BR112019023482B1 - Método de laminação contínua de tubos e conjunto de mandril de um laminador contínuo de tubos - Google Patents

Abstract

Um método para laminar tubos em um laminador contínuo de tubos envolve deformar um tarugo de tubo usando um conjunto de mandril. O conjunto de mandril compreende um mandril cilíndrico configurado de tal modo que as suas extremidades podem ser alternadamente acopladas a um acessório do conjunto de mandril. O mandril é configurado de tal modo que as suas extremidades têm porções com uma superfície lateral chanfrada, em que o ângulo da geratriz da referida superfície para o eixo longitudinal do mandril está entre 10 e 70 graus. A deformação dos tarugos do tubo é realizada até que a quantidade de desgaste nas regiões de trabalho em ambas as extremidades do mandril não seja inferior a 25% de um valor crítico, então o mandril é afiado. A invenção aumenta a vida útil de um mandril, reduz a formação de falhas na superfície interna dos tubos e evita a ocorrência de acidentes durante o processo de laminação.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à produção de tubos, em particular à produção de tubos em um laminador contínuo de tubos e ao projeto de um conjunto de mandril.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Laminadores contínuos de tubos com um mandril cilíndrico longo móvel são conhecidos desde 1885 (patente do Canadá n° 24956, publicada em 13 de setembro de 1886). Para laminação de tubos nos laminadores contínuos, um mandril móvel é usado, é inserido em um tarugo tubular (invólucro oco), e ao laminar o mandril se move com o material laminado além do laminador contínuo, então o mandril é removido do material laminado usando um extrator de mandril tipo corrente. Neste caso, o mandril é feito de forma monolítica, com um cone de guia na extremidade dianteira, uma parte cilíndrica e uma parte de cauda na forma de uma ranhura anular, para a qual um cabo extrator de mandril é enganchado.

[003] Com base na necessidade de expandir a faixa de tubos laminados através do aumento do diâmetro externo e redução do peso dos mandris, foram desenvolvidos laminadores contínuos de tubos com um mandril retido, que se difundiram desde os anos 60 do século passado (patente da Grã- Bretanha n°. 1092718, IPC B21B 17/04, B21B 21/00, publicada em 11 de novembro de 1967).

[004] Um conjunto de mandril com movimento controlado durante a laminação é usado para laminação de tarugos tubulares (invólucro oco) em laminadores contínuos de tubos do tipo de dois e três rolos (MPM, PQF, FQM). A taxa de retenção do conjunto do mandril durante a laminação pode estar na faixa de 500 a 2000 mm/s, dependendo dos tipos de tubos laminados, características de projeto do equipamento e parâmetros selecionados para laminação. A extração do mandril do material laminado é realizada com um laminador-extrator, que está localizado na mesma linha com o laminador contínuo. O conjunto do mandril consiste em um mandril cilíndrico com uma seção guia cônica na extremidade dianteira, cuja extremidade oposta é conectada a um elemento de extensão através de uma conexão de bocal roscado e, da mesma forma, o elemento de extensão é conectado a uma extremidade de haste (a parte da extremidade traseira de um conjunto de mandril) para reter o mandril em uma pinça durante a laminação (patente dos EUA n°. 3120139, B21B 25/ 04, publicada em 4 de fevereiro de 1964).

[005] Ao laminar com um conjunto de mandril, os invólucros ocos são deformados por um mandril cilíndrico, outros elementos do conjunto do mandril referem-se a um acessório de máquina-ferramenta e podem incluir um ou mais elementos de extensão, uma extremidade de haste, um encaixe de conexão, várias inserções, fieiras e acessórios.

[006] A parte de trabalho do conjunto do mandril é operada sob condições de temperatura complexas durante o processo de produção e é submetida a cargas alternadas cíclicas constantes, que intensificam o seu desgaste a partir do qual a qualidade dos tubos acabados é dependente. Um problema significativo na produção de tubos em unidades com um laminador contínuo é uma vida útil curta e um alto custo de mandris, que são principalmente importados.

[007] O valor crítico do desgaste do mandril é considerado como a incompatibilidade dos parâmetros geométricos e o estado de uma superfície do mandril para os requisitos especificados. O valor crítico do desgaste do mandril é especificado nas instruções tecnológicas dos fabricantes de tubos. Os mandris são retirados de serviço quando excedem o valor crítico de desgaste que inclui vários parâmetros, por exemplo: ocorrência de seções onde o valor de desgaste em um diâmetro externo está acima do especificado, ocorrência da variedade de inconsistências de superfície na forma de “cometas” na superfície do mandril, danos mecânicos, rachaduras irregulares formadas como resultado da influência da temperatura, bem como quando a rugosidade da superfície do mandril excede os valores críticos especificados.

[008] Quando o valor crítico do desgaste do mandril é atingido, o consumo específico médio do mandril varia de 0,1 a 4,0 kg/ton. O consumo específico é considerado como a diferença entre o peso de um mandril desgastado antes da retificação e o peso do mandril após a retificação, referente ao número de toneladas de produtos laminados.

[009] A desvantagem do método de produzir tubos em um laminador contínuo com o uso de um conjunto de mandril de construção consolidada é que durante a laminação o desgaste do mandril ocorre a 200 - 7500 mm da extremidade dianteira, enquanto a parte oposta do mandril praticamente não se desgasta. No entanto, quando há o valor crítico do desgaste do mandril, o mandril é enviado para retificação, durante a qual o metal é removido sobre toda a superfície do mandril, o que reduz significativamente sua vida útil.

[010] A solução técnica mais similar considerada como protótipo para o método e conjunto de mandril é a produção de tubos em um laminador contínuo de tubos utilizando um conjunto de mandril (patente da Federação Russa n°. 2486976, IPC B21B 25/00, publicada em 7 de julho de 2013), em que um mandril cilíndrico é usado. Nas extremidades de uma parte cilíndrica do mandril há aberturas cegas para conectar a parte cilíndrica alternadamente ao elemento de extensão e à parte cônica do mandril.

[011] No entanto, ao produzir tubos, como resultado da deformação, o metal laminado flui para o espaço entre as partes cônica e cilíndrica do mandril, e vários tipos de defeitos são formados na superfície interna do tubo. Além disso, é possível que emergências ocorram em um laminador de mandril contínuo e em um extrator-laminador, por exemplo, parando o processo de laminação devido à quebra do equipamento, falha dos dispositivos de proteção, contato total de todo o mandril com o metal laminado, a formação de produto inacabado. Além disso, o protótipo não regula o valor do desgaste do mandril, o que requer a substituição necessária da conexão final do mandril com o acessório de conjunto de mandril, o que pode causar o desligamento do mandril pré-programado.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[012] O problema técnico resolvido na invenção é prolongar a vida útil do mandril através do aumento do número de tubos laminados no mesmo mandril, melhorando a qualidade da superfície dos tubos e eliminando situações de emergência durante a laminação.

[013] O problema especificado é resolvido devido ao método de laminação contínua do tubo incluir a deformação do invólucro oco tubular usando um mandril cilíndrico com aberturas cegas coaxiais idênticas nas extremidades, controle das dimensões do mandril e retificação do mandril. O mandril é conectado com o acessório de conjunto de mandril alternadamente para deformar o invólucro oco tubular pelas seções de trabalho das extremidades diferentes do mandril. De acordo com a invenção, a deformação do invólucro oco tubular é realizada até que o valor de desgaste seja pelo menos 25% do valor crítico para uma extremidade da seção de trabalho do mandril. No entanto, a retificação do mandril é realizada após a alteração da conexão da extremidade do mandril com o acessório de conjunto de mandril, após a deformação subsequente dos invólucros ocos tubulares e o desgaste da seção de trabalho na outra extremidade do mandril é pelo menos 25% do valor crítico.

[014] O problema especificado também é resolvido devido a que o conjunto de mandril de um laminador contínuo de tubos, compreendendo um mandril cilíndrico que é feito com uma superfície lateral chanfrada em uma extremidade, tem aberturas de rosca cegas coaxiais idênticas nas extremidades do mandril para a conexão alternada através da união do mandril ao acessório de conjunto de mandril de acordo com a invenção, a extremidade oposta do mandril é feita com uma superfície lateral chanfrada, o ângulo da geratriz de superfícies chanfradas com o eixo longitudinal do mandril em ambas as extremidades é o mesmo e está na faixa de 10 a 70 graus, enquanto a abertura na extremidade dianteira do mandril está tampada na posição de trabalho.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[015] A invenção é ilustrada pela figura que mostra esquematicamente um conjunto de mandril para a realização do método de laminação contínua de tubos. O conjunto de mandril inclui um mandril cilíndrico (1) com uma superfície lateral chanfrada (2) em ambas as extremidades e um acessório de máquina-ferramenta na forma de um elemento de extensão (3) e uma extremidade de haste (4). Em ambas as extremidades do mandril cilíndrico (1), aberturas de rosca cegas idênticas (5) são feitas para conectar o mandril ao elemento de extensão (3) alternadamente por meio de, por exemplo, uma conexão de bocal roscado. Na posição de trabalho, a abertura na extremidade dianteira do mandril é tampada com o encaixe de conexão (6) para proteger da influência externa e impedir o entupimento de materiais de crosta e lubrificantes durante a laminação. O conjunto do mandril pode ser conectado com a extremidade de haste (4) também por meio de uma conexão de bocal roscado.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[016] Durante a produção de tubos em um laminador contínuo de tubos, o desgaste de uma seção da parte cilíndrica do mandril ocorre principalmente mais perto da extremidade dianteira do mandril, enquanto a seção do mandril próxima à extremidade oposta do mandril não é quase sujeita ao desgaste. A deformação dos tarugos (invólucros ocos) é realizada até que o valor de desgaste da seção de trabalho de mandril em uma extremidade seja pelo menos 25% de seu valor crítico. Quando o valor de desgaste não excede 25% do valor crítico, a condição satisfatória da superfície do mandril e a vida operacional são mantidas, mas quando esses mandris são removidos de um sistema de circulação de mandris do laminador contínuo e quando eles são retificados a um menor diâmetro, uma quantidade significativa de metal é triturada e o consumo específico médio dos mandris aumenta de 2 a 40 vezes. Além disso, a remoção pré-programada de mandris de operação aumenta significativamente o custo da ferramenta e afeta negativamente o desempenho do equipamento de laminação de tubos como um todo.

[017] Depois que a seção do mandril de trabalho é desgastada em uma extremidade, outra extremidade do mandril é conectada ao acessório de máquina-ferramenta, o encaixe de conexão é inserido em uma abertura na extremidade dianteira do mandril e os invólucros ocos são deformados. Além disso, durante o próximo ciclo de operação, a laminação é realizada na seção de mandril de trabalho não desgastada até que o valor de desgaste atinja pelo menos 25% do valor crítico na seção na outra extremidade do mandril. Após o desgaste do mandril cilíndrico ser pelo menos 25% do valor crítico quase ao longo de todo o seu comprimento, o mandril pode ser retificado para outro diâmetro externo ao longo de todo o seu comprimento, o que favorece o aumento da vida útil do mandril, levando em conta a regulagem de seu valor de desgaste e melhora a qualidade dos tubos acabados.

[018] O valor do desgaste dos mandris é regulado na documentação tecnológica do empreendimento e depende, em particular, dos modos de deformação em um laminador contínuo, dos parâmetros de potência do processo, da faixa e do tipo de aço dos tubos laminados, da temperatura dos metais laminados e ferramentas de laminação, de propriedades lubrificantes e antioxidantes para diferentes tipos de tubos.

[019] O mandril é projetado de tal forma que o ângulo da geratriz das superfícies chanfradas (2) com o eixo longitudinal do mandril nas duas extremidades é o mesmo e está na faixa de 10 a 70 graus, o que garante a inserção do mandril facilmente em um invólucro oco antes de laminar em um laminador contínuo e favorece a redução do número de defeitos na superfície interna do tubo durante a inserção e remoção do mandril, bem como durante a laminação. Se o ângulo de geratriz for menor do que 10 graus, pode haver dificuldades quando o mandril é inserido em um invólucro oco e quando o extrator retira um tubo-mãe, além disso, defeitos na superfície interna do material laminado são formados na forma de arranhões e marcas. Se o ângulo de geratriz for superior a 70 graus, a possibilidade de formação de rachaduras aumenta nas extremidades do mandril e em áreas de aberturas cegas, projetadas para se conectar com o acessório de máquina-ferramenta, o que reduz a confiabilidade da conexão. Além disso, após a retificação do diâmetro externo dos mandris desgastados para um tamanho menor, o ângulo da geratriz das superfícies chanfradas permanece na faixa especificada, dificuldades não ocorrem quando o mandril é inserido em um invólucro oco e praticamente não há formação de defeitos na superfície interna de um invólucro oco.

[020] Na posição de trabalho, a abertura na extremidade dianteira do mandril é tampada com o encaixe de conexão (6) para proteger das influências externas e evitar entupimento de materiais de crosta e lubrificantes durante a laminação. As conexões de rosca de todos os elementos do conjunto do mandril são comparáveis à conexão de tubos de revestimento e possuem uma rosca trapezoidal cônica ou, por exemplo, uma rosca de suporte. Antes de parafusar, um lubrificante é colocado em roscas. Esse projeto construtivo do conjunto do mandril permite aumentar a vida útil dos mandris, a qualidade da superfície interna do tubo e evitar acidentes durante a laminação.

[021] O método proposto para a laminação contínua de tubos com o uso do conjunto de mandril é como segue. No processo de laminação, o conjunto de mandril é inserido em um invólucro oco e depois, em conjunto com o invólucro oco, é colocado em um laminador contínuo. O invólucro oco é deformado em um tubo-mãe estritamente na parte cilíndrica do mandril, localizada entre duas seções com superfícies laterais chanfradas. O desgaste da seção de parte cilíndrica do mandril é formado principalmente mais perto da extremidade dianteira, e a seção do mandril perto da extremidade oposta praticamente não se desgasta. Depois que a seção dianteira do mandril cilíndrico estiver desgastada em pelo menos 25% do valor crítico de desgaste, o encaixe de conexão é removido da abertura na extremidade dianteira do mandril, o mandril é desconectado do acessório, conectado pela outra extremidade com o acessório e o encaixe de conexão é inserido na abertura na outra extremidade do mandril. A operação dos componentes de conexão e desconexão do conjunto do mandril pode ser realizada em uma máquina para parafusar e desaparafusar mandris. Depois disso, durante o próximo ciclo, o processo de laminação é realizado na seção não desgastada do mandril até que atinja um valor de desgaste crítico de pelo menos 25%. Após o desgaste do mandril cilíndrico em quase todo o comprimento de pelo menos 25% do crítico, o mandril pode ser retificado ao longo de todo o seu comprimento para outro diâmetro externo, o que aumenta a vida útil do mandril e melhora a qualidade do tubo acabado. Ao realizar este método para laminação de tubos, o mandril é facilmente inserido em um invólucro oco e removido, o que leva a uma redução significativa no número de defeitos na superfície interna do material laminado.

[022] Quando a remoção pré-programada de mandris de operação, por exemplo, quando o valor de desgaste não excede 25% do valor crítico, e sua subsequente retificação para outro diâmetro externo, a vida operacional dos mandris é significativamente reduzida, pois neste caso o consumo médio específico de mandris aumenta de 2 a 40 vezes. Além disso, a vida útil aumenta devido à possibilidade de utilizar um encaixe de conexão feito sem rosca, o que reduz o desgaste da rosca nas aberturas de rosca devido a um menor número de operações para parafusar e desaparafusar.

EXEMPLO

[023] O método proposto para a produção de tubos foi testado em um laminador de tubo contínuo PQF. Durante os processos de laminação industrial, foram utilizados mandris com diâmetro de 149,20 - 179,55 mm e com ângulo de 25 graus para a geratriz de superfícies chanfradas em ambas as extremidades. Os tubos foram laminados usando o sistema de calibração de laminador PQF de 190 mm. O desgaste mais significativo dos mandris ocorreu na seção localizada a uma distância de até 5.000 mm da extremidade dianteira do mandril. A seção do mandril, localizada a uma distância de 5.000 e até 11.500 mm (extremidade traseira) da extremidade dianteira, quase não foi submetida a desgaste. Depois que a seção dianteira do mandril foi desgastada por um valor igual a 75% do valor crítico, o encaixe de conexão foi removido da abertura na extremidade dianteira do mandril, o mandril foi unido ao elemento de extensão por outra extremidade, em particular, em um equipamento para o mandril parafusar e desaparafusar, então, o mandril foi colocado em operação novamente. Posteriormente, o mandril foi operado até que sua outra seção de trabalho de extremidade fosse desgastada em 75% do valor crítico. Durante a operação do mandril, o desgaste ocorreu ao longo de todo o comprimento das seções de trabalho; ambos os ciclos de laminação foram caracterizados pela operação estável do conjunto do mandril, sem danificar o mandril e as conexões roscadas. Na superfície interna dos tubos, a profundidade de defeitos isolados de vários tipos não excedeu os valores críticos, a qualidade de tubos foi satisfatória. Como resultado dos processos de laminação industrial realizados, a vida útil dos mandris foi aumentada em uma média de 45,6%, situações de emergência não ocorreram em um laminador e laminador-extrator contínuo.

[024] O uso do método proposto para laminação contínua de tubos com o uso do conjunto de mandril reduz o custo da ferramenta aumentando sua vida útil, reduzindo a formação de vários tipos de defeitos na superfície interna dos tubos e eliminando os riscos associados a situações de emergência durante o processo de laminação.

Claims (2)

1. MÉTODO DE LAMINAÇÃO CONTÍNUA DE TUBOS, compreendendo as etapas de: (a) fornecer um conjunto de mandril de um laminador contínuo de tubos, o conjunto de mandril sendo capaz de se conectar a um acessório de conjunto de mandril (3); o conjunto de mandril incluindo: um mandril cilíndrico (1) caracterizado por um valor crítico de desgaste ser atingindo quando um consumo específico médio do mandril variar de 0,1 a 4,0 kg/ton; o mandril cilíndrico (1) possuindo: uma primeira extremidade (2) e uma segunda extremidade (2), e uma primeira seção de trabalho adjacente à primeira extremidade (2) e uma segunda seção de trabalho adjacente a segunda extremidade (2), em que a primeira extremidade (2) é dotada de uma primeira abertura de rosca cega coaxial (5), e a segunda extremidade (2) é dotada com uma segunda abertura de rosca cega coaxial (5) idêntica à primeira abertura de rosca cega coaxial (5), e em que ambas as primeira e segunda extremidades (2) são capazes de conectar alternadamente o mandril cilíndrico (1) ao acessório do conjunto de mandril (3) por meio de uma das primeira ou segunda aberturas de rosca cega coaxial (5); (b) fornecer invólucros ocos tubulares para processamento pelo laminador contínuo de tubos; (c) usar a segunda abertura de rosca cega coaxial (5), conectando a segunda extremidade (2) com o acessório do conjunto de mandril (3); (d) plugar a primeira abertura de rosca cega coaxial (5) com um encaixe de conexão (6) para proteger a primeira abertura de rosca cega coaxial (5) de influências externas durante a laminação; (e) deformar os invólucros ocos tubulares no mandril cilíndrico (1) na primeira seção de trabalho com controle contínuo das dimensões do mandril (1), retificação do mandril (1) e do valor de desgaste da primeira seção de trabalho; (f) quando o valor de desgaste da primeira seção de trabalho atingir pelo menos 25% do valor crítico, desconectar a segunda extremidade (2) do acessório do conjunto de mandril (3); (g) remover o encaixe de conexão (6) da primeira abertura de rosca cega coaxial (5) e, usando a primeira abertura de rosca cega coaxial (5), conectar a primeira extremidade (2) com o acessório do conjunto de mandril (3); (h) plugar a segunda abertura de rosca cega coaxial (5) com o encaixe de conexão (6) para proteger a segunda abertura de rosca cega coaxial (5) das influências externas durante a laminação; (i) deformar os invólucros ocos tubulares no mandril cilíndrico (1) na segunda seção de trabalho com controle contínuo das dimensões do mandril (1), retificação do mandril (1) e do valor de desgaste da segunda seção de trabalho; (j) quando o valor do desgaste da segunda seção de trabalho atingir pelo menos 25% do valor crítico, desconectar a primeira extremidade (2) do acessório do conjunto de mandril (3); (k) remover o encaixe de conexão (6) da segunda abertura de rosca cega coaxial (5); e (l) retificar o mandril cilíndrico (1) para uso posterior.

2. CONJUNTO DE MANDRIL DE UM LAMINADOR CONTÍNUO DE TUBOS, o conjunto de mandril caracterizado por compreender: um mandril cilíndrico (1) que se conecta a um acessório do conjunto de mandril (3); o conjunto de mandril definindo um eixo central longitudinal do mandril; o mandril cilíndrico (1) tendo uma primeira extremidade (2) e uma segunda extremidade (2), em que: uma primeira abertura de rosca cega coaxial (5) fornecida na primeira extremidade (2), e uma segunda abertura de rosca cega coaxial (5), idêntica à primeira abertura de rosca cega coaxial (5), fornecida na segunda extremidade (2); em que a primeira e a segunda abertura de rosca cega coaxial (5) possuem nas extremidades uma superfície lateral chanfrada cada; e em que a primeira abertura de rosca cega coaxial (5) e a segunda abertura de rosca cega coaxial (5) serem configuradas para serem conectadas ao acessório do conjunto de mandril (3) e a um encaixe de conexão (6) para tampar a abertura na extremidade do mandril (1) correspondente, em uma posição de trabalho, quando não conectado ao acessório do conjunto de mandril (3); e o ângulo da geratriz das superfícies chanfradas da primeira e da segunda abertura de rosca cega (5) com um eixo longitudinal do mandril (1) em ambas as extremidades (2) sendo o mesmo e variando de 10 a 70 graus.