CN100370038C - 钢丝韧化处理方法和设备 - Google Patents
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Abstract
使至少一根钢丝韧化的方法，该方法包括：将所述至少一根钢丝的温度提高到钢材的奥氏体化的温度(25)；通过所述至少一根钢丝穿过至少一个冷却液幕使达到所述奥氏体化温度的所述至少一根钢丝在液体介质(30)中急速冷却，冷却液在冷却液幕中具有与至少一根钢丝的行进方向基本垂直的湍流，得到一个在奥氏体温度以下和马氏体转化温度以上的冷却温度；使所述至少一根钢丝等热保持在珠光体转化温度下(31)，该方法的特征在于另外包括：在大量的冷却液中以向上引导的方式注入带压气泡，并且所述气泡带动所述液体，以形成所述的按上升湍流的冷却液幕形式；调节上述一系列冷却液幕的数量，以便通过所述液体介质的冷却得到要在等温保持阶段保持的珠光体转化温度，该温度作为冷却温度；并且液体介质冷却后直接进行所述等温保持。
Description
技术领域
本发明涉及一种至少一根钢丝的韧化处理方法和设备，这种方法和设备包括：
-将所述至少一根钢丝的温度提高到钢材的奥氏体化的温度，
-通过使所述至少一根钢丝穿过至少一个冷却液幕——所述冷却液在所述冷却液幕中具有与至少一根钢丝的行进方向基本垂直的湍流，使达到所述奥氏体化温度的所述至少一根钢丝在液体介质中急速冷却，并得到一个在奥氏体温度以下和马氏体转化温度以上的冷却温度；
-使所述至少一根钢丝等热保持在珠光体(perlitique)转化温度下，直到转化结束。
背景技术
人们长时间以来就知道用于使钢丝淬火以便得到这种转化的钢丝冷却液。
例如可以举出包括等温淬火的钢丝韧化处理，也就是使被带到奥氏体温度的钢丝快速冷却到一个形成珠光体的区域，钢丝或多或少等温地保持在这个区域，以便保证奥氏体基本完全转化。
人们知道使用铅浴液或熔盐浴液的方法，要冷却的钢丝浸在这些浴液中。由于有毒和对环境危险的原因，这些非常有效的方法目前被禁止。
人们还知道使用水淬火液的方法。在浸入一个这样的具有层流而不是湍流的水浴液的过程中，要冷却的钢丝周围形成一个蒸汽薄膜(例如见EP-A-0216434)。这个蒸汽膜是绝热的，因此延缓了冷却。
为了合理控制冷却的强度和速度并尽可能使钢丝在它们的珠光体转化过程中保持等温，已经提出使钢丝穿过几个层流的水槽，每次都在要冷却的钢丝周围形成一个蒸汽膜，并且在不同水浴之间在蒸汽膜消失的过程中交替使用一次空气冷却(例如见EP-B-0 524 689)。这种方法具有技术上非常难以实施并且难以计算以便正确确定钢丝什么时候达到所需的温度以及珠光体转化期间如何近似保持在同一个温度的缺点。
也已经考虑到使要韧化处理的钢丝在一个冷却槽中通过，然后一旦达到所需的温度，就将钢丝从槽中取出，并放在一个在冷却槽以上的活动温度保持室中(见BE-A-838796)。钢丝就在这个室中发生珠光体转化。这里钢丝也浸在一个层流浴液中，这就需要使用昂贵的或有毒的液体，如熔化盐。用水作为冷却液在这种方法中是不适用的，因为在穿过浴液的过程中不能避免在要冷却的钢丝周围形成蒸汽膜。
需要指出的是，所有这些符合现有技术的液体浴都需要一个消耗许多能量的液体泵送系统。
最后人们了解一种分三个连续阶段冷却的钢丝韧化方法。在第一阶段，将一种高压液体喷射在钢丝上，在第二阶段，进行带有外来能量的轻微气相加热，最后，在第三阶段，将钢丝等温保持在通过再加热进行调节的温度下(见BE-A-832391)。这种方法特别适用于截面非常大的钢丝，因此需要一个复杂的设备，并需要消耗能量，以便能够调节进行珠光体转化的保持温度，以及进行高压水的喷射。
发明内容
本发明的目的是建立一种可以克服上述缺点并且严格控制钢丝韧化的简单便宜的方法和设备。
通过一种开始时描述的至少一根钢丝的韧化方法解决本发明的问题，这种方法另外包括：
-在大量的冷却液中以向上引导的方式注入带压气泡，并且所述气泡带动所述液体，以形成所述的按一上升湍流的冷却液幕形式，
-调节上述一系列冷却液幕的数量，所述冷却液幕的数量被确定用于通过所述液体介质的冷却得到要在等温保持阶段保持的珠光体转化温度，该转化温度作为上述冷却温度，以及
-直接在液体介质中冷却之后，进行所述等温保持。
这种方法的优点是冷却液与钢丝之间的接触是直接的，不会在钢丝周围形成一个显然对热交换不利的蒸汽膜。由于钢丝行进速度与每个冷却液幕每个与钢丝行进方向垂直的的流动速度相结合，冷却液没有时间在钢丝周围形成一个蒸汽膜，因此液体-钢丝的热交换仍然非常好。同时该方法还具有可以通过简单地确定所需冷却液幕的数量而在任何需要的温度下停止冷却的优点。在钢丝韧化的情况下，这一点特别重要，在这种情况下，需要避免淬火太快，淬火太快会在钢材中出现马氏体，这在大多数情况下是需要避免的。因此，根据钢丝行进的速度和冷却液的流动速度以及要冷却的钢丝的直径简单调节穿过的冷却液幕的数量就足够了。这种调节很简单，因为只需停止多余的冷却液幕或使需要的冷却液幕投入运行以便达到所需的温度即可。最后，由于可以根据本发明调节液体介质冷却的温度，该方法可以避免任何气体介质的冷却和加热，气体介质的冷却和加热具有使钢丝的温度失去控制的固有危险。
根据本发明的一个实施例，该方法包括从上述冷却液幕的底部沿按照上升湍流进行的喷射。以一个连续喷泉的方式带压喷射冷却液，因此非常湍急。另外，带有向上湍流的冷却液幕有一个顶部，因此该方法另外包括一个从所述顶部和每个带有向上湍流的冷却液幕的至少一侧的带有湍流的液体瀑布，所述至少一根钢丝穿过这个瀑布。因此，当实现这种喷泉时，钢丝可以穿过三个连续的带有湍流的液体流，一个上升的液流和二个下降的液流，这就使随之进行的冷却非常有效。
在冷却液中向上喷射带压气泡，并且所述气泡带动所述液体，以形成所述的按上升湍流喷射的冷却液幕的形式。其中最好使用对钢惰性的气体，特别是空气。带压气泡带动冷却液，并同时使冷却液的流动成为湍流，这有利于需要的直接热交换。另外，通过气泡进行的向上喷射不需要消耗昂贵的能量，并且避免任何冷却液泵送系统。
冷却液可以是任何适当的液体，水、液体盐、聚合物、油，特别是水，因为符合本发明的方法可以克服现有技术中使用水遇到的所有缺点。
因此该方法是一种简单并且便于控制和调节的方法，该方法可以只消耗无污染并且便宜的材料，即压缩空气和冷却水。
与符合本发明的方法有关的其它特征在于：
-来自两个相邻冷却液幕的顶部的所述湍流液体瀑布在所述至少一根钢丝行进处至少部分交叉；
-所述冷却液是水；
-所述要韧化的钢丝截面直径小于15mm；
-所述气泡的压力大于由大量冷却液形成的液柱压力；
本发明还涉及一种实施符合本发明的方法的设备。这种设备包括：
-所述至少一根钢丝的奥氏体化炉，
-所述至少一根钢丝的行进驱动装置，
-至少一个冷却液幕的喷射装置，所述冷却液在所述冷却液幕中具有基本与至少一根行进着的钢丝垂直的湍流，用于在液体介质中将至少一根钢丝冷却到所述位于奥氏体温度以下和马氏体转化温度以上的冷却温度，
-一温度保持室，用于已经达到珠光体转化温度的钢丝，
根据本发明，该设备另外包括：
-一装有所述冷却液的槽，所述槽位于所述至少一根行进钢丝的下面，
-喷射装置，其在所述冷却液中以向上引导的方式注入带压气泡，并且所述气泡以按上升湍流喷射的所述冷却液幕形式带动所述液体，
-连续的冷却液幕数量的调节装置，用于调节所述至少一根行进钢丝穿过的连续的冷却液幕数量，以便达到作为冷却温度的珠光体转化温度，
-温度保持室直接设置在相对于所述至少一根钢丝行进方向的最下游的冷却液幕的出口处。
当然也可以设置一个位于行进钢丝上面的槽，因此冷却液的瀑布或喷射从上面进行。
根据本发明的一个改进实施例，温度保持室的安装使其能够根据投入使用的液幕的数量在槽的上面水平移动。
与符合本发明的设备有关的其它特征在于：
-在所述至少一根行进着的钢丝之上，还包括偏导装置，所述偏导装置使所述液幕的上升湍流向每个液幕的至少一侧偏转，以便从所述偏导装置起形成至少一个湍流液体瀑布，穿过所述液体瀑布行进着所述至少一根钢丝；
-所述温度保持室安装成使其可以根据投入使用的液幕的数量在所述槽的上面水平移动。
附图说明
通过下面参照附图进行的非限定描述可以了解本发明的其它细节。
图1表示一台在符合本发明的韧化方法中使用的钢丝冷却设备的纵向剖面图。
图2表示图1的俯视平面图。
图3表示一台使用本发明所述方法的钢丝韧化设备的示意图。
具体实施方式
为了描述不同的图，参照一台水冷却设备。这个描述也适用于通过其它冷却液进行冷却。
图1、2中有一个装冷却水2的槽1。一根或几根钢丝3沿箭头4指示的方向在槽1的上面行进，这些钢丝的直径最好小于15mm。参考数字23和24示意性地表示行进驱动设备。水通过一个入口5提供，通过一个溢出管6从上面排出。所示槽中水柱的压力大约等于750mm水柱(7350Pa)。溢出管6可以通过一个未示的热交换器与一个下入口5’连通，使冷却水循环。
水槽还包括上升水幕的喷射装置。这些喷射装置包括位于水槽底部的互相平行并与钢丝的行进方向垂直的空气提供管7-9。这些管子的每一个穿过水槽中的相应开口并通过接头10-12与一个分配管13连接，通过一个风扇14给分配管13提供带压空气。每个接头10-12上设有一个堵塞阀22，堵塞阀22可以调节管子7-9的带压空气的供应并根据需要使管子7-9投入运行或停止使用。
在所示的例子中，供气管7-9钻有孔眼，因此在水槽中提供带压气泡。在每个管子7-9的上面，二个引导板15、16被水槽的侧壁38、39支撑，以便从水槽一侧到另一侧。引导板位于水面以上的上端分开很少，因此形成一个窄的出口缝隙。引导板15、16位于它们的供气管稍微下面一点的下端分开的距离显然大于它们的顶部。因此引导板形成一个在二个平面之间的屋顶形空间，气泡从这个空间用力向上。气泡的压力只是稍微大于水柱的压力，例如在图中所示的情况下压力约为1000mm水柱(9806Pa)，气泡在它们上升的过程中带动水槽的水，并向上排出一个湍流水幕17。水幕17的顶部可以分成二部分，并形成二个湍流水瀑布18和19，要冷却的钢丝必须也穿过这二个瀑布。
成对引导板15、16可以在它们的序列中足够靠近，使二个相邻水幕的瀑布可以交叉。这样，钢丝连续在水中行进，因此始终不可能在钢丝周围形成一个水蒸汽的薄膜。
在有些情况下可以考虑一个向上盖住水槽的盖子20，盖子20有一些偏导器21，用于引导瀑布18和19的方向。
图3示意性地表示一台钢丝韧化设备。这台设备在钢丝冷却前包括一个钢丝加热装置，例如专利申请WO 01/73141中描述的。这里加热装置由一个有流化床(lit fluidisé)的炉子25构成，一层钢丝26在炉子25中沿行进方向27连续行进。钢丝从这个炉子出来的温度为奥氏体化的温度，例如约为950℃，然后钢丝进入一个温度均衡装置28，在这个装置中保持得到的钢丝温度，在所示的情况下，温度保持通过炉子25的燃烧后气体的循环进行，循环通过管子29进行。在装置28中完成碳的溶解(渗碳体)，然后钢丝进入符合本发明的冷却设备30。
可以理解的是，加热装置和温度保持设备对本发明不是至关重要的，因此它们可以以任何适当的方式进行布置，以便得到一根在奥氏体化温度的钢丝。
例如图1、2中的冷却设备30可以形成几个上升的湍流水幕，钢丝层26穿过这些水幕，不需要使钢丝偏转。在所示的例子中只有十个水幕投入使用，而水槽可以形成二十个水幕。
钢材冷却时，很快达到与所需质量相对应的产品温度是非常重要的，并且如果可能在钢材进入S形曲线前达到这个温度，这个曲线叫做TTT(转化、温度、时间)曲线，以便能够沿一个等温线穿过这些曲线。所示钢丝韧化时，钢丝被前十个水幕迅速冷却到一个低于奥氏体温度并高于马氏体温度的温度，特别是在500-680℃之间，例如约为580℃。
钢丝在这个温度下面对S形曲线的突出部分，即在相当于穿过这些曲线的最小保温时间的温度，这样可以避免可能影响钢材结构的紊乱。
在符合图3的实施例中设有一个可以水平移动的钢丝温度保持室31，如比利时专利BE-A-838796中描述的。这里温度保持室31通过一些滚轮33支撑在一个台子32上。它的入口34在槽30和钢丝层的上面移动，直到从钢丝行进的方向看正好在最后一个投入使用的水幕的后面。钢丝层在此处通过传送轮35和36偏移，穿过温度保持室31，例如通过电阻37使钢丝保持在穿过最后一个水幕后的温度，例如580℃。在这个时刻，由于钢丝的行进速度和通过与水幕的热交换得到的快速冷却，钢材最好还没有达到所述的S形珠光体转化曲线。因此可以以等热的方式穿过这些曲线，转化开始时的瞬时温度可以稍微提高，例如达到600℃，这样脱离与冷却液的接触，并且没有在一种气体介质中冷却或再加热的中间阶段。
这样通过水幕得到的快速冷却在需要的温度下停止，根据投入使用的水幕的数量达到这个温度。
例如如果要处理的钢丝的直径更小或更大，或者对于某种原因它们的行进更慢或更快，只需减少或增加要投入使用的水幕数量即可。
当然，本发明不局限于上面描述的实施例，并且可以对其进行修改，而不超出下面给出的权利要求的范围。
Claims (9)
1.使至少一根钢丝韧化的方法，该方法包括：
-将所述至少一根钢丝的温度提高到钢材的奥氏体化的温度，
-通过使所述至少一根钢丝穿过至少一个冷却液幕--所述冷却液在所述冷却液幕中具有与至少一根钢丝的行进方向基本垂直的湍流，使达到所述奥氏体化温度的所述至少一根钢丝在液体介质中急速冷却，并得到一个在奥氏体温度以下和马氏体转化温度以上的冷却温度，
-使所述至少一根钢丝等热保持在珠光体转化温度下，直到转化结束，
该方法的特征在于另外包括
-在大量的冷却液中以向上引导的方式注入带压气泡，并且所述气泡带动所述液体，以形成所述的按上升湍流喷射的冷却液幕形式，
-调节上述一系列冷却液幕的数量，所述冷却液幕的数量被确定用于通过所述液体介质的冷却得到要在等温保持阶段保持的珠光体转化温度，该转化温度作为上述冷却温度，以及
-直接在液体介质中冷却之后，进行所述等温保持。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上升湍流冷却液幕有一顶部；并且，该方法另外包括--从每个上升湍流冷却液幕的所述顶部和至少一侧出发--一湍流液体瀑布，所述至少一根钢丝另外还穿过这个瀑布行进。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，来自两个相邻冷却液幕的顶部的所述湍流液体瀑布在所述至少一根钢丝行进处至少部分交叉。
4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却液是水。
5.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述要韧化的钢丝截面直径小于15mm。
6.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述气泡的压力大于由大量冷却液形成的液柱压力。
7.实施如权利要求1至3中任一项所述的设备，该设备包括：
-一奥氏体化炉(25)，其将所述至少一根钢丝奥氏体化，
-所述至少一根钢丝(3；26)的行进驱动装置(23、24)，
-至少一个冷却液幕的喷射装置(7-9，14，15，16)，所述冷却液在所述冷却液幕中具有基本与至少一根行进着的钢丝垂直的湍流，用于在液体介质中将至少一根钢丝冷却到所述位于奥氏体温度以下和马氏体转化温度以上的冷却温度，
-一温度保持室(31)，用于已经达到珠光体转化温度的钢丝，
该设备的特征在于另外包括：
-一装有所述冷却液的槽(1)，所述槽(1)位于所述至少一根行进钢丝(3；26)的下面，
-喷射装置，其在所述冷却液中以向上引导的方式注入带压气泡，并且所述气泡以按上升湍流喷射的所述冷却液幕形式带动所述液体，
-连续的冷却液幕数量的调节装置(22)，用于调节所述至少一根行进钢丝穿过的连续的冷却液幕数量，以便达到作为冷却温度的珠光体转化温度，
-温度保持室直接设置在相对于所述至少一根钢丝行进方向的最下游的冷却液幕的出口处。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，在所述至少一根行进着的钢丝之上，还包括偏导装置(20、21)，所述偏导装置(20、21)使所述液幕的上升湍流向每个液幕的至少一侧偏转，以便从所述偏导装置起形成至少一个湍流液体瀑布，穿过所述液体瀑布行进着所述至少一根钢丝。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述温度保持室(31)安装成使其可以根据投入使用的液幕的数量在所述槽(1)的上面水平移动。
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