CN214088581U - 一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，解决了现有的通过式淬火装置存在的冷却速率控制不理想及周向降温均匀性差的问题。传送有高温钢管（1）的V形传送轨道（18）是依次穿过高温段通过式冷却单元（2）和低温段通过式冷却单元（3）的，左侧管段（4）与右侧管段（5）通过中部套管（7）连接成一个贯通的一字形筒形腔体，在左侧管段（4）的左端口上设置有左端套管（6），在右侧管段（5）的右端口上设置有右端套管（8），在左端套管（6）的内腔中设置有正向旋流式喷嘴（9），在右端套管（8）的内腔中设置有反向旋流式喷嘴（10）；本发明设备结构简单，安装拆卸方便。

Description

一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置

技术领域

本发明涉及一种无缝钢管生产设备，特别涉及一种可有效调控淬火钢管冷却速率的通过式高温钢管淬火装置及控冷的调控方法。

背景技术

无缝钢管轧制完成后，需要进行淬火冷却处理，以获得优良的综合机械性能；在淬火冷却处理过程中，如何有效地科学合理地控制钢管的冷却速率及冷却均匀性，是高温钢管淬火的关键所在，该过程直接关系到淬火后钢管的机械综合性能优劣；经初步分析，影响高温钢管淬火质量的主要因素有：（1）能否对高温钢管淬火冷却速率实施有效控制；初始温度约为950℃的高温钢管，在淬火冷却的初始高温段（温度范围950-500℃），若以较快的冷却速率进行淬火冷却，在随后的低温段（温度范围500-200℃），若以较慢的冷却速率进行冷却，可获得理想的淬火马氏体组织，使钢管具有良好的综合机械性能；（2）高温钢管淬火过程中钢管周向冷却降温的均匀性；高温钢管淬火过程中钢管周向冷却降温不均匀时，易造成微观组织的不均匀，并伴随内应力的产生，造成钢管的弯曲变形甚至开裂；（3）冷却设备的冷却能力；在钢管淬火冷却过程中，由于钢管表面的温度远高于冷却水水温，冷却水喷射至钢管外表面上后被加热而汽化，在高温钢管外侧壁表面上会形成一层蒸汽膜，该蒸汽膜将钢管外侧壁与冷却水隔离开来，使钢管表面由强力热交换的核沸腾，转变成了热交换能力不强的膜沸腾，大大降低了钢管与冷却水之间换热效率。如何高效打散高温钢管外侧壁表面所形成的蒸汽膜，避免淬火中膜沸腾的产生，实现全面的核沸腾，提高冷却设备的冷却能力也是决定钢管淬火质量的重要因素。目前，本领域常见的无缝钢管“外淋+内喷淬火”和“浸淬+内喷淬火”机组，存在设备结构复杂、占地面积大、投资成本高、冷却水用量大，钢管的冷却均匀性差易造成钢管的弯曲变形的问题；“外淋式淬火”机组通过喷嘴将带压冷却水喷射至钢管表面，存在冷却水和钢管接触时间短，冷却不均匀和冷却能力不足的问题，且冷却水飞溅现象严重，需要进行封水处理并收集。同时，现有的淬火冷却装置，没有对高温钢管不同温度段的淬火冷却速率进行有效的控制，从而使钢管淬火质量得不到保证，降低了淬火后钢管的机械性能。

发明内容

本发明提供了一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，解决了现有的通过式淬火装置存在的冷却速率控制不理想及周向降温均匀性差的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思为：（1）将通过式（隧道式）淬火装置设置成高温段淬火和低温段淬火两部分，使高温钢管通过高温段冷却单元时实现快速冷却，通过低温段冷却单元时实现缓慢冷却；（2）将通过式淬火装置中冷却水的喷射方式，设计为螺旋状喷射水流形式，并使形成的螺旋状喷射水流的内切圆的直径，小于高温钢管的外径，大于高温钢管的内径，以增大钢管表面强力热交换核沸腾的面积，提高换热效率；（3）本发明的高温段冷却单元的结构与低温段冷却单元的结构是完全相同的；在冷却单元的入口端和出口端，均设置有旋流式喷嘴，使旋流式喷嘴喷出的螺旋状喷射水流的旋转方向，与钢管在冷却单元中自身旋转方向相反，从而实现钢管外壁的高效均匀冷却；（4）在冷却单元中部，设置有开口向下的冷却水收集口和开口向上的水蒸汽排出口，在冷却单元隧道内向中部方向喷射出的高速水流，会在冷却单元的端口处形成负压区，使大量空气在压力作用下进入隧道内，增大了冷却水的紊乱程度，加速了冷却水的换热，同时，也避免了冷却水在冷却单元的端口流出及飞溅的问题，不需在冷却单元的端口处另外设置封水及回收水装置。

一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，包括V形传送辊道，在V形传送辊道上，传送有高温钢管，传送有高温钢管的V形传送辊道是依次穿过高温段通过式冷却单元和低温段通过式冷却单元的，高温段通过式冷却单元的机械结构与低温段通过式冷却单元的机械结构完全相同；高温段通过式冷却单元是由左侧管段、右侧管段、左端套管、中部套管和右端套管组成的，左侧管段与右侧管段通过中部套管连接成一个贯通的筒形腔体，在左侧管段的左端口上设置有左端套管，在右侧管段的右端口上设置有右端套管，在左端套管的内腔中设置有正向旋流式喷嘴，在右端套管的内腔中设置有反向旋流式喷嘴，在中部套管上分别设置有排水口和排蒸汽口；在左端套管上设置有左侧管段冷却水进水水口，在右端套管上设置有右侧管段冷却水进水水口。

在正向旋流式喷嘴上喷射有正向旋流水流，正向旋流水流是在左侧管段内向中部套管方向旋转喷射的；在反向旋流式喷嘴上喷射有反向旋流水流，反向旋流水流是在右侧管段内向中部套管方向旋转喷射的；在排水口上方形成有排水水流。

一种通过式高温钢管淬火的控冷方法，其特征在于以下步骤：

（一）、由V形传送辊道传送的自旋转的高温钢管头部进入高温段通过式冷却单元中后，高温段通过式冷却单元的左端套筒上的正向旋流式喷嘴，向高温钢管喷射出正向旋流水流，正向旋流水流的螺旋前进方向与高温钢管的螺旋前进方向相同，且正向旋流水流的螺旋旋转方向与高温钢管的自旋转方向相反；正向旋流水流所形成的螺旋状喷射水流的内切圆的直径，小于高温钢管的外径，大于高温钢管的内径；

当高温钢管头部通过高温段通过式冷却单元的中部套管后，高温段通过式冷却单元的右端套筒上反向旋流式喷嘴，向高温钢管喷射出反向旋流水流，反向旋流水流的螺旋前进方向与高温钢管的螺旋前进方向相反，且反向旋流水流的螺旋旋转方向与高温钢管的自旋转方向相反；反向旋流水流所形成的螺旋状喷射水流的内切圆的直径，小于高温钢管的外径，大于高温钢管的内径；

（二）、分别设定，经高温段通过式冷却单元的左侧管段冷却水进水水口进入到正向旋流式喷嘴的冷却水的水压，经高温段通过式冷却单元的右侧管段冷却水进水水口进入到反向旋流式喷嘴的冷却水的水压，使经过高温段通过式冷却单元淬火冷却的高温钢管的管壁温度从900-1000℃降低到400-500℃，并且使高温钢管管壁温度冷却速率大于50℃/每秒钟；

（三）、分别设定，经低温段通过式冷却单元的左侧管段冷却水进水水口进入到正向旋流式喷嘴的冷却水的水压，经低温段通过式冷却单元的右侧管段冷却水进水水口进入到反向旋流式喷嘴的冷却水的水压，使经过低温段通过式冷却单元的高温钢管管壁温度从400-500℃降低到100-200℃，并且使高温钢管管壁温度冷却速率小于25℃/每秒钟；

（四）、高温段通过式冷却单元与低温段通过式冷却单元之间有间隔距离，高温钢管从高温段通过式冷却单元被传送出后，进入低温段通过式冷却单元前，该过程中高温钢管处于空气冷却状态中。

高温段通过式冷却单元和低温段通过式冷却单元均是安装在可升降底座上的，以适应对不同直径规格的高温钢管的淬火处理调整要求，通过升降底座调节，使高温钢管的中心轴线与高温段通过式冷却单元及低温段通过式冷却单元中心轴线重合，进而保证高温钢管冷却的均匀性。

通过调控V形传送辊道传送高温钢管的速度，与分别控制进入高温段通过式冷却单元的淬火冷却水的水压及低温段通过式冷却单元的淬火冷却水的水压，来共同实现对高温钢管的淬火冷控。

本发明通过对高温钢管采取在高温段快冷及低温段缓冷的分段淬火冷控方式，并通过调节钢管前进速度、冷却水压力、水流量以及冷却单元数量，可改变冷却水与钢管表面的热交换能力，实现对钢管冷却过程中冷却速率的控制，达到对钢管冷却过程中涉及的相变及组织形态的控制，实现钢管冷却工艺的灵活调控；本发明从旋流式喷嘴中喷射出的螺旋状高压冷却水，在冷却套筒内产生旋流效果，增强了水流动的湍流程度，打破了钢管表面的蒸汽膜，大幅度提高钢管和冷却水之间的热交换，实现钢管高冷却速率和冷却均匀性，抑制了钢管由于冷却不均匀造成的弯曲变形甚至开裂。本发明中通过高温钢管返红阶段，实现内外钢管壁厚度方向温度的均匀性，提高钢管热处理后组织性能的均匀性，减小管壁内外性能的差异。本发明实现冷却水的高效回收且不需进行封水处，避免了冷却水在冷却器钢管入口和出口端的流出及飞溅，有利于冷却水的高效回收，且不需在端口进行封水处理；本发明设备结构简单，安装拆卸方便，占地面积少，投资成本低，冷却水用量小且易回收，有利于节能环保。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的高温段通过式冷却单元2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，包括V形传送辊道18，在V形传送辊道18上，传送有高温钢管1，传送有高温钢管1的V形传送辊道18是依次穿过高温段通过式冷却单元2和低温段通过式冷却单元3的，高温段通过式冷却单元2的机械结构与低温段通过式冷却单元3的机械结构完全相同；高温段通过式冷却单元2是由左侧管段4、右侧管段5、左端套管6、中部套管7和右端套管8组成的，左侧管段4与右侧管段5通过中部套管7连接成一个贯通的筒形腔体，在左侧管段4的左端口上设置有左端套管6，在右侧管段5的右端口上设置有右端套管8，在左端套管6的内腔中设置有正向旋流式喷嘴9，在右端套管8的内腔中设置有反向旋流式喷嘴10，在中部套管7上分别设置有排水口14和排蒸汽口15；在左端套管6上设置有左侧管段冷却水进水水口16，在右端套管8上设置有右侧管段冷却水进水水口17。

在正向旋流式喷嘴9上喷射有正向旋流水流11，正向旋流水流11是在左侧管段4内向中部套管7方向旋转喷射的；在反向旋流式喷嘴10上喷射有反向旋流水流12，反向旋流水流12是在右侧管段5内向中部套管7方向旋转喷射的；在排水口14上方形成有排水水流13。

一种通过式高温钢管淬火的控冷方法，包括传送高温钢管1的V形传送辊道18是依次穿过高温段通过式冷却单元2和低温段通过式冷却单元3的，高温段通过式冷却单元2的机械结构与低温段通过式冷却单元3的机械结构完全相同；高温段通过式冷却单元2由左侧管段4、右侧管段5、左端套管6、中部套管7和右端套管8组成，左侧管段4与右侧管段5通过中部套管7连接成一个贯通的筒形腔体，在左侧管段4的左端口上设置有左端套管6，在右侧管段5的右端口上设置有右端套管8，在左端套管6的内腔中设置有正向旋流式喷嘴9，在右端套管8的内腔中设置有反向旋流式喷嘴10，在中部套管7上分别设置有排水口14和排蒸汽口15；在左端套管6上设置有左侧管段冷却水进水水口16，在右端套管8上设置有右侧管段冷却水进水水口17；其特征在于以下步骤：

（一）、由V形传送辊道18传送的自旋转的高温钢管1头部进入高温段通过式冷却单元2中后，高温段通过式冷却单元2的左端套筒6上的正向旋流式喷嘴9，向高温钢管1喷射出正向旋流水流11，正向旋流水流11的螺旋前进方向与高温钢管1的螺旋前进方向相同，且正向旋流水流11的螺旋旋转方向与高温钢管1的自旋转方向相反；正向旋流水流11所形成的螺旋状喷射水流的内切圆的直径，小于高温钢管1的外径，大于高温钢管1的内径；

当高温钢管1头部通过高温段通过式冷却单元2的中部套管7后，高温段通过式冷却单元2的右端套筒8上反向旋流式喷嘴10，向高温钢管1喷射出反向旋流水流12，反向旋流水流12的螺旋前进方向与高温钢管1的螺旋前进方向相反，且反向旋流水流12的螺旋旋转方向与高温钢管1的自旋转方向相反；反向旋流水流12所形成的螺旋状喷射水流的内切圆的直径，小于高温钢管1的外径，大于高温钢管1的内径；

（二）、分别设定，经高温段通过式冷却单元2的左侧管段冷却水进水水口16进入到正向旋流式喷嘴9的冷却水的水压，经高温段通过式冷却单元2的右侧管段冷却水进水水口17进入到反向旋流式喷嘴10的冷却水的水压，使经过高温段通过式冷却单元2淬火冷却的高温钢管1的管壁温度从900-1000℃降低到400-500℃，并且使高温钢管1管壁温度冷却速率大于50℃/每秒钟；

（三）、分别设定，经低温段通过式冷却单元3的左侧管段冷却水进水水口进入到正向旋流式喷嘴的冷却水的水压，经低温段通过式冷却单元3的右侧管段冷却水进水水口进入到反向旋流式喷嘴的冷却水的水压，使经过低温段通过式冷却单元3的高温钢管1管壁温度从400-500℃降低到100-200℃，并且使高温钢管1管壁温度冷却速率小于25℃/每秒钟；

（四）、高温段通过式冷却单元2与低温段通过式冷却单元3之间有一定的间隔距离，高温钢管1从高温段通过式冷却单元2被传送出后，进入低温段通过式冷却单元3前，该过程中高温钢管1处于空冷状态，即钢管在此过程中进行返红，返红阶段减小了高温钢管在高温段淬火冷却过程中由于高温钢管外壁冷却速率远大于内壁冷却速率而造成高温钢管内外壁较大的温差，实现内外钢管壁厚度方向温度的均匀性，进而提高了钢管热处理后微观组织的均匀性，减小管壁内外性能的差异。

高温段通过式冷却单元2和低温段通过式冷却单元3均是安装在可升降底座上的，以适应对不同直径规格的高温钢管1的淬火处理调整要求，通过升降底座调节，使高温钢管的中心轴线与高温段通过式冷却单元2及低温段通过式冷却单元3中心轴线重合，进而保证高温钢管1冷却的均匀性。

通过调控V形传送辊道18传送高温钢管1的速度，与分别控制进入高温段通过式冷却单元2的淬火冷却水的水压及低温段通过式冷却单元3的淬火冷却水的水压，来共同实现对高温钢管1的淬火冷控。

Claims (2)

1.一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，包括V形传送辊道（18），在V形传送辊道（18）上，传送有高温钢管（1），其特征在于，传送有高温钢管（1）的V形传送辊道（18）是依次穿过高温段通过式冷却单元（2）和低温段通过式冷却单元（3）的，高温段通过式冷却单元（2）的机械结构与低温段通过式冷却单元（3）的机械结构完全相同；高温段通过式冷却单元（2）是由左侧管段（4）、右侧管段（5）、左端套管（6）、中部套管（7）和右端套管（8）组成的，左侧管段（4）与右侧管段（5）通过中部套管（7）连接成一个贯通的筒形腔体，在左侧管段（4）的左端口上设置有左端套管（6），在右侧管段（5）的右端口上设置有右端套管（8），在左端套管（6）的内腔中设置有正向旋流式喷嘴（9），在右端套管（8）的内腔中设置有反向旋流式喷嘴（10），在中部套管（7）上分别设置有排水口（14）和排蒸汽口（15）；在左端套管（6）上设置有左侧管段冷却水进水水口（16），在右端套管（8）上设置有右侧管段冷却水进水水口（17）。

2.根据权利要求1所述的一种可有效控冷的通过式高温钢管淬火装置，其特征在于，在正向旋流式喷嘴（9）上喷射有正向旋流水流（11），正向旋流水流（11）是在左侧管段（4）内向中部套管（7）方向旋转喷射的；在反向旋流式喷嘴（10）上喷射有反向旋流水流（12），反向旋流水流（12）是在右侧管段（5）内向中部套管（7）方向旋转喷射的；在排水口（14）上方形成有排水水流（13）。

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