CN107841613A - 一种大型环件感应加热热处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型环件感应加热热处理装置，包括一个热处理工作平台；在所述的热处理工作平台上沿着环件的旋转方向依次设有对大型环件进行加热的感应加热装置和对环件进行冷却的喷水冷却装置、风冷装置；且在所述的工作台上还设有控制大型环件旋转的锥形辊和导向辊；将在轧环机上轧制完成的大型环件经定心系统转移到热处理工作平台上，用锥形辊和导向辊控制环件转动，感应加热装置对环件进行加热，在感应加热完成之后喷水冷却装置和风冷装置对环件进行冷却。

Description

一种大型环件感应加热热处理装置
技术领域
本发明涉及一种大型环件热处理方法，特别涉及一种通过感应加热装置和冷却装置对大型环件进行热处理的装置，属热处理技术领域。
背景技术
现在环件轧制技术已经成为环形机械零件生产的高效、先进的主要工艺方法之一，它的应用范围越来越广，如生产轴承环、齿轮环、法兰环、火车车轮和轮箍、燃气轮机环等无缝环形零件，在汽车火车船舶石油化工和航空航天等多种领域得到广泛的应用。
目前，我国使用的轧环机大多结构简单，主要通过电动机和减速箱带动驱动辊，通过液压或气压推动驱动辊直线进给运动。这种仅仅通过轧环机轧制的环件，制造过程容易，价格便宜，环件没有特殊优异的性能。
克服传统热轧工艺中环形件强度不够高的问题，改善环件的力学性能，提高环件的耐磨性，延长环件的使用寿命的问题有待解决。
目前在金属热轧的过程中也出现了增加感应加热装置进行轧制的方法，但感应加热装置是为了避免轧件温度降低太快，用于轧制之前来提高轧制时的温度，但对轧制的大型环件进行热处理的制造方法还没有出现。
发明内容
为了改善上述中传统环形轧制件性能单一的问题，得到表面组织更为致密，性能更为优良的环件，延长环件的使用寿命，本发明提供了一种大型环件感应加热热处理装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种大型环件感应加热热处理装置，包括一个热处理工作平台；在所述的热处理工作平台上沿着环件的旋转方向依次设有对大型环件进行加热的感应加热装置和对环件进行冷却的喷水冷却装置、风冷装置；且在所述的工作台上还设有控制大型环件旋转的锥形辊和导向辊；将在轧环机上轧制完成的大型环件经定心系统转移到热处理工作平台上，用锥形辊和导向辊控制环件转动，感应加热装置对环件进行加热，在感应加热完成之后喷水冷却装置和风冷装置对环件进行冷却。
进一步的，所述锥形辊为主动辊，在环件下方托住环件带动环件转动；锥形辊包括三个，三个锥形辊中心轴的夹角为120°，锥形辊由控制装置控制其上升、下降以及沿大型环件的径向方向水平移动，以用于不同直径的环件；驱动锥形辊转动的三个电机由一个电源控制，以保证锥形辊具有相同的转动速度，锥形辊的转速大小可以由电源控制。
进一步的，所述的导向辊包括三个，三个导向辊为从动辊，从动辊由控制装置控制其上升、下降以及沿大型环件的径向方向水平移动，所述三个导向辊圆心的连线始终构成一个等边三角形，等边三角形的中心与三个锥形辊轴线的交点重合。
进一步的，所述一种大型环件感应加热热处理方法的工作平台由钢材做成，可用于环件外直径为2～10m的环件。
进一步的，所述的感应加热装置包括红外测温仪、控制设备、加热器，所述红外测温仪测量刚进入加热器区域环件表面的温度，将感应到的热信号转化为电信号传输到所述感应加热装置的控制设备，然后自动控制加热器进行加热和断开加热。
所述的加热器包括四个，分别设置在大型环件上、下、左、右，四个加热器分别由四个控制臂与感应加热装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制加热器的移动，其中上、下加热器加热面为平面；左右、两侧的加热器加热面为曲面。所述加热器间的距离可以控制，可用于在一定范围内不同尺寸的环件的加热，可以对环件的四面进行加热；在分别对直径尺寸相差较大的环件热处理时，可以设计选择与环件半径相适应的加热器。
所述控制设备使用三相交流电(50Hz/380V)为电源，通过加热后环件表面的温度快速加热到奥氏体化温度以上。
进一步的，所述喷水冷却装置，包括水泵、控制设备、喷头，所述喷头分为左右两个部分，分别设置在大型环件的内侧和外侧，两个喷头分别通过两个控制臂与喷水冷却装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制喷头移动，用于直径差在1米以内的环件进行冷却；
在热处理的环件直径差在1米以上的环件时，可以设计选择与环件半径相适应的喷头，然后再通过控制臂的控制实现冷却。
所述喷头的上方有与控制设备相连的进水口，喷头上有若干喷水孔，喷水孔所在的面为曲面，其中沿环件轴向方向位于喷头中间部位的喷水孔垂直于环件内、外表面喷水，位于喷头上端和下端的喷水孔向环件轴向中心部位倾斜，喷出的水可喷向环件的上、下表面，两个喷头对环件的四面均可以喷水，使环件快速均匀冷却。
进一步的，所述喷水冷却装置通过水泵从地下蓄水池中抽水，在热处理前向往地下蓄水池注入水，经喷头喷出的水流到工作平台的水平槽再流入地下蓄水池，冷却水循环利用，节约了水资源。
进一步的，所述的水平槽设置在所述的热处理工作平台与喷水冷却装置相对应的位置，该水平槽与所述的蓄水池连通。
本发明的有益效果是：
由于大型环件不方便一次性进行整体的热处理，本发明可以通过对大型环件局部的热处理，逐渐实现环件整体的均匀热处理。环件经加热器加热之后到进行水冷的时间很短，避免了晶粒的长大。通过水冷对环件进行淬火，能够提高环件表面的强度、硬度和耐磨性，从而延长大型环件的使用寿命；通过加热后风冷，对环件正火处理，以提高环件的切削加工性。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明大型环件感应加热热处理方法实施例3的结构示意图；
图2为本发明大型环件感应加热热处理方法实施例1的结构示意图；
图3为本发明大型环件感应加热热处理方法实施例2的结构示意图；
图4为图1中沿A-A截面的结构示意图。
图5为图1中沿B-B截面的结构示意图。
图中：1-热处理工作平台；2-环件；3-导向辊；4-电动机；5-锥形辊；6-红外测温仪；7-感应加热装置加热器；8-喷水冷却装置喷头；9-水平槽；10-鼓风机；11-水平槽；12-水泵；13-蓄水池；14-控制臂；15-喷水冷却装置控制设备。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在轧环机轧制的环件，制造过程容易，价格便宜，环件没有特殊优异的性能；为了解决如上的技术问题，为了改善上述中传统环形轧制件性能单一的问题，得到表面组织更为致密，性能更为优良的环件，延长环件的使用寿命，本发明提供了一种大型环件感应加热热处理装置。
本申请的一种典型的实施方式中，如图1-5所示，大型环件感应加热热处理装置，包括一个热处理工作平台1；在所述的热处理工作平台1上沿着环件的旋转方向依次设有对大型环件2进行加热的感应加热装置和对环件进行冷却的喷水冷却装置、风冷装置；且在所述的工作台上还设有控制大型环件旋转的锥形辊和导向辊；将在轧环机上轧制完成的大型环件经定心系统转移到热处理工作平台上，用锥形辊5和导向辊3控制环件转动，感应加热装置对环件进行加热，在感应加热完成之后喷水冷却装置和风冷装置对环件进行冷却。
锥形辊5为主动辊，在环件下方托住环件带动环件转动；锥形辊5包括三个，三个锥形辊中心轴的夹角为120°，锥形辊5可以由液压机控制上升和下降以及控制其沿水平槽移动，以用于不同直径的环件；驱动锥形辊转动的三个电机由一个电源控制，以保证锥形辊具有相同的转动速度，锥形辊的转速大小可以由电源控制。
导向辊3包括三个，三个导向辊3为从动辊，可由液压机控制上、下移动和沿水平槽进行水平移动，所述三个导向辊3圆心的连线始终构成一个等边三角形，等边三角形的中心与三个锥形辊轴线的交点重合。
将在轧环机上轧制完成的大型环件经定心系统转移到热处理工作平台上，用锥形辊和导向辊控制环件转动，在环件上加一感应加热装置对环件进行加热，在感应加热装置之后加喷水冷却装置和风冷装置对环件进行冷却。
工作平台由钢材做成，可用于环件外直径为2～10m的环件。
感应加热装置包括红外测温仪、控制设备、加热器，所述红外测温仪测量刚进入加热器区域环件表面的温度，将感应到的热信号转化为电信号传输到所述感应加热装置的控制设备，然后自动控制加热器进行加热和断开加热。
所述的加热器包括四个，分别设置在大型环件上、下、左、右，四个加热器分别由四个控制臂与感应加热装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制加热器的移动，其中上、下加热器加热面为平面；左右、两侧的加热器加热面为曲面。所述加热器间的距离可以控制，可用于在一定范围内不同尺寸的环件的加热，可以对环件的四面进行加热；在分别对直径尺寸相差较大的环件热处理时，可以设计选择与环件半径相适应的加热器。
控制设备使用三相交流电(50Hz/380V)为电源，通过加热后环件表面的温度快速加热到奥氏体化温度以上。
喷水冷却装置，包括水泵12、控制设备15、喷头8，所述喷头8分为左右两个部分，分别设置在大型环件的内侧和外侧，两个喷头分别通过两个控制臂14与喷水冷却装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制喷头移动，用于对尺寸变化不大的环件冷却；
喷水冷却装置喷头，在热处理的环件直径尺寸相差很大时，可以设计选择与环件半径相适应的喷头。
所述喷头的上方有与控制设备相连的进水口，喷头上有若干喷水孔，喷水孔所在的面为曲面，其中沿环件轴向方向位于喷头中间部位的喷水孔垂直于环件内、外表面喷水，位于喷头上端和下端的喷水孔向环件轴向中心部位倾斜，喷出的水可喷向环件的上、下表面，两个喷头对环件的四面均可以喷水，使环件快速均匀冷却。
进一步的，所述喷水冷却装置通过水泵12从地下蓄水池13中抽水，在热处理前向往地下蓄水池注入水，经喷头喷出的水流到工作平台的水平槽11再流入地下蓄水池13，冷却水循环利用，节约了水资源。
水平槽11设置在所述的热处理工作平台与喷水冷却装置相对应的位置，该水平槽与所述的蓄水池连通。
上面所述的风冷装置为鼓风机10。
测温装置为红外测温仪6。
实施例1：
本实施例中，环件的热处理方式如图2所示，环件使用的材料为316不锈钢，轧制完成后环件2的外径为5000mm，内径为4600mm，轴向高度为200mm，所用的导向辊3直径为300mm，锥形辊5的顶角为30°，有效长度为500mm，热处理时环件2外圆的线速度为0.3m/s，环件外侧加热器弧长为1.2m，环件外侧喷水冷却装置喷头的弧线长度为0.5m。
感应加热装置和驱动环件转动的电动机4使用的是50Hz/380V三相交流电源，喷水冷却装置使用的是50Hz/220V交流电源。
首先，将在轧环机上轧制好的环件2转移到热处理工作的平台1上，由定心系统将环件的圆心与锥形辊5轴线的交点和导向辊3圆心构成的等边三角形的中心重合放置。待环件2冷却至室温，通过控制液压机使导向辊3与环件2接触，以一定得力抱住环件，使环件在转动过程中位置不发生偏离。然后通过液压机控制锥形辊5移至环件2下方，待锥形辊5与环件2下表面发生接触后，同时控制锥形辊5和导向辊3以相同的速度上升，将环件2升到下表面距离工作台50cm的高度。然后，按照图1和图4控制加热器7覆盖在环件2四周表面，加热器7距离环件2表面5cm。按照图1和图5将喷水冷却装置喷头8覆盖在环件2内外两侧，喷水冷却装置喷头8距离环件2表面15cm。
上述步骤完成以后，同时开启使锥形辊转动的电动机电源、感应加热电源和喷水冷却装置电源。其中感应加热装置的红外测温仪6测量刚进入加热器7包围区域前的温度。在开始热处理时，环件2表面温度为室温，红外测温仪6通过将感应到的温度信号传输到感应加热装置控制设备15，自动控制开启加热器电源，使环件表面温度迅速加热到奥氏体化温度以上，经喷水冷却装置环件2表面温度迅速降至MS温度以下，当环件正好旋转一周时，红外测温仪6感应到环件表面热处理后的余温之后，自动断开加热器电源。此时，将加热器7在环件表面移开，而锥形辊5继续保持转动，喷水冷却装置继续喷水。待环件2表面温度接近常温时同时关闭其他电源。
该实施例中通过对大型环件局部的淬火处理实现整个环件的淬火处理。
实施例2：
本实施例中，环件的热处理方式如图3所示，环件使用的材料为316不锈钢，轧制完成后环件2的外径为8000mm，内径为7400mm，轴向高度为200mm，所用的导向辊3直径为300mm，锥形辊5的顶角为30°，有效长度为500mm，热处理时环件2外圆的线速度为0.5m/s，环件2外侧加热器7弧长为1.2m。
环件轧制完成后，位置的确定过程与实施例1中相同。与实施例1中不同的是：不使用喷水冷却装置，如图3所示在感应加热装置之后加一鼓风机，对环件2进行风冷。在环件2加热一周时，红外测温仪6感应到环件加热后的温度，自动控制断开加热器电源，此时将加热器移开，使环件2在风冷条件下进行冷却，以对环件进行正火处理。
实施例3：
本实施例中，环件的热处理方式如图1所示，环件使用的材料为316不锈钢，轧制完成后环件2的外径为10000mm，内径为9200mm，轴向高度为300mm，所用的导向辊3直径为300mm，锥形辊5的顶角为30°，有效长度为500mm，热处理时环件外圆的线速度为0.8m/s，环件2外侧加热器7弧长为1.2m，环件2外侧喷水冷却装置喷头8的弧线长度为0.5m。
感应加热装置和驱动环件转动的电动机4使用的是50Hz/380V三相交流电源，喷水冷却装置和鼓风机10使用的是50Hz/220V交流电源。
环件轧制完成后，环件的位置确定过程和实例1中相同，不同的是在感应加热装置和喷水冷却装置之后再加一个鼓风机10如图1所示。完成以上步骤后，同时开启使锥形辊5转动的电动机电源、感应加热电源、喷水冷却装置电源和鼓风机电源，在环件2加热之后同时对环件2进行水冷和风冷。环件2加热一周后与实施例1相同，红外测温仪6感应到热处理后的温度信号，断开加热电源，将加热器7移开，让环件2温度在水冷+风冷条件下降至常温，然后同时关闭所有电源。本实施例中通过水冷+风冷的冷却方式，对环件进行淬火处理，加快环件的冷却速度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以在形式和细节上做出可能的变动和修改，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种大型环件感应加热热处理装置，其特征在于，包括一个热处理工作平台；在所述的热处理工作平台上沿着环件的旋转方向依次设有对大型环件进行加热的感应加热装置和对环件进行冷却的喷水冷却装置、风冷装置；且在所述的工作台上还设有控制大型环件旋转的锥形辊和导向辊；将在轧环机上轧制完成的大型环件经定心系统转移到热处理工作平台上，用锥形辊和导向辊控制环件转动，感应加热装置对环件进行加热，在感应加热完成之后喷水冷却装置和风冷装置对环件进行冷却。
2.如权利要求1所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述的锥形辊在环件下方托住环件带动环件转动；其包括三个，三个锥形辊中心轴的夹角为120°，锥形辊由控制装置控制其上升、下降以及沿大型环件的径向方向水平移动，以用于不同直径的环件；驱动锥形辊转动的三个电机由一个电源控制，以保证锥形辊具有相同的转动速度，锥形辊的转速大小可以由电源控制。
3.如权利要求2所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述的导向辊包括三个，三个导向辊为从动辊，由液压机控制上、下移动沿大型环件的径向方向移动，所述三个导向辊圆心的连线始终构成一个等边三角形，等边三角形的中心与三个锥形辊轴线的交点重合。
4.如权利要求1所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述的感应加热装置包括红外测温仪、控制设备、加热器，所述红外测温仪测量刚进入加热器区域的环件表面的温度，将感应到的热信号转化为电信号传输到所述感应加热装置的控制设备，然后控制设备自动控制加热器进行加热和断开加热。
5.如权利要求1所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述的加热器包括四个，分别设置在大型环件上、下、左、右，四个加热器分别由四个控制臂与感应加热装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制加热器的移动，其中上、下加热器的加热面为平面；左右两侧加热器加热面为曲面；所述加热器间的距离可以控制，可用于在一定范围内不同尺寸的环件的加热，可以对环件的四面进行加热。
6.如权利要求5所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，在分别对直径尺寸相差较大的环件热处理时，选择与环件半径相适应的加热器。
7.如权利要求6所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述喷水冷却装置，包括水泵、控制设备、喷头，所述喷头分为左右两个部分，分别设置在大型环件的内侧和外侧，两个喷头分别通过两个控制臂与喷水冷却装置控制设备连接，控制臂用于支撑和控制喷头移动，用于直径差在1米以内的环件进行冷却。
8.如权利要求6所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，在热处理的环件直径差在1米以上的环件时，选择与环件半径相适应的喷头，然后再通过控制臂的控制实现冷却。
9.如权利要求8所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述喷头的上方有与控制设备相连的进水口，喷头上有若干喷水孔，喷水孔所在的面为曲面，其中沿环件轴向方向位于喷头中间部位的喷水孔垂直于环件内、外表面喷水，位于喷头上端和下端的喷水孔向环件轴向中心部位倾斜，喷出的水可喷向环件的上、下表面，两个喷头对环件的四面均能喷水，使环件快速均匀冷却。
10.如权利要求8所述的所述锥形辊为主动辊，其特征在于，所述喷水冷却装置通过水泵从地下蓄水池中抽水，在热处理前向往地下蓄水池注入水，经喷头喷出的水流到工作平台的水平槽再流入地下蓄水池，冷却水循环利用。
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