CN1083013C

CN1083013C - 利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置

Info

Publication number: CN1083013C
Application number: CN96117733A
Authority: CN
Inventors: 苏世怀; 马家源; 战金龙; 籍可镔; 张辉宜; 俞梦文; 陈亚平; 许世明; 王江; 陈勇; 张昆吾; 周炳沂; 黄启宜; 何竞忠; 廖远绍
Original assignee: Panzhihua Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Co Ltd
Priority date: 1996-09-29
Filing date: 1996-09-29
Publication date: 2002-04-17
Anticipated expiration: 2016-09-29
Also published as: CN1178250A

Abstract

利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法是：将热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨连续送入设置有冷却装置的热处理机组中，通过设置在钢轨周围的喷嘴以一定的压力和流量向钢轨喷吹冷却介质，使钢轨得到均匀的加速冷却，在钢轨头部由表及里的较深范围内获得硬度均匀降低的微细珠光体组织。所提供的装置具有自动控制系统，具有生产率高、热处理能力强、适应范围广等优点，生产得到的高强度热处理钢轨能满足铁路运输向高速、重载、大运量方向的发展要求。

Description

利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置

本发明涉及钢轨的热处理方法和设备，特别涉及一种利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法及其装置。

随着铁路运输向高速、重载及大运量方向的发展，对钢轨要求更高的强韧性、耐磨损性和抗疲劳损伤性(如剥离、横向断裂、表面裂纹及轨头水平劈裂等)，从而提高钢轨的使用寿命。为了提高钢轨的使用性能和降低钢轨的生产成本，国外从八十年代中期开始开发利用轨制余热生产高强度钢轨的热处理技术，亦称钢轨在线热处理工艺。

钢轨在线热处理工艺，指在是利用轧制余热在生产线上直接冷却钢轨，使其轨头硬化层得到细珠光体组织的一种高强度钢轨热处理方法，它与钢轨离线淬火工艺的主要差别是，钢轨无需重新加热。由于自动控制技术的发展及微机的应用，近十几年来才开发出钢轨在线热处理(余热淬火)新技术，如日本的新日铁和钢管公司、卢森堡罗丹厂、奥地利奥钢联和加拿大ALGOMA公司等。

在实现钢轨余热淬火工艺的现有技术中，日本新日铁在中国申请的专利申请(申请号85109735)，介绍了一种生产具有从中等强度到高强度的各种不同强度等级的热处理方法，它采用压缩空气作为冷却介质，通过调节喷嘴和钢轨头部之间的距离来获得不同的冷却强度，从而获得不同强度级别的钢轨，钢轨可在冷却线中连续、间歇或往复运行。其优点是：①成本低，冷却介质的压力、流量控制简化，采用150mm水柱的低压；②喷嘴与轨头之间的距离控制容易；③操作稳定，热处理与轧制间隔相对应；④用一个热处理装置可生产中、高不同强度级别的钢轨。

作为上述工艺的改良喷头，在钢轨头部的圆角处和根部设有排气用间隙，以防止测量角部位由于过冷却而容易出现贝氏体或马氏体组织，以及钢轨根部冷却强度不够而出现软化现象。

然而，采用上述专利介绍的工艺方法对钢轨进行在线热处理，存在以下不足：

1、压缩空气冷却能力有限，适用范围窄；

2、生产线速度慢，影响产量的提高；

3、压缩空气浪费大、造成能耗大。

又日本专利平4-35854，介绍了加拿大ALGOMA公司采用的余热淬火工艺是，从奥氏体转变成铁素体的相变温度以上某初始温度开始对轧后钢轨进行控制冷却，冷却方式为喷雾和空冷，只对钢轨轨头和轨底中央部分进行冷却，并防止冷却介质溅射到轨腰和轨底，冷却终止温度约850-1200华氏度。该工艺易对钢轨产生异常组织，热处理后钢轨的质量不稳定。

中国专利申请(公开号CN1085258)，公开了奥地利奥钢联VOESTALPINE公司的在线热处理工艺是，采用轨头浸入法，即在一种含合成添加剂的冷却介质中，从高于720℃温度开始，将轨头浸入冷却介质中进行冷却，至所浸部分取出后其表面温度在450-550℃之间，但其缺点在于钢轨的整体横截面上温度梯度大，造成钢轨热处理后残余应力大。

又如，日本钢管公司就钢轨在线淬火工艺，分别申请了七项专利：

其一，日本专利，1992年1月28日，平4-4373，其轨头连续冷却相变热处理中，轨头先用100℃以上高压热水喷冷，接着再进行风冷，其交替温度为420℃以上，风冷到钢轨表面温度300℃，最后得到细珠光体组织。其效果比喷雾冷却均匀而硬度偏差小；比风冷使用空气量少，可达到空气源设备小型化。

其二，日本专利，1992年1月28日，平4-4372，在冷却工艺中，先喷雾，后喷热水，再空冷。其中喷雾到喷热水交替温度为530℃，喷热水到空冷交替温度为530℃以下、420℃以上，空冷到300℃。

其三，日本专利，1992年6月4日，平4-33853，在冷却工艺中，先雾冷，后风冷，其交替温度为530℃以上、珠光体相变开始温度以前，风冷到钢轨表面温度300℃。

其四，日本专利，1992年6月4日，平4-33854，在冷却工艺中，先雾冷，后风冷，其交替温度为500℃以上、珠光体相变开始温度以前，并在雾冷喷嘴前后设清水用喷嘴以防止冷却水滞留在轨头表面上，风冷终止温度为300℃。

其五，日本专利，1992年1月20日，平4-2647，在其冷却工艺中，从奥氏体区域到750-500℃间冷却速度取1-30℃/s，冷却采用100-170℃高压热水或为了防止珠光体化其后再进行风冷。这种冷却工艺的效果为，冷却稳定而成本低，并且轨头磨耗及轨头剥离等疲劳损伤少。

其六，日本专利，1988年5月16日，昭63-23244，在其冷却工艺中，热轧后850-500℃区间以1-4℃/s速度冷却，得到130Kg/mm²以上的高强度钢轨。

其七，日本专利，1986年1月27日，昭61-2729，在其冷却工艺中，热轧后800-550℃区间以1℃/s速度冷却，接着550℃以下采用风冷或水冷以0.8℃/s以上速度冷却，从而防止白点引起的发裂。

在钢轨余热淬火的热处理装置的现有技术中，如日本专利平4-35854，介绍了加拿大ALGOMA公司的余热淬火装置，它具有辊式限制系统；该装置对轧后热钢轨用喷射液体冷却剂的方法进行断续的、周期性的强制冷却；装置中许多低压喷头和封闭的空冷带交替排列，每个喷头有许多喷嘴，用于将冷却水喷射到轨头部分，另有喷嘴用于将冷却水喷射到轨底中央部分。还装有倾斜的挡板，以防止水雾被喷到轨腰和冷却水从轨头侧面滴落在轨底上表面。在轨底下部竖立放置挡板防止喷出的水雾喷到轨底两边。该装置的优点是，它可以产生“液体屏”，使钢轨的指定部位得到强制冷却，而其它部位不予冷却，并且它的密封空气带使冷却过程中环境空气温度的影响降低到最小程度。

又如上面所提到的中国专利申请(CN85109735A)公开了日本新日铁钢轨在线热处理工艺装置的特征。其轨头喷头和轨底喷头沿钢轨的运动方向，即沿钢轨的纵向延伸，有升降装置可根据要求提升或降低喷头，以调整喷头与钢轨表面之间的距离。温度计安装于冷却装置的入口处，它用于测量钢轨的轨头温度；且其轨头喷头的喷嘴排列成扇形，使它们能将冷却介质对准轨头中心，以保证轨头表面均匀冷却。该装置还可以一次处理多条钢轨。

又如，Iron and Stcclmaker，1995，22(1)，P17-21，公开了BLBramfitt等为美国宾夕法尼亚技术公司研制的钢轨余热淬火装置，其特点是让钢轨按所要求的速度通过淬火机组的驱动辊、上部和侧面轨头导辊和喷嘴。导辊控制钢轨冷却过程中的延伸，喷水装置有14条独立的供水环路，通过调节喷水量控制钢轨形状和硬度。供水环路在淬火线长度方向有四个互不连接的冷却段，每个冷却段的长度25米，每个区段的水流量能单独调节。该装置的优点是，可以机械地控制钢轨在冷却中的变形；由于是分段式冷却段，水流量调节方便。

在钢轨余热淬火装置的控制系统现有技术中，《国外钢铁》1992(2)，P54-59，公开了关于卢森堡罗丹厂的在线热处理计算机过程控制方法。它是利用前馈规则和后馈算法，即(1)前馈规则为：通过调节整个冷却水的流速来调节轨头的平均硬度。在钢轨进入热处理装置之前，水流速用一个数学模型计算，向模型输入的是硬度的目标值、轨头厚度的等效值和钢的碳当量。水流速的计算值作为设定值被输入工艺区域控制柜，且在热处理期间这个值保持不变。数字模型的常量通过迟滞反馈则可以修正。完全转变深度通过调整热处理时间来调整，热处理时间通过调整钢轨的移动速度来调整。(2)反馈算法：迟滞反馈控制是根据理论上论证和实验修正的回热温度(回热温度是在热处理线的出口处轨头最大的表面温度)为基础的，它仅和轨头平均硬度有关。

又如，上面提到的加拿大ALGOMA公司的钢轨在线热处理控制技术为，以电子计算机为基础的控制系统，它由以下几部分组成：冷却装置入、出口处温度监控装置；装有具有记忆和计算功能的数字电子计算机；喷雾冷却器的电动给水阀；把温度传感器和电动给水阀连接到计算机上的接口硬件；能自动监控输入的温度信息和在任意时刻通过启动给水阀来控制喷雾冷却器数量的计算机控制系统(软铁系统)；数值显示装置等。当进入冷却装置的钢轨温度被检测出来以后，上述计算机为了保证预定的冷却终止温度，自动调整喷雾器冷却喷头数量和水的流量。其控制系统的工作原理是：钢轨一进入冷却装置，首先测定入口温度，为了得到预定的冷却效果，根据所测的温度数值通过适当数量的喷头开始喷射冷却液。随着钢轨进入冷却装置时，在入口处不断测定钢轨温度，于是根据钢轨各部分允许的温差，一直冷却到冷却终止温度。钢轨出冷却装置后，直到下一根钢轨进入冷却装置之前，喷雾冷却装置一直处于停止状态，当下一根钢轨进入冷却装置时，逻辑系统重新开始运行。另外，在冷却装置出口处也对钢轨温度进行监测，将信息送到上述的计算机，然后计算机对检测的温度与预定温度进行比较，当检测的温度超出被编入程序的工艺偏差或与预定温度不符时，计算机进行适当的工作并通过阴极管对操作人员发出信号。同时，计算机装有适应上述状态的自学习模型，根据这个模型计算机可以自动将上述温度误差在下一根钢轨淬火时补偿过来。

关于钢轨在线热处理的变形控制的现有技术，有自回火法、机械装置约束法、轨底控制冷却法，其中自回火法的缺点在于需对钢轨冷却后加热至450-500℃，且在其后的继续冷却过程中钢轨还会发生变形。

常用的是机械装置约束法、轨底控制冷却法。其中机械装置约束法如，卢森堡罗丹厂在钢轨强制冷却工艺中，由导辊从平面和垂直方向对钢轨进行导向。又如，加拿大ALGOMA也采用辊式限制系统。

控制冷却法是普遍采用的方法。又以上面所提到的中国专利申请(CN85109735A)为例，在其公开的冷却装置中，下喷头的喷嘴可以同心地排列在钢轨底部的附近，使冷却介质喷向钢轨底部中间的厚壁区，或者可以排列成使冷却介质分布于整个轨底。下喷头的总面积与上喷头喷嘴的总面积之比最好选在1/2到1/5的范围内。并具有挠曲测量装置与挠曲检测器相连，而检测器安装在相邻的下喷头之间。有调整控制器，它可根据检测到的挠曲量调节冷却介质流率来调整阀打开的程度。

上述钢轨变形控制的共同缺点在于，钢轨经过余热淬火后，钢轨的挠曲量还是较大，不能满足钢轨平直的需要。

综合上述对钢轨余热淬火(在线热处理)的工艺、装置和控制系统的现有技术的分析，可以看到有以下的不足之处：

1、对钢轨进行单纯的喷水或雾强制冷却钢轨，热处理后钢轨的质量不稳定，有时还会出现异常组织；

2、即使采用压缩空气冷却介质对钢轨进行喷吹冷却，如新日铁的余热淬火工艺，但存在适用范围窄、冷却强度低和能耗大的缺点。

本发明的目的之一是提供一种利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法，该方法能在钢轨头部由表至里的较深范围内获得硬度均匀下降的细珠光体组织。

本发明还有一个目的是提供实现本发明的新的热处理装置，它具有先进的自动控制系统，达到自动控制钢轨在线热处理的需要。

本发明还有一个目的是提供实现本发明的新的热处理装置，采用机械约束法和轨底控制冷却法相结合的方式，在钢轨热处理过程中减少钢轨沿长度方向的挠曲。

利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法，其步骤是：

将一支经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨连续输入设有自动控制系统和冷却装置的热处理机组中，钢轨以一定的运行速度通过热处理机组；

钢轨进入热处理机组之前经过热矫直；

机组的自动控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分；要求钢轨热要求钢轨热处理后的性能；出口参数；冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、冷却喷头的开通数量、风机电机频率；

检测钢轨头部表面在不同位置的入口温度，然后，输入到自动控制系统的计算机，经与测得温度设定值进行比较计算，随后自动选择不同的冷却方式和冷却工艺参数，使钢轨在通长方向得到均匀、连续的加速冷却；

在钢轨通过热处理机组的同时，钢轨的底部也得到以与钢轨头部相同冷却方式的相应的冷却。

进一步地，所说的钢轨热矫直是让钢轨通过两侧布置有压紧钢轨腰部的压轮。

进一步地，用于热处理的钢轨是经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨，确切地说，钢轨头部的表面温度范围为680-850℃。

进一步地，适应于本方法的钢轨的化学成分最好为(重量％)：0.65-0.85％碳，0.21-1.2％硅，0.50-1.5％锰，以及钒、铬、钛、铝、铜、镍和稀土元素中的至少一种。

进一步地，钢轨通过热处理机组的运行速度为0.2-1.2m/s。

进一步地，所说的控制冷却方式可以是先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，也可以是压缩空气单一介质冷却方式。

更进一步地，所说的先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，其雾或水冷的水流量为0.1-1.0t/h.m，其冷却速度为10-20℃/s；其压缩空气冷却的风量为2000-3000m³/h.m，其冷却速度为2.0-5.0℃/s。

更进一步地，所说的压缩空气单一介质冷却方式，其压缩空气的风量为2000-3000m³/h.m，其冷却速度为2.0-5.0℃/s。

更进一步地，钢轨冷却终止后，钢轨头部的表面温度范围为500-600℃。

进一步地，对钢轨头部进行加速冷却后，钢轨头部横截面在离表面30mm范围内都转变为微细珠光体组织，得到的硬度范围为HV320-400。

实现上述所说的钢轨热处理方法的装置，包括输送装置，其特征在于，它还包括冷却系统和自动控制系统。

进一步地，所说的钢轨热处理装置，其输送装置由钢轨引入装置、机械约束装置和辊道输送装置组成。

进一步地，所说的钢轨热处理装置，其冷却装置分别对钢轨头部和底部进行冷却。

更进一步地，对钢轨头部的冷却是由1-10个雾或水冷却段和1-10个压缩空气冷却段组成，冷却段的长度为2-10m；每个冷却段都设置有单独电路和冷却介质流路。

更进一步地，所说的每个冷却段为长条形箱型结构，其中，每个雾或水冷却段与互不相通的压缩空气管道和水流管道连接，每个压缩空气冷却段只与压缩空气管道连接；每一冷却段正对准钢轨头部踏面和两个侧面的一侧均匀分布有数十个喷嘴，喷嘴的形状可以任选，喷嘴端面和钢轨头部表面的间距为10-100mm，正对钢轨踏面的喷嘴与钢轨表面的距离可随冷却段的整体提升或降落而调节。

更进一步地，所说的侧喷嘴端面与钢轨截面对称轴最好有一夹角为5-10度。

进一步地，对钢轨底部的冷却是由与钢轨头部的冷却段相对应的冷却段组成，由单独的电、水、气路控制；每个冷却段正对钢轨底部的一侧均匀分布有数十个喷嘴；喷嘴端面和钢轨底部的间距为10-100mm。

进一步地，所说的自动控制系统，由两级控制组成，包括以下设备：

①、钢轨位置检测装置；

②、钢轨表面温度检测装置，即安装在冷却机入口、出口及冷却机组中的红外辐射测温仪；

③、与执行机构相联的可编程序控制器(PLC)以及用于设定、计算、储存的工业控制计算机；

④、控制雾冷喷头的电磁阀；

⑤、检测冷却喷头距钢轨表面距离的位移变送器；

⑥、冷却介质流量、压力、温度检测装置；

⑦、用于控制冷却机组辊道速度和风机电机的变频调速装置。

更进一步地，所说的自动控制系统计算机设定程序的控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分、要求钢轨热处理后的性能；出口参数：冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、雾冷喷头的开通数量、风机电机频率。

更进一步地，所说的自动控制系统，其控制过程是：先对机组参数预设定，然后根据检测钢轨头部的入口表面温度值，将它与入口温度设定值进行比较，若实测入口温度值大于入口温度设定值I时，则对钢轨进行热处理；否则，不进行热处理；

当钢轨头部表面的入口温度大于入口温度设定值I时，自动控制系统则指令钢轨进入热处理机组入口，又检测钢轨头部表面的入口温度，和入口温度设定值II比较，若检测钢轨头部表面的入口温度值大于入口温度设值II时，则指令对钢轨进行雾或水冷却，即读入钢轨头部温度模型，设定机组速度及雾或水冷却时间，然后指令钢轨进入压缩空气冷却入口，对钢轨进行压缩空气冷却(风冷)；否则，不进行雾或水冷却，指令对钢轨只进行压缩空气冷却(风冷)；

根据检测到的钢轨冷却过程中和冷却终止的出口表面温度，由计算机与预期的设定温度值III、IV、...比较，若超过允许偏差，计算机将在CRT上提示操作人员，并将结果打印输出，然后根据实测参数，对模型参数进行适当调整(自学习)。

更进一步地，所说的自动控制系统，其入口温度设定值I为650℃。

更进一步地，所说的自动控制系统，其入口温度设定值II为680℃以上。

当下一根钢轨开始进入机组时，整个系统按上述过程再次动作。

本发明所述的利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法，具有生产率高、适应范围广、能耗低的明显优点；且其热处理装置具有自动化程度高和操作稳定的特点。

图1为本发明所说方法的实施例的侧视图；

图2为本发明所说的钢轨冷却装置的示意图；

图3为钢轨横截面上各部分名称示意图；

图4a和图4b是来料钢轨温度为780℃时根据发明方法采用先雾冷再加压缩空气冷却后钢轨横截面上的硬度测量结果和分布曲线；

图5a和图5b是来料钢轨温度为700℃时根据发明方法采用先雾冷再加压缩空气冷却后钢轨横截面上的硬度测量结果和分布曲线

图6a和图6b是来料钢轨温度为760℃时根据发明方法采用压缩空气冷却后钢轨横截面上的硬度测量结果和分布曲线

图7a和图7b是来料钢轨温度为680℃时根据发明方法采用压缩空气冷却后钢轨横截面上的硬度测量结果和分布曲线

图8a和图8b是来料钢轨温度为670℃时根据发明方法采用压缩空气冷却后钢轨横截面上的硬度测量结果和分布曲线

图9为采用本发明所说方法的钢轨挠曲结果；

图10是本发明所说方法采用计算机自动控制系统的程序框图；

图11是本发明所说的钢轨在线热处理自动控制系统。

下面，结合附图和一个具体实施方案，对本发明的热处理方法予以详细说明。

利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法，其步骤是：

将一支经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态(680-850℃)的钢轨1由辊道4连续输入设有自动控制系统和通用冷却装置的热处理机组中，钢轨以0.2-1.2m/s的运行速度通过热处理机组，钢轨的化学成分为(重量％)：0.65-0.85％碳，0.21-1.2％硅，0.50-1.5％锰，以及钒、铬、钛、钼、铜、镍和稀土元素中的至少一种。

钢轨1进入热处理机组之前经过热预矫直；

机组的自动控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分、要求钢轨热处理后的性能；出口参数：冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、雾冷喷头的开通数量、风机电机频率；

检测钢轨1头部表面在不同位置的入口温度，然后，输入到自动控制系统的计算机，经与测得温度设定值进行比较计算，随后自动选择不同的冷却方式和冷却工艺参数，使钢轨1在通长方向得到均匀、连续的加速冷却；

在钢轨1通过热处理机组的同时，钢轨1的底部也得到以与钢轨1头部相同冷却方式的相应的冷却。

所说的钢轨1的热矫直是让钢轨1当通过两侧布置有压紧钢轨腰部的压轮(图中未画出)。

所说的控制冷却方式可以是先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，也可以是压缩空气单一介质冷却方式。

所说的先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，当钢轨1进入雾或水冷段3，利用配置在钢轨道1头部周围的冷却装置，将水流量为0.1-1.0t/h.m的雾或水冷喷向钢轨道的头部，其冷却速度为10-20℃/s；其压缩空气冷却的风量为2000-3000m³/h.m；其冷却速度为2.0-5.0℃/s；钢轨1冷却终止后，钢轨1头部的表面温度范围为500-600℃；钢轨1头部横截面在离表面30mm范围内都转变为微细珠光体组，织，得到的硬度范围为HV320-400。

所说的压缩空气单一介质冷却方式，雾冷段3不开启，只开压缩空气冷却段5和6，利用配置在钢轨1头部周围的喷嘴，将风量为2000-3000m³/h.m的压缩空气喷向钢轨1的头部，其冷却速度为2.0-5.0℃/s；钢轨1冷却终止后，钢轨1头部的表面温度范围为500-600℃；钢轨1头部横截面在离表面30mm范围内都转变为微细珠光体组织，得到的硬度范围为HV320-400。

实现本发明所说的钢轨热处理方法的装置，包括输送装置，冷却系统和自动控制系统。

上述所说的钢轨热处理装置，其输送装置由钢轨引入装置、机械约束装置和辊道输送装置组成；其冷却装置分别对钢轨头部和底部进行冷却。

对钢轨1头部的冷却是由一个雾或水冷却段和两个压缩空气冷却段组成，冷却段的长度为10m；每个冷却段都设置有单独电路和冷却介质流路。

据说的每个冷却段为长条形箱型结构，其中，雾或水冷却段4与互不相通的压缩空气管道和水流管道连接，两个压缩空气冷却段5和6只与压缩空气管道连接；冷却段正对准钢轨头部踏面和两个侧面的一侧均匀分布有数十个喷嘴，喷嘴的形状可以任选，喷嘴端面和钢轨头部表面的间距为10-100mm，正对钢轨踏面的喷嘴与钢轨表面的距离可随冷却段的整体提升或降落而调节；所说的侧喷嘴端面与钢轨截面对称轴有一夹角为5-10度。

对钢轨底部的冷却是由与钢轨头部的冷却段相对应的冷却段，由单独的电、水、气路控制；每个冷却段正对钢轨底部的一侧均匀分布有数十分喷嘴；喷嘴端面和钢轨底部的间距为10-100mm。

所说的自动控制系统，由两级控制组成，包括以下设备：

①、钢轨位置检测装置；

②、钢轨表面温度检测装置，安装在冷却机入口、出口及冷却机组中的红外辐射测温仪；

④、控制雾冷喷头的电磁阀；

⑤、检测冷却喷嘴距钢轨表面距离的位移变送器；

⑥、冷却介质流量、压力、温度检测装置；

所说的自动控制系统计算机设定程序的控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分、要求钢轨热处理后的性能；出口参数；冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、雾冷喷头的开通数量、风机电机频率。

所说的自动控制系统，其控制过程是：先对机组参数预设定，然后根据检测钢轨头部的入口表面温度值，将它与入口温度设定值进行比较，若实测入口温度值大于入口温度设定值I时，则对钢轨进行热处理；否则，不进行热处理；

当钢轨头部表面的入口温度大于入口温度设定值I时，自动控制系统则指令钢轨进入热处理机组入口，又检测钢轨头部表面的入口温度，和入口温度设定值II比较，若检测钢轨头部表面的入口温度值大于入口温度设定值II时，则指令对钢轨进行雾或水冷却，即读入钢轨头部温度模型，设定机组速度及雾或水冷却时间，然后指令钢轨进入压缩空气冷却入口，对钢轨进行压缩空气冷却(风冷)；否则，不进行雾或水冷却，指令对钢轨只进行压缩空气冷却(风冷)；

所说的自动控制系统，其入口温度设定值I为650℃。

所说的自动控制系统，其入口温度设定值II为720℃。

实施例1

化学成分为(重量％)：0.80％C，0.77％Si，0.84％Mn，0.07％V，≤0.030％P、S，其余为Fo和其它微量元素，经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的60Kg/m钢轨，利用本发明的方法和附图所示的装置进行热处理。其他条件是：钢轨开始冷却的头部表面温度为780℃，采用先雾冷再加压缩空气冷却方式，钢轨运行速度为0.4m/s，雾冷时间为15s，压缩空气冷却时间为50s。雾冷水量、风量分别为0.3t/h.m、815m³/h.m，压缩空气冷却的风量为2045m³/h.m。冷却终止后钢轨头部的表面温度为560℃，得到的钢轨头部横截面上的硬度测量结果和硬度分布曲线如图4a和图4b所示，机械性能为：

σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％
σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％	820	1255	13	27

L为25米钢轨沿长度方向的挠度h为60mm。

实施例2

化学成分为(重量％)：0.80％C，0.77％Si，0.84％Mn，0.07％V，≤0.030％P，S，其余为Fe和其它微量元素，经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的60Kg/m钢轨，利用本发明的方法和附图所示的装置进行热处理。其它条件是：钢轨开始冷却的头部表面温度为690℃，采用先雾冷再加压缩空气冷却方式，钢轨运行速度为0.4m/s，雾冷时间为11s，压缩空气冷却时间为50s。雾冷水量、风量分别为0.3t/h.m、815m³/h.m，压缩空气冷却的风量为2045m³/h.m。冷却终止后钢轨头部的表面温度为550℃，得到的钢轨头部横截面上的硬度测量结果和硬度分布曲线如图5a和图5b所示，机械性能为：

σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％
σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％	825	1275	12	33

L为25米钢轨沿长度方向的挠度h为75mm。

实施例3

化学成分为(重量％)：0.77％C，0.76％Si，0.86％Mn，0.09％V，≤0.030％P，S，其余为Fe和其它微量元素，经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的60Kg/m钢轨，利用本发明的方法和附图所示的装置进行热处理。其他条件是：钢轨开始冷却的头部表面温度为780℃，采用压缩空气冷却方式，钢轨运行速度为0.22m/s，压缩空气冷却时间为90s。压缩空气冷却的风压为0.01MPa，风量为2045m³/h.m。冷却终止后钢轨头部的表面温度为510℃，得到的钢轨头部横截面上的硬度测量结果和硬度分布曲线如图6a和图6b所示，机械性能为：

σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％
σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％	860	1300	13	26

L为25米钢轨沿长度方向的挠度h为10mm。

实施例4

化学成分为(重量％)：0.77％C，0.76％Si，0.86％Mn，0.09％V，≤0.030％P，S，其余为Fe和其它微量元素，经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的60Kg/m钢轨，利用本发明的方法和附图所示的装置进行热处理。其他条件是：钢轨开始冷却的头部表面温度为750℃，采用压缩空气冷却方式，钢轨运行速度为0.25m/s，压缩空气冷却时间为80s。压缩空气冷却的风压为0.01MPa，风量为2045m³/h.m。冷却终止后钢轨头部的表面温度为500℃，得到的钢轨头部横截面上的硬度测量结果和硬度分布曲线如图7a和图7b所示，机械性能为：

σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％
σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％	865	1305	12	30

L为25米钢轨沿长度方向的挠度h为30mm。

实施例5

化学成分为(重量％)：0.78％C，0.79％Si，0.90％Mn，0.09％V，≤0.030％P，S，其余为Fe和其它微量元素，经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的60Kg/m钢轨，利用本发明的方法和附图所示的装置进行热处理。其他条件是：钢轨开始冷却的头部表面温度为710℃，采用压缩空气冷却方式，钢轨运行速度为0.28m/s，压缩空气冷却时间为70s。压缩空气冷却的风压为0.01MPa，风量为2045m³/h.m。冷却终止后钢轨头部的表面温度为510℃，得到的钢轨头部横截面上的硬度测量结果和硬度分布曲线如图8a和图8b所示，机械性能为：

σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％
σ0.2，MPa	συ，MPa	65，％	ψ，％	840	1280	11	25

L为25米钢轨沿长度方向的挠度h为30mm。

Claims

1、利用轧制余热生产高强度钢轨的热处理方法，其步骤是：

将一支经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨连续输入设有自动控制装置和冷却装置的热处理机组中，钢轨以一定的运行速度通过热处理机组；

其特征在于，还包括下列步骤：

钢轨进入热处理机组之前经过热矫直；

机组的自动控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分、要求钢轨热处理后的性能；出口参数：冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、冷却喷头的开通数量、风机电机频率；

检测钢轨头部表面在不同位置的入口温度，然后，输入到自动控制装置的计算机，经与测得温度设定值进行比较计算，随后自动选择不同的冷却方式和冷却工艺参数，使钢轨在通长方向得到均匀、连续的加速冷却；

2、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，所说的钢轨热矫直是让钢轨通过两侧布置有压紧钢轨腰部的压轮。

3、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，用于热处理的钢轨是经热轧后保持在奥氏体区域的高温状态的钢轨，确切地说，钢轨头部的表面温度范围为680-850℃。

4、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，适应于本方法的钢轨的化学成分为(重量％)：0.65-0.85％碳，0.21-1.2％硅，0.50-1.5％锰，以及钒、铬、钛、钼、铜、镍和稀土元素中的至少一种。

5、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，钢轨通过热处理机组的运行速度为0.2-1.2m/s。

6、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，所说的控制冷却方式可以是先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，也可以是压缩空气单一介质冷却方式。

7、根据权利要求6所说的钢轨热处理方法，其特征在于，所说的先雾或水冷却+后压缩空气冷却的组合冷却方式，其雾或水冷的水流量为0.1-1.0t/h.m，其冷却速度为10-20℃/s；其压缩空气冷却的风量为2000-3000m³/h.m，其冷却速度为2.0-5.0℃/s。

8、根据权利要求6所说的钢轨热处理方法，其特征在于，所说的压缩空气单一介质冷却方式，其压缩空气的风量为2000-3000m³/h.m，其冷却速度为2.0-5.0℃/s。

9、根据权利要求1所说的钢轨热处理方法，其特征在于，钢轨冷却终止后，钢轨头部的表面温度范围为500-600℃。

10、根据权利要求1或6所说的钢轨热处理方法，其特征在于，对钢轨头部进行加速冷却后，钢轨头部横截面内在离表面30mm范围内都转变为微细珠光体组织，得到的硬度范围为HV320-400。

11、实现权利要求1所说的钢轨热处理方法的装置，包括输送装置，其特征在于，它还包括具有舞冷、风冷功能的冷却装置和自动控制装置。

12、根据权利要求11所说的钢轨热处理装置，其特征在于，其输送装置由钢轨引入装置、机械约束装置和辊道输送装置组成。

13、根据权利要求11所说的钢轨热处理装置，其特征在于，其冷却装置分别对钢轨头部和底部进行冷却。

14、根据权利要求13所说的钢轨热处理装置，其特征在于，对钢轨头部的冷却是由1-10个雾或水冷却段和1-10个压缩空气冷却段组成，冷却段的长度为2-10m；每个冷却段都设置有单独电路和冷却介质流路。

15、根据权利要求14所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的每个冷却段为长条形箱型结构，其中，每个雾或水冷却段与互不相通的压缩空气管道和水流管道连接，每个压缩空气冷却段只与压缩空气管道连接；每一冷却段正对准钢轨头部踏面和两个侧面的一侧均匀分布有数十个喷嘴，喷嘴的形状可以任选，喷嘴端面和钢轨头部表面的间距为10-100mm，正对钢轨踏面的喷嘴与钢轨表面的距离可随冷却段的整体提升或降落而调节。

16、根据权利要求15所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的侧喷嘴端面与钢轨截面对称轴有一夹角为5-10度。

17、根据权利要求13所说的钢轨热处理装置，其特征在于，对钢轨底部的冷却是由与钢轨头部的冷却段相对应的冷却段，由单独的电、水、气路控制；每个冷却段正对钢轨底部的一侧均匀分布有数十个喷嘴；喷嘴端面和钢轨底部的间距为10-100mm。

18、根据权利要求11所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的自动控制系统，由两级控制组成，包括以下设备；

①、钢轨位置检测装置；

③、与执行机构相联的可编程序控制器以及用于设定、计算、储存的工业控制计算机；

④、控制雾冷喷头的电磁阀；

⑤、检测冷却喷头距钢轨表面距离的位移变送器；

⑥、冷却介质流量、压力、温度检测装置；

19、根据权利要求18所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的自动控制装置，计算机设定程序的控制参数设定，包括入口参数：钢轨的化学成分、要求钢轨热处理后的性能；出口参数：冷却机辊道速度、冷却喷头距钢轨表面的距离、雾冷喷头的开通数量、风机电机频率。

20、根据权利要求19所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的自动控制装置，其控制过程是：

先对机组参数预设定，然后根据检测钢轨头部的入口表面温度值，将它与入口温度设定值进行比较，若实测入口温度值大于入口温度设定值I时，则对钢轨进行热处理；否则，不进行热处理；

当钢轨头部表面的入口温度大于入口温度设定值I时，自动控制装置则指令钢轨进入热处理机组入口，又检测钢轨头部表面的入口温度，和入口温度设定值II比较，若检测钢轨头部表面的入口温度值大于入口温度设定值II时，则指令对钢轨进行雾或水冷却，即读入钢轨头部温度模型，设定机组速度及雾或水冷却时间，然后指令钢轨进入压缩空气冷却入口，对钢轨进行压缩空气冷却；否则，不进行雾或水冷却，指令对钢轨只进行压缩空气冷却；

根据检测到的钢轨冷却过程中和冷却终止的出口表面温度，由计算机与预期的设定温度值III、IV、...比较，若超过允许偏差，计算机将在CRT上提示操作人员，并将结果打印输出，然后根据实测参数，对模型参数进行适当调整。

21、根据权利要求20所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的自动控制装置，其入口温度设定值I为650℃。

22、根据权利要求20所说的钢轨热处理装置，其特征在于，所说的自动控制装置，其入口温度设定值II为680℃以上。