阅读说明：本技术 一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置及工艺 (Medium-thick steel wire sorbitizing and cooling device and process ) 是由 张洪龙 蒋蕊 张峰山 于 2019-10-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置及工艺。该冷却装置是由内置有水泵的蓄水池、内置有两个冷却水套的回水水槽、冷却水塔通过管道相连形成一个冷却水循环系统。该工艺主要采用喷淋和两级分段冷却工艺代替了传统铅浴淬火的急冷工艺,能够有效避免钢丝产生开裂缺陷,保证中粗规格钢丝索氏体化中间热处理的质量,提高钢丝性能和稳定性；同时,本发明具有无污染、低能耗、工艺简单的优点；此外,本发明根据红外测温仪的所测温度来调节两个冷却水套的进水量以及距离,只利用水这一种介质就可以实现不同规格和材质的钢丝对应不同的工艺要求,省去了来回更换淬火介质的麻烦,简化操作、节省成本。(The invention discloses a sorbitizing cooling device and process for medium and thick steel wires. The cooling device is formed by connecting a reservoir with a built-in water pump, a return water tank with two built-in cooling water jackets and a cooling water tower through pipelines. The process mainly adopts a spraying and two-stage sectional cooling process to replace a quenching process of the traditional lead bath quenching, can effectively avoid the cracking defect of the steel wire, ensure the quality of the sorbitizing intermediate heat treatment of the medium and coarse steel wires, and improve the performance and the stability of the steel wire; meanwhile, the invention has the advantages of no pollution, low energy consumption and simple process; in addition, the water inflow and the distance of the two cooling water jackets are adjusted according to the measured temperature of the infrared thermometer, the steel wires with different specifications and materials can meet different process requirements only by using one medium, the trouble of replacing quenching media back and forth is eliminated, the operation is simplified, and the cost is saved.)

一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置及工艺

技术领域

本发明属于金属制品的热处理技术领域，更具体讲涉及一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置及工艺。

背景技术

在高碳钢丝的生产过程中，需要对钢丝进行索氏体化中间热处理。截止目前，传统常用的方法为铅浴淬火，其步骤为：钢丝展开后经高温加热到约910℃后迅速进入约500℃的铅浴槽中，完成钢丝的急冷及等温转变。这种传统的铅浴淬火工艺具有工艺稳定易于控制、钢丝的力学性能容易保证的优点，因而在钢丝生产中被广泛应用。但是铅浴淬火工艺也存在着严重的不足：1、铅是一种有毒物质，如果长期接触对人体的伤害极大；2、铅的熔点为327.5℃，再加热到500℃之后，一方面需要消耗大量的能源，另一方面也容易产生挥发，造成环境污染，新出台的国家相关政策已明确规定热处理铅炉为淘汰设备；3、在生产中由于钢丝表面状态不理想，造成钢丝“挂铅”的产生，不但消耗了铅资源，而且在后续拉铅浴淬火工艺影响钢丝表面及其它性能。

虽然国内外的热处理行业一直在寻找可以代替铅的索氏体化处理方法，即将钢丝直接亲润到水或其他淬火介质中、并通过控制时间来控制冷却能力，但由于局部溶液温度的不稳定性，极易造成钢丝性能的不稳定。目前这种代替式处理方法一般也多应用在细规格钢丝上，应用在中粗规格钢丝上往往造成出现表面淬火裂纹等问题。

发明内容

本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处而提供一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置及工艺。本发明主要采用喷淋和两级分段冷却工艺代替了传统铅浴淬火的急冷工艺，能够有效避免钢丝产生开裂缺陷，保证中粗规格钢丝索氏体化中间热处理的质量，提高钢丝性能和稳定性；同时，本发明具有无污染、低能耗、工艺简单的优点；此外，本发明根据红外测温仪的所测温度来调节两个冷却水套的进水量以及距离，只利用水这一种介质就可以实现不同规格和材质的钢丝对应不同的工艺要求，省去了来回更换淬火介质的麻烦，简化操作、节省成本。

本发明的目的可通过下述技术措施来实现：

本发明的一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置包括内置有水泵的蓄水池、内置有两个冷却水套的回水水槽、冷却水塔，两个冷却水套分别通过进水管与蓄水池相连通，回水水槽、冷却水塔、蓄水池依次通过出水管相连通（上述部件连通后形成一个冷却水循环系统，实现了以常温水为冷却水进行循环利用，无毒、无污染、节约成本；其中，回水水槽用于回收冷却水，回收的冷却水经冷却水塔再度制冷，随后送入蓄水池进入新一轮的循环）；所述冷却水套是由圆柱状外环套内嵌圆台状内环套、将外环套的一端与内环套的大端对齐后两端封口相连形成内腔连通的夹腔，在内环套上均布有六列沿母线方向排布的喷淋孔（冷却水沿着喷淋孔正对冷却水套的轴线方向射出，当待冷却钢丝水平穿经冷却水套时，由六列喷淋孔同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝周向冷却均匀：即经当钢丝经过第一个冷却水套进行均匀缓慢的初段冷却，避免了急冷、避免了钢丝的开裂；当钢丝经过第二个冷却水套进行对应所需的次段冷却，调节钢丝温度到达工艺要求温度，以获得合适的钢丝性能），在外环套的左侧、顶部、右侧以90度间隔方式均布有三个进水管接头（保证六组喷淋孔的水压基本一致），所述外环套的底下部座置在弧形立板上，弧形立板垂直固定在水平底板上，水平底板与水平底座之间以滑动方式相配合。

在本发明中水平底板上安装有螺爪，在水平底座加工有滑道，所述螺爪与滑道相匹配（借助螺爪与滑道的配合来灵活快速调整两个冷却水套之间的距离，进而调整不同规格和材质的中粗规格钢丝内外温度均匀化时间）。

本发明中所述冷却水套上的每相邻两列喷淋孔的排布呈60度夹角（六列喷淋孔均布在内环套的表面），每列喷淋孔的数量为8个；所述内环套与冷却水套端面之间为120度夹角，每个喷淋孔的入射角与钢丝前移的水平方向呈30度夹角（即与内环套大径端的表面呈60度夹角）。

本发明中与两个所述进水管接头相连接的进水管上均安装有调节阀门（借助调节阀门能够灵活控制冷却水套的进水量，进而控制不同规格和材质的中粗规格钢丝对应每段冷却后所需达到的温度，以获得合适的钢丝性能）。

本发明的一种中粗规格钢丝索氏体化冷却的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

A、连接冷却水循环系统：将回水水槽内的两个冷却水套与蓄水池通过进水管相连通，再将回水水槽、冷却水塔、蓄水池依次通过出水管相连通，形成一个冷却水循环系统（冷却水循环系统实现了以常温水为冷却水进行循环利用，无毒、无污染、节约成本；其中，回水水槽用于回收冷却水，回收的冷却水经冷却水塔再度制冷，随后送入蓄水池进入新一轮的循环）；

B、启动冷却水循环系统：启动内置在蓄水池中的水泵，蓄水池内的冷却水被泵入到进水管、快速充满冷却水套，并沿着喷淋孔正对冷却水套的轴线方向射出（以喷淋的方式对沿冷却水套轴线方向移动的钢丝进行冷却）；

C、两级分段冷却：由前后两对定位辊组定位（保证钢丝沿着冷却水套的中心水平前移）、并纵向贯穿回水水槽和两个冷却水套及保温管的钢丝，在动力装置的带动下匀速直线前移；当钢丝经过第一个冷却水套时，由六列喷淋孔同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝进行均匀缓慢的初段冷却，避免了急冷、避免了钢丝的开裂；经初段冷却后的钢丝继续前移，当钢丝经过第二个冷却水套时，同理从六列喷淋孔同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝进行对应所需的次段冷却，调节钢丝温度到达工艺要求温度；在两级分段冷却的过程中，借助螺爪与滑道的配合来灵活快速调整两个冷却水套之间的距离，进而调整不同规格和材质的中粗规格钢丝内外温度均匀化时间；借助调节阀门能够灵活控制冷却水套的进水量，进而控制不同规格和材质的中粗规格钢丝对应每段冷却后所需达到的温度（以获得合适的钢丝性能）；

D、等温转变：两级分段冷却后的钢丝继续前移，进入保温管内进行等温转变，使钢丝内部和表面的温度充分均匀化，完成组织转变；

E、监测温度：在穿出保温管后的钢丝周围安置一个红外测温仪，实时监测冷却后最终所得钢丝的实际温度。

本发明中所述冷却水为常温水。

本发明中所述被泵入到进水管及冷却水套内的冷却水是水压为1～3兆帕的高压水。

本发明的工作原理如下：

本发明主要采用喷淋和两级分段冷却工艺代替了传统铅浴淬火的急冷工艺，能够有效避免钢丝产生开裂缺陷，保证中粗规格钢丝索氏体化中间热处理的质量，提高钢丝性能和稳定性；同时，本发明具有无污染、低能耗、工艺简单的优点；此外，本发明根据红外测温仪的所测温度来调节两个冷却水套的进水量以及距离，只利用水这一种介质就可以实现不同规格和材质的钢丝对应不同的工艺要求，省去了来回更换淬火介质的麻烦，简化操作、节省成本。

更具体讲，钢丝在冷却工段内的前移过程中，先后经过两个冷却水套依次进行初段冷却和此段冷却，即钢丝在途径每个冷却水套时钢丝表面均被喷淋孔射出的冷却水刺中而缓慢分段冷却。钢丝经过第一个冷却水套先进行初段冷却，由于水的导热系数远远小于铅的导热系数，而且喷淋式传热性能也远远低于浸浴式传热性能，钢丝在初段冷却前后的温差变化远远小于传统铅浴淬火急冷方式的温差变化，因此本发明采用水介质进行喷淋式初段冷却有效避免钢丝产生开裂缺陷，保证中粗规格钢丝索氏体化中间热处理的质量，提高钢丝性能和稳定性。初冷后的钢丝再经第二个冷却水套进行行次段冷却后，就能够灵活调节钢丝温度到达工艺要求的温度，这是因为本发明中两个冷却水套之间的距离可以通过滑道螺爪进行快速调节，两个冷却水套的进水量可以通过调节阀门来进行调整，所以只利用水这一种介质就可以实现不同规格和材质的钢丝对应不同的工艺要求，省去了来回更换淬火介质的麻烦，简化操作、节省成本。

本发明的有益技术效果如下：

本发明主要采用喷淋和两级分段冷却工艺代替了传统铅浴淬火的急冷工艺，能够有效避免钢丝产生开裂缺陷，保证中粗规格钢丝索氏体化中间热处理的质量，提高钢丝性能和稳定性；同时，本发明具有无污染、低能耗、工艺简单的优点；此外，本发明根据红外测温仪的所测温度来调节两个冷却水套的进水量以及距离，只利用水这一种介质就可以实现不同规格和材质的钢丝对应不同的工艺要求，省去了来回更换淬火介质的麻烦，简化操作、节省成本。

附图说明

图1是本发明的装置排布示意图和工艺流程简图。

图2是本发明中的冷却水循环系统连接示意图。

图3是本发明中的冷却水套结构示意图。

图中零件序号：1、蓄水池，2、水泵，3、进水管，4、调节阀门，5、冷却水套，5-1、外环套，5-1-1、进水管接头，5-2、内环套，5-2-1、喷淋孔，5-3、夹腔，6、回水水槽，7、出水管，8、冷却水塔，9、弧形立板，10、水平底板，11、螺爪，12、水平底座，12-1、滑道，13、钢丝，14、定位辊组，15、保温管，16、红外测温仪。

具体实施方式

本发明以下结合附图和实施例作进一步描述：

如图1、图2和图3所示，本发明的一种中粗规格钢丝索氏体化冷却装置包括内置有水泵（2）的蓄水池（1）、内置有两个冷却水套（5）的回水水槽（6）、冷却水塔（8），两个冷却水套（5）分别通过进水管（3）与蓄水池（1）相连通，回水水槽（6）、冷却水塔（8）、蓄水池（1）依次通过出水管（7）相连通（上述部件连通后形成一个冷却水循环系统，实现了以常温水为冷却水进行循环利用，无毒、无污染、节约成本；其中，回水水槽用于回收冷却水，回收的冷却水经冷却水塔再度制冷，随后送入蓄水池进入新一轮的循环）；所述冷却水套（5）是由圆柱状外环套（5-1）内嵌圆台状内环套（5-2）、将外环套的一端与内环套的大端对齐后两端封口相连形成内腔连通的夹腔（5-3），在内环套（5-2）上均布有六列沿母线方向排布的喷淋孔（5-2-1）（冷却水沿着喷淋孔正对冷却水套的轴线方向射出，当待冷却钢丝水平穿经冷却水套时，由六列喷淋孔同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝周向冷却均匀：即经当钢丝经过第一个冷却水套进行均匀缓慢的初段冷却，避免了急冷、避免了钢丝的开裂；当钢丝经过第二个冷却水套进行对应所需的次段冷却，调节钢丝温度到达工艺要求温度，以获得合适的钢丝性能），在外环套（5-1）的左侧、顶部、右侧以90度间隔方式均布有三个进水管接头（5-1-1）（保证六组喷淋孔的水压基本一致），所述外环套的底下部座置在弧形立板（9）上，弧形立板（9）垂直固定在水平底板（10）上，水平底板（10）与水平底座（12）之间以滑动方式相配合。

在本发明中水平底板（10）上安装有螺爪（11），在水平底座（12）加工有滑道（12-1），所述螺爪（11）与滑道（12-1）相匹配（借助螺爪与滑道的配合来灵活快速调整两个冷却水套之间的距离，进而调整不同规格和材质的中粗规格钢丝内外温度均匀化时间）。

本发明中所述冷却水套上的每相邻两列喷淋孔（5-2-1）的排布呈60度夹角（六列喷淋孔均布在内环套的表面），每列喷淋孔（5-2-1）的数量为8个；所述内环套（5-2）与冷却水套端面之间为120度夹角，每个喷淋孔（5-2-1）的入射角与钢丝前移的水平方向呈30度夹角（即与内环套大径端的表面呈60度夹角）。

本发明中与两个所述进水管接头（5-1-1）相连接的进水管（3）上均安装有调节阀门（4）（借助调节阀门能够灵活控制冷却水套的进水量，进而控制不同规格和材质的中粗规格钢丝对应每段冷却后所需达到的温度，以获得合适的钢丝性能）。

本发明的一种中粗规格钢丝索氏体化冷却的工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

A、连接冷却水循环系统：将回水水槽（6）内的两个冷却水套（5）与蓄水池（1）通过进水管（3）相连通，再将回水水槽（6）、冷却水塔（8）、蓄水池（1）依次通过出水管（7）相连通，形成一个冷却水循环系统（冷却水循环系统实现了以常温水为冷却水进行循环利用，无毒、无污染、节约成本；其中，回水水槽用于回收冷却水，回收的冷却水经冷却水塔再度制冷，随后送入蓄水池进入新一轮的循环）；

B、启动冷却水循环系统：启动内置在蓄水池（1）中的水泵（2），蓄水池（1）内的冷却水被泵入到进水管（3）、快速充满冷却水套（5），并沿着喷淋孔（5-2-1）正对冷却水套（5）的轴线方向射出（以喷淋的方式对沿冷却水套轴线方向移动的钢丝进行冷却）；

C、两级分段冷却：由前后两对定位辊组（14）定位（保证钢丝沿着冷却水套的中心水平前移）、并纵向贯穿回水水槽（6）和两个冷却水套（5）及保温管（15）的钢丝（13），在动力装置的带动下匀速直线前移；当钢丝（13）经过第一个冷却水套（5）时，由六列喷淋孔（5-2-1）同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝（13）进行均匀缓慢的初段冷却，避免了急冷、避免了钢丝的开裂；经初段冷却后的钢丝继续前移，当钢丝（13）经过第二个冷却水套（5）时，同理从六列喷淋孔（5-2-1）同时对正钢丝的一圈表面喷射水柱，使钢丝进行对应所需的次段冷却，调节钢丝温度到达工艺要求温度；在两级分段冷却的过程中，借助螺爪（11）与滑道（12-1）的配合来灵活快速调整两个冷却水套（5）之间的距离，进而调整不同规格和材质的中粗规格钢丝内外温度均匀化时间；借助调节阀门（4）能够灵活控制冷却水套（5）的进水量，进而控制不同规格和材质的中粗规格钢丝对应每段冷却后所需达到的温度（以获得合适的钢丝性能）；

D、等温转变：两级分段冷却后的钢丝继续前移，进入保温管（15）内进行等温转变，使钢丝内部和表面的温度充分均匀化，完成组织转变；

E、监测温度：在穿出保温管（15）后的钢丝周围安置一个红外测温仪（16），实时监测冷却后最终所得钢丝的实际温度。

本发明中所述冷却水为常温水。

本发明中所述被泵入到进水管（3）及冷却水套（5）内的冷却水是水压为1～3兆帕的高压水。