Прошивной стан ЭЗТМ предназначен для прокатки заготовок, прошедших нагрев в кольцевых печах №1 и №2, в гильзы-заготовки для прокатки труб в пилигримовом стане. Деформация металла на прошивном стане осуществляется в очаге деформации, образованном косорасположенными грибовидными валками, направляющими линейками и оправкой. Прокатка гильз-заготовок осуществляется на соответствующем и надлежащего качества инструменте (валки, направляющие линейки, оправки, входная выводная проводки): рабочая поверхность инструмента прошивного стана не должна иметь трещин, раковин и выбоин. Замена линеек, барабанов с валками производится каждые 2 недели. Замена оправки производится раз в сутки или через каждую 1000 тонну прошиваемого металла.
Настройка стана для прокатки требуемого размера гильз производится по окончании ППР или ППВ, замены изношенного инструмента, а также при переходе на прокатку другого типоразмера гильз в соответствии с требованиями рабочей инструкции. При настройке стана вальцовщик устанавливает угол подачи в зависимости от размеров прокатываемых труб и марки стали:
§ для труб диаметром 219?245 мм - угол подачи 9?10 о;
§ для труб диаметром 273 мм - угол подачи 8?9 о;
§ для труб диаметром 325 мм - угол подачи 6?7,5 о.
Допускается отклонение расстояния между валками в их пережиме от указанных в РИ значений в диапазоне 1%. Величина выдвижения оправки относительно пережима (L) валков стана определяется с помощью специальной штанги, рассчитывается по формуле:
L= L в конуса L замер,
где L в конуса длина горизонтальной проекции входного конуса валка, мм;
L замер расстояние от переднего торца валка до носика оправки, определяемое с помощью специальной штанги, мм. Величина L в конуса зависит от установленного угла подачи и составляет:
§ для угла подачи 5 0 - 568 мм;
§ для угла подачи 6 0 - 567 мм;
§ для угла подачи 7 0 - 566 мм;
§ для угла подачи 8 0 - 564 мм;
§ для угла подачи 9 0 - 563 мм;
§ для угла подачи 10 0 - 561 мм.
Допускается уменьшение выдвижения оправки за пережим валков до 20 мм против указанного значения в РИ и увеличение её выдвижения до положения, не приводящего к потере устойчивых первичного и вторичного захватов НЛЗ валками. Для улучшения захвата заготовки прошивным станом допускается увеличение или уменьшение угла раскатки на 1 о (до 13 о или 11 о). Настройка прошивного стана должна обеспечивать прошивку гильз без превышения максимально допустимой токовой нагрузки на главные приводы прошивного стана (6,5 КА). Для проверки правильности настройки стана вальцовщик производит замер диаметра первой гильзы при переходе на другой её типоразмер.
Заготовки после нагрева в кольцевых печах №1 и №2 и гидросбива с них окалины поступают в прошивной стан. Периодичность выдачи заготовки на прошивной стан должна быть не чаще чем через 90 секунд. Нагретые заготовки с видимыми поперечными трещинами и поясами к прокатке не допускаются во избежание аварии. Прокатка гильз проводится при непрерывном наружном охлаждении валков и внутреннем охлаждении оправки водой. Температура наружной поверхности гильзы на выходной стороне стана должна быть в диапазоне 1150?1270 о С, внутренней не более 1300 о С (являются факультативными). Основные виды несоответствий технологического процесса прошивки НЛЗ и возможные меры по их устранению приведены в таблице 6.
Таблица 6. Виды брака при производстве гильзы
|
Наименование несоответствия |
Причина несоответствий |
Способ устранения несоответствий |
|
Разностенность и кривизна гильз |
Установка инструмента и оснастки (центрователи, валки, линейки, проводки) не по оси прокатки. |
Настройка инструмента и оснастки прошивного стана по оси прокатки. |
|
Неравномерный нагрев заготовок. |
Настройка температурного режима нагревательных печей. |
|
|
Ремонт (выравнивание) подины во время ППР. |
||
|
Отсутствие или затрудненный первичный захват заготовки валками. |
Большой износ входного конуса валка. |
Замена валков во время ППР (ППВ) . |
|
Изменить угол раскатки. |
||
|
Отсутствие или затрудненный вторичный захват заготовки (внутренняя плена на переднем конце гильзы) |
Недостаточная тянущая способность валков из-за большого износа входного конуса валков или неправильной их установки. |
Замена валков во время ППР (ППВ). |
|
Восстановить «шипы» на входном конусе валка. |
||
|
Изменить расстояние между валками. |
||
|
Изменить угол подачи. |
||
|
Уменьшить выдвижение оправки за пережим валков. |
||
|
Закат оправки в гильзе |
Недостаточный коэффициент овализации гильзы валками |
Увеличить расстояние между линейками. |
|
Разрушение оправки |
Замена оправки |
|
|
Отключение главного привода прошивного стана |
Извлечение недоката |
Настройка стана считается правильной, если первичный и вторичный захваты заготовки валками происходят плавно (без пробуксовки), размеры гильз соответствуют таблице прокатки, нагрузка на двигатели стана не превышает предельно-допустимую (6,5 КА). После прокатки 1-2 гильз вальцовщик при необходимости производит корректировку настройки стана:
§ в случае превышения нагрузки на главный привод стана производится постепенное (через 0,5 о) уменьшение угла подачи или увеличение расстояния между валками (через 2?5 мм) до получения допустимых значений нагрузки стана;
§ в случае нагрузки на главный привод стана менее 5,5 кА производится постепенное (через 0,5 о) увеличение угла подачи до получения допустимых значений нагрузки стана.
По мере износа валков прошивного стана допускается:
§ изменение расстояния между валками и линейками на 10 мм;
§ изменение положения оправки.
Оправка прошивного стана считается пригодной к работе, если её поверхность не имеет впадин, наростов и на ней отсутствует грубая сетка разгара. Величина впадин, наростов и трещин не должна превышать 3 мм. Валки, верхняя и нижняя линейки не должны иметь трещин и грубой сетки разгара.
Аннотация
1. Обоснование реконструкции ТПА 2003
1.1 Общая характеристика завода, состав основных производственных цехов, структура производства ВТ
1.1.2 Трубопрессовый цех
1.1.3 Трубопрокатный цех с ТПА 159-426
1.1.4 Трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ)
1.1.5 Трубопрокатный цех с ТПА 200
1.2 Краткое описание стана ТПА-200
1.3 Обоснование расширения сортамента производимых труб
2. Техника производства
2.1 Исходная заготовка
2.2 Сортамент до и после реконструкции
2.3 Оборудование для производства труб на ТПА 200
2.3.1 Пресс холодной ломки
2.3.2 Кольцевая печь
2.3.3 Прошивной стан винтовой прокатки
2.3.4 Оборудование входной стороны
2.3.5 Клеть прошивного стана
2.3.6 Оборудование выходной стороны
2.3.7 Рабочая клеть трехвалкового раскатного стана1
2.3.8 Редукционно-калибровочный стан
2.4.1 Раскатка гильз на непрерывном стане PQF
2.5.1 Прокатная клеть
2.5.2 Контейнер прокатной клети
2.5.3 Приводы валков
2.5.4 Перевалка прокатных клетей
2.5.5 Технологический инструмент стана PQF
3. Специальная часть
3.1 Расчет таблицы прокатки
3.2 Расчет усилия металла на валок
3.3 Расчёт валкового узла на прочность
3.4 Расчет дисковой пилы
труба тонкостенная стан перевалка
Аннотация
В представленном дипломном проекте приведены результаты разработки технологического процесса производства тонкостенных бесшовных труб на ТПА 50-200 с трехвалковым непрерывным PQF станом в условиях ТПЦ-1 ОАО «ВТЗ».
В разделе 2 приведены таблицы сортамента выпускаемой продукции.
В специальной части дипломного проекта выполнены расчёты таблицы прокатки, также произведён расчёт усилия металла на валки непрерывного стана PQF, расчёт валка на прочность.
В разделе 4 проведён расчёт электродвигателя главного привода и
проверочный расчёт его мощности.
В разделе 5 произведены расчёты годового объёма выпуска продукции,
штатов рабочих, руководителей и служащих и их заработной платы.
В разделе 6 представлены расчёты капитальных затрат на производство, себестоимость продукции, а так же рассчитываются показатели экономической эффективности.
В разделах 7 и 8 предложены необходимые мероприятия по охране труда и окружающей среды.
Пояснительная записка изложена на 175 страницах, содержит 43
рисунков, 40 таблиц и 222 формулы. При составлении пояснительной
записки использовано 19 источников.
1. Обоснование реконструкции ТПА 200
1 Общая характеристика завода, состав основных производственных цехов, структура производства ВТЗ
Волжский Трубный Завод (ОАО «ВТЗ») является одним из крупнейших предприятий Южного Федерального округа Российской Федерации. На заводе работает около 12000 человек, что позволяет считать «ВТЗ» крупным градообразующим предприятием города.
ВТЗ расположен в промышленной зоне города Волжского, находящегося на левом берегу реки Ахтубы в 20 километрах северо-восточнее центра Волгограда.. Положительным фактором размещения является нахождение на пересечении транспортных путей Южно-Европейской части России. Рядом с ВТЗ находятся железнодорожная станция и автомобильная федеральная трасса, что снижает затраты при отгрузке потребителям готовой продукции внутри страны. В 10 километрах от завода находится грузовой речной порт на реке Волга. По системе каналов река Волга связывает город с портами Каспийского, Черного, Балтийского, Северного и Азовского морей. Это позволяет осуществлять доставку продукции самым экономичным водным путем. Удобное географическое расположение «ВТЗ» также позволяет осуществлять доставку сырья, вспомогательных материалов и прочих грузов, необходимых для производства труб.
Основными потребителями ОАО ВТЗ являются такие компании как ОАО «Газпром», АК «Транснефть», в состав которых входят множество дочерних предприятий, которых насчитывается несколько десятков. Кроме того, это ведущие компании по добыче нефти: «Тюменская нефтяная компания», «LUKOIL», «Сибнефть», «Роснефть», которые являются монополистами по добыче и переработке «черного золота». Также партнерами завода являются нефтегазовые компании стран Персидского залива Ирак, Бахрейн, Катар и Египет, где активно ведутся разработки прибрежных шельфовых и сухопутных месторождений нефти и газа.
С апреля 2001г. Волжский трубный завод входит в Трубную Металлургическую Компанию (ТМК). Трубная Металлургическая Компания - крупнейший в российской трубной отрасли холдинг, объединивший ведущие российские трубные предприятия - Волжский (Волгоградская обл.), Северский, Синарский (Свердловская обл.) трубные заводы Таганрогский металлургический завод (Ростовская обл.).
Завод производит более 800 типоразмеров труб:
сварные спиральношовные трубы большого диаметра, в том числе с покрытием;
трубы общего назначения;
бесшовные нефтегазопроводные трубы;
обсадные трубы и муфты к ним;
трубы для паровых котлов и паропроводов;
трубы для нефтеперерабатывающей и химической промышленности
трубы из коррозионностойкой стали (нержавеющие);
трубы для изготовления подшипников;
стальную заготовку круглого и квадратного сечения.
Потребителями продукции ВТЗ являются машиностроительные, химические, нефтеперерабатывающие, строительные предприятия и предприятия других отраслей как отечественные, так и зарубежные.
На ВТЗ находятся пять цехов основного производства: трубопрокатный цех №1 (ТПЦ-1), трубопрессовый цех №2 (ТПЦ-2), трубопрокатный цех №3 (ТПЦ-3), трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ), электросталеплавильный цех (ЭСПЦ).
1.1.1 Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ)
Мощность - 900 тыс. тонн стали в год.
Основное оборудование:
электродуговая сталеплавильная печь, масса плавки 150 тонн
установка «печь-ковш»
установка вакуум-кислородного рафинирования стали
установки непрерывного литья заготовок криволинейного типа
ЭСПЦ производит стальную непрерывнолитую заготовку:
круглого сечения диаметров 150мм, 156мм, 190мм, 196мм, 228мм,
мм, 360мм и 410мм для производства труб и сортового проката по ТУ 14-1-4992-2003 /33/, СТОТМК 566010560008-2006 , и др.;
квадратного сечения размеров 240мм, 300мм и 360мм для производства труб и сортового проката по ТУ 14-1-4944-2003 .
Основным сырьем для производства стали в ЭСПЦ является металлолом, поступающий в переработанном виде в копровом цехе (КЦ).
Для осуществления межцеховых транспортных операций используется
автомобильный транспорт автотранспортного цеха (АТЦ) и подвижной
состав железнодорожного цеха (ЖДЦ).
Волжский трубный завод представляет собой современное предприятие сориентированное на потребителей труб практически всех отраслей, в том
числе потребителей труб нефтегазовой отрасли.
1.2 Трубопрессовый цех
Мощность - 68 тыс. тонн горячепрессованных труб в год.
В составе цеха: участок подготовки заготовки к прессованию; линия прессования с горизонтальным прессом усилием 55МН для производства труб размерами 133 - 245х6-30мм, а при использовании редукционного стана труб диаметром 42 - 114 мм; линия прессования с горизонтальным прессом усилием 20МН для производства труб размерами 60-114x4-10 мм и отделение отделки труб.
Состав оборудования линии с прессом усилием 20 МН имеет некоторые изменения по сравнению с прессовой линией 55 МН: отсутствует кольцевая печь, а нагрев перед прошивкой осуществляется в индукционных установках; вместо редукционного установлен правильный стан, а также отсутствует подогревательная печь с шагающими балками.
Горячий передел труб заканчивается участком химической обработки, который состоит из двух отделений - для обработки труб из углеродистых сталей и для обработки труб из коррозионностойких сталей.
В цехе установлены три поточные линии отделки и контроля качества труб: две линии для обработки труб диаметром 43 - 133 мм и одна линия для обработки труб диаметром 50 - 245 мм. В составе каждой линии имеется следующее оборудование: правильный шестивалковый стан, два трубоотрезных станка для обрезки концов труб; установка для снятия наружной фаски и торцовки концов; установка продувки труб от окалины; линия неразрушающего контроля качества труб для выявления поперечных наружных дефектов и проверки соответствия марки стали; ультразвуковая установка для выявления продольных и поперечных дефектов; установка визуального контроля качества поверхности, геометрических размеров труб и стилоскопирования; установка для измерения длины труб.
ТПЦ-2 производит горячепрессованные трубы, предназначенные для: общего назначения, машиностроения с последующей механической обработкой, нефтехимической промышленности, паровых котлов и трубопроводов, работы в сероводородной среде, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений, атомных электростанций, работы в коррозионных средах, эксплуатации при высоких температурах и др. Для производства труб в ТПЦ-2 используется заготовка круглого сечения диаметром от 145мм до 360мм производства ЭСПЦ и покупная заготовка производства ОАО «Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь», Северсталь, Запорожский завод специальных сталей и других производителей.
Рисунок 2. Технологическая схема производства труб на линии прессования с горизонтальным прессом усилием 55МН.
Рисунок 3. Технологическая схема производства труб на линии прессования с горизонтальным прессом усилием 20МН.
1.3 Трубопрокатный цех с ТПА 159-426
Технология и оборудование позволяет производить до 1,2 млн. тонн горячекатаных труб в год.
Рисунок 4. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-3.
Основное оборудование:
печь с шагающими балками для нагрева заготовки
стан пресс-валковой прошивки
стан-элонгатор
непрерывный стан ТПА159-426 с непрерывно удерживаемой оправкой
калибровочный стан
линии отделки обсадных и нефтепроводных труб
После прокатки труб на ТПА 159-426, охлаждения, обрезки и правки
трубы проходят неразрушающий контроль геометрических размеров. Далее трубы поплавочно - магнитным краном укладываются в контейнеры и
поступают на промежуточный склад, откуда в зависимости от назначения,
поступают в отделение отделки. ТПЦ-3 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 159мм до 426мм с толщиной от 8мм до 35мм. Трубы предназначены для общего назначения, применяемые в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений, котельных установок и трубопроводов, строительства, капитального ремонта и реконструкции подводных переходов.
Для производства труб в ТПЦ-3 используется заготовка квадратного
сечения размеров от 240мм до 360мм производства ЭСПЦ.
1.4 Трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ)
Достигнутая мощность - 500 тыс. тонн сварных труб с антикоррозионным покрытием в год.
Основное оборудование:
трубоэлектросварочные станы автоматической сварки труб под слоем
флюса, для производства труб диаметром 530-1420 мм
трубоэлектросварочный стан автоматической сварки труб под слоем
флюса, для производства труб диаметром 1420-2520 мм
участок объемной термообработки труб
печь для нагрева труб под закалку,
отпускная печь
линия отделки труб.
Мощность - 100 тыс. тонн покрытых труб диаметром 102-1020 мм.
В 1976г. в цехе впервые в стране был освоен выпуск труб для строительства газо-, нефтепроводов с антикоррозийным покрытием на основе эпоксидных порошков. Технологический поток производства данных труб состоит из следующих операций: очистки поверхности щетками и иглофрезами от окалины; дробеструйной обработки; нагрева труб до температуры 400°С в газовой секционной печи, нанесения на поверхность
антикоррозийного покрытия из эпоксидного порошка толщиной 300 - 500
мкм; 30-мин выдержки в термостате с цепным транспортером для обеспечения полимеризации при температуре 150 - 200°С; контроля диэлектрической сплошности покрытия; контроля адгезии и толщины покрытия; ремонта дефектных участков труб.
После этого на готовые трубы наносят дополнительную маркировку и
надевают защитные резиновые кольца для предотвращения повреждения
покрытия при транспортировке. Срок службы труб с антикоррозионным
покрытием в 2 - 3 раза выше обычных.
ТЭСЦ производит спиральношовные стальные трубы диаметром от
530мм до 2520мм с толщиной от 6мм до 25мм. В цехе имеется участок термической обработки труб и участок два участка нанесения на трубу
антикоррозийного покрытия. Трубы большого диаметра предназначены для:
общего назначения, магистральных газонефтепроводов, трубопроводов
атомных электростанций.
Для производства труб в ТЭСЦ используется штрипс шириной от 1050мм до 1660мм и лист шириной 2650мм. Поставщиками металла является
Магнитогорский металлургический комбинат, металлургический комбинат Азовсталь, металлургический комбинат Северсталь, Новолипецкий металлургический комбинат и другие производители. Кроме того, металл
Рисунок 5. Технологическая схема сварки труб диаметром 530-1420мм
из рулонного проката.
Рисунок 6. Технологическая схема сварки труб диаметром 1420-2520мм из листовой стали.
1.1.5 Трубопрокатный цех с ТПА 200
Мощность - 225,5 тыс. тонн горячекатаных труб в год.
Основное оборудование:
две кольцевые печи для нагрева заготовки;
прошивной стан;
два трехвалковых раскатных стана ТПА-200 с длинной плавающей оправкой;
две печи с шагающими балками для подогрева труб;
два трехвалковых калибровочных стана;
линии отделки подшипниковых труб и труб общего назначения.
ТПЦ-1 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 57мм до 245мм с толщиной от 6мм до 50мм, предназначенных для: общего назначения, подшипниковой отрасли, машиностроения с последующей механической обработкой, авиационной техники, котельных установок и трубопроводов, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений
Для производства труб в ТПЦ-1 используется заготовка круглого сечения диаметром от 90мм до 260мм производства ЭСПЦ и покупная заготовка производства ОАО «Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь», Оскольского металлургического комбината и других производителей.
Рисунок 7. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-1.
2 Краткое описание стана ТПА-200
Трубопрокатный агрегат 200 Волжского трубного завода предназначен для выпуска горячекатаных бесшовных труб повышенной точности размерами DTхST = 70...203x9...50 мм следующего сортамента: общего назначения DTxST = 73...203x9...50 мм из углеродистых и среднелегированных марок стали, подшипниковые трубы DTxST = 70,4...171x7...21 мм из стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ15Ш, ШХ15В.
В состав цеха входят трубопрокатный агрегат 70-200 с трёхвалковым станом, линия отделки труб общего назначения, участок отделки подшипниковых труб, четыре роликовые печи для проведения сфероидизирующего отжига подшипниковых труб, участок изготовления технологического инструмента.
Основное оборудование: кольцевые печи для нагрева заготовки; прошивной стан; трубопрокатный агрегат Асселя с трехвалковым раскатным станом ТПА-200 с длинной плавающей оправкой; печь с шагающими балками для подогрева труб; трехвалковый калибровочный стан; Ти клетьевой редукционно-калибровочный стан; роликовые печи для отпуска и отжига труб; линии отделки подшипниковых труб и труб общего назначения; участок консервационного покрытия труб.
Валки; 2-Оправка; 3-Труба,
Степень тонкостенности сортамента труб, производимого на установках данного типа, определяет трехвалковый раскатной стан. Поэтому в последнее время в технически развитых странах большое внимание уделялось и уделяется совершенствованию технологии прокатки и конструкций традиционных трехвалковых раскатных станов, а также созданию новых процессов с обеспечением возможности производства высокоточных тонкостенных горячекатаных труб.
3 Обоснование расширения сортамента производимых труб
Мощности трубных заводов по выпуску бесшовных труб для нефтегазовой промышленности и машиностроения в настоящее время задействованы не на полную и дальнейшее увеличение объёмов их производства возможно при условии дополнительного ввода оборудования или модернизации существующего оборудования. ТПА-200 - трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом. Отличительной особенностью данного агрегата является наличие двух линий раскатки гильз, получаемых на прошивном стане. Это позволяет значительно увеличить производительность стана. Трубопрокатный стан ТПА-200 располагается в ТПЦ-1 ОАО «ВТЗ». ТПЦ-1 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 70мм до 203мм с толщиной от 9мм до 50мм, предназначенных для: общего назначения, подшипниковой отрасли, машиностроения с последующей механической обработкой, авиационной техники, котельных установок и трубопроводов, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений. Оборудование цеха позволяет производить трубы нестандартных размеров, трубы со смещенными допусками по геометрическим размерам, особо толстостенные трубы, трубы с повышенной точностью по толщине стенки. Имеется возможность обточки труб по наружной поверхности. ТПА с трехвалковым раскатным станом применяют для производства толстостенных труб, используемых в машиностроении с отношением диаметра к толщине стенки (D/S) меньше 12. Несмотря на различные попытки расширения возможностей станов ТПА 200 и аналогичных отечественных трубопрокатных агрегатах получать тонкостенные трубы на них не удавалось, так как при прокатке концов труб (особенно задних) в трехвалковых станах развивается интенсивная поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие нормально осуществлять раскатку труб с отношением диаметра к толщине стенки более 12. Основная особенность ТПА с трехвалковых раскатным станом - получение требуемой толщины стенки готовых труб в основном на раскатном стане, а наружного диаметра на редукционном и калибровочном. Каждый из этих размеров может независимо изменяться, обеспечивая требуемое сочетание диаметра и толщины стенки.
Рисунок 8. Образование раструба при прокатке
Рисунок 9. Затекание металла между валками.- Конус захвата; II-Гребень; III-Раскатной участок;Выходной участок; Валки; 2-Оправка; 3-Труба,
Степень тонкостенности сортамента труб, производимого на установках данного типа, определяет трехвалковый раскатной стан. Поэтому в последнее время в технически развитых странах большое внимание уделялось и уделяется совершенствованию технологии прокатки и конструкций традиционных трехвалковых раскатных станов, а также созданию новых процессов с обеспечением возможности производства высокоточных тонкостенных горячекатаных труб. Применение в агрегатах трёхвалковых раскатных станов вносит определенные ограничения в сортамент - на этих агрегатах можно получать только толстостенные трубы с отношением диаметра к толщине стенки D/S ≤ 12. И хотя предпринимаются различные попытки расширить их возможности в том отношении, все же получать тонкостенные трубы пока не удается, поскольку в этом случае при прокатке концов труб развивается поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие нормально осуществлять прокатку. Возможны разные пути решения проблемы концевых раструбов: раскатка гильз на малых углах подачи, применение специальных калибровок валков раскатного стана, уменьшение толщины стенки гильзы и другие. На практике утонение стенки гильзы производится за счет сведения валков при прокатке заготовки или за счет изменения положения оправки в очаге деформации. Перемещение валков в процессе прокатки является менее предпочтительным из-за конструктивной сложности и повышенного износа сопрягаемых поверхностей постели клети и барабана с валком. Для прокатки тонкостенных труб с использованием свободно плавающей длинной оправки французская фирма «Dujardin-Montbard-Somcnor» разработала конструкцию клети трехвалкового раскатного стана (клеть «Трансваль»), оборудованной специальными механизмами для осуществления процесса с переменным углом подачи и изменением исходных размеров калибра. Прокатка концевых участков тонкостенных труб в клети данной конструкции осуществляется по технологии, предусматривающей изменение углов подачи до минимальных значений с одновременным разведением валков для образования концевых утолщений. В настоящее время за рубежом работает несколько трубопрокатных агрегатов с трехвалковыми раскатными станами типа «Трансваль». Один из них эксплуатируется на заводе фирмы «Babcock and Wilcox Co.» в г. Эмпридже (США). Трехвалковый раскатной стан типа «Трансваль» установлен параллельно непрерывному длиннооправочному стану и предназначен для производства высокоточных труб с D/S от 4,5 до 15. При этом для осуществления прокатки наиболее тонкостенной части сортамента предусмотрено автоматическое изменение углов подачи, а также размеров калибра, чтобы при формировании переднего концевого участка трубы отношение D/S на нем не превышало 10, а заднего концевого участка - 8. На заводе фирмы «Falck» в г. Милане (Италия) введен в эксплуатацию трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом «Трансваль» для производства труб из подшипниковых и легированных марок сталей диаметром 60-70 мм с D/S =4-17. На заводе фирмы «Tubesex» в Бильбао (Испания) эксплуатируется трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом «Трансваль», предназначенный для производства редуцированных горячекатаных труб диаметром 21-64 с толщиной стенки 2,2-10 мм. При этом непосредственно после трехвалкового раскатного стана прокатывают трубы диаметром 72 мм, длиной до 14 м и отношением D/S <18. На трехвалковых раскатных станах «Трансваль» устойчиво получают трубы с отношением размеров диаметра к стенке не более 15, используют в основном свободно плавающую оправку. В зарубежной практике применяют ТПА, в которых раскатка происходит в двухвалковых станах винтовой прокатки с направляющими дисками (станы Дишера). Однако применение станов Дишера ограничено прежде всего из-за сложности конструкции рабочей клети, схема рабочей клети изображена на рисунке 8. Кроме того, снижается маневренность агрегата, так как для прокатки труб различного диаметра требуется определенный профиль дисков, что приводит к дополнительным затратам времени на перевалку.
Рисунок 10 - Схема рабочей клети раскатного стана с дисковыми проводками Рабочие валки; 2 - приводные диски; 3 - привод дисков
Конструкция раскатного стана Дишера не отличается от конструкции прошивного стана с дисковыми проводками. На входной стороне стана расположен желоб и выталкиватель для задачи длинной оправки в гильзу и подачи гильзы с оправкой в рабочие валки. На выходной стороне стана имеется рольганг для приемки трубы на оправке. В стане Дишера раскатка трубы осуществляется на длинной оправке, движущейся вместе с трубой вдоль оси прокатки. Дисковые проводки 2 способствуют ускорению процесса прокатки, получению большей вытяжки, более тонкой стенки, повышению точности труб. Мощность главного привода при прокатке труб диаметром до 200 мм составляет 1470 кВт, а двигателя для вращения дисков - 650 кВт. Этот стан более энергоемок, чем трехвалковый раскатной стан. Основное достоинство агрегатов со станами Дишера возможность раскатки труб с отношением диаметра к толщине стенки D0/S0 до 35. Коэффициент вытяжки в стане Дишера несколько меньше, чем в трехвалковом раскатном стане: μ= 1,2-1,5 при раскатке толстостенных и μ = 2,2-2,8 при раскатке тонкостенных труб.
Предлагается провести реконструкцию одной из линий, заменив трехвалковый раскатной стан непрерывными клетями PQF, которые будут производить тонкостенные трубы общего назначения. Метод непрерывной прокатки в трехвалковой клети последовательно продвигался фирмой SMS Demag Innse на рынок уже с начала 90-х годов XX века. Преимущества процесса были очевидны, так как уже на редукционно-растяжном участке замена двухвалковых клетей на трехвалковые привела к существенному улучшению качества бесшовных труб. Оборудование стана PQF расположено очень компактно, что существенно сокращает время прокатки от прошивного стана до прокатки на оправке, что приводит к минимальной потере температуры на пустотелой заготовке. В то же время, благодаря предварительной установке заготовки на основную линию прокатки, пустотелую заготовку можно катать за очень максимально короткое время, которое сокращает время контактного охлаждения внутренней поверхности гильзы и поверхности оправки. При трехвалковой конструкции клети неравномерная деформация сечения сводится к минимуму при одновременном обеспечении точности геометрического размера трубы, что приводит к снижению потерь при обрезании конца трубы, устранению дефектов качества, вызываемых общепринятыми станами для прокатки на оправке, сокращению коэффициента отверстия, вогнутости и неравномерности толщины. Также при использовании трехвалковой конструкции клети в сочетании с одним приводом, гидравлическим нажимным устройством и автономным устройством для калибровки калибра для контроля точности калибра на прокатном стане всегда можно поддерживать высокую точность введения и регулировки заданных значений, что обеспечивает стабильность контроля всего процесса прокатки и качества продукции. Стан состоит из пяти трехвалковых клетей и является компактным станом для прокатки на оправке. Для каждой клети имеется отдельное гидравлическое нажимное устройство, которое действует на центральную линию валка и позиционирует его. Валки соединяются с клетью с помощью качающейся консоли, который по сравнению с трехвалковыми клетями другой конструкции более прост по конструкции и в эксплуатации, более удобен для регулировки, а регулировка более эффективна. По сравнению с распространенной двухвалковой конструкцией трехвалковый калибр более круглый, что играет большую роль в деформации трубы. Стан для прокатки на оправке с трехвалковыми клетями оснащен системами HCCS и PSS для осуществления контроля технологического процесса. Система HCCS используется для контроля действий гидравлического нажимного устройства стана, чтобы проконтролировать зазор между валками. Кроме того, контроль и расчет технологических данных помогает осуществить такие функции как компенсация температуры, контроля удара при врезании, отбрасывание переднего и заднего конца. С помощью системы PSS осуществляется расчет технологических значений, в то же время, благодаря получению и визуализации сигналов о прокатном усилии, имеется возможность наблюдения, анализа и архивирования данных по каждой трубе во время процесса прокатки. Вся линия горячей прокатки оснащена многочисленными встроенными устройствами для контроля всего производственного процесса, особенно специальными приборами для измерения температуры, толщины стенки, внешнего диаметра и длины, установленными на выходе из вытяжного стана и редукционного стана. Результаты таких замеров отправляются назад через систему на главный компьютер стана PQF и редукционного стана для регулировки нажимной системы и скорости прокатки, чтобы получить оптимальное качество трубы. Прокатку труб на непрерывном стане ведут на плавающей оправке, хотя известны агрегаты, в которых применяют удерживаемую оправку, но так как максимальная длина готовых труб не превышает 12 м из-за особенностей холодильной камеры, то применяется плавающая оправка. Такая оправка значительно короче, но стойкость ее ниже. В связи с тем, что производительность агрегата при использовании удерживаемой оправки заметно ниже, она не получила распрастранения, не смотря на то, что не требует оправкоизвлекателя. Редукционно-калибровочный 12 - ти клетьевой стан позволяет существенно расширить сортамент. Редуцирование происходит без подпора и без натяжения, за счёт тянущего усилия, создаваемого вращающимися валками клетей. Величина обжатия зависит от числа клетей, установленных в стане. Одновременно в стане может быть установлено 12 клетей, Редукционно-калибровочный стан позволяет работать с высокой производительностью при прокате труб одного диаметра, однако при переходе на другой размер диаметра требуется перевалка группы клетей, или всех клетей, что снижает производительность ТПА 50 ÷ 200. минимальное количество клетей - 6. Суммарное обжатие в РКС обычно не превышает 20 %, частное обжатие в одной клети составляет 2,8 %. При редуцировании тонкостенных труб наблюдается увеличение их разностенности, при редуцировании толстостенных труб происходит гранение внутреннего диаметра, стремящегося по форме к квадрату. Последний дефект можно устранить, снизив частное обжатие до 1,5 %. Общее суммарное обжатие в редукционно-калибровочном стане обычно не превышает 20 %. Последние два калибра валков предназначены для получения наружного профиля трубы, соответствующего готовому размеру, а небольшая овальность труб устраняется в калибровочном стане винтовой прокатки.
2. Техника производства
1 Исходная заготовка
На Волжском трубном заводе используется горячекатаная заготовка квадратного и круглого сечения из углеродистых и легированных сталей со специальными свойствами, предназначенная для изготовления труб, сортового проката и специальных изделий. Трубная заготовка должна иметь точные размеры. Несоблюдение размеров вызывает увеличение брака при производстве труб. Значительное отклонение наружного диаметра заготовки по сравнению с номинальным значением или большая овальность приводят к ухудшению условий захвата заготовки валками прошивного стана. Допускаемые для круглой заготовки отклонения по диаметру колеблются от 1,8% для производства труб диаметром менее 90 мм и до 3% для труб диаметром Dт < 220 мм. Трубную заготовку, поступающую в трубопрокатный цех длиной от 5м до 9м, укладывают в штабеля с разделением по маркам стали, размерам и плавкам.
Таблица 1.Марки стали для трубных заготовок Марка сталиДиаметрРазмеры, ммДокументацияДопустимые отклоненияДлина10,20,30,40,45 ГОСТ 1050-88 36Г2С, Д.ОСТ14-21-77 20Х, 35Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 35ХГСА, 38Х2МЮА и другие ГОСТ 4543-7150+1,2 -22000- 6000ОСТ 14-21-77 Заготовка трубная из углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Технические требования.160 170 180 190+1,5 -2,5200 210±2,5230 250 270±1,5 Таблица 2. Химический состав стали Марка сталиМассовая доля элементов, %углеродакремниямарганцахрома, не более350,32-0,400,17-0,370,50-0,800,25400,37-0,450,17-0,370,50-0,800,25450,42-0,500,17-0,370,50-0,800,25500,47-0,550,17-0,370,50-0,800,2555 15Х 15ХА 20Х 30ХРА 40Х 45Х0,52-0,60 0,12-0,18 0,12-0,17 0,17-0,23 0,27-0,33 0,36-,44 0,41-0,490,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,370,50-0,80 0,40-0,70 0,40-0,70 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,800,25 1 1 1 1,3 1,1 1,1 2 Сортамент до и после реконструкции
Таблица 3. Сортамент труб до реконструкции Наружный диаметр, ммТолщина стенки, мм7,0-9,09,1-11,011,1-13,013,1-15,015,1-17,017,1-19,019,1-21,021,1-23,023,1-25,050,0-60,060,1-70,070,1-80,080,1-90,090,1-100,0100,1-110,0110,1-120,0120,1-130,0130,0-140,0140,1-150,0150,1-160,0160,1-170,0170,1-180,0 В результате замены трехвалкового раскатного стана на непрерывные клети PQF в сочетании с редукционно-калибровочным станом расширился сортамент выпускаемой продукции. Таблица 4. Сортамент труб после реконструкции Наружный диаметр, ммТолщина стенки, мм567891011121350,0-60,060,1-70,070,1-80,080,1-90,090,1-100,0100,1-110,0110,1-120,0120,1-130,0130,0-140,0140,1-150,0150,1-160,0160,1-170,0170,1-180,0180,1-190,0190,1-200,0200,1-210,0 До реконструкцииПосле реконструкции Таблица 4. Технические требования международных стандартов к точности труб по наружному диаметру Диапазон сортамента, дюймAPI 5CT API 5DAPI 5LASTM A53ASTM A106DIN 17121DIN 1629DIN 1630DIN 171752⅜ - 4½±0,79мм± 0,75%± 1%± 0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,75%4½ - 8+1/-0,5%± 0,75%± 1%+1,59/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,9%>8- >12+1/-0,5%± 0,75%± 1%+2,38/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,9%12 - 18+1/-0,5%± 0,75%± 1%+2,38/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 1%
Таблица 5. Предельные отклонения по наружному диаметру и толщине стенки труб Наружный диаметр, ммПредельные отклонения для труб точности изготовленияПовышеннойобычнойДо 50 включ.±0,5 мм±0,5 ммСв. 50 до 219 »±0,8%±1,0%»219±1,0%±1,25% Таблица 6. Предельные отклонения толщины стенки Наружный диаметр, ммТолщина стенки, ммПредельные отклонения по толщине стенки труб точности изготовления, %повышеннойобычнойДо 219До 15 включ.±12,5+12,5 -15,0Св. 15 до 30+10,0 -12,5±12,530 и выше±10,0+10,0 -12,5 3 Оборудование для производства труб на ТПА 200
3.1 Пресс холодной ломки На заготовке, задаваемой в пресс, плазмотроном делается надрез шириной 4 -10 мм и глубиной до 20 мм, с последующим охлаждением водой очага ломки. Надрез должен находиться на стороне противоположной призме. Контроль надреза проводится визуально.
Таблица 7. Техническая характеристика пресса деления штанг ТипГоризонтальный, гидравлический, четырехколонныйНоминальное усилие630 тПроизводительность прессаДо 230 изломов в часРазмеры используемых заготовокДиаметр90-260 ммДлина штангОт 3300 мм до 12000 ммДлина получаемых заготовок после ломкиОт 1100 мм до 4100 ммМасса заготовкиДо 1300 кгПредел прочности используемого металлаОт 50 кгс/мм2 до 100 кгс/мм2 После раскроя заготовка по направляющим рольгангам поступает на устройство загрузки заготовок в печь.
3.2 Кольцевая печь Кольцевая печь - это промышленная печь, в которой нагрев изделий происходит на кольцевом вращающемся поде. Кольцевые печи применяют главным образом для нагрева заготовок при прокатке труб и для термической обработки металлических изделий Перед прошивкой исходная заготовка нагреваются в кольцевых печах с вращающимся подом. В этих печах благодаря всестороннему нагреву заготовок несколько снижается удельная продолжительность процесса нагрева и сравнении с методическими печами, где нагрев заготовок идет в основном со стороны свода печи. Производительность кольцевых печей достигает 75 т/ч. Максимальная температура нагрева 1250-1300° С. Печь имеет форму замкнутого пустотелого кольца, образуемого внутренней и наружной стенками, сводом и подом. Печь разделена на четыре зоны: подогревательную, нагревательную, сварочную и томильную. В некоторых случаях третью зону делят еще на две части. Благодаря вращению пода заготовка перемещается от окна загрузки к окну выдачи. Она проделывает путь, соответствующий повороту подины на угол 330…340°, так как окна загрузки и выгрузки расположены близко друг к другу. Скорость вращения подины, температурный режим по зонам печи и температура нагрева заготовки устанавливаются в соответствии с требованиями технологической инструкции по нагреву. Загрузка и выгрузка заготовки осуществляется двумя специальными машинами (шаржир-машинами) одинаковой конструкции, они представляют собой тележку, несущую длинный «хобот» с клещами на переднем конце.
Таблица 8. Техническая характеристика кольцевой печи. Тип печиКольцевая с вращающимся подомНаружный диаметр, мм25450Внутренний диаметр, мм14550Ширина пода, мм4180Высота рабочего пространства, мм1740Производительность, шт/час10-30Единовременная загрузка, штНе менее 84 (1 ряд)Вид топливаПриродный газУдельный расход топлива кг/т57,0 - 81,225Мощность печи, Гкал/ч4,549-13,965КПД печи, %35,87-45,5Максимальная масса садки250тУгол между осями загрузки и выгрузки24 град прошивки.
2.3.3 Прошивной стан винтовой прокатки Прошивной стан - это трубопрокатный стан, предназначенный для получения из сплошной заготовки или слитка толстостенной полой гильзы методом поперечно-винтовой прокатки. Прошивка заготовки на прошивном стане - это первый этап получения бесшовных труб. Оборудование для зацентровки трубной заготовки: Для уменьшения разностенности переднего конца гильзы и улучшения условий захвата заготовки валками прошивного стана применяется центровка заготовки. Центровка переднего торца заготовки осуществляется в горячем состоянии пневматическим зацентровщиком. Центровка заготовки осуществляется одним ударом бойка с большой скоростью, что обеспечивает получение отверстия в торце заготовки диаметром до 30 мм и глубиной до 35 мм. Такая конструкция позволяет при широком сортаменте заготовок по диаметру точно и автоматически совмещать их ось с продольной осью пневматической пушки, так как центрователь при захвате очередной заготовки своими кулачками осуществляет одновременно подъем рычагов выбрасывателя, а эти рычаги приподнимают с роликов заготовку, выводя ее на ось центрирования. После операции зацентровки заготовка выталкивается из рычажного центрователя толкателем, закрепленным на стволе пневмопушки, благодаря чему полностью исключается застревание бойка пневмопушки в металле заготовки. Все это обеспечивает высокую точность зацентровки, достаточное быстродействие механизма и позволяет сократить время при переходах на прокатку заготовок другого диаметра.
Таблица 9. Техническая характеристика зацентровщика заготовки Диаметр заготовки90-250 ммХод ударника3.2 МУсилие зацентровки800кНВремя операции зацентровки7 сСкорость подачи заготовки к зацентровщику0,5 м/сДавление охлаждающей воды0,2-0,3 МПаГидроцилиндры зажима заготовки 100х2003 штГидроцилиндр выдавливания центрового отверстия- 320х1001 шт Устройство для зацентровки заготовок содержит подводящий рольганг 1, выбрасыватель 2 с встроенными рычагами 3 между роликами рольганга и пневматическую1 пушку 4. Между рольгангом и 62 пневматической пушкой размещен трехрычажный центрователь с консольными роликами 5. На оси 6 рычажного центрователя закреплен кулачок 7 так, что он находится под ближним к центрователю рычагом 8 выбрасывателя. На стволе 9 пневмопушки 4 параллельно оси закреплен толкатель 10, представляющий собой пневмоцилиндр 11, на штоке которого установлен упор 12, этот упор размещен в прорези шайбы 13 ствола 9 пневмопушки. Особенностью конструкции центрователя заключается в том, что центрирующие ролики 5 выполнены консольно с внешней стороны корпуса 14. Это позволяет зажимать заготовку непосредственно у ее торца, благодаря чему достигается высокая точность центрирования. Работа зацентровщика данной конструкции осуществляется следующим образом. Заготовка по рольгангу 1 подается к пневматической пушке 4 до упора в шайбу 13. При включении пневмоцилиндра 15 рычаги 16 центрователя сводятся для зажатия заготовки. Одновременно с движением рычагов 16 центрователя, поворачивается кулачок 7, который, воздействуя на один из рычагов 5 выбрасывателя 2, поднимает их вместе с заготовкой над роликами рольганга 1 до совмещения оси заготовки с осью бойка 17. При включении пневмопушки за счет энергии, развиваемой бойком, выбивается отверстие. В то же время подается воздух в пневмоцилиндр 11. Как только произойдет зацентровка заготовки, раскрываются рычаги 16 центрователя и заготовка толкателем 10 выбрасывается за его пределы на рольганг 1. Затем зацентрованная заготовка выбрасывается к прошивному стану, а в механизм подается очередная заготовка и цикл повторяется.
2.3.4 Оборудование входной стороны Основным оборудованием входной стороны прошивного стана является передний стол, на который во время прокатки воздействует температура, вода, окалина и знакопеременные ударные нагрузки, возникающие в результате ударов быстро вращающегося заднего конца заготовки. Конструкция стола ТПА 50-200 имеет следующие особенности: подъем и опускание приемного желоба для совмещения оси заготовки с осью прошивки осуществляется путем его поворота относительно оси, расположенной на некотором расстоянии от оси прокатки; опорой желоба служат ось качания желоба и подушки эксцентрикового механизма; стол снабжен механизмом выбрасывания заготовок из желоба, которые по каким-либо причинам не прокатали на стане. На рисунке 11 показана такая конструкция стола, который состоит из массивного желоба со сменными чугунными вставками 2, оси качания, механизма регулирования желоба по высоте, механизма открывания проводок и механизма выбрасывания заготовок. Желоб опирается на подушки 4, закрепленные на эксцентриках 5, которые свободно поворачиваются относительно подушек. Эксцентрики размещены на валу б, опирающемся через втулки и подшипники скольжения на стойку 8, являющуюся опорой и для оси 3 качания желоба 1. Вращение эксцентриков при изменении высоты желоба осуществляется через опорный вал 6 от привода, состоящего из коническо-цилиндрического редуктора и электродвигателя с тормозом. Для устранения вибраций желоба при работе стана подушка снизу прижимается к желобу с помощью планок 12, а для облегчения перемещения желоба относительно подушек при повороте эксцентрика к подушкам прикреплены бронзовые прокладки 13. Механизмы открывания проводок и выбрасывания непрокатанных заготовок смонтированы на оси 14, которая установлена на качающемся желобе. Приводом этих механизмов является пневмоцилиндры. Достоинством разработанной конструкции являются ее высокая жесткость и компактность. Рисунок 11. Передний стол с эксцентриковым механизмом и опорными подушками прошивного стана ТПА 50-200.
3.5 Клеть прошивного стана Основным деформирующим инструментом прошивного стана является оправка и валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в станине рабочей клети. В качестве вспомогательного (направляющего) инструмента используют неподвижные линейки. Рабочие валки прошивных станов приводятся во вращение от электродвигателей постоянного или переменного тока. В последнее время все чаще применяют двигатели постоянного тока, позволяющие регулировать скорость прошивки в широких пределах. Рабочая клеть включает два узла барабанов с валками, узел станины, механизм откидывания крышки, два механизма установки валков, два механизма поворота барабанов, механизм установки верхней линейки, механизм перехвата стержня. Барабаны 1 одновременно являются и кассетами, так как непосредственно в их расточках устанавливаются и жестко крепятся узлы валков 2. Для откидывания крышки 3 станины 4 при перевалке валков 2 в станине установлены два гидроцилиидра 5, штоки которых шарнирно соединены с крышкой чтобы предохранить узел станины от истирания и облегчить поворот и перемещение барабанов, в станине и в крышке предусмотрены направляющие планки, расположенные под углом 45°. Каждый барабан снабжен механизмом осевого перемещения для изменения раствора между валками и механизмом поворота валков на угол подачи. Механизм осевого перемещения включает нажимной винт 6 с гайкой 7 и привод. В свою очередь, привод выполнен из червячного редуктора 8 и электродвигателя (они крепятся к торцу станины). Механизм поворота барабана состоит из шестерни 9 и механического привода, установленного отдельно от клети. Механизм установки верхней линейки, он состоит из двух цилиндрических направляющих колонн 10, установленных через втулки в расточках крышки станины. Между собой колонны жестко соединены в верхней части траверсой 11, а нижней - линейкодержателем 12. Для перемещения линейкодержателя с колоннами и траверсой предусмотрены два нажимных винта с гайками. Вращение нажимных винтов осуществляется колесами червячных редукторов, имеющих с винтами шлицевое соединение. В свою очередь, приводом червячных редукторов служит электродвигатель.
Таблица 10. Параметры настройки прошивного стана Диаметр заготовки, ммУгол подачи валков, град.Окружная скорость валков, м/cДо 15011,5-135,3-5,6До 16011,5-135,1-5,317011,54,9-5,018011,04,919010,54,3-4,62609,53,2-3,6
Рисунок 12. Рабочая клеть прошивного стана.
Таблица 11. Техническая характеристика прошивного стана. 3.6 Оборудование выходной стороны На выходной стороне стана проходит большое число сложных операций: центрирование быстровращающегося (более 1000 об/мин) упорного стержня, центрирование гильзы, имеющей во время прокатки вращательное и поступательное движение, восприятие осевых усилий прокатки, выдача прокатанных гильз из стана и т.д. Для выполнения этих операций устанавливается комплекс оборудования. Принцип действия выходной стороны с осевой выдачей гильз заключается в следующем: после окончания процесса прокатки первая пара роликов выдающего устройства у рабочей клети сводится на гильзу и перемещает ее на небольшой скорости (до 1,7 м/с) за первый центрователь. Освобожденный таким образом стержень с оправкой зажимается роликами первого центрователя. После этого открывается замок упорно-регулировочного механизма и упорная головка быстро отводится вверх, обеспечивая свободное перемещение гильзы, которая выдающим устройством на большой скорости транспортируется по ходу прокатки за выходную сторону. Как только закончится выдача гильзы из стана, возвращается и запирается упорная головка, закрываются все центрователи и в стан подается очередная заготовка. Важное значение имеет центрирование упорного стержня. При неправильном центрировании стержня оправка непрерывно перемещается во время прокатки, в результате чего гильза получается с повышенной разностенностью. Кроме того, вибрация стержня усиливает вибрацию стана, что увеличивает разностенность гильзы, а также скольжение металла и, следовательно снижает производительность стана. Двухрычажный центрователь содержит основание (корпус), шарнирно смонтированный на основании нижний с двумя роликами и верхний с роликом, тягу шарнирно соединяющую нижний и верхний рычат для обеспечения кинематической связи всех трех центрирующих роликов, опору с рамой для шарнирного закрепления пневмоцилиндра. Выбрасывание гильзы осуществляется с помощью фрикционных роликов, установленных с двух сторон центрователей; при этом каждый ролик приводится в движение отдельным электродвигателем, установленным на раме. Для синхронного качания роликов применена рычажная шарнирная система с тягой. Привод качания роликов пневматический и устанавливается на центрователе (выше оси прокатки). Устройство для выдачи гильз состоит из фрикционных роликов, механизма качания роликов и привода. Механизм качания роликов имеет рычаги, оси качания, рычажную шарнирную систему, в состав которой входят два рычага, жестко соединенные с осями, и тяга. Система рычагов и тяги выбираются и устанавливаются так, что ось гильз при их выбрасывании роликами практически не смещается от оси прокатки независимо от размера гильз (смещение не превышает 1 мм даже при прокатке гильз предельных размеров). Оси качания роликов находятся в неразъемных корпусах, которые прикреплены к специальным боковым площадкам центрователя. Пневмоцилиндр качания роликов установлен на центрователе. Шток пневмоцилиндра шарнирно соединен с рычагом, жестко связанным с одной из осей качания роликов. Конструкция упорно-регулировочного механизма имеет следующие особенности: каретка с упорной головкой опирается непосредственно на станину на уровне оси прокатки; это позволяет сделать конструкцию механизма жесткой и надежной в работе; упорная головка снабжена подшипниковым узлом, состоящим из мощного встроенного радиально-упорного подшипника; механизм имеет небольшое количество подвижных соединений, выполненных на подшипниках качения, что обеспечивает высокую точность установки механизма и центрирования головки по оси прокатки; просто и надежно обеспечена защита подшипникового узла от воды. Осевые усилия прокатки воспринимают нажимные винты с упорными гайками. Осевое регулирование каретки с упорной головкой также осуществляется через нажимные винты специальным механизмом, который перемещает каретку в направляющих станины. Механизм перемещения каретки с упорной головкой установлен на хвостовой части станины. Каретка в упорно-регулировочном механизме предназначена для перемещения вдоль оси прокатки упорной головки с механизмом отпирания и запирания. Она выполнена литой, имеет жесткую, коробчатого типа, конструкцию. К станине каретка прижимается через направляющие специальными планками.
3.7 Рабочая клеть трехвалкового раскатного стана
Рисунок 13. Рабочая клеть трехвалкового стана винтовой прокатки
Клеть состоит из корпуса 1, крышки 2, барабанов 3, кассет с валками 4, нажимных винтов 5, нажимной гайки и приводов барабана от гидроцилиндров. Данная клеть оснащена тремя устройствами для разворота барабанов с рабочими валками (рис. 23). Каждое устройство разворота барабана имеет установленные на станине клети силовые цилиндры, воздействующие на ограничители 3 и 4 и регулируемые упоры 7 и 8 для ограничения хода соответствующих силовых цилиндров 1 и 2. Ограничительный упор включает нажимной винт 9 с упорной гайкой 10, вмонтированной в корпусе упора. Привод нажимного винта - электромеханический, включающий червячный редуктор, соединенный с электродвигателем зубчатой муфтой. Полости силовых цилиндров соединены с гидросистемой (насосной станцией с гидроаккумулятором, тремя распределителями, трубопроводами высокого давления, связывающими полости цилиндров системой питания. Рабочий валок трехвалкового раскатного стана состоит из бочки, насаженной на опорный вал 2, цапфы которого установлены в подшипниках, размещенных попарно в подушках 3 и 4. Между торцами подушек и внешними обоймами опорных подшипников предусмотрены зазоры для свободного перемещения бочки валка с опорными подшипниками относительно подушек, которые крепятся в барабане. В одной из подушек за радиальными подшипниками установлена резьбовая втулка 5 с внутренним буртом, с обеих сторон которой размещены упорные подшипники, зафиксированные на цапфе гайкой. Втулка фиксируется относительно подушки контргайкой. Обе подушки по глухой посадке без возможности перемещения и поворота устанавливаются в расточках барабана. Настройка гребня осуществляется резьбовой втулкой - перемещением ее относительно подушки.
Рисунок 14. Рабочий валок трехвалкового раскатного стана.
При подготовке клети к работе упоры устройства для разворота барабанов необходимо настроить следующим образом: одна - на малый угол подачи рабочих валков, при котором осуществляется начало и окончание процесса прокатки труб; второй - на больший, для прокатки основной части трубы. После настройки упоров подают жидкость в гидроцилиндр, который разворачивает барабан с валком на малый угол подачи. Далее с помощью механизмов перемещения рабочих валков настраивают калибр валков на необходимый диаметр труб. При этом гребни рабочих валков должны находиться в одной плоскости. Как только рабочие валки захватят гильзу и прокатают ее передний конец, барабаны с рабочими валками разворачиваются набольший угол подачи, при котором прокатывается основная часть трубы. Окончание прокатки проводится на малом угле подачи, для чего барабан с валками поворачивают в исходное положение. Изменение угла подачи в процессе прокатки одной трубы может осуществляться в ручном и автоматическом режимах.
3.8 Редукционно-калибровочный стан Калибровка труб производится для окончательного формирования наружного диаметра труб после проката. Многоклетьевой непрерывный трубопрокатный стан продольной прокатки труб без оправки, предназначен для уменьшения диаметра труб без изменения или с изменением толщины стенки и повышения точности размеров по диаметру.
Таблица 12. Техническая характеристика редукционно-калибровочного стана Диаметр валков450 ммМежклетьевое расстояние600 ммПривод валковИндивидуальныйЭлектродвигатели мощностью12 х 250 кВтЧастота вращения электродвигателей0-500-1000 мин-1Передаточное число редуктора7,06Число работающих клетей, макс.12 штУсилие прокатки, наибольшее60 т/cМакс. рабочий крутящий момент при прокатки на клеть230 МН*м
2.4 Оборудование для производства труб после реконструкции
4.1 Раскатка гильз на непрерывном стане PQF После удаления окалины готовая к прокатке гильза подаётся манипулятором на входной участок раскатного непрерывного стана. Процесс раскатки черновой трубы на непрерывном стане PQF основан на принципе непрерывной прокатки в пяти 3-х валковых клетях, расположенных под углом 60˚ относительно друг друга, и цилиндрической плавающей оправке. Рейка толкает оправку через полую заготовку, которая удерживается валком и центровочной вилкой до начала прокатки в первой клети непрерывного стана. В начале, гильза подается в черновую клеть, где происходит ее посадка на оправку, что необходимо для выравнивания наружного диаметра и уменьшения зазора между ее внутренней поверхностью и оправкой. Обжатие в первой клети несколько меньше, чем во второй. При прохождении гильзы с оправкой через каждую последующую клеть непрерывного стана происходит уменьшение наружного диаметра и толщины стенки гильзы вследствие комбинированного действия прокатных валков и оправки. Во 2-ой - обеспечивается максимальное обжатие, а в 4 - 5 клети выполняется калибровка черновой трубы.
Рисунок 15. Схема процесса раскатки. Установка валков осуществляется гидравлическими устройствами, что позволяет осуществлять полный контроль над процессом и регулирование толщины стенки во время прокатки с целью достижения высшего качества продукции. Рисунок 16. Поперечный разрез клети раскатного стана PQF.
Ввод гильзы в непрерывный стан PQF осуществляется верхним тянущим роликом. В процессе раскатки оправка работает на постоянной скорости. После этого стержень оправки возвращается на входную сторону стана и подается оттуда в систему циркуляции.
1. Подготовка заготовки, визуальный контроль2. Ломка заготовки3. Нагрев заготовки4. Центровка заготовки5. Прошивка заготовки6. Раскатка гильз на PQF стане7.Извлечение оправки8. Обрезка концов9. Подогрев труб в печи10.Редуцирование труб11.Охлаждение труб12. Термообработка13. Правка труб14. Обрезка концов15. Контроль качества16. Резка труб на мерные длины17. СкладированиеРисунок 17. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-1 после реконструкции.
2.5 Особенности конструкции непрерывного стана PQF
Агрегат PQF представляет собой непрерывный стан, состоящий из пяти трехвалковых клетей. Стан PQF включает следующие четыре основных элемента:
прокатные клети контейнер прокатных блоков приводы валков систему перевалки валков
5.1 Прокатная клеть Прокатная клеть состоит из трех приводных валков, установленных в кассете.
Рисунок 18. Общий вид прокатной клети непрерывного стана PQF.
Каждый валок опирается на подушки, закрепленные на рычажном держателе. Рычаг поворачивается на штифте, закрепленном в кассете. Для перевалки смонтированная система поворачивается вне кассеты, где подушки отсоединяются от рычагов. Поэтому рычаги остаются всегда установленными на штифте в кассете.
Рисунок 19. Схема развернутых рычагов.
Штифтовая система позволяет регулировать зазор между валками и определяет ось очага деформации раскатного стана. Поэтому штифт имеет ту же функцию, что и система зажима подушек в традиционной двухвалковой клети. Поворот валкового блока на штифте позволяет регулировать зазор между валками на различную толщину труб. Вариант с поворотом валкового блока на штифтах позволяет использовать только один гидроузел для каждого валка. Установка оси валков после переточки достигается заменой шайб между подушками валков и рычагом для обеспечения правильной радиальной позиции. Единственной функцией кассеты является восприятие осевых нагрузок, в то время как разделяющие усилия поддерживаются гидрокапсулами, размещенными вне кассет в расточках клети.
Во время прокатки подушки прижимаются к стенке кассет. Стенка реагирует на эти нагрузки и передает их контейнеру через внешние кольца контейнера. На выходной стороне каждой кассеты подушки проскальзывают к задней части стенки смежной кассеты.
Рисунок 21. Схема туннельного контейнера.
5.2 Контейнер прокатной клети Контейнер имеет двойную функцию поддержки и размещения прокатных клетей и опор оправок и восприятия усилий прокатки.
Рисунок 22. Схема туннельного контейнера прокатной клети.
Прокатная клеть и опорные узлы оправок вводятся в контейнер в виде пакета. Валковые узлы соединяются друг с другом и с замыкающей плитой скобами. Пакет толкается к входной стороне контейнера, посредством замыкающей плиты. Структура контейнера состоит из нескольких плоских колец, соединенных друг с другом сварными балками, на которых установлены гидравлические узлы с соответствующими сервоклапанами для регулировки валков. Контейнер закреплен на фундаменте посредством башмаков. Прокатные узлы зажаты на опорах внутри контейнера во время прокатки, в то время как они перемещаются по направляющим во время перевалки. Кроме того, в контейнере установлены следующие узлы: узлы блокировки прокатных клетей; узлы гидравлического уравновешивания подушек валков; узлы разъединения винтов и соответствующих опор. После ввода прокатных узлов в контейнер и их блокировки три валка соединяются с приводами через шпиндели. Каждый валок проверяется в позиции посредством гидроузлов через устройство противовеса.
5.3 Приводы валков Каждый валок прокатных клетей имеет привод от двигателя трехфазного тока. В состав привода входят: двигатель, редуктор и шпиндель. Три двигателя трехфазного тока одной прокатной клети имеют регулируемую скорость.
Рисунок 23.
В 2015 году исполнилось 130 лет с момента изобретения и получения патента на использование прошивного стана при получении бесшовных труб.
Это революционное открытие в технике послужило мощным импульсом в развитии передовых технологий. Авторами открытия являются выдающиеся инженеры, учёные-изобретатели братья Маннесман.
прошивной стан — двух или трехвалковый стан поперечно винтовой прокатки для горячей прошивки деформированной заготовки или слитка на короткой, удерживаемой оправке и получении толстостенной гильзы; устанавливается перед раскатными станами в линии трубопрокатного агрегата.
стан-элонгатор — стан поперечно винтовой прокатки с двухконусными валками для прошивки дна стакана, выравнивания стенки по поперечному сечению, уменьшения толщены стенки и удлинения толстостенной гильзы на короткой удерживаемой оправке.
(нем. Reinhard Mannesmann , 13 мая 1856, Ремшейд — 20 февраля 1922, там же) — немецкий инженер, изобретатель и предприниматель, более всего известный изобретением совместно с братом Максом способа производства бесшовных труб.
Родился в семье Рейнхарда Маннесмана-старшего, владельца фабрики по производству напильников и прочего инструмента, существовавшей с 1776 года, и, как и его младший брат Макс, начал работать в семейном бизнесе. В 1884 году он изобрёл совместно с братом валковый прошивной стан, на который ими был получен патент в 1885 году. В 1891 году братья создали пилигримовый стан, с помощью которого можно было изготавливать бесшовные трубы, что стало настоящей революцией в трубной промышленности, поскольку сварные стальные трубы производились при высоком давлении, что было причиной многочисленных аварий с человеческими жертвами. К 1899 году технология бесшовных стальных труб уже была широко распространена в Германской империи, Австро-Венгрии и Великобритании.
В 1890 году Маннесманы создали очередное новшество — поперечный способ прокатки, на который получили патент 16 июля 1890 года и который стал очередным важным этапом в развитии трубной промышленности и нашёл применение не только в производстве труб, но и в архитектуре. Полученные за оба патента деньги в том же 1890 году позволили братьям основать собственный металлургический концерн «Маннесманрёрен верке», который стал крупнейшим предприятием трубопрокатного производства в мире на тот момент и, имея три производственных площадки в Германии и Австрии и уставный капитал в 35000000 марок, являлся одним из десяти крупнейших немецких концернов.
Существующие способы прокатки металла могут быть разде-лены в зависимости от направления вытяжки обрабатываемой заготовки и направления окружной скорости валков на три вида:
Продольная прокатка характеризуется совпадением основного направления те-чения металла с направлением движения деформирующих поверхностей.
Поперечная прокатка характеризуется тем, что основное течение металла (удли-нение штуки) происходит в направлении, перпендикулярном движению деформи-рующего инструмента.
Валки при поперечной прокатке сбли-жаются, обжимая заготовку на задан-ную величину. При некоторой величине обжатия в центральной части заготовки нарушается сплошность металла и проис-ходит образование центральной полости
Косая прокатка занимает промежуточное положение между продольной и поперечной прокаткой. В этом случае удлинение де-формируемого металла происходит под некоторым углом к на-правлению движения деформирующего инструмента. В станах ко-сой прокатки, применяющихся в производстве, угол между на правлением перемещения деформирующих поверхностей и на-правлением основной деформации составляет 79—85°, т. е. весь-ма близок к прямому. Поэтому косая прокатка по характеру де-формации близка к поперечной прокатке.
Рейнхард Маннесман известен и рядом изобретений в других областях техники: телефонии, производстве напильников, цементации стали.
Прошивной стан - трубопрокатный стан, предназначенный для получения из сплошной заготовки или слитка толстостенной полой гильзы методом поперечно-винтовой прокатки.
Прошивной стан на большинстве трубопрокатных агрегатов состоит из двух косорасположенных рабочих валков, вращающихся в одном направлении, а заготовка при этом вращается в другом напрвлении. Для удержания заготовки между валками предусматривают специальные устройства (чаще линейки, реже - ролики). Рабочие валки имеют конусы прошивки и раскатки, а в середине — калибровочный пояс. Между валками на пути движения получающейся полой гильзы устанавливается оправка. При расположении рабочих валков под некоторым углом между их осями достигается вращение заготовки относительно своей оси и одновременно ее поступательное движение, благодаря чему заготовка надвигается на оправку и прошивается.
Прошивной стан - - двух- или трехвалковый стан поперечно-винтовой прокатки для горячей прошивки деформированной заготовки или слитка на короткой, удержививаемой оправке и получения толстостенной гильзы. Устанавливается перед раскатными станами в составе ТПА. Прошивной стан состоит из главного привода с уравновешивающим устройством входной стороны, с механизмом вталкивания заготовок, рабочей клети и выходной стороны. На станах прошивают заготовки соответственно до 140, 250 и 400 мм с массой 0,5, 1,7 и 2,5 т.
Прошивной стан — прокатный стан, служащий для образования продольного круглого отверстия в заготовке, слитке.
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а точнее к прошивным станам поперечно-винтовой прокатки.
В настоящее время на всех трубопрокатных агрегатах страны и за рубежом для получения гильз распространены два типа станов: двухвалковые прошивные станы и трехвалковые прошивные станы. Главным критерием применения того или иного типа стана является качество прошиваемых гильз по геометрии, наличию внутренних и наружных плен, разностенности и точности размеров по диаметру, криволинейности и т.д. Главным преимуществом двухвалкового прошивного стана является сравнительно низкая разностенность гильз, недостатком - наличие плен на их внутренней поверхности. Главным достоинством трехвалкового прошивного стана является отсутствие плен на внутренней поверхности гильз, недостаток - повышенная разностенность.
Как уже отмечалось,- широко известен прошивной стан поперечно-винтовой прокатки, содержащий рабочую клеть с двумя рабочими валками и приводом вращения валков от двигателя постоянного тока. Особенность напряженно-деформированного состояния на входном конусе очага деформации двухвалковых станов определяет возможность разрушения металла в сечениях до носка оправки, что и приводит к образованию дефектов, а именно к появлению плен на внутренней поверхности гильз, особенно при неравномерном нагреве или перегреве заготовок. Более благоприятные условия для прошивки, с точки зрения кинематики, возможны на станах, где имеет место нагружение не в двух, а в трех точках по периметру заготовки.
Известен также стан поперечно-винтовой прокатки, содержащий рабочую клеть с тремя валками, симметрично расположенными (под углом 120°) относительно оси прокатки, и групповой привод вращения валков.
В трехвалковых прошивных станах поперечно-винтовой прокатки допускается любое обжатие перед носком оправки без разрыхления в центре заготовки, уменьшается склонность к образованию внутренних плен и увеличивается коэффициент осевого скольжения. Однако,так как процесс прошивки в трех валках отличается высокими требованиями к сочетаниям параметров, то трехвалковые прошивные станы применяют для ограниченного сортамента исходной заготовки и при этом не исключается разностенность гильз. Кроме того, в трехвалковых станах с симметричным очагом деформации пока сложно применить индивидуальный привод - более мобильный, надежный и экономичный.
Наиболее существенный вклад в исследование процесса прошивки, развитие передовых способов получения полых гильз и совершенствование конструкции прошивных станов внесли учёные и инженеры- конструкторы Украинской школы трубопрокатчиков П.Т.Емельяненко, А.П.Чекмарёв, И.А.Фомичев, М.И.Ханин, В.М.Друян, В.Ф.Балакин. Важно отметить, прошивной стан позволяет производить не только поперечную, но и косую прокатку.
Процесс косой прокатки нашел широкое применение в трубопрокатной промышленности при производстве бесшовных труб. Он применяется для основной операции — получения полой гильзы из сплошной заготовки.
Деформация стенки при косой прокатке полой заготовки без оправки зависит в основном от величины обжатия и угла подачи. Несмотря на то, что не все вопросы, связанные с изучением теоретических основ процесса получения полых гильз при прошивке из сплошной заготовки окончательно решены, многие практические выводы, сделанные на основании исследований и разработанные теоретические положения способствовали успешному развитию отечественной трубной промышленности.
Вопрос о причинах образования внутренней полости до сих пор не нашел достаточно полного освещения. Исследования, про-водившиеся рядом авторов за границей, характеризуются в боль-шинстве своем почти полным отсутствием экспериментального материала, и поэтому выводы являются умозрительными и недо-статочно убедительными. Экспериментальные данные имеются только в работе Зибеля, определявшего напряжения в цилиндре при сжатии его двумя плитами. Зибель пришел к выводу, что на-рушение сплошности металла является результатом скалывающих напряжений, величина которых максимальна в центре заготовки. Вывод этот неубедителен и опровергается опытами самого Зибеля.
Рис. Образование полости при поперечной прокатке
Обстоятельные и весьма ценные работы по изучению процес-сов поперечной и косой прокатки были проведены украинскими учеными.Исследования украинских ученых и их выводы характеризуют-ся принципиально новой трактовкой вопроса, основанной на цен-ных экспериментальных данных, и стремлением найти исчерпы-вающее решение проблемы. Ученые чл.-корр. АН Украины П. Т. Емельяненко, докт. техн. наук В. С. Смирнов, кандидаты технических наук И. А. Фомичев, А. Ф. Лисочкин и другие впервые дали действи-тельно научную трактовку сложных явлений, происходящих при поперечной и косой прокатке. Несмотря на то, что ряд вопросов в этих работах окончательно не решен, многие практические вы-воды, сделанные на основании проведенных исследований, и раз-работанные теоретические положения способствовали успешному развитию трубной промышленности. Рассмотрим их взгляды подробнее
П.Т.Емельяненко в своё время высказано предположение об образовании полости в результате знакопеременных напряжений и непрерывных сдвигов в центральной зоне заготовки, обусловленных перемещениями частиц металла по эллиптическим траекториям.
Рис. Образование плен и трещин при прошивке
Вследствие действия этих напряжений в сердцевине металла наблюдается образование радиальных трещин и рванин. После появления трещин в осевой зоне заготовки поперечная прокатка рассматривается П. Т. Емельяненко как процесс непрерывного пластического изгиба. Эта гипотеза является весьма ценной, так как позволила автору сделать важный вывод о значительном влиянии степени овализации заготовки на образование полости, что подтверждается многочисленными опытами и практикой производства.
Явлением пластического изгиба при косой прокатке полых тел объясняется появление иногда при вторичной прошивке трещин на внутренней поверхности гильз.
Исследователь процесса прошивки В.С. Смирнов, на основании большого количества тщательно поставленных экспериментов, разработал теорию о возникновении полости в результате действия всесторонних растягивающих напряжений. Разрушение сердцевины заготовки и образование полости, по мнению автора, объясняется тем, что действующие напряжения превосходят значения хрупкой прочности металла, и поэтому разрушение является хрупким, а не вязким, как полагали другие авторы. Гипотеза В. С. Смирнова является оригинальной и трактует вопрос по-новому. Однако в этой теории трудно доказуема возможность создания всесторонних растягивающих напряжений в сердцевине заготовки при воздействии внешних сжимающих сил от валков.
Изучая макроструктуру образцов, взятых из различных участков очага деформации при прошивке, И. А. Фомичев пришел к выводу, что образование полости является результатом неравномерности деформации по сечению и длине заготовки и связанного с этим явления осевой утяжки. По мнению И. А. Фомичева, скручивание заготовки, происходящее в станах косой прокатки, также способствует вскрытию полости. Несколько позднее И. А. Фомичев, исследуя характер истечения металла при прошивке, дал эпюры радиальных, тангенциальных и осевых напряжений. Радиальные растягивающие напряжения, возникающие вследствие наличия тангенциальных сил, смещающих металл -по окружности заготовки, при большой их величине, по мнению автора, могут привести к разрывам сердцевины. И. А. Фомичев придает также большое значение наличию оправки, возбуждающей силы утяжки. Фомичев сделал вывод большой практической важности о необходимости вести процесс прошивки без образования полости перед оправкой, поскольку вскрытие полости перед оправкой приводит к появлению внутренних плен и трещин на гильзе. К такому же выводу пришли несколько позднее И. В. Дубровский и Л. И. Матлахов, специально изучавшие влияние положения оправки в очаге деформации на образование внутренних плен.
Рис. Схема радиально-растяги- вающих напряжений при прошивке (по И. А. Фомичеву)
Характерно, что при прокатке полых заготовок наиболее частым является кольцевое разрушение (расслоение). С уменьшением обжатия в первой зоне очага деформации (перед оправкой) сопротивление оправки продвижению заготовки возрастает, так что при определенных условиях уменьшение обжатия может быть не только бесполезным, но даже вредным, так как при этом увеличивается число знакопеременных нагрузок, повышающих склонность к вскрытию полости.
Величина деформации во второй зоне очага также оказывает определенное влияние на качество внутренней поверхности трубы. Чем больше эта деформация, тем больше вероятность получения дефектов при прочих равных условиях. Это особенно отчетливо проявляется при косой прокатке полых заготовок из высоколегированной стали.
Следует отметить, что на вскрытие полости существенное влияние оказывает число рабочих валков. Еще А. Ф. Лисочкиным указывалось, что трехвалковые станы в этом отношении предпочтительнее станам с двумя валками. В последнее время это теоретическое предположение подтверждено прямыми экспериментами.
В практике трубопрокатного производства применяются прошивные станы с двумя валками. В тех случаях, когда при прошивке получают тонкостенные гильзы и очаг деформации должен быть плотно закрытым, применение двухвалковых станов с линейками неизбежно. Если же при прошивке всегда получают толстостенную гильзу, то можно применять станы с тремя валками. В таких станах нельзя иметь закрытый очаг, но при прошивке толстостенных гильз это необязательно. В наиболее общем случае косой прокатки в валковом стане оси валков наклонены к оси прокатки под углом, который называется углом раскатки. Кроме того, оси валков имеют перекос относительно оси прокатки. Угол перекоса валков называется углом подачи.
Рис. Схема танген-циальных и радиальных напряжений (по А. Ф. Лисочкину)
На основании работ ученых и данных практики производства можно указать следующие основные факторы, вли-яющие на образование полости:
- уменьшение относительного обжатия снижает склонность к образованию полости;
- уменьшение овализации заготовки в очаге деформации снижает склонность к вскрытию полости;
- легированные стали более склонны к образованию полости;
- с понижением температуры склонность к образованию по-лости увеличивается, однако перегрев стали приводит к преждевременному вскры-тию полости.
Рис. Скорости при прошивке в валковом стане
Кинематика процесса прошивки
Круглая заготовка, задаваемая в валки, вращаю-щиеся в одну сторону, вследствие возбуждающихся сил трения получает вращатель-ное движение. Одновременно вследствие наклонного положения валков по отношению к оси заготовки она имеет также осевое перемещение. Таким образом, каждая точка поверхности заготовки со-вершает в очаге деформации движение по винтовой линии.
Очаг деформации в прошивном стане можно условно разде-лить на две зоны. Первая зона — от начала захвата заготовки до места наибольших диаметров (пережима) валков — называется конусом прошивки. Только в конце этой зоны, когда заготовка встречается с установленной в очаге деформации оправкой, на-чинает образовываться внутренняя полость. Далее, во второй зоне, оправка вместе с валками увеличивает сечение полости и стенка гильзы уменьшается. Вторая зона называется конусом раскатки.
По мере продвижения заготовки в очаге деформации площадь ее сечения уменьшается и особенно сильно с момента образования внутренней полости. Поэтому скорость заготовки в очаге деформации возрастает, а скорости валков изменяются незначи-тельно или совсем не изменяются, как в дисковом стане. Вследствие этого между деформируемым металлом и валками неиз-бежно возникает скольжение.
Скольжение металла относительно валков — один из наиболее важных факторов в процессе прошивки заготовки. Оно влияет на производительность установки и качество получаемых гильз.
На основе многочисленных измерений установлено, что коэф-фициент осевого скольжения практически находится в пределах 0,35—0,85. Для ориентировочных расчетов Ю. М. Матвеев и Я. Л. Ваткин рекомендуют пользоваться эмпирическими зависи-мостями для определения коэффициента осевого скольжения как функциями диаметра заготовки при различных скоростях прошивки.
На основании многочисленных исследований установлено, что осевое скольжение увеличивается:
- при увеличении скорости прошивки, с повышением числа оборотов и в меньшей степени с увеличением угла наклона вал-ков или эксцентриситета;
- при увеличении диаметра заготовки;
- с уменьшением толщины стенки ГИЛЬЗЫ;
- с уменьшением обжатия перед оправкой;
- при снижении температуры прошивки.
Нужно отметить, что хотя с понижением температуры коэф-фициент трения металла о валки увеличивается, все же сопротивление оправки возрастает более интенсивно, вызывая увеличение осевого скольжения.
На коэффициент скольжения в значительной мере оказывает влияние форма инструмента.
Исследованиями С. П. Грановского, а также опытами О. А. Пляцковского установлено, что на всей длине очага деформации осевая скорость заготовки меньше скорости валков, т.е. происходит отставание металла. Нейтрального или критического сече-ния, в котором скорости валков и заготовки равны, не существует. Это положение иллюстрируется измерениями С. П. Грановского, проводившего опыты на лабораторном стане.
Большая разни-ца в скоростях валков и заготовки в начальный момент прошивки и в конце процесса и наибольшее скольжение на этих участках очага деформации приводят к более интенсивному износу валков в этих местах, что подтверждает известное из практики явление неравномерного износа валков по длине бочки.
Скольжение в тангенциальном направлении изучено в зна-чительно меньшей степени, что объясняется трудностями определения коэффициента тангенциального скольжения.
Рис. Схема очага деформации при прошивке
Каждая точка поверхности заготовки-гильзы совершает дви-жение по винтовой лини.
При определении расхода энергии для продольной прокатки результаты аналитических расчетов можно сопоставлять с установленными практикой величинами. Для косой прокатки такое сопоставление весьма затруднительно, так как в литературе по-чти совершенно отсутствуют систематизированные данные по расходу энергии. Имеются лишь данные П. Т. Емельяненко и 10. М. Матвеева, относящиеся к прошивке слитков. Несмотря на большое количество проведенных экспериментов, достаточно надеж ной закономерности изменения расхода энергии как функции величины деформации до сих пор не найдено.
Экспериментально установлено, что выдвижение оправки за пережим валков в известных пределах приводит к некоторому уменьшению расхода энергии, а ее чрезмерное выдвижение приводит к увеличению расхода энергии. Из опытов известно, что расход энергии уменьшается при увеличении угла наклона валков Например, с увеличением угла с 7 до 9° расход энергии уменьшается на 20—25%, что объясняется, в первую очередь, уменьшением машинного времени.
Представлена нагрузочная диаграмма, на которой хорошо выражены три участка. Первый участок — от момента захвата до полного заполнения очага деформации металлом — характеризуется постепенным нарастанием нагрузки с более или менее явным перегибом кривой, соответствующим моменту встречи металла с оправкой, пос-ле чего рост нагрузки происходит более интенсивно. Второй участок соответствует установившемуся процессу, при котором на-грузка изменяется мало. Третий участок характеризуется возрастанием нагрузки в конце процесса. Начало пика совпадает с мо-ментом попадания заднего конца заготовки в валки.
Рис. 51. Нагрузочная диаграмма при прошивке заготовки
По мере освобождения конуса прошивки от металла вследствие уменьшения осевого скольжения увеличивается подача за полуоборот. Увеличенная подача приводит к возрастанию частных обжатий за каждый полуоборот, что вызывает увеличение мощности прошивки при выходе заготовки из очага деформации. Величина средней мощности и пиковое ее значение резко меняются при из-менении скорости прошивки, температуры прошивки, формы применяемого инструмента и других технологических факторов. В частности, возрастание скорости деформации вследствие увеличения числа оборотов или угла наклона валков вызывает возрастание нагрузки. В отдельных случаях пиковые значения нагрузки могут даже ограничивать возможность повышения скорости прошивки, если мощность двигателя недостаточна.
Таким образом, учитывая все вышеизложенное, можно смело утверждать,
что прошивной стан стал величайшим изобретением и незаменимым средством работы для всей мировой металлургии, позволяющим производить продольную, поперечную и косую прокатку.
Изобретение относится к трубному производству, а именно к рабочему инструменту прошивных станов поперечно-винтовой прокатки, и может быть использовано при изготовлении труб на трубопрокатных агрегатах, например, с пилигримовыми станами. Задача изобретения - исключение кривизны гильзы и уменьшение ее разностенности. Часть валка прошивного стана на выходной стороне после шейки для подшипника имеет консольно расположенный дополнительный рабочий участок диаметром 0,97-1,0 от наименьшего диаметра выходного конуса бочки валка протяженностью 0,2-0,3 длины выходного конуса с профилем, исключающим торможение гильзы в осевом направлении. Техническим результатом изобретения является исключение неравномерности деформации слитка по сечению. 1 ил.
Изобретение относится к трубному производству, а именно к рабочему инструменту прошивных станов поперечно-винтовой прокатки, и может быть использовано при изготовлении труб на трубопрокатных агрегатах, например, с пилигримовыми станами. Известен классический валок прошивного стана, который имеет участок для соединения с приводом, две опорные шейки для подшипников (со стороны входа слитка-заготовки в стан и выхода гильзы из стана) и скалиброванный рабочий участок, состоящий из входного и выходного конусов (см. В.Я. Осадчий и др. Технология оборудования трубного производства. - М.: ИНТЕРНЕТ ИНЖИНИРИНГ, 2001, с.94-95). Недостатком использования данных валков является то, что при прошивке слитка-заготовки, особенно большого диаметра, нагреваемых в методических и кольцевых печах, имеет место неравномерный прогрев по сечению, в результате чего происходит искривление гильзы и соответственно образование разностенности, т.е. более пластичная часть металла деформируется в большей степени. Задачей изобретения является исключение кривизны гильзы и уменьшение ее разностенности. Указанная цель достигается тем, что часть валка прошивного стана на выходной стороне после шейки для подшипника имеет консольно расположенный дополнительный рабочий участок диаметром 0,97-1,0 от наименьшего диаметра выходного конуса бочки валка протяженностью 0,2-0,3 длины выходного конуса с профилем, исключающим торможение гильзы в осевом направлении. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый валок отличается наличием дополнительного рабочего участка, расположенного за шейкой для подшипника с выходной стороны, т.е. выполнен консольно, обеспечивает центровку гильзы по оси прокатки. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "Новизна". Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники и, следовательно, обеспечивают заявленному решению соответствие критерию "Существенные отличия". Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен бочковидный валок прошивного стана. Валок по ходу прошивки содержит участок для соединения с приводом 1, шейку для подшипника 2, рабочую бочку с калибровкой, состоящую из входного и выходного конусов 3, шейку для подшипников за выходным конусом 4, дополнительную рабочую бочку, расположенную консольно 5. Предлагаемый валок изготавливается, например, путем ковки заготовки большого развеса, после чего механически обрабатывается как обычный валок, но консольная часть протяженностью 0,2-0,3 длины выходного конуса выполняется диаметром 0,97-1,0 минимального диаметра выходного конуса с профилем, исключающим торможение гильзы в осевом направлении. Процесс прошивки слитка-заготовки на стане поперечно-винтовой прокатки с применением предложенного валка осуществляется следующим образом. При прошивке слитка-заготовки со стороны наиболее нагретой части по образующей происходит повышенная вытяжка, в результате чего возникает искривление гильзы. После прохождения переднего конца гильзы через участок шейки валка гильза захватывается дополнительной рабочей частью валков, расположенных консольно, которые центрируют ее относительно оси прокатки. В результате удержания гильзы по оси вытяжка на наиболее нагретой части слитка-заготовки затрудняется, увеличивается давление на валки. Происходит перераспределение обжатия, которое приводит к выравниванию стенки по сечению. Дополнительный рабочий участок валка на выходе из стана позволит исключить искривление гильзы, возникающее в результате неравномерной деформации слитка по сечению в очаге деформации, затруднить деформацию более пластичной части, уменьшить разностенность гильзы и, как следствие, обеспечить свободное одевание гильзы на дорн, уменьшить разностенность прокатываемых труб.
Формула изобретения
Валок прошивного стана поперечно-винтовой прокатки, включающий по ходу прошивки участок для соединения с приводом, шейку для подшипника, рабочий участок валка, состоящий из входного и выходного конусов, шейку для подшипника, отличающийся тем, что валок прошивного стана на выходной стороне после шейки для подшипника имеет консольно расположенный дополнительный рабочий участок диаметром 0,97-1,0 от наименьшего диаметра выходного конуса бочки валка протяженностью 0,2-0,3 длины выходного конуса с профилем, исключающим торможение гильзы в осевом направлении.