Оборудование для термической обработки труб

Для т/о труб применяют печи периодического и непрерывного действия, а также уста­новки для индукционного и электроконтактного нагрева. Из печей периодического действия наибольшее исполь­зование находят камерные печи с внешней механизацией или выкатным подом. Из печей непрерывного дей­ствия — конвейерные, роликовые, секционные, а также печи с шагающим и наклонным подами.

Камерные печи преимущественно используют для отжига. Обрабатываемые трубы собирают в пакеты с помощью бугелей. Укладку производят рядами, между которыми устанавливают горизонтальные прокладки толщиной не менее 50 мм. Это улучшает условия цирку­ляции газов между трубами и способствует более бы­строму и равномерному их нагреву (рис. 1). С этой же целью иногда ставят вертикальные прокладки. Тонко­стенные трубы со стенками толщиной <8 мм можно па­кетировать без прокладок.

Расстояние между бугелями выбирают с таким ра­счетом, чтобы предотвратить изгиб труб под действием собственного веса. Оно определяется диаметром труб, толщиной стенки, массой садки и обычно не превышает 1,5 м. По тем же соображениям концы труб не должны выступать за крайние бугели более чем на 500 - 700 мм. Можно загружать в печь сдвоенную садку, состоящую из двух пакетов, расположенных встык.

В камерных печах отжиг садки массой 12 - 25 т про­должается 15 - 20 ч и более.

Проходные печи с роликовым подом применяют для промежуточной и окончательной обработки в производстве холоднокатаных и холоднотянутых труб, для отжига и нормализации подшипниковых труб, для отпуска закаленных труб и др. Такие печи имеют большую длину (до 125 м и более) и разделены на зоны нагрева, выдержки и регулируемого охлаждения (рис. 7.2). При нормализации достаточно иметь две зоны: нагрева и выдержки. Ускоренное охлаж­дение, необходимое при нормализации, достигается при­менением воздушных вентиляторов или водяных спрейеров, устанавливаемых непосредственно за печью. Су­ществуют конструкция, в которых к нагревательной ка­мере примыкает камера охлаждения, имеющая двойные стенки. Между этими стенками циркулирует охлаждающая вода. Обрабатываемые трубы укладываются на ролики в один ряд по ширине печи и перемещаются с определенной скоростью, которую устанавливают в со­ответствии с требуемым режимом обработки.

В проходных роликовых печах можно осуществить безокиелительный нагрев с применением защитной ат­мосферы. С этой целью используют печи, в которых на­грев ведется с помощью радиационных труб. Рабочее пространство печи герметизируют и изолируют, от внеш­ней атмосферы тамбурами, заполненными защитным газом.

В зависимости от размера труб и режима обработки производительность проходных роликовых печей может достигать 4 - 6 т/ч.

Специфическая особенность изделий в виде труб — большая величина отношения поверхности к массе. Это создает благоприятные условия для применения скорост­ного нагрева. Такой нагрев осуществляется в секционных печах. Это — высокопроизводительные печи, в которых достигается равномерный всесторонний на­грев трубы при минимальном короблении. Продолжи­тельность нагрева в таких печах в несколько раз мень­ше, чем в обычных, благодаря чему снижается окисле­ние и обезуглероживание

Большая скорость нагрева достигается благодаря высокой температуре рабочего пространства печи: до 1400 - 1500°С. Температура нагрева труб регулируется главным образом путем изменения его продолжительности

Секционные печи состоят из ряда устанавливаемых в одну линию камер-секций. Число их в больших печах может составлять до 30 - 40. Между секциями устанав­ливают тамбуры, в которые вмонтированы водоохлаждаемые ролики. В средней части роликов предусмотрены вырезы, фиксирующие положение трубы вдоль оси печи. Трубы движутся через печь в один или два ряда. Оси роликов располагаются не перпендикулярно продольной оси печи, а под углом 82 - 84°. Поэтому труба, передви­гаясь вдоль печи, одновременно вращается вокруг своей оси. Это способствует равномерному нагреву и предотвращает искривление (рис. 3). Оси горелок в секционных печах распола­гаются тангенциально по отношению к поверхности трубы, что усиливает рециркуляцию печных газов. Проведены эксперименты, в которых показано, что радиаль­ное расположение плоскоструйных горелок предвари­тельного смешения, направленных навстречу друг другу с двух сторон секции, способствует ускорению нагрева благодаря увеличению конвективной составляющей теп­лопередачи.

В конвейерных печах для транспортировки труб через рабочее пространство служит сетчатый кон­вейер или шарнирно-звеньевая цепь из жаростойкой ста­ли. Вертикальные штыри по краям предотвращают смещение трубы в поперечном направлении. В одной печи может быть параллельно расположено несколько цепных конвейе­ров. Применяются конвейерные печи с защитной атмос­ферой. В таких печах трубы с загрузочного конвейера поступают в муфели, расположенные в печном простран­стве, а затем после нагрева выходят на разгрузочный конвейер.

Недостаток конвейерных печей — необходимость час­той переналадки конвейера вследствие его удлинения под действием высокой температуры.

Для рекристаллизационного отжига холоднотянутых и холоднокатаных труб промежуточных размеров, для окончательной термической обработки труб готовых, размеров, а также для местного упрочнения концов труб может быть использован индукционный нагрев.. Обрабатываемая труба 2 с помощью головки 1 подается через направляющую воронку 3 в многовитковый индуктор 4, где происходит нагрев до требуемой температуры. При необходимости резкого охлаждения, например для термического упрочнения, за индуктором устанавливают спрейер 5 с водосборником 6. Проходя через спрейер, труба интенсивно охлаждается со всех сторон водяными струями и дальше выводится через головку 7. Равномерность нагрева трубы по окружности зависит от точности соблюдения зазора между индукто­ром и трубой. Для компенсации возможных неточностей труба одновременно с поступательным движением с по­мощью головок вращается вокруг своей оси. Это

Сущность метода электроконтактного наг­рева заключается в том, что обрабатываемая труба зажимается с торцов между контактами, к которым под­водится ток большой силы. Труба играет роль сопротив­ления, благодаря чему быстро нагревается до требуемой температуры.

Установка для электроконтактного нагрева (рис. 6) имеет станину /, по которой перемещается передняя 2 и задняя 3 каретки. Последняя перемещается с помощью привода 4. На каретках консольно укреплены нажимные контакты 5. В соответствии с длиной обрабатываемой трубы перемещением задней каретки устанавливается нужное расстояние между контактами, после чего труба зажимается в них с помощью пневматического цилиндра. Небольшое перемещение задней каретки необходимо для компенсации теплового удлинения трубы в процессе нагрева. Установка снабжена ванной для закалки труб.

Элехтроконтактный способ обработки имеет высокую производительность и благодаря быстрому нагреву обеспечивает минимальное окисление металла. К недостаткам его относятся: необходимость обрезки концов труб, которые зажимались в контактах, а также повышенное коробление труб при закалке их в горизонтальном положении в баке.

Колпаковая печь

термическая печь периодического действия, нагрев изделий в которой осуществляется под переносным нагревающим колпаком. Служит для термической обработки в газовой среде контролируемого состава листового и мелкосортного проката. К. п. классифицируют по назначению — для обработки рулонов ленты, листов, прутков и др. Наиболее распространены К. п. для отжига рулонов холоднокатаной стальной ленты — одностопные и многостопные. В многостопных К. п. на прямоугольный стенд под нагревательным колпаком устанавливают 3—8 стоп, каждая из которых защищена от действия продуктов сгорания или горячего воздуха своим муфелем. В стопе 3—5 рулонов общей массой до 180 т, высота стопы 3—5 м. Колпак обогревают газом или электрическими нагревателями сопротивления. По окончании нагрева изделий колпак переносят краном на другой стенд, а на первом — изделия охлаждают под муфелем. Теплообмен под муфелем интенсифицируют принудительной циркуляцией газа контролируемого состава. Охлаждение ускоряют, поливая муфель водой или обдувая холодным воздухом. При обработке в К. п. распушённых рулонов ленты с зазорами между витками циркулирующий через зазоры газ омывает всю поверхность ленты, что позволяет ускорить её нагрев и охлаждение, а также проводить термохимическую обработку.

Отличит, особенность К. п. - наличие двух колпаков: внутр., предохраняющего металл от окисления (муфеля), и наружного, футерованного огнеупорным кирпичом, на к-ром монтируются горелки или электрич. нагреватели. Муфель выполняется из жаропрочной стали. Герметизация в К. п. достигается применением песочных затворов. Для ускорения нагрева создают вентилятором интенсивную циркуляцию защитного газа под муфелем

Печь с выкатным подом

промышленная печь, в которой штабелированные изделия нагревают на футерованной тележке, выкатываемой из печи на роликах или скатах по рельсовому или желобчатому пути. Изделия укладывают на тележку (выкатной под) и снимают с неё краном. Для уменьшения подсоса воздуха в печь через зазоры между выкатным подом и стенками служит песочный или водяной затвор. По режиму работы П. с в. п. относится к камерным печам (См. Камерные печи) периодического действия. Размеры П. с в. п.: ширина 1,2—6,4 м, длина 2,5—40 м. Печи отапливают газовым или жидким топливом с помощью горелок или форсунок, установленных в продольных стенках в 1—2 ряда по высоте печи. Рабочая температура П. с в. п. 500—1150 °С. В таких печах изделия нагревают в процессе термообработки, перед ковкой и прокаткой.

33сущность способа получения труб с закрепленной оправвкой. Основным деформирующим инструментом при производстве труб волочением на короткой закрепленной оправке являются волоки и оправка. От качества изготовления волок в значительной степени зависит производительность

волочильного оборудования и чистота (шероховатость) поверхностей протягиваемых

труб. Качество изготовленных волок определяется правильным выбором материала,

формы канала, тщательностью его изготовления в соответствии с заданными формой, а также размерами и чистотой обработки рабочих поверхностей канала волок. Канал волоки состоит из пяти основных зон (рис. 1).

Рисунок 1 – Схема канала волоки: 1 – входная зона; 2 – смазочная зона; 3 – рабочая

(обжимающая) зона; 4 – калибрующая зона; 5 – выходная зона

Наиболее распространен конический профиль волоки с углом конусности

αв =12—14°. Входной конус (на рис. 1 – зона 2, распушка) предназначен для подачи

смазки в рабочую часть, предупреждения задиров трубы об острые кромки рабочей части волоки в процессе волочения, изготовляется по заданному радиусу с плавным

оперечного сечения заготовки. Короткооправочное волочение (plug drawing) - волочение труб с обработкой внутренней поверхности заготовки короткой цилиндрической оправкой, удерживаемой в очаге деформации стержнем, закрепленным на станине волочильного стана. Традиционно принято, что допустимая относительная деформация трубы за один проход составляет не более ε = 35 — 40 %, при этом коэффициент вытяжки µ = 1,2-1,7. Изменение толщины стенки не превышает 26% при µ = 1,10—1,35. Минимальный диаметр протягиваемых труб равен 8—10 мм и ограничен диаметром и диной стержня, на котором крепится оправка.

Длина труб не превышает 15 м [2].

34 Волочение на самоустанавливающейся оправке -волочение труб с обработкой внутренней поверхности заготовки незакреплённой самоустанавливающейся оправкой, удерживаемой в очаге деформации уравновешиванием действующих на неё втягивающих и выталкивающих сил.

Волочением на плавающей (самоустанавливающейся) оправке также одновременно уменьшают и диаметр, и толщину стенки трубы. Оправка удерживается в очаге деформации силами, действующими на нее. Такое волочение применяют для изготовления труб большой длины (например, волочением на барабанах) и в тех случаях, когда необходимо разгрузить стержень для крепления оправки и устранить вибрацию длинного стержня.

Устройство для установки самоустанавливающейся оправки при волочении труб, включающее ограничитель перемещения оправки, отличающееся тем, что оно содержит пробку, установленную на оси волочения с возможностью перемещения вдоль нее и введения в канал волоки, и фиксатор, размещенный в теле пробки

35Волочением на подвижной (длинной) оправке также одновременно уменьшают и диаметр, и толщину стенки трубы. Длинная оправка, находящаяся внутри трубы, не закреплена в станине и перемещается вместе с трубой в процессе волочения. Для ее извлечения после окончания волочения применяют специальное оборудование. По сравнению с волочением на короткой оправке напряжение в выходящей трубе меньше в этом случае, так как силы трения между трубой и оправкой сонаправлены с движением трубы, что позволяет осуществлять большие деформации за проход.

Волочение на подвижной оправке характеризуется тем, что за один переход достигаются максимальные деформации (в основном стенки трубы, которые на 20-40% выше, чем при использовании любого другого известного способа волочения), максимальное использование ресурса пластичности металла труб; обеспечивается хорошее качество и требуемая точность геометрических размеров внутреннего канала труб; прямизна получаемых при этом труб, что позволяет механизировать последующие операции по их обработке

Серьезным фактором, сдерживающим широкое применение, в т.ч. в Украине, этого процесса, является необходимость осуществления после волочения трудоемких операций по снятию трубы с оправки, что снижает производительность агрегата в целом в сравнении с собственно процессом волочения этим способом; затрудняет или вовсе исключает возможность изготовления некоторых видов (толстостенных, профильных и других) труб. Некоторые способы извлечения оправки не позволяют получать точные размеры трубы по внутреннему диаметру, что приводит к возникновению в ней поперечной разностенности и требует осуществления финишного калибровочного волочения на закрепленной оправке.

Разработан и опробован способ, базирующийся на многократном длиннооправочном волочении труб с использованием термораздачи (термопластической деформации) между проходами, который лишен указанных недостатков.

Значительным преимуществом этого способа перед другими, основанными на подобном эффекте, является то, что основная деформация трубы осуществляется без подогрева, а в процессе термопластического деформирования трубы можно осуществить восстановление ее пластических свойств. За счет малой величины зазора между трубой и оправкой, а также вследствие более быстрого расширения оправки при таком способе в процессе нагрева отсутствует зазор между трубой и оправкой. Это обеспечивает безокислительные условия термообработки внутренней поверхности труб и, как следствие этого, позволяет уйти от трудоемкой операции химической обработки внутренней поверхности трубы.

Кроме того, этот способ вследствие совмещения процесса термопластической деформации с термообработкой позволяет осуществить многократное волочение труб на одной и той же подвижной оправке без снятия трубы с оправки, что очень важно при изготовлении прецизионных особотонкостенных труб.

При совместном нагреве трубы и оправки происходит увеличение линейных размеров оправки по всем направлениям, более интенсивное, чем увеличение размеров трубы, поэтому одновременно протекают три процесса: увеличение внутреннего диаметра трубы; деформация стенки трубы; продольное растяжение трубы оправкой, т.е. имеет место комплексное термопластическое деформирование трубы.

В процессе термопластической деформации труба разупрочняется и восстанавливает свои пластические свойства, оправка же сохраняет свою прочность и твердость (при правильном выборе материала оправки).

Для осуществления процесса многократного волочения на подвижной оправке с применением термопластической деформации необходимо правильно рассчитать величину зазора между трубой и оправкой, достаточную для свободного перемещения оправки внутри трубы.

Возможность получения регламентированной величины минимального зазора (изменяя температуру нагрева) особенно важна при изготовлении прецизионных труб (в т.ч. и с особо тонкими стенками вплоть до стенок толщиной менее 0,1 мм), устойчивость сечения которых при волочении на подвижной оправке зависит от величины зазора между трубой и оправкой.

37 преймущества и недостатки. безоправочное волочение — волочение труб из сталей, цветных металлов и сплавов, при котором внутренняя поверхность заготовки при протягивании не контактирует с технологическим инструментом. Безоправочное волочение обычно осуществляют в две волоки, 1-я из которых служит для центровки трубы, а во 2-й осуществляется основное обжатие трубы по диаметру. Безоправочное волочение применяют чаще для промежуточных проходов с целью уменьшения диаметра протягиваемых труб. В ряде случаев (трубки малого диаметра) его используют и как отделочную операцию. Недостатки безоправочного волочения — низкое качество внутренней поверхности труб и большая разнотолщинность стенки трубы после волочения.

преймущества Высокая точность размеров поперечного сечения получаемых изделий. Высокая чистота поверхности.

38 преймущ и недост. Волочением на закрепленной оправке одновременно уменьшают и диаметр, и толщину стенки трубы. Оправка имеет цилиндрическую форму и ее удерживают в определенном положении с помощью стержня, к которому она привинчена. Второй конец стержня при волочении закрепляют в станине. Между оправкой и волокой образуется кольцевая щель. Диаметр этой щели меньше наружного диаметра трубы, подвергаемой волочению. В то же время зазор между оправкой и волокой несколько меньше толщины стенки трубы. Благодаря этому труба при прохождении через кольцевую щель обжимается по диаметру и толщине стенк

Недостатком волочения на закрепленной оправке является низкое качество внутренней поверхности трубы из-за появления дефекта «кольцеватость», появляющегося вследствие продольных автоколебаний стержня оправки

Кольцеватость на трубах может также появляться из-за упругой деформации стержня, особенно значительной при волочении длинных труб (8—12 м)

39 преймущ и недост.Волочением на подвижной (длинной) оправке также одновременно уменьшают и диаметр, и толщину стенки трубы. Длинная оправка, находящаяся внутри трубы, не закреплена в станине и перемещается вместе с трубой в процессе волочения. Для ее извлечения после окончания волочения применяют специальное оборудование. По сравнению с волочением на короткой оправке напряжение в выходящей трубе меньше в этом случае, так как силы трения между трубой и оправкой сонаправлены с движением трубы, что позволяет осуществлять большие деформации за проход.

Недостатками являются наличие поперечного перемещения оправки, и, следовательно, усложнение конструкции в целом и снижение надежности. При поперечных перемещениях возможно повреждение подвижной оправки, которая является длинным тонким стержнем.