Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Трубопрокатные станы - классификация и устройство

Все трубопрокатные станы можно разделить на три группы:

Прошивные станы бывают с бочкообразными, грибовидными и дисковыми валками. Агрегат с бочкообразными валками имеет два рабочих валка с двойной конусностью диаметром от 450 до 1000 мм. Оба валка расположены в горизонтальной плоскости, причем их оси в вертикальной плоскости наклонены друг к другу на угол, который можно регулировать от 5 до 18° и более (угол подачи).

При прошивке круглой заготовки оба валка вращаются в одном направлении. Для удержания металла в очаге деформации есть две направляющие линейки, расположенные в вертикальной плоскости, или два неприводных ролика.

Заготовка, поступающая в валки, делает сложное, вращательное и поступательное движение (вследствие наличия угла подачи).

При винтовой прокатке в валках с двойным конусом в металле возникают растягивающие и касательные напряжения, причем радиальные растягивающие напряжения достигают значительных величин и вызывают образование полости сравнительно небольшого диаметра, с неровными стенками. Для получения внутреннего отверстия нужного диаметра с ровной поверхностью прокатку проводят на оправке - конусообразной инструменте, установленном на конце стержня между валками на пути движения заготовки. Стержень с оправкой устанавливают в специальном упоре. При движении вперед заготовка надвигается на оправку - прошивается, при этом происходит расширение и выравнивание прошитого отверстия.

На рис. 4.1 приведена схема расположения узлов прошивного стана, который состоит из двух рабочих валков 1, соединенных с шестеренной клетью 2 и электродвигателем 3 с помощью соединительных шпинделей 4. Между шпинделями устанавливаются толкатель 5 и направляющий желоб 6. В специальном упоре с замком 8 крепят стержень 7 с оправкой на конце. Для приема прошитой гильзы установлен рольганг 9.

Схема расположения узлов прошивного стана
Рисунок. 4.1. Схема расположения узлов прошивного стана

Заготовку для такого трубопрокатного стана, привычно круглого сечения, нагревают в методических печах, откуда ее выдают на рольганг. С рольганга заготовка поступает в приемный желоб, по которому с помощью толкателя подается в валки прошивного агрегата. При выходе из валков гильза находится на стержне и снимается со стороны его заднего конца после открытия замка.

Толстостенные гильзы, полученные на различных прошивных агрегатах, прокатывают в тонкостенные трубы в горячем состоянии на раскатных станах:

  • пилигримовых;
  • автоматических;
  • непрерывных;
  • трехвалковых.

Название трубопрокатного агрегата определяется типом раскатных станов.

Пилигримовый стан состоит из двухвалковой клети и подающего механизма. Направление вращения валков в этом агрегате противоположный движению заготовки. Сталь обжимается в калибре переменного сечения только за полуоборот валков. В следующий полуоборот заготовка проходит между валками без обжатия.

Рабочий процесс прокатки труб на пилигримовом стане (рис. 4.2) состоит в следующем: в толстостенную гильзу 1, которая поступает из прошивного агрегата, пропускают оправку 2 подающего механизма, причем длина оправки больше длины гильзы. Гильза вместе с оправкой медленно перемещается подающим механизмом к валкам. Как только металл достигает валков, калибр 3 захватывает часть гильзы (рис. 4.2, а) и обжимает ее своей рабочей частью (рис. 4.2, б). Во время прокатки, валки стремятся вытолкнуть гильзу с оправкой назад, однако этому препятствует подающий механизм.

Более того, сам механизм с малой скоростью непрерывно движется вперед. Конец оправки связан с поршнем пневматического цилиндра. После полуоборота валков гильза выходит из рабочей части калибра и становится свободным. В течение следующего полуоборота приведен в движение поршень быстро толкает вперед оправку с гильзой, которые при этом движении возвращаются по их продольной оси на 90° (рис. 4.2, б), и затем валки захватывают новую часть гильзы. Подающий механизм в течении одного оборота валков перемещается вперед на расстояние от 8 до 25 мм.

Процесс продолжается до тех пор, пока не будет прокачана вся гильза. По окончании прокатки валки разводят и подающий механизм обратным ходом вытягивает оправку из трубы. Освобожденное изделие отводится задним рольгангом к горячей пиле, где отрезают так называемую пильгерную головку.

Внутренний диаметр раскатанного изделия практически равен диаметру оправки, а ее внешний диаметр - диаметру калибра. На периодических станах можно получать трубы с наименьшим внешним диаметром 45 мм. Для получения изделий меньших размеров, полупродукт из периодического агрегата передают на редукционный или волочильный станы.

Три стадии процесса прокатки труб на пилигримовом стане
Рисунок. 4.2. Три стадии процесса прокатки труб на пилигримовом стане

Автоматические раскатные станы являются наиболее распространенными для прокатки бесшовных труб; они обеспечивают вытяжку, равной 1,2-2 в зависимости от размеров изделий. Автоматический агрегат состоит из двухвалковой клети с валками диаметром до 1000 мм и специальных роликов обратной подачи.

Валки агрегата имеют ряд круглых калибров различных диаметров. В калибр вставляют оправки, которое удерживается на месте стержнем, неподвижно закрепленным в упорной станине. При прокатке на автоматическом агрегате происходит уменьшение диаметра и толщины стенки трубы, которая определяется просветом между калибром и оправкой. Привычно прокатка проходит в два-три пропуска с поворотом изделия после каждого пропуска на 90°.

Схема прокатки на автоматическом стане приведена на рис. 4.3. Труба, пройдя через валки 1 агрегата, оказывается на стержне с задней стороны агрегата. Передача трубы на переднюю сторону осуществляется парой роликов 2 обратной подачи: нижний ролик поднимается и прижимается к изделию, которая силой трения скивается со стержня и передается на переднюю сторону агрегата. Верхний рабочий валок стана в это время поднимается, чтобы пропустить трубу. После передачи ее на переднюю сторону валок снова опускается в рабочее положение. Высота рабочего валка и сближения роликов обратной подачи полностью автоматизированы.

Схема прокатки на автоматическом стане
Рисунок. 4.3. Схема прокатки на автоматическом стане:
а - процесс прокатки,
б - процесс обратной подачи;
1 - рабочие валки; 2 - ролики обратной подачи

Трубу на автоматическом агрегате привычно прокатывают по два пробела с поворотом ее на 90° и заменой оправки после каждого пропуска. После прокатки на автоматическом стане труба выходит слегка овальной, разностенной и с недостаточно гладкой поверхностью. Для предоставления круглой формы, уменьшение разностей и полировки внешней и внутренней поверхностей, изделие после прокатки по рольганга подают в обкаточные машины, а затем, для получения окончательных размеров по диаметру, - в калибровочный агрегат.

Непрерывны раскатные станы разделяют на два типа. Непрерывный агрегат старого типа состоит из семи пар валков: четырех - горизонтальных и трех - вертикальных. Привод всех валков осуществляется от одного двигателя через сложную систему шестеренных передач.

Непрерывный агрегат нового типа состоит из девяти клетей, причем, оси валков этих клетей расположены под углом 90° друг к другу и под углом 45° к горизонтальной плоскости (рис. 4.4). Привод валков каждой клети осуществляется от индивидуального двигателя, который обеспечивает более простую настройку и регулирование стана. Прокатку на непрерывных агрегатах ведут с применением подвижной цилиндрической оправки, на которую надевается гильза, которая поступает из прошивного стана. После прокатки, оправки извлекают из труб на специальной машине, охлаждают и снова используют.

Схема прокатки на непрерывном стане с расположением валков под разными углами
Рисунок. 4.4. Схема прокатки на непрерывном стане с расположением валков под разными углами

Разновидностью раскатных агрегатов являются также трехвалковые агрегаты для прокатки главным образом труб из легированных сталей. Их отличительная особенность заключается в том, что на них можно получать изделия очень точных размеров.

На рельсовых станах (рис. 4.5) трубы получают протягиванием. Первичный материал - квадратная катаная заготовка, которая разрезана на куски необходимой длины, нагревается в методической печи и прошивается на прессе в гильзу с дном или стакан, поступающих затем на рельсовый агрегат. В стакан вводится оправка и он протягивается сквозь ряд колец со уменьшающимися диаметрами отверстий, при этом толщина стенки изделия постепенно уменьшается.

Схема протяжки на рельсовом стане
Рисунок. 4.5. Схема протяжки на рельсовом стане

После протяжки на рельсовом агрегате, труба вместе с оправкой поступает на обкаточную машину, в которой диаметр изделия несколько увеличивается, что облегчает извлечение из нее оправки. В последние годы рельсовые агрегаты не устанавливают, так как этот метод производства считается устаревшим.

После прокатки на раскатных станах трубы поступают на отделочные агрегаты. К таким агрегатам относят:

  • обкаточные;
  • калибровочные;
  • редукционные.

Как было отмечено, обкаточные прокатные агрегаты устанавливают обычно за автоматическими, а иногда и за рельсовыми.

По своей конструкции обкаточные двухвалковые станы подобные прошивным, косой прокатки. Их валки наклонены друг к другу под углом ~ 6,5° и вращаются в одну сторону. Прокатку труб проводят на оправке, закрепленной на стержне. Изделие, продвигаясь вперед, одновременно вращается вместе со стержнем. Обкаточный агрегат предназначен для раскатки стенки трубы и полировки внешней и внутренней поверхностей для получения равномерной толщины стенки и одинакового диаметра изделия по длине.

Калибровочные станы устанавливают за обкаточными и предназначены для устранения овальности и получения труб заданного диаметра. Калибровочные агрегаты могут иметь от одной до двенадцати клетей. В каждой клети устанавливают одну пару валков, расположенных горизонтально, вертикально или наклонно. Наиболее широко применяют многоклетьевые калибровочные станы, в которых оси каждой пары валков наклонены к горизонту под углом 45° и относительно соседней пары валков под углом 90°. Валки этих агрегатов оборачиваются, от одного для всех клетей двигателя, или могут иметь индивидуальный привод.

В многоклетьевых калибровочных агрегатах одновременно с калибровкой осуществляется исправление труб, и необходимость в станах для горячего исправления изделий отпадает.

Редукционные станы являются непрерывными агрегатами для горячей прокатки труб без оправки с целью уменьшения их диаметра. По количеству валков, которые образуют калибр в каждой клети, различают двух-, трех-и четырехвалковые редукционные агрегаты. Валки в клетях расположены поочередно горизонтально, вертикально и под углом 45°. Конструкция двухвалковых редукционных станов аналогичная калибровочным многоклетьевым агрегатам. Различия в размерах и количестве клетей (в редукционных их бывает до 24 и более).

Окончательная обработка бесшовных тонкостенных стальных труб заключается в холодной прокатке, холодном волочении или сочетании этих способов. Вследствие особых условий холодного волочения изделий через глазок коэффициент вытяжки за один проход привычно не превышает 1,5-1,8.

При холодной прокатке труб на агрегатах, которые работают по принципу пилигримовых станов, можно более полно использовать пластичность металла, получая коэффициенты вытяжки в среднем 4-6 и в отдельных случаях даже 6-8. Хотя способ холодной прокатки более эффективен по сравнению с холодным волочением, однако при холодной прокатке необходимо часто осуществлять перевалку валков, занимает 3-4 ч, а при холодном волочении изменение инструмента занимает всего несколько минут. Поэтому в современных цехах для производства применяют оба процесса обработки.

Волочение труб проводят тремя способами:

  • 1) без оправки;
  • 2) на короткой;
  • 3) на длинной оправках (рис. 4.6).
Способы холодного волочения труб:
Рисунок. 4.6. Способы холодного волочения труб:
а - без оправки, б - на коротком оправке; в - на длинном оправке; 1 - изделие; 2 - волочильное кольцо, 3 - люнет; 4 - оправку; 5 - стержень

Если необходимо уменьшить только диаметр трубы, применяют волочение без оправки через волочильное кольцо, неподвижно закрепленное в люнеты волочильного стана. Если нужно одновременно уменьшить диаметр и толщину стенки, возможно волочения как на короткой, так и на длинной оправках.

При волочении на короткой цилиндрической оправке через волочильное кольцо оправку удерживается в определенном положении с помощью стержня. Труба при прохождении через кольцевую щель между оправкой и кольцом обжимается по диаметру и толщине стенки, что обеспечивает ее вытяжку. Волочение на длинной оправке отличается тем, что оправка, которая находится внутри трубы, не закрепляется, а перемещается вместе с изделием. При этом силы трения между изделием и инструментом меньше, чем при волочении на короткой оправке, что позволяет делать большие обжатия за один проход.

Сварные трубы изготавливают на трубосварочных агрегатах различными способами, из которых наиболее распространены:

  • непрерывная печная сварка;
  • контактная электросварка методом сопротивления;
  • электросварка с индукционным нагревом;
  • дуговая электросварка под слоем флюса или в среде защитных газов и т.д.

Процесс получения изделий, как отмечалось выше, состоит из получения заготовки в виде свернутой полосы и сварки ее в трубу.

Трубосварочный агрегат - комплекс машин и механизмов, предназначенных для изготовления труб, их транспортировки, обработки, нанесения покрытий, складирования и упаковки. В такой агрегат обычно входит несколько многоклетьевых станов:

  • формовочный
  • редукционный
  • калибровочный.

На рис. 4.7 приведена схема непрерывного процесса печной сварки изделий, который осуществляется в следующем порядке.

Схема процесса печной сварки труб
Рисунок. 4.7. Схема процесса печной сварки труб

Горячекатаный штрипс 1 (из низкоуглеродистой стали) непрерывно движется через печь, в которой с помощью газовых горелок 2, его кромки нагреваются до 1450° С (температура сварки), а середина штрипса-до 1350° С. При выходе из печи кромки штрипса обдувают струей воздуха из сопла 3, чем обеспечивается удаление окалины с кромок штрипса и повышение температуры их нагрева на 50-80° С. Первая приводная пара валков 4 обращает штрипс в трубную заготовку без соединения кромок. Вторая приводная пара валков 5 сводит кромки заготовки и, сжимая их, заставляет свариваться в трубу 6.

Сварка кромок сложившейся заготовки представляет процесс кузнечной сварки, который заключается в использовании способности к молекулярному сцеплению поверхностей металлов, нагретых до высокой температуры.

В последние годы развился и получил распространение способ производства труб электросваркой.

Первичным материалом служит холоднокатаная лента в рулонах, а для больших диаметров труб - листовая заготовка. Получение изделий из полосы-заготовки осуществляется в шести парах валков непрерывного формовочного стана (рис. 4.8). У него четвертая пара валков расположена вертикально. Сложившаяся в холодном состоянии заготовка после выхода из последней клети сваривается в стык в специальных электросварочных машинах. В этих машинах нагрев может осуществляться через контакты по которым подводится ток (кондукционный нагрев) и с помощью индукторов (индукционное нагревание) и другими методами. Индукционным методом электросварки изготавливают трубы диаметром от 4 до 1400 мм с толщиной стенки от 0,15 до 20 мм.

Производство трубы с полосы на непрерывном формовочном стане
Рисунок. 4.8. Производство трубы из полосы на непрерывном формовочном стане.

Наконец, особое место занимают станы спиральной сварки труб. На этих станах изделия получают завивкой полосы по спирали на цилиндрической оправке и непрерывной сваркой спирального шва автоматической сварочной головкой. Этот способ имеет существенные преимущества перед изготовлением изделий с продольным швом:

  • 1) диаметр труб, не зависит напрямую от ширины исходной полосы, так как величина диаметра определяется не только шириной полосы, но и углом подъема спирали. Это позволяет со сравнительно узкой полосы получать трубы большого диаметра,
  • 2) спиральный шов добавляет изделию большую твердость. Вследствие спирального расположения шва последний нагружен на 20-25% меньше, по сравнению с продольным,
  • 3) спирально-сварные трубы имеют более точные размеры и не требуют после сварки калибровки их концов.

Однако, помимо преимуществ, есть и недостатки такого процесса, а именно:

  • низкая производительность
  • невозможность получения качественного шва при значительной серповидности полосы.

Источник [1] → список литературы.


Вернуться в начало раздела: Обработка металла давлением (ОМД)
Вернуться на главную: Черная металлургия