CN101255773B - 电气化铁路接触网支柱专用h型钢及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢及其制备工艺。H型钢钢种成分、产品尺寸和允许偏差采用不同体系的标准，在不同的生产环节执行不同体系的标准确保生产的顺利实施和产品质量的稳定。本发明根据接触网支柱的载荷分布及大小情况，设计出符合国内电气化铁路使用要求的接触网支柱专用H型钢，使其无论X方向、还是Y方向上的惯性矩、抗弯模数等力学参数均能达到承载要求，且不会造成材料的浪费。

Description

电气化铁路接触网支柱专用H型钢及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢及其制备工艺，属于H型钢技术领域。

背景技术

铁路电气化是中国铁路发展的最终目标。电气化铁路工程又称为“四电工程”，包括“接触网”、“变电”、“信号”、“通信”，其中以接触网作为铁路电气化工程的主构架。接触网主要包含以下几方面：1.基础构件，如水泥支柱、钢柱及支撑这些结构物的基础；2.基础安装结构件，主要作用是连接接触网导线和基础构件；3.接触网导线，作用是传输电流给电力机车；4.其他辅助构件，包括回流线、附加悬挂等。

接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，主要由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。其中，接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。所述支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。所述定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。所述支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。

支柱是接触网中最基本、应用最广泛的支撑设备，用来承受接触悬挂与支持设备的负荷。接触网支柱，按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢支柱两大类。

预应力钢筋混凝土支柱，简称为钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，它比普通钢筋混凝土支柱在同等容量情况下节省钢材、强度大、支柱轻等优点。钢筋混凝土支柱本身是一个整体结构，不需另制基础。

钢支柱以角钢焊成架结构，具有支柱较轻、强度高、抗碰撞、安装运输方便等优点。根据安装使用地点不同，钢柱的型号规格及外形结构也不同。

接触网支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、定位支柱道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。

近年来，随着电气化铁路新建和改造速度的加快，开始出现采用国标H型钢做铁路接触网支柱的趋势。

中国实用新型CN2637242(申请号03266628.4)公开了一种钢管混凝土接触网支柱，是一种由钢管和混凝土组合构成的中空筒体，其外部设有一钢管，所述钢管内设有由膨胀纤维混凝土离心构成的环状混凝土，该环状混凝土的外周缘与该钢管的内壁面均匀地紧密贴合设置。该实用新型提出的钢管混凝土接触网支柱克服了公知技术存在的缺陷，可适应各种气候环境条件，具有较大的容量、刚度和耐久性的；可同时承受60-150KN·m的垂直于线路方向的悬挂弯矩和承受30m/s的顺线路方向的风荷载，因此，提高了支柱的承载能力，且外观平顺光滑，无裂缝，改善了产品的质量；且在同等容量、且满足强度、刚度的条件下，较公知接触网支柱的截面小。中国实用新型CN2501958(申请号01264169.3)公开了一种特型横腹杆式预应力混凝土接触网支柱，由混凝上、预应力钢筋、箍筋及构造钢筋组成，其中，所述特型横腹杆式预应力混凝土接触网支柱内部沿横截面的高度边缘，即工字型截面的翼缘边缘设有预应力钢筋，所述支柱上设置有孔洞，孔洞的短边直线段长度小于50mm，所述支柱的地面高度为8.2到9.2米，在所述预应力混凝土接触网支柱下端设有固定部。该实用新型提出的支柱提高了产品的质量及使用寿命，随铁路路基的各种情况，对支柱柱身进行有效的固定，以满足施工现场的使用要求。中国实用新型CN2038524(申请号88200437.9)公开了一种适合于电气化铁道用组合式接触网支柱。该接触网支柱由支柱、底盘、斜拉索、托盘、主枕和配重支架组成。该组合式接触网支柱重量轻、易搬运、操作简便，特别适合于电气化铁路区段抢修接触网支柱事故时使用，还适合于线路上各种复杂地形如山区、桥梁等地方使用。

目前，已在电气化铁路上使用的接触网支柱除格构式钢柱外均为混凝土支柱，即环形等径预应力混凝土接触网支柱和横腹杆式预应力混凝土接触网支柱，这种支柱由于受多种因素的影响，加上混凝土本身的特性，其表面易于产生裂缝，并且，随着时间的推移，这种裂缝会越来越大，这对支柱的耐久性极为不利。公知的混凝土接触网支柱，在突发性事故或断线等情况下，会折断或损坏，必须更换修复后才能使用。此外，公知的混凝土支柱自重大，运输、安装较为困难，如在桥上使用，还将会带来不必要的附加载荷。且公知的格构式钢柱体积大、占用空间多，美观性较差，不能满足新型铁路的需要。

中国实用新型专利CN2419123(申请号00209725.7)公开了一种H型钢柱，包括柱身和法兰盘，其中，所述H型钢柱的柱身为H型型钢，柱身腹板上设有圆孔，所述柱身的底部设有由法兰盘，所述接触网支柱的外表面设有防护层。本实用新型可适用于不同线路，可满足各种容量及长度的需要。由于是钢柱，其重量轻、生产工艺简单、易于加工，便于施工，因本实用新型的表面进行了防腐的涂锌(铝)或镀锌处理，有效地提高了钢柱的耐久性。

上述专利文件所述的H型钢柱所采用的H型钢为普通的国标规格H型钢，通过不同使用条件的载荷计算证明，国标规格H型钢X方向和Y方向的惯性矩、抗弯模数等力学参数并不适合作接触网支柱，在保证某个方向使用载荷要求的前提下，另一方向上往往不能满足规定的载荷要求，或者比载荷要求高出许多，造成材料的浪费。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，为了达到既满足电气化铁路接触网支柱承载要求，又节省材料的目的，提供一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢及其制备工艺。

本发明所用的术语解释：

1.国标：国家标准；Q235B，钢种成分表如下：

钢种

等级

C％

Si％

Mn％

P％

S％

Q235

B

0.12-0.20

≤0.3

0.30-0.70

≤0.045

≤0.045

力学性能表如下：

2.德标：德国标准。德标DIN1025-2中IPB240、IPB260、IPB280、IPB300之一或德标DIN1025-4中IPB(V)240T。

横截面尺寸及理论重量如下表：

3.欧标：欧洲标准。欧标EN10034，尺寸允许偏差如下表：

发明概述

通常H型钢产品的生产在炼钢、轧钢环节都是采用一个体系的标准生产，例如，钢种成分执行欧标，钢材的尺寸规格、允许偏差也执行欧标。本发明打破了这一模式，H型钢采用的钢种成分、产品尺寸和允许偏差采用不同体系的标准，例如：钢种成分执行国标，尺寸规格执行德标，尺寸允许偏差执行欧标。一个产品在不同的生产环节执行不同体系的标准，在生产上尚未见报道，为此，本发明进行了生产工艺模式的创新，确保生产的顺利实施和产品质量的稳定。

发明详述

本发明根据产品的使用条件和承载情况计算H型钢X、Y方向上的惯性矩和抗弯、抗扭截面模数，设计H型钢截面的高度、宽度、腹板厚度和翼缘厚度，并进行强度校核和模拟试验，最后根据使用性能确定了如下技术方案：

一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢，其特征在于，H型钢钢种成分、产品尺寸和允许偏差采用不同体系的标准，钢种成分为国标Q235B，尺寸规格按德标DIN1025-2中IPB240、IPB260、IPB280、IPB300之一或德标DIN1025-4中IPB(V)240T，尺寸允许偏差采用欧标EN10034。

通过比较，采用国标Q235B钢种的力学性能满足使用条件要求，采用德标DIN1025-2中IPB240、IPB260、IPB280、IPB300和1025-4中IPB(V)240T规格分别满足不同用途的线杆的使用要求，采用欧标EN10034中的H型钢尺寸允许偏差能够满足使用精度的要求。

一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢的制备方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制、空冷、矫直，其特征在于，

1)铁水预脱硫后根据国标Q235B钢种要求的成分，进行转炉冶炼；然后进行LF精炼；

2)精炼后进入近终型异型坯连铸工序，制得H型近终型连铸坯料；

3)连铸坯料采用冷装方式或热装方式入炉，加热到指定温度出炉，温度范围1180-1280℃，然后进行高压水除鳞(除去氧化铁皮)；

4)除完鳞的坯料用辊道送至粗轧机和精轧机组，轧制产品规格执行德标DIN1025-2中IPB240、IPB260、IPB280、IPB300之一或德标DIN1025-4中IPB(V)240T，轧制产品的精度按照欧标EN10034进行控制；

5)轧制完毕的轧件产品上冷床进行空冷，当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直，最后，将轧件切定尺寸。

本发明根据接触网支柱的载荷分布及大小情况，结合中国不同地区、不同使用条件进行计算，设计出符合国内电气化铁路使用要求的接触网支柱专用H型钢，使其无论X方向、还是Y方向上的惯性矩、抗弯模数等力学参数均能达到承载要求，且不会造成材料的浪费，给电气化铁路设计部门的接触网支柱选型提供了方便，也为电气化铁路接触网支柱的生产单位和部门节省了成本。

附图说明

图1是欧标EN10034尺寸标示图。图2是欧标EN10034翼缘斜度标示图。图3是欧标EN10034中心偏差标示图。图4是本发明实施例1、2产品形状及尺寸标示图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

(1)国标Q235B某一具体钢种成分表，

钢种

等级

C％

Si％

Mn％

P％

S％

Q235

B

0.15

0.24

0.40

0.014

0.012

(2)制备工艺：

铁水预脱硫后根据国标Q235B钢种要求的成分，采用120吨转炉冶炼；为了保证钢质的纯净度和钢水成分稳定性，采用LF精炼，使钢种成分充分满足标准要求；精炼完毕后进入近终型异型坯连铸工序，生产出H型近终型(接近成品形状)连铸坯料；坯料采用冷装方式或热装方式入炉，加热到指定温度出炉，进行高压水除鳞，除完鳞的坯料用辊道送至粗轧机和精轧机组，轧制产品规格执行德国标准DIN 1025-2，产品的精度按照欧标EN10034控制，轧制完毕轧件上冷床进行空冷。当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直，使由于空冷引起的变形得到矫正。最后，将轧件切定尺、收集。产品形状如图4所示。产品性能如下表：

截面尺寸和理论重量如下表：

W_X＝1080cm³，W_y＝571cm³，W_X/W_y＝1.89

根据IPB300规格的使用环境计算，X、Y方向上抗弯模数之比为为1.89时，X、Y方向上的抗弯模数均能够恰当地满足载荷分布要求，并且不会造成某个方向上余量过大产生浪费。而国标相同规格H300X、Y方向的抗弯模数分别为W_X＝1334cm³，W_y＝450cm³，其比值为W_X/W_y＝2.96，远比1.89为大，在保证Y方向满足使用要求的前提下，X方向抗弯能力富余较大，从而造成材料的浪费。

实施例2：

(1)国标Q235B另一具体钢种成分表，

钢种

等级

C％

Si％

Mn％

P％

S％

Q235

B

0.13

0.22

0.45

0.013

0.013

(2)制备工艺同实施例1，所不同的是轧制产品规格执行德国标准DIN 1025-4，产品形状如图4所示。产品性能如下表：

截面尺寸和理论重量如下表：

W_X＝1800cm³，W_y＝657cm³，在满足铁路宏观横截面尺寸最大不超过300mm的前提下，国标H型钢中根本没有如此大抗弯模数的规格。而IPB(V)240T能够完全满足使用环境X、Y方向上的载荷要求，同时，两个方向上抗弯系数的配比也能很好满足载荷要求。

Claims (1)

1.一种电气化铁路接触网支柱专用H型钢的制备方法，包括铁水预脱硫、转炉冶炼、LF精炼、连铸、轧制、空冷、矫直，其特征在于，

1)铁水预脱硫后根据国标Q235B钢种要求的成分，进行转炉冶炼；然后进行LF精炼；

2)精炼后进入近终型异型坯连铸工序，制得H型近终型连铸坯料；

3)连铸坯料采用冷装方式或热装方式入炉，加热到指定温度出炉，温度范围1180～1280℃，然后进行高压水除鳞；

4)除完鳞的坯料用辊道送至粗轧机和精轧机组，轧制产品尺寸规格执行德标DIN1025-2中IPB240、IPB260、IPB280、IPB300之一或德标DIN1025-4中IPB(V)240T，轧制产品的精度按照欧标EN10034进行控制；

5)轧制完毕的轧件产品上冷床进行空冷，当轧件冷至100℃以下后，进矫直机进行矫直，最后，将轧件切定尺寸。

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