Из-за ограничений, связанных с параметрами заготовки и возможностями прошивного станка, размер и точность заготовки после перфорации не могут соответствовать требованиям заказчика. Заготовка требует дальнейшей обработки. Существует множество методов горячей обработки и волочения бесшовных стальных труб. Помимо трёх типов станков, представленных выше, в настоящее время широко используются следующие методы.
5.4.1 Автоматический трубопрокатный станок
Автоматический трубопрокатный стан был изобретен швейцарцем Стефаном в 1903 году, а первый комплект установок был установлен в 1906 году. До 1980-х годов он являлся одним из основных методов горячей прокатки бесшовных стальных труб. В связи с ограничениями по длине прокатываемых труб, точности толщины стенки и т.д., он постепенно заменялся непрерывными трубопрокатными агрегатами; в настоящее время лучшим автоматическим трубопрокатным станом в моей стране является агрегат 400 в Баотоу. За исключением некоторых автоматических трубопрокатных агрегатов в бывшем Советском Союзе и Восточной Европе, которые все еще эксплуатируются, большинство других были демонтированы. Автоматический трубопрокатный стан состоит из трех частей: основного стана, передней и задней рабочих станций. Основной станок представляет собой двухвалковый нереверсивный продольный прокатный стан, отличающийся парой высокоскоростных возвратных роликов, вращающихся в обратном направлении, установленных за рабочими валками. Для обеспечения возврата стальных труб предусмотрен быстродействующий подъемный механизм верхнего рабочего и нижнего возвратного роликов. Рабочий ролик имеет круглое отверстие. Черновая труба, отправленная прошивной машиной и растяжной машиной, прокатывается в кольцевом отверстии, состоящем из круглого отверстия и головки (конической головки или сферической головки). Обычно прокатка выполняется в два прохода. После каждого прохода прокатки верхний рабочий ролик и нижний возвратный ролик поднимаются на определенную высоту, а черновая труба отправляется обратно на переднюю ступень возвратным роликом, после чего прокатанная труба возвращается в исходное рабочее положение, а стальная труба поворачивается на 90°, после чего второй проход прокатывается в том же типе отверстия. Величина деформации каждого прохода регулируется разницей в диаметре головки двух проходов. После того, как прокатанная стальная труба возвращается на переднюю ступень, она горизонтально перемещается в правильную машину для правки. Процесс ее деформации также проходит три этапа: сплющивание, уменьшение диаметра и уменьшение стенки.
Преимущество автоматических трубопрокатных станов заключается в возможности гибкой адаптации параметров производства. Диапазон применяемых марок сталей широк: можно производить низко- и среднеуглеродистые, низколегированные, нержавеющие и т.д.; они подходят для мелкосерийного и многономенклатурного производства. Недостатки: низкая деформируемость, суммарное удлинение за два прохода составляет менее 2,5; неравномерная толщина стенки, частое образование внутренних царапин, которые необходимо устранять на правильной машине; малая длина черновой трубы, что влияет на повышение производительности. Низкая эффективность производства (медленный ритм прокатки, но малый вес).
5.4.2 Трубный стан Accu-Roll
Трубопрокатный стан Accu-Roll был запущен в начале 1990-х годов в Яньтае, Чэнду и других местах моей страны. В то время он был очень популярен и имел импульс, чтобы заменить другие косоугольные прокатные агрегаты и агрегаты непрерывной прокатки. Однако после практических испытаний было обнаружено, что короткая длина прокатываемых им труб-сырцов ограничивала производство труб в три раза большей длины некоторых спецификаций, а глубокие спиральные следы на поверхности труб-сырцов при прокатке тонкостенных труб влияли на качество внешнего вида стальных труб. До сих пор он сохранился только в моей стране, особенно недавно некоторые частные предприятия построили партию небольших трубопрокатных станов Accu-Roll. До сих пор не было сообщений о строительстве этого типа трубного стана за рубежом. Этот тип машины не подходит для производства бесшовных стальных труб большого и среднего диаметра. Это двухвалковый горизонтальный длиннооправочный косоугольный прокатный стан с активной направляющей пластиной.
Конструкция мельницы имеет следующие характеристики:
Оба ролика имеют коническую форму. Как и в прошивном станке с коническими роликами, он имеет как угол подачи, так и угол прокатки, благодаря чему диаметр ролика постепенно увеличивается вдоль направления прокатки, что способствует уменьшению проскальзывания, усилению продольного растяжения металла и уменьшению дополнительной деформации кручения.
Используются два активных направляющих диска большого диаметра.
Принят режим работы с ограниченной оправкой.
Применен роликовый тип без буртика. Сообщается, что это решает проблему ASSEL, заключающуюся в уменьшении степени утонения стенки буртика, что снижает срок службы ролика и снижает равномерность стенки, тем самым повышая точность толщины стенки шероховатой трубы.
5.4.3 Продавливание труб с помощью продавливающей машины
Метод продавливания труб для производства бесшовных стальных труб был предложен немцем Генрихом Эрхардом ещё в 1892 году. Процесс продавливания, применявшийся в ранних продавливающих установках, подразделялся на гидравлический метод продавливания: вертикальный гидравлический пресс сжимает стальной слиток, помещённый в форму, в заготовку с чашечным дном. Затем кран извлекает заготовку, укладывает её и насаживает чашечную трубу на длинную оправку. Оправка толкает чашечную трубу через ряд кольцевых отверстий фильер с уменьшающимся диаметром, последовательно обеспечивая уменьшение диаметра, уменьшение толщины стенки и её расширение. Вся сила деформации сосредоточена в хвостовой части продавливающего стержня. После продавливания стержень необходимо удалить, а затем отрезать чашечное дно. Характерными особенностями являются низкая производительность, значительная неравномерность толщины стенки и ограниченное соотношение длины к диаметру стальной трубы. В настоящее время только этот метод используется для производства бесшовных стальных труб большого диаметра (400–1400 м). Другой метод, называемый методом CPE, использует косую прокатку и перфорацию для производства заготовок труб, а метод усадки одного конца заготовки позволяет получить заготовку для домкратной установки. Это позволяет повысить производительность и качество продукции, а также восстановить жизнеспособность производства бесшовных стальных труб малого диаметра методом домкратной установки.
Преимущества метода домкрата:
1) Низкие инвестиции, простое оборудование и инструменты, низкая себестоимость производства.
2) Вылет домкратного агрегата большой, до 10–17 см. Поэтому количество оборудования и инструмента, необходимого для прокатки аналогичных изделий методом домкрата, может быть меньше.
3) Широкий ассортимент разновидностей и спецификаций.
Недостатком является невысокая точность толщины стенок, а также склонность к появлению царапин на внутренних и внешних поверхностях.
5.4.4 Экструдированная стальная труба
Так называемый метод экструзии относится к методу помещения металлической заготовки в «закрытый» контейнер, состоящий из экструзионного цилиндра, экструзионной головки и экструзионного стержня, и приложения давления экструзионным стержнем для выдавливания металла из отверстия экструзионной головки с целью получения металлопластикового формования. Этот метод производства бесшовных стальных труб имеет долгую историю. В зависимости от соотношения направления силы, действующей на экструзионный стержень, и направления течения металла методы экструзии можно разделить на два типа: позитивное и обратное выдавливание. Направление силы при позитивном выдавливании совпадает с направлением течения металла, а при обратном – противоположно. Обратная экструзия имеет следующие преимущества: небольшое усилие экструзии, большой коэффициент экструзии, высокая скорость экструзии, более низкая температура экструзии, улучшенные условия экструзии, легко достигаемая изотермическая/изобарическая/постоянная скорость экструзия, улучшенные характеристики структуры продукта и размерная точность, сниженный избыток давления металла в конце экструзии и повышенная скорость извлечения металла. Однако ее эксплуатация относительно неудобна, а размер поперечного сечения продукта ограничен размером экструзионного стержня.
Применение технологии экструзии металла в промышленности имеет более чем 100-летнюю историю, но использование технологии горячей экструзии в производстве стали постепенно развивалось после того, как в 1941 году «Сеши» изобрел смазку для экструзии стекла. В частности, развитие безокислительного нагрева, технологии высокоскоростной экструзии, материалов форм и технологии снижения натяжения сделали производство бесшовных стальных труб методом горячей экструзии более экономичным и разумным, значительно повысив производительность и качество, а также еще больше расширив ассортимент, что привлекло внимание разных стран.
В настоящее время ассортимент стальных труб, производимых методом экструзии, включает: наружный диаметр от 18,4 до 340 мм, минимальную толщину стенки до 2 мм, длину около 15 м, а трубы малого диаметра могут иметь длину до 60 м. Производительность экструдера обычно составляет от 2000 до 4000 тонн, максимальная — 12 000 тонн.
По сравнению с другими методами горячей прокатки производство прессованных бесшовных стальных труб имеет следующие преимущества:
Меньше этапов обработки, что позволяет сэкономить инвестиции при том же объеме производства.
Поскольку экструдированный металл находится в трехмерном напряженном состоянии сжатия, из него можно получать материалы, которые трудно или невозможно прокатывать и ковать, например, сплавы на основе никеля.
Благодаря большой величине деформации металла во время экструзии (большой коэффициент экструзии), а также тому, что полная деформация завершается за очень короткое время, изделие имеет однородную структуру и хорошие эксплуатационные характеристики.
Дефектов на внутренних и внешних поверхностях немного, точность геометрических размеров высокая.
Организация производства гибкая и подходит для мелкосерийного и многономенклатурного производства.
Возможность изготовления труб и биметаллических композитных труб со сложными сечениями.
Недостатки:
1) Высокие требования к смазочным материалам и отоплению, что увеличивает себестоимость продукции.
2) А также низкий срок службы инструмента, большой расход и высокая цена.
3) Низкая доходность, что снижает конкурентоспособность продукции.
5.4.5 Цикл прокатки труб на трубопрокатном стане (пильгер-стан)
Трубопрокатный стан циклического действия был запущен в промышленное производство в 1990 году. Это однорамный двухвалковый стан. На валке имеется отверстие переменного сечения. Оба валка вращаются в противоположных направлениях, и черновая труба подается в противоположном направлении от валка. Валок совершает один оборот и выталкивает черновую трубу, таким образом, что черновая труба уменьшается в диаметре, уменьшается в стенке и заканчивается в отверстии, завершая прокатку секции черновой трубы. Затем черновая труба снова подается на прокатку. Черновая труба должна многократно проходить туда и обратно в отверстии для завершения всего процесса прокатки, поэтому он называется периодическим трубопрокатным станом, также известным как пилигримский трубопрокатный стан. Труба периодически обрабатывается отверстием валка переменного сечения, а операции подачи и вращения материала трубы сочетаются, заставляя стенку трубы подвергаться многократным кумулятивным деформациям, что обеспечивает большую степень обжатия и удлинения стенки.
Характеристики этого метода производства:
1) Он больше подходит для производства толстостенных труб, толщина стенки может достигать 60-120 мм;
2) Ассортимент обрабатываемых сталей относительно широк. Поскольку метод деформации представляет собой комбинацию ковки и прокатки, можно производить трубы из малопластичных и труднодеформируемых металлов, при этом механические свойства труб остаются превосходными.
3) Длина проката стальной трубы большая, до 35м.
4) Производительность прокатного стана низкая, обычно 60-80%, поэтому и выход продукции невелик; поэтому для балансировки прошивного стана необходимо оснастить его двумя периодическими трубопрокатными станами.
5) Хвост не подлежит переработке, что приводит к большим потерям при резке и низкому выходу продукции.
6) Низкое качество поверхности и значительная неравномерность толщины стенок.
7) Большой расход инструмента, обычно 9-35 кг/т.
5.4.6 Горячее расширение стальных труб
Максимальный наружный диаметр готовых стальных труб, производимых на установках горячекатаных бесшовных стальных труб, составляет менее 530 мм для автоматических трубопрокатных установок, менее 460 мм для установок непрерывной прокатки труб и менее 660 мм для крупногабаритных труб. При необходимости получения стальных труб большего диаметра, помимо метода домкратной прокатки и метода экструзии, может быть использован метод горячей экспандировки стальных труб. В настоящее время этот метод позволяет производить тонкостенные бесшовные трубы с максимальным наружным диаметром 1500 мм.
Существует три метода горячего расширения стальных труб: косая прокатка, волочение и продавливание. Эти три метода появились в 1930-х годах. Косая прокатка и протягивание требуют нагрева стальной трубы целиком перед деформационной обработкой, в то время как метод продавливания не требует нагрева всей трубы.
Машина для косоугольной прокатки:
Технологический процесс косоугольной раздачи: нагретый материал трубы транспортируется в машину косоугольной раздачи для раздачи. Машина косоугольной раздачи состоит из двух роликов одинаковой формы. Оси двух роликов расположены под углом 30° к линии прокатки, и два ролика приводятся в движение двигателями независимо для вращения в одном направлении. Оправка участвует в деформации в зоне деформации раздачи, а стальная труба совершает спиральное движение в зоне деформации. Стенка трубы прокатывается роликами и оправкой таким образом, что диаметр раздачи увеличивается, а толщина стенки уменьшается. Осевое усилие оправки воспринимается толкателем, который может быть расположен на входной стороне или установлен на выходной стороне.
Косоугольная развальцовка позволяет производить стальные трубы с толщиной стенки от 6 до 30 мм и максимальным наружным диаметром 710 мм. Недостатком развальцовки является наличие остаточных спиральных рисок на внутренней и наружной поверхности трубы, что снижает качество поверхности. Для этого требуется установка правильно-шлифовального и калибровочного станков. Этот тип развальцовочных станков требует громоздкого оборудования, высоких инвестиционных затрат и определённых ограничений по ассортименту, поэтому не позволяет производить толстостенные трубы.
Машина для расширения чертежей:
Расширение методом волочения является методом производства с низкой производительностью, но он все еще используется благодаря простоте оборудования и обработки, а также легкой механизации. Растяжной стан может использоваться как для холодного, так и для горячего волочения. Когда величина расширения невелика, а физико-механические свойства и размерная точность стальной трубы нуждаются в улучшении, можно использовать холодное расширение. Технологический процесс горячего расширения стальных труб включает нагрев материала трубы, расширение концов трубы, расширение и волочение, правка, обрезку головок и хвостов и контроль. Степень расширения при каждом нагреве составляет 60-70%, а максимальный диаметр стальных труб может составлять 750 мм.
Основной принцип работы волочильно-горячего расширения заключается в следующем: через группу (обычно 1-4) пробок с постепенно увеличивающимся диаметром вставляются и проходят по всей длине внутреннего отверстия стальной трубы, в результате чего диаметр стальной трубы расширяется, толщина стенки утончается, а длина немного укорачивается.
Основными инструментами волочильно-раздаточного стана являются распорные дюбели, распорные втулки и выталкивающие стержни. Преимуществами являются простота оборудования, удобство эксплуатации и лёгкость освоения; широкий ассортимент продукции и спецификаций, а также возможность производства прямоугольных и других профильных стальных труб. Недостатками являются длительный производственный цикл, низкая производительность, высокий расход инструмента и металла.
Толкающий экспандер: Принцип работы толкающего экспандера заключается в размещении необработанной стальной трубы в индукционной катушке средней частоты. После индукционного нагрева средней частоты поршень гидроцилиндра или толкающая головка лебёдки перемещаются, проталкивая конец стальной трубы таким образом, чтобы сталь проходила через осевой фиксированный конический стержень сердечника трубы последовательно, достигая цели расширения. Когда конец стальной трубы проталкивается в стержень сердечника, за ней добавляется новая обрабатываемая стальная труба, и толкающая головка возвращается, продолжая проталкивать конец новой стальной трубы. Головка новой стальной трубы проталкивает конец предыдущей стальной трубы через стержень сердечника, тем самым завершая расширение стальной трубы. Поскольку нагревается только стальная труба в деформированном участке, деформированная стальная труба легко поддаётся гибке, а толщина стенки и длина расширенной трубы ограничены. Преимущества толкающего экспандера – высокая степень извлечения металла, простота оборудования и низкое энергопотребление. Недостатками являются несколько худшая однородность эксплуатационных характеристик стальной трубы по длине и низкая эффективность производства.
Время публикации: 31 октября 2024 г.