УДК 621.774.3
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РЕЖИМОВ ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ ТРУБ НА МИНИ ТПА 70-270
© Романцев Борис Алексеевич, д-р техн. наук, проф., e-mail: boralr@yandex.ru;
Гончарук Александр Васильевич, д-р. техн. наук, проф., e-mail: gon@misis.ru;
Алещенко Александр Сергеевич, канд. техн. наук, e-mail: judger85@mail.ru;
Онучин Александр Борисович, канд. техн. наук, e-mail: alexustasu@gmail.com;
Гамин Юрий Владимирович, e-mail: gamin89@yahoo.com Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС». Россия, Москва
Статья поступила 28.03.2014
Проанализирована таблица прокатки действующей технологии производства труб на мини ТПА 70-270. Предложены новые режимы деформации и распределение коэффициентов вытяжки на операциях прошивки и раскатки.
Ключевые слова: трубное производство; винтовая прошивка; режим обжатий; таблица прокатки; коэффициент вытяжки.
На мини ТПА 70-270 ОАО «Выксунский металлургический завод» в основу технологического процесса положен метод прошивки заготовки с последующей раскаткой гильзы в трубу на двухвалковом стане винтовой прокатки с направляющими линейками. Разработанная технология производства бесшовных труб включает следующие технологические операции (рис. 1):
- раскрой исходных прутков на мерные длины механическими пилами;
- нанесение на передний торец заготовки центрирующего углубления сверлением в холодном состоянии;
- нагрев заготовок в газовой печи до температуры прокатки;
- прошивку заготовки на двухвалковом стане винтовой прокатки по чашевидной схеме с использованием в качестве направляющего инструмента линеек;
- раскатку гильзы в этом же стане на короткой конической или цилиндрической оправке;
- калибрование полученной черновой трубы по диаметру в трехвал-ковом стане винтовой прокатки с одновременной правкой;
- контролируемое охлаждение трубы.
Технологический процесс реализуется на компактном малоэнергоемком автоматизированном оборудовании. Основное оборудование объединено передающими устройствами в единую поточную линию, на которой предусмотрена как возможность работы с одного нагрева, так и последовательное осуществление операций прошивки, нагрева, раскатки гильзы и калибрования трубы [1].
Процесс прошивки и раскатки осуществляется рабочими валками при постоянном угле подачи - 12°. Как показывают исследования, такое значение угла подачи оптимально, оно обеспечивает приемлемый уровень энергосиловых параметров процесса прошивки и качество получаемых гильз [2, 3]. Угол раскатки валков составляет 7° по чашевидной схеме. Калибрование черновой трубы по диаметру производится в трехвалковом стане винтовой прокатки с грибовидными валками при угле подачи 10° и обжатии по диаметру до 5%, что позволяет совместить калибрование трубы с правкой.
Рис. 1. Схема технологического процесса производства труб на ТПА 70-270:
1 - резка заготовок; 2 - механическая зацентровка; 3 - нагрев; 4 - прошивка; 5 - раскатка; 6 - калибрование и правка; 7 - охлаждение
Цель настоящей работы - совершенствование процесса прокатки путем наиболее рационального распределения режимов обжатий в операциях прошивки и раскатки, обеспечивающих повышение качества гильз и труб.
Распределение частных обжатий по клетям или проходам имеет большое значение. Оно влияет на точность проката, нагрузку на оборудование, производительность стана. При рациональном распределении обжатий удается обеспечить примерно равномерную загрузку клетей по усилию прокатки и расходуемой мощности.
Вместе с тем для повышения эффективности технологии и получения более качественной продукции по основным принципам обработки металлов давлением при прокатке принято выбирать ниспадающий режим обжатий, т.е. при переходе к каждой последующей операции обжатие и коэффициент вытяжки должны уменьшаться.
Одним из основных критериев эффективности процесса прошивки заготовок и раскатки гильз на двухвалковых станах винтовой прокатки, оценки энергопотребления и экономичности этих процессов является удельный расход энергии. На удельный расход энергии при винтовой прокатке влияет ряд технологических факторов: коэффициент вытяжки, угол подачи, условия скольжения металла относительно инструмента в очаге деформации и др. [4, 5].
Анализ существующей таблицы прокатки на мини ТПА 70-270 показал, что в настоящее время используются режимы обжатий, обеспечивающие коэффициент вытяжки при раскатке гильзы выше, чем при прошивке. Например, при производстве труб диам. 153,7-269,9 мм, используемых в качестве муфтовых заготовок, коэффициент вытяжки при прошивке находится в пределах 1,30-1,66. На следующей операции раскатки коэффициент вытяжки возрастает до 1,65-1,90. При калибровании трубы обжатие по диаметру незначительно (1-3%) и необходимо лишь для получения качественной наружной поверхности и точных размеров по диаметру.
В результате анализа фактических значений энергосиловых параметров процессов прошивки и раскатки также было отмечено, что при раскатке потребляемая мощность значительно выше, чем при прошивке, что отрицательно влияет на надежность эксплуатации оборудования.
Распределение вытяжки между операциями прошивки и раскатки может варьироваться в широких пределах в зависимости от размеров получаемых гильз и особенностей последующих
технологических операций. На основе статистической обработки данных по качеству труб за по-луторагодовой период работы мини ТПА 70-270 установлено, что для получения гильз с эффективным выглаживанием по наружной поверхности и минимальным отклонением по наружному диаметру коэффициент вытяжки при раскатке должен быть на 20-30% ниже, чем при прошивке (рис. 2). В то же время наиболее точные по размерам гильзы при прошивке удается получить, если соотно-
Труба 269,9x28 мм Труба 269,9x19,6 мм Труба 244,5x25,2 мм Труба 244,5x19,6 мм
Прошивка Раскатка Калибрование
1,90-, 1,801,701,60-п 1,501,401,301,20 1,10 1,00
Труба 194,5x22,4 мм Труба 194,5x17,8 мм Труба 187,7x25,1 мм Труба 187,7x17,8 мм
Прошивка Раскатка Калибрование
2,00-| 1,901,801,701,601,501,401,301,20 1,10 1,00
Труба 166,0x22,0 мм Труба 166,0x17,8 мм Труба 153,7x19,4 мм Труба 153,7x13,0 мм
Прошивка Раскатка Калибрование
1,90 1,80 1,70 1,60 1,501,401,30 1,20 1,10 1,00
Труба 127x19,6 мм Труба 127x12,6 мм
Прошивка Раскатка Калибрование
Рис. 2. Распределение коэффициентов вытяжки при прокатке труб: а - диам. 269,9 и 244,5 мм; б - диам. 194,5 и 187,7 мм; в - диам. 166,0 и 153,7 мм; г - диам. 127,0 мм
а
б
в
г
шение D/S = 5,5-7,5. С точки зрения проработки структуры металла целесообразно вести прошивку с некоторым уменьшением диаметра гильзы по отношению к диаметру заготовки или его увеличением («подъемом») до 5%, а раскатку, наоборот - с увеличением диаметра раската по отношению к гильзе; при этом реализуется наиболее естественная схема течения металла с минимальным скольжением относительно рабочих валков.
На основе этого разработана таблица прокатки на мини ТПА 70-270 с рациональными коэффициентами вытяжки на операциях прошивки и раскатки. Как видно из представленных графиков (см. рис. 2), на операции прошивки коэффициенты вытяжки находятся в пределах 1,50-1,90, при раскатке гильзы ц = 1,25-1,80, а при калибровании трубы по диаметру и ее правке коэффициенты вытяжки снижаются до 1,02-1,05.
Расчеты и экспериментальные данные, полученные в процессе работы мини ТПА 70-270, свидетельствуют, что перераспределение вытяжки сопровождается повышением потребляемой мощности на двигателях главного привода и крутящего момента на шпиндельных устройствах главного привода на 15-20%, что допустимо по техническим характеристикам шпиндельных устройств и приводов. Валковые узлы имеют значительный запас прочности.
Предложенные режимы прошивки и раскатки рассмотрены с точки зрения энергоэффективности процессов. Понятие показателя эффективности процесса винтовой прокатки пэп [4] для углеродистых сталей учитывает влияние коэффициента вытяжки на скольжение металла в очаге деформации по следующим зависимостям:
ца= -0,63 +[/0°'156+ *УП0Д64 + 0,07^+0,037Д5Г/£>Г2,
Пэ.п = По(1 + ц)/2цпт,
где U0 - обжатие заготовки перед носком оправки; ип - обжатие заготовки в пережиме валков;
- коэффициент овализации; D0 - диаметр заготовки; D„, Si, - диаметр и толщина стенки гильзы; По, Пт - коэффициенты осевой и тангенциальной скоростей.
Показателя эффективности винтовой прокатки пэп должен превышать значение 0,5. В предлагаемом распределении деформации между операциями прошивки и раскатки при обжатии в пережиме U = 12% (0,12), обжатии перед носком оправки U0 = 6% (0,06), коэффициенте овализации 1,10 коэффициент осевой скорости по и показатель пэп в зависимости от геометрических параметров исходных заготовок (D0) и получаемых гильз и труб (Dr, S) находятся в пределах 0,780,82 и 0,63-0,75 соответственно, т.е. процессы прошивки и раскатки являются эффективными.
Заключение. Проанализированы режимы обжатий и силовые параметры прокатки, используемые для получения муфтовой заготовки на мини ТПА 70-270. Были предложены новые режимы деформации и распределение коэффициентов вытяжки на операциях прошивки и раскатки трубы, обеспечивающих повышение качества производимой продукции. Предлагаемые режимы позволяют более рационально перераспределить силовую загрузку оборудования, а также обеспечить получение качественных горячекатаных труб.
Библиографический список
1. Романцев Б.А., Зимин В.Я., Гончарук А.В. и др. Освоение производства бесшовных труб в ОАО «Выксунский металлургический завод» // Производство проката. 2009. № 6. С. 32-34.
2. Kazutake Komori. Simulation of Mannesmann piercing process by the three-dimensional rigid-plastic finite-element method // Int. J. of Mechanical Sciences. 2005. No. 47. P. 18381853.
3. Pschera R., Klarner J., Sommitsch C. Modelling the forming limit during cross-rolling of seamless pipes using a modified continuum damage mechanics approach // Steel Research Int. 2010. No. 8. P. 686-690.
4. Романцев Б.А., Алещенко А.С., Гончарук А.В. К вопросу эффективности ведения процесса прошивки в станах винтовой прокатки // Сталь. 2010. № 12. С. 47-48.
5. Голубчик Р.М., Меркулов Д.В
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.