摘要：淬火是将金属工件加热到某一适当温度并保持一段时间，随即浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。淬火可以提高金属工件的硬度及耐磨性。现有淬火都是依靠人力将工件放入水中进行急速冷却后，又搬运到下一道工序，工人劳动强度大容易发生安全事故，本文对新型淬火线的加热和淬火工艺和主要设备的功能进行设计与研究。
关键词：淬火机；设计；新型
一、概述
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。通常也将铝合金、铜合金、钛合金、钢化玻璃等材料的固溶处理或带有快速冷却过程的热处理工艺称为淬火。现有淬火都是依靠人力将工件放入水中进行急速冷却后，又搬运到下一道工序，工人劳动强度大。并且由于工件淬火之前温度很高，容易发生安全事故，因此需要设计一款适合的淬火机以解决上述问题。
二、新型淬火机的设计
图1为新型淬火机的主视图，图2为新型淬火机的俯视图。图中：1-淬火池、2-链轮、3-链条、4-转向链轮、5-进料斗、6-挡板、7-链板、8-隔板。如图1所示，新型淬火机包括盛放淬火用液体的淬火池，在淬火池1内安装有输送装置，输送装置由水平的淬火段以及斜向设置的提升段组成；并且输送装置具有前后设置的两组链轮，链轮圆周上设置有齿；两组链轮2水平位置前低后高；还包括缠绕于两组链轮外侧的链条，链条缠绕链轮2后呈上下两层；链条上设置有与链轮上的齿配合的孔洞；还包括上下平行设置的两组转向链轮，转向链轮设置在淬火段与提升段交界处；链条上下两层分别绕于上下两组转向链轮上；还包括连接在链条上的若干用于输送物料的链板。每组链轮具有并排设置的两个链轮，两个链轮轴心通过转轴固定。链条为两根，分别缠绕于同侧的链轮上；链板两端分别与两根链条连接。链板上设置有避免物料向下滑落的隔板。输送装置两侧设置有挡板。并且输送装置前端设置有喇叭形的进料斗，进料斗与挡板连接。
图1 新型淬火机的主视图 图2 新型淬火机的俯视图
三、新型淬火机的工作过程
工作的时候，首先启动电机，电机带动链轮转动，链轮带动链条，链条又带动链板行进。工件出进料斗进入，通过链板在淬火池中前行，并浸没在淬火用的液体中进行淬火处理，处理完毕后被提升段提升出液面，进入下一道工序，完成了整个淬火的过程。
四、热处理炉系统
热处理炉是一个顶部和底部同时加热的正火和奥氏体化辊底式热处理炉，加热采用安装在辐射管内的蓄热式烧嘴。最大加热温度为1000℃。热处理炉需要在氮气保护下进行操作。
（一）炉内辊
炉内辊的最高工作温度为970℃，辊子的材料要能够满足工作状态下的工作状态的热负荷及机械压力。辊子的筒体需离心浇注。辊子的材料是一种含25%的Cr、35%的Ni及1.5%的Nb。辊子的内表面要进行加工处理，加工后，辊子的表面必须进行氧化处理使炉底辊的平均使用寿命为2年。每个炉底辊都是通过传动电机和联轴器单独驱动。每个传动电机可以通过变频调速。所有炉底辊都可以以0.3-20m/min的速度运行；在卸料系统前，炉底辊能够以0.3-60m/min的速度运行。在热处理炉无负荷时，炉底辊前后摆动使炉内钢板摆动，既能够防止炉底辊受热不均导致变形，又能够避免烧嘴使用率过高引起烧嘴故障。
（二）燃烧系统
燃烧系统包括烧嘴、控制阀、流量计和煤气安全切断装置。一般把炉内划分为20个温度控制区域。烧嘴以脉冲循环模式进行操作。烧嘴的开停时间比例调节根据不同区域的热量需求确定。一个区域不是所有的烧嘴都同时关闭和同时点燃，而是周期性的循环式关闭和点燃。在煤气主管道上应设计带有自动关闭系统的压力控制器，这种安全关闭系统在紧急状况下能够自动关闭。
（三）温度控制
热处理炉被分成20个温度控制区域，每个区域都装有一个热电偶，如果炉顶热电偶故障时，那么底部区域的热电偶将负责两个区域的温度控制。20个区域的温度调控主要依靠PLC系统中的PID调控软件执行控制。区域热电偶的值通过线形转化器输入PLC系统中。单个烧嘴的点火是通过阀门控制煤气和助燃空气，同时开启点火电极进行点火。点火之后，火焰通过测试离子化的点火电极进行监视。烧嘴的工作状态和关闭状态值将会被送到PLC系统，每个烧嘴的开关信号将在燃烧过程监控中被单独列出。
五、淬火系统
淬火机框架分成上下两部分。底部框架是固定的，上部框架由导辊限制，并且可以通过螺旋升降机构进行调节。钢板实际厚度通过炉内尾部光栅监测，当淬火机上框架调整到与实际钢板厚度后，钢板出炉进入淬火机。连续淬火机可均匀淬火，它不压紧，以免留下划痕或者损坏钢板表面。在钢板的宽度方向上，高压段分为三部分，每部分单独供水和调整水量。为避免瓢曲，需调节高压端各部分水流量来使钢板顶部和底部具有相同冷却速度。高压水幕在淬火机入口处，分别位于钢板上部和下部，喷口间隙，喷射角度是可调节的。上下部喷嘴及连接切断阀的供水管由不锈钢制造。水幕头后面是“喷射箱”，上部和下部各有3排喷嘴由不锈钢制造，水幕从同一个高压泵中提供。这些喷嘴相对运行线以一定的角度安装。上部与阀相连的供水管由不锈钢制造，高压段还包括2组喷管，每一个提供6排HP喷嘴。低压段有12组阀，每组提供3到4排喷管，这些带钻孔的喷管相对钢板运输以不同角度安装。这些阀和供水管由不锈钢制造。切断阀和流量调节阀是液压控制的蝶阀，流量控制阀由电机控制。淬火机上部和下部流量控制阀和切断阀各自独立。最后一段高压部分在宽度上是一个整体，但其上部和下部的控制阀和切断阀都是相对独立的。
六、卸料系统
在淬火机组后面设有24m长的辊道。所有的辊子通过齿轮电机单独传动，以便钢板灵活输送；为避免正火钢板的下表面划伤，必须保证出料平台辊道速度要与淬火机的上下辊道的速度同步。
结语：本文设计的淬火机解决了工人劳动强度大，由于工件淬火之前温度高容易发生安全事故的问题，它能实现工件自动运输并淬火，无需人工搬运，大大减轻了工人的劳动强度，提高了生产效率。
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[4]王苑、王继忠.淬火机计算机过程控制系统技术研究[J].电气传动，2017.
论文作者:王伟,石小旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
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