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Mysteel:探究国内钢轨的发展及意义(一)

概述:铁路对国家的重要意义体现在经济发展、区域平衡、人民生活水平和军事战略等多个方面。那么钢轨作为铁路的重要组成部分,它又是如何制作成型的呢?下面笔者将带你一同探索钢轨的秘密。

一、钢轨的作用

钢轨铁路轨道的主要组成部分,它的作用主要包括承载列车的重量、引导车轮的运行方向、分散车轮产生的压力、减少列车运行时的震动和噪音、保持轨道的稳定性和强度,以及延长轨道的使用寿命。另外,在电气化铁路或自动闭塞区段,钢轨还兼作轨道电路之用。

二、钢轨的构成

钢轨通过其上部结构,包括轨头轨腰轨底,来承担这些功能。轨头是钢轨的顶部,承受列车重量的压力,其硬度直接影响轨道的使用寿命。轨腰连接轨头和轨底,分散车轮的压力,适应轨道的变形,减少列车震动和噪音。轨底是钢轨的承重部分,支撑列车和重载物的重量,保持轨道的稳定性和强度。

钢轨的下部结构,包括基础层道床层,也起着关键作用。基础层是轨道下面的地面层,可以承受和传递车轮荷载。道床层则用来支撑钢轨、固定轨道和隔离噪音振动。

此外,钢轨的稳定性和连续性还需要通过联结零件轨枕和道床来维护。联结零件(如扣件)固定钢轨并防止其纵向和横向位移。轨枕则支撑钢轨的压力并将其传递给道床,同时保持钢轨的位置和轨距。道床进一步支撑轨枕,均匀分布载荷到路基面,增加轨道的弹性,提供阻力以固定轨枕位置,并有助于排水和校正轨道的平面和纵断面。

三、制作钢轨的主要设备

1、高炉:铁路轨道的主要原材料是钢材,需要通过高炉冶炼将铁矿石转化为钢材。

2、连铸机:从炼钢炉中产出的钢水需要通过连铸机进行连续铸造,使得钢液变成钢坯

3、轧机:将钢坯加工成适合轧制的铁路轨道原材料。

4、热处理设备:对钢材进行加热处理,并通过冷却机进行强制冷却,以提高铁路轨道的强度和硬度。

5、切割设备:进行直线切割及相关工艺,使得轨道符合标准要求,并进行修边、成型等工序。

6、整形机:通过整形机进行修整,使得各个部位都符合标准要求后,送往下一道工序。

7、检测设备:进行瑕疵检测、硬度检测、无损检测等,以保证生产出的轨道质量合格。

8、表面处理设备:包括数控刨床、喷砂机、刷漆机等,用于提高铁路轨道的表面质量。

四、钢轨的制作流程

1、原料选材与准备。首先选择高质量的钢材作为原料,这些钢材通常含有较多碳和其他少量元素。

2、炼钢与连铸。通过高炉冶炼、钢水调整、连铸等工艺,将铁矿石转化为适合轧制的钢坯。

3、轧制。将钢坯经过预处理后,放入轧机中进行冷轧热轧,形成铁路轨道的原始材料。

4、切割与定尺。轧制后的钢轨需要经过切割设备切割成所需长度。

5、热处理。为了提高轨道的强度和硬度,对其进行热处理,一般包括正火、淬火和回火等处理方式。

6、直线切割、整形、缺陷检测。热处理后的铁路轨道需要经过直线切割机切割,经过修边、成型等工序。

7、表面处理。最后,对钢轨进行表面处理,如喷丸、清理、喷漆等,以提高耐磨性和耐腐蚀性。

目前国内铁路用钢轨的主要生产厂家有鞍钢、包钢、攀钢、武钢和邯钢等,钢轨生产流程基本相同。

五、钢轨的分类

按照重量分类。钢轨的型号通常是按照重量区分的,比如我们常说的50轨,就是指重量50kg/m的钢轨,依此类推,有38轨、43轨、50轨、60轨、75轨等等,当然还有24轨、18轨,不过那都是老黄历了。其中43轨及以上的钢轨一般称之为重轨。

按照制造工艺分类。按制造工艺分类,钢轨可以主要分为热轧钢轨和热处理钢轨。其实钢轨都是热轧工艺生产出来的,热处理钢轨是在热轧成型后的钢轨进行再次热处理,分为在线热处理和离线热处理两种,在线热处理已经主流热处理方式,这种技术可以提高钢轨的使用性能和寿命,同时降低生产成本。

按照强度分类。钢轨是一种复杂合金,除了主要成分铁(Fe)以外,还有五大元素,碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、磷(P)、硫(S),当然还会有一些起决定性作用的微量元素钒(V)、铬(Cr),以及一些稀土元素等。考量钢轨性能最重要的是三项:强度、硬度、韧度(一般用断后伸长率来考察),三者互相关联。而这其中,最主要的是强度,所以也有了根据强度等级来分类钢轨的方法。我们会见到780Mp、880Mp,高到还有1450Mp等等,根据不同的需要进行选择。一般来说,地铁用钢轨强度在880—1180Mp之间。

六、钢轨用途

现在各类轨道交通建设方兴未艾,钢轨的用途也多种多样。先说国家铁路的范畴内的。

首先是高铁,基本是站场内的轨道用60轨(部分停车线50轨),正线(包含站线、辅助线)用的也是60轨,不过高铁的钢轨要求很高,平直度、各部尺寸要求都更高。

还有普通铁路也是基本车辆段和停车场是50轨,正线是60轨。

然后还有一些特殊的铁路。一是重载铁路,类似大秦、朔黄铁路和神华运煤专线等,特点是列车轴重大总重也大,一列车的载重就能达到1万吨以上,这类铁路一般用的是特殊制造的75轨,可以大大增加使用寿命。二是高寒铁路,具体来说就是青藏线,穿越永久冻土带,对钢轨的耐寒、耐腐蚀要求很高,使用的是特殊制造的60轨。

然后是目前市场火爆的地铁。国内的地铁现在基本都是车辆段用50轨,正线用60轨了,当然年代久远的地铁正线使用的是50轨。

还有就是目前很多小城市选择的有轨电车。有轨电车因为车轮小、转弯半径小、道岔号码小,容易脱轨,所以选择了自带护轨的槽型钢轨。

剩下的一些其他铁路,不属于铁总也不属于地方政府,而是属于企业的,所以标准很不统一,轨距不标准,钢轨型号也没有一定之规,38轨、43轨、50轨都会用上,比如很多大型的企业,钢厂、船厂等等。

七、报废钢轨的再次利用

一般来说,钢轨的使用年限在10-15年左右,而那些重载铁路运输线路上的钢轨寿命则会相对短一些,例如我国的大秦重载铁路专线,他们的钢轨有的不到2年,就需要进行一次大修换轨。据中国铁路物资集团不完全统计,我国每年报废的钢轨总数达上百万吨,那么,这么大数量的钢轨又该何去何从呢?

首先,钢轨属于国有财产,为保证铁路运输安全,私人是不允许进行买卖的,那么,就要从回收再利用上面进行考量了。

被更换下来的钢轨,按照磨损程度可分为质量较好的、磨损较严重的和完全报废的钢轨。

一般情况下,质量较好的钢轨都是在高铁线路上更换下来的,这些钢轨经过进一步的检修加工,可以用来放置在普通列车线路上继续使用,或者被用来当做工厂的运货轨道。

磨损较为严重的,则会被当成重型废钢,进入钢铁企业重新冶炼,然后飞开发成刀具、工器具、铸件等产品。

完全报废的钢轨,就会就地掩埋或者放置空地上闲置。

八、总结

截至2023年底,中国铁路营业里程达15.9万公里,其中高铁4.5万公里,居世界第一。2020年《新时代交通强国铁路先行规划纲要》明确:到2035年,全国铁路网运营里程达到20万公里左右,其中高铁7万公里左右。中国铁路是中国境内的一种交通运输形式,为国家的重要基础设施、大众化的交通工具,在中国综合交通运输体系中处于骨干地位。钢轨是铁路运输中不可或缺的组成部分,承担着多项重要的作用。它能够平稳地承载列车的负重,分散轮对荷载,改善车辆行驶稳定性,维护铁路的安全运营。因此,我们必须高度重视钢轨的质量和使用状况,加强管理和维护,确保铁路的安全和可靠性,随着交通的逐渐优化,后期的钢轨在国内的发展也是重中之重。

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