中频感应加热钢管热处理设备技术参数

一、概述

其设备主要用于φ60.3—φ325的各种钢管、油管、套管、钻杆、等的整体淬火回火和正火处理。

    本中频感应加热钢管热处理设备主要用于φ273—1066δ30-130钢管的整体淬火回火热处理。

如果按照年产量1万吨计算：（每年按照工作240天，每天工作7小时）每小时产量约为：6000公斤（也就是每分钟加热100公斤）。淬火加热温度按照1000℃计算，功率为：1500KW. 

根据以上计算，如果按年产量1万吨计算，功率选择1500KW,所对应的钢管加热走速就很慢，还没有到钢管淬火喷淋装置时，钢管温度就下降达不到淬火工艺要求。所以要想达到工艺要求，并满足φ273—1066δ30-130所有钢管生产要求，淬火总功率必须选择为4000KW.回火因为加热温度比较低，总功率可以选择3000KW.

方案可以选择三种方式：

1、 淬火、回火集中在一条生产线上一次完成。

2、 先进行淬火工艺，干完一批后，在回过头来在淬火生产线上完成回火工艺。

3、 只考虑φ273—600δ30-130的钢管工艺要求方案。

下面主要介绍第一种方式方案：

本套设备是在以上设备基础上,根据近几年我公司在感应加热及热处理方面积累的丰富经验,按照贵单位提出的工艺要求而作出的更加合理.更加可行的一套方案 。该成套设备主要由中频淬火部分、中频回火部分二部分组成。

淬火部分包括：中频电源(1000kW/200Hz、4台)、电容器柜（4台）、淬火感应器（因为现在贵方没有提供详细的钢管规格表，我方现在只能按照φ273—1066直径现大概初步进行配置感应器：共六种规格

第一种：GTR350（加热φ273—350的钢管）。

第二种：GTR450（加热φ350—450的钢管）.

第三种：GTR600（加热φ450—600的钢管）

第四种：GTR750（加热φ600—750的钢管）

第五种：GTR900（加热φ750—900的钢管）

第六种：GTR1066（加热φ900—1066的钢管））、

淬火冷却装置（喷雾圈、集液槽）、托辊传动装置等,主要用于钢管（根据工艺要求进行）的淬火。

回火部分包括：中频电源(KGPS750kW/200Hz、4台)、电容器柜（4台）、回火感应器（因为现在贵方没有提供详细的钢管规格表，我方现在只能按照φ273—1066直径现大概初步进行配置感应器：共六种规格

第一种：GTR350（加热φ273—350的钢管）。

第二种：GTR450（加热φ350—450的钢管）.

第三种：GTR600（加热φ450—600的钢管）

第四种：GTR750（加热φ600—750的钢管）

第五种：GTR900（加热φ750—900的钢管）

第六种：GTR1066（加热φ900—1066的钢管））、

托辊传动装置等,主要用于钢管的整体回火。

机械传输装置包括: 斜置式托辊传送机组、减速电机、变频器、上料台架和出料台架等。

控制部分包括：传感器、红外测温仪、PLC、工控机、操作柜等。

本套设备感应器为整体结构、可实现快速定位安装、水电快速联接,并可方便的进行上下调节以适应多种规格钢管加热要求。 

二、工件参数及工艺要求

1、工件尺寸: 直径：φ273—1066。

2、淬火正火温度：880-900℃；±10℃

3、回火温度：650-680℃。±10℃。

4、壁厚：30--130

5、生产节拍：按淬火总功率4000KW（分成4台1000KW）,回火总功率3000KW（分成4台750KW）。（φ1066壁厚130）100毫米/分钟(淬火、回火)。整条生产线年产量可以达到3万吨以上。

6、工件材质：钢种：碳素钢及低合金钢

壁厚公差：     ±8%

弯曲度：      <1mm/1000mm

7、钢管材料长度∶8000--12000毫米；

三、热处理工艺流程及工作过程描述：

1、 热处理工艺流程：钢管由天车放上上料台架进行散捆→ 上料机上料→变频送料辊道将钢管向前输送→淬火电磁感应加热（低温）炉、（高温）炉加热到720～1000℃红外测温并反馈组成闭环控制调节电磁变频感应加热电炉功率→喷淋淬火→经翻料机把管子抬起放在管内余水沥干装置上→经翻料机把管子抬起放在回火辊道上→（低温）回火感应加热炉→（高温）回火感应加热炉加热到450～760℃红外测温并反馈组成闭环控制调节电磁变频感应加热电炉功率→翻料机→链式双向冷床→翻料机→水环再次冷却→进入探伤工段。

2、工作过程描述

根据用户提供钢管规格的调质要求，钢管由天车吊到储料台上，待生产线各工作单元处于正常工作状态时，感应器通电待料，变频送料机正常旋转，手动或自动操作上料机工作，把第一根钢管从储料台出口端平稳地抬起滚送到到呈倾斜角度安装的变频双托辊送料机上。变频双托辊送料机以设定的速度向前送料，变频送料机为双托辊传动，速度可调，辊面专门设计成圆弧形式，以便加厚管端不产生阻断现象。双托辊装置和钢管前进方向有一定的夹角，使钢管保持适当的旋转速度，这样就使钢管既有自身的旋转还能按照要求的速度前进。由于采用了感应器防漏磁炉口板设计，所以感应器不会对炉间辊道加热，故所有的辊道采用普通钢设计。在高温区的辊道轴内装有内水冷却装置，冷却送料辊的轴和轴承，便于钢管连续加热。钢管经辊道进入电磁变频淬火加热区，加热区由4套1000KW变频电源配8台变频电磁感应炉组成淬火电磁感应加热区，加热温度720℃～1000℃，保证工件加热温度均匀。钢管向前移动经过三级喷淋冷却淬火（其中前两级为喷水雾气冷却，后一级为喷水冷却）。加热大管子时四级冷却都打开，若加热的是小管子时水冷圈只开二级就行。第四级空气冷却的部分不仅对钢管进行冷却淬火，还可以将水淬后留在管子外表面的水分吹干，从而有效的避免了留在管子外表面的水对钢管进行回火感应加热的影响。在电磁感应加热炉的出口处安装进口的双色比色红外测温仪进行监测油管的温度，并把信号反馈到变频电源，自动调节变频电源的输出功率，组成闭环控制系统，从而控制产品工艺温度差在允许的误差范围内。

加热好的钢管进入喷淋淬火区，由于工件材质为含碳量0.3%左右的低合金钢适合采用水为淬火介质，我们采用环状冷却装置连续将水流喷射到被加热的钢管表面，从而达到完全淬透管壁所要求的快速均匀散热的效果。强喷淋5～15秒之内达到淬火马氏体组织转变，要求的压力为1.0～1.2MPa，流量350m3/h，保证使工件表面产生的蒸汽膜破坏，使钢管迅速达到马氏体转变温度，全部转变为淬火马氏体，从而保证回火索氏体。由于喷淋中会有氧化皮脱落在淬火介质中，淬火介质必须经过沉淀池粗滤、磁性吸滤、网过滤等多级处理（水泵、管道沉淀池和过滤冷却由用户配套）。

喷淋区要设置隔离来防止水飞溅，为利于水的回用和减少水的损耗，还应设置防护罩把水蒸汽抽出厂房外，以保证车间的干燥。

喷淋淬火后的钢管由辊道传送至管内除水段由翻板机把钢管抬放在倾斜台上，经沥水后，再由翻板机抬放至回火线辊道上，在辊道的输送下进入变频回火电磁感应加热区，加热温度450℃～760℃。回火变频电磁感应加热电源为4套配8台电磁变频感应加热炉组成回火电磁感应加热区。在后部一个电磁感应炉的出口处安装进口的双色比色红外测温仪来进行监测钢管的温度，并把信号反馈到变频电源，自动调节变频电源的输出功率，组成闭环控制系统。

经回火后的钢管通过翻料机构翻出落入储料区。最终，钢管被运至探伤工段进行探伤检测（探伤工段用户自制）。

以上工作过程由操作工人在计算机上，按所需加热的钢管，输入规格型号等相关参数后，设备即可进行自动工作。

五、设备主要描述及技术指标

1、 电源功率：4000KW（分成4台1000KW）+3000kW（分成4台750KW）；

2、 电源频率：200HZ；

3、 启动成功率：100﹪;

4、 控制温度精度:±10℃;

5、 淬火温度：≥900℃；

6、 回火温度：680℃

7、 产量: 每小时≥18000Kg,

8、控制方式: 自动、手动; 

9、每种规格规格钢管使用八台1000KW加热炉（每台1000KW中频电源各带两台加热炉体）及相关设备用于钢管的淬火；

10、每种规格规格钢管使用八750KW加热炉（每台750KW中频电源各带两台加热炉体）及相关设备用于钢管的淬火；

六、现场工作条件：

1、设备参数及对现场的条件要求

1） 设备总功率7000KW，频率200Hz；

2） 冷却炉体的冷却进水温度0~35°℃；

3） 冷却炉体的出水温度小于55°℃；

4） 冷却炉体的进水水压0.2~0.3MPa；

5） 使用环境：

① 室内安装，设备接地良好，接地线颜色与控制线有明显区别（接地线颜色                             为黄色），其截面积＞4mm2，接地电阻不大于4Ω；

② 海拔高度不超过1000米，否则应降低额定值使用；

③ 周围环境温度不超过+40℃，不低于+5℃；

④ 空气相对湿度不大于85%；

⑤ 无剧烈振动，无导电尘埃，无各种腐蚀性气体及爆炸性气体；

⑥ 安装在通风良好场合。

6）电网要求

a）中频电源配电总容量不小于8750KVA，由二台2500KVA整流变压器及二台1900KVA整流变压器给中频电源供电。

其参数如下：

1.1.1输入电压：10KV;

1．1．2输出电压：660V .660V;

1．1．3接线方式：△/△,丫-11;

1．1．4进线电压±5%可调；

1．1．5短路阻抗：6--8％；

2整套装置额定功率输出运行时,向公用电网注入的谐波电流及在公用电网中的谐波电压符合GB/T14549-93标准规定。

3变压器的绕组可满足炉子满炉冷料启动时及允许短期功率超载时的电参数。

变压器除其他附件外，下部设有四个轮子，便于安装维修时拉出。变压器由国家认可的正规变压器生产厂家制造。

b）电网电压应为正弦波，谐波失真不大于5%。

c）三相电压间不平衡度应小于±5%。

d）电网输入电压为线电压交流10000V（6000V），电网电压持续波动范围不超过±10%，电网频率变化不超过±2%（即应在49~51HZ间）。

e）中频电源输入电压：660V。

f）附助设备电源容量：小于200KVA

g）喷淋水泵的电源容量：小于80KVA

附助设备电源电压：380V±10%。三相四线制。

2、水冷却系统主要技术指标

1}、加热炉水冷却系统：采用风—水冷却器；每两套1000KW中频设备（淬火）选择一套FL-1000风水冷却器进行冷却。每两套750KW中频设备（回火）选择一套FL-750风水冷却器进行冷却。共需两套FL-1000风水冷却器及FL-750风水冷却器。以上设备的冷却也可利用使用方现有的冷却系统进行冷却。全部设备耗水量需达到300立方米/小时。水压达到0.2-0.35Mpa. 水质要求为纯净冷却水。进水水温不高于35度。

2）淬火液冷却系统；根据计算，耗水量需达到350立方米/小时.此冷却系统需使用方自行提供。

七、电源频率与功率的确定:

1. 本套设备的加热要求为居里点以上加热根据计算所选加热炉频率应为200Hz，故中频电源选用200Hz频率。

2.根据钢管的重量和生产节拍可调节性，所需加热功率为4000KW+3000KW，此功率可以满足所有钢管的整体淬火、回火,只是不同的钢管加热的速度不同而已.

八、设备组成:

1.供货范围见下表

九、机械部分: 

1）、上料台架

 上料台架是堆放待加热钢管的，台架与立柱采用螺栓连接。工作时，吊车可将整捆料吊放到台架上散捆，经分离翻料装置分了后，保证钢管每次一根自动滚到台架的端头。

2）、进料翻板机构

进料翻板机构液压驱动，共设有7组翻板，当翻板翻起时，钢管自动滚到翻板机端部定位位置。翻板落下时，钢管落在双托辊传输辊道上。

3）、双托辊传动系统

双托辊传动装置通过双托辊与前进方向的夹角角度，既可实现钢管自转的速度又可保证前进的速度。双托辊传动装置采用减速机加变频调速装置来保证不同直径钢管的前进速度要求。双托辊共95组，托辊间距1600mm，两轮中心距为260mm，辊轮直径为φ300mm，兼顾φ114.3mm到φ60.3mm加热钢管，其中一组辊轮为动力轮，另一组辊轮作为支撑被动轮。高温区所有托辊转动轴设有水冷却装置，托辊支撑采用轴承。为保证工件前后传递速度一致和平衡，动力采用了95台变频电机。电机转速控制设有变频器，φ60.3托辊前进速度250mm/S。托辊摆放和中心成适当的夹角。

通过控制入料托辊、热处理托辊、出料托辊的速度，使钢管头尾相接进、出各段加热炉，直至一支钢管的管体全部离开所有加热炉体，并在上冷床前与其首尾相接的钢管自动分离。

4）、手动电动两用加热炉升降台架

     为了使不同直径的钢管在加热时均处于加热炉的中心，每台加热炉均设有手动电动两用加热炉升降台架。可以同时电动或单台手动进行调整。每台炉体下面安装一台。台架上安装有刻度尺和上下限位保护装置。

5）、淬火液喷淋系统

5.1、采用10组高压水喷淋器，压力为1.0～1.2MPa，流量350-400m3/h。

    淬火水槽为2个×90m3

淬火水循环回路为从淬火水槽里抽出水经过水泵、阀等进入淬火冷却器、淬火后的水流进水箱下部钢板槽里、经过2次过滤、自然回流到淬火水槽里。          

5.2、淬火冷却器总成

6）、中间沥水前翻板机构

通过此机构将喷淋淬火后的钢管自动滚到中间管内余水沥干台架上。结构与工作原理与2.2条相同。

7）、中间管内余水沥干台架

    中间管内余水沥干台架又型钢组焊而成，轴向倾斜3°，横向倾斜2.5°。

8）、中间沥水后翻板机构

通过此机构将沥水后的钢管自动滚到回火双托辊传送辊道上。

9）、液压站：

额定压力6.3Mpa，使用压力4－5Mpa，箱体1.5×1.5×1.5m。

油泵：流量32L/min,型号CB－F32，电机20Kw.

液压油：46号液压油（用户按要求自备）

电磁阀：单向阀1个、同步阀2个、2位4通阀4个

10）、到位挡料定位装置

设计一个带有弹簧的挡板，钢管快速传送到位后碰撞挡板，光电开关发出信号给拨料器动作一次，将钢管拨到侧面的传送辊道上。

5、自动控制系统

1）系统主要组成

a、 研华工业控制计算机 1套

b、 工控组态软件（MCGS系统）1套

c、 可编程控制器（SIEMENS SIMATIC S7-300）1套

d、 红外测温仪（美国雷泰）4台

e、 光电开关（图尔克） 若干

f、 变频调速器（西门子440系列）

g、 集中操作控制台1台，现场操作台4台（上料、淬火、回火，内部包括PLC的远程I/O）

h、 控制柜1套

i. 低压控制柜1台

2）、自动控制系统主要特点

自动控制系统由研华工控机（带UPS电源）、彩色打印机、PLC及各种工控元器件和执行元器件组成。由计算机集散式中央控制系统实现集中监控和管理。组态软件能把通讯、动态图像、语言文字表格和各种控制技术融合在一起，完成对处理工件热处理装置的主要过程参数的实时检测、监控，对工艺曲线设定，数据报表二次开发，参数的超限报警。采用全中文显示和引导，并有文字语言提示，数据记录和储存等功能，软件画面有生产表格图、工艺曲线图等，能够根据生产工艺需要编制工艺文件，并能实现在线修改。

自动控制系统具有以下特点：

A、 程数据可按年月日详细记录、查询、打印。

B、 好的人机对话窗口，可实时检测整个系统设备的运行状态。

C、 时检测加热过程温度变化趋势能自动分辨出加热温度的高低并报警。

D、 过程加热参数可自动形成数据库并常年保存，以备随时抽查。

E、 机械传动系统工作稳定、准确，减少人为操作失误，降低故障率。

F、通过测温仪可对工件在加热过程中各段的升温情况进行检测和控制。

3）、自控系统实现的功能：

A、稳定可靠地温度闭环控制，实时采集、记录、存储过程控制的数据并具有相应的分类检索、查询、打印功能。

B、过程控制效果的实时检测；在设备运行过程中，实时分析监控诊断设备的随动状态，对各类异常情况及时汉字显示提示、并声光报警。

C、方便快捷的操作方式转换（只需切换操作台上的“自动”“手动”转换开关即可实现两者之间的切换。

D、根据需要可对操作人员实施设置口令密码的验证功能，生产记录查询、打印权限的管理功能。

E、清晰友好的操作界面，各类操作一目了然，无须死记硬背繁琐的操作条文规章即可上手操作。

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