CN109423541A

CN109423541A - 钢管离线淬火的生产装置和方法

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Publication number: CN109423541A
Application number: CN201710779250.3A
Authority: CN
Inventors: 王笑波; 张忠铧; 高展; 吴建峰
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2019-03-05
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: CN109423541B

Abstract

本发明公开了一种钢管离线淬火的生产装置和方法。该生产装置包括外喷冷却装置和内喷冷却装置，内喷冷却装置对旋转的钢管实施内轴流喷射冷却；外喷冷却装置对旋转的钢管（10）实施外喷加压喷射冷却，外喷冷却装置包括直喷冷却装置（7）、钢管加厚端斜喷冷却装置（8）和压紧轮补水装置（9）；直喷冷却装置包括多个喷箱，每个喷箱前端设置有多排喷嘴，喷箱后端连接进水管路，进水管路上装有流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀连接控制器；钢管加厚端斜喷冷却装置包括喷箱，喷箱前端设置有多排喷嘴，喷箱内包括多个内腔，每个内腔连接有进水管路和流量计和流量调节阀，斜喷冷却装置的喷箱与直喷冷却装置的喷箱之间有一个角度。

Description

钢管离线淬火的生产装置和方法

技术领域

本发明涉及一种钢管热处理技术，尤其涉及一种钢管离线淬火的生产装置和方法。

背景技术

钢管热处理线上有四个主要工序：淬火炉加热、水淬、回火炉加热、热矫直，其中的水淬工序普遍采用将钢管压紧旋转后进行内喷外淋的冷却方式，其中外淋装置一般采用低压淋水方式。

而水淬往往成为瓶颈工序，其主要原因是目前使用的水淬外冷设备，无论是狭缝还是喷淋管，普遍采用固定低压的淋水装置，其冷却能力有限，即使加大流量也无法有效提高冷却速率，使得钢管水淬所需时间远远大于其它工序的时间，导致生产效率不高，管料在炉时间较长，表面氧化严重，能耗也大。

在采用内喷外淋方式调质时，固定低压的外淋水即使长度方向上流量可调，由于难以击破水膜，在外表的冷速上差别不大，而内喷水从钢管一端流向另一端，内表的冷速差异较大，这就导致了钢管不同位置的冷速差异，从而导致钢管调质后强度波动大，全钢管强度波动一般在80~150MPa，并且水冷后部分管料弯曲过于严重，矫直后管料直度仍然超标，需要再次重处理，加大了生产成本。

对于低碳系列的管线管、结构管等，要求较慢的冷速，只需要很小的流量，固定低压下外喷水就会很不均匀，水冷后弯曲严重，极易损坏旋转设施，且无法顺利输送而需要人工干预，使得生产效率较低。

中国专利CN2307006Y 公开了一种钢管外喷水装置，采用单排冷却水管的固定低压喷淋型式，冷却速率和匀性均受限，尤其是大管径的钢管难以得到有效的均匀冷却。

中国专利CN201046978Y 公开了一种双排外淋管，采用双排冷却水管的固定低压喷淋型式，冷却速率较低，如果冷却水落在钢管顶部，则容易飞溅，冷却效率差，如果冷却水落在两侧，则由于双排喷淋管高低不同，水压流速差异会导致冷却不均匀，并且其为单双排混用，只使用一排喷淋管时更加不均匀。

中国专利CN101490286A 公开了一种钢管冷却方法，采用双排层流狭缝型式，狭缝层流要形成稳定的幕装水流，长度和流量范围均受限，且长度方向流量不可调，不适用于调质钢管的淬火，从其描述来看也只适用于特定的壁厚/外径比的钢管。

中国专利CN202705412U 公开了一种钢管淬火外淋水喷淋装置，采用双排冷却水管的低压喷淋型式，设置中间分配水箱，虽然配备了流量调节阀，但是从描述来看主要起开关阀的作用，且没有压力控制装置，很难保持管体全长的流量均衡。

中国专利CN204474716U 公开了一种淬火机外喷淋装置，采用双排冷却水管的低压喷淋型式，设置均压水槽均衡压力，虽然可以给管体全长提供均匀的压力和流量，但一旦装置制造完成后压力即为固定不可调，全长流量也基本固定。

以上这些钢管离线淬火装置主要采用固定低压淋水的外喷形式，冷却速率较低且受限，无法适用于外淋内喷调质淬火，也不能有效缩短钢管淬火时间。同时，双排流量压力不可调的配置，难以满足各种规格钢管的淬火工艺需求；由于双排喷嘴对称布置，对于小管径钢管只能使用单排喷嘴来满足冷却工艺，更容易造成周向冷却不均匀。

目前使用的水淬外冷设备，尚无专门针对加厚端的补水冷却设计，难以满足加厚钢管的整体淬火需求。虽然部分冷却装置采用了多个冷却喷箱对钢管全长进行分段冷却，理论上可以对加厚端增加冷却水量，但是一旦管体设定流量达到或接近上限，加厚端增加的流量就非常有限，甚至无法增加；并且，即使增大了加厚端的流量，但由于冷却水与钢管的接触面积几乎保持不变，所以加大的冷却速率也非常有限，对于改善加厚端性能质量，缩短淬火时间作用不大；同时，由于各规格钢管的加厚端长度差异，会对外冷设备的设计和标定增加很大的难度，也难以确保冷却过程中水***的稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钢管离线淬火的生产装置和方法。本发明对钢管实施快速均匀冷却，不仅使得钢管淬火后全长平直且性能均匀，减少旋转设备损耗，而且大大缩短瓶颈工序--水淬的时间，从而提高生产效率，减少管料在炉时间，降低能耗，改善管料表面氧化。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种钢管离线淬火的生产装置，包括外喷冷却装置和内喷冷却装置，内喷冷却装置对旋转的钢管实施内轴流喷射冷却；

所述外喷冷却装置对旋转的钢管实施外喷加压喷射冷却，外喷冷却装置包括直喷冷却装置和钢管加厚端斜喷冷却装置；

所述直喷冷却装置包括多个喷箱，该喷箱设置于放置钢管的旋转台架上方，每个喷箱前端设置有多排喷嘴，喷箱前端对着下面的钢管，喷箱后端连接进水管路，进水管路上装有流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀连接控制器，进水管路接水集管，水集管通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器；所述多个喷箱排列成一列，直面对应着下方的钢管长度方向；

所述钢管加厚端斜喷冷却装置包括喷箱，该喷箱设置于放置钢管的旋转台架侧上方，喷箱前端设置有多排喷嘴，喷箱前端对着下面的钢管头部或尾部，喷箱内包括多个内腔，每个内腔连接有进水管路，进水管路上装有流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀连接控制器，进水管路接进水集管，进水集管通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器；所述喷箱沿钢管截面的垂直中心线偏有一个角度对着钢管，即斜喷冷却装置的喷箱与直喷冷却装置的喷箱之间有一个角度。

所述外喷冷却装置还包括压紧轮补水装置，压紧轮补水装置包括多个喷嘴，多个喷嘴连接进水管路，喷嘴位于压紧轮下方，喷嘴从下往上对着钢管喷水冷却。

所述直喷冷却装置的喷嘴为多排错列排布。

所述斜喷冷却装置的喷嘴为多排错列排布。

所述斜喷冷却装置的喷箱内腔长度根据钢管加厚段的过渡段长度L_g和加厚端长度L_j设置。

所述斜喷冷却装置的喷箱在钢管头部或尾部的一端有两个，沿钢管截面的垂直中心线对称设置。

一种钢管离线淬火的生产方法，其步骤是：

第一，在钢管淬火生产开始前，根据钢管的钢种和规格设定相应的压力和流量，包括内部冷却和外部冷却，内部冷却是内喷冷却装置对旋转的钢管以给定的压力和流量实施内轴流喷射冷却，外部冷却是外喷冷却装置对旋转的钢管实施外喷加压喷射冷却，外喷冷却装置的直喷冷却装置设定压力和流量，压紧轮补水装置以给定的压力和流量喷射冷却；

第二，在第一根钢管加热到温后，根据设定的压力和流量，控制器将直喷冷却装置的流量调节阀打开到相应的开度，开启进水管路的开关阀，在压力稳定后再根据实际流量微调流量调节阀，将流量调节到公差允许范围；其中的流量调节阀的开度与压力和流量的关系在直喷冷却装置投入使用之前首先进行标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，控制器对其进行存储；控制器控制关闭挡水板；

第三，在压力和流量稳定后从淬火炉内抽出钢管，通过斯惠顿上料机将钢管送入旋转台架，打开挡水板，利用设定好的流量对钢管进行冷却；同时，控制器将压紧轮补水装置的进水管路的开关阀打开，控制器将内喷冷却装置的进水管路的开关阀打开，对钢管进行外部冷却和内部冷却；

第四，在冷却过程中如果有流量波动，控制器对流量调节阀实时进行闭环控制，保持冷却过程中流量稳定；

第五，钢管冷却到温后控制器关闭压紧轮补水装置的进水管路的开关阀和挡水板，外喷冷却水阀门保持开启状态，外喷冷却水流入回水管路；内喷冷却装置开关阀的关闭时序，根据不同钢管的性能需求，相对于外喷冷却可提前或滞后；关闭挡水板、内喷冷却装置开关阀和压紧轮补水装置开关阀后，钢管翻出水淬台架；

第六，同时淬火炉抽出下一根钢管，在水淬台架空出后，在同一批次下，斯惠顿上料机将下一根钢管送入旋转台架，重复上述冷却过程第三至第五步。

第七，在当前批次钢管冷却结束后关闭所有冷却水阀门。

对于钢管头尾加厚端的冷却，通过钢管加厚端斜喷冷却装置实现加厚端的补水冷却；所述步骤一中，设定外喷冷却装置的钢管加厚端斜喷冷却装置设定压力和流量；所述步骤二中，根据钢管加厚端的长度确定所述钢管加厚端斜喷冷却装置使用的内腔数量，根据加厚端的厚度确定补水冷却的压力和流量，控制器将流量调节阀打开到与设定流量相对应的开度位置；其中的流量调节阀的开度与压力和流量的关系在钢管加厚端斜喷冷却装置投入使用之前首先进行标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，控制器对其进行存储。

当钢管进行淬火调质处理时，外部冷却装置采用阶梯流量控制，即当内喷为一侧进水，外部冷却装置调整各段外喷水流量密度，使其全长形成与内喷反方向的冷却能力分布。

外部冷却装置为流量连续可调控制，根据钢管不同壁厚、钢种工艺要求和连续冷却转变（CCT）特性，计算给定钢管冷却时需要的不同水流量，以便控制钢管淬火时的所需要的不同冷却速率。

所述流量密度控制范围为150l/min/m²—2000l/min/m²。

本发明钢管离线淬火的生产装置对钢管管体采用了流量和压力可调的加压多排分段直喷冷却装置，同时针对加厚端增加了分段斜喷冷却装置，在压紧轮位置使用了更加有效的补水装置，从而确保钢管全长得到一致的快速均匀冷却效果。本发明钢管离线淬火的生产方法采用了加压直喷、加厚端补水及压紧轮处补水的冷却方式，对钢管周向和轴向实施快速均匀冷却，满足了不同钢种规格钢管的离线淬火工艺需求，不仅使得钢管淬火后全长平直且性能均匀，减少旋转设备损耗，而且大大缩短瓶颈工序--水淬的时间，从而提高生产效率，减少管料在炉时间，降低能耗，改善管料表面氧化。

本发明钢管离线淬火的生产装置和方法能满足不同钢种和规格钢管产品在终冷温度、冷却速率、管面温度均匀性以及冷却后管形等方面的工艺要求。

本发明通过水流量和压力可调的多排多段直喷冷却装置与方法，实现对无缝钢管周向和轴向的快速均匀冷却，确保钢管淬火后全长平直且性能均匀，减少旋转设备损耗，并大大缩短管体水冷所需时间。通过钢管加厚端冷却补水和对压紧轮处补水装置与方法，提高加厚端冷却速度，减少因压紧轮导致的冷却减弱现象，确保钢管全长冷却时间一致且性能均匀。

附图说明

图1为热处理生产线布置示意图；图1中：1步进式加热炉，2外喷水设备，21电动调节阀，22流量计，3内喷设备，4钢管，5旋转轮，6步进式回火炉；

图2为本发明钢管离线淬火的生产装置示意图；

图3为本发明的直喷冷却装置的喷嘴排列方式示意图，其中：图3（a）喷嘴为双排错列排布，图3（b）喷嘴为三排错列排布，图3（c）喷嘴为四排错列排布；

图4为本发明的直喷冷却装置结构示意图；

图5为本发明的斜喷冷却装置结构示意图；

图6 为本发明的压紧轮补水装置结构示意图；

图7为本发明的单个喷箱闭环管路示意图；

图8为实施例2的全长屈服强度波动曲线。

图中：7直喷冷却装置，71喷箱，72喷嘴，73进水管路，74流量计，75调节阀；8斜喷冷却装置（钢管加厚端斜喷冷却装置），81喷箱，82喷嘴，83进水管路；9压紧轮补水装置，10钢管，11水集管（进水总集管）。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

钢管热处理线上有四个主要工序：淬火炉加热、水淬、回火炉加热、热矫直，其中的水淬工序普遍采用将钢管压紧旋转后进行内喷外淋的冷却方式，其中外淋装置一般采用固定低压淋水方式。如图1所示，图1中：1为步进式加热炉，2为外喷水设备，21为电动调节阀，22为流量计，3为内喷设备，4为钢管，5为旋转轮，上有压紧轮，6为步进式回火炉。

本发明钢管离线淬火的生产装置对钢管管体采用了流量和压力可调的加压多排分段直喷冷却装置7，同时针对加厚端增加了分段斜喷冷却装置8，在压紧轮位置使用了更加有效的压紧轮补水装置9，从而确保钢管全长得到一致的快速均匀冷却效果。

一种钢管离线淬火的生产装置，包括外喷冷却装置和内喷冷却装置，内喷冷却装置对旋转的钢管实施内轴流喷射冷却；外喷冷却装置对旋转的钢管实施外喷加压喷射冷却。所述外喷冷却装置包括直喷冷却装置7、钢管加厚端斜喷冷却装置8和压紧轮补水装置9，参见图2。

所述直喷冷却装置7包括多个喷箱71，参见图3和图4，该喷箱71设置于放置钢管10的旋转台架上方，每个喷箱71前端设置有多排喷嘴72，喷箱72前端对着下面的钢管，喷箱72后端连接进水管路73，进水管路73上装有流量计74和流量调节阀75，流量计74和流量调节阀75连接控制器，进水管路73连接水集管11，水集管11通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器；所述多个喷箱71排列成一列，直面对应着下方的钢管10长度方向。

所述直喷冷却装置7的喷嘴72为多排错列排布。每个喷箱71前端的喷嘴72为偶数排，偶数排喷嘴72沿钢管10顶部对称布置；偶数排喷嘴72为双排喷嘴和四排喷嘴，每个喷嘴72错列排布。每个喷箱71前端的喷嘴72为奇数排，奇数排喷嘴72中的一排对准钢管10顶部，其余排喷嘴沿顶部对称布置；奇数排喷嘴72为单排喷嘴和三排喷嘴，三排喷嘴错列排布。

本发明钢管离线淬火的生产装置，其外喷冷却装置的直喷冷却装置7根据不同管径和壁厚的产品生产大纲需求，该直喷冷却装置设计流量和压力可调的加压多排喷嘴（1～4排）和分段喷箱（5～15段）。偶数排喷嘴时沿钢管顶部对称布置，奇数排喷嘴时其中1排对准钢管顶部，其余喷嘴沿顶部对称布置。如图3所示。根据产品规格，主要是钢管直径，图3中三种喷嘴排列方式的应用范围分别为：图3（a）对应的钢管直径范围为50～150mm，图3（b）对应的钢管直径范围为100～200mm，图3（c）对应的钢管直径范围为150～500mm。

所述直喷冷却装置7分段设计，每段为一个喷箱71，多个喷箱排列成一列，对应着下方的钢管10长度方向。该直喷冷却装置若设计为单个箱体型式，很难调节全长流量，难以适用于内喷轴流冷却时的全长调质，并且单个喷箱过长很难加工平直，既难加工又不利于安装、维护，一般喷箱长度设计在三米以下。直喷冷却装置若设计过短，数量众多，虽然加工容易，但需要配套的阀组也多，大大增加制造成本，安装校准费时费力，控制上也比较繁琐。同时，为满足厚头厚尾钻管等的热处理需求，必须按照该钢管产品厚头尾长度设计可调节水流量和压力的相应的喷箱长度。因此，直喷冷却装置一般按照旋转台架上压紧轮的位置和厚头尾长度，设计为多段（5～15段）喷箱组合。各喷箱71进水管路73上均设置有流量调节阀75和流量计74，参见图4，可以根据设定流量和实测流量进行闭环控制，确保实际流量的精准，从而满足不同钢种规格大小冷却速率下均匀冷却的需求。进水管路73连接水集管11，水集管通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器，通过变频水泵控制供水压力。直喷冷却装置供水压力范围为0.1～0.5MPa，最大水量4000m³/h。

由于压紧轮的阻隔，钢管10外部喷水难以淋到钢管表面，因此在压紧轮处设计了压紧轮补水装置9进行冷却。参见图6，所述压紧轮补水装置9包括多个喷嘴，多个喷嘴连接进水管路，喷嘴位于压紧轮下方，喷嘴从下往上对着钢管喷水冷却。

为满足厚头厚尾钻管等的热处理需求，外喷冷却装置还包括了钢管加厚端斜喷冷却装置8。参见图5和图6，所述钢管加厚端斜喷冷却装置8包括喷箱81，该喷箱81设置于放置钢管10的旋转台架侧上方，喷箱81前端设置有多排喷嘴82，喷箱81前端对着下面的钢管10头部或尾部，喷箱81内包括多个内腔，每个内腔开有进水口连接进水管路83，进水管路83上装有流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀连接控制器；进水管路83接进水集管，进水集管通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器。斜喷冷却装置8所连接的进水集管与直喷冷却装置7所连接的水集管11，两者可以是相同的进水管，也可以是不同的进水管。所述喷箱81沿钢管截面的垂直中心线偏有一个角度对着钢管，即斜喷冷却装置8的喷箱81与直喷冷却装置7的喷箱71之间有一个角度。若直喷冷却装置的喷箱71直接对应着钢管10，则斜喷冷却装置的喷箱81转过一个角度斜向对应着钢管10，与直喷冷却装置的喷箱71错开。直喷冷却水与侧喷冷却水互补，并且互不干涉，从而提高加厚端的冷却速率，缩短钢管整体淬火时间，同时保持加厚端的性能与管体一致。

参见图5和图6，所述内腔长度根据钢管加厚段的过渡段长度L_g和加厚端长度L_j设置；喷箱81内有内腔为1至6个。所述喷箱81前端的喷嘴82为多排错列排布，喷嘴为1至6排。喷箱81两端设置有安装板，用于安装于支架上。

所述喷箱81分别设置在钢管方向的头部和尾部两端，左右对称布置，对钢管10加厚端进行补水冷却。喷箱81在钢管头部或尾部的一端有两个，沿钢管截面的垂直中心线对称设置。如果产品大纲中的加厚端厚度不大，也可以单侧布置或者对称布置单侧喷水冷却。

本发明的钢管加厚端补水冷却装置是在统一设计的外部冷却装置的基础上，根据不同管径和壁厚的产品生产大纲需求，设计流量和压力可调的加压多排（1～6排）错列排布喷嘴的斜喷冷却装置8，喷箱81箱体根据加厚端长度规格划分为多个（1～6个）内腔，并设计独立的进水口连接进水管路83和流量计和流量调节阀，如图5所示。进水管路连接进水集管，进水集管通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器，通过变频水泵控制供水压力，其供水压力范围为0.1～0.5MPa。各内腔长度根据过渡段长度L_g和产品规格中不同的加厚端长度L_j进行设计。

所述外喷冷却装置的直喷冷却装置7的单个喷箱71闭环管路和钢管加厚端斜喷冷却装置8的单个喷箱81闭环管路结构相同，参见图7。以直喷冷却装置7的单个喷箱71闭环管路为例来加以说明，喷箱71后端连接进水管路73，进水管路73上装有流量计74和流量调节阀75，流量计74和流量调节阀75连接控制器，该进水管路73作为喷箱71的进水支管，进水管路73再连接水集管11，水集管11作为进水总集管，水集管11通过变频水泵加压供水，变频水泵接控制器，控制器控制水泵用以调节进水水压。外喷冷却装置的供水压力范围为0.1～0.5MPa。控制器根据标定的开度与流量的关系，根据进水支管的设定流量预先将流量调节阀打开到设定流量相对应的开度。控制器根据流量计测得的实际流量与设定流量的偏差，动态调整流量调节阀的开度，使实际流量与设定流量的偏差在允许的范围内。

由于钢管加厚端补水装置是在直喷冷却装置的基础上进行补水冷却，流量需求小，易于控制和调节，在冷却非加厚钢管时无需开启，减少阀组损耗，是一种非常经济高效的冷却装置。

一种钢管离线淬火的生产方法，其步骤是：

第一，在钢管淬火生产开始前，根据钢管的钢种和规格设定相应的压力和流量，包括内部冷却和外部冷却，内部冷却是内喷冷却装置对旋转的钢管以给定的压力和流量实施内轴流喷射冷却，外部冷却是外喷冷却装置对旋转的钢管实施外喷加压喷射冷却。

对于一般的钢管，外喷冷却装置的直喷冷却装置7设定压力和流量，压紧轮补水装置9以给定的压力和流量喷射冷却；

对于钢管头尾加厚端的冷却，通过钢管加厚端斜喷冷却装置8实现加厚端的补水冷却，设定外喷冷却装置的钢管加厚端斜喷冷却装置8设定压力和流量。

第二，在第一根钢管加热到温后，根据设定的压力和流量，控制器将直喷冷却装置7的流量调节阀75打开到相应的开度，开启进水管路的开关阀，在压力稳定后再根据实际流量微调流量调节阀75，将流量调节到公差允许范围；其中的流量调节阀75的开度与压力和流量的关系在直喷冷却装置7投入使用之前首先进行标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，控制器对其进行存储；

对于钢管头尾加厚端的冷却，根据钢管加厚端的长度确定所述钢管加厚端斜喷冷却装置8使用的内腔数量，根据加厚端的厚度确定补水冷却的压力和流量，控制器将流量调节阀打开到与设定流量相对应的开度位置；其中的流量调节阀的开度与压力和流量的关系在钢管加厚端斜喷冷却装置投入使用之前首先进行标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，控制器对其进行存储。

控制器控制关闭挡水板。

第三，在压力和流量稳定后从淬火炉内抽出钢管，通过斯惠顿上料机将钢管送入旋转台架，打开挡水板，利用设定好的流量对钢管进行冷却；同时，控制器将压紧轮补水装置9的进水管路的开关阀打开，控制器将内喷冷却装置的进水管路的开关阀打开，对钢管进行外部冷却和内部冷却。内喷冷却装置的开启时序，根据不同钢管的性能需求，相对于外喷冷却可提前或滞后，并且可设定不同的提前或滞后时间。

第四，在冷却过程中如果有流量波动，控制器对流量调节阀实时进行闭环控制，保持冷却过程中流量稳定；控制器对流量调节阀的控制包括了外喷冷却装置的直喷冷却装置7和斜喷冷却装置8。

第五，钢管冷却到温后控制器关闭压紧轮补水装置的进水管路的开关阀和挡水板，外喷冷却水阀门保持开启状态，外喷冷却水流入回水管路；内喷冷却装置开关阀的关闭时序，根据不同钢管的性能需求，相对于外喷冷却可提前或滞后，并且可设定不同的提前或滞后时间。关闭挡水板、内喷冷却装置开关阀和压紧轮补水装置开关阀后，钢管翻出水淬台架。

第七，在当前批次钢管冷却结束后关闭所有冷却水阀门。

若有后续批次钢管需要冷却，则根据下一批次的钢管设定的压力和流量重复上述冷却过程。

根据管径和壁厚的不同设定不同的压力和流量，对旋转的钢管实施内轴流喷射、外喷加压喷射的冷却形式。本发明的钢管离线淬火的生产方法对于外部冷却装置主要采用下面两种控制策略。

阶梯流量控制策略：当钢管进行淬火调质处理时，由于内喷为一侧进水，钢管头部的内冷效果大于外冷效果，为保证钢管轴向温度的一致性，外部冷却装置调整各段外喷水流量密度，使其全长形成与内喷反方向的冷却能力分布，从而获得钢管全长温度梯度的一致性，确保钢管全长强度的一致。

流量连续可调控制策略：根据钢管不同壁厚、钢种工艺要求和连续冷却转变（CCT）特性，计算给定钢管冷却时需要的不同水流量，以便控制钢管淬火时的所需要的不同冷却速率。流量密度控制范围宽而稳定，可从150l/min/m²—2000l/min/m²，实现不同钢管的冷却工艺需求。

本发明钢管离线淬火的生产方法通过采用外喷流量为阶梯递增控制策略，实现钢管快速均匀的淬火，确保了钢管淬火后全长平直且性能均匀，减少旋转设备损耗，并大大缩短水冷所需时间，从而提高生产效率，减少管料在炉时间，降低能耗，改善管料表面氧化。

本发明钢管离线淬火的生产方法通过采用控制策略，能实现内喷外淋时阶梯递增流量淬火、小管径或薄壁钢管的小流量淬火以及加厚端钢管的加压补水，并且监控冷却过程中水压和流量的波动，实现淬火过程均匀稳定的自动闭环控制，确保冷却过程中管体全长压力和流量的稳定，从而达到均匀冷却的目的。

实施例

1）外喷冷却装置的直喷冷却装置设计为两排错列分布的喷嘴，如图3（a）所示，采用圆柱形喷嘴。

2）直喷冷却装置喷箱长度，从内喷侧起分别为630mm，1800mm，1800mm，1800mm，1650mm，1940mm，1970mm，1800mm，总长13390mm。

3）外喷冷却装置的斜喷冷却装置（加厚端补水装置）设计为三排错列分布的喷嘴，分三段，如图5所示，采用圆柱形喷嘴。

4）加厚端补水喷箱长度设计为1500mm，分为各500mm的三段。

实施例1：

对X65QO钢级的海洋服役用管线管进行外淋内喷调质淬火，外径为168.3mm，壁厚为15mm，设定参数如下：

转速：90rpm

内喷流量：418m³/h

外喷压力：0.2MPa

外喷总流量：1399m³/h

表1 各段喷箱流量流量密度及流量

喷箱号	1	2	3	4	5	6	7	8
									长度，m	0.63	1.8	1.8	1.8	1.65	1.94	1.97	1.8
水量，m<sup>3</sup>/h	61.31	177.85	181.21	184.03	173.01	206.60	213.48	201.24
									水流密度，m3/h/m	97.31	98.81	100.67	102.24	104.85	106.50	108.36	111.80

表2 淬火后钢管全长性能

最大屈服强度 MPa	最小屈服强度 MPa	屈服强度波动 MPa	最大抗拉强度 MPa	最小抗拉强度 MPa	抗拉强度波动 MPa
						505	495	10	582	572	10

从表2中可以看出，采用本发明钢管离线淬火的生产装置和方法，调质后管线管的屈服强度和抗拉强度波动显著降低。

实施例2：

对C110钢管进行外淋内喷调质淬火，外径为88.9mm，管体壁厚为6.45mm，加厚端壁厚为15mm，长度900mm，设定参数如下：

转速：90rpm ，

内喷流量：418m³/h ，

外喷压力：0.2MPa ，

外喷总流量：1500m³/h ，

加厚端补水装置开启两段，长度1000mm ，

加厚端补水压力：0.3MPa ，

加厚端补水总流量：50m³/h 。

从图8的全长屈服强度波动曲线（C110 88.9*6.45 全长屈服强度波动曲线）中可以看出，采用本发明的加厚端补水冷却装置与方法，调质后钢管加厚端与管体的屈服强度和抗拉强度差别很小。并且，水冷时间从11S缩短到9S以下，加厚管节拍可提升2S，效率提升约10%。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种钢管离线淬火的生产装置，包括外喷冷却装置和内喷冷却装置，内喷冷却装置对旋转的钢管实施内轴流喷射冷却；

其特征是：所述外喷冷却装置对旋转的钢管实施外喷加压喷射冷却，外喷冷却装置包括直喷冷却装置和钢管加厚端斜喷冷却装置；

2.根据权利要求1所述的钢管离线淬火的生产装置，其特征是：所述外喷冷却装置还包括压紧轮补水装置，压紧轮补水装置包括多个喷嘴，多个喷嘴连接进水管路，喷嘴位于压紧轮下方，喷嘴从下往上对着钢管喷水冷却。

3.根据权利要求1或2所述的钢管离线淬火的生产装置，其特征是：所述直喷冷却装置的喷嘴为多排错列排布。

4.根据权利要求1或2所述的钢管离线淬火的生产装置，其特征是：所述斜喷冷却装置的喷嘴为多排错列排布。

5.根据权利要求1或2所述的钢管离线淬火的生产装置，其特征是：所述斜喷冷却装置的喷箱内腔长度根据钢管加厚段的过渡段长度L_g和加厚端长度L_j设置。

6.根据权利要求1或2所述的钢管离线淬火的生产装置，其特征是：所述斜喷冷却装置的喷箱在钢管头部或尾部的一端有两个，沿钢管截面的垂直中心线对称设置。

7.一种钢管离线淬火的生产方法，其特征是：

第七，在当前批次钢管冷却结束后关闭所有冷却水阀门。

8.根据权利要求7所述的钢管离线淬火的生产方法，其特征是：对于钢管头尾加厚端的冷却，通过钢管加厚端斜喷冷却装置实现加厚端的补水冷却；所述步骤一中，设定外喷冷却装置的钢管加厚端斜喷冷却装置设定压力和流量；所述步骤二中，根据钢管加厚端的长度确定所述钢管加厚端斜喷冷却装置使用的内腔数量，根据加厚端的厚度确定补水冷却的压力和流量，控制器将流量调节阀打开到与设定流量相对应的开度位置；其中的流量调节阀的开度与压力和流量的关系在钢管加厚端斜喷冷却装置投入使用之前首先进行标定，确定在不同压力下不同开度对应的流量，控制器对其进行存储。

9.根据权利要求7或8所述的钢管离线淬火的生产方法，其特征是：当钢管进行淬火调质处理时，外部冷却装置采用阶梯流量控制，即当内喷为一侧进水，外部冷却装置调整各段外喷水流量密度，使其全长形成与内喷反方向的冷却能力分布。

10.根据权利要求7或8所述的钢管离线淬火的生产方法，其特征是：外部冷却装置为流量连续可调控制，根据钢管不同壁厚、钢种工艺要求和连续冷却转变（CCT）特性，计算给定钢管冷却时需要的不同水流量，以便控制钢管淬火时的所需要的不同冷却速率。

11.根据权利要求10所述的钢管离线淬火的生产方法，其特征是：所述流量密度控制范围为150l/min/m²—2000l/min/m²。