一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉及热处理方法与流程

1.本发明涉及到核电不锈钢管固溶热处理技术领域，具体涉及到一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉及热处理方法。


背景技术：

2.固溶处理是一种热处理工艺，具体是指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺，不锈钢通过固溶处理能够将高温组织在室温下固定下来获得被碳过饱和的奥氏体，以改善铬镍不锈钢的耐腐蚀性，同时还能提高铬镍不锈钢的塑性和韧性。
3.目前用于核电不锈钢管的固溶方式主要有两种，一种是把核电不锈钢管在无保护气氛的热处理炉中加热并保温一段时间后，放入水中冷却固溶；这种固溶方式由于没有气体保护，不锈钢管表面会发生氧化出现黑色、黄色的氧化皮，所以后道还需要经过酸洗和钝化处理后才能交货，另一种是把不锈钢管放入保护气氛(全氢气氛或氨分解气氛)中加热保温一段时间后放入水中进行固溶，由于是在保护还原性气氛中进行的加热所以不锈钢管表面不会发生氧化所以不需要后道的酸洗和钝化工序。
4.核电用不锈钢管因其使用环境恶劣，所以对防腐性能、力学性能以及物理化学性能要求很高。核电用不锈钢管属于高端不锈钢产品，产品的附加值很高，所以很多特钢企业都在大力发展，但是目前以上两种固溶工艺都存在一定的缺陷。
5.第一种工艺，钢管加热后钢管表面会形成氧化皮，需要进行酸洗和钝化处理，不锈钢酸洗和钝化不仅增加了工序费用而且产生的废液也会给生产企业带来废液处理及环保等方面的额外成本，与此同时酸洗和钝化也会让钢管物理化学性质产生改变，影响钢管在堆内的使用。
6.第二种工艺，保护气氛为全氢或者氨分解，虽然这两种气氛都能使钢管在无氧环境下进行加热，但是它们本身也会对钢管性能产生一定的影响。对于全氢气氛来说，h2会和不锈钢管表面组分发生一系列的反应使不锈钢管的强度、塑性和韧性均有一定程度的降低，这些反应使核电不锈钢管容易发生氢脆，钢管的塑性会有所降低，拉伸断口由韧性断裂转变为脆性断裂；对于氨分解气氛来说，气氛中有时会存在微量的水和co2会和钢管中的cr反应生成cr2o3、co、ch4和crc可导致不锈钢晶间贫铬，降低核电不锈钢管的防腐能力。并且如果氨分解率过低，炉中的剩余nh3又会热解成原子n使钢管表面发生轻微的氮化，这对核电不锈钢管的性能也是不利的。


技术实现要素：

7.本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉及热处理方法，使用氩气作为钢管固溶的保护气，同时使用高压氩气代替水作为不锈钢管固溶的冷却介质，实现不锈钢管的连续无氧化固溶处理，提高不锈钢管表面质量和性能。
8.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
9.一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉，包括热处理炉、氩气固溶装置和传送机构，所述热处理炉的出口与所述氩气固溶装置的入口连接，所述传送机构为连续设置并且依次穿过所述热处理炉和所述氩气固溶装置；所述热处理炉和所述氩气固溶装置的外侧均设有氩气总管道，所述热处理炉沿长度方向设有若干个连接所述氩气总管道的进气孔；所述氩气固溶装置包括炉体，所述炉体内位于所述传送机构的上下两侧分别设有上氩气喷冷机构和下氩气喷冷机构，所述上氩气喷冷机构和所述下氩气喷冷机构均与所述氩气总管道连接。
10.上述方案的改进点和优点在于，将钢管通过热处理炉过程中，使用氩气作为保护气，在钢管受热后通过氩气固溶装置的过程中，使用氩气作为钢管固溶的冷却介质，使生产的钢管表面质量更好，缺陷更少，和用水固溶相比，钢管表面更加光亮。
11.在一些实施例中，所述炉体包括水冷壁，所述水冷壁包括由双层板体围成的冷却腔，所述双层板体之间焊接有若干个支撑管，所述水冷壁外侧设有循环水进口、循环水出口；循环水出口的冷却水经过冷却塔之后再循环水进口流进冷却腔内循环，吸收带走热量；所述炉体的底部的水冷壁设有上下贯穿的排污通孔，所述炉体的底部水冷壁的外侧设有连通所述冷却腔的冷却水排污孔。
12.水冷壁用于加快带出炉体内氩气的热量，实现快速固溶。
13.所述上氩气喷冷机构和所述下氩气喷冷机构均包括相对于所述传送机构的传送方向延伸设置的喷冷口，所述喷冷口的朝向所述传送机构的一侧开设有若干个喷冷小孔。
14.采用上下对喷的方式喷射氩气，使钢管的全部表面都能均匀的接触到氩气，并且使氩气停留足够的时间带走热量；通过设置喷冷小孔，使氩气能够均匀分散开来。
15.在一些实施例中，所述炉体的顶部外侧固定设有三向连通管，所述三向连通管的三个端口分别连接循环风机、氩气循环管道和所述炉体的内部，所述氩气循环管道的另一端分为两支管伸入所述炉体的内部并且分别连接所述上氩气喷冷机构和所述下氩气喷冷机构，所述氩气循环管道还连接有氩气补充管，所述氩气补充管通过电动蝶阀连接所述氩气总管道；所述炉体的内部位于所述上氩气喷冷机构的上方可拆卸设有列管式水冷换热器。
16.上述方案中，在氩气接触钢管，带走钢管表面热量，循环风机对三向连通管抽气，三向连通管内为负压，吸取炉体内的氩气，氩气在经过列管式水冷换热器时被降温冷却，并输送到氩气循环管道，重新喷射到钢管表面进行吸热。
17.进一步的，所述炉体的顶部内壁连接有两个对称的挡板，两个所述挡板的下端均连接有换热器支撑导轨，所述列管式水冷换热器设于两个所述挡板之间并且与所述换热器支撑导轨滑动连接，所述列管式水冷换热器一端伸出所述炉体的侧壁并且连接盖板，所述盖板与所述炉体密封连接。通过使列管式水冷换热器采用类似抽屉滑动的方式进行拆装，便于维护和更换。
18.所述热处理炉的外侧设有燃气总管、空气总管和烟气总管，所述热处理炉的两个相对侧壁均设有若干个加热单元，若干个所述加热单元呈上下交错布置；所述加热单元包括贯穿所述热处理炉的侧壁的烧嘴以及与所述烧嘴连接的燃气支管、空气支管和烟气支管，所述燃气支管连接有比例阀，所述空气支管依次连接有电动调节阀和手动蝶阀；每个所
述加热单元的所述燃气支管、所述空气支管和所述烟气支管均分别汇总连接到所述燃气总管、所述空气总管和所述烟气总管。加热单元呈上下交错布置可以使炉内温度均匀，通过使烧嘴和氩气的进气孔安装位于同一壁面，使钢管始终在氩气保护下受热。
19.所述热处理炉的入口连接上料装置，所述氩气固溶装置的出口连接有水冷箱，所述水冷箱连接有下料装置；所述传送机构连续穿过所述上料装置、所述热处理炉、所述氩气固溶装置、所述水冷箱和所述下料装置。
20.上料装置由储料台和进料辊台组成，传送机构通过链条和齿轮带动传动辊棒转动，钢管先被吊到储料台上，电液推杆工作，整体提升框架使框架上表面与储料台上表面相平，工人把钢管拨到进料辊台上后，电液推杆工作使框架整体下降，钢管正好落在滚动的传动辊棒上，被传送到热处理炉内。
21.经过氩气固溶后的钢管温度大概在250-300℃左右，这时候如果直接出炉，钢管遇到空气后，表面仍会发生氧化出现轻微的黄色氧化皮，所以要在氩气固溶段之后增加一段水冷箱加快其钢管的降温，钢管经过水冷箱段之后温度会降到180℃以下，这时候再出炉，钢管便不会发生氧化。
22.下料装置由出料辊台和集料筐组成，传送机构通过链条和齿轮带动传动辊棒转动，钢管被传动出水冷箱到达储料辊台上，电液推杆工作整体提升框架，框架抬起钢管并使钢管在平移链条的带动下横向移动到达集料筐。
23.进一步的，所述氩气固溶装置的入口和出口位置均安装设有温度检测装置。温度检测装置优选为测温热电偶，测温热电偶把氩气固溶装置两端的温度数据传输到控制器中，控制器自动分析和监控钢管的冷却速度，当钢管的冷却速度低于设定速度时，首先循环风机会增大电机的频率增加风机转速，提高氩气的循环量。如果循环风机的频率达到设定的最大值后仍然不能使降温速度达到目标值，那么控制器就会通过调节氩气补充管上的电动调节蝶阀来增大氩气的流量来增大喷冷口喷出氩气的速度和量，来达到目标冷却速度。
24.上述方案中，控制器可选为西门子1200型plc可编程控制器。
25.进一步的，热处理炉和氩气固溶装置的进出口两端均设有炉门，炉门内侧的顶壁均挂设密封帘，炉门可以通过电机上下运动调整开度，以此控制炉内压力，密封帘由不锈钢薄片制成，防止内外部气体交换，保证炉内无氧。
26.本发明还提供一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉的热处理方法，包括以下步骤：
27.s1、钢管沿长度方向由传送机构连续送入热处理炉中，钢管的不同部位先后在热处理炉中在氩气的保护下受热；
28.s2、钢管的已受热部分由传送机构连续送入氩气固溶装置中，上氩气喷冷机构和下氩气喷冷机构向钢管的上下表面同时喷出高压氩气，喷到钢管上被加热的氩气又被顶部的循环风机吸引流过列管式水冷换热器被重新降温，降温后的氩气又通过氩气循环管道经上氩气喷冷机构和下氩气喷冷机构再次喷向钢管表面，给其降温；
29.s3、氩气固溶装置的进出口的测温度检测装置把两端的温度数据传输到控制器中，控制器自动分析和监控钢管的冷却速度，当钢管的冷却速度低于设定速度时，首先循环风机会增大电机的频率增加风机转速，提高氩气的循环量；
30.如果循环风机的频率达到设定的最大值后仍然不能使降温速度达到目标值，那么
控制器就会通过调节氩气补充管上的电动蝶阀来增大氩气的流量来增大上氩气喷冷机构和下氩气喷冷机构喷出氩气的速度和流量，来达到目标冷却速度。
31.本发明提供的无氧连续固溶炉能够实现核电用不锈钢管无氧化连续固溶生产，大大提高了不锈钢固溶效率和产量。
32.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
33.1、本发明使用氩气作为保护气，可防止核电不锈钢管在加热时表面产生氧化皮，减少了酸洗和钝化两个后道工序，降低了生产成本同时避免了工序对核电不锈钢管物理化学性能的影响；
34.2、本发明使用氩气作为保护气，同时使用高压氩气代替水作为核电不锈钢管固溶的冷却介质，避免了水固溶使核电不锈钢管表面产生氧化；通过这种工艺的改变大大提高了核电不锈钢管的性能和表面质量；
35.3、本发明上料装置、热处理炉、氩气固溶装置、水冷箱和下料装置依次连接，为连续式炉设计，能够提高核电不锈钢管的产量；
36.4、该炉型能够实现核电用不锈钢管无氧化连续固溶生产，大大提高了不锈钢固溶效率和产量。
附图说明
37.图1为本发明氩气固溶装置的横截面图；
38.图2为本发明氩气固溶装置的纵截面图；
39.图3为本发明热处理炉的纵截面图；
40.图4为本发明加热单元的局部放大图；
41.图中：1、传送机构；2、炉体；3、上氩气喷冷机构；4、下氩气喷冷机构；5、支撑管；6、排污通孔；7、冷却水排污孔；8、三向连通管；9、循环风机；10、氩气循环管道；11、氩气补充管；12、列管式水冷换热器；13、挡板；14、换热器支撑导轨；15、循环水进口；16、循环水出口；17、燃气总管；18、空气总管；19、烧嘴；20、燃气支管；21、空气支管；22、比例阀；23、电动调节阀；24、手动蝶阀。
具体实施方式
42.下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
43.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶部”、“底部”、“内”、“外”、“水平”、“垂直”等指示的方位或位置关系为均基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
44.参考图1至图4，一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉，包括热处理炉、氩气固溶装置和传送机构1，所述热处理炉的出口与所述氩气固溶装置的入口连接，所述传送机构1为连续设置并且依次穿过所述热处理炉和所述氩气固溶装置；所述热处理炉和所述氩气固
溶装置的外侧均设有氩气总管道，所述热处理炉沿长度方向设有若干个连接所述氩气总管道的进气孔；所述氩气固溶装置包括炉体2，所述炉体2内位于所述传送机构1的上下两侧分别设有上氩气喷冷机构3和下氩气喷冷机构4，所述上氩气喷冷机构3和所述下氩气喷冷机构4均与所述氩气总管道连接。
45.上述方案的改进点和优点在于，将钢管通过热处理炉过程中，使用氩气作为保护气，在钢管受热后通过氩气固溶装置的过程中，使用氩气作为钢管固溶的冷却介质，使生产的钢管表面质量更好，缺陷更少，和用水固溶相比，钢管表面更加光亮。
46.选用氩气作为核电不锈钢管固溶的保护气和冷却介质是因其具有优良的特性，首先氩气是一种惰性气体，它非常稳定不会和核电不锈钢管中的任何组分发生反应，作为保护气能充分保证核电不锈钢管在加热时不被氧化，同时它也不会像n2一样渗入钢管表面使钢管表面发生轻微的渗氮从而使其性能发生改变，纯氩气的露点可达-51℃以下，是一种优良的保护气。
47.在一些实施例中，所述炉体2包括水冷壁，所述水冷壁包括由双层板体围成的冷却腔，所述双层板体之间焊接有若干个支撑管5，所述水冷壁外侧设有循环水进口15、循环水出口16；循环水出口16的冷却水经过冷却塔之后再循环水进口15流进冷却腔内循环，吸收带走热量；所述炉体2的底部的水冷壁设有上下贯穿的排污通孔6，所述炉体2的底部水冷壁的外侧设有连通所述冷却腔的冷却水排污孔7。
48.水冷壁用于加快带出炉体2内氩气的热量，实现快速固溶。
49.所述上氩气喷冷机构3和所述下氩气喷冷机构4均包括相对于所述传送机构1的传送方向延伸设置的喷冷口，所述喷冷口的朝向所述传送机构1的一侧开设有若干个喷冷小孔。
50.采用上下对喷的方式喷射氩气，使钢管的全部表面都能均匀的接触到氩气，并且使氩气停留足够的时间带走热量；通过设置喷冷小孔，使氩气能够均匀分散开来。
51.在一些实施例中，所述炉体2的顶部外侧固定设有三向连通管8，所述三向连通管8的三个端口分别连接循环风机9、氩气循环管道10和所述炉体2的顶壁，所述氩气循环管道10的另一端分为两支管伸入所述炉体2的内部并且分别连接所述上氩气喷冷机构3和所述下氩气喷冷机构4，所述氩气循环管道10还连接有氩气补充管11，所述氩气补充管11通过电动蝶阀连接所述氩气总管道；所述炉体2的内部位于所述上氩气喷冷机构3的上方可拆卸设有列管式水冷换热器12。
52.上述方案中，在氩气接触钢管，带走钢管表面热量，循环风机9对三向连通管8抽气，三向连通管8内为负压，吸取炉体2内的氩气，氩气在经过列管式水冷换热器12时被降温冷却，并输送到氩气循环管道10，重新喷射到钢管表面进行吸热。
53.进一步的，所述炉体2的顶部内壁连接有两个对称的挡板13，两个所述挡板13的下端均连接有换热器支撑导轨14，所述列管式水冷换热器12设于两个所述挡板13之间并且与所述换热器支撑导轨14滑动连接，所述列管式水冷换热器12一端伸出所述炉体2的侧壁并且连接盖板，所述盖板与所述炉体2密封连接。通过使列管式水冷换热器12采用类似抽屉滑动的方式进行拆装，便于维护和更换。
54.所述热处理炉的外侧设有燃气总管17、空气总管18和烟气总管，所述热处理炉的两个相对外侧壁均设有若干个加热单元，若干个所述加热单元呈上下交错布置；所述加热
单元包括贯穿所述热处理炉的侧壁的烧嘴19以及与所述烧嘴19连接的燃气支管20、空气支管21和烟气支管，所述燃气支管20连接有比例阀22，所述空气支管21依次连接有电动调节阀23和手动蝶阀24；每个所述加热单元的所述燃气支管20、所述空气支管21和所述烟气支管均分别汇总连接到所述燃气总管17、所述空气总管18和所述烟气总管。加热单元呈上下交错布置可以使炉内温度均匀，通过使烧嘴19和氩气的进气孔安装位于同一壁面，使钢管始终在氩气保护下受热。
55.所述热处理炉的入口连接上料装置，所述氩气固溶装置的出口连接有水冷箱，所述水冷箱连接有下料装置；所述传送机构1依次连续穿过所述上料装置、所述热处理炉、所述氩气固溶装置、所述水冷箱和所述下料装置。
56.上料装置由储料台和进料辊台组成，传送机构1通过链条和齿轮带动传动辊棒转动，钢管先被吊到储料台上，电液推杆工作，整体提升框架使框架上表面与储料台上表面相平，工人把钢管拨到进料辊台上后，电液推杆工作使框架整体下降，钢管正好落在滚动的传动辊棒上，被传送到热处理炉内。
57.经过氩气固溶后的钢管温度大概在250-300℃左右，这时候如果直接出炉，钢管遇到空气后，表面仍会发生氧化出现轻微的黄色氧化皮，所以要在氩气固溶段之后增加一段水冷箱加快其钢管的降温，钢管经过水冷箱段之后温度会降到180℃以下，这时候再出炉，钢管便不会发生氧化。
58.下料装置由出料辊台和集料筐组成，传送机构1通过链条和齿轮带动传动辊棒转动，钢管被传动出水冷箱到达储料辊台上，电液推杆工作整体提升框架，框架抬起钢管并使钢管在平移链条的带动下横向移动到达集料筐。
59.进一步的，所述氩气固溶装置的入口和出口位置均安装设有温度检测装置。温度检测装置优选为测温热电偶，测温热电偶把氩气固溶装置两端的温度数据传输到控制器中，控制器自动分析和监控钢管的冷却速度，当钢管的冷却速度低于设定速度时，首先循环风机9会增大电机的频率增加风机转速，提高氩气的循环量。如果循环风机9的频率达到设定的最大值后仍然不能使降温速度达到目标值，那么控制器就会通过调节氩气补充管11上的电动调节蝶阀来增大氩气的流量来增大喷冷口喷出氩气的速度和量，来达到目标冷却速度。
60.上述方案中，控制器可选为西门子1200型plc可编程控制器。
61.进一步的，热处理炉和氩气固溶装置的进出口两端均设有炉门25，炉门25内侧的顶壁均挂设密封帘26，炉门25可以通过电机上下运动调整开度，以此控制炉内压力，密封帘26由不锈钢薄片制成，防止内外部气体交换，保证炉内无氧。
62.本发明还提供一种不锈钢管氩气保护无氧连续固溶炉的热处理方法，包括以下步骤：
63.s1、钢管沿长度方向由传送机构1连续送入热处理炉中，钢管的不同部位先后在热处理炉中在氩气的保护下受热；
64.s2、钢管的已受热部分由传送机构1连续送入氩气固溶装置中，上氩气喷冷机构3和下氩气喷冷机构4向钢管的上下表面同时喷出高压氩气，喷到钢管上被加热的氩气又被顶部的循环风机9吸引流过列管式水冷换热器12被重新降温，降温后的氩气又通过氩气循环管道10经上氩气喷冷机构3和下氩气喷冷机构4再次喷向钢管表面，给其降温；
65.s3、氩气固溶装置的进出口的测温度检测装置把两端的温度数据传输到控制器中，控制器自动分析和监控钢管的冷却速度，当钢管的冷却速度低于设定速度时，首先循环风机9会增大电机的频率增加风机转速，提高氩气的循环量；
66.如果循环风机9的频率达到设定的最大值后仍然不能使降温速度达到目标值，那么控制器就会通过调节氩气补充管11上的电动蝶阀来增大氩气的流量来增大上氩气喷冷机构3和下氩气喷冷机构4喷出氩气的速度和流量，来达到目标冷却速度。
67.本发明提供的无氧连续固溶炉能够实现核电用不锈钢管无氧化连续固溶生产，大大提高了不锈钢固溶效率和产量。
68.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。