CN109777941A - 一种热轧、热锻钢球余热淬火装置及淬火工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种热轧、热锻钢球余热淬火装置及淬火工艺，所述淬火装置包括淬火水槽，以及倾斜设置在淬火水槽内的螺旋推升机构，所述淬火水槽内装有淬火介质，所述淬火水槽通过设置在螺旋推升机构下方的支撑板分为急冷区和缓冷区；所述螺旋推升机构推动钢球经急冷区、缓冷区自下而上移动；所述淬火工艺基于上述装置进淬火后的钢球硬度均匀，无开裂，力学性能得到改善。

Description

一种热轧、热锻钢球余热淬火装置及淬火工艺

技术领域

本发明属于球类热轧、热锻锻件热处理技术领域，具体涉及采用一种热轧、热锻钢球余热淬火装置及淬火工艺。

技术背景

冶金工业在我国工业产业链中，处于整个产业链的上游，承担着为制造业提供原材料及能源的重任，在促进国民经济发展、加强国防建设和实现“中国制造—2025”中的地位十分重要。热轧、热锻和铸造的钢球是冶金工业企业研磨各种矿料的主要介质和易损件，年需求量在500万吨，(其中热轧、热锻钢球占65％)以上。国际同行业热轧、热锻钢球研磨每吨矿料平均耗损低于0.7kg，目前国内很多企业还达不到这一质量水平，其主要原因就是热处理工艺亟须改进。譬如国内具有代表性的热处理工艺是采用箱式炉或隧道/转盘通过式炉加热后浸水淬火，由于钢球在炉内受热不匀，淬火时介质流动性不好，介质温度不能精确控制，造成钢球硬度不均匀、力学性能差，研磨矿料时失圆或开裂。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种热轧、热锻钢球余热淬火装置及淬火工艺，实现热处理工艺技术创新，达到球类锻件淬硬度均匀、力学性能好的效果，从而提高钢球的使用寿命。

本发明解决上述技术问题，一方面提供了一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，所述装置包括淬火水槽，以及倾斜设置在淬火水槽内的螺旋推升机构，所述淬火水槽内装有淬火介质，所述螺旋推升机构包括转轴以及缠绕设置在转轴上的螺旋叶片，所述螺旋叶片外侧设有轴向半圆筒形输送滑槽，所述螺旋推升机构一端固定在淬火水槽的底部，其转轴与淬火水槽底面成10～15°夹角，该螺旋推升机构另一端连接电机；所述淬火水槽通过设置在螺旋推升机构下方的支撑板分为急冷区和缓冷区；所述螺旋推升机构推动钢球经急冷区、缓冷区自下而上移动。

进一步地，所述螺旋叶片为镂空式结构。

进一步地，所述螺旋推升机构的转轴与淬火水槽底面夹角为13°。

进一步地，所述电机为变频电机，使螺旋推升机构可以变频调速，以满足不同球径钢球的淬火速度。

进一步地，所述急冷区和缓冷区的侧壁上分别设有用于水冷交换的给水口，且各区还分别设有热电偶及流量计，以控制介质温度、流量和水冷交换。

进一步地，所述急冷区侧壁上设有通用溢流口，所述通用溢流口下方设有机动溢流口，所述机动溢流口的中心线与螺旋推升机构终端螺旋叶片下切点的垂直距离为200mm。

进一步地，所述急冷区与缓冷区的给水口均设置在机动溢流口的下方。

本发明另一方面提供一种热轧、热锻钢球余热淬火工艺，该工艺包括如下步骤：

1.将热轧、锻制后的钢球，通过提升机和控温输送滑道送入上述淬火装置；钢球送入淬火装置时，控制其温度为750℃±10℃；

2.钢球通过螺旋推升机构由下至上依次经过急冷区与缓冷区淬火，钢球在急冷区过冷至230℃的M_S线时，进入缓冷区淬火，钢球上行脱离缓冷区后进入低温回火工序。

进一步地，所述步骤2的具体操作为：钢球进入急冷区时，增加冷却给水，控制急冷区给水流量为8～10m³/h，增加钢球冷却速度，确保钢球过冷至230℃的MS线时，钢球进入缓冷区，钢球进入缓冷区后，减少冷却给水，控制缓冷区给水流量为3～4m³/h，降低钢球冷却速度。

进一步地，淬火水槽内的淬火介质温度为30℃～35℃。

进一步地，所述控温滑道的坡度取值范围3～5°，所述钢球球径为40～150mm。

进一步地，所述控温滑道的坡度与钢球球径成反比，其长度与钢球球径成正比。

本发明的有益效果为：

1.适用于不同球径的中高碳低合金钢热轧、热锻球类产品；

2.螺旋叶片为镂空结构，减少了输送阻力，加快了介质流动，有效避免淬火介质在热钢球周围产生蒸气膜；

3.与热轧、热锻生产线同步，利用余热控温淬火，高效节能；

4.自动控制淬火冷却速度、介质温度和水冷交换，充分保证钢球的力学性能；

5.淬火装置设计先进合理、结构新颖，钢球伴随介质热量一起上行，自动实现急冷和缓冷，从而获得与双介质淬火和马氏体分级淬火效果基本一致的金相组织；

6.本工艺便于实现多品种、大批量、自动化生产。

附图说明

图1是本发明余热淬火装置结构示意图；

图2是本发明余热淬火装置中的淬火水槽结构图；

图3是本发明螺旋推升机构主视图；

图4是本发明螺旋推升机构俯视图；

图5是图3的螺旋推升机构A-A截面图。

附图标记：1、淬火水槽；2-1、急冷区；2-2、缓冷区；3、螺旋叶片；3-1、螺旋叶片镂空结构；4、转轴；5、电机；6-1、急冷区给水口；6-2、缓冷区给水口；7、淬火介质液面；8、通用溢流口；9、机动溢流口；10-1、急冷区热电偶及流量计；10-2、缓冷区热电偶及流量计。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

热轧、热锻钢球生产典型工艺流程：圆钢料中频加热→斜轧机轧制/锤模锻→余热淬火处理→低温回火处理→产品质量检验→产品包装入库。

如图1～5所示，本发明针对余热淬火处理工序提供了一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，所述装置包括淬火水槽1，以及倾斜设置在淬火水槽内的螺旋推升机构，所述淬火水槽内装有淬火介质，所述螺旋推升机构包括转轴4以及缠绕设置在转轴上的螺旋叶片3，所述螺旋叶片外侧设有轴向半圆筒形输送滑槽，所述螺旋推升机构一端固定在淬火水槽的底部，其转轴与淬火水槽底面成10～15°夹角，该螺旋推升机构另一端连接电机5；所述淬火水槽通过设置在螺旋推升机构下方的支撑板分为急冷区2-1和缓冷区2-2；所述螺旋推升机构推动钢球经急冷区、缓冷区自下而上移动。

进一步地，转轴与淬火水槽底面成夹角优选为13°。

进一步地，为避免淬火介质在热钢球周围产生蒸气膜，所述螺旋叶片为镂空结构3-1，起到推升阻力小，介质流动性好，并能消除蒸气膜的作用。

进一步地，所述电机为变频电机，使螺旋推升机构可以变频调速，以满足不同球径钢球的淬火速度。

进一步地，所述急冷区和缓冷区的侧壁上分别设有用于水冷交换的给水口6-1、6-2，且各区还分别设有热电偶及流量计10-1、10-2，以控制介质温度、流量和水冷交换。

进一步地，所述急冷区与缓冷区的给水口处分别连接注水喷头，所述注水喷头与淬火水槽侧壁呈一定角度，使水流形成旋转。

进一步地，所述急冷区侧壁上设有通用溢流口8，所述通用溢流口下方设有机动溢流口9，所述机动溢流口的中心线与螺旋推进器终端螺旋叶片下切点的垂直距离为200mm，当更换钢球品种或水温偏上限时可及时将其打开溢排。

进一步地，所述急冷区与缓冷区的给水口均设置在机动溢流口的下方。

在本发明的一实施例中，所述通用溢流口中心距淬火水槽底高度为980mm；所述急冷区的给水口距水槽左侧壁1050mm、距水槽底470mm；所述缓冷区给水口中心距水槽右侧壁1050mm、距水槽底470mm。

应用本发明所述淬火装置的淬火工艺为包括如下步骤：

1.将热轧、热锻后的钢球，通过提升机和控温输送滑道送入上述淬火装置；钢球送入淬火装置时，控制其温度为750℃±10℃；

2.钢球通过螺旋推升机构由下至上依次经过急冷区与缓冷区淬火，钢球在急冷区过冷至230℃的M_S线时，进入缓冷区淬火，钢球上行脱离缓冷区后进入低温回火工序。

所述步骤2的具体操作为：钢球进入急冷区时，增加冷却给水，控制急冷区给水流量为8～10m³/h，增加钢球冷却速度，确保钢球过冷至230℃的MS线时，钢球进入缓冷区，钢球进入缓冷区后，减少冷却给水，控制缓冷区给水流量为3～4m³/h，降低钢球冷却速度；淬火水槽内的淬火介质温度为30℃～35℃。

所述控温滑道的坡度取值范围3～5°，所述钢球球径为40～150mm。

所述控温滑道的坡度与钢球球径成反比，其长度与钢球球径成正比。

采用本发明所述的淬火装置及工艺，进行热轧、热锻钢球的淬火处理，将热钢球通过变频提升机和控温输送滑道送入淬火装置(钢球送入淬火装置时，控制其温度为750℃±10℃)，在淬火作业过程中，应用热电偶、流量计控制介质温度、流量和水冷交换，在急冷区加快冷却给水、热水溢流与介质搅拌，即加快热钢球在高温相变区—过冷奥氏体区的冷却速度；当钢球过冷至230℃的M_S线，即进入低温马氏体相变区时，钢球即进入缓冷区，减少冷却给水、加之螺旋推升机构转轴与淬火水槽底部形成一定夹角，钢球伴随介质热量一起上行，冷却速度降低，既可降低淬火应力，同时也能保证钢球淬透性。

本发明所述的淬火装置及工艺可通过与装置连接的PLC控制终端实时收集、监控温度和流量数据。

采用上述工艺进行淬火的产品中随机抽取5个试样，检测其表面硬度均在59～62HRC之间，心部硬度均≥50HRC，冲击韧性均≥12J，落球冲击疲劳寿命试验万次碎球率﹤0.5％，优于YB/T091行业标准，满足国内外客户订单要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述装置包括淬火水槽，以及倾斜设置在淬火水槽内的螺旋推升机构，所述淬火水槽内装有淬火介质，所述螺旋推升机构包括转轴以及缠绕设置在转轴上的螺旋叶片，所述螺旋叶片外侧设有轴向半圆筒形输送滑槽，所述螺旋推升机构一端固定在淬火水槽的底部，其转轴与淬火水槽底面成10～15°夹角，该螺旋推升机构另一端连接电机；所述淬火水槽通过设置在螺旋推升机构下方的支撑板分为急冷区和缓冷区；所述螺旋推升机构推动钢球经急冷区、缓冷区自下而上移动。

2.根据权利要求1所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述螺旋推升机构的转轴与淬火水槽底面的夹角为13°。

3.根据权利要求1所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述螺旋叶片为镂空式结构。

4.根据权利要求1所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述电机为变频电机，使螺旋推升机构可以变频调速，以满足不同球径钢球的淬火速度。

5.根据权利要求1所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述急冷区和缓冷区的侧壁上分别设有用于水冷交换的给水口，且各区还分别设有热电偶及流量计，以控制介质温度、流量和水冷交换。

6.根据权利要求5所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述急冷区侧壁上设有通用溢流口，所述通用溢流口下方设有机动溢流口，所述机动溢流口的中心线与螺旋推升机构终端螺旋叶片下切点的垂直距离为200mm。

7.根据权利要求6所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火装置，其特征在于：所述急冷区与缓冷区的给水口均设置在机动溢流口的下方。

8.一种热轧、热锻钢球余热淬火工艺，其特征在于：所述工艺基于权利要求1～7其中任意一项所述的装置进行，并包括如下步骤：

1)将热轧、热锻后的钢球，通过提升机和控温输送滑道送入上述淬火装置；钢球送入淬火装置时，控制其温度为750℃±10℃；

2)钢球通过螺旋推升机构由下至上依次经过急冷区与缓冷区淬火，钢球在急冷区过冷至230℃的M_S线时，进入缓冷区淬火，钢球上行脱离缓冷区后进入低温回火工序。

9.根据权利要求8所述的一种热轧、热锻钢球余热淬火工艺，其特征在于：所述步骤2)的具体操作为：钢球进入急冷区时，增加冷却给水，控制急冷区给水流量为8～10m³/h，增加钢球冷却速度，确保钢球过冷至230℃的MS线时，钢球进入缓冷区，钢球进入缓冷区后，减少冷却给水，控制缓冷区给水流量为3～4m³/h，降低钢球冷却速度。

10.根据权利要求9所述的所述一种热轧、热锻钢球余热淬火工艺，其特征在于：淬火水槽内的淬火介质温度为30℃～35℃。