[发明专利]钢轨淬火工艺及其设备

说明书

本发明涉及对铁路钢轨进行热处理的设备和淬火工艺，是现场铁路钢轨热处理设备，适用于全长淬火钢轨焊后热处理，也适用于普通轨端头热处理。

焊接全长淬火钢轨的焊接缝附近，会出现接头焊接后退火，这部分钢轨的金相组织和硬度等机械性能远低于原淬火轨，出现接头软带。在长期运营中，造成钢轨出现低塌、鞍形等病害现象。因此有必要用钢轨热处理机，在野外在焊缝处对焊后接头进行热处理，最大限度地缩小热影响区的软带宽度，同时改变软带存在的形式。

日本专利申请JP61-149436，介绍了用喷嘴向高温的钢轨头部喷射气化冷却介质，使钢轨头部缓慢冷却，并在喷射中用移动喷嘴和钢轨头部距离的方法控制冷却速度，美国专利4，668，308介绍了一种对钢轨进行热处理的工艺和参数。两者都没有提高交角式～斜的加热方式。

本发明的目的是提出一种适用于现场使用的钢轨热处理设备和淬火工艺，它能最大限度地缩小热影响区域的软带宽度，同时改变软带存在的形式，热处理机结构简单，便于现场应用。应用本发明装置和方法经过热处理的钢轨，各种机械性能指标均能满足要求。

本发明是这样实现的：钢轨热处理设备和淬火工艺，用帽形多排并联式加热器喷火罩对钢轨纵轴形成20°～85°的交角式加热方式，采用欠速淬火法对钢轨进行热处理，即将全长淬火钢轨焊后接头加热超过奥氏体温度AC₃后立即用水喷雾冷却，冷却速度低于临界淬火速度;钢轨热处理设备由加热器与冷却装置组成，加热器与冷却装置可以分离独立工作，又以管路互相连接，加热器为中空结构，内部设置通气管冷却水管，加热器端部设喷火罩，罩上设多个喷火孔，冷却装置包括喷雾罩和供水装置，罩内侧设多个喷水嘴，使水在喷雾罩高压喷嘴处雾化，加热器喷火罩的喷火孔呈帽形多排并联排列，采用对称布置的通气分气管、加热管的喷火罩与冷却装置的喷雾罩底部设滚轮，使整机可以在钢轨上沿轨顶纵轴摆动。

本发明展示的设备和方法，具有下述特点：

1、钢轨淬硬层深度适宜，形状合理，硬度适宜，金相组织为索氏体十屈氏体，致密、落锤、静弯、疲劳、冲击韧性和断裂韧性数据，抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率等均能达到使用要求。

2、所用设备及使用工艺，轻便、简单、适合现场使用。

3、钢轨热处理机设计独特，与钢轨纵轴呈20°～85°斜交角度，不但较好地消除了原有传统热处理方法的100mm左右软带区，而且使热处理后产生两个新的影响区软带区的长度控制在5～10mm以内。软带区存在形式的改变，使滚动中的车轮不会同时压在斜的软带上，减少或避免了车轮的叠加冲击力。

4、减少钢轨磨耗，大大减少钢轨塌陷病害。

图1：钢轨热处理机工作原理图

图2：加热器喷火罩示意图

现结合附图进一步叙述本发明：

参见图1：加热器1由气体流量控制箱2控制进气数量，在气体流量控制箱2内安装转子流量计5，用它调整工作状态下氧气4和乙炔气3的流量，在每台转子流量计5的前面均安装了针形阀和阀门17，在气体流量控制箱2正面安装了供气监测压力表，气体流量控制箱2供给的乙炔气3和氧气4由通气管18进入喷火罩21，滚轮15设于加热器1底部、支承加热器，并在钢轨轨面上作往复摆动。冷却装置利用发电机电源9开动水泵13，由水箱6抽水通过冷却送水管路7进入加热器1，再由回水管8回到水箱6，对加热器1实现循环冷却。利用发电机电源9，还可以将冷却水箱14的水，通过管路19，泵入水流量控制箱12，在水流量控制箱12中设转子流量计11，由它控制供水的流量。为了适应工艺的要求，将加热器制成多排帽形并联式，所用的燃烧气体均由同一混合室供给，喷火孔22呈一定间距排列。

钢轨为碳素钢，将钢轨加热至奥氏体温度AC₃以上，用喷雾冷却的方式，实现不完全淬火，获得索氏体组织。采用乙炔气作为燃料的加热器，氧气与乙炔气配合比如表1，火焰为微碳化火焰。

表1：氧气与乙炔气的配合比

气体种类 供气表压力Pa 流量计读数m³/h

氧气 49×10⁴Pa 4.3

乙炔气    14.7×10Pa    4.4

在钢轨焊缝处直接爆鸣点火，加热器为多排大功率氧-乙炔加热器，一次加热长度为150mm。加热器摆动频率40～60次/分钟，用手工往复摆动，摆动量为50mm。