板材淬火冷却装置及其淬火方法

1.本发明属于淬火冷却技术领域，特别涉及一种板材淬火冷却装置及其淬火方法。


背景技术：

2.随着社会发展，钢铁市场对于热轧钢材需求不断增加，尤其在航空航天、军工核能等关键支柱领域，然而世界科技的发展，对工业水平和精度提出了更高的要求，同样对材料的强度、韧性带来了更加苛刻的要求。面对更加复杂多变的服役条件和实际需求，迫切要求材料具备更加优良的强韧性匹配性能。为了满足需求，提升钢板轧后强韧性，必须对其制备完成后冷却装置进行创新。
3.随着各种高强度，高韧性钢的出现，钢板制备完成后进行时效处理尤为重要，淬火冷却中出现的板材开裂，板材变形问题极易忽视，淬火时的快速冷却会使工件内部产生内应力，应力到一定程度时，工件便会发生扭曲变形甚至开裂，传统淬火设备由于散热效率较低，需要消耗大量冷却水，因此有必要设计一种板材淬火冷却装置，针对板材材质、使用环境以及适用范围，采用不同的冷却工艺方案，从而提高成材率。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种板材淬火冷却装置及其淬火方法，通过第一丝杠和第二丝杠配合实现板材纵向移动，延伸板与第二平台滑动连接，且夹持杆通过球副与延伸板转动连接，实现板材全方位夹持并压紧，且在调节组件中旋转马达和吊绳的配合作用下，改变板材浸入冷却水箱的位置和角度，通过冷却路径和优化冷却工艺，有效提高板材成材率，实现板材全方位多角度不同工艺淬火冷却，保证轧后板材冷却过程的均匀性与快速性。
5.本发明提供了一种板材淬火冷却装置，其包括冷却组件、调节组件和夹持组件，所述冷却组件位于横梁架下方，所述调节组件垂直安装在工作台上，所述夹持组件通过合页与所述调节组件的u形架转动连接，收集组件位于所述夹持组件上方，运输滚筒架设于所述横梁架上方，所述横梁架设置在所述工作台上；所述冷却组件包括蓄水箱、抽水泵、冷却水箱、回流水箱、出水阀、抽水管、进水管、排水管、风扇和排渣口，所述蓄水箱的第一出水口通过抽水管与所述抽水泵的进水口连接，所述抽水泵的第一出水端分别通过第一进水管、第二进水管与所述冷却水箱连接，所述抽水泵的第二出水端分别通过第三进水管、第四进水管与所述冷却水箱连接，所述出水阀设置在所述蓄水箱的第二出水口处，所述排水管的第一排水口通过出水阀与所述蓄水箱连接，所述排水管的第二排水口与所述冷却水箱侧部连接，所述回流水箱设置在所述排水管管路上，所述风扇对称设置在所述冷却水箱内，所述排渣口设置在所述冷却水箱底部，且所述排渣口上还设有堵头；所述调节组件包括第一丝杠、第一平台、第一丝杠座、旋转马达、u形架、吊绳电机、集绳轮、吊绳和滑轮，所述第一平台套装在所述第一丝杠上且两者之间滑动连接，所述第一丝杠通过第一丝杠座垂直设置在所述工作台上，所述旋转马达的安装端与所述第一平台固定连接，所述u形架的第一端与所述旋
转马达的输出端连接，所述滑轮通过支架固定在所述u形架的第二端，所述吊绳电机设置在所述第一平台上，且所述吊绳电机的输出轴通过联轴器与所述集绳轮连接，所述吊绳的第一端与所述集绳轮固定连接，所述吊绳的第二端经过滑轮与所述夹持组件的导向板固定连接；所述夹持组件包括支撑架、合页、导向板、托板滚筒、第二丝杠、第二丝杠座、第二平台、延伸板、夹持杆和球头，所述支撑架通过合页与所述u形架的第三端转动连接，所述导向板对称设置在所述支撑架两侧，所述托板滚筒沿板材方向均布在所述导向板上，所述第二丝杠通过第二丝杠座与所述支撑架固定连接，所述第二平台套装在所述第二丝杠上且两者之间滑动连接，所述延伸板与所述第二平台滑动连接，所述夹持杆的第一端通过球头与所述延伸板底部转动连接，所述夹持杆的第二端与板材四角处卡接。
6.可优选的是，所述收集组件包括收集罩、环形管、万向臂、磁基座和回流管，所述收集罩位于所述冷却水箱的上方，所述收集罩通过环形管与所述万向臂的第一端固定连接，所述万向臂的第二端通过磁基座固定在所述工作台上，所述环形管底部通过回流管与所述冷却组件的蓄水箱连通。
7.可优选的是，所述夹持组件的第二平台侧部开设有t型凹槽，所述延伸板通过凸块与t型凹槽滑动配合实现在所述第二平台滑动。
8.可优选的是，所述夹持杆的第一端为球形，所述延伸板底部开设球形凹槽，所述夹持杆的第一端通过球副与所述延伸板底部转动连接，所述夹持杆的第二端为近似三菱锥结构，用于夹持板材。
9.可优选的是，所述第一丝杠和第二丝杠的输入端均设置有电机，电机的输出轴通过联轴器与所述第一丝杠、第二丝杠连接。
10.可优选的是，板材沿所述旋转马达轴线方向旋转角度范围为0～30
°
，板材沿所述合页轴线方向旋转角度范围为0～45
°
。
11.可优选的是，所述蓄水箱、抽水泵、冷却水箱和回流水箱的进水口、排水口处均设置有滤网。
12.可优选的是，所述收集组件中万向臂由多个支臂通过转动副连接而成，能根据需求调节所述收集罩的位置和角度。
13.本发明的第二方面，提供一种实现前述板材淬火冷却装置的淬火方法，其包括以下步骤：
14.s1、板材由运输滚筒运送至与其齐平的托板滚筒上，夹持组件根据板材尺寸通过调整延伸板和夹持杆上球头位置，确保四根夹持杆稳定压紧板材四角；
15.s2、根据板材淬火工艺，在调节组件中的旋转马达和吊绳的配合作用下，改变板材浸入冷却水箱的位置和角度；
16.s3、确定板材浸入位置和角度后，在第一丝杠作用下带动板材缓慢向冷却水箱内部滑动，若板材水平浸入，夹持组件固定板材后则仅有第二丝杠竖直方向向下运动；
17.s4、抽水泵工作，将蓄水箱中冷却水通过进水管输入冷却水箱中，冷却水箱内部水快速循环流动，板材冷却中产生的水蒸气经收集组件的收集罩收集，且能通过万向臂调整收集罩位置，经环形管和回流管进入蓄水箱中；
18.s5、淬火处理完成后，板材经由第一丝杠带动再上升至与运输滚筒齐平处，释放夹持组件上夹持杆，将板材再经由运输滚筒送至别处。
19.本发明的特点和有益效果是：
20.1、本发明提供的板材淬火冷却装置，板材通过第一丝杠和第二丝杠相互配合实现其位姿调节，且根据板材尺寸通过调整延伸板和夹持杆上球头位置，实现板材全方位夹持并压紧，有效消除板材内应力，解决淬火过程板材断裂问题，提高板材成材率。
21.2、本发明提供的板材淬火冷却装置，通过传动组件中旋转马达和吊绳配合，冷却组件中冷却水箱、回流水箱和抽水泵的配合连接，使板材浸入冷却水箱后能随延伸板移动的同时进行往复转动，且收集罩能收集淬火时产生的水蒸气，经回流管流回蓄水箱内，通过冷却路径以及优化的冷却工艺，实现钢材组织和性能的调控。
22.3、本发明提供的板材淬火冷却装置，通过调节组件和夹持组件的配合下，在板材浸入中进行往复转动，通过冷却路径和优化冷却工艺，有效提高板材成材率，实现板材全方位多角度不同工艺淬火冷却，保证轧后板材冷却过程的均匀性与快速性。
23.4、本发明提供的板材淬火冷却装置，回流出水口离冷却水箱底部有一定距离，且进、出水口均设有滤网，保证冷却水箱底部始终有冷却水，淬火过程产生料渣不会随回流水流回蓄水箱，且冷却水箱底部设有排渣口，方便清理料渣。
附图说明
24.图1为本发明板材淬火冷却装置的整体结构示意图；
25.图2为本发明板材淬火冷却装置的整体结构正视示意图；
26.图3为本发明中冷却组件的结构示意图；
27.图4为本发明中冷却组件的结构正视示意图；
28.图5a-c为本发明板材淬火冷却装置的使用示意图；
29.图6为本发明板材淬火冷却装置的俯视示意图；
30.图7为本发明中夹持组件的结构示意图；
31.图8为本发明中收集组件的结构正视示意图。
32.主要附图标记：
33.冷却组件1，蓄水箱11，第一出水口1101，第二出水口1102，抽水泵12，进水口121，第一出水端122，第二出水端123，冷却水箱13，回流水箱14，出水阀15，抽水管16，进水管17，第一进水管171，第二进水管172，第三进水管173，第四进水管174，排水管18，第一排水口181，第二排水口182，风扇19，排渣口110，堵头111，调节组件2，第一丝杠21，第一平台22，第一丝杠座23，旋转马达24，u形架25，吊绳电机26，集绳轮27，吊绳28，滑轮29，夹持组件3，支撑架301，合页302，导向板303，托板滚筒304，第二丝杠305，第二丝杠座306，第二平台307，延伸板308，夹持杆309，球头310，收集组件4，收集罩41，环形管42，万向臂43，磁基座44，回流管45，横梁架5，运输滚筒6，工作台7。
具体实施方式
34.为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
35.本发明提供一种板材淬火冷却装置，如图1和图2所示，其包括冷却组件1、调节组件2、夹持组件3、收集组件4、横梁架5、运输滚筒6和工作台7，冷却组件1位于横梁架5下方，
调节组件2垂直安装在工作台7上，夹持组件3通过合页302与调节组件2的u形架25转动连接，收集组件4位于夹持组件3上方，运输滚筒6架设于横梁架5上方，横梁架5设置在工作台7上。
36.如图3和图4所示，冷却组件1包括蓄水箱11、抽水泵12、冷却水箱13、回流水箱14、出水阀15、抽水管16、进水管17、排水管18、风扇19和排渣口110，蓄水箱11的第一出水口1101通过抽水管16与抽水泵12的进水口121连接，抽水泵12的第一出水端122分别通过第一进水管171、第二进水管172与冷却水箱13连接，抽水泵12的第二出水端123分别通过第三进水管173、第四进水管174与冷却水箱13连接，出水阀15设置在蓄水箱11的第二出水口1102处，排水管18的第一排水口181通过出水阀15与蓄水箱11连接，排水管18的第二排水口182与冷却水箱13侧部连接，回流水箱14设置在排水管18管路上，风扇19对称设置在冷却水箱13内，排渣口110设置在冷却水箱13底部，且排渣口110上还设有堵头111，蓄水箱11、抽水泵12、冷却水箱13和回流水箱14的进水口、排水口处均设置有滤网。
37.如图5a-5b所示，调节组件2包括第一丝杠21、第一平台22、第一丝杠座23、旋转马达24、u形架25、吊绳电机26、集绳轮27、吊绳28和滑轮29，第一平台22套装在第一丝杠21上且两者之间滑动连接，第一丝杠21通过第一丝杠座23垂直设置在工作台7上，旋转马达24的安装端与第一平台22固定连接，u形架25的第一端与旋转马达24的输出端连接，板材沿旋转马达24轴线方向旋转角度范围为0～30
°
，滑轮29通过支架固定在u形架25的第二端，吊绳电机26设置在第一平台22上，且吊绳电机26的输出轴通过联轴器与集绳轮27连接，吊绳28的第一端与集绳轮27固定连接，吊绳28的第二端经过滑轮29与夹持组件3的导向板303固定连接。
38.如图6和图7所示，夹持组件3包括支撑架301、合页302、导向板303、托板滚筒304、第二丝杠305、第二丝杠座306、第二平台307、延伸板308、夹持杆309和球头310，支撑架301通过合页302与u形架25的第三端转动连接，板材沿合页302轴线方向旋转角度范围为0～45
°
，导向板303对称设置在支撑架301两侧，托板滚筒304沿板材方向均布在导向板303上，第二丝杠305通过第二丝杠座306与支撑架301固定连接，第二平台307套装在第二丝杠305上且两者之间滑动连接，夹持组件3的第二平台307侧部开设有t型凹槽，延伸板308通过凸块与t型凹槽滑动配合实现在第二平台307滑动，延伸板308与第二平台307滑动连接，夹持杆309的第一端通过球头310与延伸板308底部转动连接，夹持杆309的第二端与板材四角处卡接，夹持杆309的第一端为球形，延伸板308底部开设球形凹槽，夹持杆309的第一端通过球副与延伸板308底部转动连接，夹持杆309的第二端为近似三菱锥结构，用于夹持板材。第一丝杠21和第二丝杠305的输入端均设置有电机，电机的输出轴通过联轴器与第一丝杠21、第二丝杠305连接。
39.如图8所示，收集组件4包括收集罩41、环形管42、万向臂43、磁基座44和回流管45，收集罩41位于冷却水箱13的上方，收集罩41通过环形管42与万向臂43的第一端固定连接，万向臂43的第二端通过磁基座44固定在工作台7上，环形管42底部通过回流管45与冷却组件1的蓄水箱11连通，收集组件4中万向臂43由多个支臂通过转动副连接而成，能根据需求调节收集罩41的位置和角度。
40.本发明板材淬火冷却装置的淬火方法，其包括以下步骤：
41.s1、板材由运输滚筒6运送至与其齐平的托板滚筒304上，夹持组件3根据板材尺寸
通过调整延伸板308和夹持杆309上球头310位置，确保四根夹持杆309稳定压紧板材四角；
42.s2、根据板材淬火工艺，在调节组件2中的旋转马达24和吊绳28的配合作用下，改变板材浸入冷却水箱13的位置和角度；
43.s3、确定板材浸入位置和角度后，在第一丝杠21作用下带动板材缓慢向冷却水箱13内部滑动，若板材水平浸入，夹持组件3固定板材后则仅有第二丝杠305竖直方向向下运动；
44.s4、抽水泵12工作，将蓄水箱11中冷却水通过进水管17输入冷却水箱13中，冷却水箱13内部水快速循环流动，板材冷却中产生的水蒸气经收集组件4的收集罩41收集，且能通过万向臂43调整收集罩41位置，经环形管42和回流管45进入蓄水箱11中；
45.s5、淬火处理完成后，板材经由第一丝杠21带动再上升至与运输滚筒6齐平处，释放夹持组件3上夹持杆309，将板材再经由运输滚筒6送至别处。
46.以下结合实施例对本发明板材淬火冷却装置及其淬火方法做进一步描述：
47.冷却水箱13预先在抽水泵12作用下存有1/2冷却水，板材从轧机出来后经由运输滚筒6运送至与其齐平的托板滚筒304上。夹持组件3根据板材尺寸通过调整延伸板308和夹持杆309上球头310位置，确保四根夹持杆309稳定压紧板材四角，根据具体的淬火工艺，在调节组件2中的旋转马达24和吊绳28的配合作用下改变板材浸入冷却水箱13的位置和角度。
48.确定板材浸入位置和角度后，在第一丝杠21作用下带动板材缓慢向冷却水箱13内部滑动，若板材水平浸入，夹持组件3固定板材后则仅有第二丝杠305竖直方向向下运动，不考虑旋转马达24和吊绳28配合使用。此时抽水泵12同时工作。将蓄水箱11中剩余冷却水通过4条进水管17经由冷却水箱13的进水口输入冷却水箱13中。此时与蓄水箱11相连的排水管18上的出水阀15处于关闭状态。进水同时，冷却水箱13中风扇19启动，四个进水口缓慢进水以及冷却水箱13底部风扇19的带动下，冷却水箱13内部水快速流动，能有效排出淬火过程中板材表层产生的气膜。
49.淬火处理完成后，板材经由第一丝杠21带动再上升至与运输滚筒6齐平处，释放夹持组件3上夹持杆309，将板材再经由运输滚筒6送至别处。冷却水箱13中水温受到板材淬火影响，水温升高，影响下一次的淬火过程。此时出水阀15打开。冷却水箱13中的水通过排水管道流入蓄水箱11，流入过程中，水经过安装在排水管18上的回流水箱14。此时回流水箱14作用将排水管18中的回流水快速冷却。冷却水箱13中水流回蓄水箱11后，关闭出水阀15。在板材淬火过程中，冷却水箱13中产生的水蒸气向上蒸腾，储存于收集罩41的环形管42中，再经回流管45流回蓄水箱11，此时淬火完成，到性能优良的板材，再次工作时重复上述步骤。在板材淬火过程中产生的料渣沉淀在冷却水箱13底部，淬火完成后拔开冷却水箱13底部排渣口110的堵头111，使其杂质在冷却水箱13底部留存的水的带动下流出。
50.以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种板材淬火冷却装置，其特征在于，其包括冷却组件、调节组件和夹持组件，所述冷却组件位于横梁架下方，所述调节组件垂直安装在工作台上，所述夹持组件通过合页与所述调节组件的u形架转动连接，收集组件位于所述夹持组件上方，运输滚筒架设于所述横梁架上方，所述横梁架设置在所述工作台上；所述冷却组件，其包括蓄水箱、抽水泵、冷却水箱、回流水箱、出水阀、抽水管、进水管、排水管、风扇和排渣口，所述蓄水箱的第一出水口通过抽水管与所述抽水泵的进水口连接，所述抽水泵的第一出水端分别通过第一进水管、第二进水管与所述冷却水箱连接，所述抽水泵的第二出水端分别通过第三进水管、第四进水管与所述冷却水箱连接，所述出水阀设置在所述蓄水箱的第二出水口处，所述排水管的第一排水口通过出水阀与所述蓄水箱连接，所述排水管的第二排水口与所述冷却水箱侧部连接，所述回流水箱设置在所述排水管管路上，所述风扇对称设置在所述冷却水箱内，所述排渣口设置在所述冷却水箱底部，且所述排渣口上还设有堵头；所述调节组件，其包括第一丝杠、第一平台、第一丝杠座、旋转马达、u形架、吊绳电机、集绳轮、吊绳和滑轮，所述第一平台套装在所述第一丝杠上且两者之间滑动连接，所述第一丝杠通过第一丝杠座垂直设置在所述工作台上，所述旋转马达的安装端与所述第一平台固定连接，所述u形架的第一端与所述旋转马达的输出端连接，所述滑轮通过支架固定在所述u形架的第二端，所述吊绳电机设置在所述第一平台上，且所述吊绳电机的输出轴通过联轴器与所述集绳轮连接，所述吊绳的第一端与所述集绳轮固定连接，所述吊绳的第二端经过滑轮与所述夹持组件的导向板固定连接；所述夹持组件，其包括支撑架、合页、导向板、托板滚筒、第二丝杠、第二丝杠座、第二平台、延伸板、夹持杆和球头，所述支撑架通过合页与所述u形架的第三端转动连接，所述导向板对称设置在所述支撑架两侧，所述托板滚筒沿板材方向均布在所述导向板上，所述第二丝杠通过第二丝杠座与所述支撑架固定连接，所述第二平台套装在所述第二丝杠上且两者之间滑动连接，所述延伸板与所述第二平台滑动连接，所述夹持杆的第一端通过球头与所述延伸板底部转动连接，所述夹持杆的第二端与板材四角处卡接。2.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述收集组件，其包括收集罩、环形管、万向臂、磁基座和回流管，所述收集罩位于所述冷却水箱的上方，所述收集罩通过环形管与所述万向臂的第一端固定连接，所述万向臂的第二端通过磁基座固定在所述工作台上，所述环形管底部通过回流管与所述冷却组件的蓄水箱连通。3.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述夹持组件的第二平台侧部开设有t型凹槽，所述延伸板通过凸块与t型凹槽滑动配合实现在所述第二平台滑动。4.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述夹持杆的第一端为球形，所述延伸板底部开设球形凹槽，所述夹持杆的第一端通过球副与所述延伸板底部转动连接，所述夹持杆的第二端为近似三菱锥结构，用于夹持板材。5.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述第一丝杠和第二丝杠的输入端均设置有电机，电机的输出轴通过联轴器与所述第一丝杠、第二丝杠连接。6.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，板材沿所述旋转马达轴线方向旋转角度范围为0～30
°
，板材沿所述合页轴线方向旋转角度范围为0～45
°
。7.根据权利要求1所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述蓄水箱、抽水泵、冷却水
箱和回流水箱的进水口、排水口处均设置有滤网。8.根据权利要求2所述的板材淬火冷却装置，其特征在于，所述收集组件中万向臂由多个支臂通过转动副连接而成，能根据需求调节所述收集罩的位置和角度。9.一种实现权利要求1～8之一所述的板材淬火冷却装置的淬火方法，其特征在于，其包括以下步骤：s1、板材由运输滚筒运送至与其齐平的托板滚筒上，夹持组件根据板材尺寸通过调整延伸板和夹持杆上球头位置，确保四根夹持杆稳定压紧板材四角；s2、根据板材淬火工艺，在调节组件中的旋转马达和吊绳的配合作用下，改变板材浸入冷却水箱的位置和角度；s3、确定板材浸入位置和角度后，在第一丝杠作用下带动板材缓慢向冷却水箱内部滑动，若板材水平浸入，夹持组件固定板材后则仅有第二丝杠竖直方向向下运动；s4、抽水泵工作，将蓄水箱中冷却水通过进水管输入冷却水箱中，冷却水箱内部水快速循环流动，板材冷却中产生的水蒸气经收集组件的收集罩收集，且能通过万向臂调整收集罩位置，经环形管和回流管进入蓄水箱中；s5、淬火处理完成后，板材经由第一丝杠带动再上升至与运输滚筒齐平处，释放夹持组件上夹持杆，将板材再经由运输滚筒送至别处。

技术总结
本发明提供一种板材淬火冷却装置及其淬火方法，装置包括冷却组件、调节组件、夹持组件、收集组件、横梁架、运输滚筒和工作台，冷却组件位于横梁架下方，调节组件垂直安装在工作台上，夹持组件通过合页与调节组件的U形架转动连接，收集组件位于夹持组件上方，运输滚筒架设于横梁架上方；本发明通过第一丝杠和第二丝杠相互配合实现板材纵向移动，且根据板材尺寸通过调整延伸板和夹持杆上球头位置，实现板材全方位夹持并压紧，在调节组件中旋转马达和吊绳的配合作用下，改变板材浸入冷却水箱的位置和角度，通过冷却路径和优化冷却工艺，有效提高板材成材率，实现板材全方位不同工艺淬火冷却，保证轧后板材冷却的均匀性与快速性。保证轧后板材冷却的均匀性与快速性。保证轧后板材冷却的均匀性与快速性。


技术研发人员：吕知清 刘奕江 陈振业 马英博 东通 傅万堂
受保护的技术使用者：燕山大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/9/9