CN114798801A - 一种高精度无氧钢管的自动化生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了高精度无氧钢管的自动化生产方法，包括如下步骤：（1）加热处理：将钢棒下料后，放置于具有流动的热保护气氛的第一加热炉内进行预热及加热处理；（2）超声波清洗；（3）冷轧处理，并在冷轧的过程中通过润滑油进行润滑冷却；（4）超声波清洗；（5）在填充有还原性保护气体的第二加热炉内完成无氧退火及无氧正火处理。本发明通过加热处理设备及工艺的改进、超声波清洗设备及工艺的改进、冷轧处理设备及工艺的改进和无氧退火及无氧正火处理设备及工艺的改进，有效隔绝外界空气，降低了钢材因氧化导致的损耗，实现年节约钢材1500吨的显著效果；同时，有效提高了生产效率，降低了工业三废，节约了生产成本，实现了环保生产。
Description
技术领域
本发明涉及钢管的制备技术领域，特别是涉及一种高精度无氧钢管的自动化生产方法。
背景技术
钢管在社会生产和生活中具有不可或缺的作用，大量用于输送流体和粉状固体、交换热能、制造机械零件和容器以及用于基础建设材料等。在基础建设材料方面，钢管是一种经济钢材，比如用钢管制造建筑结构网架、支柱和机械支架，可以减轻重量，节省20~40%的金属，而且可实现工厂化机械化施工。
传统的钢管制造业属于重污染行业，会产生并排放大量的废气、废酸液等，严重污染环境，需要进行改型处理。
传统的钢管制造工艺，主要存在如下问题：
1、钢棒在步进炉中加热时，普遍存在严重的氧化现象，其表面产生较厚的氧化皮，钢材损耗严重；
2、钢管制备过程中需要使用多个炉子，如步进炉，退火炉，正火炉等，设备投入大，占地面积大，能耗大，炉内燃耗产生的烟道气排放到空气中，造成空气污染和温室效应，不经济环保；
3、钢管在轧机冷轧的过程中，轧辊与钢管之间产生压力摩擦，会导致钢管摩擦生热，因此，需要使用润滑油进行润滑和冷却降温，传统的润滑冷却系统对单台冷轧机进行独立的润滑作业及润滑油的除杂过滤及冷却等，导致冷却效果差，润滑油过滤不彻底，存在残渣使钢管表面产生划痕，润滑油过滤、降温处理效率低，效果差。
发明内容
本发明通过提供一种高精度无氧钢管的自动化生产方法，解决了现有技术中存在的上述问题，实现了无氧钢管的高效、节能环保和自动化生产。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度无氧钢管的自动化生产方法，包括如下步骤：
（1）加热处理：将钢棒下料后，放置于具有流动的热保护气氛的第一加热炉内进行预热及加热处理，待工件达到温度后进行穿孔工序，形成钢管；
（2）超声波清洗：将步骤（1）中加热处理后的钢管进行超声清洗；
（3）冷轧处理：将步骤（2）中超声清洗后的钢管进行冷轧处理，并在冷轧的过程中加注润滑油进行润滑冷却；
（4）超声波清洗：将步骤（3）中冷轧处理后的钢管进行超声清洗；
（5）无氧退火及无氧正火处理：将步骤（3）中冷轧处理后的钢管在填充有还原性保护气体的第二加热炉内完成无氧退火及无氧正火处理，冷却后出炉。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一加热炉包括卧式的第一炉膛和烟道气循环装置；其中，所述第一炉膛的顶部安装有多个燃烧气体喷嘴和排烟口，所述烟道气循环装置的进风口与所述排烟口连通，其出风口分别位于所述燃烧气体喷嘴和排烟口的外侧，并与所述第一炉膛连通，使烟道气在所述炉腔内循环流动，形成流动的热保护气氛环境。
在本发明一个较佳实施例中，所述烟道气循环装置包括气体处理器、第一循环风机、第一喷风室和第二喷风室；其中，所述第一喷风室对称安装在所述第一炉膛的入口端的顶部和底部；所述第二喷风室对称安装在所述第一炉膛的出口端的顶部和底部；所述气体处理器与所述排烟口连通，所述第一循环风机的进气口与所述气体处理器连通，其出气口分别通过管道与所述第一喷风室和第二喷风室连通。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一喷风室和第二喷风室的出风方向与水平方向的夹角为45～60℃。
在本发明一个较佳实施例中，所述燃烧气体喷嘴的两侧还设置有挡火墙，所述挡火墙的顶端与所述第一炉膛的内顶部固定连接，其高度小于所述第一炉膛的高度。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（3）中，所述润滑油的循环供给方法为：
a.过滤除杂：将润滑油通过三级离心泵进行离心处理，去除杂质；
b.汽化脱水：将过滤除杂后的润滑油加热至其中的水汽化；
c.冷却降温：将脱水后的润滑油进行冷却降温至室温，然后输送到所述钢管的轧制工序，对钢管和模具同时进行润滑冷却进行润滑冷却。
在本发明一个较佳实施例中，所述三级离心泵包括一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵，按照润滑油流向，所述一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵的安装位置依次降低，所述一级离心泵的滤芯尺寸、所述二级离心泵的滤芯尺寸和所述三级离心泵的滤芯尺寸依次减小。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述第二加热炉包括第二炉膛，所述第二炉膛内贯穿有用于传送钢管的传送辊；所述第二炉膛沿传输方向包括加热保温段和正火速冷段；其中，所述加热保温段内安装有热辐射管，用于给钢管提供加热热源；所述正火速冷段包括循环密闭换热装置。
在本发明一个较佳实施例中，所述循环密闭换热装置包括换热器、第二循环风机和第三喷风室；其中，所述第二炉膛位于所述正火速冷段的区域开设有循环吸风口，所述换热器的进风口与所述循环吸风口连通，所述换热器的出风口与所述第二循环风机的进风口连通，所述第二循环风机的出风口通过管道与所述第三喷风室连通；所述第三喷风室对称安装在所述第二炉膛的正火速冷段，且朝向所述传动辊的方向。
在本发明一个较佳实施例中，所述无氧退火及无氧正火处理的方法为：开启所述热辐射管对钢管进行加热至退火温度，恒温保持至退火结束；然后开启所述热辐射管对所述钢管进行加热至正火温度，恒温保持至正火结束，开启所述第二循环风机，所述钢管在所述传动辊的传送下进入所述正火速冷段冷却至室温。
本发明的有益效果是：本发明高精度无氧钢管的自动化生产方法，通过加热处理设备及工艺的改进、超声波清洗设备及工艺的改进、冷轧处理设备及工艺的改进和无氧退火及无氧正火处理设备及工艺的改进，有效隔绝外界空气，降低了钢材因氧化导致的损耗，实现年节约钢材1500吨的显著效果；同时，采用连续化无停机进料冷轧，有效提高了生产效率；也降低了工业三废，节约了生产成本，实现了环保生产。
附图说明
图1是本发明一种高精度无氧钢管的自动化生产方法一较佳实施例1的工艺流程示意图；
图2是本发明所用的第一加热炉的内部结构示意图；
图3是本发明所用的第二加热炉的内部结构示意图；
附图中各部件的标记如下：1.第一加热炉，11.第一炉膛，111.燃烧气体烧嘴，112.排烟口，113.挡火墙，12.烟道气循环装置，121.气体处理器，122.第一循环风机，123.第一喷风室，124.第二喷风室，2.第二加热炉，21.第二炉膛，211.循环吸风口，22.传送辊，23.热辐射管，24.第三喷风室，3.工件，4.阻气帘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1-3，本发明实施例包括：
实施例1
一种高精度无氧钢管的自动化生产方法，包括如下步骤：
（1）加热处理：将钢棒按照工艺要求下料后，放置于第一步进加热炉1内加热，待工件达到目标温度后进行穿孔工序，形成钢管；所述第一步进加热炉1内具有流动的热保护气氛，能够有效阻滞外界冷空气的进入，防止钢管表面生成氧化皮；
具体地，所述第一加热炉1为步进加热炉，具体为步进底式炉，输送钢棒的传动辊（未显示）设置在加热炉的底部。所述第一加热炉1包括卧式的第一炉膛11，所述第一炉膛11的顶部沿输送方向安装有多个燃烧气体烧嘴111和排烟口112，其中，所述燃烧气体喷嘴111为天然气PID烧嘴，用于燃烧天然气供热，给钢棒加热，天然气燃烧后的产生的气体为烟道气；另外，每个所述燃烧气体喷嘴111的两侧均设置有挡火墙113，所述挡火墙113的顶端与所述第一炉膛11的内顶部固定，其底端悬空，即其高度小于所述第一炉膛11的高度，且沿着钢管的输送方向，所述防火墙113的高度先增大，后减小。本实施例中具体设有5个挡火墙113，其底端到第一炉膛11底部的距离依次为120mm，120mm，140mm，100mm和180mm。所述挡火墙113的设计，具有如下优点：1.使燃烧气体烧嘴111喷出的天然气充分燃烧，且挡火墙的长度越长，表示燃烧空间的封闭性越好，天然气的燃烧越充分；2.所述挡火墙113的高度先增大，后减小的设计，使得靠近排烟口112侧的防火墙高度低，更利于天然气燃烧后的烟道气通过排烟口112向外排，形成流动热气流。
所述烟道气循环装置12的进风口与所述排烟口112连通，其出风口分别位于所述燃烧气体喷嘴111和排烟口112的外侧，并与所述第一炉膛11连通，使烟道气在所述第一炉腔11内循环流动，形成流动的热保护气氛环境，阻隔外界冷空气进入到第一炉膛11内。
具体地，所述烟道气循环装置12包括气体处理器121、第一循环风机122、第一喷风室123和第二喷风室124；其中，所述气体处理器121与所述排烟口112连通，所述第一循环风机122的进气口与所述气体处理器121连通，其出气口分别通过管道与所述第一喷风室123和第二喷风室124连通；所述第一喷风室123对称安装在所述第一炉膛11的入口端的顶部和底部，且出风口朝向炉腔内；所述第二喷风室124对称安装在所述第一炉膛11的出口端的顶部和底部，且出风口朝向炉腔内。
所述烟道气循环装置12的工作原理为：第一炉膛11内产生的烟道气在第一循环风机122的作用下，先从排烟口112进入到气体处理器121中去除氧气，形成具有还原性气氛的保护气体，再通过第一循环风机122进入第一喷风室123和第二喷风室124，最后再进入第一炉膛11，形成循环的流动热气流，该气流的温度为300～350℃，能够对进入第一炉膛11内的钢棒起到预热的功能，有效节约能耗。
另外，所述第一喷风室123和第二喷风室124的出风方向与水平方向的夹角为45～60°。通过该角度的设计，能够使整个炉膛内产生优异的紊流密封效果，从而有效地阻滞外界冷空气的吸入，降低烟道气的溢出速度，使第一炉膛内形成理想的流动热气流密封环境。
另外，所述第一炉膛11的入口端，位于所述第一喷风室123的外侧还安装有两层柔性不锈钢的阻气帘6，能够进一步阻滞外界冷空气的进入，起到双重阻隔外界冷空气进入的作用。
（2）超声波清洗：采用型号为JA-8000的超声波清洗机组对步骤（1）中加热处理后的钢管（即工件3）进行超声清洗；
超声波清洗代替了传统的硫酸或盐酸酸洗工艺，极大地减少了危废的产生，减少了对环境的污染，也节约成本；
（3）冷轧处理：采用型号为GSLJ600的高速冷轧机组对超声波清洗后的钢管（即工件3）进行冷轧处理；与现有技术相比，该高速冷轧机组的冷轧机机头摆复速度提高1倍以上，轧制行程增加50%以上，轧制延伸增加50%以上，且加料进料系统采用不停机上料，自动化程度高，有效提高了生产效率；
另外，在冷轧过程中，采用中央集成处理润滑系统处理润滑油，使润滑油循环供给，以在冷轧的过程中加注润滑油对钢管和模具同时进行润滑冷却。
具体地，所述中央集成处理润滑系统采用的处理工艺为：将6～8台冷轧机统一进行润滑油三级离心过滤，先加热后冷却处理。具体地，所述润滑油的循环供给方法为：
a.过滤除杂：将润滑油通过三级离心泵进行离心处理，去除杂质；
所述三级离心泵包括一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵，按照润滑油的流向，所述一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵的安装位置依次降低，所述一级离心泵的滤芯尺寸、所述二级离心泵的滤芯尺寸和所述三级离心泵的滤芯尺寸依次减小。即一级离心泵为粗芯高位过滤，所述二级离心泵为中芯中位过滤，所述三级离心泵为细芯低位过滤，从而实现对润滑油的逐级过滤除杂。
b.汽化脱水：将过滤除杂后的润滑油加热至95～100℃，使其中的水汽化；
c.冷却降温：将脱水后的润滑油通过自然冷却及制冷机的制冷管盘绕在润滑油盛放容器外壁冷却相结合的方式，使润滑油快速降温至室温，然后将润滑油泵送到各个轧机的轧制工位，对不锈钢进行润滑冷却；
冷却后的润滑油重复步骤a至c，实现循环润滑油循环利用。
（4）超声波清洗：采用型号为JA-8000的声波清洗机组对步骤（3）中冷轧处理后的钢管进行超声清洗；
超声波清洗代替了传统的硫酸或盐酸酸洗工艺，极大地减少了危废的产生，减少了对环境的污染，也节约成本；
（5）无氧退火及无氧正火处理：将步骤（3）中冷轧处理后的钢管置入第二加热炉2内完成无氧退火及无氧正火处理，无氧退火和无氧正火均在同一个炉子，第二加热炉2内完成，可以节约设备资源，减小设备占地空间，提高设备利用率，也有助于节约能耗。
具体地，所述第二加热炉2包括第二炉膛21，所述第二炉膛21的两端分别安装有两层柔性不锈钢的阻气帘4，用于阻隔外界空气；所述第二炉膛21内填充有微正压的还原性保护气体，如填充有10kPa的氮气，以阻隔外界空气，有效防止钢管在退火和正火的过程中被氧化，实现真正意义上的无氧退火和无氧正火。
所述第二炉膛21内设有用于传送钢管的传送辊22；所述第二炉膛21沿传送辊22的传输方向，依次为加热保温段Ⅰ和正火速冷段Ⅱ；其中，所述加热保温段Ⅰ内安装有热辐射管23，用于给钢管提供加热热源，每个所述热辐射管23的功率为60kW。
所述正火速冷段Ⅱ包括循环密闭换热装置，所述循环密闭换热装置包括换热器（未显示）、第二循环风机（未显示）和第三喷风室24；其中，所述第二炉膛21位于所述正火速冷段Ⅱ的区域，开设有循环吸风口211，所述换热器的进风口与所述循环吸风口211连通，所述换热器的出风口与所述第二循环风机的进风口连通，所述第二循环风机的出风口通过管道与所述第三喷风室24连通；所述第三喷风室24对称安装在所述第二炉膛21的正火速冷段的上下两侧，以对输送辊22传送的工件3（即钢管）进行喷吹，实现快速降温。
所述循环密闭换热装置的工作原理为：第二炉膛21内的还原性保护气体（氮气）通过循环吸风口211进入到换热器内完成热交换，使热交换后的气体温度控制在20～25℃之间，然后此冷的保护气体通过第二循环风机从第三喷风室24均匀喷入到第二炉膛21的正火速冷段Ⅱ区间内形成循环气流，以对完成正火处理后的钢管进行快速降温。
优选地，为了进一步提高钢管的降温效果，还可以在所述正火速冷段Ⅱ区间与第二炉膛21的出口端再设置水冷箱降温。
具体地，所述无氧退火及无氧正火处理的方法为：开启所述热辐射管23对钢管进行加热至退火温度750～850℃，恒温保持2～4h至退火结束；然后调节所述热辐射管23对所述工件3进行加热至正火温度950℃，恒温保持2～2.5h至正火结束，并将工件3传送至正火速冷段Ⅱ，开启所述第二循环风机（未显示），使第二炉膛21内的氮气在循环冷却气流，以将所述工件3冷却至室温，出炉。
另外，经过无氧退火及无氧正火处理的钢管在经过校直、超声波探伤、切割后，得到正品，打包入库。
本发明的方法制备的钢管，与传统制备方法相比，在第一加热炉1内处理后，大幅度降低了钢管表面的氧化皮生成量，降低钢材损耗0.8%；减少或免除了酸洗工艺，年减少危废1000吨左右，减少用酸600吨左右，提高成材率1.1%以上，全年可节约钢材1500吨左右，极大地优化提高了小尺寸无缝钢管的生产工艺水平，而且所制备的钢管表面精度高，光亮，冷轧以后尺寸精度高，是一种高精度无氧钢管。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）加热处理：将钢棒下料后，放置于具有流动的热保护气氛的第一加热炉内进行预热及加热处理，待工件达到温度后进行穿孔工序，形成钢管；
（2）超声波清洗：将步骤（1）中加热处理后的钢管进行超声清洗；
（3）冷轧处理：将步骤（2）中超声清洗后的钢管进行冷轧处理，并在冷轧的过程中加注润滑油进行润滑冷却；
（4）超声波清洗：将步骤（3）中冷轧处理后的钢管进行超声清洗；
（5）无氧退火及无氧正火处理：将步骤（3）中冷轧处理后的钢管在填充有还原性保护气体的第二加热炉内完成无氧退火及无氧正火处理，冷却后出炉。
2.根据权利要求1所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述第一加热炉包括卧式的第一炉膛和烟道气循环装置；其中，所述第一炉膛的顶部安装有多个燃烧气体喷嘴和排烟口，所述烟道气循环装置的进风口与所述排烟口连通，其出风口分别位于所述燃烧气体喷嘴和排烟口的外侧，并与所述第一炉膛连通，使烟道气在所述炉腔内循环流动，形成流动的热保护气氛环境。
3.根据权利要求2所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述烟道气循环装置包括气体处理器、第一循环风机、第一喷风室和第二喷风室；其中，所述第一喷风室对称安装在所述第一炉膛的入口端的顶部和底部；所述第二喷风室对称安装在所述第一炉膛的出口端的顶部和底部；所述气体处理器与所述排烟口连通，所述第一循环风机的进气口与所述气体处理器连通，其出气口分别通过管道与所述第一喷风室和第二喷风室连通。
4.根据权利要求3所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述第一喷风室和第二喷风室的出风方向与水平方向的夹角为45～60℃。
5.根据权利要求4所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述燃烧气体喷嘴的两侧还设置有挡火墙，所述挡火墙的顶端与所述第一炉膛的内顶部固定连接，其高度小于所述第一炉膛的高度。
6.根据权利要求1所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述步骤（3）中，所述润滑油的循环供给方法为：
a.过滤除杂：将润滑油通过三级离心泵进行离心处理，去除杂质；
b.汽化脱水：将过滤除杂后的润滑油加热至其中的水汽化；
c.冷却降温：将脱水后的润滑油进行冷却降温至室温，然后输送到所述钢管的轧制工序，对钢管和模具同时进行润滑冷却。
7.根据权利要求6所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述三级离心泵包括一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵，按照润滑油流向，所述一级离心泵、二级离心泵和三级离心泵的安装位置依次降低，所述一级离心泵的滤芯尺寸、所述二级离心泵的滤芯尺寸和所述三级离心泵的滤芯尺寸依次减小。
8.根据权利要求1所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述第二加热炉包括第二炉膛，所述第二炉膛内贯穿有用于传送钢管的传送辊；所述第二炉膛沿传输方向包括加热保温段和正火速冷段；其中，所述加热保温段内安装有热辐射管，用于给钢管提供加热热源；所述正火速冷段包括循环密闭换热装置。
9.根据权利要求8所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述循环密闭换热装置包括换热器、第二循环风机和第三喷风室；其中，所述第二炉膛位于所述正火速冷段的区域开设有循环吸风口，所述换热器的进风口与所述循环吸风口连通，所述换热器的出风口与所述第二循环风机的进风口连通，所述第二循环风机的出风口通过管道与所述第三喷风室连通；所述第三喷风室对称安装在所述第二炉膛的正火速冷段，且朝向所述传动辊的方向。
10.根据权利要求9所述的高精度无氧钢管的自动化生产方法，其特征在于，所述无氧退火及无氧正火处理的方法为：开启所述热辐射管对钢管进行加热至退火温度，恒温保持至退火结束；然后开启所述热辐射管对所述钢管进行加热至正火温度，恒温保持至正火结束，开启所述第二循环风机，所述钢管在所述传动辊的传送下进入所述正火速冷段冷却至室温。
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