CN101016579A - 一种高强度重型钢轨头部的热处理系统 - Google Patents

一种高强度重型钢轨头部的热处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高强度重型钢轨头部的热处理系统。该系统由加热系统和冷却系统组成，加热系统采用帽型双频感应加热装置；冷却系统为：进风管外接风源，进风管通过电磁调节阀2、过滤器4与冷冻式压缩空气干燥机6的进风口相通，出风管的一端与冷冻式压缩空气干燥机6的出风口相通，另一端通过电磁调节阀8与喷风装置10相通；电磁调节阀5的进、出口通过风管分别与冷冻式压缩空气干燥机6的进、出口相通的风管相通。PLC控制器3的输出端分别与冷冻式压缩空气干燥机6和四个电磁调节阀2、5、7、8电连接。本发明具有冷却介质单一、冷却均匀、操作简便、自动化程度高、产品质量好、热处理工艺稳定的特点。

Description

一种高强度重型钢轨头部的热处理系统
技术领域
本发明属于重型钢轨热处理装置。尤其涉及一种高强度重型钢轨头部的热处理系统。
背景技术
目前，有关高强度重型钢轨的热处理技术主要方式有“先风后雾”和“先风冷后水冷”等淬火热处理工艺方法，这两种热处理工艺方法在重轨加热过程完成后，都要先用压缩空气慢速冷却一段时间，然后用喷雾或喷水的方式加速冷却，这两种钢轨热处理工艺技术存在如下不足：
1、风冷过程中的冷却介质(风)由工业压缩空气形成，如“生产高强度钢轨的热处理方法和装置”(ZL88105864)专利技术，就是将轧制成型的钢轨进行预热、加热、空冷、压缩空气冷却、雾冷却和控制变形处理。在工业生产过程中，压缩空气与所用空气、生产季节时间和环境温度的影响密切相关，其温度和湿度常常是变化不定的，给高强度重型钢轨的热处理带来了极大的干扰和难以控制；
2.雾是水与空气的产物，受空气压力和水流量波动的影响，作为加速冷却介质存在导热性能不稳定和热能挥发紊流现象，导致热处理过程喷雾冷却的“踹气”现象难以克服。如“钢轨热处理方法和装置”(ZL 92113263.8)专利技术就是如此；虽然水的导热冷却性能较雾气好，但是水的不易挥发性在高热降温时产生大量雾气，使得热能难以快速通过挥发交换出去而降低热处理的效率，同时水的温度是随着季节、生产时间和工况的变化而变化的，也是不稳定的冷却介质，常常导致热处理不够或过度，严重影响了钢轨热处理的产品质量和性能。携带大量热能的具有不同厚度和流速的雾和水在钢轨表面的随机流动，也严重影响重轨热处理过程的冷却均匀性，往往造成回火过度形成局部硬块和裂纹。
发明目的
本发明的目的是提供一种冷却介质单一、冷却均匀、操作简便、自动化程度高、产品质量好、热处理工艺稳定的高强度重型钢轨头部的热处理系统。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：该系统由加热系统和冷却系统组成，加热系统采用帽型双频感应加热装置，冷却系统包括PLC控制器、手动调节阀、冷冻式压缩空气干燥机、喷风装置、两个过滤器和四个电磁调节阀；
冷却系统为：进风管外接风源，进风管通过第一个电磁调节阀、过滤器与冷冻式压缩空气干燥机的进风口相通，出风管的一端与冷冻式压缩空气干燥机的出风口相通，另一端通过第二个电磁调节阀与喷风装置相通；第三个电磁调节阀的进、出口通过风管分别与冷冻式压缩空气干燥机的进、出口相通的风管相通；PLC控制器的输出端分别与冷冻式压缩空气干燥机和四个电磁调节阀电连接。
其中：喷风装置的外壳体与内壳体完全密封，在外壳体设置的进气孔与出风管相通，在内壳体设置有6～30个分布的喷头，喷头与空腔体相通。
安装时，喷头的喷孔中心线与重轨踏面及两侧下颚曲面的延伸面的夹角均为30°～70°。
手动调节阀的进风口与进风管的初始端相通，手动调节阀的出风口通过另一个过滤器与出风管末端的喷风装置相通。
第四个电磁调节阀的进风口通过风管安装在第二个电磁调节阀与冷冻式压缩空气干燥机相通的出风管道上，出风口与大气相通。
PLC控制器的开关量输出模块通过I/P端子与冷冻式压缩空气干燥的电源开关、四个电磁调节阀的阀门开关电连接。
由于采用上述技术方案，有效地克服了常规压缩空气在传输过程中受环境温度影响、尤其是不同季节的压缩空气温度和湿度变化差异很大、难以保证重轨轧后热处理工艺要求的缺陷，故本系统通过冷冻式压缩空气干燥机将气源气进行冷却降温，再通过监测，调节电动阀门的开度将高温气源气和处理后的低温气进行配比混合达到所需的温度，通过喷风装置将压缩空气作为冷却介质对重轨头部在不同时间段用不同气流流量喷吹，以热能交换的方式进行降温。
另由于喷头与重轨踏面及头部两侧下颚曲面的延伸面的夹角为70°-30°，能分别对准重轨踏面和头部两侧的下颚曲面，使压缩空气可顺延伸面往前高速流动，克服了热处理过程中的的紊流现象，有利于控制和调节重轨踏面和头部两侧的冷却速度，保证热交换的均匀性；
因此，本发明冷却介质单一、冷却均匀、操作简便、自动化程度高、产品质量好，用本发明处理的高强度重型钢轨头部，消除轨头淬火产生的局部马氏体或贝氏体缺陷，形成的金属组织为珠光体+少量铁素体。
附图说明
图1为本发明的控制示意图；
图2是图1喷风装置10的结构示意图；
图3是图2喷头15的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
一种高强度重型钢轨头部的热处理系统，如图1所示：该系统由加热系统和冷却系统组成，加热系统采用帽型双频感应加热装置，冷却系统包括PLC控制器3、手动调节阀1、冷冻式压缩空气干燥机6、喷风装置10、两个过滤器4、9和四个电磁调节阀2、5、7、8；
冷却系统为：进风管与风源相通，进风管通过第一个电磁调节阀2、过滤器4与冷冻式压缩空气干燥机6的进风口相通，出风管的一端与冷冻式压缩空气干燥机6的出风口相通，另一端通过第二个电磁调节阀8与喷风装置10相通；第三个电磁调节阀5的进、出口通过风管分别与冷冻式压缩空气干燥机6的进、出口相通的风管相通；PLC控制器3的输出端分别与冷冻式压缩空气干燥机6和四个电磁调节阀2、5、7、8电连接。
其中：喷风装置10的外壳体12与内壳体14完全密封，在外壳体12设置的进气孔11与出风管相通，在内壳体14设置有6～30个分布的喷头15，喷头15与空腔体13相通；喷头13的喷孔16中心线与重轨踏面及两侧下颚曲面的延伸面的夹角均为30°～70°。
手动调节阀1的进风口与进风管的初始端相通，手动调节阀1的出风口通过另一个过滤器9与出风管末端的喷风装置10相通。
第四电磁调节阀7的进风口通过风管安装在电磁调节阀8与冷冻式压缩空气干燥机6相通的出风管道上，出风口与大气相通。
PLC控制器3的开关量输出模块通过I/P端子与冷冻式压缩空气干燥机6的电源开关、四个电磁调节阀2、5、7、8的阀门开关电连接。
本实施例能有效地克服常规压缩空气在传输过程中受环境温度影响、尤其是不同季节的压缩空气温度和湿度变化差异很大、难以保证重轨轧后热处理工艺要求的缺陷，故本系统通过冷冻式压缩空气干燥机将气源气进行冷却降温，再通过PLC控制器3对系统设备的控制，通过喷风装置10将处理后的压缩空气作为冷却介质对重轨头部在不同时间段用不同气流流量喷吹，以热能交换的方式进行降温。
另由于喷头与重轨踏面及头部两侧下颚曲面的延伸面的夹角为70°-30°，能分别对准重轨踏面和头部两侧的下颚曲面，使压缩空气可顺延伸面往前高速流动，克服了热处理过程中的的紊流现象，有利于控制和调节重轨踏面和头部两侧的冷却速度，保证热交换的均匀性；
因此，本发明冷却介质单一、冷却均匀、操作简便、自动化程度高、产品质量好，用本发明处理的高强度重型钢轨头部，消除轨头淬火产生的局部马氏体或贝氏体缺陷，形成的金属组织为珠光体+少量铁素体。
通过对本实施例和喷水两种冷却方法进行对比试验，实验参数及试验结果如表1所示。采用本实施例的喷风冷却方法完全不会出现局部马氏体或贝氏体组织，由于风冷的速度较慢，当轨头表面的温度降低到600℃左右时，喷风带走的热量与中心传导过来的热量基本达到平衡，金属的相变过程相当于奥氏体向珠光体的等温度转变，因为没有经过淬火所以也就没有产生淬火组织的可能。通过控制重轨轨端热处理工艺参数可以有效控制重轨的金相组织。
表1风冷与水冷对比实验参数
  冷却方法     喷水冷却   喷气冷却
  加热温度     920±10℃   920±10℃
  回火温度     610±10℃   610±10℃
  淬火后便度     HB301～370   HB301～370
  淬火后组织     珠光体+少量马氏体或贝氏体   珠光体+少量铁素体

Claims (6)

1、一种高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于该系统由加热系统和冷却系统组成，加热系统采用帽型双频感应加热装置，冷却系统包括PLC控制器3、手动调节阀1、冷冻式压缩空气干燥机6、喷风装置10、两个过滤器4、9和四个电磁调节阀2、4、7、8；
冷却系统为：进风管外接风源，进风管通过电磁调节阀2、过滤器4与冷冻式压缩空气干燥机6的进风口相通，出风管的一端与冷冻式压缩空气干燥机6的出风口相通，另一端通过电磁调节阀8与喷风装置10的进风口相通；电磁调节阀5的进、出口通过风管分别与冷冻式压缩空气干燥机6的进、出口相通的风管相通；PLC控制器3的输出端分别与冷冻式压缩空气干燥机6和四个电磁调节阀2、5、7、8电连接。
2、根据权利要求1所述的高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于所述的喷风装置10的外壳体12与内壳体14完全密封，在外壳体12设置的进气孔11与出风管相通，在内壳体14设置有6～30个分布的喷头15，喷头15与空腔体13相通。
3、根据权利要求2所述的高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于所述的喷头15的喷孔16中心线与重轨踏面及两侧下颚曲面的延伸面的夹角均为30°～70°。
4、根据权利要求1所述的高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于所述的手动调节阀1的进风口与进风管的初始端相通，手动调节阀1的出风口通过过滤器9与出风管末端的喷风装置10相通。
5、根据权利要求1所述的高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于所述的电磁调节阀7的进风口通过风管安装在电磁调节阀8与冷冻式压缩空气干燥机6相通的出风管道上，出风口与大气相通。
6、根据权利要求1所述高强度重型钢轨头部的热处理系统，其特征在于所述的PLC控制器3的开关量输出模块通过I/P端子与冷冻式压缩空气干燥机6的电源开关、四个电磁调节阀2、5、7、8的阀门开关电连接。
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