ES2247050T3 - Procedimiento y dispositivo para templar carriles. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para templar cabezas de carriles mediante enfriamiento acelerado con una transformación de la estructura austenítica, de modo que el carril, de longitud superior a 50 m y enderezado en estado austenítico, se posiciona en sentido horizontal y se fija, a prueba de flexión, en línea con el eje sobre, al menos, tres puntos a lo largo del carril, situados en la zona de una base y en la superficie del patín del carril enfrentada a la cabeza del mismo. A continuación, manteniendo la fijación o aseguramiento frente a la flexión de la cabeza del carril, éste se enfría, al menos temporalmente, de forma acelerada, partiendo de una temperatura por encima del punto crítico de la aleación (Ac3), y se deja que la estructura austenítica se transforme en la microestructura deseada estable a temperatura ambiente, y que se alcance una distribución estructural constante en el perfil a lo largo de todo el carril; de modo que los elementos de posicionamiento están provistos de superficies de contacto para las superficies orientadas hacia la cabeza del carril y los elementos de fijación separables, cuentan con superficies de contacto para la superficie enfrentada del patín del carril.

Description

Procedimiento y dispositivo para templar carriles.

La invención se refiere a un procedimiento para templar carriles o, al menos, la cabeza de los mismos mediante enfriamiento acelerado, con una transformación de la estructura austenítica en una microestructura deseada, estable a temperatura ambiente.

Además, la invención comprende un dispositivo para templar carriles o, al menos, la cabeza de los mismos mediante enfriamiento acelerado, con una transformación de la estructura austenítica en una microestructura deseada, estable a temperatura ambiente, compuesto básicamente por un medio de sujeción del carril y un dispositivo de enfriamiento.

Para el tráfico sobre carriles con cargas crecientes sobre el eje y un volumen de tráfico parecido, los carriles deberían presentar, por un lado, una gran resistencia al desgaste por la parte de la superficie de rodadura y, por otro, una seguridad frente a una eventual rotura provocada por el esfuerzo de flexión de la vía.

Es conocido el temple de un carril y/o cabeza de carril mediante tratamiento térmico del material o por medio de la transformación de la estructura austenítica en una microestructura estable a temperatura ambiente a través de un enfriamiento acelerado, al menos temporalmente (EP-358362 A1, AT402941 B, EP 186372 B, WO 94/02652).

Un enfriamiento puede tener lugar mediante el sometimiento de, al menos, parte de la superficie del carril a un medio refrigerante, a un denominado enfriamiento por proyección o pulverización o a través de la inmersión, al menos parcial, del carril en un tanque de enfriamiento, siendo conocido en el estado de la técnica un aprovechamiento ventajoso del calor de laminación.

La US 368132 se refiere a un procedimiento de fabricación de carriles de ferrocarril de gran solidez y tenacidad, sometiéndolos a enfriamiento después de la laminación. Durante el enfriamiento, el carril se sujeta con mordazas.

Según cuál sea el procedimiento de enfriamiento empleado, se conocen dispositivos de desplazamiento (AT 323224 B, EP 186373 B1), instalaciones de transporte de puesto de refrigeración (DE 4237991 A1) y dispositivos de inmersión (DE 4003363 C1, AT 402941 B) para el enfriamiento acelerado del carril o de parte del mismo.

Cuando se utilizan aleaciones con una composición química adecuada, es posible fabricar completamente, siempre que se empleen procedimientos de temple en los dispositivos correspondientes, carriles de mayor dureza y resistencia a la abrasión por la parte de la superficie de rodadura de la cabeza, y suficiente seguridad frente a la rotura.

La gran desventaja de los procedimientos de temple y dispositivos de enfriamiento de carriles conocidos es una posible falta de homogeneidad de la estructura sobre el perfil transversal, en función de la longitud del carril. En otras palabras, cuanto mayor sea la desigualdad de la parte de la superficie de la correspondiente estructura tratada térmicamente y/o la posición de las partes de la estructura en el perfil sobre la longitud del carril, más afectada se verá la calidad del carril. Pese al mantenimiento exacto de los parámetros del procedimiento y la precisa regulación de los dispositivos de enfriamiento, pueden surgir diferencias inesperadas en la calidad del carril, de modo que, a pesar de un control de calidad extremadamente estricto, siempre resultan carriles aislados que no cumplen con las exigencias de calidad.

A este respecto, la invención pretende ser un remedio y tiene como objetivo trazar un procedimiento del mismo tipo que los mencionados anteriormente, con el que se logre una distribución de la estructura constante en toda la longitud del perfil del carril y se pueda garantizar, así, la buena calidad del mismo.

La siguiente misión de la invención es la consecución de un dispositivo por medio del cual sea posible mantener la intensidad de enfriamiento local de las zonas de la superficie del perfil en toda su longitud.

Con un procedimiento conforme a la invención según la reivindicación de patente 1, el objetivo se consigue situando el carril, enderezado en estado austenítico, en posición horizontal y fijándolo en línea con el eje y a prueba de flexión y, a continuación, manteniendo la fijación y el aseguramiento frente a la flexión, enfriando aceleradamente el carril y/o, al menos, una parte del perfil del carril, de la forma conocida, al menos temporalmente, partiendo de una temperatura por encima del punto crítico de la aleación (Ac3) y dejando que la estructura se transforme.

Las ventajas que supone la invención están, básicamente, en que con la estructura en estado austenítico tiene lugar un enderezamiento, de modo que el carril en posición fija en línea con el eje pierde más rápidamente calor en su superficie. Durante un enfriamiento acelerado de, dado el caso, partes del perfil, el carril permanece fijo en línea con el eje, lo que favorece la constancia de la intensidad de enfriamiento específica en sentido axial. Numerosas investigaciones han demostrado que cuando se produce un alabeo, aunque sea mínimo, del carril durante el enfriamiento acelerado de, al menos, partes del mismo, puede variar la curva de enfriamiento local en la zona de la superficie, con lo que la formación estructural se ve influenciada en gran medida por la transformación del estado austenítico de la aleación. Según la invención, una fijación horizontal en línea con el eje durante el tratamiento térmico del carril asegura un perfil característico del material sobre el perfil y la longitud del carril.

Una realización del procedimiento especialmente económica se puede alcanzar si, inmediatamente después del último punto de deformación, tiene lugar un enderezamiento, un posicionamiento y una fijación del carril en línea con el eje, aprovechando el calor de laminación.

Tanto para la técnica de instalación como, también, para la obtención de la distribución estructural deseada sobre el perfil, puede ser favorable fijar el carril sobre su base con la cabeza orientada en vertical hacia arriba. En este caso, resulta ventajoso enfriar el carril mediante proyección, utilizando intensidades de enfriamiento iguales en las zonas de la superficie del perfil simétricas al eje de altura del carril, visto en sentido longitudinal.

Para aumentar la seguridad de fabricación de los carriles con el perfil característico deseado y lograr una especial resistencia a la abrasión de su superficie de rodadura, puede resultar ventajoso fijar el carril suspendido, con la cabeza orientada en vertical hacia abajo. Un posicionamiento como éste resulta favorable porque así se puede enfriar el carril, o solamente su cabeza, sumergiéndolo en un líquido refrigerante.

Para lograr enfriamiento controlado hasta la temperatura deseada con una alta intensidad de refrigeración del medio de enfriamiento y una interrupción del enfriamiento acelerado, puede resultar ventajoso para la cinética de transformación que el enfriamiento del carril se lleve a cabo temporal y/o localmente de forma intermitente, afectando a una zona de la superficie del perfil. En tal caso, también puede ser importante equilibrar la temperatura del carril después del enfriamiento acelerado, mantenerlo a temperatura elevada y/o dejarlo enfriar a temperatura ambiente y con el aire inmóvil.

Una utilización del procedimiento en el que tiene lugar un enfriamiento, o temple, o tratamiento térmico del carril en toda su longitud se ha mostrado favorable para lograr una especial uniformidad y una alta calidad del carril, así como para ajustar sus características óptimas de uso.

Un dispositivo conforme al tipo, según la reivindicación de patente 10, es el encargado de cumplir la siguiente misión de la invención, de modo que el medio de sujeción está conformado como construcción portante con una extensión longitudinal acorde con el carril y con un alto momento de resistencia frente a la flexión, así como con elementos de posicionamiento y/o medios de fijación separables para fijar el carril.

La ventaja de una construcción portante a prueba de flexión y torsión es una fijación del carril recto respecto del eje, incluso cuando se forman fuerzas de flexión como consecuencia de la diferente distribución de la masa y/o distinta intensidad de refrigeración sobre el perfil durante un enfriamiento acelerado. Igualmente importantes son las ventajas de una fijación recta respecto del eje, en lo que se refiere a la carga con un medio refrigerante o al humedecimiento de la superficie con líquido refrigerante, ya que esto permite orientar el carril con exactitud sobre la zona deseada, con una gran uniformidad en toda la longitud del carril. De este modo, se pueden lograr las velocidades de enfriamiento deseadas de las zonas del perfil previstas y, con ello, alcanzar con gran exactitud las formaciones estructurales que se quiera.

Tanto para la técnica de instalación como, también, para la utilización puede resultar favorable conformar la construcción portante como construcción soldada con, al menos, tres elementos de posicionamiento, preferiblemente dispuestos sobre una extensión longitudinal a 0,5 m de distancia entre sí, alineables horizontalmente.

Se da una fijación sencilla y segura cuando los medios de fijación están conformados como sujetadores del carril acoplados a los elementos de posicionamiento.

Para obtener una estructura lo más uniforme posible a lo largo del carril y/o no producir una influencia importante de la intensidad de enfriamiento local, puede ser ventajoso que los elementos de posicionamiento y los medios de fijación muestren una superficie de contacto reducida, por ejemplo, en forma de cuña. De este modo, se puede evitar la formación de puntos blandos en el carril.

Con una esmerada disposición en hilera y/o la utilización de agua, básicamente sin materia en suspensión, puede resultar favorable que el dispositivo de enfriamiento del carril esté conformado como distancia de recorrido de pulverización con aire y/o agua con la misma intensidad de enfriamiento sobre toda la extensión longitudinal.

Si, por el contrario, el dispositivo de enfriamiento está conformado como tanque de inmersión con un líquido refrigerante, se podrá regular fácilmente la intensidad de enfriamiento añadiendo agentes sintéticos que actúen sobre las zonas del carril sumergidas.

Cuando, además, el dispositivo está conformado de manera que la construcción portante del carril y el dispositivo de enfriamiento se pueden mover correlativamente entre sí en el perfil, en dirección a la vertical del carril, se podrán llevar a cabo de forma especialmente eficiente ciclos de enfriamiento y/o un enfriamiento de partes del carril.

Un dispositivo especialmente sencillo se puede formar o fabricar posteriormente cuando la construcción portante va unida a un tanque de inmersión con elementos de posicionamiento dispuestos horizontalmente, y el carril se puede ajustar a través de medios de fijación, por ejemplo sujetadores, en los elementos de posicionamiento. Así, los medios de sujeción pueden estar conformados sencillamente como pisadores y dispuestos en las zonas distales del carril.

Para un tratamiento térmico casi isotermo, resulta ventajoso que el dispositivo se pueda ajustar para un temple discontinuo de carriles o partes de su perfil.

A continuación se aclarará detalladamente la invención con ayuda de los dibujos que representan, en cada caso, una vía de ejecución.

En ellos se muestra:

Figura 1 Un dispositivo para templar mediante inmersión carriles suspendidos, con ajuste vertical del medio de fijación

Figura 2 Un dispositivo para templar mediante pulverización carriles apoyados sobre su base

Figura 3 Un dispositivo con ajuste giratorio del medio de fijación

Figura 4 Un dispositivo con pisadores como medio de fijación.

En la fig. 1 se representa esquemáticamente un dispositivo para fijar en línea con el eje un carril en posición suspendida. Una construcción portante 2, formada por dos perfiles rectangulares 22, 21 a prueba de torsión, porta elementos de posicionamiento móviles en forma de pinza 3, 3' provistos de superficies de contacto 31, 31' básicamente horizontales para sujetar el carril. Una vez que se ha colocado el carril 1 y se han cerrado los elementos de posicionamiento 3, 3', un elemento de fijación 41 puede asegurar, en cada caso, una fijación en línea con el eje, por ejemplo, mediante un pistón hidráulico. Haciendo descender, por ejemplo, la construcción portante 2, se lleva el carril hasta un dispositivo de enfriamiento 5, por ejemplo, un tanque de inmersión 51 con líquido refrigerante. Tras enfriar, al menos, una parte del carril 1, éste se retirará del medio refrigerante elevando de nuevo la construcción portante en el sentido indicado por la flecha H, y se almacenará soltando el medio de fijación 41 y los elementos de posicionamiento 3, 3'.

La fig. 2 muestra un carril 1 fijado de sobre su base en una construcción portante 2 a prueba de flexión. Dicha construcción portante 2 consta, por ejemplo, de un bastidor rectangular inferior y otro superior 21, 22 unidos entre sí a prueba de torsión. Para obtener una fijación en línea con el eje, se coloca el carril 1 sobre las piezas de posicionamiento 23 y se cierran los elementos de posicionamiento 3, 3' provistos de superficies de contacto 31, 31' inclinadas, por ejemplo, girándolas hacia adentro mediante un elemento hidráulico.

En la figura 3 se representa un dispositivo según la invención provisto de bastidores 21, 22 situados de costado en la construcción portante 2. Para fijar el carril 1, que es portado por elementos de posicionamiento 3, 3' con superficies de contacto 31, 31', se giran los medios de fijación 4, 4' en torno a los centros de rotación 42, 42' y se ajustan sus superficies de contacto 41, 41' a la base del carril, de modo que éste queda fijo. Mediante un movimiento relativo H del dispositivo, el carril 1 se sumerge en un medio refrigerante 52.

En la figura 4 se representa, de nuevo esquemáticamente, una forma de disposición horizontal del carril 1. El carril 1 se coloca con la cabeza 11 hacia abajo en el tanque de inmersión 51 de un dispositivo de enfriamiento 5 lleno con un líquido refrigerante 52, sujeto a mediante los elementos de posicionamiento 3, 3' colocados en dicho dispositivo. Para fijar el carril en una posición horizontal recta respecto del eje, se colocan pisadores 40 que se pueden mover mediante elementos de retención 42, sobre el carril 1, de modo que es posible desplazar hacia abajo los elementos de posicionamiento 3, 3' para formar una pequeña ranura, por ejemplo de 0,5 mm, en las superficies de contacto de los mismos 31, 31'. Para retirar el carril 1 del dispositivo de enfriamiento 5 se alzará, por ejemplo, el pisador 40 y se elevarán los elementos de posicionamiento 3, 3'. No obstante, también se podrá desplazar hacia abajo el dispositivo de enfriamiento 5.

Claims (20)

1. Procedimiento para templar cabezas de carriles mediante enfriamiento acelerado con una transformación de la estructura austenítica, de modo que el carril, de longitud superior a 50 m y enderezado en estado austenítico, se posiciona en sentido horizontal y se fija, a prueba de flexión, en línea con el eje sobre, al menos, tres puntos a lo largo del carril, situados en la zona de una base y en la superficie del patín del carril enfrentada a la cabeza del mismo. A continuación, manteniendo la fijación o aseguramiento frente a la flexión de la cabeza del carril, éste se enfría, al menos temporalmente, de forma acelerada, partiendo de una temperatura por encima del punto crítico de la aleación (Ac3), y se deja que la estructura austenítica se transforme en la microestructura deseada estable a temperatura ambiente, y que se alcance una distribución estructural constante en el perfil a lo largo de todo el carril; de modo que los elementos de posicionamiento están provistos de superficies de contacto para las superficies orientadas hacia la cabeza del carril y los elementos de fijación separables, cuentan con superficies de contacto para la superficie enfrentada del patín del carril.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, inmediatamente después del último punto de deformación y aprovechando el calor de laminación, tiene lugar el enderezamiento, posicionamiento y fijación del carril en línea con el eje.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el carril se fija colocado sobre su base y con la cabeza orientada en vertical hacia arriba.

4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el carril se fija suspendido y con la cabeza orientada en vertical hacia abajo.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el carril pierde calor mediante enfriamiento por proyección, de modo que, visto en sentido longitudinal, se utilizan intensidades de enfriamiento iguales en las zonas de la superficie del perfil simétricas al aje de altura.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el carril pierde calor mediante inmersión en un líquido refrigerante.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el enfriamiento del carril se lleva a cabo de forma intermitente temporal y/o localmente, afectando a una zona de la superficie.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque, después del enfriamiento acelerado, el carril se desmonta y, dado el caso, después de mantenerlo a temperatura elevada, se le deja enfriar a temperatura ambiente con el aire inmóvil.

9. Utilización del procedimiento según las reivindicaciones 1 a 8 para un enfriamiento o temple acelerado de carriles con una longitud superior a 90 m.

10. Dispositivo para templar carriles, y/o la cabeza de los mismos, mediante enfriamiento acelerado con una transformación de la estructura austenítica en una microestructura deseada, estable a temperatura ambiente, compuesto básicamente por un medio de sujeción del carril y un dispositivo de enfriamiento; de modo que el medio de apoyo está conformado como construcción portante (2) con una extensión longitudinal acorde con el carril, superior a 50 m, con perfiles rectangulares (21, 22) y con un alto momento de resistencia a la flexión, así como con elementos de posicionamiento (3) y medios de fijación separables (4) para fijar el carril (1); estando provistos los elementos de posicionamiento (3, 3') de superficies de contacto (31, 31') para las superficies orientadas hacia la cabeza del carril, y los medios de fijación separables (4, 4') de superficies de contacto (41, 41') para la superficie enfrentada al patín del carril.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque la construcción portante (2) está conformada como construcción soldada con elementos de posicionamiento (3) alineables horizontalmente, dispuestos sobre toda la extensión longitudinal del carril a 0,5 m de distancia entre sí.

12. Dispositivo según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque los medios de fijación (4) separables están conformados como sujetadores (40) del carril (1), acoplados a los elementos de posicionamiento (3).

13. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque los medios de fijación (4) ) separables están provistos de superficies de contacto (41, 41') para posicionar el carril (1) en horizontal, en sentido longitudinal al eje.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque los elementos de posicionamiento (3) y los medios de fijación (4) muestran una superficie de contacto con el carril (1) reducida, por ejemplo, en forma de cuña.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el dispositivo de enfriamiento (5) del carril (1) está conformado como distancia de recorrido de pulverización (50) con aire y/o agua (52, 52', 52'') con la misma intensidad de enfriamiento sobre toda la extensión longitudinal.

16. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 14, caracterizado porque el dispositivo de enfriamiento (5) está conformado como tanque de inmersión (51) con un líquido refrigerante (52).

17. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 16, caracterizado porque la construcción portante del carril (2) y el dispositivo de enfriamiento (5) se pueden mover correlativamente entre sí en el perfil, en dirección a la vertical del carril.

18. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 17, caracterizado porque la construcción portante (2) va unida a un tanque de inmersión (51) con elementos de posicionamiento dispuestos horizontalmente (3) y porque el carril (1) se puede ajustar a través de medios de fijación (4), por ejemplo sujetadores (40), en los elementos de posicionamiento (3).

19. Dispositivo según la reivindicación 18, caracterizado porque los medios de fijación (4) están conformados como pisadores (40) y dispuestos, al menos, en las zonas distales del carril (1).

20. Dispositivo según una de las reivindicaciones 10 a 19, caracterizado porque éste está conformado con la longitud adecuada para templar carriles de más de 90 m de largo.