60 kg/m重軌斷面尺寸的穩(wěn)定性分析

■ 余選才　段文　董茂松

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60 kg/m重軌斷面尺寸的穩(wěn)定性分析

■ 余選才段文董茂松

摘 要：論述重軌軋制工藝，從軋制溫度、萬能軋機(jī)裝配精度、萬能軋機(jī)標(biāo)定和壓下量規(guī)程調(diào)整方面分析影響斷面尺寸穩(wěn)定的原因，從制定嚴(yán)格溫度控制標(biāo)準(zhǔn)，做好軋輥裝配檢查、保證備輥質(zhì)量，總結(jié)標(biāo)定方法、提高標(biāo)定精度，合理分配壓下量、保證微堆鋼軋制等方面提出提高斷面尺寸穩(wěn)定性的措施。

關(guān)鍵詞：60 kg/m；重軌；斷面尺寸；穩(wěn)定性；分析；軋制溫度

近幾年，60 kg/m重軌在高速鐵路和客運(yùn)專線上應(yīng)用越來越多。因此，安全性是鋼軌在使用過程中的首要問題。鋼軌鋪設(shè)需將兩條鋼軌的接頭采用焊接工藝將其連接。鋼軌斷面尺寸的波動(dòng)影響其焊接性能，也會(huì)在一定程度上影響運(yùn)用過程中的平穩(wěn)性。

百米鋼軌的斷面尺寸超標(biāo)將造成批量改切為25 m定尺鋼軌或判廢，產(chǎn)生質(zhì)量事故，大幅降低重軌的百米挑出率和綜合成材率，增加了生產(chǎn)成本。因此，提高鋼軌斷面尺寸的穩(wěn)定性極為重要。

1 重軌軋制工藝

重軌軋制工藝流程見圖1。

武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司武鋼股份條材總廠大型分廠軋制線采用開坯機(jī)（BD1）→開坯機(jī)（BD2）→萬能粗軋機(jī)（UR）→可橫向移動(dòng)的軋邊機(jī)（ED，包括ER和EF兩個(gè)不同孔型）→萬能精軋機(jī)（UF）的工藝布置模式（見圖2）。

圖1　重軌軋制工藝流程　

在實(shí)際生產(chǎn)中，存在軋制溫度、孔型系統(tǒng)、輥縫標(biāo)定、壓下規(guī)程、連軋張力等各種因素，影響重軌尺寸的穩(wěn)定性，任何一個(gè)因素失控將導(dǎo)致斷面尺寸的波動(dòng)。

2　影響斷面尺寸穩(wěn)定的原因分析

圖2　重軌軋制線工藝布置模式

BD1和BD2均為開坯軋制，萬能軋機(jī)為精軋，精確控制重軌的斷面尺寸主要依靠萬能軋機(jī)完成。因此，主要分析萬能軋機(jī)對(duì)尺寸的影響。重軌半萬能成品孔型及關(guān)鍵斷面尺寸示意見圖3。由于重軌終軋是半萬能軋制，沿軌高、腰厚和頭寬方向是限制寬展，而底部沿厚度方向受UF水平輥和立輥的限制，沿底寬方向沒有限制，是自由寬展。相比之下，軋制過程中底寬波動(dòng)較明顯，斷面尺寸控制過程中最難控制且最容易失控。因此，重軌斷面尺寸的波動(dòng)主要表現(xiàn)形式是底寬的波動(dòng)。

圖3　重軌半萬能成品孔型及關(guān)鍵斷面尺寸示意圖

影響重軌斷面尺寸穩(wěn)定性的主要因素有軋制溫度、萬能輥系裝配精度、萬能軋機(jī)標(biāo)定、萬能軋機(jī)張力控制和壓下量分配（見圖4）。

圖4　重軌斷面尺寸的影響因素

2.1軋制溫度

在實(shí)際生產(chǎn)中，軋制溫度主要通過控制爐溫和在爐時(shí)間保證。對(duì)于特定的鋼質(zhì)，軋制最佳溫度處于一定的范圍，碳鋼最佳熱變形溫度為950～1 250 ℃[1]。各道工序來料的溫度變化，可通過軋機(jī)負(fù)荷和在爐時(shí)間判斷，斷面尺寸波動(dòng)也可通過微調(diào)控制。一般情況下，生產(chǎn)中溫度波動(dòng)較小時(shí)，斷面尺寸波動(dòng)小，易受控。當(dāng)軋制溫度較低時(shí)，鋼的塑形變差、變形抗力增加，沿縱向和橫向的流動(dòng)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，斷面尺寸會(huì)有明顯波動(dòng)。因此，軋制溫度是斷面尺寸波動(dòng)的要因。變形溫度對(duì)碳鋼的塑性影響示意見圖5。

圖5　變形溫度對(duì)碳鋼的塑性的影響示意圖

2.2萬能軋機(jī)裝配精度

萬能軋機(jī)裝配精度在一定程度上影響軋機(jī)的標(biāo)定和調(diào)整。例如，軋輥與兩側(cè)軸承的間隙、軋輥卡緊頭的松動(dòng)對(duì)軋輥的軸向調(diào)整均有明顯影響。軸向定位不準(zhǔn)和卡緊頭異常松動(dòng)將造成軸向力波動(dòng)、底部厚度和寬度波動(dòng)較大，引起尺寸超差。因此，萬能軋機(jī)軋輥和軸承裝配精度也是關(guān)鍵因素。

2.3萬能軋機(jī)標(biāo)定

軋機(jī)標(biāo)定是模擬軋制狀態(tài)并確定零輥縫的過程。只有快速準(zhǔn)確找到輥縫零位，軋機(jī)調(diào)整才有參考性和方向性。萬能軋機(jī)組包括UR、ED、UF 3架軋機(jī)，并最終確定成品尺寸，因此對(duì)輥縫標(biāo)定精度要求較高。標(biāo)定過程既要保證模擬軋制狀態(tài)，又要保證輥縫在準(zhǔn)確位置清零。從實(shí)際調(diào)整過程來看，萬能軋機(jī)標(biāo)定對(duì)斷面尺寸穩(wěn)定性的影響較大，也是主要因素。

2.4壓下量規(guī)程調(diào)整

來料大小對(duì)重軌成品尺寸也有一定影響，BD1、BD2是二輥軋制，來料尺寸大小很容易通過調(diào)整輥縫控制。在保證軋制溫度和鋼坯來料尺寸的前提下，BD2軋制過程中的尺寸微小波動(dòng)，對(duì)萬能軋機(jī)負(fù)荷有一定影響，但經(jīng)過萬能軋機(jī)的軋制后，對(duì)斷面尺寸的影響較小。BD2軋制過程不是斷面尺寸波動(dòng)的主要原因。

合理分配壓下量是軋鋼調(diào)整的基本要求。3架萬能軋機(jī)的水平輥和立輥輥縫、軸向位置、軋制線、上輥傾斜度等參數(shù)控制著重軌的斷面尺寸及對(duì)稱性。董永剛等[2]對(duì)重軌軌底寬展早有研究，通過對(duì)理論計(jì)算和實(shí)測(cè)值的比較可知：當(dāng)軌底壓下率保持不變而軌腰壓下率變大時(shí)，軌腰延伸系數(shù)變大。為了實(shí)現(xiàn)變形協(xié)調(diào)，軌底部分必須有額外的金屬向縱向流動(dòng)，以增加軌底的延伸。因此，軌底的寬展明顯變小。萬能軋機(jī)壓下量的分配是調(diào)整的核心環(huán)節(jié)，是主要因素。

萬能軋機(jī)是連軋機(jī)組，張力控制對(duì)通長(zhǎng)尺寸（即沿長(zhǎng)度方向不同位置的尺寸）的穩(wěn)定性有較大影響。一般情況下，嚴(yán)重堆軋和拉軋會(huì)造成通長(zhǎng)尺寸異常波動(dòng)。生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)堆拉關(guān)系失控造成尺寸超標(biāo)或頭尾尺寸相差較大的情況。因此，萬能軋機(jī)連軋張力控制是主要因素。

3　提高斷面尺寸穩(wěn)定性的措施

（1）制定嚴(yán)格的溫度控制標(biāo)準(zhǔn)。BD1開軋溫度和萬能軋制終軋溫度設(shè)定在一定范圍，生產(chǎn)過程中嚴(yán)格按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，溫度不達(dá)標(biāo)應(yīng)及時(shí)停軋待熱，保證軋制溫度。

（2）做好軋輥裝配質(zhì)量檢查，保證備輥質(zhì)量。萬能軋機(jī)軋輥和軸承裝配主要是控制裝配間隙，雖然問題較少出現(xiàn)，但一出現(xiàn)就造成調(diào)整困難，成品尺寸超差判廢。因此，要保證萬能軋機(jī)裝配合乎標(biāo)準(zhǔn)，為軋機(jī)標(biāo)定創(chuàng)造條件；在負(fù)荷狀態(tài)下監(jiān)控軋機(jī)的異常變化，減少異常因素的影響。

（3）總結(jié)標(biāo)定方法，提高標(biāo)定精度。在實(shí)際生產(chǎn)中，不斷摸索標(biāo)定方法，多次標(biāo)定不斷修正，準(zhǔn)確找到輥縫零位，精準(zhǔn)標(biāo)定對(duì)斷面尺寸控制效果明顯。

（4）合理分配壓下量，保證微堆鋼軋制。一般情況下，微堆鋼軋制有利于尺寸的穩(wěn)定控制。因此，在生產(chǎn)中多采用微堆鋼軋制，可將扭矩的波動(dòng)控制在一定范圍。合理分配壓下量是斷面尺寸控制最關(guān)鍵因素，軋輥輥徑和軋制溫度、輥縫標(biāo)定等影響可以靈活控制，沒有定量標(biāo)準(zhǔn)衡量，多數(shù)情況下采用經(jīng)驗(yàn)值。在生產(chǎn)中應(yīng)把握以下幾個(gè)原則：一是鋼在軋機(jī)間軋制時(shí)的走勢(shì)必須受控；二是盡可能保證軋機(jī)軋制負(fù)荷均衡，使鋼沿縱向均勻延伸，從粗軋到精軋壓下量應(yīng)逐漸減??；三是參考水平輥和立輥的相對(duì)壓下率，控制金屬量的流動(dòng)，保證金屬橫向流動(dòng)最小。

4　結(jié)論

（1）實(shí)際生產(chǎn)中，軋制溫度、輥系裝配、萬能軋機(jī)標(biāo)定、壓下量分配等因素影響重軌斷面尺寸穩(wěn)定性的控制。

（2）合理的軋制溫度控制是尺寸控制的基本條件，萬能軋機(jī)精準(zhǔn)標(biāo)定是尺寸穩(wěn)定控制的前提，優(yōu)化軋機(jī)標(biāo)定可以簡(jiǎn)化調(diào)整。

（3）壓下量的分配和連軋張力調(diào)整是控制環(huán)節(jié)的核心，合理分配壓下量是尺寸穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

5　參考文獻(xiàn)

[1] 王占學(xué)．塑形加工金屬學(xué)[M]. 北京：冶金工業(yè)出版社，2003.

[2] 董永剛，張文志，宋劍鋒. 鋼軌萬能軋制過程軌底寬展的理論及實(shí)驗(yàn)研究[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011(9)：2 676-2 679．

余選才：武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司武鋼股份條材總廠大型分廠，工程師 ，湖北 武漢，430083

段 文：武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司武鋼股份條材總廠大型分廠，工程師，湖北 武漢，430083

董茂松：武漢鋼鐵（集團(tuán)）公司武鋼股份條材總廠大型分廠，高級(jí)工程師，湖北 武漢，430083

責(zé)任編輯 盧敏

中圖分類號(hào)：TG26

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-061X（2016）02-0044-03