УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАКАЛКИ РЕЛЬСОВ
INSTALLATION FOR RAIL TEMPERING

Изобретение касается устройства для закалки рельсов, в частности профильных ходовых рельсов, имеющих при необходимости различную форму поперечного сечения и длину более 50 м, посредством охлаждения по меньшей мере одной части соответствующего поперечного сечения рельса по всей длине рельса в охлаждающем средстве, состоящего из средств поперечного перемещения в области рольганга, из рихтовочных средств и манипуляторного захвата для перемещения рельса в устройстве, по меньшей мере одного позиционирующего средства, соответственно, с резервуаром или ванной с охлаждающим веществом, а также холодильником.
Рельсы из содержащих углерод при необходимости низколегированных сталей, которые после прокатки располагаются на холодильнике прокатного стана и охлаждаются, всегда содержат перлитную структуру, причем материал имеет соответствующие этому механические свойства. С целью уменьшения износа рельсов, в частности, при высоких осевых нагрузках, а также при известных условиях высоких скоростей движения поездов и узких закруглений пути, в соответствии с уровнем техники с помощью специальной термической обработки структура может регулироваться таким образом, что по меньшей мере нагруженная головка рельса имеет высокую твердость, высокую стойкость на истирание и незначительную склонность к образованию трещин, то есть рельс в рельсовой колее отличается улучшенными эксплуатационными свойствами.
Устройство для закалки рельсов посредством целевого исполнения структуры металла при его охлаждении может быть выполнено для прохождения через устройство орошения охлаждающим средством или для погружения в охлаждающее средство.
Распылительные охлаждающие установки проходного типа для закалки рельсов хотя и имеют, как правило, простую конструкцию, однако имеют недостаток, выраженный в большой потребной площади, требуют затратных технологий и также не могут эффективно исключить нежелательные колебания качества рельса в ходе производственного процесса. Кроме того, в распылительном охлаждающем устройстве проходного типа точное согласование охлаждения с изменяющимися профилями, такими как остряковые рельсы, желобчатые рельсы, виньолевские рельсы и т.п., часто не может осуществляться в требуемой мере, причем при известных условиях перекос при охлаждении областей поперечного сечения в ходе прохождения ведет также к неравномерному нагружению охлаждающим веществом и, следовательно, к колебаниям твердости материала на протяжении длины рельса.
Уже предлагалось оставлять рельсы при их улучшении неподвижными или лишь незначительно перемещать их с чередованием, предпочтительно на соответствующее расстояние распылительного средства.
Кроме того, известно устройство для термического улучшения рельсов и/или частей поперечного сечения рельсов с одним или несколькими погружными резервуарами для них.
При последовательном изготовлении закаленных рельсов с высокой производительностью прокатки в соответствии с документом АТ 410549 В уже предлагалось располагать по меньшей мере две установки охлаждения жидкостью, каждая из которых проходит параллельно одному рихтовочному средству, предусматривать средство поперечной транспортировки с опорной поверхностью для прокатанного материала между роликами рольганга, чтобы обеспечить возможность перемещения рельса от рольганга к манипуляторам охлаждающего устройства и впоследствии переноса от охлаждающего устройства в зону опорной поверхности холодильника. Таким образом, может достигаться увеличение количества обрабатываемых в единицу времени рельсов с помощью установки для улучшения металла. Выход из прокатной клети, рихтовка и поворот рельса на рольганге не может, однако, осуществляться без ограничений при активном рихтовочном средстве.
В данном случае изобретение намерено устранить недостаток и ставит целью создание устройства названного выше типа для закалки рельсов, в частности профильных ходовых рельсов, в котором при высокой пропускной способности могут с высокой надежностью рентабельно изготавливаться высококачественные рельсы.
В частности, установка в соответствии с постановкой цели должна содержать
- манипуляторный захват для беспрепятственного, быстрого перемещения выходящих из валков рельсов, который обеспечивает возможность их выравнивания в осевом направлении, а также обеспечивает возможность точного по размеру ввода в позиционирующее средство и/или укладку на передаточное средство и/или на холодильник,
- позиционирующее средство для закрепления без перекосов и/или
- средство для резкого охлаждения, которое может использоваться во взаимодействии с позиционирующим средством,
- средства управления, с помощью которых компоненты установки могут быть согласованы друг с другом для циклического погружения головки и/или других частей поперечного сечения и/или всей поверхности рельса в процессе их охлаждения.
В соответствующем родовому признаку устройстве цель достигается, если манипуляторный захват выполнен из клещей, которые содержат захватывающие руки, которые выполнены каждая с центрирующими элементами для осевого выравнивания головки рельса и захватывающими элементами для удержания подошвы на одной прямой относительно поперечного сечения, и, таким образом, обеспечивает возможность точного по размеру размещения рельса в позиционирующее средство и фиксации рельса в нем.
Преимущества, которые достигаются с помощью соответствующего изобретению манипуляторного захвата, следует видеть по существу в том, что его проходящие на одной прямой клещи содержат захватывающие руки с центрирующими элементами и захватывающими элементами, так что рельс непосредственно после последней прокатной клети и его выхода на рольганг в прокатном нагреве, то есть в вязком или по существу пластичном состоянии материала при запирании элементов клещей, сначала выравнивается головной частью в осевом направлении, после чего осуществляется соосное поперечному сечению удержание подошвы рельса, и при этом рельсы после осевого поворота всегда одинаковым образом могут вводиться в позиционирующее средство или укладываться на холодильник. Этот тип укладки рельса с подвешиванием в позиционирующее средство с горизонтально выровненной, проходящей на одной прямой подошвой рельса имеет то преимущество, что в нем положение подошвы рельса всегда является одинаковым, и это неизменное положение может быть обеспечено также при несимметричных профилях поперечного сечения.
Клещи выполнены при этом с по меньшей мере одним угловым смещением с возможностью одновременного вращения в одном и том же направлении вокруг общей оси, чтобы обеспечить возможность выравнивания рельсов из различных позиций рольганга со стороны головки, например из позиции лежания, удерживания их выровненными относительно поперечного сечения и точной укладки точно по размеру в позиционирующее средство.
В ходе извлечения рельса из средства для позиционирования за счет поворота захватов рельсы могут с преимуществом укладываться в желаемом положении поперечного сечения на передаточное средство и/или холодильник.
Перемещение выровненных рельсов может осуществляться с предпочтительно высокой точностью в течение непродолжительного времени, если манипуляторный захват выполнен более чем с двумя клещами на каждые 10 м длины резервуара.
Как с функционально-технической стороны, так и применительно к характеристикам выравнивания и захвата благоприятен случай, когда клещи выполнены с захватывающими руками, которые могут перемещаться или регулироваться одинаковым образом.
Если предпочтительным образом манипуляторный захват и соответствующие средства перемещения могут перемещаться в поперечном направлении над рольгангом на расстоянии с высотой, превышающей максимальную высоту рельса, и для приема рельса между роликами рольганга могут частично опускаться в вертикальном направлении только захватывающие руки захватов, нагружение концевой зоны рольганга выходящими из валков рельсами остается нечувствительным применительно к одновременному перемещению рельсов в устройство для закалки, что обеспечивает его высокую гибкость и производительность или высокую пропускную способность.
Далее, в устройстве названного выше типа для закалки рельсов в соответствии с изобретением цель достигается за счет того, что позиционирующее средство содержит множество проходящих на одной прямой в горизонтальном направлении удерживающих компонентов с опорами для подошвы введенного в подвешенном положении рельса, подошва которого может фиксироваться без возможности перекоса в осевом направлении рельса на опорах посредством разъемных зажимных элементов или прижимов.
Преимущества, достигнутые с помощью соответствующего изобретению позиционирующего средства, следует видеть главным образом в том, что оно образовано проходящими с высокой точностью на одной прямой в горизонтальном направлении удерживающими компонентами, каждый из которых содержит две опоры и два прижима. Таким образом, рельс с прокатного нагрева с аустенитной структурой, выровненный с помощью манипуляторного захвата в осевом направлении, может устанавливаться в определенном желаемом положении в удерживающие компоненты, каждый из которых содержит две опоры для подошвы рельса, фиксироваться с помощью двух зажимных элементов без возможности смещения и кручения, и эта фиксация сохраняется с высокой точностью также при воздействии больших усилий, например, в течение фазы охлаждения головки рельса. Удерживающие компоненты и прижимы или зажимные элементы для подошвы рельса одинаковым образом предусмотрены каждый в продольном прохождении позиционирующего средства, так что предпочтительным образом при фиксации рельса не возникает никаких моментов изгиба.
Благоприятным проявил себя случай, когда рельс с обеих сторон удерживается в неподвижном состоянии с помощью одной опоры и одного разъемного зажимного элемента для подошвы рельса одного компонента средства для позиционирования, а другие устройства и элементы соответствующих компонентов допускают перемещение в продольном направлении рельса. Тем самым можно стабилизировать рельс также в процессе охлаждения или термической обработки в желаемой позиции поперечного сечения, так что за счет смещения обусловленное усадкой материала уменьшение длины происходит без образования поверхностных повреждений.
В устройстве для закалки рельсов в соответствии с ограничительной частью основного пункта формулы изобретения цель достигается также за счет того, что расположены по меньше мере два резервуара с позиционирующими средствами рядом друг с другом осепараллельно с горизонтальным расположением на одной высоте, а часть охлаждающего вещества в резервуаре, которая может использоваться для закалки рельсов, имеет глубину, которая превышает высоту наибольшего профиля рельса по меньшей мере на 10%.
Преимущества этого признака изобретения обусловлены главным образом высокой производительностью, достигнутой с помощью двух резервуаров, которые расположены осепараллельно, и, в частностью, гибкостью устройства для закалки и ее достигаемой с помощью управляемых позиционирующих средств универсальной возможности использования при необходимости для последовательного полнообъемного охлаждения и/или охлаждения частей поперечного сечения, например только головки или ходовой поверхности рельса в охлаждающем веществе. С помощью устройства в соответствии с изобретением возможно также использование большого числа параметров погружения для рельсов в охлаждающее вещество при их закалке и тем самым достижение желаемого улучшения структуры по длине поперечного сечения рельса.
В соответствии с предпочтительной формой выполнения изобретения резервуар содержит на стороне основания по меньшей мере одно впускное отверстие для охлаждающего вещества на каждые 1,5 м длины резервуара, через которое может подводиться регулируемый поток охлаждающего вещества, причем предпочтительно в резервуаре выше впускных отверстий для охлаждающего вещества, на расстоянии от него и с уплотнением, расположена по меньшей мере одна перфорированная или способная пропускать поток плита, и/или в направлении протекания охлаждающего вещества установлена сопловая плита с каналами.
С помощью этих соответствующих изобретению мер локальная интенсивность охлаждения охлаждающего вещества для областей поперечного сечения поверхности по длине рельса может поддерживаться неизменной, и в результате может быть достигнуто высокое, неизменное качество при изготовлении закаленных рельсов.
Если в соответствии с еще одной формой выполнения изобретения в резервуаре и/или в подводящих линиях расположены средства для отвода охлаждающего вещества, которые могут использоваться для опорожнения резервуара в течение короткого времени, в случае возникновения, например, неисправности охлаждающее средство может в течение кратчайшего времени выводиться из резервуара, в результате чего прерывается закалка рельса. Это прерывание закалки обеспечивает защиту устройства и несложное извлечение рельса, удерживаемого в резервуаре при возникновении сбоя работы установки.
Поставленная цель изобретения, заключающаяся в создании нового устройства для закалки рельсов с различными локальными эффективными значениями интенсивности охлаждения на протяжении их поперечного сечения, достигается также за счет того, что резервуар и поверхности прилегания и разъединяемые зажимные средства для подошвы подвешенного рельса всех компонентов позиционирующего средства для погружения рельса в охлаждающее средство могут перемещаться с управлением одновременно вертикально относительно друг друга, и может производиться регулирование соответствующей позиции удержания и ее длительности.
С преимуществом тем самым могут достигаться желаемые выполнения структуры, а также участки структур с различной микроструктурой по длине поперечного сечения рельса, в результате чего такого рода рельсы могут изготавливаться со свойствами профиля, благоприятно выполненного для особых нагрузок.
С целью обеспечения возможности оптимизации твердости головки и распределения механических свойств материала по поперечному сечению при рельсах, имеющих по обстоятельствам различные профили поперечного сечения, может быть предусмотрено, что опоры и зажимные средства для подошвы подвешенного рельса всех компонентов позиционирующего средства могут одновременно регулироваться в горизонтальном направлении поперечно резервуару. В последующем изобретение поясняется более подробно на основании изображающих только один пример исполнения чертежей, причем в качестве вспомогательного средства тексту придан перечень ссылочных обозначений. На фигурах показано следующее.
Фиг.1 - устройство для закалки рельсов в поперечном сечении вертикально относительно продольной оси рельса.
Фиг.2 - рельс в клещах манипуляторного захвата.
Фиг.3 - позиционирующее средство и резервуар перпендикулярно продольной оси рельса.
Фиг.4 - поперечное сечение профиля рельса.
Для облегчения обзора применительно к функциональным элементам устройства должен служить приведенный ниже перечень ссылочных обозначений.
1 Рельс
11 Подошва рельса
12 Головка рельса
1Z Остряковый рельс
1R Желобчатый рельс
1V Виньолевский рельс
у Центральная ось подошвы
х Центральная ось головки
А Осевое смещение
Н Высота рельса
2 Рольганг
21 Средство для поперечного перемещения
3 Манипуляторный захват
30 Клещи
31, 31' Захватывающие руки
311, 311' Захватывающие элементы
312, 312' Центрирующие элементы
4 Позиционирующее средство
40, 40' Удерживающие компоненты
41, 41' Опоры
42, 42' Зажимные элементы
5 Резервуар (ванна)
50 Охлаждающее средство
51 Плита, способная пропускать поток
52 Сопловая плита
53 Устройство для направления охлаждающего средства
54 Впускное отверстие для охлаждающего средства
6 Холодильник
61 Передаточное средство
На фиг.1 в поперечном сечении изображена одна форма выполнения изобретения. Рельс 1 после пропускания в последнем валковом калибре (не изображен) помещается на рольганг 2 и позиционируется на нем с помощью средства 21 поперечного перемещения.
Из позиции на рольганге 2 рельс 1 принимается с помощью манипуляторного захвата 3, который по длине рельса 1, как показано на фиг.2, содержит множество клещей 30 с захватывающими руками 31, 31'. Захватывающие руки 31, 31' выполнены каждая с центрирующими элементами 312, 312' для осевого выравнивания головки 12 рельса и захватывающими элементами 311, 311' для удержания подошвы 11 рельса в подвешенном состоянии, причем расстояние от концов фланцев подошвы 11 рельса до захватывающих рук 31, 31' увеличено с целью выравнивания различных профилей рельсов, как изображено на фиг.4 в виде 1Z, 1R, 1V, со стороны головки в осевом направлении с помощью центрирующих элементов 312, 312' клещей 30.
Изображенный на фиг.1, соответствующий изобретению манипуляторный захват 3 выполнен таким образом, что он захватывает в необходимой позиции рельс 1, находящийся в позиции расположения на рольганге 2, с помощью множества клещей 30 по длине рельса и выравнивает его в осевом направлении путем удержания с помощью захватывающих рук 31, 31'. Клещи 30 выполнены с возможностью совместного перемещения с помощью выполненных механическим путем элементов при одновременном зажиме центрирующих элементов 312, 312' перпендикулярно оси рельса в вертикальном и горизонтальном направлениях, а также с поворотом, так что лежащий на боку рельс может забираться с рольганга 2, выравниваться в осевом направлении, поворачиваться в позицию подвешивания с горизонтальной поверхностью подошвы и может быть введен в позиционирующее средство 4, как это показано на фиг.3, на опоры 41, 41'.
Таким же образом, как показано на фиг.1, рельс 1, 1' может забираться с рольганга 2 или из позиционирующего средства 4 и укладываться на холодильник 6 или передаточное средство 61.
Соответствующее изобретению позиционирующее средство 4 изображено на фиг.3 и содержит по длине рельса 1 удерживающие компоненты 40, 40' с опорами 41, 41', в которые с осевым выравниванием может размещаться рельс 1. Зажимные элементы 42, 42' могут устанавливаться в направлении опор 41, 41' на концах фланцев подошвы 11 рельса. Позиционирующее средство 4 и резервуар 5 с охлаждающим средством 50 взаимодействуют при закалке рельса 1.
Как следует из фиг.1, в соответствии с изобретением в устройстве расположены осепараллельно рядом друг с другом по меньшей мере два резервуара 5 с охлаждающим средством 50, причем соответственно используемая для закалки рельса 1 часть охлаждающего вещества 50 в резервуаре 5 имеет глубину, которая больше, чем максимальная высота рельса, с целью обеспечения его полнообъемного погружения в охлаждающее средство 50.
Как показано на фиг.3, в резервуаре 5 со стороны основания расположены впускное отверстие 54 для охлаждающего средства и устройства 53 направления охлаждающего средства, причем для выравнивания скорости потока охлаждающего средства 50 при набегании потока на рельс 1 по всей длине резервуара 5 в направлении пространства погружения могут использоваться плиты 51, способные пропускать поток, и/или сопловые плиты 52.
Позиционирующее средство 4 для рельса 1 и резервуар 5 с охлаждающим средством, как уже упоминалось ранее, взаимодействуют между собой и с помощью устройств управления (не изображены) могут перемещаться относительно друг друга и, по меньшей мере, позиционироваться в позициях «Погружение частей поперечного сечения», и/или «Закалка головки», и/или «Закалка погружением в полном объеме» в течение определенных промежутков времени.
z
r
z
x
Для различных профилей рельсов 1, как это изображено на фиг.4, для острякового рельса 1Z, желобчатого рельса 1R в сравнении с виньолевским рельсом 1V, между осью х головки и осью у подошвы могут присутствовать осевые смещения A, A. Для того чтобы обеспечить центральное набегание охлаждающего средства 50 на основную массу головки 12 рельса в погружном резервуаре 5 независимо от поперечного сечения, может быть обеспечено соответствующее осевым смещениям A, A, горизонтальное, параллельное оси позиционирование позиционирующего средства 4 и резервуара 5.