钻杆管体热处理炉门改造及对产品的影响

李亚敏，刘 聪，李 慧

（渤海石油装备制造有限公司钻井装备公司科技质量中心，河北沧州 062658）

0 引言

某公司生产钻杆产品，建设有管体热处理炉生产线，热处理炉采用天然气为燃料，炉型结构为步进式连续箱式加热炉2台（淬火、回火各1 台）。管体调质热处理是钻杆管体加工的重要环节，其主要由管体高温加热、水基淬火、回火调质、热矫直四部分工序组成。目前管体回火炉在完成调质热处理后，采用横向搬送的方式，整体从炉门口翻出，然后通过辊道输送到后续工位。这种出料方式在保证了管体出炉温度均一性的同时，也显露出整体出料方式存在较大的安全隐患，主要包括以下方面：①出料炉门尺寸大、重量大，其气动机构协调性不易控制，导致炉门开闭动作不畅，容易导致炉门损坏，进而引起大量空气进入炉内；②炉门结构过大，故障率、破损率较高，导致炉门无法良好密封，热处理炉热量散失严重；③管体整根翻出不易控制，存在管体烫伤人、砸伤人的风险。因此，针对性地将侧翻式炉门改造为侧出料方式，改造完成后热处理炉门故障率大为下降，截止目前累计生产8500 t 左右，使用效果良好。

1 该热处理炉简介

该热处理炉生产线即对钻杆管体进行全长热处理，两座管体热处理炉采用天然气做燃料，2008—2020 年累计生产钻杆管体18 万吨左右。

1.1 热处理炉主要设备参数

（1）结构：步进梁连续式箱式结构，共计15 根步进梁。

（3）长度：5.49～6.71 m、8.23～9.14 m、11.58～13.72 m。

（4）壁厚：最大18.0 mm。

（5）钢级：E-75、X-95、G-105、S-135、V-150、SS105。

（6）装出料方式：炉内水冷却悬臂辊端进，翻转式炉门侧出。

（7）炉温：淬火炉860～950 ℃，回火炉550～750 ℃。

1.2 热处理炉主要结构

淬火、回火炉的炉墙由6 mm 厚的钢板与型钢焊接组成，炉底采用10 mm 厚钢板焊接而成。热处理炉炉顶、炉墙内衬结构采用全纤维内衬，炉底使用了高铝砖、轻质砖、硅酸铝耐火纤维板等的复合结构。步进梁立柱穿过炉底，孔洞采用整体浇注成型，使用耐火纤维填充密封。

1.3 热处理炉进出料方式

热处理炉采用端进侧出的入料出料方式，炉门结构采用常闭式，采用全长式接料弧板，由6 段弧板焊接而成，同时在炉门上布置耐火棉密封。

当产品出料时，管体先输送至弧形板上，随后炉门转动将管料输送至热处理炉外的台架，热处理炉门开启，如图1 所示；管体出炉门输送至台架后，炉门转动复位，随后炉门关闭，如图2所示。

图1 炉门在开启状态

图2 炉门在关闭状态

2 热处理炉门改造内容

针对原有设备旋转炉门的改造，需要改变原出料方式。由原旋转门出料方式改为悬臂辊侧墙出料，图3 所示为原有侧出炉门结构，图4 所示为改造后端出结构，图5 所示为改造后炉门结构，改造包含以下主要内容：

图3 改造前炉门出料结构

图4 改造后炉门出料结构

图5 改造后的炉门

（1）拆除旋转出料槽机构，拆除外部出料辊道，增加炉墙立柱、横撑及钢板，并用高铝纤维模块修补炉衬。

（2）在炉体西侧合适位置开设出料口，增加出料炉门及控制系统。

（3）配套增设炉内辊道传送装置及辊道水冷系统，增加辊道数量10 组，合理分布在管体加热炉北侧，水冷系统采用敞开式回水冷却方式，故障率低、冷却效果好，水冷回水连接到淬火炉西侧回水管位置，回水管线采用不锈钢材料。

（4）封堵钢板上开孔并焊接炉辊过孔法兰，增加悬臂辊底座及电机传动装置等，炉内辊道滚轮采用ZG3Cr24Ni7SiNRe 材料V 形轮，安装倾角3°，轴采用耐热钢和碳钢接轴，辊道台架采用型钢焊接，传动系统采用组合整体链轮传动，配备电机减速机，采用变频调速。

（5）炉体以外传送辊利旧，同时由于辊面标高变化，增加原传送辊底座的高度使其满足新标高要求，辊道电机线全部更换，电机线由乙方提供。

（6）传送辊和副冷床之间增加转移料架和气动拨料臂，能使料顺利转移至冷床。

（7）拆除原有旋转出料及其输出辊道部分相关电气控制系统，根据设计需要对现有搬送控制系统进行改造，保证炉门开闭、出料过程控制流畅。

3 结束语

设备经过改造后，经现场热处理8000 t 左右，热处理炉门本体没有发生故障，天然气消耗吨成本下降3.54%左右，取得了良好的效果。对产品的机械性能进行了研究，金相组织为回火索氏体，晶粒度达到9 级以上，能够很好地满足标准要求。