專利名稱：鋼軌軋制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軋鋼領(lǐng)域，尤其是一種鋼軌軋制方法。
背景技術(shù)：
目前，現(xiàn)代化的鋼軌生產(chǎn)企業(yè)一般采用世界上先進、成熟的七機架或五機架分離布置的萬能法軋制生產(chǎn)模式，軋制生產(chǎn)線由BD區(qū)域和萬能區(qū)域組成，BD區(qū)域由BD1、BD2機組構(gòu)成，萬能連軋機組由萬能粗軋機、軋邊機和精軋機組成。 鋼軌BD機組的輥系由上下水平輥組成，采用直軋方式，BD區(qū)域孔型如圖1和圖2所示。 鋼軌萬能軋機輥系由上下水平輥和傳動側(cè)、操作側(cè)兩個立輥組成萬能粗軋孔型，萬能區(qū)域的孔型如圖3所示。 在鋼軌新品種研發(fā)設(shè)計過程中，降低新品種開發(fā)成本、縮短新品種開發(fā)周期，是任何新產(chǎn)品開發(fā)都想達到的目的。由于萬能法軋制鋼軌最大的工藝設(shè)計難度是BD區(qū)的軋制工藝設(shè)計，因此謀求對尺寸相近的鋼軌應(yīng)用同一 BD區(qū)軋制工藝，以期大大縮短新品種的開發(fā)周期，提高鋼軌品種的開發(fā)成功率，此外，BD區(qū)與萬能區(qū)的過渡孔型是BD區(qū)的最后一個孔即先導(dǎo)孔和萬能區(qū)的第一個孔即萬能粗軋孔，因此BD先導(dǎo)孔和萬能粗軋孔的匹配，是新品種軋制設(shè)計過程中的難點、要點，也是鋼軌設(shè)計過程中必須考慮和解決的一個問題。決定先導(dǎo)孔和萬能粗軋孔匹配設(shè)計合理性的因素有以下四方面。
—、腹腔的加工程度 軋件從先導(dǎo)孔軋出后進入萬能粗軋孔，萬能粗軋孔水平輥將對軋件的腹腔進行加工。在正常情況下，軋件在萬能粗軋孔強制展寬，萬能初軋水平輥對軋件進行了充分的加工，軋件的腹腔以及頭、底金屬都按照設(shè)計孔型進行變形，此時規(guī)格尺寸比較理想，從實際生產(chǎn)中最終軋件看，產(chǎn)品都能達到設(shè)計規(guī)格。 軋件從先導(dǎo)孔加工出來后，要進入萬能粗軋孔進行加工，軋件在萬能粗軋孔型中進行加工的展寬過程中，軋件受到軋輥壓力作用，軋件各部分金屬開始變形、流動充填孔型，在適當壓下量的情況下，軋件各部分金屬能夠很好的充滿型腔，而軋件本身也得到了很好的加工。軋件經(jīng)過萬能粗軋孔后進入萬能中軋孔型，最后再在萬能精軋孔型中加工成成
PR o 如果多個不同規(guī)格鋼軌共用開坯孔型，一般選擇尺寸在中間的品種為依據(jù)制定BD區(qū)軋制工藝，這時，尺寸相對小的品種從先導(dǎo)也到萬能粗軋孔其展寬為正，在這個過程中，軋件逐漸展寬，在每個孔型中都能得到良好的加工，經(jīng)過最終取樣檢查，軋件的腹腔、頭腰連接處以及腰底連接處等部位得到了良好的加工，從通長規(guī)格看，波動也很小，最終成為合格的成品。 尺寸相對大的品種從先導(dǎo)也到萬能粗軋孔其展寬為負，即由先導(dǎo)孔出來的軋件腹腔尺寸大于萬能初軋水平輥尺寸，軋件進入萬能粗軋孔型腹腔被加工的程度較少，會對軋件規(guī)格產(chǎn)生一定的影響當軋件從先導(dǎo)孔進入萬能粗軋孔軋制時，軋件的腹腔由于在萬能孔型的約束下進行負方向展寬，由于金屬變形具有塑性流動性，軋件腰部金屬會向孔型中 未加工到的地方流動，擠出多于的金屬，造成最終產(chǎn)品出現(xiàn)折疊；與此同時，由于萬能水平 輥只能對軋件的腹腔進行一部分加工，這就使軋件的腹腔兩端受力不均勻，軋件出孔型后 出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象，產(chǎn)生廢鋼；負展寬太大，從成品規(guī)格上看，軋件的腹腔通長波動大，影響鋼軌質(zhì)量。 二、頭、底拉縮量 軋件在進行軋制時，軋件頭部、腰部和底部的金屬在孔型的作用下進行延伸，它們 所含的金屬量不同，在延伸時金屬的秒流量也不一致，這樣就會導(dǎo)致軋件各部分拉縮現(xiàn)象。 鋼軌軋件從先導(dǎo)孔出來進入萬能粗軋孔時，軋件各部分金屬由于延伸后斷面減小。軋件的 腰部在孔型的作用下展寬延伸的最快。軋制過程中，腰部展寬太大，腰部金屬向前流動的速 度就會比頭部、底部的快得多，導(dǎo)致頭部、底部流動速度慢的金屬向腰部流動，造成鋼軌頭 部、底部的拉縮。頭部和底部的金屬向腰部流動后，就不能保持頭部和底部的金屬量，導(dǎo)致 頭部和底部充不滿，軋件頭部和底部的完整性不能得到保證。
三、孔型磨損均勻性 在正常軋制過程中，先導(dǎo)孔和萬能粗軋孔腹腔設(shè)計合理，孔型的磨損是很均勻的， 在軋輥沒有達到軋制量極限時，孔型磨損對成品的質(zhì)量、規(guī)格影響不大。在不同規(guī)格鋼軌共 用開坯孔型時，先導(dǎo)孔和不同萬能粗軋孔型匹配不合理，孔型磨損會不均勻?？仔偷牟痪鶆?磨損，使軋件形狀、尺寸發(fā)生不均勻變化，還導(dǎo)致前后孔型的銜接出現(xiàn)問題，將增加換輥次數(shù)。 若不同規(guī)格的鋼軌在生產(chǎn)中應(yīng)用同一BD區(qū)軋制工藝，軋件從先導(dǎo)孔軋出后進入 萬能粗軋孔，軋輥壓迫軋件使其展寬，軋輥必然受到磨損。其中較大規(guī)格鋼軌先導(dǎo)孔和萬能 粗軋孔腹腔斜度差相對較小，在軋制過程中軋輥磨損比較均勻，成品軋件規(guī)格穩(wěn)定。而較小 規(guī)格鋼軌先導(dǎo)孔和萬能粗軋孔腹腔斜度相對較大，在軋制過程中孔型中腹腔斜度部分軋輥 磨損嚴重，軋輥磨損程度不均勻，孔型形狀遭到破壞，這樣難以保障軋件的規(guī)格。實際生產(chǎn) 中也發(fā)現(xiàn)，在軋輥受到不均勻磨損后，那些磨損比較嚴重的斜度部分減小了對軋件的加工 能力，軋件表面很容易粘氧化鐵皮，對軋件的表面質(zhì)量產(chǎn)生影響?？仔托倍炔町惔?，軋輥磨 損嚴重，減小了軋輥的使用周期、增加了換輥頻率，降低了生產(chǎn)效率。
四、軋件咬入條件的限制 設(shè)計時，軋件咬入條件是先導(dǎo)孔和萬能粗軋孔腹腔尺寸選擇的依據(jù)之一。從先導(dǎo) 孔到粗軋孔正展寬越大，咬入條件越差，當正展寬大到一定程度時，即使軋件在大的沖擊和 足夠的電機功率作用下進入了軋輥孔型，在軋件上也容易出現(xiàn)鋼軌頭側(cè)金屬或腿側(cè)金屬被 萬能粗軋腹部輥環(huán)切入頭腰連接處或底腰連接處。在頭腰或底腰連接處的金屬最終被壓入 腰部，形成通長折疊。 終上，雖然有對不同規(guī)格鋼軌應(yīng)用同一BD區(qū)軋制工藝的鋼軌軋制方法的設(shè)想，但 將其真正應(yīng)用到實際的軋制生產(chǎn)中還須考慮上述因素之間的矛盾，確定滿足何種尺寸條件 的鋼軌品種可以應(yīng)用同一 BD區(qū)軋制工藝
發(fā)明內(nèi)容
是提供一種能夠縮短新品種開發(fā)周期的鋼軌軋制方法。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是鋼軌軋制方法，包括BD區(qū)軋制工藝 和萬能區(qū)軋制工藝，BD區(qū)的最后一個孔型為先導(dǎo)孔，萬能區(qū)的第一個孔型為萬能粗軋孔，對 43kg/m 75kg/m規(guī)格的鋼軌，應(yīng)用同一 BD區(qū)工藝軋制不同規(guī)格鋼軌的參數(shù)范圍為軌底 寬差A(yù)D《15mm、腰厚差A(yù)E《5mm、軌高差A(yù)C《25mm，軌底寬差A(yù)D、腰厚差A(yù)E、軌高差 A C定義如下設(shè)D1 、 Cl 、E1分別是某一規(guī)格鋼軌的軌底寬度、軌高、腰厚，D2、 C2、 E2分別是 另一規(guī)格鋼軌的軌底寬度、軌高、腰厚，AD= |D1-D2|， AC= |C1-C2|， AE= |E1_E2|。
先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的孔型過渡滿足腹腔展寬L為-3mm +5mm ;腿腰連接圓弧 及頭腰連接圓弧半徑差A(yù)R《lOmm;對腿內(nèi)側(cè)單斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度與萬能粗軋 孔腿內(nèi)側(cè)斜度差為5。 8° ，對腿內(nèi)側(cè)雙斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度與萬能粗軋孔腿內(nèi) 側(cè)斜度差為3。 6° 。 本發(fā)明的有益效果是針對萬能軋機的特點，提出本發(fā)明的鋼軌軋制方法，可削減 更換品種時準備BD區(qū)軋輥的時間，大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合軋制經(jīng)驗 給出了由先導(dǎo)孔過渡到萬能粗軋孔可參照的孔型參數(shù)變化，新產(chǎn)品約可縮短二分之一的開 發(fā)時間，開發(fā)成功率可提高一倍，本發(fā)明可應(yīng)用于43kg/m 75kg/m規(guī)格的鋼軌。


圖1是鋼軌軋制生產(chǎn)線BD1機組的孔型序列圖。
圖2是鋼軌軋制生產(chǎn)線BD2機組的孔型序列圖。
圖3是鋼軌軋制生產(chǎn)線萬能區(qū)域的孔型序列圖。
圖4是成品鋼軌的規(guī)格參數(shù)說明圖。
圖5是單斜度先導(dǎo)孔過渡到單斜度萬能粗軋孔。
圖6是單斜度先導(dǎo)孔過渡到雙斜度萬能粗軋孔。
圖7是先導(dǎo)孔過渡到萬能粗軋孔的腹腔展寬示意圖。 圖中標記為，l-先導(dǎo)孔，2-萬能粗軋孔，a-先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度，a 1_萬能粗軋孔 腿內(nèi)側(cè)斜度，a2-萬能粗軋孔靠近腿端一段的斜度，a3-萬能粗軋孔靠近軌腰一段的斜 度，LI-先導(dǎo)孔腹腔寬度，L20萬能粗軋孔腹腔寬度，Rl腿腰連接圓弧，R2-頭腰連接圓弧， D-軌底寬，E-腰厚，C-軌高。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 如圖1 圖7所示，根據(jù)軋制實踐結(jié)合長期的孔型參數(shù)對比得出本發(fā)明的鋼軌軋 制方法，包括BD區(qū)軋制工藝和萬能區(qū)軋制工藝，BD區(qū)的最后一個孔型為先導(dǎo)孔l，萬能區(qū)的 第一個孔型為萬能粗軋孔2，對43kg/m 75kg/m規(guī)格的鋼軌，應(yīng)用同一 BD區(qū)工藝軋制不 同規(guī)格鋼軌的參數(shù)范圍為軌底寬差A(yù)D《15mm、腰厚差A(yù)E《5mm、軌高差A(yù)C《25mm， 軌底寬差A(yù)D、腰厚差A(yù)E、軌高差A(yù)C定義如下設(shè)D1、C1、E1分別是某一規(guī)格鋼軌的軌底 寬度、軌高、腰厚，D2、C2、E2分別是另一規(guī)格鋼軌的軌底寬度、軌高、腰厚，AD= |D1_D2|， AC= |C1-C2|， AE= lEl-E2l，對在上述參數(shù)范圍內(nèi)的不同規(guī)格的鋼軌應(yīng)用了同一BD區(qū) 軋制工藝，從而削減了更換品種時準備BD區(qū)軋輥的時間，大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。
進一步考慮由先導(dǎo)孔1到各個品種的萬能粗軋孔2的過渡，對于本發(fā)明的鋼軌軋 制方法，優(yōu)選先導(dǎo)孔1到萬能粗軋孔2的孔型過渡滿足腹腔展寬L = -3mm +5咖，其中， L = L2-L1， LI為先導(dǎo)孔腹腔寬度，L2為萬能粗軋孔腹腔寬度；腿腰連接圓弧Rl及頭腰連 接圓弧R2半徑差A(yù)R《lOmm， AR= |R1_R2| ;對腿內(nèi)側(cè)單斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度a 與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度al差為5。 8° ，即a-al = 5° 8° ，對腿內(nèi)側(cè)雙斜度鋼 軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度a與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度a2、 a3差為3。 6° ，即a-a2 = 3° 6° ，a3-a =3° 6° 。 一般在對幾個尺寸接近的鋼軌品種進行孔型設(shè)計時，先依 尺寸在中間的品種來設(shè)計先導(dǎo)孔1，再依據(jù)上述參數(shù)范圍設(shè)計出各品種各自的萬能粗軋孔 2， 一般都能滿足軋制要求，從而提高了新品種開發(fā)成功率。
上述參數(shù)值變化范圍的得出是依據(jù)以下結(jié)合實踐的分析
—、腿內(nèi)側(cè)斜度差值 現(xiàn)有所有先導(dǎo)孔孔型設(shè)計中，其腿內(nèi)側(cè)斜度都是單斜度。 如圖5所示，若鋼軌成品是單斜度，則萬能粗軋孔2也設(shè)計成單斜度，先導(dǎo)孔1和 萬能粗軋孔2的斜度容易找出匹配關(guān)系。 一般來說，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度a比萬能粗軋孔腿 內(nèi)側(cè)斜度al大5。 8°就能滿足孔型均勻磨損的要求，考慮到萬能粗軋之后還有2 3 道次的單獨軋制，則根據(jù)軋制實踐，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度a比萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度al大 8° 12°也能滿足規(guī)格尺寸的要求。 如圖6所示，若鋼軌成品是雙斜度，則萬能粗軋孔2 —般也采用雙斜度，應(yīng)考慮萬 能粗軋孔2的兩段斜度即靠近腿端一段的斜度a 2及靠近軌腰一段的斜度a 3與先導(dǎo)孔腿 內(nèi)側(cè)斜度a的匹配關(guān)系，先導(dǎo)孔l的同一段直線要變成兩段不同斜度的直線，必須兼顧不 同斜線段的匹配性，即a2< a < a3。 靠近軌腰一段的斜度a 3較大，在軋制中，磨損最快；而靠近腿端一段的斜度a 2 較小，磨損不嚴重，若a2< a < a3，便能滿足孔型磨損和軋制表面質(zhì)量的要求。若萬能 粗軋孔兩斜度a2、a3相差太大，則優(yōu)先考慮先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度a與靠近軌腰一段的斜度 a 3的斜度匹配性。從國內(nèi)外鋼軌軌型看，雙斜度的鋼軌斷面，可以只考慮靠近軌腰一段的 斜度a3，根據(jù)軋制實踐，a-a 3 = 3° 6°才能滿足孔型均勻磨損的要求。
二、腹腔展寬 如前所述，腹腔展寬將影響軋件腰部加工程度、出鋼平直、頭底拉縮、腰部表面質(zhì) 量、軋件咬入等問題。要準確確定先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的腹腔展寬L，主要結(jié)合上述幾個方 面進行考慮。 如圖7所示，先導(dǎo)孔腹腔寬度為L1，萬能粗軋孔腹腔寬度為L2，考慮出鋼平直，不
產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，腹腔能得到良好的加工，先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的腹腔展寬L = L2-L1， L > -3mm
能滿足生產(chǎn)要求。如果負展寬太大，則軋件在孔型中沒有受到約束，頭底延伸不均會導(dǎo)致軋
件在孔型出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)趨勢，在沒有孔型控制的情況下便形成軋件的通長扭轉(zhuǎn)。 考慮頭底拉縮對孔型充填的影B向，則應(yīng)參照鋼軌頭底來料金屬量，以及頭底在萬
能各道次的側(cè)向壓下量和在軋邊道次的垂直壓下量。從軋制實踐來看，先導(dǎo)孔到萬能粗軋 孔的腹腔展寬L《+5mm能滿足腰部變形對頭底僅產(chǎn)生lmm左右頭、底拉縮量的要求。
考慮軋件的咬入。軋件的咬入受咬入速度、輥道運行速度、軋輥直徑、電機功率等 等因素的影響。因萬能孔型中立輥是被動輥，萬能初軋水平輥要順利實現(xiàn)軋件的咬入，主考慮輥環(huán)在垂直方向上的切入深度，按軋制實踐，切入來料單腿長腿的1/4以上便能咬入， 而切入深度與腿內(nèi)側(cè)斜度有關(guān)，一般來說，先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的腹腔展寬L《+5咖可順 利咬入。 考慮軋件腿腰連接及頭腰連接圓弧Rl、 R2過渡處折疊缺陷。從軋制實踐看，先導(dǎo) 孔到萬能粗軋孔的腹腔展寬L在-10mm +10mm，都能消除折疊缺陷。
綜上，先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的腹腔展寬L應(yīng)在-3mm +5mm。
三、過渡圓弧的匹配 過渡圓弧半徑設(shè)計也比較關(guān)鍵，如果圓弧設(shè)計不合理，軋件進入孔型后會產(chǎn)生孔 型磨損不均甚至折疊等質(zhì)量問題。通常孔型設(shè)計時，前后孔型的腿腰連接圓弧R1半徑差及 頭腰連接圓弧R2半徑差均《10mm可滿足生產(chǎn)要求。
實施例 某廠生產(chǎn)規(guī)格(底寬X軌高X腹腔寬度X腰厚，尺寸單位)分別為
GB60 (150X176X97X16. 5， mm)、UIC60 (150X172X89. 5X16. 5， mm)、 136RE(152. 4X 185. 74 X 106. 36X 17. 46， mm)、 115RE(139. 7X 168. 3X96. 84X 15. 88， mm)、GB75 (150X192X104. 4X20， mm) 的五種鋼軌，采用本發(fā)明的鋼軌軋制方法，即BD區(qū)軋制工藝以GB60作為標準進行 設(shè)計，其余四個品種應(yīng)用同于GB60鋼軌BD區(qū)的軋制工藝，生產(chǎn)出來的各個品種規(guī)格尺寸完 全符合標準的要求，腹腔充填良好，同時，腿腰連接、頭腰連接處也未出現(xiàn)折疊缺陷。
權(quán)利要求
鋼軌軋制方法，包括BD區(qū)軋制工藝和萬能區(qū)軋制工藝，BD區(qū)的最后一個孔型為先導(dǎo)孔(1)，萬能區(qū)的第一個孔型為萬能粗軋孔(2)，其特征是對43kg/m～75kg/m規(guī)格的鋼軌，應(yīng)用同一BD區(qū)工藝軋制不同規(guī)格鋼軌的參數(shù)范圍為軌底寬差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、軌高差ΔC≤25mm，軌底寬差ΔD、腰厚差ΔE、軌高差ΔC定義如下設(shè)D1、C1、E1分別是某一規(guī)格鋼軌的軌底寬度、軌高、腰厚，D2、C2、E2分別是另一規(guī)格鋼軌的軌底寬度、軌高、腰厚，ΔD＝|D1-D2|，ΔC＝|C1-C2|，ΔE＝|E1-E2|。
2. 如權(quán)利要求1所述的鋼軌軋制方法，其特征是先導(dǎo)孔(1)到萬能粗軋孔(2)的孔型過渡滿足腹腔展寬L為-3mm +5mm ;腿腰連接圓弧(Rl)及頭腰連接圓弧(R2)半徑差A(yù)R《lOmm;對腿內(nèi)側(cè)單斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度(a)與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度(al)差為5° 8° ，對腿內(nèi)側(cè)雙斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度(a)與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度(a2、 a3)差為3° 6° 。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能夠縮短新品種開發(fā)周期的鋼軌軋制方法，包括BD區(qū)軋制工藝和萬能區(qū)軋制工藝，BD區(qū)的最后一個孔型為先導(dǎo)孔，萬能區(qū)的第一個孔型為萬能粗軋孔，對43kg/m～75kg/m規(guī)格的鋼軌，應(yīng)用同一BD區(qū)工藝軋制鋼軌的參數(shù)范圍為軌底寬差ΔD≤15mm、腰厚差ΔE≤5mm、軌高差ΔC≤25mm，先導(dǎo)孔到萬能粗軋孔的孔型過渡滿足腹腔展寬L為-3mm～+5mm；腿腰連接圓弧及頭腰連接圓弧半徑差ΔR≤10mm；對腿內(nèi)側(cè)單斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度差為5°～8°，對腿內(nèi)側(cè)雙斜度鋼軌，先導(dǎo)孔腿內(nèi)側(cè)斜度與萬能粗軋孔腿內(nèi)側(cè)斜度差為3°～6°，可大大縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，新產(chǎn)品約可縮短二分之一的開發(fā)時間，開發(fā)成功率可提高一倍，可應(yīng)用于43kg/m～75kg/m規(guī)格的鋼軌。
文檔編號B21B1/085GK101712044SQ200910311439
公開日2010年5月26日 申請日期2009年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月15日
發(fā)明者林剛, 王彥中, 程鋮, 陶功明, 馬朝輝 申請人:攀枝花新鋼釩股份有限公司;攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司