Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線介紹

李秀玲，張 雷，惠 娟，張海嘯

（1. 太原重工工程技術(shù)有限公司，山西 太原 030024；2. 山西太鋼不銹鋼股份有限公司，山西 太原 030003）

鋼管熱處理可以在不改變制造方法及化學(xué)成分的前提下，通過加熱溫度、保溫時間、冷卻速度3個主要參數(shù)的有機配合，改變鋼管的組織形態(tài)，從而達到提高鋼管綜合性能的目的［1-2］。某鋼廠擁有一條Φ180 mm 連軋無縫鋼管生產(chǎn)線，目前該生產(chǎn)線的品種主要為20、Q345 材質(zhì)的流體管、結(jié)構(gòu)管，以及少量J55/K55 等套管管料。由于該生產(chǎn)線沒有熱處理生產(chǎn)線，不能生產(chǎn)高品質(zhì)、高合金品種，如套管，管線用無縫鋼管中的X60、X65、X70 及需要正火熱處理的L245NB、L290NB、L360NB 等。為了滿足市場需求、擴大企業(yè)產(chǎn)品品種、提高產(chǎn)品附加值，增強企業(yè)市場競爭力，某鋼廠于2019 年5 月建設(shè)了一條Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線。該熱處理生產(chǎn)線的設(shè)計產(chǎn)能為12 萬t/年，產(chǎn)品規(guī)格為Φ60～180（194）mm×3.6～25.0 mm×6.0～12.5 m，品種為石油油管、石油套管、管線用無縫鋼管、高壓鍋爐用無縫鋼管等。

現(xiàn)介紹Φ180 mm 熱處理生產(chǎn)線的工藝流程、工藝平面布置和主要設(shè)備配置等情況，以及筆者在設(shè)備選型方面的心得體會。

1 工藝流程

根據(jù)不同無縫鋼管品種的熱處理要求，Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線要實現(xiàn)3 種鋼管熱處理工藝［3-4］。

（1） 淬火+回火。流程為：鋼管上料→淬火加熱→高壓水除鱗→淬火冷卻→回火加熱→高壓水除鱗→定徑（預(yù)留）→溫（冷）矯直→冷卻→吹吸灰→管體探傷→管端探傷→測長、稱重、涂色環(huán)、噴標(biāo)→收集入庫。

先將需要調(diào)質(zhì)處理的管料置于淬火爐前上料臺架，然后經(jīng)輥道逐根送往淬火爐，加熱到淬火溫度（850～1 050 ℃），保溫一定時間后出爐，再經(jīng)高壓水除鱗處理后移送到淬火裝置內(nèi)進行水淬冷卻。淬火方式采用內(nèi)噴+外淋方式。淬火后的鋼管經(jīng)過橫移裝置和輥道輸往回火爐進行回火加熱，待加熱到回火溫度（500～800 ℃）并保溫一定時間后出爐，鋼管經(jīng)高壓水除鱗處理后送往三輥定徑機（預(yù)留）進行定徑，然后送入矯直機矯直，再送入冷床進行冷卻。需要進行溫矯的鋼管，經(jīng)3 號冷床快速送入矯直機，以保證所要求的矯直溫度［5-6］。

（2） 正火。流程為：鋼管上料→正火加熱→高壓水除鱗→冷床冷卻→冷矯直→冷卻→吹吸灰→管體探傷→管端探傷→測長、稱重、涂色環(huán)、噴標(biāo)→收集入庫。

先將需要正火處理的管料置于淬火爐前上料臺架，然后經(jīng)輥道逐根送往淬火爐，加熱到正火溫度（850～1 050 ℃），保溫一定時間后出爐，經(jīng)高壓水除鱗處理后送往冷床進行空冷，冷卻到一定溫度進入矯直機矯直，矯直后送入冷床進行冷卻。

（3） 正火+回火。流程為：鋼管上料→正火加熱→高壓水除鱗→冷床冷卻→回火加熱→高壓水除鱗→定徑（預(yù)留）→溫（冷）矯直→冷卻→吹吸灰→管體探傷→管端探傷→測長、稱重、涂色環(huán)、噴標(biāo)→收集入庫。

先將需要正火處理的管料置于淬火爐前上料臺架上，然后經(jīng)輥道逐根送往淬火爐，加熱到正火溫度（850～1 050 ℃），保溫一定時間后出爐，經(jīng)高壓水除鱗處理后送往冷床進行空冷，冷卻后（溫度低于500 ℃）通過輥道送往回火爐進行回火加熱，待加熱到回火溫度（500～800 ℃）并保溫一定時間后出爐，鋼管經(jīng)高壓水除鱗處理后送往冷床進行冷卻，然后送入矯直機進行矯直。

2 平面布置

Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線平面布置如圖1 所示。

圖1 Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線平面布置示意

3 生產(chǎn)線主要設(shè)備技術(shù)參數(shù)

3.1 熱處理爐

Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線設(shè)有步進式淬火爐1 座、步進式回火爐1 座。淬火爐沿爐長分為加熱段和保溫段，每段沿爐寬方向又分為4 個區(qū)段進行燃燒和溫度控制，以保證鋼管長度方向上的溫度均勻性［7］。淬火爐的加熱段和均熱段全部采用端部高速燒嘴供熱，通過高速氣流的攪拌，從而提高爐溫的均勻性?；鼗馉t保溫段的燒嘴采用脈沖式的燃燒控制方式，保證鋼管出爐時的溫差在±5 ℃。Φ180 mm 無縫鋼管生產(chǎn)線的熱處理爐均采用焦?fàn)t煤氣，焦?fàn)t煤氣中萘含量較高，采用熱載體油伴熱，可避免焦?fàn)t煤氣中萘析出并附著在管道和管件上，以免堵塞閥門。淬火爐用于鋼管的正火、淬火加熱，加熱溫度為850～1 050 ℃，裝出料輥道中心線間距為10.8 m；回火爐用于鋼管的回火加熱，加熱溫度為500～850 ℃，裝出料輥道中心線間距為16.6 m。每個爐子最大產(chǎn)量為39.7 t/h，平均產(chǎn)量為23 t/h，最快出鋼節(jié)奏為135 根/h。

3.2 淬火裝置

目前國內(nèi)常用的無縫鋼管淬火方式有槽內(nèi)淬火和外淋內(nèi)噴式淬火兩種，相比較而言，槽內(nèi)淬火較復(fù)雜，生產(chǎn)節(jié)奏慢，設(shè)備造價高，適合大型、厚壁鋼管的熱處理生產(chǎn)線［8］。Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線選用外淋+內(nèi)噴淬火裝置，該裝置可以根據(jù)生產(chǎn)要求實現(xiàn)“外淋+旋轉(zhuǎn)淬火”、“內(nèi)噴+旋轉(zhuǎn)淬火”、“外淋+內(nèi)噴+旋轉(zhuǎn)淬火”3 種淬火工藝。“外淋+內(nèi)噴+旋轉(zhuǎn)”的淬火機組（即鋼管旋轉(zhuǎn)、內(nèi)表面軸流噴水、外表面噴淋淬火機組），能夠按工藝規(guī)定對鋼管全長進行淬火處理。淬火機組的進出料方式為側(cè)進側(cè)出，最大生產(chǎn)節(jié)奏為138 根/h，淬火水總用量為3 100 m3/h（外淋工作水量為2 200 m3/h，水壓0.30～0.35 MPa；內(nèi)噴工作水量為900 m3/h，水壓為0.60～0.65 MPa，進水溫度≤33 ℃）。淬火后，鋼管淬透層馬氏體含量≥95%；淬火前鋼管溫度為800～960℃，淬火后鋼管溫度 ∧80 ℃，鋼管全長溫差 ∧30 ℃。

3.3 高壓水除鱗裝置

用于生產(chǎn)線噴射高壓水，以清除氧化皮［9］，該裝置為封閉箱體，設(shè)有擋水鏈條，除鱗環(huán)為可拆裝結(jié)構(gòu)，法蘭連接。在淬火爐、回火爐出口分別設(shè)置一套除鱗裝置，每套除鱗裝置設(shè)置兩套除鱗環(huán)，高壓水公稱壓力25 MPa，最大流量為30 m3/h。

3.4 冷 床

設(shè)計5 段冷床，分別為1～5 號冷床，其中1 號和4 號冷床為雙向鏈?zhǔn)嚼浯玻?～3 號、5 號為單鏈?zhǔn)嚼浯?，冷床齒距為300 mm。

3.5 溫矯矯直機

矯直機最高矯直溫度為600 ℃，可實現(xiàn)溫矯、冷矯兩種功能，矯直速度0.5～2.0 m/s，矯直機組的產(chǎn)能為150 根/h，主電機功率為2×160 kW。矯直機輥系的布置為2-2-2 形式。六輥全傳動，鋼管通過矯直機時，鋼管的變形超過了材料的彈性限度，可以獲得理想的矯直效果，其中包括鋼管彎曲度和橢圓度的矯正。矯直輥的傾斜布置使得鋼管繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，且呈螺旋狀向前移動并穿過矯直機。這種運行方式可以使矯直壓力相對鋼管軸線以適當(dāng)角度作用在周邊的所有點上。矯直輥的角度可調(diào)，可以通過變化矯直輥的傾斜角來滿足不同管徑鋼管的矯直并取得良好的矯直效果［10］。矯直機采用上彎矯直，具有液壓快開功能，可有效地防止管端被壓扁，提高矯直質(zhì)量，快開時間≤0.3 s。

矯直機包括前臺、主機、后臺等。其中，矯直機前臺包括入口導(dǎo)槽和入口導(dǎo)衛(wèi)，其作用是將鋼管逐根送往矯直機，并對鋼管起限制作用，防止鋼管在矯直過程中甩動并損壞設(shè)備。矯直機主機包括本體、主傳動系統(tǒng)及換輥機構(gòu)。矯直機工作輥輥距為2×900 mm，工作輥安裝角度為33°，調(diào)整范圍為29°～37°。

3.6 吸灰裝置

吸灰裝置工作流程是：鋼管由移送裝置送至吸除塵位置時，氣動吸口移至鋼管端頭，并持續(xù)一定時間，將氧化鐵皮與粉塵吸入除塵系統(tǒng)內(nèi)；吹除裝置停止、氣動吸口退回，移送裝置將經(jīng)處理好的鋼管移出（同時，后一根鋼管移入）；有灰塵及氧化鐵皮的空氣經(jīng)多級除塵處理后達標(biāo)排至室外。該設(shè)備設(shè)置3 種吸口規(guī)格，分別適應(yīng)不同的管徑，采用一級強力吸塵器、二級布袋除塵器、離心風(fēng)機的多級除塵系統(tǒng)，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.7 超聲波探傷裝置

超聲波探傷裝置由探傷主機和輔機組成，具有鋼管表面及內(nèi)部的縱向、橫向等缺陷的自動探傷和全長100%超聲波測厚（包括分層缺陷的探傷）的功能［11］。鋼管缺陷漏報率為0、誤報率≤2%；管端縱向檢測盲區(qū)≤200 mm，橫向檢測盲區(qū)≤150 mm+2 倍鋼管壁厚；測厚精度0.1 mm。

其他指標(biāo)符合API Spec 5L—2018《管線鋼管規(guī)范》、API Spec 5CT—2018《套管和油管規(guī)范》及GB/T 5777—2019《無縫和焊接（埋弧焊除外）鋼管縱向和/或橫向缺欠的全圓周自動超聲檢測》、YB/T 4082—2018《鋼管自動超聲探傷系統(tǒng)綜合性能測試方法》等標(biāo)準(zhǔn)探傷要求。探傷速度可調(diào)；鋼管缺陷標(biāo)記位置與缺陷實際位置（縱向）的偏差為±80 mm，分別標(biāo)記出縱向、橫向和壁厚的不合格產(chǎn)品，標(biāo)記采用普通快干油漆。

3.8 管端磁粉探傷機

設(shè)置了管端磁粉探傷機［12-13］，由磁化電源、夾持磁化裝置、磁懸液噴灑及回收系統(tǒng)、熒光觀察裝置及暗房、控制系統(tǒng)、流體系統(tǒng)等組成，用于逐根對鋼管兩端400 mm 長度范圍進行表面缺陷無損檢測，并對檢測后的鋼管進行退磁處理。探傷機的型式為管端濕式磁粉探傷及交直流退磁，探傷盲區(qū)≤10 mm，自動退磁，生產(chǎn)最大節(jié)奏140 根/h，可實現(xiàn)不受鋼管油漆、銹蝕的影響，可實現(xiàn)鋼管管端內(nèi)外表面、近表面所有方向缺陷的一次性顯示。

3.9 測長、稱重、涂色環(huán)、噴印裝置

測長、稱重、涂色環(huán)、噴印裝置用于逐根對鋼管進行測長、稱重、涂色環(huán)、噴標(biāo)和打標(biāo)。該設(shè)備由步進移管裝置、測長裝置、稱重裝置、噴標(biāo)裝置、涂色環(huán)裝置、氣動打標(biāo)裝置、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)等組成。生產(chǎn)最大節(jié)奏140 根/h，測長精度在±1 mm；稱重精度符合國家商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)三級，分度值為0.2 kg；噴標(biāo)字符的大小、間距可調(diào)，字符高度為10～48 mm，噴碼長度一般情況下最長4.5 m，字符最多200 個，同時具備全長噴碼能力；色環(huán)帶寬、色環(huán)間距均為25 mm，1～4 環(huán)。字跡邊緣清晰、不發(fā)毛；打標(biāo)為氣動打標(biāo)。

4 工藝設(shè)備選型心得

（1） 設(shè)備選型時，遵循了3 個基本原則，即技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理、生產(chǎn)上適用。最貴的設(shè)備不一定是最好的，滿足以上三個原則的才是最適合生產(chǎn)線的設(shè)備。

（2） 鑒于鋼管熱處理生產(chǎn)線大型化、連續(xù)化、自動化的特點，各設(shè)備及其之間產(chǎn)能的匹配是影響生產(chǎn)線年產(chǎn)量、生產(chǎn)運行穩(wěn)定性的重要因素。對于每個設(shè)備尤其是關(guān)鍵設(shè)備，如淬火爐、回火爐、淬火裝置、矯直機、探傷機等，要綜合核算其生產(chǎn)能力，根據(jù)生產(chǎn)線的產(chǎn)能要求配置相應(yīng)的設(shè)備。

（3） 目前，國家對環(huán)保要求越來越嚴(yán)格，所以在設(shè)備選型時注重節(jié)能、環(huán)保勢在必行。Φ180 mm無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線的熱處理爐配置特殊燒嘴，采用工業(yè)園區(qū)煉焦產(chǎn)生的焦?fàn)t煤氣作為燃料，可以節(jié)能降耗、減少污染［14-15］。

（4） Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線在探傷前配套了吸灰裝置，與具備吹灰和吸灰功能的吹吸灰裝置相比造價低，基本可實現(xiàn)清除管內(nèi)氧化鐵皮的功能。但是，與吸灰方式相比，吹吸灰方式是先將管內(nèi)氧化鐵皮、粉塵揚起再吸走除塵，其效果會相對更好。

（5） 可維修性也是設(shè)備選型要考慮的一個重要方面，檢修時拆卸、安裝的難易程度，直接關(guān)系到連續(xù)生產(chǎn)線的開機時間，也間接影響產(chǎn)能。

Φ180 mm 無縫鋼管熱處理生產(chǎn)線于2019 年5月投產(chǎn)，9 月順利達產(chǎn)，目前生產(chǎn)線各設(shè)備運行平穩(wěn)，生產(chǎn)線主要品種為石油油管、套管，高壓鍋爐管等，產(chǎn)品性能符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。該生產(chǎn)線總投資約1.27 億元，年產(chǎn)鋼管12 萬t，需要管料約12.25 萬t，年生產(chǎn)油管約2 萬t，套管約8 萬t，其余用于生產(chǎn)高壓鍋爐管、管線管、接箍料等。