СПОСОБ ПЕРЕКАТКИ РЕЛЬСОВ Российский патент 2014 года по МПК B21B1/08 

Изобретение относится к прокатному производству и может быть использовано для получения стальных сортовых и фасонных профилей путем переработки прокаткой железнодорожных рельсов, выведенных из эксплуатации.

Известны способы переработки стальных железнодорожных рельсов, включающие их нагрев и последующую многопроходную прокатку в валках с калибрами в сортовые профили [1, 2].

Недостатки указанных способов состоят в том, что в процессе прокатки на профилях образуются дефекты типа «закат», «складка», «лампас» и др. По этой причине упомянутые способы не нашли промышленного применения.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому изобретению является способ перекатки рельсов в профиль в виде полосы, включающий их нагрев до температуры 2100°F (то есть до 1149°С), и многопроходное обжатие в валках с калибрами за два этапа, вначале путем преимущественного обжатия головки и подошвы рельса, а затем и с обжатием шейки рельса [3].

Недостаток известного способа состоит в том, что многопроходное обжатие производят с последовательным уменьшением площади поперечного сечения полосы в каждом из проходов. Это сужает сортамент прокатываемых профилей, так как не позволяет получать профили с увеличенной площадью поперечного сечения.

Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в расширении сортамента профилей в сторону увеличения площади поперечного сечения.

Для решения поставленной технической задачи в известном способе перекатки рельсов, включающем их нагрев и последующее многопроходное обжатие в валках с калибрами, согласно изобретению рельс вначале нагревают до температуры 950-1150°С, затем подвергают локальному подогреву до температуры 1250-1290°С в местах сопряжения головки и подошвы рельса с шейкой в проходной тоннельной печи с газовыми горелками, после чего производят осадку рельса по высоте на 10-30% путем прокатки в валках диаметром 700-900 мм.

На фигуре 1 представлена схема расположения рельса и горелок в проходной печи подогрева; здесь 1 - рельс; 2 - приводные транспортирующие ролики; 3 - газовые горелки подогрева мест сопряжений шейки с головкой и подошвой рельса; 4 - дополнительные газовые горелки подогрева шейки рельса.

На фигуре 2 изображена последовательность изменения поперечного сечения рельса по проходам, обозначенным римскими цифрами, при его прокатке.

Сущность изобретения состоит в следующем. Дополнительный локальный подогрев в местах сопряжения головки и подошвы (фиг.1) с шейкой рельса 1 рядами горелок 3 до температуры 1250-1290°С приводит к местному уменьшению сопротивления деформации рельсовой стали. Благодаря этому при осадке рельса по высоте на 10-30% путем прокатки в валках диаметром 700-900 мм имеет место локальное деформирование, сосредоточенное преимущественно на наиболее нагретых участках его сечения, что сопровождается образованием выпуклостей по местам сопряжения шейки с головкой и подошвой, а также утолщением шейки, особенно в случае ее дополнительного подогрева дополнительными горелками 4. Осадка рельса, производимая в валках при предложенном градиентном нагреве его поперечного сечения, исключает потерю устойчивости и изгиб шейки, которые имели бы место при равномерном нагреве рельса по известному способу [3].

Дополнительный локальный подогрев средней части шейки до температуры 1200-1250°С в варианте реализации способа способствует стабилизации процесса прокатки, благодаря чему можно дополнительно расширить сортамент прокатываемых профилей в сторону увеличения площади их поперечного сечения на 5-10%.

Экспериментально установлено, что при первоначальном равномерном нагреве рельса до температуры ниже 950°С возрастает сопротивление металла деформации, а также из-за самопроизвольного охлаждения рельсовой заготовки в процессе прокатки не обеспечивается требуемая для получения заданных механических свойств среднемассовая температура конца прокатки сортовых профилей. Увеличение температуры нагрева рельса более 1150°С приводит к потере устойчивости шейки при осадке рельса, образованию складок окисленных на воздухе поверхностей (дефект «закат»), что недопустимо.

Локальный подогрев до температуры ниже 1250°С не исключает изгиба шейки рельса из-за потери устойчивости и образования дефекта в виде складок. Увеличение температуры подогрева сверх 1290°С ведет к окислению границ зерен рельсовой стали, их ослаблению, разрывам и нарушениям сплошности в процессе прокатки.

Осадка рельса по высоте менее чем на 10% неэффективна, так как не обеспечивает увеличения площади поперечного сечения сортовых и фасонных профилей. Осадка по высоте более 30% приводит к потере устойчивости шейки рельса, ее изгибу с образованием складок и закатов, что недопустимо.

При использовании валков диаметром менее 700 мм ухудшаются условия захвата железнодорожного рельса при его осадке на 10-30%. Увеличение диаметра валков более 900 мм приводит к увеличению длины очага деформации и подстуживанию контактных поверхностей рельса, что приводит к образованию дефектов при прокатке.

Примеры реализации способа

Выведенный из эксплуатации по износу железнодорожный рельс типа Р65 с высотой Н₀=180 мм, толщиной шейки В₀=18 мм (Фиг.2) загружают в методическую печь с шагающим подом и производят нагрев до температуры Т_a=1000°С в безокислительной атмосфере газа СО. После обрезки концевых участков с отверстиями под болты, нагретый рельс 1 подают в проходную печь туннельного типа (Фиг.1). При транспортировании рельса 1 по приводным роликам 2 осуществляют его локальный подогрев с помощью двух рядов газовых горелок 3 до температуры Т_п=1270°С в местах сопряжения головки и подошвы рельса 1 с шейкой. Одновременно с этим с помощью дополнительных газовых горелок 4 (обозначенных пунктирными линиями на Фиг.1), также установленных в ряд, подогревают среднюю часть шейки рельса 1 до температуры Т_ш=1225°С.

После выхода из проходной печи рельс 1 (профиль I на фиг.2) задают в черновую вертикальную клеть дуо с диаметром бочек валков D₁=800 мм, где производят осадку на 36 мм по высоте, что составляет ε=20% от его исходной высоты Н₀=180 мм, с формированием профиля II высотой H₁. Благодаря тому что рельс предварительно был нагрет с градиентом температур по сечению, его деформация локализуется на участках, имеющих более высокую температуру и низкую прочность. Поэтому после осадки (профиль II на фиг.2) на вогнутых участках сопряжения шейки с подошвой и шейки с головкой формируются утолщения в виде наплывов металла.

При этом нагретая дополнительными горелками 4 шейка рельса 1 в результате осадки становится толще и приобретает выпуклость боковых стенок. Обжатие рельса 1 при его осадке происходит без изменения площади поперечного сечения.

После осадки полосу обжимают в горизонтальных валках сортопрокатного стана (профиль III на фиг.2), затем вновь в горизонтальных валках (профиль IV), где осуществляют обжатие концевых выпуклостей, сформированных в предыдущих проходах.

Чистовую прокатку профилей осуществляют с использованием стандартной системы калибров «овал-круг», показанной частично на фиг.2 (профили V-VII) в круглый сортовой профиль максимального диаметра D_max=90 мм.

Благодаря предварительной осадке рельса по высоте, нагретого с заданным распределением температуры, достигается увеличение площади поперечного сечения полученного сортового проката. Использование нагрева в печи с безокислительной атмосферой предотвращает образование окалины, и, как следствие, уменьшение площади поперечного сечения рельса.

Варианты реализации предложенного способа и показатели их эффективности представлены в таблице.

Таблица.

Режимы перекатки рельсов типа Р65 и максимальный диаметр круглых профилей

№ п/п Т_а,°С Т_п,°С Т_ш,°С D1, мм ε, % D_max, мм 1. 940 1240 1190 650 9 76 2. 950 1250 1200 700 10 90 3. 1000 1270 1225 800 20 90 4. 1150 1290 1250 900 30 90 5. 1160 1300 1300 950 35 78 6 [3]. 1149 - - 600 не регл. 68

Из данных, приведенных в таблице, следует, что при реализации предложенного способа (варианты №2-4) достигается получение круглого профильного проката с наибольшей площадью поперечного сечения при максимальном диаметре D_max=90 мм. Полученный перекаткой рельсов качественный стальной сортовой прокат не имеет дефектов в виде складок, закатов, лампасов.

При запредельных значениях заявленных параметров (варианты №1 и №5), а также реализации ближайшего аналога (вариант №6) площадь поперечного сечения и максимальный диаметр качественных круглых профилей уменьшается.

Технико-экономические преимущества предложенного изобретения состоят в том, что первоначальный общий нагрев рельса вначале до температуры 950-1150°С и последующий подогрев до 1250-1290°С мест сопряжений головки и подошвы рельса с шейкой по всей его длине позволяет осуществить осадку рельса по высоте на 10-30% путем прокатки в валках диаметром 700-900 мм. При этом достигается утолщение поперечного профиля в местах подогрева. Дополнительный подогрев средней части шейки до температуры 1200-1250°С позволяет полностью исключить потерю устойчивости (изгибы) шейки рельса при осадке и придать ей утолщенную форму, наиболее благоприятную для последующей прокатки профилей заданной формы при обеспечении максимально возможной площади поперечного сечения. Нагрев рельсов в безокислительной атмосфере исключает окалинообразование и связанные с ним уменьшение поперечного сечения исходного рельса и потерю массы стали.

В качестве базового объекта принят известный способ [3]. Использование предложенного способа обеспечит увеличение рентабельности перекатки рельсов в сортовой прокат на 10-15%.

Литературные источники

1. Патент США №1086789, МПК В21В 1/08, 1914 г.

2. Патент США №4123927, МПК В21В 1/08, 1978 г.

3. Патент США №4982591, МПК В21В 1/08, 1991 г.

Изобретение предназначено для расширения сортамента профилей в сторону увеличения площади поперечного сечения стальных сортовых и фасонных профилей, получаемых путем переработки прокаткой железнодорожных рельсов, выведенных из эксплуатации. Способ включает нагрев рельсов и последующее многопроходное обжатие в валках с калибрами. Местное уменьшение сопротивления деформации рельсовой стали обеспечивается за счет того, что рельсы вначале нагревают до температуры 950-1150°С, затем подвергают локальному подогреву до температуры 1250-1290°С в местах сопряжения головки и подошвы рельса с шейкой в проходной тоннельной печи с газовыми горелками, после чего производят осадку рельса по высоте на 10-30% путем прокатки в валках диаметром 700-900 мм. Кроме того, локальному подогреву до температуры 1200-1250°С дополнительно подвергают среднюю часть шейки, а нагрев рельсов производят в безокислительной атмосфере. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл., 1 пр.

1. Способ производства сортовых и фасонных профилей перекаткой рельсов, включающий нагрев рельсов и последующее многопроходное обжатие в валках с калибрами, отличающийся тем, что нагрев рельса осуществляют до температуры 950-1150°С, затем подвергают локальному подогреву в проходной тоннельной печи с газовыми горелками до температуры 1250-1290°С в местах сопряжения головки и подошвы рельса с шейкой, после чего производят осадку рельса по высоте на 10-30% путем прокатки в валках диаметром 700-900 мм.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что локальному подогреву до температуры 1200-1250°С подвергают среднюю часть шейки.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев рельса производят в безокислительной атмосфере.