Раскатка на планетарном стане

 Агрегаты с планетарным раскатным станом начали применяться сравнительно недавно. Это способ винтовой прокатки, при котором рабочая клеть с валками вращается вокруг прокатываемой заготовки, которая совершает только поступательное движение. Планетарный стан- трехвалковый. Валки расположены симметрично, как на стане Ассела. Их оси перекошены оносительно оси прокатки на угол подачи b и угол раскатки d (tgd<0). Отличием является очень большие углы подачи b от 30 до 50 град. , что способствует интенсификации осевого течения металла по сравнению с традиционными станами винтовой прокатки (Ассела, Дишера и т.д.), работающими при углах b от 4 до 10 град. . Другой особенностью планетарного стана является планетарно-дифференциальный привод рабочих валков. Прокатка осуществляется на удерживаемой длинной оправке, перемещаемой со скоростью, равной 1,1V (V - скорость входа металла в очаг деформации). Рабочая клеть стана состоит из неподвижной части и ротора, в котором установлены три конических рабочих валка. Ротор приводится во вращение от главного привода через коническую передачу, а валки при вращении ротора приводятся во вращение через саттелитные шестерни и дополнительные конические передачи в узлах валков. Вращение валков осуществляется дополнительным планетарным приводом. Согласование скоростей главного и дополнительного приводов исключает возможность скручивания обрабатываемой трубы. Подача гильзы к валкам происходит через полый шпиндель. При неподвижном роторе с помощью электропривода можно перемещать все три рабочих валка, изменяя размер калибра. Смена валков осуществляется с помощью специального устроиства за 20...30 мин. Преимущества способа планетарной раскатки:

- большой коэффициент вытяжки до 8 (и даже 14);
- большая длина заготовки (ее масса в 3...4 раза больше,чем в традиционных процессах раскатки);
- высокая точность по толщине стенки и диаметру (обеспечивается поле допуска по стенке + 5% );
- снижение уровня шума при раскатке;
- возможность получения черновых труб длиной до 120 (180) м.;
- высокая маневренность при производстве труб малых и средних диаметров;
- возможность непрерывной прокатки трубы на планетарном стане и находящимся с ним в одной линии многоклетевым станом продольной прокатки (редукционно-растяжным или калибровочным). При этом экономится до 29% всех энергозатрат на прокатку, так как не нужен подогрев труб перед чистовым станом. Удельный расход энергии по сравнению с обычной винтовой прокаткой труб уменьшается в 2 раза;
- широкий сортамент горячедеформированных труб (отношение D/S от 2,7 до 37);
- снижение износа валков из-за уменьшения контактного скольжения;
- производительность ТПА с планетарным станом вследствие применеия массивных заготовок может быть повышена до 759 тыс. тонн в год.

 К недостаткам этого способа следует отнести сложность конструкции стана, большие маховые массы вращающихся частей клети, трудность настройки валков при измении диаметра прокатываемой трубы. Другими проблемами является необходимость использования подпора для обеспечения устойчивого захвата трубы, а также деформационный разогрев металла, снижающий стойкость инструмента. Наконец при прокатке тонкостеных труб резко возрастают усилия прокатки. Возможный сортамент ТПА с планетарным станом включает трубы диаметром от 20 до 430 мм и толщиной стенки от 2 до 65 мм. При этом производительность агрегатов может достигать 125...750 тыс. тонн в год. Такой планетарный стан будет имет мощность двигателей главного привода 1300...6800 кВт и вспомогательного 600...3400 кВт. Частота вращения ротора 2,55...5,1 оборотов в секунду. Габариты стана: минимальный 4,4 х 10 м и максимальный 8,6 х 20 м.

 Уже первые испытания этого способа прокатки в 1974 г. показали возможность прокатки толстостенных гильз в трубы. Первые промышленные планетарные станы для обжатия сплошной заготовки были пущены на заводах фирмы Hoesh Huttenwerce AG (ФРГ) в 1975 г. и фирмы SKF Steel (Швеция) в 1977 г. Конструкцию первого планетарного стана (тип PSW) для раскатки труб и принципиальную схему трубопрокатного агрегата с этим станом разработала фирма "Шлеман - Зимаг" в середине 70-х годов. Затем между 1977 и 1979 годами были выполнены систематические исследования процесса планетарной прокатки труб. В 1983 г. первый планетарный раскатной стан был введен в промышленную эксплуатацию на ТПА 140-244 на заводе фирмы "Maximilianhutte" в Эшвайлере, ФРГ. В ходе реконструкции этого агрегата взамен пилигримовых станов был установлен планетарный стан типа PSW, разработанный фирмой "Шлеман - Зимаг". Технологический процесс осуществляется следующим образом. Заготовки диаметром до 270 мм нагревают в кольцевой печи и после гидросбива окалины прошивают на двухвалковом стане. Затем гильзы поступают на стан PSW и раскатываются в черновые трубы, которые затем нагревают в печи с шагающими балками и передают на трехклетевой калибровочный стан. Опыт промышленной эксплуатации показал возможность производства труб в широком диапазоне толщин стенок с оношением D/S от 3,3 до 37. Длина черновых труб из углеродистых и легированных сталей достигала 50 м из гильзы длиной 8 м. Точность горячекатаных труб превышала требования, предъявляемые стандартами API, DIN и другими. Например, отклонения по толщине стенки труб не превышали + 5%. Выход годных труб (нефтяного сортамента) составлял от 90 до 92%. Производительность стана PSW была ограничена возможностями смежного оборудования и составляла 40 т/час или 200 тыс. тонн/год. Второй раскатной стан PSW был изготовлен фирмой "Шлеман - Зимаг" для металлургического комплекса на заводе "Hunt Steel"(США). Этот агрегат, предназначенный для производства труб диаметром 140...244 мм, длиной до 100м из заготовки диаметром 270 мм, в настоящее время демонтирован.

 Известны положительные результаты применения аналогичных станов в области цветной металлургии. Так, на заводе фирмы "Oytokumpu" (Финляндия) в 1987 г. был установлен агрегат со станом PSW, разработанный фирмой "Шлеман - Зимаг" для прокатки труб из сплавов меди диаметром 45...50 мм с толщиной стенки от 2 до 3,5 мм и длиной до 100м. На этом агрегате используется непрерывнолитая полая заготовка. 

 Примечательно, что на стан PSW эта заготовка поступает в холодном состоянии, но вследствие повышенного уровня сдвиговых деформаций, она разогревается во время раскатки до температуры, превышающей температуру рекристаллизации. Результатом является получение мелкозернистой структуры, которую при традиционном процессе производства данного вида труб достигают путем специальной термообработки в дополнительной печи. Охлажденные длинномерные трубы затем подвергают волочению на готовый размер. (Представлено формоизменение в процессе пластической обработки).
Последний по времени стан PSW для производства медных труб был пущен в эксплуатацию 1991 г. на заводе фирмы "Lacky Metalls" (Южная Корея).

 Дальнейшее усовершенствование планетарных станов осуществляется путем разработки новых конструкций рабочих клетей типа HRM (фирма "Маннесманн-Демаг"), а также новых клетей типа PSW (фирма "Шлеман - Зимаг"). Целью этих работ является уменьшение габаритов валковых узлов при обеспечении широкого диапазона их радиальной и угловой настройки. Фирма "Кокс" предложила способ, при котором гильзу, выходящую из прошивного стана вместе с находящимся в ней оправочным стержнем передают на планетарный стан, где на нем осуществляют раскатку гильзы в черновую трубу. При этом сокращается цикл прокатки, стабилизируется температурный режим оправки, улучшается качество внутренней поверхности трубы. Состав такого ТПА включает стан Дишера, планетарный и редукционно-растяжной стан. После схода заднего конца трубы с оправки, его отрезают летучей пилой, а оправку возвращают на прошивной стан.

 Другая область применения планетарного стана - процесс раскатки-расширения с использованием неподвижной оправки с большим углом конусности. При этом можно увеличить диаметр трубы на 50% при коэффициенте вытяжки 1,5. Состав такого агрегата включает прошивной, планетарные раскатной и расширительный станы.