CL0204-U75V重轨钢生产
案例简要说明:依据国家职业标准和金属材料及热处理技术、材料成型与控制技术专业教学要求，归纳提炼出所包含的知识和技能点，弱化与教学目标无关的内容，使之与课程学习目标、学习内容一致，成为一个承载了教学目标所要求知识和技能的教学案例。该案例是轧制生产工艺及质量控制案例，体现了重轨生产工艺及轧制规程、型钢轧制设备等知识点和岗位技能，与本专业《型钢生产》课程重轨生产的工艺流程单元的教学目标相对应。
1.背景介绍
我国是以铁路为主要运输手段的国家，铁路所担负的运输任务十分繁忙。铁路负载重，车行速度慢是中国与发达国家的主要差距。近年来铁道部曾经多次实施客车提速，但仍跟不上国家经济快速发展的需要。因此，提高行车速度、建设高速铁路是铁道部门近期的重点工作。近年来，铁路干线正向安全、高速、重载的方向发展。高速铁路有着快速、方便、舒适的特点和运力大、能耗低、污染轻、占地少、成本低、安全的优势。
随着我国铁路客运专线建设的迅猛发展，铁路对高速百米钢轨的需求量急剧上升。本案例主要概述了U75V重轨钢轧制的生产工艺流程。
2.主要内容
2.1.U75V重轨钢的用途
铁路是我国国民经济的大动脉，随着经济的高速发展，铁路运输也日趋繁忙。由于列车轴重、行车速度及密度大幅度提高，钢轨的服役条件越来越恶劣，使用寿命大大缩短。特别是在重载或小半径曲线，由于钢轨硬度偏低、强度不足，使钢轨产生严重磨耗和发生接触疲劳伤损，致使钢轨使用寿命降低，线路养护费用增加，严重影响行车安全。
U75V重轨钢是近几年发展起来的重轨钢，由于其耐磨性能和综合性能好，能够大大提高钢轨使用寿命，延长大修周期，减少运行维护成本，从一出现就得到铁路部门认可。
2.2.U75V重轨钢轧制的生产工艺路线
U75V重轨钢的生产工艺流程为（见图1）:连铸坯→步进梁式加热炉→高压水除磷→ BD1 粗轧→ BD2粗轧→U1、 E1 万能粗轧→U2、 E2 万能中轧→UF 万能精轧→热锯切头尾→钢轨预弯→步进式冷床冷却→复合矫直机矫直→检测中心检测(断面尺寸检测、平直度检测、超声波探伤及涡流探伤) →双向液压补矫→锯钻定尺→入库
图1 U75V重轨钢的生产工艺流程图
2.3U75V重轨钢轧制规程U75V重轨钢生产线轧机参数见表1 。
表1 现场轧机参数
1 65 190 514 1285 1414 926 5000 3000
现场依据轧制规程进行轧制，采用BD1+BD2+CCS结构方式。其中BD1 有9个道次，BD2有5个道次，CCS连轧机组一共6个道次，其现场轧制规程见表2，表3。
表2 现场（BD1、BD2）轧制规程
o. Sta. Groove Dimension work Area Length work Speed Roll No. Gap Red Dia Time
mm mm mm2% m mm m/s s
1
BD1 1/J 295×330163 96813 9.0 8.6 925 2.5 4.4
2 1/J 305×28512
3 86388 10.8 9.6 925 2.8 4.5
3 2/H 293×26093 73195 15.3 11.
4 930 3 5.0
4 2/H 303×23063 6670
5 8.9 12.5 930 3.2 5.2
5 2/H 313×20533 61180 8.3 13.
6 930 3.5 5.3
6 2/H 319×18513 56030 8.4 14.9 930 3.8 4.4
7 3/G 192 13 48991 12.6 17.0 845 4 4.8
8 4/F 208 13 41852 14.6 19.9 882 4.2 5.2
9 5/E 192 13 35047 16.3 23.8 908 4.5 5.8
Total Rolling Time:44.6 s Tota lDeadTime:68.8 s Total Time:113.4 s
BD2 Roll Drwg
o. Sta. Groove Dimension work Area Length work Speed Rool No. Gap Red Dia Time
mm mm mm2% m mm m/s s
1
BD2 1/D 120 42 32800 6.4 25.4 706 2 13.6
2 1/D 91 1
3 29057 11.
4 28.7 706 2.
5 12.5
3 2/C 69.5 13 24692 15.0 33.7 735 2.8 13.2
4 3/B 54 13 20394 17.4 40.9 757 3 14.9
5 4/A 43 13 17970 11.9 46.4 772 3.2 15.9
表3现场（CCS）轧制规程
No. Sta. Dimension Force Area Length work Speed
Web Head Base Red Dia
mm kN kN kN mm2% m mm m/s
32.0 3084 1842 2828 14238 20.8 58.5 1085 4.91
1 UR
1
ER 31.5 1468 ---- ---- 13977 ---- 59.6 734 5.00
2 UF IDLE (open) ---- ---- ---- 13977 1.8 59.6 1120 5
3 UF IDLE (open) ---- ---- ---- 13977 ---- 59.6 1120 4.15
ER IDLE (open) ---- ---- ---- 13977 ---- 59.6 734 4.15 4
24.0 2708 1351 2602 11159 20.2 74.7 1086 5.2
UR
2
5 UR
18.3 2565 1122 2735 8822 20.9 94.4 1083 4.95
3
EF 18.3 464 ---- ---- 8604 2.5 96.8 751 5.07
6 UF 16.
7 1934 ---- 859 7932 10.1 105.0 1046 5.5
BD1机架通过9个道次将方形坯料轧制成帽型。首先通过箱型孔对方形坯料进行轧制，这样有利于降低铸坯的缺陷，提高坯料的内在质量，然后通过6个道次的孔型轧制使箱型坯料转变为帽型坯料，如图1所示：
图1 BD1轧制坯料形状
BD2机架包括5个道次，将BD1轧制完成后的帽型轧件轧制为轨型。BD2前4个道次是切深孔，主要任务是将帽型切深出头腰腿分明的轨型。BD2后1个道次采用上下辊对称轧制，矫正切深孔不对称轧制引起的轴对称偏差，为CCS 精轧机组做好准备。如图2所示：
图2 BD2轧制坯料形状
其中CCS万能轧制部分共有六个道次，分别为UR1，ER，UR2，UR3，EF，UF 共三个机架六个孔型。其中UR1，UR2，UR3为第一架四辊万能轧制机架，通过改变压下量来实现；ER，EF通过和ABD2、BBD2两孔配在一起的平辊来轧制，UF 是三辊半万能轧制，立辊无孔型用来轧制钢轨底部，确保成品钢轨轨底的平整度。现场采用可逆式连续轧制方式，首先是UR1和ER的二机架连轧，UF孔型
打开不参与轧制；然后导轨反转钢轨逆向轧制通过UR2进行轧制；最后先后通过UR3，EF，UF进行三机架连轧。在此过程中除了万能轧制的平辊调整压下量外，轧边机E也会进行左右方向的移动以保证孔型中心线与轧制中心线重合。
2.4U75V重轨钢万能轧机生产线简介
万能轧机生产线由 121222221 布置的 7 架轧机组成 ,其中开坯机 2 架(BD1、BD2)、万能粗轧机组 2架(U1、 E1) 、万能中轧机组 2 架(U2、 E2) 、万能精轧机组 1 架(UF) 。
一、开坯机
开坯机为 2 台结构型式相同的二辊可逆式牌坊轧机 ,轧辊最大直径为1100 mm ,辊身长度为 2300mm ,辊颈直径为 600 mm ,电机功率为 5000 kW ,轧制速度为 015～510 m/ s ,其特点主要有:
(1)上、下辊均设调节装备 ,下轧辊采用垫片调节 ,上轧辊设有电动压下装置 ,压下速度为 65 mm/s ,正常轧制时下辊固定 ,上辊压下。换品种或使用较小直径的轧辊时 ,设置适当厚度的垫片调节轧辊位置 ,下辊调节范围为0～175 mm(含垫片) 。
(2)上辊提升高度达 900 mm ,具有采用 1000mm×200 mm板坯立轧生产 H 型钢的可能。
(3)机前、机后均设有推床翻钢机 ,可以在任何道次移钢或翻钢。
二、U75V重轨钢CCS万能轧机
CCS万能轧机本体主要包括:UR万能/ 2辊粗轧机1台,E轧边机1台,UF 万能精轧机1台。机组部分主要包括:CS轧机底板、机架、轧机对中装置及提升工作辊道、主轴支撑架、齿轮座、传动轴支座、传动电机、换辊装置、横移
装置等,轧机机组设备布置密集,吊装工作量较大,尤其是重电机的吊装,在施工中经过了精心的策划。
万能轧机共有 3 架 ,粗轧机 U1 的电机功率为5000 kW ,粗轧机 U2 的电机功率为 3500 kW ,精轧机 UF的电机功率为 2500 kW ,万能轧机作为万能机架使用 ,带有 2 个水平辊和 2 个立辊 ,对轧件的水平方向和垂直方向的四面进行轧制。水平辊最大直径为 1200 mm ,辊身长度为 1500 mm ,立辊最大直径为 800 mm ,立辊辊身长度为 340 mm ,水平辊最大轧制压力为 6000 kN ,立辊最大轧制力为 4000kN。轧制普通型钢时 ,万能轧机转换成二辊机架 ,即不带立辊 ,只有 2 个水平辊 ,轧辊最大直径为1020 mm。万能轧机的机架由两部分组成 ,其传动侧为固定牌坊 ,操作侧为可移动牌坊。更换轧辊时 ,操作的牌坊移开 ,旧轧辊由换辊小车拖至横移台车上 ,然后将新轧辊推入机架 ,从而实现快速换辊 ,换辊时间仅为 20 min。
三、轧边机
轧边机为移动式两辊机架 ,轧制钢轨时可以快速横移以更换孔型,牌坊横移行程最大为850mm ,最大横移速度100 mm/s ,横移定位精度为±2mm。轧机由1台1500kW同步可逆主电机通过齿轮箱传动,轧辊最大直径900mm,辊身长度为1200mm ,最大轧制压力为2500kN。
3.分析路径
引领学生制定品种钢生产操作要点既是一个典型工作任务，也是一个代表性工作任务。下面以U75V重轨钢生产为例，说明该钢种案例教学、现场教学的经过。
通过案例学习力求使学生掌握较系统全面的U75V重轨钢生产工艺的基本理论和技术。使学生具有较高的获取信息和加工知识的能力，拥有良好的业务素质和较强的工程实践能力。在经过理论知识学习和实习教学，通过计算机仿真和现场教学，将在学校所学知识转化成能力。
4.教学目标
(1)了解百米钢轨轧制规程；
(2)掌握百米钢轨生产工艺要点；
(3)学习综合考虑钢种质量保证的措施，选择百米钢轨工艺路线。
(4)全面复习所学知识，并将知识转化为能力。
5.教学方式方法
现场调研、问题讨论、点评、案例分析、讲授、课堂练习、大作业。具体教学过程设计如下：
5.1.课前计划
(1)学生掌握知识：轧制原理、万能轧机知识、钢轨生产的基本原理、工艺、设备；
(2)学生分组，指定组长；
(3)与现场联系，进行现场教学准备，包括安全教育、劳保用品、行走路线，现场兼职教师，现场教室等；
(4)安全教育，教师带领学生下厂调研，记录U75V重轨钢生产工艺参数，收集钢种生产相关资料；
(5)学生根据所学知识和实习、调研中获得的资料，总结U75V重轨钢生产
的操作要点；
(6)与技术人员交流，请技术人员准备讲授U75V重轨钢生产中出现的事故。
(7)教室设置成学习岛，准备投影，为每组准备2张0开白纸，大号记号笔1支、作业纸每人2张。
5.2.课中计划
(1)学生按小组就座学习岛周围，选举记录人、发言人。
(2)采用头脑风暴法，每人总结一条操作要点，按顺时针顺序轮流发言，记录人将操作要点在0开白纸上按U75V重轨钢轧制的生产工艺路线顺序记录。要求每人发言，可以轮空，直到所有人员无法补充为止，时间15～20分钟；
(3)整理完成后，小组发言人上台展示0开白纸上的记录，并向全体师生汇报交流U75V重轨钢生产操作要点；发言学生汇报完成后，同组学生可以补充。汇报完成，本组自评，其它组进行点评打分，现场技术人员参与对学生汇报的操作要点评价，指出优点和不足，每组时间8～10分钟；
(4)技术人员讲授实际生产U75V重轨钢事故案例，时间20分钟；
(5)教师讲授U75V重轨钢用途、性能要求、成分控制要求，生产操作要点，时间45分钟。
5.3.课后计划
布置作业，见6.3。
5.4.课前思考题
布置课前思考题，保证学生下厂调研知道找什么材料、看什么操作、思考为什么如此操作。
(1) U75V重轨钢生产钢种成分、质量有哪些要求？
(2) U75V重轨钢生产岗位有哪些关键的操作要点？
(3) U75V重轨钢的生产工艺流程是什么？
(4) U75V重轨钢轧制规程如何确定？
(5) U75V重轨钢万能轧机生产线的组成形式？
6.思考题及考评
6.1.课堂练习
课堂提问或者集体回答，目的：及时复习、巩固知识，检查教学效果。
练习题
1、(多选) U75V重轨钢万能轧机生产线由 121222221 布置的( ) 架轧机组成。ABCD
A.开坯机 2 架(BD1、BD2)
B.万能粗轧机组 2架(U1、 E1)
C.万能中轧机组 2 架(U2、 E2)
D.万能精轧机组 1 架(UF)
2、(多选) U75V重轨钢 CCS万能轧机本体主要包括( ) ABC
A.UR万能/ 2辊粗轧机1台
B.轧边机1台
C.UF万能精轧机1台
D. 开坯机 2 架(BD1、BD2)
3、U75V重轨钢万能轧机的机架由三部分组成 ,其传动侧为固定牌坊 ,操
作侧为可移动牌坊。( )×
4、U75V重轨钢轧边机为移动式两辊机架 ,轧制钢轨时可以快速横移以更换孔型。( )√
5、BD2机架包括4个道次，将BD1轧制完成后的帽型轧件轧制为轨型。（）×
6、BD2前4个道次是切深孔，主要任务是将帽型切深出头腰腿分明的轨型。（）√
6.2.课后作业
课后作业，复习巩固知识、提升能力。
(1)每人结合自己调研结果，选择U75V重轨钢的某一生产操作岗位结合原理编写详细的操作要点。
(2) (附加题)本类钢种事故案例。
6.3.评价建议
学生考核评价实施表