Debido a las limitaciones de las condiciones de la palanquilla y la capacidad de extensión de la perforadora, el tamaño y la precisión del tubo bruto tras la perforación no satisfacen los requisitos del usuario. Este tubo bruto requiere un procesamiento adicional. Existen numerosos métodos para el procesamiento en caliente y la extensión de tubos de acero sin costura. Además de los tres tipos de máquinas mencionados anteriormente, los siguientes métodos se utilizan habitualmente en la actualidad.
5.4.1 Máquina laminadora automática de tubos
La laminadora automática de tubos fue inventada por el suizo Stephen en 1903, y el primer conjunto de unidades se instaló en 1906. Antes de la década de 1980, era uno de los principales métodos para el laminado en caliente de tubos de acero sin costura. Debido a las limitaciones de la longitud de los tubos laminados, la precisión del espesor de pared, etc., ha sido reemplazada gradualmente por las unidades de laminado continuo de tubos; actualmente, la mejor unidad de laminado automático de tubos en mi país es la unidad 400 de Baotou. Salvo algunas unidades de laminado automático de tubos en la antigua Unión Soviética y Europa del Este que aún se utilizan, la mayoría de las demás han sido desmanteladas. La laminadora automática de tubos consta de tres partes: la máquina principal, la mesa de recepción y la mesa de recepción. La máquina principal es un laminador longitudinal irreversible de dos rodillos, que se caracteriza por un par de rodillos de retorno de alta velocidad con rotación inversa instalados detrás de los rodillos de trabajo. Al mismo tiempo, para satisfacer las necesidades de retorno de los tubos de acero, se proporciona un mecanismo de elevación rápida para los rodillos de trabajo superior e inferior. El rodillo de trabajo tiene un tipo de orificio redondo. El tubo rugoso enviado por la máquina perforadora y la máquina estiradora se lamina en un orificio anular compuesto por un orificio redondo y un cabezal (cónico o esférico). Generalmente, se laminan dos pasadas. Después de cada pasada, el rodillo de trabajo superior y el rodillo de retorno inferior se elevan a una altura determinada, y el tubo rugoso es devuelto a la etapa frontal por el rodillo de retorno. Luego, el tubo laminado se restaura a su posición de trabajo original, y el tubo de acero se gira 90°, y luego se lamina en una segunda pasada en el mismo orificio. La deformación de cada pasada se ajusta según la diferencia en el diámetro del cabezal de las dos pasadas. Después de que el tubo de acero laminado regresa a la etapa frontal, se mueve horizontalmente a la máquina niveladora para su nivelación. Su proceso de deformación también pasa por tres etapas: aplanamiento, reducción de diámetro y reducción de pared.
La ventaja de los laminadores automáticos de tubos reside en la flexibilidad para ajustar las especificaciones de producción. En cuanto a los tipos de acero, la gama aplicable es amplia, pudiendo producir acero de bajo y medio carbono, acero de baja aleación, acero inoxidable, etc.; son adecuados para la producción en lotes pequeños y de múltiples variedades. Sus desventajas son su baja capacidad de deformación, y la extensión total en dos pasadas es inferior a 2,5; el espesor de pared es irregular y se producen frecuentemente arañazos internos, que deben eliminarse con una máquina niveladora; la longitud del tubo rugoso es corta, lo que afecta la mejora del rendimiento. Baja eficiencia de producción (ritmo de laminación lento, pero ligero).
5.4.2 Molino de tubos Accu-Roll
El laminador de tubos Accu-Roll se inició en Yantai, Chengdu y otras localidades de mi país a principios de la década de 1990. En aquel entonces, gozaba de gran popularidad y tuvo el impulso necesario para reemplazar a otras unidades de laminado oblicuo y continuo. Sin embargo, tras pruebas prácticas, se descubrió que la corta longitud de los tubos crudos que laminaba limitaba la producción de tubos de tres veces su longitud según ciertas especificaciones, y las profundas marcas en espiral en la superficie de los tubos crudos al laminar tubos de paredes delgadas afectaban la calidad estética de los tubos de acero. Hasta la fecha, solo se ha mantenido en mi país, especialmente recientemente, algunas empresas privadas han construido una serie de pequeños laminadores de tubos Accu-Roll. Hasta la fecha, no se ha informado de la construcción de este tipo de laminador de tubos en el extranjero. Este tipo de máquina no es adecuada para la producción de tubos de acero sin costura de diámetro grande y mediano. Se trata de un laminador oblicuo horizontal de mandril largo de dos rodillos con placa guía activa.
La estructura del molino tiene las siguientes características:
Los dos rodillos son cónicos. Al igual que la perforadora de rodillos cónicos, cuenta con un ángulo de alimentación y un ángulo de laminación, lo que permite que el diámetro del rodillo aumente gradualmente a lo largo de la dirección de laminación, lo que reduce el deslizamiento, promueve la extensión longitudinal del metal y reduce la deformación torsional adicional.
Se utilizan dos discos guía activos de gran diámetro.
Se adopta el modo de funcionamiento de mandril limitado.
Se adopta el tipo de rodillo sin hombro. Esto soluciona el problema de que el ASSEL reduce la reducción de la pared del hombro del rodillo, lo que reduce la vida útil del rodillo y la uniformidad de la pared, mejorando así la precisión del espesor de la pared de la tubería rugosa.
5.4.3 Máquina hincadora de tuberías
El método de hincado de tubos para la producción de tubos de acero sin costura fue propuesto por el alemán Heinrich Erhard ya en 1892. El proceso de perforación de las primeras unidades de hincado de tubos se divide en el método de perforación hidráulica, que utiliza una prensa hidráulica vertical para comprimir el lingote de acero colocado en el molde y formar un tubo rugoso con fondo ahuecado. Posteriormente, se utiliza una grúa para extraer el tubo rugoso, colocarlo y colocarlo en forma de copa sobre un mandril largo. El mandril se empuja para que el tubo rugoso en forma de copa pase a través de un conjunto de orificios anulares de diámetro decreciente, obteniendo así reducción de diámetro, reducción de pared y extensión. La fuerza de deformación se concentra en la cola de la varilla de hincado. Tras el hincado, es necesario retirar la varilla y cortar el fondo ahuecado. Se caracteriza por su baja productividad, un espesor de pared irregular y una relación longitud/diámetro (L/D) limitada. Actualmente, este método se utiliza exclusivamente para la producción de tubos de acero sin costura de gran diámetro (400-1400 m). Otro método, el CPE, utiliza el laminado oblicuo y la perforación para producir tubos rugosos. El método de contracción de un extremo del tubo rugoso proporciona tubos rugosos para la máquina de hincado. Este método puede mejorar la producción y la calidad del producto, y revitalizar la producción de tubos de acero sin costura de diámetro pequeño mediante el proceso de hincado.
Las ventajas del método de elevación son:
1) Baja inversión, equipos y herramientas simples y bajo costo de producción.
2) La extensión de la unidad de elevación es grande, hasta 10-17. Por lo tanto, se requiere menos equipo y herramientas para laminar productos similares mediante este método.
3) Una amplia gama de variedades y especificaciones.
La desventaja es que la precisión del espesor de la pared no es alta y es probable que se produzcan defectos de rayado en las superficies internas y externas.
5.4.4 Tubo de acero extruido
El método de extrusión consiste en colocar una pieza metálica en un recipiente cerrado compuesto por un cilindro, una matriz y una varilla, y aplicar presión mediante esta última para forzar el flujo del metal a través del orificio de la matriz, obteniendo así un conformado metal-plástico. Este método de fabricación de tubos de acero sin costura cuenta con una larga trayectoria. Según la relación entre la dirección de la fuerza aplicada a la varilla y la dirección del flujo del metal, el método de extrusión se divide en dos tipos: extrusión positiva y extrusión inversa. La dirección de la fuerza en la extrusión positiva coincide con la dirección del flujo del metal, mientras que en la inversa es la opuesta. La extrusión inversa ofrece las ventajas de una fuerza de extrusión reducida, una alta relación de extrusión, una velocidad de extrusión rápida, una temperatura de extrusión más baja, mejores condiciones de extrusión, una extrusión isotérmica/isobárica/a velocidad constante fácil de lograr, un mejor rendimiento estructural y precisión dimensional del producto, una menor presión excesiva del metal al final de la extrusión y una mayor tasa de recuperación del metal. Sin embargo, su funcionamiento es relativamente incómodo y el tamaño de la sección transversal del producto está limitado por el tamaño de la varilla de extrusión.
La aplicación de la tecnología de extrusión de metal en la industria tiene una historia de más de 100 años, pero el uso de la tecnología de extrusión en caliente en la producción de acero se ha desarrollado gradualmente después de que “Seshi” inventara el lubricante de extrusión de vidrio en 1941. En particular, el desarrollo del calentamiento no oxidativo, la tecnología de extrusión de alta velocidad, los materiales de molde y la tecnología de reducción de tensión han hecho que la producción de tubos de acero sin costura por extrusión en caliente sea más económica y razonable, mejorando enormemente la producción y la calidad, y ampliando aún más la gama de variedades, atrayendo así la atención de varios países.
Actualmente, la gama de productos de tubos de acero producidos por extrusión es generalmente la siguiente: diámetro exterior: 18,4-340 mm, espesor mínimo de pared: 2 mm, longitud aproximada: 15 m, y tubos de diámetro pequeño: 60 m. La capacidad de la extrusora es generalmente de 2000-4000 toneladas, con una capacidad máxima de 12 000 toneladas.
En comparación con otros métodos de laminación en caliente, la producción de tubos de acero sin costura extruidos tiene las siguientes ventajas:
Menos pasos de procesamiento, lo que puede ahorrar inversión con el mismo rendimiento.
Debido a que el metal extruido se encuentra en un estado de tensión de compresión tridimensional, puede producir materiales que son difíciles o imposibles de laminar y forjar, como las aleaciones a base de níquel.
Debido a la gran cantidad de deformación del metal durante la extrusión (gran relación de extrusión), y la deformación completa se completa en muy poco tiempo, el producto tiene una estructura uniforme y un buen rendimiento.
Hay pocos defectos en las superficies internas y externas y la precisión de la dimensión geométrica es alta.
La organización de la producción es flexible y adecuada para la producción de lotes pequeños y de múltiples variedades.
Puede producir tubos y tubos compuestos bimetálicos con secciones complejas.
Las desventajas son:
1) Altos requerimientos de lubricantes y calefacción, lo que incrementa los costos de producción.
2) Además de una baja vida útil de la herramienta, un gran consumo y precios elevados.
3) La tasa de rendimiento es baja, lo que reduce la competitividad del producto.
5.4.5 Laminado de tubos en molino de tubos cíclico (molino de tubos Pilger)
El laminador de tubos cíclico se puso en producción industrial en 1990. Es un laminador de un solo bastidor y dos rodillos. Hay un orificio de sección transversal variable en el rodillo. Los dos rodillos giran en direcciones opuestas, y el tubo rugoso se alimenta en la dirección opuesta del rodillo. El rodillo gira una vuelta y empuja el tubo rugoso hacia afuera para que este se reduzca en diámetro, se reduzca en la pared y se termine en el orificio para completar el laminado de una sección del tubo rugoso. Luego, el tubo rugoso se alimenta de nuevo para el laminado. Un tubo rugoso necesita circular de ida y vuelta en el orificio muchas veces para completar todo el proceso de laminado, por lo que se denomina laminador de tubos periódico, también conocido como laminador de tubos Pilger. El tubo es procesado periódicamente por un orificio de rodillo de sección variable, y las operaciones de alimentación y rotación del material del tubo se combinan para hacer que la pared del tubo experimente múltiples deformaciones acumulativas para obtener una mayor reducción y elongación de la pared.
Las características de este método de producción son:
1) Es más adecuado para la producción de tubos de paredes gruesas, y su espesor de pared puede alcanzar los 60-120 mm;
2) La gama de tipos de acero procesados es relativamente amplia. Dado que su método de deformación combina forjado y laminado, permite producir tubos de baja plasticidad y metales difíciles de deformar, con excelentes propiedades mecánicas.
3) La longitud del tubo de acero laminado es grande, hasta 35 m.
4) La productividad del laminador es baja, generalmente del 60-80%, por lo que el rendimiento es bajo; por lo tanto, una máquina perforadora debe estar equipada con dos laminadores de tubos periódicos para equilibrar.
5) La cola no se puede procesar, lo que genera grandes pérdidas de corte y una baja tasa de rendimiento.
6) Mala calidad de la superficie y espesor de pared muy irregular.
7) Gran consumo de herramientas, generalmente 9-35 kg/t.
5.4.6 Expansión en caliente de tubos de acero
El diámetro exterior máximo de los tubos de acero terminados producidos por unidades de laminación en caliente de tubos sin costura es inferior a 530 mm para las unidades automáticas de laminación de tubos; inferior a 460 mm para las unidades continuas de laminación de tubos; y inferior a 660 mm para pilotes grandes. Cuando se requiere un tubo de acero de mayor diámetro, además del método de hinca y extrusión, se puede utilizar el método de expansión en caliente de tubos de acero. Este método permite producir tubos de pared delgada con un diámetro exterior máximo de 1500 mm para tubos de acero sin costura.
Existen tres métodos para la expansión en caliente de tubos de acero: laminado oblicuo, trefilado y empuje. Estos tres métodos se iniciaron en la década de 1930. El laminado oblicuo y el trefilado requieren calentar el tubo de acero en su totalidad antes de realizar el proceso de deformación, mientras que el método de empuje no requiere calentarlo por completo.
Máquina de expansión por laminación oblicua:
El flujo del proceso de expansión por laminación oblicua es el siguiente: el material calentado de la tubería se transporta a la máquina de expansión por laminación oblicua para su expansión. Esta máquina consta de dos rodillos de la misma forma. Los ejes de ambos rodillos forman un ángulo de 30° con respecto a la línea de laminación y son accionados por motores independientes para girar en la misma dirección. El tapón participa en la deformación en la zona de expansión, y la tubería de acero realiza un movimiento en espiral en dicha zona. La pared de la tubería es laminada por los rodillos y el tapón, lo que aumenta el diámetro de expansión y reduce el espesor de la pared. La fuerza axial del tapón es soportada por la varilla de empuje, que puede estar dispuesta en el lado de entrada o instalada en el lado de salida.
La expansión por laminación oblicua permite producir tubos de acero con un espesor de pared de 6 a 30 mm y un diámetro exterior máximo de 710 mm. Su desventaja es que deja marcas espirales residuales en las superficies interior y exterior del tubo, lo que reduce la calidad superficial. Por ello, se requiere la instalación de una máquina niveladora y una calibradora. Este tipo de máquina de expansión requiere un equipo de gran tamaño, altos costos de inversión y ciertas restricciones en cuanto a variedades, por lo que no puede producir tubos de paredes gruesas.
Máquina de expansión de dibujo:
La expansión por estirado es un método de producción con baja capacidad, pero aún se utiliza gracias a la simplicidad de sus equipos y procesos, así como a su fácil mecanizado. La máquina de expansión por estirado puede utilizarse tanto para el estirado en frío como para el estirado en caliente. Cuando la expansión no es grande y se requieren mejorar las propiedades físicas y mecánicas, así como la precisión dimensional de la tubería de acero, se puede utilizar la expansión por estirado en frío. El proceso de expansión por estirado en caliente de tuberías de acero incluye el calentamiento del material, la expansión de los extremos, la expansión y el estirado, el enderezamiento, el corte de cabezas y colas, y la inspección. La tasa de expansión por calentamiento es del 60-70%, y se pueden producir tuberías de acero con un diámetro máximo de 750 mm.
El principio de funcionamiento principal del estirado por expansión en caliente es: a través de un grupo (generalmente 1-4) de tapones con diámetros que aumentan gradualmente, insertar y pasar a través de toda la longitud del orificio interior de la tubería de acero, de modo que el diámetro de la tubería de acero se expande, el espesor de la pared se adelgaza y la longitud se acorta ligeramente.
Las herramientas principales de la máquina de expansión por trefilado son los tapones de expansión, los tapones de expansión y las varillas de expulsión. Sus ventajas son la simplicidad del equipo, la facilidad de operación y su fácil manejo; una amplia gama de variedades y especificaciones de productos, y la capacidad para producir tubos de acero rectangulares y de otras formas especiales. Las desventajas son el largo ciclo de producción, la baja productividad y el alto consumo de herramientas y metal.
Expansor de empuje: El principio de funcionamiento del expansor de empuje consiste en colocar el tubo de acero crudo en la bobina de inducción de media frecuencia. Tras el calentamiento por inducción de media frecuencia, el pistón del cilindro hidráulico o el cabezal de empuje del cabrestante se mueve para empujar la cola del tubo de acero, de modo que el acero pase a través de la varilla cónica axialmente fijada desde la cabeza del tubo, secuencialmente, para lograr la expansión. Al empujar la cola del tubo de acero hacia la varilla, se añade un nuevo tubo de acero a procesar detrás, y el cabezal de empuje regresa para continuar empujando la cola del nuevo tubo de acero. La cabeza del nuevo tubo de acero empuja la cola del tubo de acero anterior a través de la varilla, completando así la expansión del tubo de acero. Dado que solo se calienta el tubo de acero en la sección deformada, este se dobla fácilmente y el espesor de pared y la longitud del tubo expandido son limitados. Las ventajas del expansor de empuje son una alta tasa de recuperación de metal, un equipo sencillo y un bajo consumo de energía. Las desventajas son que la consistencia del rendimiento del tubo de acero en la dirección longitudinal es ligeramente deficiente y la eficiencia de producción es baja.
Hora de publicación: 31 de octubre de 2024