Do những hạn chế về điều kiện phôi và khả năng kéo dài của máy đột lỗ, kích thước và độ chính xác của ống thô sau khi đột lỗ không đáp ứng được yêu cầu của người sử dụng. Ống thô cần được gia công thêm. Có nhiều phương pháp gia công nóng và kéo dài ống thép liền mạch. Ngoài ba loại máy đã giới thiệu ở trên, các phương pháp sau đây hiện đang được sử dụng phổ biến.
1. Máy cán ống tự động
Máy cán ống tự động gồm ba phần: máy chính, phần trước và phần sau. Máy chính là máy cán dọc không đảo chiều hai trục, đặc trưng bởi một cặp trục lăn hồi tốc độ cao quay ngược chiều được lắp đặt phía sau các trục cán làm việc. Đồng thời, để đáp ứng nhu cầu hồi lưu ống thép, máy được trang bị cơ cấu nâng nhanh cho trục cán làm việc phía trên và trục lăn hồi phía dưới. Trục cán làm việc có dạng lỗ tròn. Ống thô được đưa vào từ máy đột lỗ và máy kéo giãn được cán trong một máy cán dạng lỗ vòng gồm một lỗ tròn và một đầu (đầu hình nón hoặc đầu hình cầu). Thông thường, máy được cán hai lượt. Sau mỗi lượt cán, trục cán làm việc phía trên và trục lăn hồi phía dưới được nâng lên một độ cao nhất định, và ống thô được đưa trở lại giai đoạn phía trước bằng trục lăn hồi, sau đó ống đã cán được khôi phục về vị trí làm việc ban đầu, ống thép được xoay 90°, và sau đó lượt cán thứ hai được thực hiện trong cùng một dạng lỗ. Lượng biến dạng của mỗi lượt được điều chỉnh bằng sự khác biệt về đường kính đầu của hai lượt cán. Sau khi ống thép cán được đưa trở lại giai đoạn đầu, nó được di chuyển theo chiều ngang đến máy làm phẳng để làm phẳng. Quá trình biến dạng của nó cũng trải qua ba giai đoạn: làm phẳng, giảm đường kính và giảm độ dày thành ống. Ưu điểm của máy cán ống tự động là các thông số kỹ thuật sản xuất có thể được điều chỉnh linh hoạt. Về loại thép, phạm vi áp dụng rộng, có thể sản xuất thép cacbon thấp và trung bình, thép hợp kim thấp, thép không gỉ, v.v.; phù hợp với sản xuất theo lô nhỏ và đa dạng chủng loại. Nhược điểm của nó là khả năng biến dạng kém, tổng độ giãn nở của hai lần cán chỉ dưới 2,5; độ dày thành ống không đồng đều, và thường xuyên xuất hiện các vết xước bên trong, cần phải được loại bỏ bằng máy làm phẳng; chiều dài ống thô ngắn, ảnh hưởng đến việc cải thiện tỷ lệ sản lượng. Hiệu quả sản xuất thấp (tốc độ cán chậm, nhưng trọng lượng nhẹ).
2. Máy cán ống Accu-Roll
Đây là máy cán nghiêng nằm ngang hai trục dài với đĩa dẫn hướng chủ động. Cấu trúc máy có các đặc điểm sau: hai trục cán được vát côn. Giống như máy đột lỗ trục cán vát côn, có cả góc cấp liệu và góc cán, sao cho đường kính trục cán tăng dần theo hướng cán, giúp giảm trượt, thúc đẩy sự giãn nở theo chiều dọc của kim loại và giảm biến dạng xoắn bổ sung. Sử dụng hai đĩa dẫn hướng chủ động đường kính lớn. Áp dụng chế độ vận hành trục giới hạn. Sử dụng loại trục cán không có vai trục. Theo báo cáo, điều này khắc phục được vấn đề giảm độ dày thành tập trung ở phần vai của máy ASSEL, làm giảm tuổi thọ trục cán và hiệu quả độ đồng đều thành, từ đó cải thiện độ chính xác độ dày thành của ống thô.
3. Máy nâng ống
Phương pháp ép ống để sản xuất ống thép liền mạch được đề xuất bởi Heinrich Erhard người Đức từ năm 1892. Quá trình đục lỗ của bộ phận ép ban đầu được chia thành phương pháp đục lỗ thủy lực, sử dụng máy ép thủy lực thẳng đứng để ép phôi thép đặt trong khuôn thành ống thô có đáy hình chén, sau đó sử dụng cần cẩu để lấy ống thô ra, đặt xuống và đặt ống thô hình chén lên thanh lõi dài. Thanh lõi được đẩy để làm cho ống thô hình chén đi qua một nhóm các lỗ khuôn hình vòng có đường kính giảm dần để đạt được sự giảm đường kính, giảm độ dày thành và tăng chiều dài. Lực biến dạng tập trung ở đuôi thanh đẩy. Sau khi ép, cần phải tháo thanh đẩy và sau đó cắt bỏ đáy hình chén. Đặc điểm của phương pháp này là năng suất thấp, độ dày thành không đồng đều nghiêm trọng và tỷ lệ L/D của ống thép hạn chế. Hiện nay, chỉ có phương pháp này được sử dụng để sản xuất ống thép liền mạch đường kính lớn (400-1400m). Một phương pháp khác được gọi là phương pháp CPE, đó là sản xuất ống thô bằng phương pháp cán xiên và đục lỗ, sau đó cung cấp ống thô cho máy ép bằng cách thu nhỏ một đầu của ống thô. Phương pháp này có thể cải thiện năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời khôi phục sức sống cho quá trình sản xuất ống thép liền mạch đường kính nhỏ bằng phương pháp ép.
Ưu điểm của phương pháp nâng bằng kích là:
1) Vốn đầu tư thấp, thiết bị và dụng cụ đơn giản, chi phí sản xuất thấp.
2) Chiều dài mở rộng của bộ phận nâng rất lớn, có thể đạt từ 10 đến 17. Do đó, số lượng thiết bị và dụng cụ cần thiết cho phương pháp nâng các sản phẩm cán tương tự có thể ít hơn.
3) Có nhiều chủng loại và thông số kỹ thuật khác nhau. Nhược điểm là độ chính xác về độ dày thành không cao, và bề mặt bên trong và bên ngoài dễ bị trầy xước.
4. Ép đùn ống thép
Phương pháp ép đùn, hay còn gọi là phương pháp đùn ép, đề cập đến việc đặt phôi kim loại vào một thùng chứa “kín” gồm xi lanh đùn, khuôn đùn và thanh đùn, sau đó dùng thanh đùn ép để đẩy kim loại chảy ra khỏi lỗ khuôn đùn nhằm thu được sản phẩm dẻo từ kim loại. Đây là phương pháp sản xuất ống thép liền mạch có lịch sử lâu đời. Dựa trên mối quan hệ tương đối giữa hướng lực của thanh đùn và hướng dòng chảy của kim loại, phương pháp ép đùn có thể được chia thành ép đùn thuận và ép đùn ngược. Hướng lực của ép đùn thuận trùng với hướng dòng chảy của kim loại, còn ép đùn ngược thì ngược lại. Ép đùn ngược có ưu điểm là lực ép nhỏ, tỷ lệ ép đùn lớn, tốc độ ép đùn nhanh, giảm nhiệt độ ép đùn, cải thiện điều kiện ép đùn, dễ dàng đạt được ép đùn đẳng nhiệt/đẳng áp/đẳng tốc, cải thiện hiệu suất cấu trúc sản phẩm và độ chính xác kích thước, có thể giảm lượng kim loại dư thừa sau khi ép đùn và cải thiện tỷ lệ thu hồi kim loại; Tuy nhiên, việc vận hành tương đối bất tiện, và kích thước mặt cắt ngang của sản phẩm bị giới hạn bởi kích thước của thanh ép đùn. Công nghệ ép đùn kim loại trong công nghiệp đã có lịch sử hơn 100 năm, nhưng việc sử dụng công nghệ ép đùn nóng trong sản xuất thép chỉ dần phát triển sau khi “Seshi” phát minh ra chất bôi trơn ép đùn thủy tinh vào năm 1941. Đặc biệt, sự phát triển của công nghệ gia nhiệt không oxy hóa, công nghệ ép đùn tốc độ cao, vật liệu khuôn và công nghệ giảm ứng suất đã giúp sản xuất ống thép liền mạch bằng phương pháp ép đùn nóng trở nên kinh tế và hợp lý hơn, cải thiện đáng kể sản lượng và chất lượng, đồng thời mở rộng hơn nữa chủng loại sản phẩm, thu hút sự chú ý của nhiều quốc gia. Hiện nay, phạm vi sản phẩm ống thép được sản xuất bằng phương pháp ép đùn thường là: đường kính ngoài: 18,4~340mm, độ dày thành tối thiểu có thể đạt 2mm, chiều dài khoảng 15m, và ống có đường kính nhỏ có thể đạt đến 60m. Công suất của máy ép đùn thường là 2000~4000 tấn, và tối đa là 12000 tấn.
So với các phương pháp cán nóng khác, sản xuất ống thép liền mạch bằng phương pháp đùn có những ưu điểm sau:
1) Ít bước xử lý hơn, giúp tiết kiệm chi phí đầu tư mà vẫn đạt được sản lượng tương đương.
2) Do kim loại được ép đùn ở trạng thái ứng suất nén ba chiều, nó có thể tạo ra các vật liệu khó hoặc không thể cán và rèn, chẳng hạn như hợp kim gốc niken.
3) Do lượng biến dạng kim loại lớn trong quá trình ép đùn (tỷ lệ ép đùn lớn) và quá trình biến dạng hoàn toàn diễn ra trong thời gian rất ngắn, cấu trúc sản phẩm đồng đều và hiệu suất tốt.
4) Bề mặt bên trong và bên ngoài có rất ít khuyết điểm, và độ chính xác về kích thước hình học rất cao.
5) Cơ cấu sản xuất linh hoạt và phù hợp với sản xuất theo lô nhỏ và đa dạng chủng loại.
6) Máy có thể sản xuất ống và ống composite lưỡng kim có tiết diện phức tạp.
Nhược điểm là:
1) Yêu cầu cao đối với chất bôi trơn và hệ thống sưởi, làm tăng chi phí sản xuất.
2) Tuổi thọ dụng cụ ngắn, tiêu hao nhiều và giá thành cao.
3) Tỷ lệ sản lượng thấp, làm giảm tính cạnh tranh của sản phẩm.
5. Máy cán ống tuần hoàn (máy cán ống Pilger) cán ống
Máy cán ống tuần hoàn được đưa vào sản xuất công nghiệp năm 1990. Đó là máy cán một khung hai trục lăn. Trên trục lăn có lỗ tiết diện thay đổi. Hai trục lăn quay ngược chiều nhau, và ống thô được đưa vào theo hướng ngược lại với trục lăn. Trục lăn quay một vòng và đẩy ống thô ra ngoài, làm giảm đường kính, giảm độ dày thành ống và hoàn thiện trong lỗ để hoàn thành quá trình cán một đoạn ống thô. Sau đó, ống thô lại được đưa vào để cán tiếp. Ống thô cần được tuần hoàn qua lại trong lỗ nhiều lần để hoàn thành toàn bộ quá trình cán, vì vậy nó được gọi là máy cán ống tuần hoàn, hay còn gọi là máy cán ống Pilger. Ống được xử lý tuần hoàn bằng lỗ trục lăn tiết diện thay đổi, và các thao tác cấp liệu và quay của vật liệu ống được kết hợp để làm cho thành ống trải qua nhiều biến dạng tích lũy nhằm đạt được độ giảm độ dày thành và độ giãn dài lớn hơn.
Đặc điểm của phương pháp sản xuất này là:
1) Nó phù hợp hơn cho việc sản xuất ống thành dày, với độ dày thành có thể đạt từ 60-120mm;
2) Phạm vi các loại thép được gia công tương đối rộng. Do phương pháp biến dạng là sự kết hợp giữa rèn và cán, nó có thể sản xuất ống từ các kim loại có độ dẻo thấp và khó biến dạng, và các tính chất cơ học của ống thép rất tốt.
3) Chiều dài của ống thép cán rất lớn, lên đến 35m.
4) Năng suất của máy cán thường thấp, khoảng 60-80%, do đó sản lượng thấp; vì vậy, để cân bằng, máy đột lỗ cần được trang bị thêm hai máy cán ống định kỳ.
5) Phần đuôi không thể được xử lý, dẫn đến tổn thất lớn khi cắt và tỷ lệ năng suất thấp.
6) Chất lượng bề mặt kém và độ dày thành tường không đồng đều nghiêm trọng.
7) Lượng tiêu hao dụng cụ lớn, thường từ 9-35kg/tấn.
6. Sự giãn nở nhiệt của ống thép
Đường kính ngoài tối đa của ống thép thành phẩm được sản xuất bởi dây chuyền ống thép liền mạch cán nóng là nhỏ hơn 530mm đối với dây chuyền cán ống tự động; nhỏ hơn 460mm đối với dây chuyền cán ống liên tục; và nhỏ hơn 660mm đối với máy cán Pilger cỡ lớn. Khi cần ống thép có đường kính lớn hơn, ngoài phương pháp ép và phương pháp đùn, có thể sử dụng phương pháp giãn nở nóng ống thép. Phương pháp này hiện có thể sản xuất ống thành mỏng với đường kính ngoài tối đa 1500mm đối với ống thép liền mạch. Có ba phương pháp giãn nở nóng ống thép: cán xiên, kéo và đẩy. Ba phương pháp này bắt đầu từ những năm 1930. Cán xiên và kéo yêu cầu nung nóng toàn bộ ống thép trước khi tiến hành gia công biến dạng, trong khi đẩy không yêu cầu nung nóng toàn bộ ống thép.
Máy cán mở rộng xiên
Quá trình cán giãn nở xiên như sau: vật liệu ống được nung nóng được vận chuyển đến máy cán giãn nở xiên để giãn nở. Máy cán giãn nở xiên bao gồm hai con lăn có hình dạng giống nhau. Trục của hai con lăn tạo một góc 30° với đường cán, và hai con lăn được dẫn động riêng biệt bằng động cơ để quay cùng chiều. Nút chặn tham gia vào quá trình biến dạng trong vùng biến dạng giãn nở, và ống thép chuyển động xoắn ốc trong vùng biến dạng. Thành ống được cán bởi các con lăn và nút chặn sao cho đường kính giãn nở được mở rộng và độ dày thành ống được làm mỏng đi. Lực dọc trục của nút chặn được chịu bởi thanh đẩy, có thể được bố trí ở phía đầu vào hoặc lắp đặt ở phía đầu ra. Quá trình cán giãn nở xiên có thể tạo ra ống thép có độ dày thành từ 6 đến 30 mm và đường kính ngoài tối đa là 710 mm. Nhược điểm là có các vết xoắn ốc còn sót lại trên bề mặt trong và ngoài của ống thép, làm giảm chất lượng bề mặt. Vì lý do này, cần phải lắp đặt thêm máy làm phẳng và máy định cỡ. Loại máy giãn nở này có thiết bị lớn, chi phí đầu tư cao và một số hạn chế về chủng loại, không thể sản xuất ống thành dày.
Máy mở rộng bản vẽ
Phương pháp kéo giãn có năng suất thấp nhưng vẫn được sử dụng rộng rãi do thiết bị và quy trình đơn giản, dễ cơ giới hóa. Máy kéo giãn có thể được sử dụng cho cả kéo giãn nguội và kéo giãn nóng. Khi lượng giãn nở không lớn và cần cải thiện các đặc tính vật lý, cơ học và độ chính xác kích thước của ống thép, có thể sử dụng phương pháp kéo giãn nguội. Quy trình kéo giãn nóng ống thép bao gồm: nung nóng vật liệu ống, giãn nở đầu ống, giãn nở và kéo giãn, làm thẳng, cắt đầu và đuôi, và kiểm tra. Tỷ lệ giãn nở của mỗi lần nung nóng là 60-70%, và đường kính tối đa của ống thép có thể sản xuất là 750mm. Nguyên lý hoạt động chính của kéo giãn nóng là: thông qua một nhóm (thường là 1-4) các nút có đường kính tăng dần, chèn và đi qua toàn bộ chiều dài lỗ bên trong của ống thép, làm cho đường kính của ống thép được giãn nở, độ dày thành ống giảm và chiều dài giảm đi một chút. Các dụng cụ chính của máy kéo giãn ống thép bao gồm các chốt giãn nở, nút giãn nở và thanh đẩy. Ưu điểm là thiết bị đơn giản, vận hành thuận tiện, dễ sử dụng; đa dạng chủng loại và quy cách sản phẩm, có thể sản xuất cả ống thép hình chữ nhật và các hình dạng đặc biệt khác. Nhược điểm là chu kỳ sản xuất dài, năng suất thấp và tiêu hao dụng cụ và kim loại cao.
Bộ mở rộng kiểu đẩy
Nguyên lý hoạt động của máy giãn nở kiểu đẩy là đặt ống thép thô vào cuộn cảm ứng tần số trung bình. Sau khi gia nhiệt bằng cảm ứng tần số trung bình, piston của xi lanh thủy lực hoặc đầu đẩy của tời sẽ di chuyển để đẩy phần đuôi của ống thép sao cho thép đi qua trục gá hình nón cố định theo trục từ đầu ống theo trình tự để đạt được mục đích giãn nở; khi phần đuôi của ống thép được đẩy vào gá, một ống thép mới cần gia công sẽ được thêm vào phía sau. Sau khi đầu đẩy quay trở lại, nó tiếp tục đẩy phần đuôi của ống thép mới. Đầu của ống thép mới đẩy phần đuôi của ống thép trước đó xuyên qua gá, do đó hoàn thành việc giãn nở ống thép. Vì chỉ có phần ống thép trong đoạn biến dạng được gia nhiệt, nên ống thép biến dạng dễ bị uốn cong, và độ dày thành ống cũng như chiều dài của ống giãn nở bị hạn chế. Ưu điểm của máy giãn nở kiểu đẩy là tỷ lệ thu hồi kim loại cao, thiết bị đơn giản và tiêu thụ năng lượng thấp. Nhược điểm là tính nhất quán về hiệu suất của ống thép theo chiều dài hơi kém và hiệu suất sản xuất thấp. Do chi phí đầu tư thấp, nhiều dây chuyền sản xuất mới đã được xây dựng ở miền Bắc nước ta trong thời gian gần đây. Quy trình giãn nở đẩy từ trên xuống hiện có thể sản xuất ống thép với độ dày thành từ 6 đến 30 mm và đường kính ngoài tối đa 860 mm.
Thời gian đăng bài: 30/09/2024