劉新業(yè)

(中冶東方工程技術(shù)有限公司 山東青島266555)

近年來(lái)，以鐵路建設(shè)特別是高速鐵路建設(shè)為代表的基礎(chǔ)設(shè)施投資增長(zhǎng)強(qiáng)勁，由此可見(jiàn)未來(lái)型鋼及鋼軌(重軌)的需求具有很大的發(fā)展空間，以及型鋼生產(chǎn)品種大而多，對(duì)生產(chǎn)型鋼及鋼軌(重軌)設(shè)備的功能要求也逐漸提高。型鋼冷床是型鋼生產(chǎn)線上的重要設(shè)備，其功能是將軋制后的型鋼進(jìn)行橫向移送，并在移送過(guò)程中逐漸冷卻，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下達(dá)到均勻、快速冷卻的效果。

1 型鋼冷床設(shè)備技術(shù)發(fā)展的需求

根據(jù)技術(shù)發(fā)展的需要，為了提高產(chǎn)品的成材率以及最終加工精度，現(xiàn)代新建大中型型鋼生產(chǎn)線均采用長(zhǎng)尺冷卻、長(zhǎng)尺矯直、冷定尺等先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的最終表面質(zhì)量也提出了更高的要求。為此，要求型鋼冷床不僅能夠橫移軋件、保證冷卻，還要保證具有良好的表面質(zhì)量，要求軋件在冷卻過(guò)程中無(wú)彎曲、無(wú)扭轉(zhuǎn)、無(wú)劃傷，滿足型鋼及鋼軌的平直度和殘余應(yīng)力相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求。型鋼及鋼軌的矯前彎曲度對(duì)矯直后的質(zhì)量有很大影響，而矯前彎曲度就是在冷卻的過(guò)程中形成的，特別是對(duì)于鋼軌等非對(duì)稱截面軋件產(chǎn)品而言，矯前彎曲度直接影響矯后的平直度。在同等變形條件下，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，能耗也高，越不易咬入，也影響矯直機(jī)的使用壽命;同時(shí)鋼軌斷面尺寸畸變?cè)酱螅瑲堄鄳?yīng)力越大，穩(wěn)定性也越差，更容易產(chǎn)生二次變形;此外，矯前彎曲度波動(dòng)大，則矯直工況穩(wěn)定性差，反之，矯前彎曲度波動(dòng)小，矯直過(guò)程穩(wěn)定性也好，矯直效果好。為了盡量降低矯前彎曲度，原國(guó)外工藝曾經(jīng)采用過(guò)控制軌頭、軌底的冷卻速度，采取軌底貼靠對(duì)稱冷卻等方法，但其效果均不是太理想，同時(shí)控制工藝復(fù)雜，操作繁綴。由此，為了簡(jiǎn)化操作工藝，提高防彎效果，要求冷床在冷卻軋件的同時(shí)，能夠盡量的減小軋件冷卻后的彎曲度，同時(shí)提高冷床的冷卻效果。

2 適應(yīng)生產(chǎn)百米高速鋼軌用型鋼冷床的技術(shù)思路

基于以上情況，特別是百米鋼軌對(duì)矯前彎曲度大，矯后平直度差、殘余應(yīng)力大，鋼軌穩(wěn)定性差以及現(xiàn)有型鋼冷床應(yīng)用情況等進(jìn)行了分析研究，同時(shí)為了提高冷床的使用效率，并解決產(chǎn)品表面劃傷問(wèn)題，提出了根據(jù)不同的產(chǎn)品要求，在冷卻過(guò)程中采用自動(dòng)預(yù)彎、強(qiáng)制冷卻等附加功能，并對(duì)鋼軌預(yù)彎、冷卻模式、冷床的傳動(dòng)形式等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，開(kāi)發(fā)出了百米高速鋼軌生產(chǎn)線用復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床技術(shù)。該冷床具有預(yù)彎功能(對(duì)非對(duì)稱截面軋件進(jìn)行自動(dòng)預(yù)彎—建立預(yù)彎模型)，采用自然風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻模式，并設(shè)有翻鋼裝置(對(duì)H 型鋼、工字鋼軋件進(jìn)行翻鋼)，冷床升降和平移全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，適應(yīng)于生產(chǎn)百米高速鐵路鋼軌以及大型H 型鋼、鋼板樁、工字鋼等產(chǎn)品。該冷床是在步進(jìn)式冷床的基礎(chǔ)上，綜合考慮以鋼軌產(chǎn)品為主的非對(duì)稱截面軋件的預(yù)彎功能，H 型鋼、工字鋼等產(chǎn)品的翻鋼功能，同時(shí)考慮采用強(qiáng)制風(fēng)冷與自然風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻方式，以提高冷床的功能性使用效率和軋件的產(chǎn)品質(zhì)量。

3 生產(chǎn)百米高速鋼軌用型鋼冷床的主要技術(shù)內(nèi)容

研發(fā)的一種具有預(yù)彎功能(對(duì)非對(duì)稱截面軋件根據(jù)不同產(chǎn)品的規(guī)格建立預(yù)彎模型，進(jìn)行自動(dòng)預(yù)彎)，采用自然風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合，全部采用液壓驅(qū)動(dòng)，并可實(shí)現(xiàn)大型型鋼翻轉(zhuǎn)的百米高速鋼軌生產(chǎn)線用復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床如圖1 所示。包括:冷床輸入輥道、上料裝置(冷床入口橫移裝置)、由冷床定臺(tái)面和冷床動(dòng)臺(tái)面構(gòu)成的冷床本體(固定臺(tái)面、活動(dòng)臺(tái)面)、下料裝置(冷床出口橫移裝置)、輸出輥道等。還包括有:入口翻鋼裝置(設(shè)置在冷床入口側(cè))、出口翻鋼裝置(設(shè)置在冷床出口側(cè))。冷床入口前的上料裝置具有預(yù)彎功能，在冷床合適的位置設(shè)置的風(fēng)機(jī)可對(duì)軋件進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。采用強(qiáng)制冷卻與自然冷卻相結(jié)合的冷卻工藝，旨在提高冷床的冷卻效果和冷卻效率。

圖1 復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床簡(jiǎn)圖

具有預(yù)彎功能的百米高速鋼軌生產(chǎn)線用復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床工作過(guò)程為:軋件由輸入輥道運(yùn)來(lái)后，上料裝置將軋件移送到冷床固定臺(tái)面上，對(duì)鋼軌等非對(duì)稱截面的型鋼進(jìn)行預(yù)彎(根據(jù)不同產(chǎn)品的規(guī)格建立的預(yù)彎模型)，對(duì)于H 型鋼、工字鋼等產(chǎn)品需在軋出狀態(tài)基礎(chǔ)上翻轉(zhuǎn)90°，由入口翻鋼裝置來(lái)完成。在初始狀態(tài)，冷床固定臺(tái)面高于活動(dòng)臺(tái)面，冷床活動(dòng)臺(tái)面升起將軋件托起并向前橫移一個(gè)步距，然后落下將軋件放置在固定臺(tái)面上。通過(guò)如此反復(fù)運(yùn)行將軋件一步一步地移送到冷床出口側(cè)。對(duì)于H 型鋼、工字鋼等產(chǎn)品在下冷床時(shí)需要翻轉(zhuǎn)90°時(shí)，由出口翻鋼裝置來(lái)完成。下料裝置將軋件由冷床出口側(cè)的固定臺(tái)面上移送到輸出輥道上，送往下一工序。

下面將復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床的相關(guān)要求和各項(xiàng)功能進(jìn)行描述。

3.1 具有預(yù)彎功能

對(duì)于截面不對(duì)稱的型鋼(如鋼軌、不等邊角鋼等型鋼)，在自然冷卻的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生比較大的彎曲，這樣既影響冷床的冷卻效率又不利于下一步矯直工序的順利進(jìn)行。為防止其下冷床后彎曲度過(guò)大，無(wú)法進(jìn)入矯直機(jī)，影響矯直效果，在冷床入口橫移裝置處設(shè)置了預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)(建立預(yù)彎模型)，可以對(duì)不對(duì)稱截面軋件進(jìn)行自動(dòng)預(yù)彎。在型鋼上冷床前對(duì)其進(jìn)行反向預(yù)彎，即在軋件上冷床前施以反向彎曲，使其在冷卻過(guò)程中逐漸變直，以期在其冷卻后擁有最小的彎曲度，能順利進(jìn)行矯直，預(yù)彎功能實(shí)現(xiàn)了軋件上冷床前完成對(duì)非對(duì)稱截面型鋼的預(yù)彎。

冷床入口橫移裝置由多組橫移小車、橫移和升降機(jī)構(gòu)等組成，設(shè)置在冷床輸入輥道及冷床的固定臺(tái)面之間。橫向移送單根軋件，將軋件從輥道上托起移送到冷床步進(jìn)梁上，通過(guò)調(diào)整橫移小車的橫移速度，對(duì)非對(duì)稱截面(如鋼軌)軋件進(jìn)行預(yù)彎(依據(jù)建立的預(yù)彎模型來(lái)實(shí)現(xiàn))，由此可實(shí)現(xiàn)移送鋼材及預(yù)彎功能。同步由電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，預(yù)彎功能由調(diào)整橫移小車速度差(建立預(yù)彎模型)來(lái)完成。

3.2 H 型鋼、工字鋼產(chǎn)品的翻鋼功能

為提高冷床的冷卻效果及冷床臺(tái)面的利用率，需對(duì)H 型鋼、工字鋼等產(chǎn)品在軋出狀態(tài)(H型)的基礎(chǔ)上翻轉(zhuǎn)90°后(呈工字型)再上冷床，如果采用臥式矯直機(jī)，則該產(chǎn)品在下冷床時(shí)需要再翻轉(zhuǎn)90°(翻轉(zhuǎn)成H 型)后送入矯直機(jī)(如果設(shè)置的是立式矯直機(jī)，則無(wú)需在出口處再進(jìn)行翻轉(zhuǎn))。為此在冷床入口側(cè)及出口側(cè)各設(shè)置一套翻鋼裝置，完成對(duì)型鋼的翻起和翻倒功能。

3.3 提高冷卻能力及改善設(shè)備工作環(huán)境(采用自然風(fēng)冷和強(qiáng)制冷卻相結(jié)合)

由于在夏季時(shí)環(huán)境溫度較高，會(huì)帶來(lái)軋件的冷卻速度較慢，如果進(jìn)行設(shè)備本體設(shè)計(jì)時(shí)，按照夏季的冷卻能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，則在冬季時(shí)，會(huì)造成大量的設(shè)備能力浪費(fèi)，從而導(dǎo)致設(shè)備一次投資增加，設(shè)備運(yùn)行成本增加，為此，為了平衡夏季與冬季的冷床冷卻能力，在冷床合適的位置設(shè)置風(fēng)機(jī)或水冷裝置，對(duì)軋件進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷或強(qiáng)制水冷。該風(fēng)冷裝置或水冷裝置均可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)冷床的實(shí)際冷卻情況靈活開(kāi)啟或關(guān)閉，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，效果明顯。另外，為了改善設(shè)備工作環(huán)境，避免因?yàn)闇囟冗^(guò)高而導(dǎo)致的設(shè)備變形、干油碳化等問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)冷床底部的散熱、隔熱等進(jìn)行了特殊處理，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，減少設(shè)備維護(hù)量，減少設(shè)備維護(hù)投資。

3.4 保證產(chǎn)品表面質(zhì)量，無(wú)彎曲、無(wú)扭轉(zhuǎn)、無(wú)劃傷

為保證鋼軌，大型H 型鋼、工字鋼表面質(zhì)量完好，無(wú)彎曲、無(wú)扭轉(zhuǎn)、無(wú)劃傷，整個(gè)冷床動(dòng)臺(tái)面升降和平移以及翻鋼裝置和橫移裝置的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用液壓步進(jìn)式和同步機(jī)構(gòu)，工作平穩(wěn)，減小對(duì)軋件的沖擊，同時(shí)，在冷卻過(guò)程中，冷床臺(tái)面與軋件之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，能夠有效地避免由于相對(duì)滑動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品表面劃傷，同時(shí)能夠避免因?yàn)椴煌蕉鴮?dǎo)致的附加軋件彎曲，可以降低矯直時(shí)所需要的矯直力，降低矯直后殘余應(yīng)力。

該復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床設(shè)備首次在包鋼軌梁廠高速鐵路百米鋼軌生產(chǎn)線上成功應(yīng)用。

4 復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床的應(yīng)用效果

綜上所述，我們?cè)阡撥夘A(yù)彎、冷卻模式、冷床的傳動(dòng)形式等方面進(jìn)行了創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出了適用于百米高速鐵路鋼軌(重軌)生產(chǎn)線用復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床設(shè)備，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該技術(shù)成果在國(guó)內(nèi)多個(gè)軋鋼廠的多條大中型型鋼生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)在包鋼軌梁廠高速鐵路百米鋼軌(重軌)生產(chǎn)線中的實(shí)際應(yīng)用，百米高速鋼軌(重軌)的挑出率(合格率)由原來(lái)70 ～80%提高到91%以上，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

5 結(jié)論

復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床適用于生產(chǎn)高速鐵路百米鋼軌(重軌)以及大型H 型鋼、鋼板樁、工字鋼等產(chǎn)品的設(shè)備。它既能實(shí)現(xiàn)對(duì)非對(duì)稱截面型鋼的預(yù)彎，又能實(shí)現(xiàn)對(duì)大型H 型鋼、工字鋼等型鋼的翻轉(zhuǎn)，同時(shí)還能保證產(chǎn)品有良好的表面質(zhì)量，在滿足冷卻能力的同時(shí)，將設(shè)備投資降到最低。且功能齊全可靠、維護(hù)簡(jiǎn)單、停位準(zhǔn)確、沖擊小，能保證鋼軌(重軌)、H 型鋼、工字鋼等產(chǎn)品表面質(zhì)量完好，無(wú)彎曲、無(wú)扭轉(zhuǎn)、無(wú)劃傷，達(dá)到均勻、快速冷卻的效果。

該高速百米鋼軌(重軌)生產(chǎn)線用復(fù)合式型鋼步進(jìn)冷床設(shè)備的主要特點(diǎn)如下:

1)具有預(yù)彎功能，對(duì)非對(duì)稱斷面軋件進(jìn)行自動(dòng)預(yù)彎(建立有預(yù)彎模型)。通過(guò)預(yù)彎，實(shí)現(xiàn)將非對(duì)稱斷面軋件冷卻后的彎曲度從25‰ ～35‰縮減至5‰;

2)在冷床入口和出口均設(shè)置有翻鋼裝置，可以對(duì)H 型鋼、工字鋼軋件進(jìn)行翻鋼冷卻，提高冷卻效果和冷床冷卻能力;

3)采用自然風(fēng)冷和強(qiáng)制風(fēng)冷相結(jié)合的冷卻工藝，極大的改善冷床的工作環(huán)境，提高冷床的冷卻能力;

4)冷床本體的升降和平移全部采用液壓驅(qū)動(dòng)(液壓步進(jìn)和液壓同步)，工作平穩(wěn)，減小對(duì)軋件的沖擊，同時(shí)，冷床臺(tái)面與軋件之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng)，避免了由于相對(duì)滑動(dòng)而導(dǎo)致的產(chǎn)品表面劃傷。對(duì)不同規(guī)格型鋼切換步距方便，能夠避免因?yàn)椴煌蕉鴮?dǎo)致的附加軋件彎曲，可以降低矯直時(shí)所需要的矯直力，降低矯直后殘余應(yīng)力。

該冷床具有結(jié)構(gòu)緊湊、功能完善、冷卻效果好、停位準(zhǔn)確，工作時(shí)振動(dòng)小、噪聲低、運(yùn)行可靠，制造、安裝方便，便于維護(hù)、易于操作、投資少等特點(diǎn)。推進(jìn)綠色鋼鐵生產(chǎn)，引領(lǐng)當(dāng)今型鋼、鋼軌生產(chǎn)冷卻設(shè)備的技術(shù)潮流。

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