CN106964658A - 一种热轧无缝钢管加工方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热轧无缝钢管加工领域，具体而言，涉及一种热轧无缝钢管加工方法及其装置。一种热轧无缝钢管加工方法，在高压水除鳞后进行温度补偿，然后进行管径涨减，再经冷却、收集得到产品。本发明通过在固有的再加热炉加热后面布置一组加热装置进行温度补偿，使正常生产过程的钢管在荒管再加热炉加热后通过补热装置，在涨减轧制前温度提升50～200℃，从而使钢管终轧温度＞840℃，保证了钢管终轧后性能所需的温度，减少后续热处理，大大简化了钢管的生产工序，降低生产周期、生产成本、劳动强度以及生产能耗，并且得到特定产品的性能一次合格率显著提高，由传统方法的10％左右提高至99％以上。

Description

一种热轧无缝钢管加工方法及其装置

技术领域

本发明涉及热轧无缝钢管加工领域，具体而言，涉及一种热轧无缝钢管加工方法及其装置。

背景技术

目前国内热轧无缝钢管生产中，荒管加热工艺主要为再加热炉加热+涨减轧制。该加热技术在热轧生产薄壁超长HRSG碳钢管(余热锅炉用管)时，由于钢管总减径量大、壁厚薄、终轧温度低(＜800℃)，热轧态钢管无法满足产品性能要求，需要进行正火热处理。随着国家对节能降耗、减少污染的要求的不断提高，直接热轧轧制成品且性能满足要求，减少热处理工序意义重大。

该类产品由于规格小、壁厚薄，目前主要采用热穿+冷拔的方式进行生产，带来一系列环境污染、能耗增加等社会问题。而热轧生产也面临热处理能耗工序，生产成本和生产周期的增加也大大降低了企业的生产效益。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的是解决目前行业中生产薄壁超长碳钢管存在的如热轧生产成品性能不能满足要求，硬度偏高、抗拉性能偏高，需要进行正火热处理等生产工艺难题。

本发明的第二目的在于提供实施热轧无缝钢管加工方法的装置，该装置相比于传统工艺设备，工艺更简便，生产得到的产品性能优良。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种热轧无缝钢管加工方法，在高压水除鳞后进行温度补偿，然后进行管径涨减，再经冷却、收集得到产品。

以薄壁超长碳钢管(32mm*2.67mm*24m，20G)为例进行说明。

热轧无缝钢管的传统生产工艺流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—涨减—冷床—收集—运输—正火—收集—精整。

该生产工艺下生产，荒管再加热980℃出炉，经过高压水除鳞除去表面氧化皮，造成50～80℃温降，经过涨减机轧制成32*2.67时，整个轧制过程较长，且轧辊冷却水持续作用，带来钢管温降，终轧温度仅有720～780℃，在此终轧温度下，产品抗拉强度、硬度均超出标准要求，性能一次合格率不足10％。待钢管在冷床冷却后进行收集，运输至热处理工序。热处理时由于钢管长度长、外径小、壁厚薄，很多钢管缠绕在一起，需要多名员工进行排料，同时在运输过程中钢管撞瘪变形问题突出，增加了劳动强度。综合述之，该工艺条件下，生产该类产品存在能耗大、工序长、效率低、周期长、劳动强度大、成本高等的缺点。

本发明人通过在钢管生产过程积累的实践经验，加以创新的思考，设计出组合式的荒管加热工艺。具体的生产工艺如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

该生产工艺条件下，荒管再加热至980℃出炉，通过高压水除鳞温度降低50-80℃，紧接着通过中频感应加热装置进行温度补偿100-150℃，通过涨减机轧制成32*2.67时，终轧温度仍可保证在850～880℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业。

综上可见，本发明通过在固有的再加热炉加热后面布置一组加热装置进行温度补偿，使正常生产过程的钢管在荒管再加热炉加热后通过补热装置，在涨减轧制前温度提升，从而使钢管终轧温度＞840℃，保证了钢管终轧后性能所需的温度，减少后续热处理，大大简化了钢管的生产工序，降低生产周期、生产成本、劳动强度以及生产能耗，并且得到的产品的性能一次合格率显著提高，由传统方法的10％左右提高至99％以上。

之所以叫性能一次合格率，是因为性能不合格可以通过专门的热处理炉再进行一次正火，产品性能可以满足要求，但增加了一道热处理工序(成本约为250元/吨)，增加生产成本，并且生产流程加长、生产周期变长。

本发明中，通过高压水除鳞后温度补偿使得终轧温度提高，一般高于840℃，进而提高钢管性能一次合格率，并且性能均匀性提升。该过程中，温度补偿根据钢管材质而定，一般地，温度补偿的温度为50-200℃，优选为100-150℃，可满足后续终轧温度。

进一步地，所述管径涨减的减径率为60％-76％，如减径率可以为60％、62％、65％、68％、70％、72％、75％、76％等等。减径率＝(减径前的管径-减径后的管径)/减径前的管径×100％。

进一步地，所述高压水除鳞所用的高压水的压力为11-14MPa。如可以为11MPa、12MPa、13MPa、14MPa等等。

进一步地，所述高压水除鳞时，钢管的通过速度为0.8-1.5m/s。如通过的速度可以为0.8m/s、1m/s、1.2m/s、1.5m/s等等。在上述水压下以该速度进行除鳞，钢管温度降低50～80℃。

进一步地，所述热轧无缝钢管的管径不大于42mm，壁厚不大于4mm；所述壁厚优选为2.5-3.5mm。

即本发明生产得到的钢管的管径不大于42mm，壁厚不大于4mm。如管径可以为42mm、40mm、35mm、30mm、25mm、20mm、15mm、10mm等等；壁厚可以为4mm、3.5mm、3mm、2.5mm、2mm、1.5mm、1mm、0.5mm等等。

进一步地，所述高压水除鳞前还包括管坯加热，穿孔，轧管，荒管再加热的步骤，这些步骤与传统的加工工艺相同。

进一步地，所述荒管再加热的温度不超过1000℃；优选为900-1000℃。

本发明还提供了实施所述的热轧无缝钢管加工方法的装置，依次包括加热炉、穿孔设备、轧管设备、再加热炉、高压水设备、感应加热设备、涨减机、冷床。

本发明提供的实施上述的热轧无缝钢管加工方法的装置，简单易行，实现组合在线加工，生产流程短，生产周期短，性能一次合格率大幅提升，产品表面质量改善明显。

优选地，所述感应加热设备为中频感应器。

中频感应加热的最大特点是加热速度快，加热效率高，工艺重复性好，温度容易控制，占地面积小，而且环保，投资少，经济效益显著。

中频感应器采用穿过式连续加热，感应器安装在移动小车上，方便移入和移出。每组电源的功率可单独设置，控制方便灵活，一旦温度超出设定值，就报警，并采用西门子PLC控制，温度曲线可记录在工控机上，方便查阅。通过操作面板设定每台中频感应器的电压，决定输出的加热功率。不是相等的。中频感应加热只是实现再加热后温度损失的补偿，一般在50～200℃。

根据温度补偿的需要，计算中频感应器的功率。优选地，所述中频感应器的功率为4000-5000KW，优选为4500KW。

本发明提供的热轧无缝钢管加工方法，经管坯加热，穿孔，轧管，荒管进炉加热(荒管规格一般为110*3.5mm，步进炉温度980℃)—高压水除鳞(温度损失50～80℃)—中频感应加热补热(补偿的是荒管，补偿100～150℃)—涨减机轧制(把110*3.5轧制成32*2.67，整个轧制过程均有水冷却轧辊，带来钢管温降)—轧制后温度钢管变为32*2.67min成品规格，出涨减机时的温度成为终轧温度，该温度对钢管性能控制较为关键。

本发明中，终轧温度是指钢管在涨减轧制后的剩余温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明人对性能一次合格率现状原因深入分析，确定是由于终轧温度不足引起地，经对提升终轧温度的方式讨论，得到荒管补热方案，确定补热方式为中频感应补热，与再加热综合考虑实现组合加热，并在满足连线生产的方案确定后进行中频感应加热装置的空间布置、设备设计等，最后安装调试、试验、稳定生产，解决了该一大类(外径≤42，壁厚≤4mm，碳钢)常用规格产品的热轧态不能满足产品性能的问题，产品涉及锅炉、流体输送等领域钢管。

(2)中频感应加热装置在线布置，荒管通过式加热，不影响任何生产效率。

(3)减少了热处理工序：减少生产工艺步骤，降低生产周期、生产成本、劳动强度以及生产能耗。

(4)减少一道热出炉长时间加热过程，得到的产品的表面质量改善明显。

(5)减少了多次运输，产品性能一次合格率在99％以上。

(6)中频感应加热设备投入成本低，较热处理炉低50％左右。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为传统的热轧无缝钢管加工工艺流程图；

图2为本发明提供的热轧无缝钢管加工工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

一种热轧无缝钢管加工方法，流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

荒管规格为110*3.5mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度980℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为12MPa，钢管通过速度为1.2m/s，该过程中温度损失60℃；

然后送入中频感应器(功率为4500W)加热补偿，温度补偿120℃，中频感应装置安装在支架小车上，小车可以升降，同时小车上有滑轨，中频感应装置可以在滑轨上滑动；中频感应装置是在箱体开孔，里面有圆形感应线圈，钢管从感应加热装置箱体圆孔通过；

之后进入涨减机，把110*3.5轧制成32*2.67,整个轧制过程均有水冷轧轧辊，带来钢管温降通，过涨减机轧制成32*2.67时，终轧温度仍可保证在850～880℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业；

再将钢管输送至冷床上，自然冷却一段时间，统计性能一次合格率为100％；

收集后，进一步根据客户需求进行精整，得到目标产品。

该工艺中各设备直线串联布置，设备布置V型辊道。

实施例2

一种热轧无缝钢管加工方法，流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

荒管规格为100*3.5mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度1000℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为11MPa，钢管通过速度为1.0m/s，该过程中温度损失50℃；

然后送入中频感应器(功率为4000W)加热补偿，温度补偿100℃，中频感应装置安装在支架小车上，小车可以升降，同时小车上有滑轨，中频感应装置可以在滑轨上滑动；中频感应装置是在箱体开孔，里面有圆形感应线圈，钢管从感应加热装置箱体圆孔通过；

之后进入涨减机，把100*3.5轧制成38*2.8,整个轧制过程均有水冷轧轧辊，带来钢管温降通，过涨减机轧制成38*2.8时，终轧温度仍可保证在860～880℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业；

再将钢管输送至冷床上，自然冷却一段时间，统计性能一次合格率为100％；

收集后，进一步根据客户需求进行精整，得到目标产品。

该工艺中各设备直线串联布置，设备布置V型辊道。

实施例3

一种热轧无缝钢管加工方法，流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

荒管规格为120*4.5mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度950℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为14MPa，钢管通过速度为0.8m/s，该过程中温度损失80℃；

然后送入中频感应器(功率为5000W)加热补偿，温度补偿200℃，中频感应装置安装在支架小车上，小车可以升降，同时小车上有滑轨，中频感应装置可以在滑轨上滑动；中频感应装置是在箱体开孔，里面有圆形感应线圈，钢管从感应加热装置箱体圆孔通过；

之后进入涨减机，把120*4.5轧制成42*4.0,整个轧制过程均有水冷轧轧辊，带来钢管温降通，过涨减机轧制成42*4.0时，终轧温度仍可保证在840～880℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业；

再将钢管输送至冷床上，自然冷却一段时间，统计性能一次合格率为100％；

收集后，进一步根据客户需求进行精整，得到目标产品。

该工艺中各设备直线串联布置，设备布置V型辊道。

实施例4

一种热轧无缝钢管加工方法，流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

荒管规格为110*4.2mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度980℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为12MPa，钢管通过速度为1m/s，该过程中温度损失70℃；

然后送入中频感应器(功率为5000W)加热补偿，温度补偿150℃，中频感应装置安装在支架小车上，小车可以升降，同时小车上有滑轨，中频感应装置可以在滑轨上滑动；中频感应装置是在箱体开孔，里面有圆形感应线圈，钢管从感应加热装置箱体圆孔通过；

之后进入涨减机，把110*4.2轧制成32*3.5,整个轧制过程均有水冷轧轧辊，带来钢管温降通，过涨减机轧制成32*3.5时，终轧温度仍可保证在860～900℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业；

再将钢管输送至冷床上，自然冷却一段时间，统计性能一次合格率为99％；

收集后，进一步根据客户需求进行精整，得到目标产品。

该工艺中各设备直线串联布置，设备布置V型辊道。

实施例5

一种热轧无缝钢管加工方法，流程如下：

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热—高压水除鳞—中频感应加热—涨减—冷床—收集—精整。

荒管规格为108*2.8mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度960℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为12MPa，钢管通过速度为1m/s，该过程中温度损失80℃；

然后送入中频感应器(功率为4500W)加热补偿，温度补偿50℃，中频感应装置安装在支架小车上，小车可以升降，同时小车上有滑轨，中频感应装置可以在滑轨上滑动；中频感应装置是在箱体开孔，里面有圆形感应线圈，钢管从感应加热装置箱体圆孔通过；

之后进入涨减机，把102*2.8轧制成25*2.5整个轧制过程均有水冷轧轧辊，带来钢管温降通，过涨减机轧制成25*2.5时，终轧温度仍可保证在850～860℃，满足产品性能所需的终轧温度，无需进行热处理作业；

再将钢管输送至冷床上，自然冷却一段时间，统计性能一次合格率为100％；

收集后，进一步根据客户需求进行精整，得到目标产品。

该工艺中各设备直线串联布置，设备布置V型辊道。

对比例1

传统的钢管加工工艺，具体流程如图1所示。

管坯加热—穿孔—轧管—荒管再加热(980℃)—高压水除鳞—涨减—冷床—收集—运输—正火(920℃)—收集—精整。

荒管规格为110*3.5mm，荒管送入加热炉再加热，炉温度980℃；

荒管再加热后通过输出辊道输出，进入高压水除鳞，箱体开孔，为圆形高压水环，钢管从圆形水环通过，高压水的压力为12MPa，钢管通过速度为1m/s，该过程中温度损失60℃；

经过涨减机轧制成32*2.67时，整个轧制过程均有水冷却轧辊，带来钢管温降，终轧温度仅有720～780℃，在此终轧温度下，产品抗拉强度、硬度均超出标准要求。

待钢管在冷床冷却后进行收集，据统计，生产的钢管性能一次合格率为8％，因此再运输至热处理工序，通过专门的热处理炉再进行一次正火，产品性能可以满足要求。

但热处理时由于钢管长度长、外径小、壁厚薄，很多钢管缠绕在一起，需要多名员工进行排料，同时在运输过程中钢管撞瘪变形问题突出，增加了劳动强度。

综合述之，该工艺条件下，生产该类产品存在能耗大、工序长、效率低、周期长、劳动强度大、成本高等的缺点。

本发明实施例生产的钢管与对比例1生产的钢管进行比较，产品的表面质量、性能质量改善明显。

综上可知，本发明提供的热轧无缝钢管加工方法，改变无缝钢管生产中传统荒管加热方式，在再加热炉后增加中频感应加热装置，使荒管通过中频感应装置时再次进行温度补偿，达到更高的开轧温度和终轧温度，保证了钢管终轧后性能所需的温度，减少后续热处理，改善目标产品性能，大大简化了钢管的生产工序，降低生产周期、生产成本、劳动强度以及生产能耗，并且得到的产品的性能一次合格率显著提高，由传统方法的10％左右提高至99％以上，解决了常用规格产品的热轧态不能满足产品性能的问题。

另外，本发明提供的该方法可生产的钢管外径≤42，壁厚≤4mm，产品涉及锅炉、流体输送等领域钢管。代表产品规格包括：锅炉领域31.8/38.1*2.4/2.6/2.9/3/3.5*24，20G/SA210A1/SA192；流体输送领域32/38/42*3/3.2/3.5/4*12，20#等。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，在高压水除鳞后进行温度补偿，然后进行管径涨减，再经冷却、收集得到产品。

2.根据权利要求1所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述温度补偿的温度为50-200℃，优选为100-150℃。

3.根据权利要求1所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述管径涨减的减径率为60％-76％。

4.根据权利要求1所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述高压水除鳞所用的高压水的压力为11-14MPa。

5.根据权利要求1-4任一项所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述热轧无缝钢管的管径不大于42mm，壁厚不大于4mm；所述壁厚优选为2.5-3.5mm。

6.根据权利要求1-4任一项所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述高压水除鳞前还包括管坯加热，穿孔，轧管，荒管再加热的步骤。

7.根据权利要求6所述的热轧无缝钢管加工方法，其特征在于，所述荒管再加热的温度不超过1000℃；优选为900-1000℃。

8.实施权利要求1-7任一项所述的热轧无缝钢管加工方法的装置，其特征在于，依次包括加热炉、穿孔设备、轧管设备、再加热炉、高压水设备、感应加热设备、涨减机、冷床。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述感应加热设备为中频感应器。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述中频感应器的功率为4000-5000KW，优选为4500KW。