심리스 파이프 생산

이음매 없는 파이프의 생산

파이프는 이음매가 없거나 용접되어 있습니다. 이음매 없는 파이프의 제조 공정은 19세기 말에 개발되었습니다. 많은 초기 테스트, 시도 및 기술에도 불구하고 1880년대 말에 Mannesmann 형제에 의한 크로스 롤 피어싱 공정의 발명은 이음매 없는 파이프의 산업적 규모 생산의 시작을 알리는 신호로 널리 간주됩니다. 크로스 롤 피어싱 과정에서 롤 축은 스톡 축과 평행하지만 스톡 평면에 대해 각도를 이루도록 배열되었습니다. 롤이 같은 방향으로 회전하면서 이 배열은 롤 갭을 통해 스톡에 나선형 통로를 생성했습니다. 또한 출구 속도는 롤의 원주 속도보다 약 10의 제곱만큼 느렸습니다.

롤 갭에 배열된 피어싱 맨드릴을 도입함으로써, 단단한 원형 재료는 크로스 롤의 작용에 의해 롤링 열에서 중공 쉘을 생성하도록 피어싱될 수 있습니다. 그러나 크로스 피어싱 공정만으로는 사용 가능한 길이의 정상적인 벽 두께의 파이프를 생산하는 것이 아직 불가능했습니다. 두 번째 성형 공정인 '필거 압연 공정'(Mannesmann 형제가 다시 한 번)을 개발 및 도입한 후에야 이음매 없는 강관을 생산하는 것이 가능하고 경제적으로 가능해졌습니다. 필거 공정은 또한 중공 셸 내부에 위치한 맨드릴에서 필거 롤(또는 다이)의 불연속적인 단조 작용에 의해 두꺼운 벽의 중공 셸이 완성된 파이프 치수까지 연장된다는 점에서 독특하고 혁신적인 기술을 구성했습니다.

현재 이음매가 없는 파이프는 둥근 빌릿으로 만들어지며, 이 빌릿은 중앙을 관통하여 속이 빈 쉘로 만든 다음 압연 또는 압출되어 크기에 맞게 당겨집니다. 심리스 파이프 제조 공정은 다음과 같은 주요 단계로 구성됩니다.

• 피어싱 또는 압출 작업에서 중공 파이프 쉘 만들기
• 직경과 벽 두께를 줄여 속이 빈 파이프 쉘 연장
• 열간 압연 또는 냉간 압연 공정에서 최종 파이프 제작

용접이 전혀 포함되지 않은 제조 공정으로 이음매 없는 파이프가 더 강하고 안정적으로 인식됩니다. 이음매 없는 파이프는 다른 유형의 파이프보다 압력을 잘 견디는 것으로 간주됩니다.

특허 및 소유권이 만료됨에 따라 초기에 추구했던 다양한 병렬 개발이 덜 명확해지고 개별 형성 단계가 새로운 프로세스로 병합되었습니다. 오늘날 이음매 없는 파이프의 생산 공정은 이러한 공정이 첨단 고성능 공정이 되는 수준까지 발전되었습니다. 파이프 크기, 제품 혼합 및 출발 물질의 가용성에 따라 다음과 같은 이음매 없는 파이프 공장 시설이 건설되었습니다.

• 연속 맨드릴 압연 공정 및 외부 직경 약 21mm에서 178mm 범위의 푸시 벤치 공정
• 제어된(구속된 부동 맨드릴 바와 플러그 밀 프로세스가 있는 다중 스탠드 플러그 밀은 외부 직경이 약 140mm에서 406mm 사이입니다.
• 외경이 약 250mm에서 660mm 사이인 크로스 롤 피어싱 및 필거 롤링 공정

또한 Assel 및 Diescher 공정 형태의 크로스 롤 피어싱 밀 파생물 또는 Ehrhardt 프레스에서 파생된 파이프 압출 공정과 같은 새로운 공정도 개발되었습니다. 일반적인 심리스 프로세스는 그림 1에 나와 있습니다.

그림 1 일반적인 이음매 없는 파이프 압연 공정

피어싱 및 필거 프로세스

이 공정에서 투입된 라운드는 회전 노상 노에서 1250 ~ 1300℃ 범위의 온도로 가열됩니다. 퍼니스에서 라운드는 고압 워터 제트에 의해 스케일이 제거되고 관통되는 크로스 롤 피어싱 밀로 공급됩니다. 두꺼운 벽의 중공 쉘을 생성합니다. 이 과정에서 재료는 1.5~2배 늘어나며 단면은 33~50% 감소합니다. 피어싱 밀에는 동일한 회전 방향으로 구동되는 두 개의 특수 윤곽 작업 롤이 있습니다. 축은 수평 스톡 평면에 대해 약 3° ~ 6° 기울어져 있습니다. 롤 갭은 일반적으로 상단의 비구동 지지 롤과 하단의 지지 슈로 닫힙니다. 내부 도구 역할을 하는 피어싱 지점은 롤 갭의 중앙에 있으며 맨드릴을 통해 외부 스러스트 블록에 의해 제자리에 고정됩니다.

크로스 롤 피어싱 작업 후 두꺼운 벽의 중공 쉘은 완성된 파이프를 생산하기 위해 필거링 스탠드에서 더 롤아웃됩니다. pilgering 과정에서 연신율은 5~10 사이이며, 단면적의 약 80~90% 감소를 동반합니다. pilgering 스탠드에는 원주에 테이퍼 패스가 있는 두 개의 롤(단조 작업 때문에 다이라고도 함)이 있습니다. 롤은 재료 흐름 방향과 반대 방향으로 회전합니다. 작업 패스는 롤 둘레의 200° ~ 220°를 포함하며 테이퍼진 입구, 균일한 원통형 연마 패스로 구성되어 작업 조각을 해제하기 위한 더 큰 간극으로 혼합됩니다. Pilgering 공정은 전후진 운동을 반복하는 단계적 압연 겸 단조 공정입니다.

필거링 공정이 완료되면 완성된 파이프가 맨드릴에서 벗겨집니다. 필거 헤드로 알려진 속이 빈 껍질의 가공되지 않은 부분은 뜨거운 톱으로 잘립니다. 그런 다음 파이프는 용광로에서 재가열한 후 사이징 또는 환원 밀로 공급됩니다. 사이징 밀은 정확한 외경을 생성할 뿐만 아니라 파이프의 동심도를 향상시킵니다. 일반적으로 2개의 하이롤 또는 3개의 하이롤 배열이 있는 3개의 스탠드로 구성됩니다. 작업 롤은 닫힌 패스를 형성하며 (다중 스탠드 구성에서) 각 스탠드 패스는 이전 패스와 비스듬히 오프셋되어 있습니다.

리듀싱 밀 또는 스트레치 리듀싱 밀에서, 파이프의 외경은 실질적으로 감소되며, 그 과정에서 벽 두께가 약간 증가 또는 감소된다. 제품 믹스에 따라 공장에는 5~28개의 스탠드가 있습니다.

최종 성형 작업 후 완성된 파이프는 냉각 베드에서 주변 온도로 냉각되고 치수 확인 후 파이프 끝단 가공, 교정 및 수압 테스트와 같은 공정이 수행되는 마무리 섹션으로 이동됩니다.

무거운 필거 밀은 투입 재료가 일반적으로 다각형 잉곳인 대구경 파이프의 경우에 사용됩니다. 회전 노상 노에서 가열한 후 이 잉곳은 초기에 일반적으로 수직 피어싱 프레스의 원형 다이에 삽입됩니다. 솔리드 잉곳은 다이 직경의 약 절반인 원통형 펀치로 뚫려 베이스가 닫힌 속이 빈 쉘을 생성합니다. 다음 작업은 크로스 롤 밀에서 약간의 연신율과 함께 벽 두께의 감소로 구성됩니다. 이 과정에서 닫힌 끝이 뚫립니다. 그런 다음 필거 밀에서 중공 쉘을 연신한 다음 사이징 밀에서 사이징 작업을 수행합니다.

플러그 롤링 프로세스

플러그 압연 공정은 직경이 약 60~406mm이고 벽 두께가 약 3mm~40mm이고 파이프 길이가 12m~16m인 이음매 없는 파이프를 압연하는 데 사용됩니다. 이 밀에서 피어싱은 크로스 롤 피어싱 밀에서 수행되어 원래 길이의 3-4.5배로 늘어나 65%-75%의 변형 수준에 해당하는 얇은 벽 중공 쉘을 생성합니다. 크로스 롤 피어싱 밀에는 두 개의 원뿔형 패스를 특징으로 하는 두 개의 구동 작업 롤이 있습니다. 롤의 축은 스톡과 평행하고 수평에 대해 6°와 12° 사이에서 기울어져 있습니다. 작업 롤 사이의 간격은 상단 및 하단 가이드 슈에 의해 광범위하게 조정됩니다. 이 가이드 슈는 고정 롤 역할을 하여 연신 과정에 기여하여 얇은 벽의 중공 쉘을 생산할 수 있습니다. 스톡은 롤 갭을 통과할 때 나선형 라인을 따르므로 내부 도구 역할을 하는 피어싱 맨드릴이 재료를 보다 효과적으로 변위할 수 있습니다. 상대적으로 큰 롤 경사각과 더 높은 롤링 속도로 인해 스톡 배출 속도가 상당히 빠릅니다. 이것은 다운스트림 플러그 가닥의 사이클 시간 때문에 필요합니다. 파이프 직경이 큰 경우 플러그 스탠드 앞에 두 번째 피어싱 밀(연신기라고도 함)이 있습니다. 최근의 대형 플러그 밀에는 원뿔형 디자인을 특징으로 하는 작업 롤이 있는 콘 피어싱 장치가 하나만 있습니다. 그것들은 각각 중공 스톡 축에 대해 약 30°로 기울어져 있고 수평에 대해 약 10°에서 12°로 기울어져 있습니다. 롤 갭은 역시 구동되는 2개의 측면 디스크에 의해 닫힙니다.

중공 쉘을 완성된 파이프로 형성하는 과정은 일반적으로 두 개의 롤링 패스가 적용되는 약 2배 신장(50% 단면 감소)으로 다운스트림 플러그 스탠드에서 수행됩니다. 플러그 스탠드에는 대략 원형의 홈이 있는 2개의 원통형 작업 롤과 별도로 구동되는 2개의 스트리퍼 롤이 장착되어 있습니다. 롤 패스 중앙에 위치한 플러그는 롤링 스탠드의 하류에 위치한 스러스트 블록에 의해 지지되는 맨드릴에 의해 제자리에 고정됩니다. 롤과 플러그 사이의 결과적인 환형 간격은 완성된 파이프 벽 두께에 해당합니다.

지속적인 롤링 프로세스

맨드릴을 빼낸 후 압연된 파이프는 사이징 밀 또는 장력 감소 또는 '신장' 밀에서 처리되기 전에 재가열됩니다. 연속 압연기와 구조가 유사한 스트레치 밀은 12개의 2단 롤 스탠드로 구성됩니다. 장력 감소는 지지 맨드릴을 사용하지 않고 직경이 감소하는 동안 벽 두께가 감소한다는 점에서 독특합니다. 롤 스탠드 사이에 튜브가 받는 장력은 튜브의 벽 두께를 줄이는 데 효과적일 뿐만 아니라 각 스탠드에서 수행되는 직경 감소는 기존 방식에 비해 3배가 될 수 있습니다.

직경이 작은 파이프의 경우 축소 및 사이징 공정을 사용합니다. 직경이 작은 파이프를 천공, 롤링 및 릴링하는 것은 경제적이지 않기 때문에 직경 약 75mm 미만의 열간 마감 파이프 생산에는 특수 기계를 사용하는 축소 및 사이징 공정이 필요합니다. 이 기계는 연속 압연기와 유사합니다. 직경이 약 305mm인 2개의 홈이 있는 롤 스탠드 8~16개로 구성되어 있습니다.

약 140mm 이상의 크기의 경우 사이징은 파이프 길이 전체에 걸쳐 균일한 크기와 진원도를 보장하기 위한 것입니다. 따라서 사이징 프로세스는 릴링된 파이프보다 약간 작은 홈이 있는 사이징 롤의 2개 또는 3개 스탠드에 파이프를 통과시키는 것입니다. 경우에 따라 재가열이 필요합니다.

어떤 경우에는 기존 공정의 압연기 및 릴링이 연속 압연기로 대체됩니다. 예를 들어 2개의 높이 홈이 있는 롤의 9개 탠덤 개별 구동 스탠드가 있습니다. 기존의 피어싱 밀로 빌렛을 뚫은 후 피어싱된 쉘보다 상당히 긴 윤활 처리된 맨드릴이 삽입되고 둘 다 압연기를 통과합니다.

연속 맨드릴 압연 공정은 일련의 압연 스탠드에서 여러 압연 패스를 직렬로 배열하여 압연 라인을 형성합니다. 이 압연기 유형은 완성된 파이프를 생산하기 위한 내부 도구 역할을 하는 떠 있는 맨드릴 막대 위로 피어싱 압연기에 뚫린 속이 빈 쉘을 늘립니다. 최근에는 이러한 유형의 압연기에서 자유롭게 떠 있는 맨드릴 바 대신 제어된 방식을 사용합니다. 이 공정 변형의 장점은 실질적으로 더 짧고 더 적은 수의 맨드릴 바가 필요하다는 사실에 있습니다. 이 버전의 연속 맨드릴 압연 공정은 단순히 MPM(다중 스탠드 파이프 밀)이라고도 합니다.

다중 스탠드 파이프 밀(MPM)은 뜨거운 피어싱 쉘에서 효율적인 이음매 없는 파이프 열간 압연 공정의 일부입니다. 밀은 일반적으로 한 스탠드에서 다른 스탠드로 90° 기울어진 2개의 홈이 있는 롤로 구성된 8개의 스탠드로 구성됩니다. 재료는 냉각되고 윤활된 맨드릴에 장착되고 압연이 시작되는 첫 번째 스탠드로 밀려납니다. 맨드릴은 MPM을 따라 일정한 속도로 움직입니다. 그런 다음 배송 전에 튜브를 절단, 보정, 처리 및 제어합니다.

이 과정을 통해 최대 연신율을 얻을 수 있습니다. 생산된 튜브의 길이는 최대 30미터입니다. 편심률은 10% 미만일 수 있습니다.

맨드릴 바의 추출까지 연속 압연 공정의 경우 파이프 온도가 약 500 ° C로 떨어집니다. 파이프는 950 ~ 980 ° C로 재가열 된 다음 신장 감소 밀에서 추가 압연됩니다. 스트레치 감소 밀은 24개에서 28개 사이의 모든 것을 포함할 수 있으며 모두 근접한 라인 형성으로 배열되어 있습니다. 각 스탠드에는 자체 가변 드라이브가 있으며 가능한 가장 작은 직경의 3개 롤이 장착되어 있습니다. 세 개의 롤이 함께 하나의 패스를 형성하고 오프셋되어 스탠드에서 스탠드로 점차 작아집니다.

이 공장에서는 내부 도구가 사용되지 않으며 롤의 원주 속도는 압연 트레인의 입구에서 출구 끝까지 계속 증가합니다.

이음매 없는 파이프 롤링에는 몇 가지 다른 프로세스가 있습니다. 이러한 공정에는 푸시 벤치 공정, 피어싱 및 드로우 공정, 파이프 압출 공정 및 교차 압연 공정이 포함됩니다. 크로스 압연 공정에는 아셀 압연 공정과 디셔 압연 공정이 있습니다. 이음매 없는 파이프 외에도 냉간 성형, 냉간 드로잉 및 냉간 필거링 공정을 통해 생산되고 있습니다.