A causa delle limitazioni delle condizioni della billetta e della capacità di estensione della macchina perforatrice, le dimensioni e la precisione del tubo grezzo dopo la perforazione non possono soddisfare i requisiti dell'utente. Il tubo grezzo deve essere ulteriormente lavorato. Esistono molti metodi per la lavorazione a caldo e l'estensione dei tubi in acciaio senza saldatura. Oltre ai tre tipi di macchine sopra descritti, i seguenti metodi sono attualmente comunemente utilizzati.
5.4.1 Macchina automatica per la laminazione di tubi
La macchina per la laminazione automatica di tubi fu inventata dallo svizzero Stephen nel 1903 e il primo set di unità fu installato nel 1906. Prima degli anni '80, era uno dei principali metodi per la laminazione a caldo di tubi in acciaio senza saldatura. A causa delle limitazioni relative alla lunghezza del tubo laminato, alla precisione dello spessore delle pareti, ecc., è stata gradualmente sostituita da unità di laminazione continua; attualmente, la migliore unità di laminazione automatica di tubi nel mio Paese è l'unità 400 di Baotou. Ad eccezione di alcune unità di laminazione automatica di tubi nell'ex Unione Sovietica e nell'Europa orientale ancora in uso, la maggior parte delle altre è stata smantellata. La macchina per la laminazione automatica di tubi è composta da tre parti: la macchina principale, il banco di lavoro anteriore e il banco di lavoro posteriore. La macchina principale è un laminatoio longitudinale irreversibile a due rulli, caratterizzato da una coppia di rulli di ritorno ad alta velocità a rotazione inversa installati dietro i rulli di lavoro. Allo stesso tempo, per soddisfare le esigenze di ritorno dei tubi in acciaio, è previsto un meccanismo di sollevamento rapido per il rullo di lavoro superiore e il rullo di ritorno inferiore. Il rullo di lavoro ha un foro circolare. Il tubo grezzo inviato dalla macchina perforatrice e dalla macchina stiratrice viene laminato in un foro anulare composto da un foro circolare e da una testa (conica o sferica). Solitamente, la laminazione avviene in due passaggi. Dopo ogni passaggio, il rullo di lavoro superiore e il rullo di ritorno inferiore vengono sollevati a una certa altezza e il tubo grezzo viene riportato alla fase anteriore dal rullo di ritorno. Successivamente, il tubo laminato viene riportato nella posizione di lavoro originale e il tubo in acciaio viene ruotato di 90°. Infine, il secondo passaggio viene laminato nello stesso foro. L'entità della deformazione di ogni passaggio viene regolata in base alla differenza nel diametro della testa dei due passaggi. Dopo che il tubo in acciaio laminato è tornato alla fase anteriore, viene spostato orizzontalmente alla macchina spianatrice per la spianatura. Anche il processo di deformazione avviene attraverso tre fasi: appiattimento, riduzione del diametro e riduzione della parete.
Il vantaggio dei laminatoi automatici per tubi è la flessibilità di regolazione delle specifiche di produzione. Per quanto riguarda i tipi di acciaio, la gamma applicabile è ampia e si possono produrre acciai a basso e medio tenore di carbonio, acciai bassolegati, acciai inossidabili, ecc.; sono adatti per produzioni di piccoli lotti e multivarietà. Gli svantaggi sono la scarsa capacità di deformazione e l'estensione totale di due passate è inferiore a 2,5; lo spessore delle pareti è irregolare e spesso si verificano graffi interni, che devono essere eliminati con una spianatrice; la lunghezza del tubo grezzo è ridotta, il che influisce sul miglioramento del tasso di resa. Bassa efficienza produttiva (ritmo di laminazione lento, ma peso ridotto).
5.4.2 Laminatoio per tubi Accu-Roll
Il laminatoio per tubi Accu-Roll è stato avviato a Yantai, Chengdu e in altre località del mio Paese all'inizio degli anni '90. All'epoca era molto popolare e aveva lo slancio necessario per sostituire altre unità di laminazione obliqua e continua. Tuttavia, dopo test pratici, si è scoperto che la lunghezza ridotta dei tubi grezzi laminati limitava la produzione di tubi di lunghezza tripla con alcune specifiche, e le profonde pieghe a spirale sulla superficie dei tubi grezzi durante la laminazione di tubi a parete sottile ne compromettevano l'aspetto estetico. Finora, è sopravvissuto solo nel mio Paese, soprattutto di recente alcune aziende private hanno costruito una serie di piccoli laminatoi per tubi Accu-Roll. Finora, non vi è stata alcuna segnalazione sulla costruzione di questo tipo di laminatoio all'estero. Questo tipo di macchina non è adatto alla produzione di tubi in acciaio senza saldatura di grande e medio diametro. Si tratta di un laminatoio obliquo orizzontale a due rulli con mandrino lungo e piastra di guida attiva.
La struttura del mulino presenta le seguenti caratteristiche:
I due rulli sono conici. Come la macchina perforatrice a rulli conici, presenta sia un angolo di alimentazione che un angolo di laminazione, in modo che il diametro del rullo aumenti gradualmente lungo la direzione di laminazione, riducendo lo scorrimento, favorendo l'estensione longitudinale del metallo e riducendo l'ulteriore deformazione torsionale.
Vengono utilizzati due dischi guida attivi di grande diametro.
Viene adottata la modalità di funzionamento a mandrino limitato.
Viene adottato il tipo a rulli senza spallamento. Si segnala che questo supera il problema della riduzione della profondità di parete della spallamento del rullo da parte dell'ASSEL, che ne riduce la durata e l'effetto di uniformità della parete, migliorando così la precisione dello spessore della parete del tubo grezzo.
5.4.3 Macchina per il sollevamento di tubi
Il metodo di perforazione a spinta per la produzione di tubi in acciaio senza saldatura fu proposto dal tedesco Heinrich Erhard già nel 1892. Il processo di perforazione delle prime unità di perforazione a spinta si divide nel metodo di perforazione idraulica, che utilizza una pressa idraulica verticale per comprimere il lingotto d'acciaio inserito nello stampo fino a ottenere un tubo grezzo con fondo a tazza, quindi utilizza una gru per estrarre il tubo grezzo, posizionarlo e posizionare il tubo grezzo a tazza sul lungo mandrino. Il mandrino viene spinto per far passare il tubo grezzo a tazza attraverso una serie di fori anulari con diametri decrescenti, ottenendo così una riduzione di diametro, una riduzione di parete e un allungamento. La forza di deformazione è concentrata interamente sulla coda dell'asta di perforazione. Dopo la perforazione, l'asta deve essere rimossa e il fondo a tazza viene tagliato. Le caratteristiche sono bassa produttività, spessore di parete notevolmente irregolare e rapporto L/D limitato del tubo in acciaio. Attualmente, solo questo metodo viene utilizzato per produrre tubi in acciaio senza saldatura di grande diametro (400-1400 mm). Un altro metodo è chiamato metodo CPE, che utilizza il metodo di laminazione e perforazione obliqua per produrre tubi grezzi, mentre il metodo di restringimento di un'estremità del tubo grezzo fornisce tubi grezzi per la macchina di spinta. Può migliorare la produzione e la qualità del prodotto e ripristinare la vitalità per la produzione di tubi in acciaio senza saldatura di piccolo diametro mediante il processo di spinta.
I vantaggi del metodo di sollevamento sono:
1) Investimenti ridotti, attrezzature e utensili semplici e bassi costi di produzione.
2) L'estensione dell'unità di sollevamento è ampia, fino a 10-17 m. Pertanto, il numero di attrezzature e utensili necessari per la laminazione di prodotti simili con il metodo di sollevamento può essere inferiore.
3) Un'ampia gamma di varietà e specifiche.
Lo svantaggio è che la precisione dello spessore della parete non è elevata e che è probabile che si verifichino graffi sulle superfici interne ed esterne.
5.4.4 Tubo in acciaio estruso
Il cosiddetto metodo di estrusione si riferisce a un metodo che consiste nel posizionare una billetta metallica in un contenitore "chiuso" composto da un cilindro di estrusione, una matrice di estrusione e un'asta di estrusione, e nell'applicare una pressione tramite l'asta di estrusione per forzare il metallo a fuoriuscire dal foro della matrice di estrusione e ottenere la formatura plastica del metallo. Questo è un metodo di produzione di tubi in acciaio senza saldatura con una lunga storia. In base alla relazione relativa tra la direzione della forza dell'asta di estrusione e la direzione del flusso del metallo, il metodo di estrusione può essere suddiviso in due tipi: estrusione positiva ed estrusione inversa. La direzione della forza nell'estrusione positiva è coerente con la direzione del flusso del metallo, mentre nell'estrusione inversa è opposta. L'estrusione inversa presenta i vantaggi di una forza di estrusione ridotta, un elevato rapporto di estrusione, una velocità di estrusione elevata, una temperatura di estrusione inferiore, migliori condizioni di estrusione, estrusione isotermica/isobarica/a velocità costante facilmente ottenibile, migliori prestazioni della struttura del prodotto e precisione dimensionale, riduzione del surplus di pressione del metallo al termine dell'estrusione e aumento del tasso di recupero del metallo; tuttavia, il suo funzionamento è relativamente scomodo e la dimensione della sezione trasversale del prodotto è limitata dalle dimensioni dell'asta di estrusione.
L'applicazione della tecnologia di estrusione dei metalli nell'industria ha una storia di oltre 100 anni, ma l'uso della tecnologia di estrusione a caldo nella produzione di acciaio si è gradualmente sviluppato dopo che "Seshi" ha inventato il lubrificante per estrusione del vetro nel 1941. In particolare, lo sviluppo del riscaldamento non ossidativo, della tecnologia di estrusione ad alta velocità, dei materiali per stampi e della tecnologia di riduzione della tensione hanno reso la produzione di estrusione a caldo di tubi in acciaio senza saldatura più economica e ragionevole, migliorando notevolmente la produzione e la qualità e ampliando ulteriormente la gamma di varietà, attirando così l'attenzione di vari paesi.
Attualmente, la gamma di tubi in acciaio prodotti per estrusione è generalmente la seguente: diametro esterno: 18,4~340 mm, spessore minimo della parete: 2 mm, lunghezza: circa 15 m, e tubi di piccolo diametro: 60 m. La capacità dell'estrusore è generalmente di 2000~4000 tonnellate, con una capacità massima di 12000 tonnellate.
Rispetto ad altri metodi di laminazione a caldo, la produzione di tubi in acciaio estruso senza saldatura presenta i seguenti vantaggi:
Meno fasi di lavorazione, che possono far risparmiare sugli investimenti a parità di output.
Poiché il metallo estruso si trova in uno stato di sollecitazione compressiva tridimensionale, è possibile produrre materiali difficili o impossibili da laminare e forgiare, come le leghe a base di nichel.
Grazie all'elevata deformazione del metallo durante l'estrusione (elevato rapporto di estrusione) e al fatto che la deformazione completa avviene in tempi molto brevi, il prodotto presenta una struttura uniforme e buone prestazioni.
Sono presenti pochi difetti sulle superfici interne ed esterne e la precisione delle dimensioni geometriche è elevata.
L'organizzazione produttiva è flessibile e adatta alla produzione di piccoli lotti e di più varietà.
Può produrre tubi e tubi compositi bimetallici con sezioni complesse.
Gli svantaggi sono:
1) Elevati requisiti di lubrificanti e riscaldamento, che aumentano i costi di produzione.
2) Oltre alla breve durata degli utensili, ai grandi consumi e ai prezzi elevati.
3) Il tasso di resa è basso, il che riduce la competitività del prodotto.
5.4.5 Laminazione tubi con laminatoio a ciclo (laminatoio a tubi Pilger)
Il laminatoio per tubi a ciclo è entrato in produzione industriale nel 1990. Si tratta di un laminatoio a due cilindri a telaio singolo. Il rullo presenta un foro a sezione variabile. I due rulli ruotano in direzioni opposte e il tubo grezzo viene alimentato nella direzione opposta rispetto al rullo. Il rullo ruota di un cerchio e spinge fuori il tubo grezzo in modo che il tubo grezzo venga ridotto di diametro, ridotto nella parete e rifinito nel foro per completare la laminazione di una sezione del tubo grezzo. Quindi il tubo grezzo viene nuovamente alimentato per la laminazione. Un tubo grezzo deve essere fatto circolare avanti e indietro nel foro più volte per completare l'intero processo di laminazione, quindi è chiamato laminatoio per tubi periodico, noto anche come laminatoio per tubi Pilger. Il tubo viene lavorato periodicamente da un foro a rulli a sezione variabile e le operazioni di alimentazione e rotazione del materiale del tubo vengono combinate per far sì che la parete del tubo subisca molteplici deformazioni cumulative per ottenere una maggiore riduzione e allungamento della parete.
Le caratteristiche di questo metodo di produzione sono:
1) È più adatto alla produzione di tubi a parete spessa, e lo spessore della sua parete può raggiungere 60-120 mm;
2) La gamma di tipi di acciaio lavorati è relativamente ampia. Poiché il metodo di deformazione è una combinazione di forgiatura e laminazione, è possibile produrre tubi in metalli poco plastici e difficili da deformare, con eccellenti proprietà meccaniche.
3) La lunghezza del tubo di acciaio laminato è elevata, fino a 35 m.
4) La produttività del laminatoio è bassa, generalmente del 60-80%, quindi la produzione è bassa; pertanto, una macchina perforatrice deve essere dotata di due laminatoi per tubi periodici per bilanciare.
5) La coda non può essere lavorata, con conseguenti grandi perdite di taglio e una bassa resa.
6) Scarsa qualità della superficie e spessore della parete notevolmente irregolare.
7) Elevato consumo di utensili, generalmente 9-35 kg/t.
5.4.6 Espansione a caldo di tubi in acciaio
Il diametro esterno massimo dei tubi in acciaio finiti prodotti da unità di laminazione a caldo senza saldatura è inferiore a 530 mm per le unità di laminazione automatica; inferiore a 460 mm per le unità di laminazione continua; e inferiore a 660 mm per pali di grandi dimensioni. Quando è necessario un tubo in acciaio di diametro maggiore, oltre al metodo di spinta e al metodo di estrusione, è possibile utilizzare il metodo di espansione a caldo dei tubi in acciaio. Questo metodo può attualmente produrre un tubo a parete sottile con un diametro esterno massimo di 1500 mm per tubi in acciaio senza saldatura.
Esistono tre metodi per l'espansione a caldo dei tubi in acciaio: laminazione obliqua, trafilatura e spinta. Questi tre metodi hanno avuto origine negli anni '30. La laminazione obliqua e la trafilatura richiedono il riscaldamento dell'intero tubo in acciaio prima di poter effettuare la deformazione, mentre il metodo di spinta non richiede il riscaldamento dell'intero tubo in acciaio.
Macchina ad espansione a laminazione obliqua:
Il flusso di processo dell'espansione a laminazione obliqua è il seguente: il materiale del tubo riscaldato viene trasportato alla macchina per l'espansione a laminazione obliqua. La macchina per l'espansione a laminazione obliqua è costituita da due rulli della stessa forma. Gli assi dei due rulli formano un angolo di 30° rispetto alla linea di laminazione e i due rulli sono azionati separatamente da motori per ruotare nella stessa direzione. Il tappo partecipa alla deformazione nella zona di espansione, mentre il tubo in acciaio compie un movimento a spirale nella zona di deformazione. La parete del tubo viene rullata dai rulli e dal tappo, in modo da aumentare il diametro di espansione e assottigliare lo spessore della parete. La forza assiale del tappo è trasmessa dall'asta di spinta, che può essere disposta sul lato di ingresso o installata sul lato di uscita.
L'espansione obliqua può produrre tubi in acciaio con uno spessore di parete da 6 a 30 mm e un diametro esterno massimo di 710 mm. Lo svantaggio è la presenza di segni a spirale residui sulle superfici interna ed esterna del tubo in acciaio, che ne riducono la qualità superficiale. Per questo motivo, è necessario installare una macchina livellatrice e una macchina calibratrice. Questo tipo di macchina per l'espansione richiede attrezzature di grandi dimensioni, elevati costi di investimento e alcune restrizioni sulle varietà, e non può produrre tubi a parete spessa.
Macchina di espansione del disegno:
L'espansione tramite trafilatura è un metodo di produzione con bassa capacità produttiva, ma è ancora in uso grazie alla semplicità delle attrezzature e della lavorazione e alla facilità di funzionamento meccanizzato. La macchina per l'espansione tramite trafilatura può essere utilizzata sia per l'espansione tramite trafilatura a freddo che a caldo. Quando l'entità dell'espansione non è elevata e le proprietà fisiche e meccaniche e la precisione dimensionale del tubo in acciaio devono essere migliorate, è possibile utilizzare l'espansione tramite trafilatura a freddo. Il flusso di processo dell'espansione tramite trafilatura a caldo dei tubi in acciaio comprende il riscaldamento del materiale del tubo, l'espansione delle estremità del tubo, l'espansione e l'imbutitura, la raddrizzatura, il taglio delle teste e delle code e l'ispezione. La velocità di espansione di ogni riscaldamento è del 60-70% e il diametro massimo dei tubi in acciaio può essere prodotto di 750 mm.
Il principio di funzionamento principale dell'espansione a caldo è il seguente: attraverso un gruppo (generalmente 1-4) di spine con diametri gradualmente crescenti, inserire e far passare l'intera lunghezza del foro interno del tubo di acciaio, in modo che il diametro del tubo di acciaio venga espanso, lo spessore della parete venga assottigliato e la lunghezza venga leggermente accorciata.
Gli utensili principali della macchina per l'espansione dei tubi sono i tasselli ad espansione, i tasselli ad espansione e le aste di espulsione. I vantaggi sono la semplicità dell'attrezzatura, la praticità d'uso e la facilità di apprendimento; un'ampia gamma di varietà e specifiche di prodotto e la possibilità di produrre tubi in acciaio rettangolari e di altre forme speciali. Gli svantaggi sono il lungo ciclo di produzione, la bassa produttività e l'elevato consumo di utensili e metallo.
Espansore a spinta: il principio di funzionamento dell'espansore a spinta consiste nel posizionare il tubo di acciaio grezzo nella bobina di induzione a media frequenza. Dopo il riscaldamento a induzione a media frequenza, il pistone del cilindro idraulico o la testa di spinta dell'argano si muovono per spingere la coda del tubo di acciaio in modo che l'acciaio passi attraverso l'asta conica del nucleo fissata assialmente dalla testa del tubo in sequenza per raggiungere lo scopo dell'espansione; quando la coda del tubo di acciaio viene spinta nell'asta del nucleo, un nuovo tubo di acciaio da lavorare viene aggiunto dietro di esso e la testa di spinta torna per continuare a spingere la coda del nuovo tubo di acciaio. La testa del nuovo tubo di acciaio spinge la coda del tubo di acciaio precedente attraverso l'asta del nucleo, completando così l'espansione del tubo di acciaio. Poiché viene riscaldato solo il tubo di acciaio nella sezione deformata, il tubo di acciaio deformato è facile da piegare e lo spessore della parete e la lunghezza del tubo espanso sono limitati. I vantaggi dell'espansore a spinta sono un elevato tasso di recupero del metallo, un'attrezzatura semplice e un basso consumo energetico. Gli svantaggi sono che la costanza delle prestazioni del tubo d'acciaio nella direzione della lunghezza è leggermente scarsa e l'efficienza produttiva è bassa.
Data di pubblicazione: 31-10-2024