CN107557543A - 一种改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置和方法，属于圆钢棒材热处理装置及方法技术领域，用于消除圆钢棒材端部受锯切影响的区域。本发明通过棒材端部定位探测机构对锯切后的圆钢棒材的端部进行精确红外定位，然后通过平面端部感应加热机构对棒材端部进行感应加热，实现棒材端部在线回火处理，移动定位机构能够对平面端部感应加热机构进行移动。本发明能够有效地消除圆钢棒材端部锯切后产生的马氏体组织在后续生产中产生的端部碎裂，或延迟碎裂现象，使圆钢棒材端部的性能达到后续工序的生产要求，降低了棒材切损率，提高了后续工序的生产节奏，实现了节约生产成本、减少生产时间、提高生产效率的目标，具有很好的经济效益和推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够改善圆钢棒材端部锯切影响区性能的热处理装置和方法，属于圆钢棒材热处理装置及方法技术领域。
背景技术
现有φ50-φ120规格的圆钢棒材轧制后，为实现商品材要求的长度，需要使用高速砂轮锯进行在线锯切，其锯切温度在400℃以下，可保证圆钢棒材端部的平齐，且效率较高。目前，这种锯切方式为各个棒材生产企业普遍采用，但该锯切方式在锯切中高碳合金钢时，由于砂轮锯与钢材被锯切的端部高速磨擦，快速升温使端部奥氏体化，并在空气中淬火使该处产生马氏体组织，厚度在2-5mm。这种马氏体组成造成钢材端部的硬度较高且韧性较差，在后续的圆钢棒材矫直工序中，由于矫直机的矫直力作用，导致具有马氏体组织的端部碎裂，或延迟碎裂，因此需在矫直之前采用其他方式对圆钢棒材进行离线二次切断，将端部5mm以上的影响区钢材切除，或使用退火炉对整根钢材进行退火，以消除圆钢棒材端部的马氏体组织，这些方法导致圆钢棒材的生产成本增加，同时延长了钢材的生产周期，影响了交货时间。因此有必要采取其它措施对圆钢棒材受锯切影响的区域进行处理，消除棒材端部马氏体组织对钢材质量造成的影响，同时节约生产成本，提高生产效率。
发明内容
本发明的要解决的问题是提供一种改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置和方法，这种热处理装置和方法可以对锯切后的圆钢棒材端部进行局部热处理，改变圆钢棒材端部受锯切影响产生的金相组织结构，使圆钢棒材端部的性能达到后续工序的生产要求，同时实现节约生产成本、减少生产时间、提高生产效率的目标。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，它包括棒材端部定位探测机构、平面端部感应加热机构、移动定位机构、感应电源及自动控制机构，棒材端部定位探测机构位于运输链条的一侧，棒材端部定位探测机构的探测元件与运输链条上的棒材相对，平面端部感应加热机构位于运输链条的一侧，平面端部感应加热机构的加热部件与运输链条上的棒材端面相对，平面端部感应加热机构的上端与移动定位机构的下部相连接，移动定位机构的上部与运输链条上方的厂房横梁相连接，感应电源和自动控制机构安装在平面端部感应加热机构的一侧，棒材端部定位探测机构的信号输出端、移动定位机构的信号输入端、感应电源的信号输入端分别与自动控制机构相连接，平面端部感应加热机构与感应电源相连接。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，所述棒材端部定位探测机构包括两个红外对射激光发射器，两个红外对射激光发射器分别位于运输链条的棒材的上方和下方，两个红外对射激光发射器发射的红外光束平行相对，棒材端部位于红外光束的照射范围内。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，所述平面端部感应加热机构由感应加热平面、感应加热线圈、加热机构框架、感应机构安装板、感应机构平移连接板组成，感应加热平面连接在加热机构框架的前部，感应加热平面与棒材端部相对，感应加热平面与感应加热线圈相连接，感应加热线圈安装在加热机构框架内，感应加热线圈与感应电源相连接，感应机构安装板固定在加热机构框架的上端，感应机构平移连接板与感应机构安装板相连接，感应机构平移连接板同时与移动定位机构的下部相连接。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，所述移动定位机构由固定连接板、平移机构上安装板、导轨、滑块、联轴器、伺服电机、轴承座、半瓦支座、丝杠、丝杠螺母组成，固定连接板焊接在厂方横梁的下底面上，平移机构上安装板与固定连接板的下底面通过螺栓相连接，两条导轨平行安装在平移机构上安装板的下底面上，两条导轨的长度方向与棒材的长度方向平行，两个滑块分别与两条导轨滑动配合连接，感应机构平移连接板的上表面与滑块下部相连接，丝杠两端通过轴承座和半瓦支座固定在平移机构上安装板的底面上，丝杠位于两个滑块之间，丝杠螺母套装在丝杠上，丝杠螺母与感应机构平移连接板的上表面固定连接，伺服电机通过联轴器连接在丝杠的一端。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，所述棒材端部定位探测机构的两个红外对射激光发射器的信号输出端与自动控制机构相连接，自动控制机构的信号输出端与移动定位机构的伺服电机的控制端相连接，平面端部感应加热机构的感应加热线圈的电源输入端与感应电源相连接。
一种使用上述装置改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，它采取以下步骤进行：
a．锯切辊道移至链条收集台,运输链条带动棒材按正常速度运输至厂房横梁处,棒材端部定位探测机构开启, 两个红外对射激光发射器在500mm轴向、300mm径向范围内对棒材端部进行探测定位,获得定位信号后，棒材端部定位探测机构将定位信号发送到自动控制机构；
b．自动控制机构发出指令，移动定位机构的伺服电机带动丝杠转动，丝杠螺母带动感应机构平移连接板移动，感应机构平移连接板带动平面端部感应加热机构移动，平面端部感应加热机构的感应加热平面贴近棒材端部；
c．自动控制机构发出指令，感应电源接通平面端部感应加热机构的感应加热线圈，感应加热线圈通过感应加热平面对棒材端部5mm长度棒材加热至温度≥400℃，保持一定时间；
d．自动控制机构发出指令，断开感应电源，并驱动移动定位机构带动平面端部感应加热机构的感应加热平面离开棒材端部，对棒材进行空冷处理，使棒材端部5mm左右的马氏体组织成为回火屈氏体或回火索氏体，降低该处的硬度，提高韧性，完成棒材端部热处理。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，移动定位机构带动平面端部感应加热机构的定位精度在±1mm以内；移动定位机构带动平面端部感应加热机构的感应加热平面贴近棒材端部，最快可以在10S内升温至500℃，全部动作周期时间为20S。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，棒材端部定位探测机构与棒材轴向的定位探测精度在±5mm以内。
上述改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，棒材的锯切不平度10%（±6mm）以内等误差累积后，仍然能够满足感应加热平面在30-50mm以内的感应加热距离要求。
本发明的有益效果是：
本发明的热处理装置和方法能够通过棒材端部定位探测机构对锯切后的圆钢棒材的端部进行精确红外定位，然后通过平面端部感应加热机构对运输链条上的圆钢棒材端部进行感应加热，实现棒材端部在线回火处理，移动定位机构能够对平面端部感应加热机构进行移动。本发明能够有效地消除圆钢棒材端部锯切后产生的马氏体组织在后续生产中产生的端部碎裂，或延迟碎裂现象，使圆钢棒材端部的性能达到后续工序的生产要求。
本发明是圆钢棒材生产中的首创，在不影响现有棒材生产设备和正常生产节奏的情况下降低了棒材切损率，提高了后续工序的生产节奏，实现了节约生产成本、减少生产时间、提高生产效率的目标，并可根据生产线的钢种要求方便启停，不影响其他钢种的正常生产，具有很好的经济效益和推广价值。
附图说明
图1是本发明的热处理装置的结构示意图；
图2是图1的局部三维示意图；
图3是图1的A-A剖视图；
图4是图1的B-B剖视图。
图中标记如下：厂房横梁1、移动定位机构2、感应电源3、自动控制机构4、平面端部感应加热机构5、棒材端部定位探测机构6、棒材7、运输链条8、固定连接板2-1、平移机构上安装板2-2、导轨2-3、滑块2-4、联轴器2-5、伺服电机2-6、轴承座2-7、半瓦支座2-8、丝杠2-9、丝杠螺母2-10、感应加热平面5-1、感应加热线圈5-2、加热机构框架5-3、感应机构安装板5-4、感应机构平移连接板5-5、红外对射激光发射器6-1、红外光束6-2、加热中棒材7-1、待加热棒材7-2。
具体实施方式
本发明的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置由棒材端部定位探测机构6、平面端部感应加热机构5、移动定位机构2、感应电源3及自动控制机构4组成。
图1、2显示，棒材端部定位探测机构6位于运输链条8的一侧，棒材端部定位探测机构6的探测元件与运输链条8上的棒材7相对，用于对锯切后的圆钢棒材的端部进行精确红外定位。
图1、2显示，平面端部感应加热机构5位于运输链条8的一侧，平面端部感应加热机构5的加热部件与运输链条8上的棒材7端面相对，用于对棒材端部进行感应加热，以消除棒材端部因锯切产生的马氏体组织，改善棒材端部的性能。
图1、2显示，平面端部感应加热机构5的上端与移动定位机构2的下部相连接，移动定位机构2的上部与运输链条8上方的厂房横梁1相连接，感应电源3和自动控制机构4安装在平面端部感应加热机构5的一侧，棒材端部定位探测机构6的信号输出端、移动定位机构2的信号输入端、感应电源3的信号输入端分别与自动控制机构4相连接，平面端部感应加热机构5与感应电源3相连接。
图2、3显示，棒材端部定位探测机构6包括两个红外对射激光发射器6-1，两个红外对射激光发射器6-1分别位于运输链条8的棒材7的上方和下方，两个红外对射激光发射器6-1发射的红外光束6-2平行相对，棒材7端部位于红外光束6-2的照射范围内。红外对射激光发射器6-1用于检测确定运输链条8停止后的棒材7端部具体位置。两个红外对射激光发射器6-1的信号输出端与自动控制机构4相连接，向自动控制机构4提供棒材7的位置信号。
图2、3显示，平面端部感应加热机构5由感应加热平面5-1、感应加热线圈5-2、加热机构框架5-3、感应机构安装板5-4、感应机构平移连接板5-5组成。
感应加热平面5-1连接在加热机构框架5-3的前部，感应加热平面5-1与棒材7端部相对，感应加热平面5-1与感应加热线圈5-2相连接。感应加热线圈5-2安装在加热机构框架5-3内，感应加热线圈5-2与感应电源3相连接。感应电源3通过感应加热线圈5-2对感应加热平面5-1加热，感应加热平面5-1对棒材7的端部进行加热。
图2、3显示，感应机构安装板5-4固定在加热机构框架5-3的上端，感应机构平移连接板5-5与感应机构安装板5-4相连接，感应机构平移连接板5-5同时与移动定位机构2的下部相连接，移动定位机构2通过感应机构平移连接板5-5、感应机构安装板5-4带动平面端部感应加热机构5的加热机构框架5-3移动，从而带动感应加热平面5-1靠近棒材7端面进行加热。
图2、4显示，移动定位机构2由固定连接板2-1、平移机构上安装板2-2、导轨2-3、滑块2-4、联轴器2-5、伺服电机2-6、轴承座2-7、半瓦支座2-8、丝杠2-9、丝杠螺母2-10组成。
固定连接板2-1焊接在厂方横梁1的下底面上，平移机构上安装板2-2与固定连接板2-1的下底面通过螺栓相连接。当棒材7定尺规格在5-7m内大范围调整后，可以相应的调整平移机构上安装板2-2在固定连接板2-1上的安装固定位置，以使本发明方法中的移动定位机构2可以在其动作范围内精确调整定位。
图2、4显示，两条导轨2-3平行安装在平移机构上安装板2-2的下底面上，两条导轨2-3的长度方向与棒材7的长度方向平行，两个滑块2-4分别与两条导轨2-3滑动配合连接，感应机构平移连接板5-5的上表面与滑块2-4下部相连接。丝杠2-9两端通过轴承座2-7和半瓦支座2-8固定在平移机构上安装板2-2的底面上，丝杠2-9位于两个滑块2-4之间，丝杠螺母2-10套装在丝杠2-9上，丝杠螺母2-10与感应机构平移连接板5-5的上表面固定连接，伺服电机2-6通过联轴器2-5连接在丝杠2-9的一端，伺服电机2-6的控制端与自动控制机构4的信号输出端相连接，自动控制机构4控制伺服电机2-6的启动和停止。
工作时，伺服电机2-6带动丝杠2-9转动，丝杠螺母2-10沿着丝杠2-9移动，感应机构平移连接板5-5随着丝杠螺母2-10一起移动，感应机构平移连接板5-5的两侧连接的滑块2-4在导轨2-3上滑动。感应机构平移连接板5-5通过感应机构安装板5-4带动平面端部感应加热机构5移动。
本发明的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法采取以下步骤进行：
a．锯切辊道移至链条收集台,运输链条8带动棒材7按正常速度运输至厂房横梁1处,棒材端部定位探测机构6开启, 两个红外对射激光发射器6-1在500mm轴向、300mm径向范围内对棒材7端部进行探测定位,获得定位信号后，棒材7端部定位探测机构6将定位信号发送到自动控制机构4；
b．自动控制机构4发出指令，移动定位机构2的伺服电机2-6带动丝杠2-9转动，丝杠螺母2-10带动感应机构平移连接板5-5移动，感应机构平移连接板5-5带动平面端部感应加热机构5移动，平面端部感应加热机构5的感应加热平面5-1贴近棒材7端部；
c．自动控制机构4发出指令，感应电源3接通平面端部感应加热机构5的感应加热线圈5-2，感应加热线圈5-2通过感应加热平面5-1对棒材7端部5mm长度棒材加热至温度≥400℃，保持一定时间；
d．自动控制机构4发出指令，断开感应电源3，并驱动移动定位机构2带动平面端部感应加热机构5的感应加热平面5-1离开棒材7端部，对棒材7进行空冷处理，使棒材7端部5mm左右的马氏体组织成为回火屈氏体或回火索氏体，降低该处的硬度，提高韧性，完成棒材7端部热处理。
本发明在完成一个加热中棒材7-1的感应加热后，移动定位机构2带动平面端部感应加热机构5复位，运输链条8继续向前运动，带动待加热棒材7-2到达加热位，重复进行下一个回火加热周期的操作过程。
本发明的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法可以达到以下技术指标：
移动定位机构2带动平面端部感应加热机构5的定位精度在±1mm以内；
移动定位机构2带动平面端部感应加热机构5的感应加热平面1贴近棒材7端部，最快可以在10S内升温至500℃，全部动作周期时间为20S；
棒材端部定位探测机构6与棒材轴向的定位探测精度在±5mm以内。
棒材7的锯切不平度10%（±6mm）以内等误差累积后，仍然能够满足感应加热平面5-1在30-50mm以内的感应加热距离要求。
本发明的一个实施例如下：
本实施例采用上述方法中描述平面端部感应加热机构原理制造。依托生产线二层链条收集平台上侧的厂房增加横梁为依托，并经过厂房原设计单位校核了横梁承载后，安装本平面端部感应加热机构。吊装部分总重180kg，棒材端部定位探测机构中采用红外对射感应定位机构，在棒材轴向的定位精度在±5mm以内。圆钢棒材的可加热直径为φ50-φ120mm，对于φ65mm的60Si2CrA圆钢棒材，定尺5.7±0.05m，从锯切辊道移至链条收集台,链条带动钢材按正常速度运输至厂房横梁处,棒材端部定位探测机构开启,在500mm轴向、300mm径向范围内对棒材端部进行探测定位,获得定位信号后，定位机构带动平面感应加热机构的加热板贴近钢材端部,最快可以在10S内升温至500℃，全部动作周期时间为20S。能够满足棒材生产的正常节奏。定位机构带动平面感应加热机构的定位精度在±1mm以内；与棒材轴向的定位探测精度在±5mm以内；棒材的锯切不平度10%（±6mm）以内等误差累积后，仍然能够满足平面感应30-50mm以内的感应加热距离要求。定尺变更为6.5±0.05m时,移动平移机构上的安装板,实现对新定尺棒材端部的探测定位与回火。本实施例运行实施以后，降低了相应规格的棒材0.4%左右的切损率，并简化了相应切割工序，取得了很好的经济效益。
Claims (9)
1.一种改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，其特征在于：它包括棒材端部定位探测机构（6）、平面端部感应加热机构（5）、移动定位机构（2）、感应电源（3）及自动控制机构（4），棒材端部定位探测机构（6）位于运输链条（8）的一侧，棒材端部定位探测机构（6）的探测元件与运输链条（8）上的棒材（7）相对，平面端部感应加热机构（5）位于运输链条（8）的一侧，平面端部感应加热机构（5）的加热部件与运输链条（8）上的棒材（7）端面相对，平面端部感应加热机构（5）的上端与移动定位机构（2）的下部相连接，移动定位机构（2）的上部与运输链条（8）上方的厂房横梁（1）相连接，感应电源（3）和自动控制机构（4）安装在平面端部感应加热机构（5）的一侧，棒材端部定位探测机构（6）的信号输出端、移动定位机构（2）的信号输入端、感应电源（3）的信号输入端分别与自动控制机构（4）相连接，平面端部感应加热机构（5）与感应电源（3）相连接。
2.根据权利要求1所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，其特征在于：所述棒材端部定位探测机构（6）包括两个红外对射激光发射器（6-1），两个红外对射激光发射器（6-1）分别位于运输链条（8）的棒材（7）的上方和下方，两个红外对射激光发射器（6-1）发射的红外光束（6-2）平行相对，棒材（7）端部位于红外光束（6-2）的照射范围内。
3.根据权利要求2所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，其特征在于：所述平面端部感应加热机构（5）由感应加热平面（5-1）、感应加热线圈（5-2）、加热机构框架（5-3）、感应机构安装板（5-4）、感应机构平移连接板（5-5）组成，感应加热平面（5-1）连接在加热机构框架（5-3）的前部，感应加热平面（5-1）与棒材（7）端部相对，感应加热平面（5-1）与感应加热线圈（5-2）相连接，感应加热线圈（5-2）安装在加热机构框架（5-3）内，感应加热线圈（5-2）与感应电源（3）相连接，感应机构安装板（5-4）固定在加热机构框架（5-3）的上端，感应机构平移连接板（5-5）与感应机构安装板（5-4）相连接，感应机构平移连接板（5-5）同时与移动定位机构（2）的下部相连接。
4.根据权利要求3所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，其特征在于：所述移动定位机构（2）由固定连接板（2-1）、平移机构上安装板（2-2）、导轨（2-3）、滑块（2-4）、联轴器（2-5）、伺服电机（2-6）、轴承座（2-7）、半瓦支座（2-8）、丝杠（2-9）、丝杠螺母（2-10）组成，固定连接板（2-1）焊接在厂方横梁（1）的下底面上，平移机构上安装板（2-2）与固定连接板（2-1）的下底面通过螺栓相连接，两条导轨（2-3）平行安装在平移机构上安装板（2-2）的下底面上，两条导轨（2-3）的长度方向与棒材（7）的长度方向平行，两个滑块（2-4）分别与两条导轨（2-3）滑动配合连接，感应机构平移连接板（5-5）的上表面与滑块（2-4）下部相连接，丝杠（2-9）两端通过轴承座（2-7）和半瓦支座（2-8）固定在平移机构上安装板（2-2）的底面上，丝杠（2-9）位于两个滑块（2-4）之间，丝杠螺母（2-10）套装在丝杠（2-9）上，丝杠螺母（2-10）与感应机构平移连接板（5-5）的上表面固定连接，伺服电机（2-6）通过联轴器（2-5）连接在丝杠（2-9）的一端。
5.根据权利要求4所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理装置，其特征在于：所述棒材端部定位探测机构（6）的两个红外对射激光发射器（6-1）的信号输出端与自动控制机构（4）相连接，自动控制机构（4）的信号输出端与移动定位机构（2）的伺服电机（2-6）的控制端相连接，平面端部感应加热机构（5）的感应加热线圈（5-2）的电源输入端与感应电源（3）相连接。
6.一种使用上述装置改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，其特征在于：它采取以下步骤进行：
a．锯切辊道移至链条收集台,运输链条（8）带动棒材（7）按正常速度运输至厂房横梁（1）处,棒材端部定位探测机构（6）开启, 两个红外对射激光发射器（6-1）在500mm轴向、300mm径向范围内对棒材（7）端部进行探测定位,获得定位信号后，棒材端部定位探测机构（6）将定位信号发送到自动控制机构（4）；
b．自动控制机构（4）发出指令，移动定位机构（2）的伺服电机（2-6）带动丝杠（2-9）转动，丝杠螺母（2-10）带动感应机构平移连接板（5-5）移动，感应机构平移连接板（5-5）带动平面端部感应加热机构（5）移动，平面端部感应加热机构（5）的感应加热平面（5-2）贴近棒材（7）端部；
c．自动控制机构（4）发出指令，感应电源（3）接通平面端部感应加热机构（5）的感应加热线圈（5-2），感应加热线圈（5-2）通过感应加热平面（5-1）对棒材（7）端部5mm长度棒材加热至温度≥400℃，保持一定时间；
d．自动控制机构（4）发出指令，断开感应电源（3），并驱动移动定位机构（2）带动平面端部感应加热机构（5）的感应加热平面（5-1）离开棒材（7）端部，对棒材（7）进行空冷处理，使棒材（7）端部5mm左右的马氏体组织成为回火屈氏体或回火索氏体，降低该处的硬度，提高韧性，完成棒材（7）端部热处理。
7.根据权利要求6所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，其特征在于：移动定位机构（2）带动平面端部感应加热机构（5）的定位精度在±1mm以内；移动定位机构（2）带动平面端部感应加热机构（5）的感应加热平面（5-1）贴近棒材（7）端部，最快可以在10S内升温至500℃，全部动作周期时间为20S。
8.根据权利要求7所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，其特征在于：棒材端部定位探测机构（6）与棒材（7）轴向的定位探测精度在±5mm以内。
9.根据权利要求8所述的改善圆钢棒材锯切端部性能的热处理方法，其特征在于：棒材（7）的锯切不平度10%（±6mm）以内等误差累积后，仍然能够满足感应加热平面（5-1）在30-50mm以内的感应加热距离要求。
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