李　琦　邵國(guó)棟　杜學(xué)斌　徐能惠　馬　輝

(1.金屬材料擠壓與鍛造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西710032；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西710032；3.西安重型技術(shù)公司，陜西710032)

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高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備

李琦3邵國(guó)棟1，2杜學(xué)斌1，2徐能惠1，2馬輝1，2

(1.金屬材料擠壓與鍛造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西710032；2.中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西710032；3.西安重型技術(shù)公司，陜西710032)

高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備的成功研發(fā)，提高了生產(chǎn)率，同時(shí)設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本降低，周圍環(huán)境得到了保護(hù)，有著廣泛的應(yīng)用前景。

石油鋼管；熱處理；外淋；內(nèi)噴；水淬設(shè)備

石油鋼管的整體熱處理大多采用水淬處理。因?yàn)樗杀镜土?，無(wú)污染，淬透性高，容易回收，同時(shí)又能滿足石油鋼管熱處理要求,因而被廣泛采用。石油鋼管的整體熱處理設(shè)備大致可分為兩種機(jī)型，即外淋+內(nèi)噴淬火裝置和槽內(nèi)外循環(huán)+內(nèi)噴淬火裝置。這里主要介紹近年來(lái)我公司研發(fā)的一種高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備。該種型式的水淬設(shè)備較傳統(tǒng)設(shè)備更加高效、節(jié)能，同時(shí)占地面積小，更加緊湊。

衡鋼集團(tuán)公司希望建立一條高效緊湊型外淋+內(nèi)噴水淬裝置，其鋼管外徑73mm～219.1mm，最大生產(chǎn)率125根/h，年產(chǎn)量15萬(wàn)t/a。由于生產(chǎn)率高，常規(guī)的水淬設(shè)備難以滿足要求，同時(shí)對(duì)外淋供水，內(nèi)噴供水以及熱處理工藝提出了更高的要求。我公司結(jié)合多年水淬裝置研發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，在廣泛調(diào)研、充分論證的基礎(chǔ)上，開發(fā)出了目前國(guó)內(nèi)首臺(tái)高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備，并于2014年1月成功投產(chǎn)。該套石油鋼管水淬處理裝置采用了多項(xiàng)自主研發(fā)的新技術(shù)，自動(dòng)化程度高。

1　產(chǎn)品范圍

1.1生產(chǎn)品種

石油油管管料、石油套管管料、石油鉆管管料、套管接箍料、管線管管料、高壓鍋爐管管料、石油裂化管管料、高壓化肥管管料。

1.2淬火工藝

對(duì)產(chǎn)品方案中所有鋼管實(shí)現(xiàn)“外淋+旋轉(zhuǎn)+內(nèi)噴”的淬火工藝。

1.3主要技術(shù)數(shù)據(jù)

1.3.1淬火鋼管

外徑/mm：?73～?219.1

壁厚/mm： 4～22.22

外徑公差(%)：±1.0

壁厚公差(%)：±10

長(zhǎng)度/m： 6～12.5

鋼管的彎曲度/mm: 2/1 000

鋼管橢圓度(%):≤3.5

管端切斜度:偏差最大不超過(guò)3mm

單根最大重量/kg：1 300

年產(chǎn)量/萬(wàn)t：15

1.3.2淬火用水量 (水溫≤35℃)

內(nèi)噴泵/臺(tái)：3+1 (備用)

工作壓力/MPa: 0.6～0.7

2　主要設(shè)備及工藝路線比較

2.1常規(guī)外淋+內(nèi)噴水淬設(shè)備

2.1.1主要設(shè)備組成

圖1為常規(guī)淬火裝置的斷面圖。

2.1.2主要工藝過(guò)程

需要熱處理的鋼管由淬火裝置的上料輥道1運(yùn)送到指定位置，上料裝置2將鋼管翻轉(zhuǎn)到鋼管旋轉(zhuǎn)裝置3上，此時(shí)壓緊機(jī)構(gòu)5壓緊鋼管、鋼管旋轉(zhuǎn)裝置3高速旋轉(zhuǎn)、外淋擋水裝置7打開、內(nèi)噴裝置4同時(shí)打開，對(duì)鋼管進(jìn)行整體水淬處理，淬火完成后，鋼管旋轉(zhuǎn)裝置3降為低速，同時(shí)外淋擋水裝置7和內(nèi)噴裝置4關(guān)閉。翻料鉤6將鋼管運(yùn)到斜臺(tái)架9上，完成鋼管的淬火。

1—淬火裝置的上料輥道　2—上料裝置　3—鋼管旋轉(zhuǎn)裝置　4—內(nèi)噴裝置　5—壓緊機(jī)構(gòu)　6—翻料鉤　7—外淋擋水裝置　8—外淋噴管　9—斜臺(tái)架　10—擋料器　11—下料翻板　12—下料輥道圖1　常規(guī)淬火裝置的斷面圖Figure 1　Sectional diagram of conventional　quenching equipment

2.2高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備

2.2.1主要設(shè)備組成

圖2為石油鋼管水淬裝置的斷面圖。

2.2.2主要工藝過(guò)程

需要熱處理的鋼管由可升降輸送輥道1運(yùn)送到指定位置，熱金屬檢測(cè)儀2發(fā)信，此時(shí)可升降輸送輥道1下降，淬火鋼管5落在旋轉(zhuǎn)支撐輪4上，壓爪6壓緊鋼管，同時(shí)旋轉(zhuǎn)主軸19帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)支撐輪4高速旋轉(zhuǎn)，外淋擋水板8打開，內(nèi)噴三通閥同時(shí)開啟，對(duì)鋼管進(jìn)行外淋內(nèi)噴整體處理。淬火完成后，外淋擋水板關(guān)閉，內(nèi)噴停止，鋼管由出料裝置17翻到出料臺(tái)架16上，完成整個(gè)淬火過(guò)程。

2.2.3液壓控制系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要由液壓泵站、液壓控制閥臺(tái)及機(jī)上配管三部分組成，它為設(shè)備工作提供了動(dòng)力源和液壓操作功能。

液壓泵站包括：液壓油箱組件、循環(huán)過(guò)濾冷卻裝置、油泵電機(jī)裝置、控制閥組。

傳動(dòng)介質(zhì)：L-HM46抗磨液壓油

液壓油清潔度：NAS8

系統(tǒng)工作壓力： 16MPa

2.2.4電氣控制系統(tǒng)

1—可升降輸送輥道　2—熱金屬檢測(cè)儀　3—固定擋水板　4—旋轉(zhuǎn)支撐輪　5—淬火鋼管　6—壓爪　7—壓緊油缸　8—外淋擋水板　9—外淋噴管　10—二級(jí)管　11—外淋擋水板油缸　12—外淋架　13—一級(jí)管　14—導(dǎo)水裝置　15—集水箱　16—出料臺(tái)架　17—出料裝置　18—內(nèi)噴裝置　19—旋轉(zhuǎn)主軸圖2　高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備斷面圖Figure 2　Sectional diagram of water quenching equipment　for high efficient and compact oil steel pipe

電氣控制系統(tǒng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電、電氣傳動(dòng)、操作控制、檢測(cè)等。操作方式分為自動(dòng)、手動(dòng)、調(diào)整。

3　工藝參數(shù)

3.1淬火水量

內(nèi)噴水的流速控制在10m/s，外淋水的流速控制在2m/s～6m/s之間。

內(nèi)噴水水量可通過(guò)下列公式計(jì)算：

Q=3600πD12V1/4

式中，Q為內(nèi)噴水流量(m3/h)；D1為鋼管內(nèi)直徑(m)；V1為內(nèi)噴水流速(m/s)。

外淋水水量可通過(guò)下列公式計(jì)算：

Q=3600nπD22V2/4

式中，Q為外淋水流量(m3/h)；D2為噴淋管內(nèi)直徑(m)；V2為噴淋水流速(m/s)；n為噴淋管的數(shù)量。

3.2鋼管旋轉(zhuǎn)速度

為了滿足所有鋼管的淬火要求，鋼管直徑越小抵消彎曲變形所需要的旋轉(zhuǎn)速度越快，鋼管直徑越大相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)速度越慢，鋼管工作轉(zhuǎn)速一般設(shè)計(jì)為20r/min～120r/min。旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用變頻調(diào)速，可以實(shí)現(xiàn)正反向旋轉(zhuǎn)，滿足不同直徑鋼管的速度要求。

3.3鋼管夾緊力

采用在鋼管長(zhǎng)度方向上間隔布置油缸單獨(dú)驅(qū)動(dòng)的壓爪緊壓鋼管，解決了鋼管本身彎曲帶來(lái)的影響。鋼管的夾緊力直接影響鋼管淬火的直線度，夾緊力的太小取決于鋼管的規(guī)格，對(duì)應(yīng)的液壓系統(tǒng)壓力應(yīng)為2.5MPa～5MPa。

4　技術(shù)改進(jìn)

高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備采用外淋+內(nèi)噴的工藝，對(duì)鋼管進(jìn)行整體水淬處理。經(jīng)過(guò)分析比較，其具有以下明顯的優(yōu)點(diǎn)：

(1)可升降輸送輥道代替了淬火裝置前的輸送輥道，鋼管直接運(yùn)送到旋轉(zhuǎn)裝置中心上，鋼管由淬火設(shè)備外面運(yùn)送改為內(nèi)部運(yùn)送，使得設(shè)備更加緊湊，占地面積小。

(2)取消了常規(guī)設(shè)備外面運(yùn)送，并將其改為內(nèi)部運(yùn)送的上料裝置，鋼管出爐輥道中心與旋轉(zhuǎn)裝置中心在一個(gè)平面上。節(jié)約了成本，節(jié)省了上料時(shí)間，大大提高了生產(chǎn)效率。

(3)外淋擋水板布置在淬火設(shè)備的外面，而且為整體式，防止了鋼管淬火過(guò)程中大量水的外濺，保護(hù)了周圍環(huán)境。

5　實(shí)施效果

高效緊湊型石油鋼管水淬設(shè)備推出了一套全新的石油鋼管外淋+內(nèi)噴淬火新工藝，取消了常規(guī)的上料裝置，節(jié)省了上料時(shí)間，使得鋼管在運(yùn)送過(guò)程中的溫降大為減小，更加接近于出爐溫度，淬火后鋼管的綜合性能提高了。經(jīng)過(guò)測(cè)試比較，鋼管的直線度、新增橢圓度、全長(zhǎng)方向的金相組織的一致性均有所提高。經(jīng)過(guò)近兩年的生產(chǎn)，完全滿足生產(chǎn)要求，設(shè)備性能穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高，故障率低，得到了用戶的一致好評(píng)。

6　結(jié)論

近年來(lái)投產(chǎn)的國(guó)內(nèi)水淬設(shè)備據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，共有45臺(tái)，早期的淬火水直接排放，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，同時(shí)加大了企業(yè)回收水資源的成本，使得企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本上升。隨著人們環(huán)保意識(shí)的進(jìn)一步增強(qiáng)，企業(yè)既要提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，又要降低成本并保護(hù)好周圍環(huán)境。該設(shè)備的成功研發(fā)，滿足了這些要求，必將得到廣泛推廣。

[1]杜學(xué)斌,徐能惠,毛成斌，等. 浸淬式鋼管淬火裝置的研制[J]. 熱處理技術(shù)與裝備, 2007(3): 39-42.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,1997.

[3]杜學(xué)斌,徐能惠,韓炳濤，等. 鋼管整體淬火研究[J].熱處理技術(shù)與裝備, 2013(6): 54-57.

[4]徐能惠,杜學(xué)斌,雷剛，等.雙排外淋管：中國(guó),ZL200720031743.0.2008[P].

[5]許亞華.日本無(wú)縫鋼管水淬工藝.鋼管技術(shù)，1996.

[6]邵國(guó)棟，杜學(xué)斌，徐能惠,等，石油鋼管水淬設(shè)備的現(xiàn)狀及展望.熱處理技術(shù)與裝備，2015,36(3).

編輯李韋螢

Water Quenching Equipment for High Efficient and Compact Oil Pipe

Li Qi, Shao Guodong, Du Xuebin, Xu Nenghui, Ma Hui

Thewaterquenchingequipmentforhighefficientandcompactoilsteelpipehasbeenresearchedanddevelopedsuccessfullytoimprovetheproductivity,andreducetheequipmentoperatingcostatthesametime,andprotecttheenvironment,whichhasabroadapplicationprospect.

oilsteelpipe;heattreatment;externalshowering;internalspraying;waterquenchingequipment

2016—01—14

李琦(1963—)，男，高級(jí)工程師，研究方向: 油氣輸送裝備與工藝、鍛壓設(shè)備與工藝。電話: 13909209527，E-mail:xalqcn@163.com

陜西省重點(diǎn)新產(chǎn)品(2014XCP-04)

TG155.3

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