一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備的制作方法
【專利摘要】一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，包括在75～125m長的淬火機組內從前到后分段布置的強冷卻區和弱冷卻區，淬火機組前部長1/3～1/2區間為強冷卻區，采用噴霧水霧方式；后部1/2～2/3區間為弱冷卻區，采用噴氣空氣或噴吹已經預先在通風管道總管或支管內加濕的壓縮空氣的方式，每個冷卻段長1.2～4.5m與輥道及矯直導向輥的間距相適配，每個冷卻段均由4個冷卻單元組成；對鋼軌A軌頭的端面和兩側面進行冷卻淬火；在鋼軌A下方，同時對軌底進行相應的噴射冷卻，目的是為了平衡軌頭淬火時因收縮和相變引起的鋼軌變形，使鋼軌在淬火過程中盡可能保持平直狀態，減少殘余應力，本實用新型可以在較大的范圍內有效控制鋼軌的組織和性能，以便達到最好的熱處理效果。
【專利說明】一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于冶金設備【技術領域】，針對鋼軌在線余熱淬火處理，特別涉及一種長尺75?125m鋼軌在線淬火機組的冷卻設備。
【背景技術】
[0002]在鐵路運輸上采用經過熱處理的鋼軌，其壽命是普通熱軋鋼軌的2?3倍，經濟、社會意義巨大。隨著鐵路向高速、重載方向發展，對鋼軌性能、質量的要求愈來愈高，長尺鋼軌在線淬火將成為今后鋼軌生產的主要熱處理方式。
[0003]按鋼軌在線淬火時采用的冷卻介質和方式，目前可分“間斷噴水”、“噴霧”和“噴氣”三種熱處理方式。“間斷噴水”和“噴霧”方法的優點是冷卻速度快5?15°C /sec、運行成本低；缺點是工作過程穩定性差，噴嘴難免發生堵塞，造成冷卻不均勻，而且不能精確控制冷卻過程，軌頭有時出現異常組織如馬氏體，致鋼軌報廢。“噴氣”是當前主流的淬火方式，冷卻均勻，質量穩定，適用于一些微合金化和低合金鋼軌的熱處理，由于它的冷卻較弱，調節范圍小1.5?5°C /sec,不適合標準碳素鋼軌和一些高級優質鋼軌的淬火；另外“噴氣”冷卻淬火還存在噪音大、耗能高、處理成本高等缺點。
【發明內容】
[0004]為了克服上述現有技術的缺陷，本實用新型的目的在于提供一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，為長尺75?125m鋼軌在線余熱欠速淬火Slack Quenching機組提供一種冷卻速度調節范圍大0.6?42°C /sec，冷卻均勻，能在40_125sec內滿足不同牌號鋼種和不同尺寸規格、軌型鋼軌的各種熱處理工藝要求的噴射冷卻。
[0005]為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為:
[0006]一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，包括在75?125m長的淬火機組內從前到后分段布置的強冷卻區和弱冷卻區，淬火機組前部長1/3?1/2區間為強冷卻區；后部1/2?2/3區間為弱冷卻區，每個冷卻段長1.2?4.5m與輥道及矯直牽引輥的間距相適配，每個冷卻段均由4個冷卻單元組成；
[0007]所述的強冷卻區的四個冷卻單元包括垂直布置在鋼軌A正上方的第一強冷卻單元1、鋼軌A上方左右對稱設置的兩個第二強冷卻單元2以及鋼軌A正下方的第三強冷卻單元3，第一強冷卻單元I和支撐第二強冷卻單元2的擺動座6前后用螺栓固定在支架4上，擺動座6能夠沿支架4的斜面上下移動，第二強冷卻單元2能夠在擺動座6上轉動，支架4固定在淬火機組兩側的立柱上或矯直牽引輥的機架B上，連接處設有墊塊7，第三冷卻單元3固定在連接淬火機組左右兩側底座D的橫梁C上，四個冷卻單元下面均設有墊板5，淬火機組兩側的立柱上或矯直牽弓I輥的機架B上還設置有擋水板8，擋水板8在鋼軌A的左右兩側；
[0008]所述的弱冷卻區四個冷卻單元包括第一弱冷卻單元9、對稱設置的第二弱冷卻單元10以及第三弱冷卻單元11，弱冷卻區四個冷卻單元與強冷卻區的四個冷卻單元布置方式相同，不同點在于不設置擋水板8。
[0009]所述的強冷卻區的四個冷卻單元結構相同，所述的第一強冷卻單元I包括兩個快速更換管接頭，第一快速更換管接頭l.aW通水，第二快速更換管接頭LaA通氣，兩個快速更換管接頭與噴冷管道1.b相連通，噴冷管道1.b通過緊頂螺栓1.f以及“ο”型密封圈1.e連通接管1.C，霧化水嘴1.d安裝在噴冷管道1.b的噴水支管前端，接管1.c的末端通過螺母1.h連接噴頭1.g,噴頭1.g到鋼軌A軌頭的距離為50?150mm。
[0010]所述的擋水板8左右對稱布置，包括擋板8.a,擋板8.a通過第三銷軸8.d與支座8.g連接,擋板8.a 一側上部還設置有第一銷軸8.b,第一銷軸8.b通過拉桿8.e與支座8.g上的第二銷軸8.c固定，拉桿8.e由左右旋螺母8.f調整其長度。
[0011]所述的弱冷卻區四個冷卻單元橫剖面結構相同，但大小尺寸和噴頭性能不同，所述的第一弱冷卻單元9包括噴風管道9.a,噴風管道9.a末端通過螺母9.c連接噴嘴9.b，噴嘴9.b到軌頭距離40?140mm,最佳距離為70?110mm。
[0012]本實用新型的特點是:
[0013]I在淬火機組全長75?125m范圍內，對需要較強冷卻的前面長約1/3?1/2區間，采用噴霧水霧冷卻；對需要弱冷的后部長約1/2?2/3區間采用噴氣空氣或噴吹已經預先在通風管道總管或支管內加濕的壓縮空氣進行冷卻淬火。
[0014]2強冷噴霧區的水路可以部分或全部關閉，使淬火機組擴大或全部變為弱冷噴氣冷卻，因此它為鋼軌的在線淬火提供了靈活多樣的冷卻控制手段，可以在較大的范圍內有效控制鋼軌的組織和性能，以便達到最好的熱處理效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1為淬火機組弱冷卻區橫剖面。
[0016]圖2為第一強冷卻單兀I橫剖面。
[0017]圖3為第一強冷卻單元I側視圖。
[0018]圖4為擋水板8橫剖面。
[0019]圖5為淬火機組噴風弱冷卻區橫剖面。
[0020]圖6為冷卻單元9橫剖面示意圖。
[0021]圖7為鋼軌不同冷卻速度時的組織轉變圖。
[0022]圖8為強冷卻區噴嘴噴射面積和寬度隨噴嘴長軸中心線的角度α的變化示意圖。
[0023]圖9為弱冷卻區噴嘴噴射面積和寬度隨噴嘴長軸中心線的角度α的變化示意圖。
[0024]
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本實用新型作進一步的詳細描述。
[0026]一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，包括在75?125m長的淬火機組內從前到后分段布置的強冷卻區和弱冷卻區，淬火機組前部長1/3?1/2區間為強冷卻區，采用噴霧(水霧)方式；后部1/2?2/3區間為弱冷卻區，采用噴吹空氣或噴吹已經預先在通風管道總管或支管內加濕的壓縮空氣的方式，每個冷卻段長1.2?4.5m與輥道及矯直牽引輥的間距相適配，每個冷卻段均由4個冷卻單元組成；對鋼軌A軌頭的端面和兩側面進行冷卻淬火；在鋼軌A下方，同時對軌底進行相應的噴射冷卻，目的是為了平衡軌頭淬火時因收縮和相變引起的鋼軌變形，使鋼軌在淬火過程中盡可能保持平直狀態，減少殘余應力。
[0027]參照圖1，所述的強冷卻區的四個冷卻單元包括垂直布置在鋼軌A正上方的第一強冷卻單元1、鋼軌A上方左右對稱設置的兩個第二強冷卻單元2以及鋼軌A正下方的第三強冷卻單元3，第一強冷卻單元I和支撐第二強冷卻單元2的擺動座6前后用螺栓固定在支架4上，固定擺動座6的螺栓孔是長孔，擺動座6能夠沿支架4的斜面上下移動，第二強冷卻單元2能夠在擺動座6上轉動一定角度并加以固定。支架4前后用螺栓固定在淬火機組兩側的立柱上或矯直牽引輥的機架B上，連接處設有墊塊7，第三冷卻單元3固定在連接淬火機組左右兩側底座D的橫梁C上，四個冷卻單元下面均設有墊板5，淬火機組兩側的立柱上或矯直牽引輥的機架B上還設置有擋水板8，擋水板8在鋼軌A的左右兩側。
[0028]參照圖5，所述的弱冷卻區四個冷卻單元包括第一弱冷卻單元9、對稱設置的第二弱冷卻單元10以及第三弱冷卻單元11，弱冷卻區四個冷卻單元與強冷卻區的四個冷卻單元布置方式相同，不同點在于不設置擋水板8。第一弱冷卻單元9以及對稱設置的第二弱冷卻單元10用螺栓固定在第二支架12上；其中固定第二弱冷卻單元10的螺栓孔是長孔，第一弱冷卻單元9以及對稱設置的第二弱冷卻單元10下部設置有第二墊板13，通過第二墊板13可以調整第一弱冷卻單元9、第二弱冷卻單元10的高度，其中第二弱冷卻單元10到軌頭兩側的距離也可以調整；第二支架12前后用螺栓固定在淬火機組兩側的立柱或機架B上；第三弱冷卻單元11用螺栓固定在連接淬火機組左右底座D的橫梁C上，通過第二墊板13可以調整其到軌底的距離。第一弱冷卻單元9、對稱設置的第二弱冷卻單元10的噴嘴以一定間距沿淬火機組縱向交錯排列，冷卻風量最大按1600Nm3/h.m分配。
[0029]參照圖2，所述的強冷卻區的四個冷卻單元結構相同，所述的第一強冷卻單元I包括兩個快速更換管接頭，第一快速更換管接頭l.aW通水，第二快速更換管接頭LaA通氣，兩個快速更換管接頭與噴冷管道1.b相連通，噴冷管道1.b通過緊頂螺栓1.f以及“ο”型密封圈1.e連通接管1.C，霧化水嘴1.d安裝在噴冷管道1.b的噴水支管前端，接管1.c的末端通過螺母1.h連接噴頭1.g，噴頭1.g到鋼軌A軌頭的距離為50?150mm。
[0030]參照圖3，第一強冷卻單元I的噴頭1.g和第二強冷卻單元的噴頭以一定間距沿淬火機組縱向交錯排列。第二強冷卻單元2和第三強冷卻單元3的橫剖面管路結構與冷卻單元I相同，但其大小尺寸和噴頭性能有所不同。接管1.c可伸縮、轉動；還可取下以檢查或更換霧化水嘴1.d ;自帶過濾器的霧化水嘴1.d通過螺紋裝在噴水支管上，霧化水嘴有流量大小不同的規格21/h?1001/h，通過選用不同規格的霧化水嘴和改變水壓、氣壓，軌頭的冷卻速度可在6?42°C范圍內調節；當關閉水路時，也可單獨噴氣或噴吹已經預先在通風管道總管或支管內加濕的壓縮空氣冷卻，這時軌頭的冷卻速度可在0.6?8°C范圍內調節。
[0031]參照圖4，所述的擋水板8左右對稱布置，包括擋板8.a,擋板8.a通過第三銷軸8.d與支座8.g連接,擋板8.a—側上部還設置有第一銷軸8.b,第一銷軸8.b通過拉桿8.e與支座8.g上的第二銷軸8.c固定，拉桿8.e由左右旋螺母8.f調整其長度。擋板8.a前端距軌頭下顎和軌腰保持一定距離。通過旋轉螺母8.f使擋水板8擺動升降，可以適應不同尺寸規格的鋼軌。
[0032]參照圖6，所述的弱冷卻區四個冷卻單元橫剖面結構相同，但大小尺寸和噴頭性能不同，所述的第一弱冷卻單元9包括噴風管道9.a,噴風管道9.a末端通過螺母9.c連接噴嘴9.b，噴嘴以一定間距交錯排列，噴嘴9.b到軌頭距離40?140mm，最佳距離為70?IlOmm0
[0033]參照圖8，強冷卻區的各個強冷卻單元的霧化水嘴1.d等效直徑不同，其特征是噴嘴噴口的形狀可以是圓形、橢圓形或扁平狀，相應的氣或水霧的噴射面也是圓形、橢圓形或扁平狀，通過改變噴嘴到軌頭或軌底的距離，或改變扁狀噴嘴長軸中心線的角度α，就能改變壓縮空氣或水霧噴射到鋼軌軌頭或軌底上的面積和寬度。
[0034]參照圖9，弱冷卻區的各個弱冷卻單元的噴嘴9.b等效直徑不同，噴口的形狀可以是圓形、橢圓形或扁平狀，相應的壓縮空氣的噴射面也是圓形、橢圓形或扁平狀。通過變更噴嘴到軌頭或軌底的距離，或者改變噴嘴長軸中心線的角度α就能改變壓縮空氣噴到軌頭或軌底上的面積和寬度。
[0035]本實用新型的工作原理為:
[0036]1.淬火機組中的噴射冷卻系統從前到后分區分段布置,每段長1.2?4.5m,與棍道及矯直牽引輥的間距相適配。每段由4個冷卻單元組成，每個冷卻單元的氣、水管道通過軟管和機外的氣、水管路連接，幾個冷卻段相連組成一個氣、水控制區，前部強冷卻區和后部弱冷卻區都分為若干個，整個淬火機組分為兩個以上的冷卻控制區。
[0037]根據對淬火機組進出口處鋼軌軌頭溫度監測和計算機模型運算結果發出的指令，對各冷卻控制區的氣、水流量或壓力進行自動控制和調節。另外，即使在同一控制區內各段的氣、水流量也可因噴頭和霧化水嘴的規格、性能不同而異，以適應鋼軌在淬火機組內行進過程中，各個階段不同的冷卻速度要求。淬火機組前部1/3?1/2區間為強冷區，在水路關閉后也可像后部的弱冷區一樣進行工作。因此淬火機組內前、后各冷卻區的鋼軌冷卻速度可在很大范圍內0.6-420C /sec設定或調節，從而滿足不同牌號鋼種、不同規格鋼軌的各種熱處理要求。
[0038]2.強冷卻區的第一強冷卻單元1、第二強冷卻單元2到鋼軌A軌頭的距離，第三強冷卻單元3到鋼軌A軌底的距離均可通過改變墊板5的厚度來調節；第一強冷卻單元1、第二強冷卻單元2也可通過改變墊塊7的厚度隨支架4整體升降，以適應不同的軌型、規格如50kg/m、75kg/m等鋼軌的需要。另外,第一強冷卻單元1、第二強冷卻單元2和支架4也能預先在線外一起對鋼軌A進行模擬對中，然后整體吊裝到淬火機線上，簡便省時。弱冷卻區的各個弱冷卻單元的安裝與此同理。
[0039]3.在強冷卻區第一強冷卻單元I和第二強冷卻單元2的冷卻水首先經霧化水嘴
1.d噴出霧化，然后在接管1.c內和壓縮空氣混合，并進一步霧化，再經噴嘴1.g噴出。霧化水嘴1.d有不同的規格，可在21/h?1001/h范圍內更換。
[0040]4.根據淬火機組自動控制系統的指令對各個控制區、段的風量和水量進行設定或調節，使軌頭的冷卻速度可在6?42°C /sec范圍內改變。
[0041]5.當強冷卻區的霧化水路段或全部關閉單供壓縮空氣時，淬火機組強弱冷卻區長度可以改變，也可以實現鋼軌的全程風冷。
[0042]6.弱冷卻區的冷風用量最大為1600Nm3/h.m。若噴吹預先在通風管道總管或支管內加濕的壓縮空氣時，還可以節省大量的壓縮空氣，并大大降低噪音。這時的冷卻速度調節范圍為0.6?8°C /sec。
[0043]7.當采用圓形、橢圓形或扁平狀的噴嘴噴口時，改變噴嘴長軸中心線的角度α就能改變水霧或壓縮空氣噴到軌頭或軌底上的寬度。
[0044]本實用新型可以實現:1在淬火機組內分設前部噴霧強冷區和后部噴氣弱冷區；2分段、分區實行水量和風量或水壓和氣壓的自動控制；3噴霧強冷區水路可以關閉，單供壓縮空氣或預先加濕的壓縮空氣，實行鋼軌的全程噴氣弱冷。4冷卻速度調節范圍大，可達
0.6~42°C /sec,因而適合各類鋼種和不同規格、軌型的鋼軌熱處理。可使熱軋鋼軌在淬火機組內向前運動的過程中，按規定的冷卻曲線圖?中的A、B、C、D、E曲線進行冷卻淬火，以獲得希望的軌頭組織如精細的珠光體和最好的機械性能強度、韌性和硬度。5如要生產短尺如10m、25m等淬火鋼軌時，只需將經過在線淬火并矯直的長尺75m~25m鋼軌按定尺進行鋸切、加工鉆孔即可。
[0045]同樣的冷卻裝置和方式，只要相應縮短淬火機組長度，本實用新型還適用于25-125m的長鋼軌的離線淬火處理。
【權利要求】
1.一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，其特征在于，包括在75?125m長的淬火機組內從前到后分段布置的強冷卻區和弱冷卻區，淬火機組前部長1/3?1/2區間為強冷卻區；后部1/2?2/3區間為弱冷卻區，每個冷卻段長1.2?4.5m與輥道及矯直牽引輥的間距相適配，每個冷卻段均由4個冷卻單元組成； 所述的強冷卻區的四個冷卻單元包括垂直布置在鋼軌(A)正上方的第一強冷卻單元(I)、鋼軌(A)上方左右對稱設置的兩個第二強冷卻單元(2)以及鋼軌A正下方的第三強冷卻單元(3)，第一強冷卻單元(I)和支撐第二強冷卻單元(2)的擺動座(6)前后用螺栓固定在支架(4)上，擺動座(6)能夠沿支架(4)的斜面上下移動，第二強冷卻單元(2)能夠在擺動座(6)上轉動，支架(4)固定在淬火機組兩側的立柱上或矯直牽引輥的機架(B)上，連接處設有墊塊(7)，第三冷卻單元(3)固定在連接淬火機組左右兩側底座(D)的橫梁(C)上，四個冷卻單元下面均設有墊板(5)，淬火機組兩側的立柱上或矯直牽引輥的機架(B)上還設置有擋水板(8)，擋水板(8)在鋼軌(A)的左右兩側； 所述的弱冷卻區四個冷卻單元包括第一弱冷卻單元(9)、對稱設置的第二弱冷卻單元(10)以及第三弱冷卻單元(11)，弱冷卻區四個冷卻單元與強冷卻區的四個冷卻單元布置方式相同，不同點在于不設置擋水板(8)。
2.根據權利要求1所述的一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，其特征在于，所述的強冷卻區的四個冷卻單元結構相同，所述的第一強冷卻單元(I)包括兩個快速更換管接頭，第一快速更換管接頭(l.aW)通水，第二快速更換管接頭(LaA)通氣，兩個快速更換管接頭與噴冷管道(1.b)相連通，噴冷管道(1.b)通過緊頂螺栓(1.f)以及“ο”型密封圈(1.e)連通接管(1.c)，霧化水嘴(1.d)安裝在噴冷管道(1.b)的噴水支管前端，接管(1.c)的末端通過螺母(1.h)連接噴頭(1.g)，噴頭(1.g)到鋼軌(A)軌頭的距離為50?150mm。
3.—種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，其特征在于，所述的擋水板8左右對稱布置，包括擋板(8.a)，擋板(8.a)通過第三銷軸(8.d)與支座(8.g)連接，擋板(8.a) 一側上部還設置有第一銷軸(8.b)，第一銷軸(8.b)通過拉桿(8.e)與支座(8.g)上的第二銷軸(8.c)固定，拉桿(8.e)由左右旋螺母(8.f)調整其長度。
4.一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，其特征在于，所述的弱冷卻區四個冷卻單元結構相同，所述的第一弱冷卻單元9包括噴風管道(9.a)，噴風管道(9.a)末端通過螺母(9.c)連接噴嘴(9.b)，噴嘴(9.b)到軌頭距離40?140mm。
5.一種長尺鋼軌在線淬火機組的噴射冷卻設備，其特征在于，所述的噴嘴(9.b)到軌頭距離距離為70?110mm。
【文檔編號】C21D1/667GK203923298SQ201420229608
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】劉趙衛, 王受田, 周士凱, 王蓉 申請人:中國重型機械研究院股份公司