CN207016830U - 一种在线控冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种在线控冷装置，其包括了若干个喷水单元，喷水单元设置在辊道上方并沿待处理工件移动方向依次布置，每个喷水单元设置至少一个喷头，喷头喷出的冷却水为厚度较薄的扇形水面，该扇形水面的冷却强度分布均匀易于掌控，根据工艺需要通过对喷头的数量及位置进行排布，构造出冷却强度均匀的冷却区，可有效补偿工件在辊道移动时产生偏移导致的冷却强度差异，避免工件冷却后产生形变。本实用新型提供的在线控冷装置及其冷却方法特别适用于低碳钢轨的在线热处理工艺。

Description

一种在线控冷装置

技术领域

本实用新型涉及热处理淬火冷却领域，具体地涉及钢轨冷却的在线控冷装置。

背景技术

随着我国铁路运输进一步向高速、重载化的方向发展，对钢轨的耐磨性要求也越来越高。目前提高钢轨耐磨性的方法主要有两种：一种是发展合金钢轨，另一种是对钢轨进行热处理。而钢轨热处理又分为离线和在线热处理。由于离线热处理生产效率低、成本高，因此国内外主要钢轨生产厂家均在开发钢轨在线热处理技术。所谓钢轨在线热处理技术，是指利用轧后余热直接进行冷却，使其轨头硬化层得到微细珠光体组织的一种高强度钢轨热处理方法。

目前钢轨用钢分为两类，一类为中高碳钢或中高碳合金钢，一类为低碳贝氏体钢。低碳贝氏体钢轨由于材料合金元素较多，在较缓慢的冷速下也可以获得贝氏体组织，所以其冷却方式通常也是采用压缩空气或喷雾冷却。而对于轧后在线冷却，由于钢轨运行速度快，通常是采用喷雾进行冷却。目前喷雾冷却存在以下方面的缺陷：

中国发明专利申请公开说明书CN104017975A公开了一种长尺钢轨在线淬火机组的喷射在线控冷装置。其将淬火机组内从前到后分段布置的强冷却区和弱冷却区，强冷却区采用喷雾冷却；弱冷却区采用喷气冷却；对钢轨轨头的顶面和两侧面布置相应的喷头对钢轨进行冷却淬火。这种喷头布置方式的优点是可以按照轨头形状精确施加冷却，缺点是当轨头偏离轨道中心线时就会产生严重的冷却不均匀。

《U71Mn钢轨淬火工艺及装置的改进》陈锋,鲁明正,秦广城《轧钢》，2011,28(6)64-66，指出了喷雾冷却的缺点：在喷雾冷却的喷头以喷嘴为起点的射线方向形成一个冷却中心区，该冷却中心区雾流量远大于周围区域，所以该区域的冷却速率大，而周围区域的冷却速率相对较小，结果是在冷却中心区形成硬点，在周围区域形成软点。

《淬火钢轨生产中存在的问题及淬火工艺的改进》王凤筠,李太彬《铁道建筑》,2005(8):100-102，指出：喷雾冷却的喷嘴中心线与钢轨中心线不在一条直线上将增大钢轨变形量。

除了上述缺点之外，喷雾冷却还有下述2个方面的缺点：①冷却强度受水压和气压的影响较大，微小的水压和气压的变化都将引起冷却强度的较大波动；②喷雾的落点区域面积大(一般为圆或较宽的带)。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种钢轨热处理工艺的在线控冷装置，以解决喷雾冷却时产生冷却效果不均匀的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供的一种在线控冷装置，其包括加压供水单元、给水管路和供待处理工件移动的辊道，该辊道包括若干驱动辊，所述在线控冷装置包括若干个喷水单元，该喷水单元设置在所述辊道上方并沿待处理工件移动方向依次布置，每个所述喷水单元包括至少一个喷头，所述喷头一端用于连接给水管路，该端设有向所述喷头内部轴向延伸的孔，所述喷头还设有喷嘴，该喷嘴包括：设置在所述喷头另一端与所述孔相连通的条形出水口，该条形出水口长轴长度小于所述孔的直径，所述喷嘴还具有环绕所述条形出水口设置的导向结构，使冷却水通过所述喷嘴喷出时形成扇形水面。

进一步或优选地，每个所述喷水单元设有一个所述喷头，该喷头位于所述辊道中心线上方。

进一步或优选地，每个所述喷水单元包括沿待处理工件移动方向依次设置的：第二喷头和第三喷头，该第二喷头和第三喷头布置在所述辊道中心线两侧上方；第一喷头，该第一喷头位于所述辊道中心线上方。

进一步或优选地，所述第二喷头、第三喷头在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头的距离相等。

进一步或优选地，每个所述喷水单元包括沿待处理工件移动方向依次设置的：第二喷头和第三喷头，该第二喷头和第三喷头布置在所述辊道中心线两侧上方；第一喷头，该第一喷头位于所述辊道中心线上方；第四喷头和第五喷头，该第四喷头和第五喷头布置在所述辊道中心线两侧上方；所述第四喷头、第五喷头与所述辊道中心线的距离大于所述第二喷头、第三喷头与所述辊道中心线的距离。

进一步或优选地，所述第二喷头、第三喷头在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头的距离相等，所述第四喷头、第五喷头在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头的距离相等。

进一步或优选地，所述导向结构为导向槽，该导向槽为V形槽其具有两相互倾斜对置的端面，该端面一侧相交连形成所述导向槽的底部，所述孔具有曲面顶部，所述导向槽底部与该孔的曲面顶部相切，构造出位于所述导向槽底部且沿所述导向槽底部横向延伸的曲面条形出水口，该曲面条形出水口长轴长度小于所述孔的直径。

进一步或优选地，所述导向槽长度等于所述喷头外径。

进一步或优选地，相邻所述喷水单元的间隔距离为1000～2000mm。

本实用新型提供的在线控冷装置，通过沿工件移动方向对喷水单元及其喷头进行设置，同时采用喷出扇形水面的喷头，其冷却强度分布均匀易于掌控，可有效补偿工件在生产线移动时产生偏移导致的冷却强度差异，避免工件由于冷却强度不均产生形变。本实用新型提供的在线控冷装置适用于轨道交通工具所用钢轨尤其是低碳钢轨的冷却工艺。另外，本实用新型提供的在线控冷装置的喷头易于加工，且成本相对较低。

附图说明

图1为本实用新型提供的喷头的剖面图。

图2为本实用新型提供的喷头的立体图。

图3为本实用新型提供的喷头的俯视图。

图4为本实用新型提供的在线控冷装置第一种实施例的立体图。

图5为本实用新型提供的在线控冷装置第一种实施例的俯视图。

图6为本实用新型提供的在线控冷装置第二种实施例的立体图。

图7为本实用新型提供的在线控冷装置第二种实施例的俯视图。

图8为本实用新型提供的在线控冷装置第三种实施例的立体图。

图9为本实用新型提供的在线控冷装置第三种实施例的俯视图。

图10为本实用新型提供的在线控冷装置第一种实施例冷却强度分布示意图。

图11为本实用新型提供的在线控冷装置第二种实施例冷却强度分布示意图。

图12为本实用新型提供的在线控冷装置第一种实施例中待处理工件位于驱动辊上的立体图。

图13为本实用新型提供的在线控冷装置第一种实施例中待处理工件位于驱动辊上的主视图。

图中：

1.孔 2.条形出水口 3.导向槽 4.喷头 41.第一喷头 42.第二喷头 43.第三喷头44.第四喷头 45.第五喷头 5.驱动辊 6.待处理工件 7.给水管路

具体实施方式

下面将参考附图中示出的若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，描述这些实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。

本实用新型提供了一种在线控冷装置，其包括加压供水单元、给水管路7和供待处理工件6移动的辊道，在线控冷装置包括若干个喷水单元，该喷水单元设置在所述辊道上方并沿待处理工件6移动方向依次布置，每个所述喷水单元包括至少一个喷头4。其中加压供水单元作用是提供带有一定压力的冷却水，在本实用新型的实施例中冷却水的水压为0.2MPa以上。加压供水单元和给水管路7都依据现有技术设置，喷头4的固定方式也采用现有技术，如可以采用支架，本实用新型的实施例中不再赘述。辊道也依据现有技术设置，例如图12、13所示，辊道包括了驱动辊5，通过并排设置若干驱动辊形成工件移动的区域(其他实施例及附图不再详细赘述)，驱动辊5的数量和间隔距离根据工件处理的工艺需要来确定。待处理工件6在驱动辊的旋转驱动作用下，使待处理工件6沿辊道延伸的方向移动。本领域技术人员应当理解的是，在本实用新型的实施例中，待处理工件6移动的方向是指沿辊道延伸的方向。

喷头4的结构为，喷头4一端用于与连接给水管路7，其设有向所述喷头4内部轴向延伸的孔1，所述喷头4还设有喷嘴，该喷嘴包括：设置在所述喷头另一端与所述孔1相连通的条形出水口2，该条形出水口2长轴长度小于所述孔1的直径。当具有一定压力的冷却水通过该条形出水口2向外喷射时，由于出水口面积小于孔1的横截面积，出水口进一步对冷却水进行压缩，使一部分冷却水沿出水口边缘斜向外喷出，产生近似梯台形的水柱。该水柱虽然能覆盖较宽的冷却范围，但在其冷却范围内(如水柱中心附近)存在过量喷水导致冷却效果不均的问题。本实用新型实施例中，喷嘴还具有环绕所述条形出水口2设置的导向结构。该导向结构的作用是对通过对冷却水喷射方向进行导向，使喷嘴喷出的冷却水最终形成纵截面近似扇形厚度较薄的水面，该扇形水面的扩散方向与条形出水口2的长轴方向一致。扇形水面形成的冷却区域，在具有较宽的覆盖范围的同时，由于其厚度较薄，避免了过量喷水导致冷却效果不均的问题，使得冷却效果更易控制。其冷却特征具体为，中间区域冷却强度最高，至两侧逐渐降低，冷却强度曲线呈抛物线形。工件在辊道上移动时，由于工件相对于旋转的驱动辊之间不可避免的产生纵向滑移(即在辊道上移动时的偏移)，通过设置喷水单元及其喷头的排布，可有效补偿工件冷却强度的差异，避免工件冷却强度不均产生的形变。本实用新型的实施例中，导向结构为导向槽3，该导向槽3具有两相互对置的端面，所述条形出水口2位于所述导向槽3底部，并沿所述导向槽3底部横向延伸。具有如上设置的导向结构，当冷却水通过出水口向外喷射时，一部分沿条形出水口2的两端部边缘朝导向槽3延伸方向倾斜喷出，另一部分沿条形出水口2两长边喷出的同时受到导向槽3端面的挤压，最终形成纵截面近似扇形厚度较薄的水面。

作为本实用新型实施例优选的实施方式，如图1至图3所示，导向槽3为V形槽，该导向槽3的两端面相互倾斜对置，一侧相交连形成所述V形导向槽3的底部，条形出水口2位于所述V形导向槽3底部，并沿所述导向槽3底部横向延伸，条形出水口2长轴长度小于所述孔1的直径。具有相互倾斜对置的端面能够减少对喷射水面的粘滞作用(水与导向槽3端面接触后流速相对于导向槽3开口区域大大降低，脱离端面后与喷出的水交汇影响冷却区域分布)，进一步保证冷却效果。

本实用新型提供的喷头4，其一种优选的加工方式为，喷头采用柱形结构，在其一端开设盲孔。开设盲孔采用钻销工艺，使其具有近似半球形的闭合端面。喷头另一端(闭合端)沿其径向开设V形槽，V形槽的槽深略大于盲孔顶部至喷头闭合端的距离。此时，V形槽底部与盲孔顶部部分相切，形成沿V形槽底部横向延伸，长轴长度小于盲孔的直径的条形出水口2。由于盲孔顶部为近似半球形的曲面，该条形出水口2两侧边缘为外凸弧形。具有如上设置的喷头，冷却水沿条形出水口2弧形边缘倾斜扩散，其扩散范围更大，同时受到V形槽两端面的挤压，该喷头所喷射出的扇形水面，在保持较薄厚度的基础上，冷却范围更大。

导向槽3的设置方法可以采用现有技术，如在目前机械加工领域，槽形结构可采用铣削工艺切削加工。当导向槽3采用V形槽时，优选采用刨削工艺，例如本实用新型提供的一个优选实施方式中，导向槽3径向整体贯通喷头4端面(即导向槽3长度与喷头外径相等)。采用如上设置，喷头4加工更简便成本更低，刨削工艺既适用与V形槽的加工，也适用于其他槽结构，如巨字形槽结构。

本领域技术人员应当理解的是，喷水单元的数量和每个喷水单元的间隔距离，以及构成喷水单元的喷头的数量和其排布方式是根据工件处理的工艺需要来确定的，下面示例性地给出三种喷水单元及其喷头的排列组合方式。

如图4、5所示，(图中箭头方向为待处理工件的移动方向)在第一种实施方式中，其所要处理的产品对象为75Kg/m钢轨，材料为U20Mn，钢轨长度7m，要求获得满足要求的组织与性能。喷水单元由一个喷头组成，该喷头位于辊道中心线上方。喷头的喷嘴距离钢轨轨头顶面距离由喷嘴形成的扇形水面与钢轨轨头接触宽度确定。在本实施方式中，喷嘴形成的扇形水面与钢轨轨头接触宽度小于17mm，喷嘴距离钢轨轨头顶面距离为100mm。喷水单元总数为15个，其相互间隔为1000～2000mm。

采用如上设置的在线控冷装置，冷却强度分布如图10所示，适用于钢轨在辊道移动时其纵向偏移量小于15mm的工艺环境。

如图6、7所示，(图中箭头方向为待处理工件的移动方向)在第二种实施方式中，其所要处理的产品对象与第一种实施方式相同。每个喷水单元由三个喷头组成，该喷头沿待处理工件6移动方向顺序依次设置：第二喷头42和第三喷头43，该第二喷头42和第三喷头43布置在所述辊道中心线两侧上方，优选第二喷头42、第三喷头43在沿待处理工件6移动方向分别与所述第一喷头41的距离相等，形成对称布置；第一喷头41，该第一喷头41位于所述辊道中心线上方。第二喷头42和第三喷头43分别与辊道中心线的距离，和其在沿钢轨在辊道移动方向与第一喷头41的距离由钢轨在辊道移动时纵向偏移量决定。在本实施方式中，第二喷头42和第三喷头43与辊道中心线各相距100mm，其在沿钢轨在辊道移动方向与第一喷头41各相距15mm。喷水单元总数为15个，其相互间隔为1000～2000mm。

采用如上设置的在线控冷装置，冷却强度分布如图11所示，相邻两冷却区边缘(即冷却弱区)相互不发生干涉且相互叠加，使冷却强区宽度增大，适用于钢轨在辊道移动时其纵向偏移量在20-50mm的工艺环境。

如图8、9所示，(图中箭头方向为待处理工件的移动方向)在第三种实施方式中，其所要处理的产品对象与第一种实施方式相同。每个所述喷水单元沿待处理工件6移动方向依次设置有：第二喷头42和第三喷头43，该第二喷头42和第三喷头43布置在所述辊道中心线两侧上方，优选第二喷头42、第三喷头43在沿待处理工件6移动方向分别与所述第一喷头41的距离相等，形成对称布置；第一喷头41，该第一喷头41位于所述辊道中心线上方；第四喷头44和第五喷头45，该第四喷头44和第五喷头45布置在所述辊道中心线两侧上方，第四喷头44、第五喷头45与所述辊道中心线的距离大于所述第二喷头42、第三喷头43与所述辊道中心线的距离。第二、三喷头和第四、五喷头分别与辊道中心线的距离，和其在沿钢轨在辊道移动方向与第一喷头41的距离由钢轨在辊道移动时纵向偏移量决定。在本实施方式中，第二、三喷头与辊道中心线各相距100mm，其在沿钢轨在辊道移动方向与第一喷头41各相距15mm，第四、五喷头与辊道中心线各相距200mm，其在沿钢轨在辊道移动方向与第一喷头41各相距15mm，喷水单元总数为15个，其相互间隔为1000～2000mm。

采用如上设置的在线控冷装置，适用于钢轨在辊道移动时其纵向偏移量在50-150mm的工艺环境。

第二方面，本实用新型的实施例提供了一种使用上述在线控冷装置对待处理工件进行喷水冷却的方法，该方法的步骤为：

第一步：沿待处理工件6移动方向在辊道上方依次设置若干喷水单元；

第二步：将待处理工件6放置在辊道上，在辊道的旋转驱动下，使待处理工件6沿辊道延伸方向移动；

第三步：通过喷水单元向待处理工件6表面喷射冷却水；

其中，每个喷水单元包括至少一个喷头。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种在线控冷装置，其包括加压供水单元、给水管路(7)和供待处理工件(6)移动的辊道，该辊道包括若干驱动辊(5)，其特征在于，所述在线控冷装置包括若干个喷水单元，该喷水单元设置在所述辊道上方并沿待处理工件移动方向依次布置，每个所述喷水单元包括至少一个喷头，所述喷头一端用于连接给水管路(7)，该端设有向所述喷头内部轴向延伸的孔(1)，所述喷头还设有喷嘴，该喷嘴包括：设置在所述喷头另一端与所述孔(1)相连通的条形出水口(2)，该条形出水口(2)长轴长度小于所述孔(1)的直径，所述喷嘴还具有环绕所述条形出水口(2)设置的导向结构，使冷却水通过所述喷嘴喷出时形成扇形水面。

2.根据权利要求1所述的在线控冷装置，其特征在于，每个所述喷水单元设有一个所述喷头，该喷头位于所述辊道中心线上方。

3.根据权利要求1所述的在线控冷装置，其特征在于，每个所述喷水单元包括沿待处理工件移动方向依次设置的：第二喷头(42)和第三喷头(43)，该第二喷头(42)和第三喷头(43)布置在所述辊道中心线两侧上方；第一喷头(41)，该第一喷头(41)位于所述辊道中心线上方。

4.根据权利要求3所述的在线控冷装置，其特征在于，所述第二喷头(42)、第三喷头(43)在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头(41)的距离相等。

5.根据权利要求1所述的在线控冷装置，其特征在于，每个所述喷水单元包括沿待处理工件移动方向依次设置的：第二喷头(42)和第三喷头(43)，该第二喷头(42)和第三喷头(43)布置在所述辊道中心线两侧上方；第一喷头(41)，该第一喷头(41)位于所述辊道中心线上方；第四喷头(44)和第五喷头(45)，该第四喷头(44)和第五喷头(45)布置在所述辊道中心线两侧上方；所述第四喷头(44)、第五喷头(45)与所述辊道中心线的距离大于所述第二喷头(42)、第三喷头(43)与所述辊道中心线的距离。

6.根据权利要求5所述的在线控冷装置，其特征在于，所述第二喷头(42)、第三喷头(43)在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头(41)的距离相等，所述第四喷头(44)、第五喷头(45)在沿待处理工件移动方向分别与所述第一喷头(41)的距离相等。

7.根据权利要求1至6任一所述的在线控冷装置，其特征在于，所述导向结构为导向槽(3)，该导向槽(3)为V形槽其具有两相互倾斜对置的端面，该端面一侧相交连形成所述导向槽(3)的底部，所述孔(1)具有曲面顶部，所述导向槽(3)底部与该孔(1)的曲面顶部相切，构造出位于所述导向槽(3)底部且沿所述导向槽(3)底部横向延伸的曲面条形出水口(2)，该曲面条形出水口(2)长轴长度小于所述孔(1)的直径。

8.根据权利要求7所述的在线控冷装置，其特征在于，所述导向槽(3)长度等于所述喷头外径。

9.根据权利要求1至6任一所述的在线控冷装置，其特征在于，相邻所述喷水单元的间隔距离为1000～2000mm。