CN102220474A - 细钢丝雾化冷却处理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种细钢丝雾化冷却处理方法及装置，在冷却不同钢号、不同直径的钢丝时，不需要更换冷却介质，仅仅通过改变冷却水和压缩空气的比例，改变系统的冷却能力即可实现。同时，本发明采用的二级分阶段冷却的方法，使钢丝冷却后的芯部和表面温度更均匀，不仅提高了钢丝热处理的性能；也使得热处理后的钢丝质量更稳定。因此，能够实现工艺简单，不产生污染，而且冷却水可循环利用的技术效果，可有效替代高温铅淬火工艺。
Description
技术领域
本发明涉及对钢丝热处理的方法及装置，特别是用于细钢丝雾化冷却处理的方法及装置。
背景技术
目前国内中碳钢丝和高碳钢丝的中间热处理和最终热处理都广泛采用传统工艺一高温空气正火和高温铅淬火。在生产中，数十根钢丝加热好后，相距很近，并排地从温度约为500℃的铅槽上面或内部通过，进行空气正火或高温铅淬火。这种工艺唯一优点是生产稳定，比较容易保证成品钢丝的机械性能。但其缺点很多，且相当严重。例如，造成环境污染。铅的熔点是327℃，500℃的铅熔液很容易挥发，引起“铅中毒”。其次，生产投资大，一个铅槽用铅约50吨。第三，生产消耗大。因铅蒸发和钢丝“挂铅”，每吨热处理的钢丝要消耗5-8kg铅。第四，能源消耗多。把50吨的铅电加热熔化到500℃需要需要大量电能。
国内外一直有从事对钢丝进行水浴冷却处理以取代高温铅淬火的研究。将多根加热后的高温钢丝浸入带隔板的水槽中，通过隔板来控制钢丝在水槽中的停留时间，然后出水槽空冷。由于，水槽中局部水温的不均匀性，导致每根钢丝冷却不均匀，因此采用这种水浴冷却方式的钢丝热处理性能不稳定，无法工业化生产。
公开号CN201367452的一种钢丝、钢棒淬火冷却装置，其缺陷为工艺冷却能力不能在线连续调节，冷却能力不可控制。而且只考虑了钢丝水淬火冷却的快速过冷阶段，没有考虑由于快速冷却，导致钢丝芯部温度和表面温度不一致，钢丝通过冷却器数秒后，温度又上升数十度，甚至达到至脆化区，造成钢丝热处理质量不稳定。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明实施例提供一种工艺简单且无污染的细钢丝雾化冷却处理的方法及装置，以替代现有高温铅淬火工艺。
一种细钢丝雾化冷却处理装置，所述装置包括：
一级雾化室，用于急冷所述细钢丝，避免冷却脆化；
一级红外测温仪，用于测定急冷后的所述细钢丝的温度；
二级雾化室，用于缓冷所述细钢丝，均匀钢丝芯部和表面温度；
二级红外测温仪，用于测定缓冷后的所述细钢丝的温度；
保温室，用于保温已冷却到目标温度的钢丝，使所述细钢丝金相充分转变；
水槽，用于收集冷却水，使得冷却水循环利用。
优选地，所述一级和二级雾化室上连接有供水管道和压缩空气管道，分别用于通入冷却水及压缩空气；所述冷却水在雾化室进行雾化后，以一定的入射角沿所述细钢丝圆周向均匀喷射到所述细钢丝表面。
优选地，所述入射角为15°。
优选地，所述一级和二级雾化室还分别设置有控制进水流量和进气流量的系统。
优选地，所述控制进水流量和进气流量的系统包括：
初级电动调节阀，用于调节雾化冷却能力；
次级手动阀，用于消除水系统和气系统在汇流排中的不平衡性。
优选地，所述装置还包括：
水PID仪和气PID仪，其能够根据所述一级红外测温仪和所述二级红外测温仪的测量结果调节所述控制进水流量和进气流量的系统，从而控制所述一级雾化室和所述一级雾化室的雾化量。
优选地，所述装置还包括冷却水循环系统，所述冷却水为等温水；
所述冷却水循环系统包括水箱，以及设置于所述水箱中的加热系统和冷却系统。
优选地，所述水槽包括过滤装置，用于过滤掉铁屑，循环利用冷却水。
本发明还提供了一种细钢丝雾化冷却处理方法，用于所述细钢丝的热处理工艺，所述方法包括以下步骤：
使待冷却的所述细钢丝经过一级雾化室以进行急冷，避免冷却脆化；
提供一级红外测温仪，用于测定急冷后的所述细钢丝的温度；
使所述细钢丝经过二级雾化室以进行缓冷，均匀钢丝芯部和表面温度；
提供二级红外测温仪，用于测定缓冷后的所述细钢丝的温度；
提供保温室，用于保温已冷却到目标温度的钢丝，使所述细钢丝金相充分转变；
提供水槽，用于收集冷却水，使得冷却水循环利用。
优选地，所述热处理工艺包括调质处理、淬火、正火、回火、等温淬火、等温退火、等温索氏化处理、再结晶退火或快速球化等温退火。
本发明提供的雾化冷却处理方法和装置，在冷却不同钢号、不同直径的钢丝时，不需要更换冷却介质，仅仅通过改变冷却水和压缩空气的比例，改变系统的冷却能力即可实现。同时，本发明采用的二级分阶段冷却的方法，使钢丝冷却后的芯部和表面温度更均匀，不仅提高了钢丝热处理的性能；也使得热处理后的钢丝质量更稳定。因此，其工艺简单，不产生污染，而且冷却水可循环利用，可有效替代高温铅淬火工艺。
附图说明
图1为本发明方法流程及其装置组成示意图。
图2为本发明水系统流程及其装置组成示意图。
图3为本发明气系统流程及其装置组成示意图。
图4为本发明雾化室示意图。
其中，各个附图标记的含义如下
1、钢丝 2、导向轮 3、一级雾化室 4、一级红外测温仪
5、喷嘴 6、次级雾化室 7、次级红外测温仪 8、水槽
9、保温室 10、水手动阀 11、水流量计 12、汇流排
13、排水口 14、进水口 15、进气口 16、出水口
17、水PID仪 18、水调节阀 19、过滤装置 20、水泵
21、补水装置22、电加热装置 23、冷却装置 24、进水口
25、进气口 26、出水口 27水箱 28、Pt100热电阻
29、水泵 30、液位计 31、气手动阀 32、汇气排
33气调节阀 34、气PID仪 35、压缩空气泵 36、压力计
具体实施方式
下面结合附图描述本发明的具体实施方式。
图1为本发明的细钢丝雾化冷却处理装置组成示意图。该装置由导向轮2、一级雾化室3、一级红外测温仪4、喷嘴5、次级雾化室6、次级红外测温仪7、保温室9等装置顺序连接组成。
雾化室有进水口和进气口，通过调节进水口中的进水流量Vw和进气口中的进气流量Vq的比例，可以获得不同冷却能力的水雾。当Vw＝0时，喷射的是压缩空气，其冷却能力最弱；当Vq＝0时，喷射的是压缩水，其冷却能力最强。当水和压缩空气比例不同时，则水雾的冷却能力介于压缩空气和压缩水之间各种可控的冷却能力，以适应不同钢号、不同直径的钢丝多种热处理工艺的冷却需要。
钢丝奥氏体化的热处理温度约为900℃，为防止脆化，需要将钢丝快速过冷到Ms开始转变点以下的马氏体转变区，或Ms开始转变点以上的贝氏体转变区或片间距不同的珠光体转变区，通常为520℃左右。这一快速过冷时间约为0.5秒左右。钢丝经过一级雾化室快速过冷后，钢丝表面温度满足冷却要求，但芯部温度依然较高。其表现为，出一级雾化室2秒后，钢丝通过红外测温仪测量的温度上升30℃-80℃不等，且无规律性。本发明，通过理论计算和实验，不再直接将钢丝温度降温到520℃，而是，在一级雾化室将钢丝快速过冷到钢丝脆化温度(约650℃)以下，转变区温度以上的安全区，约为570℃-600℃区域。从而缩小了钢丝芯部和外表面温差，并降低了内应力。钢丝从一级雾化室出来后。自然空冷1-2秒，使得其芯部和外表面温度均匀一致。喷嘴用于吹去钢丝上的水珠。
芯部与外表面温度均匀后的钢丝，进入次级雾化室。调节次级雾化室进水口24的进水量Vw2和进气口25的进气量Vq2，使得钢丝继续快速冷却至520℃，进入保温室9中保温一段时间，使得其过冷奥氏体的金相组织充分完成转变，并消除快速冷却过程中产生的内应力，得到工艺规程要求的金相组织及其相应的机械性能，获得工艺要求的强度σ，塑性δ、Ψ，韧性αk，最后由收线机收线。
图2为本发明的水系统流程及其装置示意图。根据钢丝冷却处理的要求，水的流量Vw必须是可控的和可循环利用的。如果多根钢丝进一个雾化室，则无法保证钢丝圆周均匀冷却，因此，一个雾化室只能处理一根钢丝。多个雾化室的进水口由汇流排12并联在一起，由水PID仪17和调节阀18统一调节控制。流量计11监测每个进水口的进水流量。由于多个进水口在汇流排12中存在水流不平衡，以及钢丝直径不同，对Vw要求不一致，需要用手动阀10对Vw进行校正。为了每个雾化室的Vw均能线性控制，总管直径D和分管直径d，满足以下关系：D2＝nd2。
雾化冷却后的水，通过水槽8和过滤装置19，过滤去铁屑后，由水泵20重新送人水箱27，以循环利用水资源。由于在整个过程中，会蒸发损失一部分水，因此，需要液位计30测定水箱水位，以便及时通过补水装置21补水。
理论和实验都证明，不同温度的水冷却能力是不同的。60℃的水的冷却能力约为30℃水冷却能力的1/2-1/3。不控制冷却水温，是很多水浴冷却钢丝质量不稳定的原因之一。本发明通过电加热装置22、冷却装置23和Pt100热电阻23，确保进入雾化室为28℃±1℃的等温水。
图3为本发明的气系统流程及其装置示意图。根据钢丝冷却处理的要求，气的流量Vq必须是可控的。多个雾化室的进气口由汇气排32并联在一起，由气PID仪34和气调节阀33统一调节控制气流量。压力计36监测每个进气口的气压。压缩空气由压缩空气泵35提供。用手动阀31对Vq进行校正气流不平衡。为了每个雾化室的Vq均能线性控制，总管直径D和分管直径d，满足以下关系：D2＝nd2。
本发明钢丝雾化冷却装置，可直接替代现有的钢丝热处理生产线上的高温铅淬火装置。与现有的钢丝热处理生产线上的放线、校直、加热、酸洗、收线等装置均可兼容。
本发明用于等温淬火具有特别的有利条件。奥氏体化后的钢丝1经过不同比例的水和压缩空气形成的水雾，过冷到马氏体转变区、贝氏体转变区或不同片间距的珠光体转变区。然后在这一温度区间进入保温室9保温。就可以得到等温马氏体或等温贝氏体或等温不同片间距的珠光体。钢丝等温淬火后的性能比普通淬火具有更高的塑性和韧性。
而且，普通淬火用铅浴、盐浴、碱浴为冷却介质，上述介质在高温时均会产生有害蒸汽，污染环境。而本发明的冷却介质在冷却时只有少量的水蒸汽，不产生污染环境的废气、废水和废料，对环境是无害的。
以上所述仅为本发明的几种具体实施例，以上实施例仅用于对本发明的技术方案和发明构思做说明而非限制本发明的权利要求范围。凡本技术领域中技术人员在本专利的发明构思基础上结合现有技术，通过逻辑分析、推理或有限实验可以得到的其他技术方案，也应该被认为落在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种细钢丝雾化冷却处理装置，其特征在于，所述装置包括：
一级雾化室，用于急冷所述细钢丝，避免冷却脆化；
一级红外测温仪，用于测定急冷后的所述细钢丝的温度；
二级雾化室，用于缓冷所述细钢丝，均匀钢丝芯部和表面温度；
二级红外测温仪，用于测定缓冷后的所述细钢丝的温度；
保温室，用于保温已冷却到目标温度的钢丝，使所述细钢丝金相充分转变；
水槽，用于收集冷却水，使得冷却水循环利用。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述一级和二级雾化室上连接有供水管道和压缩空气管道，分别用于通入冷却水及压缩空气；所述冷却水在雾化室进行雾化后，以一定的入射角沿所述细钢丝圆周向均匀喷射到所述细钢丝表面。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述入射角为15°。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述一级和二级雾化室还分别设置有控制进水流量和进气流量的系统。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述控制进水流量和进气流量的系统包括：
初级电动调节阀，用于调节雾化冷却能力；
次级手动阀，用于消除水系统和气系统在汇流排中的不平衡性。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
水PID仪和气PID仪，其能够根据所述一级红外测温仪和所述二级红外测温仪的测量结果调节所述控制进水流量和进气流量的系统，从而控制所述一级雾化室和所述一级雾化室的雾化量。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括冷却水循环系统，所述冷却水为等温水；
所述冷却水循环系统包括水箱，以及设置于所述水箱中的加热系统和冷却系统。
8.根据权利要求1所述的细钢丝雾化冷却处理装置，其特征在于，所述水槽包括过滤装置，用于过滤掉铁屑，循环利用冷却水。
9.一种细钢丝雾化冷却处理方法，用于对所述细钢丝的热处理工艺，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
使待冷却的所述细钢丝经过一级雾化室以进行急冷，避免冷却脆化；
提供一级红外测温仪，用于测定急冷后的所述细钢丝的温度；
使所述细钢丝经过二级雾化室以进行缓冷，均匀钢丝芯部和表面温度；
提供二级红外测温仪，用于测定缓冷后的所述细钢丝的温度；
提供保温室，用于保温已冷却到目标温度的钢丝，使所述细钢丝金相充分转变；
提供水槽，用于收集冷却水，使得冷却水循环利用。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述热处理工艺包括调质处理、淬火、正火、回火、等温淬火、等温退火、等温索氏化处理、再结晶退火或快速球化等温退火。
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Legal Events
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Application publication date: 20111019 Assignee: Beijing Runde Dongxin science and Technology Co.,Ltd. Assignor: Wang Ying Contract record no.: 2014990000198 Denomination of invention: Thin steel wire atomizing cooling treatment method and device Granted publication date: 20130731 License type: Exclusive License Record date: 20140410 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EC01 | Cancellation of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Beijing Runde Dongxin science and Technology Co.,Ltd. Assignor: Wang Ying Contract record no.: 2014990000198 Date of cancellation: 20140806 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20111019 Assignee: Beijing sun Hui Technology Co.,Ltd. Assignor: Wang Ying Contract record no.: 2014990000672 Denomination of invention: Thin steel wire atomizing cooling treatment method and device Granted publication date: 20130731 License type: Exclusive License Record date: 20140820 |
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| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221104 Address after: No. 59-1 East, South Jingwu Road, Zhenggang Road, Anping County, Hengshui City, Hebei Province, 053600 Patentee after: Netdu Hebei Technology Service Co.,Ltd. Address before: Room 601, Unit 9, Building 22, Qinghe Yongtai Garden, Haidian District, Beijing 100192 Patentee before: Wang Ying |