【文章內(nèi)容簡介】 的跟蹤、生產(chǎn)經(jīng)營情況和產(chǎn)品質(zhì)量情況的動態(tài)分析等。由于管理信息量巨大，故常要用中型以上的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 欲 實(shí)現(xiàn)整個鋼軌生產(chǎn)、經(jīng)營的自動化，常采用四級自動化控制系統(tǒng)。 第一級為工序管理基礎(chǔ)級，它在煉鋼、連鑄、萬能、精整等各工序操作站內(nèi)，它采用PLC 和工業(yè)電視對現(xiàn)場各設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行操作值設(shè)定、改變操作方式，其中包括模擬畫面顯示，以及所有重要模擬變量的變化趨勢顯示等。它與第二級直接聯(lián)網(wǎng)，具有人工控制終端，能進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和條碼識別。 第二級為局部生產(chǎn)過程控制級，它由設(shè)在各操作室內(nèi)的 Micro Vax機(jī)組成，與第一級共同組成工藝過程控制系統(tǒng)。它可以實(shí)現(xiàn)對煉鋼、連鑄、軋鋼等各生產(chǎn)過程的操作指導(dǎo)、物流跟蹤、設(shè)備 狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸和管理、打印報表等多項功能。 第三級由一臺單獨(dú)的 Micro Vax機(jī)與第二級聯(lián)絡(luò)，利用第二級提供的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程選取數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)分析。 第四級采用 HP300— 935，這是一個高性能大型計算機(jī)，它具有 96MB 內(nèi)存和 2． 5GB外存，它能支持 150個終端。它一般設(shè)在廠部，用它來對全廠生產(chǎn)經(jīng)營、技術(shù)質(zhì)量管理、財務(wù)管理、原材料設(shè)備管理、人事管理實(shí)現(xiàn)在線控制，及時提供有關(guān)信息數(shù)據(jù)，幫助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)人進(jìn)行生產(chǎn)、經(jīng)營決策。 有關(guān)鋼軌生產(chǎn)活動自動化控制系統(tǒng)可參見圖 47。 該系 統(tǒng)可以幫助生產(chǎn)者和經(jīng)營者隨時查詢從煉鋼到精整每班生產(chǎn)情況，可以及時提供有關(guān)每班每日生產(chǎn)量、檢查量、發(fā)貨量情況，可以提供每日產(chǎn)品質(zhì)量情況，包括一級品率、廢品原因及數(shù)量情況。 該系統(tǒng)可以為操作者提供有關(guān)生產(chǎn)技術(shù)數(shù)據(jù)，如溫度、壓力、能耗、質(zhì)量、流量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況等，幫助操作者實(shí)現(xiàn)最佳工藝操作。 該系統(tǒng)可以為管理人員提供了解有關(guān)企業(yè)經(jīng)營情況所需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，幫助管理者進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析、財務(wù)成本分析、能源消耗分析等。 706．采用連鑄大方坯工藝生產(chǎn)鋼軌的優(yōu)點(diǎn)是什么 ? 隨著連鑄技術(shù)的進(jìn)步 ，日益顯示出連鑄比模鑄在鋼軌生產(chǎn)上的優(yōu)勢。連鑄坯比模鑄坯具有良好的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，以及更高的金屬收得率。更重要的一點(diǎn)是，由于連鑄坯的冷卻速度快，鑄坯內(nèi)部晶粒細(xì)化、成分均勻，所以鑄坯的鋼質(zhì)潔凈度好，硫的偏析現(xiàn)象一般比模鑄輕，有利于改善鋼軌的焊接性能。 鑒于上述原因，從 20世紀(jì) 70年代世界各鋼廠就開始采用連鑄坯代替模鑄坯生產(chǎn)鋼軌，得到了各國鐵路部門的認(rèn)同。到 20世紀(jì) 80年代中期，除少數(shù)鋼廠還沿用模鑄工藝生產(chǎn)鋼軌外，大多數(shù)鋼廠均已采用連鑄法生產(chǎn)鋼軌。連鑄加萬能法生產(chǎn)鋼軌的工藝是近幾十年來冶金技術(shù)的重大 進(jìn)步。通過二十多年鐵路運(yùn)行實(shí)踐，已證明用連鑄坯生產(chǎn)的鋼軌在使用性能上優(yōu)于用模鑄坯生產(chǎn)的鋼軌。 707．采用連鑄工藝生產(chǎn)鋼軌鋼的特點(diǎn)有哪些 ? 無論是采用轉(zhuǎn)爐還是電爐冶煉，均需有精煉設(shè)備和脫氣設(shè)備，以保證連鑄用鋼水的化學(xué)成分能控制在一個比較窄的范圍內(nèi)，尤其是對高碳鋼所敏感的 [H]的控制，必須采用真空脫氣才能實(shí)現(xiàn)。對用于高速鐵路的高純凈度鋼軌鋼，要采用復(fù)合脫氧劑 (Ca— Si— V)脫氧，并盡量減少使用鋁，以減少 A12O3夾雜物含量，提高鋼軌鋼的疲勞壽命。 為保證鑄坯具有良好的低倍組織，在高碳 鋼軌鋼的澆鑄過程中必須采取如下措施： 要嚴(yán)格控制中間罐鋼液溫度，一般不應(yīng)高于液相線 20℃ ，這樣有利于等軸晶粒生長，減少柱狀晶比例，從而改善鋼坯內(nèi)部偏析。 為防止在連鑄過程中由于“晶橋”現(xiàn)象所造成的“小鋼錠”現(xiàn)象，各國專家一致認(rèn)為在結(jié)晶器外安裝電磁攪拌裝置對生產(chǎn)高碳鋼軌鋼是必須的，對二冷區(qū)和凝固末期是否安裝尚有不同看法。近年來，通過對普碳板坯改善偏析的研究發(fā)現(xiàn)，對處于凝固末期的鑄坯進(jìn)行“軟壓下” (Softreduction)，對改善偏析效果明顯，但對于高碳鋼尚未有資料證明是否可行，尚待進(jìn)一步的 工業(yè)實(shí)驗(yàn)證明。 要嚴(yán)格控制鑄速，一般可控制在 0． 5～ 0． 8m／ min。控制拉速主要是防止液芯過大，而造成拉矯過程漏鋼。 要控制二冷區(qū)冷卻強(qiáng)度的合理匹配，尤其要注意防止角部過冷，角部過冷常常使鋼坯角部出現(xiàn)偏析。 在整個澆鑄過程中，要采取措施防止鋼液被空氣二次氧化和被鋼渣污染。各國普遍采取的主要措施是：在鋼包與中間包之間采用長水口，在中間包和結(jié)晶器之間采用浸入式水口，并在這些水口內(nèi)部通氬氣保護(hù)；在結(jié)晶器上液面采用保護(hù)渣，讓鋼液與空氣隔絕；在中間包采用擋渣墻并進(jìn)行中間包液面高度的自動控制， 采用大中間包等措施防止鋼渣被鋼液旋流卷入。更重要的是嚴(yán)格保持結(jié)晶器的鋼液液面高度的穩(wěn)定性，一般多采用 Co 60測量鋼液面變化，有的也采用激光測量。 708．連鑄坯斷面尺寸與成品鋼軌斷面尺寸的最佳匹配應(yīng)如何選擇 ? 為保證成品鋼軌性能，各國對連鑄坯斷面與成品斷面之間的關(guān)系進(jìn)行了一系列對比實(shí)驗(yàn)，從而獲得了適合本國鋼種的連鑄坯最佳尺寸。對高碳鋼軌鋼而言，其壓縮比瑞典最小，為 6． 3： 1，南非海韋爾德廠最大，為 27． 8： l。世界各國所選連鑄坯尺寸與成品尺寸之比 綜合平均為 12． 5： l。對 50kg．／ m鋼軌 平均壓縮比為 11： 1，對 60kg,／ m鋼軌平均壓縮比為 11． 2： 1，對 65kg／ m 鋼軌平均壓縮比為 11． 6： l。從上可以看出，隨著鋼軌斷面增大，也有增大連鑄坯斷面的趨勢，以獲得更大的壓縮比，來保證鋼軌實(shí)物低倍質(zhì)量。根據(jù)這一原理，新日鐵生產(chǎn) 60kg／ m鋼軌時采用了斷面積為 1156cm2的 340mm 340mm方形連鑄坯；加拿大悉尼廠為生 U65． 5kg／ m鋼軌選擇了斷面積為 1135． 5cm2的 2。 79mm 406mm的矩形連鑄坯。近年來的研究又發(fā)現(xiàn)，斷面形狀對連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有很大影響，矩形坯比方形坯有更好的內(nèi)部 質(zhì)量，尤其是對改善偏析較為顯著。 第三節(jié)鋼軌質(zhì)量控制 709．如何降低鋼軌中殘余應(yīng)力 ? 降低鋼軌殘余應(yīng)力的措施： (1)改進(jìn)鋼軌矯直工藝是降低鋼軌殘余應(yīng)力的重要途徑。實(shí)驗(yàn)測定，采用臥矯工藝可以比立矯減小鋼軌殘余應(yīng)力水平約 50～ 100MPa，而拉伸矯直又可比臥矯減小鋼軌殘余應(yīng)力水平。 (2)采用全長淬火可以使軌頭殘余拉應(yīng)力變?yōu)閴簯?yīng)力，有利于提高鋼軌疲勞壽命。 (3)對焊接軌采取焊后回火，可以減小軌頭下腭處和腰部拉應(yīng)力。 (4)對墊軋鋼軌要千方百計減小其矯前彎曲度 ，這也有利于減小矯直所造成的殘余應(yīng)力。 710．鋼軌中的殘余應(yīng)力水平及分布情況如何 ? 眾所周知，鋼材中殘余應(yīng)力的存在對鋼材的使用性能尤其是疲勞性能有很大影響。鋼材中殘余應(yīng)力的形成主要有三個途徑：鋼材在熱軋或焊接后其斷面的不均勻冷卻、鋼材組織發(fā)生相變、鋼材受到矯直等冷加工。殘余應(yīng)力在鋼材中常以不同的形態(tài)存在和表現(xiàn)，我們通?？砂褮堄鄳?yīng)力分為三類：第一類是受外力作用所引起的殘余應(yīng)力；第二類是由于組織變化所引起的殘余應(yīng)力；第三類是由晶粒之間的微觀應(yīng)力所引起的殘余應(yīng)力。 鋼材沿長度方向的殘余應(yīng) 力可表示為： σr=一 Eε 式中： E—— 彈性模量； ε—— 應(yīng)變。 負(fù)號表示殘余應(yīng)力方向與應(yīng)變方向相反。殘余應(yīng)力對鋼材疲勞性能的影響可表示為： σ=σR177。 σr 式中： σ—— 鋼材的實(shí)際強(qiáng)度； σR—— 鋼材疲勞強(qiáng)度； σr—— 殘余應(yīng)力。 從上式可以看出，當(dāng)鋼材中存在殘余拉應(yīng)力時，鋼材的實(shí)際強(qiáng)度要小于其疲勞強(qiáng)度。國內(nèi)外研究指出：造成鋼材缺陷尖端的應(yīng)力強(qiáng)度因子有三個：一是工作應(yīng)力，二是殘余應(yīng)力，三是溫度應(yīng)力，當(dāng)三者全為正值而疊加時，會造成金屬的加速破壞。 711．什么是鋼軌渦流探傷技術(shù) ? 從 1970 年開始，人們已采用渦流技術(shù)檢測鋼軌表面缺陷，第一臺在線渦流探傷裝置出現(xiàn)在 20 世紀(jì) 80年代初期，現(xiàn)在世界上已有 60％的鋼軌生產(chǎn)廠采用渦流探傷技術(shù)檢查鋼軌表面缺陷。與人工肉眼檢查相比，渦流探傷更可靠，探傷速度可達(dá) 1— 1． 5m／ s，檢測精度可達(dá)177。 0． 1mm，其所能檢測缺陷的最小深度為 0． 3mm，其檢測的準(zhǔn)確率可達(dá) 99％?，F(xiàn)采用的渦流探傷裝置主要有兩種，一種是帶有固定探頭的渦流探傷儀，另一種是帶有掃描裝置的渦流探傷儀。 帶有固定探頭的渦流探傷儀，主要用于檢測鋼 軌頭部表面缺陷，其裝置如圖 48所示。其探頭按不同方向排列，覆蓋整個軌頭表面，可以檢測鋼軌軌頭縱向及橫向上的表面缺陷，可檢測出深度在 0． 3mm以上、長度在 20mm 以上的缺陷。 1983 年又有一種可檢測鋼軌全 斷面的具有固定探頭的渦流探傷儀投人使用，它總共采用 28個固定探頭，組成 14個頻道系統(tǒng)。其中軌頭采用 6個探頭，軌腰采用 6 個探頭，軌底采用 16 個探頭，這樣可覆蓋整個鋼軌斷面。采用頻率為 25kHz，探頭與鋼軌之間的間距為 4mm，探傷速度為 1． 5m／ s。整個檢測過程和數(shù)據(jù)處理全部采用微機(jī)進(jìn)行自動控制。 具有掃描裝置的渦流探傷儀是借助安裝在其旋轉(zhuǎn)掃描裝置上的探頭，對鋼軌表面缺陷進(jìn)行檢測。其掃描裝置旋轉(zhuǎn)速度為 2020r／ min，它可發(fā)現(xiàn)在鋼軌表面深度為 0． 4～ 1mm的缺陷，檢測速度為 1m/s。該裝置的計算機(jī)系統(tǒng)可以自動識別缺陷信號，并分類這些信號。它的噴槍裝置對有缺陷的鋼軌進(jìn)行標(biāo)記和打印報告。 近年又開發(fā)了一種帶有固定探頭和掃描裝置的新型渦流探傷儀，其裝置如圖 49所示。 712．什么是鋼軌磁粉探傷技術(shù) ? 磁粉探傷的優(yōu)點(diǎn)是簡便，國外約有 30％的鋼軌生產(chǎn)廠采用這種方法。開始是采用人工磁粉探傷，但速度慢，效率低，后發(fā)展了在線磁粉探傷技術(shù)，其原理如圖 410 所示。 在線磁粉探傷速度可達(dá) 0． 75～ 1． 0m／ s。其工作原理是首先通過磁極將鋼軌磁化，然后用噴槍將帶有熒光的磁粉噴吹到整根鋼軌表面，磁粉將吸附在表面缺陷處，帶有缺陷的鋼 軌可給人工或計算機(jī)控制下的傳感器識別，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求與人工缺陷樣軌進(jìn)行比較后，僅在那些超過標(biāo)準(zhǔn)的缺陷處留下標(biāo)記，為檢查員判級和修磨提供依據(jù)。這種磁粉探傷儀對深度超過 0． 13mm、 0． 25mm、 0． 38mm的裂紋等缺陷能靈敏反應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資少、可靠性高；缺 點(diǎn)是操作成本較高，不能對缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確分類。 713．如何對鋼軌內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測 ? 對鋼軌內(nèi)部質(zhì)量的檢測主要采用熱酸、硫印和超聲波幾種方法。前兩種方法僅能對鋼軌個別試片進(jìn)行檢測，不能反映整支鋼軌內(nèi)部質(zhì)量全貌。超聲波探傷是近三十年發(fā)展起來的一種高效無損探傷法。它既可檢測鋼軌局部內(nèi)部質(zhì)量情況，也可檢測鋼軌全斷面和全長內(nèi)部質(zhì)量情況。它能發(fā)現(xiàn)和定位存在于鋼軌內(nèi)部的各種冶金缺陷，如麻點(diǎn)、夾雜、氣孔等。超聲波探傷通常采用脈沖回聲技術(shù)，采用的脈沖頻率為 4一 7MHz，探頭與鋼軌之間的耦合劑采用水或油。為確保檢 測精度和可靠性，每次檢測前都要用標(biāo)準(zhǔn)人工試樣校對儀器靈敏度?，F(xiàn)在使用的在線超聲波探傷裝置，檢測速度可達(dá) 0． 7～ 1． 5m／ s，其準(zhǔn)確率至少可達(dá) 95％以上?，F(xiàn)在世界上鋼軌生產(chǎn)企業(yè)已全部采用超聲波探傷技術(shù)檢測鋼軌內(nèi)部質(zhì)量，所使用探傷儀均為多探頭型，主要有： 6個探頭、 12 個探頭和 24個探頭幾種，這幾種探傷儀主要區(qū)別是探傷盲區(qū)大小不同，探頭越多其盲區(qū)越小。采用激波 (shock wave)探頭也能減少盲區(qū)。這幾種探傷裝置如圖 411 至圖 413 所示。 20世紀(jì) 80年代末又開發(fā) 成功一種多探頭在線探傷裝置，其軌頭、軌腰采用一組探頭，軌底采用一種帶轉(zhuǎn)輪的探頭，整個系統(tǒng)采用計算機(jī)進(jìn)行過程管理和數(shù)據(jù)處理。 714．如何對鋼軌外觀尺寸進(jìn)行檢測 ? 鋼軌外觀尺寸檢測主要包括：成品鋼軌斷面尺寸的檢測，如軌高、頭寬、底寬、腰厚、底凸凹和不對稱度等。 (1)鋼軌平直度檢測裝置。目前用于鋼軌端頭平直度測量的激光裝置已研制成功，該裝置可以精確地測量距軌頭 1． 5m 以上鋼軌水平或垂直方向的平直度。該裝置由一個帶電位計的測尺和一個彈性扣針組成，在扣針上有一個靈敏的位移傳感器，它隨被測表 面移動，不斷把信號傳給計算機(jī)數(shù)據(jù)處理中心，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理計算機(jī)繪出被測表面不平度曲線，見圖414。 (2)鋼軌踏面不平度檢測。采用激光技術(shù)與計算機(jī)波形分析技術(shù)，可以精確地測量鋼軌踏面起伏波動在 0． 05mm以上的不平度。這個測量裝置由一個測量軌高的激光儀和一個測量踏面不平度的傳感器組成，借助計算機(jī)波形分析技術(shù)，它可以把鋼軌踏面不平度有關(guān)數(shù)據(jù)打印出來，如超過規(guī)定，其標(biāo)記裝置將在鋼軌上噴上標(biāo)記。 (3)鋼軌波浪彎曲檢測。采用一支 3m長的剛性直尺，在直尺上安有 4個高精度位移傳感器，在對鋼軌進(jìn)行測 量時，裝在剛性直尺上的位移傳感器不斷發(fā)出變化的脈沖信號，信號經(jīng)計算機(jī)處理后，打印出被測軌全長波浪彎曲狀況圖。 (4)鋼軌軌高檢測。對軌高的檢測是采用大量接觸式激光儀進(jìn)行測定，其所用探頭頻率為 16KHz，通過調(diào)整探頭，可以測量不同斷面鋼軌軌高。 715．在線鋼軌檢測系統(tǒng)對計算機(jī)有何要求 ? 經(jīng)過冶金工藝專家和自動化專家的共同努力，現(xiàn)已使鋼軌質(zhì)量檢測技術(shù)達(dá)到了一個更高的水平，即成立鋼軌質(zhì)量在線自動化檢測中心。這個在線全自動鋼軌檢測中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，在線檢測后進(jìn)行數(shù)據(jù)整理加工，最后