технология прокатки

Рисунок 12 – Условная диаграмма нагрузок на гидрокапсулы клетей при работе стана FQM с натяжением.При работе стана FQM с натяжением наблюдаются следующие участки (№ 1, 2, 3, рисунок 10):1 – участок, соответствующий промежутку времени, когда прокатка осуществляется в клети А, а захват трубной заготовки клетью В ещё не произошёл;2 – участок, соответствующий промежутку времени, когда прокатка осуществляется одновременно в клети А и в клети B;3 – участок, соответствующий промежутку времени, когда прокатка осуществляется только в клети B. В этом случае наблюдается повышение нагрузки в клети B относительно участка 2.Прокат рекомендуется вести при относительной разнице нагрузок на гидрокапсулы валков одной клети, не превышающей 150 КН. При системном повторении (раскатка трех и более гильз) превышения нагрузки на одну гидрокапсулу в клети более чем на 300 КН следует остановить прокат и произвести проверку настроек (свод/развод валков непрерывного стана), а также узлов механизации стана.Для уменьшения толщины стенки трубы на концах трубной заготовки и, как следствие, уменьшение длины утолщенных концов необходимо использовать функцию FTT (FrontTailTaperingМассовую прокатку допускается начинать только после подтверждения соответствия геометрических параметров трубной заготовки.3.9 Калибровка трубНа входе на калибровочный стан, предусмотрена система гидросбива окалины с труб. Калибровочный стан состоит из 14 клетей, 3-валкового типа и осуществляет прокатку черновой трубной заготовки до размеров готовой трубы (рисунок 13).Техническая характеристика стана:диаметр трубы на входе, 280 – 370 мм;длина трубы на входе, 10000 – 30000 мм;скорость движения трубы на входе,0,5 – 1,6 м/с; межклетьевое расстояние, около 600 мм.Черновая труба удлиняется до требуемого готового размера при помощи близко расположенных 3-валковых клетей калибровочного блока. Во время прокатки осуществляется обжатие наружного диаметра при одновременном изменении толщины стенки: изменение толщины стенки зависит от продольного растяжения, действующего на трубу при прокатке.Калибровочный блок имеет три приводных вала на клеть (для обеспечения высокого усилия на валки и вращающего момента), с системой приводов типа «star» с тремя двигателями на клеть (для обеспечения усложнённого контроля); предусматриваются чистовые клети с радиально регулируемыми валками в последних позициях клетей с целью производства труб из различных марок стали и по разным стандартам без замены клетей. Клети обеспечивают быструю замену валков во избежание частой переточки валков. После этого все трубы раскладываются на холодильнике, в конце которого трубы правятся на 6-валковой машине и укладываются в слои.На выходе с первой секции холодильника трубы длиной менее 13,5 м могут перемещаться на существующее оборудование.Партии труб передаются на пилы холодной резки, где происходит отрезание концов и раскрой на заданные мерные длины. На выходной стороне пилы послойной резки, трубы маркируются с нанесением порядковых номеров и номеров плавки и направляются на накопительные столы.Рисунок 13 – Клеть калибровочного стана3.10 Настройка калибровочного станаНастройку калибровочного стана производит технологический персонал стана под руководством сменного инженера-технолога в соответствии с требованиями таблиц прокатки.Регулировка частоты вращения двигателя осуществляется до получения стабильности процесса. Допускается ручная регулировка частот вращения двигателей валков калибровочного стана с целью дополнительного утонения/утолщения стенки трубной заготовки, но не более чем на 0,3 мм.Настройка калибровочного стана считается правильной, если захват металла валками происходит плавно, без ударов, процесс прокатки протекает устойчиво, геометрические параметры трубной плети соответствует требованиям таблиц прокатки, трубная плеть визуально прямая, а на наружной поверхности трубной плети отсутствуют порезы, зажимы, риски, царапины.При отклонениях от допусков наружного диаметра прокатываемой трубной плети необходимо ввести следующие корректировки в настройку стана:если внешний диаметр меньше требуемого размера на D, все регулируемые клети следует развести на D; если внешний диаметр превышает требуемый размер на D, все регулируемые клети следует свести на D;при повышенной овальности произвести замену чистовых клетей.Вводной и выводной транспортирующие рольганги должны быть отрегулированы в зависимости от диаметра трубной заготовки по высоте так, чтобы ось трубы и ось прокатки совпадали. Для этого необходимо чтобы низ трубной заготовки, лежащей на входном или выходном жёлобе, и дно роликов рольгангов находились в одной плоскости. Технологический персонал должен контролировать положение рольгангов.4Технологические расчеты4.1Расчет таблицы прокаткиОсновной принцип построения технологического процесса в современных агрегатах заключается в изготовлении на непрерывном стане труб одного постоянного диаметра, что позволяет использовать заготовку и гильзу также постоянного диаметра. Получение труб требуемого диаметра обеспечивается редуцированием. Такая схема работы значительно облегчает и упрощает настройку станов, уменьшает парк инструмента и позволяет сохранить высокую производительность всего агрегата даже при прокатке труб минимального (после редуцирования) диаметра при маленьких монтажных партиях, что крайне актуально в текущих условиях рынка.Расчет таблицы прокатки проведем для труб размером 273,0×10,0 мм, калибр непрерывного стана FQM – 291 мм.Принимаем следующие обозначения:DТ– диаметр готовой трубы; SТ – толщина стенки готовой трубы;Dр– диаметр трубы после редукционного стана;Sр – толщина стенки трубы после редукционного стана;Dи – диаметр трубы после стана-извлекателя;Sи – толщина стенки трубы после стана-извлекателя;Dн– наружный диаметр трубы после непрерывного стана;Sн – толщина стенки трубы после непрерывного стана;Dг – наружный диаметр гильзы;dг– внутренний диаметр гильзы; Sг – толщина стенки гильзы;Dз– диаметр заготовки; п– диаметр оправки прошивного стана;ст– диаметр стержня прошивного стана; н – диаметр оправки непрерывного стана.Наружный диаметр трубы после редукционного стана где 1,01÷1,012 – коэффициент температурного расширения.Толщина стенки трубы после редукционного стана в горячем состоянииНаружный диаметр черновой трубы после выхода из последней клети стана-извлекателя является постоянным для сортамента труб Ø168,3÷273 мм и равен .Наружный диаметр черновой трубы после непрерывного стана принимаем равным 291 мм, что на 3,55 % больше наружного диаметра трубы после стана-извлекателя для того, чтобы обеспечить в нем обжатие, необходимое для извлечения оправки.Отношение Dр/Sр составляет 27,3, поэтому толщина стенки в редукционном стане будет утолщаться, исходя из практики утолщение составляет 5,4÷7,2%. Утолщение принимаем равным 7,1 %, тогда толщина стенки после стана-извлекателя составит 28 мм.Толщину стенки после PQF стана определяем по формуле для редуцирования на калибровочном стане без натяжения:Диаметр оправки непрерывного стана определим по формуле. Для облегчения извлечения оправки следует обеспечить зазор в последних клетях 1÷3 мм.Внутренний диаметр гильзы должен обеспечивать свободное введение оправки. В связи с тем, что используемая при прокатке гильза имеет длину более 6 метров, принимаем зазор для введения оправки больше, чем рекомендовано: Толщина стенки гильзы:где – абсолютное обжатие по стенке в непрерывном стане.В соответствии с рекомендациями фирмы-изготовителя Danieli абсолютное обжатие по стенке рекомендуется принимать равным 13…15 мм. При таком изменении стенки создается зазор, необходимый для введения оправки непрерывного стана.Наружный диаметр гильзы после выхода из прошивного стана является постоянным для сортамента труб Ø168,3-273 мм и равен мм.Диаметр непрерывнолитой заготовки для сортамента труб Ø168,3-273 мм равен мм.Диаметр оправки прошивного станагде – величина раскатки, исходя из опыта эксплуатации прошивного стана ЭЗТМ для НЛЗ диаметром 290 мм равняется 11,0…15,2 мм.Тогда:Диаметр стержня прошивного стана определим по формулеКоэффициент вытяжки на прошивном стане:Коэффициент вытяжки на непрерывном стане:Коэффициент вытяжки на редукционном стане:Полученные данные занесены в таблицу 10.Таблица 10 –Таблица прокатки FQM для черновой трубы Ø291 ммГотовая трубаРедукционный станИзвлекательный станFQM станПрошивной станDT, ммST, ммDp,ммSр, мμп,ммDи, ммSи, ммDн,ммSн,ммdн,ммδн,ммμн,ммDг, ммSг, ммdг, ммDз, ммδп, ммδст, ммμп, мм2731027610,111,82813029129,52362301,558328432362902472451,7154.2Расчет калибровки валковРасчет калибровки валков стана производится для маршрута, мм:прошивной стан → FQM → стан-извлекатель → калибровочный стан → готовая труба328х43 мм → 291х29,5 мм → 281х28 мм → 276х10,11 мм → 273х10 ммРисунок 14 – Форма калибров трехвалковой клетиТолщина стенки трубы в каждой клети принимаем исходя из графика распределения обжатия по клетям:исходя из этого толщины стенки в каждой клети будут равны:; Расчет половины высоты калибров производим против хода прокатки, начиная с последней клети по формуле:Радиусы по вершине калибров рассчитываем по формуле:Величина смещения центра R1зависит от клети. Распределение величины эксцентриситета приведена в таблице 11.Таким образом:Радиусы выпусков калибров рассчитываем по эмпирической формулеВ результате:Зазор между валками принимаем в зависимости от клети (обуславливается величиной обжатия по диаметру):мм;мм;мм;мм.Радиусы скругления валков принимаем конструктивно, следует из построения. Схематично построение галтелей показано на рисунок 15.Рисунок 15 – Построение галтелейТаблица 11 – Калибровка валковНомер клети1234-5Радиус по вершине калибра, R1 мм150,56137,9136,28124,8Радиус выпуска, R2 мм451,68413,7408,84374,4Радиус скругления, R3 мм67,0041,0037,0021,00Угол выпуска, α160606060Угол расположения R3, α248434238Зазор, S мм27,0023,0020,0017,00Величина эксцентриситета, e мм4,602,3000Диаметр калибра, dk мм310,0300,8293,92289,344.3Расчет коэффициентов вытяжкиДля расчета коэффициентов вытяжки определим площадь сечения темплета (рисунок 16) в клетях по формуле:гдемм;Исходя, из геометрических характеристик=25о;Рисунок 16 – Схема определения площади сечения темплета трубыЧисло оборотов валков по клетям стана рассчитаем по следующей формуле:где - скорость прокатки в рассматриваемой клети, м/с;- коэффициент пластического натяжения, принимаем ;- катающий диаметр валка рассматриваемой клети, мм.Для определения скорости прокатки в каждой клети зададим скорость прокатки в первой клети , так как это максимальная скорость удержания оправки по данным фирмы «Danieli». Теперь скорость прокатки можно вычислить для каждой клети по формуле:Коэффициент вытяжки определяется из площадей сечений трубы:Результаты расчетов приведены в таблице 11.Таблица 12 – Результаты расчетов№ клетиFi,мм2, мм1229381,22619,921,011,586502105941,1562,21,011,43503109891,12553,561,011,45651447071525,61,011,348547071522,61,011,3494.4Расчет длины оправки стана FQMОправка непрерывного стана изображена на рисунке 17. Она состоит из трех свинчиваемых между собой частей рабочей удлинителя и хвостовика. Длину оправки определим, как сумму длин рабочей части и хвостовой части:(1 – нос оправки; 2 – удлинитель; 3 – хвостовик)Рисунок 17 – Оправка непрерывного станаРисунок 18 – Положение оправки в стане FQM в процессе прокаткиДлина рабочей части складывается из длин:где – длина выдвижения части оправки из гильзы, необходимая для того, чтобы прокатка в пятой клети стана FQM осуществлялась на оправке, м; - длина остальной рабочей части оправки, м. где - длина стана FQM, м; - средняя скорость удержания оправки, м/с; - время заполнения стана металлом, с; - величина корректировки выдвижения, м.По данным фирмы «Daniele»: , ,.Найдем время заполнения стана металлом:где А1, А2, А3, А4 – расстояние между осями первой и второй, второй и третьей, третьей и четвертой, четвертой и пятой клетями стана PQF соответственно, м;V1, V2, V3, V4 – скорость прокатки в первой, второй, третьей, четвертой клети соответственно, м/с.:Тогда:Длину Х найдем из выражения:где - время прокатки гильзы, находится как сумма времен прокатки в первой клети стана и освобождения стана от металла, с.:Время прокатки гильзы в первой клети стана FQM определим из выражения:где - максимальная длина гильзы;- входная скорость металла в первую клеть, м/с. м/с.Тогда время прокатки гильзы в первой клети равно:Приняв с, найдем:ТогдаВычислим полную длину рабочей части оправки по формуле:Определим полную длину оправки:4.5Расчет длины оправки стана FQMВторая клеть стана FQM является самой нагруженной (ΔS2=32%), поэтому расчёт энергосиловых параметров произведён именно для этой клети. В очаге деформации при прокатке труб на длинной удерживаемой оправке можно выделить небольшую зону деформации гильзы по диаметру без обжатия стенки, которая возникает в результате зазора между внутренней поверхностью гильзы и оправкой, необходимого для введения оправки в гильзу и зону обжатия стенки - участок от соприкосновения гильзы с оправкой до выхода из трубы за линию центров валков. Таким образом, можно выделить в очаге деформации наличие двух зон: зоны редуцирования и зоны обжатия стенки.Рисунок 19 – Схема очага деформацииСуммарное усилие металла на валки определяется по формуле:где р1 и р2 - средне нормальное давление метала на валки в зонах редуцирования и обжатия стенки соответственно, МПа;F1 и F2 - площади горизонтальных проекций контактной поверхности метала с валками в зонах редуцирования и обжатия стенки, мм2.Найдем длину очага деформации, для этого рассмотрим треугольник АОВ (рисунок 19)где - радиус валка по вершине калибра, мм; - идеальный радиус валка, мм; - половина наружного диаметра гильзы, мм.Вычислим длину зоны обжатия стенки, для этого рассмотрим треугольник ЕОС.Длина участка редуцирования: Для расчета площади проекции контактной поверхности используется упрощенная методика.Рисунок 20 – Форма проекции контактной поверхности при подаче круглой трубы в круглый калибр с выпускамигде - коэффициент формы поверхности, равный 1,1-1,2 (рисунок 20); - основания трапеции.находим из рассмотрения на рисунке 20 треугольников CFD и CLK.Найденная площадь проекции контактной поверхности включает два участка:где F1 и F2 – поверхности, соответствующие зонам редуцирования и обжатия стенки соответственно, мм2, причем:Тогда:Вычислим среднее давление для зоны редуцирования по формуле В.П. Анисифорова:где – сопротивление деформации при температуре прокатки;dср – средний диаметр трубы в зоне редуцирования по высоте калибра; - коэффициент, учитывающий увеличение среднего удельного давления вследствие влияния внешних зон. Средний диаметр в зоне редуцирования по высоте калибра:Коэффициент, учитывающий увеличение среднего удельного давления вследствие влияния внешних зон:Сопротивление деформации можно определить по формуле:где Т - температура прокатки, 0С;Н - интенсивность скоростей деформации сдвига, 1/с; - относительное обжатие, %;К1, К2, К3, К4, К5 - эмпирические коэффициенты, значения которых для марки стали 45 приведены в таблице 13.Таблица 13 – Коэффициенты к расчету сопротивления деформацииСтальК1К2К3К4К5451,008,740,1430,173-3,05Относительное обжатие:Интенсивность скоростей деформации сдвигагдеТаким образом, сопротивление деформации:Среднее давление для зоны редуцирования:Среднее давление для зоны обжатия стенки определяем по кривым А.И. Целикова.Величины , и относительное обжатие определяем из выражений:Принимаем коэффициент трения между металлом и валками f=0,3.Тогда:Полное усилие на валок составит:Для определения осевого усилия, действующего на оправку В.Г. Балакиным, были получены формулы для прокатки на цилиндрической удерживаемой оправке усилие удерживания в одной клети равно:где - коэффициент трения металла по оправке, принимаем из данных.Расчет момента прокатки для одного валка стана FQM:где - усилие переднего натяжения, действующего со стороны второй клети стана, кН;Q - осевое усилие, действующее на оправку, кН.Q определим по формуле:Усилие переднего натяжения принимаем равнымТребуемая мощность одного валка равна:Требуемая мощность электродвигателя стана определяется по формуле:где - КПД всего привода.где - КПД подшипников, ; - КПД зубчатой передачи, ; - КПД шпинделя, ; - КПД электродвигателя, ;Результаты расчета хорошо коррелирует с реальной ситуацией в ТПА 30-102, так как производство этого типоразмера часто приводил к обрыву предохранительных муфт и закату гильз в стане. Расчет выполнен на температуру прокатки 1200оС, а реальное производство может быть при 900...1000оС, а следовательно нагрузки на стан вырастают пропорционально уменьшению температуры.ЗаключениеВ рамках отчета по преддипломной практике рассмотрентехнологический процесс производства труб и оборудования на ТПА 30-102 в цехе № 8 АО «СТЗ».Технологический процесс состоит из следующих этапов:Подготовки исходной заготовки до прокаткиЦентрирование заготовкиПрошивка заготовок сплошного сечения в пустоте гильзы на прошивном стане. Раскатка гильз в черновые трубы в непрерывном оправочном станеКалибровка и редуцирование труб. Охлаждение, исправления, дальнейшая обработка и контроль труб.Выполнены технологические расчеты производства типоразмера трубы 273х10.Список использованных источников1 Данилов А.Ф., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка и прессование труб изд. 3-е доп. и перераб. М: Металлургия 1972.576 с.2 Потапов И.Н., Полухин П.И. Новая технология винтовой прокатки М.: Металлургия 1974, 373 с.3 Потапов И.Н., Коликов А.П., Друян В.М. Теория трубного производства М.: Металлургия 1991, 424 с.4 Матвеев Ю.М., Ваткин Я.Л. Калибровка инструмента трубных станов изд. 2-е доп. и перераб. М.:Металлургия 1970, 480 с.5 Данченко В.Н., Чус А.В. Продольная прокатка труб М.: Металлургия 1954, 137с.6 Остренко В.Я., Ватутин П.И. Производство труб на автоматических установках. Харьков, Металлургиздат 1958. 135 с. 7Романцев Б.А., Гончарук A.B., Вавилкин Н.М., Самусев С.В. Обработка металлов давлением. Учебник. - М.: МИСиС, 2008. - 960 с. 8Данченко В.Н. и др. Технология трубного производства. М.: Интерметинжиниринг, 2002 год, 640 стр.