Технологический процесс прессования бесшовных труб

Изм

Лист

№ докум

Подпись

Дата

Лист







Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

     









Разраб.

Шевалдин А.В.

Пров.

Федотов Е.В..

Реценз.



Н. Контр.

Авилов А.В.

Утв.

Носенко В.А.

Технологический процесс прессования бесшовных труб.





Лит.

Листов



ВПИ    ВТМЗ-567

Глава 1 Технологический процесс прессования бесшовных труб.



При изготовления бесшовных труб первой основной операцией является прошивка слитка или заготовки в гильзы (стакан). Изготовления пустотелой гильзы является очень ответственной операцией, от которой зависят качество и геометрия готовой продукции, а также производительность прокатных установок. Прошивку заготовки выполняют на станах, которые по своей конструкции делятся:

-  на валковые с косо расположенными валками ;

- дисковые;

- с грибовидными валками.

Этот процесс выполняется на Уральском трубном заводе, но этот метод устарел. Поэтому широкое распространения имеет способ получения гильзы на вертикальных или горизонтальных прошивных прессах. Этот способ представлен на Волжском трубном заводе. 

Но для того что бы выполнить прошивку или другие операции заготовку необходимо нагреть до определенной температуры 800 – 1200 С

Для этого применяют различные печи:

- кольцевые;

- ВИП (вертикальные индукционные печи);

- ГИП (горизонтальные индукционные печи);

- ПШБ (печь с шагающими балками камерного типа)

И т. д.

Перед прошивкой стоят две печи: кольцевая начальная , где холодную заготовку после порезки на ЛПЗ (линия предварительной заготовки) нагревают до температуры 1200С









1.1 Кольцевая секционная камерная печь



Для скоростного нагрева круглых заготовок используются секционные печи, отапливаемые высококалорийным газом. Печи представляют собой ряд футерованных секций с транспортирующими водоохлаждаемыми роликами между ними.



Рисунок 1.1 – Схема кольцевой печи:

1   заготовки; 2   дымоотбор; 3   стойки каркаса; 4   горелки; 5   промежуточный дымоотбор; 6   заслонка; 7   перегородка; 8   каркас; 9   воздухо- и газопроводы; 10   водоохлаждаемые трубы, поддерживающие перегородку; 11   вращающаяся подина; 12   опорная рама подины; 13   водяной затвор; 14   механизм перемещения подины

Одна из таких печей состоит из 36 секций и камеры выдержки (не разделенной на секции), имеющей консольные ролики с переменным шагом. Шаг роликов уменьшается к окну выдачи до 400 мм.

В печи нагревают штанги диаметром до 140 мм и длиной от 6 до 12 м, разрезаемые на заготовки. Производительность печи составляет до 40 т/час при скорости продвижения штанг от 1,6 до 3,0 м/мин.

Секционная часть печи разбита на 6 регулируемых зон, каждая из которых имеет самостоятельный рекуператор для подогрева воздуха; отдельный рекуператор обслуживает камеру выдержки.

Транспортирование штанг через печь осуществляется в две линии косорасположенными роликами, что обеспечивает не только поступательное движение штанги, но и ее вращение, способствующее равномерности нагрева. При выдаче штанги для отрезки заготовки необходимой мерной длины рольганг зоны выдержки включается на большую скорость (12,5м/мин) создавая разрыв между разрезаемой штангой и штангой, находящейся за ней. После отрезки одной заготовки штанга реверсированием рольганга возвращается со скоростью 12,5 м/мин обратно в печь. Выдача штанг на разрезку производится из обеих линий попеременно.

На трубопрокатных установках «400» с автоматическим станом, имеющих в своем составе два прошивных стана, для подогрева остывших тонкостенных гильз и гильз из некоторых легированных сталей перед автоматическим станом устанавливается подогревательная печь камерного типа с методическим режимом нагрева. Посадка и выдача гильз торцовая, непрерывная. Температура нагрева гильз достигает 1200—1250°. Равномерность нагрева по сечению гильз обеспечивается непрерывной их кантовкой в процессе перемещения через печь.

Помешают на платформу которая имеет вид диска или кольца отсюда и пошло названия  кольцевая печь. Заготовка за определенное время 4-5 часов делает оборот и выходит в приемник при температуры 1000- 1200С.

После этого спомощью передвежной автоматической тялежки горячая заготовка поступает в ГИПы.











1.2 ГИП  и ВИП (горизонтально – и вертикально – индукционные печи)



Принцип индукционного нагрева заключается в преобразовании энергии электромагнитного поля, поглощаемой электропроводным нагреваемым объектом, в тепловую энергию.

В установках индукционного нагрева электромагнитное поле создают индуктором, представляющим собой многовитковую цилиндрическую катушку (соленоид). Через индуктор пропускают переменный электрический ток, в результате чего вокруг индуктора возникает изменяющееся во времени переменное магнитное поле. Это - первое превращение энергии электромагнитного поля, описываемое первым уравнением Максвелла.

В математической формулировке эта теорема имеет следующий вид:

                                        (1.1)

  где{\displaystyle \oint {\vec {B}}\cdot {\vec {dl}}={\frac {4\pi }{c}}\int {\vec {j}}\cdot {\vec {ds}}}гдегде {\displaystyle {\vec {B}}}  — вектор магнитной индукции;

        {\displaystyle {\vec {j}}} — плотность тока; интегрирование слева производится по произвольному замкнутому контуру, справа — по произвольной поверхности, натянутой на этот контур. Данная форма носит название интегральной, поскольку в явном виде содержит интегрирования. {\displaystyle \mathrm {rot} \ {\vec {B}}={\frac {4\pi }{c}}{\vec {j}}}

Нагреваемый объект помещают внутрь индуктора или рядом с ним. Изменяющийся (во времени) поток вектора магнитной индукции, созданной индуктором, пронизывает нагреваемый объект и индуктирует электрическое поле. Электрические линии этого поля расположены в плоскости, перпендикулярной направлению магнитного потока, и замкнуты, т. е. электрическое поле в нагреваемом объекте носит вихревой характер. Под действием электрического поля, согласно закону Ома, возникают токи проводимости (вихревые токи). Это - второе превращение энергии электромагнитного поля, описываемое вторым уравнением Максвелла.

В нагреваемом объекте энергия индуктированного переменного электрического поля необратимо переходит в тепловую. Такое тепловое рассеивание энергии, следствием чего является нагрев объекта, определяется существованием токов проводимости (вихревых токов). Это - третье превращение энергии электромагнитного поля, причем энергетическое соотношение этого превращения описывается законом Ленца-Джоуля.

Описанные превращения энергии электромагнитного поля дают возможность:

передать электрическую энергию индуктора в нагреваемый объект, не прибегая к контактам (в отличие от печей сопротивления)

выделить тепло непосредственно в нагреваемом объекте (так называемая «печь с внутренним источником нагрева» по терминологии проф. Н. В. Окорокова), в результате чего использование тепловой энергии оказывается наиболее совершенным и скорость нагрева значительно увеличивается (по сравнению с так называемыми "печами с внешним источником нагрева").

На величину напряженности электрического поля в нагреваемом объекте оказывают влияние два фактора: величина магнитного потока, т. е. число магнитных силовых линий, пронизывающих объект (или сцепленных с нагреваемым объектом), и частота питающего тока, т. е. частота изменений (во времени) магнитного потока, сцепленного с нагреваемым объектом.

Это дает возможность выполнить два типа установок индукционного нагрева, которые различаются и по конструкции и по эксплуатационным свойствам: индукционные установки с сердечником и без сердечника.

По технологическому назначению установки индукционного нагрева подразделяют на плавильные печи для плавки металлов и нагревательные установки для термической обработки (закалки, отпуска), для сквозного нагрева заготовок перед пластической деформацией (ковкой, штамповкой), для сварки, пайки и наплавки, для химико-термической обработки изделий и т. д.

По частоте изменения тока, различают:

установки промышленной частоты (50 Гц), питающиеся от сети непосредственно или через понижающие трансформаторы; 

установки повышенной частоты (500-10000 Гц), получающие питание от электромашинных или полупроводниковых преобразователей частоты; 

высокочастотные установки (66 000-440 000 Гц и выше), питающиеся от ламповых электронных генераторов.

Нагретая заготовка после ГИП поступает на специальный стол, для на несения на поверхность стеклосмазку. Затем на торец заготовки в центральное углубления устанавливают смазочную шайбу, скомпактированную на основе стеклопорошка и предназначена для контакта заготовки с иглой.

После прошивки по специальному рольгангу прошитая заготовка ( гильза ) поступает на ВИПы, где опять нагреваеться до температуры 1000-1200С.





1.3 Профильный пресс



После того как прошили и повторно нагрели гильзу приступаем к ответственному производственному процессу, прессования, где и получается готовая продукция.

Перед загрузкой гильзы в контейнер на её боковую поверхность наносят стеклосмазку путем обкатки по специальному столу, покрытому слоем стеклопорошка. Эта смазка предназначена для контакта гильзы с контейнером.

Перед прессованием на торец матрицы помещают другую смазочную шайбу 3, предназначенную для контакта заготовки с матрицей (рисунок 1.2). При этом форма радиусного скругления на торце заготовки должна соответствовать форме поверхности этой шайбы, обращенной при прессовании к заготовке.



Рисунок 1.2 – Расположения смазочных шайб

Последовательность технологических переходов при прессовании трубы по заявляемому способу такова (рисунок 1.3). Нагретая заготовка с нанесенной на ее боковую поверхность стеклосмазкой и с установленной на верхний торец стеклошайбой подается в пресс и загружается в контейнер 4 (рисунок 1.3,а). Вслед за этим в пресс подается пресс-шайба 5 и также загружается в контейнер на находящуюся там заготовку (рисунок1.3,б). При этом смазочная шайба оказывается в отверстии прессшайбы. Прессующая траверса пресса 6 с закрепленным на ней прессштемпелем 7 перемещается вниз до соприкосновения прессштемпеля с прессшайбой. При дальнейшем ходе прессующей траверсы пресс-штемпель производит осадку заготовки в контейнере (рисунок 1.3, в).

 Затем с помощью возвратных цилиндров пресса пресс-штемпель совершает небольшой ход вверх, приподнимаясь над заготовкой. С помощью прошивного цилиндра пресса (на чертеже не показан) игла 8 перемещается вниз и, совершая рабочий ход, осуществляет прошивку заготовки (рисунок 1.3,г). Прошивка заканчивается вытеснением в матрицу 9 отхода прошивки - выдры 10 и введением иглы в рабочий канал матрицы. По ходу прошивки вследствие вытеснения металла заготовки иглой заготовка увеличивается по высоте, заполняя свободное пространство под прессштемпелем. Установленная на верхнем торце заготовки смазочная стеклошайба при прошивке сначала вытесняется из прессшайбы в заготовку, затем при дальнейшем внедрении иглы в заготовку тонким равномерным расплавленным слоем распределяется на контактной поверхности между ними.



Рисунок 1.3 – Процесс работы профильного пресса

 Далее начинается прессование трубы. Пресс-штемпель и игла при этом совместно движутся вниз, и металл заготовки под воздействием пресс-штемпеля вытесняется в кольцевой зазор, образованный матрицей и иглой, формируя трубу 11 (рисунок 1.3, д). В процессе прессования смазочная стеклошайба, помещенная предварительно на торец матрицы, постепенно расплавляется на контакте с заготовкой. И непрерывно вытесняется на контакт выдавливаемой трубы с поверхностью рабочего канала матрицы, покрывая наружную поверхность трубы тонким равномерным слоем.

Прессование завершается оставлением в контейнере пресс-остатка 12 минимально допустимой высоты. Затем пресс-штемпель с иглой совершают небольшое перемещение вверх. Контейнер с находящимися в нем пресс-шайбой и пресс-остатком приподнимается над матрицей. В образовавшееся между контейнером и матрицей пространство вводится пила 13, с помощью которой производится отрезка отпрессованной трубы от пресс-остатка (рисунок 1.3,е). Затем игла возвращается в исходное положение. Контейнер опускается на матрицу, при этом находящийся в нем пресс-остаток своей трубной частью выталкивает отпрессованную трубу из рабочего канала матрицы (рисунок 1.3,ж). Труба падает вниз, попадая в приемный желоб пресса (не показан). Контейнер вновь приподнимается над матрицей. Вместо матрицы на ось пресса устанавливается приемник 14. Контейнер опускается на приемник, и вслед за этим ходом пресс-штемпеля из контейнера в приемник вытесняются пресс-остаток и пресс-шайба (рисунок 1.3,з). Приемник перемещается в исходное положение, удаляя их из зоны пресса. На ось пресса вновь устанавливается матрица с помещенной на ней новой стеклошайбой. Контейнер прижимается к матрице. Контейнер и игла поднимаются в исходное положение. Таким образом, прессовый инструмент возвращается в исходное состояние (рисунок 1.3,а).

При осуществлении предлагаемого "Способа изготовления стальных бесшовных труб" возможно также осуществление прошивки заготовки методом экспандирования. При этом в заготовке 15 (рисунок1.4) предварительно выполняется сверлением центральное сквозное отверстие диаметром, составляющим 0,2-0,3 от диаметра иглы. У торца заготовки, обращенного при прессовании к пресс-штемпелю, отверстие заканчивается коническим расширением (воронкой). В эту воронку после нагрева заготовки помещается смазочная стеклошайба 16 (рисунок 1.4), также имеющая коническую форму.

Передний конец иглы 17 снабжен коническим экспандирующим наконечником (рисунок 1.4). Наружный диаметр заготовки для прессования с экспандированием меньше, чем у заготовки для прессования с прошивкой. Он выбирается таким образом, чтобы площадь кольцевого зазора между помещенной в контейнер заготовкой и контейнером составляла 0,9-1,0 от площади поперечного сечения иглы. Точное значение наружного диаметра заготовки вычисляется из условия равенства объемов металла заготовки, вытесняемого иглой при экспандировании, и исходного зазора между заготовкой и контейнером.





Рисунок 1.4 – Экспандирования (прошивка) бесшовных труб

Последовательность технологических переходов изготовления трубы по варианту с экспандированием близка к изложенной выше применительно к варианту с прошивкой (рисунок 1.3). Отличия заключаются в том, что исключается операция осадки заготовки (рисунок1.3,в), а образование полой гильзы осуществляется путем расширения отверстия в исходной заготовке до диаметра иглы экспандирующим наконечником иглы при внедрении последней в заготовку. При этом течение металла заготовки происходит лишь в радиальном (поперечном) направлении до заполнения начального радиального зазора между заготовкой и контейнером. Течение металла вверх и соответственно трение по контейнеру при экспандировании отсутствуют. Увеличения высоты заготовки не происходит, в результате отпадает необходимость в предварительном подъеме пресс-штемпеля над заготовкой.

Экспандирование по сравнению с чистой прошивкой характеризуется меньшим технологическим усилием и пониженными нагрузками на иглу, что повышает точность (концентричность) получаемого в заготовке отверстия, а также сокращает величину отхода (выдры).

Использование экспандировання наиболее целесообразно при получении относительно тонкостенных труб - с отношением наружного диаметра трубы к толщине ее стенки свыше 25-28, а также при соотношении высоты прошитой заготовки и ее внутреннего диаметра более 7-8.

Из изложенных выше описаний предлагаемого изобретения "Способ изготовления стальных бесшовных труб", его аналога и прототипа следует, что изобретение позволяет при производстве труб на гидравлических прессах с использованием высокоэффективных технологических смазок на основе стекла объединить операции прошивки заготовки и прессования трубы в один рабочий цикл одного экструдинг-пресса, обеспечить оптимальные температурно-скоростные условия процесса и уменьшить нагрузки на прессовый инструмент, увеличить срок службы этого инструмента, повысить точность прошиваемых заготовок и сократить отходы металла при прошивке.

В результате обеспечивается существенное снижение капитальных затрат при создании трубного производства, трудоемкости и эксплуатационных расходов (электроэнергия, инструмент, обслуживание оборудования и прочее) при изготовлении труб, создаются выгодные условия для строительства металлургических мини-заводов и организации производства труб в заготовительных цехах машиностроительных заводов, обеспечивается расширение сортамента горячепрессованных стальных труб по размерам и маркам стали и увеличение в общем объеме изготавливаемых труб доли прессованных труб, в том числе не требующих последующего передела на прокатном оборудовании, повышается точность размеров таких труб и качество их поверхности, существенно улучшаются экологические характеристики трубного производства.











1.4 Пшб( печь с шагающими балками камерного типа)



Печь предназначена для нагревания трубы до нужной температуры перед редуцированием.



Рисунок 1.5 – Пшб( печь с шагающими балками камерного типа)



Печи с шагающими балками предназначены для газового нагрева массивных блюмов, слябов, балочных заготовок перед пластической деформацией (прокаткой), а также для проведения других термических процессов. В печах с шагающими балками заготовки опираются на специальные металлические балки, рабочий уровень которых находятся выше уровня пода. Печные балки делятся на стационарные и приводные (шагающие).

Печи с шагающими балками имеют максимальную производительность за счет применения верхнего и нижнего нагрева. Рекомендуемая толщина нагреваемых заготовок должна быть более 130 мм. Производительность подобных печей, как правило, более 90 т/час.

Описание конструкции печей:

Корпус печи собирается в единый нагревательный блок из печных футерованных модулей, планшетов, перекрытий и т.п. Уровень свода печей выполнен на разных уровнях, включая наклонные участки. К элементам печи, находящимся на возвышении (горелки, задвижки) подведены лестничные марши и площадки для обслуживания. В корпусе имеются уплотняемые проемы для уборки окалины и технического обслуживания.

Под печи собирается из бетонных огнеупорных плит, ниже идут слои из волокнистых материалов. Вся футеровка пода печи фиксируется на стальном каркасе. В поду печи имеются проемы (пазы) под перемещения шагающих балок и под удаление окалины.

Неподвижные опоры (балки) состоят из нескольких рядов стальных опор и рейтеров. Рейтер изготавливается отливкой из высоконикелевой стали. Рабочие поверхности рейтера согласовываются с Заказчиком по форме и размерам заготовок. По рейтер опирается на опоры со специальными подушками. Для придания прочности печные балки изнутри охлаждаются водой, снаружи теплоизолируются.

Подвижные балки по конструкции схожи с неподвижными. Подвижные балки опираются на подвижную раму.  Внизу у подвижных балок имеются специальные теплоизоляционные элементы, перекрывающие паз во время шагания.  Уровень рабочих поверхностей подвижных и неподвижных балок в период паузы при шагании находится на одном уровне.

Рамы. Конструкция шагающих балок состоит из рамы вертикального перемещения и рамы горизонтального перемещения, промежуточных роликов, гидроприводов, и наклонных опор. Взаимное перемещение двух рам (шаг) относительно неподвижного пода перемещает заготовки в процессе работы.

Устройства водяного затвора. Для предотвращения свободного сообщения печных газов и воздуха предусмотрены водяные уплотнения. Водяные уплотнения выполнены в виде продольных каналов (баков) с элементами лабиринтных уплотнений.

Механизм печной заслонки. По краям боковых стенок печи на уровне подающего и выводящего рольгангов расположены печные заслонки. Сторона подвода и отвода заготовок согласовывается с заказчиком исходя из планировки цеха. Печные заслонки поднимаются и опускаются в вертикальной плоскости по специальным направляющим, освобождая проём для загрузки.

Печной рольганг загрузки является промежуточным звеном между подающим рольгангом и балками печи. Печной рольганг представляет собой сварную раму, на которой размещены консольные ролики. Ролики выполнены водоохлаждаемыми. Рабочая часть роликов размещена в печном пространстве. Датчик длины заготовки определяет её длину и выдает сигнал приводам на выполнение перемещение и остановки заготовки в нужном месте.

Печной рольганг выгрузки предназначен для снятия заготовок с печных балок и вывода заготовки из печи. Печной рольганг выгрузки состоит из сварной рамы, консольных роликов и специальных манипуляторов. Съём заготовок с балок производят манипуляторы, а рольганги выводят заготовку из печи.

Прилежащие рольганги. Подача заготовок в печь и отвод от печи производится, прилежащими рольгангами. Длина и форма прилежащих рольгангов согласовывается с заказчиком под конкретную задачу.

Нагрев печи производится теплом, выделяемым при горении природного газа (опционально - мазут). В подобных печах применяются высокоскоростные горелки с низким выбросом NOX. Как правило, подобные печи имеют методическую, сварочную и томильную зоны. Каждая горелка оборудована необходимой арматурой и коммутирована в определенную зону нагрева.

Рекуператор. По ходу дымового канала размещается теплоизолированная камера с трубчатым рекуператором. Воздух горения, до поступления на горелки, проходит через рекуператор, где подогревается отходящими дымовыми газами. На случай превышения температуры дымовых газов, имеется система защиты рекуператора. Продукты сгорания после рекуператора подразумевается направлять в дымовую трубу. Тяга дымовой трубы и другие параметры согласовываются.

Система водяного охлаждения предназначена для подачи воды под снижение температуры эксплуатации печных балок, рольгангов, манипуляторов. Подача воды на каждый источник потребления обеспечивается разнесенной системой подачи и отвода воды. Система водяного охлаждения включает: гидравлические рукава, клапана, краны, вентили, реле протока жидкости, ниппели для присоединения гидравлических рукавов и т.п.

Гидравлическая система печи предназначена для перемещения подвижных рам печи. Гидравлическая система включает насосную станцию, гидроцилиндры, дроссели, гидравлические магистрали, фильтры, масляный бак, необходимую арматуру и т.д.

Дополнительное оборудование:

Телевизионная система печного видеонаблюдения. Система видеонаблюдения показывает изображения внутреннего объема нагревательной печи (расположения заготовок в печи) во время производственного процесса нагрева заготовок.

Система очистки печи от окалины. Система предусматривает применение дополнительного оборудования для уборки окалины.

В зависимости от конструктивных решений в системе нагрева могут применяться рекуперативные горелки без применения рекуператора.

Автоматизация печи (АСУ):

Нагревательная печь оборудована автоматизированной системой управления нагревательными печами (АСУ ТП). Система АСУ печью смонтирована в шкафах, локальных пультах управления, с применением промышленного ПК. Уровень управления может согласовываться. АСУ может интегрироваться с другими установками, выполняться на контроллерах марок Siemens и т.п. Имеются все необходимые сигнализации и блокировки аварийных ситуаций.

1.5 РРС и охладительный стол

Редукционно-растяжной стан состоит из 24 индивидуально приводимых клетей со встроенными редукторами: первые восемь клетей имеют валки диаметром 500 мм, следующие 16 - валки диаметром 430 мм. Предусмотрен специальный мостовой кран с двумя балками для быстрой смены клетей.

Общая установочная мощность привода 6480 кВт (24x270) кВт. Трубы, собираемые в пакеты на выходном конце холодильника, передают по двум рольгангам к участкам резки.

Основными особенностями конструкции агрегата являются высокая надежность оборудования, быстрая смена рабочего инструмента, простота автоматической настройки клетей, достигнутые благодаря рациональному расположению оборудования в технологической линии. Длительность общих простоев на ремонт гидравлических систем и механического оборудования составляет менее 5 % (при работе в три смены).

В 1989 г. в нашей стране итальянской фирмой Италимпьянти построен аналогичный трубопрокатный агрегат на Волжском трубном заводе ( 8.5), производительностью 720 тыс.т труб в год, входящий в состав металлургического комплекса с электродуговыми сталеплавильными печами и установками непрерывной разливки стали.

Трубы диаметром 159...426 мм в основном для нефтяной и газовой промышленности, производятся по оригинальной технологической схеме. Исходная квадратная непрерывнолитая заготовка прошивается на пресс-валковом стане с последующей раскаткой на косовалковом стане с удерживаемой перемещаемой оправкой. Окончательные размеры трубы получаются в калибровочно-извлекательном (трубосъемочном) стане, который установлен в одну линию с непрерывным. Быстрое разделение трубы и оправки в калибровочно- извлекательном стане позволяет прокатывать трубы без промежуточного подогрева.

Охладительный стол служит для охлаждения трубы и в дальнейшем транспортировку её на порезку, доработка, правку и т.д........................