CN110643803B - 加热装置及杆件加热方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种加热装置及杆件加热方法，其中加热装置，包括：本体，所述本体为具有开口的加热腔；冷却组件，所述冷却组件设置于所述本体上，位于所述开口处，所述冷却组件被配置为能够在所述开口处形成容置空间，所述容置空间用于容纳杆件；驱动组件，连接于所述冷却组件，所述驱动组件用于驱动所述冷却组件以形成所述容置空间。本发明的加热装置能够显著缩短杆件在局部加热过程中处于本体入口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

Description

加热装置及杆件加热方法

技术领域

本发明涉及工件加工领域，具体而言，涉及一种加热装置及一种杆件加热方法。

背景技术

相关技术中，随着要求的进一步提高，为保证钢轨局部锻压区与在线热处理原材部分整体性能保持一致，同时提高轨件压型跟端的热处理质量，目前行业内逐渐对钢轨压型跟端采用全断面加热及持续喷风冷却的方式进行强化处理，以进一步提高此处强化的效果与质量的稳定可靠性。由于钢轨局部热处理强化需对全断面进行较长时间加热，因此在钢轨加热与非加热部分会产生一个一定长度范围的温度与组织过渡区，此区域由温度梯度原因会造成金属组织不均匀，存在一定范围的粒状组织，从而产生一定宽度的硬度软化区，如此软化区较大，在实际线路应用中，易导致由于长期冲击、振动及碾压造成的局部快速磨损，即所谓的马鞍形磨耗，不利于列车运行的平顺性，长期会影响线路运营的效率，降低钢轨的使用寿命，提高线路维护成本。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明第一方面提供了一种加热装置。

本发明第二方面提供了一种杆件加热方法。

有鉴于此，根据本发明的第一个方面，提供了一种加热装置，包括：本体，本体为具有开口的加热腔；冷却组件，冷却组件设置于本体上，位于开口处，冷却组件被配置为能够在开口处形成容置空间，容置空间用于容纳杆件；驱动组件，连接于冷却组件，驱动组件用于驱动冷却组件以形成容置空间。

本发明的加热装置通过在本体开口处设置冷却组件，在对工件尤其是杆件进行局部加热时，能够对处于开口处的杆件进行冷却降温，显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

具体地，冷却组件通过容置空间的形成，能够包覆在杆件的外周，可以对杆件起到显著的降温效果。进一步地，通过驱动件带动冷却组件移动，便于使冷却组件包覆在杆件的外周，操作方便。

再进一步地，为了提高杆件的加热效率，加热装置的本体可以选用感应加热炉。

另外，根据本发明提供的上述技术方案中的加热装置，还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，冷却组件包括：多个壳体，驱动组件与多个壳体相连接；冷却液通道，设置在壳体内。

在该技术方案中，通过多个壳体的设置，可以将多个壳体设置在开口处的周侧，当有杆件通过本体进行加热时，通过驱动组件带动多个壳体相互靠近形成容置空间包覆在杆件外周，通过冷却液通道的开设用于容纳冷媒介质，当多个壳体相互靠近形成的容置空间包覆在杆件的外周时，冷却液通道内的冷媒介质为杆件进行降温，使冷媒介质能够作用在杆件上，冷却效果更佳。具体地考虑到生产成本，冷媒介质可以选择为液态水。

具体地，在多个壳体适配形成容置空间时，相邻壳体冷却液通道独立设置，提高了冷媒介质流通管道的效率，能够起到更好的冷却效果，显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

在上述任一技术方案中，优选地，冷却组件还包括：入口部，设置在壳体上，连通于冷却液通道；出口部，设置在壳体上，连通于冷却液通道。

在该技术方案中，通过入口部向冷却液通道内注入冷媒介质，冷媒介质与杆件换热，对杆件进行降温后经由出口部排出，实现冷媒介质循环冷却，冷却效果更佳，能够显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

在上述任一技术方案中，优选地，壳体的数量为三个，三个壳体沿开口的周侧设置；驱动组件为伸缩杆。

在该技术方案中，当杆件进入本体进行加热时，通过伸缩杆带动三个壳体相互靠近包覆在杆件的外周，对杆件进行降温，当杆件完成加热后，可以通过伸缩杆带动三个壳体相互远离，将杆件经由本体取出，操作更为方便，通过三个壳体的设置相互支撑包覆在杆件外周，使冷却组件结构更为稳固。

具体地，伸缩杆的驱动方式可以为电动、气动或液压驱动，可根据壳体自重选择合适的动力源，当壳体自重较大时，优选采用液压驱动的方式驱动伸缩杆伸缩，当壳体自重较轻时，优选采用气动伸缩杆。

在上述任一技术方案中，优选地，加热装置还包括：抗磁套筒，抗磁套筒套设在驱动组件上。

在该技术方案中，在驱动组件上套设抗磁套筒，对驱动组件起到保护作用，避免驱动组件承受本体内的高温，延长驱动组件使用寿命。

在上述任一技术方案中，优选地，加热装置还包括：泵送组件，泵送组件连通于冷却组件。

在该技术方案中，通过泵送组件的设置用于向冷却组件泵送冷媒介质以及回收冷却组件内完成换热的冷媒介质，实现冷媒介质的循环，冷却效果更佳。

在上述任一技术方案中，优选地，加热装置还包括：温度传感器，设置于加热腔的开口处，用于检测杆件的温度；控制器，控制器与温度传感器相连接，控制器用于接收温度传感器检测到的温度信息，根据温度信息控制泵送组件的开启或关闭，同时还可根据传感器温度信息自动调节循环冷却介质的流速及喷出冷却介质的频率。

在该技术方案中，控制器基于温度传感器检测到的温度控制泵送组件的开启与关闭，具体地，可以对温度传感器设置温度阈值，当杆件上的温度超过温度阈值时，控制器控制泵送组件向冷却组件供给冷媒介质为杆件进行降温冷却。进一步地，杆件上的温度可以是杆件处于本体内受热加热处的温度，也可以是杆件处于本体的开口处的温度。

在上述任一技术方案中，优选地，加热装置还包括：位移检测单元，设置在加热装置本体的入口处。

在该技术方案中，通过位移检测单元的设置，用于检测是否有杆件物体通过入口处进入本体进行加热，如果有则控制控制驱动组件启动，带动冷却组件移动以形成容置空间包覆在杆件外侧，使加热装置操作更为方便。

具体地，位移检测单元可以为红外光幕传感器或位移传感器。

根据本发明的第二个方面，还提出了一种杆件加热方法，用于上述任一技术方案的加热装置，加热方法包括：基于杆件进入加热腔内预设位置时，控制驱动组件启动，以形成容置空间；加热过程中，控制加热装置的泵送组件，向冷却组件内注入冷媒介质对杆件进行冷却。

本发明提供的杆件加热方法，在杆件通过加热装置本体进行局部加热时，控制驱动组件带动冷却组件包覆在杆件上，进一步控制泵送组件向冷却组件注入冷媒介质，对处于入口处的杆件进行冷却，能够显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

另外，根据本发明提供的上述技术方案中的杆件加热方法，还可以具有如下附加技术特征：

在上述技术方案中，优选地，杆件加热方法还包括：获取位于开口处的杆件的温度值；根据温度值，调节进入冷却组件的冷媒介质的流量和/或温度。

在该技术方案中，将位于开口处的杆件温度作为控制冷媒介质流量和/或温度的标准，当杆件温度较高时增加冷媒介质供给的流量和/或降低冷媒介质的温度，当杆件温度较低时降低冷媒介质供给的流量和/或升高冷媒介质的温度，取保能够对处于开口处的杆件进行冷却降温，同时尽量减少资源浪费。

在上述任一技术方案中，优选地，杆件加热方法还包括：当杆件的加热温度达到预设温度和/或加热时间达到预设时间时，启动驱动组件带动冷却组件远离杆件。

在该技术方案中，当加热装置对杆件的加热温度到达目标温度后，保温目标时间，确保杆件能够达到预期的加热效果，而后通过驱动组件带动冷却组件远离杆件，便于杆件经由本体移出。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的加热装置的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的加热装置形成容置空间时的示意性结构图的主视图；

图3是本发明实施例三的杆件加热方法的流程图；

图4是本发明实施例四的杆件加热方法的流程图。

其中，图1和图2中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

2本体，4冷却组件，6驱动组件，8壳体，10入口部，12出口部，14伸缩杆。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述方面、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图4来描述根据本发明一些实施例提供的加热装置及杆件加热方法。

实施例一

如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出了一种加热装置，包括：本体2、冷却组件4及驱动组件6。

其中，本体2为具有开口的加热腔；冷却组件4设置于本体2上，位于开口处，冷却组件4被配置为能够在开口处形成容置空间，容置空间用于容纳杆件；驱动组件6连接于冷却组件4，驱动组件6用于驱动冷却组件4以形成容置空间。

本发明的加热装置通过在本体2开口处设置冷却组件4，在对工件尤其是杆件进行局部加热时，能够对处于开口处的杆件进行冷却降温，显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

具体地，冷却组件4通过容置空间的形成，能够包覆在杆件的外周，可以对杆件起到显著的降温效果。进一步地，通过驱动件带动冷却组件4移动，便于使冷却组件4包覆在杆件的外周，操作方便。

可选地，冷却组件4包括：多个壳体8，驱动组件6与多个壳体8相连接；冷却液通道，设置在壳体8内。

在该实施例中，通过多个壳体8的设置，可以将多个壳体8设置在开口处的周侧，当有杆件通过本体2进行加热时，通过驱动组件6带动多个壳体8相互靠近形成容置空间包覆在杆件外周，通过冷却液通道的开设用于容纳冷媒介质，当多个壳体8相互靠近形成的容置空间包覆在杆件的外周时，冷却液通道内的冷媒介质为杆件进行降温，使冷媒介质能够作用在杆件上，冷却效果更佳。具体地考虑到生产成本，冷媒介质可以选择为液态水。

在该实施例中，在多个壳体8适配形成容置空间时，相邻壳体的冷却液通道独立设置，能够提高冷媒介质流通管道的效率，能够起到更好的冷却效果，显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

可选地，冷却组件4还包括：入口部10，设置在壳体8上，连通于冷却液通道；出口部12，设置在壳体8上，连通于冷却液通道。

在该实施例中，通过入口部10向冷却液通道内注入冷媒介质，冷媒介质与杆件换热，对杆件进行降温后经由出口部12排出，实现冷媒介质循环冷却，冷却效果更佳，能够显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

可选地，壳体8的数量为三个，三个壳体8沿开口的周侧设置；驱动组件6为伸缩杆14。

在该实施例中，当杆件进入本体2进行加热时，通过伸缩杆14带动三个壳体8相互靠近包覆在杆件的外周，对杆件进行降温，当杆件完成加热后，可以通过伸缩杆14带动三个壳体8相互远离，将杆件经由本体2取出，操作更为方便，通过三个壳体8的设置相互支撑包覆在杆件外周，使冷却组件4结构更为稳固。

具体地，伸缩杆14的驱动方式可以为电动、气动或液压驱动，可根据壳体8自重选择合适的动力源，当壳体8自重较大时，优选采用液压驱动的方式驱动伸缩杆14伸缩，当壳体自重较轻时，优选采用气动伸缩杆。

可选地，加热装置还包括：抗磁套筒，抗磁套筒套设在驱动组件6上。

在该实施例中，在驱动组件6上套设抗磁套筒，对驱动组件6起到保护作用，避免驱动组件6承受本体2内的高温，延长驱动组件6使用寿命。

可选地，加热装置还包括：泵送组件，泵送组件连通于冷却组件4。

在该实施例中，通过泵送组件的设置用于向冷却组件4泵送冷媒介质以及回收冷却组件4内完成换热的冷媒介质，实现冷媒介质的循环，冷却效果更佳。

实施例二

如图1和图2所示，本发明的一个实施例提出了一种加热装置，包括：本体2、冷却组件4及驱动组件6。

其中，本体2为具有开口的加热腔；冷却组件4设置于本体2上，位于开口处，冷却组件4被配置为能够在开口处形成容置空间，容置空间用于容纳杆件；驱动组件6连接于冷却组件4，驱动组件6用于驱动冷却组件4以形成容置空间。

可选地，加热装置还包括：泵送组件，泵送组件连通于冷却组件4。

可选地，加热装置还包括：温度传感器，设置于加热腔的开口处，用于检测杆件的温度；控制器，控制器与温度传感器相连接，控制器用于接收温度传感器检测到的温度信息，根据温度信息控制泵送组件的开启或关闭。

在该实施例中，控制器基于温度传感器检测到的温度控制泵送组件的开启与关闭，具体地，可以对温度传感器设置温度阈值，当杆件上的温度超过温度阈值时，控制器控制泵送组件向冷却组件4供给冷媒介质为杆件进行降温冷却。进一步地，杆件上的温度可以是杆件处于本体2内受热加热处的温度，也可以是杆件处于本体2的开口处的温度。

可选地，加热装置还包括：位移检测单元，设置在加热装置本体2的入口处。

在该实施例中，通过位移检测单元的设置，用于检测是否有杆件物体通过入口处进入本体2进行加热，如果有则控制控制驱动组件6启动，带动冷却组件4移动以形成容置空间包覆在杆件外侧，使加热装置操作更为方便。

具体地，位移检测单元可以为红外光幕传感器或位移传感器。

实施例三

如图3所示，本发明的一个实施例提出了一种杆件加热方法，用于上述任一实施例的加热装置，加热方法包括：

步骤302，基于杆件进入加热腔内预设位置时，控制驱动组件启动，以形成容置空间；

步骤304，加热过程中，控制加热装置的泵送组件，向冷却组件内注入冷媒介质对杆件进行冷却。

该实施例提供的杆件加热方法，在杆件通过加热装置本体2进行局部加热时，控制驱动组件带动冷却组件包覆在杆件上，进一步控制泵送组件向冷却组件注入冷媒介质，对处于入口处的杆件进行冷却，能够显著缩短杆件在局部加热过程中处于开口处的温度与组织过渡区的长度，显著缩短加热热影响球化区组织的长度，提高热影响区的硬度。

实施例四

如图4所示，本发明的一个实施例提出了一种杆件加热方法，用于上述任一实施例的加热装置，加热方法包括：

步骤402，基于杆件进入加热腔内预设位置时，控制驱动组件启动，以形成容置空间；

步骤404，加热过程中，控制加热装置的泵送组件，向冷却组件内注入冷媒介质对杆件进行冷却；

步骤406，获取位于开口处的杆件的温度值；根据温度值，调节进入冷却组件的冷媒介质的流量和/或温度；

步骤408，当杆件的加热温度达到预设温度和/或加热时间达到预设时间时，启动驱动组件带动冷却组件远离杆件。

在该实施例中，将位于开口处的杆件温度作为控制冷媒介质流量和/或温度的标准，当杆件温度较高时增加冷媒介质供给的流量和/或降低冷媒介质的温度，当杆件温度较低时降低冷媒介质供给的流量和/或升高冷媒介质的温度，取保能够对处于开口处的杆件进行冷却降温，同时尽量减少资源浪费。

在该实施例中，当加热装置对杆件的加热温度到达目标温度后，保温目标时间，确保杆件能够达到预期的加热效果，而后通过驱动组件6带动冷却组件4远离杆件，便于杆件经由本体2移出。

具体实施例

如图1至图4所示，该实施通过加热装置对钢轨进行加热，从而克服现有技术存在的不足，提供一种能够有效减小长大杆件局部加热热影响区的方法与装置，以适应钢轨等长大杆件开放式局部整体持续加热的连续制造与工艺特点。

该实施例是在钢轨进入加热装置的本体2确定位置后开始静止加热时，将设置在入口处两侧及下部可移动的壳体8与钢轨断面接触闭合，在钢轨局部加热过程中，通过在壳体8内循环冷却水等冷却介质经热传导和扩散把炉口热影响区处的热量带走，从而提高此处单位距离截面积上温度梯度，缩短入口处加热热影响组织球化区的长度，提高热影响区的硬度，该实施例不会影响开放式炉内加热温度的均匀性和加热效率，无噪音，控制过程简单，利于实现自动化，成本低。

通过该实施例，可有效降低钢轨局部加热热影响区的长度，提高热影响区硬度和耐磨性，延长轨件使用寿命。解决以往存在的钢轨局部加热热影响区较长，控制难度大，存在的噪音，成本高，影响加热效率及效果的问题。

该实施通过加热装置的结构组成及对钢轨进行加热步骤包括：

冷却组件4的壳体8通过抗磁套筒与炉口两端及下部的气压伸缩杆14相连，伸缩杆14通过设置在附近的启动控制单元提供控制信号来控制三个壳体8的左右与上下分离及接触闭合的移动合操，壳体8具体形状可根据钢轨轨型不同进行更换。

当钢轨开始进入本体2之前，位于入口处的多个壳体8通过伸缩杆14打开，钢轨进入到达指定位置后，伸缩杆14带动多个壳体8闭合钢轨局部开始静止加热。

在加热过程中，壳体8内部通过冷却液通道高速循环水流将与钢轨接触热产生的热量通过传导及扩散等的途径带走，可将处于炉口处钢轨的温度控制在200℃以下，循环水温及流速等可由温度传感器检测杆件处于入口处的温度后通过反馈信号给泵送组件的压力泵和换热装置实现调节。

在加热保温结束时，多个壳体8相互远离，钢轨退出进行后续持续冷却。

进一步地，可以在冷却组件4一侧设置位移检测单元，当位于检测单元获取到钢轨进入感应加热炉的运动信号时，通过控制器控制伸缩杆14带动冷却组件4形成容置空间，包覆钢轨。

进一步地，冷却组件4内的循环水可以通过换热器实现降温处理。

与现有技术相比，本实施例的有益效果是：

(1)方法与装置简单，易于实现自动化控制。

(2)成本低，不影响开放式局部加热炉内加热效果与效率。

(3)操作简单，适合大批量连续工业化生产作业，装置更加稳定可靠。

(4)能够显著减小钢轨局部加热加热热影响区的宽度，提高该处的硬度，降低轨件跟端磨耗，延长轨件使用寿命。

在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种加热装置，其特征在于，包括：

本体，所述本体为具有开口的加热腔；

冷却组件，所述冷却组件设置于所述本体上，位于所述开口处，所述冷却组件被配置为能够在所述开口处形成容置空间，所述容置空间用于容纳杆件；

驱动组件，连接于所述冷却组件，所述驱动组件用于驱动所述冷却组件以形成所述容置空间；

泵送组件，所述泵送组件连通于所述冷却组件；

温度传感器，设置于所述加热腔的开口处，用于检测所述杆件的温度；

控制器，所述控制器与所述温度传感器相连接，所述控制器用于接收所述温度传感器检测到的温度信息，根据所述温度信息控制所述泵送组件的开启或关闭；

所述冷却组件包括：

多个壳体，所述驱动组件与多个所述壳体相连接；

冷却液通道，设置在所述壳体内。

2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述冷却组件还包括：

入口部，设置在所述壳体上，连通于所述冷却液通道；

出口部，设置在所述壳体上，连通于所述冷却液通道。

3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，

所述壳体的数量为三个，三个所述壳体沿所述开口的周侧设置；所述驱动组件为伸缩杆。

4.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，还包括：

抗磁套筒，所述抗磁套筒套设在所述驱动组件上。

5.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，还包括：

位移检测单元，设置在所述本体的入口处。

6.一种杆件加热方法，其特征在于，用于如权利要求1至5中任一项所述的加热装置，所述加热方法包括：

基于所述杆件进入所述加热腔内预设位置时，控制所述驱动组件启动，以形成所述容置空间；

加热过程中，控制所述加热装置的泵送组件，向所述冷却组件内注入冷媒介质对所述杆件进行冷却。

7.根据权利要求6所述的杆件加热方法，其特征在于，还包括：

获取位于所述开口处的所述杆件的温度值；

根据所述温度值，调节进入所述冷却组件的所述冷媒介质的流量和/或温度。

8.根据权利要求6或7所述的杆件加热方法，其特征在于，还包括：

当所述杆件的加热温度达到预设温度和/或加热时间达到预设时间时，启动所述驱动组件带动所述冷却组件远离所述杆件。