CN111282993A - 近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法及***，属于钢铁工业钢轨生产轧制技术领域，该生产方法包括：连铸出成品钢轨的立式状近终型轨形坯；将连铸出的近终型轨形坯定尺切割后，并进行保温状态下的立式输送；将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，并在成型精轧的前、后进行冷却控制。该生产***包括连铸机，切割设备，保温辊道，轧机机组，冷却装置。本发明通过改变传统钢轨连铸后冷却，再加热的往复能源消耗及万能卧式轧制钢轨的生产方式，结合新型万能轧机机组紧凑式工艺布置及控制冷却装置，形成一种近终型紧凑式钢轨万能立式控制轧制及控制冷却的新型轧制工艺技术。

Description

近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法及***

技术领域

本发明属于钢铁工业钢轨生产轧制技术领域，具体涉及一种近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法及***。

背景技术

钢轨是铁路轨道的主要组成部件，其整个生产工艺过程直接影响着钢轨产品质量和综合力学性能。目前钢轨生产的整个工艺流程是：高炉炼铁-转炉炼钢-钢水精炼-大方坯连铸-方坯定尺冷却-下线堆放-钢坯再加热-钢轨轧制(孔型轧法或四辊万能轧法)-定尺冷却-后续精整。

采用此种公知技术存在的问题有：

1)热能损失大，再加热方坯能耗高。

连铸热态方坯出来后(约1100℃)，经定尺冷却下线，经离线堆放至室温(约25℃)。再经过再加热炉加热(约1200℃)后进入轧钢工序轧制。这样，热态方坯冷却过程中热能损失；冷却至室温后的方坯经过再加热炉加热后，燃料消耗高。即整体加热成本(包括燃料消耗、金属损耗等)占据了钢轨生产成本中最大一部分比重，约60％。

2)方坯轧制出钢轨成品成型工序道次多，生产设备耗能多，轧制周期长、生产效率低。

3)二辊孔型轧制钢轨，钢轨在孔型中受挤压变形，变形分布不均，存在较高内应力。

轧制主要有两种方法：二辊孔型轧法和四辊万能轧法。四辊万能轧法中钢轨在万能轧辊组成的孔型中四面受到均匀压缩变形，加工量好，得到的钢轨产品质量要比二辊孔型轧法好，优势较二辊孔型轧法突出。

4)如图3所示，钢轨常规轧制呈卧倒状，上部槽型易盛水，导致上、下槽部区域温度分布不均，进而导致轧制状态的不均匀分布。

采用万能轧机及万能轧制工艺方法生产钢轨是公知技术，钢轨呈卧倒状态在万能轧机中进行变形并得到最终的成品钢轨，传统万能轧制钢轨示意图见附图1，其中图示中的1～6道次在开坯轧机中完成，9～13道次在万能轧机和轧边机中完成，该生产工艺对应的万能轧机工艺布置图见附图2。

此外，在传统型钢轧制理念中，轧件在水平驱动的轧辊中穿梭，通过调整轧辊的辊缝、孔槽形状等参数获得最终的型钢产品。钢轨万能轧制法生产也不例外，钢轨呈卧倒状在万能轧机和轧边机中往复穿梭受到万能轧辊和轧边辊的轧制变形并得到热态下最终钢轨成品。但钢轨呈卧倒状在万能轧机中变形时会出现如下缺点：

(1)轧制过程中钢轨槽内积水。

如图5所示，轨形坯在万能轧机中轧制时，轧机冷却水和除磷用高压水等介质水会遗留在轨形坯上表面的槽中产生积水，导致钢轨腰部上表面和下表面散热不均的现象进一步严重，使得轧后腰部上表面温度明显低于下表面，影响钢轨轧后最终的微观组织和力学性能。

(2)万能轧制变形的不对称性。

在轧制过程中，由于钢轨断面的特殊性只有一个对称面，这导致轧制时产生的轴向力大，朝轨头呈水平方向受力。由于受自身重力影响，钢轨在辊道上自由卧倒的状态为倾斜状，如图4所示，轨形坯进入万能轧机后，钢轨会出现头部向下倾斜的倾向，这样会使得上下辊轧制力分布不均匀，且对轴向力产生一定影响。使得本来就是不对称变形的万能轧制现象进一步恶化，对钢轨最终的成品尺寸带来影响。

(3)传统万能轧制线工艺布置过长。

传统万能轧制线工艺布置较长，这样导致建设投资增加，同时生产线拉长会使热态轧件在辊道上的运输时间变长，轧件温降变大，而且轧件上表面槽内积水会进一步加快轧件上表面的冷却速率，影响轧件整个断面的温度对称性分布，如U1-E1+U2-E2+UF万能工艺布置。

专利ZL03816778.6《用于热轧钢轨的方法和设备》和专利ZL97114510.5《由粗制坯轧出成品型材的方法》均公开了各自用于制造钢轨的万能轧机工艺布置及轧制方法。但上述专利均采用传统的卧式轧制，使得钢轨在轧制过程中上表面易积水，影响轧件温度的对称分布，且在轧制过程中易产生不均匀变形对钢轨最终产品尺寸产生影响。

专利CN101844150B《钢轨万能法轧制工艺》公开了钢轨一种立式轧制方法及工艺布置，但该专利的工艺布置生产线过长，万能轧机及轧边机数量较多，整体车间厂房和设备投资较大，且钢轨在运输过程中温降较大，对轧件温度控制较难。

发明内容

基于上述钢轨万能轧制方法及工艺布置方式存在的问题，并结合当前钢轨生产工艺和控制发展水平，本发明提出新的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法及***，不仅可以解决钢轨现有的卧式轧制中受力不均、温度分布不均及最终成品尺寸偏差的问题，还可以实现钢轨的在线控制轧制和控制冷却，在保证最终成品尺寸的同时，还可进一步提高钢轨断面微观组织均匀性和力学性能。

为实现上述目的及其他相关目的，本方案的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，包括：

1)连铸出成品钢轨的立式状近终型轨形坯；

2)将连铸出的近终型轨形坯定尺切割后，并进行保温状态下的立式输送；

3)将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，并在成型精轧的前、后进行冷却控制。

可选的，在步骤1)中，根据成品钢轨的尺寸进行反向推算选择所述近终型轨形坯的断面尺寸，并满足：近终型轨形坯与成品钢轨的压缩比≥6。

可选的，在步骤1)中，所述近终型轨形坯具有成品钢轨类似的轨头、轨腰和轨底，且两者的轨头、轨腰和轨底的断面金属分配比相同。

可选的，在步骤2)中，获取输送的近终型轨形坯断面的温度，并根据获取的断面温度对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热。

可选的，在步骤3)中，将立式轧制设置为连续轧制或往复可逆式轧制。

本发明还提供一种近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，用于实现上述的生产方法，包括：连铸机，用于连铸出呈立式状的近终型轨形坯；切割设备，设于连铸机后，用于将连铸出的近终型轨形坯实施定尺切割；保温辊道，用于对定尺切割后的近终型轨形坯实施保温状态下的立式输送；轧机机组，用于将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，由依次设置的粗轧机、精轧机组成；冷却装置，设置在精轧机前、后，用于对轧制道次间隙进行冷却控制。

进一步，还包括补温装置，设于轧机机组前，用于对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热，所述补温装置为感应加热装置。

进一步，所述轧机机组为万能连轧机机组，采用连续轧制或往复可逆式轧制。

进一步，所述万能连轧机机组的配置形式为四辊万能轧机-二辊轧边机-四辊万能轧机的交替布置。

进一步，所述冷却装置的喷射介质包括但不限于：冷却水、压缩空气或水剂混合物。

本发明的优点在于：本发明改变传统钢轨连铸后冷却，再加热的往复能源消耗及万能卧式轧制钢轨的生产方式，结合新型万能轧机机组紧凑式工艺布置及控制冷却装置，形成一种近终型紧凑式钢轨万能立式控制轧制及控制冷却的新型轧制工艺技术。本发明方法及***也适用于通过其他类的型钢产品近终型连铸连轧工艺，如槽型坯-成品、角型坯-成品等。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为传统万能轧制钢轨示意图；

图2为传统万能轧制钢轨工艺布置图；

图3为传统生产钢轨时轨腰处积水示意图；

图4为传统生产钢轨在辊道中放置及运行时断面示意图；

图5为传统生产钢轨在轧制过程中存在上部腰槽积水、不对称轧制倾翻力现状；

图6为近终型轨形坯连铸连轧短流程生产工艺流程布置；

图7为立式轧制钢轨示意图；

图8为轨形坯断面示意图；

图9为立式轧制四辊万能轧制断面示意图(左右辊为驱动辊、上下辊为驱动辊或从动辊)；

图10为立式轧制二辊轧边断面示意图(左右辊为驱动辊)；

图11为具体实施案例流程图；

附图6中标记：连铸机1、切割设备2、保温辊道3、补温装置4、粗轧机5、精轧机6、冷却装置7；四辊万能轧机U、二辊轧边机E。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图6-10所示，本实施例中的一种近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，主要包括依次设置的连铸机1、切割设备2、保温辊道3、补温装置4、轧机机组、冷却装置7，连铸机1连铸出呈立式状的近终型轨形坯；切割设备2将连铸出的近终型轨形坯实施定尺切割；保温辊道3对定尺切割后的近终型轨形坯实施保温状态下的立式输送；补温装置4设于轧机机组前，对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热，轧机机组将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，它由依次设置的粗轧机5、精轧机6组成，可以采用8～12架四辊万能轧机U实施连续轧制，或者采用3～5架四辊万能轧机U实施往复可逆式轧制，并再加1架万能精轧机，且相邻的两个四辊万能轧机U之间设有一个二辊轧边机E；冷却装置7设置在精轧机6前、后，对轧制道次间隙的近终型轨形坯断面进行冷却控制，进而获得优化的产品金相组织和较好的力学性能。

具体的，本实施例中的连铸坯料浇注、运输、轧钢轧制变形过程中，近终型轨形坯均呈站立状。近终型轨形坯的断面尺寸，根据成品钢轨的尺寸进行反向推算选择，为满足钢轨最终成型后的产品力学性能，近终型轨形坯与成品钢轨的压缩比应≥6。近终型轨形坯与成品钢轨一样，分为轨头、轨腰、轨底三大部分，为满足三部分轧制过程中延伸的统一性，近终型轨形坯三部分的断面金属分配比与成品钢轨的三部分金属分配比相同。钢轨在轧机机组连续轧制变形，并由最后一架(道次)万能精轧机轧制出最终热态下的成品钢轨。立轧钢轨的万能连轧机组由多架四辊万能轧机及多架二辊轧边机组成，四辊万能轧机和二辊轧边机的具体数量根据生产企业制订的钢轨每道次变形系数、孔型***及轧制程序等生产工艺及其他影响因素统筹确定。四辊万能轧机可以四辊均带驱动，也可以左右两侧辊带驱动，立式传动结构；上下侧辊不带驱动，为从动形式。二辊轧边机为两个结构形式，左右两侧轧辊为立式传动结构。冷却装置根据近终型轨形坯外形呈包裹状设置，以全部覆盖整个近终型轨形坯断面的冷却，喷射介质包括但不限于：冷却水、压缩空气、水剂混合物等。补温装置采用感应加热装置。

本发明近终型轨形坯连铸连轧短流程生产***主要可以解决以下问题：

1)钢轨生产短流程化：改变传统钢轨生产的连铸-下线-再加热-轧制成型的长流程生产工序，直接由连铸出并经保温输送至轧制的短流程生产。

2)钢轨生产的节能降耗：短流程创新，减少热能损失，利用炼钢连铸坯料余热，直接进入轧制工序。

3)钢轨成材率及生产效率提升：减少再加热工序后，氧化烧损减少，一般可减少0.8％～1.0％，连铸-轧钢生产节奏匹配后的短流程生产，生产效率提升。

4)立式轧制工艺下产品质量提升：解决目前传统钢轨卧式轧制中存在的钢轨槽内积水引起的温度分布不均问题，以及轧后微观组织性能不均；可显著改善卧式轧制中由于钢轨自重倾翻引起的上下轧制力不均引起的断面尺寸偏差。

5)短流程工艺布置：连铸-轧钢短流程紧凑式布置，车间长度相比传统连铸车间、轧钢车间分体式布置更为紧凑缩短，减少了坯料热态下的运输距离和时间、减少热损及轧制做功电耗、提高轧制效率等，并减少工程建设投资及运营成本。

6)通过在线控轧控冷工艺及装备，实现产品金相组织细晶粒化，提升产品最终力学性能，并为后续钢轨全长尺冷却及预弯创造更有利条件。

7)实现投入产出最优化。

本近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，包括：连铸出成品钢轨的立式状近终型轨形坯；将连铸出的近终型轨形坯定尺切割后，并进行保温下的立式输送；获取输送的近终型轨形坯断面的温度，并根据获取的断面温度对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热；将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，并在成型精轧的前、后进行冷却控制。简单而言，连铸、轧钢工序合为一个整体车间，连铸浇注出的近终型轨形坯，经带有保温措施的辊道直接运输至轧机机组中进行轧制变形，最终由最后一道次轧机轧制出成品钢轨，同时在最后一道次轧机轧制前、后，对轧制道次间隙的近终型轨形坯断面进行冷却控制。

如图11所述，通过一个具体的实施例对整个工艺方法流程做详细描述如下：

1)近终型轨形坯立式连铸：通过连铸将原料呈立式状连铸成产品的近终型轨形坯；

2)根据生产成品钢轨长度，反推近终型轨形坯长度，为满足钢轨最终成型后的产品力学性能，近终型坯料与成品坯料的压缩比应≥6，通过连铸出近终型轨形坯后的定尺切割设备将其分段，切割设备可以为气体切割，也可以为锯切，也可为其他形式切割，如飞剪；近终型轨形坯与成品钢轨一样，分为轨头、轨腰、轨底三大部分，为满足三部分轧制过程中延伸的统一性，三部分的断面金属分配比与成品钢轨的三部分金属分配比相同；

3)连铸出近终型轨形坯至轧钢轧机机组段，采用高速运输辊道，并带有保温措施，以便减少运输时间和温降；

4)在轧机机组前部设置有事故剔废装置/缓冲装置及感应加热装置，以便对连铸-连轧生产节奏匹配控制，对轧件断面均温进行补热优化；如近终型轨形坯断面部分区域温度偏低时(轨头的下部角部或轨底边角部等)，可考虑在轧机机组前设置一个补温装置，对坯料断面进行均匀性补温；

5)近终型轨形坯随后运送至轧机机组中进行轧制，轧机机组为分万能连轧机机组，分粗轧机和精轧机两组轧机，配置方式是：四辊万能轧机-二辊轧边机-四辊万能轧机……的交替布置形式，即先进入粗轧机进行U1-E1-U2-E2-U3-E3-U4-E4-U5共9道次连轧，然后经过精轧机前冷却装置的控冷工序，控制轧件断面温度分布均匀，并达到工艺需求的终轧成型温度，随后进入精轧机组进行U6-E5-U7共3道次的连轧成型；

6)轧制成型后的钢轨经过精轧后冷却装置的控冷工序进行轧后控冷，进一步优化冷却工艺，以获得更为细小的成品金相组织，达到提升成品力学性能的目的；冷却装置的控冷设施根据钢轨外形呈包裹状设置，以全部覆盖整个钢轨断面的冷却，喷射介质包括但不限于：冷却水、压缩空气、水剂混合物等；

7)轧制变形结束后，随即进入后续工序，包括了钢轨打印、锯切、钢轨热处理、冷却、矫直、检测探伤、锯钻加工、收集入库等工序。

上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，其特征在于，包括：

1)连铸出成品钢轨的立式状近终型轨形坯；

2)将连铸出的近终型轨形坯定尺切割后，并进行保温状态下的立式输送；

3)将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，并在成型精轧的前、后进行冷却控制。

2.根据权利要求1所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，其特征在于，在步骤1)中，根据成品钢轨的尺寸进行反向推算选择所述近终型轨形坯的断面尺寸，并满足：近终型轨形坯与成品钢轨的压缩比≥6。

3.根据权利要求1所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，其特征在于，在步骤1)中，所述近终型轨形坯具有成品钢轨类似的轨头、轨腰和轨底，且两者的轨头、轨腰和轨底的断面金属分配比相同。

4.根据权利要求1所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，其特征在于，在步骤2)中，获取输送的近终型轨形坯断面的温度，并根据获取的断面温度对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热。

5.根据权利要求1所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产方法，其特征在于，在步骤3)中，将立式轧制设置为连续轧制或往复可逆式轧制。

6.一种近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，其特征在于，用于实现权利要求1至5任一项所述的生产方法，包括：连铸机(1)，用于连铸出呈立式状的近终型轨形坯；切割设备(2)，设于连铸机后，用于将连铸出的近终型轨形坯实施定尺切割；保温辊道(3)，用于对定尺切割后的近终型轨形坯实施保温状态下的立式输送；轧机机组，用于将输送来的近终型轨形坯进行立式轧制，由依次设置的粗轧机(5)、精轧机(6)组成；冷却装置(7)，设置在精轧机前、后，用于对轧制道次间隙进行冷却控制。

7.根据权利要求6所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，其特征在于，还包括补温装置(4)，设于轧机机组前，用于对即将进入轧制前的近终型轨形坯的边角部位进行均温补热，所述补温装置为感应加热装置。

8.根据权利要求6所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，其特征在于，所述轧机机组为万能连轧机机组，采用连续轧制或往复可逆式轧制。

9.根据权利要求8所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，其特征在于，所述万能连轧机机组的配置形式为四辊万能轧机(U)-二辊轧边机(E)-四辊万能轧机(U)的交替布置。

10.根据权利要求6所述的近终型轨形坯短流程连铸连轧生产***，其特征在于，所述冷却装置的喷射介质包括但不限于：冷却水、压缩空气或水剂混合物。

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