|
В зависимости от способа
производства и назначения труб в качестве исходного материала для них
применяют катаную или кованую заготовку, а также слитки. Слитки в настоящее
время еще используют для изготовления труб крупных размеров (диаметром более 140 мм) на установках со станами периодической (пилигримовой) прокатки в связи с трудностью
получения круглой катаной заготовки большого диаметра, а также потому, что
стоимость слитков значительно ниже. Применяют слитки массой (весом) 1,8—3,5
т. Несмотря на то, что в современных сталеплавильных цехах малый развес
слитков нерационален, использование их при производстве труб является
экономически выгодным, так как конечная себестоимость труб из таких слитков
оказывается меньше. Однако для труб ответственного назначения (паропроводные
и коллекторные установок высокого давления) слитки не используют, так как
крупнокристаллическое строение, макропористость и остатки усадочной рыхлости
в них не позволяют получить поверхность трубы высокого качества. В этом
случае применяют кованую заготовку с высверленной сердцевиной и наружной
поверхностью, подвергнутой обдирке.
Слитки используют круглого, многогранного или квадратного
сечений. Слитки квадратного сечения могут использоваться только в том случае,
когда прошивку ведут на гидравлических прессах.
Слитки имеют обычно конусность около 1%, а развес их
зависит от размеров прокатываемых труб. Катаную или кбваную заготовку
применяют круглого сечения диам. 80—320 мм квадратного сечения размерами от
140 X 140 до 350x350 мм. Квадратную заготовку также используют только в
случае прошивки ее на гидравлических прессах.
Качество исходного металла во многом предопределяет
качество готовых труб, так как пороки, имеющиеся на слитках или заготовках,
как правило, сохраняются и на готовых трубах. Являясь концентраторами
напряжений, наружные пороки могут привести к образованию трещин, разрыврв и
плен на трубах. Дефекты на поверхности исходного металла должны быть удалены
путем ремонта. Обычно это производят пологой вырубкой дефектных мест
пневматическими молотами (ширина места вырубки должна быть не менее чем в 6
раз больше ее глубины), шлифовкой
наждачным кругом, а в последнее время используют огневую
зачистку. Мелкие поверхностные дефекты могут быть не видны, поэтому иногда
для более тщательного выявления их производят предварительное травление
металла в целях удаления слоя окалины, скрывающей эти дефекты.
Заготовки из малопластичных сталей (коррозиопностопких,
жаростойких) подвергают обязательной сплошной обточке или шлифовке. Кроме
того, обточенную заготовку применяют при изготовлении труб ответственного
назначения.
На качество готовых труб значительное влияние оказывает
микроструктура и чистота металла, степень укова. Большое скопление
неметаллических включений или пористость металла приводят к нарушению
сплошности, что проявляется чаще всего в виде разрывов, трещин и плен на
внутренней поверхности труб, а иногда в виде расслоений. Это прежде всего
относится к малопластичным сталям. Поэтому во многих случаях структуру
металла регламентируют, не допуская повышенной пористости и большого
количества неметаллических включений.
Для труб весьма ответственного назначения применяют
заготовку, полученную электрошлаковым переплавом, при котором загрязнений
неметаллическими включениями возникает очень мало. Это позволяет изготовлять
трубы с хорошей внутренней поверхностью.
Катаный металл поступает в трубопрокатный цех в виде штанг
длиной от 4 до 7 м, а иногда и более. Эти штанги должны быть раскроены на
короткие заготовки, длина которых определяется размерами готовой трубы
Всегда следует стремиться получать трубу длиной,
максимальной для данного трубопрокатного агрегата, так как при этом
достигается наивысшая производительность, а относительные потери металла в
обрезь сокращаются. Однако в связи с тем, что поступающие штанги имеют разную
длину, раскроить металл на заготовки какой-то строго определенной длины не удается
и поэтому устанавливают пределы раскроя:
Раскрой дитанг может производиться в их холодном состоянии
или после их нагрева. Чаще всего раскрой ведут в холодном состоянии. В этом
случае полученные заготовки разной длины сортируют таким образом, чтобы на
прокатку поступал металл с небольшими отклонениями по длине (в пределах
50—100 мм). Если при раскрое получатся заготовки чрезмерно короткие для
прокатки трубы, данного размера, то их используют для производства более
тонкостенных труб.
При раскрое нагретого металла нет возможности произвести
сортировку заготовок по длине, так как они сразу же должны поступать на
прокатку. Следует иметь в виду, что безостаточное деление штанг немерной
длины на требуемое число заготовок длиной с заданными пределами /тах и /min
не всегда возможно. К примеру, если /min = 1500 мм, а /тах = 2000 мм, то штангу длиной Ьш = 4100^-4500 мм раскроить не удастся: при делении ее на две части длина заготовки будет больше максимальной, а при делении на три
части — меньше минимальной.
Минимальное число п кратностей, на которое должна быть
разделена штанга, следует округлять при расчете до ближайшего большего целого
числа. Чем меньше величина /min, тем легче осуществлять безостаточное деление
штанги (можно использовать штанги меньшей длины). Однако в этом случае будет
более значительная потеря в производительности трубопрокатной установки
вследствие прокатки труб меньшей длины.
В связи с трудностями безостаточного деления штанг в
нагретом состоянии часто используют штанги, длина которых кратна максимальной
длине заготовки. Несмотря на повышенную стоимость таких штанг применение их
частично оправдывается повышением производительности трубопрокатной
установки. Использование штанг большой длины облегчает применение
безостаточного деления, и в дальнейшем способ раскроя с применением длинных
штанг должен получить широкое распространение.
Раскрой заготовки может производиться ломкой штанг на
гидравлических прессах в холодном состоянии и разрезкой металла на
пресс-ножницах или пилами в холодном или горячем состояниях.
Пресс:ножницы применяют для разрезки заготовки диаметром
не более 140 мм. Разрезку производят сменяемыми ножами, имею-
щимн профилированную в' соответствии с диаметром заготовки
режущую часть. Схема разрезки заготовки показана на 3, б. Один нож
установлен стационарно, другой может перемещаться в вертикальной плоскости. В
различных конструкциях ножниц перемещающимся может быть либо верхний, либо
нижний суппорт. Разрезку заготовки могут осуществлять и в нагретом состоянии.
Заготовки диам. более 140 мм ломают в холодном состоянии. Схема ломки заготовки показана на 3, а. Ломку ее производят на
гидравлических горизонтальных прессах ( 4). Предварительно на заготовке
перпендикулярно ее оси делают ацетиленовым пламенем надрез глубиной около 20 мм. Этот надрез точно фиксирует место излома, благодаря чему он получается ровным. Надрез должен
находиться на стороне, противоположной движущемуся ножу.
Пилы применяют обычно для разрезки квадратной заготовки.
Помимо заметных потерь металла, при резке пилой создается много шума, что
ухудшает условия работы обслуживающего персонала. Заготовки, поступающие на
прошивку, предварительно проходят центровку. Для этого на переднем торце
заготовки делают углубление диаметром и глубиной по (0,2^-0,22)cl3. Центровка
заготовки уменьшает разностенность переднего конца трубы, улучшает условия
захвата ее валками прошивного стана, создает возможность вести процесс
прошивки при более благоприятных режимах (уменьшенном обжатии), что особенно
важно при изготовлении труб из легированных и высоколегированных сталей-. Углубление
для центровки можно сделать сверлением на токарном станке, выжиганием
кислородно-ацетиленовым пламенем или электрической дугой, выдавливанием
отверстия на нагретой заготовке пневматическими машинами или гидравлическими
прессами. Наибольшее распространение получил способ горячей центровки. Для
этой цели применяют машины - зацентровщики двух типов. Машины первого типа
наносят углубление путем накернивания поверхности несколькими ударами бойка,
а машины второго типа, получившие в отечественной практике наибольшее
распространение, — одним ударом бойка, имеющим большую скорость. Машины для
зацентровки заготовки устанавливают в потоке, их работа полностью
автоматизирована.
Нагрев заготовки. Правильный выбор режима нагрева металла
в значительной мере определяет качество готовых труб и в то же время
обеспечивает работу всего оборудования при наименьших нагрузках и с меньшим
расходом энергии.
Продолжительность нагрева заготовки (слитка) определяется
физико-механическими свойствами нагреваемого металла и условиями
теплопередачи, зависящими от свойств этого металла, конструкции печи и
расположения заготовки в рабочем пространстве печи.
Допускаемая скорость нагрева металла ограничивается
напряжениями, возникающими в нем вследствие получающегося температурного
перепада по сечению нагреваемого слитка или заготовки. Для легированной и
высоколегированной сталей эти напряжения обычно опасны в первый период
нагрева — до 500— 550 °С. Для заготовки из низкоуглеродистой стали этот
температурный интервал не опасен. Исследованиями последних лет доказано, что
форсированный нагрев металла путем создания максимального температурного
перепада между рабочим пространством печи и самим металлом не только
возможен, но и весьма целесообразен: отмечается экономия топлива, уменьшается
потеря металла в окалину. Вместе с тем установлено, что качество поверхности
труб от этого не ухудшается. Однако раньше предпочитали длительный нагрев,
полагая что при этом должны уменьшаться поверхностные дефекты из-за
повышенного окалинообра- зования. Сейчас доказано, что чрезмерно длительный
нагрев может привести даже к ухудшению качества наружной и внутренней
поверхности труб вследствие изменения скоростных условий при прошивке на
стане поперечно-винтовой прокатки.
Удельная продолжительность нагрева составляет 5—8 мин на 1 см диаметра заготовки и ограничивается тепловой мощностью и конструкцией печи. В тех случаях, когда
конструкция печи позволяет вести нагрев более интенсивно, удельная
продолжительность нагрева может быть уменьшена до 1,2—1,3 мин на 1 см диаметра заготовки. Такие величины достигнуты, в частности, при нагреве заготовок из
углеродистой стали диам. 140 мм в проходных секционных печах. Нагрев слитков
ведут с меньшей скоростью — удельная продолжительность нагрева составляет
10—12 мин на 1 см диаметра.
Для уменьшения усилий деформации температуру нагрева
всегда желательно иметь наиболее высокой. Однако чрезмерно высокая
температура нагрева может привести к сильному росту зерна (перегреву),
снижающему пластичность стали, или даже к оплавлению и окислению границ зерен
(пережогу) и полной потере пластических свойств стали. Поэтому температура
нагрева углеродистой стали должна быгь обязательно на 100—15J °С ниже линии
температур начала плавления на диаграмме состояния железо—углерод.
Следовательно, температура нагрева стали с увеличением содержания в ней
углерода должна снижаться. Для легированной и высоколегированной сталей,
более чувствительных к перегреву и пережогу, температурный интервал нагрева
необходимо устанавливать наиболее точно. При этом нужно учитывать, что
прошивка этих сталей, имеющих, как правило, повышенное сопротивление
деформации, сопровождается заметным их разогревом — температура поднимается
на 30—50 °С по сравнению с температурой нагрева в печи.
Для определения оптимальной температуры нагрева
легированной и особенно высоколегированной сталей широко применяют лабораторные
испытания металла, используя метод горячего скручивания круглого образца. При
этом число оборотов образца до разрушения характеризует пластичность металла.
Учитывая разогрев металла при прошивке, температуру нагрева его в печи обычно
устанавливают на 20—40 °С ниже области температур максимальной пластичности,
определенной методом горячего скручивания. В 1 приведены режимы нагрева
заготовок из разных сталей.
Равномерность нагрева слитков и заготовок по сечению и
длине является важным требованием, соблюдение которого в значительной мере
определяется конструкцией печи. В этом отношении бесспорные преимущества
имеют современные кольцевые печи с вращающимся подом. В этих печах заготовки
укладывают так, что между ними имеется просвет, а всесторонний нагрев
обеспечивает равномерность температуры металла по сечению. Хорошая
герметизация печи способствует равномерности нагрева по длине заготовок.
В методических печах, еще широко распространенных в
трубных цехах, равномерность нагрева металла по сечению зависит от правильной
и своевременной кантовки заготовок. В таких печах заготовки укладывают
плотно. В связи с этим для равномерного нагрева необходима кантовка заготовок
на 180°. Кантовку производят вручную, лишь слитки большого сечения кантуют с
помощью машин. Кантовку ведут через боковые окна печи, в которые может
засасываться холодный воздух, что приводит к охлаждению концов заготовок или
слитков, расположенных у стенки печи. Только тщательное регулирование
температуры по ширине печи позволяет добиваться относительно небольшой
неравномерности нагрева металла.
Кольцевые нагревательные печи имеют следующие преимущества
перед методическими: облегчается обслуживание (отпадает тяжелый физический
труд при кантовке), лучше обеспечивается равномерный нагрев; уменьшаются
потери металла в окалину. Если в методических печах эти потери составляют
около 2%, то в кольцевых они обычно не превышают 0,5—1,0%, так как нет
кантовки заготовки во время нагрева, и первичная окалина препятствует
дальнейшему окислению.
Химический состав стали по-разному влияет на окалинообра-
зование. С увеличением содержания углерода в стали склонность ее к окислению
уменьшается; с повышением содержания хрома, никеля, кремния и некоторых
других элементов сталь приобретает свойства жаростойкости. Однако решающими
факторами, определяющими интенсивность окал инообразования, является состав
печной атмосферы, температура и продолжительность нагрева. В состав печной
атмосферы входят окислительные (02, Н20, С02 и др.), восстановительные (Н2,
СО) и нейтральные (N2) газы. В зависимости от их соотношения процессы
окисления могут протекать с разной скоростью. Состав печной атмосферы
определяется полнотой сжигания топлива, т. е. соотношением топливо—воздух:
если сжигание топлива вести с избытком воздуха, то атмосфера рабочего
пространства будет окислительная, а при большом недостатке воздуха можно
добиться восстановительной .атмосферы, защищающей металл от образования
окалины.
В некоторых случаях.(особенно при нагреве цветных
металлов), когда необходимо предотвратить окалинообразование, применяют
нагрев в расплаве стекла, солей или защитной газовой атмосфере (аргоне).
Вместе с процессом поверхностного окисления стали при
высокой температуре происходит обезуглероживание. Глубина обезуглероженного
слоя в готовой трубе вследствие большой деформации заготрвки обычно невелика,
однако во многих случаях обезуглероживание вообще недопустимо. Уменьшения
обезуглероживания можно добиться теми же путями, что и снижения
окалинообразования, но наиболее надежным способом является нагрев в
нейтральной среде.
Применяемые в трубных цехах нагревательные печи отапливают
жидким или газообразным топливом, в последнее время широко используют
природный газ. Методические печи, применяющиеся для нагрева круглых заготовок
и слитков, имеют наклонный под (уклон составляет* 6—12%), что облегчает их
кантовку. В случае нагрева квадратной заготовки под делают горизонтальным и
перемещение заготовок осуществляется толкателем. Рабочее пространство печи
состоит из сварочной и методической зон, но имеются печи и с тремя зонами,
каждая из которых имеет -самостоятельное отопление. Трехзонные печи применяют
обычно для нагрева слитков и заготовок большого диаметра (более 150 мм).
Кольцевые печи ( 6) имеют рабочее пространство в
форме замкнутого пустотелого кольца, образуемого наружной и внутренней
стенками, подвесным сводом и вращающимся подом. Горелки или форсунки
расположены на наружной и внутренней стенках печи. Продукты горения отводятся
в общий боров через каналы в стенках печи, сделанные на уровне пода, и
поступают в рекуператор для нагрева воздуха. Под вращается со скоростью до
1,5 м/мин. Кольцевые зазоры между стенками и подом печи перекрыты песочными
или водяными затворами. Подина покоится на опорных роликах и вращается от двигателя
через редуктор и зубчатую кольцевую рейку. Специальные упорные ролики
предотвращают радиальное смещение подины.
Загрузку и выгрузку заготовок осуществляют специальными
машинами через окна печи, расположенные возможно ближе друг к другу. При этом
заготовка в процессе нагрева совершает почти полный поворот относительно оси
вращения подины.
Машины для загрузки и выгрузки заготовок имеют одинаковую
конструкцию, представляющую собой тележку, несущую на своем конце длинный
хобот с клещами. Тележка установлена на эстакаде и может передвигаться в
направлении, перпендикулярном оси печи. Хобот с клещами перемещается в
вертикальной плоскости. Однако в машине для выгрузки он может двигаться и в
горизонтальном направлении. При загрузке тележку отводят в крайнее заднее
положение, хобот опускают и заготовку захватывают клещами. Затем, приподняв
хобот, тележку направляют к печи. Когда заготовка введена в печь, хобот
опускают, разжимают клещи, и поданный металл укладывается на подине. Затем
тележку отводят назад для захвата следующей заготовки. Аналогично производят
и выгрузку заготовок, осуществляя для захвата данной заготовки перемещение
хобота в горизонтальной плоскости.
Кольцевые печи применяют для нагрева заготовок диам. до 320 мм и длиной до 4 м . Диаметр печи достигает 24 м. Производительность таких печей до 75 т/ч.
В зарубежной практике для нагрева слитков применяют печи
туннельного типа. Под этих печей состоит из передвижных тележек, поверхность
которых футерована огнеупорным кирпичом. Тележки передвигаются через печь по
рельсовому пути с помощью гидравлического толкателя. Ходовая часть тележки
изолирована от горячих печных газов песочными затворами с обеих сторон печи.
На тележку перед загрузочным окном печи мостовым краном укладывают слиток.
Разгрузку тележек на выходе из печи производят шаржир-машиной подвесного
типа. Когда очередная тележка, нагруженная холодными слитками, вводится
толкателем в печь, происходит перемещение всех тележек, причем последняя, уже
разгруженная, выходит из печи. При помощи специального гидравлического
устройства вышедшая тележка по поперечной колее поступает к движущейся
бесконечной цепи, которая возвращает эту тележку к загрузочной стороне печи.
По поперечной колее тележка вновь возвращается на ось печи. Общая длина печи
достигает 55 м. В работе участвует 21 тележка. Производительность печи до 40
т/ч. Недостатком этих печей являются большие потери тепла при остывании
тележек в процессе загрузки.
Для скоростного нагрева круглых заготовок используют
проходные секционные печи. Одна из таких печей состоит из 52 секций и камеры
выдержки. Общая длина печи достигает почти 90 м. Транспортирование длинных штанг совершается в ней водоох- лаждаемыми роликами, установленными
между секциями и имеющими некоторый наклон относительно направления движения
штанг. Это обеспечивает не только поступательное движение штанг со скоростью
1,6—3,0 м/мин, но и их вращение, что повышает равномерность нагрева металла
по сечению и предотвращает искривление штанги. Нагрев ведется в две нитки.
Расстояние между роликами 1700 мм определяет минимальную длину нагреваемых штанг — 3400 мм. В камере выдержки, куда возвращают штанги после отрезки от них заготовки, имеющие меньшую длину, шаг между
роликами уменьшен до 400 мм. Ролики установлены консольно и позволяют
регулировать скорость перемещения штанг в камере выдержки раздельно для
каждой линии. Скорость выдачи составляет 50 м/мин, а скорость перемещения при
возвращении штанги обратно в печь после отрезки от нее короткой заготовки 10
м/мин. Выдачу штанг с каждой линии производят попеременно. Производительность
печи до 40 т/ч. Для нагрева заготовок используют также индукционный нагрев в
печах проходного типа.
При горячей прокатке в некоторых случаях применяют
промежуточный подогрев раскатов на разных стадиях передела (перед
калибровкой, редуцированием, прессованием и др.).
Трубы нагревают в камерных печах с непрерывной загрузкой и
выгрузкой. Под таких печей делают наклонным, что облегчает условия кантовки.
В последнее время перемещение труб в печи механизируют — предусматривают под
с шагающими балками. Равномерность нагрева труб обеспечивается частым
расположением горелок или форсунок. Кантовки труб в этом случае не требуется.
Применяют также электрические проходные печи, где трубы нагревают токами
высокойk частоты. Одна такая печь состоит из 16 индукторов ( 7) и имеет общую
длину около 20 м. Частота тока 2500 гц, а общая установочная мощность до
11000 кет при скорости продвижения труб 1,2—1,8 м/сек. Температура труб диам.
108 мм и толщиной стенки 3—8 мм при подаче составляет 400—500 °С, а на выходе
из печи 1000—1100 °С. Температура труб поддерживается автоматически. Известны
печи, где пламенный нагрев труб сочетается с индукционным.
|