基于功率最小原理和遗传算法的钢轨万能轧制过程宽展预测

为得到钢轨万能轧制过程轨头和轨底的精确宽展,以轨头和轨底宽展为待定参数,在坯料断面尺寸、设备参数、轧制工艺参数已知的基础上,基于上限原理推导得出包含轨头和轨底宽展系数的钢轨万能轧制过程总功率表达式,并应用MATLAB软件遗传算法工具箱编写M文件对钢轨万能轧制总功率进行单目标优化,得到轧制功率最小时的轨头和轨底宽展系数。为验证理论模型,对18kg/m轻轨进行万能轧制实验,并用DEFORM软件模拟其万能轧制过程,将优化后宽展系数与实验结果进行对比,两者误差小于2%。     

钢轨万能轧制过程金属纵向流动规律的理论和实验

为分析钢轨万能轧制过程中轨头、轨腰以及轨底的纵向流动机理,根据钢轨断面特点,给出了轨头与轨底等效压下系数计算公式,并考虑了轨头与轨腰以及轨底与轨腰之间的金属横向流动体积的影响;基于轧制前后体积不变条件,推导出了轨头、轨腰及轨底的延伸系数计算模型,得到了钢轨各部分压下系数以及宽展系数对其纵向流动规律的影响。为验证理论模型,进行了钢轨的万能热轧实验,实测了不同轧制规程时钢轨各部分的延伸系数,并与理论计算结果进行比较。理论计算结果与实验结果误差不超过±5%,说明理论模型具有较高的预测精度,可用于钢轨万能轧制实践。     

万能轧制过程轧件相对立辊前滑的理论和实验研究

为便于钢轨万能轧制过程解析计算,将轧制轨头立辊合理简化为平辊,并且将钢轨断面形状等效为工字形断面。基于立辊的力矩平衡条件,推导出轨头、轨底变形区的中性角公式,并根据秒流量相等理论,推导出轨头和轨底相对于立辊的前滑系数公式。为验证理论模型,在燕山大学实验室的万能轧机上完成了18kg/m轻轨的万能热轧实验,用压痕法实测了不同轧制规程时轨头和轨底相对于立辊的前滑系数。通过对比,理论模型计算结果与实验结果比较接近,可以用于钢轨万能轧制过程前滑预测。     

钢轨高压水除鳞过程射流冲击流场及冲击压力分布研究

根据钢轨异型坯断面形状、万能轧制过程高压水除鳞装置设备参数以及除鳞喷嘴的位置和特点,结合钢轨万能轧制规程确定了冲击靶距、除鳞时间和喷嘴出口速度等参数,并基于Fluent软件建立了60 kg·m-1重轨高压水除鳞过程二维模型并完成了射流冲击过程流体流动场和冲击压力仿真。得到了单喷嘴和双喷嘴射流冲击下射流体积分数、高压水速度矢量分布以及轨腰、轨底和轨头表面的冲击压力分布,并且分析了冲击靶距、喷嘴数量和喷嘴出口速度等参数对钢轨异型坯表面冲击压力分布的影响。研究结果表明这种压力在喷嘴中心处最大,向边缘处逐步减小;同时受断面形状和喷嘴布置状况影响较大。     

钢轨端头缺陷成因分析及其控制措施

攀钢新钢钒股份有限公司轨梁厂生产钢轨过程中UF轧机出钢后钢轨端头存在硬弯,端头扭转、跳 动,轨头R处撞伤,轨底摔伤等缺陷,分析了缺陷的形成原因;即万能轧机孔型均为直配,轧制重轨时头部悬空;轧机采用纵列式布置,出钢端头、底尖头长度与二辊模式差异较大;万能轧制线位置固定,轧制不同的产品需调整出口辊道高度等,由此提出了保证UF轧机出钢上翘,控制提升辊道工作面与出口轧件最低点距离,UF轧机出口辊道采取锥形辊道或UF轧机斜配孔型等相应改进措施,保证了端头质量。     

钢轨下腭轧疤缺陷形成机理研究

针对河北钢铁集团邯钢公司大型轧钢厂钢轨下腭轧疤缺陷问题,对缺陷形成机理进行了分析。结果表明,形成钢轨下腭轧疤缺陷的主要原因是轧件轨头和轨底部位金属量不均衡,在万能U₁EU₂轧机第1、第2道次轧制过程中轨头部位的延伸大于轨底部位,U₁E轧机第3道次轧出后轧件向轨底一侧偏斜且轨头部位前尖舌头较轨底部位长,咬入U₂轧机时轨头前尖撞击水平辊孔型下腭部位而导致辊面粘钢; 辊面粘结物粘结力较弱时,会形成咬入端非周期性下腭轧疤缺陷;辊面粘结物粘结力较强时,则形成周期性下腭轧疤缺陷。根据现场实际情况,提出了对轨形延伸孔轨底部位设计增加金属量约0.3%、轨形切深孔轨头部位设计减小金属量约0.1%、BD₁轧机帽形孔轧件高度设计减小约2%的治理方案,平衡了轨头、轨底部位的金属变形量,改进了万能U₁EU₂轧机各道次轧件前尖舌头形状,改善了咬入状态,彻底解决了钢轨下腭轧疤缺陷问题。     

武钢高速重轨万能轧机工艺设备特点

介绍了武汉钢铁集团公司新建成的高速铁路用重轨万能轧机生产线的原料与产品规格、工艺布置、设备组成和技术特点。该车间设计年生产能力为105万t,其中钢轨55万t,型钢及其他型钢45万t,全线轧机由2架开坯机、3架串列式万能轧机组成,钢轨采用万能法轧制,H型钢采用X-H法轧制,冷床后分设两条不同的钢轨精整线和型钢精整线,采用在线长尺冷却、长尺矫直、长尺探伤和检测、冷锯定尺锯切的冷却精整工艺,并设有激光检测断面尺寸及平直度、涡流探伤和超声波探伤检测钢轨表面及内部质量的在线检测中心,代表了轨梁生产的国际领先水平。     

两种万能成品孔轧制60kg/m重轨有限元模拟及分析

为提高60kg/m重轨轨头踏面的形状精度和轨高尺寸精度,在半万能轧制法的基础上,提出了全万能成品孔轧制法。用ANSYS/LS-DYNA软件对两种万能成品孔型轧制60kg/m重轨的变形过程进行了有限元模拟。重轨经全万能成品孔轧制时,在X方向的金属流动趋势和等效应力、等效应变的分布更有利于保证轨头踏面的形状精度,并且轧后重轨轨高的波动幅度比半万能轧制时小。从理论上证明了全万能轧制法轧制60kg/m重轨的可行性,为高精度重轨的轧制提供了理论依据。     

用JIS标准生产15kg/m轻轨的孔型设计

轻轨主要用于森林、煤矿运输轨道。要求有较高耐磨、耐蚀性,特别是在矿井中,腐蚀情况相当严重。不同的矿井中水的PH值不同,一般为2～10。即有的呈酸性,有的呈碱性。在很多情况下,轨头磨损并不严重,但由于轨底腐蚀严重固定不牢而报废。据用户反映,按我国YB220—78标准生产的轻轨,一般寿命为7～8年,而进口轻轨的平均寿命为10年以上。影响轻轨寿命的主要因素是钢轨的化学成份和断面形状。我国冶标轻轨与日本JIS标准轻轨的化学成份相差不大,如表1所示。而断面形状,二者差别较为明显。JIS标准轻轨轨形矮、轨腰厚、轨头宽、轨底大而厚;我国冶标轻轨则轨形高、轨腰薄、轨头窄、轨底小而薄,如图1所示。     

波纹轨腰钢轨的变形特点分析

基于有限元软件ANSYS/LS-DYNY,模拟了波纹轨腰钢轨的轧制过程。分析轧制波纹轨腰钢轨时,咬入条件、变形区、伸长系数、前后滑区等与轧制普通钢轨的不同。通过其轧制变形特点的分析,找出轧制波纹轨腰钢轨轧制力大的原因。结果表明,轧制波纹轨腰钢轨时,只要轧件与齿型辊接触,就能保证咬入;轧制形变区的存在对金属起到了预变形的作用,同时也是轧制力较大的原因;为了保证波纹轨腰轨头和轨底的均匀伸长,应使轨腰的总体伸长系数与轨头和轨底的伸长系数一致。     

60kg／m钢轨在四辊万能孔型中的变形研究

采用有限元法模拟了60kg/m钢轨在四辊万能孔型中的变形,并与实际结果进行了对比分析,得出轧制前、后的钢轨断面变化与实际轧制取样结果基本一致,横向零位移线位于钢轨底部,轧制力的模拟值与实测值误差率在土5%以内,钢轨断面等效应变的分布不对称,存在局部高应变区,为钢轨的实际轧制提供了指导作用.     

上限原理在重轨万能轧制过程平均温度计算中的应用

在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维几何模型,然后分别给出了轨腰、轨头及轨底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度。根据上限原理分别求出了轨腰、轨头及轨底在运动学许可速度场下的塑性变形温升和摩擦温升,并且求得了轧件在相邻机架之间的穿梭温降。根据水平辊和立辊的能量平衡条件求出了接触温降,得到了轧件在单个机架上变形前后的温度变化。为了验证理论模型,对轧制过程的温度变化进行了刚塑性有限元仿真,得到了钢轨各部分的平均温度的有限元解。通过比较理论解、有限元解和实测表面温度可知,上限原理求得的平均温度值大于表面温度实测值,而且接近于有限元解,能更准确地表示轧件温度。因此,根据上限原理控制轧制温度从而控制钢轨的微观组织变化以得到高质量钢轨是可行的。     

钢轨全万能轧制技术研究与实践

为生产高尺寸精度钢轨,开发了全万能成品孔型。介绍了3种典型全万能成品孔型的结构特征,比较了其优缺点,模拟计算了轧件变形情况,并在生产线上进行了角部开口孔型的轧制试验。结果表明,角部开口孔型钢轨断面尺寸精度高,表面过渡光滑,无棱角;全万能轧制钢轨轨高尺寸精度提高,107 m长度范围内轨高波动可以减小到0.4 mm以下,配合其他措施有望达到0.2 mm以下。同时,其指出全万能成品孔型对设备精度要求高,设备维护是钢轨全万能轧制技术顺利应用的重点。     

钢轨焊接接头冲击吸收功统计与分析

统计与分析了U71Mn和U75V系列钢轨接头的室温冲击吸收功性能及规律,系统全面地了解了钢轨焊接接头冲击性能特点,可为焊接工艺制订规范和质量控制提供参考依据。统计与分析结果表明:铝热焊、移动焊、固定焊和气压焊接头冲击吸收功的平均值分别为4,14.1,13.8,14.1 J,铝热焊接头的韧性最差,闪光焊和气压焊相当;不同焊接方法不同系列钢轨(除气压焊外)的冲击吸收功平均值轨头轨底轨腰;气压焊接头冲击吸收功平均值轨底轨头轨腰;轨腰由于脆性夹杂物、疏松、偏析等缺陷原因冲击吸收功最低。U71Mn和U75V系列钢轨焊接接头全断面各部位的冲击吸收功变化规律相似,距离钢轨断面对称中心线越近,冲击吸收功越低。     

万能法轧制重轨及其在马钢的应用

简要介绍了国内钢轨的生产现状及与国外的差距．重点介绍了万能轧制法的应用概况、孔型制度、设备特点及发展近况；分析了万能轧制法在马钢应用的可能性及存在的问题。     

万能轧机轧制50kgN钢轨孔型设计

介绍了万能法轧制50kN钢轨的孔型系统及孔型设计要点，生产表明，该套孔型轧制出的成品尺寸精度高，合格率达90．7％。     

钢轨万能轧制过程的数值模拟

用MARC有限元软件对钢轨的轧制过程进行了三维弹塑性有限元模拟,分析了钢轨的轧后变形、轧制状态下钢轨内部应力的分布以及轧后残余应力分布,为合理配置精轧前万能孔型,指导物理模拟,并为提高钢轨质量奠定了理论基础。     

钢轨“高点”缺陷分析与控制

钢轨通长方向上局部轨高异常偏高称为"高点"。"高点"严重影响高速列车的运行安全,是高速铁路用钢轨突出且难解决的质量缺陷。本文就重轨连轧过程中存在的"高点"问题进行了分析,认为轧件脱离轧辊时的瞬间"甩尾"是"高点"形成的根本原因。为止,提出并验证了控制连轧张力、调整出钢侧导板间隙、增加连轧轧制道次、优化头底延伸系数等减轻或消除"高点"的措施。上述方法中单机架完成钢轨成品道次轧制是可靠而稳定的方法,可使轨高"高点"稳定控制在0.2mm以下。     

基于Fluent的60 kg·m~(-1)重轨高压水除鳞过程钢轨表面温度分布研究

首先应用对流换热理论对钢轨除鳞前的初始温度场进行模拟,得出了应用均匀温度场代替差异温度场的方法,然后根据钢轨断面尺寸、除鳞设备参数和除鳞前钢轨断面温度分布结果,基于Fluent软件建立了钢轨异型坯高压水除鳞过程二维模型。考虑了钢轨不同部位喷嘴的布置方式以及除鳞时间的影响,得到了单喷嘴和双喷嘴条件下钢轨轨头、轨底及轨腰表面在不同除鳞时间的温度场分布图以及距离钢轨表面2 mm处的3个不同位置的温度变化曲线。结果显示,模拟结果与实际情况基本相符,异形坯表面温度的分布受断面形状和喷嘴布置影响比较明显。     

鞍钢建造新的型铸厂

鞍钢新钢有限责任公司已经向德国ＳＭＳＤｅｍａｇｅＡＧ ,公司订购一套生产轨梁的现代化型钢轧制线。整个合同额近 1亿欧元。加上已经由ＳＭＳＤｅｍａｇｅ提供的轨梁矫直厂 ,使鞍钢进一步巩固了轨梁生产的世界市场。这套新轧制线由一组串联的可逆式轧机组成。主要生产 :43～75ｋｇ/ｍ的钢轨、行车的轨梁、专用型钢、轻型Ｈ型钢、腰高及翼宽分别为 40 0ｍｍ及 2 0 0ｍｍ的工字钢、 2 5 0～ 40 0ｍｍ的槽钢以及 1 40～ 2 0 0ｍｍ的角钢等 ,该机组年产能力为 75万ｔ。机组采用ＳＭＳＤａｍａｇｅ专利ＸＨ轧制形式、万能精轧机、立辊轧机、万…