Выбор технологии прокатки рельсов (стр. 1 из 6)

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 ShinNipponSeitetsu(Япония), BrokenHillProprietary (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 NipponKokan 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 AugustThyssenHutte 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 - SiemagAG, 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: