淬火槽系統(tǒng)和使用方法
【專利摘要】淬火槽系統(tǒng)包括冷卻槽，所述冷卻槽具有入口開口，所述入口開口適于允許被加熱的連續(xù)管的第一部分進入冷卻槽以及允許在槽中的冷卻流體的第一部分流出入口開口。所述冷卻槽包括出口開口，所述出口開口適于允許移動通過槽的連續(xù)管的局部冷卻的第二部分離開冷卻槽，以及允許在槽中的冷卻流體的第二部分流出出口開口。所述系統(tǒng)還包括冷卻流體收集和分配系統(tǒng)，所述冷卻流體收集和分配系統(tǒng)適于收集流出冷卻槽的冷卻流體，將所收集的冷卻流體返回到冷卻槽，以及在冷卻槽中分配冷卻流體。描述了使用淬火槽系統(tǒng)冷卻被加熱的連續(xù)管的方法。
【專利說明】
淬火槽系統(tǒng)和使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及用于被加熱的管狀產(chǎn)品的冷卻槽，以及更具體地涉及用于連續(xù)管的淬 火槽系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 淬火被定義為從奧氏體溫度范圍以如此快的速率快速冷卻以至于不能發(fā)生擴散 控制相變的過程。所得的顯微結(jié)構(gòu)將理想的是馬氏體。向馬氏體的轉(zhuǎn)變僅當(dāng)管被冷卻到馬 氏體開始轉(zhuǎn)變溫度(Ms)以下時才開始，并且僅當(dāng)所述管被冷卻到馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度(M f) 以下時才完畢。理想的是轉(zhuǎn)變通過壁發(fā)生，這意味著管的內(nèi)部也以足夠快的速度冷卻以確 保轉(zhuǎn)變。
[0003] 奧氏體溫度范圍取決于鋼組成。該溫度的選擇通常是確保將發(fā)生轉(zhuǎn)變所需的最小 值，但不能太高以至于在材料中施加晶粒生長，從而導(dǎo)致韌性損失和淬火所需的冷卻速率 的改變。參見下面取自EP專利2778239的針對不同鋼化學(xué)成分的臨界冷卻速率的表1。它們 被表示為CR 90,表示裝置應(yīng)在材料中施加的冷卻速率應(yīng)大于CR 90以確保90%以上轉(zhuǎn)變?yōu)?馬氏體。如在本專利申請中所使用的那樣，"CR 90"和"CR 90M"是可互換的術(shù)語，其中CR代 表冷卻速率，以及90代表90%的馬氏體，和Μ代表馬氏體。因此，CR 90和/或CR 90M是針對給 定的鋼組成的冷卻速率(通常以每秒攝氏度提供），以確保在管中90%的馬氏體。
[0004] 表1臨界冷卻速率(CR 90)針對所選的鋼組成具有90%以上的馬氏體。
[0005]
[0006] 通過管壁冷卻:在某些情況下，管的內(nèi)表面也應(yīng)在升高的冷卻速率下被冷卻。歐洲 專利申請ΕΡ2778239Α1公開了關(guān)于在工業(yè)淬火頭設(shè)施(quenching head facility)(從外表 面冷卻管的水噴霧）內(nèi)被處理的管的平均冷卻速率的數(shù)據(jù)。本申請的圖4(從EP 2778239A1 的圖3復(fù)制)示出顯示作為管壁厚(WT)函數(shù)的冷卻速率。圖4中的陰影區(qū)域?qū)?yīng)于典型盤管 應(yīng)用的壁厚范圍。顯然的是在內(nèi)表面中的冷卻速率隨著壁厚的增加而減少。當(dāng)選擇適于具 有90%以上的回火馬氏體的鋼化學(xué)成分時，合金的臨界冷卻速率應(yīng)等于或低于30°C/秒(對 于該淬火頭而言）。如果合金的臨界冷卻速率等于30°C/秒，則通常來自連續(xù)管的所有量規(guī) (gauge)通常在內(nèi)部直徑(ID)中以更高的冷卻速率淬火(如果實現(xiàn)淬火頭的熱傳遞)并確保 淬火。在較重的壁產(chǎn)品的ID中所需的冷卻速率等于臨界冷卻速率。
[0007] 盤管是連續(xù)的金屬管(管子），其通常約15，000英尺長，但長度可以在約5，000英尺 到40,000英尺之間。通常情況下，連續(xù)管圍繞支撐結(jié)構(gòu)盤繞，如本領(lǐng)域已知的那樣用于運輸 和進一步部署到井位置，然后部署到井眼內(nèi)。在某些應(yīng)用中，熱處理被應(yīng)用到連續(xù)管，熱處 理包括連續(xù)管的一個或多個系列的加熱和冷卻以便在管材料中產(chǎn)生冶金變化，其導(dǎo)致限定 連續(xù)管的機械性能。連續(xù)管可在不對產(chǎn)品解卷的情況下進行熱處理，但是該方法在實現(xiàn)均 勻性能以及管理管材料中張力的能力方面存在限制，管材料中的張力因相關(guān)聯(lián)于加熱、冷 卻和相變在體積上的變化而產(chǎn)生。
[0008] 一種替代的熱處理需要連續(xù)管在一端部被解卷，然后進行熱處理，然后在熱處理 工藝出口處盤繞。當(dāng)熱處理包括淬火處理（如上所述的從奧氏體溫度的快速冷卻）時，該管 應(yīng)經(jīng)受由將流體施加到被加熱的管所導(dǎo)致的升高的冷卻速率。
[0009] 通常而言，連續(xù)管(例如盤管)使用兩種方法進行淬火：（a)淬火頭;和/或(b)淬火 槽。
[0010] 在現(xiàn)有技術(shù)的淬火頭工藝中，噴射器(一種裝置，用于通過使用水、空氣、蒸氣等的 射流壓力誘導(dǎo)從腔室或容器的流體流動，以便以如此的方式產(chǎn)生局部真空以夾帶待被除去 的流體)通常放置在由單條管線饋送的分配線路內(nèi)。當(dāng)一個分配管入口由于過濾比例和/或 故障而變得堵塞時，整個一組對準(zhǔn)的噴射器將停止冷卻該管，并且在這種有缺陷的噴射器 下方延伸的連續(xù)管部段的較低的冷卻速率。在這種現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)中，將導(dǎo)致管的不一致 冷卻的淬火頭系統(tǒng)的出現(xiàn)故障的噴射器可通過使得管圍繞其縱向軸線（用于約42英尺的最 大長度的管)在冷卻槽中旋轉(zhuǎn)來克服。然而，使得盤管的連續(xù)管在冷卻槽中旋轉(zhuǎn)在技術(shù)上是 不可行的。
[0011]在現(xiàn)有技術(shù)的槽淬火工藝中，將管浸沒在冷卻槽內(nèi)。如上所述，長度高達(dá)約42英尺 的管可圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)以增加熱傳遞，并且可替代地，流體可噴射到管內(nèi)，以有助于從 內(nèi)表面提取熱。
[0012] 淬火頭系統(tǒng)的冷卻不均勻性可通過使用槽淬火工藝來消除。然而，為了容納盤管 的連續(xù)管，需要非常大的槽，以便在盤管中對連續(xù)管的總長度進行淬火。在盤管未解卷以及 未完全浸入到冷卻槽中的冷卻流體的情況下，將熱去除僅限于接觸盤管的外表面。
[0013] 因此，對于用于盤管的連續(xù)加熱管的改進的淬火槽系統(tǒng)存在需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 在一個實施例中，淬火槽系統(tǒng)100包括兩個槽，主冷卻槽160和輔助冷卻槽170。主 冷卻槽160是發(fā)生冷卻/淬火的地方，并且該系統(tǒng)包括用于將冷卻流體提供到噴射器(例如， 噴嘴）102的兩個收集器105。噴射器102用于形成在方向F上的冷卻流體流動，該流體流動相 對于在方向D上的連續(xù)管移動是逆流的，以便在通到主冷卻槽160的入口端162處提供冷卻/ 淬火能力。然而，應(yīng)當(dāng)理解的是，也可使用其它裝置來形成逆流。在入口端162處的入口開口 163和在出口端164處的出口開口 165允許被加熱的冷卻流體流出主冷卻槽160，收集，冷卻， 然后再循環(huán)到主冷卻槽。輔助冷卻槽170用于收集從主冷卻槽160流出和/或溢流的冷卻流 體。被收集在輔助冷卻槽內(nèi)的被加熱的冷卻流體被栗送到一個或多個熱交換器（即冷卻 塔），用于經(jīng)由所述收集器系統(tǒng)105和噴射器102冷卻并再循環(huán)到主冷卻槽160內(nèi)。然而應(yīng)當(dāng) 理解的是，可以使用其它裝置以便收集流出主冷卻槽的被加熱的冷卻液體，諸如允許流出 的冷卻流體被收集在進入到通道和/或排水系統(tǒng)的基底部并將所收集的被加熱的冷卻流體 栗送到熱交換器(例如冷卻塔）。
[0015] 在一個實施例中，公開了被加熱的連續(xù)管的冷卻方法。所述方法包括：提供冷卻 槽，所述冷卻槽具有包括入口開口的入口端、包括出口開口的出口端，所述冷卻槽具有在其 中的冷卻流體;將被加熱的連續(xù)管的第一部分插入到入口開口內(nèi)；與冷卻槽中的冷卻流體 的第一部分接觸，被加熱的管的第一部分進入冷卻槽;使得冷卻流體的第一部分流出入口 開口；使得被加熱的連續(xù)管直線通過冷卻槽連續(xù)地移動；與冷卻槽中的冷卻流體的第二部 分接觸，被加熱的連續(xù)管的第二部分移動通過冷卻槽;流出冷卻槽，其中連續(xù)管的至少部分 冷卻的第二部分通過出口開口；以及使得冷卻流體的第二部分從出口開口流出。所述方法 進一步包括提供冷卻流體收集和分配系統(tǒng);收集流出冷卻槽的冷卻流體的第一部分和的第 二部分；以及將所收集到的冷卻流體返回到冷卻槽并將返回的冷卻流體分配到冷卻槽內(nèi)。
[0016] 在一個實施例中，所述方法包括提供定位在所述冷卻槽下方的輔助冷卻槽；以及 將流出冷卻槽的入口開口和出口開口的冷卻流體收集到輔助冷卻槽內(nèi)。
[0017] 在一個實施例中，所述方法包括:將從所述輔助冷卻槽收集的冷卻流體傳送到熱 交換器;在熱交換器內(nèi)冷卻所收集的冷卻流體;以及將被冷卻的冷卻流體返回到冷卻槽。
[0018] 在一個實施例中，所述方法進一步包括:提供多個噴射器；以及通過噴射器將冷卻 槽中的冷卻流體朝向槽的入口端引導(dǎo)。
[0019] 在一個實施例中，所述方法包括:提供多個推輥和支承輥；以及借助于推輥和支承 輥將連續(xù)管從入口端通過冷卻槽直線引導(dǎo)到冷卻槽的出口端。
[0020] 在一個實施例中，所述方法包括將入口開口和出口開口的至少一部分提供在同一 水平面內(nèi)。
[0021] 在一個實施例中，所述方法包括:提供附加的噴射器；以及借助于附加的噴射器引 導(dǎo)冷卻槽內(nèi)的至少一部分冷卻流體以便從冷卻槽的一個或多個側(cè)壁的頂部溢流。
[0022] 在一些實施方式中，所述方法包括通過保持連續(xù)管通過冷卻槽移動的最小相對速 度(Vmin)形成90%的馬氏體，其中水作為冷卻流體，其中水處于低于或等于35°C的溫度下。 以米每秒為單位的最小相對速度(Vmin)由以下公式計算:Vmin>l/100+1/145 X (WT-2.77) + 1/1500 X (CR90M-20);其中以毫米為單位的連續(xù)管的壁厚(WT)在2.77毫米和7.11毫米之 間；以及CR 90M是對于給定的鋼而言形成90%的馬氏體所需的冷卻速率，以及是每秒20至 50 °C。CR 90M是當(dāng)從管的外表面冷卻管時管內(nèi)表面的冷卻速率。
[0023] 在一些實施方式中，所述方法包括通過保持連續(xù)管通過冷卻槽移動的最小相對速 度(Vmin)形成90 %的馬氏體，其中水作為冷卻流體，其中水處于高于35 °C且低于60 °C的溫 度下。以米每秒為單位的最小相對速度(Vmin)由以下公式計算：￥111；[11>1/20+1/45\(￥1'-2.77)+1/300 X (CR90M-20);其中以毫米為單位的連續(xù)管的壁厚(WT)在2.77毫米和7.11毫 米之間；以及CR 90M是對于給定的鋼而言形成90%的馬氏體所需的冷卻速率，以及是每秒 20至50°C<XR 90M是當(dāng)從管的外表面冷卻管時管內(nèi)表面的冷卻速率。
[0024] 在一些實施方式中，該方法包括當(dāng)管移動通過冷卻槽時通過保持貫穿管壁形成 90 %的馬氏體所必需的在封閉的收集和分配系統(tǒng)中的以m3/s為單位的冷卻流體的最小流 體流動速率(Qw)來貫穿管壁形成90 %的馬氏體。最小流體流動速率(Qw)由以下關(guān)系式表 達(dá):Qw>1000 X Ss X Vt/DTw;其中Ss是被冷卻的管道以平方米為單位的橫截面;Vt是以米每 秒為單位的管速;以及DTw是以°C為單位的在熱交換器中的淬火流體的溫度下降。
[0025] 在一些實施方式中，所述方法包括提供冷卻槽，其具有以平方米為單位的冷卻槽 橫截面(Sw)，在垂直于連續(xù)管移動方向的方向（D)上獲取的所述Sw相對于被冷卻的以平方 米為單位的連續(xù)管橫截面(Ss)由以下關(guān)系式表達(dá):Sw>37 XSs XVt X tstop/Lw;其中Vt是以 米/秒為單位的連續(xù)管的速度；以及tstop是以秒為單位的在熱交換器中的冷卻停止時間。
[0026] 本發(fā)明的一個或多個實施方案的細(xì)節(jié)在所附附圖和以下說明書中進行闡述。本發(fā) 明的其它特征、目的、以及優(yōu)點將從說明書和附圖以及從權(quán)利要求書顯而易見。
【附圖說明】
[0027] 圖1是從本公開的淬火槽上面所取的透視圖；
[0028]圖2是圖1所示淬火槽的俯視圖；
[0029] 圖3是圖1所示淬火槽的前端視圖；以及
[0030] 圖4是作為管壁厚度函數(shù)的冷卻速率的曲線圖。
[0031] 在各幅附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的元件。
【具體實施方式】
[0032] "淬火流體"、"冷卻流體"和"淬火/冷卻流體"在本公開中可互換使用。應(yīng)當(dāng)理解的 是，冷卻流體和淬火流體可以是水或其它合適的淬火液體。
[0033]應(yīng)當(dāng)理解的是，冷卻是淬火工藝固有的一部分，以及如本文所所用的術(shù)語"淬火" 比術(shù)語"冷卻"更寬泛并包括術(shù)語"冷卻"，以及術(shù)語"冷卻槽"是"淬火槽"的子集。
[0034]應(yīng)當(dāng)理解的是，"s"在本文中的某些情況下用作用于時間間隔"秒"的縮寫，以及 "mm"在本文中的某些情況下用作用于距離測量"毫米"的縮寫，以及"°C"用作用于攝氏度 (有時也被稱為攝氏溫度）以及"wt%"用作用于"重量％"的縮寫。
[0035] 應(yīng)當(dāng)理解的是，如在本專利申請中所使用的，"CR 90"和"CR 90M"是可互換的術(shù) 語，其中CR代表冷卻速率，以及90代表90%的馬氏體，以及Μ代表馬氏體。因此，CR 90和/或 CR 90Μ是用于給定的鋼組成以確保在管中的90 %馬氏體的冷卻速率(通常以每秒攝氏度來 提供），并且其中CR 90和/或CR 90Μ是當(dāng)用流體從管外表面冷卻管時管內(nèi)表面的冷卻速率。
[0036]現(xiàn)在參照圖1，示出用于淬火(例如冷卻)盤管的連續(xù)管的淬火槽系統(tǒng)100。在通常 情況下，淬火槽系統(tǒng)100包括冷卻槽160以及在一些實施例中包括輔助冷卻槽170。用于分配 淬火/冷卻流體(例如水)和用于給噴射器102進料的收集器105設(shè)置在上方并設(shè)置在冷卻槽 160內(nèi)。噴射器102用于形成總體的淬火流體流動方向F，該流體流動方向與連續(xù)管200通過 冷卻槽100的移動方向D相反。應(yīng)當(dāng)理解的是，可能發(fā)生冷卻流體的局部湍流和流體旋轉(zhuǎn)。應(yīng) 當(dāng)理解的是，可以使用導(dǎo)流器的其它裝置(例如噴嘴)從而形成在方向F上的相反的流體流 動。此外，冷卻槽160包括背輥130和推輥142,用于將連續(xù)管從主冷卻槽160的入口端162引 導(dǎo)并移動到淬火槽系統(tǒng)1〇〇的出口端164。使用背輥以便當(dāng)連續(xù)管200移動通過主冷卻槽160 時候給予連續(xù)管200以支承。推輥142用于將管200壓靠背輥130以確保直線軌跡。應(yīng)當(dāng)理解 的是，可使用其它裝置將連續(xù)管200以直線軌跡引導(dǎo)和移動通過淬火槽系統(tǒng)100,以及用于 將管200移動通過主冷卻槽160。
[0037] 主冷卻槽160的入口端162和出口端164包括入口開口 163和出口開口 165,入口開 口 163允許將連續(xù)管200通過進入到主冷卻槽160內(nèi)，而出口開口 165允許連續(xù)管200通過槽 160離開。開口 163和165也允許淬火/冷卻流體在淬火槽系統(tǒng)100中循環(huán)。
[0038]連續(xù)管200通過入口 162連續(xù)地進入，其中最小的彎曲施加到管。背輥130和推輥 142將垂直于管移動方向D的力施加到管200。推輥142是包括調(diào)節(jié)活塞144和146的可調(diào)節(jié)推 動工具設(shè)備140的一部分，調(diào)節(jié)活塞144和146可用于將推輥142定位成與正被饋送通過輥 142和130的不同直徑尺寸的連續(xù)管200接觸。管移動的速度和方向D由定位在主冷卻槽160 外部的其它輥(未示出)控制。
[0039] 當(dāng)被加熱的連續(xù)管200進入到冷卻流體中時，連續(xù)管200開始被冷卻并變硬和變 脆，因此不建議在淬火操作期間使得連續(xù)管彎曲。彎曲不僅是困難的，而且對于連續(xù)管的完 整性而言也是存在風(fēng)險的。本發(fā)明的一個所需特征是連續(xù)管通過在入口端162處的入口開 口 163進入主冷卻槽160,并通過在出口端164中的出口開口 165離開。入口開口 163和出口開 口 165在大致水平的平面中與彼此對準(zhǔn)。因此，當(dāng)連續(xù)管200水平地和直線地通過主冷卻槽 160移動時最小的彎曲施加到連續(xù)管200。這種配置對于現(xiàn)有技術(shù)類型的冷卻槽而言是優(yōu)選 的，其未配置有側(cè)面開口，其中通過將連續(xù)管向下彎曲越過槽側(cè)面以便接觸槽中的冷卻流 體來發(fā)生所需的到冷卻流體的接觸。這種現(xiàn)有技術(shù)類型的槽的深度將相關(guān)于與冷卻流體的 表面碰撞的角度，由此需要非常大的槽來獲得商業(yè)通過率。這是因為碰撞角度必須被最小 化，以便減少當(dāng)它進入現(xiàn)有技術(shù)類型的槽時在管材料中的應(yīng)變。當(dāng)管進入現(xiàn)有技術(shù)類型的 槽中時，管將在槽中向下移動，并且必須被向上帶回至離開槽。將在進入和離開過程中將管 向下和向上柔軟彎曲保持在可接受的范圍內(nèi)在現(xiàn)有技術(shù)類型的冷卻槽中只能通過使用長 槽來實現(xiàn)。
[0040] 當(dāng)被加熱的連續(xù)管200進入主冷卻槽160時，其對與被加熱管接觸或被加熱管附近 的冷卻流體的一部分的產(chǎn)生局部加熱。當(dāng)冷卻流體由于暴露于被加熱的管而隨著時間的推 移被加熱時，冷卻液流體的該被加熱的部分喪失熱去除的能力。如果在槽入口處的冷卻能 力低，則它可能無法實現(xiàn)所需的CR 90和其它金屬性能。為了克服被加熱的冷卻流體的熱去 除能力的損失，管必須移動地更快，以及可能需要更長的冷卻槽。然而，這種配置可能會導(dǎo) 致不希望的相變(即，冷卻流體可能會閃變成蒸氣）。因此，更有效的以及因此優(yōu)選的是將新 的冷卻/淬火流體提供到連續(xù)管進入冷卻流體的冷卻槽入口。在本發(fā)明中，冷卻流體在方向 F上流動，該方向F與管移動通過槽的方向D是相反的。在連續(xù)循環(huán)工藝中，在連續(xù)管200進入 主冷卻槽160入口的入口附近通過進入的被加熱連續(xù)管200加熱的冷卻流體，需要被排空 (通過入口開口 163)并轉(zhuǎn)移到熱交換器且通過噴射器102返回到主冷卻槽160。
[0041]在管表面處的熱去除與熱傳遞條件相關(guān)聯(lián)。最大的熱傳遞通過管在方向D上的相 對移動來實現(xiàn)，方向D與冷卻流體的流動方向F相反。在一些實現(xiàn)方式中，水通過噴射器102 提供給主冷卻槽160,所述噴射器102定位和配置成在冷卻槽中產(chǎn)生高的湍流，并提供冷卻 流體從槽到收集通道的連續(xù)溢流，和/或排放到槽外部。
[0042] 實驗數(shù)據(jù)
[0043] 試驗數(shù)據(jù)表明，使用和不使用噴射器的中碳鋼的淬火導(dǎo)致在微觀結(jié)構(gòu)中馬氏體從 90%降低到78%的量的變化，如下面的表中所示。考慮到實驗誤差，86%是令人滿意的，并 且接近90%的設(shè)計目標(biāo)。硬度與馬氏體的含量有關(guān)，馬氏體是管微觀結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)組成。所以 硬度和馬氏體含量都證明有更好的淬火結(jié)果。
[0045]硬度使用洛氏硬度(HRC)和使用維氏角錐硬度值(HV)進行測量，根據(jù)上表我們可 以看出，硬度是通過使用噴射器而得到提高。馬氏體分?jǐn)?shù)還通過使用噴射器得到提高。硬度 與馬氏體的含量有關(guān)，馬氏體是微觀結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)組成。因此，硬度和馬氏體含量都證明有更 好的淬火結(jié)果。當(dāng)管更大和更厚時，或化學(xué)硬化性降低時，對于流體流動控制而言的關(guān)鍵程 度增大。
[0046] 主冷卻的時間與線生產(chǎn)率（線速度）以及管的尺寸相關(guān)。對于不同的產(chǎn)品估算計 算。
[0047]
[0048] 0D:外徑
[0049] WT:壁厚
[0050] HT:熱處理
[0051 ]在淬火工藝中，由于管(其從奧氏體化溫度冷卻下降至約150°C)釋放的熱，冷卻流 體的溫度升高。當(dāng)水用于冷卻流體時，在主冷卻槽池中的水的最高工作溫度為60 °C。在較高 溫度下，從管到淬火介質(zhì)（例如水)的熱去除太低，以至于無法達(dá)到形成至少有90%馬氏體 所需的臨界冷卻速率。為了避免淬火流體的過度加熱，其在封閉環(huán)路中再循環(huán)通過冷卻設(shè) 施(例如冷卻塔）。在回路中由主槽和冷卻設(shè)施形成的以立方米/秒為單位的淬火流體流動 速率(Qw)應(yīng)當(dāng)是：
[0052] Qw>1000XSsXVt/DTw
[0053] 其中，Ss是以平方米為單位的被冷卻的管的橫截面，Vt為以米/秒為單位的管速 度，以及DTw是在冷卻設(shè)施中（例如在冷卻塔中）的以°C為單位的淬火流體溫度的降低。
[0054] 主冷卻槽的橫截面Sw(在垂直于管移動方向的方向上以平方米測得的面積)必須 足夠大，以避免由于冷卻設(shè)施的意外停止而導(dǎo)致淬火流體的過度加熱。Sw以下列方式取決 于用于恢復(fù)冷卻設(shè)施操作所需的平均時間（tstop):
[0055] Sw>37 X Ss X Vt X tstop/Lw
[0056] 其中Lw是在管移動方向上的以米為單位的冷卻槽的長度，tstop以秒為單位，以及 其它參數(shù)在先前限定。例如，如果需要的話，允許所述冷卻設(shè)施停止1200秒，而不會影響淬 火工藝，當(dāng)Ss為9.76E-4平方米(具有2英寸0D和0.28英寸WT的管）時，最小的橫截面Sw應(yīng)為 1.69平方米，Vt為0.36米/秒(72fpm)以及Lw為9米。
[0057] 在池中的水流量和線速度必須被選擇以便確保管和淬火介質(zhì)之間的最小相對速 度(Vmin)。否則在淬火過程中的熱去除不足以達(dá)到用于形成至少90%馬氏體所需的臨界冷 卻速率(CR 90M)。當(dāng)管移動通過主冷卻槽時的管的最小相對速度以下列方式取決于用于形 成90%馬氏體所需的管壁厚(WT)和臨界冷卻速率(CR 90M):
[0058] Vmin>l/100+l/145X (WT-2.77)+1/1500X(CR90M-20)
[0059] 其中Vmin以米/秒為單位，WT以毫米為單位，以及CR 90M&°C/秒為單位。當(dāng)從管的 外表面冷卻管時，CR 90M是管內(nèi)表面的冷卻速率。對于WT = 2.77-7.62毫米，CR 90M=20至 50 °C /秒和高達(dá)35 °C的水溫而言表達(dá)式是有效的。
[0060] 對于高達(dá)60°C的水溫而言，對于如前所述的相同的WT和CR 90M范圍而言以下表達(dá) 式是有效的（需要比前一情況更大的Vmin來補償由于較高的冷卻介質(zhì)溫度而導(dǎo)致的熱去除 系數(shù)的降低）：
[0061 ] Vmin>l/20+l/45 X(WT-2.77)+1/300 X(CR90M-20)
[0062]已經(jīng)描述了本發(fā)明的許多實施例。然而，將理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神和范 圍的情況下可做出各種修改。因此，其它實施例在以下權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 淬火槽系統(tǒng)，其包括： 冷卻槽，所述冷卻槽具有包括入口開口的入口端、包括出口開口的出口端，所述入口開 口適于允許被加熱的連續(xù)管的第一部分通過入口開口進入冷卻槽，以及所述入口開口還適 于允許經(jīng)由進入槽的被加熱的管的第一部分已經(jīng)加熱的在槽中的冷卻流體的第一部分流 出入口開口，以及所述出口開口適于允許移動通過槽的連續(xù)管的局部冷卻的第二部分通過 出口開口離開冷卻槽，以及所述出口開口進一步適于允許經(jīng)由在槽中的管的第二部分已經(jīng) 加熱的在槽中的冷卻流體的第二部分流出出口開口。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，進一步包括冷卻流體收集和分配系統(tǒng)，所述冷卻 流體收集和分配系統(tǒng)適于收集流出冷卻槽的冷卻流體，將所收集的冷卻流體返回到冷卻 槽，以及在冷卻槽中分配冷卻流體。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的淬火槽系統(tǒng)，其中所述冷卻流體收集和分配系統(tǒng)包括定位在 所述冷卻槽下方的輔助冷卻槽，所述輔助冷卻槽適于收集流出入口開口的冷卻流體的第一 部分和流出冷卻槽的出口開口的冷卻流體的第二部分。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的淬火槽系統(tǒng)，其中所述冷卻流體收集和分配系統(tǒng)包括管道，管 道將輔助冷卻槽連接到至少一個熱交換器，所述熱交換器適于冷卻在輔助冷卻槽中的所收 集的冷卻流體并將被冷卻的冷卻流體返回到冷卻槽。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的淬火槽系統(tǒng)，其中所述冷卻流體收集和分配系統(tǒng)包括多個噴 射器，所述噴射器將冷卻槽中的冷卻流體朝向所述冷卻槽的入口端引導(dǎo)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，還包括多個推輥和支承輥，所述推輥和支承輥適 于將連續(xù)管從入口端通過冷卻槽直線地引導(dǎo)到冷卻槽的出口端。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，其中所述入口開口和所述出口開口的至少一部 分處于水平平面內(nèi)。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的淬火槽系統(tǒng)，其中所述冷卻流體收集和分配系統(tǒng)包括多個噴 射器，所述噴射器適于使得冷卻流體的至少一部分從冷卻槽中的所述冷卻流體的至少一部 分溢出以便在冷卻槽的一個或多個側(cè)壁的頂部溢出。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，其中當(dāng)管移動通過冷卻槽時用于形成90%馬氏 體所需的最小相對速度(Vmin)通過下列關(guān)系式表達(dá)： Vmin>l/100+1/145 X(WT-2.77)+1/1500 X(CR90M-20) 其中Vmin以米/秒為單位；水是冷卻流體，以及水處于小于或等于35°C的溫度下；CR 90M是以°C/秒為單位且在20至50°C/秒的范圍內(nèi)的冷卻速率；以及WT是以毫米為單位且在 2.77毫米和7.62毫米之間的連續(xù)管壁厚度。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，其中當(dāng)管移動通過冷卻槽時用于形成90%馬氏 體所需的最小相對速度(Vmin)通過下列關(guān)系式表達(dá)： Vmin>l/20+l/45 X(WT-2.77)+1/300 X(CR90M-20) 其中Vmin以米/秒為單位;水是冷卻流體，以及水處于高于35°C且小于或等于60°C的溫 度下；CR 90M是以°C/秒為單位且在20至50°C/秒的范圍內(nèi)的冷卻速率；以及WT是以毫米為 單位且在2.77毫米和7.62毫米之間的連續(xù)管壁厚度。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，其中當(dāng)管移動通過冷卻槽時在收集和分配系統(tǒng) 中用于形成90%馬氏體所需的以立方米/秒為單位的最小流體流動速率(Qw)通過下列關(guān)系 式表達(dá)： Qw>1000XSsXVt/DTw 其中Ss是以平方米為單位的被冷卻的管的橫截面;Vt為以米/秒為單位的管速度；以及 DTw是以°C為單位的在熱交換器中的冷卻流體的溫度降低。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的淬火槽系統(tǒng)，其中冷卻槽的橫截面(Sw)以平方米為單位，在 垂直于連續(xù)管移動方向的方向（D)上獲取的所述Sw相對于被冷卻的以平方米為單位的連續(xù) 管橫截面(Ss)由以下關(guān)系式表達(dá):Sw>37Ss X Vt X tstop/Lw; 其中Vt是以米/秒為單位的連續(xù)管的速度；以及tstop是以秒為單位的在熱交換器中的 冷卻停止時間。13. 被加熱的連續(xù)管的冷卻方法，所述方法包括： 提供冷卻槽，所述冷卻槽具有包括入口開口的入口端、包括出口開口的出口端，所述冷 卻槽具有在其中的冷卻流體； 將被加熱的連續(xù)管的第一部分插入到入口開口內(nèi)； 與冷卻槽中的冷卻流體的第一部分接觸，被加熱的管的第一部分進入冷卻槽； 使得冷卻流體的第一部分流出入口開口； 使得被加熱的連續(xù)管直線通過冷卻槽連續(xù)地移動； 與冷卻槽中的冷卻流體的第二部分接觸，被加熱的連續(xù)管的第二部分移動通過冷卻 槽； 離開冷卻槽，其中連續(xù)管的至少部分冷卻的第二部分通過出口開口；以及 使得冷卻流體的第二部分從出口開口流出。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括： 提供冷卻流體收集和分配系統(tǒng)； 收集流出冷卻槽的冷卻流體的第一部分和的第二部分；以及 將所收集到的冷卻流體返回到冷卻槽并將返回的冷卻流體分配到冷卻槽內(nèi)。15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中提供冷卻流體收集和分配系統(tǒng)，其包括： 提供定位在所述冷卻槽下方的輔助冷卻槽；以及 將流出冷卻槽的入口開口和出口開口的冷卻流體收集到輔助冷卻槽內(nèi)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進一步包括： 將從所述輔助冷卻槽收集的冷卻流體傳送到至少一個熱交換器； 在熱交換器內(nèi)冷卻所收集的冷卻流體；以及 將被冷卻的冷卻流體返回到冷卻槽。17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括： 提供多個噴射器；以及 通過噴射器將冷卻槽中的冷卻流體朝向槽的入口端引導(dǎo)。18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括： 提供多個推輥和支承輥；以及 借助于推輥和支承輥將連續(xù)管從入口端通過冷卻槽直線引導(dǎo)到冷卻槽的出口端。19. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供冷卻槽進一步包括： 將入口開口和出口開口的至少一部分提供在同一水平面內(nèi)。20. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，進一步包括： 提供附加的噴射器；以及 借助于附加的噴射器將在冷卻槽中的至少一部分冷卻流體引導(dǎo)為從冷卻槽的一個或 多個側(cè)壁的頂部溢流。21. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括通過保持連續(xù)管通過冷卻槽移動的最小 相對速度(Vmin)形成90%的馬氏體，其中水作為冷卻流體，其中水處于低于或等于35°C的 溫度下，以米每秒為單位的最小相對速度(Vmin)由以下公式計算： Vmin>l/100+1/145 X(WT-2.77)+1/1500 X(CR 90M-20)； 其中以毫米為單位的連續(xù)管的壁厚(WT)在2.77毫米和7.11毫米之間；以及冷卻速率 (CR 9〇M)是每秒2〇至5〇°C。22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括通過保持連續(xù)管通過冷卻槽移動的最小 相對速度(Vmin)形成90 %的馬氏體，其中水作為冷卻流體，其中水處于高于35°C且低于60 °C的溫度下，以米每秒為單位的最小相對速度(Vmin)由以下公式計算： Vmin>l/20+l/45 X(WT-2.77)+1/300 X(CR 90M-20)； 其中以毫米為單位的連續(xù)管的壁厚(WT)在2.77毫米和7.11毫米之間；以及冷卻速率 (CR 90M)在每秒20°C至50°C之間。23. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，進一步包括當(dāng)管移動通過冷卻槽時通過保持形成 90%的馬氏體所必需的在收集和分配系統(tǒng)中的以m3/s為單位的冷卻流體的最小流體流動 速率(Qw)來形成90 %的馬氏體，最小流體流動速率(Qw)由以下關(guān)系式表達(dá)： Qw>1000XSsXVt/DTw； 其中Ss是被冷卻的連續(xù)管道以平方米為單位的橫截面;Vt是以米每秒為單位的管速； 以及DTw是以°C為單位的在熱交換器中的冷卻流體的溫度下降。24. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中提供冷卻槽進一步包括提供具有以平方米為單 位的冷卻槽橫截面(Sw)的冷卻槽，在垂直于連續(xù)管移動方向的方向（D)上獲取的所述Sw相 對于被冷卻的以平方米為單位的連續(xù)管橫截面(Ss)由以下關(guān)系式表達(dá)： Sw>37 X Ss X Vt X tstop/Lw； 其中Vt是以米/秒為單位的連續(xù)管的速度；以及tstop是以秒為單位的在熱交換器中的 冷卻停止時間。
【文檔編號】C21D1/63GK105986101SQ201610151344
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2016年3月16日
【發(fā)明人】M·瓦爾德斯, M·法爾奇諾, C·A·塔利亞韋, J·邁特
【申請人】特納瑞斯盤管有限公司