CZ284401B6 - Nečleněná, horizontálně asymetrická, ocelová železniční kolejnice, způsob její výroby a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Kolejnice vysoké kvality se vyrábí v délkách kolem 400 m na výrobní lince obsahující licí úsek (16) kontinuálního lití bloku oceli, který je následován válcovacím úsekem (18) pro plynulé válcování a chladicím úsekem (20), ve kterém probíhá řízené chlazení válcovaného výrobku, který se v závěru výrobního procesu odebírá z výrobní linky příčným dopravním úsekem (22) pro dopravu kolejnice ve směru kolmém na její podélnou osu.ŕ

Description

Nečleněná, ocelová, železniční kolejnice, způsob její výroby a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká nečleněné, horizontálně asymetrické, ocelové, železniční kolejnice, způsobu její výroby a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Železnice si udržují zásadní postavení v dopravě zboží a v menší míře i v dopravě cestujících. Udržování běžného železničního kolejového systému a zřizování nových železničních tratí vyžaduje nepřetržitý zdroj nových železničních kolejnic.

Tradičně se kolejnice vyráběly v úsecích přibližně 12 m. Tato délka byla dána jednoduše délkou železničních vozů, které dopravovaly kolejnice na místo jejich instalace. Na místě se pak kolejnicové úseky k sobě, připojovaly sešroubováním. Používání těchto krátkých kolejnicových úseků a nerovnosti, způsobené šroubovým spojením, byly příčinou několika problémů. Na prvním místě je to nespojitost kolejnic, která vedla k velmi nerovné jízdě. Závažnější však je, že nerovná jízda způsobuje zvýšené opotřebení kolejnic a omezuje maximální ry chlost jízdy vlaku. Sešroubování kolejnicových úseků na místě je také časově náročným a drahým procesem.

V poslední době se sešroubovávání nahrazuje spíše svařováním kolejnicových úseků. Kontinuálně svařované kolejnice poskytují klidnější jízdu a zvyšují životnost kolejnic. Současně vede k výrobě poměrně dlouhých pásů. Je typicky běžnou praxí svařovat kolejnicové úseky o délce 11,9 až 30,5 m avšak i 402 m. Pro dopravu těchto svařených pásů na místo instalace se používají speciální železniční vozidla. Svařené pásy se pak na místě instalace buď spojí přišroubováním, nebo se spolu svaří.

Tato praxe má ve srovnání s tradičním způsobem spojování přišroubováním velké výhody jednak v efektivnosti a jednak ve vysoké kvalitě kolejí. Tato metoda má však dosud několik nevýhod. Ačkoliv svařovaná spojení používaná pro spojování krátkých úseků do pásů dlouhých 402 m vedou k hladšímu povrchu a delší trvanlivosti než šroubová připevnění, svařovaná místa zůstávají nejslabšími články kolejí, protože svařování je nespojité a rovněž na každé straně svaru zůstávají měkčí segmenty s nežádoucími metalurgickými vlastnostmi. Proces svařování také vyžaduje zvláštní zařízení, ve kterém je kratší kolejnicový úsek před svařováním připravován, srovnáván na podkladě, narovnáván a kontrolován na jakost svaru.

Ve známém stavu techniky není zmínky o nesvařovaných nečleněných pásech blížících se svou délkou doposud vyráběným zmíněným svařovaným kolejovým pásům. Jak bylo rovněž výše uvedeno, vyrábějí se kolejnicové úseky většinou v délkách od 11,9 do 30,5 m a potom teprve se svařují do dlouhých kolejových pásů.

V běžné praxi zahrnuje výroba kolejnic následující kroky.

1) formování bloku, 2) ohřátí bloku, 3) reverzní válcování bloku pro tvarování předvalku, 4) reverzní válcování předvalku pro tvarování kolejnice, 5) chlazení a rovnání vytvarované kolejnice, 6) kontrola kolejnice a 7) tepelné zpracování kolejnice pro dosažení vysoké odolnosti proti opotřebení.

Formování bloku se provádí buď kontinuálním litím, nebo odléváním ingotů a předválcováním.

V obvyklém uspořádání se formování bloku provádí odděleně od válcovacího zařízení kolejnic

- 1 CZ 284401 B6 a blok může před válcováním vychladnout, takže se před válcováním musí znovu ohřát. U některých postupů se provádí rychlá doprava do vlastního válcování, takže bloky nevychladnou a nevyžadují proto opětovné ohřátí.

Blok se ohřívá přibližně na teplotu 1232 °C a podrobuje se sérii válcovacích zpracování. Válcování sestává z průchodu tvárného předvalku mezi velkými válci, které vyvíjejí značný tlak na kov, aby se prodloužila a tvarovala vznikající kolejnice. Kritickým činitelem při tváření je, že konečný výrobek není symetrický kolem horizontální osy. Aby se získal asymetrický profil, nesmí se blok válcovat jenom tak, aby bylo dosaženo požadovaného tvaru, ale je nutno brát zřetel na vnitřní napětí vznikající v kovu asymetrickým válcovacím procesem.

Blok se válcuje průchodem válcovací stolicí dokud celý úsek neprojde mezi válci. Směr pohybu bloku se potom obrátí a blok prochází stejnou válcovací stolicí zpět. V závislosti na použité válcovací stolici může blok procházet mezi stejnými válcovacími zářezy ve válcích nebo různými válcovacími zářezy vyvíjejícími tlak na různé části bloku. Blok se může podrobit až 10 až 12 průchodům v jedné válcovací stolici před postupem do další válcovací stolice. Tento zpětný a dopředný proces se obvykle nazývá reverzním válcováním. Po zpracování v první válcovací stolici se často vznikající kolejnice označuje jako předvalek.

Předvalek potom prochází z jedné válcovací stolice do druhé tímto zpětným adopředným způsobem, dokud není vytvarována hotová kolejnice. Navíc k válcovacím stolicím zahrnuje typický postup výroby kolejnic i válcovací stolici se svisle uloženými válci a řezací zařízení pro provádění využitelného tvaru kolejnice.

Po zpracování v poslední válcovací stolici se kolejnice podrobí řízenému ochlazovacímu procesu. Řízené ochlazování často zahrnuje asymetrickou aplikaci studeného vzduchu, vody nebo jejich kombinace, aby se zabránilo velkému zkroucení kolejnice, když se ochladí. Různé Části asymetrické kolejnice, která sestává z hlavy, patky a stojiny, mají přirozeně tendenci ochlazovat se různými rychlostmi. Vzhledem k různým rychlostem ochlazování v různých částech kolejnice, když se kolejnice ochlazuje v neřízeném prostředí nastává její značné zkroucení nebo ohnutí.

V průběhu procesů reverzního válcování běžně používaných při výrobě kolejnic je nutno věnovat značnou pozornost koncům vznikající kolejnice. Když konec předvalku vstupuje do dané válcovací stolice, je válci vyvíjena na kov značná energie a je zcela běžné, že to povede ke zkroucení konce. Protože předvalek musí vstupovat mezi rychle se otáčející válce při každém průchodu válcovací stolicí, potom když jeho konec je značně deformován, může dojít ktomu, že předvalek nevstoupí do stolice tak jak má a celý proces se zastaví. Když už v procesu jsou tři válcovací místa, je nutné odřezávat konce bloku nebo předvalku, aby konce měly vždy náležitý tvar.

Vzhledem k povaze reverzního válcování je takto nemožné vyrábět velmi dlouhé kolejnice. Při každém průchodu válcovací stolicí musí být válce nastaveny tak, že po celé délce předvalku se provádí stejná deformace průřezu. Když je teplotní spád od jednoho konce kolejnice k druhému, tvárnost se bude měnit a stejnoměrné deformace nebude dosaženo. Takové teplotní rozdíly jsou reverznímu válcování dlouhých výrobků vlastní.

Výhodou způsobu reverzního válcování je, že kolejnice se vyrábějí v relativně malém prostoru s použitím jen několika válcovacích stolic. Samozřejmě, početné reverzní průchody v procesu mají za následek podstatná zdržení výroby, protože ve válcovací stolici se válcuje vždy jen jeden předvalek.

Příklady řešení týkajících se válcování kolejnic reverzním válcováním jsou uvedeny v patentech US 4 301 670 Engela aUS 4 344 310 Kozona. V patentech US 3 342 053 Stammbacha a US 4 503 700 Kishikawy jsou popsány způsoby výroby kolejnic označované jako kontinuální.

-2CZ 284401 B6

Žádný z těchto patentů však nepopisuje opravdu kontinuální způsob. V patentech Stammbacha a Kishikawy se reverzní válcování provádí alespoň tvářecími stupni předvalku.

Patent US 3 310 971 Motomatsa a US 3 555 862 Yoshima popisují způsoby kontinuálního válcování ocelových výrobků velkého průřezu. Žádný z těchto patentů nenavrhuje využití způsobů v nich popsaných k výrobě asymetrických kolejnic.

US patent 4 820 015 Takeuchiho řeší kontinuální způsob odlévání pro vytváření kompozitního kovového materiálu. Tento kontinuální způsob odlévání je použit v zařízení pro formování bloku, který by mohl být použit pro výrobu kolejnice. Takeuchi nenavrhuje, aby kontinuální způsob odlévání byl spojen s kontinuálním válcovacím procesem pro vytvoření ocelových kolejnic.

Žádné ze zmíněných řešení neskýtá návod na výrobu kolejnic, které jsou nečleněné, nesvařované a asi 402 m dlouhé. Dále žádné ze zmíněných řešení neskýtá návod na výrobu kolejnic používající opravdu kontinuálního způsobu válcování. Kontinuální válcování, kterého je zde použito, znamená proces, kde ocel prochází jednou válcovací stolicí za druhou bez vracení a na více než jedné válcovací stolici jsou válcovány současně různé úseky téže vznikající kolejnice.

A nakonec, žádné ze zmíněných řešení neskýtá návod na, způsob výroby kolejnic, kde se různé úseky daného předvalku současně válcují i ochlazují.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje kvalitní nečleněná, horizontálně asymetrická, ocelová kolejnice podle vy nálezu, způsob její výroby a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Podstata vynálezu

Nečleněná, ocelová, železniční kolejnice, sestávající z hlavy, z patky a ze stojiny, podle vynálezu má horizontálně asymetrický tvar průřezu, délku alespoň 150 m a je prostá svarových švů.

Způsob výroby této kolejnice spočívá podle vynálezu v tom, že se blok odlévá kontinuálně alespoň do jedné kontinuálně fungující formy, odlitý blok se zavádí do vstupu úseku kontinuálního válcování, blok se vyválcuje ve válcovací stolici mající řadu válcovacích stanovišť v lince, přičemž se blok současně zpracovává a tváří do tvaru kolejnice v každém válcovacím stanovišti.

Tento způsob je vhodný pro výrobu nečleněné kolejnice z jednoho kusu o délce 402 m. Výrobní lina má řadu válcovacích stolic, přičemž se různé úseky zpracovávané kolejnice válcují na několika válcovacích stolicích současně. Způsob podle vynálezu je tedy skutečně kontinuální a in-line s řízeným způsobem chlazení.

Podle výhodného provedení vynálezu se využívá kontinuální ho způsobu lití pro výrobu bloku, který se zavádí do kontinuálního válcovacího procesu. Podle nejvýhodnějšího provedení se využívá nejméně dvou kontinuálních licích jednotek pro maximálně možné využití kontinuálního válcovacího systému, protože výhodná rychlost tvářené ocel i na vstupu do kontinuálního válcovacího systému je větší než rychlost výroby bloku kontinuálním způsobem lití.

Sekce kontinuálního válcování podle vynálezu sestává z mnoha válcovacích stolic. Přední konec tvárné oceli prochází ze stolice do stolice a blok má takovou délku, že jedna zpracovávaná kolejnice je současně válcována ve více válcovacích stolicích. V každé válcovací stolici se průřez kolejnice značně zmenšuje a utváří. Když kolejnice opouští kontinuální válcovací systém, je dosaženo jejího požadovaného průřezu.

-3CZ 284401 B6

Ihned ze sekce kontinuálního válcování postupuje kolejnice do části řízeného chlazení výrobního procesu. Tímto způsobem, zatímco přední část kolejnice je ochlazována, její zadní část je dosud v kontinuální válcovací stolici.

Kontinuálním válcovacím procesem se blok plynule a postupně prodlužuje, jak se jeho průřez zmenšuje. To trvá tak dlouho, dokud celá kolejnice neprojde poslední válcovací stolicí, dokud není dosaženo konečné délky kolejnice..

Když přední konec kolejnice vystupuje z poslední válcovací stolice, pokračuje do chlazení. Toto chlazení, když má pokračovat nepřerušovaně, mohlo by působit v asymetrické kolejnici rozdílně a mohlo by zapříčinit napětí a deformaci kolejnice. Aby se tomu předešlo, a aby byly metalurgické vlastnosti optimalizovány, je kolejnice ochlazována řízeným chlazením a následně konečným chlazením, plynule následujícím, a je in-line s válcovacími stolicemi. Proto se přední konec kolejnice chladí, zatímco zadní konec se dosud válcuje.

Vynález umožňuje značně snížit rychlost průchodu kolejnice oproti reverznímu válcování, které vyžaduje velké válcovací rychlosti na každé válcovací stolici, protože každá válcovací stolice musí obecně provádět několik úběrů pro zmenšení průřezu předvalku. Podle vynálezu jsou několikanásobné úběry nahrazeny mnoha válcovacími stolicemi. Proto může být rychlost kolejnice snížena při zachování stejné rychlosti výroby. Toto zmenšení rychlosti je důležité, protože, jak je vysvětleno dále, umožňuje operaci řízeného chlazení prováděného kontinuálně a in-line s válcováním a zvy šuje tedy kontrolu a bezpečnost.

Teprve potom až projde celá délka kolejnice konečným, chlazením a překládači sekcí zastaví se její dopředný pohyb. Po ochlazení se kolejnice přesune do strany a pohybuje se axiálně zpět v opačném směru kolem kontroly a prostoru oprav.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále objasněn pomocí výkresů, na nichž obr. 1 znázorňuje průřez typickou kolejnicí, obr. 2 znázorňuje schematicky proces výroby kolejnice podle vynálezu, obr. 3 znázorňuje schematické uspořádání zařízení na výrobu kolejnic podle vynálezu a obr. 4 je grafickým znázorněním závislosti teploty kolejnice na její poloze v oblasti řízeného chlazení.

Příklady provedení vynálezu

Kolejnice podle vynálezu má obvyklý tvar vyjma toho, že neobsahuje svary, je vyráběna kontinuálním válcovacím způsobem a je víc než 61 m dlouhá. Podle výhodného provedení je kolejnice dlouhá 402 m nebo 439 m.

Kolejnice podle vynálezu je kvalitnější než kolejnice v současné době používané, protože když se uloží na stanoveném místě, počet svarů na jakoukoliv délku koleje je překvapivě zmenšen. Například železniční trať sestavená z kolejnic dlouhých 402 m bude mít na délce 1609 m pouze čtyři svary. Na druhé straně při použití kolejnicových pásů běžné délky - úseků po 24,4 m - bude mít železniční trať na stejné délce 1609 m asi 65 svarů.

Jak již bylo výše popsáno, taková kolejnice by nemohla být vyráběna běžně používaným způsobem, tj. vzhledem k teplotnímu spádu a jiným omezením, reverzním válcovacím způsobem. Proto nečleněná, 402 m dlouhá kolejnice podle vynálezu představuje nový a jedinečný výrobek nehledě přitom na způsob výroby této kolejnice.

-4CZ 284401 B6

Obr, 1 znázorňuje příčný řez běžnou, typickou kolejnicí. Kolejnice je tvořena hlavou 10, stojinou 12 a patkou 14. Když se mluví o kolejnici jako o asymetrické, uvažuje se její symetrie vůči imaginární horizontální ose 15. Ačkoli všechny kolejnice mají obecně stejný tvar průřezu, skutečné rozměry různých běžně vyráběných a používaných typů kolejnic jsou poněkud odlišné. Jemných variant průřezů kolejnic je dosahováno nastavováním válcovacích sil v kontinuálních válcovacích stolicích podle vynálezu.

Asymetrie průřezu kolejnice vede k problémům při chlazení kolejnice. Když se kolejnice utváří a dosáhne náležitého tvaru průřezu, teplota obvykle převýší 760 °C. Když se potom kolejnice ochlazuje na teplotu místnosti, větší hmota hlavy 10 se ochlazuje mnohem pomaleji než patka 14 a kolejnice má tendenci se ohnout, jak se chladnější patka 14 smrští rychleji než hlava 10. Naneštěstí se napětí vzniklé ochlazováním úplně nerozptýlí poté, co celá kolejnice dosáhla pokojové teploty, ale má za následek vznik vnitřních napětí, která ovlivňují vytváření charakteristických vlastností hotové kolejnice. Z tohoto důvodu je účelné, aby se kolejnice podrobovaly řízenému chlazení, při kterém se hlava 10 a patka 14 kolejnice chladí odlišně.

Kontinuální válcovací způsoby pro výrobu ocelových výrobků malého průřezu, jako je tyčová ocel, jsou zcela běžné. Ve způsobech kontinuálního válcování, oproti reverzním válcovacím způsobům, se ocel zpracovává současně na více válcovacích stolicích. Hlavní věcí u kontinuálního válcování je potřeba provedení nějakého typu vyrovnávače napětí mezi válcovacími stolicemi. Válce používané pro utváření ocelových výrobků jsou extrémně těžké a rotují velkými rychlostmi.

Když se provádí zpracování současně na řadě válcovacích stolic, je těžké provést okamžité nastavení rychlosti otáčení válců v jakékoli dané stolici. V takové situaci způsobí dokonce i velmi malé zvýšení nebo snížení rychlosti rotace v jedné stolici značné napětí ve tvárné oceli. Toto napětí může vést k, při nej menším, výrobku horší jakosti, a při nej horším, nebezpečné válcovací operaci.

U výrobků malých průřezů se vyrovnávač napětí vytvoří umožněním oceli vytvořit mezi válcovacími stolicemi oblouk. Malé změny v rychlostech otáčení válců jsou kompenzovány množstvím materiálu v tomto oblouku. Patenty US 3 310 971 Motomatsa a 3 555 862 Yoshima popisují prostředky pro provádění vyrovnávače napětí v kontinuálním válcovacím procesu, kde velikost průřezu materiálu je příliš velká, než aby se mohly vytvářet oblouky nebo smyčky mezi válcovacími stolicemi. Ve schopnostech běžného odborníka je použít vhodnou technologii pro provedení nejvhodnějšího vyrovnávače napětí aplikovatelného na řešení podle vynálezu.

Podle způsobu výroby kolejnic podle vynálezu se roztavená ocel přeměňuje na kolejnice vysoké kvality obecné kontinuálním, plynulým způsobem. Obr. 2 znázorňuje jak směr pohybu oceli, tak relativní teplotu oceli, jak se pohybuje základními stupni procesu.

První částí postupuje úsek 16 kontinuálního lití bloku tvárné oceli. Blok je čtvercového průřezu, který bude kontinuálním válcovacím způsobem přeměněn na kolejnici. Blok, který má být přeměněn ve standardní kolejnici dlouhou 402 m, má rozměry 10 x 14 x 140' nebo je ekvivalentní hmotnosti jiného průřezu. V kontinuálním procesu odlévání se roztavená ocel lije formou, která má požadovaný průřez daného tvaru a roztavená ocel proudí touto formou dokud se neochladí a nedosáhne obecně pevné formy. V tom místě pak ocel vystupuje z licí formy. Kontinuální lití, na rozdíl od lití do pevné formy, kde se forma plní roztavenou ocelí, umožňuje tuhnutí a vycházení ingotu do dalšího ohřevu a válcování.

Horní část formy kontinuálního odlévacího stroje je drže na ve vertikální poloze, přičemž roztavený kov se lije do horní části. Ocel proudí formou takovou rychlostí, že je relativně tuhá, když opouští spodek formy a je nasměrována vodorovně. Kontinuální pohyb bloku pokračuje

-5CZ 284401 B6 přímo do úseku 18 kontinuálního válcování. Alternativně může blok nejprve vychladnout a potom znovu ohřát před vstupem do úseku 18 kontinuálního válcování.

Podle jednoho provedení vynálezu je kontinuální lití a kontinuální válcování uspořádáno in-line, takže kontinuálně odlévaný blok postupuje přímo z výstupu formy kontinuálního lití do sekce kontinuálního válcování.

Podle výhodného provedení vynálezu je s jednou sekcí kontinuálního válcování spojeno víc forem kontinuálního lití. Odlévací stroje budou každý produkovat bloky, které budou vstupovat do kontinuální válcovací stolice. Větší množství odlévacích strojů je výhodné, protože rychlost výroby bloků je obecně mnohem pomalejší než rychlost bloku na vstupu do úseku 18 kontinuálního válcování.

Jak je popsáno výše, v úseku 18 kontinuálního válcování se tvárný ocelový blok kontinuálně a současně zpracovává a utváří, jak postupuje řadou válcovacích stolic. Válcovací stolice jsou seřazeny v přímce v pevné poloze. Jak se přední konec bloku pohybuje ze stolice do stolice, každá postupná válcovací stolice bude tvarovat a zmenšovat průřez vznikající kolejnice.

Je nutno si uvědomit, že jak je blok tvarován a formován, jeho délka se zvětšuje ze 42,7 m na asi 439 m. Proto je rychlost kovu, jak opouští úsek 18 kontinuálního válcování, značně větší než rychlost kovu vstupujícího do úseku 18 kontinuálního válcování - dokonce i když jedna kolejnice je na výstupu i vstupu.

Jak kov vystupuje z úseku 18 kontinuálního válcování, kolejnice - která se dosud pohybuje v přímém směru - vstupuje do úseku 20 řízeného chlazení procesu. V úseku 20 řízeného chlazení se prostředky chlazení (voda, vodní mlha nebo vzduch) aplikují na kolejnici asymetrickým způsobem. Když kolejnice opouští úsek 18 kontinuálního válcování, může mít teplotu asi 760 982 °C. Kolejnice opouštějící úsek 20 řízeného chlazení bude mít teplotu menší než asi 427 °C.

Většina smrštění kolejnice, které nastane při chlazení kolejnice, nastane v úseku 20 řízeného chlazení. Primární funkce úseku 20 řízeného chlazení spočívá v prevenci proti zkroucení a ohnutí kolejnice spolu s dosažením požadovaných metalurgických vlastností. Schopnost zabránit ohnutí je zvláště kritická, když se jedná o kolejnice až 439 m dlouhé.

Vzhledem k plynulému charakteru procesu podle vynálezu, se v průběhu procesu formování kolejnice podrobují válcování a řízenému chlazení různé části dané kolejnice současně.

Kontinuálně se pohybující kolejnice opouští úsek 20 řízeného chlazení a postupuje do úseku konečného chlazení. V úseku konečného chlazení se kolejnice ochladí na normální teplotu.

Obr. 4 schematicky znázorňuje teplotní gradient podél délky kolejnice, která je v úsecích řízeného a konečného chlazení. Protože kolejnice se pohybuje v úsecích řízeného a konečného chlazení stejnou rychlostí, tento graf závislosti teploty na poloze na kolejnici by mohl odpovídat závislosti teploty na čase jednotlivého pohybujícího se místa na kolejnici.

Jak zadní konec kolejnice opouští konečný úsek válcování a vstupuje do úseku 18 řízeného chlazení, teplota se v podstatě rovná požadované teplotě válcování v konečné válcovací stolici. To je znázorněno jako levá část grafu na obr. 4. Z této teploty se může kolejnice ochladit rychle, protože rychlost ochlazování při této teplotě podstatně neovlivňuje metalurgické vlastnosti kolejnice. Avšak dokonce při této teplotě může mít kolejnice tendenci se ohnout nebo jinak deformovat vzhledem ke svému asymetrickému průřezu a odlišným rychlostem ochlazování, takže může být vyžadováno řízené chlazení různým použitím chladicích prostředků.

-6CZ 284401 B6

Při pohybu podél délky kolejnice se dosáhne místa, kde již bude rychlost ochlazování pro požadované metalurgické vlastnosti kolejnice důležitá. Toto místo je znázorněno jako relativně mírně skloněná chladicí čára ve středu obr. 4. V průběhu této části se kolejnice ochlazuje způsobem, který má dvě různé funkce. Jednou je dosažení požadovaných metalurgických vlastností a druhou je rozdílné aplikování chladicích prostředků na asymetrický průřez pro zabránění ohnutí nebo jiné deformace.

A konečně při dalším pohybu podél délky kolejnice směrem k zadnímu konci se dosáhne místa, kde teplota kolejnice je taková, že rychlost ochlazování již opět není důležitá pro požadované metalurgické vlastnosti. To je úsek konečného chlazení a je představován velkou rychlostí ochlazování na pravé straně obr. 4.

Jak v případě velké rychlosti ochlazování, tak když opouští kolejnice poslední válcovací stolici a vstupuje do úseku 20 řízeného chlazení, však může být ještě potřeba dalšího různého použití chladicích prostředků pro zabránění nežádoucího ohnutí nebo jiné deformace.

Použití kontinuálního válcování dovoluje snížit rychlost kolejnice, kterou prochází válcovacími stolicemi, přičemž toto snížení je důležité pro proces řízeného chlazení. Při reverzním válcování prochází kolejnice několikrát toutéž válcovací stolicí, jejíž válce se vždy k sobě přiblíží před dalším průchodem, čímž se postupně zmenšuje průřez kolejnice. Zde je proto vysoká rychlost kolejnice při každém průchodu nutná, aby se dodržovala daná rychlost výroby.

Naopak u kontinuálního válcovacího způsobu je množství průchodů jednou reverzní válcovací stolicí nahrazeno množstvím válcovacích stolic zařazených in-line za sebou. To dovoluje překvapivé snížení rychlosti kolejnice při zachování stejné rychlosti výroby. Snížená rychlost pohybu kolejnice při kontinuálním válcování je kompatibilní s kontinuálním řízeným chlazením zařazeným in-line, zatímco vysoká rychlost reverzního válcování ne. Snížená rychlost pohybu kolejnice rovněž usnadňuje její kontrolu a bezpečnost.

Když celá kolejnice prošla úsekem 18 kontinuálního válcování i úsekem 20 chlazení, dopředný pohyb kolejnice v kontinuálním procesu se zastaví. Celá kolejnice se potom pohybuje v úseku 22 pro příčnou přepravu do strany.

Pohyb kolejnice z úseku 16 kontinuálního lití do úseku 18 kontinuálního válcování, do úseku 20 řízeného a konečného chlazení a nakonec do úseku 22 pro příčnou přepravu představují základní prvky způsobu podle vynálezu.

Detailnější popis výhodného provedení zařízení pro výrobu a způsob podle vynálezu jsou objasněny podle obr. 3. Obr. 3 znázorňuje schematicky pohled na výrobní zařízení, které může být použito pro prováděni způsobu podle vynálezu. Každá z částí zařízení bude popsána postupně v pořadí, ve kterém vznikající kolejnice putuje na své cestě k úplnému dohotovení, kdy je připravena k naložení na vlak.

Úsek 16 kontinuálního lití je tvořen prostorem 24 pro dopravu roztaveného kovu, prostorem 26 pro odplyňování a opětný ohřev, licím zařízením 28, přepravním ložem 30 bloku a udržovací pecí 32 bloku.

Výroba kolejnice musí začít s roztavenou ocelí. Ocel může být vytavena z rudy nebo z odpadního materiálu. Ve výhodném provedení je ocel vyrobena roztavením tříděného odpadní ho kovu v elektrické obloukové peci, kde chemie, dezoxidace, teplota a odsířování roztavené oceli mohou být pečlivě kontrolovány. Roztavená ocel se dopravuje do homí části licího zařízení 28 z hladiny roztavené oceli. Roztavená ocel se dopravuje do licího zařízení 28 prostorem 24.

-7CZ 284401 B6

Před zavedením do licího zařízení 28 se ocel znovu ohřívá a odplyňuje v prostoru 26. V prostoru 26 pro opětovné ohřátí a odplyňování se provede rozbor kvality oceli a případné změny v chemickém složení nebo teplotě před litím.

Kontinuální licí zařízení 28 sestává z jedné nebo více kontinuálních licích forem. Formy jsou uspořádány svisle v nejhořejších částech, kde je roztavená ocel nejtekutější. Formy mohou být zakřiveny k horizontále, aby se usnadnil výtok oceli z formy v horizontálním směru.

Přepravní lože 30 bloku je plocha pro ukládání a přepravu bloků odlévaných v licím zařízení 28. Přepravní lože 30 je schopno pohybovat tvárným blokem kolmo kjeho délce. Udržovací pec 32 blokuje umístěna vedle přepravního lože 30 a plní dvě funkce. Jednak udržovací pec 32 pomáhá zajistit, že blok je udržován na určité a vhodné teplotě pro válcování. A jednak je udržovací pec 32 vybavena prostředky pro dopravu bloku do vstupu do úseku 18 kontinuálního válcování.

Úsek 18 kontinuálního válcování je tvořen prostorem 34 pro odřezávání odpadu ingotů, prostorem 36 indukčního ohřevu, odstraňovačem 37 okují a válcovnou 38. V prostoru 34 pro odřezávání odpadu ingotů jsou upraveny prostředky pro přípravu předního konce bloku pro zavádění do válcovny 38. V prostoru 36 indukčního ohřevu jsou upraveny prostředky pro zajištění vhodné teplotní konzistence v bloku při jeho průchodu tímto prostorem 36.,

Válcovna 38 je sestavena z mnoha válcovacích stolic uspořádaných v řadě za sebou. Válcovací stolice jsou tvořeny motorem a velkými otáčejícími se válci, které jsou vytvarovány pro vyvozování tvářecího tlaku na ocel procházející mezi nimi. Válce rovněž vyvozují pohyb oceli válcovnou 38.

Úsek 20 řízeného chlazení podle vynálezu obsahuje prostor 40 řízeného chlazení a prostor 42 konečného chlazení. Úsek 20 řízeného chlazení má prostředky pro asymetrické působení na vytvářenou kolejnici, aby se předešlo značnému ohnutí kolejnice při jejím ochlazování z teploty na konci válcování. Řízené chlazení může být provedeno působením proudů mlhy nebo plynu na zvolené plochy kolejnice. Ochlazování je řízeno jednak pro předcházení deformacím ajednak pro dosažení požadovaných vhodných metalurgických vlastností.

V prostoru 42 konečného chlazení je použito symetričtějšího chlazení kolejnice, ale stále je nutno provádět ochlazování diferencovaně pro dosažení přijatelné přímosti kolejnice.

V přepravním loži 44 kolejnice se její dopředný pohyb zastaví a kolejnice se může pohybovat bočně do strany.

Všechny popsané prostory a plochy jsou potřebné pro kontinuální utváření nečleněné kolejnice, způsobem podle vynálezu, 402 m dlouhé. Nicméně, dokončování zhotovovacího procesu kolejnice zahrnuje i množství přídavných funkčních kroků.

Podle výhodného provedení vynálezu přídavné prostory dostatečného zpracování zahrnují:

prostor 46 pro rovnání kolejnic, prostor 48 pro odkujňování po válcování, polohové čidlo 50, prostor 52 kontroly ultrazvukem, prostor 54 povrchové kontroly, prostor 56 značení barvou, přepravní lože 58, prostor 62 řezání a vrtání, svařovací stroj 64. skladovací zařízení 66. nakládací zařízení 68.

Prostor 46 pro rovnání kolejnic obsahuje prostředky schopné korekce mírného ohnutí hotové kolejnice. Podle jednoho provedení rovnačka sestává z masivních válců, které vyvinou rovnací sílu 100 až 180 tun. Vnější povrch kolejnic se odkujní v prostoru 48. Polohové čidlo 50 ověřuje přijatelnou přímost kolejnice.

-8CZ 284401 B6

Kolejnice je ultrazvukově kontrolována v prostoru 52 kontroly ultrazvukem na vnitřní vady. Ultrazvuková kontrola zjistí vnitřní trhlinky v hlavě 10, stojině 12 i patce 14 kolejnice. Povrchová kontrola kolejnice proběhne v prostoru 54 Když je to vyžadováno, provádí se označování vadných částí kolejnice v prostoru 56 barvou.

Přepravní lože 58 tvoří prostředky pro boční pohyb kolejnice. Prostor 62 řezání a vrtání má prostředky pro odřezávání konců kolejnic na každé straně vadné části označené v kontrolních procesech, a pro vrtání potřebných děr pro šrouby. Rovněž připravuje dva kusy kolejnic pro svařování.

Svařovací stroj 64 má vybavení pro svařování kolejnic, které byly odříznuty v prostoru 62 řezání a vrtání. Skladovací zařízení 66 je upraveno pro skladování několika hotových kolejnic a nakládací zařízení 68 obsahuje prostředky pro naložení hotové kolejnice na železniční vozidlo pro přepravu kolejnice z místa výroby.

V procesech dodatečného zpracování se nejprve kolejnice pohybuje bočně do strany na přepravním loži 44. Po provedené přepravě do strany se kolejnice pohybuje axiálně opačným směrem než v procesu válcování. Přední konec kolejnice prochází prostorem 46 pro rovnání, prostorem 48 pro odkujňoyání, polohovým čidlem 50, prostorem 52 kontroly ultrazvukem, prostorem 54 povrchové kontroly a prostorem 56 značení barvou.

Po opuštění prostoru 56 značení barvou pokračuje přední konec kolejnice do přepravního lože 58, dokud celá kolejnice neprojde prostorem 56 značení barvou, načež se v tomto okamžiku axiální pohyb kolejnice zastaví. Kolejnice se pak v přepravním loži 8 pohy buje bočně do strany a přední konec se v prostoru 62 řezání a vrtání odřízne.

V tom okamžiku začne axiální pohyb kolejnice, nyní opět ve stejném směru jako při válcování. Když se při kontrole zjistí vadná místa, tak jak kolejnice prochází prostorem 62 řezáni a vrtání, dopředný pohyb kolejnice se na každé straně tohoto vadného místa zastaví a kolejnice se přeřízne. Oba vzniklé konce se pak spolu svaří ve svařovacím stroji 64. Pohyb kolejnice pak pokračuje, dokud zadní konec kolejnice nedojde do prostoru 62 řezání a vrtání. Zadní konec se odřízne a pohyb kolejnice pokračuje, dokud se celá kolejnice neuloží ve skladovacím zařízení 66.

Na základě uvedeného řešení podle vynálezu a obecně známých informací může každý pracovník v oboru vyrábět kolejnici 402 m dlouhou, popsaný příkladný popis provedení není míněn jako omezení vynálezu.

Průmyslová využitelnost

Plynulý proces válcování in-line s řízeným ochlazováním efektivní výroby kolejnic nečleněné konstrukce, kvalitního provedení a standardní délky 402 m.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Nečleněná, ocelová, železniční kolejnice, sestávající z hlavy, zpátky a ze stojiny, vyznačující se tím, že má horizontálně asymetrický tvar průřezu, délku alespoň 150 m a je prostá svarových švů.

   -9CZ 284401 Β6
2. 2. Nečleněná, ocelová, železniční, kolejnice podle nároku 1, vyznačující se tím, že má délku alespoň 439 m.
3. 3. Způsob výroby nečleněné, ocelové, železniční kolejnice, sestávající z hlavy, patky a stojiny podle nároků 1 a2, při kterém se roztavená ocel lije do forem tvaru bloku, vyznačující se tím, že se blok odlévá kontinuálně alespoň do jedné kontinuálně fungující formy, odlitý blok se zavádí do vstupu úseku kontinuálního válcování, blok se vyválcuje ve válcovací stolici mající řadu válcovacích stanovišť v lince, přičemž se blok současně zpracovává a tváří do tvaru kolejnice v každém válcovacím stanovišti.
4. 4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se kolejnice, vystupující z úseku kontinuálního válcování, o teplotě 760 až 982 °C kontinuálně ochlazuje nesouměmým způsobem zohledňujícím rozdíly v průřezu kolejnice, přičemž kolejnice, opouštějící chladník, má teplotu nejvýše 427 °C.
5. 5. Zařízení k provádění způsobu podle nároků 3a 4, vyznačující se tím, že je tvořeno úsekem (16) kontinuálního lití, úsekem (18) kontinuálního válcování, úsekem (20) řízeného prvního ochlazování a konečného ochlazování a úsekem (22) přepravního lože.
6. 6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že úsek (16) kontinuálního lití má oblast (24) dopravy horkého kovu, oblast (26) odplynění a ohřevu horkého kovu, alespoň jedno licí stanoviště (28), přepravní lože (30) a udržovací pec (32).
7. 7. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že úsek (18) kontinuálního válcování má nůžky (34) k úpravě zaváděcího konce bloku, oblast (36) indukčního ohřevu, odstraňovač (37) okují a válcovací stolici (38).
8. 8. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že úsek (18) kontinuálního válcování a úsek (20) řízeného prvního ochlazování a konečného ochlazování jsou uspořádány kontinuálně v jedné lince za sebou.
9. 9. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že úsek (16) kontinuálního lití, úsek (18) kontinuálního válcování a úsek (20) řízeného prvního ochlazování a konečného ochlazování jsou uspořádány kontinuálně v jedné lince za sebou.
10. 10. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že má dále úsek dokončovacího rovnání vyráběných kolejnic, který sestává z kontrolního stanoviště (52), stanoviště (56) označování vadných míst barvou a stanoviště (62) odřezávání konců a odstraňování vad.
11. 11. Zařízení podle nároku 10, vyznačující se tím, že stanoviště (62) odřezávání konců a odstraňování vad má pilu k přeřezávání kolejnic a zařízení (64) k jejich opětnému svařování.
12. 12. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že úsek (16) kontinuálního lití má řadu licích žlabů.