浅析棒材热处理用全方位冷却系统

浅析棒材热处理用全方位冷却系统

靳宏雷 单广

浙江华顺炉业有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：圆柱形钢材在淬火热处理的过程中，经加热炉加热后需要送入冷却室内进行迅速冷却，从而改变金属的晶体组织结构，提高钢材硬度。本文研究的棒材热处理用全方位冷却系统具有对工件进行旋转冷却，同时对工件的上下段进行冷却，减少工件温差，提高冷却均匀性，适用范围广，结构简单紧凑，使用成本低等优点。

关键词：热处理；冷却系统；金属棒材

前言

本文研究的旋转式冷却机构适合粗轧机组与中轧机组间，或中轧机组与精轧机组间脱头的生产线；设备结构紧凑，无需增加额外场地；棒材组织均匀，可解决连轧生产线中间坯均匀冷却困难以及影响生产效率的难题。但是该技术方案还存在一些问题，其通过环形框来放置和旋转棒材，在使用时，需要先将棒材与环形框对齐，增加了操作步骤和工作量，而且，棒材的重量都集中在环形框上，导致对驱动环形框和棒材旋转所需的设备功率要求较高，不仅提高了使用成本，而且不适用于质量较大的棒材，存在使用受限的问题；现有的冷却系统中，很多已经同时具备了水冷系统和风冷系统，而棒材热处理用全方位冷却系统适用于水冷系统，与风冷系统的适配性较差，进一步限制了其适用性，另外，棒材热处理用全方位冷却系统无法配合现有的辊轴传输式冷却室，需要重新生产与其相配合的冷却系统，提高了使用成本。

1行业现状

市面上的中等规格棒材的控制轧制方法，棒材中间坯的轧件在机组间辊道传送过程中，在轧线辊道上方区域加入一种多工位的旋转冷却机构，通过提起后旋转再将中间坯回置到轧线辊道的方式，使轧件在运动中旋转，均匀冷却至所需温度，进而在后续机组实现控制轧制。现有技术中多使用辊轴将圆钢转运至冷却室内，由于圆钢的横截面为圆形状，加上喷淋冷却过程中水流对圆钢的冲击，使得圆钢容易在辊轴上产生滚动，当相邻两个圆钢滚动并靠拢在一起时，其接触点下方的区域不易接触到冷却液，将会直接影响到钢材的冷却效果；如果在辊轴上设置限位块等装置对圆杆进行限位，虽然可以避免圆钢滚动，但是，圆杆也容易靠在限位块上并固定，圆钢的特定位置与限位块和辊轴保持接触，同样会影响到钢材的冷却效果1。

2技术方案

棒材热处理用全方位冷却系统，包括冷却室，冷却室内设有若干用于传输工件的传输辊，冷却室的内顶壁上设有对工件分别进行喷淋冷却和通风冷却的水冷单元和风冷单元，还包括：用于调整工件位置的调整机构，调整机构包括若干组对工件进行分离和限位的限位板；带动限位后的工件进行旋转的翻转轮；对工件的底端进行冷却的均匀冷却机构；均匀冷却机构包括用于输出冷却风的吹风口，以及用于带动调整机构和翻转轮的传动机构。

调整机构还包括：设在相邻两个传输辊之间的滑轨，限位板滑动设在滑轨上；若干活动设在滑轨上的控制件；以及连杆，控制件通过连杆带动同一组的两个限位板反向运动。传动机构包括：活动设在滑轨上的驱动杆；以及若干设在驱动杆用于推动控制件上移的挤压件。翻转轮转动设在限位板的顶端，限位板位于工件的下方，传动机构还包括：若干设在驱动杆上的从动齿轮；以及设在限位板的内部对从动齿轮和翻转轮进行传动的换向齿轮组件；驱动杆转动设在滑轨的上方且可横移。均匀冷却机构还包括：设在控制件的顶端对挤压件及通孔进行遮护的保护板；吹风口设在保护板的顶部；以及设在保护板的顶端对吹风口进行遮护以及将从吹风口内吹出的气流导向至工件底部的导流件。

3技术优势

（1）通过在传输辊的缝隙之间设置调整机构和翻转轮，限位板带动传输辊上的工件移动，对工件进行限位，在保证工件不会相互碰撞的同时，使得工件与翻转轮对齐，在冷却过程中，通过翻转轮带动工件不断地旋转，提高了工件的冷却均匀性，并且在翻转过程中，工件重力主要集中在传输辊上，驱动工件旋转所需的力度较小，对驱动装置的要求低，从而降低了使用成本，并且适用于质量较重的圆钢，适用范围广2。

（2）通过在控制件上设置吹风口，在冷却过程中，工件的上半段与冷却介质接触，同时，吹风口对工件的下半段进行吹风冷却，降低了冷却过程中同一时间内的工件上下面温差，提高了工件温度的均匀性，冷却效果更好，进一步提高了原材料热处理后的金相组织的稳定性以及硬度的均匀性，且棒材热处理用全方位冷却系统适用于风冷系统和水冷系统，适用性好。

（3）通过在T形状的导流件上设置对气流进行导向的凸起面，使得导流件具备对吹风口中的冷却风进行导流以及对吹风口进行遮护的功能，结构简单紧凑。

（4）驱动杆同时起到对限位板进行导向和限位、通过挤压控制件上移带动翻转轮与工件配合、旋转后带动翻转轮和工件旋转、向吹风口输送冷风的功能，不仅操作方便，而且结构简单紧凑，占用空间小3。

（5）滑轨、驱动杆和限位板设在传输辊之间的缝隙内，因此，棒材热处理用全方位冷却系统的安装和使用可独立于传输辊，安装和维护方便，适合直接在现有的冷却室内进行安装使用，从而降低对现有冷却室的改造成本。

（6）通过设置可升降的滑轨，在传输工件时，翻转轮位于传输辊的下方，以免对工件的传输过程造成影响，省去了传输前需要先调整工件位置的麻烦，当滑轨带动翻转轮上移后，翻转轮自动带动工件滚动，对工件进行限位，因此，该发明适合搭配现有的冷却室使用。

4实施方式

如图1所示，棒材热处理用全方位冷却系统，包括冷却室100，冷却室100内设有若干用于传输工件200的传输辊101，冷却室100的内顶壁上设有对工件200分别进行喷淋冷却和通风冷却的水冷单元和风冷单元，还包括：用于调整工件200位置的调整机构1，调整机构1包括若干组对工件200进行分离和限位的限位板11；带动限位后的工件200进行旋转的翻转轮2；对工件200的底端进行冷却的均匀冷却机构3；均匀冷却机构3包括用于输出冷却风的吹风口31，以及用于带动调整机构1和翻转轮2的传动机构4。

如图2所示，工件200为圆柱形钢材，限位板11的组数与工件200的数量相适配，将加热后的高温圆钢工件200放置在传输辊101上，通过传输辊101将工件200传输至冷却室100内，然后启动调整机构1，调整机构1中的各组限位板11分别将各个工件200拨动并夹住，对工件200进行限位，避免工件200因滚动而相互碰撞，同时，确保工件200位于吹风口31的上方；接着，通过风冷或水冷或者风冷水冷相结合的方法对工件200进行冷却，在冷却过程中，启动

翻转轮2带动工件200不断地旋转，既提高了工件200与冷却介质的接触均匀度，同时避免了工件200中的某一位置因与传输辊101等部件始终接触而不能被有效冷却的问题；在水冷过程中，冷却液由上而下喷淋至工件200上，工件200的上半段优先被冷却，在此过程中，冷却介质不容易流至圆形材料的最底部，导致底部局部受热不均，通过吹风口31对工件200的下半段进行吹风冷却，解决局部冷却水无法到达底部的技术问题，进而使得工件200的整体都进行冷却，降低了冷却过程中工件200上下侧之间的温差，从而提高工件200的冷却效果，有助于工件200获得更好的机械性能，材料的金相组织更均匀，硬度更均匀4。

结合图3，采用该种冷却方式，配合翻转轮2不断旋转原材料，实现原材料水冷（快速冷却）——空冷（缓慢冷却）——水冷（快速冷却）——空冷（缓慢冷却）间断式冷却方式，更适用原材料无法急速降温的情况，通过急冷、环冷的方式，实现例如耐高温不锈钢材料的热处理，提高特种材料对降温工艺的要求。

通过在T形状的导流件33上设置对气流进行导向的凸起面，实现了对吹风口31中的冷却风进行导流以及对吹风口31进行遮护的功能，结构简单紧凑。驱动杆41同时起到对限位板11进行导向和限位、通过挤压控制件13上移带动翻转轮2与工件200配合、旋转后带动翻转轮2和工件200旋转、向吹风口31输送冷风的功能，不仅操作方便，而且结构简单紧凑，占用空间小；另外，由于滑轨12、驱动杆41和限位板11设在传输辊101之间的缝隙内，因此，棒材热处理用全方位冷却系统的安装和使用可独立于传输辊101，安装和维护方便，且适合直接在现有的冷却室100内进行安装使用，从而降低对现有冷却室100的改造成本。

结语

本文研究的棒材热处理用全方位冷却系统，通过设置限位板对工件进行限位，使得工件与翻转轮接触且与吹风口对齐，冷却过程中翻转轮带动工件在传输辊上翻转，同时吹风口对工件的底部进行冷却，与冷却室中的水冷或风冷系统相配合，降低了工件的上下面温差，实现工件的全方位冷却，提高工件冷却均匀性，进而保证热处理后产品的金相组织以及硬度的均匀性。

参考文献

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[2]黄昊.浅谈棒材多功能热处理炉工艺管理[J].冶金与材料,2023,43(08):127-129.

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