Исходными заготовками служат катаные, непрерывнолитые заготовки прямоугольной и квадратной формы.

Состав оборудования цеха:

Методическая печь с шагающими балками для нагрева заготовок (введена в эксплуатацию в 2000 г.);

Рольганг. Роликовый конвейер, который осуществляет перемещение проката и заготовок по цеху. Каждый ролик имеет индивидуальный привод, оборудованный электродвигателем.

Краны. Перевозят рельсы по территории склада и укладывают их в пачки.

Стан 950. Управляется полностью вручную с двух постов пульта управления. Оборудован двухвалковой реверсивной клетью, линейкой манипулятора, которая направляет металл в калибр и удерживает полосу при прокате. Стан так же оборудован кантователями и специальным циферблатом, показывающим силу обжима в каждом калибре. Валки охлаждаются водой;

Стан 850. Содержит две трехвалковые клети (трио) и одну чистовую двухвалковую клеть (дуо). Клети трио являются реверсивными, а клеть дуо нереверсивная. Прокат осуществляется в два яруса и поэтому стан оборудован подъемными качающимися столами, которые распределяют металл между ярусами. На столе располагаются кантователь и манипулятор для подачи металла точно в калибр. Во время проката металл сначала три раза пропускается через каждую из клетей трио и в конце один раз через клеть дуо. Передвижение металла между клетями трио осуществляется с помощью цепных шлеперов. Валки стана охлаждаются водой. За входом и выходом полосы во время проката следят вальцовщики. Они же осуществляют настройку стана;

Возвратный поток с ножницами горячей резки;

Участок пил горячей резки с клеймовочной машиной;

Участок изотермической выдержки рельсов с 4-мя печами, где заготовки выдерживаются перед загрузкой в закалочную печь;

Три роликоправильные машины, которые осуществляют выправление рельса в холодном состоянии;

Участок отделки в составе балкоотделки и трех рельсо-отделочных линий, оборудованных сверлильно-фрезерными агрегатами (первая поточная линия - 2-мя сверлильно-отрезными установками фирмы "Вагнер") и инспекторскими стеллажами для обработки и приемки рельсов;

Установка Элекон, которая проверяет рельсы на прямолинейность;

Термическое отделение.

Термическое отделение является участком, расположенным в отдельно стоящем корпусе, со складом подготовки рельсов к термообработке. Предназначено для объемной закалки рельсов и их отделки и приемки.

Состав оборудования термоотделения:

Участок термической обработки рельсов в составе закалочной печи, закалочной машины и отпускной печи;

Две роликоправильные машины и два вертикально-правильных пресса;

Участок неразрушающего контроля в составе установок УЗК и контроля прямолинейности рельсов, тут рельсы проверяются на наличие внутренних дефектов, оснащен краскопультом, который распыляет краску на поверхность рельсы, если качество рельсы удовлетворяет требованиям;

Пакетоукладчик рельсов.

Производственная мощность, тыс. т в год:

рельсобалочного цеха - 1200;

термоотделения - 730.

Пропускная способность по обработке термоупрочненных рельсов с повышенными требованиями составляет до 420 тыс. т в год.

На рис.11 Приведена схема расположения оборудования цеха.

Рис. 11. Схема расположения оборудования цеха: 1 - группы нагревательных колодцев; 2 - слитковозы; 3 - сталкиватель слитков; 4 - рабочая клеть; 5 - машина огневой зачистки; 6 - ножницы; 7 - клеймовочная машина; 8 - уборочные устройства; 9 - поворотный стол; 10 - передаточное устройство; 11 - методические печи; 12 - камерные печи; 13 - рабочая клеть 950; 14 - ножницы возвратного потока: 15 - линия рабочих клетей 850; 16 - пилы горячей резки; 17 - машина штемпельная; 18 - центральный холодильник; 19 - роликоправильные машины; 20 - участок отделки балок; 21 - печи изотермической выдержки; 22 - поточные линии отделки рельсов; 23 - загрузочные устройства; 24 - нагревательные методические печи; 25 - рабочая клеть 850; 26 - линия рабочих клетей 650; 27 - пилы горячей резки; 28 - центральный холодильник; 29 - участок отделки сортового металла; 30 - участок отделки трубной заготовки; 31 - участок отделки рельсов; 32 - роликовая печь нагрева рельсов; 33 - машина закалочная; 34 - печь отпускная; 35 - холодильник; 36 - роликоправильные машины; 37 - вертикальноправильный пресс; 38 - инспекторский стеллаж; 39 - линия отделочная; 40 - склад готовой продукции.

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 Нагрев заготовок в методической печи с шагающим подом;

7. Прокатка заготовок на станах 950 и 850;

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

9. Противофлокенная обработка рельсов в изотермических печах;

10. Правка рельсов в вертикальной плоскости на роликоправильных машинах Фрезеровка, сверление отверстий, снятие фасок;

11. Визуальный осмотр рельсов, контроль геометрических размеров, выделение дефектов, отсылка брака в "передел";

12. Нагрев рельсов в закалочной печи;

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

14. Отпуск рельсов в десятизонной печи с роликовым подом;

15. Охлаждение рельсов в холодильнике;

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

17. Ультрозвуковой контроль рельсов на установке "УМАР-1";

18. Правка рельсов на механических вертикально-правильных прессах;

19. Окончательный осмотр и приемка рельсов;

20. Складирование готовых рельсов;

21. 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:

обозначение комбината - Т, месяц (римскими цифрами) и две последние цифры года изготовления рельсов, тип рельса, обозначение стрелкой головного конца, Кроме указанной маркировки, выкатываются бригадные знаки:

одна точка - бригада №1, две точки - бригада №2, три точки - бригада №3, четыре точки - бригада №4, 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.

6.3 Сортамент выпускаемой продукции