CN116042996A - 一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置及方法，热处理装置包括中频感应加热装置、三辊碾丝机和淬火喷淋装置，在中频感应加热装置的加热线圈出口处设置第一红外测温仪，在三辊碾丝机出口处设置第二红外测温仪，在淬火喷淋装置出口处设置第三红外测温仪。本发明可将生产锚杆杆体的无缝钢管原材料规格由原壁厚5mm减小至3mm，有效的控制了原材料的成本，减少了钢材的用量。本发明使得生产中空锚杆杆体所必需的四个步骤均可在一条生产线下连续完成，提高了产品的生产效率。本发明仅通过控制淬火过程温度，利用锚杆杆体淬火后残留下来的热量来实现自回火，通过此种热处理方式即可达到中空锚杆杆体的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置及方法。
背景技术
随着我国铁路运输、矿物开采等行业不断的发展，对于应用于此类工程中材料的验收要求逐渐增高。因此中空锚杆杆体作为铁路隧道建设的关键部件之一，对材料的抗拉能力以及最大力总延伸率提出了更高的要求。原有的锚杆杆体生产仅通过热轧成型的方式，力学性能是通过原材料本身材料特性决定，即通过材料的选取以及尺寸的调整来达到相应力学性能要求，造成了大量钢材的浪费。因此在锚杆杆体成型后通过热处理的方法来达到相应力学性能的方式是必不可少的。
传统的热处理技术为淬火+炉中或感应加热回火，将成型与热处理排布在一条生产线上的难度较大，且热处理成本高，能源浪费严重。因此需寻求一种新型中空锚杆杆体热处理方法，来达到锚杆杆体成型后立即热处理，使整个锚杆杆体的生产过程在一条生产线下连续完成。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置及方法，通过控制淬火过程与淬火后温度来达到产品的相应技术要求。通过本发明不仅可以使中空锚杆杆体的力学性能达到要求，不需要单独安装回火设备来实现回火，还可以有效地减少钢材的用量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，包括中频感应加热装置、三辊碾丝机和淬火喷淋装置，在中频感应加热装置的加热线圈出口处设置第一红外测温仪，在三辊碾丝机出口处设置第二红外测温仪，在淬火喷淋装置出口处设置第三红外测温仪。
本发明还提供了一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理方法，包括如下步骤：
步骤一、采用中频感应加热装置对无缝钢管进行加热：
在加热过程中，通过安装在加热线圈出口处的第一红外测温仪实时测量无缝钢管的温度，进而通过调节中频感应加热装置的加热功率，将无缝钢管的加热温度控制在900℃～950℃之间；
步骤二、采用三辊碾丝机进行控制轧制：
在轧制过程中，通过安装在三辊碾丝机出口处的第二红外测温仪实时测量轧制后锚杆杆体的温度，进而通过控制碾丝模具冷却水的流量来调节碾丝后锚杆的温度，将轧制后锚杆杆体的温度控制在700℃～750℃之间；
步骤三、采用淬火喷淋装置利用锚杆杆体成型后的余热进行连线淬火：
在淬火过程中，通过安装在淬火喷淋装置出口处的第三红外测温仪实时测量淬火后锚杆杆体的温度，进而通过控制喷淋装置淬火冷却水的流量，将锚杆杆体淬火后温度控制在280℃～350℃之间；
步骤四、对中空锚杆杆体进行冷却消除淬火应力。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明可将生产锚杆杆体的无缝钢管原材料规格由原壁厚5mm减小至3mm，有效的控制了原材料的成本，减少了钢材的用量。本发明使得生产中空锚杆杆体所必需的四个步骤均可在一条生产线下连续完成，提高了产品的生产效率。本发明改变了传统热处理淬火+炉中或感应加热回火的工艺流程，不需要单独设置回火设备进行回火，利用锚杆杆体淬火后余热完成回火，仅通过控制淬火过程即可达到中空锚杆杆体的力学性能。
而且由于本发明采用的淬火喷淋系统中冷却出水孔的分布和流量与锚杆杆体结构相匹配，所以锚杆各部位淬火效果一致，中空锚杆杆体在连线生产后变形量很小，后续不需要校直工序进行校直。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为本发明的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置的生产线示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置包括：中频功率控制表柜1、中频感应加热线圈2、三辊碾丝机3、淬火喷淋装置4、第一红外测温仪5、第二红外测温仪6、第三红外测温仪7等，其中：
在中频感应加热装置的加热线圈2出口处设置第一红外测温仪5，用于测量无缝钢管加热后(滚丝前)的温度。
在三辊碾丝机3出口处设置第二红外测温仪6，用于监控锚杆杆体轧制后(淬火前)的温度。
同时，通过在三辊碾丝机3的模具冷却水供水管路上安装用于监控模具冷却水流量的第一流量计，与第二红外测温仪6配合，准确地控制碾丝后锚杆的温度。
在淬火喷淋装置4出口处设置第三红外测温仪7，用于监控锚杆杆体淬火后的温度。
同时，通过在淬火喷淋装置4的冷却水供水管路上安装用于监控淬火冷却水流量的第二流量计，与第三红外测温仪7配合，准确地控制锚杆淬火冷却效果，达到控制锚杆杆体淬火后温度的目的。
所述淬火喷淋装置4采用套筒状喷淋冷却结构，套筒内壁喷淋孔径为1.5mm～2mm，周向喷淋孔间距5mm～10mm，轴向孔间距8mm～12mm，套筒底部开排水槽。喷淋套筒直径以及内壁出水孔分布可根据生产锚杆杆体的规格及生产节拍，在上述尺寸范围内进行调整，但应控制出水孔的数量，其调整的目的是使锚杆经过喷淋套筒时快速均匀的达到淬火的效果，并且能有效的控制锚杆杆体淬火后的温度。这样确保其淬火冷却水出水孔既足够密集，又不会过多，并且各出水孔应均匀分布，从而达到快速均匀冷却的效果。
具体的热处理方法包括如下步骤：
步骤一、原材料的选取：
选取晶粒度≥7级、且壁厚为3mm～5mm的无缝钢管作为生产中空锚杆杆体的原材料；
步骤二、采用中频感应加热装置对无缝钢管进行加热：
在连续生产的过程中，采用中频感应加热装置对无缝钢管进行加热。在加热过程中，通过安装在加热线圈出口处的第一红外测温仪实时测量无缝钢管的温度，进而通过调节中频感应加热装置的加热功率，将无缝钢管的加热温度控制在900℃～950℃之间的可变形温度。
步骤三、采用三辊碾丝机进行控制轧制
在经过步骤二加热的无缝钢管的温度符合要求后采用三辊碾丝机进行控制轧制。通过安装在三辊碾丝机出口处的第二红外测温仪实时测量轧制后锚杆杆体的温度，进而通过控制碾丝模具冷却水的流量来调节碾丝后锚杆的温度，将轧制后(淬火前)锚杆杆体的温度控制在700℃～750℃之间。在碾丝过程中应尽量避免模具冷却水直接喷淋至杆体表面。
步骤四、采用淬火喷淋装置利用锚杆杆体成型后的余热进行连线淬火：
在靠近碾丝机出口处安装淬火喷淋装置，利用锚杆杆体成型后的余热进行连线淬火。通过安装在淬火喷淋装置出口处的第三红外测温仪实时测量淬火后锚杆杆体的温度，进而通过控制喷淋装置淬火冷却水的流量，将锚杆杆体淬火后温度控制在280℃～350℃之间，即可得到高强度中空锚杆杆体。
步骤五、对中空锚杆杆体进行冷却消除淬火应力：
锚杆热处理完成后采用平直堆放缓冷的冷却方式，进一步消除淬火应力。
本发明的工作原理为：
现有锚杆成型技术采用热成型，成型前加热温度较高，因此可利用成型后的余热进行锚杆杆体的连线热处理。为尽量避免无缝钢管在加热过程中晶粒长大，影响产品热处理后性能，所以加热温度不易过高，且产品应有足够快的生产节拍。钢材原始晶粒需尽可能细小，通过试验对比发现，当无缝钢管原材料晶粒度≥7级时，热处理后锚杆杆体的力学性能较好，通过调整热处理参数可实现在钢管壁厚较薄的情况下仍然可以具备较强的力学性能。
当生产设备以及原材料具备上述条件时，热处理系统就显得尤为重要。中空锚杆杆体较为细长，外表面具有较大的螺纹螺距的结构。在锚杆杆体成型后经过淬火工序时，外表面首先经过奥氏体向马氏体转变的过程，并且受外形不规则的影响，各处冷速不均匀，即表面各处承受不同程度的淬火应力，使锚杆杆体产生较大的弯曲变形，并且无法保证产品的力学性能。因此需要制作专用的热处理装置来控制锚杆杆体各处淬火的冷却速度与淬火后杆体温度。通过试验对比，淬火喷淋装置采用套筒状喷淋冷却结构效果最佳，其淬火冷却水出水孔应足够密集，但不易过多，并且各出水孔应均匀分布，从而达到快速均匀冷却的效果。安装用于监控喷淋装置淬火冷却水流量的流量计，其作用是准确的控制锚杆淬火冷却效果，达到控制锚杆杆体淬火后温度的目的。同时为减小锚杆杆体在淬火过程中产生的淬火应力，原材料壁厚选取3mm～5mm较为合理，即可实现锚杆杆体通过喷淋装置时管壁内、外产生较小的淬火应力，保证性能均匀性的同时减小弯曲变形。
Claims (10)
1.一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：包括中频感应加热装置、三辊碾丝机和淬火喷淋装置，在中频感应加热装置的加热线圈出口处设置第一红外测温仪，在三辊碾丝机出口处设置第二红外测温仪，在淬火喷淋装置出口处设置第三红外测温仪。
2.根据权利要求1所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：所述淬火喷淋装置采用套筒状喷淋冷却结构，在套筒内壁设置有孔径为1.5mm～2mm的喷淋孔，在套筒底部开有排水槽。
3.根据权利要求2所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：喷淋孔周向间距为5mm～10mm。
4.根据权利要求2所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：喷淋孔轴向间距为8mm～12mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：在三辊碾丝机的模具冷却水供水管路上安装有用于监控模具冷却水流量的第一流量计。
6.根据权利要求1所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理装置，其特征在于：在淬火喷淋装置的冷却水供水管路上安装有用于监控淬火冷却水流量的第二流量计。
7.一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、采用中频感应加热装置对无缝钢管进行加热：
在加热过程中，通过安装在加热线圈出口处的第一红外测温仪实时测量无缝钢管的温度，进而通过调节中频感应加热装置的加热功率，将无缝钢管的加热温度控制在900℃～950℃之间；
步骤二、采用三辊碾丝机进行控制轧制：
在轧制过程中，通过安装在三辊碾丝机出口处的第二红外测温仪实时测量轧制后锚杆杆体的温度，进而通过控制碾丝模具冷却水的流量来调节碾丝后锚杆的温度，将轧制后锚杆杆体的温度控制在700℃～750℃之间；
步骤三、采用淬火喷淋装置利用锚杆杆体成型后的余热进行连线淬火：
在淬火过程中，通过安装在淬火喷淋装置出口处的第三红外测温仪实时测量淬火后锚杆杆体的温度，进而通过控制喷淋装置淬火冷却水的流量，将锚杆杆体淬火后温度控制在280℃～350℃之间；
步骤四、对中空锚杆杆体进行冷却消除淬火应力。
8.根据权利要求7所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理方法，其特征在于：采用晶粒度≥7级、且壁厚为3mm～5mm的无缝钢管作为生产中空锚杆杆体的原材料。
9.根据权利要求7所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理方法，其特征在于：在碾丝过程中应尽量避免模具冷却水直接喷淋至杆体表面。
10.根据权利要求7所述的一种用于中空锚杆杆体连续在线生产的热处理方法，其特征在于：步骤四中，采用平直堆放缓冷的冷却方式消除淬火应力。
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