Виды оборудования для термообработки труб
К основному оборудованию термических отделений трубных цехов относится оборудование термических печей проходного и камерного типа с механизмами загрузки и выгрузки, оборудование отделки труб, устанавливаемое в потоке. К вспомогательному оборудованию относятся системы утилизации тепла продуктов сгорания, дымососы и дымовые трубы, установки контроля и регулирования технологического процесса.
Печи камерного типа применяются для обработки труб по режимам, требующим длительной выдержки при заданной температуре или требующих замедленного охлаждения. В массовом производстве труб наибольшее распространение получили печи проходного типа: секционные, роликовые, с шагающими балками. Секционные печи применяются при режимах термической обработки, не требующих выдержки. Все эти агрегаты являются высокомеханизированными с автоматическим управлением теплового режима, обеспечивают равномерный нагрев труб по сечению и длине, имеют высокую производительность. Для нагрева труб под закалку и отпуск применяется индукционный нагрев токами высокой частоты.
Секционные печи состоят из секций (до 25), в зависимости от требуемой производительности и температуры нагрева труб. В разрыве между секциями (тамбурах), которые предназначены для отвода продуктов горения из секций в общий дымоход, расположены косо расположенные ролики, колесные пары или кольцевые рольганги для поддержания, вращения и перемещения труб. Вращение труб с частотой от 20 до 180 об/мин при скорости продольного перемещения в пределах 4-16 м/мин. обеспечивает стабильный нагрев и минимальное искривление. На транспортных и загрузочных рольгангах применяют электродвигатели постоянного тока, что обеспечивает регулировку скорости продвижения трубы через печь в широких пределах и реверс. Скорость задающего рольганга несколько больше скорости внутрипечного рольганга, что обеспечивает плотное прохождение труб через печь и исключает перегрев концов. Большая скорость нагрева труб в секционных печах создается за счет превышения температуры печи в сравнении с температурой нагрева металла. Так, при нагреве труб до 800...900 град. C температура в секциях до 1300...1400 град. С. Регулирование температуры нагрева металла достигается изменением температуры в рабочем пространстве, числом работающих секций, скоростью движения трубы через печь. Удельное время нагрева в секционных печах под закалку или нормализацию составляет 3-6 мин на 1 см толщины стенки, средняя скорость нагрева 2...10 град. С/с. Недостатком секционных печей являются сложности с нагревом труб с утолщенными концами, что требует предварительного подогрева в индукторах или пламенных печах, а также невозможность обеспечения технологической выдержки. Последнее не позволяет использовать секционные печи для отпуска труб из коррозионностойких сталей.
Проходные печи с роликовым подом обычно используются для нагрева под нормализацию (800...900 град. С), под отпуск (600...850 град. С) или отжиг (900...950 град. С). Сортамент обрабатываемых труб по диаметру 86...325 мм и толщине стенки 5...57 мм. Эти печи широко используются для отжига труб из шарикоподшипниковых сталей. Проходные роликовые печи - универсальные агрегаты, так как могут работать по сложному режиму (нагрев, выдержка, охлаждение) или простому (непрерывному движению труб через печь). Удельное время нагрева при нормализации и отпуске закаленных труб составляет 8...10 мин на 1 см толщины стенки (при отпуске с выдержкой 15 мин). При отпуске легированных сталей удельное время такое же, но 50% времени затрачивается на нагрев и 50 % на выдержку. Производительность проходных роликовых печей в зависимости от сортамента составляет при нормализации 17...35 т/ч и при отпуске 4...24 т/ч. Основным недостатком этих печей является пакетная загрузка, что затрудняет их применение в потоке производства, и отсутствие вращения трубы.
Печь с шагающими балками предназначена для выравнивания температуры по сечению и длине трубы, а также для обеспечения технологической выдержки при отпуске. Печи с шагающим подом нашли широкое применение для термической обработки труб нефтяного сортамента. Они работают как отпускные в сочетании с секционными печами для закалки или как закалочные и отпускные. Преимущество печей с шагающим подом - равномерный нагрев труб, к том числе и с утолщенными концами, возможность осуществления технологической выдержки, предотвращение искривления труб в процессе нагрева за счет их вращения. Другим достоинством ПШБ является возможность варьирования длительностью выдержки и обеспечения поштучной выдачи труб, что удобно для компоновки с агрегатами, предназначенными для исправления размеров труб после термоупрочнения (калибровочными и правильными станами). Недостатком печей с шагающими балками является то, что они обеспечивают качественный нагрев труб только при ритмичной работе. В случаях снижения темпа, вынужденных остановок трубы начинают вращаться медленнее или полностью останавливаются, что приводит к искривлению труб и ухудшению равномерности нагрева.
Печи индукционного нагрева, обеспечивают более гибкое регулирование (без опасности перегрева тела трубы),а также позволяющий легко обрабатывать трубы разной длины. Индукционный нагрев имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с печным: более высокие скорости нагрева (возможность получения более мелкого зерна аустенита); ограниченное образование окалины; низкое потребление энергии; возможность высокой степени автоматизации; облегчение условий труда.
К недостаткам этого способа нагрева относятся влияние точности размеров труб, особенно разностенности, на точность нагрева; трудность обеспечения равномерного нагрева по длине трубы из-за эффекта перегрева концов труб.
Устройства охлаждения труб. При создании агрегатов для термической обработки труб много внимания уделяется конструкциям охлаждающих устройств труб после закалки, нормализации, отжига и отпуска по заданному режиму.
При термообработке в печах с защитной атмосферой трубы охлаждаются в камерах, являющихся элементом конструкции печи. При термической обработке труб в печах без защитной атмосферы, трубы охлаждают на рольганге за печью на охладительных столах разных конструкций, в ванных с водой, маслом или другими жидкостями.
Для охлаждения труб на воздухе используют удлиненные рольганги. При необходимости ускоренного охлаждения применяют обдувку труб воздухом или водовоздушной смесью.
Толстостенные трубы после нагрева под закалку охлаждают в ваннах. Ванны часто снабжают устройствами принудительной продувки внутреннего канала воздухом, чтобы освободить их от пара и обеспечить бесперебойное прохождение воды или другой жидкости, а также механизмами вращения труб при погружении их в ванну для предотвращения искривления. Толстостенные трубы, нагретые под закалку, охлаждают в водяных или воздушных спрейерах.
