Do những hạn chế về điều kiện phôi và khả năng kéo giãn của máy đột lỗ, kích thước và độ chính xác của ống thô sau khi đột lỗ không đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Ống thô cần được gia công thêm. Có nhiều phương pháp gia công nóng và kéo giãn ống thép liền mạch. Ngoài ba loại máy đã được giới thiệu ở trên, các phương pháp sau đây hiện đang được sử dụng phổ biến.
5.4.1 Máy cán ống tự động
Máy cán ống tự động được phát minh bởi Stephen người Thụy Sĩ vào năm 1903, và tổ hợp máy đầu tiên được thành lập vào năm 1906. Trước những năm 1980, đây là một trong những phương pháp chính để cán nóng ống thép liền mạch. Do những hạn chế về chiều dài ống cán, độ chính xác độ dày thành ống, v.v., nó đã dần được thay thế bằng các tổ hợp cán ống liên tục; hiện nay, tổ hợp cán ống tự động tốt nhất ở nước ta là tổ hợp 400 ở Baotou. Ngoại trừ một số tổ hợp cán ống tự động ở Liên Xô cũ và Đông Âu vẫn còn hoạt động, hầu hết các tổ hợp khác đã bị tháo dỡ. Máy cán ống tự động bao gồm ba phần: máy chính, bàn trước và bàn sau. Máy chính là máy cán dọc hai trục không đảo chiều, đặc trưng bởi một cặp trục lăn hồi tốc độ cao quay ngược chiều được lắp đặt phía sau các trục lăn làm việc. Đồng thời, để đáp ứng nhu cầu hồi ống thép, máy được trang bị cơ cấu nâng nhanh cho trục lăn làm việc phía trên và trục lăn hồi phía dưới. Con lăn làm việc có dạng lỗ tròn. Ống thô được đưa vào từ máy đột dập và máy kéo giãn được cán trong máy cán dạng lỗ hình vành khuyên, bao gồm một lỗ tròn và một đầu (đầu hình nón hoặc đầu hình cầu). Thông thường, quá trình cán được thực hiện hai lượt. Sau mỗi lượt cán, con lăn làm việc phía trên và con lăn hồi phía dưới được nâng lên một độ cao nhất định, và ống thô được đưa trở lại giai đoạn đầu bằng con lăn hồi, sau đó ống đã cán được khôi phục về vị trí làm việc ban đầu, ống thép được xoay 90°, và sau đó lượt cán thứ hai được thực hiện trong cùng một dạng lỗ. Lượng biến dạng của mỗi lượt được điều chỉnh bằng sự khác biệt về đường kính đầu của hai lượt. Sau khi ống thép đã cán được đưa trở lại giai đoạn đầu, nó được di chuyển theo chiều ngang đến máy làm phẳng để làm phẳng. Quá trình biến dạng của nó cũng trải qua ba giai đoạn: làm phẳng, giảm đường kính và giảm độ dày thành.
Ưu điểm của máy cán ống tự động là có thể điều chỉnh linh hoạt các thông số kỹ thuật sản xuất. Về loại thép, phạm vi ứng dụng rộng, có thể sản xuất thép cacbon thấp và trung bình, thép hợp kim thấp, thép không gỉ, v.v.; phù hợp cho sản xuất số lượng nhỏ và đa dạng chủng loại. Nhược điểm là khả năng biến dạng kém, tổng độ giãn nở của hai lần cán chỉ dưới 2,5; độ dày thành ống không đồng đều, thường xuyên xuất hiện các vết xước bên trong, cần phải loại bỏ bằng máy làm phẳng; chiều dài ống thô ngắn, ảnh hưởng đến việc nâng cao năng suất. Hiệu quả sản xuất thấp (tốc độ cán chậm, nhưng trọng lượng nhẹ).
5.4.2 Máy cán ống Accu-Roll
Máy cán ống Accu-Roll bắt đầu xuất hiện ở Yên Đài, Thành Đô và một số nơi khác trong nước vào đầu những năm 1990. Vào thời điểm đó, nó rất phổ biến và có tiềm năng thay thế các máy cán xiên và cán liên tục khác. Tuy nhiên, sau các thử nghiệm thực tế, người ta nhận thấy chiều dài ngắn của ống nguyên liệu được cán đã hạn chế sản xuất các ống dài gấp 3 lần kích thước tiêu chuẩn, và các vết xoắn ốc sâu trên bề mặt ống nguyên liệu khi cán ống thành mỏng ảnh hưởng đến chất lượng bề ngoài của ống thép. Cho đến nay, nó chỉ còn tồn tại ở nước ta, đặc biệt là gần đây một số doanh nghiệp tư nhân đã mới xây dựng một loạt máy cán ống Accu-Roll cỡ nhỏ. Cho đến nay, chưa có báo cáo nào về việc xây dựng loại máy cán ống này ở nước ngoài. Loại máy này không phù hợp để sản xuất ống thép liền mạch đường kính lớn và trung bình. Đó là máy cán xiên hai con lăn nằm ngang với trục gá dài và tấm dẫn hướng chủ động.
Cấu trúc nhà máy có những đặc điểm sau:
Hai con lăn có hình nón. Giống như máy đột lỗ bằng con lăn côn, nó có cả góc cấp liệu và góc cán, sao cho đường kính con lăn tăng dần theo hướng cán, điều này có lợi cho việc giảm ma sát, thúc đẩy sự giãn nở theo chiều dọc của kim loại và giảm biến dạng xoắn bổ sung.
Hai đĩa dẫn hướng chủ động đường kính lớn được sử dụng.
Chế độ vận hành trục gá hạn chế được áp dụng.
Loại trục lăn không có vai trục lăn được sử dụng. Theo báo cáo, điều này khắc phục được vấn đề ASSEL làm giảm lượng giảm độ dày thành ống ở phần vai trục lăn, dẫn đến giảm tuổi thọ trục lăn và ảnh hưởng đến độ đồng đều của thành ống, từ đó cải thiện độ chính xác độ dày thành ống thô.
5.4.3 Máy nâng ống
Phương pháp ép ống để sản xuất ống thép liền mạch được đề xuất bởi Heinrich Erhard người Đức từ năm 1892. Quá trình đột lỗ của thiết bị ép ống ban đầu được chia thành phương pháp đột lỗ thủy lực, sử dụng máy ép thủy lực thẳng đứng để ép phôi thép đặt trong khuôn thành ống thô có đáy hình chén, sau đó sử dụng cần cẩu để lấy ống thô ra, đặt xuống và đặt ống thô hình chén lên trục gá dài. Trục gá được đẩy để ống thô hình chén đi qua một nhóm các lỗ khuôn hình vòng có đường kính giảm dần để đạt được sự giảm đường kính, giảm độ dày thành và tăng chiều dài. Lực biến dạng tập trung ở phần đuôi của cần ép. Sau khi ép, cần phải tháo cần ép và sau đó cắt bỏ đáy hình chén. Đặc điểm của phương pháp này là năng suất thấp, độ dày thành không đồng đều nghiêm trọng và tỷ lệ L/D của ống thép bị hạn chế. Hiện nay, chỉ có phương pháp này được sử dụng để sản xuất ống thép liền mạch đường kính lớn (400-1400m). Một phương pháp khác được gọi là phương pháp CPE, sử dụng phương pháp cán xiên và đục lỗ để sản xuất ống thô, và phương pháp co rút một đầu của ống thô cung cấp ống thô cho máy ép. Phương pháp này có thể cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời khôi phục sức sống cho quá trình sản xuất ống thép liền mạch đường kính nhỏ bằng phương pháp ép.
Ưu điểm của phương pháp nâng bằng kích là:
1) Vốn đầu tư thấp, thiết bị và dụng cụ đơn giản, chi phí sản xuất thấp.
2) Bộ phận nâng hạ có phạm vi mở rộng lớn, lên đến 10-17. Do đó, số lượng thiết bị và dụng cụ cần thiết để cán các sản phẩm tương tự bằng phương pháp nâng hạ có thể ít hơn.
3) Đa dạng về chủng loại và thông số kỹ thuật.
Nhược điểm là độ chính xác về độ dày thành không cao, và dễ xảy ra các khuyết tật do trầy xước trên bề mặt bên trong và bên ngoài.
5.4.4 Ống thép đùn
Phương pháp ép đùn, hay còn gọi là phương pháp đùn ép, đề cập đến phương pháp đặt phôi kim loại vào một thùng chứa “kín” gồm xi lanh đùn, khuôn đùn và thanh đùn, sau đó dùng thanh đùn ép để đẩy kim loại chảy ra khỏi lỗ khuôn đùn nhằm tạo hình dẻo cho kim loại. Đây là phương pháp sản xuất ống thép liền mạch có lịch sử lâu đời. Dựa trên mối quan hệ tương đối giữa hướng lực của thanh đùn và hướng dòng chảy của kim loại, phương pháp ép đùn có thể được chia thành hai loại: ép đùn thuận và ép đùn ngược. Hướng lực của ép đùn thuận cùng chiều với hướng dòng chảy của kim loại, trong khi ép đùn ngược thì ngược lại. Ép đùn ngược có ưu điểm là lực ép đùn nhỏ, tỷ lệ ép đùn lớn, tốc độ ép đùn nhanh, nhiệt độ ép đùn thấp hơn, điều kiện ép đùn được cải thiện, dễ dàng đạt được ép đùn đẳng nhiệt/đẳng áp/tốc độ không đổi, cải thiện hiệu suất cấu trúc sản phẩm và độ chính xác kích thước, giảm lượng kim loại dư thừa sau khi ép đùn và tăng tỷ lệ thu hồi kim loại; Tuy nhiên, quá trình vận hành tương đối bất tiện, và kích thước mặt cắt ngang của sản phẩm bị giới hạn bởi kích thước của thanh đùn.
Công nghệ ép đùn kim loại trong công nghiệp đã có lịch sử hơn 100 năm, nhưng việc sử dụng công nghệ ép đùn nóng trong sản xuất thép chỉ phát triển dần sau khi “Seshi” phát minh ra chất bôi trơn ép đùn thủy tinh vào năm 1941. Đặc biệt, sự phát triển của công nghệ gia nhiệt không oxy hóa, công nghệ ép đùn tốc độ cao, vật liệu khuôn và công nghệ giảm ứng suất đã giúp sản xuất ống thép liền mạch bằng phương pháp ép đùn nóng trở nên kinh tế và hợp lý hơn, nâng cao đáng kể sản lượng và chất lượng, đồng thời mở rộng hơn nữa chủng loại sản phẩm, từ đó thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia.
Hiện nay, sản phẩm ống thép được sản xuất bằng phương pháp ép đùn thường có đường kính ngoài từ 18,4 đến 340mm, độ dày thành tối thiểu có thể đạt 2mm, chiều dài khoảng 15m, và ống có đường kính nhỏ hơn có thể đạt đến 60m. Công suất của máy ép đùn thường từ 2000 đến 4000 tấn, và tối đa là 12000 tấn.
So với các phương pháp cán nóng khác, sản xuất ống thép liền mạch bằng phương pháp đùn có những ưu điểm sau:
Giảm số bước xử lý, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư mà vẫn đạt được sản lượng tương đương.
Do kim loại được ép đùn ở trạng thái ứng suất nén ba chiều, nó có thể tạo ra các vật liệu khó hoặc không thể cán và rèn, chẳng hạn như hợp kim gốc niken.
Do lượng kim loại biến dạng lớn trong quá trình ép đùn (tỷ lệ ép đùn lớn) và quá trình biến dạng hoàn toàn diễn ra trong thời gian rất ngắn, sản phẩm có cấu trúc đồng nhất và hiệu năng tốt.
Sản phẩm có rất ít khuyết điểm trên bề mặt bên trong và bên ngoài, và độ chính xác về kích thước hình học rất cao.
Cơ cấu sản xuất linh hoạt, phù hợp với sản xuất theo lô nhỏ và đa dạng chủng loại.
Máy này có thể sản xuất ống và ống composite lưỡng kim có tiết diện phức tạp.
Nhược điểm là:
1) Yêu cầu cao đối với chất bôi trơn và hệ thống sưởi, làm tăng chi phí sản xuất.
2) Ngoài ra còn có tuổi thọ dụng cụ thấp, tiêu hao nhiên liệu lớn và giá thành cao.
3) Tỷ lệ sản lượng thấp, làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm.
5.4.5 Cán ống theo chu trình (cán ống Pilger) cán ống
Máy cán ống tuần hoàn được đưa vào sản xuất công nghiệp năm 1990. Đó là máy cán một khung hai trục. Trên trục cán có lỗ tiết diện thay đổi. Hai trục cán quay ngược chiều nhau, và ống thô được đưa vào theo hướng ngược lại với trục cán. Trục cán quay một vòng và đẩy ống thô ra ngoài, làm giảm đường kính, giảm độ dày thành ống và hoàn thiện lỗ để hoàn thành quá trình cán một đoạn ống thô. Sau đó, ống thô lại được đưa vào để cán tiếp. Ống thô cần được tuần hoàn qua lại trong lỗ nhiều lần để hoàn thành toàn bộ quá trình cán, vì vậy nó được gọi là máy cán ống tuần hoàn, hay còn gọi là máy cán ống Pilger. Ống được xử lý tuần hoàn bằng lỗ trục cán tiết diện thay đổi, và các thao tác cấp liệu và quay của vật liệu ống được kết hợp để làm cho thành ống trải qua nhiều biến dạng tích lũy nhằm đạt được độ giảm độ dày thành và độ giãn dài lớn hơn.
Đặc điểm của phương pháp sản xuất này là:
1) Nó phù hợp hơn cho việc sản xuất ống thành dày, với độ dày thành có thể đạt từ 60-120mm;
2) Phạm vi các loại thép được gia công tương đối rộng. Do phương pháp biến dạng là sự kết hợp giữa rèn và cán, nó có thể sản xuất ống từ các kim loại có độ dẻo thấp và khó biến dạng, và các tính chất cơ học của ống thép rất tốt.
3) Chiều dài của ống thép cán rất lớn, lên đến 35m.
4) Năng suất của máy cán ống thường thấp, khoảng 60-80%, do đó sản lượng thấp; vì vậy, để cân bằng, cần trang bị máy đột lỗ cùng với hai máy cán ống định kỳ.
5) Phần đuôi không thể được xử lý, dẫn đến tổn thất lớn khi cắt và tỷ lệ năng suất thấp.
6) Chất lượng bề mặt kém và độ dày thành tường không đồng đều nghiêm trọng.
7) Lượng tiêu hao dụng cụ lớn, thường từ 9-35kg/tấn.
5.4.6 Sự giãn nở nhiệt của ống thép
Đường kính ngoài tối đa của ống thép thành phẩm được sản xuất bằng các dây chuyền cán nóng ống thép liền mạch là nhỏ hơn 530mm đối với các dây chuyền cán ống tự động; nhỏ hơn 460mm đối với các dây chuyền cán ống liên tục; và nhỏ hơn 660mm đối với các cọc lớn. Khi cần ống thép có đường kính lớn hơn, ngoài phương pháp ép đùn và phương pháp ép nóng, có thể sử dụng phương pháp giãn nở nhiệt ống thép. Phương pháp này hiện có thể sản xuất ống thành mỏng với đường kính ngoài tối đa 1500mm đối với ống thép liền mạch.
Có ba phương pháp giãn nở nóng cho ống thép: cán xiên, kéo và đẩy. Ba phương pháp này bắt đầu từ những năm 1930. Cán xiên và kéo đòi hỏi phải nung nóng toàn bộ ống thép trước khi tiến hành gia công biến dạng, trong khi phương pháp đẩy không cần nung nóng toàn bộ ống thép.
Máy cán mở rộng xiên:
Quy trình giãn nở bằng cán xiên như sau: vật liệu ống đã được nung nóng được vận chuyển đến máy giãn nở bằng cán xiên để giãn nở. Máy giãn nở bằng cán xiên bao gồm hai con lăn có hình dạng giống nhau. Trục của hai con lăn tạo một góc 30° với đường cán, và hai con lăn được dẫn động riêng biệt bằng động cơ để quay cùng chiều. Nút chặn tham gia vào quá trình biến dạng trong vùng biến dạng giãn nở, và ống thép chuyển động xoắn ốc trong vùng biến dạng. Thành ống được cán bởi các con lăn và nút chặn sao cho đường kính giãn nở được mở rộng và độ dày thành ống được làm mỏng đi. Lực dọc trục của nút chặn được chịu bởi thanh đẩy, có thể được bố trí ở phía đầu vào hoặc lắp đặt ở phía đầu ra.
Phương pháp cán mở rộng xiên có thể sản xuất ống thép có độ dày thành từ 6 đến 30 mm và đường kính ngoài tối đa 710 mm. Nhược điểm của phương pháp này là để lại các vết xoắn ốc trên bề mặt trong và ngoài của ống thép, làm giảm chất lượng bề mặt. Vì lý do này, cần phải lắp đặt thêm máy làm phẳng và máy định cỡ. Loại máy cán mở rộng này có thiết bị lớn, chi phí đầu tư cao và một số hạn chế về chủng loại, không thể sản xuất ống có thành dày.
Vẽ máy mở rộng:
Phương pháp kéo giãn có năng suất thấp nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi do thiết bị và quy trình đơn giản, dễ cơ giới hóa. Máy kéo giãn có thể được sử dụng cho cả kéo giãn nguội và kéo giãn nóng. Khi lượng giãn nở không lớn và cần cải thiện các đặc tính vật lý, cơ học và độ chính xác kích thước của ống thép, có thể sử dụng phương pháp kéo giãn nguội. Quy trình kéo giãn nóng ống thép bao gồm: nung nóng vật liệu ống, giãn nở đầu ống, giãn nở và kéo giãn, làm thẳng, cắt đầu và đuôi, và kiểm tra. Tỷ lệ giãn nở của mỗi lần nung nóng là 60-70%, và có thể sản xuất ống thép có đường kính tối đa 750mm.
Nguyên lý hoạt động chính của phương pháp giãn nở nóng bằng cách kéo giãn là: sử dụng một nhóm (thường từ 1-4) các nút có đường kính tăng dần, được đưa vào và luồn dọc theo toàn bộ chiều dài lỗ bên trong của ống thép, làm cho đường kính của ống thép được giãn nở, độ dày thành ống giảm đi và chiều dài giảm đi một chút.
Các dụng cụ chính của máy kéo giãn ống thép bao gồm các chốt giãn nở, nút giãn nở và thanh đẩy. Ưu điểm là thiết bị đơn giản, vận hành thuận tiện và dễ sử dụng; đa dạng chủng loại và quy cách sản phẩm, có thể sản xuất cả ống thép hình chữ nhật và các hình dạng đặc biệt khác. Nhược điểm là chu kỳ sản xuất dài, năng suất thấp và tiêu hao dụng cụ và kim loại cao.
Máy giãn nở kiểu đẩy: Nguyên lý hoạt động của máy giãn nở kiểu đẩy là đặt ống thép thô vào cuộn cảm ứng tần số trung bình. Sau khi gia nhiệt bằng cảm ứng tần số trung bình, piston xi lanh thủy lực hoặc đầu đẩy của tời di chuyển để đẩy đuôi ống thép sao cho thép đi qua lõi hình nón cố định theo trục từ đầu ống theo trình tự để đạt được mục đích giãn nở; khi đuôi ống thép được đẩy vào lõi, một ống thép mới cần gia công được thêm vào phía sau, và đầu đẩy quay trở lại để tiếp tục đẩy đuôi ống thép mới. Đầu ống thép mới đẩy đuôi ống thép trước đó xuyên qua lõi, do đó hoàn thành việc giãn nở ống thép. Vì chỉ có ống thép trong phần biến dạng được gia nhiệt, nên ống thép biến dạng dễ bị uốn cong, và độ dày thành ống cũng như chiều dài của ống giãn nở bị hạn chế. Ưu điểm của máy giãn nở kiểu đẩy là tỷ lệ thu hồi kim loại cao, thiết bị đơn giản và tiêu thụ năng lượng thấp. Nhược điểm là tính ổn định về hiệu suất của ống thép theo chiều dài hơi kém và hiệu suất sản xuất thấp.
Thời gian đăng bài: 31 tháng 10 năm 2024