一种在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置的制作方法

本实用新型涉及一种在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，属于金属热处理设备技术领域。

背景技术：

碳是重轨钢中除铁以外的的主要元素，也是主要的强化元素，它能够增强重轨的强度、硬度以及耐磨性。随着碳含量的增加，重轨钢的强度极限、硬度及耐磨性迅速增加。据统计，当碳含量从0.35%增加到0.65%时，可使钢的耐磨性提高60%。

重轨钢的碳含量通常在0.71%~0.80%，由于碳含量较高，导致铸坯在加热炉内的过热、过烧敏感性较大，容易出现严重的脱碳现象。所谓脱碳现象，是指铸坯在加热过程中，表面金属因氧化造成含碳量减少甚至不含碳元素含量的现象。其脱碳机理是加热炉内的H₂O、CO₂、O₂、H₂等各种气氛和钢中的Fe₃C发生了较强的氧化反应，从而使Fe₃C中的C原子被氧化掉。

脱碳现象会使重轨钢的强度、硬度、耐磨性和疲劳强度等力学性能大幅降低，严重影响重轨产品的质量。因此，如何减轻甚至避免重轨钢铸坯表面的脱碳现象，降低脱碳层厚度，是重轨生产企业一直追求解决的问题。

目前，重轨生产企业解决重轨钢铸坯加热过程中表面脱碳问题，避免铸坯表面脱碳层较厚的方法主要有三种：

第一种方法是优化加热工艺，严格控制铸坯在加热炉内的加热时间，并控制加热炉包内的气体成分，避免炉内含有较多的H₂O、O₂等气体。这种方法尽管可以起到降低重轨钢表面脱碳层厚度的作用，但在具体的执行过程中，由于会受到现场设备状态及工艺执行效果的影响，往往很难真正的达到减小重轨钢表面的氧化程度、有效降低铸坯表面脱碳层厚度的目的。

第二种方法是在炉内加入大量的木炭，通过木炭与加热炉内的氧化性气体反应，生产大量的CO气体，从而将炉内的氧化性气氛调整为还原性气氛，避免铸坯表面被氧化，降低脱碳层厚度。这种方法尽管在理论上能起到减轻铸坯表面被氧化的作用，但是这种方法一方面在实际操作上存在较大的难度；另一方面容易在炉内积累过量的CO气体，当加热炉炉门打开时，容易造成CO外泄，从而对现场工作人员造成伤害。

第三种方法是在铸坯表面覆盖一层防脱碳涂层。这种涂层能够在高温下熔化，形成一层粘稠的熔膜，从而将加热炉内的氧化性气氛与铸坯基体进行隔离，避免基体被氧化。该种方法不但能够有效降低重轨钢铸坯表面的脱碳层厚度，而且所生成的物质不会对人身造成伤害，真正做到了绿色、环保生产。目前，这种方法已成为解决以重轨钢为代表的高碳钢铸坯表面在加热炉内被氧化问题的最重要手段。目前，该方法在具体实施过程中仍然存在着执行复杂的问题，具体原因是，防脱碳涂层通常由若干种氧化物粉末混合并加水等粘结剂搅匀后，由现场操作人员手工涂抹到铸坯表面，而这种操作方式通常会消耗大量的人工，同时还由于处理时间较长，无法满足重轨大批量生产的需要。针对这一问题，现场的应对方法通常有两种：一种是将防脱碳涂层材料加水混匀后，通过喷枪均匀的喷涂到铸坯表面，这种方法能够有效缩短重轨钢铸坯的处理时间，提高重轨的生产效率，但缺点是长时间使用容易造成喷枪的喷口堵塞，影响以后操作的正常运行；另一种方法是将防脱碳涂层材料加水混匀后，通过电动辊子涂抹到铸坯表面，这种方法尽管同样能够有效缩短重轨钢铸坯的处理时间，提高重轨的生产效率，但缺点同样是涂层材料由于长时间附着在辊子表面，影响以后操作的正常运行。因此，改进目前在铸坯表面覆盖防脱碳涂层的设备是十分必要的。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，这种装置能够快速将防脱碳涂层材料涂抹到重轨钢铸坯表面，并能够减少设备故障，提高工作效率，减少工人的劳动强度，确保重轨产品的表面质量。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，它包括喷涂室、水喷嘴环、粉末喷嘴环、无叶风扇、抽风机、输送辊道，喷涂室的长度大于铸坯的长度，喷涂室的两端开口，输送辊道沿着喷涂室的长度方向穿过喷涂室，水喷嘴环、粉末喷嘴环、无叶风扇安装在喷涂室的底部，水喷嘴环、粉末喷嘴环、无叶风扇沿着输送辊道交替间隔排列，且它们的中心线在一条直线上，输送辊道从水喷嘴环、粉末喷嘴环、无叶风扇的中心穿过，水喷嘴环、粉末喷嘴环、无叶风扇分别固定在输送辊道的相邻辊子之间的位置上，抽风机安装在喷涂室内的顶部。

上述在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，所述水喷嘴环和粉末喷嘴环分别由喷淋架、喷管和喷嘴组成，喷淋架为圆环形管，喷管为多根，多根喷管沿着喷淋架的圆周均布，喷管的后端与喷淋架圆环形管垂直连接，喷管的前端与喷淋架的圆环形管的中心相对，喷嘴安装在喷管的前端出口上，水喷嘴环的喷淋架与水管相连接，粉末喷嘴环的喷淋架与防脱碳涂层粉末管路相连接，防脱碳涂层粉末管路与高压气体管路相连通，在水喷嘴环和粉末喷嘴环上分别安装有水喷嘴环电磁开关和粉末喷嘴环电磁开关。

上述在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，它还有铸坯来料检测部分，在喷涂室的入口两侧分别安装入口处激光发射器和入口处激光接收器，在喷涂室的出口两侧分别安装出口处激光发射器和出口处激光接收器，入口处激光发射器和入口处激光接收器、出口处激光发射器和出口处激光接收器分别位于铸坯侧面的两侧。

上述在重轨铸坯表面快速喷涂防脱碳涂层的装置，它还有控制部分，控制部分由计算机、可编程序控制器PLC组成，水喷嘴环电磁开关、粉末喷嘴环电磁开关、无叶风扇、入口处激光发射器、入口处激光接收器、出口处激光发射器、出口处激光接收器分别与可编程序控制器PLC相连接，可编程序控制器PLC与计算机相连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型在铸坯输送辊道上设置了喷涂室，喷涂室内有水喷嘴环和粉末喷嘴环，分别对铸坯喷射水和粉末，使铸坯表面首先覆盖一层水膜，然后表面再粘附上一层防脱碳涂层粉末，再经过喷风干燥处理，使铸坯表面最终覆盖上一层严密的防脱碳涂层，同时彻底避免了粉末浆体堵塞喷口的弊端。

本实用新型能够确保喷涂设备的长期有效运行，避免了传统生产过程中涂料因硬化影响喷涂设备的工作状态，提高了生产效率，同时还可大幅降低现场操作人员的劳动强度。本实用新型提高了重轨铸坯表面涂防脱碳涂层的喷涂效率，可以有效降低铸坯表面的脱碳层厚度，具有显著的经济效益，在行业内有极好地推广使用价值。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是水喷嘴环和粉末喷嘴环的结构示意图。

图中标记如下：喷涂室1、水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4、抽风机5、铸坯6、输送辊道7、加热炉8、入口处激光发射器9、入口处激光接收器10、出口处激光发射器11、出口处激光接收器12、喷淋架13、喷管14、喷嘴15。

具体实施方式

本实用新型由喷涂室1、水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4、抽风机5、入口处激光发射器9、入口处激光接收器10、出口处激光发射器11、出口处激光接收器12、计算机和可编程序控制器PLC组成。其中喷涂室1、水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4、抽风机5为喷涂部分；入口处激光发射器9、入口处激光接收器10、出口处激光发射器11、出口处激光接收器12为铸坯来料检测部分；计算机和可编程序控制器为控制部分。

图中显示，喷涂部分的喷涂室1的长度大于铸坯6的长度，喷涂室1的两端开口，输送辊道7沿着喷涂室1的长度方向穿过喷涂室1，铸坯6在喷涂室1内进行喷涂作业。

图中显示，水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4安装在喷涂室1的底部，水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4沿着输送辊道7交替间隔排列，彼此间隔为2m，且它们的中心线在一条直线上。输送辊道7从水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4的中心穿过，水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4分别固定在输送辊道7的相邻辊子之间的位置上。水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4分别向输送辊道7上的铸坯6喷水、喷涂料和吹风。

图中显示，抽风机5安装在喷涂室1的顶部，用于吸附喷涂室1室内的粉尘，避免污染环境。

图中显示，水喷嘴环2和粉末喷嘴环3分别由喷淋架13、喷管14和喷嘴15组成。喷淋架13为圆环形管，喷管14为多根，多根喷管14沿着喷淋架13的圆周均布，喷管14的后端与喷淋架13圆环形管垂直连接，喷管14的前端与喷淋架13的圆环形管的中心相对，喷嘴15安装在喷管14的前端出口上。在水喷嘴环2和粉末喷嘴环3上分别安装有水喷嘴环电磁开关和粉末喷嘴环电磁开关，用于控制喷水和喷粉的开启和关闭。本实用新型的一个实施例的喷管14为8根，8根喷管14均匀的分布在喷淋架13上，相邻喷管14之间的夹角为45°，从而确保水和粉末能够均匀的喷涂在铸坯的各个位置。

图中显示，水喷嘴环2的喷淋架13与水管相连接，向外喷出的是雾化的水。粉末喷嘴环3的喷淋架13与防脱碳涂层粉末管路相连接，防脱碳涂层粉末管路与高压气体管路相连通，向外喷出的是由高压空气驱动的防脱碳涂层粉末。

图中显示，铸坯来料检测部分在在喷涂室1的入口两侧分别安装入口处激光发射器9和入口处激光接收器10，在喷涂室1的出口两侧分别安装出口处激光发射器11和出口处激光接收器12，入口处激光发射器9和入口处激光接收器10、出口处激光发射器11和出口处激光接收器12分别位于铸坯6侧面的两侧。这些激光发射器和激光接收器正相对，且激光发射器所发出的激光束能够被铸坯6所遮挡。

图中显示，控制部分由计算机、可编程序控制器PLC组成。水喷嘴环电磁开关、粉末喷嘴环电磁开关、无叶风扇4、入口处激光发射器9、入口处激光接收器10、出口处激光发射器11、出口处激光接收器12分别与可编程序控制器PLC相连接，可编程序控制器PLC与计算机相连接。

本实用新型的工作过程如下：

检测铸坯。

确保输送辊道7稳定运转，同时确保入口处激光发射器9、入口处激光接收器10、出口处激光发射器11、出口处激光接收器12正常运行，保证入口处激光接收器10能够稳定接收入口处激光发射器9发出的激光信号，出口处激光接收器12能够稳定接收入口处激光发射器11发出的激光信号。

铸坯6在输送辊道7上运动，当铸坯6的头部运行到入口处激光发射器9和入口处激光接收器10之间时，将遮挡住入口处激光发射器9射向入口处激光接收器10的激光。此时，入口处激光接收器10将信号反馈给可编程序控制器PLC和计算机，表明铸坯6准备进入喷涂室1。

喷涂铸坯。

计算机接收到入口处激光接收器10的反馈信号7后，向可编程序控制器发送指令，可编程序控制器PLC打开水喷嘴环2的水喷嘴环电磁开关和粉末喷嘴环3的粉末喷嘴环电磁开关，并启动无叶风扇4、抽风机5。此时，水将从水喷嘴环2的喷嘴15中呈水雾状喷出，防脱碳涂层粉末在压缩空气的带动下从粉末喷嘴环3的喷嘴15中喷出，空气压力为0.15~0.25MPa。这样，铸坯6在依次穿过水喷嘴环2、粉末喷嘴环3、无叶风扇4的过程中，其表面首先会覆盖一层水膜，然后表面再粘附上一层防脱碳涂层粉末，然后再经过喷风干燥处理，使铸坯表面最终覆盖上一层严密的防脱碳涂层。而抽风机5将把漂浮在喷涂室1内的防脱碳涂层粉末抽走，从而避免对环境的污染。

喷涂过程控制。

当铸坯6的尾部进入喷涂室1后，入口处激光接收器10将恢复接收入口处激光发射器9发射的激光，入口处激光接收器10向计算机发出反馈信号，表明铸坯6已完全进入喷涂室1；当铸坯6的头部运行到出口处激光发射器11和出口处激光接收器12之间时，将遮挡住出口处激光发射器11射向出口处激光接收器12的激光，出口处激光接收器12向计算机发出反馈信号，表明铸坯6准备离开喷涂室1；当铸坯6的尾部离开喷涂室1后，出口处激光接收器12将恢复接收出口处激光发射器11发射的激光，出口处激光接收器12向计算机发出反馈信号，表明铸坯6已完全离开喷涂室1。

喷涂完成。

铸坯6完全离开喷涂室1后，铸坯6通过输送辊道7运往加热炉8。计算机在收到铸坯6已完全离开喷涂室1的信号后，向可编程序控制器PLC发送指令，关闭水喷嘴环2的水喷嘴环电磁开关和粉末喷嘴环3的粉末喷嘴环电磁开关，停止向外喷水和防脱碳涂层粉末，并关闭无叶风扇4、抽风机5。