WO2013036166A2 - Способ и установка термической обработки рельсов - Google Patents
Способ и установка термической обработки рельсов Download PDFInfo
- Publication number
- WO2013036166A2 WO2013036166A2 PCT/RU2012/000727 RU2012000727W WO2013036166A2 WO 2013036166 A2 WO2013036166 A2 WO 2013036166A2 RU 2012000727 W RU2012000727 W RU 2012000727W WO 2013036166 A2 WO2013036166 A2 WO 2013036166A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- cooling
- rail
- zone
- heating
- temperature
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
- C21D9/04—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rails
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
- C21D1/34—Methods of heating
- C21D1/42—Induction heating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
- C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B9/00—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity
- F27B9/14—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment
- F27B9/20—Furnaces through which the charge is moved mechanically, e.g. of tunnel type; Similar furnaces in which the charge moves by gravity characterised by the path of the charge during treatment; characterised by the means by which the charge is moved during treatment the charge moving in a substantially straight path tunnel furnace
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D11/00—Arrangement of elements for electric heating in or on furnaces
- F27D11/06—Induction heating, i.e. in which the material being heated, or its container or elements embodied therein, form the secondary of a transformer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- F27D99/0001—Heating elements or systems
- F27D99/0006—Electric heating elements or system
- F27D2099/0015—Induction heating
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P10/00—Technologies related to metal processing
- Y02P10/25—Process efficiency
Definitions
- each cooling module contains a control unit for controlling the parameters of the cooling gas medium supplied to different rail surfaces, depending on the cooling mode set for each rail cooling module, providing a change in the cooling rate of the rail at different stages of the cooling mode .
- the mechanisms for moving and / or centering the rail are located outside the heating devices, and are also additionally built into the cooling modules, while the rail head is preloaded with a non-drive roller with an adjustable force, preloaded.
- the movement mechanisms stabilize the speed of the rail through the installation and provide the necessary range of its regulation, depending on the grade of steel.
- Fig. 3 shows the location of the heating elements in the heating devices of zone III
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам и устройствам термической обработки железнодорожных рельсов. Способ термической обработки рельса, включающий предварительный нагрев, дополнительный нагрев, охлаждение. Технический результат достигают за счет нагрева, осуществляемого непрерывно и/или дискретно с управлением по программно-заданному режиму. Предварительный нагрев осуществляют до температуры начала аустенизации (точка Ac1) не превышая температуры конца аустенизации (точка Ас3). Дополнительный нагрев осуществляют путем термоциклирования в области фазовых - превращений. В промежутках между отдельными устройствами нагрева проводят выдержку для выравнивания температур по каждому поперечному сечению. Изменяют скорости охлаждения на различных стадиях режима охлаждения. Заявляемый способ осуществляют на предложенной установке; включающей зоны предварительно нагрева, термоциклирования, гомогенизации с отдельными нагревательными устройствами и расположенными между ними промежутками и/или устройствами выравнивания температуры по сечению, зону охлаждения, включающую модули охлаждения с блоком управления и регулирования параметрами охлаждения, и зону самоотпуска. Техническим результатом изобретения является повышение уровня физико-механических свойств, получение твердости поверхности катания головки рельса до НВ415 и увеличение эксплуатационной стойкости рельса. Получение необходимой прямолинейности рельса после термообработки, позволяющей исключить правку в роли-коправильной машине. Расширение диапазона регулировки скоростей нагрева и охлаждения, что позволяет производить термообработку рельсов из различных марок сталей.
Description
СПОСОБ И УСТАНОВКА ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ РЕЛЬСОВ
Описание изобретения Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам термической обработки рельсов, ъ т.ч. железнодорожных рельсов.
Известен способ термообработки рельса (патент RU 2266966 C21D9/04, C21D1 1/00, C21D1/02), включающий пропускание нагретого рельса через участок охлаждения с входной и выходной областями и охлаждение до преобразования мик- роструктуры рельса в перлитную или ферритно-перлитную микроструктуру, отли- чающийся тем, что рельс пропускают через участок охлаждения, состоящий из от- дельных, независимых, последовательно расположенных вдоль длины участка охла- ждения охлаждающих модулей с независимо регулируемыми параметрами охлажде- ния и с промежуточными областями, расположенными между охлаждающими моду- лями для снятия структурных напряжений, со средствами для определения действи- тельной температуры головки рельса. В зависимости от соответствующего значения действительной температуры детали в промежуточной области регулируют парамет- ры интенсивности охлаждения, по меньшей мере, соответственно следующего охла- ждающего модуля для обеспечения заданной температуры головки рельса во время всего прохождения участка охлаждения, превышающей критическую температуру образования бейнитной структуры.
К недостатку данного способа можно отнести ограниченный диапазон регули- ровки скоростей охлаждения в процессе режима охлаждения. Кроме того, на поверх- ности головки падение температуры в течение первых 4-5с режима охлаждения дос- тигает 350°С - 450°С, что может приводить к образованию бейнитньгх структур в микроструктуре поверхностных слоев рельса. Таким образом, основным недостатком этого способа являются значительные колебания температуры на поверхности го- ловки рельса (от 350°С до 100°С), что может приводить к неоднородности макро- структуры. Известен способ термической обработки рельса (патент UA 61059 C21D9/04), включающий нагрев головки рельса по всей длине токами высокой частоты, при не-
прерывном перемещении всего рельса через участок нагрева. На первом этапе нагрев головки осуществляют до температуры 1050-1 100 °С, после чего выполняют кратко- временное промежуточное естественное подстуживание до температуры 860-820°С в течение 10-25 секунд. На втором этапе осуществляют нагрев до температуры 920- 980°С с ее стабилизацией, после чего выполняют первичное охлаждение до 480-380 ° С, при этом охлаждение в интервале температур, от 980 ° С до 800 ° С осуществляют со скоростью 2-8 ° С / с,
от 800 ° С до 600 0 С осуществляют со скоростью 6 - 14 0 С / с,
от 600 0 С до 380 0 С осуществляют со скоростью 4 - 12 ° С / с,
Самоотпуск осуществляют в интервале температур 520-400°С в течение 55-90 сек. После чего осуществляют вторичное охлаждение, при этом рельс выгибают по кри- вой с максимальной кривизной на подошву в зоне нагрева и охлаждения на величи- ну, обеспечивающую уравновешивания остаточных напряжений в головке рельса, возникающих при термообработке. К недостатку данного способа можно отнести то, что нагрев и охлаждение осу- ществляют только головки, а не всего профиля рельса, что влечет за собой необхо- димость перемещения рельсов через закалочную машину в упруго-изогнутом со- стоянии и возникновению больших остаточных напряжений после термообработки и, как следствие, к необходимости конечной правки рельса. Другим недостатком является то, что в месте примыкания шейки к головке рельса образуется переходная зона от нагретого к не нагретому материалу, где после термообработки образуется переходный слой с пониженными физико- механическими характеристиками.
Известен способ термической обработки (RU 2162486 МПК C21D 9/04), вы- бранный за прототип.
Способ термической обработки рельса, включающий предварительный нагрев каждого поперечного сечения рельса, выполненного из стали и имеющего головку, шейку и подошву, последовательный или одновременный дополнительный нагрев или перегрев головки рельса и охлаждение каждого поперечного сечения рельса. Предварительный нагрев каждого поперечного сечения рельса осуществляют после- довательно или одновременно до температуры, превышающей температуру конца аустенитного превращения стали с получением последовательно или одновременно в
каждом поперечном сечении рельса одинаковой и однородной аустенитной структу- ры; дополнительный нагрев или перегрев головки рельса осуществляют до темпера- туры, не превышающей 1050°С, предпочтительно до температуры, не превышающей 1000°С, и проводят таким образом, чтобы средняя температура каждого поперечного сечения головки рельса превышала по меньшей мере на 40°С среднюю температуру того же поперечного сечения подошвы, охлаждение каждого поперечного сечения рельса осуществляют последовательно или одновременно сначала до температуры, обеспечивающей получение мелкозернистой перлитной структуры по каждому попе- речному сечению рельса, а затем, в случае необходимости, проводят последователь- ное или одновременное охлаждение в естественных условиях каждого поперечного сечения обрабатываемого рельса до температуры окружающей среды.
К недостатку данного способа следует отнести то, что данный способ не преду- сматривает регулирование скорости нагрева и перегрев, осуществляемый до темпе- ратуры не превышающей 1050°С, ведет к резкому росту зерна аустенита и, как след- ствие, к снижению физико- механических свойств после закалки. Кроме того, отсут- ствие регулирования охлаждающей способности среды не позволяет получить высо- кую твердость на глубине 22мм от поверхности катания головки. В результате не обеспечивается достаточная эксплуатационная стойкость рельсов.
К недостатку данного способа можно отнести то, что предварительный нагрев осуществляют до температуры превышающей температуру конца аустенитного пре- вращения, что влечет за собой резкое изменение объема прогретого с поверхности материала за счет фазового превращения, это может приводить к короблению и появ- лению термических микротрещин.
К недостаткам способа следует отнести то, что из схемы, представленной на Фиг.1 следует наличие направляющих роликов, расположенных на поверхности на- гретой головки рельса, что может приводить к повреждению поверхности катания.
Известна установка термообработки, описанная в журнале Industrial Heating - October, 1992, которая взята за прототип. Установка состоит из устройства индукци- онного предварительного нагрева для аустенизации рельса, устройства подогрева рельса, охлаждающего устройства с системой воздушных камер, имеющих незави- симое управление обдувом рельса сверху, сбоку и снизу.
Данное устройство позволяет производить термическую обработку рельсов
только из легированных сталей. Недостатком устройства является узкий интервал регулирования скоростей охлаждения, обеспечивающий термообработку рельсов со скоростями до 4,5 "С/с, поскольку охлаждающей средой является воздух, что не по- зволяет производить термическую обработку рельсов из углеродистой нелегирован- ной стали, так как для этого необходимы скорости охлаждения существенно более высокие (12°С/с и более).
Задачами заявляемых способа и устройства являются:
Повышение уровня физико- механических свойств и увеличение эксплуатаци- онной стойкости рельса.
Получение необходимой прямолинейности рельса после термообработки, по- зволяющей исключить правку в роликоправильной машине.
Расширение диапазона регулировки скоростей охлаждения в процессе термооб- работки.
Стабилизация скорости перемещения рельса через установку и необходимый диапазон ее регулирования, в зависимости от марки стали.
Возможность термообработки рельсов из различных марок рельсовых сталей.
Техническим результатом является создание способа и установки, позволяющих:
- управлять отдельными нагревательными устройствами в каждой зоне по про- граммно заданному режиму, как непрерывно, так и дискретно, в зависимости от хи- мического состава стали.
- управлять режимами нагрева рельсов в проходном режиме с чередованием зон нагрева с зонами выравнивания температур.
- осуществлять предварительный нагрев до температуры начала аустенизации (точка Ас .
- дополнительный нагрев осуществляют путем термоциклирования в интервале температур фазового α-γ превращения до полной аустенизации всего объема каждого поперечного сечения;
- осуществлять термическую обработку рельсов из углеродистых нелегирован- ных и легированных сталей.
- плавно или резко изменять скорости охлаждения в процессе термообработки на различных стадиях охлаждения.
- получать однородную высокодисперсную пластинчатую перлитную структуру на глубину более 22 мм от поверхности катания головки, за счет интенсификации ох- лаждающей способности газовой среды в процессе охлаждения.
- получать твердость по поверхности катания до НВ415, повысить пластические и прочностные свойства термообработанной стали, за счет увеличения дисперсности перлита.
-изменять скорость охлаждения каждого участка рельса, влияя на глубину про- каливания, дисперсность структуры и физико-механические свойства, благодаря то- му, что каждый охлаждающий модуль снабжен блоком управления и регулирования параметров охлаждающей среды.
- обеспечивать стабильную скорость перемещения рельса через установку и необходимый диапазон ее регулирования, в зависимости от марки стали. Технический результат достигают способом термической обработки рельса, вклю- чающим предварительный нагрев каждого поперечного сечения рельса, выполненно- го из стали и имеющего элементы профиля: головку, шейку и подошву; дополни- тельный нагрев, охлаждение каждого поперечного сечения рельса, осуществляемое последовательно сначала до температуры, обеспечивающей получение мелкозерни- стой перлитной структуры по каждому поперечному сечению рельса, а затем, в слу- чае необходимости, последовательно проводимое охлаждение в естественных усло- виях каждого поперечного сечения обрабатываемого рельса до температуры окру- жающей среды, согласно изобретению нагрев осуществляют непрерывно и/или дис- кретно с управлением по программно-заданному режиму; предварительный нагрев осуществляют до температуры начала аустенизации (точка Ac^ не превышая темпе- ратуры конца аустенизации (точка Ас3); дополнительный нагрев осуществляют путем термоциклирования в области фазовых α-γ превращений; в промежутках между от- дельными устройствами нагрева проводят выдержку для выравнивания температур по каждому поперечному сечению; изменяют скорости охлаждения на различных стадиях режима охлаждения; изменяют скорость нагрева и/или охлаждения рельса в зависимости от марки стали.
Технический результат способа термической обработки рельсов осуществляют на
установке, включающей зону нагрева с нагревательными устройствами индукцион- ного нагрева, зону охлаждения, включающую модули охлаждения, имеющие незави- симое управление охлаждением рельса сверху, сбоку и снизу, согласно изобретению установка содержит зону термоциклирования с отдельными нагревательными уст- ройствами и расположенными между ними промежутками и/или устройствами про- межуточного охлаждения; каждый модуль зоны охлаждения содержит устройство формирования охлаждающей газовой среды с блоком управления и регулирования параметрами охлаждения; между нагревательными устройствами, модулями охлаж- дения размещены механизмы центрирования рельса. Кроме того, в заявляемом способе после термоциклирования проводят поддержание заданной температуры, осуществляя гомогенизацию аустенита.
Кроме того, в заявляемом способе по завершении перлитных превращений охлажде- ние прекращают для проведения самоотпуска, причем температура самоотпуска должна быть достаточной для снятия остаточных напряжений и не приводить к сни- жению твердости.
Кроме того, в заявляемом способе охлаждающую способность охлаждающей газовой среды регулируют в зависимости от температуры и влажности воздуха, а также в за- висимости от химического состава стали и температуры рельса на входе в зону охла- ждения. Кроме того, в заявляемом способе после проведения самоотпуска проводят дополни- тельное дифференцированное охлаждение рельса (до температуры _ 50оС ).
Кроме того, в заявляемом способе после дополнительного дифференцированного ох- лаждения проводят окончательное принудительное охлаждение до температуры ни- же 60°С. Кроме того, в заявляемой установке каждое нагревательное устройство имеет незави- симое регулирование.
Кроме того, в заявляемой установке каждый модуль охлаждения содержит блок управления и регулирования параметров охлаждающей газовой среды, подаваемой на различные поверхности рельса, в зависимости от режима охлаждения, заданного для каждого модуля охлаждения рельса, обеспечивая изменение скорости охлажде- ния рельса на различных стадиях режима охлаждения.
Кроме того, в заявляемой установке механизмы перемещения и/или центрирования рельса расположены вне устройств нагрева, а также дополнительно встроены в моду- ли охлаждения, при этом в механизме перемещения поджим головки рельса осуще- ствляют неприводным роликом с регулируемым усилием поджатая. Кроме того, в заявляемой установке механизмы перемещения стабилизируют ско- рость перемещения рельса через установку и обеспечивают необходимый диапазон ее регулирования, в зависимости от марки стали.
Кроме того, в заявляемой установке после зоны охлаждения расположена зона само- отпуска. Кроме того, в заявляемой установке после зоны самоотпуска дополнительно уста- новлены устройства дифференцированного охлаждения.
Кроме того, заявляемая установка дополнительно содержит устройства окончатель- ного принудительного охлаждения до температуры ниже 60°С.
Осуществление изобретения На фиг.1 приведена схема установки термообработки рельсов, реализующая за- являемый способ по режиму термообработки представленному в виде графика на фиг.1а.
Установка на фиг.1 содержит:
I. Рельс;
2. Устройство транспортировки;
3. Устройство подачи и перемещения рельса;
4. Нагревательные устройства предварительного нагрева;
5. Нагревательные устройства зоны термоциклирования;
6. Участки охлаждения в зоне термоциклирования;
7. Нагревательные устройства зоны гомогенизации;
8. Охлаждающие модули зоны закалки;
9. Механизм центрирования рельса;
10. Дополнительное устройство дифференцированного охлаждения;
I . Устройство окончательного принудительного охлаждения. I - зона предварительного нагрева;
II - зона термоциклирования;
HI - зона гомогенизации;
IV - зона выравнивания температуры;
V - зона охлаждения;
VI - зона самоотпуска;
VII - зона дополнительного дифференцированного охлаждения;
VIII - зона окончательного принудительного охлаждения.
График термообработки рельсов по заявляемому способу на фиг. 1а представ- ляет собой график изменение температуры поверхности и центра головки рельса во время его прохождения через Ι-зону предварительного нагрева, II- зону термоцикли- рования, III- зону гомогенизации, IV-зону выравнивания температуры, V-зону охла- ждения и VI- зону самоотпуска., VII зона дополнительного дифференцированного ох- лаждения и VIII зона окончательного принудительного охлаждения
На фиг.2 приведено расположение нагревательных элементов в нагревательных устройствах зоны I и зоны II где,
1 - рельс;
12 - нагревательный элемент головки рельса;
13 - нагревательный элемент шейки рельса;
14 - нагревательный элемент подошвы рельса.
На фиг.З приведено расположение нагревательных элементов в нагревательных устройствах зоны III
1 - рельс;
12 - нагревательный элемент головки рельса;
14 - нагревательный элемент подошвы рельса.
На фиг.4 приведена схема зоны охлаждения, где: 1 - рельс;
8 - охлаждающие модули;
15 - устройства формирования охлаждающей газовой среды с блоком управле- ния и регулирования параметрами охлаждения.
16 - блок управления параметрами воздуха и воды;
17 - система подачи воздуха и воды;
18 - автоматизированная система управления (АСУ);
На фиг.5 показано устройство подачи и перемещения рельса (вид с торца), где: 1 - рельс;
19 - механизм настройки верхнего ролика;
20 - нижний ведущий ролик с приводом;
21 - механизм привода нижнего ведущего ролика;
22 - верхний ролик;
Описание работы заявляемой установки поясняет осуществление заявляемого способа.
Рельс 1 посредством устройства транспортировки 2, которое может быть вы- полнено, например, в виде рольганга, транспортирует в устройство подачи и пере- мещения 3 (фиг. 5). Устройство подачи и перемещения 3 перемещает рельс со скоро- стью, задаваемой в соответствии с режимом термообработки, в зоны нагрева, при этом не повреждая поверхности катания рельса. Механизмы перемещения 3 стабили- зируют скорость перемещения рельса через установку и обеспечивают необходимый диапазон ее регулирования, в зависимости от марки стали.
В качестве способа нагрева применяют индукционный нагрев токами высокой частоты. Нагрев ведут с различными скоростями в зависимости от марки стали, при- чем непрерывно и/или дискретно по программно-заданному режиму с целью получе- ния более равномерного нагрева каждого поперечного сечения рельса и выравнива- ния температуры по сечению не только головки рельса, но и по сечению шейки и подошвы для обеспечения минимальных термических напряжений и деформаций рельса во время нагрева. Головка и подошва имеют различную массу и конфигура- цию, поэтому их нагрев ведут с разными скоростями, причем нагрев подошвы прово- дят по определенному закону в соответствии с режимом нагрева головки, чтобы из- бежать искривления рельса,
В зоне предварительного нагрева I с отдельными нагревательными устройства- ми 4, имеющими независимое управление (на фиг.1 не показано) рельс нагревают до температуры начала аустенизации (точка Aci) не превышая температуры конца ау- стенизации (точкаАсз), чтобы при прогреве, начиная с поверхностных слоев, обеспе- чить фазовые превращения малыми объемами материала по мере продвижения фронта прогрева вглубь рельса, за счет чего снижают внутренние напряжения, уст- раняют возможность появления термических микротрещин и уменьшают искривле- ние рельса.
Нагрев в зоне предварительного нагрева I осуществляют следующим образом.
При перемещении рельса 1 через установку (фиг. 1), каждое его поперечное се- чение проходит через первое нагревательное устройство предварительного нагрева 4, поверхностные слои головки рельса нагревают нагревательными элементами 12 (фиг.2) до заданной температуры Tj, по программно-заданному режиму, за время х\. За это же время τι центр головки рельса прогреется за счет теплопроводности до температуры tj (фиг. la).
Нагрев других элементов профиля рельса (шейки и подошвы) проводят своими независимыми нагревательными элементами 13 и 14 (фиг. 2). Причем нагрев подош- вы и шейки проводят по определенному закону в соответствии с режимом нагрева головки, чтобы избежать искривления рельса.
Далее это поперечное сечение походит через первую зону выравнивания гради- ента температур по глубине и сечению рельса (на фиг.1 не отмечены). В этой зоне в местах отсутствия нагревательных устройств 4 происходит подстуживание поверх- ности всех элементов профиля рельса 1. И в момент времени τ2 выхода данного по- перечного сечения рельса из этой зоны выравнивания градиента температуры по глу- бине и сечению рельса температура поверхности головки рельса составляет Т2 и цен- тра t2, причем Tj г , a <t2 и соответственно градиент температуры Δ2 поверхности и центра головки рельса в момент времени τ2 равный Δ2 = Т2 - 12 будет меньше гради- ента температуры Δι поверхности и центра головки рельса в момент времени τ рав- ный Δ[ = Т] - ti. Аналогичные действия происходят с градиентом температуры и в других элементах профиля рельса.
Далее это поперечное сечение рельса 1 входит в следующее нагревательное устройство 4 и, проходя через него, поверхность головки нагревается до температуры Тз, а центр до t3 и затем, попадая в следующую зону выравнивания градиента темпе- ратуры по глубине и сечению рельса, происходит уменьшение разности температу- ры поверхности и центра головки рельса, и так далее. Задавая режимы нагрева нагре- вательным элементам 12, 13, 14 (фиг.2) в зоне I предварительного нагрева можно до- биться минимального градиента температуры по глубине и сечению рельса.
Затем рельс подают в зону II с отдельными нагревательными устройствами 5 и промежуточными участками охлаждения 6, где осуществляют термоциклирование в температурном интервале фазовых α-γ превращений. Независимое управление нагре-
вательными устройствами 5 в зоне II (на фиг.1 не показано) позволяет задавать необ- ходимый закон термоциклирования каждого поперечного сечения рельса в зависимо- сти от химического состава стали, с целью обеспечения получения высоких физико - механических свойств и снижения внутренних напряжений, вызывающих искривле- ние рельса. При этом получают однородную и равномерную мелкозернистую струк- туру аустенита во всем объеме каждого поперечного сечения рельса.
Расположение независимых нагревательных элементов в нагревательных уст- ройствах зоны I и зоны II приведено на фиг.2. Где рельс - 1, дифференцированно равномерно нагревают по сечению нагревательными элементами - 12, 13, 14 имею- щими независимое управление (на фиг.2 не показано). Независимое управление на- гревательными элементами позволяет задавать режим нагрева каждого элемента профиля рельса по определенному закону, и изменять его в зависимости от химиче- ского состава стали.
Далее рельс подают в зону III для гомогенизации аустенита, нагревая отдель- ными нагревательными устройствами 7 до температуры выше аустенизации (т. Ас3) и выдерживают при этой температуре для гомогенизации аустенита. Расположение нагревательных элементов в нагревательных устройствах зоны III показано на фиг.З, где головка и подошва рельра - 1 нагревают отдельно регулируемыми нагреватель- ными элементами 12 и 14 соответственно.
В нагревательных зонах I, II, III нагрев рельса проводят путем нагрева поверх- ностных слоев рельса, а прогрев внутренних объемов рельса происходит за счет теп- лопроводности. Поэтому режим нагрева рельса, для каждой марки стали, в каждой зоне задают с такой скоростью, которая обеспечивает незначительный перепад тем- пературы поверхности и внутренних слоев. Кроме того, между отдельными нагрева- тельными устройствами 4, 5, 7 расположены зоны (на фиг. 1 не показаны) выравни- вания градиента температур по глубине и сечению рельса.
Затем рельс подают в зону IV окончательного выравнивания и контроля темпе- ратуры, где подстуживают поверхность рельса в естественных условиях до темпера- туры не ниже Агь
Далее рельс поступает в зону охлаждения V с отдельными модулями охлажде- ния 8, где ведут регулируемое охлаждение с различными скоростями, в зависимости от марки стали, непрерывно и/или дискретно по программно-заданному режиму с
целью получения высокодисперсного перлита и высоких физико-механических свойств в структуре стали.
Режим охлаждения как головки, так других элементов профиля рельса состоит из нескольких стадий. На первой стадии при интенсивном охлаждении обеспечивают такую скорость охлаждения поверхности головки, при которой температура поверхности головки рельса понижается от температуры нагрева до температуры минимальной устойчиво- сти аустенита, за время, не превосходящее длительность инкубационного периода перлитного превращения. На второй стадии охлаждения уменьшают скорость охлаждения до такого зна- чения, чтобы обеспечить полное перлитное превращение в поверхностных слоях.
Далее скорость охлаждения постепенно увеличивают для обеспечения форми- рования высокодисперсного перлита по мере продвижения фазовых превращений вглубь головки. Программно-заданный режим охлаждения выбирается из базы данных по дей- ствительной (измеренной) температуре поверхности рельса и марки стали. Функцио- нальная схема зоны охлаждения V представлена на фиг. 4. АСУ 18 с базой данных режимов термообработки, согласно заданному режиму охлаждения рельса, передает сигнал системе 17 подачи воздуха и воды, которая через блоки управления 16 подает заданное количество воздуха и воды для формирования охлаждающей газовой среды, подаваемой посредством модулей охлаждения 8 на рельс 1. Каждое устройство 15 посредством блока управления и регулирования параметрами охлаждения формирует заданный состав охлаждающей газовой среды для своего модуля охлаждения 8, что позволяет обеспечить необходимую скорость охлаждения рельса 1 при прохождении через данный модуль охлаждения 8 в соответствии с программно-заданным режимом охлаждения на данной стадии охлаждения. Это позволяет получать необходимую скорость охлаждения в соответствии с заданным режимом охлаждения рельса при его продвижении в зоне охлаждения V. Достаточно широкий диапазон регулирова- ния скоростей охлаждения (2-И4,5°С/сек) позволяет термообрабатывать рельсы из углеродистой нелегированной и легированной сталей. Рельс из зоны охлаждения V, по окончании перлитных превращений во всем объеме данного сечения, поступает в зону самоотпуска VI.
На выходе зоны V стоит устройство подачи и перемещения 3 (фиг 5), переме- щающее рельс со скоростью, задаваемой в соответствии с режимом термообработки, при этом не повреждая поверхности катания рельса (за счет поджимания головки рельса, осуществляемое неприводным роликом (не показан) с регулируемым усилием поджатая), на устройство транспортировки 2, которое может быть выполнено, на- пример, в виде рольганга. Механизмы перемещения 3 стабилизируют скорость пере- мещения рельса через установку и обеспечивают необходимый диапазон ее регули- рования, в зависимости от марки стали.
После прохождения зоны самоотпуска VI рельс 1 поступает в зону VII, где за счет дополнительного установленного устройства 10 проводят дополнительное диф- ференцированное охлаждение до температуры ниже 250°С, что позволяет избежать термического коробления и последующей правки в роликоправильной машине (сни- жение напряжений). Далее в зоне VIII, где дополнительно установлено устройство 11, проводят принудительное окончательное охлаждение до температуры ниже 60°С, что позволяет исключить операцию выдержки рельса на холодильнике в течение 2 - 4 часов.
В зонах нагрева I, И, III, зоне IV выравнивания температур и зоне охлаждения V между отдельными устройствами нагрева и модулями охлаждения располагают механизмы 9 центрирования рельса, исключающие повреждение поверхности ката- ния головки рельса. При продвижении рельса через установку механизмы 9 центри- рования предотвращают возможные его искривления при высоких температурах (особенно в моменты фазовых превращений) под действием силы тяжести.
Предлагаемый способ термообработки реализован на полнопрофильных про- бах длиной 1200 мм, отобранных от рельсов из стали, химический состав которых приведен в таблице 1
Таблица 1 -Химический состав стали, % мае.
Термообработку проб рельсов проводили на установке, схема которой представлена на фиг.1 по программно-заданному режиму представленному на фиг. 1а.
Для оценки качества термообработки рельсов определяли микроструктуру го- ловки, прочностные и пластические свойства, твердость, ударную вязкость. Полу- ченные результаты представлены в таблице 2
Таблица 2 - Микроструктура и механические свойства проб рельсов.
Замеры криволинейности образцов рельсов после термообработки
увеличение исходной кривизны на 0,02 мм на длине 1
Claims
1.Способ термической обработки рельса, включающий предварительный нагрев каждого поперечного сечения рельса, выполненного из стали и имеющего элементы профиля: головку, шейку и подошву; дополнительный нагрев, охлаждение каждого поперечного сечения рельса, осуществляемое последовательно сначала до темпера- туры, обеспечивающей получение мелкозернистой перлитной структуры по каждому поперечному сечению рельса, а затем, в случае необходимости, последовательно проводимое охлаждение в естественных условиях каждого поперечного сечения об- рабатываемого рельса до температуры окружающей среды, отличающийся тем, что нагрев осуществляют непрерывно и/или дискретно с управлением по программ- но-заданному режиму; предварительный нагрев осуществляют до температуры нача- ла аустенизации (точка Ас не превышая температуры конца аустенизации (точка Асз); дополнительный нагрев осуществляют путем термоциклирования в области фа- зовьгх α-γ превращений; в промежутках между отдельными устройствами нагрева проводят выдержку для- выравнивания температур поверхностных и внутренних объ- емов каждого поперечного сечения рельса; изменяют скорости охлаждения на раз- личных стадиях режима охлаждения; изменяют скорость нагрева и/или охлаждения рельса в зависимости от марки стали.
2.Установка, включающая зону нагрева с нагревательными устройствами индукци- онного нагрева, зону охлаждения, включающую модули охлаждения, отличающая- ся тем, что установка содержит зону термоциклирования с отдельными нагрева- тельными устройствами и расположенными между ними промежутками и/или уст- ройствами промежуточного охлаждения; в зоне охлаждения каждый модуль содер- жит устройство формирования охлаждающей газовой среды с блоком управления и регулирования параметрами охлаждения; между нагревательными устройствами, мо- дулями охлаждения размещены механизмы центрирования рельса.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что после термоциклирования проводят под- держание заданной температуры, осуществляя гомогенизацию аустенита.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что по завершении перлитных превращений ох- лаждение прекращают для проведения самоотпуска, причем температура самоотпус- ка должна быть достаточной для снятия остаточных напряжений и не приводить к снижению твердости.
5. Способ по п.1 , отличающийся тем, что охлаждающую способность охлаждающей газовой среды регулируют в зависимости от температуры и влажности воздуха, а также в зависимости от химического состава стали и температуры рельса на входе в зону охлаждения.
6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что после проведения самоотпуска проводят дополнительное дифференцированное охлаждение рельса (до температуры _550°С )
7. Способ по п.6, отличающийся тем, что после дополнительного дифференцирован- ного охлаждения проводят окончательное принудительное охлаждение до темпера- туры ниже 60°С.
8. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что каждое нагревательное устройство име- ет независимое регулирование.
9. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что в заявляемой установке каждый модуль охлаждения содержит блок управления и регулирования параметров охлаждающей газовой среды, подаваемой на различные поверхности рельса, в зависимости от ре- жима охлаждения, заданного для каждого отдельного модуля охлаждения рельса, обеспечивая изменение скорости охлаждения рельса на различных стадиях режима охлаждения.
10. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что механизмы перемещения и/или цен- трирования рельса расположены вне устройств нагрева и дополнительно встроены в модули охлаждения, при этом поджим головки рельса осуществляют неприводным роликом с регулируемым усилием поджатия.
1 1. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что механизмы перемещения стабилизи- руют скорость перемещения рельса через установку и обеспечивают необходимый диапазон ее регулирования, в зависимости от марки стали.
12. Установка по п.2, отличающаяся тем, что после зоны охлаждения расположена зона самоотпуска.
13. Установка по п.12 отличающаяся тем, что после зоны самоотпуска дополнитель- но установлены устройства дифференцированного охлаждения.
14. Установка по п. 2 или 13, отличающаяся тем, что дополнительно содержит уст- ройства окончательного принудительного охлаждения до температуры ниже 60°С.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAA201306999A UA107275C2 (uk) | 2011-10-27 | 2012-05-09 | Спосіб і установка термічної обробки сталевої рейки |
| PL12830673.5T PL2700724T3 (pl) | 2011-10-27 | 2012-09-05 | Sposób i aparat do obróbki cieplnej szyn |
| EP12830673.5A EP2700724B1 (en) | 2011-10-27 | 2012-09-05 | Method and apparatus for heat treating rails |
| ES12830673T ES2912874T3 (es) | 2011-10-27 | 2012-09-05 | Método y aparato para el tratamiento térmico de raíles |
| EA201300942A EA025680B1 (ru) | 2011-10-27 | 2012-09-05 | Способ и установка термической обработки рельсов |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011144110/02A RU2484148C1 (ru) | 2011-10-27 | 2011-10-27 | Способ и установка термической обработки рельсов |
| RU2011144110 | 2011-10-27 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2013036166A2 true WO2013036166A2 (ru) | 2013-03-14 |
| WO2013036166A3 WO2013036166A3 (ru) | 2013-05-02 |
| WO2013036166A4 WO2013036166A4 (ru) | 2013-06-20 |
Family
ID=47832741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2012/000727 WO2013036166A2 (ru) | 2011-09-08 | 2012-09-05 | Способ и установка термической обработки рельсов |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP2700724B1 (ru) |
| EA (1) | EA025680B1 (ru) |
| ES (1) | ES2912874T3 (ru) |
| PL (1) | PL2700724T3 (ru) |
| RU (1) | RU2484148C1 (ru) |
| UA (1) | UA107275C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013036166A2 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114182074A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-15 | 芜湖中铁科吉富轨道有限公司 | 一种用于工字型超轻尖轨的反弯式淬火装置 |
| CN116024409A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-04-28 | 芜湖中铁科吉富轨道有限公司 | 一种用于工字型超轻尖轨的淬火装置 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2987872B1 (en) | 2013-04-17 | 2018-07-18 | Scientific And Manufacturing Enterprise "Tomsk Electronic Company" Ltd. | Device for thermally processing rails |
| RU2598021C1 (ru) * | 2015-06-10 | 2016-09-20 | Закрытое акционерное общество "Литаформ", ЗАО "Литаформ" | Способ термической обработки литых изделий из низкоуглеродистых легированных сталей, устройство для реализации способа термической обработки |
| CN107723594B (zh) * | 2017-10-10 | 2019-05-10 | 攀钢集团研究院有限公司 | 耐内部损伤性珠光体钢轨及其制造方法 |
| CN109182715B (zh) * | 2018-09-19 | 2020-04-07 | 武汉钢铁有限公司 | 钢轨在线热处理平直度控制方法 |
| CN114540608A (zh) * | 2022-02-25 | 2022-05-27 | 湖南中科电气股份有限公司 | 重轨钢电磁感应加热装置及其控制方法、加热系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162486C2 (ru) | 1995-09-20 | 2001-01-27 | Сожерель | Способ термической обработки стального рельса |
| UA61059C2 (ru) | 1998-01-15 | 2003-11-17 | Ukrainian State Res Inst Of Me | Способ термической обработки рельсов |
| RU2266966C2 (ru) | 2001-08-01 | 2005-12-27 | Смс Меер Гмбх | Способ охлаждения рельса |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2023026C1 (ru) * | 1991-07-02 | 1994-11-15 | Украинский государственный научно-исследовательский институт металлов | Способ термической обработки рельсов |
| RU2003705C1 (ru) * | 1992-01-03 | 1993-11-30 | Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта | Способ термической обработки рельсов и установка дл его осуществлени |
| JPH06299246A (ja) * | 1993-04-12 | 1994-10-25 | Nippon Steel Corp | レールの熱処理方法 |
| DE10148305A1 (de) * | 2001-09-29 | 2003-04-24 | Sms Meer Gmbh | Verfahren und Anlage zur thermischen Behandlung von Schienen |
| US10174390B2 (en) * | 2006-10-03 | 2019-01-08 | Gary M. Cola, JR. | Microtreatment of iron-based alloy, apparatus and method therefor, and articles resulting therefrom |
| RU2369646C1 (ru) * | 2008-07-21 | 2009-10-10 | ООО Научно-производственное предприятие "Томская электронная компания" | Способ дифференцированной термообработки профилированного проката, в частности рельса, и устройство для его осуществления |
| RU2487177C2 (ru) * | 2011-07-28 | 2013-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью Научно-Производственное Предприятие "Томская Электронная Компания" | Способ и установка термической обработки рельсов |
-
2011
- 2011-10-27 RU RU2011144110/02A patent/RU2484148C1/ru active
-
2012
- 2012-05-09 UA UAA201306999A patent/UA107275C2/ru unknown
- 2012-09-05 EP EP12830673.5A patent/EP2700724B1/en active Active
- 2012-09-05 PL PL12830673.5T patent/PL2700724T3/pl unknown
- 2012-09-05 EA EA201300942A patent/EA025680B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-09-05 ES ES12830673T patent/ES2912874T3/es active Active
- 2012-09-05 WO PCT/RU2012/000727 patent/WO2013036166A2/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2162486C2 (ru) | 1995-09-20 | 2001-01-27 | Сожерель | Способ термической обработки стального рельса |
| UA61059C2 (ru) | 1998-01-15 | 2003-11-17 | Ukrainian State Res Inst Of Me | Способ термической обработки рельсов |
| RU2266966C2 (ru) | 2001-08-01 | 2005-12-27 | Смс Меер Гмбх | Способ охлаждения рельса |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| INDUSTRIAL HEATING, October 1992 (1992-10-01) |
| See also references of EP2700724A4 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114182074A (zh) * | 2021-12-03 | 2022-03-15 | 芜湖中铁科吉富轨道有限公司 | 一种用于工字型超轻尖轨的反弯式淬火装置 |
| CN114182074B (zh) * | 2021-12-03 | 2023-10-10 | 芜湖中铁科吉富轨道有限公司 | 一种用于工字型超轻尖轨的反弯式淬火装置 |
| CN116024409A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-04-28 | 芜湖中铁科吉富轨道有限公司 | 一种用于工字型超轻尖轨的淬火装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013036166A4 (ru) | 2013-06-20 |
| RU2484148C1 (ru) | 2013-06-10 |
| RU2011144110A (ru) | 2013-05-10 |
| EP2700724A2 (en) | 2014-02-26 |
| EP2700724B1 (en) | 2022-04-20 |
| EA201300942A1 (ru) | 2014-04-30 |
| UA107275C2 (uk) | 2014-12-10 |
| EP2700724A4 (en) | 2015-03-18 |
| WO2013036166A3 (ru) | 2013-05-02 |
| EA025680B1 (ru) | 2017-01-30 |
| ES2912874T3 (es) | 2022-05-30 |
| PL2700724T3 (pl) | 2022-07-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2013036166A2 (ru) | Способ и установка термической обработки рельсов | |
| CN100335187C (zh) | 基于薄板技术来制造超薄热轧带材的方法和生产线 | |
| AU2006310840B2 (en) | Method and finishing train for hot-rolling starting material | |
| RU2456352C1 (ru) | Способ и устройство термической обработки рельсов | |
| US10125405B2 (en) | Method and system for thermal treatments of rails | |
| KR101376565B1 (ko) | 연속 소둔라인 급냉대의 스트립 온도제어 방법 및 장치 | |
| US5714020A (en) | Process for heat treatment of a steel rail | |
| JPH0255488B2 (ru) | ||
| RU2272080C2 (ru) | Способ термической обработки рельсов | |
| US4142923A (en) | Method of induction heat treating, quenching and tempering, of structural members | |
| RU2487177C2 (ru) | Способ и установка термической обработки рельсов | |
| US5004510A (en) | Process for manufacturing high strength railroad rails | |
| WO2018147755A1 (ru) | Способ изготовления и термообработки рельсовых плетей и комплекс для осуществления способа | |
| JP2716127B2 (ja) | 高低抗性レールの製造方法 | |
| RU2369646C1 (ru) | Способ дифференцированной термообработки профилированного проката, в частности рельса, и устройство для его осуществления | |
| JPH0366371B2 (ru) | ||
| WO2008077166A2 (de) | Verfahren und vorrichtung zur wärmebehandlung von metallischen langprodukten | |
| US20170275729A1 (en) | Method of and for producing heavy plates | |
| US20080011394A1 (en) | Thermodynamic metal treating apparatus and method | |
| RU2794329C1 (ru) | Способ индукционного термического упрочнения остряков стрелочных переводов и установка для его осуществления | |
| WO2015028871A2 (en) | Induction heat-treating apparatus and process | |
| KR900006693B1 (ko) | 냉간 압연된 강철 스트립의 연속소둔방법 및 장치 | |
| SU1399359A1 (ru) | Способ термообработки рельсов | |
| RU2496888C1 (ru) | Способ получения арматурной проволоки из высокоуглеродистой стали | |
| Magadoux | Process and technologies to anneal current and future AHSS strips |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: A201306999 Country of ref document: UA |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201300942 Country of ref document: EA |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |