摘要：本文介绍了步进梁式钢管热处理炉加热制度的影响因素，热处理炉的温度及控制、数字化脉冲燃烧技术及在实际生产中的应用实践

　　关键词：钢管 热处理炉 温度控制 脉冲燃烧技术

　　近几年作者所设计钢管热处理工艺包括正火、正火+回火、淬火+回火等。钢管热处理生产线多为石油工业用油井管、套管、钻杆、接箍用管、管线管及机械结构管等。

　　上述热处理生产线通常配备一座正火炉和一座回火炉。为达到较高的钢级，满足市场的需要，制定完善的钢管热处理制度是热处理炉生产过程中最重要的环节。对于不同的钢种和规格，应有不同的加热制度，因此，一条热处理线往往会有几百个热处理制度曲线。而热处理炉的设计要从炉型、燃烧系统、自动化控制等各方面满足不同规格、不同钢种、不同产量的要求，精确的温度控制是满足钢管加热制度的关键所在。

　　热处理制度的制定

　　首先要掌握热处理的原理，而后根据钢管热处理后所要达到的目的和入炉钢管的化学成分等基本特征制定切实可行的热处理工艺。

　　1.1定义

　　1.1.1正火

　　正火是将钢加热到上临界点以上约30～50℃或更高温度使奥氏体化并保温使之均匀化后，在静止空气中冷却的热处理工艺。钢管正火后可以细化晶粒并使其显微组织均匀化，改善其力学性能并使之稳定在一定的水平上。

　　1.1.2淬火

　　淬火是将钢加热到临界温度Ac3或Ac1以上(20～30℃)并保温一定的时间，然后将其急速冷却的工艺。淬火的主要目的是把奥氏体化后的工件全部或部分淬成马氏体，以便在适当的温度回火后，能获得所需要的综合力学性能。

　　1.1.3回火

　　回火是将淬火或正火后的钢加热到低于下临界点的某一选定温度范围并保温一定的时间，然后以适宜的速度冷却借以消除淬火或正火所产生的残余应力和增加钢的延展性和韧性的一种热处理工艺。

　　1.2钢管热处理温度

　　钢管的正火和淬火加热温度主要取决于钢的临界温度Ac3或Ac1。因此，决定某一钢种的淬火或正火温度必须先查阅或测定该钢种的临界温度，这只是一般确定淬火加热温度范围的原则，在实际工作中还必须依据钢种、淬火的目的、钢管规格等来加以考虑。

　　钢的回火根据所需的力学性能，所选用的回火温度可分为低温(150～250℃)、高温(大于500℃)、中温(350～500℃)回火。钢管的调质处理(淬火+回火)，多采用高温回火，其目的是为了得到所需的综合力学性能。通常回火温度越高钢管的塑性和韧性将随着提高而强度则偏低。因此，回火的温度应根据钢种、规格和所需的力学性能来决定。

　　钢中合金元素的含量对钢管的热处理制度有很大的影响。合金元素会改变Fe-C平衡相图中临界温度、改变共析点位置、影响奥氏体和马氏体的转变点和晶粒度、影响正火回火加热温度及钢的力学性能等。比如，含锰较高的钢种淬火温度就应该偏低些，以防止其晶粒粗化和淬火后残余奥氏体含量过多;若钢中含有强碳化物形成元素，如钒、铌及钛等淬火温度就应该偏高一些，以加速这类元素所形成的碳化物的溶解。

　　1.3钢管热处理加热和保温时间

　　钢管淬火的加热时间是指：钢管表面加热到要求的温度(通常是指奥氏体化温度的升温时间)和钢管内外温度一致并使奥氏体成分均匀的保温时间;钢管回火的加热时间是指：钢管表面加热到要求温度的升温时间和钢管内外温度一致并满足所需要的力学性能和消除残余应力所需要的时间。在加热过程中很难将升温、均温和保温截然分开，因为钢管芯部到温的时间很难测量。一般常以钢管表面到达所要求的温度为准，到温前称为升温时间，到温后为保温时间。实际生产中尺寸较小的钢管升温、均温和保温时间无需区分只计算总的加热时间。厚壁钢管的加热则要求将升温时间和保温时间区分开来计算。下图是钢管热处理制度曲线，概括了大部分钢管的加热范围。

　　炉型和分区

　　2.1工艺流程介绍

　　步进梁式钢管热处理炉为单面加热、多段供热、侧进侧出的布置方式;其工艺流程为：接到装炉信号后，装料炉门打开，钢管由装料端变频调速控制的悬臂辊道送入炉内，根据入炉钢管的长度完成钢管的炉内定位，然后通过固定梁以及活动梁的往复运动将钢管输送到出炉辊道，此时的钢管已完成加热和保温，接到出钢信号后，出料炉门打开出炉辊道转动将钢管送出炉外。这类炉子工艺和设备先进，对温度控制要求高，电气和仪表自动化程度高。

　　2.2炉长计算

　　首先要根据生产线产品大纲要求计算每个规格钢管的加热时间和全年总加热时间，确定炉内的料位数，根据料位数和齿距计算炉子的长度，根据加热钢管的长度范围确定炉子宽度，以满足年生产能力。正(淬)火炉和回火炉的加热能力应匹配，回火炉要求的保温时间较长，其炉长一般为淬火炉炉长的1.5~2倍;

　　2.3分区

　　炉长确定后对炉子分段(区)并合理分配各段的供热量，淬火炉和回火炉温度控制根据炉长和坯料规格可分为长度方向2~4段，宽度方向3~5区，每区设有3~5个烧嘴;供热量的80~85%左右分配到加热段，均热段仅起到均热的作用需要的热量很少。

　　2.4应用举例

　　下面结合我们设计的国内某钢管公司年产6万吨钢管热处理生产线阐述。

　　该热热处理生产线设计条件如下：

　　燃料：天然气，热值8300×4.18Kcal/m3

　　钢管规格：Φ48.2~Φ139.7mm

　　壁厚：5~30mm

　　钢管长度:6~12m

　　温度要求：淬火炉≤1050℃ 回火炉≤800℃

　　钢管温度均匀性要求：淬火炉±5℃，回火炉±5℃

　　热处理钢管种类：油管、套管、钻杆、接箍料、管线管和少量的高压锅炉管等

　　钢级：N80、N80Q、L80、P110、Q125等

　　产品大纲主要包括：φ60.3×4.83/7.11×6～12m;

　　φ73×5.51/9.19×6～12m;

　　φ88.9×6.45/9.35×6～12m;

　　φ101.6×8.38×6～12m;

　　φ114.3×6.88×6～12m;

　　φ127×9.19×6～12m;

　　φ139.7×7.72×6～12m

　　基于上述要求，根据产品大纲计算年产量和加热时间，淬火炉和回火炉的小时产量为平均13t,最大产量22.5t/h，所需的炉长分别为：淬火炉～9m，回火炉～15m，淬火炉和回火炉分别配置了60个料位和100个料位以满足产量的要求，其炉型见下图：

　　淬火炉和回火炉沿长度方向均分为两段，每段分为3个控制区;每区设5个烧嘴。其供热能力配置如下：

　　名称

　　加热1区

　　加热2区

　　加热3区

　　均热1区

　　均热2区

　　均热3区

　　淬火炉

　　5×320Kw

　　5×320Kw

　　5×320Kw

　　5×150Kw

　　5×150Kw

　　5×150Kw

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