CN87204413U - 钢丝热处理冷却装置 - Google Patents

Abstract

一套适用于钢丝焙燉处理的冷却速度强化装置，分为辊轮式冷却器、破膜器和喷雾器三种。依靠这些既不引起钢丝脆断又能有效提高钢丝冷却速度的装置，来降低钢丝在热处理时的奥氏体化温度，使中间热处理(正火)的加热温度降至800～820℃，最终热处理(焙燉处理)的加热温度降到820～840℃。加上可动式三区防脆炉，可保证钢丝的各项机械性能达到技术标准。本实用新型适用于各种直径的碳钢和合金钢钢丝。

Description

钢丝热处理冷却装置

本实用新型适用于钢丝热处理的冷却装置。

为了环境保护，消除铅中毒，节约能源，降低成本，改善工人劳动条件等等，自四十年代起，各国就从事取代铅浴淬火的研究。先后出现多种热处理冷却装置，例如盐浴槽、流动粒子炉、穿水管＋短路回火装置，水浴槽等等，因各自的缺点，因此至今仍未用于钢丝的大量生产。1985年作者申请并已批准的发明专利 （CN85100352）首次提出钢丝低温加热复合水浴处理的新技术，通过提高钢丝在焙燉处理时的冷却速度，使钢丝奥氏体化温度由铅浴淬火的920～950℃（甚至更高）降至820～840℃以下，在生产上获得与铅浴淬火钢丝相同，甚至更高（对粗径钢丝）的机械性能。在碳钢的正常奥氏体化温度（Ac₃＋20～30℃）进行钢丝的中间和最终热处理是1854年发明铅浴淬火以来的一个创举。

该发明专利的不足之处是：所采用的两种强化钢丝冷却的装置不够理想。例如，变温水槽不易控制，且水槽上下温差难以超过15℃；沸水中对准钢丝喷压缩空气的装置需要气压大于3个大气压的压缩空气，且耗气量很大，因而导致电能消耗相当高，同时钢丝性能容易出现不均匀等等。

本实用新型的目的是提供三种新的强化钢丝冷却的装置，来进一步节约能源，稳定质量和减小操作的困难。这三种冷却装置是：辊轮式冷却器，破膜器和喷雾器。依靠这三种既不引起钢丝脆断又能有效提高钢丝冷却速度的装置，可使各种线径钢丝的中间热处理加热温度降至800～820℃，最终热处理加热温度降至820～840℃，且机械性能完全可以达到国家标准。

下面结合附图对本实用新型加以详细叙述。

附图的简要说明：

图1是辊式冷却器的主视图；

图2是辊式冷却器上履带的放大图；

图3是辊式冷却器的侧视图；

图4是破膜器的主视图；

图5是破膜器的侧视图；

图6是喷雾器的工作示意图；

图7是喷雾器的主视图；

图8是喷雾器的侧视图；

图9是可动式三区防脆炉的结构图；

图10是本实用新型在处理钢丝时的生产流程图。图中是以轮式冷却器为例；

图11为图10中轮式冷却器的放大图。

辊轮式冷却器因所处理钢丝的钢种，线径和数量的不同，而分为辊式和轮式两种。对细径钢丝，当同时处理的钢丝根数较少（如航空钢丝绳的小批量热处理）时，可采用辊式冷却器。其结构图如图1～3，由冷却辊（3）、冷却履带（5）、水管（4）、冷却水槽（6）、导线轮（2）、驱动轮（7）、支撑轮（33）和辊架（8）等组成。冷却辊是空心的，其外表面上开有数目与所处理钢丝根数相同的径向角状刻槽（43）。冷却辊（3）安装在辊架（8）上。水管（4）安装在冷却辊的内部，冷却水由水管（4）通入冷却辊（3）的心部，向冷却辊内壁喷冷却水（水温为20～50℃），然后流到冷却辊下部，从位于辊端两个轴颈端面的出口（9）处溢出，流入水槽（6）。冷却辊从钢丝上吸收的热量依靠喷向内壁和积存在冷却辊下部的冷却水带走。在冷却辊（3）的外表面上还开了一定数量平行于轴向的缓冷沟（44）。当钢丝与辊体接触时，表面产生急冷；当钢丝离开辊体，进入缓冷沟时，因空冷而使冷却减慢，让钢丝心部的热量传向表层，而使钢丝表面温度回升；如此反复，使钢丝与辊体接触一定时间，又脱离辊体，来实现“急冷＋缓冷”的冷却方案，达到旣不出现马氏体引起脆断，又能提高钢丝的冷却速度。

当钢丝较粗时，单靠与冷却辊接触的一边来散热会引起断面性能不均匀，因此还需在钢丝突出的一边复盖上冷却履带（5），实现从两边同时散热。冷却履带（5）位于冷却辊（3）的下部，依靠支撑轮（33）和驱动轮（7）支撑。驱动轮（7）使冷却履带（5）与钢丝（1）一起向前运动，当它离开钢丝进入水槽（6）后，将从钢丝上吸收来的热量传递给冷却水。支撑轮和驱动轮都固定在支撑架上。

在冷却过程中，只有钢丝（1）和履带（5）向前运行，冷却辊（3）是不转动的。但是冷却辊（3）可作上下移动，当因钢丝钢种和线径需缩短与冷却辊的接触时间时，可使冷却辊上升。

类似图11，履带（5）也可以安装在可转动的冷却辊（3）的上部。

冷却辊（直径为0.5～1.5米）和冷却履带可用黄铜、紫铜、铝、纯铁和低碳钢等制造。但以铜辊和铜履带的效果最佳。

当钢丝直径增大，特别是同时处理的钢丝根数增加（如24根丝）时，采用一根公用的冷却辊会增大穿线的困难，而且冷却辊的造价也很高。这时，宜采用轮式冷却器，将一根冷却辊改成12个冷却轮，每个冷却轮上挂两根钢丝。轮式冷却器的结构与辊式冷却器相似，只是钢丝在冷却轮上方运行。图10和11是轮式冷却装置图，它由冷却轮（3）、履带（5）、冷却槽（6）、水管（4）、排水槽（40）、导线轮（2）、驱动轮（7）、支撑轮（33）和小支撑轮（41）等组成。冷却轮（3）的主体用铸铁制造，只有轮缘才用铜等导热性高的材料制造。在冷却轮的外表面上没有轴向缓冷沟，每个轮子只有两条径向角状刻槽，以便嵌放钢丝（1）。冷却轮安装在支撑架上，可以由钢丝带动产生旋转。它从钢丝吸收来的热量在冷却槽（6）中散失。冷却履带（5）安装在冷却轮（3）的上方，由驱动轮（7），支撑轮（33）和小支撑轮（41）定位，驱动轮和支撑轮都固定在支撑架上。履带（5）依靠安装在其上方的水管（4）喷水冷却，冷却水流入固定在履带下面的排水槽（40）中。

特别值得指出的是，这种结构可使钢丝获得与铅浴淬火时相似的冷却特性，即开始冷却快，后来冷却慢。因为冷却轮（3）从水槽（6）中出来时，温度最低，当与钢丝（1）接触时，吸热能力最强，使钢丝获得快冷，随着冷却轮随钢丝顺时针运转，因钢丝热量的传递使轮温升高，吸热能力变慢；当与钢丝（1）脱离时，温升最高。也正因为这一点，若用来处理较粗的钢丝，就会出现总冷却速度偏低的弊病。例如直径4毫米的钢丝，在一般的车速下，要保证钢丝所需要的冷却时间，与冷却轮接触的圆周弧长应大于5米，这时冷却轮直径需大于2.5米。显然，冷却轮过大，且后期的冷速太低。这时，应采用3～5个冷却轮进行冷却。

破膜器主要用来加速较粗钢丝的冷却，它主要由破膜气管（13）、气管罩（10）和供气管（14）和沸水槽所组成。破膜气管（13）是一根上扁下圆的管子，固定在气管（14）的上面。破膜气管上开一条稍大于所处理钢丝最大直径的尖角槽（12）。气管罩（10）也开有相同大小的尖角槽（11），当它套在破膜气管（13）上时，其尖角槽应与破膜气管的尖角槽对齐。依靠供气管（14）将压力为0.2～1大气压的低压空气通入破膜气管（13），由于气管罩（10）的阻碍，使低压气流只能从位于尖角槽端部的溢气口（12）跑出。一根钢丝设置10～15个破膜器，钢丝和破膜器都浸渍在含肥皂或复合防脆剂的沸水槽中。钢丝（1）从溢气口（12）进入破膜器时，其表面上生成的蒸汽膜会被外溢的气流带走；当它从另一个溢气口出来时，外溢的气流进一步清洗掉钢丝表面上的水蒸汽；当钢丝进入沸水时，因水的急骤汽化而使钢丝表层温度迅速下降；在新的一层蒸汽膜在钢丝周围形成后，钢丝则进入缓冷时期；一直到进入下一个破膜器，将表面的蒸汽带走，并重新出现汽化时，才产生新的急冷。依次类推，通过使钢丝反复出现“急冷＋缓冷”来加快钢丝的冷却。

对粗径钢丝，则必须采用喷雾器来加快冷却。喷雾器由喷管（18），吸管（45），气管（15）、水管（16）、型腔壳（19）、供气管（20）和供水管（21）等构成。图6是喷雾器工作时的示意图。具有一定压力的空气经气管（15）从喷管（18）喷出，将水管（16）中的温水（20～100℃）从吸管（45）中吸出并雾化，喷向钢丝（1）。因钢丝（1）对气流的散射和型腔壳内壁（19）对气流的反射作用，使型腔（17）变成水雾空间。钢丝（1）进入喷雾器后，因水珠的汽化而产生急冷。钢丝离开喷雾器后，因与空气接触而缓冷。依靠在每根钢丝上安装10～15个喷雾器来实现对钢丝的“急冷＋缓冷”。

喷雾器的结构图如图7和8所示。气管（15）和水管（16）弯曲成一端开口的圆圈，两种管子焊在一起，在水管（16）圆圈上焊接一个直径相同的圆顶钢管构成型腔壳（19）。在型腔壳上部的中央也开一缺口槽（46），与气管水管圆圈的开口取齐，使钢丝（1）可以很容易的进入型腔中心。喷管（18）和吸管（45）的数目根据钢种和线径可在3～6个变化，图中为四个喷嘴。由供气管（20）和供水管（21）向喷雾器供应气和水。

凡进行最终热处理的所有钢丝，当表面温度降至450～500℃后，需转入可动防脆炉继续相变（进行中间热处理时，钢丝不需进防脆炉）。图9是可动式三区防脆炉的结构图。设有两个进线口：水平进线口（23）和底部进线口（25）。依靠车架（28）和车轮（27）使防脆炉可按需要在水槽上面前后移动。炉内由装电热丝的异形砖（22）、矽藻土砖（30）、

石粉（29）、耐磨辊（26）等构成。异形砖（22）全部安装在炉子的顶部，但在进线口（23）和出线口（32）处的炉底也安装一部份异形砖（22），以便使两处能产生高温区。导辊（24）安装在炉底进线口（25）的前方，钢丝（1）经过导辊（24）从底部口（25）进入炉内。三个热电偶（31）分别固定在炉头、中和尾三区担任温度测示和控制。对直径小于2毫米的钢丝，炉头区的温度为650～720℃，炉中区为500～600℃，炉尾区为300℃左右。对直径大于2毫米的钢丝，三区温度分别为：650～720℃，500～600℃和650～720℃。

现结合图10，叙述本实用新型的生产流程。钢丝（1）从放线辊（34），进入炉温为800～840℃的气体炉（35）中加热，达到所需温度后，由装在支撑架上的导线轮（2）将钢丝引入轮式冷却器（36），至钢丝表面线温降至450～500℃，进入可动防炉（37）（可在轨道（38）上移动），最后出炉空冷。

本实用新型适用于各种直径的碳钢和合金钢。因钢种和线径不同，冷却装置也不同。对高碳钢而言，当直径＜4mm时，可采用辊轮式冷却器；当直径在2～8mm时，可采用破膜器；当直径＞8mm时，可采用喷雾器。

本实用新型与目前生产中普遍采用的高温加热（＞900℃）空气正火和高温加热（920～950℃）铅浴淬火，以及现有的钢丝水浴处理装置对比，具有一系列优点。例如无公害，节约大量铅和能源的消耗，生产投资费和生产消耗比铅淬火低很多，而机械性能与铅浴淬火相同或者更高，且生产稳定，不出现脆断。因钢丝加热温度降低，氧化减轻，可增加金属的收得率，缩短酸洗时间和降低酸液消耗；又因奥氏体晶粒变细，使钢丝的疲劳强度增大。此外，还可显著改善工人的作业条件，解决了铅浴淬火生产中长期存在的技术难题（如铅槽过热区、挂铅、压辊起槽等）。

发明专利（CN85100352）采取在沸水中对准钢丝喷压缩空气的冷却强化手段，虽然可使钢丝的奥氏体化温度下降100℃以上，因而每年可使年产三千吨钢绳的工厂节电68万度，但是为提供所需数量的高压（＞3个大气压）压缩空气，电机功率要55瓩，它的运转每年需耗电45.7万度，所以实际节电仅22.3万度。而且所处理钢丝的机械性能容易出现不均匀。

本实用新型的破膜器是采用低压（0.2～1大气压）的空气流，只需一个风压大于0.3个气压、流量大于500米³／小时的通风机即可。这种通风机的电机功率仅1.5瓩；辊轮式冷却器的驱动轮所需的电机功率也只1瓩左右。由此可计算出每年耗电总量最多是1.2万度，所以可以充分发挥低温奥氏体化所带来的节电效果。

采用本实用新型的冷却装置不会出现因汽膜意外破裂而导致马氏体脆性，因为在辊轮式冷却器和喷雾器中，不存在蒸汽膜；在破膜器中，因加入较多的稳定蒸汽膜的活性剂，汽膜不易自行破裂。

实施例：

碳含量为0.62％的碳钢作制绳钢丝，从盘条（φ6.5mm）拉拔至直径5.5毫米时进行中间热处理，于820℃加热，采用铜轮冷却至550℃后， 空冷，所得机械性能如表所示。中间热处理后再拉拔至直径2.6毫米，进行最终热处理。加热温度为810～820℃，采用铜轮装置来加快冷却。当钢丝表面温度为450～470℃时，进入炉长为5米的电热丝加热的防脆炉。炉温分布为：第一区为650℃，第二和三区为550℃。钢丝出防脆炉后的线温为500℃。所得机械性能参见附表。直径为3.8～6.5毫米，含0.46～0.65％C的正火钢丝要求的性能标准是：强度极限为75～95公斤力／毫米²，延伸率大于9％。制绳钢丝直径为2.2～2.7毫米，含0.61～0.65％C钢在高温加热铅浴淬火后的性能标准是：强度极限在109～119公斤力／毫米²之间。从表中数据可以看出，经本实用新型装置处理的钢丝，在低的奥氏体化温度下，其性能完全达到技术标准的要求。

Claims (10)

1、一种钢丝热处理冷却用的辊式冷却器装置，其特征是由冷却辊(3)、冷却履带(5)、导线轮(2)、驱动轮(7)、冷却水管(4)、支撑轮(33)、辊架(8)和冷却水槽(6)组成，冷却履带位于冷却辊的下部，由支撑轮(33)和驱动轮(7)支撑，冷却水槽固定在冷却履带下方。

2、据权利要求1所述的装置，其特征在于冷却辊是空心的，其外表面上开有数目与所处理钢丝根数相同的径向角状刻槽（43）和一定数量平行于轴向的缓冷沟（44）。

3、一种钢丝热处理冷却用轮式冷却器装置，其特征是由冷却轮（3）、冷却履带（5）、导线轮（2）、驱动轮（7）、支撑轮（33）和（41）、冷却槽（6）、水管（4）和排水槽（40）等组成，冷却履带安装在冷却轮的上部，由驱动轮和支撑轮支撑，水管（4）固定在履带（5）的上方，排水槽（40）固定在其下方，冷却槽（6）位于冷却轮（3）的下部。

4、据权利要求3所述的装置，其特征在于冷却轮的外表面上有两条挂两根钢丝的径向角状刻槽（43）。

5、一种钢丝热处理冷却用破膜器装置，其特征是由破膜气管（13）、气管罩（10）、供气管（14）和沸水槽所组成，破膜气管固定在供气管的上面，而气管罩是盖在破膜气管的上部，所有破膜器都固定在沸水槽之中。

6、据权利要求5所述的装置，其特征在于破膜气管为圆管，也可将上端压成扁口，所有破膜气管和气管罩的一端都开一条相同宽度的尖角槽。

7、一种钢丝热处理冷却用喷雾器装置，其特征是由喷管（18）、吸管（45）、气管（15）、水管（16）、型腔壳（19）、供气管（20）和供水管（21）等组成，型腔壳焊接在水管（16）的一侧，水管又焊接在气管（15）的一侧，所有喷雾器固定在同一个支架上。

8、据权利要求7所述的装置，其特征在于气管和水管都弯曲成一端开口的圆圈，型腔壳为一端呈半圆顶状的钢管，在型腔壳的上部中央开一宽度与水管圆圈的端部开口宽度相同的缺口槽（46）。

9、据权利要求8所述的装置，其特征是在弯成圆圈的气管和水管上分别焊接数量相等的喷管（18）和吸管（45）组成喷嘴。

10、一种防止钢丝热处理出现脆断的可动式三区防脆炉装置，其特征是由炉体（37）、车架（28）、车轮（27）和轨道（38）所组成，车架和车轮安装在炉尾区，在车轮下设置两条轨道。

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