原则上,轧制的环件是大型旋转对称锻件,部件重量在 300 吨或以上,也用于储罐和设备制造,尤其是大型压力容器,如核反应堆制造中使用的压力容器。制造这类压力容器部件的既定工艺是在大型锻压机上进行锻造,然后,通过局部锻造将锻件制成圆柱形厚壁管段(即所谓的管壳)。这种管壳的尺寸通常为外径约 8 米,长度约 3 至 5 米,坯重可达 300 吨。
传统制造:大型自由锻压机
用于制造此类组件的锻造工艺——称为芯轴锻造——是在大型自由锻压机上进行的,根据待制造工件的尺寸,最大压力可达到70 MN至150 MN。所需的毛坯是从与待生产壳体的原始重量相对应的原料块中生产的(包含材料附加,如氧化铁皮、废料)。或者,如果冶金条件适合,也可以使用在铸造过程中已准备好孔的工件,即所谓的空心锭。
一旦生产出所需的毛坯——从类型和形状上看,这也可以看作一截厚壁管——就会在大型锻压机上使用合适的设备在芯轴上锻造成所需的尺寸。
根据工件的大小和重量及用于处理工件的设备(工件必须在每次锻压行程后逐步旋转),这一过程需要很长时间(累计可能需要数分钟甚至数小时)。因此,可能需要对工件进行一次或多次中间加热,因为工件会因持续辐射而失去温度,并且如果需要,必须保持加工材料所需的温度范围以进行锻造
辗环与芯轴锻造相比的优势
在芯轴上锻造的过程中,由于部分锻造本身和在锻造过程中测量几何形状的局限性,会导致形状不精确。因此,为了获得在回火和加工后可以用于生产所需最终几何形状的锻造形状,必须考虑更多的材料作为起始重量。
原则上,辗环工艺比在自由锻压机更适合于精确地锻造具有足够内孔的旋转对称工件。如果所需的几何形状原则上也适合使用辗环生产,则芯轴锻造工艺至少可以部分替代为径-轴向辗环工艺。
在这里考虑的“壳件生产”的情况下,从冶金角度和经济角度(影响所需的机器尺寸)来看,先生产一个预锻工件(以实现高锻造程度)——即所谓的环件毛坯——是有意义的,然后在精锻过程中在径-轴向辗环机上轧制到所需的最终尺寸。辗环机所需的尺寸(对应投资大小)显著受待成型环形毛坯初始壁厚的影响。通过用辗环工艺替代锻压机中的精锻工艺,根据工件的大小,每个工件可以节省多达数吨的原材料。
使用此工艺的技术限制在于,尚未建造出能够轧制重达300吨和环高达5米的环件的辗环机,以用于上述的巨大壳件。
设计、建造和调试世界上最强大的辗环机
有客户要求生产非常大的环件(环件最大外径可达16米,高度最高可达5米,环重约300吨),这需要一台前所未有尺寸和性能数据的辗环机。通过设备制造商提供的工艺模拟确定的必要性能数据,得出所需的最大径向轧制力为50 MN,最大轴向轧制力为12.5 MN。所有传动装置的电机装机功率总计约12 MW。制造商接受了这一技术挑战,制造出了一台被称为RAW 5000/1250-16000/5000的径-轴向辗环机——目前是世界上最大和最强力的辗环机。
随着在客户现场的实施和成功调试,锻造行业诞生了一台在全球无与伦比的新巨头,并将在许多应用领域设定新的技术标准。总机重约6600吨,总长度约55米,地面以上高度约16.6米,这台全球独一无二的设备将在未来几年代表辗环领域的“世界之巅”。