Раскатка на реечном стане
Агрегаты с реечным станом, которые основаны на одном из самых старых способов деформации труб, в последние десятилетия получили довольно широкое распространение благодаря их значительному усовершенствованию. Сортамент ТПА с реечным станом включает трубы диаметром D=21...245 мм и толщиной стенки S=2,5...14,2 мм из углеродистых, легирпованных и высоколегированных сталей. Способ деформации толстостенной заготовки в трубу путем ее проталкивания длинной цилиндрической оправкой через ряд последовательно расположенных кольцевых обойм - матриц с коническим рабочим каналом был предложен Эрхардтом в 1892 г. Диаметр канала матрицы постепенно уменьшается от первой обоймы к последней, что обеспечивает обжатие по толщине стенки и наружному диаметру трубы. Позднее этот способ назвали раскаткой на реечном стане, так как вначале эти станы имели реечный электромеханический привод толкателя оправки, который на современных агрегатах часто заменяют гидравлическим. Первые ТПА с реечным станом имели в своем составе нагревательную печь, гидравлический прошивной пресс, реечный стан с кольцевыми матрицами (20...30 шт.), обкатную машину, оправкоизвлекатель, пилу для обрезки донышка трубы и калибровочный стан. Такой ТПА обеспечивал производство черновых труб длиной не более 4 м. Позднее реечные станы были подвергнуты реконструкции, в результате которой часть кольцевых обойм заменили клетями с неприводными роликами (процесс Манфреда-Вайса), что позволило значительно снизить контактные силы трения и усилие проталкивания, а также улучшить качество труб. Однако в этот период способ производства с использованием реечных станов широкого распространения не получил. В первой половине 50-х годов в связи с развитием отраслей-потребителей бесшовных труб, модернизировали и ввели в строй шесть новых агрегатов в ФРГ, Швециии и Румынии. Эти усовершенствованные агрегаты имели в своем составе стан/вертикальный пресс для калибрования квадратных заготовок перед прошивкой, что позволило увеличить длину труб до 8 м за счет снижения разностенности гильзы, получаемой на прошивном прессе, и обеспечить улучшение качества наружной поверхности труб благодаря ее очистке от окалины в процессе калибровки с малыми обжатиями. Недостатком процесса являлось необходимость использования большого количества оправок различного диаметра (иногда до 40 штук в рабочем комплекте агрегата). Например, для производства труб диаметром от 32 до 108 мм требуются оправки четырех типоразмеров: 60,69,82 и 100 мм. Трубы меньшего диаметра получали редуцированием без натяжения, т.е. без изменения толщины стенки. Разностенность труб, прокатанных на агрегате данного типа, находилась в пределах + 15%. Другим недостатком является сравнительно небольшая масса исходной заготовки. Ее максимально возможная величина, определяется отношением длины стакана к диаметру пуансона прошивного пресса, которое не превышает 6. Поэтому указанные агрегаты обеспечивали производство черновых труб длиной около 8 м при годовом объеме производства не более 50 тыс.т.
Первые агрегаты третьего поколения были введены в промышленную эксплуатацию в начале 60-х годов в ФРГ, Испании, Великобритании. Индии, Чехословакии, Польше и других странах. Основной особенностью этих ТПА является включение в их состав двух- или трехвалковых станов-удлинителей (элонгаторов Кальмеса) и реечного стана с роликовыми обоймами (с трех-, четырех и шестироликовыми калибрами). Использование элонгатора позволило значительно снизить разностенность, увеличить массу исходной заготовки за счет получения более длинных гильз с отношением длины к внутреннему диаметру до 6,5, а внедрение реечных станов с роликовыми обоймами способствовало увеличению вытяжки и улучшению качества наружной поверхности труб. Указанные мероприятия обеспечили прокатку труб среднего диаметра длиной до 12...15 м. Число оправок в комплекте агрегата уменьшили до 20 шт. Разностенность труб не превышала +10%, производительность достигала 180 тыс.т/год. при выходе годных труб 80...85%. Указанная выше технологическая схема оставалась практически без изменения до 80-х годов. Возрождение интереса к этому процессу в конце ХХ века связано со следующими обстоятельствами:
освоением производства высококачественной непрерывнолитой заготовки квадратного и круглого сечения;
потребностью в экономичном способе производства высококачественных тонкостенных труб диаметром до 245 мм.
Дальнейшее совершенствование производства труб на ТПА с реечным станом осуществлялось по следующим направлениям:
нагрев трубной заготовки в кольцевой печи, оборудованнной АСУ ТП;
калибрование квадратной заготовки перед прессовой прошивкой;
применение гидросбива окалины перед прошивным прессом;
применение пламенных или индукционных печей промежуточного подогрева для освоения производства труб из легированных и высоколегированных сталей;
применение реечных станов с трехроликовыми обоймами, что позволило обеспечить минимальную по сравнению с 4-х и 6-ти роликовыми калибрами неравномерность деформации гильзы при наименьших контактных силах трения;
использование роликовых обойм с механизмами регулировки размера калибра для расширения сортамента труб;
обеспечение возможности регулирования диаметра калибра последних обойм в процессе раскатки трубы. Сведение валков последних обойм осуществляется при выходе заднего конца гильзы из первой обоймы стана;
использование автоматических систем регулирования скорости движения толкателя реечного стана, которая устанавливается с точностью до 0,1%;
применение высокоэффективных технологических смазок для уменьшения износа оправки и повышения качества поверхности труб;
применение наплавки поверхности роликов износостойкими материалами;
применение усовершенствованных обкатных машин с гиперболоидными валками с целью исключения повреждения поверхности труб.
Указанные усовершенствования были внедрены как на действующих агрегатах, так и на новых, введенных в эксплуатацию в 60-70-х годах. Это позволило к концу 70-х годов освоить производство труб диаметром до 178 мм при длине черновой трубы до 16 м из углеродистых и легированных сталей. Разностенность труб не превышает + 6...8%. Производительность таких ТПА составила 180 тыс.т/год. При малых и средних объемах производства указанный способ оказался выгоднее непрерывного стана, автомат-стана и т.д. В настоящее время в мире насчитывает-ся свыше 30-ти ТПА с реечным станом (причем, с 1979 г. было введено в эксплуа-тацию 5 новых ТПА и поставлено оборудование еще для двух агрегатов.
В более поздний переиод фирмой "Маннесманн" были разработаны два варианта технологии обеспечивающие возможность получения черновой трубы длиной 19 м. По первому из них, за прошивным станом устанавливаются два последовательно расположенных трехвалковых стана -.элонгатора.Однако удлинение черновой трубы до 19 м требовало либо интенсифицировать единичные обжатия в обоймах с 25 до 30%, либо увеличить длину реечного стана до 24 м, с соответствующим увели-чением габаритов и массы реек и оправки, а также мощности главного привода. Поэтому более перспективным оказался второй вариант технологии, по котрому прошитая на прессе и прокатанная на стане-элонгаторе гильза перед раскаткой на реечном стане подвергается редуцированию на 4...6-клетевом стане продольной прокатки. Это позволило устранить ряд характерных для данного способа раскатки ограничений. Например, увеличить диаметр пуансона прошивного пресса, увеличив разность диаметров пуансона прошивного пресса и оправки реечного стана с 8...16 мм до 50 мм. Соответственно возрасло отношение длины гильзы к диаметру пуансона (до 7,5) и увеличилась масса исходной заготовки за счет увеличения ее поперечного сечения. Освоение сособа позволило увеличить толщину стенки труб, прокатываемых на реечном стане, при сохранении максимальной длины. Большая скорость редуцирования позволяет обходиться без дополнительного подогрева гильзы перед раскаткой. Впервые указанная схема была использована в 1980 г. при создании ТПА 48,3-168,3 фирмы "VOEST-Alpine" в Киндберге (Австрия). В состав ТПА входят печь подогрева заготовки перед резкой(на 120...250 град. С), которая производится на ножни-цах или пилах (для стали повышенной прочности), двухвалковый калибровочный стан, прошивной пресс, трехвалковый элонгатор, четырехклетевой редукционный стан, реечный стан, обкатной стан, оправыкоизвлекатель, печь с шагающим подом, установка гидросбива окалины, 28-клетевой редукционно-растяжной стан, холодильник и две пилы холодной резки. Производительность данного ТПА в 1985 г составила 280 тыс. т. Эксплуатация этого агрегата показала, что хотя он отвечает современным требованиям, но сохраняет ограничения, свойственные технологии, использующей прессовую прошивку заготовки. Последняя препятствует дальнейшему увеличению массы прошиваемой заготовки , что лимитирует длину черновой трубы и выход годного (обычно порядка 87%).. Наилучшие технико-экономические показатели при традиционной технологии:
максимальная масса заготовки, кг 500;
максимальный диаметр трубы, мм 177,8
минимальный допуск по толщине стенки , % + 7...8
выход годных труб (до редукционно-растяжного стана), % 94
Стремление преодолеть указанные ограничения традиционной технологии и повысить ее экономическую эффективность привело в 80-х годах к созданию новой технологической схемы ТПА с реечным станом - способа CPE(Crossrolling Piercing and Elongating - винтовая прошивка-элонгирование ). Последний был разработан фирмой "Маннесманн", причем к разработке этого способа приступили практически одновременно фирмы "Kocks"(ФРГ), "Син ниппон сэйтэцу"(Япония) и фирмы Великобритании. Способ заключается в получении гильзы, которая после ввода в нее оправки подвергается обжиму в с переднего конца на отбортовочном прессе. Далее гильзу с оправкой передают на реечный стан для раскатки в тонкостеннную трубу. Применение стана винтовой прокатки вместо прошивного пресса позволило увеличить длину и массу гильз и труб, уменьшить их разностенность и сократить потери металла в донышко (упор для оправки), которое отрезают после извлечения оправки из раскатанной трубы. Последнее объясняется тем, что упор,который формируется при отбортовке не имеет сплошного дна как у стакана, получаемого прессовой прошивкой. Применению способа винтовой прошивки способствовали успехи в получении качественной непрерывнолитой заготовки круглого сечения. Освоение процесса CPE осуществлялось на действующем ТПА-133 (Бельгия) при прокатке труб диаметром до 200 мм, позднее на ТПА 168(245) фирмы"Тубос Реунидос" в Амуррио (Испания) при прокатке труб диаметром более 200 мм. После успешного завершения испытаний сотрудничество фирм "Маннесманн" и "Тубос Реунидос" продолжалось при проектировании промышленного варианта отборотовочного пресса , испытании его в промышленных условиях, а также при проектных разработках первого ТПА с технологией CPE. Первый подобный агрегат был введен в действие на заводе фирмы "Тубос Реунидос" в 1984 г. Расчетный объем производства составил до 400 тыс. т/ год. Максимальная масса заготовки- 1400 кг, наибольший наружный диаметр труб - 245 мм, допуск на толщину стенки - в пределах + 5...6%. Другим вариантом расширяющим технологические возможности традиционного и нового способов раскатки является предложение использовать два реечных стана("чернового" и "чистового") для последовательной деформации гильзы в трубу. Это позволит увеличить суммарный коэффициент вытяжки трубы до 50, и соответственно, повысит выход годных труб.
