鉆桿管體熱處理爐門改造及對產(chǎn)品的影響

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(zhì)量中心，河北滄州 062658）

0 引言

某公司生產(chǎn)鉆桿產(chǎn)品，建設(shè)有管體熱處理爐生產(chǎn)線，熱處理爐采用天然氣為燃料，爐型結(jié)構(gòu)為步進(jìn)式連續(xù)箱式加熱爐2臺（淬火、回火各1 臺）。管體調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)、熱矯直四部分工序組成。目前管體回火爐在完成調(diào)質(zhì)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(gòu)協(xié)調(diào)性不易控制，導(dǎo)致爐門開閉動作不暢，容易導(dǎo)致爐門損壞，進(jìn)而引起大量空氣進(jìn)入爐內(nèi)；②爐門結(jié)構(gòu)過大，故障率、破損率較高，導(dǎo)致爐門無法良好密封，熱處理爐熱量散失嚴(yán)重；③管體整根翻出不易控制，存在管體燙傷人、砸傷人的風(fēng)險。因此，針對性地將側(cè)翻式爐門改造為側(cè)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(chǎn)8500 t 左右，使用效果良好。

1 該熱處理爐簡介

該熱處理爐生產(chǎn)線即對鉆桿管體進(jìn)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(chǎn)鉆桿管體18 萬噸左右。

1.1 熱處理爐主要設(shè)備參數(shù)

（1）結(jié)構(gòu)：步進(jìn)梁連續(xù)式箱式結(jié)構(gòu)，共計15 根步進(jìn)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(nèi)水冷卻懸臂輥端進(jìn)，翻轉(zhuǎn)式爐門側(cè)出。

（7）爐溫：淬火爐860～950 ℃，回火爐550～750 ℃。

1.2 熱處理爐主要結(jié)構(gòu)

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(nèi)襯結(jié)構(gòu)采用全纖維內(nèi)襯，爐底使用了高鋁磚、輕質(zhì)磚、硅酸鋁耐火纖維板等的復(fù)合結(jié)構(gòu)。步進(jìn)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。

1.3 熱處理爐進(jìn)出料方式

熱處理爐采用端進(jìn)側(cè)出的入料出料方式，爐門結(jié)構(gòu)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(dāng)產(chǎn)品出料時，管體先輸送至弧形板上，隨后爐門轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動復(fù)位，隨后爐門關(guān)閉，如圖2所示。

圖1 爐門在開啟狀態(tài)

圖2 爐門在關(guān)閉狀態(tài)

2 熱處理爐門改造內(nèi)容

針對原有設(shè)備旋轉(zhuǎn)爐門的改造，需要改變原出料方式。由原旋轉(zhuǎn)門出料方式改為懸臂輥側(cè)墻出料，圖3 所示為原有側(cè)出爐門結(jié)構(gòu)，圖4 所示為改造后端出結(jié)構(gòu)，圖5 所示為改造后爐門結(jié)構(gòu)，改造包含以下主要內(nèi)容：

圖3 改造前爐門出料結(jié)構(gòu)

圖4 改造后爐門出料結(jié)構(gòu)

圖5 改造后的爐門

（1）拆除旋轉(zhuǎn)出料槽機構(gòu)，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(cè)合適位置開設(shè)出料口，增加出料爐門及控制系統(tǒng)。

（3）配套增設(shè)爐內(nèi)輥道傳送裝置及輥道水冷系統(tǒng)，增加輥道數(shù)量10 組，合理分布在管體加熱爐北側(cè)，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(cè)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(nèi)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(diào)速。

（5）爐體以外傳送輥利舊，同時由于輥面標(biāo)高變化，增加原傳送輥底座的高度使其滿足新標(biāo)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(zhuǎn)移料架和氣動撥料臂，能使料順利轉(zhuǎn)移至冷床。

（7）拆除原有旋轉(zhuǎn)出料及其輸出輥道部分相關(guān)電氣控制系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計需要對現(xiàn)有搬送控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，保證爐門開閉、出料過程控制流暢。

3 結(jié)束語

設(shè)備經(jīng)過改造后，經(jīng)現(xiàn)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(chǎn)品的機械性能進(jìn)行了研究，金相組織為回火索氏體，晶粒度達(dá)到9 級以上，能夠很好地滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。