PL164678B1 - Uklad do wytwarzania szyn kolejowych i sposób wytwarzania szyn kolejowych PL PL - Google Patents

Abstract

1 . Uklad do wytwarzania szyn kolejowych, pozbawionych montazowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, asymetrycznych w poziomie, majacych glówke, stope i szyjke, znamienny tym, ze zawiera sekcje odlewania ciaglego (16), sekcje wal- cowania ciaglego (18), sekcje kontrolowanego chlodzenia i chlodzenia koncowego (20), a takze sekcje loza transportowego (22). 9. Sposób wytwarzania szyn kolejowych poz- bawionych montazowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, obejmujacy odlewanie ciagle stali do formy majacej ksztalt wlewka, znamienny tym, ze prowadzi sie odlewanie ciagle wlewka co najmniej w jednej formie (28), przenosi sie odlany wlewek do wejscia sekcji walcowania ciaglego (18), walcuje sie go na walcarce (38) do walcowania ciag- lego, skladajacej sie z szeregu stanowisk do walco- wania rozmieszczonych w linii jedno za drugim, przy czym wlewek ten poddaje sie obróbce i ksztal- towaniu do postaci szyny jednoczesnie na kazdym z tych stanowisk. Fig. 2 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ do wytwarzania szyn kolejowych i sposób wytwarzania szyn kolejowych wysokiej jakości. Ciągły proces walcowania połączony z procesem kontrolowanego chłodzenia umożliwia wytwarzanie szyn o dobrych charakterystykach wytrzymałościowych. Szyny według wynalazku mają jednolitą konstrukcję i korzystnie standardową długość. Poza tym sposób według wynalazku pozwala na efektywne, pod względem kosztów, wytwarzanie szyn o wysokiej jakości.

164 678

Koleje mają decydującą pozycję w transporcie towarów i w mniejszym stopniu, w przewodach pasażerskich. Utrzymanie istniejącego systemu torów i układanie nowych lini kolejowych wymaga ciągłych dostaw szyn kolejowych.

Znane szyny są wytwarzane w odcinkach o długości około 11,9 m. Długość ta ograniczona jest długością wagonów kolejowych do przewożenia szyn na miejsce ich instalacji. Na miejscu odcinki szyn są skręcane ze sobą śrubami. Stosowanie tych krótkich odcinków szyn i nierówności powodowane przez połączenia śrubowe stanowią istotne niedogodności. Przede wszystkim nieciągłości szyn w trakcie jazdy wywołują wstrząsy, prowadzące do zwiększonego zużycia szyn i ograniczenia maksymalnej prędkości pociągów. Skręcanie śrubami odcinków szyn na miejscu jest procesem czasochłonnym i kosztownym.

Bardziej współczesną i typową staje się praktyka spawania odcinków szyn, zamiast skręcania śrubami. Spawane szyny zapewniają jazdę w zasadzie bez wstrząsów, co wpływa na zwiększenie ich trwałości. Od czasu zastosowania szyn spawanych stało się powszechną praktyką wytwórców szyn kolejowych i poddostawców spawywanie szyn w stosunkowo długie wstęgi w miejscu montażu.

Typowe jest obecnie stosowanie odcinków szyn od 11,9 m do 30 m i powyżej, zespawanych we wstęgi o długości około 400 m. Do dostarczania zespawanych wstęg na miejsce instalacji stosuje się specjalne wagony kolejowe. Zespawane wstęgi są, w miejscu ich instalacji, skręcane ze sobą śrubami, albo spawane.

Ten sposób postępowania ma wiele zalet odnoszących się zarówno do efektywności, jak i wysokiej jakości szyn w porównaniu z tradycyjnym procesem skręcania śrubami. Jednakże ten sposób ma też niedogodności. Jakkolwiek spoiny służące do łączenia krótkich odcinków we wstęgi pozwalają na otrzymanie gładszej powierzchni i większej długości niż połączenia śrubowe, to miejsca spawania pozostają najsłabszymi punktami szyny ze względu na nieciągłość spoiny i występowanie, po każdej jej stronie, zmiękczonego obszaru o nieokreślonych właściwościach metalurgicznych. Spawanie wymaga również stosowania osobnego procesu, w którym krótsze odcinki szyn są przygotowane do spawania, wyrównywane w poziomie, ustawiane w linii prostej i sprawdzane w zakresie ciągłości spawania.

W obecnej praktyce wytwarzanie szyn obejmuje następujące po sobie kolejne etapy: kształtowanie wlewka, dogrzewanie, nawrotne walcowanie kształtowanego wlewka do postaci surowej kształtki, nawrotne walcowanie surowej kształtki do postaci szyny, chłodzenie i prostowanie ukształtowanej szyny, sprawdzanie szyn i obróbka cieplna szyny w celu nadania jej dobrych właściwości wytrzymałościowych.

Kształtowanie wlewka odbywa się albo przez odlewanie ciągłe, albo przez odlanie wlewka i walcowanie zgniatające. W typowym procesie, kształtowanie wlewka następuje przed walcowaniem w określonym miejscu, stąd też wlewek może ostygnąć i dlatego przed rozpoczęciem walcowania musi zostać dogrzany. Niektóre procesy przewidują szybkie przetransportowanie wlewka do ostatecznego walcowania i nie dopuszczanie do jego jałowego stygnięcia (1250°C), co powoduje maksymalne ograniczenie dogrzewania.

Wlewek jest nagrzewany do określonej temperatury i poddawany jest serii „walcować. Walcowanie polega na przechodzeniu plastycznego wlewka między wielkimi walcami wyw^^:rającymi znaczny nacisk na metal w celu jego wydłużenia i wstępnego ukształtowania szyny. Czynnikiem krytycznym w kształtowaniu szyny jest niesymetria produktu końcowego względem osi poziomej. Dla otrzymania asymetrycznej szyny wlewek musi nie tylko być walcowany dla osiągnięcia właściwego kształtu, lecz również trzeba zwrócić uwagę na naprężanie wewnętrzne powstające w metalu w wyniku asymetrycznego procesu walcowania.

Wlewek jest walcowany w „przejściu przez walcarkę, aż do przejścia całego odcinka pomiędzy walcami. Kierunek ruchu walcowego wlewka jest następnie odwracany i jest on wprowadzany tyłem przez tę samą walcarkę. Zależnie do' typu stosowanej walcarki, walcowany wlewek może przechodzić pomiędzy tymi samymi profilami walców, bądź między innymi profilami, wywierającymi nacisk na inne jego części.

Walcowany wlewek może być poddawany 10 do 12 przejściom przez pojedynczą walcarkę przed wprowadzeniem go do następnej. Ten proces, ze zmianą kierunku walcowania, zwykle

164 678 nazywany jest „walcowaniem nawrotnym. Po ostatecznym przejściu przez pierwszą walcarkę pierwotnie ukształtowana szyna bywa nazywana surową kształtką.

Surowa kształtka porusza się ruchem nawrotnym od jednej walcarki do drugiej tak długo, aż ukształtowana zostanie gotowa szyna. Poza walcarkami typowy proces wytwarzania szyn obejmuje użycie krawędziarek i obcinaczy końców w celu nadania szynie kształtu użytkowego. Po przejściu przez końcową walcarkę, szyna poddawana jest kontrolowanemu procesowi chłodzenia. Kontrolowane chłodzenie często obejmuje nierównomierne podawanie chłodzącego powietrza, wody lub ich kombinacji do szyny w celu zabezpieczenia jej przed znacznymi odkształceniami podczas tej operacji. Różne części niesymetrycznej szyny, mającej główkę, stopę i szyjkę mają oczywiście tendencję do stygnięcia z różną prędkością. Z powodu różnych szybkości stygnięcia szyny w jej różnych częściach, jeśli ma ona możliwość stygnięcia w niekontrolowany sposób, powstają znaczne jej wykrzywienia.

W trakcie procesu walcowania nawrotnego obecnie stosowanego do wytwarzania szyn, szczególnej uwagi wymagają końce szyny pierwotnej. Przy wychodzeniu końca surowej kształtki z danej walcarki walce przekazują na metal znaczną energię i jest oczywiste, że powoduje to pewne odkształcenie końca. Ponieważ surowa kształtka musi wejść pomiędzy szybko obracające się walce podczas każdego przejścia, to jeśli koniec szyny jest dość silnie deformowany, jest możliwe, że kształtka nie wejdzie między walce w sposób właściwy i proces wprowadzania zostanie przerwany. W procesie występują przynajmniej trzy obszary wymagające odcinania końców walcowanego wlewka lub surowej kształtki, w celu otrzymania prawidłowo ukształtowanych końców.

Charakter procesu walcowania nawrotnego powoduje, że nie nadaje się on do wytwarzania bardzo długich szyn. W każdym przejściu przez walcarkę, walce muszą zostać ustawione w ten sposób, aby zapewniały jednakowe odkształcenia w przekroju na całej długości kształtki. Jeżeli występuje gradient temperatury szyny od jednego końca do drugiego, to zmienia się również jej podatność i nie zostaje zachowana stałość deformacji. Takie gradienty temperatury są nieodłącznie związane z procesem walcowania nawrotnego długich wyrobów.

Zaletą procesu walcowania nawrotnego jest jednak to, że szyny mogą być wytwarzane na stosunkowo małej powierzchni przy użyciu niewielkiej liczby walcarek. Oczywiście liczne nawroty w procesie obniżają tempo cyklu ich wytwarzania, gdyż jednocześnie na walcarce obrabiana jest tylko jedna kształtka.

Proces walcowania nawrotnego szyn jest znany z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 4301670 i nr 4344310. W opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 342 053 i 4 503 700 przedstawione są procesy określane jako „ciągłe, jednakowoż żaden z tych opisów patentowych nie przedstawia procesu naprawdę ciągłego. W opisach patentowych nr 3 342 053 jak i nr 4 503 700 przedstawiony jest proces walcowania nawrotnego przynajmniej w stopniu kształtowania surowej kształtki.

W opisach patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr3310971inr3 555 862 przedstawione są procesy ciągłego walcowania stalowych wyrobów o dużych przekrojach. W żadnym z tych rozwiązań nie ma sugestii wprowadzenia tych procesów do wytwarzania wyrobów w postaci asymetrycznych szyn.

W opisie patentowym USA nr 4820015 przedstawiony jest proces odlewania złożonego materiału metalicznego. Ten proces odlewania ciągłego w jednym z przykładów wykorzystywany jest do kształtowania wlewków, które mogłyby być wykorzystane do kształtowania szyn. W procesie tym, odlewanie ciągłe było skojarzone z procesem walcowania ciągłego w celu kształtowania stalowych szyn.

Żadna z powyższych publikacji nie informuje o wytwarzaniu szyn jednolitych, nie spawanych i o długości około 400 m. Poza tym żadna z tych publikacji nie informuje o wytwarzaniu szyn przy użyciu ciągłego procesu walcowania. „Ciągłe walcowanie w użytym znaczeniu oznacza proces, w którym plastyczna stal sukcesywnie przechodzi przez walcarki, jedną za drugą, bez nawracania, a różne części tej samej szyny pierwotnej podlegają jednoczesnemu walcowaniu, na więcej niż jednej walcarce.

Żadna z powyższych publikacji nie ujawnia procesu wytwarzania szyn, w którym różne odcinki danej surowej kształtki byłyby walcowane i chłodzone równocześnie. Największym problemem przy walcowaniu ciągłym jest konieczność stosowania czegoś w rodzaju „bufora naprężeń,

164 678 5 pomiędzy walcarkami. Walce stosowane do kształtowania wyrobów stalowych są wyjątkowo ciężkie i obracają się z dużymi prędkościami.

Przy jednoczesnej pracy wielu walcarek, sprawia to trudność w natychmiastowym doregulowaniu prędkości walców w poszczególnych walcarkach. W tej sytuacji, nawet bardzo nieznaczny wzrost lub spadek prędkości obrotowej w pojedynczej walcarce spowoduje znaczne naprężenia w walcowanej stali. Naprężenia w skrajnych przypadkach mogą powodować obniżenie jakości wyrobów stalowych, a w najgorszym przypadku są niebezpieczne dla operacji walcowania.

Przy wyrobach o małych przekrojach bufor naprężeniowy jest tworzony przez umożliwienie stali wyginania się pomiędzy walcarkami. Niewielkie różnice w prędkościach walców są kompensowane wielkością wygięcia. Znane są z opisów patentowych Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 310 971 i 3 555 862 środki do utworzenia buforów naprężeń w procesie walcowania ciągłego w przypadku, kiedy przekrój poprzeczny materiału jest zbyt duży, aby było możliwe utworzenie łuku lub pętli pomiędzy walcarkami. Możliwość użycia dostępnej techniki do utworzenia odpowiedniego i najbardziej celowo dobranego bufora naprężeń do zastosowania wraz z rozwiązaniem według wynalazku leży w zakresie możliwości pracownika o zwykłych kwalifikacjach.

Celem wynalazku jest opracowanie określonego układu do wytwarzania szyny oraz sposobu jej wytwarzania, aby miała ona długość taką samą jak posiadają obecnie stosowane wstęgi szyn spawanych.

Istotą układu wytwarzania szyn kolejowych, pozbawionych montażowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, asymetrycznych w poziomie mających główkę, stopę i szyjkę jest to, że zawiera on sekcję odlewania ciągłego, sekcję walcowania ciągłego, sekcję kontrolowanego chłodzenia i chłodzenia końcowego, a także sekcję łoża transportowego.

Sekcja odlewania ciągłego obejmuje obszar podawania ciekłego metalu, obszar urządzenia do odgazowania i dogrzewania, oraz co najmniej jedno urządzenie odlewnicze, a także łoże do transportu wlewka oraz piec do nagrzewania wlewka.

Sekcja walcowania ciągłego obejmuje obszar przecinania i/lub odcinania przygotowujący przedni koniec wlewka , obszar grzania, urządznie do usuwania zgorzeliny, a także walcarkę do walcowania ciągłego.

Sekcja walcowania ciągłego i sekcja kontrolowanego pierwszego chłodzenia i końcowego chłodzenia są połączone i rozmieszczone w jednej linii jedna za drugą.

Także sekcja odlewania ciągłego, sekcja walcowania ciągłego i sekcja kontrolowanego pierwszego chłodzenia i końcowego chłodzenia są połączone i rozmieszczone w jednej linii jedna z drugą.

Układ dodatkowo zawiera sekcję kontrolną po operacji kształtowania, która zawiera środki do sprawdzania, znakowania wad, obcinania końców i usuwania wad.

Korzystnie środki usuwania wad obejmują zespół cięcia szyny i urządzenie spawalnicze.

Korzystnie także sekcja odlewania ciągłego obejmuje kilka urządzeń odlewniczych.

Z kolei istotą sposobu wytwarzania szyn kolejowych pozbawionych montażowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, obejmujący odlewanie ciągłe stali do formy mającej kształt wlewka jest to, że prowadzi się odlewanie ciągłe wlewka w co najmniej w jednej formie, przenosi się odlany wlewek do wejścia sekcji walcowania ciągłego, walcuje się go na walcarce do walcowania ciągłego, składającej się z szeregu stanowisk do walcowania rozmieszczonych w linii jedno za drugim, przy czym wlewek ten poddaje się obróbce i kształtowaniu do postaci szyny, jednocześnie na każdym z tych stanowisk.

W następnej operacji po walcowaniu prowadzi się nierównomierne chłodzenie szyny mającej temperaturę w zakresie od 760°C do 982°C oraz odtransportowuje się szynę z sekcji chłodzenia w temperaturze nie przekraczającej 427°C.

W ciągu całego procesu walcowania ciągłego walcowany wlewek jest w sposób ciągły i stopniowy wydłużany i zmniejsza się jego przekrój poprzeczny. Wynika stąd, że szyna ma pełną długość dopiero kiedy cała przejdzie przez ostatnią walcarkę.

Kiedy początek szyny opuszcza ostatnią walcarkę, w dalszym ciągu ma miejsce jej ochładzanie. To ochładzanie, jeśli się na nie oddziałuje, może zachodzić różnie w asymetrycznej części szyny i mogłoby spowodować naprężenie i deformacje szyny. W celu zapobieżenia temu i dla optymalizacji

164 678 właściwości metalurgicznych, szyna jest chłodzona w procesie kontrolowanym, a następnie w procesie chłodzenia końcowego, który zachodzi w jednym ciągu z pracą walcarki. Tak więc początek szyny jest chłodzony nawet jeśli koniec jest jeszcze walcowany.

Wynalazek pozwala na znaczne zmniejszenie prędkości ruchu szyny. Walcowanie nawrotne wymaga dużej prędkości walcowania w każdej walcarce, ponieważ każda walcarka musi ogólnie biorąc wykonywać kilka przejść w celu zmniejszenia przekroju kształtki.

Według wynalazku wielokrotne przejścia zostały zastąpione stosowaniem wielu walcarek. Tym samym przy tym samym tempie produkcji można zmniejszyć prędkość szyny. Zmniejszenie prędkości jest ważne, gdyż jak to objaśniono poniżej, pozwala ono na włączenie w jeden ciąg kontrolowanego chłodzenia i walcowania i poprawienie w ten sposób sterowania i bezpieczeństwa.

Po przejściu szyny całą długością przez sekcję końcowego chłodzenia i sekcję transportu szyn jej ruch postępowy jest wstrzymywany. Po chłodzeniu, szyna jest odsuwana na bok i osiowo przesuwana wstecz w obszar kontroli ostatecznej i napraw.

Przedmiot wynalazkujest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia typową szynę wytwarzaną sposobem według wynalazku, w przekroju, fig. 2 schematycznie proces wytwarzania szyny, fig. 3 - układ skojarzenia urządzeń do wytwarzania szyn kolejowych, a fig. 4 - wykres zależności temperatury szyny od jej położenia w obszarze kontrolowanego chłodzenia.

Na fig. 1 przedstawiono typową szynę wytwarzaną sposobem według wynalazku w przekroju. Szyna składa się z główki 10, szyjki 12 i stopy 14. Kiedy określa się szynę jako asymetryczną, to odnosi się to do symetrii względem wyobrażonej lini poziomej 15. Chociaż wszystkie szyny mają ten sam ogólny kształt w przekroju, to szczegółowe wymiary różnych obecnie wytwarzanych i stosowanych typów szyn nieco się różnią. Niewielkie różnice w przekrojach szyn można uwzględnić przez regulację sił walcowania w walcarkach do walcowania ciągłego według wynalazku.

Asymetria przekroju szyn powoduje kłopoty w procesie chłodzenia szyny. Zazwyczaj, kiedy szyna jest kształtowana i otrzymuje właściwy kształt przekroju, cały czas ma temperaturę powyżej 778°C. Kiedy szyna stygnie do temperatury pokojowej, to większa masa główki ostygnie dużo wolniej, niż stopa, i szyna będzie miała tendencję do wyginania się, gdyż chłodniejsza stopa będzie się kurczyć gwałtowniej niż główka. Naprężenia powstałe przy stygnięciu nie są niestety rozłożone równomiernie po osiągnięciu temperatury pokojowej, przez całą szynę, lecz powodują wewnętrzne siły wpływające na charakterystyki wytrzymałościowe gotowej szyny. Z tego powodu pożądane jest poddawanie szyn kontrolowanemu chłodzeniu, przy którym główka i stopa chłodzone są z różną intensywnością.

. Procesy walcowania ciągłego do produkcji wyrobów stalowych, o małym przekroju poprzecznym, takich jak stal prętowa lub sztaby są ogólnie znane. W procesach walcowania ciągłego, w odróżnieniu od procesów walcowania nawrotnego, plastyczna stal jest obrabiana równocześnie w wielu walcarkach. Na fig. 2 przedstawiono schematycznie proces wytwarzania szyny. Przedstawiono na niej zarówno fizyczny kierunek przemieszczania się stali, jak i względną temperaturę stali w jej ruchu przez podstawowe etapy procesu.

Pierwszy etap procesu stanowi odlewanie ciągłe plastycznego wlewka stalowego, który ma kształt prostopadłościanu przetwarzanego, w procesie ciągłym, w ostateczny kształt szyny. Wlewek potrzebny do wytworzenia standardowej szyny o długości około 400 m ma wymiary około 25 X 36 X 356 cm. W procesie odlewania ciągłego, stopiona stal formowana jest w urządzeniu odlewniczym na wymagany kształt o określonym przekroju. W tym miejscu stal opuszcza to urządzenie do odlewania ciągłego. Odlewanie ciągłe różni się od odlewania w stałej formie, która jest napełniana ciekłą stałą, pozostawiana do skrzepnięcia i usuwaną w postaci wlewka, który jest następnie dogrzewany i walcowany.

Górna część urządzenia do odlewania ciągłego utrzymywana jest w pozycji pionowej, przy czym stal wlewana jest od góry. Stal płynie przez formę z taką szybkością, że jest sosunkowo twarda, gdy opuszcza dołem formę i jest kierowana poziomo. Ruch ciągły wlewka może być kontynuowany wprost do sekcji walcowania ciągłego 18. Wlewek może być również pozostawiony do ostygnięcia i następnie dogrzany bezpośrednio przed wprowadzeniem do sekcji walcowania ciągłego 18.

164 678

W jednym z przykładów wykonania wynalazku sekcje odlewania ciągłego i walcowania ciągłego są ustawione jedna po drugiej, tak że odlewany w sposób ciągły wlewek przechodzi bezpośrednio z wylotu urządzenia do odlewania ciągłego do sekcji walcowania ciągłego. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku sekcja walcowania ciągłego połączona jest z wieloma urządzeniami do odlewania ciągłego.

Wszystkie urządzenia odlewnicze wytwarzają wlewki wprowadzane do sekcji walcowania ciągłego. Zalecane jest stosowanie wielu urządzeń odlewniczych, ponieważ tempo wytwarzania wlewków jest zwykle o wiele mniejsze niż prędkość wchodzenia wlewka do sekcji walcownia ciągłego 18.

Jak to opisano powyżej w sekcji walcowania ciągłego 18 plastyczny wlewek stalowy jest w sposób ciągły ijednoczesny obrabiany i kształtowany przechodząc przez szereg walcarek. Walcarki są ustawione w linii prostej w stałych położeniach. Kiedy początek wlewka porusza się od walcarki do walcarki, każda kolejna walcarka kształtuje i zmniejsza jego poprzeczny przekrój.

Kiedy wlewek jest kształtowany i profilowany, jego długość wzrasta z około 43 m do około 439 m. Tym samym prędkość metalu na wyjściu sekcji walcowania ciągłego 18 jest znacznie większa, niż prędkość metalu wchodzącego do tej sekcji, nawet jeśli na wejściu i na wyjściu znajduje się pojedyncza szyna.

Kiedy metal opuszcza sekcję walcowania ciągłego 18, szyna, która jeszcze stale się porusza po linii prostej w tym samym kierunku, wchodzi do należącej do procesu sekcji kontrolowanego chłodzenia 20. W sekcji kontrolowanego chłodzenia 20 do szyny doprowadza się środki chłodzące (stosowane w postaci wody, mgły lub powietrza). Kiedy szyna opuszcza sekcję walcowania ciągłego 18, może mieć temperaturę od 778°C do 1000°C. Szyna opuszczająca sekcję kontrolowanego chłodzenia 20 będzie miała temperaturę poniżej 445°C. Większość skurczów szyny spowodowanych ochłodzeniem powstanie w sekcji kontrolowanego chłodzenia. Pierwotną funkcją sekcji kontrolowanego chłodzenia jest zabezpieczenie przed wypaczeniem i wygięciem szyny oraz osiągnięcie pożądanych właściwości metalurgicznych. Zdolność do zapobiegania wyginaniu się szyny jest bardzo krytyczna, kiedy ma ona długość około 439 m.

Poruszająca się ruchem ciągłym szyna opuszcza sekcję kontrolowanego chłodzenia i przechodzi do sekcji chłodzenia końcowego. W sekcji chłodzenia końcowego szyna jest chłodzona do normalnie spotykanych temperatur. Na fig. 4 przedstawiono schematycznie wykres gradientu temperatury wzdłuż szyny znajdującej się w sekcji kontrolowanego chłodzenia i chłodzenia końcowego. Ponieważ szyna w sekcji kontrolowanego chłodzenia i chłodzenia końcowego porusza się ze stałą prędkością, to ten wykres temperatury w funkcji miejsca na długości szyny odpowiada zależności temperatury od czasu dla pojedynczego punktu poruszającego się wraz z szyną. Kiedy koniec szyny opuszcza sekcję walcowania ciągłego 18, temperatura jest w zasadzie równa pożądanej temperaturze walcowania dla walcarki końcowej. Szyna może być chłodzona gwałtownie od tej ' temperatury, ponieważ szybkość ochładzania przy tej temperaturze w zasadzie nie wpływa na metalurgiczne właściwości szyny. Jednakże, nawet przy tej temperaturze szyna może mieć tendencje do wygięć lub też deformacji wywołanych asymetrycznym przekrojem i różnymi prędkościami stygnięcia, stąd może się okazać konieczne stosowanie kontrolowanego chłodzenia ze zróżnicowanym doprowadzeniem środków chłodzących.

Przy przechodzeniu wzdłuż szyny osiąga się' punkt, w którym prędkość chłodzenia staje się ważna dla pożądanych właściwości metalurgicznych szyny. To miejsce przedstawiono w postaci stosunkowo łagodnie nachylonego odcinka linii chłodzenia w środku fig. 4. W tym obszarze szyna jest chłodzona w sposób zapewniający spełnienie dwóch ważnych funkcji.

Jedną z nich jest osiągnięcie pożądanych właściwości metalurgicznych, a drugą zróżnicowane doprowadzenia środków chłodzących do asymetrycznego przekroju dla uniknięcia wygięć lub innych deformacji.

Na koniec, kontynuując ruch wzdłuż szyny do jej początku osiąga się punkt, w którym temperatura szyny osiąga wielkość, przy której szybkość chłodzenia znowu przestaje być istotna dla zadanych właściwości metalurgicznych. Jest to sekcja chłodzenia końcowego i reprezentuje ją obszar stromego spadku po prawej stronie fig. 4. Podobnie jak w przypadku dużej szybkości chłodzenia przy wychodzeniu szyny z ostatniej walcarki i wchodzeniu do sekcji kontrolowanego

164 678 chłodzenia, w celu uniknięcia wygięć lub innych deformacji może być wymagane zróżnicowanie doprowadzania czynnika chłodzącego do szyny.

Zastosowanie walcowania ciągłego umożliwia zmniejszenie prędkości szyny podczas jej przechodzenia przez walcarki i to zmniejszenie prędkości jest ważne dla procesu kontrolowanego chłodzenia. W procesie walcowania nawrotnego, szyna jest zwykle przeprowadzana przez tę samą walcarkę stopniowo zmniejszając przekrój poprzeczny. Z tego powodu dla osiągnięcia zadanej wydajności produkcji potrzebna jest duża prędkość szyny przy każdym przejściu.

W przeciwieństwie tego przy procesie ciągłego walcowania wielokrotne przejście walcowania nawrotnego zastąpione są zastosowaniem wielu walcarek ustawionych w jednej linii. Umożliwia to radykalne zmniejszenie prędkości szyny przy tym samym tempie produkcji. Zmniejszona prędkość szyny przy walcowaniu ciągłym jest kompatybilna z prędkością kontrolowanego, wzdłuż kierunku ruchu, chłodzenia w odróżnieniu od dużej prędkości walcowania nawrotnego. Te zmniejszone prędkości powodują również ułatwienie kontroli szyny i zachowanie bezpieczeństwa.

Kiedy cała szyna została przeprowadzona przez zarówno sekcję walcowania ciągłego 18, jak i przez sekcję kontrolowanego i chłodzenia końcowego 20, ruch postępowy w procesie ustaje w odniesieniu do tej szyny. Gotowa szyna jest następnie przesuwana w bok do sekcji łoża transportowego 22. Przenoszenie szyny z sekcji odlewania ciągłego 16 do sekcji walcowania ciągłego 18, kontrolowanego chłodzenia i chłodzenia końcowego 20 oraz ostatecznie do sekcji łoża transportowego 22 stanowi podstawowe elementy procesu według wynalazku.

Bardziej szczegółowe przedstawienie korzystnego przykładu wykonania układu produkcyjnego i sposobu według wynalazku zamieszczonego schematycznie na fig. 3, stanowi urządzenie produkcyjne, które może być wykorzystane w celu realizacji sposobu według wynalazku. Każdy ze specyficznych obszarów urządzenia jest opisany w kolejności odpowiadającej wędrówce szyny, aż do przekształcenia jej w końcową szynę gotową do załadowania na pociąg układkowy.

Sekcja odlewania ciągłego 16 składa się z obszaru 'podawania ciekłego metalu 24, obszaru odgazowania i dogrzewania 26, urządzenia odlewniczego 28 oraz łoża do transportu wlewka 30 i pieca 32 do nagrzewania.

Wytwarzanie szyny musi rozpocząć się od gorącej, ciekłej stali. Stal może pochodzić z surowców lub z przetopu złomu. W korzystnym wykonaniu ciekła stal powstaje przez przetapianie zebranego złomu w elektrycznym piecu łukowym, w którym można dokładnie kontrolować skład chemiczny, przebieg redukcji, temperaturę i stopień odsiarczania ciekłej stali. Ciekła stal podawana jest od góry urządzenia odlewniczego 28 ze źródła ciekłej stali, a uprzednio stopiona stal jest dogrzewana i odgazowywana w obszarze 26. Dobieranie parametrów ciekłej stali zmiana jej składu chemicznego i nagrzewanie do temperatury odlewania odbywa się w obszarze dogrzewania i odgazowania 26.

Urządzenie odlewnicze 28 składa się z jednej lub-wielu form do ciągłego odlewania. Górne części tych form w których stal jest najbardziej ciekła, ustawione są pionowo. Formy mogą być zakrzywione w kierunku poziomym w celu umożliwienia wyprowadzania stali z formy w kierunku poziomym.

Łoże do transportu wlewka 30 rozmieszczone jest w obszarze przeznaczonym do składowania i transportu wlewków wytwarzanych w urządzeniu odlewniczym 28. Łoże' do transportu wlewka 30 może przesuwać plastyczne wlewki prostopadle do- jego długości. Piec 32 do nagrzewania wlewków sąsiaduje z łożem do transportu wlewków 30 i pełni dwie funkcje. Piec do przechowywania wlewków pozwala mieć pewność, że wlewek pozostaje w stałej i odpowiedniej dla walcowania temperaturze. Piec jest więc wyposażony w środki do transportowania wlewków do wejścia sekcji walcowania ciągłego 18.

Sekcja walcowania ciągłego 18 składa się z obszaru odcinania 34, obszaru grzania indukcyjnego 36, z odbijaka zgorzeliny 37 i walcarki 38. W obszarze odcinania 34 znajdują się środki do zapewnienia właściwej temperatury wlewka znajdującego się w tym obszarze.

Walcarka 38 do walcowania ciągłego utworzona jest przez wiele walcarek ustawionych w jednej linii jedna za drugą. Walcarki składają się z silników i dużych walców obrotowych przeznaczonych do wywierania deformującego nacisku na stal przechodzącą pomiędzy walcami. Walce również powodują przesuw stali przez walcarkę 38.

164 678

Sekcja kontrolowanego ochładzania według wynalazku zawiera obszar kontrolowanego ochładzania 40 i obszar końcowego ochładzania 42. Sekcja kontrolowanego ochładzania zaopatrzona jest w środki do asymetrycznego oddziaływania na kształtowaną szynę w celu zapobieżenia znacznym wygięciom szyny podczas jej ochłodzenia od temperatury jej osatniego walcowania. Kontrolowane chłodzenie może odbywać się przez doprowadzanie strumienia mgły lub gazu do wybranych obszarów szyny. Chłodzenie jest kontrolowane zarówno w celu zapobieżenia deformacjom, jak i w celu otrzymania pożądanych właściwości metalurgicznych.

W obszarze końcowego chłodzenia 42 stosuje się bardziej symetryczne chłodzenie szyny, ale w celu otrzymania zadawalającej prostoliniowości szyny, potrzebne jest zróżnicowane chłodzenie. W przenośniku transportowym 44 szyny ruch postępowy szyny ustaje, a szyna może zostać przesunięta w bok.

Opisane powyżej obszary są niezbędne do ciągłego kształtowania jednolitych szyn o długości około 400 m sposobem według wynalazku. Jednak całość procesu obróbki szyn obejmuje pewną liczbę dodatkowych etapów funkcjonalnych. W korzystnym wykonaniu wynalaz.ku dodatkowe obszary obróbki po kształtowaniu obejmuje obszar prostowania szyny 46, obszary odbijania zgorzeliny po walcowaniu 48, czujnik położenia 50, czujnik kontroli ultradźwiękowej 52, obszar kontroli powierzchni 54, obszar znakowania farbą 56, łoża transportowe 58, sekcje obszaru cięcia i wiercenia 62, obszar spawania 64, stojak składowy 66, stojak załadowczy 68 pociągu.

Obszar prostowania szyny 46 zawiera środki do korekcji niewielkich zgięć w gotowej szynie. W jednym z wykonań prostownik szyny składa się z masywnych walców wywierających nacisk 100 do 180 ton siły prostującej na szynę. Zewnętrzne powierzchnie szyn pozbawiane są zgorzeliny w urządzeniu do usuwania zgorzeliny 48. Czujnik położenia 50 służy do sprawdzania prostoliniowości szyny. Szyna jest spawdzana za pomocą ultradźwięków w obszarze kontroli ultradźwiękowej wykrywającej defekty wewnętrzne. Kontrola ultradźwiękowa wykrywa wewnętrzne wady w główce, szyjce i stopie szyny. Kontrola powierzchni szyny odbywa się w obszarze kontroli powierzchni 54. Jeśli jest to wymagane, to w obszarze znakowania 56 wszystkie wadliwe części szyny znakowane są farbą.

Łoże transportowe 58 posiada środki do bocznego przesuwania szyny. Środki usuwania wad 62 zaopatrzone są w środki do obcinania końców szyn oraz szyn po każdej stronie wykrytej wady, jak również do wiercenia otworów na śruby. W tym obszarze przygotowuje się również do spawania łączone odcinki.

Urządzenie spawalnicze 64 zawiera wyposażenie do spawania szyny, której odcinki zostały wycięte w obszarze piły i wiertarki tj. w obszarze środków usuwania wad 62.

Stojak składowy 66 nadaje się do składowania kilku gotowych szyn, a stojak załadowczy 68 służy do załadowania gotowej szyny na wagon kolejowy w celu wywiezienia szyny z miejsca jej wytwarzania.

W operacjach następujących po procesie kształtowania szyny, jest ona najpierw przesuwana na bok do przenośnika transportowego 44. Po przetransportowaniu, szyna jest przesuwana osiowo w kierunku przeciwnym do jej kierunku ruchu podczas procesu kształtowania. Początek szyny przechodzi przez obszar prostowania 46, obszar odbijania zgorzeliny 48, czujnik położenia 50, czujnik kontroli ultradźwiękowej 52, obszar kontroli powierzchni 54 i obszar znakowania farbą 56.

Opuszczając obszar znakowania farbą 56, początek szyny wchodzi nałoże transportowe 58, aż do momentu przejścia całej szyny przez obszar znakowania farbą 56, kiedy zatrzymany zostaje ruch szyny w kierunku osiowym. Szyna zostaje przesunięta w bok w łożu transportowym, a jej początek jest odcinany w obszarze cięcia i wiercenia 62. Wtedy rozpoczyna się ruch osiowy, teraz w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu szyny przy jej kształtowaniu. Jeżeli w procesie sprawdzania zostały wykryte obszary szyny z wadami, to podczas przechodzenia szyny przez obszar cięcia i wiercenia ruch postępowy jest przerywany, a szyna jest przecinana piłą w obszarze po obu stronach wady. Dwa powstałe końce są następnie spawane przez urządzenie spawalnicze 64. Ruch szyn jest kontynuowany, aż do wejścia końca szyny do obszaru cięcia i wiercenia. Koniec szyny jest odcinany i ruch szyny jest wznawiany aż do ulokowania całej szyny na stojaku składowym 66.

Podany powyżej opis wykonania stanowi jedynie przykład wykorzystania wynalazku i nie ogranicza zakresu zamieszczonych poniżej zastrzeżeń patentowych.

Fig. 4

Τ°

Fig. 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims (10)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ do wytwarzania szyn kolejowych, pozbawionych montażowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, asymetrycznych w poziomie, mających główkę, stopę i szyjkę, znamienny tym, że zawiera sekcję odlewania ciągłego (16), sekcję walcowania ciągłego (18), sekcję kontrolowanego chłodzenia i chłodzenia końcowego (20), a także sekcję łoża transportowego (22).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja odlewania ciągłego (16) obejmuje obszar podawania ciekłego metalu (24), obszar urządzenia do odgazowania i dogrzewania (26), oraz co najmniej jedno urządzenie odlewnicze (28), łoże do transportu wlewka (30) oraz piec do nagrzewania wlewka (32).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja walcowania ciągłego (18) obejmuje obszar przecinania i/lub odcinania (34) przygotowujący przedni koniec wlewka, obszar grzania indukcyjnego (36), urządzenie do usuwania zgorzeliny (37), a także walcarkę do walcowania ciągłego (38).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja walcowania ciągłego (18) i sekcja kontrolowanego pierwszego chłodzenia i końcowego chłodzenia (20) są połączone i rozmieszczone w jednej linii jedna za drugą.
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym,- że sekcja odlewania ciągłego (16), sekcja walcowania ciągłego (18), i sekcja kontrolowanego pierwszego chłodzenia i końcowego chłodzenia (20) są połączone i rozmieszczone w jednej linii jedna za drugą.
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera sekcję kontrolną po operacji kształtowania, która zawiera środki do sprawdzania (52, 54) znakowania wad (56), obcinania końców i usuwania wad (62).
7. 7. Układ według zastrz. 6, znamienny tym, że środki usuwania wad (62) obejmują zespół cięcia szyny i urządzenie spawalnicze (64).
8. 8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że sekcja odlewania ciągłego (16) obejmuje kilka urządzeń odlewniczych.
9. 9. Sposób wytwarzania szyn kolejowych pozbawionych montażowych spoin spawalniczych, w postaci jednolitej, obejmujący odlewanie ciągłe stali do formy mającej kształt wlewka, znamienny tym, że prowadzi się odlewanie ciągłe wlewka co najmniej w jednej formie (28), przenosi się odlany wlewek do wejścia sekcji walcowania ciągłego (18), walcuje się go na walcarce (38) do walcowania ciągłego, składającej się z szeregu stanowisk do walcowania rozmieszczonych w linii jedno za drugim, przy czym wlewek ten poddaje się obróbce i kształtowaniu do postaci szyny jednocześnie na każdym z tych stanowisk.
10. 10. Sposób według zastrz. 9,rziamienny tym, żew nastęnncj operacji ro walcowaniu prowadzi się pierównowierpe chłodzenie szyny mającej temperaturę w zakresie od 760° do 982°C oraz odtransportowuje się szynę z sekcji chłodzenia w temperaturze nie przekraczającej 427°C.