3. Технология производства

На рис.12 приведён технологический процесс производства рельс в виде краткой цепочки с последующими пояснениями, далее технология прокатки рельсов в РБЦ НТМК будет описана более подробно.

Рис.12. Технология прокатки рельсов в РЦБ.

1. Выплавка чугуна в доменном цехе;

2. Выплавка стали из чугуна в кислородно-конвертерном цехе;

3. Слив стали в агрегат печь-ковш для внепечной обработки: перемешивание с помощью донной продувки аргоном, легирование, рафинирование, подогрев с помощью электродов;

4. Вакуумирование стали с целью улучшения её качества за счет уменьшения в ней содержания газов (водород, кислород) и неметаллических включений;

5. Разливка стали на 4-ручьевой МНЛЗ в заготовки с сечением 300х360 мм;

6. Замедленное охлаждение заготовок в вагонах-термосах и транспортировка заготовок на адъюстаж РБЦ, осмотр заготовок

7. Нагрев заготовок в методической печи с шагающим подом;

8. Прокатка заготовок на станах 950 и 850;

9. Порезка раскатов пилами горячей резки на два рельса длиной 25 метров каждый. Маркировка рельсов;

10. Противофлокенная обработка рельсов в изотермических печах;

11. Правка рельсов в вертикальной плоскости на роликоправильных машинах

12. Фрезеровка, сверление отверстий, снятие фасок;

13. Визуальный осмотр рельсов, контроль геометрических размеров, выделение дефектов, отсылка брака в «передел»;

14. Нагрев рельсов в закалочной печи;

15. Закалка рельсов в масле И-20А с помощью специальной закалочной машины револьверного типа;

16. Отпуск рельсов в десятизонной печи с роликовым подом;

17. Охлаждение рельсов в холодильнике;

18. Правка рельсов в вертикальной и горизонтальной плоскостях с помощью роликоправильных машин;

19. Ультрозвуковой контроль рельсов на установке «УМАР-1»;

20. Правка рельсов на механических вертикально-правильных прессах;

21. Окончательный осмотр и приемка рельсов;

22. Складирование готовых рельсов;

23. Отправка рельсов заказчику.

Металлические заготовки попадают на участок адьюстажа из машин непрерывного литья заготовки № 1, 2 и 3. Сталь получают в конвертерном цехе, имеет высокую чистоту по неметаллическим включениям и низкую газонасыщенность. Металл выгружается и осматривается. Заготовки имеют габариты 300х360 и 200х525. Затем металл кранами выгружается на рольганг, который доставляет его на участок к печи. Процессом загрузки металла в печь управляет оператор загружающего устройства. При движении балок вверх изделие, лежащее на стационарном поде печи, поднимается, а при последующем их движении в горизонтальной плоскости (вдоль печи) перемещается вместе с ними на определённое расстояние (шаг). Выдача металла производится с другой стороны печи с помощью вытаскивающего устройства. Заслон печи открывается, и вытаскивающее устройство переносит горячий металл на рольганг, доставляющий его к прокатным станам. Печи отапливаются газообразным топливом. В печи заготовки, уложенные поперёк печи в два ряда, передвигают навстречу движению продуктов сгорания топлива с помощью шагающих (подвижных) балок. При таком противоточном движении достигается высокая степень использования тепла, подаваемого в печь. Заготовки проходят последовательно семь теплотехнических зон: первая зона методическая (зона предварительного подогрева), последующие четыре являются сварочными (зона нагрева), а пятая и шестая томильные (зона выравнивания температур). В печи поддерживают неизменную во времени и переменную по длине печи температуру. В зоне основного нагрева температура почти постоянна, а в предварительной — падает к началу печи. Важно отметить, что между заготовками имеется зазор, и они обогреваются с четырёх сторон, благодаря чему нагрев протекает быстрее и равномернее, уменьшается окисление и обезуглероживание металла. Заготовки нагреваются 2 часа 40 минут до 1250-1280 °С. Печные газы собираются в котёл-утилизатор. Производительность таких печей не ограничена возможной длиной проталкивания, изделия не повреждаются о под печи при проталкивании, для освобождения печи от заготовок не требуется никакого дополнительного оборудования, уменьшается угар металла.

В настоящее время прокатка рельсов в рельсобалочном цехе ОАО «НТМК» производится с использованием клетей дуо и трио (черновая реверсивная клеть дуо на стане 950, две реверсивные клети трио и чистовая нереверсивная дуо на стане 850). Рельсовая заготовка прокатывается на стане 950 за пять проходов. Далее рельсовая заготовка катается на стане 850 за 7 проходов (6 - в реверсивных клетях трио, 1 - в чистовой нереверсивной клети дуо). Температура раскатов после прокатки на стане 950 должна быть не ниже 1080°С, температура на стане 800-920 °С. Главным недостатком при прокатке служит то, что головка и подошва рельса не подвергаются прямому обжатию, что приводит к большой неравномерности деформации по сечению профиля.

Прокатанные заготовки разрезают пилами горячей резки маятникового типа. Пилы отрезают передний и задний концы проката, а также разрезают заготовку на мерные длины в соответствии с заказами. Валками выкатываются выпуклые (не менее 1 мм) цифры и буквы в следующем порядке:

1. обозначение комбината - Т,

2. месяц (римскими цифрами) и две последние цифры года изготовления рельсов,

3. тип рельса,

4. обозначение стрелкой головного конца,

Кроме указанной маркировки, выкатываются бригадные знаки :

5. одна точка - бригада №1,

6. две точки - бригада №2,

7. три точки - бригада №3,

8. четыре точки – бригада №4,

9. пять точек - бригада №5,

На этой же стороне шейки каждого рельса с помощью клеймовочной машины накатываются: номер плавки (номер плавки рельсов группы 1 начинается с буквы П), и обозначение порядкового номера рельса: цифра 1 - на головном конце первого из слитка рельса, знак " X " - на донном конце последнего из слитка рельса.

После маркировки рельсы направляются на холодильник, где охлаждаются на воздухе до температуры 350-550 °С. Противофлокенная обработка рельсов проходит в печах изотермической выдержки при температуре 600-620 °С в течении 1,5-2 часов. После изотермической выдержки рельсы в порядке выдачи из печей направляются на центральный холодильник, где охлаждаются до температуры 60°С. Далее рельсы идут на правку на роликоправильные машины, где правятся в холодном состоянии в горизонтальной плоскости.

Потом рельсы попадают на участок рельсоотделки, имеющий три поточные линии. Здесь с помощью фрезерных станков производится обработка концов рельс. Далее рельсы попадают на инспекторский стеллаж. Контроллеры производят осмотр рельс со всех сторон, и в случае обнаружения дефектов производится их горячая зачистка. Затем рельсы отправляются на склад «сырых» рельс, где они замеряются и складируются по профилям. Если требуемая заказчиком длина рельс 25 метров, то они поступают в термоотделение, если же требуемая длина 12,5 метров, то они предварительно разрезаются на станке Вагнера. Рельсы перемещаются по складу с помощью электромагнитных кранов. Часть рельс отправляется потребителю в сыром виде.

Перед закалкой рельсы помещаются в посадочную печь. Печь имеет длину 184,4 м и ширину 3 м. Печь обогревается с помощью 520 инжекционных горелок, работающих на смеси коксового и доменного газа. Рабочее пространство печи состоит из семи зон. Первые пять являются сварочными, в них происходит постепенный нагрев рельса до 830-850 °С. Шестая зона является томильной, а седьмая – зона выдачи рельсов. Время пребывания металла в ней равно 50-60 минут поскольку температура металла перед закалкой должна быть не ниже 820 °С. Рельсы извлекаются из печи с помощью вытаскивающего устройства, кантуются на 90° (встают на «подошву»), затем их концы охлаждаются водовоздушной смесью в течении нескольких секунд. Печь может работать в автоматическом или ручном режиме. Управляет процессом оператор.

Рельс транспортируется по рольгангу к закалочной машине, попутно охлаждаясь водой и воздухом по всей длине так, чтобы температура рельса при подаче в закалочную машину была не ниже 780 °С. При закалке сталь получается полностью мартенситной структуры (без продуктов распада аустенита), что приводит к резкому увеличению её твёрдости и прочности, но снижает пластичность. Закалка рельсов осуществляется в масле И-20А. Закалочная машина представляет собой специальное устройство револьверного типа конструкции УЗТМ, состоящее из масляного бака, вращающегося барабана длиной 28 м с 12-ти лучевой роликовой системой удержания рельсов, устройствами задачи и выдачи рельсов из машины. На концах лучей имеются специальные каретки, на которые подаётся рельс, в то время когда данный ряд кареток находится над уровнем масла (остальные 11 кареток в этот момент погружены в масло). Барабан помещается в баке, который заполнен маслом, температура которого обычно около 80 °С. При каждом повороте барабана на 30° его покидает закалённый рельс, сделавший полный оборот, и загружается «сырой». Время, за которое барабаном совершается один оборот, равняется 5 минутам. К достоинствам объемной закалки рельсов в масле относится высокая производительность - 750 тыс. т. в год, стабильность термоупрочнения, а к недостаткам: ограниченная длина обрабатываемых рельсов (19-25 метров), пожароопасность, загрязненность парами масла, неоднородность термоупрочнения (прочность шейки после закалки будет выше, чем у головки и подошвы, поскольку в силу меньшей площади сечения, скорость охлаждения будет больше). Так же стоит отметить, что конструктивные особенности печи для нагрева под закалку не позволяют повысить температуру рельсов до 900-930 °С, что могло бы повысить упрочнение стали при последующей закалке. Твердость термоупрочненных рельсов по Бринеллю утверждена ГОСТом 18267 и составляет 341-388 НВ. На закаленные рельсы ставится клеймо, о том, что они прошли закалку, чтобы их можно было отличить от «сырых» рельсов.

Далее рельсы попадают в отпускную печь. Закалённая сталь отличается большой хрупкостью, поэтому после закалки её обычно подвергают отпуску. При одной и той же твёрдости сталь, подвергнутая закалке с последующим отпуском, более пластична (следовательно, более работоспособна), чем сталь, подвергнутая медленному охлаждению, при котором происходит распад аустенита на феррит и цементит. Отпуск так же необходим для снятия остаточных напряжений. В отпускной печи рельсы постепенно охлаждаются в течение двух часов с 650 до 400 градусов. Печь является 10-зонной и имеет длину 260 м и ширину 3,7 м. Печь оборудована роликовым подом, обеспечивающем равномерное продвижение рельсов.

Затем по роликам рельсы отправляются на холодильник, где охлаждаются до 60 °С. Далее рельсы подаются в роликоправильную машину, которая правит рельсы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. После завершения основных технологических операций следует устройство ультразвукового контроля, анализирующее структуру рельса на наличие внутренних дефектов. Затем установка Элекон определяет прямолинейность рельс. После того, как рельсы обследуют с помощью Элекона, и определятся отклонения от нормированных ГОСТами значений, они попадают на вертикальные правильные пресса, где идет доправка начала и конца рельсы. После прессов рельсы вновь попадают на инспекторский стеллаж для осмотра. Контроллеры вновь осматривают рельсы, и в случае обнаружения дефектов производится огневая зачистка рельс, бракованные рельсы отправляются в «передел». Если рельсы удовлетворяют всем требованиям, то их отправляют на склад готовой продукции, где они ожидают своей отправки потребителю. «Передельные» рельсы возвращаются на склад к «сырым», после чего происходит их разбраковка и укладка их на складе по сортам и назначению. Доработка «ередельных» рельсов происходит на доотделочной линии, где осуществляется вырезка дефектных участков с последующей отделкой, осмотром и маркировкой, после чего они отгружаются потребителям.

К сожалению стоить заметить, что техническая сторона процесса прокатки, термической обработки и механической обработки остается на прежнем уровне (многое оборудование было установлено ещё в сороковые или пятидесятые годы XX в.) и заметно отстает от передовых достижений за рубежом, что не позволяет достичь мирового уровня качества рельсов, в особенности по продольной и концевой кривизне, точности исполнения профиля и производительности. Помимо сказанного стоит отметить и то, что многие современные предприятия, расположенные в США и Европе, прокатывают рельсы длинной сто и пятьдесят метров, поэтому необходима дальнейшая реконструкция рельсового производства для получения конкурентно-способной продукции на внутреннем и внешнем рынках. В данный момент, как нам стало известно на экскурсии, ведутся переговоры с французскими специалистами о поставке современного оборудования, которое позволит отслеживать структуру стали заготовки непосредственно в процессе прокатки. В планах реконструкции рельсобалочного цеха ОАО "НТМК" предполагается осуществление проката рельсов длинной 50 метров, но какие-либо серьёзные программы пока что не разработаны.