專利名稱：整體長(zhǎng)鋼軌和它的制造系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及整體長(zhǎng)鋼軌以及生產(chǎn)這種鋼軌的系統(tǒng)及方法。連續(xù)軋制法與順序的控制冷卻法相配合可生產(chǎn)出具有優(yōu)良特性的鋼軌。本發(fā)明的鋼軌具有整體的結(jié)構(gòu)，并且其長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)的四分之一呎長(zhǎng)。另外，本發(fā)明的方法可以低的成本生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼軌。
鐵路在貨運(yùn)及容運(yùn)方面起著重要的作用?，F(xiàn)有鐵路系統(tǒng)的維修和建造新的鐵路線都需要有連續(xù)地提供新鋼軌的貨源。
照傳統(tǒng)習(xí)慣，鋼軌制成約39呎長(zhǎng)的軌段。采用這種長(zhǎng)度只是因?yàn)榘唁撥壿d運(yùn)到安裝鋼軌的現(xiàn)場(chǎng)的火車車廂的長(zhǎng)度限制。使用這些短的鋼軌段和用螺栓連結(jié)形成的不平度造成了一些問題。首先，不連續(xù)的鋼軌造成車輛顛得厲害，而更重要的是，車輛顛得厲害，又使得鋼軌磨損增加，并限制了火車在鋼軌上運(yùn)行的最高速度。另外，在現(xiàn)場(chǎng)用螺栓把鋼軌段連接起來也是一種很費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢的方法。
近來，把若干軌段焊接在一起來代替螺栓連接已成了標(biāo)準(zhǔn)的方法。連續(xù)焊接的路軌使車輛行駛得較平穩(wěn)，因而使鋼軌的壽命也延長(zhǎng)。隨著焊接鋼軌的出現(xiàn)，鋼軌制造廠、鐵路系統(tǒng)或分包工廠，一般都在制造現(xiàn)場(chǎng)把軌段焊接成比較長(zhǎng)的軌帶?，F(xiàn)時(shí)的典型生產(chǎn)中，把從39呎到100呎或更長(zhǎng)的軌段焊成四分之一哩長(zhǎng)的軌帶。用專門的貨車把焊好的軌帶運(yùn)到修筑鐵路的現(xiàn)場(chǎng)。然后在修筑鐵路的現(xiàn)場(chǎng)再把焊接的軌帶用螺栓連接或焊接起來。
與傳統(tǒng)的螺栓連接方法相比，上述的方法在生產(chǎn)效率及鋼軌質(zhì)量方面都更有利。但是，該方法仍然有一些缺點(diǎn)。雖然用來把短軌段焊成四分之一哩長(zhǎng)的軌帶的焊接接合提供了較光滑的表面并且比螺栓連接壽命長(zhǎng)些，但是鋼軌上焊接部位仍是薄弱點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兇嬖诤附釉斐傻娜毕?，并且在焊縫兩側(cè)都有冶金性能不準(zhǔn)的軟化部位，另外，焊接方法還要求有專用的設(shè)備，在焊接前準(zhǔn)備出短軌段、并在焊接后磨光、矯直、和檢查鋼軌的內(nèi)部質(zhì)量。
在現(xiàn)有技術(shù)和非焊接的整體軌帶實(shí)例中還沒有達(dá)到過現(xiàn)時(shí)用的焊接軌帶的長(zhǎng)度。如上所述，軌段一般制成39呎到100呎或更長(zhǎng)一些，然后焊成長(zhǎng)的軌帶。
現(xiàn)在的生產(chǎn)中，鋼軌生產(chǎn)包括下面步驟1)、制出鋼坯，2)加熱鋼坯，3)可逆式軋制鋼坯成軌坯，4)可逆式軋制軌坯制成鋼軌，5)冷卻和矯直成形的鋼軌，6)檢驗(yàn)鋼軌，7)對(duì)鋼軌進(jìn)行熱處理以得到好的耐磨性。
可用連續(xù)鑄造或鑄錠后粗軋來加工出鋼坯。在典型的方案中，離開鋼軌軋制設(shè)備一段距離的地方加工出鋼坯，在軋制前鋼坯冷卻，因此軋制前需要重新加熱。也有一些方法是包括把鋼坯快速運(yùn)送到最終軋制處，這樣鋼坯沒有冷卻下來也不需要重新加熱。
鋼坯加熱到約2250°F，進(jìn)行一系列“軋制”處理。在軋制中可延展鋼坯通過大軋輥之間，軋輥對(duì)鋼坯施加了很大的壓力使鋼坯延伸成形為粗型鋼軌。鋼軌成形的關(guān)鍵因素是成品相對(duì)于水平軸是不對(duì)稱的。為了得到不對(duì)稱的鋼軌，不僅要把鋼坯軋成合適的形狀，而且要注意由于不對(duì)稱軋制方法在金屬中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
鋼坯在通過一軋制點(diǎn)的一道次中軋制，一直到全部軌段都通過兩軋輥間為止。然后，鋼坯的運(yùn)動(dòng)方向顛倒過來，鋼坯往回再通過同一軋制點(diǎn)。按照所用的軋制點(diǎn)的類型，鋼坯可穿過同一種軋槽，或者穿過對(duì)鋼坯不同部位施加壓力的不同的軋槽，鋼坯進(jìn)入到下一個(gè)軋制點(diǎn)以前，可在單一的軋制點(diǎn)經(jīng)過10到12道次。這種來回穿過一個(gè)軋制點(diǎn)的方法通常稱為“可逆式軋制”。在通過第一個(gè)軋制點(diǎn)后，初軋出的鋼軌常稱為軌坯。
然后，軌坯繼續(xù)以來回軋制的方式通過一個(gè)個(gè)軋制點(diǎn)直到加工出最終鋼軌。除了軋制點(diǎn)以外，典型的鋼軌制造方法中還包括切邊機(jī)和切頭機(jī)以提供可用的鋼軌外形。
在通過終軋站后，鋼軌將進(jìn)行控制冷卻。控制冷卻常常包括對(duì)鋼軌不對(duì)稱地噴入冷卻空氣、水或者同時(shí)噴以空氣和水以防止鋼軌冷卻時(shí)鋼軌的嚴(yán)重變形。不對(duì)稱的鋼軌具有上部、腹部和底部，這些不同的部位將自然地以不同的冷卻速率進(jìn)行冷卻。如果鋼軌不在一個(gè)可控制的環(huán)境中冷卻，所述的鋼軌不同部位的不同的冷卻速率將導(dǎo)致鋼軌產(chǎn)生明顯的彎曲或變成弧形。
在現(xiàn)時(shí)用來生產(chǎn)鋼軌的可逆或軋制法中，對(duì)初軋出鋼軌的端頭給以注意。當(dāng)初軋出的鋼軌的端頭從預(yù)定的軋制點(diǎn)穿出來時(shí)，相當(dāng)大的能量通過軋輥施加到金屬上，通常將導(dǎo)致產(chǎn)生一些端頭扭曲。由于軌坯在通過軋制點(diǎn)的每一道次時(shí)必須進(jìn)行迅速轉(zhuǎn)動(dòng)的軋輥之間，如果端頭扭曲很大，使軌坯不能恰當(dāng)進(jìn)入軋輥中，而使整個(gè)加工過程都停下來。在加工過程中，要在多到三處地方切去鋼坯或軌坯的端頭以得到具有合適形狀的端頭。
由于可逆式軋制方法的本身的特點(diǎn)，它不可能生產(chǎn)出很長(zhǎng)的鋼軌。在通過軋制點(diǎn)的每一道次時(shí)，必須調(diào)整軋輥以使軌坯的整個(gè)長(zhǎng)度上能產(chǎn)生均勻的橫截面變形。如果鋼軌的這端到另一端有溫度梯度，那么延展性也有變化，這樣就不可能達(dá)到均勻變形。而在可逆式軋制法軋制長(zhǎng)的產(chǎn)品時(shí)這種溫度梯度是固有的。
可逆式軋制法的優(yōu)點(diǎn)是可只使用幾個(gè)軋制點(diǎn)，在一個(gè)比較小的區(qū)域中制造鋼軌。但是，這種方法中多次可逆的軋制道次使生產(chǎn)周期明顯地拉長(zhǎng)，因?yàn)樵谝欢螘r(shí)間內(nèi)一個(gè)軋制點(diǎn)只軋制一條軌坯。
Engel的美國(guó)專利US4301670和Kozono的美國(guó)專利US4344310公開了討論使用可逆式軋制法成型鋼軌的實(shí)例。Stammbach的美國(guó)專利US3342053和Kishikawa的美國(guó)專利US4503700涉及到一種“連續(xù)”制造鋼軌的方法。但是，在這些專利中沒有一個(gè)是說明真正的連續(xù)制造鋼軌的方法。Slammbach和Kishikawa的專利至少都在軌坯成形階段采用可逆式軋制法。
Motomatsu的美國(guó)專利US3310971和Yoshimo的美國(guó)專利US3555862公開了大截面鋼產(chǎn)品的連續(xù)軋制的方法。但該兩篇專利都沒有提出用他們的方法來制造非對(duì)稱的鋼軌。
Takeuchi的美國(guó)專利US4820015公開了一種復(fù)合金屬材料成形的連續(xù)鑄造方法。在一個(gè)實(shí)施例中用該連續(xù)鑄造方法來成型要用來制造鋼軌的鋼坯。Takeuchi并沒提出用連續(xù)軋制法來配上連續(xù)鑄造方法加工鋼軌。
在上述的對(duì)比文件中都沒有提出制造不焊接的整體的長(zhǎng)約四分之一英里的鋼軌。另外，它們也都沒提出用真正的連續(xù)軋制法制造鋼軌。這里所提到的“連續(xù)軋制”意思是要軋制的鋼材不逆轉(zhuǎn)地通過一個(gè)接一個(gè)軋制點(diǎn)，并在同一初軋出的軌坯的不同部位同時(shí)在幾個(gè)軋制點(diǎn)進(jìn)行軋制的方法。
最后，上述對(duì)比文件都沒有提出一根軌坯的不同部位同時(shí)進(jìn)行軋制及冷卻的制造鋼軌的方法。
本發(fā)明涉及一種整體長(zhǎng)鋼軌，以及制造這種鋼軌的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的鋼軌具有現(xiàn)時(shí)使用的焊接軌帶同樣的長(zhǎng)度，但是由于它用連續(xù)法制造，因此它沒有在可逆式軋制后再焊接的制造鋼軌方法所產(chǎn)生的焊縫和其它缺點(diǎn)。
本發(fā)明鋼軌長(zhǎng)度大于200呎，最好為約四分之一里或1440呎。鋼軌用連續(xù)軋制法制造，并且沒有端頭偏差和焊縫。
本發(fā)明的連續(xù)軋制方法可制造四分之一哩長(zhǎng)的整體鋼軌。該方法的特征在于它有多個(gè)軋制點(diǎn)，因而，要加工的鋼軌的不同部位同時(shí)在多個(gè)軋制點(diǎn)進(jìn)行軋制。連續(xù)軋制方法還與緊接著的控制冷卻法相配合。
按照本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例，使用于連續(xù)鑄造法制造鋼坯，該鋼坯送入連續(xù)軋制加工。在最佳實(shí)施例中，使用兩個(gè)或更多的連續(xù)鑄造裝置以便能最大限度地有效利用連續(xù)軋制系統(tǒng)，因?yàn)樵谶B續(xù)軋制系統(tǒng)進(jìn)口軋制的鋼材的最佳速度要比通過連續(xù)鑄造方法制造鋼坯的速度快得多。
本發(fā)明的連續(xù)軋制工段包括多個(gè)軋制點(diǎn)。軋制的鋼材的頭部穿過一個(gè)個(gè)軋制點(diǎn)，該鋼坯的長(zhǎng)度使得一根單一成形的鋼軌能同時(shí)在多個(gè)軋制點(diǎn)進(jìn)行加工。在各個(gè)軋制點(diǎn)，鋼軌的橫截面逐漸減小并成型。從連續(xù)軋制系統(tǒng)軋出的鋼軌具有要求的橫截面。
緊接著連續(xù)軋制工段，鋼軌進(jìn)入控制冷卻工段。當(dāng)鋼軌的頭部進(jìn)行冷卻時(shí)，尾部仍然在連續(xù)軋制點(diǎn)內(nèi)。
通過連續(xù)軋制加工后，鋼坯被不斷地逐漸拉長(zhǎng)，而橫截面減小。因而，直到整條鋼軌穿過最后一個(gè)軋制點(diǎn)，鋼軌軋成了最終長(zhǎng)度。
當(dāng)鋼軌頭部穿出最后一個(gè)軋制站，它繼續(xù)進(jìn)行冷卻。如果不停止地進(jìn)行的話，在不對(duì)稱的鋼軌發(fā)生不均勻的冷卻，致使鋼軌產(chǎn)生應(yīng)力及變形。為防止發(fā)生這樣的問題，并改善冶金性能，對(duì)鋼軌要進(jìn)行控制冷卻，再進(jìn)行最終冷卻，該冷卻區(qū)緊接著連續(xù)軋制點(diǎn)并與它排成一行。因此，雖然尾部仍在軋制鋼軌的頭部卻在冷卻。
本發(fā)明使得鋼軌移動(dòng)的速度大大地降低，在可逆式軋制法中，因?yàn)殇撆髟诿總€(gè)軋制點(diǎn)要軋幾個(gè)道次來減小其橫截面積，因此在每個(gè)軋制站都要求高的軋制速度。但在本發(fā)明中，多個(gè)軋制點(diǎn)代替了一個(gè)軋制點(diǎn)中的多道次。因此，可以降低鋼軌速度仍保持同樣的生產(chǎn)率。降低鋼軌的速度是很重要的，如下面所要解釋的，這樣使得控制冷卻操作可接著軋制操作進(jìn)行，并與其排成一行，也能保證控制及安全。
鋼軋直到整根都通過最終冷卻區(qū)和轉(zhuǎn)送臺(tái)才停止向前移送。在冷卻后，鋼軌往側(cè)向移動(dòng)，然后，鋼軌再以反向軸向往回通過檢驗(yàn)區(qū)和修整區(qū)。
下面通過附圖來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，圖中

圖1是典型的鋼軌的橫截面圖;
圖2用方框圖示出本發(fā)明的制造鋼軌方法;
圖3示出按照本發(fā)明制造系統(tǒng)的實(shí)施例的平面布置圖;
圖4示出了鋼軌的溫度與它在控制冷卻工段的位置的關(guān)系曲線。
下面詳細(xì)的說明本發(fā)明的整體長(zhǎng)鋼軌和它的制造系統(tǒng)及制造方法。本發(fā)明的鋼軌的形狀除了基本上沒有焊縫外，與普通的鋼軌一樣。它通過連續(xù)軋制法生產(chǎn)，鋼軌段長(zhǎng)度大于約200呎。在最佳實(shí)施例中，鋼軌段長(zhǎng)約四分之一里或1440呎。
本發(fā)明的鋼軌優(yōu)于現(xiàn)用的鋼軌。在現(xiàn)場(chǎng)安裝它的時(shí)候，可以大大減少對(duì)一定距離的鋼軌所要求的焊接接頭。例如使用本發(fā)明的長(zhǎng)四分之一哩的鋼軌段，則每根路軌一哩長(zhǎng)只含有四個(gè)焊縫接頭。但是使用現(xiàn)有的鋼軌段-例如長(zhǎng)80呎的軌段-那么同樣一英里長(zhǎng)的路軌就有大約65個(gè)焊接接頭。
如上所述，本發(fā)明的鋼軌不能用現(xiàn)有技術(shù)方法來制造。這是因?yàn)樵诳赡媸杰堉品ㄖ械臏囟忍荻群推渌蛩厮拗埂?br> 圖1示出了一種典型的鋼軌的橫截面圖。鋼軌包括上部10，腹部12和底部14。該鋼軌相應(yīng)于假想的水平線15，實(shí)際上是不對(duì)稱的。雖然所有鋼軌都有相同的普通橫截面形狀，但是現(xiàn)時(shí)制造和使用的各種鋼軌的實(shí)際尺寸仍然有一些差別。在本發(fā)明的各連續(xù)軋制點(diǎn)中調(diào)節(jié)軋制壓力就能使得到的鋼軌的橫截面產(chǎn)生少許變化。
不對(duì)稱的鋼軌橫截面使鋼軌在冷卻過程中產(chǎn)生一些問題。當(dāng)鋼軌成形并具有合適的橫截面形狀時(shí)，它仍然超過1400°F。在鋼軌冷到室溫時(shí)，較粗大的上部將比底部冷得更慢，那么較冷的底部比上部收縮得快因而造成鋼軌彎曲。而且，當(dāng)整個(gè)鋼軌都達(dá)到室溫時(shí)，在冷卻過程中造成的應(yīng)變并不完全消失，其結(jié)果產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會(huì)有損于所制成的鋼軌的性能。因此，鋼軌最好進(jìn)行控制冷卻，在冷卻中鋼軌的上部和底部被有區(qū)別地進(jìn)行冷卻。
生產(chǎn)條鋼或棒材等橫截面小的鋼制品用連續(xù)軋制法是相當(dāng)普遍的。與可逆式軋制法不同，在連續(xù)軋制法中，要軋制的鋼坯同時(shí)在多個(gè)軋制點(diǎn)進(jìn)行加工。在連續(xù)軋制中主要問題是要在軋制點(diǎn)之間設(shè)置某種類型的“張力緩沖器”。軋制鋼制品用的軋輥是很重的并且在高速下轉(zhuǎn)動(dòng)。
當(dāng)同時(shí)在多個(gè)軋點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行處理時(shí)，對(duì)任一軋點(diǎn)進(jìn)行任何瞬間調(diào)節(jié)軋輥速度是很困難的，在此情況下，單個(gè)軋制點(diǎn)上的轉(zhuǎn)速的極微小增加或降低都將導(dǎo)致在軋制的鋼坯上產(chǎn)生明顯的張力，該張力至少導(dǎo)致軋出質(zhì)次的產(chǎn)品，最壞的情況下將使軋制操作產(chǎn)生危險(xiǎn)。
對(duì)小截面產(chǎn)品言，可以通過在軋點(diǎn)之間讓鋼材彎曲而產(chǎn)生張力緩沖器的作用。軋制速度的稍些變化可由彎曲量來補(bǔ)償。Motomatsu的美國(guó)專利US3310971和Yoshimo的US3555862說明了在材料的橫截面尺寸太大而在軋制點(diǎn)之間不允許彎曲或打圈時(shí)，在連續(xù)軋制站提供張力緩沖器的裝置。本專業(yè)普通的技術(shù)人員有能力利用類似的現(xiàn)有技術(shù)來建立合適的和最理想的張力緩沖器用于本發(fā)明。
按照本發(fā)明的制造鋼軌的方法，將鋼液以普通的連續(xù)鑄造法制成優(yōu)質(zhì)鋼軌。圖2示出了生產(chǎn)的流程圖。圖中示出了加工鋼軌的流程方向以及當(dāng)它經(jīng)過生產(chǎn)流程的各基本階段時(shí)的相對(duì)溫度變化。
生產(chǎn)流程的第一部分是可延展鋼坯的連續(xù)鑄造工段16。該鋼坯是方形鋼，通過連續(xù)軋制法把它軋成鋼軌成品。要能制出四分之一哩長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)鋼軌的鋼坯尺寸約為10吋×14吋×140呎，或者是有其它橫截面形狀但重量相當(dāng)?shù)匿撆?。在連續(xù)鑄造中，鋼液澆注通過所要求橫截面形狀的鑄模，鋼液流過該鑄模直至它冷卻到固態(tài)。這時(shí)把鑄鋼件從鑄橫中抽出。連續(xù)鑄造與固定模鑄造法不一樣，使用固定模鑄法，先把鋼液澆滿鑄模，冷卻到凝固，脫模，取出鋼錠送去預(yù)熱及軋制。
連鑄機(jī)的鑄模的上部保持在垂直位置，鋼液澆入其頂部。鋼液流過鑄模的速度要使得它從鑄模底部穿出時(shí)已凝固堅(jiān)硬并轉(zhuǎn)成水平方向。鋼坯的連續(xù)運(yùn)動(dòng)可以連續(xù)而直接進(jìn)入連續(xù)軋制工段18?；蛘撸部梢韵壤鋮s鋼坯，然后在進(jìn)入連續(xù)軋制工段18前再進(jìn)行預(yù)熱。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，連續(xù)鑄造和連續(xù)軋制作業(yè)保持聯(lián)機(jī)成行，這樣使從連續(xù)鑄模的出口抽出的連鑄鋼坯直接進(jìn)入連續(xù)軋制工段在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，有多個(gè)連鑄模與一臺(tái)連續(xù)軋機(jī)相配合。每個(gè)連鑄機(jī)鑄出的鋼坯都送入連續(xù)軋制點(diǎn)。因?yàn)殍T造鋼坯的生產(chǎn)速度一般要比鋼坯進(jìn)入連續(xù)軋制工段18的速度低得多，所以最好要配上多臺(tái)連鑄機(jī)。
如上所述，在連續(xù)鑄軋制工段18內(nèi)，可延展的鋼坯要通過一連串軋制點(diǎn)被連續(xù)而同時(shí)地軋制加工成型。軋制點(diǎn)以固定位置排列成行。當(dāng)鋼坯頭部從一個(gè)軋點(diǎn)傳送到下一個(gè)軋點(diǎn)時(shí)，每個(gè)依次排列的軋制點(diǎn)都對(duì)鋼軌初坯進(jìn)行加工，使其橫截面逐步減小。
應(yīng)該了解，在鋼坯加工成型時(shí)，其長(zhǎng)度從大約140呎增加到大約1440呎。因此，金屬?gòu)倪B續(xù)軋制工段18離開的速度比剛進(jìn)入連續(xù)軋制工段的速度快得多，甚至當(dāng)一根鋼軌在出口端及進(jìn)口端的情形也是如此。
當(dāng)金屬?gòu)倪B續(xù)軋制工段18引出時(shí)，鋼軌繼續(xù)以同樣方向往前直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入本發(fā)明方法中的控制冷卻工段20。在控制冷卻工段20，用水、霧或空氣的冷卻裝置以不對(duì)稱方式冷卻鋼軌。當(dāng)鋼軌從連續(xù)軋制工段18出來時(shí)，它的溫度約為1400°F到1800°F。而從控制冷卻工段20出來的鋼軌溫度將低于約800°F。鋼軌冷卻時(shí)產(chǎn)生收縮，在控制冷卻工段20產(chǎn)生的收縮較多。控制冷卻的主要作用是防止鋼軌撓曲與彎曲，另外也使鋼軌具有所要求的冶金性能。當(dāng)處理長(zhǎng)達(dá)1440呎的鋼軌時(shí)，防止彎曲的性能是相當(dāng)關(guān)鍵的。
由于本發(fā)明方法的連續(xù)生產(chǎn)特性，故在鋼軌成形過程的大多數(shù)時(shí)候，一根鋼軌的不同部分可以分別同時(shí)進(jìn)行軋制和控制冷卻。
連續(xù)移動(dòng)的鋼軌從控制冷卻工段20出來并進(jìn)到最終冷卻區(qū)22。在最終冷卻區(qū)，鋼軌冷卻到通常的處理溫度。
圖4以曲線圖示出沿著在控制冷卻和最終冷卻區(qū)的鋼軌的長(zhǎng)度的溫度梯度。由于在控制冷卻和最終冷卻區(qū)，鋼軌以均勻的速度運(yùn)動(dòng)，因此溫度與鋼軌位置的關(guān)系曲線，也就對(duì)應(yīng)于溫度與相對(duì)于鋼軌上一移動(dòng)點(diǎn)的時(shí)間的關(guān)系曲線。當(dāng)鋼軌尾端離開最終軋制點(diǎn)并進(jìn)入控制冷卻工段時(shí)，其溫度基本等于最終軋制點(diǎn)要求的軋制溫度。如圖4左邊所示。這時(shí)，鋼軌可迅速地從該溫度冷卻下來，因?yàn)樵谠摐囟认碌睦鋮s速率對(duì)鋼軌的冶金性能基本上沒有影響。但是，即使在該溫度下，由于不對(duì)稱的截面形狀和不同的冷卻速率，鋼軌仍然會(huì)發(fā)生彎曲和變形，所以還需要應(yīng)用不同的冷卻裝置來控制冷卻。沿鋼軌長(zhǎng)度移動(dòng)時(shí)，到達(dá)鋼軌上的一點(diǎn)冷卻速度變得對(duì)鋼軌的冶金性能很重要。該點(diǎn)如圖4中部那段斜率較小的冷卻線所示。在這部分，鋼軌以起到兩種不同作用的冷卻方式進(jìn)行冷卻，其中一個(gè)作用是要達(dá)到要求的冶金性能，而另一個(gè)作用是要有差別地把冷卻裝置應(yīng)用到不對(duì)稱的橫截面上以避免彎曲和變形。
最后，繼續(xù)朝前沿鋼軌的長(zhǎng)度移動(dòng)，又到達(dá)一點(diǎn)，在那里鋼軌的溫度使它的冷卻速率對(duì)冶金性能言又變得不重要。這就是最終冷卻區(qū)，其位置如圖4右邊陡的冷卻線所示。但是，如該陡的冷卻線的情況所示，鋼軌離開最終軋制點(diǎn)而進(jìn)入控制冷卻工段，仍要求對(duì)鋼軌應(yīng)用有差別的冷卻裝置來避免不正常的彎曲和變形。
使用連續(xù)軋制法使得鋼軌通過軋制工段后鋼軌的速度可降低，這對(duì)于控制冷卻作業(yè)是很重要的。在可逆式軋制作業(yè)中，一般讓鋼軌幾次通過同一軋制點(diǎn)，而該軋制點(diǎn)逐漸使鋼軌橫截面減小。因此，每軋道次都要求鋼軌有高的速度以保持要求的生產(chǎn)率。相反地，在連續(xù)軋制作業(yè)中，可逆式軋制作業(yè)中的多道次通過一軋制點(diǎn)被排成一行的多個(gè)軋制點(diǎn)所代替。這樣，對(duì)于同樣的生產(chǎn)率而言，鋼軌的速度可顯著地降低。連續(xù)軋制可降低鋼軌速度與連續(xù)成行的控制冷卻是相容的，而可逆式軋制的鋼軌速度高則和它不相容。降低的鋼軌速度也便于控制鋼軌及安全。
一旦整條鋼軌已通過連續(xù)軋制工段18和控制和最終冷卻工段20，鋼軌就停止向前運(yùn)動(dòng)，然后，制成的鋼軌便側(cè)向移進(jìn)轉(zhuǎn)送臺(tái)22。
鋼軌從連續(xù)鑄造工段16移到連續(xù)軋制工段18再到控制冷卻和最終冷卻工段20，最后移到轉(zhuǎn)送臺(tái)22，這就構(gòu)成了本發(fā)明方法的基本要點(diǎn)。
圖3更詳細(xì)地說明了本發(fā)明的制造系統(tǒng)和方法的一個(gè)最佳實(shí)施例。圖3示出了可以實(shí)施本發(fā)明方法的制造設(shè)備的概況。每個(gè)專門的設(shè)備區(qū)域按照鋼軌坯件沿著加工路線運(yùn)動(dòng)加工成能裝上火車的成品鋼軌的加工順序來說明。
連續(xù)鑄造工段16包括一鋼液轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)24，除氣及再熱區(qū)26，連鑄機(jī)28，鋼坯轉(zhuǎn)送臺(tái)30和鋼坯保溫爐32。
生產(chǎn)鋼軌必須先煉出高溫的鋼液。鋼液可通過熔煉原材料或重熔廢鋼煉出。在一個(gè)最佳實(shí)施例中，在電爐中將挑選出的廢鋼煉成鋼液，使用電爐可以嚴(yán)格控制鋼液的化學(xué)成分、脫氧、溫度和脫硫。鋼液從煉鋼爐運(yùn)送到連鑄機(jī)28的頂部。鋼液是通過鋼液轉(zhuǎn)運(yùn)區(qū)24運(yùn)送到連鑄機(jī)28的。
在澆入連鑄機(jī)28中前，鋼液在除氣及再熱區(qū)26進(jìn)行除氣及再加熱，判斷鋼水的性能并進(jìn)行鋼液性能的評(píng)價(jià)以及必要的化學(xué)成分和溫度的調(diào)整。
連鑄機(jī)28包括一個(gè)或多個(gè)連續(xù)鑄模。鑄模的上部是垂直的，鋼液流經(jīng)這部分時(shí)流動(dòng)性最好。鑄橫逐漸彎曲成水平形狀，以便于鋼坯從水平方向離開鑄模。
鋼坯轉(zhuǎn)送臺(tái)30是貯存及移送連鑄機(jī)28鑄出的鋼坯的區(qū)域，轉(zhuǎn)送臺(tái)30可以垂直鋼坯的長(zhǎng)度方向來移送要軋制的鋼坯。鋼坯保溫爐32靠近鋼坯轉(zhuǎn)送臺(tái)30，它起到兩個(gè)作用，一方面它幫助把鋼坯溫度保持在軋制要求的恒定溫度下，另外它還裝有移送裝置，把鋼坯移送到連續(xù)軋制工段的進(jìn)口。
連續(xù)軋制部工段18含有一臺(tái)切料頭剪切機(jī)34，一個(gè)感應(yīng)加熱器36，一臺(tái)氧化皮清除機(jī)37和一臺(tái)軋制機(jī)38。在料頭剪切機(jī)34中，設(shè)有修整送入軋機(jī)的鋼坯的頭部的裝置。在感應(yīng)加熱器36設(shè)有保證鋼坯通過該區(qū)后鋼坯內(nèi)溫度均勻一致的裝置。
軋制機(jī)38由排列成行的多個(gè)軋制點(diǎn)組成。軋制點(diǎn)有一個(gè)馬達(dá)和多個(gè)旋壓大軋輥，它們對(duì)通過軋輥間的鋼坯施加變形壓力。軋輥也起到運(yùn)送鋼坯通過軋制機(jī)38的作用。
本發(fā)明的控制冷卻工段20包括控制冷卻區(qū)40和最終冷卻區(qū)42?？刂评鋮s工段20裝有不對(duì)稱處理成型鋼軌的裝置，以使得鋼軌從它的終軋溫度開始冷卻的時(shí)候不會(huì)出現(xiàn)明顯的彎曲。控制冷卻可通過對(duì)鋼軌經(jīng)選擇的部位噴上霧或氣流來進(jìn)行?？刂评鋮s可防止鋼軌變形并使它能達(dá)到要求的冶金性能。
在最終冷卻區(qū)42，可對(duì)鋼軌較為對(duì)稱地進(jìn)行冷卻，但為了要達(dá)到要求的平直度，仍然要求有差別的冷卻。在鋼軌轉(zhuǎn)送臺(tái)44中，鋼軌停止向前移動(dòng)，而是往側(cè)向移動(dòng)。
按照本發(fā)明方法連續(xù)地制成四分之一哩長(zhǎng)的整體鋼軌，必須采用上述的這些作業(yè)區(qū)域。但是，要完成鋼軌的處理作業(yè)，還包括一些附加的功能步驟。在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，鋼軌成形后的附加處理作業(yè)區(qū)域包含鋼軌矯直機(jī)46，軋后去除氧化皮機(jī)48，位置傳感器50，無損檢驗(yàn)區(qū)52，表面檢驗(yàn)區(qū)54，涂寫標(biāo)記區(qū)56，傳送臺(tái)58，鋸-鉆區(qū)62，焊機(jī)64，
貯存架66，火車裝貨架68，鋼軌矯直機(jī)46包括可以糾正鋼軌產(chǎn)品中輕微彎曲的缺陷的裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，鋼軌矯直機(jī)包括可對(duì)鋼軌施加100至180噸的矯直力的幾個(gè)重型滾輪。鋼軌的外表面經(jīng)氧化皮清除機(jī)48除去氧化皮。位置傳感器50用來檢驗(yàn)鋼軌是否具有可通過的平直度。在無損檢驗(yàn)區(qū)52用超聲探傷檢驗(yàn)鋼軌的內(nèi)部缺陷。超聲檢驗(yàn)可以探測(cè)出鋼軌的上部，腹部和底部的內(nèi)部缺陷。在表面檢驗(yàn)區(qū)54檢驗(yàn)鋼軌的表面。必要時(shí)，在涂寫標(biāo)記區(qū)56對(duì)鋼軌有缺陷部分涂上標(biāo)記。
傳送臺(tái)58設(shè)有側(cè)向移送鋼軌的裝置。鋸-鉆區(qū)有鋸斷鋼軌頭部和在檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)的任何缺陷的一側(cè)的鋼軌的裝置，在必要時(shí)用來鉆螺栓孔的裝置。也準(zhǔn)備好可焊接兩段鋼軌。焊機(jī)64將在鋸-鉆區(qū)已經(jīng)切出截面段的鋼軌焊接起來。貯存架66可貯存若干已加工好的鋼軌，而火車裝貨架68設(shè)有可把加工好的鋼軌裝到貨車上的裝置用以把鋼軌從制造場(chǎng)地運(yùn)走。
在鋼軌成形后處理工序中，首先在鋼軌轉(zhuǎn)送臺(tái)44中側(cè)向移送鋼軌。然后，鋼軌以與成型工序中鋼軌的運(yùn)動(dòng)相反的方向軸向移動(dòng)。鋼軌頭部依次通過鋼軌矯直機(jī)46，氧化皮清除機(jī)48，位置傳感器50，無損檢驗(yàn)區(qū)52，表面檢驗(yàn)區(qū)54和涂標(biāo)記區(qū)56。從涂標(biāo)記區(qū)56穿出來后，鋼軌的頭部進(jìn)到轉(zhuǎn)送臺(tái)58上直到整條鋼軌穿出涂標(biāo)記區(qū)，這時(shí)，鋼軌停止軸向移動(dòng)。然后鋼軌在轉(zhuǎn)送臺(tái)中作側(cè)向移動(dòng)，并在鋸-鉆區(qū)62鋸掉頭部。
這時(shí)，鋼軌又開始作軸向移動(dòng)，這時(shí)的移動(dòng)方向與成型工序中鋼軌移動(dòng)方向一致。如果在檢驗(yàn)工序檢驗(yàn)出鋼軌任何部位的缺陷，那么當(dāng)鋼軌穿過鋸-鉆區(qū)時(shí)，便暫停向前移送，將有缺陷處的兩側(cè)鋸斷。去掉缺陷部分的兩軌段的頭部被焊接機(jī)64焊接起來。然后鋼軌繼續(xù)往前移送直到鋼軌的尾端到達(dá)鋸-鉆區(qū)62。鋼軌鋸掉尾端后，再繼續(xù)移送直到整條鋼軌放到貯存架66上。
按照上面的說明以及本專業(yè)普通常識(shí)，本專業(yè)的普通技術(shù)人員就可按本發(fā)明方法制造出四分之一哩長(zhǎng)的鋼軌。上述的本發(fā)明的最佳實(shí)施例的說明只是提供本發(fā)明的舉例說明，而不是限制在下面提出的權(quán)利要求所規(guī)定的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種水平不對(duì)稱的整體鋼軌，包括上部，腹部和底部，其特征在于所述的鋼軌長(zhǎng)度至少為500呎長(zhǎng)，并且基本上沒有焊縫。
2.按照權(quán)利要求1的鋼軌，其特征為所述的鋼軌長(zhǎng)度為約1440呎。
3.按照權(quán)利要求1的鋼軌，其特征為所述的鋼軌由連續(xù)軋制法制造。
4.按照權(quán)利要求1的鋼軌，其特征為所述的鋼軌由包括連續(xù)軋制及非對(duì)稱冷卻的方法制成。
5.一種制造鋼軌的系統(tǒng)，包括一個(gè)連續(xù)鑄造工段，一個(gè)連續(xù)軋制工段，一個(gè)控制冷卻和最終冷卻工段，和一個(gè)轉(zhuǎn)送臺(tái)部分。
6.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的鋼軌的長(zhǎng)度至少約為500呎。
7.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的鋼軌的長(zhǎng)度約為1440呎。
8.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的連續(xù)鑄造工段包括一個(gè)鋼液轉(zhuǎn)送臺(tái)，一個(gè)鋼液除氣及再熱區(qū)，至少一臺(tái)連鑄機(jī)，一個(gè)鋼坯轉(zhuǎn)送臺(tái)和一臺(tái)鋼坯保溫爐。
9.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的連續(xù)軋制工段包括一臺(tái)料頭剪切機(jī)，一個(gè)感應(yīng)加熱區(qū)，一臺(tái)氧化皮清除機(jī)，和一臺(tái)連續(xù)軋制機(jī)。
10.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的連續(xù)軋制工段和連續(xù)冷卻工段是接續(xù)的，并相互排列成行。
11.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于所述的連續(xù)軋制工段，連續(xù)冷卻工段和連續(xù)鑄造工段是接續(xù)的，并相互排列成行。
12.按照權(quán)利要求5的系統(tǒng)，其特征在于還包括一成形后處理工段，它包括檢驗(yàn)裝置、缺陷涂標(biāo)記裝置、鋸除端頭裝置和去掉缺陷部分的裝置。
13.按照權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其特征在于所述的除去缺陷部分的裝置包括鋸鋼軌裝置和把鋼軌再焊在一起的焊接裝置。
14.一種制造鋼軌的系統(tǒng)，包括由鋼液傳送區(qū)、鋼液除氣及再熱區(qū)、至少一臺(tái)連鑄機(jī)、一個(gè)鋼坯轉(zhuǎn)送臺(tái)和一臺(tái)鋼坯保溫爐組成的連續(xù)鑄造工段;由料頭剪切機(jī)，感應(yīng)加熱區(qū)，氧化皮清除機(jī)和連續(xù)軋制機(jī)組成的連續(xù)軋制工段;連續(xù)冷卻和最終冷卻工段以及鋼軌轉(zhuǎn)送臺(tái)。
15.按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于所述的連續(xù)鑄造部包括多個(gè)連續(xù)鑄造機(jī)。
16.按照權(quán)利要求14的系統(tǒng)，其特征在于還包括一成形后的處理工段，它包括檢驗(yàn)裝置、缺陷涂標(biāo)記裝置、鋸除頭部裝置和去掉缺陷部分的裝置。
17.一種制造鋼軌的方法，包括把鋼液澆入鋼坯型的鑄橫中鑄出可延展鋼坯;在多個(gè)軋制點(diǎn)把所述的鋼坯連續(xù)軋制成成品鋼軌，其中，在所述的軋制中，所述的鋼坯的至少有一部分同時(shí)在多于一個(gè)的軋制點(diǎn)進(jìn)行軋制。
18.按照權(quán)利要求17的方法，其特征在于還包括以不對(duì)稱的方式冷卻所述的鋼軌，其中在所述的軋制中鋼坯的至少一部分，同時(shí)在多于一個(gè)的軋制點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行軋制并受到所述的不均勻冷卻。
19.按照權(quán)利要求18的方法，其特征在于所述的鋼軌的長(zhǎng)度至少約為500呎。
20.按照權(quán)利要求18的方法，其特征在于所述的鋼軌長(zhǎng)度約為1440呎。
全文摘要
一種優(yōu)質(zhì)的長(zhǎng)四分之一哩的整體鋼軌，和制造這種鋼軌的系統(tǒng)和方法。制造這種鋼軌的方法的特征是使用連續(xù)軋制作業(yè)和與其排列成行的控制冷卻鋼軌作業(yè)相配合。
文檔編號(hào)B21B1/08GK1052159SQ9010651
公開日1991年6月12日 申請(qǐng)日期1990年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月1日
發(fā)明者克里德曼·羅伯特·L, 文克利·約翰·C 申請(qǐng)人:Cf與I鋼公司