Предложения по реконструкции РБЦ НТМК

13.2.1.   Анализ технологий и состава оборудования, используемых для производства рельсов в России

Производство рельсов для железных дорог в России осуществляется на рельсобалочных станах Нижнетагильского и Кузнецкого металлургических комбинатов с применением двухвалковых калибров.

До реконструкции сталеплавильного передела НТМК, когда рельсы про­катывали из слитков, разлитых сверху, на стан 800 поступали заготовки се­чением 320x340 мм, полученные в обжимном цехе №1 на блюминге 1150.

После перехода на разливку стали на МНЛЗ на стан 800 поступают . заготовки сечением 300x360 мм.

Схема основного технологического оборудования рельсобалочного стана 800 представлена на рис. 13.3.

Прокатка железнодорожных рельсов Р65 на стане 800 производится за!2 проходов: 5 проходов в реверсивной клети 950, 3 - в 1-й клети трио 800, 3 -во 2-й клети трио 800 и 1 - в чистовой клети дуо 850. Технология прокатки рельсов путем обжатия раската в двухвалковых тавровых и рельсовых калиб­рах имеет следующие недостатки: большая неравномерность деформации по элементам профиля; наличие открытых и закрытых ручьев, требующих глу­бокого вреза в валки; головка и подошва рельса не подвергается прямому обжатию в направлении оси симметрии рельса.

Прокатка рельсов на КМК не имеет принципиальных отличий от техно­логической схемы, используемой на НТМК.

В 1991 г. УралНИИЧМ выполнил на КМК работу "Разработка и приме­нение технологии по повышению прямолинейности рельсов", в результате которой было выявлено, что рельсы по высоте имеют неровность, которая носит синусоидальный характер с периодом, равным примерно 2800 мм. Это соответствует длине окружности ручья калибра чистовой клети.

Наличие этой характерной волнистости связано с радиально-осевым пе­ремещением валков в процессе прокатки, которое возникает из-за нежесткого крепления подушек клети, наличия зазора между подушками и станинами, износа конусов валков, с неравномерным нагревом металла, износом калиб­ров, а также отсутствием вальцетокарных станков для нарезки калибров по периметру бочки валка с необходимой точностью. Поэтому для снижения волнистости рельсов, образующейся при прокатке, необходимо:

- обеспечить равномерный нагрев заготовок по длине и сечению;

- вести прокатку в жестких клетях с хорошим уравновешиванием шпин­делей;

- прокатывать в чистовом калибре не более 1000 т рельсов;

- установить вальцетокарные станки, например, фирмы "Геркулес" (Гер­мания), обеспечивающие высокую точность обработки прокатных валков.

 

 

 

Рис 13.3. Схема расположения основного технологического оборудования рельсобалочного стана 800

1 - методические нагревательные печи; 2 - камерные нагревательные печи; 3 - обжимная двухвалковая клеть 950; 4 - черновая и предчистовая трехвалковые клети 800; 5 - чистовая двухвалковая клеть 850; 6 - ножницы горячей резки; 7 - стеллаж возвратного потока; 8 - маятниковые пилы горячей резки; 9 - клеймовочная ма­шина; 10, 22 - передаточный швеллер для проката из качественной стали и рельсов; 11 - стеллаж для проката из качественной стали; 12 - центральные холодиль­ники; 13, 20, 21, 32- горизонтальные роликоправильные машины; 14 - распределительный стеллаж; 15 - горизонтально-правильные прессы; 16 - вертикально-правильные (штемпельные) прессы; 17 - установки для закалки концов рельсов; 18 - установки по центровке рельсов; 19 - станки сверлильно-фрезерные; 23 - печи изотермической выдержки рельсов; 24 - печь для нагрева рельсов под закалку; 25, 28 - кантователи рельсов; 26 - установка термоправки рельсов; 27 - закалочная машина; 29 - инспекторские стеллажи; 30 - установка замера твердости головки рельса; 31 - вертикальная роликоправильная машина; 33 -холодильники за отпускной печью; 34 - пакетирующее устройство; 35- печь для отпуска закаленных рельсов

 

На рельсобалочном стане КМК испытан способ непрерывной прокатки рельсов в предчистовой универсальной 4-х валковой клети и в чистовой 2-х валковой клети [13] (см. рис. 13.2, способ 7). По этому способу в 1987 г. было прокатано 25 тыс. т рельсов Р65. Испытания показали, что стойкость чисто­вого 2-х валкового калибра составила 1500 т, стойкость чугунного валка со . стороны головки рельса универсального калибра - 5,5 тыс. т, стойкость чу­гунного валка со стороны подошвы около 12 тыс. т. Установлена высокая стабильность получения профиля, замечаний по геометрии профиля практи­чески не было. Качество рельсов, прокатанных с применением универсально­го калибра, характеризуется следующими показателями: количество рельсов длиной 25 м, не имеющих поверхностных дефектов, составило 82-90 % по сравнению с 67-80 % для текущего производства; механические свойства находятся на том же уровне, а пластичность несколько больше у опытных рельсов. Авторами статьи [13], проводившими вышеуказанные испытания, предложен также способ прокатки рельсов с использованием 2-х универсаль­ных клетей, которые располагаются непрерывно (см. рис. 13.2, способ 5).

Сотрудниками Уральского политехнического института и УралНИИчер-мета предложен способ прокатки рельсов на КМК с применением двух уни­версальных и двухвалковой клети (см. рис. 13.2, способ 1а), отличающийся тем, что в 4-х валковой клети приняты вертикальные валки одинакового диа­метра как со стороны головки, так и подошвы рельса [14, 15]. Результаты этих работ были использованы в ПО "Уралмаш" при проектировании конструкции рабочих клетей для прокатки рельсов.

К рельсам, предназначенным для скоростного совмещенного движения, предъявляются повышенные требования по продольной прямолинейности, в частности, отклонения поверхности катания головки рельса в вертикальной плоскости не должны превышать 0,3 мм на базовой длине 1,5 м. Такая пря­молинейность, как показывает практика зарубежных заводов, достигается с использованием как универсальных, так и двухвалковых калибров.

В последние годы ГНЦ РФ ОАО "УЙМ", КМК и ВНИИЖТ выполнили комплекс работ, в результате которых были внедрены мероприятия по тер­мической правке рельсов во время отпуска [16] и после него, усовершенство­ваны технология [17] и схема правки, организован контроль прямолинейно­сти рельсов с помощью устройства "Элекон", что позволило существенно повысить прямолинейность рельсов. В настоящее время на КМК до 80 % рельсов в потоке отвечают повышенным требованиям по прямолинейности, и разработаны мероприятия по повышению этой доли до 100 %. Поэтому, с точки зрения достижения повышенной прямолинейности рельсов, для рекон­струкции РБЦ НТМК правомочны предложения по прокатке рельсов с при­менением как универсальных, так и двухвалковых клетей.

 

13.2.2. Технологические схемы прокатки рельсов Р65 с применением универсальных клетей

Предложение УГТУ-УПИ

Для прокатки рельсов Р65 с применением универсальных клетей предло­жено четыре варианта размещения рабочих клетей (рис. 13.4-13.8). Ориенти-' ровочная схема прокатки рельсов по этим вариантам приведена на рис. 13.9, а в таблице 13.1 - ориентировочный режим деформации по проходам.

При выборе схемы прокатки приняли в 4-х валковой реверсивной универ­сальной клети УК1 2 прохода с общим коэффициентом вытяжки 1,537, а в чистовой клети УК2 - 1,06. Такие коэффициенты вытяжки в универсальных клетях обеспечат получение требуемой геометрии рельсов и повышенных механических свойств. В условиях РБЦ НТМК установить еще одну 4-х вал­ковую универсальную клеть с целью увеличения прямого обжатия головки и подошвы рельса не представляется возможным.

Предлагаемые варианты размещения рабочих клетей предусматривают возможность прокатки как рельсов, так и профилей действующего сортамен­та.

По всем вариантам прокатка в обжимной реверсивной клети 950 произво­дится за 5 проходов в ящичных и разрезных калибрах. Рассмотрим прокатку в последующих клетях.

ВАРИАНТ! (рис. 13.4)

а) Прокатка рельсов. Клеть дуо 850 убирается. Устанавливаются уни­версальная четырехвалковая клеть УК1 и универсальная трехвалковая клеть УК2. В клети трио 800-1 дается 4 прохода (рис. 13.9), клеть трио 800-2 ис­пользуется как вспомогательная: 1-й проход дается в открытом контрольном калибре на нижнем горизонте. Далее в реверсивной клети УК1 дается 2 про­хода, затем один проход в клети 800-2 на верхнем горизонте в открытом кон­трольном калибре (в этом случае можно иметь ширину калибра 180 мм). Применение в клети 800-2 различных калибров по ширине позволяет осуще­ствлять более точный контроль профиля.

Заканчивается прокатка в клети УК2, которая может быть установлена или на место существующей клети дуо 850 (с использованием существующе­го привода) или рядом. За клетью УК1 необходимо установить рольганг дли­ной ~ 50 м. Привод клети УК1 осуществляется от электродвигателя, установ­ленного в становом пролете на месте существующего стенда для перевалки валков.

По этому варианту возможна замена клетей трио 800 на реверсивные же­сткие двухвалковые клети 800.

 

 

 

 

Рис. 13.4. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 1

4650 E! E1

 

9000

Рис.13.5. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 2

Рис. 13.6. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 3

 

 

4350

Рис. 13.7. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 4

 

Рис. 13.8. Схема прокатки при расположении оборудования по варианту

реконструкции 4

 

 

Рис. 13.9. Схема прокатки рельсов Р65 по вариантам 1 - 4

 

 

Таблица 13.1

Ориентировочный режим деформации при прокатке рельсов Р65 после проведения реконструкции по вариантам 1 - 4.

'№ прох.	Клеть	Площадь по­перечного сечения, мм2	Коэффи­циент вытяжки	Длина раската, м	Размеры сечения, мм
					Н	В	h	d
Заготовка		106630		4,4	300	360
1	950	89290	1,194	5,3	245	370
2	950	67370	1,325	7,0	180	380
3	950	54400	1,328	8,6	310	200
4	950	35600	1,528	13,2	115	330
5	950	30400	1,171	15,4	270	135
6	800-1	29600	1,027	15,8	250	200
7	800-1	25000	1,184	18,7	205	230
8	800-1	19230	1,300	24,4	167	210	100	51
9	800-1	15020	1,280	31,2	158	212	88	38
10	800-2	14170	1,060	33,1	152	213	85	36
11	УК1	11160	1,270	42,1	154	192	86	26
12	УК1	9222	1,210	50,9	157	180	88	20,5
13	800-2 или ВК	8997	1,025	52,2	151	180	84	20,5
14	УК2	8488	1,060	55,3	152,6	182,5	76,6	18

Примечание: УК1 - 4-х валковая универсальная клеть, УК2 - 3-х валковая универсальная клеть, ВК - вспомогательная клеть дуо;

Н и В - габаритные размеры поперечного сечения раската, h - толщина головки профиля, d - толщина шейки профиля.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Устанавливаются клети трио 800 и клеть дуо 850, а клеть УК2 убирается. Далее прокатка про­изводится по существующей в настоящее время технологии. При замене кле­тей трио 800 на реверсивные клети дуо 800 невозможна прокатка сдвоенных полособульбовых профилей 30810 и 30812, ПБ-615, ПБ-1979, Z-310.

Достоинства 1-го варианта.

1) Универсальная клеть УК1 не мешает прокатке профилей действующе­го сортамента, ее необходимо убирать только при замене валков.

2) Отпадает необходимость изготовления вспомогательной клети ВК, так как ее роль выполняет клеть трио 800-2.

 

 

Недостатки 1-го варианта.

1) Электродвигатель клети УК1 устанавливается на месте существующего стенда для замены валков, поэтому перевалочный стенд для клетей трио 800 необходимо разместить на другом месте.

2) Необходимо изыскать место для размещения машинного помещения электродвигателя клети УК1 и место для размещения перевалочного стенда универсальных клетей.

ВАРИАНТ 2 (рис. 13.5)

а) Прокатка рельсов. Клети трио 800 заменяются на реверсивные клети дуо 800. Устанавливается клеть УК1 взамен клети дуо 800-2, а также клети ВК и УК2. Клеть дуо 850 убирается. Прокатка призводится в той же после­довательности, что и по варианту 1.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Устанавливается клеть дуо 850 и реверсивная клеть 800-2 взамен клети УК1. Клети 800-1 и 800-2 приводятся от одного электродвигателя или от отдельных электродви­гателей (клеть 800-2 приводится от электродвигателя клети УК1). Убираются также клети ВК и УК2. Клети ВК и дуо 850 одинаковой конструкции и взаи­мозаменяемые.

Достоинства 2-го варианта:

все клети располагаются в районе линии 800 вдали от пил горячей резки.

Недостатки 2-го варианта.

1) Исключается установка существующих клетей трио 800 для прокатки профилей действующего сортамента, так как клеть ВК устанавливается на месте размещения подъемно-качающегося стола клети 800-2.

2) Открытый калибр в клети ВК используется при прокатке дважды - до и после прокатки в клети УК1. При повторной прокатке ширина раската 180 мм меньше ширины калибра 213 мм, за счет чего не будет обрабатывать­ся боковая поверхность головки и подошвы. На некоторых зарубежных ста­нах на валках клети ВК нарезаются два калибра разной ширины, причем при обратном движении раската клеть ВК смещается по направляющим так, что напротив калибра клети УК1 оказывается более узкий калибр (в рассматриваемом случае калибр шириной 180 мм).

ВАРИАНТ 3 (рис. 13.6)

а) Прокатка рельсов. Устанавливаются клети УК1 и ВК в районе 18-й и 19-й колонн, а также клеть УК2. Клеть дуо 850 убирается. В клети трио 800-1 дается 3 прохода, в клети трио 800-2 производится 1-й проход в закрытом рельсовом калибре, 2-й проход в открытом калибре, 3-й проход холостой. В клети УК1 дается 2 прохода, причем перед 1-м проходом валки клети ВК разводятся, а после 2-го прохода устанавливаются на требуемый размер. Ши­рина калибра клети ВК может быть принята =180 мм. Заканчивается прокат­ка в клети УК2, которая устанавливается либо на место чистовой клети дуо 850 с использованием ее привода, либо рядом с установкой отдельного при­вода

По этому варианту возможна замена клетей трио 800 на жесткие ревер­сивные клети дуо 800.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Убирается клеть УК2. При прокатке на возвратный поток также убираются клети УК1 и ВК. Прокатка производится по действующему режиму.

Недостаток варианта 3:

клети УК1 и ВК устанавливаются в районе. 18-й и 19-й колонн, где ходит кран грузоподъемностью 50 т. Для перевалки клетей требуется кран грузо­подъемностью 100 т. Осуществление этого варианта возможно при изготов­лении новых или усилении существующих колонн, увеличении высоты про­лета и строительстве новой крыши, что требует больших капитальных затрат.

ВАРИАНТ 4 (рис. 13.7)

а) Прокатка рельсов. Устанавливаются клети УК1, УК2 и ВК. В клети трио 800-1 даются три прохода, в клети трио 800-2 производится 1-й проход в закрытом рельсовом калибре, 2-й проход - в открытом калибре, а 3-й про­ход - холостой. Прокатка в клетях ВК, УК1 и УК2 производится по схеме, приведенной на рис. 13.8: клеть УК1 (валки клетей ВК и УК2 разведены), клеть УК1 и ВК (валки клети УК2 разведены), клеть УК2 (валки клетей ВК и УК1 разведены).

По этому варианту возможна замена клетей трио 800 на жесткие ревер­сивные клети дуо 800.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Убираются клети УК1 и УК2. Клеть ВК используется как чистовая клеть дуо 850. Прокатка производится по действующему режиму.

Достоинства варианта 4:

клети УК1, УК2 и ВК (дуо 850) размещаются компактно и при этом ис­ключается непрерывная прокатка в чистовой клети УК2.

Недостаток варианта 4:

требуется установка валков с точностью 0,05 мм. Однако такая установка валков может быть обеспечена за счет применения в чистовой клети УК2 двухскоростных нажимных устройств: быстроходная ступень используется для перемещения нажимных винтов со скоростью 20-30 мм/с, а тихоходная ступень со скоростью перемещения нажимных винтов 2,0-2,5 мм/с использу­ется для точной установки валков.

Предложение ОАО "Уралмаш"

Предлагаются для рассмотрения три варианта реконструкции РБС НТМК - вариант 5 (рис. 13.10) и вариант 6 (рис. 13.11). Прокатка по этим вариантам после обжимной клети 950 предусматривается в следующей последователь­ности: 1-я клеть - два тавровых калибра и один закрытый рельсовый калибр; 2-я клеть - два закрытых рельсовых калибра и один открытый калибр; 4-х валковая универсальная клеть - 1 проход; вспомогательная клеть дуо - 1 проход; чистовая трехвалковая универсальная клеть - 1 проход.

 

 

Рис. 13.10. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 5

Рис. 13.11. Схема расположения оборудования по варианту реконструкции 7

 

Приняты следующие коэффициенты вытяжки по проходам: 1,15; 1,10; 1,27; 1,27; 1,27; 1,27; 1,35; вытяжка минимальная; 1,06. ВАРИАНТ 5 (рис. 13.10).

а) Прокатка рельсов. Взамен клети трио 800 устанавливаются реверсив­ные жесткие клети 900. Устанавливаются также клети УК1, ВК и УК2.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Убираются клети УК1 и УК2, а клеть дуо 850 используется как клеть ВК. Достоинства 5-го варианта.

1) При прокатке в нереверсивных универсальных клетях облегчается на­стройка валков, что позволяет получить точный профиль.

2) Привод клетей дуо 900 - независимый. Недостатки 5-го варианта.

1)В клети УК1 дается только один проход. При этом коэффициент вы­тяжки в предчистовом проходе 1,35 завышен, что не обеспечит получение в чистовой клети точного профиля. Целесообразно принять в этой клети коэф­фициент вытяжки 1,20-1,22. Однако при таком низком коэффициенте вытяж­ки только частично используются возможности прокатки в универсальных клетях с целью получения рельсов с повышенными механическими свойст­вами.

2) Электродвигатель клети УК2 размещается в помещении станции управления дисковых пил (ПСУ 12), где нет для этого места.

ВАРИАНТ 6

Отличие варианта 6 от варианта 5 состоит в том, что привод клети УК2 осуществляется с противоположной стороны за счет установки электродви­гателя со стороны колонн ряда 126. Однако для привода валков клети УК2 потребуется применение длинных шпинделей, которые необходимо уравно­вешивать. Уравновешивающие устройства располагаются на участке шлеп-перов, что может мешать прокатке профилей существующего сортамента при поперечном перемещении раскатов от клети дуо 900 №1 к клети дуо 900 №2.

ВАРИАНТ 7 (рис. 13.И)

а) Прокатка рельсов. Устанавливаются клети УК1 и УК2, клеть дуо 850 используется как ВК. В этих клетях осуществляется непрерывная прокатка. Точность установки валков 0,1 мм.

б) Прокатка профилей действующего сортамента. Убираются клети УК1 и УК2, а клеть ВК используется как чистовая клеть дуо 850. Прокатка профилей осуществляется в клетях трио 800, оборудованных подъемно-качающимися столами, и в чистовой клети дуо 850 по существующей техно­логии.

Достоинства варианта 7: универсальные клети УК1 и УК2 располага­ются компактно около чистовой клети дуо 850.

Недостатки варианта 7.

1)В 4-х валковой клети УК1, как и по варианту 5, дается один проход. Недостатки этого отмечены в описании варианта 5.

 

 

2) При непрерывной прокатке вследствие возможного возникновения на­тяжения или подпора раската между клетями есть опасность отклонения раз­меров рельса от требуемых. По этой причине на зарубежных станах не пре­дусматривается прокатка в чистовой клети в режиме непрерывной прокатки.

Выбор варианта прокатки рельсов с применением универсальных

Клетей

Сравнение достоинств и недостатков рассмотренных вариантов прокатки рельсов с применением универсальных клетей, а также обсуждение этого во­проса с участием УГТУ, УралГИПРОМЕЗа, ОАО "Уралмаш" и ГНЦ РФ ОАО УЙМ позволяет сделать вывод о том, что наиболее предпочтительным явля­ется вариант 1 (см. рис. 13.4). Реализация этого варианта потребует изготов­ления двух универсальных клетей с приводами, рольганга за клетью УК1 длиной около 50 м, строительства помещений станций управления электро­двигателями, установки ограждения между клетью УК1 и пилами, проведе­нии других работ, связанных с удалением окалины на вновь устанавливае­мых клетях и т.д. Необходимо проработать вопрос установки клети УК2 на место чистовой клети дуо 850 с использованием ее привода.

При рабочем поектировании необходимо также проработать возможность применения варианта 6 по предложению ОАО "Уралмаш".