摘要：在本研究中通过采用加热炉平衡测定以及拓五测温等方法，分析了轨梁厂现有的加热炉热工制度和加热工艺，并在此前提下对钢轨的加热工艺进行矫正，改善，进一步制定完善的加热炉热工制度。经过研究我们发现通过优化矫正能够使钢胚加热温度降低20℃，断面温差能够控制在45℃之内，钢坯氧化烧损率能够达到0.92%，钢轨的脱碳层深度能够降到0.2到0.5 mm的范围内，每年会使轨梁厂钢轨产量增加到50万吨。
关键词：高铁；维修；钢轨；加热矫正
对于钢梁厂来说，钢坯的加热工艺最终会影响钢轨质量，尺寸，性能等。近年来，随着我国铁路事业的快速发展，铁道部门对于钢轨的内外质量，力学性能以及外观尺寸有着较为严格的要求，进一步对钢坯的加热质量要求也逐渐提升，需要完善钢坯的加热温度均匀性，能够减小温度差，降低加热过程中的脱碳层深度。由于钢轨中含有较多的碳元素，在加热中钢坯对于过热，过烧存在较大敏感性，脱碳较为严重。国外在生产钢轨时主要采用计算机控制步进梁式加热炉作为主要的钢轨加热设备，而相比来说国内在钢轨生产过程中采用推钢水连续加热炉的方式进行加热。这两种加热工艺在，经过加热处理之后发现前者操作比较灵活，能够控制在加热炉中钢坯不同位置的加热时间，对品种变化，产量波动，以及由于换棍检验导致的停扎待扎具有一定的适应性，同时在加热炉中钢坯能够处于多面受热，显著缩短加热时间，能够实现钢轨的快速加热，对于易脱碳钢和加热易氧化碳刚来说是十分有利的。基于目前钢轨梁厂的设备条件下，针对钢轨加热工艺进行深入探究，能够分析目前加热炉的热工状态，不断优化加热工艺，能够改善钢轨的加热质量，进而为钢梁厂提供高质量的钢轨，能够提高产品在市场中的核心竞争力。
1 钢轨加热工业现状分析
在本研究中，主要采用加热炉热平衡以及拖偶法测温气体分析，扎线测温等多种方法，研究了目前钢梁厂的加热炉热工状态，以及基于当前现有的热工制度下，钢轨钢的加热质量。如下所示是近年来，PD3钢轨的加热质量以及高速轨生产要求的差距，
表1 PD3钢轨的加热质量以及高速轨生产要求
从数据上来看，相比高速轨生产要求的加热工艺来看，在钢坯加热温度上与预期的稳定性，均匀性，碳层深度指标存在较大差距，针对所存在的问题进行分析，我们发现目前钢坯加热温度出现较大的温度波动，可能是由于加热炉的工作制度不合理，当在轧制过程中产量发生较大变化时，加热炉各段燃料分配比例不变，供热量不变会导致钢坯的温度产生较大波动，出钢节奏设置不合理，从两座推钢式加热炉间隙出钢，钢坯增加的时间以及在加热炉中不同位置的加热时间存在差异，在加热过程中节奏较快，温度分布不均匀也会导致钢坯加热温度出现较大的波动。其次，钢坯断面温度不均匀，可能是由于炉温分布不均匀，加热段以及均热段的炉温是相近的，有些会高于加热段，这种炉温条件下均热段会承担加热段快速加热的功能，将会减弱在均热段，减小钢坯断面温差的均热效果，甚至会使其断面出现较大温差。炉型的结构设置不合理，从实际操作中发现三座推钢式加热炉，其长度为29米，均热段长为4.9米，加热段为12米，预热段为12米。整体来看，加热炉的长度较短，主要是由于均热段长度短，只能利用高温快烧的方式，然而这种情况下会使钢坯在均热段的均热时间短，影响最终的均热效果。脱碳层深度这一指标波动较大，可能是由于钢坯在扎制过程中节奏不均匀。研究表明钢坯的脱碳层深度是与加热时间具有一定联系的，如果加热时间出现较大波动，则会导致脱碳层的深度也存在较大波动，炉内的气温不稳定，加热炉采用高胶混合煤气热值，压力波动值较大，在实际生产中空气煤气供给不变时，会导致加热炉中气温波动较大，会使钢坯处于加热状态中，脱碳层深度产生较大的变化。
2 完善加热炉热工制度
根据目前有关部门，针对钢轨对钢坯加热温度的均匀稳定性要求，以控制钢坯加热温度和允许断面温差作为目标，在采用钢板加热温度预测模型计算各段的燃烧分配比例和实际燃料消耗量，在对不同加热状态下钢坯相应的螺纹状态在此基础上，能够完善加热工艺，并制定钢轨钢加热技术规范。
从优化目标上来看，目前针对钢坯的加热温度需要根据其加热工艺和钢梁轧线上，炸点温差变化，确定其加热温度。从其断面温差上来看，目前的生产条件允许钢轨断面温差需要低于50℃。从优化结果上来看。在供热分配上加热炉的上下段供热比例分别为40%和60%，各段燃料分配比例中，均热段的上，下部分别为10%和25%，加热段的上，下部分别为30%和35%。针对当前现有的炉温制度，在实际生产中加热炉的炉温制度如下所示。
表2 加热炉炉温制度
表3 钢坯待轧阶段的炉温制度
在轧制过程中，加热时间确定的降温制度如表3所示。从炉内气氛控制上来看，分段控制加热炉中的气氛对于均热段来说，空气消耗数为0.952，加热段的空气消耗数为1.20，预热段空气消耗系数为1.10，优化加热炉热工制度的实际应用。自从开展加热炉热工制度的优化工作之后，经过调整后能够使加热炉热工制度得到广泛推广应用，而这一制度背景下对于改善钢坯加热质量，提升生产产量，减少加热炉的能源消耗的方面具有显著效果。首先，能够使钢坯加热温度处于均匀的变化中，并逐渐趋于稳定。利用红外辐射测温系统对于高压水除鳞后以及950扎钢后钢坯表面温度进行实时测量，具体操作中采用两种钢种分别是PD3和U71Mn。从结果来看对于PD3钢坯来说起加热温度平均为1229摄氏度，而对于959轧后钢坯完度平均为1128℃，U7mN钢坯其加热温度为，1201℃，950轧后钢坯温度平均为1096℃，两种钢坯的温度变化之差能够控制在20℃，相比过去的加热工艺来说能够对提升尺寸精度来说起着十分重要的作用，能够降低钢坯的断面温差。在钢坯的侧面中心，距离钢坯上下表面25mm处钻小孔，随炉加热再出炉辊道上利用热电耦检测其上下表面温度以及中心温度。从结果来看，经过加热炉热工制度的完善之后，其钢坯的断面温差相比过去的加热工艺来看能够减少20℃，能够满足钢轨钢加热工艺，将断面温差控制在50℃的范围。由于经过优化后的热工制度能够显著降低均热段燃料分配比例，增加加热段的燃料来分配比例，在这种工作制度下会升高加热段的炉温，使得钢坯能够以最快的速度升温，并运行到均热段后表面升温速度较慢，内部依靠加热传导的作用，能够有效降低断面温差，进一步改善钢坯加热温度的均匀性，能够降低钢坯氧化烧损率。采用称量法的方式检测经过加热之后钢坯的重量，并进一步测定及氧化烧损率。从结果来看，经过加热炉热工制度优化后，钢坯的氧化率能够降低50%，主要是由于经过加热炉内制度优化后，会使均热段的空气消耗系数控制在1.0，确保炉内气氛为还原性气氛，能够显著抑制经过加热后高温钢坯的氧化作用，能够合理分布炉温，减少预热时间，缩短其加热时间，减少钢坯的氧化烧损率，提升钢轨的加热能力。经过加热工艺的优化之后能够显著提升钢轨产量，主要是由于经过制度优化后能够提升加热段的炉温，对于两种钢轨来说能够分别升至1340℃和，1320℃，提升加热段的炉温进而会使加热速度提升到6.7℃每分钟。当钢坯预热到均热段后，能够满足生产钢轨要求，减少钢坯待热时间，提升其生产产量，降低钢轨的脱碳程度。采用金相法的方式对钢轨脱碳层深度进行测定，从结果来看经过制度优化后，加热钢坯扎制而成的钢轨，其表面脱碳层深度为0.2到0.5 mm，钢轨的侧脱碳层深度为0.2到0.5 mm，相比过去来说比较稳定，而且有一定程度的降低，能够满足目前高铁对于钢轨脱碳层深度的要求。
3 小结
总而言之，经过钢轨钢加热工艺以及加热炉热工制度优化之后，能够稳定其加热温度，控制温差变化，改善断面温度的均匀性，降低钢轨脱碳层深度，满足目前高铁对于钢轨加热工艺要求，降低燃料消耗，提高其加热能力。
参考文献
[1]王继文. 浅谈高速铁路钢轨打磨作业组织与思考[J]. 中小企业管理与科技, 2017(11).
[2]杨凯, 瞿福林, 邱秀姣, et al. 基于故障树分析法的高速铁路钢轨断裂机理分析[J]. 铁道标准设计, 2017(04):36-40.
[3]杨永代. 对高速铁路区间施工维修作业防护物防补充措施的思考[J]. 理论学习与探索, 2017(05):69-70.
论文作者:张庆海
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/22
标签：钢坯论文; 钢轨论文; 加热炉论文; 脱碳论文; 温度论文; 炉温论文; 断面论文; 《基层建设》2019年第13期论文;