Трубы по конструкции

В связи с вводом в металлургической промышленности машин непрерывного литья заготовок в трубном производстве также начали применять круглые и квадратные заготовки, полученные с этих установок. В большинстве случаев используют машины радиального типа и трехвалковые прокатные клети. Использование их для производства труб аналогично использованию катаной заготовки (круглых — на прошивных станах; квадратных — на прессах). Высокая эффективность непрерывной разливки стали снижает стоимость трубной заготовки, а качество ее близко к качеству обычной катаной заготовки, и поэтому этот вид заготовки получит широкое распространение в трубной промышленности.

При производстве труб из легированных труднодеформируе-мых сталей на пилигримовых и автоматических станах используют полую центробежнолитую заготовку с наружным диаметром до 900 мм. Качество центробежнолитой заготовки намного выше, чем обычных литых слитков, однако ее распространение ограничивается высокой ценой.

В случае затруднения получения  заготовки диаметром более 300 мм прокаткой такие заготовки получают ковкой, обкатывают и просверливают. Используют кованые заготовки обычно при производстве труб из высоколегированных сталей и для ответственного назначения на агрегатах с пилигримовыми станами.

Таким образом, при производстве бесшовных труб наиболее широко используют круглые (граненые) слитки и круглую катаную заготовку.

Подготовка слитков и заготовки  к прокатке заключается в удалении поверхностных дефектов, раскрое на мерные длины и центровке.

Состояние наружной поверхности слитков и заготовки определяет качество наружной поверхности труб, поскольку такие дефекты значительно увеличиваются при прокатке. Поэтому наружные дефекты в виде плен, трещин, закатов, волосовин и т. и. удаляются вырубкой пневматическими зубилами плп огневой зачисткой специальными газовыми горелками. Участок после удаления дефекта должен быть пологим, с плоским дном и без резких переходов от дна к поверхности заготовки или слитка. Применяют также зачистку дефектов наждачным кругом.

Катаная заготовка имеет обычно длину значительно большую, чем требуется для прокатки трубы заданной длины. Раскрой заготовок на требуемые мерные длины может проводиться перед нагревом заготовки в холодном состоянии (ломка на гидравлическом прессе, резка на пресс-ножницах и пилах) и в горячем состоянии (разрезка на ножницах или пилах).

Пресс-ножницы применяют для  разрезки заготовки из углеродистой и легированной стали ((Тв до 600 МПа) диаметром до 140 мм. Заготовки большего диаметра и из стали с большим Стд ломают на гидравлических прессах. Качество поверхности торца при ломке несколько лучше, чем при резке ножницами. Наилучшее качество торца дают дисковые пилы, однако из-за их низкой производительности их используют главным образом для резки высокоуглеродистой и легированной стали, а также квадратной заготовки.

В горячем состоянии разрезка заготовки  проводится после нагрева в специальных  многокамерных нагревательных печах, требующих для удовлетворительной работы нагреваемых штанг значительной длины.

Зацентровка заготовок преследует целью максимальное совмещение носка оправки при прошивке с осью прошиваемой заготовки, что уменьшает разностенность гильзы и, следовательно, разностенность готовой трубы. На переднем торце слитка или заготовки наносится цилиндрическое углубление (глубина до 35 мм, диаметр до 30 мм) сверлением на токарном станке, выжиганием кислородно-ацетиленовым пламенем или выдавливанием отверстия на горячей заготовке пневматическими машинами или гидравлическим прессом.

Нагрев слитков и заготовки проводят в пламенных или электрических печах. Нагрев в электрических (индукционных) печах требует значительной затраты электроэнергии и поэтому все еще не получил широкого распространения. Основным видом нагрева металла перед прокаткой является нагрев в пламенных печах, отапливаемых газом: ролевых или перекатных, туннельного типа, кольцевых и секционных многокамерных. Во всех нагревательных печах осуществляется методический нагрев: слитки или заготовки постепенно из зоны более низких температур поступают в зону более высоких температур.[4]

Ролевые или  перекатные печи для нагрева слитков и круглой заготовки имеют наклонный иод (6—12 %), что облегчает их передвижение. Слитки передвигают в печи при помощи специальных кантовальных машин. Печи этой конструкции требуют большой затраты тяжелого физического труда и поэтому вытесняются печами других более совершенных конструкций.

Кольцевые печи (применяемые для заготовок диаметром 100— 350 мм) имеют рабочее пространство в форме замкнутого пустотелого кольца, образуемого наружной и внутренней стенками, подвесным сводом и вращающимся подом. На вращающийся под специальной машиной укладывают нагреваемые заготовки; аналогичной по конструкции машиной после нагрева заготовки, совершившие полный оборот в печи, извлекают из печи. Эти машины представляют собой тележку, имеющую на конце длинный хобот с клещами. Кольцевые печи — высокопроизводительный современный агрегат для нагрева заготовки, имеющий высокие технико-экономические показатели.

Проходные секционные печи состоят из ряда (свыше 50) отдельных камер — секций. Транспортирование длинных штанг осуществляется приводными водоохлаждаемыми роликами, расположенными между секциями. Длинные штанги, проходя через ряд секций, постепенно нагреваются до температуры прокатки.

Ролевые (перекатные) печи применяют в агрегатах с пилигримовыми и автоматическими станами; туннельные печи применяют в агрегатах с пилигримовым станом; кольцевые печи — в трубопрокатных агрегатах всех типов; секционные печи —в трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом.

Прокатка труб на короткой оправке

Прокатка труб в двухвалковых нереверсивных станах на короткой оправке  — самый распространенный метод  производства бесшовных труб.(табл.2) На агрегатах с такими станами прокатывают трубы диаметром 30—426 мм по ГОСТ 8732—70. Из различных конструкций двухвалковых станов для прокатки на короткой оправке в настоящее время применяются два типа: одноклетевые двухвалковые станы с роликами обратной подачи трубы (автомат-станы) и двухвалковые станы последовательного расположения (тандем-станы).

В соответствии с сортаментом выпускаемых труб агрегаты делят на три типоразмера: малые (диаметр труб до 140 мм), средние (диаметр труб до 250 мм) и большие (диаметр труб до до 400 мм). Состав агрегатов разных типоразмеров различен. В процессе производства происходит как осевое (вдоль оси), так и поперечное (перпендикулярно к оси) перемещение заготовки-трубы. При компоновке оборудования стремятся, чтобы осевое перемещение было рабочим (прошивка, прокатка и т. п.), а поперечное — транспортным; поперечное перемещение осуществляется перекатыванием по наклонным стеллажам, т. е. за счет использования силы тяжести. Это приводит к так называемому каскадному расположению: каждый последующий стан, входящий в состав агрегата, находится на более низкой отметке.

Технологический процесс на всех агрегатах этого типа происходит в следующей последовательности. Нагретая заготовка после зацентровки подается в прошивной стан и прошивается в гильзу; на больших (иногда и средних) агрегатах полученная гильза раскатывается во втором прошивном стане. Затем гильза раскатывается в двухвалковом стане на короткой оправке (в два прохода в одной клети или в двух последовательно установленных клетях). Для устранения неравномерности толщины стенки по сечению и рисок после прокатки на короткой оправке проводится обкатка труб в обкатных станах, имеющих два или три косораспо-ложенных валка; из-за их более низкой производительности в состав агрегата обычно входят два обкатных стана (риллинг-стана). Для получения заданных размеров труб проводится их прокатка в многоклетевом калибровочном стане. Для получения труб диа-

Таблица 2. Примерный состав некоторых агрегатов с двухвалковыми  станами горячей прокатки на короткой оправке

метром менее 57 мм (практически  менее 76 мм) используют многоклетевые  редукционные станы. Таким образом, основным формоизменяющим прокатным оборудованием являются прошивной, автоматический, обкатной, калибровочный и редукционный станы. Ниже кратко рассматривается конструкция этих станов.

В агрегатах с автоматическим станом наибольшее распространение  получили валковые прошивные станы; в агрегате с тандем-станом применен прошивной стан с грибовидными валками.

Главная линия автоматического  стана (нереверсивного двухвалкового  стана для прокатки труб на копоткой оправке) состоит из электродвигателя, редуктора шестеренной клети, универсальных шпинделей и рабочей клети- автоматический стан (рис. 1) также оборудован приемным желобом толкателем, направляющим гильзу в рабочую клеть, выходным столом с проводками, на котором установлен стержень / с оправкой 4, роликами обратной подачи 3 с механизмом 2 их сближения и передним столом, на котором также установлен механизм смены оправок.

В качестве главного двигателя  используют двигатели переменного  и постоянного тока мощностью 600—900 для малых 900-. 1400 для средних и 1300-1900 кВт для больших станов. Двигатели постоянного тока, обеспечивающие широкие пределы регулирования, имеют технологические преимущества.

Редуктор, предназначенный  для понижения числа оборотов и шестеренная клеть для разделения крутящего момента по двум валкам имеют обычную для прокатных станов конструкцию Учитывая, что время прокатки составляет только 10—12 % от общего цикла в главной линии автоматического стана по обе стороны редуктора установлены маховики. Конструкция универсальных шпинделей позволяет осуществить значительный подъем верхнего валка.

Рис. 1. Расположение оборудования малого трубопрокатного  агрегата с одноклеетвым станом прокатки на короткой оправке автоматическим станом: 1 - загрузочная машина; 2 - кольцевая печь; 3 - выгрузочная машина; 4 — подводящий рольганг; 5 — зацентровщнк заготовок; 6 — наклонный стеллаж перед прошивным станом; 7 - прошивной стан; 8 - выходная сторона прошивного стана; 9 - наклонный стеллаж между прошивным и автоматическим станом; 10 - вталкиватель; 11 - печь для нагрева гильз перед автоматическим станом; 12 – выталкиватель; 13 - передний стол автоматического стана; 14 - автоматический стан; I5 - задний стол автоматического стана; 16 - вводные рольганги обкатных станов; 17 - обкатные станы (риллинг-станы); 18 - выводные рольганги; 19 - транспортный рольганг; 20 - калибровочный стан- 21 - выводной рольганг калибровочного стана; 22 - выталкиватель подогревательной печи; 23 - подогревательная печь; 24 - вводной рольганг редукционного стана;

25 — редукционный  стан; 26 — выводной рольганг редукционного стана; 27 - охладительный стол; 28 — правильные станы

Рабочая   клеть  автоматического стана (рис. 2) имеет  две станины закрытого или  открытого типа с общей съемной  крышкой. Валки монтируются в  многорядных конических роликовых  подшипниках или текстолитовых вкладышах. Особенностью автоматического стана является клиновое устройство, предназначенное для быстрого подъема верхнего валка по окончании прокатки трубы. Клин перемещается вдоль осп валков с помощью горизонтального пневматического цилиндра, установленного на кронштейне сбоку одной из станин. Валки имеют обычно несколько калибров, которые используют поочередно. Современные станы имеют только один калибр; перевалка в этом случае проводится клетями (рис.3).

Приемный желоб установлен на переднем столе, который перемещается вдоль рабочих валков. При переходе на прокатку в новом калибре стол передвигают так, чтобы желоб был бы установлен против соответствующего калибра. Задачу гильзы в валки осуществляют пневматическим толкателем или специальным задающекантующим механизмом, имеющим продольные задающие ролики. Эти ролики перед вторым проходом устанавливают гильзу в таком положении, что ее больший диаметр является вертикальным. На передней стороне рабочей клети автоматического стана также установлен механизм для смены оправки после каждого прохода. Применяются также несменяемые долгостоящие оправки. На выходном столе установлены проводки, которые направляют движение трубы при ее выходе из стана, а также удерживают стержень от продольного изгиба. В конце выходного стола расположен упор для закрепления стержня.

После каждого прохода  труба возвращается на входную сторону  роликами обратной подачи, вращающимися в направлении, обратном вращению рабочих валков. Для возврата трубы на входную сторону верхний рабочий валок поднимается пневматическим клиновым устройством, а нижний ролик обратной подачи поднимается грузовым и пневматическим механизмом и прижимает трубу к верхнему ролику обратной подачи. Вследствие трения роликов о трубу она передается на входную сторону. Привод роликов осуществляется через универсальные шпиндели и редуктор от электродвигателя постоянного тока..

Рис. 2. Линия прокатки автоматического стана

Рис. 3. Рабочая клеть  автоматического стана

Технологический процесс прокатки труб на трубопрокатных агрегатах отражает таблица прокатки, которая содержит размеры заготовки и прокатываемых труб по операциям, распределение деформации между станами, размеры прокатного инструмента, настройку станов и режим их работы. Правильно составленная таблица прокатки на основе тщательно разработанного технологического процесса обеспечивает высокую производительность стана, хорошее качество труб, низкие расходные коэффициенты металла. Общие принципы расчета таблицы прокатки для агрегатов с автоматическим станом могут быть сформулированы следующим образом.