萬能法軋制JIS50KgN鋼軌孔型設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐

1、萬能法軋制JIS50KgN鋼軌孔型設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)踐2009-6-24 杜斌張金明供稿2002年以前，中國生產(chǎn)鋼軌采用的是橫列式軋機(jī)的孔型軋制法，2002年12月，經(jīng)過技術(shù)改造，鞍鋼新軋大型廠萬能軋制生產(chǎn)線試車成功，結(jié)束了長期以來，我國無法采用萬能軋制法軋制鋼軌的歷史，標(biāo)志著 我國鋼軌生產(chǎn)的裝備和軋制技術(shù)水平達(dá)到了世界領(lǐng)先地位。該萬能軋機(jī)機(jī)組由德國 SMS公司設(shè)計(jì)制造，并首次在該機(jī)組上使用了液壓 AGC （輻縫自動控制系統(tǒng)）與 TCS張力控制系統(tǒng)，提高了軋機(jī)的軋制精度。2003年該生產(chǎn)線成功開發(fā)并生產(chǎn)了50KgN重軌，全部出口到臺灣。萬能軋制線工藝介紹由煉鋼廠生產(chǎn)的連鑄坯，在850c左右裝入步進(jìn)式

2、加熱爐， 加熱到1250c的鋼坯經(jīng)高壓水第一次除磷后， 由1150軋機(jī)（以下稱BD1軋機(jī)）、1100軋機(jī)（以下稱BD1軋機(jī)）軋制，再經(jīng)第二次除磷后經(jīng)萬能機(jī) 組軋制成成品；100米軋件經(jīng)熱鋸鋸切成定尺或倍尺，通過熱打印機(jī)在軋件上打印標(biāo)識后，上步進(jìn)式冷床 進(jìn)行預(yù)彎、冷卻。萬能法軋制50kgN鋼軌的孔型設(shè)計(jì)孔型系統(tǒng)該萬能生產(chǎn)線軋制50KgN重軌采用的孔型系統(tǒng)為 箱形孔+帽形孔+軌型孔+萬能孔+軋邊孔”。其中BD1 軋機(jī)配置箱型孔，BD2軋機(jī)配置帽形孔 +軌型孔?？仔拖到y(tǒng)中箱形孔、帽形孔、軌形孔的設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的孔型法”設(shè)計(jì)思路一致，即減小鋼坯斷面尺寸，獲得軌形毛坯料，為萬能機(jī)組軋制創(chuàng)造條件，其中軌形孔采

3、用直軋法設(shè)計(jì)。萬能粗軋孔 UR和萬能精軋孔UF分別由1對主動水平輻和1對被動立輻共同組成，且四輻的軸線位于同一平面上，形成萬能孔型，平輻對重軌的腰部進(jìn)行壓下，兩側(cè)立輻與平輻的側(cè)面形成加工變形區(qū)，分別對軌頭、軌底進(jìn)行壓下。軋邊孔ER、圖2萬能成品也型圖EF對軌頭、軌底的端部進(jìn)行壓下，以控制底寬和頭寬50kgN鋼軌斷面尺寸及公差(1) 50kgN鋼軌標(biāo)準(zhǔn)斷面。50kgN鋼軌是JISE1101-1993標(biāo)準(zhǔn)中的一種軌型。(2) 50kgN鋼軌斷面尺寸公差萬能生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)粗軋機(jī)工藝設(shè)計(jì)(1) BD1工藝設(shè)計(jì)。BD1軋機(jī)孔型配置均為箱形孔，280 x 380mm矩形坯經(jīng)7道次軋制成220 x 237m

4、m 中間坯。(2) BD2工藝設(shè)計(jì)。BD2軋機(jī)孔型配置為軌形孔、切深孔和帽形孔，其中軌形孔是介于軌形切深孔和 萬能孔之間的過渡孔型，目的是向萬能軋機(jī)提供上下形狀對稱的中間坯，以滿足萬能軋機(jī)來料要求。(3)軌型孔設(shè)計(jì)。軌形孔見圖1。軌形孔是開坯機(jī)的成形孔型，它為后面各道萬能孔型提供上下形狀對 稱的、并且符合軌頭、軌腰、軌底相互變形關(guān)系的中間軌形軋件，中間孔為中間開口的孔型。設(shè)計(jì)步驟如 下:UR孔型的腰根據(jù)萬能UR孔型的腰寬來確定中間孔的腰部寬度，一般情況中間孔的腰部寬度比萬能 寬小57mm。確定腰厚：根據(jù)第一道萬能孔的腰厚來計(jì)算中間孔的腰厚，通常，第一道萬能孔的腰部壓下系數(shù)為 1.31.4, 由

5、此，可以推算出中間孔的腰厚。底部寬度：中間孔的底部寬度一般為鋼軌標(biāo)準(zhǔn)底寬尺寸的1.041.06倍，以保證軋邊道次有足夠的壓下量。底部厚度：根據(jù)第一道萬能孔的腿厚來計(jì)算中間孔的腿厚，根據(jù)腿部延伸關(guān)系，腿部延伸系數(shù)比腰部 延伸系數(shù)稍大一些，為 1.351.45。 .頭部寬度：中間孔的頭部寬度比萬能 UR頭部立輻的寬度大 35mm。 .各部分圓角及斜度按孔型設(shè)計(jì)的一般原則選取。(4)軌形切深孔設(shè)計(jì)。 在鋼軌開坯機(jī)中，軌形切深孔一般為23個，設(shè)計(jì)中要注意以下幾點(diǎn)：要考慮到閉口腿的拉縮現(xiàn)象，保證閉口腿的充滿度?？仔偷膫?cè)壁斜度要適中，在滿足工藝要求的前提下，降低軋輻消耗。配輻時要給予一定的壓力，以解決閉口

6、腿的脫槽困難問題。圖4軌邊機(jī)孔型圖3 萬能UR孔型圖萬能軋機(jī)工藝設(shè)計(jì)(1)萬能精軋機(jī)(UF)孔型設(shè)計(jì)。萬能成品孔如圖2所示：成品孔采用半萬能控制，頭寬、軌高、腰厚、底寬等是重要參數(shù)，孔型設(shè)計(jì)時要考慮到產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)尺寸公差及金屬熱膨脹系數(shù)，通常金屬熱膨脹系數(shù)為1.0101.015。腹高：考慮軋輻磨損，腹高一般按正差設(shè)計(jì)。頭寬、頭厚：根據(jù)軋件填充情況，頭寬、頭厚按正差設(shè)計(jì)。腰厚為標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸乘以金屬熱膨脹系數(shù)。軌高：萬能軋機(jī)連軋過程中，由于存在張力作用，軋件通常范圍內(nèi)的軌高波動很大，為了減小軌高波動以及防止軋件端部產(chǎn)生耳子，將軌高設(shè)計(jì)在正差范圍內(nèi)，一般在 +0.5+0.8mm以內(nèi)。根據(jù)以上設(shè)計(jì)原則完成

7、萬能 UF水平輻的的孔型設(shè)計(jì)；萬能操作側(cè)立輻是平輻。(2)萬能粗軋機(jī)(UR)孔型設(shè)計(jì)。萬能 UR孔型如圖3所示。水平輻：腹高通常比成品孔 UF腹高小34mm,以使UF腰部得到良好的加工，腰部兩側(cè)斜度X按標(biāo)準(zhǔn)斷面斜度設(shè)計(jì)，圓弧 R比UF水平輻相應(yīng)處圓弧大 25mm傳動側(cè)立輻：立輻凹槽深度通常為1622mm,圓弧R與標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸數(shù)據(jù)相同或略偏小，R取值大小決定成品軌頭踏面的成型。腿部長度：在萬能 UR孔型中軋件的腿端完全開口，其腿部延伸量只能根據(jù)操作側(cè)立輻的側(cè)壓量進(jìn)行近似計(jì)算，腿部長度是進(jìn)行軋邊孔型設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。(3)軋邊機(jī)孔型設(shè)計(jì)。軋邊孔型為2輻孔型，起到控制鋼軌的頭寬和腿長的作用，軋邊孔型的

8、腰部通常與軋件的腰部輕微接觸或不接觸，配置兩個軋邊孔( ER和EF)形狀相似，如圖4。ER、EF:腰部尺寸設(shè)計(jì)同 UR水平輻腿端寬度尺寸不宜過大，否則，影響成品腿端成型及單腿長度，腿長L尺寸設(shè)計(jì)要考慮到軋件通過軋邊孔型時的腿端壓下量。頭厚尺寸不宜過小，否則，影響頭部金屬量。50KgN鋼軌的試軋?jiān)囓埱闆r試軋采用280*380mm連鑄坯，長度為 6.5m,鋼質(zhì)為U71Mn ,此次試軋共軋制 2根鑄坯。存在問題及改進(jìn)措施軋出成品腹高尺寸超差，經(jīng)過分析，是由于對日標(biāo)腹高公差概念理解不夠，與新鐵標(biāo)腹高公差概念相互混淆，改進(jìn)辦法為將 UF軋機(jī)水平輻腹高由原來的 81.5mm改為80.5mm。成品軌底與腹部

9、銜接處產(chǎn)生小棱，影響鋼軌外觀，經(jīng)過分析，是由于UR和E軋機(jī)水平輻形狀設(shè)計(jì)不當(dāng)，為此對UR和E軋機(jī)水平輻形狀進(jìn)行修改。萬能軋機(jī)軋出的軋件長為 100米，測量不對稱數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)軋件頭、中、尾的不對稱情況不一致，中間處上下腿等長，頭尾上下腿不等長，經(jīng)過分析，萬能軋機(jī)UR及UF操作側(cè)立輻的車削情況即立輻的偏心程度對鋼軌底部成型起著至關(guān)重要的作用，所以，加強(qiáng)立輻的車削質(zhì)量，使立輻的偏心度控制在最小范圍內(nèi)；另外，連軋張力的控制也影響鋼軌腿長，如果張力過大，軋件通長范圍內(nèi)的腿長偏差也越大，有時達(dá)到2mm, 一般情況，連軋張力設(shè)定為 1.52.0。在軋制過程中出現(xiàn)軋件跑偏現(xiàn)象，經(jīng)分析，是由于軋件頭部延伸和底部延

10、伸不一致所致，所以，合理分配萬能軋機(jī)壓下圖表尤為重要，通過調(diào)整壓下圖表，確保頭部延伸和底部延伸的一致性。圖6正常生產(chǎn)50既”翻軌規(guī)格控制直方圖t采樣100)50KgN鋼軌批量軋制情況軋制情況對試軋時存在的問題加以改進(jìn)后進(jìn)行了批量軋制，此次軋制，鋼軌各部分尺寸完全符合標(biāo)準(zhǔn)，不對稱情況良好，解決了第一次試軋時出現(xiàn)的各種問題，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)要求，圖5為規(guī)格尺寸控制直方圖?？估瓘?qiáng)度和延伸率統(tǒng)計(jì)分析見圖 5?？估瓘?qiáng)度和延伸率統(tǒng)計(jì)分析見圖6主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)1 1 r& T圖6 抗拉強(qiáng)度和延伸率直方圖AI 5此聊鋼軌式軋放功后的合牯率檢查量（噸）合格量（噸）合格率%）第一次4812433089.98第二次5924|536790.6第三次5312486191 .5合計(jì)160401455990.750KgN鋼軌試軋成功后共進(jìn)行了 3次批量軋制，總產(chǎn)量近1.6萬噸，主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)完成情況如表1綜上所述，50K