빌릿 조건의 한계와 피어싱 기계의 연장 능력으로 인해 피어싱 후 가공되지 않은 파이프의 크기와 정밀도가 사용자의 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 있습니다. 따라서 가공되지 않은 파이프는 추가 가공이 필요합니다. 이음매 없는 강관을 열간 가공 및 연장하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 위에서 소개한 세 가지 유형의 기계 외에도 현재 일반적으로 사용되는 방법은 다음과 같습니다.
1. 자동 파이프 압연기
자동 파이프 압연기는 본체, 전방부, 후방부의 세 부분으로 구성됩니다. 본체는 2롤 비가역식 종방향 압연기로, 작업롤 뒤쪽에 고속 역회전 리턴롤러 한 쌍이 설치된 것이 특징입니다. 강관의 빠른 복귀를 위해 상부 작업롤과 하부 리턴롤에는 고속 인양 메커니즘이 장착되어 있습니다. 작업롤은 원형 구멍 형태입니다. 천공기와 연신기에서 나온 조강은 원형 구멍과 헤드(원추형 헤드 또는 구형 헤드)로 구성된 링홀형으로 압연됩니다. 일반적으로 2회 압연이 진행됩니다. 각 압연 후, 상부 작업롤과 하부 리턴롤을 일정 높이까지 인양하고, 리턴롤을 이용하여 조강을 전방부로 되돌려 보냅니다. 압연된 파이프는 원래 작업 위치로 복원된 후 90° 회전하여 동일한 구멍 형태로 2회 압연됩니다. 각 패스의 변형량은 두 패스의 헤드 직경 차이에 따라 조정됩니다. 압연된 강관은 전단으로 돌아온 후 수평으로 레벨링 기계로 이동하여 레벨링 작업을 거칩니다. 변형 공정 또한 평탄화, 직경 감소, 두께 감소의 세 단계를 거칩니다. 자동 파이프 압연기의 장점은 생산 사양을 유연하게 조정할 수 있다는 것입니다. 강재 종류에 있어서도 적용 범위가 넓어 저탄소강, 중탄소강, 저합금강, 스테인리스강 등을 생산할 수 있어 소량 다품종 생산에 적합합니다. 단점으로는 변형 능력이 떨어져 두 패스의 총 연신율이 2.5 미만이라는 점, 벽 두께가 고르지 않고 내부 긁힘이 자주 발생하여 레벨링 기계로 제거해야 한다는 점, 조강 길이가 짧아 수율 향상에 영향을 미친다는 점, 생산 효율이 낮다는 점(압연 속도가 느리지만 경량화 가능) 등이 있습니다.
2. Accu-Roll 튜브 밀
본 설비는 능동형 가이드 디스크를 장착한 2롤러 수평 장맨드릴 경사 압연기입니다. 압연기 구조는 다음과 같은 특징을 갖습니다. 두 개의 롤은 테이퍼형입니다. 테이퍼 롤러 피어싱 머신과 마찬가지로 공급각과 압연각이 모두 존재하여 압연 방향을 따라 롤 직경이 점진적으로 증가합니다. 이는 슬라이딩을 줄이고 금속의 길이 방향 연신을 촉진하며 추가적인 비틀림 변형을 감소시키는 데 도움이 됩니다. 두 개의 대구경 능동형 가이드 디스크가 사용됩니다. 제한된 맨드릴 작동 모드가 채택되었습니다. 롤러 숄더가 없는 롤러 타입이 채택되어 ASSEL에서 숄더 부분에 벽 두께 감소가 집중되어 롤 수명과 벽 두께 균일성이 저하되는 문제를 해결하고, 조강의 벽 두께 정밀도를 향상시키는 것으로 알려져 있습니다.
3. 파이프 재킹 기계 파이프 재킹
이음매 없는 강관 생산을 위한 파이프 재킹 공법은 1892년 독일의 하인리히 에르하르트(Heinrich Erhard)에 의해 처음 제안되었습니다. 초기 재킹 장치의 천공 공정은 유압 천공법과 유압 천공법으로 나뉘는데, 유압 천공법은 수직 유압 프레스를 사용하여 금형에 넣은 강괴를 컵 모양의 바닥을 가진 조관으로 압축한 후, 크레인을 이용하여 조관을 꺼내 눕히고 긴 코어 로드에 장착합니다. 코어 로드를 밀어 컵 모양의 조관이 직경이 점차 감소하는 일련의 환형 다이 홀을 차례로 통과하도록 하여 직경 감소, 벽 두께 감소 및 연장을 얻습니다. 변형력은 모두 푸시 로드의 끝부분에 집중됩니다. 재킹 후에는 로드를 제거하고 컵 바닥을 절단해야 합니다. 이 공법의 특징은 생산성이 낮고 벽 두께가 심하게 불균일하며 강관의 길이 대 직경 비율(L/D)이 제한적이라는 것입니다. 현재는 대구경(400~1400m) 이음매 없는 강관 생산에만 이 공법이 사용되고 있습니다. 또 다른 방법으로는 CPE 방식이 있는데, 이는 사선 압연 및 천공법으로 조관을 생산하고, 조관의 한쪽 끝을 수축시켜 잭킹 기계에 공급하는 방식입니다. 이 방식은 생산성과 제품 품질을 향상시키고, 잭킹 공정을 이용한 소구경 이음매 없는 강관 생산에 활력을 불어넣을 수 있습니다.
잭킹 공법의 장점은 다음과 같습니다.
1) 낮은 투자 비용, 간단한 장비 및 도구, 그리고 낮은 생산 비용.
2) 잭킹 유닛의 확장 범위가 넓어 10~17개까지 확장 가능합니다. 따라서 유사한 제품을 롤링하는 잭킹 방식에 필요한 장비 및 공구의 수를 줄일 수 있습니다.
3) 종류와 규격이 다양하다는 장점이 있습니다. 단점은 벽 두께 정밀도가 낮고 내외부에 긁힘 등의 결함이 발생하기 쉽다는 것입니다.
4. 강관 압출
압출법이란 압출 실린더, 압출 다이, 압출 로드로 구성된 "밀폐된" 용기에 금속 빌릿을 넣고, 압출 로드로 압력을 가하여 금속이 압출 다이 구멍을 통해 흘러나오도록 하여 금속 가소성 성형을 얻는 방법을 말합니다. 이는 오랜 역사를 가진 이음매 없는 강관 제조 방법입니다. 압출 로드의 힘 방향과 금속 흐름 방향의 상대적 관계에 따라 압출법은 정압출과 역압출로 나눌 수 있습니다. 정압출은 힘 방향이 금속 흐름 방향과 일치하고, 역압출은 그 반대입니다. 역압출은 압출력이 작고, 압출비가 높으며, 압출 속도가 빠르고, 압출 온도가 낮아지고, 압출 조건이 개선되며, 등온/등압/등속 압출이 용이하고, 제품 구조 성능과 치수 정확도가 향상되며, 압출 말단의 금속 압력 과잉을 줄이고 금속 회수율을 높일 수 있다는 장점이 있습니다. 하지만 기존 방식은 작동이 비교적 불편하고 제품의 단면 크기가 압출봉의 크기에 제한된다는 단점이 있습니다. 금속 압출 기술은 산업계에 100년 이상의 역사를 가지고 있지만, 강철 생산에 열간 압출 기술을 적용한 사례는 1941년 세시(Seshi)가 유리 압출 윤활제를 발명한 이후 점차 발전해 왔습니다. 특히, 비산화 가열, 고속 압출 기술, 금형 재료, 응력 감소 기술의 발전으로 이음매 없는 강관의 열간 압출 생산이 더욱 경제적이고 합리적이게 되었으며, 생산량과 품질이 크게 향상되고 제품 종류도 더욱 다양해지면서 여러 국가의 주목을 받고 있습니다. 현재 압출 방식으로 생산되는 강관의 일반적인 제품군은 외경 18.4~340mm, 최소 벽 두께 2mm, 길이 약 15m이며, 소구경의 경우 최대 60m 길이의 강관도 생산 가능합니다. 압출기의 용량은 일반적으로 2000~4000톤이며, 최대 12000톤까지 가능합니다.
다른 열간압연 방식과 비교했을 때, 압출 이음매 없는 강관 생산은 다음과 같은 장점을 가지고 있습니다.
1) 처리 단계가 줄어들어 동일한 생산량에서 투자 비용을 절감할 수 있습니다.
2) 압출된 금속은 삼축 압축 응력 상태에 있으므로 니켈 기반 합금과 같이 압연 및 단조가 어렵거나 불가능한 재료를 생산할 수 있습니다.
3) 압출 과정에서 금속 변형량이 많고(압출비가 높음), 변형이 매우 짧은 시간 내에 완료되므로 제품 구조가 균일하고 성능이 우수합니다.
4) 내외부 표면에 결함이 거의 없고, 기하학적 치수 정확도가 높습니다.
5) 생산 조직은 유연하며 소량 생산 및 다품종 생산에 적합합니다.
6) 복잡한 단면을 가진 파이프 및 바이메탈 복합 파이프를 생산할 수 있습니다.
단점은 다음과 같습니다.
1) 윤활유 및 가열에 대한 요구 사항이 높아 생산 비용이 증가합니다.
2) 또한 공구 수명이 짧고, 소모량이 많으며, 가격이 비쌉니다.
3) 수율이 낮아 제품의 경쟁력이 떨어집니다.
5. 사이클 튜브 밀(필거 튜브 밀) 튜브 압연
사이클 튜브 압연기는 1990년에 산업 생산에 들어갔습니다. 이 압연기는 단일 프레임 2롤러 구조입니다. 롤에는 단면적이 가변적인 구멍이 있습니다. 두 개의 롤은 서로 반대 방향으로 회전하며, 가공되지 않은 튜브는 롤의 반대 방향으로 공급됩니다. 롤이 한 바퀴 회전하면서 가공되지 않은 튜브를 밀어내어 직경과 두께가 줄어들고 구멍 안에서 마무리 가공되어 튜브의 한 부분이 압연됩니다. 그런 다음 가공되지 않은 튜브가 다시 공급되어 압연됩니다. 가공되지 않은 튜브는 전체 압연 공정을 완료하기 위해 구멍 안에서 여러 번 왕복해야 하므로 주기적 튜브 압연기 또는 필거 튜브 압연기라고 불립니다. 튜브는 단면적이 가변적인 롤러 구멍을 통해 주기적으로 가공되며, 튜브 재료의 공급 및 회전 작업이 결합되어 튜브 벽에 여러 번의 누적 변형이 발생하여 더 큰 벽 두께 감소 및 연신율을 얻을 수 있습니다.
이 생산 방식의 특징은 다음과 같습니다.
1) 두꺼운 벽의 튜브 생산에 더욱 적합하며, 벽 두께는 60~120mm에 달할 수 있습니다.
2) 가공 가능한 강재의 종류가 비교적 다양합니다. 단조와 압연을 결합한 변형 방식을 사용하기 때문에 소성이 낮고 변형이 어려운 금속으로 튜브를 생산할 수 있으며, 생산된 강관의 기계적 특성이 우수합니다.
3) 압연 강관의 길이는 최대 35m로 매우 깁니다.
4) 제분기 생산성은 일반적으로 60~80%로 낮아 생산량이 적습니다. 따라서 균형을 맞추기 위해 천공기에는 두 개의 주기적인 튜브 압연기를 장착해야 합니다.
5) 꼬리 부분은 가공할 수 없어 절단 손실이 크고 수율이 낮습니다.
6) 표면 품질 불량 및 심각한 벽 두께 불균형.
7) 대형 공구 소모량, 일반적으로 톤당 9~35kg.
6. 강관의 열팽창
열간압연 무이음강관 생산 설비에서 생산되는 완제품 강관의 최대 외경은 자동 파이프 압연 설비의 경우 530mm 미만, 연속 파이프 압연 설비의 경우 460mm 미만, 대형 필거 설비의 경우 660mm 미만입니다. 더 큰 직경의 강관이 필요한 경우, 잭킹법과 압출법 외에도 강관 열간팽창법을 사용할 수 있습니다. 이 방법으로 현재 최대 외경 1500mm의 박판 무이음강관을 생산할 수 있습니다. 강관 열간팽창법에는 사선압연, 인발, 압입의 세 가지 방법이 있으며, 이 세 가지 방법은 1930년대에 개발되었습니다. 사선압연과 인발은 변형 가공 전에 강관 전체를 가열해야 하는 반면, 압입은 강관 전체를 가열할 필요가 없습니다.
경사 롤링 확장기
경사 압연 확장 공정은 가열된 파이프 재료를 경사 압연 확장기로 이송하여 확장하는 방식으로 진행됩니다. 경사 압연 확장기는 동일한 형상의 롤러 두 개로 구성됩니다. 두 롤러의 축은 압연선에 대해 30°의 각도를 이루며, 각각 모터로 구동되어 같은 방향으로 회전합니다. 플러그는 확장 변형 영역에서 변형에 참여하며, 강관은 변형 영역에서 나선형 운동을 합니다. 롤러와 플러그에 의해 파이프 벽이 압연되면서 확장 직경이 확대되고 벽 두께가 얇아집니다. 플러그의 축 방향 힘은 푸시 로드가 지지하며, 푸시 로드는 입구 측 또는 출구 측에 설치할 수 있습니다. 경사 압연 확장 공정을 통해 벽 두께 6~30mm, 최대 외경 710mm의 강관을 생산할 수 있습니다. 단점은 강관의 내외면에 나선형 자국이 남아 표면 품질을 저하시킨다는 것입니다. 이러한 이유로 수평 조절기와 규격 조절기를 설치해야 합니다. 이러한 유형의 확장기는 장비가 크고 투자 비용이 높으며 종류에 certain 제한이 있고 두꺼운 벽의 파이프를 생산할 수 없습니다.
도면 확장기
인발 확장은 생산 능력이 낮은 생산 방식이지만, 장비와 공정이 간단하고 기계화가 용이하여 여전히 사용되고 있습니다. 인발 확장기는 냉간 인발과 열간 인발 확장 모두에 사용할 수 있습니다. 확장량이 크지 않고 강관의 물리적, 기계적 특성 및 치수 정밀도를 향상해야 하는 경우 냉간 인발 확장을 사용할 수 있습니다. 강관의 열간 인발 확장 공정은 관재 가열, 관단부 확장, 확장 및 인발, 교정, 관두부 절단, 검사 순으로 진행됩니다. 각 가열 단계의 확장률은 60~70%이며, 생산 가능한 최대 강관 직경은 750mm입니다. 인발 열간 확장의 주요 작동 원리는 직경이 점차 증가하는 플러그 그룹(일반적으로 1~4개)을 강관 내경 전체에 삽입하고 통과시켜 강관의 직경을 확장하고 벽 두께를 줄이며 길이를 약간 단축하는 것입니다. 드로잉 확장기의 주요 도구는 확장 플러그, 확장 밸브, 이젝터 로드입니다. 장점은 장비가 간단하고 조작이 편리하며 배우기 쉽다는 점입니다. 또한 다양한 종류와 규격의 제품을 생산할 수 있고, 직사각형 및 기타 특수 형상의 강관도 제작 가능합니다. 단점은 생산 주기가 길고 생산성이 낮으며 공구 및 금속 소모량이 많다는 것입니다.
푸시형 확장기
푸시형 확장기의 작동 원리는 가공되지 않은 강관을 중주파 유도 코일에 넣는 것입니다. 중주파 유도 가열 후, 유압 실린더 피스톤 또는 윈치의 푸셔 헤드가 움직여 강관의 끝부분을 밀어내어 강관이 축 방향으로 고정된 원추형 맨드릴을 강관 앞부분부터 순차적으로 통과하도록 하여 확장시킵니다. 강관 끝부분이 맨드릴에 완전히 들어가면 그 뒤에 가공할 새로운 강관이 추가됩니다. 푸셔 헤드가 복귀한 후, 새로운 강관의 끝부분을 계속해서 밀어냅니다. 새로운 강관의 앞부분이 이전 강관의 끝부분을 맨드릴을 통해 밀어내면서 강관의 확장이 완료됩니다. 변형된 부분의 강관만 가열되기 때문에 변형된 강관은 쉽게 구부러질 수 있으며, 확장된 강관의 벽 두께와 길이에 제한이 있습니다. 푸시형 확장기의 장점은 높은 금속 회수율, 간단한 장비, 낮은 에너지 소비입니다. 단점으로는 강관의 길이 방향 성능 균일성이 다소 떨어지고 생산 효율이 낮다는 점입니다. 하지만 투자 비용이 적게 들기 때문에 최근 북유럽에서 많은 신규 설비가 건설되고 있습니다. 현재 상부 압입 확장 공법으로는 벽 두께 6~30mm, 최대 외경 860mm의 강관을 생산할 수 있습니다.
게시 시간: 2024년 9월 30일