新型立式喷淬装置结构分析及技术改造

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技术成果展矛 (乏辨技术协作信息 2013虑舅 1 52 新型枣式喷淬装置结构分析 技术改造-、技术改造的必要性为了提高钢质工件的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求，工艺上通常采用淬火配合不同温度下的回火对工件进行热处理的方式。

以往，我公司在生产制造加氢和核电筒节时，采用常规的将工件浸没在水中的淬火工艺，但通过对产品工艺性能进行分析发现，淬火冷却效果不好，产品质量得不到保证。经分析，主要原因是热态高温工件浸没在水中时，工件表面会形成-层传导热能力很差但却非常稳定的蒸汽膜，即便对水槽内的水进行强力搅拌也不会使其破坏。该蒸汽膜介于高温工件和冷却水之间，由于蒸汽是热的不良导体，严重地阻碍了热量的快速传导和交换，导致工件的冷却速度陧，从而影响淬火质量。

二、改造方案为了强化锻件淬火冷却效果，打碎淬火时表面在高温阶段形成的蒸汽膜，并有效排除锻件淬火时内部成型的高温水蒸汽，使锻件各部位都能达到最大的冷却效果，获得良好的机械性能，我公司经过长期思考，研制出了-套新型的立式喷淬装置，该装置采用高压水喷射的淬火方式，突破了传统的浸水淬火工艺，可以有效摆脱了工件高温阶段蒸汽膜的束缚，继而大幅度提高工件淬火质量。

三、新型立式喷淬装置结构分析新型立式喷淬装置的适用范围是内径大于 2m，外径小于7m的筒型锻件和锥形锻件，有效工作高度 6m，布置在现有的浸没淬火水槽内，浸没水槽改造为立式喷淬装置的落水收集水槽，并以其为基矗采用工件不动，喷水系统旋转的淬火方式，喷水系统为无动力水驱动设计，内外喷管束径向可调，适应于不同尺寸规格的筒节类锻件淬火，有利于天车起吊、倒运，并且操作简单，维修、维护方便。

主体结构分为支撑系统、工作台系统、内喷旋转系统、外喷旋转系统、氧化铁皮收集系统五部分。设备总高 10m，直径10m，总重329吨，各结构零件数量总计8(X)0余件。

1支撑系统。位于设备的底部，是整套设备及淬火工件的关键承载构件，由-块6m承重环形底板、24个调平垫铁、-个支撑座组成，设备总重 ll4吨。支承座上面设有供内喷系统、外喷系统旋转的环形导轨，导轨板为不锈钢材质防止导轨表面生锈对滚轮产生阻力，整体加工而威。另外，支撑座与立式喷淬装置的DN800供水管道连接，具有配水功能，-路供水经配水环供给外喷系统，另-路供给内喷系统。

曹亮，中国第-重型机械股份有限公司装备部2工作台。淬火工件摆放用工作台，零部件总重 103吨，位于支承座上部，与支撑座之间用螺栓把合，台面上布置 4块条形垫铁，垫铁与工作台之间采用滑道连接，可根据淬火工件尺寸任意调节，淬火生产时，工件直接摆放在工作台的条形垫铁上。

3内喷旋转系统。用于热态工件的内表面喷水淬火，由内喷管束、升降限位架、轴芯、配水环、内喷旋转滚轮等几部分组成。

内喷管束由24根长6Ym的竖向喷管组成，每根竖向喷管均匀分布 74个 3.6的喷嘴，内喷管的喷嘴喷水角度与径向半径成 l5。夹角，所产生的分力使内喷装置做旋转运动。升降限位架与内喷管束连接，采用四连杆机构，使内喷管束径向可调，达到适用于不同尺寸规格的工件淬火目的。轴芯下部与支承座用螺栓把合连接，侧面与升降限位架连接，起支撑升降限位架和内喷管束的作用。配水环，用于内喷管配水，与支承座配水圈配合，为了防止其锈蚀，配水环内壁镶有铜套。内喷旋转滚轮，用于内喷系统轴向旋转，与配水环把合，滚轮作用于支承座环形导轨上。

4外喷旋转系统。用于热态工件的外表面喷水淬火，由外喷管束、升降限位架、固定圈、连杆、配水环、外喷旋转滚轮等几部分组成。外喷管束由3O根长67m的竖向喷管组成，每根竖向喷管均匀分布74个 3.6的喷嘴。升降限位架与外喷管束连接，采用四连杆机构，使外喷管束径向可调。固定圈与升降限位架连接，起支撑支撑升降限位架和内喷管束的作用。配水环，用于内喷管配水，与支承座配水圈配合，为了防止其锈蚀，配水环内壁镶有铜套。外喷旋转滚轮，用于外喷系统轴向旋转，与配水环把合，滚轮作用于支承座环形导轨上。

S氧化铁皮收集系统。由于热态钢质工件在淬火过程中，会有大量氧化铁皮脱落，为了能够有效回收散落的收氧化铁皮，减轻工人劳动强度，同时也为了防止氧化铁皮进入内外喷旋转轨道，导致轨道研伤，影响设备正常运转，在立式喷淬装置工作台上设置-套氧化铁皮收集系统。

该系统将淬火水槽与立式喷淬装置之间用环形和锥形围板进行封闭，根据氧化铁皮在高压水喷射下脱落的位置，设置若干个氧化铁皮收集箱，达到氧化铁皮自动回收和设备防护的目的。

四、主要设计参数计算新型立式喷淬装置系统中，为了喷水均匀，其配水采用大阻力配水原则。管嘴出流属于急变流，其水头损失以局部损失为主，喷嘴阻力远大于管道上的阻力，管道阻力可以忽略不计，此时沿管道分布的 i 忭 口 曩 但 趸 I 朋 图l凶口完善收缩自由恒定出流示意图l聩嘴出口流速的计算。

yC 1 v-gHo VgHoV Cn式中，V -喷嘴出口流速； -管嘴出流流速系数， - ：： - ；V [∈ 、/lr广孔口的局部阻力系数， -l；-孔口的收缩系数，s-AJA；不同管嘴形式 s均不同，具体值由实验测定(见附表 1)，大雷诺数R。下，圆柱形外管嘴完善收缩时， ：Cl82；∈ ；1.0；H -f乍用水头，本文取40m计算得 ，管嘴出口流速 VcQ82×、/ 2296m/s。

Q V cA 、/2gH0 AV'2-gHo式中： -喷嘴出口流量；A-喷嘴管嘴横 截面积 ； -孔 口的流量系数 ， ，本文 取 0.82；计 算 得 ：Q3l4 ×l8 x 0.82 ×、/ ×1O ×36000.85m3/h新型立式喷淬装置内喷管、外喷管共有3996个管嘴，所以总出水量为3996 x0.853396m3/h。

五、改造后效果及工艺性能分析新型立式喷淬装置设备运转稳定，能够有效打碎工件表面形成的蒸汽膜，热态锻件入水后 2分钟内表面冷却到 l∞℃以下，并且工件表面冷却速度均匀，如壁厚328mm，内径 4274mm的锻件，T/4位置，在 640℃以上的冷却速度大于 42℃/min，l5o℃以上的整个淬火过程冷却速度大于37℃/min，淬火效果良好。