CN100387731C - 一种钢筋束流水淬火方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种钢筋的束流水淬火方法及装置,所述方法包括:使高温钢筋通过由多道束流水淬火段构件和多道鼠笼状排水段构件间隔而置构成的钢筋束流水淬火通道;使水流经由形成于钢筋束流水淬火段构件上的多道水流喷嘴,以与钢筋运动方向反向的斜向角度,高速冲向钢筋,进行束流水淬火工序,使钢筋快速降温,并将浮于表面的氧化铁屑冲刷脱离后,顺次进入鼠笼状排水段构件;进行上述束流水淬火多次;最后进入设置于所述束流水淬火通道的下游末端的压缩空气喷射段构件,阻挡水流随钢筋流动,将出口处的钢筋吹干。根据本发明的方法及装置,可获得具有较好的内在强度及表面刚性的同时,还具有理想的表面耐腐蚀性、与混凝土等建筑骨料的结合性能及表面外观性能等的建筑、工程等用的钢筋。

Description

一种钢筋束流水淬火方法及装置
技术领域
本发明涉及一种钢筋的淬火方法及装置,更具体的说,本发明涉及一种建筑、工程等用钢筋的束流水淬火方法及装置。
背景技术
为适应对钢筋的高强度、表面耐腐蚀性、表面刚性等建筑、工程用钢筋工艺性能的要求,通常,在建筑、工程等用的钢筋型材的热轧制造完成之后,需对所述钢筋表面进行冷水淬火处理,由此,获得建筑、工程等用的钢筋所需的内在高强度、表面耐腐蚀性、表面刚性等建筑、工程等用的钢筋工艺性能的要求。例如,在过去的一、二十年间,有人广泛使用了所谓的“水淬钢筋”作为建筑、工程等使用的钢筋。
“水淬钢筋”也即利用钢筋本身的余热回火,籍此造成钢筋表面为淬火后的回火组织。
余热处理钢筋的生产工艺如下。
生产余热处理钢筋时,利用轧制余热,在轧钢作业线上直接进行热处理。其基本原理是钢筋从轧机的成品机架轧出后,经冷却装置进行快速决面淬火,然后利用钢筋芯部热量由里向外自回火,并在冷床空冷至室温。该技术能有效地发挥了钢材的强度潜力,大幅度降低了合金元素用量。
余热处理钢筋的生产通常分三个阶段。第一阶段是钢筋表面淬火成马氏体。钢筋离开轧机后,进入冷却装置,表面温度急剧下降到马氏体转变温度(Ms)以下,钢材表面发生奥氏体向马氏体转变;第二阶段是自回火阶段。由于第一阶段快冷造成钢筋横截面上各点温差较大,心部热量将向表面层传导,形成马氏体的自回火,可得到回火马氏体或回火索氏体;第三阶段为钢筋的心部奥氏体转变阶段,钢筋在冷床空冷一段时间后,钢筋内外层温度趋于一致,并同时降温,钢筋心部将转变成铁素体和珠光体或索氏体或贝氏体组织。
余热处理钢筋在国外已广泛应用。其典型例子是英标460MPa级钢筋和英标BS4449钢筋。BS4449标准中只要求C≤0.25%、P、S≤0.05%,Ceq≤0.51%,没有规定具体的加入合金元素和成分范围。而国外企业生产英标钢筋一般是用碳素钢采用余热处理工艺,某国外企业产品质保书提供的钢筋化学成分范围为C≤0.25%、Mn≤0.80%,不添加其它合金元素。
另外,新加坡标准SS2:Part2中500MPa钢筋,加拿大标准G30.18中的400R、500R钢筋,美国ASTM A615/A615M标准中的60级(420MPa)、75级(520MPa)钢筋,德国标准DIN488/1中的BSt420S、BSt500S钢筋等都可采用余热处理工艺生产。
目前我国推广应用HRB400等高强度钢筋已是发展趋势,但生产HRB400钢筋的方法过于单一,尽管国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1998)规定可采用钒、铌、钛等微合金化元素,但是长期以来仍主要采用钒铁或钒氮合金微合金化工艺,一旦钒铁或钒氮合金价格大幅度增加,则生产成本急剧提高,严重影响了HRB400钢筋的推广应用。钒铁和钒氮合金涨价后,国内许多企业转而试制20MnSiNb钢筋,但真正大批量生产的企业并不多,原因是20MnSiNb钢筋的生产工艺和性能远不如20MnSiV钢筋稳定。批量生产20MnSiNb钢筋需解决钢筋屈服点不明显、屈服强度容易偏低、规格大于Ø25mm时屈服强度难以达到要求、连铸坯裂纹出现几率高、连铸坯易出现弯曲现象等问题。
又,国内有的企业组织试制过20MnTi钢筋,但至今没有企业稳定地批量生产这种钢筋,原因是一些生产技术问题还没有得到满意的解决。如:钛含量过低时,强度难以满足要求,而钛含量提高后,连铸时易产生蓄流,钛炼钢时的收得率很低且不稳定,钢筋的性能波动大等。
余热处理钢筋突出的优势在于节约资源效果非常显著,利用Q235类普碳钢或20MnSi钢筋通过余热处理就可生产400MPa级、460MPa级甚至500MPa级钢筋,不需要添加钒、铌、钛等微合金化元素,节约了合金资源。并且生产工艺简单、性能稳定可靠。国内有许多企业有大批量生产、出口英标460MPa级余热处理钢筋的经验,产品质量已得到国际市场的认可。
然而,以往,对建筑、工程等用的钢筋型材表面进行的冷水淬火处理系对所述钢筋进行不间断连续的流水冲淋,或仅在轧断钢筋时,对钢筋进行冲水激冷淬火,由此,虽然,可获得具有较好的内在强度及表面刚性的建筑、工程等用的钢筋,但针对不同合金及其含量要求的钢筋,要同时获得更理想的表面耐腐蚀性、性能稳定性、钢筋焊接时的低失强性及混凝土等建筑骨料的更理想的结合性能和表面外观性能等方面尚嫌不足。另外,上述“水淬钢筋”即,余热处理钢筋的车螺牙容易导致强度不足,以往的冲水激冷淬火方式容易使高强度合金钢筋的性能出现波动。
影响余热处理钢筋性能的主要工艺因素是:钢筋的终轧温度,自回火温度,冷却时间和冷却强度等。然而,根据以往对建筑、工程等用的钢筋型材表面进行的冷水淬火处理系对所述钢筋进行不间断连续的流水冲淋,或仅在轧断钢筋时,对钢筋进行冲水激冷淬火,由此,难以对淬火工序中的各个工艺参数作进一步的控制和调节,从而,无法进一步获得不同的钢筋性能。
鉴于上述情况,本发明的目的在于,提供一种建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置,根据本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及其装置,可以取代以往对建筑、工程等用的钢筋型材表面进行的不间断的连续流水冲淋,或冲水激冷淬火的功能的一次性水淬工艺,而是分段进行束流水淬火工序,以对淬火工序中的各个工艺参数作进一步的控制和调节,从而,进一步获得不同的钢筋性能,可在提高建筑、工程等用的钢筋的优异的内在高强度、表面高刚性的同时,进一步提高建筑、工程等用的钢筋的表面耐腐蚀性、与混凝土等建筑骨料的更理想的结合性能及表面外观性能。另外,可使高强度合金钢筋的淬火性能稳定。
发明内容
本发明的钢筋束流水淬火方法包括下述工序:
使高温的钢筋通过由多个束流水淬火段构件和多个鼠笼状排水段构件间隔而置构成的钢筋束流水淬火通道,间隔而置的束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件两两构成一个钢筋束流水淬火工作段,在钢筋束流水淬火段构件的通道侧内壁上开设有环状设置的多道水流喷嘴;
使水(淬火液)流经由上述多道水流喷嘴,以与钢筋运动方向反向的斜向角度,50-80m3/h的流量,0.8-1.2Mpa的压强送至束流水淬火通道内,冲向通过的钢筋,进行束流水淬火;
使进行上述束流水淬火的钢筋在不到一秒钟的时间里降温100-150℃,并将浮于表面的氧化铁屑冲刷脱离后,进入鼠笼状排水段构件,由此完成第一道束流水淬火工序;
完成上述第一道束流水淬火工序的钢筋顺次进入分别由下道束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构成的束流水淬火工作段,进行如同上述的束流水淬火工序;
所述钢筋在进行多道上述束流水淬火工序之后,进入设置于所述束流水淬火通道下游末端的末段压缩空气喷射段构件,籍由压缩空气,阻挡水流随钢筋流动,将出口处的钢筋吹干。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述钢筋束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构件的二端分别采用喇叭形导入端口。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述形成于第一道钢筋束流水淬火段构件上环状设置的水流喷嘴设置多排。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述形成于第一道钢筋束流水淬火段构件上的水流喷嘴的喷水孔尺寸为1-8mm。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述钢筋的终轧温度,即开始进入第一段束流水淬火工作段的钢筋温度控制在1200±200℃。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述钢筋通过束流水淬火工作通道的速度为2-15m/s。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述钢筋通过束流水淬火工作通道的速度为6-10m/s。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,设置于所述束流水淬火通道下游末端的末段压缩空气喷射段构件的压缩空气压为0.6Mpa。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述束流水淬火工作段的水流压力为1.5±0.3Mpa(15±3kgf/cm2),水流速度为65±5m3/h。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火方法,所述束流水淬火工作段总长度可控制在2.5-3.2m,每一段束流水淬火工作段长度控制在0.4-1m。
根据本发明的钢筋束流水淬火方法,可对上述第一阶段中因钢筋表面淬火的马氏体的形成、第二阶段的自回火阶段中马氏体的自回火及第三阶段中钢筋的心部奥氏体的转变过程和程度作出适当的控制和调节,以获得不同的钢筋性能,或在提高建筑、工程等用的钢筋的优异的内在高强度、表面高刚性的同时,进一步提高建筑、工程等用的钢筋的表面耐腐蚀性、与混凝土等建筑骨料的更理想的结合性能及表面外观性能。另外,可提高钢筋的车螺牙强度,稳定高强度合金钢筋的性能。
本发明的钢筋束流水淬火装置包括:由多个束流水淬火段构件和多个鼠笼状排水段构件间隔而置构成的钢筋束流水淬火通道,间隔而置的束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件两两构成一个钢筋束流水淬火工作段,设置于所述束流水淬火通道下游末端的压缩空气喷射段构件及设置于所述束流水淬火通道下方、用于水流运行的工作水箱,所述束流水淬火段构件的通道侧内壁上开设有环状设置的水流喷嘴,其设置角度与钢筋流向成一斜向,以使水流以与钢筋运动方向反向的斜向角度高速冲向通过束流水淬火通道内的钢筋。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的所述多道束流水淬火段构件和多道鼠笼状排水段构件的设置顺序为:束流水淬火段构件-鼠笼状排水段构件-束流水淬火段构件-鼠笼状排水段构件-束流水淬火段构件-鼠笼状排水段构件-束流水淬火段构件-鼠笼状排水段构件-压缩空气喷射段构件。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件的二端采用喇叭形导入端口。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的所述束流水淬火段构件上的喷水孔成多排的环状设置。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的所述压缩空气喷射段构件设置二段。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的所述束流水淬火段构件上的喷水孔成二排的环状设置。
优选的是,本发明的钢筋束流水淬火装置的所述束流水淬火段构件上的喷水孔孔径为1-8mm。
优选的是,根据本发明的钢筋束流水淬火装置,所述束流水淬火工作段总长度可控制在2.4-3.2m,每一段束流水淬火工作段长度控制在0.4-1m。
附图说明
图1所示为本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置的示意图。
图2所示为本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置的钢筋束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件的构成示意图。
图3所示为本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置的钢筋束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件的立体示意图。
图4所示为本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置的束流水淬火段构件在喷水口处的截面示意图。
图中,1为所述束流水淬火方法及装置的束流水淬火段构件,2为鼠笼状排水段构件,3为压缩空气喷射段构件,4为水箱,5为鼠笼状排水段构件二端的喇叭状端口,6为束流水淬火段构件的喷水用水腔,7为束流水淬火段构件的喷水入水口,8为束流水淬火段构件二端的喇叭状端口,9为束流水淬火段构件的环状喷水口,10为鼠笼状排水段构件的鼠笼状结构,11为水箱的支持架,12为钢筋,13为钢筋束流水淬火通道。
具体实施方式
以下,参照实施例和附图,就本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置作具体说明。
实施例1
在本实施例中,对建筑、工程等用的螺纹钢筋进行束流水淬火。
如图1所示,所述束流水淬火方法及装置将4道束流水淬火段构件1和4道鼠笼状排水段构件2构成钢筋束流水淬火通道,如图1所示,建筑、工程等用的螺纹钢筋12从右向左运行,由束流水淬火段构件1的喇叭状端口8进入第一道钢筋束流水淬火段构件。所述钢筋束流水淬火段构件1和多道鼠笼状排水段构件2互为间隔而置。第一道束流水淬火工作段长度在0.6-0.8m,第二道束流水淬火工作段长度在0.6-0.8m,第三道束流水淬火工作段长度在0.4-0.6m,第四道束流水淬火工作段长度在0.4-0.6m,4道束流水淬火工作段总长度在2.4-2.8m。鼠笼状排水段构件2的每段长度在0.2-1m。
进入第一道钢筋束流水淬火段构件的螺纹钢筋12在此经束流水淬火后,再进入第一道鼠笼状排水段构件。然后,顺次进入第二道、第三道及第四道束流水淬火段构件-鼠笼状排水段构件。最后进入设置于所述束流水淬火通道的下游末端的末段的压缩空气喷射段构件3。籍此使用压缩空气,像空气幕墙一样阻挡水流随钢筋流动,增加水与钢筋的摩擦力,并将出口处的钢筋吹干。
如图1、图2及图3所示,所述钢筋束流水淬火段构件设有多道环状水流喷嘴7,水流由此以与钢筋运动方向反向的一定斜向角度高速冲向通过的钢筋,所述斜向角度为相对于钢筋流向轴线的30-60度。通过夹在两段构件钢筋束流水淬火段构件之间的鼠笼状排水段构件2,使来自束流水淬火段构件1的冷却水排到下面的工作水箱4。
如图2及图3所示,为保证待淬火的建筑、工程等用的螺纹钢筋在所述束流水淬火装置的由钢筋束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构成的束流水淬火通道内顺畅地通过,本发明的建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火装置的钢筋束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构件的二端分别采用喇叭形导入端口5和8。所述束流水淬火段构件上设置有与喷水孔及入水口连接的喷水用水腔6。
如图4所示,本实施例的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及装置的所述束流水淬火段构件上的喷水孔成一排的环状设置。所述喷水孔尺寸为1-8mm。
为保证待淬火的建筑、工程等用的螺纹钢筋在所述束流水淬火方法及装置中得到充分、均匀的淬火,除了设置于所述由钢筋束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构成的束流水淬火通道下的工作水箱之外,还设置有主水箱和循环水箱(未图示)。
为配合大水量、高水压和1150℃钢筋冷却的需要,主水箱的容水量必须大于12m3。通过多级高压水泵,将水以50-80m3/h的流量,0.8-1.2Mpa压强送到束流通道,在不到一秒钟的时间里,强迫钢筋降温100℃左右,并将浮于表面的氧化铁屑冲刷脱离,使表面光洁。
根据本发明实施例1的建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火方法及装置,另需配置6m3/min空压机二台。此外,使用一组24只球阀,用来控制水流和气流的流量。
夹在两段钢筋束流水淬火段构件之间的鼠笼状排水段构件将水排到下面的工作水箱,通过管道,水流入循环水箱。
在循环水箱里设置了两道过滤网,将过滤掉铁渣的水用污水泵再经过过滤器抽回主水箱,主水箱内也设置了三道过滤网,进一步过滤,由多级水泵送水到束流通道,以保护水泵和钢筋表面质量。
根据本发明实施例1的建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火方法及装置,所述钢筋的终轧温度,即开始进入第一段束流水淬火工作段的钢筋温度控制在1000-1200℃。钢筋在所述束流水淬火通道内的通过速度为10-15m/s。束流水淬火工作段的水流压力为1.5±0.3Mpa(15±3kgf/cm2),水流速度为65±5m3/h,水温低于室温+5℃。
由此,可以在不到一秒钟的时间里,强迫通过一段束流水淬火段构件的钢筋降温100℃左右,并将浮于表面的氧化铁屑冲刷脱离,使表面光洁。在实施例1中,重复4道经由束流水淬火段构件的冷却、淬火、及对表面的氧化铁屑冲刷脱离处理,再经设置于束流通道的末端的压缩空气冲刷。所述压缩空气压力为0.6-0.8Mpa,压缩空气用量:10-15m3/min。
从而,根据上述处理加工,可获得具有较好的内在强度及表面刚性的建筑、工程等用的钢筋的同时,获得更理想的表面耐腐蚀性、与混凝土等建筑骨料的更理想的结合性能及表面外观性能。
另外,在实施例1中,采用了全自动的电控设计,用电磁阀控制压缩空气,用电动球阀控制水流,用旁路阀和管道阀控制水流量,单键启动,操作简单,可以做到无人操作。
实施例2
除了在束流通道的末端设置了两道压缩空气喷口,所述束流水淬火段构件上的喷水孔成二排的环状设置,所述束流水淬火段构件上的喷水孔孔径为3-5mm之外,其他如同实施例1,构成建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火装置。
实施例3
除了所述钢筋开始进入第一段束流水淬火工作段的钢筋温度为1200-1400℃,钢筋在所述束流水淬火通道内的通过速度为2-6m/s之外,其他如同实施例1,构成建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火装置。
实施例4
除了所述钢筋开始进入第一段束流水淬火工作段的钢筋温度为1200-1300℃,钢筋在所述束流水淬火通道内的通过速度为6-10m/s之外,其他如同实施例1,构成建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火装置。
实施例5-实施例6
除了第一-二道束流水淬火工作段长度都在0.6-0.8m,第三-四道束流水淬火工作段长度都在0.8-1.0m,4道束流水淬火工作段总长度在2.8-3.2m,鼠笼状排水段构件2的每段长度在0.5-1m之外,其他如同实施例2、实施例4,分别构成建筑、工程等用的螺纹钢筋的束流水淬火装置。
根据本发明的建筑、工程等用的钢筋的束流水淬火方法及其装置,可以取代以往对建筑、工程等用的钢筋型材表面进行的不间断的连续流水冲淋,或冲水激冷淬火的功能的一次性水淬工艺,而是分段进行束流水淬火工序,以对淬火工序中的各个工艺参数作进一步的控制和调节,从而,进一步获得不同的钢筋性能,籍此,可在提高建筑、工程等用的钢筋的优异的内在高强度、表面高刚性的同时,进一步提高建筑、工程等用的钢筋的表面耐腐蚀性、与混凝土等建筑骨料的更理想的结合性能及表面外观性能。另外,可提高钢筋的车螺牙强度,稳定高强度合金钢筋的性能。根据本发明的钢筋束流水淬火方法及其装置获得的钢筋已广泛用于建筑、工程等。

Claims (8)

1.一种钢筋束流水淬火方法,其特征在于,所述方法包括下述工序:
使高温的钢筋通过由1-4个束流水淬火段构件和1-4个鼠笼状排水段构件间隔而置构成的1-4道钢筋束流水淬火通道,间隔而置的束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件两两构成一个钢筋束流水淬火工作段,在钢筋束流水淬火段构件的通道侧内壁上开设有环状设置的多道水流喷嘴;
使水流经由上述多道水流喷嘴,以与钢筋运动方向反向的斜向角度,50-80m3/h的流量,0.8-1.2Mpa的压强送至束流水淬火通道内,冲向通过的钢筋,进行束流水淬火,所述钢筋通过束流水淬火通道的速度为2-15m/s;
使进行上述束流水淬火的钢筋在不到一秒钟的时间里降温100-150℃,并将浮于表面的氧化铁屑冲刷脱离后,进入鼠笼状排水段构件,由此完成第一道束流水淬火工序;
完成上述第一道束流水淬火工序的钢筋顺次进入分别由下道束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件构成的束流水淬火工作段,进行如同上述的束流水淬火工序;
所述钢筋在进行多道上述束流水淬火工序之后,进入设置于所述束流水淬火通道下游末端的末段压缩空气喷射段构件,籍由压缩空气,阻挡水流随钢筋流动,将出口处的钢筋吹干。
2.如权利要求1所述的钢筋束流水淬火方法,其特征在于,所述束流水淬火工序进行3-4道。
3.如权利要求1所述的钢筋束流水淬火方法,其特征在于,所述束流水淬火工作段总长度可控制在2.5-3.2m,每一段束流水淬火工作段长度控制在0.4-1m。
4.一种钢筋束流水淬火装置,其特征在于,所述钢筋束流水淬火装置包括:由1-4个束流水淬火段构件和1-4个鼠笼状排水段构件间隔而置构成的1-4道钢筋束流水淬火通道,间隔而置的束流水淬火段构件和鼠笼状排水段构件两两构成一个钢筋束流水淬火工作段,设置于所述束流水淬火通道下游末端的压缩空气喷射段构件及设置于所述束流水淬火通道下方、用于水流运行的工作水箱,所述束流水淬火段构件的通道侧内壁上开设有环状设置的水流喷嘴,其设置角度与钢筋流向成一斜向,以使水流以与钢筋运动方向反向的斜向角度高速冲向通过束流水淬火通道内的钢筋,所述束流水淬火段构件上的喷水孔孔径为1-8mm。
5.如权利要求4所述的钢筋束流水淬火装置,其特征在于,所述束流水淬火工作段构件设置3-4道。
6.如权利要求4或5所述的钢筋束流水淬火装置,其特征在于,所述压缩空气喷射段构件设置二段。
7.如权利要求4所述的钢筋束流水淬火装置,其特征在于,所述束流水淬火段构件及鼠笼状排水段构件的二端采用喇叭形导入端口。
8.如权利要求4所述的钢筋束流水淬火装置,其特征在于,所述束流水淬火工作段总长度可控制在2.5-3.2m,每一段束流水淬火工作段长度控制在0.4-1m。
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