重轨的淬火是金属热处理方式之一，喷雾冷却是一个可以控制冷速的淬火方式之一。表面综合换热系数是喷雾过程中精确控制冷却保证淬火质量的重要参数。本文结合重轨生产工艺的实际情况，设计制作了喷雾冷却实验装置，研究了不同的水流量、气压和轨头喷嘴距离轨头的高度对重轨的降温曲线的影响，实验结果表明：水流量在0.6～1.8m3/h之间，随着水流量的增加重轨的平均冷却速度呈现增加的趋势；气压在0.18～0.30MPa之间，随着气压的增加重轨的平均冷速呈现先减小后增大的趋势；轨头喷嘴距离轨头的高度在100～300mm之间，随着轨头喷嘴距离轨头的高度增加重轨的平均冷速呈现减小的趋势。基于传热学理论和有限元理论，建立了重轨有限元传热模型，提出了两点法、三点法、整体法三种计算方法，分别计算了重轨喷雾过程的表面综合换热系数。计算结果表明：两点法和三点法得到的重轨降温曲线与实验值相差较大，而整体法得到的降温曲线与实验值相比误差范围小，更接近于实验值。整体法是计算表面综合换热系数较佳的方法。通过比较不同实验条件下的表面综合换热系数，分析得出：水流量在0.6～1.8m3/h之间，随着水流量的增加，换热系数在600～900C温度段升高，在200～600C温度段先升高后降低，其他温度段变化不明显；气压在0.18～0.30MPa之间，随着气压的升高，换热系数在600～900C温度段先降低后升高，在200～600C温度段先降低后升高再降低最后升高，其他温度段变化不明显；轨头喷嘴距离轨头的高度在100～300mm之间，随轨头喷嘴距离轨头高度升高，换热系数在300～900C温度段降低，其他温度段变化不明显。通过建立重轨的热—结构有限元模型，计算了重轨在喷雾冷却过程中的温度场和轴向应力。通过分析对比不同方案可知，在水流量1.2m3/h、气压0.24MPa、轨头喷嘴距离轨头高度300mm的实验方案下喷雾冷却得到的重轨，从组织上和轴向应力方面都比较满足工艺要求，是比较好的实验方案。