[发明专利]具有非均匀纵向温度分布的轨头的电感应加热

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2007年9月12日申请的美国临时申请60/971,756 的权益，其全部内容通过引用组合于此。

技术领域

本发明涉及在轨头初始具有非均匀纵向温度分布的情况下，通过 电感应加热沿铁轨的长度实现大致均匀的轨头温度。

背景技术

在构建铁轨中使用的铁轨需要热处理以在正常使用时经受住冶 金学损坏。图1(a)和图1(b)示出了典型的平底铁轨90，其包括 轨头90a、轨腰90b和轨底90c。热处理或冶金学硬化有时集中在轨 头上，因为轨头是与机车车辆的轮子接触的区域，而轨腰连接轨头和 轨底以将支承负载分配给枕木及铁轨下面的底座。图1(c)示出了 用于描述轨头的近似区域的典型术语。冠部或作用表面是与轮缘接触 的区域，而轮子的凸缘通常与轨头的一侧表面接触。下颌区形成连接 轨头和轨腰90b的轨头区域。现代铁路设计需要相对长长度的连续铁 轨，如超过20米长的铁轨。铁轨可在热轧厂制造，其通过锻造产生 铁轨的热长度。铁轨的热处理可在离开热轧厂时立即完成，其通过使 用例如液体介质如空气和/或水对铁轨进行适当的除鳞和淬火实现。 当轨头的截面温度曲线沿轨头的整个纵向长度L_r大致一样时必须进 行良好的轨头热处理。一种方法是在铁轨从热轧厂出来时将铁轨的整 个长度(即轨头、轨腰和轨底)加热到相同的截面温度。然而，这样 的方法浪费能源，因为对于有效的轨头热处理，并不要求轨腰和轨底 截面温度一致性。

本发明的目的之一在于提供在铁轨从热轧厂出来之后但在铁轨 经历淬火处理之前通过电感应加热使整个长度的铁轨的轨头截面温 度大致一样的装置和方法。

发明内容

本发明提供了在铁轨长度的截面温度不均匀时使整个长度的铁 轨的轨头截面温度大致一样的装置和方法。感应器组合用于感应加热 轨头的各个部分并沿铁轨的整个长度实现大致一致的截面温度。通过 调节通过流过感应器组合中的一个或多个感应器的电流产生的磁场 强度，可影响沿铁轨纵向长度的轨头区域内的温度以实现大致一致的 截面温度。

另一方面，本发明为轨头电感应加热装置，其包括至少一冠部感 应器和至少一裙边感应器。冠部感应器具有中央纵向部分及右侧和左 侧纵向部分。所述右侧和左侧纵向部分中的每一部分的长度比所述中 央纵向部分的长度短，所述右侧和左侧纵向部分位于中央纵向部分的 两侧。所述中央纵向部分及所述右侧和左侧纵向部分按不同的结构互 相连接以形成冠部感应器。裙边感应器包括方向相对的右侧和左侧裙 边感应器部分。右侧和左侧裙边感应器部分按不同的结构互相连接以 形成裙边感应器。

另一方面，本发明为电感应加热纵向定向的工件的球形端部的方 法，所述球形端部如轨头，其中至少工件的所述球形端部导电。在本 发明的一电感应加热方法中，使工件通过至少一冠部感应器和至少一 裙边感应器，所述球形端部定向在所述冠部感应器的下面及所述裙边 感应器之间。所述冠部感应器包括中央纵向部分及右侧和左侧纵向部 分，所述球形端部的顶部在所述这些中心部分的下方通过，所述球形 端部的侧面在所述右侧和左侧纵向部分内通过。所述裙边感应器包括 方向相对的右侧和左侧裙边感应器部分，所述球形端部的侧面邻近地 通过所述右侧和左侧裙边感应器部分。向所述冠部感应器和所述裙边 感应器施加交流功率以在至少一冠部和裙边感应器周围产生磁场，使 得磁通量与导电球形端部耦合从而通过涡流进行感应加热。在本发明 的另一电感应加热方法中，工件可保持静止不动，而冠部和裙边感应 器在所述工件的球形端部侧面的上方和周围移动。在本发明的另一电 感应加热方法中，可使用工件和冠部或裙边感应器的组合移动。

本发明的上述及其它方面在本说明书及所附权利要求中提出。

附图说明

如下简要说明的附图用于示例性地理解本发明，而非向本发明限 制为本说明书进一步提出的内容：

图1(a)和图1(b)分别为典型铁轨的一个例子的立体图和截 面图。

图1(c)为典型铁轨的轨头部分的各个区域的典型命名。

图2为铁轨热处理过程的一个例子的简化图解布局，其中使用了 本发明的感应加热处理。

图3为在从热轧厂出来之后制造过程期间沿铁轨的纵向长度的 温度梯度的典型图示。