4.6. Совершенствование оборудования станов хпт

Дальнейшее развитие процесса холодной прокатки труб направлено на улучшение качества труб, повышение производительности и надежности станов, увеличение обжатия за цикл за счет увеличения длины хода валков и максимального использования ресурса пластичности металлов, а также разработки новых конструкций оборудования.

В станах ХПТ последних конструкций каждый валок приводится от своей рейки, при этом отпадает необходимость в промежуточных шестернях, следовательно уменьшается масса рабочей клети, что позволяет снизить динамические напряжения в кривошипно-шатунном механизме стана.

Станины клетей станов ХПТ работают в исключительно тяжелых условиях, а большая масса движущихся рабочих клетей вызывает большие динамические нагрузки, создаваемые усилиями прокатки и шатунами привода рабочей клети.

На современных станах ХПТ число двойных ходов рабочей клети достигает 180…200 мин^-1. Поэтому во избежание больших динамических нагрузок станина должна быть предельно легкой и прочной. Обычно изготовляют станины закрытого типа с оребрением стоек и поперечин для уменьшения массы.

Фирма «Маннесманн Меер» разработала конструкцию рабочей клети стана

КПГ 4/2 с подвижной станиной (рис. 4.19) с высокими эксплуатационными качествами. Основные конструктивные особенности: массивная литая станина с опорой на нижние рельсы по всей длине, обеспечивающая минимальное давление станины на рельсы (в среднем до 1,5 Н/см²); проушина для соединения клети с шатунами при помощи консольного пальца; отсутствие предохранительных устройств; односторонний привод валков. Опыт эксплуатации этой клети на легких режимах показал, что она может эксплуатироваться без ремонта в течение года (за исключением подшипников рабочих валков, которые надо заменять через 4 месяца).

При большой массе рабочей клети станов ХПТ (больших типоразмеров, многониточных) трубы диаметром более 90 мм прокатывают в рабочих клетях с тремя валками и неподвижной станиной (рис. 4.20), оси валков находятся в одной вертикальной плоскости и образуют углы в 120. Трехвалковая схема станов ХПТ позволяет уменьшить массу валка и снизить неравномерность деформации между вершиной (гребнем) ручья и выпусками за счет меньших глубины ручья и перепада окружных скоростей по дну ручья и у его реборд.

Многониточные станы ХПТ. Для повышения производительности в 1970-х гг. в России (ВНИИМЕТМАШ и ЭЗТМ), а также в США, Германии, Швеции были созданы двух- и многониточные станы холодной прокатки труб. Отечественными конструкторами ВНИИМЕТМАШ и ЭЗТМ были созданы специализированные многониточные станы.

Для изготовления готовых товарных труб применяют двух- и трехниточные станы ХПТ. При изготовлении передельных труб–заготовок возможно увеличение числа ниток на станах ХПТ до 5…6.

Схема расположения оборудования трехниточного стана ХПТ-25 показана на рис. 4.21. Заготовки подаются краном на загрузочный стол 1 стана и далее поочередно транспортируются на линию технологической смазки внутренней поверхности, а затем на три оси прокатки. Ролики 3 подают заготовки на стержни оправок через задний механизм зажима стержня 4, который в этот момент закрыт и удерживает стержни оправок. Когда задние торцы заготовок выходят из зажима, последний закрывается и удерживает стержни оправок. При этом передний зажим стержня 2 открывается, заготовки подающими роликами транспортируются до упора в задние торцы прокатываемых труб и перемещаются за ними до зоны действия патронов подачи 5. Прокатанные в три нитки трубы режут на мерные длины летучими дисковыми пилами 6 и транспортируют тянущими роликами 7 на приемный стол 8 и оттуда сбрасывают в карманы 9.

На стане применены два патрона подачи, работающие поочередно. Первый патрон подает заготовку в зону деформации, второй находится в крайнем заднем положении. При подходе первого патрона к переднему положению дается команда от конечного выключателя на включение второго патрона, и два патрона некоторое время одновременно подают трубу, что повышает надежность перехвата. При подходе к крайнему переднему положению первый патрон переключается на ускоренный отвод в исходное положение. При подходе второго патрона к переднему положению цикл повторяется. На стане применяется двухвалковая рабочая клеть (рис. 4.22). В каждом рабочем валке 1 и 2 установлены три калибра 7. Калибры крепятся к валкам тремя болтами 5, боковыми клиньями 8 и общей шпонкой 6. Для самоустановки валков предусмотрены четыре пяты 3 и подпятники 4 со сферическими контактными поверхностями.

По аналогичной схеме выполнен двухниточный стан ХПТ-55. На нем возможна прокатка профильных и длинномерных труб, сматываемых в бухту. Для прокатки профильных труб механизм поворота обеспечивает кантовку заготовки на 53, 60 и 90. Круглые трубы прокатывают при угле поворота 53, шестигранные – при 60, квадратные – при 90. Трубы прямоугольного и арочного сечения прокатывают пи отключенном механизме поворота. Для смотки длинномерных труб (до 60 м) на каждой нитке установлены сматывающие барабаны. Расстояние между нитками на этом стане 250 мм, диаметр валков 308 мм, ход клети 803 мм, быстроходность до 150 двойных ходов в минуту.

Ниже приведены сравнительные данные по одно- и двухниточным станам ХПТ-55:

Стан . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Однониточный	Двухниточный
Наружный диаметр заготовки, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	38…67	38…60
Максимальная толщина стенки заготовки, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	12	7
Наружный диаметр готовой трубы, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	25…55	25…50
Толщина стенки готовой трубы, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	0,6…10,0	0,6…5,0
Число двойных ходов клети в минуту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	65…90	65…70
Величина подачи, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	2…20	2…15
Диаметр бочки рабочего валка, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	364	325
Расстояние между осями одновременно прокатываемых труб, мм . .	—	140
Масса, т: рабочей клети стана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . дополнительно поставляемого оборудования . . . . . . . . . . . . . . . . .	4,1 61,5	5,1 73 11,5
Мощность главного привода, кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	80	95
Условная производительность, % . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	100	150

Многониточные станы изготовляют и за рубежом в Германии, Франции, США. На рис. 4.23 представлена планировка трехниточного стана ХПТ-75 VMR фирмы «Mannesmann-Demag». Стол загрузки 1 с системой рычагов-упоров позволяет загружать поочередно заготовки на три оси прокатки. Ролики рольганга 2 приводятся от электродвигателя через цепные передачи. За столом загрузки по ходу прокатки установлен первый блок подающих роликов 3. Каждая группа роликов приводится от одного электродвигателя через цепную передачу. Каждый верхний ролик поднимается-опускается своим гидроцилиндром. За первым блоком подающих роликов расположен задний зажим стержня оправки 5 с тремя шпинделями и шестью (3×2) зажимными кулачками. Стержень оправки имеет кольцевые проточки и может поворачиваться в кулачках. На корпусе заднего зажима стержня смонтирован механизм смазки 4 внутренней поверхности трубы, подающий смазку к оправкам через полые стержни. Далее установлены три поддерживающих ролика, приводимые во вращение от одного электродвигателя через цепную передачу. За ними размещены второй подающий ролик 3 и четыре поддерживающих ролика с цепным приводом от одного двигателя, за которым размещены подающие ролики. На стане установлены механизмы подачи 6, механизм поворота 7 и два патрона заготовки 8, работающие в режиме перехвата. Перед рабочей клетью установлен промежуточный патрон 9 для поворота заготовки, а за клетью – передний патрон 11 для поворота докатываемой трубы. Патроны подачи имеют три шпинделя по количеству ниток с установленными в них кулачками, приводимыми в движение гидроцилиндрами. В рабочей клети 10 установлены два валка с тремя кольцевыми калибрами каждый. На обоих концах валка на конусных втулках закреплены ведущие шестерни, которые входят в зацепление с зубчатыми рейками, регулируемые по высоте клиновым механизмом. На стане установлено грузовое уравновешивающее устройство рабочей клети вертикального типа. За приводным механизмом расположены пилы 12. Предусмотрен также выбрасывающий ролик 13, аналогичный подающим роликам. Готовые трубы выдаются на приемный стол 14.

В США фирмой «Etna Standart» разработан стан ХПТ с неподвижной станиной и опорными валками (см. рис. 4.8). Клеть предназначена для одновременной прокатки трех и более труб диаметром 31…39 мм со скоростью до 100 дв.ходов/мин. В подвижной кассете размещены два рабочих 1 и два опорных 2 валка. Усилие прокатки воспринимается неподвижной станиной через опорные рельсы 3. Рабочие валки имеют несколько кольцевых калибров в соответствии с числом ниток. Рабочие и опорные валки связаны зубчатыми колесами, которые находятся в зацеплении с неподвижными рейками, установленными на станине.

Трехниточные станы фирмы «Monbar» (Франция) выполнены по аналогичной схеме. Отличие состоит в том, что обжатие заготовки на оправке происходит только при прямом ходе рабочей клети. При обратном ходе валки раздвигаются, и за этот период заготовка подается и поворачивается на определенный угол. Расстояние между валками изменяется перемещением клиньев, на которые опираются планки опорных валков. Эти клинья приводятся в движение системой рычагов, соединенных с шатунами главного привода, затяжных муфт и кулачков, установленных в главном приводном механизме. Подобная схема деформации имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными: снижается неравномерность деформации, уменьшаются осевые усилия, действующие на заготовку, а также возрастает время для осуществления подачи и поворота заготовки, благодаря чему уменьшаются динамические нагрузки в механизме подачи и поворота.

Стан предназначен для прокатки труб диаметром 20…55 мм из цветных металлов, диаметр рабочих валков составляет 295…284 мм, расстояние между калибрами 290 мм, максимальная быстроходность – 120 дв.ходов/мин.

Недостаток рассмотренных многониточных станов ХПТ – отсутствие возможности автономной настройки очага деформации в каждой нитке. Поэтому затруднительно прокатывать на них трубы требуемой точности одновременно в нескольких деформационно взаимосвязанных калибрах, устанавливаемых на одной бочке валка. Чтобы обеспечить идентичные условия деформирования металла в смежных нитках, ЭЗТМ и фирма «Mannesmann-Demag» разработали конструкции многониточных станов.

Фирмой «Mannesmann-Demag» предложено оригинальное конструктивное решение (рис. 4.24): нижние валки устанавливают клиньями 3 посредством нажимных винтов 1. Каждый валок приводится в движение от отдельных шестерен 4 и 5. Для удобства установки и извлечения рабочей клети все приводные рейки расположены под шестернями, а для привода нижних валков предусмотрена промежуточная шестерня 2.

На рис. 4.25 показана схема рабочей клети многониточного стана ХПТ конструкции ЭЗТМ, в которой для уменьшения расстояния между витками валки смещены вдоль оси прокатки один относительно другого на 560 мм.

Рабочая клеть состоит из цельнотянутой станины 1, в которой размещены две пары рабочих валков 2-3, 5-6 с кольцевыми калибрами 13. Радиальный зазор в валках регулируется клином 4 от винта 7; осевое регулирование валков производится винтом 8. Рабочая клеть перемещается в станине на ползунах 12. С шатунами приводного механизма клеть соединена осями 10, установленными в пазах клети и оснащенными крышками 11 и клиньями 9. На оси 10 установлены роликоподшипники 14, вмонтированные в шатуны приводного механизма, что обеспечивает простое обслуживание стана. Перевалка валков 2 выполняется совместно с подушками, смена калибров – на специальном стенде вне стана. Масса дополнительного оборудования составляет 15–20% от массы однониточного стана.

М.В. Поповым с работниками НГТИ (бывший ВНИТИ, Украина) разработан и внедрен на Никопольском Южнотрубном заводе способ холодной прокатки труб в двух рядах валков, расположенных в одной рабочей клети стана ХПТ «тандем». Для осуществления этого способа АО «ЭЗТМ» разработаны новые модели всех типоразмеров станов ХПТ с четырехвалковой клетью. Рабочая клеть такого стана (рис. 4.26) состоит из литой станины 1 открытого типа, в которой установлены в пазах две траверсы 2, соединенные со станиной клиньями 3 и стяжками 4 для обеспечения плотного соединения в вертикальной плоскости. В станине на подшипниковых подушках 5 две пары рабочих валков 6 (обжимная и калибровочная) с насаженными кольцевыми калибрами 7. Обжимная пара валков (верхний и нижний), расположенная ближе к шатунам, осуществляет начальную стадию деформации заготовки (редуцирование и последующее обжатие по диаметру и стенке); вторая калибровочная пара валков – завершает обжатие по диаметру и стенке, а также калибрует готовую трубу. В клети «тандем» вращение валкам передается от реек через шестерни 10, установленные на концах верхних валков обжимной пары. С верхнего валка обжимной пары через шестерню 11 вращение передается на шестерню 12, установленную на конце нижнего валка калибровочной пары. С нижнего валка вращение передается посредством шестерен 13, установленных с противоположного конца валка.

На станах с четырехвалковой клетью «тандем» суммарная длина очага деформации в 1,7–1,9 раза больше, чем на станах тех же типоразмеров с двухвалковой клетью. Это позволяет повысить дробность деформации, уменьшить развал калибра и овализацию поперечного сечения трубы, что в сочетании с разным диаметром приводных шестерен первой и второй пар валков даст возможность значительно увеличить сжатие трубы по диаметру, сохранив необходимое соотношение деформаций по диаметру и толщине стенки. Благодаря знакопеременным усилиям между мгновенными очагами деформации в первой и второй парах валков металл разупрочняется непосредственно при деформировании, снижается его сопротивление пластической деформации и увеличивается технологическая пластичность, что позволяет выполнять многопроходную прокатку в ряде случаев без промежуточной термической обработки. Например, прокатка труб из KC- и легированных сталей на стане ХПТ 32 с двумя последовательно расположенными парами валков идет стабильно при µ = 6 ÷ 8, что позволяет получать трубы размером D_т × S_т = 18×1,5 мм за один проход из заготовки 45×5,0 мм. При реконструкции станов ХПТ 75 с установкой четырехвалковой клети тандем при одной и той же длине хода клети и диаметре валков 360–370 мм обеспечивается длина развертки ручья калибра 1050–1100 мм, что позволяет сократить один проход. Производительность станов ХПТ с клетями тандем повышается в 1,4–1,7 раза. Ниже приведены сравнительные данные М.В. Попова (НГТИ, Украина) по максимальным достигнутым коэффициентам вытяжки (деформации) при прокатке труб из разных сталей на станах ХПТ обычной конструкции (однорядная прокатка) и на стане тандем (двухрядная):

Прокатка на стане ХПТ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	Однорядная	Двухрядная
Стали:
коррозионностойкие . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3…5	7…10
углеродистые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3…4,5	6…8
подшипниковые . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	2…2,5	4…5
Цветные металлы и сплавы . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4…5	6…10

В отечественной трубной промышленности получили распространение комбинированные валково-роликовые станы (разработанные в НГТИ), сочетающие достоинства обоих способов прокатки. В этих станах устанавливают последовательно валковую и роликовую клети, что позволяет увеличить линейное смещение металла за один двойной ход клети в 1,5 раза против принятого на стане ХПТ. Новый способ соединяет преимущества валкового и роликового способов прокатки, т.е. создается возможность значительного обжатия по диаметру и толщине стенки и получения труб, удовлетворяющих высоким требованиям по точности размеров и чистоте поверхности, особенно для труб малого диаметра и толщины стенки.

На рис.4.27 показана схема стана ХПТ 55 с дополнительной роликовой клетью. Роликовая клеть 1, закрепленная на рабочей клети 2 стана ХПТ, совершает возвратно-поступательное движение, сообщаемое от главного привода через кривошипно-шатунный механизм, и имеет равную с рабочей длину хода. Сепаратор с роликами 3 тягами связан с рычагом кулисы 4, один конец которой шарнирно закреплен на днище станины 5, а другой связан тягой с рабочей клетью стана ХПТ. При возвратно-поступательном движении клети длина ходя сепаратора отличается от длины хода рабочей клети на величину, определяемую параметрами кинематической связи. Точная настройка стана для прокатки труб определенного размера достигается регулировкой длин и точек крепления тяг. В положении I происходит подача заготовки; при движении клети вперед калибры обжимают трубу по стенке и диаметру, а ролики калибруют по диаметру. В положении II калибры и ролики освобождают трубу, и она совершает поворот. При обратном ходе клетей калибры раскатывают трубу по стенке, а ролики калибруют по диаметру, после чего цикл повторяется. Применение роликовой клети позволило увеличить длину обжимного участка за счет сокращения длины калибрующего участка до 30 мм. Поэтому линейное смещение металла за один двойной ход увеличилось в 1,5 раза против принятого для става ХПТ 55. Малые обжатия в роликовой клети позволили облегчить ее конструкцию; при этом масса подвижных частей стана возросла незначительно, и число двойных ходов клети не изменилось. Производительность стана увеличилась на 30% по сравнению с производи­тельностью обычного стана ХПТ 55. Кроме того, расширился сортамент прокатываемых труб в сторону уменьшения толщины стенок.

Созданный в нашей стране в 1960-х гг. способ производства труб теплой периодической прокаткой с подогревом металла перед очагом деформации до 200–400С, позволяет интенсифицировать режим деформации, особенно при прокатке труб из коррозионностойких и жаропрочных сталей, и, как следствие, повысить производительность станов в 1,5–2 раза.

Для холодной прокатки прецизионных труб в отечественной трубной промышленности МИСиС и Алма-атинским ЗТМ создан стан ХПТС со стационарной клетью, в основу конструкции которого положен способ периодической прокатки труб в стационарной клети с непрерывно вращающимися валками, при этом прокатываемая труба и стержень с оправкой совершают возвратно-поступательное движение. На таком принципе работают известные пилигримовые станы горячей прокатки труб. Процесс прокатки на стане со стационарной клетью (ХПТС) заключается в следующем: трубную заготовку с оправкой перемещают вперед в направлении прокатки на величину, соответствующую части обжимаемой рабочими валками. Одновременно осуществляют поворот заготовки с оправкой относительно продольной оси и смещение заготовки относительно оправки вперед на величину подачи. В процессе перемещения заготовки с оправкой назад часть заготовки обжимается на оправке вращающимися валками. По окончании движения назад заготовку с оправкой вновь перемещают вперед и повторяют эти циклы прокатки до получения готовой трубы. Рабочая клеть двухниточного стана 2ХПТС 8-25 – кварто со станиной открытого типа. Приводные валки рабочие, каждый с двумя калибрами (наружный диаметр калибров 200 мм, ширина – 120 мм). На одной половине каждого калибра нарезан рабочий ручей переменного сечения, а на другой – холостой постоянного сечения. Рабочие валки установлены в двухрядных конических роликоподшипниках, через которые вертикальное усилие прокатки передается на крышку и станину, соединенные эксцентриковым валом, поворотом которого систему, включающую станину, опорные валки, рабочие калибры и крышку, предварительно «напрягают» от гидроцилиндра усилием до 1 МН. Возникающее при прокатке вертикальное усилие не превышает усилие предварительного напряжения, поэтому прокатка происходит при работе валков «в обкат», т. е. без зазора между калибрами, что повышает точность прокатываемых труб. При перевалке поворотом эксцентрикового вала от гидроцилиндра крышка откидывается вместе с установленным в ней опорным валком и рабочие валки извлекаются вверх. Новый комплект рабочих валков устанавливают в обратной последовательности.