ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЛЬСОВ НА ФИРМЕ ФЕСТ АЛЫШНЕН ШИНЕН

1. Введение

Изготовление рельсов на заводе в Донавитце имеет очень долгую традицию. Современный мартеновский цех был построен в начале нашего века. С 'тех пор рельсы для всей Австрии производились только в Донавитце. После сооружения электросталеплавильного цеха, в 1928 г. началось изготовление износостойких рельсов из электростали.

Первые в мире кислородные конвертеры были построены в Линце и Донавитце в 195253 гг. после разработки процесса ЛД. И уже в 1954 г. Австрийская администрация железных дорог, а также швейцарские железные дороги одобрили использование рельсов, полученных прокаткой ЛДстали.

В 1980 г. установлена машина для непрерывного литья слябов, и после ее успешных испытаний в 1982 г. было прекращено изготовление рельсов из литых слитков. В 1990 г. пущен в эксплуатацию новый охлаждающий рольганг со встроенной установкой для закалки головок рельса и примыкающий к нему участок поточной отделочной линии. Это позволило проводить правку по всей длине проката и ввести в линию процесс холодной резки.

В результате завод в Донавитце стал единственным производителем рельсов, поставляющим потребителям несварные рельсы длиной 120 м прямо на место их укладки в назначенное время.

В Донавитце разработано специальное оборудование для закалки головок рельсов. Основная его особенность — использование для закалки теплоты прокатного нагрева и закалка по всей 120м длине проката. Последняя разработка — желобчатый рельс с закаленной головкой.

Для обеспечения все возрастающей потребности в ультрадлинных несварных рельсах был сооружен полностью автоматизированный склад для рельсов длиной 120 м. Внедрение системы обеспечения качества позволило повысить конкурентоспособность и упрочить положение на рынке. В июле 1993 г. было выдано свидетельство о соответствии продукции стандартам ДИН/ИСО 9001 (EN29001).

2. Программа производства и качества

Программа производства включает: Тобразные рельсы; желобчатые рельсы; рельсы с пазами; широкополочные и направляющие рельсы; подкрановые рельсы; контактные рельсы.

Программа производства Тобразных рельсов включает 22 сечения от саМых легких 40фунт/ярд (10,2 кг/м) до AREA 136 фунт/ярд (68,6 кг/м). Технические условия на качество включают все естественно упрочненные марки рельсовых сталей в соответствии с различными требованиями поставки. Рельсы с закаленными головками изготавливают из рельсовой стали UIC900A.

3. Выплавка и литье стали

После десульфурации следующая Стадия обработки проводится в печи с донным перемешиванием. После выпуска стали и грубого регулирования химического состава плавку помещают в ковшевую печь, где окончательно регулируются химический состав и температура. Следующий и последний этап — обработка в вакуумной установке для снижения содержания водорода. Как показывают измерения содержания водорода в промежуточном ковше перед литьем, в жидкой стали оно не превышает критического значения 2,5 ppm. Это гарантирует наибольшую чистоту исходного материала, поступающего в рельсопрокатный стан.

Непрерывное литье осуществляют в трехручьевой машине для литья блюмов сечением 250x360 мм. Эти размеры гарантируют минимальное 10кратное обжатие даже самых крупных из выпускаемых в настоящее время заготовок массой 68 кг/м. К тому же преобладание блюмов прямоугольного сечения с соотношением граней 1,44 не позволяет сегрегациям проникнуть в головку и подошву рельсов, что гарантирует благоприятную однородность вы соконагруженных участков.

Полученные таким способом блюмы маркируются: на переднем торце ставится номер плавки и блюма, что облегчает слежение за ними, а затем подаются на рельсопрокатный стан.

4. Прокатка и отделка рельсов

Размещение рельсопрокатного стана и оборудования поточной линии отделки показано на рис. 2. Блюмы, выходящие из машины для непрерывного литья, загружают в 140т печь с шагающим подом, обогреваемую природным газом. Блюмы подаются как с промежуточных стеллажей, так и непосредственно после литья, т.е. нагретыми. Время нагрева составляет 2—3 ч, что обеспечивает равномерность нагрева. На выходе из печи с шагающим подом проводится удаление окалины подачей воды под давлением 200 бар, а затем прокатка до исходного размера в обжимной клети 900.

Для получения готового рельса требуется 10 проходов, причем один проход выполняется в обжимном стане, а остальные девять — в линии трехвалковых чистовых клетей.

Линия чистовых клетей состоит из трех клетей: двух трехвалковых черновых клетей и одной двухвалковой чистовой клети. Последовательность прокатки: пять проходов в трехвалковой черновой клети №1, три прохода в трехвалковой черновой клети №2 и один проход в двухвалковой чистовой клети, а также наличие четырех подъемнокачающихся столов позволяют осуществлять двуручьевую про , катку, что увеличивает производительность < за смену, повышает точность, улучшает качество поверхности и гибкость процесса, так как при этом облегчается переход к другой конструкции ручья в чистовой клети. В двухвалковой чистовой клети всегда имеются чистовые калибры трех типов.

В принципе последовательность проходов соответствует калибровке валков Бартшерера и представляет собой универсальную калибровку валков.

Материал подвергают обработке водой под высоким давлением для снятия окалины непосредственно перед входом в калибр, но в случаях особо ответственных проходов необходимо удаление и окалины, образующейся в прокатном стане. Для этого также используют воду под высоким давлением. Получение поверхности высокого качества достигается за счет дополнительной смазки калибра, тщательного обслуживания валков, направляющих и рольгангов.

Полученные рельсы длиной до 125 м затем направляют на шагающий холодильник. Для этой цели рельс полной длины перемещается на наклонном рольганге к холодильнику, расположенному на 4 м выше уровня пола. Это обеспечивает возможность поступления рельса непосредственно от холодильника на участок отгрузки.

Примерно на расстоянии 10 м от высокорасположенного транспортного рольганга находится машина для маркировки в горячем состоянии. Она установлена на подводящем рольганге и маркирует соответствующим номером полку каждого рельса, входящего на рольганг. Максимальная скорость поступления рельсов 4 м/с. Маркировка полностью автоматизирована: все данные, необходимые для маркировки, вводятся или непосредственно от центрального компьютера, управляющего про изводством, или путем ввода данных в операционный терминал.

Полностью автоматизированы также операции обрезки ведущего конца, позиционирования рельса полной длины с помощью направляющего толкателя и транспортировки к холодильнику. Шагающий холодильник имеет длину 125 и ширину 18 м. Межрешеточные расстояния в горячей части составляют 1м, а в холодной 1,75 м. Подъемные устройства и толкатели имеют гидравлический привод.

После охлаждения в течение 2—4 ч рельс полной длины подается на шлеппер. Автоматизированная система перемещает рельс на стационарном решетчатом конвейере и подает его на выходящий рольганг для правки на роликовой правильной машине.

После охлаждения по меньшей мере до 50 °С выходящий рольганг доставляет прокат к манипулятору правильной машины. Как только манипулятор захватывает рельс, рольганг отключается, и рельс устанавливается с помощью манипулятора в семишпиндельную горизонтальную правильную машину.

При медленном охлаждении неразрезанного рельса он несколько деформируется в холодильнике перед правкой. При этом остаточные напряжения малы и требуются меньшие усилия при правке. Более важным является то, что сохраняется равномерная высота рельса по всей длине и снижается доля направленных концов, т.е. не снижается выход годного.

Для изготовления рельсов с закаленной головкой разработан специальный способ. Фирма Фёст Альпинен назвала свои термообработанные рельсы HSHрельсы, т.е. рельсы со специально закаленными головками. В этом процессе термическая обработка рельсов марки 900А проводится с температуры прокатки. Рельсы длиной до 120 м поднимаются подъемным устройством сразу же на выходе из прокатного стана и опускаются головкой вниз в водный раствор синтетической закалочной среды специального состава и температуры (рис. 3).

Закалочный манипулятор переворачивает рельс, доставленный направляющим толкателем к закалочной ванне. Рельсы поворачивают так, что они могли быть погружены в ванну головкой вниз. Глубина погружения регулируется таким образом, чтобы закалке подвергалась только головка рельса. Это позволяет избежать резкого охлаждения более тонких участков шейки рельса.

После термической обработки рельс помещают на конвейер и транспортируют на холодильник для окончательного охлаждения. Весь процесс закалки от входа рельса на рольганг

5. Контроль рельсов

Производственный процесс изготовления рельсов завершает контроль и испытания соответствующими методами, которые проводятся непрерывно в испытательном центре.

Такое оборудование необходимо при поставке рельсов для так называемых высокоскоростных магистралей, на которых скорость поезда превышает 100 миль/ч (160 км/ч). Допуски на вертикальную геометрию рабочих участков рельса составляют для таких рельсов до 0,3 мм на трехметровой базе измерений.

Автоматический ультразвуковой дефектоскоп для выявления внутренних дефектов (ситовой пористости, сегрегаций химических элементов, флокенов и микровключений в головке, шейке и подошве рельса по всей его длине) имеет пять испытательных зондов вторичной эмиссии. Это позволяет контролировать все опасные зоны сечения рельса (рис.

Установку калибруют просверленными сбоку отверстиями или с помощью дискообразных отражателей диаметром 2 мм. Результаты испытаний оцениваются компьютером и печатаются. Бракованные рельсы маркируются.

Наличие поверхностных дефектов в рельсах выявляют на автоматической установке, основанной на действии вихревых токов, которая была введена в эксплуатацию в 1993 г.

Для испытания плоских участков, например подошвы рельса, используют стационарные вращающиеся головки, каждая из которых снабжена двумя вращающимися щупами. Испытания кромок и радиусов проводят с помощью косых катушек. Вращающиеся щупы пригодны главным образом для выявления продольных трещин. Бели максимальная чистота поверхности испытуемого образца составляет ~ 90 мкм, то продольная трещина глубиной от 0,3 мм и длиной от 10 мм может быть легко с высокой воспроизводимостью обнаружена. Косые катушки используют в основном для обнаружения поперечных трещин.

В дополнение к уже используемым автоматизированным установкам для визуальных испытаний на рельсовом складе планируется установить устройство для непрерывного измерения профиля по всей длине рельса. Это позволит измерить не только основные параметры рельса: глубину, ширину головки, ширину подошвы, толщину шейки и асимметрию рельса, но и полный профиль рельса.

6. Система планирования выпуска продукции и отслеживания материала

Системы обработки данных на производственном и административном уровне уже эксплуатируются, так что совершенно естественно возникла необходимость встраивания новой системы. В результате появилась трехуровневая модель (рис. 7), где каждый уровень вы* полняет свою задачу.

Наложенный MVSуровень (система слежения за материалом) прямо связан с соответствующими SPSконтрольными устройствами и объединяется с ними в модели процесса (в систему контроля и слежения за материалом). На этом уровне работает система слежения за продуктом в процессе его изготовления. Диапазон эффективности системы слежения за продуктом охватывает стадии производства от печи с шагающим подом до выхода из роликовой правильной машины. Движение материала на этих участках ограничено. Функции системы: графическая визуализация технологической схемы производства, данные измерений, сбор, соединение и передача реальных данных, относящихся к технологическому процессу.

Поступающие от потребителей заказы собираются в соответствии с определенным критерием. Они в свою очередь группируются в партии для прокатки, гарантирующие максимально возможное использование максимальной длины проката. Такое многостадийное планирование, учитывающее имеющиеся в распоряжении незагруженные склады, гарантирует высокую гибкость процессов планирования и производства.

Сложность системы требует эффективного аппаратного обеспечения и незамкнутой опе рационно безопасной инструментальной системы. В аппаратной системы в настоящее время используются два компьютера, расположенных в виде блока. Компьютеры интегрированы в сеть, охватывающую весь завод. В качестве периферии используют дисплеи XWindows, а также обычные дисплеи для полуграфического изображения. Разработка программного обеспечения основана на соответствующей системе базы данных и на недавно разработанном инструменте, позволяющем создать модель процесса и осуществить его графическую визуализацию.

7. Склад для хранения рельсов

В настоящее время фирма Фёст Альпинен Шинен имеет единственный в мире рельсопрокатный стан, позволяющий производить и поставлять потребителю несварные рельсы длиной 120 м.

Уже в 1993 г. было изготовлено 25000 т ультрадлинных рельсов, а в перспективе ожидается увеличение выпуска продукции до 100000 т в год. В начале 1994 г. вступил в строй новый склад для складирования и погрузки рельсов длиной 60—120 м. Основной особенностью нового склада является полностью автоматизированная и управляемая компьютером система хранения и отгрузки рельсов, что осуществляется специально сконструированными крановыми установками (рис. 9).

Склад состоит из 18 рядов штабелей, причем в каждом штабеле может храниться 10 связок по 8 рельсов в каждой. Рельсы транспортируются на склад рольгангом прямо от линии производства.

После появления рельса на рольганге перед складом проводится сравнение данных, посланных в компьютер склада производственным компьютером, и "заказом на хранение", выданным компьютером, распределяющим продукцию на складе. Если данные согласуются, то дальнейшей транспортировкой рельса командует компьютерраспределитель склада. Он же осуществляет слежение за транспортировкой.

Между рольгангом и складом расположен буферный стеллаж, на котором достаточно места для размещения до 12 рельсов. Два фронтальных положения буферного стеллажа — это положения подъема для складского крана. Компьютерраспределитель склада полностью автоматически управляет хранением рельсов в соответствии с имеющимися данными, т.е. количеством рельсов, профилем, маркой, длиной и местом хранения. Отдельные связки рельсов полностью автоматически отделяются нижними плитами. Помимо распределения рельсов компьютер склада осуществляет обработку данных.

Аналогично процессу хранения рельсы вывозятся и перемещаются в другое место при вводе соответствующего задания в терминал компьютера. Когда рельсы вывозятся со склада, они автоматически транспортируются к вагонам. Погрузка и укладка рельсов в вагоны проводятся вручную.

Блюмы, полученные непрерывным литьем, являются уже в течение многих лет исходным материалом для изготовления рельсов на заводе в Донавитце. Наибольшее внимание уделено достижению минимального содержания водорода и высокой чистоты. Сталь для изготовления рельсов подвергается дегазации в установке для удаления водорода, этот процесс сопровождается раскислением углеродом в вакууме. Отсутствие включений алюминидов благоприятно влияет на усталостную прочность. Использование рельсов HSH с закаленной головкой способствует дальнейшему улучшению их свойств, так как эти рельсы имеют мелкоперлитную структуру на глубине до 25 мм, что обеспечивает высокую прочность их поверхности.

В начале 1990 г. были установлены новое оборудование и новая поточная линия доводки, в которой рельсы подвергались термообработке непосредственно с прокатного нагрева. Оборудование позволяет подвергать термической обработке рельсы длиной до 125 м. Износостойкость таких рельсов гораздо выше, чем высокоизносостойких рельсов марки 1100, использовавшихся ранее. Результаты были подтверждены широкомасштабными испытаниями.

После охлаждения естественно упрочненные рельсы и рельсы с закаленными головками подвергаются правке на полную длину в роликовой правильной машине. Это позволяет уменьшить долю неправленых концов без снижения производительности. Кроме того, по всей длине рельса сохраняется равномерная высота, поскольку разрезка на мерные длины осуществляется после правки в роликовой машине.

Неразрушающий контроль рельсов проводится в центре испытаний поточной линии. Здесь производится бесконтактное измерение с помощью четырех лазерных измерительных щупов вертикальной геометрии рабочей поверхности рельса, что является необходимым условием поставки рельсов для высокоскоростных магистралей. Имеется автоматически управляемый ультразвуковой аппарат для выявления внутренних дефектов. Выявление поверхностных дефектов проводится с помощью недавно разработанной установки, основанной на принципе вихревых токов.

Оборудование для изготовления и контроля рельсов позволяет производить в Донавитце и поставлять рельсы, удовлетворяющие самым высоким требованиям. Существенным преимуществом для потребителей является возможность получать естественно упрочненные и закаленные рельсы длиной до 120 м. Таким образом, рельсопрокатный стан в Донавитце является первым в мире, поставляющим потребителям несварные рельсы такой длины.

Для соответствующих манипуляций с ультрадлинными рельсами построен полностью автоматизированный склад для рельсов длиной 120 м.

Разработана система планирования производства и отслеживания материала. Эта система особенно важна для тотального управления качеством и позволяет контролировать процесс на отдельных стадиях производства.

Высокий уровень качества всех процессов и стадий был подтвержден широкомасштабными испытаниями в соответствии со стандартом DIN/IS09001/EN29001/, что удостоверено сертификацией DET NORSKE VERITAS.

Продолжая работу по дальнейшему совершенствованию технологии производства рельсов и по применению испытательных и информационных технологий в соответствии с новейшими достижениями, фирма Фёст Алытинен Шинен предпринимает дальнейшие шаги в направлении надежности и увеличения конкурентоспособности рельсов.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 3, Москва 1994