熱軋鋼管餘熱處理及其冷卻裝置的製作方法

2023-05-30 16:37:36

專利名稱:熱軋鋼管餘熱處理及其冷卻裝置的製作方法
本發明屬於鋼管熱處理工藝及其冷卻裝置。主要適用於鋼管減徑餘熱處理或定徑餘熱處理或一般鋼管熱處理。
近年來，國內外在無縫鋼管生產和使用中，為了強化鋼管綜合機械性能，調整管材強度和塑性的良好配合及韌性設備，促使形變熱處理，餘熱淬火以及使用部門的熱處理新工藝發展，鋼管冷卻裝置是上述新工藝的關鍵設備。
目前，國際上比較先進的鋼管淬火冷卻裝置是日本鋼管(株)中央研究所等研製的新式直接淬火法(《鐵と鋼》1985，V71，No.8，P965)。該方法是把熱軋鋼管送入布置成鞍形的支承輥道後，用來頭將鋼管的一端夾緊，動力驅動夾頭旋轉，進而帶動鋼管旋轉，隨後將冷卻水從夾頭端以高速射入管內進行內冷，並同時採用縫隙式上噴口層流水膜冷卻方式進行外冷。其主要優點是，管內可實現高速射流，便於強化冷卻，並可使長管軸向冷卻均勻，由於鋼管旋轉，又可確保鋼管徑向尤其是園周方向冷卻均勻。較以前的傳統淬火方法可減小冷後的彎曲變形。其缺點是該裝置對冷前的熱態鋼管無迅速矯直作用;對冷前熱態鋼管的平直度要求高，即適應能力差;採用旋轉夾頭，由管端拖動冷前熱態鋼管旋轉容易造成鋼管扭曲變形，尤其對管身較長的小口徑薄壁管更為不利;另外，外冷採用縫隙式上噴口層流水膜冷卻方式，當冷卻水碰擊管壁後容易產生二次水冷卻現象，以致造成冷卻不均勻。該方法在冷卻過程中，被冷鋼管僅作旋轉，無軸向平移運動，使冷卻缺少均勻化作用，並且縫隙式上噴口層流水膜冷卻裝置，在製造安裝調試方面的技術要求和難度都比較高。
本發明的目的在於提供一種能充分發揮材料性能潛力，節約能源，生產高效管材的新工藝，以及能對冷前熱態鋼管進行矯直，冷後平直度好，且結構簡單，佔地面積小的鋼管冷卻裝置，既能用於鋼管熱軋後的餘熱淬火，又可作為熱處理車間的鋼管淬火冷卻裝置。
圖1.4是本發明冷卻裝置的工作原理圖。這種冷卻裝置安裝在減徑機組後的適當部位。它由若干組用動力驅動的傳動輥6組成旋轉輥道。當熱態鋼管30進入旋轉輥道後，壓下上壓輥5，與鋼管接觸，熱態鋼管在旋轉狀態下被迅速矯直。與此同時，起動內冷高速射流噴咀2和外冷注流式孔板噴咀19，進行內外冷卻。
在傳動輥的輥面上有螺旋式條紋，使之當傳動輥轉動時，被冷鋼管不僅能夠旋轉，而且能作軸向移動。這樣，鋼管的徑向、軸向，特別是園周方向，冷卻都均勻，並使鋼管在冷後能保持較好的平直度。
內冷採用附有高壓水室的高速射流噴咀。冷卻水以高速射入管內，由於鋼管內表面溫度大大高於水的飽和溫度，迫使接觸管壁的水溫劇增至沸點並汽化，管壁迅速被冷卻。管壁與水之間的傳熱過程，主要表現為核沸騰傳熱。
外冷採用下噴注流式孔板噴咀，使注流小且穩定，避免二次冷卻水的不均勻作用。
及實施例附圖2為熱軋鋼管冷卻裝置及餘熱處理工藝示意圖。圖中1為輸送輥道，2為內冷射流噴咀，3為擋料器，4為定心輥，5為上壓輥，6為傳動輥，7為翻料器，8為調整機構，9為減徑機組，10為再加熱爐，11為翻料器，12為斜篦臺，13為輸送輥道，14為控制臺，15為內冷進水管，16為高壓水室。19為外冷注流式孔板。
傳動輥表面有螺旋線，它可使被冷鋼管作軸向移動，螺旋線可選用寬牙頂方型或梯型螺紋，輥面寬60～120毫米，軸向輥距500～750毫米。上壓輥安裝在旋轉輥道中心線的正上方，可上下移動和施加壓力。由於沿軸向支承點多，加上上壓輥的壓力可調節，可確保鋼管冷後的平直度和鋼管表面無擦傷。
高壓水室與噴咀相連通，它的作用是控制及穩定水壓和控制射流速度。
圖3為注流式孔板結構圖。圖中19為孔板，20為外冷水室，21為進水均壓管，22為喇叭形噴咀。注流式孔板沿軸向安裝在旋轉輥道中心線的正下方，孔板上表面距離被冷鋼管下表面為200毫米左右。
其工藝流程如下當熱態鋼管從減徑機9全部進入輸送輥道1後，經自動翻料機7送入旋轉輥道，隨即壓下上壓輥5，鋼管在熱狀態下被迅速矯直。並立即啟動內冷高速射流噴咀2，噴咀被迅即推入定心輥4中的被冷鋼管端部，高壓水經進水管15及高壓水室16和導管，以高速射入管內，與此同時，啟動外冷下噴注流式孔板噴咀，進行外冷。在冷卻過程中，由於傳動輥的帶動，被冷鋼管隨之轉動，又由於傳動輥輥面上車有螺紋使傳動輥在轉動的同時，帶動被冷鋼管作軸向移動。鋼管冷卻後，提起上壓輥5，鋼管經輸送輥道13送至後部工序。
全部工作可編制工藝程序，由控制臺14進行關鎖自控，或者手控。
鋼管從減徑機組進入輸送輥道1至冷卻完後進入輸出輥道的整個周期為11～12秒，水冷時間為6～8秒。
本發明的工藝參數如下為了確保鋼管冷後得到良好的綜合力學性能，減徑前的再加熱溫度應儘可能低一些，但應保證急冷前的鋼管溫度略高於其相變點A3。根據被冷鋼管管徑的粗細和壁厚大小，可選擇合適的內冷水壓和射流速度，水壓範圍為3～16公斤力/釐米2，射流速度為5～22米/秒之間。鋼管轉速範圍為180～900轉/分，選用無級調速。外冷水壓調節範圍為0.30～1.5公斤力/釐米2，以便保證有效注流高度≥400毫米。
由於本發明採用旋轉輥道和上壓輥，所以對熱態鋼管有一定矯直作用，使熱軋後平直度較差的鋼管，也能順利通過該冷卻裝置，並得到矯直。冷卻後，鋼管的平直度一般＜5mm/1000mm，表面殘餘應力小。
在冷卻過程中，管壁與水之間的傳熱過程主要表現為受迫對流核沸騰傳熱和湍流受迫對流傳熱。傳熱係數最大可達35000千卡/米2·小時·度，最大冷卻速度可達850℃/秒，沿壁厚平均冷卻速度大於90℃/秒。由於被冷鋼管在傳動輥輥面的螺旋線作用下，既作旋轉運動，又具有適當的軸向移動，因而給強化冷卻和均勻化冷卻創造了有利條件，使園周方向、徑向和軸向冷卻都很均勻。由於外冷水的有效注流高度(≥400mm)大大地超過了噴口與鋼管的距離，從而保證被冷鋼管處於注流段內。注流段冷卻能力強，水柱穩定，避免了二次水冷卻對冷卻均勻性的不良影響。此外，孔板製造加工簡單，便於水室均壓。
通過本發明進行餘熱處理的鋼管，力學性能大幅度提高，且節約大量能源。
根據工藝要求，本發明可進行單一內冷或單一外冷或內、外冷同時進行。
實施例將本發明的冷卻裝置安裝在「100機組」輥道旁。對尺寸為73×5.0×8500毫米的35號鋼和50號鋼地質管進行減徑餘熱處理。所採用的內冷水壓為4公斤力/釐米2，射流速度為5.2米/秒外冷水壓為0.4公斤/釐米2，內冷供水量為80米3/小時，外冷供水量為270米3/小時，冷卻時間8秒。所測得的傳熱係數為17600千卡/米2·小時·度，冷卻速度為326℃/秒，沿鋼管壁厚平均冷卻速度為107℃/秒。表面殘餘應力為1.4公斤/毫米2。冷後鋼管平直度小於3mm/1000mm。
鋼管冷卻後，隨機取樣，測試其力學性能，其結果列入表1。為了便於比較，將熱軋態的(未進行餘熱處理)的30號鋼和50號鋼的熱軋鋼管的力學性能也列入了表1，並將地質套管DZ55、DZ60和DZ40的國家標準(GB3429-82)也一併列入表1。
由表1看出，經本發明進行餘熱處理的30號鋼和50號鋼地質套管的力學性能遠遠高於同鋼種同規格的未經餘熱處理的熱軋管性能，也高於DZ55、DZ60和DZ40合金鋼管的國家標準所規定的指標，即可以用經餘熱處理的碳鋼鋼管代替未經處理的合金鋼鋼管。
另外，經濟效果顯著，經本發明進行減徑餘熱處理的73×5mm 50號鋼管，其性能達到DZ55水平，但能耗比DZ55進行普通熱處理(單獨加熱淬火+回火)節省68公斤標準煤/噸管，增加收入570元/噸管。
權利要求
1.一種包含內、外冷噴咀和支承輥道的熱軋鋼管餘熱處理冷卻裝置，其特徵在於這種冷卻裝置由上壓輥、若干組傳動輥組成的旋轉輥道、射流噴咀及與其相連的高壓水室以及外冷注流式孔板組成。
2.根據權利要求
1所述的冷卻裝置，其特徵在於傳動輥由動力驅動，傳動輥的輥面有螺旋線。
3.根據權利要求
2所述的冷卻裝置，其特徵在於傳動輥面的螺旋線可選用寬牙頂方型或梯型。
4.根據權利要求
1所述的冷卻裝置，其特徵在於外冷注流式孔板由孔板、喇叭形噴咀、外冷水室和進水均壓管組成。
5.根據權利要求
1和4所述的冷卻裝置，其特徵在於外冷注流式孔板沿軸向安裝在旋轉輥道中心線的正下方，孔板上表面距離被冷鋼管下表面約為200毫米左右。
6.一種採用高速射流內冷和噴口外冷的熱軋鋼管減徑餘熱處理工藝，其特徵在於熱態鋼管冷卻前的溫度應略高於該鋼相變點A3，內冷水壓為3～16公斤力/釐米2，內冷水射流速度為5～22米/秒;外冷水壓為0.30～1.5公斤力/釐米2，有效注流高度≥400毫米;鋼管被轉動的轉速為180～900轉/分。
專利摘要
本發明系鋼管餘熱處理工藝及其冷卻裝置。冷卻裝置由若干組用動力驅動的傳動輥組成的旋轉輥道，以及上壓輥、高速射流噴嘴和外冷注流孔板等組成。採用高速射流內冷和注流式外冷。熱態鋼管進入旋轉輥道後能被迅速矯直。由於傳動輥輥面上有螺旋式條紋，被冷卻鋼管不僅能旋轉，而且還能軸向移動，使得鋼管的徑向、軸向和圓周方向冷卻都均勻。冷卻後，鋼管平直度好，力學性能大幅度提高，且節約了大量能源。
文檔編號C21D1/667GK86103933SQ86103933
公開日1987年9月23日 申請日期1986年6月12日
發明者周民生, 陳恩博, 付貴山, 劉懷文, 紀志華, 鍾定福, 鄭家棟 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院, 上海第一鋼鐵廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan