referat (Выбор технологии прокатки рельсов)

13. Выбор технологии прокатки рельсов

13.1. Анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов за рубежом

Прокатка железнодорожных рельсов на современных зарубежных станах в настоящее время осуществляется в основном с применением универсаль­ных клетей [11,12]. Такая технология предусматривает многократное прямое обжатие наиболее ответственных элементов профиля - головки и подошвы. На рис. 13.1 дано сравнение схемы деформации рельсового профиля в двух­валковых и четырехвалковых калибрах.

При прокатке в двухвалковых калибрах головка рельса не подвергается прямому обжатию по высоте рельса, вследствие чего металл головки имеет недостаточно плотную и довольно крупную зернистую структуру и обладает пониженными механическими свойствами по сравнению с рельсами, прока­танными в универсальных калибрах. Это особенно следует иметь ввиду при использовании непрерывнолитых заготовок, которые подвергаются меньшей вытяжке по сравнению со слитком.

При прокатке в универсальных калибрах сечение рельса остается симмет­ричным относительно горизонтальной плоскости. Головка и подошва рельса при этом имеют почти одинаковую температуру. Рельсы, прокатанные с применением универсальных калибров, характеризуются мелкозернистой структурой, улучшенным качеством поверхности и повышенными механиче­скими свойствами. Прокатка рельсов в универсальных клетях обеспечивает одновременную равномерную деформацию всего профиля четырьмя валка­ми. Форма универсальных калибров гарантирует сохранение выпуклости го­ловки рельса. При этом ходовая поверхность рельса, подвергаемая макси­мальной нагрузке при эксплуатации, обрабатывается под прямым давлением. Для ограничения ширины головки и подошвы рельса служит вспомогатель­ная двухвалковая клеть с горизонтально расположенными валками.

Процесс прокатки рельсов на универсальном стане был разработан в 1964-68 гг. на заводе в г. Эйанже (Франция) фирмы Unimetal (ранее фирма Sacilor). Лицензии на процесс были проданы фирмам Shin Nippon Seitetsu (Япония), Broken Hill Proprietary (Австралия), ISCOR (ЮАР), Асо Minas (Бра­зилия) и др.

По этой технологии заготовка вначале прокатывается в одной-двух ревер­сивных двухвалковых клетях, а затем в двух-трех универсальных клетях ( из них 1-2 клети реверсивные, а чистовая клеть нереверсивная). До и после ре­версивных клетей устанавливаются вспомогательные двухвалковые клети. Деформация в универсальных и вспомогательных клетях осуществляется в непрерывном режиме прокатки. Чистовая клеть обычно устанавливается от­дельно, т.е. непрерывная прокатка в ней не предусматривается.

а

Рис. 13.1. Схема деформации рельсового профиля: а - прокатка в двухвалковом калибре; б — прокатка в четырехвалковом калибре;

1 - заготовка;

2 - промежуточный профиль;

3 - готовый профиль

По существу известные способы прокатки рельсов с применением уни­версальных клетей отличаются типом клетей и калибров, а также порядком прокатки в трех последних проходах (рис. 13.2).

В качестве примера ниже приводится описание технологии и состава оборудования на рельсобалочном стане с универсальными клетями завода фирмы Nippon Kokan в Фукуяме (Япония). На этом стане прокатывают рель­сы тяжелого типа - 50 и 60 кг/м из непрерывнолитой заготовки сечением 250x355 мм. Заготовка нагревается в печи с шагающими балками производи­тельностью 150 т/ч. Стан имеет пять клетей, из которых две универсальные.

Для обеспечения необходимого качества поверхности рельсов и мини­мальных допусков их размеров на стане применяют гидросбив окалины, ле­гированные валки в чистовой клети, сменные запасные клети, которые мож­но быстро и точно собирать и настраивать.

Отделочное оборудование стана рассчитано на обработку рельсов длиной до 50 м. Для правки термически необработанных рельсов на участке рельсо-отделки имеются два гидравлических пресса усилием 1700 и 800 кН. Уста­новлено пять станков для обрезки концов и сверления болтовых отверстий.

На ряде зарубежных заводов прокатка осуществляется с применением жестких двухвалковых клетей, например, на рельсобалочном стане завода August Thyssen Hutte в Дуйсбурге (Германия). Здесь прокатывают железно­дорожные рельсы S49 и UIC60, рельсы трамвайные, остряковые, контррель­сы. Максимальная длина рельсов - 60 м. Заготовка литая сечением 265x380 мм, длиной 11,4 м.

Нагрев металла производится в двух печах с шагающими балками, про­изводительность каждой печи 120 т/ч. Для удаления печной окалины имеет­ся установка гидросбива окалины, давление воды 18 МПа (180 кгс/см²). Гид­росбив окалины позволяет улучшить качество поверхности рельсов и полу­чать ее без вкатанной окалины. Для подачи воды высокого давления уста­новлены соответствующие насосы и фильтровальная станция для очистки осветленной воды.

Прокатка рельсов ведется в 3-х клетях: в обжимной клети дуо реверсив­ной 1180 мм и в двух компактных горизонтальных клетях дуо реверсивных 950 мм конструкции фирмы Schloemann - Siemag AG, расположенных в ли­нию. Особенностью клетей этой фирмы является повышенная жесткость, обеспечивающая узкие допуски на размеры проката. Количество проходов: в обжимной клети - 6, в клетях дуо 950 - 7 (4+3).

В одном калибре чистовой клети прокатывают не более 600 т рельсов. Работа оборудования рабочих линий полностью автоматизирована. Раскат рельсов длиной 125 м на пиле горячей резки делится на две части. Перед ох­лаждением на холодильнике рельсы изгибаются на подошву со стрелой про­гиба 1,6м.

Рис. 13.2. Способы прокатки рельсов с использованием универсальных клетей в трех последних проходах: а - схема размещения рабочих клетей; б - способы прокатки в калибрах; 1-7 - номера способов прокатки

Правка рельсов производится в роликоправильных машинах в двух плос­костях 74 жесткости. Кантовку рельсов и задачу их в ГРПМ производит мани­пулятор. Кроме того, имеются два правильных гидравлических пресса. От­делка концов производится на четырех сверлильно-отрезных станках фирмы Wagner.

В линии стана установлены приборы:

- ультразвукового контроля;

- вихретоковый прибор для контроля поверхностных дефектов;

- лазерный измеритель кривизны рельсов;

- лазерный измеритель волнистости (неровности по высоте).

Неровность рельсов, прокатываемых на стане, составляет ±0,1 мм. Допуск по высоте рельсов составляет ±0,5 мм.

Рельсы поступают как на обычные магистрали, так и на высокоскорост­ные. Специальных требований к рельсам от государственных железных до­рог ФРГ нет, но фирма по своей инициативе делает селекцию рельсов для высокоскоростных магистралей.

Таким образом, производство рельсов за рубежом имеет следующие тех­нологические особенности:

- в качестве исходного металла используют непрерывнолитую заготовку из вакуумированной стали сечением не менее 900-1000 см²;

- нагрев заготовок производят в печах с шагающими балками;

- печную окалину удаляют на установках гидросбива окалины;

- прокатку рельсов производят с использованием жестких универсаль­ных или горизонтальных клетей;

- перед охлаждением на холодильнике рельсы проходят изгиб на подош­ву;

- правку рельсов производят в роликоправильных машинах в двух плос­костях жесткости, а доправку на гидравлических прессах;

- резку концов рельсов производят на пилах Wagner дисками с твердо­сплавным инструментом;

- для контроля качества рельсов в потоке рельсоотделки устанавливается комплекс приборов.

13.2. Предложения по реконструкции РБЦ НТМК

13.2.1. Анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов в России

Производство рельсов для железных дорог в России осуществляется на рельсобалочных станах Нижнетагильского и Кузнецкого металлургических комбинатов с применением двухвалковых калибров.

До реконструкции сталеплавильного передела НТМК, когда рельсы про­катывали из слитков, разлитых сверху, на стан 800 поступали заготовки се­чением 320x340 мм, полученные в обжимном цехе №1 на блюминге 1150.

После перехода на разливку стали на МНЛЗ на стан 800 поступают . заготовки сечением 300x360 мм.

Схема основного технологического оборудования рельсобалочного стана 800 представлена на рис. 13.3.

Прокатка железнодорожных рельсов Р65 на стане 800 производится за!2 проходов: 5 проходов в реверсивной клети 950, 3 - в 1-й клети трио 800, 3 -во 2-й клети трио 800 и 1 - в чистовой клети дуо 850. Технология прокатки рельсов путем обжатия раската в двухвалковых тавровых и рельсовых калиб­рах имеет следующие недостатки: большая неравномерность деформации по элементам профиля; наличие открытых и закрытых ручьев, требующих глу­бокого вреза в валки; головка и подошва рельса не подвергается прямому обжатию в направлении оси симметрии рельса.

Прокатка рельсов на КМК не имеет принципиальных отличий от техно­логической схемы, используемой на НТМК.

В 1991 г. УралНИИЧМ выполнил на КМК работу "Разработка и приме­нение технологии по повышению прямолинейности рельсов", в результате которой было выявлено, что рельсы по высоте имеют неровность, которая носит синусоидальный характер с периодом, равным примерно 2800 мм. Это соответствует длине окружности ручья калибра чистовой клети.

Наличие этой характерной волнистости связано с радиально-осевым пе­ремещением валков в процессе прокатки, которое возникает из-за нежесткого крепления подушек клети, наличия зазора между подушками и станинами, износа конусов валков, с неравномерным нагревом металла, износом калиб­ров, а также отсутствием вальцетокарных станков для нарезки калибров по периметру бочки валка с необходимой точностью. Поэтому для снижения волнистости рельсов, образующейся при прокатке, необходимо:

- обеспечить равномерный нагрев заготовок по длине и сечению;

- вести прокатку в жестких клетях с хорошим уравновешиванием шпин­делей;

- прокатывать в чистовом калибре не более 1000 т рельсов;

- установить вальцетокарные станки, например, фирмы "Геркулес" (Гер­мания), обеспечивающие высокую точность обработки прокатных валков.

Рис 13.3. Схема расположения основного технологического оборудования рельсобалочного стана 800

1 - методические нагревательные печи; 2 - камерные нагревательные печи; 3 - обжимная двухвалковая клеть 950; 4 - черновая и предчистовая трехвалковые клети 800; 5 - чистовая двухвалковая клеть 850; 6 - ножницы горячей резки; 7 - стеллаж возвратного потока; 8 - маятниковые пилы горячей резки; 9 - клеймовочная ма­шина; 10, 22 - передаточный швеллер для проката из качественной стали и рельсов; 11 - стеллаж для проката из качественной стали; 12 - центральные холодиль­ники; 13, 20, 21, 32- горизонтальные роликоправильные машины; 14 - распределительный стеллаж; 15 - горизонтально-правильные прессы; 16 - вертикально-правильные (штемпельные) прессы; 17 - установки для закалки концов рельсов; 18 - установки по центровке рельсов; 19 - станки сверлильно-фрезерные; 23 - печи изотермической выдержки рельсов; 24 - печь для нагрева рельсов под закалку; 25, 28 - кантователи рельсов; 26 - установка термоправки рельсов; 27 - закалочная машина; 29 - инспекторские стеллажи; 30 - установка замера твердости головки рельса; 31 - вертикальная роликоправильная машина; 33 -холодильники за отпускной печью; 34 - пакетирующее устройство; 35- печь для отпуска закаленных рельсов

На рельсобалочном стане КМК испытан способ непрерывной прокатки рельсов в предчистовой универсальной 4-х валковой клети и в чистовой 2-х валковой клети [13] (см. рис. 13.2, способ 7). По этому способу в 1987 г. было прокатано 25 тыс. т рельсов Р65. Испытания показали, что стойкость чисто­вого 2-х валкового калибра составила 1500 т, стойкость чугунного валка со . стороны головки рельса универсального калибра - 5,5 тыс. т, стойкость чу­гунного валка со стороны подошвы около 12 тыс. т. Установлена высокая стабильность получения профиля, замечаний по геометрии профиля практи­чески не было. Качество рельсов, прокатанных с применением универсально­го калибра, характеризуется следующими показателями: количество рельсов длиной 25 м, не имеющих поверхностных дефектов, составило 82-90 % по сравнению с 67-80 % для текущего производства; механические свойства находятся на том же уровне, а пластичность несколько больше у опытных рельсов. Авторами статьи [13], проводившими вышеуказанные испытания, предложен также способ прокатки рельсов с использованием 2-х универсаль­ных клетей, которые располагаются непрерывно (см. рис. 13.2, способ 5).