專利名稱：百米重軌殘余應(yīng)力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專 利涉及一種百米鋼軌殘余應(yīng)力控制方法，屬于預(yù)彎變形控制、復(fù)合矯直變形控制工藝等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前百米鋼軌生產(chǎn)步驟通常采用萬能軋制、軋后冷卻，復(fù)合矯直，百米鋼軌軋后冷卻過程由于橫截面不同部位的冷卻速度不同，導(dǎo)致了其收縮變形量以及產(chǎn)生相變膨脹的時間不同，使得鋼軌在冷卻過程中出現(xiàn)向軌頭方向和軌底方向的反復(fù)彎曲現(xiàn)象，最終使鋼軌冷卻后具有明顯的彎曲變形和殘余應(yīng)力，彎曲撓度已超出傳統(tǒng)冷床的尺寸，這不僅使鋼軌無法進入矯直機，而且大大也增加了矯直后鋼軌的殘余應(yīng)力，大大降低了鋼軌的使用壽命。試驗結(jié)果表明鋼軌矯前彎曲度直接影響矯后的平直度，在同等變形條件下，一方面，矯前彎曲度越大，矯后的平直度越差；另一方面，矯前彎曲度越大，反彎變形量越大，矯直力越大，能耗也大，鋼軌斷面尺寸畸變越大；殘余應(yīng)力越大；此外，矯前彎曲度波動大，則矯直工況穩(wěn)定性差；反之，矯前彎曲度波動小，矯直過程穩(wěn)定性好，矯直效果好。傳統(tǒng)的鋼軌冷床本身已不能滿足百米鋼軌的工藝需要，面臨淘汰。傳統(tǒng)的鋼軌冷床采用拉鋼式冷床，直流電機拖動系統(tǒng)，人工手動操作，鋼軌頭尾難以實現(xiàn)同步，易對鋼軌造成劃傷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種百米鋼軌平直度高，殘余應(yīng)力小，有效地保證百米鋼軌生產(chǎn)線的高效運行的百米鋼軌殘余應(yīng)力控制方法。技術(shù)解決方案本發(fā)明采用萬能軋制、軋后冷卻，復(fù)合矯直方法，對軋后冷卻過程中的百米鋼軌采用大弧度預(yù)彎，預(yù)彎時，以百米鋼軌軌底溫度780 850°C，軌頭溫度為850 930°C為現(xiàn)場條件，彎曲開始位置分別在距離鋼軌兩端Z = 15m-35m，彎曲后鋼軌的形狀為中間平直，兩端為曲線，中間平直段與兩端點連成的弦的距離為Ll = 1. 8m-2. 8m，建立百米鋼軌預(yù)彎控制模型。依據(jù)百米鋼軌的幾何模型，通過模擬計算結(jié)果分析，將百米鋼軌的預(yù)彎量擬合成如下關(guān)于百米鋼軌長度的函數(shù)f (ζ) = 2. 28648-0. 24818 X z+0. 00855 X ζ2_0· 0009 X ζ3 (0 彡 Z 彡 35)式中Z-百米鋼軌彎曲開始位置分別在距離百米鋼軌兩端的距離通過百米鋼軌長度的函數(shù)，實施鋼軌預(yù)彎控制模型，使鋼軌冷卻至室溫時的弦高控制在30 40mm范圍內(nèi)。本發(fā)明所述的復(fù)合矯直方法R2(21. 0 18. 5mm)—R4 (12. 5 14. 6mm)—R6 (4. 6 6. 5mm)—R8 (5. 0 6. Omm)，百米鋼軌矯直后殘余應(yīng)力控制在70 120MPa以內(nèi)，R為1 8個矯直輥，百米鋼軌矯直后殘余應(yīng)力控制在70 120MPa以內(nèi)。為 了解決百米鋼軌冷卻后產(chǎn)生的彎曲變形和矯直后殘余應(yīng)力的兩項技術(shù)難題，本發(fā)明對傳統(tǒng)的鋼軌冷床增加了預(yù)彎功能，在冷卻前按照平直鋼軌終冷曲線對鋼軌預(yù)先進行一個與自然冷卻后彎曲方向相反的等值反向彎曲，隨著冷卻的進行，所施加的預(yù)彎曲能“補償”鋼軌冷卻過程形成的應(yīng)力彎曲，最終達到改善百米鋼軌平直度的目的，為矯直工藝矯后殘余應(yīng)力控制提供了技術(shù)保證。百米鋼軌軋后冷床除冷卻功能外，還增加了預(yù)彎功能。一方面冷床采用更為先進的電氣自動化控制系統(tǒng)，配合預(yù)彎控制技術(shù)；另一方面配合矯直變形工藝，提高了平直度， 降低了殘余應(yīng)力，這種新型預(yù)彎控制冷床，結(jié)合矯直工藝的技術(shù)集成有效地保證了百米鋼軌生產(chǎn)線的高效運行。本發(fā)明專利通過對鋼軌冷卻過程的彎曲變形的計算，采用大弧度預(yù)彎優(yōu)化工藝參數(shù)，使鋼軌弦高控制在30 40mm范圍內(nèi)，有效控制了鋼軌冷卻過程的平直度。解決了百米鋼軌尾部預(yù)彎過度的缺點，結(jié)合優(yōu)化的8+1多輥矯直機矯直變形規(guī)程，結(jié)合矯前彎曲度的控制，有效地控制了鋼軌矯直后的軌底殘余應(yīng)力，與舊矯直規(guī)程相比，軌底殘余應(yīng)力值平均降低了 70MPa，殘余應(yīng)力值全部< 250MPa，提高了鋼軌端頭平直度，使高速鋼軌合格率提高，滿足高速鋼軌的標準要求，同時提高了鋼軌矯后的平直度。


圖1為本發(fā)明百米鋼軌冷床橫移過程示意圖；圖2為本發(fā)明百米鋼軌冷卻模型圖；圖3為本發(fā)明百米鋼軌關(guān)鍵點1-5的溫度隨時間變化曲線圖；圖4百米鋼軌斷面關(guān)鍵點示意圖；圖5為本發(fā)明百米鋼軌冷卻過程的撓度變化曲線圖；圖6為本發(fā)明百米鋼軌預(yù)彎控制模型參考曲線圖；圖7為本發(fā)明百米鋼軌預(yù)彎曲線和終冷曲線圖。
具體實施例方式采用大弧度預(yù)彎優(yōu)化工藝參數(shù)，百米鋼軌軋后送至冷床上如圖1所示，在鋼軌的實際生產(chǎn)中，由于鋼錠的爐號不同，軋制節(jié)奏不同等因素，鋼軌上冷床的溫度也不大相同， 本發(fā)明百米鋼軌的軌底溫度780 850°C，軌頭的溫度為850 930°C為現(xiàn)場條件，現(xiàn)場數(shù)據(jù)和現(xiàn)場冷卻效果照片如圖6。本發(fā)明橫移過程分為兩個階段平移和預(yù)彎。平移時每個橫移小車等速同起同停，將百米鋼軌從入口輥道左側(cè)向右側(cè)平推，將百米鋼軌在熱態(tài)下推直， 并且矯正起始點。百米鋼軌平移800-900mm成直線后橫移小車抬起鋼軌然后打彎，彎曲開始位置分別在距離鋼軌兩端Z = 15m-35m 17_20mm，彎曲后百米鋼軌的形狀為中間平直，兩端為曲線。中間平直段與兩端點連成的弦的距離為Ll = 1.8m-2.8m。預(yù)彎控制模型參考曲線如圖4-5所示，預(yù)彎后的百米鋼軌落在冷床的固定梁上，然后預(yù)彎小車下降返回。通過活動梁的動作將百米鋼軌移送到了冷床出口，最后運送至矯直機進行矯直。依據(jù)百米鋼軌的幾何模型，通過模擬計算結(jié)果分析，將百米鋼軌的預(yù)彎量擬合成如下關(guān)于百米鋼軌長度的函數(shù)
f (ζ) = 2. 28648-0. 24818 X z+0. 00855 X ζ2_0· 0009 X ζ3 (0 ≤ Z ≤ 35)式中Z-百米鋼軌彎曲開始位置分別在距離百米鋼軌兩端的距離通過百米鋼軌長度的函數(shù)如圖6所示，，實施鋼軌預(yù)彎控制模型。通過實施百米鋼軌預(yù)彎控制模型，使百米鋼軌冷卻后彎曲的弦高能控制在 30-40mm,圖7所示，為矯直后殘余應(yīng)力的控制奠定了工藝基礎(chǔ)，結(jié)合優(yōu)化的矯直工藝 (21. 0 18. 5mm—12. 5 14. 6mm—4. 6 6. 5mm—5. 0 6. Omm)，鋼軌矯直后殘余應(yīng)力控制在70-120MPa以內(nèi)。預(yù)彎控制主要有一是依據(jù)鋼軌預(yù)彎參考曲線作為控制模型實施預(yù)彎；二是預(yù)彎后鋼軌通過活動梁移送時，各活動梁均保持同步，避免在移送過程中因不同步而造成鋼軌發(fā)生形變。預(yù)彎參考曲線是根據(jù)百米鋼軌在空氣中自然冷卻且考慮鋼軌冷卻過程中與冷床的摩擦情況下，按平直鋼軌終冷時的彎曲變形等值反向彎曲，終冷時鋼軌殘余彎曲變形保持水平。預(yù)彎參考曲線對應(yīng)各個小車位置的行程參數(shù)值可通過計算機寫入數(shù)據(jù)庫中的相應(yīng)變量。這些變量的值經(jīng)過在計算機的操作人員的適當調(diào)整后。實際預(yù)彎過程中，百米鋼軌兩端Z尺寸范圍內(nèi)弧度變化較大，即兩端約有8臺左右的小車參與預(yù)彎，中間為平值段。在實際的生產(chǎn)當中，由于百米鋼軌的對稱性，所以兩邊的對應(yīng)點行程相同。預(yù)彎要求每臺預(yù)彎小車按照各自的行程行走。
權(quán)利要求
1.百米重軌殘余應(yīng)力控制方法，其特征在于，采用萬能軋制、軋后冷卻，復(fù)合矯直方法，對軋后冷卻過程中的百米鋼軌采用大弧度預(yù)彎，預(yù)彎時，以百米鋼軌軌底溫度780 850°C，軌頭溫度為850 930°C為現(xiàn)場條件，彎曲開始位置分別在距離鋼軌兩端Z = 15m-35m，彎曲后鋼軌的形狀為中間平直，兩端為曲線，中間平直段與兩端點連成的弦的距離為Ll = 1. 8m-2. 8m，建立百米鋼軌預(yù)彎控制模型；依據(jù)百米鋼軌的幾何模型，通過模擬計算結(jié)果分析，將百米鋼軌的預(yù)彎量擬合成如下關(guān)于百米鋼軌長度的函數(shù)f (ζ) = 2. 28648-0. 24818 X ζ+0. 00855 Xz2-O. 0009 X ζ3 (0 ≤ Z ≤ 35) 式中Z-百米鋼軌彎曲開始位置分別在距離百米鋼軌兩端的距離通過百米鋼軌長度的函數(shù)，實施鋼軌預(yù)彎控制模型，使鋼軌冷卻至室溫時的弦高控制在30 40mm范圍內(nèi)； 所述的復(fù)合矯直方法R2 (21. 0 18. 5mm) -R4 (12. 5 14. 6mm) —R6 (4. 6 6. 5mm) —R8 (5. 0 6. Omm)，百米鋼軌矯直后殘余應(yīng)力控制在70 120MPa以內(nèi)，R為1 8個矯直輥，百米鋼軌矯直后殘余應(yīng)力控制在70 120MPa以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種百米鋼軌殘余應(yīng)力控制方法，屬于百米鋼軌預(yù)彎變形控制、復(fù)合矯直變形控制工藝等領(lǐng)域。本發(fā)明采用萬能軋制、軋后冷卻，復(fù)合矯直方法，對軋后冷卻過程中的百米鋼軌采用大弧度預(yù)彎，使鋼軌冷卻至室溫時的弦高控制在30～40mm范圍內(nèi)。結(jié)合優(yōu)化的8+1多輥矯直機矯直變形規(guī)程，結(jié)合矯前彎曲度的控制，本發(fā)明有效地控制了百米鋼軌矯直后的軌底殘余應(yīng)力，軌底殘余應(yīng)力值平均降低了70MPa，殘余應(yīng)力值全部≤250MPa，提高了鋼軌平直度，使高速鋼軌合格率提高，滿足了百米高速鋼軌的標準要求。
文檔編號B21B37/00GK102284503SQ201110121768
公開日2011年12月21日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者劉宇雁, 包喜榮, 吳章忠, 李革, 王建國, 陳林 申請人:內(nèi)蒙古科技大學(xué)