中频感应淬火机床研发与应用锌及锌锭

钢轨是铁路道岔工务器械中关键的零部件之一，其质量优劣关系到线路运输的使用性、安全性、可靠性。在钢轨的加工中，中频感应淬火是一道关键工序，淬火质量决定了钢轨的使用寿命。为了提高道岔钢轨淬火质量，满足现代化的大批量生产需求，夯实集团公司道岔配件生产基地，因此研制一台具有保障能力、自动化程度较高的淬火机床就极其必要。

 图1为研发的钢轨中频表面感应淬火机床示意，主要由门架、电源、消谐装置、封闭式水冷却循环系统、供电系统、感应加热装置、喷雾装置、在线温控装置、移动台车及控制操作台等集成。具有结构新颖、功能全、生产效率高、节电省水、淬火温度线监测、预变形淬火，以及对供电网污染小等诸多优点。

1.主要技术参数

（1）车速300——1000mm/min。油缸料顶升降高度为900mm。

（2）热处理轨件长度25m，数量2个/1次，适用75、60、43、BS80A、 UIC54等钢轨。

（3）感应加热装置可上下移动范围600mm、左右移动范围400mm。

（4）感应器和变压器，喷雾器的循环冷却水温20——40℃，水质pH值为7、水压0.26MPa，空气压力0.2MPa。

（5）红外线自动测温范围500——1200℃

（6）占地面积85m?。

2.淬火机组成单元及控制系统

（1）电源  采用300kW/1000Hz晶闸管电源提供电力，高密度集成电路块中整流触发电路采用数字触发电路，自动实现与电网同步，且具备相序自动适应能力；逆变电路部分采用零压软启动方式，并设有自动重复启动电路，可防止中频电源偶尔启动失败，确保设备的可靠性；KGPS中频电源的各项参数显示、机床的各项动作及指示（包括故障指示）均设在外控操作台上。频率自动跟踪控制，无论负载的频率如何变化，中频电源都可自动跟踪。中频电源具有内外控制的功能，自动保护功能。电源外壳采用特殊工艺制作，具有外形美观、合理的多组合式结构，刚性强，防尘性好，有适当的通风散热措施。柜壳采用中频电源标准柜壳体。中频电源配外控操作台并放在活动房内。活动房留有观察窗便于观察生产线的运动状况。

（2）台车  在预埋轨道上纵向移动。车速300——1000mm/min，运行速度可调，采用电动机齿轮传动方式，变频调速，具有前进、后退、快进、快退功能。快进、快退速度为6——8m/min。台面高度距预埋轨道面为660mm，预埋轨道内档距840mm台面宽度应满足放置两条钢轨同时运行要求。电缆采用高架滑道牵引式拖动。台车面总长度26m、宽度1.8m，采用钢板及角钢拼焊而成，台车架内设有16个顶料液压缸，其升降高度为900mm，在台车架下方安装有一套主动车轮组及11套被动车轮组。台车面上安装4套钢轨淬火引轨装置。

（3）门架  主要固定卧式悬挂淬火变压器。变压器可上下、左右移动。上下移动由气缸及软链控制，左右移动由丝杠及电动机控制。

（4）感应加热装置  轨头感应加热装置主要由淬火变压器、感应器、不锈钢喷雾器及导向装置等组成。淬火变压器的容量选则时按电源的额定功率的5倍考虑，采用循环水冷却防止发热。 感应器工作区设计成仿轨头型圈加导磁体，提高轨头踏面加热温度均匀性。满足43、50、60轨，43、50尖轨，以及50AT、60AT尖轨的中频轨头表面感应淬火工艺要求，节能高效，使用寿命长。采用循环水冷却降温，保证在1000Hz电流频率和电功率密度为1kW/cm?、加热时间6s条件下，轨件温度达到900——980℃、透热深度＞30mm的要求。喷雾器采用不锈钢、黄铜作为主要设计材料，防止起落中折断和生锈，提高使用寿命，空气和软化水汇合后形成的雾分布均匀，大小可随意调节，满足需要的淬火冷却速度。

（5）冷却系统  由两台全封闭式冷却塔组成。感应器、变压器的冷却水系统主要由全封闭式风冷喷淋冷却装置、水泵、水槽、换热器及过滤网等组成。流量12m?/h,冷却能力1100000kcal/h，管径D65，水泵功率3kW、出水温度30℃。集中供水管路，在保障各部分充分冷却的情况下，布置及走向合理而美观。喷雾器的用水经过软化装置后再供给。元器件的安装严格按照工艺要求，合理布局，整洁美观，绝缘性均符合国家标准。

（6）消谐装置  中频设备在使用过程中在同一现场，中频通过整流后会有谐波产生，为了消除谐波对设备的相互干扰，需配消谐补偿装置进行治理。故设计了300kW电容消谐补偿装置，提高功率因数。为了滤波，在电路中设计了电抗器，其中硅钢片采用Z10型冷轧高导磁率产品，铜管为T2挤制铜管，用高强度云母带包扎，H级绝缘。另外，增加缓冲吸音材料，以减小滤波电抗器的工作噪声。

（7）控制系统  该淬火机床控制系统采用交流380V、50Hz供电。380V低压电，主要对机床的工作模式、进给、电源输出、动作时间等进行控制，可靠性极高。

接入中频电源，晶闸管中频电源提供300kW功率、1000Hz频率电力输送给淬火变压器，通过柜机面板或外接操作台实现远程操控，操作室内操作台面板上装有的直流电压、直流电流、中频电压、中频频率、中频功率5块控制仪表，装有主电分/合按钮、中频启动/停止按钮、PLC变频调速，变频器的功率输出可在10%——100%范围内任意可调。所选直流电压表、直流电流表、功率表、频率表均为标准电压型。另外，还有台车运动按钮、台车转动频率仪、在线温度显示表、感应加热装置的上升下降、移动控制按钮，以及水泵启动、风顶起落按钮。

3.淬火工艺运行情况

（1）上料  用行车将钢轨吊至移动台车上，手动调整钢轨在移动台车上的位置，保证钢轨与移动台车在行进方向平行。钢轨吊装数量可为1——2根。

（2）开机  启动冷却塔电动机，使冷却塔对中频电源柜、电容器、淬火变压器、感应器线圈及汇流铜排等部分进行水冷却。

（3）开启中频电源柜，调整电源功率。

（4）开启消谐补偿柜，使消谐补偿柜处于工作状态。

（5）启动移动台车电动机，通过PLC变频器变频调整台车行进速度。

（6）门架上固定气缸上升，带动加热装置上升到最高工作位置。

（7）固定架两侧电动机移动，调整加热装置左右方向移动，落下淬火感应器，确保淬火感应器刚好压在钢轨上。

（8）输入钢轨工艺参数和电参数：电网电压波动±10%，频率波动50Hz±10%，中频电压600——800V，频率900——1100Hz , 功率：180——200 kW，水压0.2MPa。

钢轨轨头加热到900——980℃后适量喷雾冷却，余温控制在420——600℃。

（9）开车移动工件完成整个淬火过程。

（10）卸料。

4.淬火工艺质量检测

图3、图4为 U71Mn钢轨淬火后，切片质量检测的结果。轨顶面表面硬度300——380HBW，获得的帽形硬化层的顶深＞8mm，侧面深度＞6mm，硬化层截面硬度为34——40HRC，硬化层金相组织为索氏体。

硬化层形状、深度、组织完全达到了TB/T1779标准《道岔轨件淬火技术条件》标准规定。

5.结语

（1）该淬火机结构新颖，功能全，设计制造合理，具有占地面积较小，生产能力大，运行稳定可靠，电热效率高，耗电少，省水，电网污染小，以及淬火质量稳定等诸多优点，提高了钢轨淬火质量。

（2）适合于43、50、60轨，43、50尖轨，以及50AT、60AT多品种大批量感应淬火生产。