Технология и оборудование

На четырех рельсопрокатных заводах СССР к настоящему времени исторически сложились три различных вида технологии упрочняющей термической обработки рельсов по всей длине. Наибольшее количество рельсов подвергается объемной закалке в масле и последующему от­пуску. Такая технология термической обработ­ки принята на НТМК и КМК. На металлурги­ческом заводе «Азовсталь» проводится поверх­ностная закалка рельсов с индукционного на­грева, а на ДМЗ — поверхностная закалка с объемного печного нагрева.

Рис. 36.6. Расположение оборудования в термическом отделении рельсобалочного цеха НТМК

Объемной закалке в масле подвергают 25-м рельсы первого сорта, прошедшие весь цикл производства, включая отделочные операции (фрезерование торцов и сверление болтовых отверстий).

Со склада нетермообработанных рельсов 1 (рис. 36.6) магнитными кранами их подают на загрузочный стеллаж рольганга 2 перед зака­лочной печью 3. Здесь рельсы комплектуют в пакеты по 11 —13 штук, которые каждые 6—8 мин подают в нагревательную печь тоннельного типа с верхним и нижним обогревом (ширина рабочей камеры 3 м, длина 185 м). Рельсы в положении на боку перемещаются в печи с по­мощью 560 приводных роликов.

Обогревают печь при помощи 520-ти инжекционных горелок, куда смесь коксового и до­менного газов поступает под давлением 15 МПа.

Рабочее пространство печи состоит из семи зон, в каждой из которых автоматически под­держивается заданная температура. В первых пяти зонах происходит последовательный мето­дический нагрев, в шестой — выравнивание тем­пературы и необходимая выдержка, седьмая — зона выдачи. Специальными вытаскивающими устройствами через боковое окно рельсы (по одному) извлекают из печи, кантуют на подош­ву и устанавливают на рольганг 4 перед зака­лочной машиной 5.

Производительность печи ПО—120 т/ч. Тем­пература в первой и второй зонах 750—780, в третьей и четвертой 800—830, в пятой — седь­мой 840—860 °С. Продолжительность пребыва­ния рельсов в печи 47—55 мин.

На НТМК перед загрузкой в закалочную ма­шину каждый рельс проходит термическую правку концов. Сущность этой технологичес­кой операции заключается в подстуживании подошвы на обоих концах рельса с тем, чтобы повысить ее сопротивление пластической дефор­мации и исключить коробление (изгиб в верти­кальной плоскости), которое происходит за счет более быстрого охлаждения в масле по­дошвы по сравнению с массивной головкой. Длина зоны подстуживания 980 мм, время подстуживания7—9 с, охлаждают рельсы во-довоздушнойсмесью с помощью брызгала ще­левой конструкции.

Закалочная машина состоит из пустотелого барабана длиной 28 м, вращающегося на двух роликовых опорах от привода через зубчатые венцы, посаженные на вал барабана. На бара­бане 1 смонтированы шесть 12-ти лучевых звездочек (рис. 36.7). На конце каждого луча-лопасти подвешены на подшипниковой опоре каретки с вмонтированными в них роликами 2, на которые подается рельс для закалки в то время, когда данный ряд кареток находится над уровнем масла 3. Каретка с рельсом под действием собственной массы находится в стро­го вертикальном положении, в котором и про­исходит погружение в масло. Барабан со звез­дочками и каретками установлен внутри бака 4, заполненного маслом, поступающим из резер­вуара через регулируемый щелевой затвор 5.

При повороте барабана на 30°, рельс погру­жается в масло, в котором он охлаждается в течение 5 мин. Маслоохладительная система обеспечивает поддержание постоянной темпера­туры масла, которая не должна превышать 100 °С. После 10 циклов, соответствующих за­грузке очередного рельса и поворота барабана на 30°, закаленный рельс снова оказывается под уровнем масла. Температура рельса при этом составляет 120—150 °С.

Извлеченные из закалочной машины рельсы на крытом стеллаже 6 (см. рис 36.6) комплек­туются в пакеты по 12—17 штук и подаются в отпускную проходную печь 7 с роликовым по­дом.

Отпускная печь тоннельного типа состоит из 10 одинаковых зон: пяти нагревательных и пяти для выдержки при температуре отпуска. В каждой зоне помещается один пакет рельсов. Общая длина камеры печи составляет 260 м, ширина 3,7 м. Печь обогревается смесью кок­сового и доменного газов, которая сжигается в специальных камерах вне рабочего пространст­ва печи. Для каждой зоны печи имеется своя камера сгорания, снабженная эксгаустером для подачи продуктов горения в печь и их циркуляции в зоне печи. Температура продуктов горения поддерживается не выше 580 °С. Темпе­ратура в печи автоматически поддерживается в пределах: в первых трех зонах 350—400, в чет­вертой и пятой 400—450, в шестой — десятой зонах — 4504 = 15 °С. Продолжительность отпус­ка 2 ч.

После отпуска рельсы охлаждаются на холо­дильнике 12 и правятся в двух плоскостях на роликоправильных машинах 10, 11 и верти­кальных правильных прессах 9. После этого рельсы поступают на инспекторские стеллажи 8, для контроля и приемки.

Поверхностную индукционную закалку рель­сов на заводе «Азовсталь» проводят на опыт­но-промышленном агрегате производительно­стью 150 000 т в год. Закаляют рельсы в упруго-изогнутом состоянии непрерывно-последова­тельным методом.

Рис. 36.7. Поперечный разрез закалочной машины

Агрегат (рис. 36.8, 36.9) состоит из четырех параллельных ручьев, объединенных общей ме­ханической системой; он предназначен для од­новременной закалки головок четырех рельсов. Механическая часть агрегата перемещает рельс в процессе закалки, создает предварительный упругий изгиб перед нагревом рельсов под за­калку и сохраняет необходимую степень изги­ба на всех стадиях нагрева и охлаждения. В задающих приводных роликах 1 (см. рис. 36.9) происходит упругий изгиб рельсов до ра­диуса 100 м и подача их под заданным углом в четыре ролика закалочной секции 2. С помо­щью этих роликов рельсы изгибаются до ра­диуса 25 м головкой наружу и проходят под индукторами 3, размещенными на подвижной раме, смонтированной на специальных подвес­ках.

В пяти роликах сохранения кривизны 4 рель­сы удерживаются в изогнутом состоянии в про­цессе охлаждения. Точная регулировка степени изгиба рельсов в этих роликах имеет большое значение для обеспечения их прямолинейности после закалки. В выдающие ролики 5 принима­ются рельсы, выходящие под определенным уг­лом из роликов сохранения кривизны.

Электрическое оборудование агрегата вклю­чает установку с двумя машинными преобразо­вателями мощностью 1500 кВт и закалочные индукторы. Рельс, проходящий по каждому ручью, нагревается индуктором, состоящим из шести секций. Нагретые рельсы охлаждаются водовоздушной смесью, охлаждающую способ­ность которой регулируют путем изменения соотношения между воздухом и водой. В каж­дом ручье рельсы охлаждают с помощью пяти многосопловых форсунок длиной 50 см. Первые четыре форсунки расположены попарно под углом к головке рельса, а пятая — по оси го­ловки. Форсунки имеют 10 водяных отверстий диаметром 2¾2,5 мм и 40 воздушных. Расход воды, подаваемой через форсунки в каждом ручье, составляет 12—15 л/мин.

Рис. 36.8. Поперечный разрез опытно-промышленного агрегата для закалки рельсов с нагрева ТВЧ:

1 — направляющие ролики, 2 — станина, 3 — рельсы

Скорость перемещения рельсов 26—29 мм/с, мощность, подводимая к индукторам, 620— 630 кВт, частота 2500 Гц, напряжение на ин­дукторах'450 В, зазор между индуктором и го­ловкой рельсов 5—6 мм. Перед подачей в аг­регат рельсы болтовыми накладками соединя­ются в непрерывную нить. Упруго изогнутый рельс ^поступает под индуктор, где в течение 120—130 с поверхность его головки нагревает­ся до 980—1020 °С. При этом глубина металла, прогретого до температур выше 750 °С, состав­ляет 20—25 мм. Затем нагретый участок рель­са в течение 30—40 с подстуживается на воз­духе до температуры 880—900 °С, а затем в течение 70—75 с охлаждается водовоздушной смесью до температуры 350—400 °С. После са­моотпуска в течение 90 с до 430—480 °С проис­ходит окончательное охлаждение рельсов во­дой. Сочетание изгиба, нагрева и охлаждения рельсов позволяет получить после данного спо­соба термической обработки относительно пря­мые рельсы с короблением не более 25 мм у рель­сов длиной 25 м. При превышении этой величины закаленные рельсы правятся на вертикальных правильных прессах. Проведенные исследова­ния показали, что рельсы, закаленные с индук­ционного нагрева, можно не подвергать допол­

Рис.36.9. Продольный разрез опытно-промышленного агрегата для закалки рельсов с нагрева ТВЧ

нительному отпуску, поэтому он не предусмот­рен в технологии термической обработки рель­сов с нагрева ТВЧ.

Поверхностной закалке с объемного печного нагрева, в отличие от двух других способов термического упрочнения, подвергают рельсы, не прошедшие отделочных операций (фрезеро­вание торцов), что облегчает затем получение рельсов стандартной длины с обычным допус­ком. Технология нагрева рельсов в печи не от­личается от описанной выше при объемной за­калке рельсов в масле. Нагретые рельсы в положении головкой вниз задаются в закалоч­ную машину. которая состоит из 22 роликовых клетей, расположенных в одну ли­нию на расстоянии 1 м одна от другой и струй­ных охлаждающих аппаратов между ними (рис. 36.10). Эти аппараты представляют собой коробки с отверстиями в крышках диаметром 4 мм, через которые на головку движущегося рельса подается вода, нагретая до температуры 35-50 °С.

Под головкой движущегося рельса образу­ется сплошная водяная ванна глубиной 35—50 мм и шириной 95—100 мм. В эту ванну по­следовательно поступает головка рельса, омы­ваемая с трех сторон водой. В течение ряда лет конструкция охлаждающих аппаратов со­вершенствовалась таким образом, чтобы уменьшить, а затем и полностью исключить прерывистость в процессе охлаждения, связан­ную с наличием приводных роликов. За счет одностороннего коробления концы рельса по­гружаются в воду на 10—12 мм ниже, чем ос­тальная часть рельса. В результате этого твер­дость на концах рельсов получается выше, чем по всей его длине.

Рис. 36.10. Агрегат для поверхностной закалки рель­сов с объемного нагрева

Скорость движения рельсов в закалочной ма­шине составляет 667—750 мм/с в зависимости от типа рельса.

При прохождении рельса через закалочную машину подошва, шейка и нижняя часть го­ловки охлаждаются на воздухе, т. е. проходят нормализацию. Большой запас тепла, аккуму­лированного в этих элементах профиля рельса, обеспечивает протекание (после закалки) са­моотпуска в головке, температура в которой повышается до 450—500 °С.

После самоотпуска остывающий рельс из-за разницы температур в головке и подошве из­гибается выпуклостью на головку. Чтобы пре­дотвратить такую деформацию, рельс подвер­гается изгибу в гибочной машине (рис. 36.11) в обратную сторону, т. е. выпуклостью на по дошву. Гибочная машина представляет собой систему выдвижных валов, вмонтированных в станину, и неподвижную опору.: После поступления рельса на рольганг гибоч­ной машины давлением двух пневматических цилиндров на концы рельса производится изгиб вокруг неподвижного упора со стрелой проги­ба, подобранной эмпирически так, чтобы ко­нечное искривление рельса после остывания было минимальным. После 6—10 с выдержки рельса в изогнутом состоянии его подают на холодильник для полного остывания и после­дующей правки на роликоправильной машине.

Рис. 36.11. Гибочная машина:

1 — пневматическое нажимное устройство, 2 — роль­ганг, 3 — рельс, 4 — упор,

5 — винты для изменения радиуса упора

Дата добавления: 2015-06-27