專(zhuān)利名稱(chēng):熱軋鋼管余熱處理及其冷卻裝置的制作方法
本發(fā)明屬于鋼管熱處理工藝及其冷卻裝置。主要適用于鋼管減徑余熱處理或定徑余熱處理或一般鋼管熱處理。
近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外在無(wú)縫鋼管生產(chǎn)和使用中，為了強(qiáng)化鋼管綜合機(jī)械性能，調(diào)整管材強(qiáng)度和塑性的良好配合及韌性設(shè)備，促使形變熱處理，余熱淬火以及使用部門(mén)的熱處理新工藝發(fā)展，鋼管冷卻裝置是上述新工藝的關(guān)鍵設(shè)備。
目前，國(guó)際上比較先進(jìn)的鋼管淬火冷卻裝置是日本鋼管(株)中央研究所等研制的新式直接淬火法(《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后，用來(lái)頭將鋼管的一端夾緊，動(dòng)力驅(qū)動(dòng)夾頭旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)鋼管旋轉(zhuǎn)，隨后將冷卻水從夾頭端以高速射入管內(nèi)進(jìn)行內(nèi)冷，并同時(shí)采用縫隙式上噴口層流水膜冷卻方式進(jìn)行外冷。其主要優(yōu)點(diǎn)是，管內(nèi)可實(shí)現(xiàn)高速射流，便于強(qiáng)化冷卻，并可使長(zhǎng)管軸向冷卻均勻，由于鋼管旋轉(zhuǎn)，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(tǒng)淬火方法可減小冷后的彎曲變形。其缺點(diǎn)是該裝置對(duì)冷前的熱態(tài)鋼管無(wú)迅速矯直作用;對(duì)冷前熱態(tài)鋼管的平直度要求高，即適應(yīng)能力差;采用旋轉(zhuǎn)夾頭，由管端拖動(dòng)冷前熱態(tài)鋼管旋轉(zhuǎn)容易造成鋼管扭曲變形，尤其對(duì)管身較長(zhǎng)的小口徑薄壁管更為不利;另外，外冷采用縫隙式上噴口層流水膜冷卻方式，當(dāng)冷卻水碰擊管壁后容易產(chǎn)生二次水冷卻現(xiàn)象，以致造成冷卻不均勻。該方法在冷卻過(guò)程中，被冷鋼管僅作旋轉(zhuǎn)，無(wú)軸向平移運(yùn)動(dòng)，使冷卻缺少均勻化作用，并且縫隙式上噴口層流水膜冷卻裝置，在制造安裝調(diào)試方面的技術(shù)要求和難度都比較高。
本發(fā)明的目的在于提供一種能充分發(fā)揮材料性能潛力，節(jié)約能源，生產(chǎn)高效管材的新工藝，以及能對(duì)冷前熱態(tài)鋼管進(jìn)行矯直，冷后平直度好，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小的鋼管冷卻裝置，既能用于鋼管熱軋后的余熱淬火，又可作為熱處理車(chē)間的鋼管淬火冷卻裝置。
圖1.4是本發(fā)明冷卻裝置的工作原理圖。這種冷卻裝置安裝在減徑機(jī)組后的適當(dāng)部位。它由若干組用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)輥6組成旋轉(zhuǎn)輥道。當(dāng)熱態(tài)鋼管30進(jìn)入旋轉(zhuǎn)輥道后，壓下上壓輥5，與鋼管接觸，熱態(tài)鋼管在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下被迅速矯直。與此同時(shí)，起動(dòng)內(nèi)冷高速射流噴咀2和外冷注流式孔板噴咀19，進(jìn)行內(nèi)外冷卻。
在傳動(dòng)輥的輥面上有螺旋式條紋，使之當(dāng)傳動(dòng)輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被冷鋼管不僅能夠旋轉(zhuǎn)，而且能作軸向移動(dòng)。這樣，鋼管的徑向、軸向，特別是園周方向，冷卻都均勻，并使鋼管在冷后能保持較好的平直度。
內(nèi)冷采用附有高壓水室的高速射流噴咀。冷卻水以高速射入管內(nèi)，由于鋼管內(nèi)表面溫度大大高于水的飽和溫度，迫使接觸管壁的水溫劇增至沸點(diǎn)并汽化，管壁迅速被冷卻。管壁與水之間的傳熱過(guò)程，主要表現(xiàn)為核沸騰傳熱。
外冷采用下噴注流式孔板噴咀，使注流小且穩(wěn)定，避免二次冷卻水的不均勻作用。
及實(shí)施例附圖2為熱軋鋼管冷卻裝置及余熱處理工藝示意圖。圖中1為輸送輥道，2為內(nèi)冷射流噴咀，3為擋料器，4為定心輥，5為上壓輥，6為傳動(dòng)輥，7為翻料器，8為調(diào)整機(jī)構(gòu)，9為減徑機(jī)組，10為再加熱爐，11為翻料器，12為斜篦臺(tái)，13為輸送輥道，14為控制臺(tái)，15為內(nèi)冷進(jìn)水管，16為高壓水室。19為外冷注流式孔板。
傳動(dòng)輥表面有螺旋線(xiàn)，它可使被冷鋼管作軸向移動(dòng)，螺旋線(xiàn)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(zhuǎn)輥道中心線(xiàn)的正上方，可上下移動(dòng)和施加壓力。由于沿軸向支承點(diǎn)多，加上上壓輥的壓力可調(diào)節(jié)，可確保鋼管冷后的平直度和鋼管表面無(wú)擦傷。
高壓水室與噴咀相連通，它的作用是控制及穩(wěn)定水壓和控制射流速度。
圖3為注流式孔板結(jié)構(gòu)圖。圖中19為孔板，20為外冷水室，21為進(jìn)水均壓管，22為喇叭形噴咀。注流式孔板沿軸向安裝在旋轉(zhuǎn)輥道中心線(xiàn)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(dāng)熱態(tài)鋼管從減徑機(jī)9全部進(jìn)入輸送輥道1后，經(jīng)自動(dòng)翻料機(jī)7送入旋轉(zhuǎn)輥道，隨即壓下上壓輥5，鋼管在熱狀態(tài)下被迅速矯直。并立即啟動(dòng)內(nèi)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(jīng)進(jìn)水管15及高壓水室16和導(dǎo)管，以高速射入管內(nèi)，與此同時(shí)，啟動(dòng)外冷下噴注流式孔板噴咀，進(jìn)行外冷。在冷卻過(guò)程中，由于傳動(dòng)輥的帶動(dòng)，被冷鋼管隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，又由于傳動(dòng)輥輥面上車(chē)有螺紋使傳動(dòng)輥在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)被冷鋼管作軸向移動(dòng)。鋼管冷卻后，提起上壓輥5，鋼管經(jīng)輸送輥道13送至后部工序。
全部工作可編制工藝程序，由控制臺(tái)14進(jìn)行關(guān)鎖自控，或者手控。
鋼管從減徑機(jī)組進(jìn)入輸送輥道1至冷卻完后進(jìn)入輸出輥道的整個(gè)周期為11～12秒，水冷時(shí)間為6～8秒。
本發(fā)明的工藝參數(shù)如下為了確保鋼管冷后得到良好的綜合力學(xué)性能，減徑前的再加熱溫度應(yīng)盡可能低一些，但應(yīng)保證急冷前的鋼管溫度略高于其相變點(diǎn)A3。根據(jù)被冷鋼管管徑的粗細(xì)和壁厚大小，可選擇合適的內(nèi)冷水壓和射流速度，水壓范圍為3～16公斤力/厘米2，射流速度為5～22米/秒之間。鋼管轉(zhuǎn)速范圍為180～900轉(zhuǎn)/分，選用無(wú)級(jí)調(diào)速。外冷水壓調(diào)節(jié)范圍為0.30～1.5公斤力/厘米2，以便保證有效注流高度≥400毫米。
由于本發(fā)明采用旋轉(zhuǎn)輥道和上壓輥，所以對(duì)熱態(tài)鋼管有一定矯直作用，使熱軋后平直度較差的鋼管，也能順利通過(guò)該冷卻裝置，并得到矯直。冷卻后，鋼管的平直度一般＜5mm/1000mm，表面殘余應(yīng)力小。
在冷卻過(guò)程中，管壁與水之間的傳熱過(guò)程主要表現(xiàn)為受迫對(duì)流核沸騰傳熱和湍流受迫對(duì)流傳熱。傳熱系數(shù)最大可達(dá)35000千卡/米2·小時(shí)·度，最大冷卻速度可達(dá)850℃/秒，沿壁厚平均冷卻速度大于90℃/秒。由于被冷鋼管在傳動(dòng)輥輥面的螺旋線(xiàn)作用下，既作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又具有適當(dāng)?shù)妮S向移動(dòng)，因而給強(qiáng)化冷卻和均勻化冷卻創(chuàng)造了有利條件，使園周方向、徑向和軸向冷卻都很均勻。由于外冷水的有效注流高度(≥400mm)大大地超過(guò)了噴口與鋼管的距離，從而保證被冷鋼管處于注流段內(nèi)。注流段冷卻能力強(qiáng)，水柱穩(wěn)定，避免了二次水冷卻對(duì)冷卻均勻性的不良影響。此外，孔板制造加工簡(jiǎn)單，便于水室均壓。
通過(guò)本發(fā)明進(jìn)行余熱處理的鋼管，力學(xué)性能大幅度提高，且節(jié)約大量能源。
根據(jù)工藝要求，本發(fā)明可進(jìn)行單一內(nèi)冷或單一外冷或內(nèi)、外冷同時(shí)進(jìn)行。
實(shí)施例將本發(fā)明的冷卻裝置安裝在“100機(jī)組”輥道旁。對(duì)尺寸為73×5.0×8500毫米的35號(hào)鋼和50號(hào)鋼地質(zhì)管進(jìn)行減徑余熱處理。所采用的內(nèi)冷水壓為4公斤力/厘米2，射流速度為5.2米/秒外冷水壓為0.4公斤/厘米2，內(nèi)冷供水量為80米3/小時(shí)，外冷供水量為270米3/小時(shí)，冷卻時(shí)間8秒。所測(cè)得的傳熱系數(shù)為17600千卡/米2·小時(shí)·度，冷卻速度為326℃/秒，沿鋼管壁厚平均冷卻速度為107℃/秒。表面殘余應(yīng)力為1.4公斤/毫米2。冷后鋼管平直度小于3mm/1000mm。
鋼管冷卻后，隨機(jī)取樣，測(cè)試其力學(xué)性能，其結(jié)果列入表1。為了便于比較，將熱軋態(tài)的(未進(jìn)行余熱處理)的30號(hào)鋼和50號(hào)鋼的熱軋鋼管的力學(xué)性能也列入了表1，并將地質(zhì)套管DZ55、DZ60和DZ40的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB3429-82)也一并列入表1。
由表1看出，經(jīng)本發(fā)明進(jìn)行余熱處理的30號(hào)鋼和50號(hào)鋼地質(zhì)套管的力學(xué)性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同鋼種同規(guī)格的未經(jīng)余熱處理的熱軋管性能，也高于DZ55、DZ60和DZ40合金鋼管的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的指標(biāo)，即可以用經(jīng)余熱處理的碳鋼鋼管代替未經(jīng)處理的合金鋼鋼管。
另外，經(jīng)濟(jì)效果顯著，經(jīng)本發(fā)明進(jìn)行減徑余熱處理的73×5mm 50號(hào)鋼管，其性能達(dá)到DZ55水平，但能耗比DZ55進(jìn)行普通熱處理(單獨(dú)加熱淬火+回火)節(jié)省68公斤標(biāo)準(zhǔn)煤/噸管，增加收入570元/噸管。
權(quán)利要求
1.一種包含內(nèi)、外冷噴咀和支承輥道的熱軋鋼管余熱處理冷卻裝置，其特征在于這種冷卻裝置由上壓輥、若干組傳動(dòng)輥組成的旋轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求
1所述的冷卻裝置，其特征在于傳動(dòng)輥由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)輥的輥面有螺旋線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的冷卻裝置，其特征在于傳動(dòng)輥面的螺旋線(xiàn)可選用寬牙頂方型或梯型。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的冷卻裝置，其特征在于外冷注流式孔板由孔板、喇叭形噴咀、外冷水室和進(jìn)水均壓管組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1和4所述的冷卻裝置，其特征在于外冷注流式孔板沿軸向安裝在旋轉(zhuǎn)輥道中心線(xiàn)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。
6.一種采用高速射流內(nèi)冷和噴口外冷的熱軋鋼管減徑余熱處理工藝，其特征在于熱態(tài)鋼管冷卻前的溫度應(yīng)略高于該鋼相變點(diǎn)A3，內(nèi)冷水壓為3～16公斤力/厘米2，內(nèi)冷水射流速度為5～22米/秒;外冷水壓為0.30～1.5公斤力/厘米2，有效注流高度≥400毫米;鋼管被轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速為180～900轉(zhuǎn)/分。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明系鋼管余熱處理工藝及其冷卻裝置。冷卻裝置由若干組用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)輥組成的旋轉(zhuǎn)輥道，以及上壓輥、高速射流噴嘴和外冷注流孔板等組成。采用高速射流內(nèi)冷和注流式外冷。熱態(tài)鋼管進(jìn)入旋轉(zhuǎn)輥道后能被迅速矯直。由于傳動(dòng)輥輥面上有螺旋式條紋，被冷卻鋼管不僅能旋轉(zhuǎn)，而且還能軸向移動(dòng)，使得鋼管的徑向、軸向和圓周方向冷卻都均勻。冷卻后，鋼管平直度好，力學(xué)性能大幅度提高，且節(jié)約了大量能源。
文檔編號(hào)C21D1/667GK86103933SQ86103933
公開(kāi)日1987年9月23日 申請(qǐng)日期1986年6月12日
發(fā)明者周民生, 陳恩博, 付貴山, 劉懷文, 紀(jì)志華, 鐘定福, 鄭家棟 申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院, 上海第一鋼鐵廠(chǎng)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan