Выбор технологии прокатки рельсов

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.

[pic]

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.

[pic]

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.

[pic]

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).

Сотрудниками Уральского политехнического института и УралНИИчер-мета

предложен способ прокатки рельсов на КМК с применением двух универсальных и

двухвалковой клети (см. рис. 13.2, способ 1а), отличающийся тем, что в 4-х

валковой клети приняты вертикальные валки одинакового диаметра как со

стороны головки, так и подошвы рельса [14, 15]. Результаты этих работ были

использованы в ПО "Уралмаш" при проектировании конструкции рабочих клетей

для прокатки рельсов.

К рельсам, предназначенным для скоростного совмещенного движения,

предъявляются повышенные требования по продольной прямолинейности, в

частности, отклонения поверхности катания головки рельса в вертикальной

плоскости не должны превышать 0,3 мм на базовой длине 1,5 м. Такая

прямолинейность, как показывает практика зарубежных заводов, достигается с

использованием как универсальных, так и двухвалковых калибров.

В последние годы ГНЦ РФ ОАО "УЙМ", КМК и ВНИИЖТ выполнили комплекс

работ, в результате которых были внедрены мероприятия по термической правке

рельсов во время отпуска [16] и после него, усовершенствованы технология

[17] и схема правки, организован контроль прямолинейности рельсов с помощью

устройства "Элекон", что позволило существенно повысить прямолинейность

рельсов. В настоящее время на КМК до 80 % рельсов в потоке отвечают

повышенным требованиям по прямолинейности, и разработаны мероприятия по

повышению этой доли до 100 %. Поэтому, с точки зрения достижения повышенной

прямолинейности рельсов, для реконструкции РБЦ НТМК правомочны предложения

по прокатке рельсов с применением как универсальных, так и двухвалковых

клетей.

13.2.2. Технологические схемы прокатки рельсов Р65 с

применением универсальных клетей

Предложение УГТУ-УПИ

Для прокатки рельсов Р65 с применением универсальных клетей предложено

четыре варианта размещения рабочих клетей (рис. 13.4-13.8). Ориенти-'

ровочная схема прокатки рельсов по этим вариантам приведена на рис. 13.9, а

в таблице 13.1 - ориентировочный режим деформации по проходам.

При выборе схемы прокатки приняли в 4-х валковой реверсивной

универсальной клети УК1 2 прохода с общим коэффициентом вытяжки 1,537, а в

чистовой клети УК2 - 1,06. Такие коэффициенты вытяжки в универсальных

клетях обеспечат получение требуемой геометрии рельсов и повышенных

механических свойств. В условиях РБЦ НТМК установить еще одну 4-х валковую

универсальную клеть с целью увеличения прямого обжатия головки и подошвы

рельса не представляется возможным.

Предлагаемые варианты размещения рабочих клетей предусматривают

возможность прокатки как рельсов, так и профилей действующего сортамента.

По всем вариантам прокатка в обжимной реверсивной клети 950 производится

за 5 проходов в ящичных и разрезных калибрах. Рассмотрим прокатку в

последующих клетях.

ВАРИАНТ! (рис. 13.4)

а) Прокатка рельсов. Клеть дуо 850 убирается. Устанавливаются

универсальная четырехвалковая клеть УК1 и универсальная трехвалковая клеть

УК2. В клети трио 800-1 дается 4 прохода (рис. 13.9), клеть трио 800-2

используется как вспомогательная: 1-й проход дается в открытом контрольном

калибре на нижнем горизонте. Далее в реверсивной клети УК1 дается 2

прохода, затем один проход в клети 800-2 на верхнем горизонте в открытом

контрольном калибре (в этом случае можно иметь ширину калибра 180 мм).

Применение в клети 800-2 различных калибров по ширине позволяет

осуществлять более точный контроль профиля.

Заканчивается прокатка в клети УК2, которая может быть установлена или

на место существующей клети дуо 850 (с использованием существующего

привода) или рядом. За клетью УК1 необходимо установить рольганг длиной ~

50 м. Привод клети УК1 осуществляется от электродвигателя, установленного в

становом пролете на месте существующего стенда для перевалки валков.

По этому варианту возможна замена клетей трио 800 на реверсивные жесткие

двухвалковые клети 800.

[pic]

Рис. 13.4. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 1

[pic]

4650 E! E1

9000

Рис.13.5. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 2

[pic]

Рис. 13.6. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 3

[pic]

4350

Рис. 13.7. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 4

[pic]

[pic]

Рис. 13.8. Схема прокатки при расположении оборудования по варианту

реконструкции 4

[pic]

Рис. 13.9. Схема прокатки рельсов Р65 по вариантам 1 - 4

Таблица 13.1

Ориентировочный режим деформации при прокатке рельсов Р65 после

проведения реконструкции по вариантам 1 - 4.

|'№ |Клеть |Площадь |Коэффицие|Длина |Размеры сечения, мм |

|прох.| |поперечного |нт |раската,| |

| | |сечения, мм2|вытяжки | | |

| | | | |м | |

| | | | | |Н |В |h |d |

|Заготовка |106630 | |4,4 |300 |360 | | |

|1 |950 |89290 |1,194 |5,3 |245 |370 | | |

|2 |950 |67370 |1,325 |7,0 |180 |380 | | |

|3 |950 |54400 |1,328 |8,6 |310 |200 | | |

|4 |950 |35600 |1,528 |13,2 |115 |330 | | |

|5 |950 |30400 |1,171 |15,4 |270 |135 | | |

|6 |800-1 |29600 |1,027 |15,8 |250 |200 | | |

|7 |800-1 |25000 |1,184 |18,7 |205 |230 | | |

|8 |800-1 |19230 |1,300 |24,4 |167 |210 |100 |51 |

|9 |800-1 |15020 |1,280 |31,2 |158 |212 |88 |38 |

|10 |800-2 |14170 |1,060 |33,1 |152 |213 |85 |36 |

|11 |УК1 |11160 |1,270 |42,1 |154 |192 |86 |26 |

|12 |УК1 |9222 |1,210 |50,9 |157 |180 |88 |20,5 |

|13 |800-2 |8997 |1,025 |52,2 |151 |180 |84 |20,5 |

| |или ВК| | | | | | | |

| | | | | | | | | |

|14 |УК2 |8488 |1,060 |55,3 |152,6 |182,5 |76,6 |18 |

Примечание: УК1 - 4-х валковая универсальная клеть, УК2 - 3-х валковая

универсальная клеть, ВК - вспомогательная клеть дуо;

Н и В - габаритные размеры поперечного сечения раската, h -

толщина головки профиля, d - толщина шейки профиля.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Устанавливаются клети

трио 800 и клеть дуо 850, а клеть УК2 убирается. Далее прокатка

производится по существующей в настоящее время технологии. При замене

клетей трио 800 на реверсивные клети дуо 800 невозможна прокатка сдвоенных

полособульбовых профилей 30810 и 30812, ПБ-615, ПБ-1979, Z-310.

Достоинства 1-го варианта.

1) Универсальная клеть УК1 не мешает прокатке профилей действующего

сортамента, ее необходимо убирать только при замене валков.

2) Отпадает необходимость изготовления вспомогательной клети ВК, так

как ее роль выполняет клеть трио 800-2.

Недостатки 1-го варианта.

1) Электродвигатель клети УК1 устанавливается на месте существующего

стенда для замены валков, поэтому перевалочный стенд для клетей трио 800

необходимо разместить на другом месте.

2) Необходимо изыскать место для размещения машинного помещения

электродвигателя клети УК1 и место для размещения перевалочного стенда

универсальных клетей.

ВАРИАНТ 2 (рис. 13.5)

а) Прокатка рельсов. Клети трио 800 заменяются на реверсивные клети дуо

800. Устанавливается клеть УК1 взамен клети дуо 800-2, а также клети ВК и

УК2. Клеть дуо 850 убирается. Прокатка призводится в той же

последовательности, что и по варианту 1.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Устанавливается клеть дуо

850 и реверсивная клеть 800-2 взамен клети УК1. Клети 800-1 и 800-2

приводятся от одного электродвигателя или от отдельных электродвигателей

(клеть 800-2 приводится от электродвигателя клети УК1). Убираются также

клети ВК и УК2. Клети ВК и дуо 850 одинаковой конструкции и

взаимозаменяемые.

Достоинства 2-го варианта:

все клети располагаются в районе линии 800 вдали от пил горячей резки.

Недостатки 2-го варианта.

1) Исключается установка существующих клетей трио 800 для прокатки

профилей действующего сортамента, так как клеть ВК устанавливается на месте

размещения подъемно-качающегося стола клети 800-2.

2) Открытый калибр в клети ВК используется при прокатке дважды - до и

после прокатки в клети УК1. При повторной прокатке ширина раската 180 мм

меньше ширины калибра 213 мм, за счет чего не будет обрабатываться боковая

поверхность головки и подошвы. На некоторых зарубежных станах на валках

Страницы: 1, 2, 3