结果反馈给中央控制器。

(8)传动系统

传动系统是用以拖动钢管匀速沿长度方向运动，由中央控制器设置和管理。

主要技术参数：

管径≤Φ1626mm；

壁厚≤50mm；

速度为0.2～2.0mm/s；

材料为管线钢、碳钢等；

具体使用中，淬火变压器将动力交流电源(380V/50Hz)转变为低压高频大电流，为淬火感应圈供电，淬火感应圈在低压高频大电流作用下，在感应圈周围形成较强的高频磁场，从而在感应圈内的钢管表面产生感应电流，产生感应热，使得在感应圈下的钢管局部瞬间加热，淬火测温仪测量淬火感应圈加热效果，并将测试结果反馈给中央控制器，中央控制器根据反馈结果和预先设定工艺参数进行比对、判断和自动相关工艺参数。在传动系统作用下，钢管匀速前进，这样可以实现对整个钢管的淬火处理。

同样，回火变压器为回火感应圈提供低压高频大电流，回火感应圈在低压高频大电流作用下，产生感应热，使得在感应圈下的钢管局部瞬间加热，回火测温仪测量回火感应圈加热效果，并将测试结果反馈给中央控制器，中央控制器根据反馈结果自动判断和调整工艺参数，从而实现淬火处理。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：包括淬火部件、回火部件、变压器、电源和传动系统，所述淬火部件包括淬火感应圈，所述回火部件包括回火感应圈；

2.根据权利要求1所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：还包括中央控制器，所述中央控制器控制所述变压器和所述传动系统。

3.根据权利要求2所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述淬火部件还包括淬火测温仪，所述回火部件还包括回火测温仪，所述淬火测温仪和所述回火测温仪均连接到所述中央控制器。

4.根据权利要求3所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述淬火部件还包括淬火冷却系统，所述回火部件还包括回火冷却系统，所述中央控制器控制所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统。

5.根据权利要求4所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述淬火感应圈和所述回火感应圈均由中空的金属管弯折成圈状构成，所述金属管内通有循环冷水分别构成所述淬火冷却系统和所述回火冷却系统。

6.根据权利要求5所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述淬火冷却系统的所述金属管的内环壁上等间隔开有淬火水孔。

7.根据权利要求5所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述金属管为铜管。

8.根据权利要求1所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述变压器包括淬火变压器和回火变压器，所述电源为电源控制柜。

9.根据权利要求1所述的大口径钢管在线整体热处理系统，其特征在于：所述淬火感应圈的环面和所述回火感应圈的环面均垂直于所述传动系统的传动方向。