Из-за ограничений, связанных с условиями заготовки и возможностями перфорационного станка, размеры и точность черновой трубы после перфорации не соответствуют требованиям заказчика. Черновая труба требует дальнейшей обработки. Существует множество методов горячей обработки и удлинения бесшовных стальных труб. Помимо трех типов станков, описанных 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 первые установки были созданы в 1906 году. До 1980-х годов это был один из основных методов горячей прокатки бесшовных стальных труб. Из-за ограничений по длине прокатываемой трубы, точности толщины стенки и т. д., он постепенно был заменен непрерывными трубопрокатными установками; в настоящее время лучшей автоматической трубопрокатной установкой в нашей стране является установка № 400 в Баотоу. За исключением некоторых автоматических трубопрокатных установок в бывшем Советском Союзе и Восточной Европе, которые все еще используются, большинство остальных были демонтированы. Автоматический трубопрокатный стан состоит из трех частей: основного стана, переднего и заднего столов. Основной стан представляет собой двухвалковый необратимый продольно-прокатный стан, который характеризуется наличием пары высокоскоростных реверсивно вращающихся возвратных валков, установленных за рабочими валками. В то же время, для обеспечения возврата стальных труб, предусмотрен быстроподъемный механизм для верхнего рабочего валка и нижнего возвратного валка. Рабочий вальцовый стан имеет круглое отверстие. Необработанная труба, поступающая с пробивного и растяжного станков, прокатывается в кольцевом вальцовом станке, состоящем из круглого отверстия и головки (конической или сферической). Обычно прокатка выполняется в два прохода. После каждого прохода верхний рабочий вальцовый станок и нижний возвратный вальцовый станок поднимаются на определенную высоту, а необработанная труба возвращается на переднюю платформу возвратным вальцовым станком. Затем прокатанная труба возвращается в исходное рабочее положение, стальная труба поворачивается на 90°, после чего выполняется второй проход в том же вальцовом станке. Величина деформации каждого прохода регулируется разницей в диаметре головок двух проходов. После возвращения прокатанной стальной трубы на переднюю платформу она перемещается горизонтально к выравнивающему станку для выравнивания. Процесс ее деформации также проходит три этапа: сплющивание, уменьшение диаметра и уменьшение толщины стенки.
Преимущество автоматических трубопрокатных станов заключается в гибкой настройке параметров производства. Что касается типов стали, диапазон применения широк, и можно производить низко- и среднеуглеродистую сталь, низколегированную сталь, нержавеющую сталь и т. д.; стан подходит для мелкосерийного и многовидового производства. Недостатки: низкая деформационная способность, общее удлинение за два прохода составляет менее 2,5; неравномерная толщина стенок, частое образование внутренних царапин, которые необходимо устранять с помощью выравнивающей машины; малая длина черновой трубы, что влияет на повышение выхода годной продукции; низкая производительность (медленный ритм прокатки, но малый вес).
5.4.2 Трубопрокатный стан Accu-Roll
Трубопрокатный стан Accu-Roll был запущен в производство в Яньтае, Чэнду и других городах моей страны в начале 1990-х годов. В то время он пользовался большой популярностью и имел все шансы заменить другие косопрокатные и непрерывно-прокатные установки. Однако после практических испытаний выяснилось, что малая длина прокатываемых труб ограничивает производство труб некоторых спецификаций в 3 раза большей длины, а глубокие спиральные следы на поверхности тонкостенных труб при прокатке влияют на качество внешнего вида стальных труб. До сих пор он сохранился только в моей стране, особенно в последнее время некоторые частные предприятия построили партию небольших трубопрокатных станов Accu-Roll. Пока нет сообщений о строительстве трубопрокатных станов этого типа за рубежом. Этот тип оборудования не подходит для производства бесшовных стальных труб большого и среднего диаметра. Это двухвалковый горизонтальный косопрокатный стан с длинным дорном и активной направляющей плитой.
Конструкция мельницы имеет следующие характеристики:
Два ролика имеют коническую форму. Подобно пробивному станку с коническими роликами, он имеет как угол подачи, так и угол прокатки, благодаря чему диаметр ролика постепенно увеличивается вдоль направления прокатки, что способствует уменьшению скольжения, стимулирует продольное растяжение металла и снижает дополнительную деформацию кручения.
Используются два активных направляющих диска большого диаметра.
Применяется режим работы с ограниченным количеством оправок.
Используется роликовый тип без опорной части. Сообщается, что это позволяет преодолеть проблему, связанную с тем, что система ASSEL уменьшает величину уменьшения толщины стенки в области опорной части ролика, что снижает срок службы ролика и эффект равномерности стенки, тем самым повышая точность толщины стенки черновой трубы.
5.4.3 Прокладка труб методом продавливания
Метод пробивки труб для производства бесшовных стальных труб был предложен немецким Генрихом Эрхардом еще в 1892 году. Процесс пробивки в ранних установках для пробивки труб делился на гидравлический метод пробивки, при котором вертикальный гидравлический пресс сжимал стальной слиток, помещенный в форму, в черновую трубу с чашеобразным дном, а затем кран извлекал черновую трубу, укладывал ее и надевал на длинный стержень чашеобразную черновую трубу. Стержень проталкивался, заставляя чашеобразную черновую трубу проходить через группу кольцевых отверстий матрицы с уменьшающимся диаметром, обеспечивая уменьшение диаметра, уменьшение толщины стенки и удлинение. Вся деформационная сила концентрируется в хвостовой части пробивного стержня. После пробивки стержень необходимо было удалить, а затем срезать чашеобразное дно. Характерными особенностями метода являются низкая производительность, значительная неравномерность толщины стенки и ограниченное соотношение длины к диаметру стальной трубы. В настоящее время для производства бесшовных стальных труб большого диаметра (400-1400 м) используется только этот метод. Другой метод называется методом CPE, который использует косую прокатку и перфорацию для производства черновых труб, а также метод усадки одного конца черновой трубы для подготовки черновых труб к использованию в продавливающей машине. Это позволяет улучшить производство и качество продукции, а также возобновить производство бесшовных стальных труб малого диаметра методом продавливания.
Преимущества метода подъема с помощью домкрата заключаются в следующем:
1) Низкие инвестиции, простое оборудование и инструменты, а также низкая себестоимость производства.
2) Вылет подъемного устройства достаточно большой, до 10-17. Поэтому количество оборудования и инструментов, необходимых для прокатки аналогичных изделий методом подъема, может быть меньше.
3) Широкий ассортимент разновидностей и технических характеристик.
Недостатком является невысокая точность измерения толщины стенок, а также склонность к образованию царапин на внутренних и внешних поверхностях.
5.4.4 Экструдированная стальная труба
Так называемый метод экструзии — это способ размещения металлической заготовки в «закрытом» контейнере, состоящем из экструзионного цилиндра, экструзионной матрицы и экструзионного стержня, и приложения давления экструзионным стержнем для выталкивания металла через отверстие экструзионной матрицы с целью получения металлической пластической деформации. Это метод производства бесшовных стальных труб с давней историей. В зависимости от соотношения направления силы экструзионного стержня и направления потока металла, метод экструзии можно разделить на два типа: положительная экструзия и обратная экструзия. Направление силы при положительной экструзии совпадает с направлением потока металла, тогда как при обратной экструзии — противоположное. Обратная экструзия обладает такими преимуществами, как малая сила экструзии, большое соотношение экструзии, высокая скорость экструзии, более низкая температура экструзии, улучшенные условия экструзии, легкость достижения изотермической/изобарической/экструзии с постоянной скоростью, улучшенные структурные характеристики изделия и точность размеров, снижение избытка давления металла в конце экструзии и повышенная степень извлечения металла; однако ее эксплуатация относительно неудобна, а размер поперечного сечения изделия ограничен размером экструзионного стержня.
Применение технологии экструзии металла в промышленности имеет более чем столетнюю историю, но использование технологии горячей экструзии в производстве стали постепенно развивалось после изобретения компанией «Сеши» в 1941 году смазки для экструзии стекла. В частности, разработка неокислительного нагрева, высокоскоростной экструзионной технологии, материалов для пресс-форм и технологии снижения напряжения сделали производство бесшовных стальных труб методом горячей экструзии более экономичным и рациональным, значительно повысив производительность и качество, а также расширив ассортимент, что привлекло внимание различных стран.
В настоящее время ассортимент стальных труб, производимых методом экструзии, в основном включает: наружный диаметр: 18,4–340 мм, минимальная толщина стенки может достигать 2 мм, длина составляет около 15 м, а трубы малого диаметра могут иметь длину до 60 м. Производительность экструдера обычно составляет 2000–4000 тонн, а максимальная – 12000 тонн.
По сравнению с другими методами горячей прокатки, производство экструдированных бесшовных стальных труб имеет следующие преимущества:
Меньшее количество этапов обработки позволяет сэкономить средства при том же объеме производства.
Поскольку экструдированный металл находится в трехмерном состоянии сжимающего напряжения, из него можно получать материалы, которые трудно или невозможно прокатывать и ковать, например, сплавы на основе никеля.
Благодаря значительной деформации металла в процессе экструзии (большому коэффициенту экструзии) и тому, что вся деформация завершается за очень короткое время, изделие имеет однородную структуру и хорошие эксплуатационные характеристики.
На внутренних и внешних поверхностях наблюдается мало дефектов, а точность геометрических размеров высока.
Организация производства отличается гибкостью и подходит для мелкосерийного и многовидового производства.
Она способна производить трубы и биметаллические композитные трубы со сложным сечением.
Недостатками являются:
1) Высокие требования к смазочным материалам и нагреву, что увеличивает производственные затраты.
2) А также короткий срок службы инструмента, большой расход материала и высокие цены.
3) Низкий выход продукции снижает ее конкурентоспособность.
5.4.5 Прокатка труб на трубопрокатном стане циклического типа (трубопрокатный стан Пильгера).
В 1990 году в промышленное производство был введен трубопрокатный стан с циклическим вращением валков. Это однорамный двухвалковый стан. На валках имеется отверстие переменного сечения. Два валка вращаются в противоположных направлениях, и черновая труба подается в противоположном направлении от валков. Валок совершает один оборот и выталкивает черновую трубу, уменьшая ее диаметр, толщину стенки и завершая прокатку участка черновой трубы в отверстии. Затем черновая труба снова подается для прокатки. Для завершения всего процесса прокатки черновая труба должна многократно вращаться в отверстии, поэтому стан называется станом периодической прокатки труб, также известным как прокатный стан Пильгера. Труба периодически обрабатывается в отверстии валков переменного сечения, а операции подачи и вращения материала трубы объединяются, чтобы вызвать многократные суммарные деформации стенки трубы для получения большего уменьшения толщины стенки и удлинения.
Характеристики данного метода производства следующие:
1) Он больше подходит для производства толстостенных труб, толщина стенок которых может достигать 60-120 мм;
2) Диапазон обрабатываемых типов стали достаточно широк. Поскольку метод деформации представляет собой сочетание ковки и прокатки, можно производить трубы из малопластичных и труднодеформируемых металлов, обладающие превосходными механическими свойствами.
3) Длина прокатанных стальных труб велика и достигает 35 м.
4) Производительность прокатного стана низкая, обычно 60-80%, поэтому выход продукции невелик; следовательно, для балансировки пробивного стана необходимо оснастить его двумя периодически расположенными трубопрокатными станами.
5) Хвостовая часть не подлежит обработке, что приводит к большим потерям при резке и низкому выходу готовой продукции.
6) Низкое качество поверхности и серьёзная 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 горячей прокатки бесшовных стальных труб, составляет менее 530 мм для автоматических трубопрокатных установок; менее 460 мм для установок непрерывной прокатки; и менее 660 мм для крупных свай. При необходимости получения стальной трубы большего диаметра, помимо метода продавливания и экструзии, может использоваться метод горячей деформации стальных труб. В настоящее время этот метод позволяет производить тонкостенные трубы с максимальным наружным диаметром 1500 мм для бесшовных стальных труб.
Существует три метода горячей прокатки стальных труб: косая прокатка, волочение и продавливание. Эти три метода появились в 1930-х годах. Косая прокатка и волочение требуют нагрева стальной трубы целиком перед проведением деформационной обработки, в то время как метод продавливания не требует нагрева всей стальной трубы.
Косовалковая расширительная машина:
Технологический процесс косой прокатки и расширения трубы выглядит следующим образом: нагретый материал трубы подается в машину для косой прокатки и расширения. Машина для косой прокатки и расширения состоит из двух одинаковых валков. Оси обоих валков расположены под углом 30° к линии прокатки, и каждый валок приводится в движение отдельным двигателем, вращающимся в одном направлении. В зоне расширения происходит деформация с помощью плунжера, в результате чего стальная труба совершает спиральное движение в этой зоне. Стенка трубы прокатывается валками и плунжером, увеличивая диаметр расширения и уменьшая толщину стенки. Осевая сила плунжера воспринимается толкателем, который может быть расположен на входной или выходной стороне.
Косая прокатка позволяет производить стальные трубы с толщиной стенки от 6 до 30 мм и максимальным наружным диаметром 710 мм. Ее недостаток заключается в наличии остаточных спиральных следов на внутренней и внешней поверхностях стальной трубы, что снижает качество поверхности. По этой причине необходимо устанавливать калибровочную и сортировочную машины. Этот тип прокатного оборудования требует значительных габаритов, высоких инвестиционных затрат и определенных ограничений по ассортименту, а также не позволяет производить толстостенные трубы.
Машина для расширения чертежей:
Расширение при вытяжке — это метод производства с низкой производительностью, но он все еще используется благодаря простоте оборудования и процесса, а также легкости механизированной эксплуатации. Станок для расширения при вытяжке может использоваться как для холодной, так и для горячей вытяжки. Когда степень расширения невелика, а необходимо улучшить физико-механические свойства и точность размеров стальной трубы, можно использовать холодное расширение при вытяжке. Технологический процесс горячей вытяжки стальных труб включает нагрев материала трубы, расширение концов трубы, расширение и вытяжку, выпрямление, обрезку торцов и концов, а также контроль качества. Степень расширения при каждом нагреве составляет 60-70%, а максимальный диаметр стальных труб может достигать 750 мм.
Основной принцип работы горячерасширяющей трубы заключается в следующем: через группу (обычно 1-4) пробок с постепенно увеличивающимся диаметром вставляют и пропускают по всей длине внутреннее отверстие стальной трубы, в результате чего диаметр стальной трубы расширяется, толщина стенки уменьшается, а длина незначительно сокращается.
Основными инструментами волочильно-расширительного станка являются распорные заглушки, распорные заглушки и выталкивающие стержни. Преимуществами являются простота оборудования, удобство эксплуатации и легкость освоения; широкий ассортимент продукции и спецификаций, а также возможность производства прямоугольных и других стальных труб специальной формы. Недостатками являются длительный производственный цикл, низкая производительность и высокий расход инструмента и металла.
Расширитель проталкивающего типа: Принцип работы расширителя проталкивающего типа заключается в помещении заготовки стальной трубы в индукционную катушку средней частоты. После индукционного нагрева поршень гидравлического цилиндра или толкающая головка лебедки перемещаются, проталкивая конец стальной трубы, так что сталь последовательно проходит через аксиально закрепленный конический стержень от головки трубы, обеспечивая расширение; когда конец стальной трубы проталкивается в стержень, за ним добавляется новая стальная труба, подлежащая обработке, и толкающая головка возвращается, продолжая проталкивать конец новой стальной трубы. Головка новой стальной трубы проталкивает конец предыдущей стальной трубы через стержень, тем самым завершая расширение стальной трубы. Поскольку нагревается только деформированная стальная труба, деформированная стальная труба легко гнется, а толщина стенки и длина расширенной трубы ограничены. Преимуществами расширителя проталкивающего типа являются высокая степень извлечения металла, простота оборудования и низкое энергопотребление. Недостатками являются несколько низкая стабильность характеристик стальной трубы по длине и низкая производительность.
Дата публикации: 31 октября 2024 г.