[发明专利]一种在线控冷装置和冷却方法

说明书

本发明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。本发明还提供了一种使用该在线控冷装置对工件进行冷却的方法。本发明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。

技术领域

本发明涉及热处理冷却领域，具体地涉及钢轨冷却的在线控冷装置和其冷却方法。

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

本发明的目的是提供一种钢轨热处理工艺的在线控冷装置及其冷却方法，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，第一方面，本发明提供的一种在线控冷装置，其由加压供水单元、给水管路、若干个喷水单元和供待处理工件移动的辊道组成，该辊道包括若干驱动辊，所述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的近似半球形内端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；所述待处理工件为钢轨；

每个所述喷水单元具有的所述喷头数量及位置为如下特征任一种：

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；所述喷头(4)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；