李亞敏,劉 聰,李 慧
(渤海石油裝備制造有限公司鉆井裝備公司科技質量中心,河北滄州 062658)
某公司生產鉆桿產品,建設有管體熱處理爐生產線,熱處理爐采用天然氣為燃料,爐型結構為步進式連續(xù)箱式加熱爐2臺(淬火、回火各1 臺)。管體調質熱處理是鉆桿管體加工的重要環(huán)節(jié),其主要由管體高溫加熱、水基淬火、回火調質、熱矯直四部分工序組成。目前管體回火爐在完成調質熱處理后,采用橫向搬送的方式,整體從爐門口翻出,然后通過輥道輸送到后續(xù)工位。這種出料方式在保證了管體出爐溫度均一性的同時,也顯露出整體出料方式存在較大的安全隱患,主要包括以下方面:①出料爐門尺寸大、重量大,其氣動機構協(xié)調性不易控制,導致爐門開閉動作不暢,容易導致爐門損壞,進而引起大量空氣進入爐內;②爐門結構過大,故障率、破損率較高,導致爐門無法良好密封,熱處理爐熱量散失嚴重;③管體整根翻出不易控制,存在管體燙傷人、砸傷人的風險。因此,針對性地將側翻式爐門改造為側出料方式,改造完成后熱處理爐門故障率大為下降,截止目前累計生產8500 t 左右,使用效果良好。
該熱處理爐生產線即對鉆桿管體進行全長熱處理,兩座管體熱處理爐采用天然氣做燃料,2008—2020 年累計生產鉆桿管體18 萬噸左右。
(1)結構:步進梁連續(xù)式箱式結構,共計15 根步進梁。
(3)長度:5.49~6.71 m、8.23~9.14 m、11.58~13.72 m。
(4)壁厚:最大18.0 mm。
(5)鋼級:E-75、X-95、G-105、S-135、V-150、SS105。
(6)裝出料方式:爐內水冷卻懸臂輥端進,翻轉式爐門側出。
(7)爐溫:淬火爐860~950 ℃,回火爐550~750 ℃。
淬火、回火爐的爐墻由6 mm 厚的鋼板與型鋼焊接組成,爐底采用10 mm 厚鋼板焊接而成。熱處理爐爐頂、爐墻內襯結構采用全纖維內襯,爐底使用了高鋁磚、輕質磚、硅酸鋁耐火纖維板等的復合結構。步進梁立柱穿過爐底,孔洞采用整體澆注成型,使用耐火纖維填充密封。
熱處理爐采用端進側出的入料出料方式,爐門結構采用常閉式,采用全長式接料弧板,由6 段弧板焊接而成,同時在爐門上布置耐火棉密封。
當產品出料時,管體先輸送至弧形板上,隨后爐門轉動將管料輸送至熱處理爐外的臺架,熱處理爐門開啟,如圖1 所示;管體出爐門輸送至臺架后,爐門轉動復位,隨后爐門關閉,如圖2所示。
圖1 爐門在開啟狀態(tài)
圖2 爐門在關閉狀態(tài)
針對原有設備旋轉爐門的改造,需要改變原出料方式。由原旋轉門出料方式改為懸臂輥側墻出料,圖3 所示為原有側出爐門結構,圖4 所示為改造后端出結構,圖5 所示為改造后爐門結構,改造包含以下主要內容:
圖3 改造前爐門出料結構
圖4 改造后爐門出料結構
圖5 改造后的爐門
(1)拆除旋轉出料槽機構,拆除外部出料輥道,增加爐墻立柱、橫撐及鋼板,并用高鋁纖維模塊修補爐襯。
(2)在爐體西側合適位置開設出料口,增加出料爐門及控制系統(tǒng)。
(3)配套增設爐內輥道傳送裝置及輥道水冷系統(tǒng),增加輥道數量10 組,合理分布在管體加熱爐北側,水冷系統(tǒng)采用敞開式回水冷卻方式,故障率低、冷卻效果好,水冷回水連接到淬火爐西側回水管位置,回水管線采用不銹鋼材料。
(4)封堵鋼板上開孔并焊接爐輥過孔法蘭,增加懸臂輥底座及電機傳動裝置等,爐內輥道滾輪采用ZG3Cr24Ni7SiNRe 材料V 形輪,安裝傾角3°,軸采用耐熱鋼和碳鋼接軸,輥道臺架采用型鋼焊接,傳動系統(tǒng)采用組合整體鏈輪傳動,配備電機減速機,采用變頻調速。
(5)爐體以外傳送輥利舊,同時由于輥面標高變化,增加原傳送輥底座的高度使其滿足新標高要求,輥道電機線全部更換,電機線由乙方提供。
(6)傳送輥和副冷床之間增加轉移料架和氣動撥料臂,能使料順利轉移至冷床。
(7)拆除原有旋轉出料及其輸出輥道部分相關電氣控制系統(tǒng),根據設計需要對現有搬送控制系統(tǒng)進行改造,保證爐門開閉、出料過程控制流暢。
設備經過改造后,經現場熱處理8000 t 左右,熱處理爐門本體沒有發(fā)生故障,天然氣消耗噸成本下降3.54%左右,取得了良好的效果。對產品的機械性能進行了研究,金相組織為回火索氏體,晶粒度達到9 級以上,能夠很好地滿足標準要求。