1.1 Характеристика завода

Выксунский металлургический завод находится в городе Выкса Нижегородской области в Волго-вятском географическом районе.

Расположение завода в средней полосе России обусловлено благоприятными климатическими условиями, близости таких крупнейших потребителей продукции завода, как Сургут, Башкирия, Северный Кавказ, а также наличие необходимых материальных и энергетических ресурсов для обеспечения производства. Все это и определяет целесообразность и необходимость дальнейшего производства труб на этом заводе.

Территория завода расположена на одинаковом расстоянии от крупнейших городов России: Москвы и Нижнего Новгорода, в промышленной зоне Западного административного округа.

Расположение завода обосновывается исходя из наиболее экономически выгодных транспортных связей предприятия. Недалеко от завода проходит железнодорожная и автомобильная магистраль, а также протекает река Ока, что обеспечивает удобство в транспортировки сырья и готовой продукции.

Рельеф территории относительно ровный, без значительных перепадов высот. По отношению к жилым районам завод находится с подветренной стороны, чем и обеспечивается благоприятное расположение завода.

Поставка рулонной стали для трубных цехов осуществляется по железной дороге с Череповецкого металлургического комбината и Липецкого металлургического завода.

Пароснабжение и теплоснабжение цехов завода и города осуществляется от собственной заводской котельной.

Снабжение сжатым воздухом и кислородом осуществляется от газокомпрессорной станции. Снабжение цехов завода природным газом осуществляется от газовой магистрали по газопроводу диаметром 200 мм. Обеспечение завода аргоном осуществляется поставкой его в баллонах.

Электроснабжение цехов завода осуществляется от Куйбышевской энергосети через распределительную подстанцию «Радуга» и центральную распределительную подстанцию завода.

Сегодня ОАО «ВМЗ» мощное, оснащенное современным оборудованием предприятие - одно из ведущих в черной металлургии России по производству стальных электросварных труб.

Завод располагает крупнейшим в Европе комплексом по производству легированной высококачественной колесной стали и изготовлению цельнокатаных железнодорожных колес. Годовой объем изготовления колес составляет 530 тыс. тонн.

Лаборатория по изготовлению заготовок под прокат из порошкового материала превратилась сейчас в цех порошкового проката, располагающий современным оборудованием для получения пористого и безпористого материала, применяемого во многих отраслях промышленности и народного хозяйства.

Для проведения исследований или контрольных измерений на заводе создан целый комплекс лабораторий: центральная заводская, контрольно-измерительных приборов и электротехническая. В лабораториях работают высококвалифицированные специалисты, владеющие современными методами исследований. Современная технология изготовления обеспечивает получение электросварных прямошовных труб высокого качества, соответствующего требованиям международного рынка.

1.2 Обоснование целесообразности модернизации цеха

В настоящее время наблюдается снижение потребности нефтяной и газовой промышленности в электросварных трубах и рост потребности тонкостенных труб в коммунальном и строительном хозяйстве.

Увеличение производства труб сваркой объясняется технико-экономическими преимуществами этого способа перед остальными.

Сварные трубы изготавливают на непрерывных агрегатах, работающих по «бесконечной» схеме формовки и сварки.

Трубоэлектросварочный цех №5 ОАО «ВМЗ» включает в себя ТЭСА 140-250. Предлагается начать выпускать на нем трубы с отношением диаметра к толщине стенки Д/S>50.

В качестве мероприятия по реконструкции в данном дипломном проекте предлагается осуществить модернизацию стана за счет внедрения наклонной оси формовки и трех клетей с роликовыми проводками.

Данное мероприятие позволит производить трубы, необходимые для коммунального и строительного хозяйств, что позволит более стабильно работать в условиях рынка.

Вспомогательное оборудование для процесса получения электросварных труб будет использовано прежнее. Выведенное оборудование в виде трех вертикальных клетей планируется использовать в дальнейшем производстве.

Увеличение объема производства приведет к снижению себестоимости продукции, что в свою очередь при проектируемом объеме производства приведет к увеличению прибыли и быстрому сроку окупаемости.

Таким образом, предлагаемый проект реконструкции ТЭСА возможен и целесообразен.

2. Оборудование и технология производства

Размотка штрипса и заправка его в правильную машину производится разматывателем двухбарабанного типа. Он имеет два приводных барабана для фиксирования штрипса по внутреннему диаметру.

Штрипс в разматывателе может разматываться как сверху, так и снизу.

2.3.3 Клеть с отгибателем

Отгибание переднего конца штрипса и заправка его в правильную машину производится отгибателем.

Отгибатель клиновидного типа смонтирован на клети, имеющей прижимной ролик, верхний и нижний. Отгибание конца штрипса может производится сверху и снизу.

2.3.4 Правильная машина

Правильная машина предназначена для правки разматываемого штрипса, состоящая из пяти правильных валков и двух тянущих роликов.

Настройка правильной машины производится по заданным величинам перекрытия верхних и нижних правильных валков.

2.3.5 Стыкосварочная машина с ножницами.

Перед сваркой торцы штрипса, для обеспечения параллельности, обрезаются ножницами с нижним резом. Перед отрезкой оба конца (задний и передний) зажимаются механизмом с приводом от гидроцилиндра. Длина отрезаемого конца штрипса не более 200 мм.

Сварка концов штрипса происходит в среде защитного газа в автоматическом режиме одновременно двумя горелками. Для сварки используется сварочная проволока марки СВ-08Г2С, диаметром 1,2 мм.

2.3.6 Петлевое устройство

Для образования запаса штрипса, необходимого для обеспечения непрерывного процесса формовки и сварки труб, при остановке на стыковку, полоса направляется в петлевое устройство.

Петлеобразователь горизонтальный, расположенный под полом, с регулируемым натяжением петли.

Заправка петлевого устройства выполняется при снятом барабане. После припуска полосы через тянущие ролики, барабан опускают на провисшую полосу и крепят к передвижной тележке. Передвижение тележки осуществляется от электродвигателя канатом, наматываемым на барабан лебедки.

2.3.7 Рентгеновский контроль толщины штрипса

2.3.8 Формовочный стан

Для непрерывной формовки в трубную заготовку штрипс задается в формовочный стан.

Перед формовочным станом установлены тянущие ролики, служащие для подачи ленты из петлеобразователя к формовочному стану.

Штрипс при помощи задающей клети проходит через клеть предварительной формовки и непосредственно через горизонтальные формовочные клети открытого типа (№1 - №3, №5), вертикального типа (№4, №6) и клети закрытого профиля (№1 - №3).

Сформованная трубная заготовка из клетей закрытого типа имеет форму близкую к кругу.

2.3.9 Сварочная клеть

Трубосварочная клеть предназначена для сближения кромок сформованной трубной заготовки и сварке их токами высокой частоты.

Параметрами сварки является величина обжатия в сварочном калибре и вид частотной характеристики по диаграмме SPL.

Калибр сварочной клети образуется пятью валками для труб диаметром 219,1-244,5 мм или четырьмя - для труб диаметром 139,7-168,3 мм. Все валки холостые.

Нагрев кромок трубной заготовки производится на высокочастотной установке токами частотой 220 кГц. Сварка труб производится с использованием системы автоматического регулирования. Возможны два режима работы системы автоматического регулирования: автоматическое и полуавтоматическое. Сварочная мощность автоматически корректируется с учетом скорости стана и толщины шрипса.

После сварки трубы производится удаление наружного и внутреннего грата. Наружный грат срезается гратоснимателем, состоящим из двух суппортов для резцов, гратомоталки и двух опорных роликов. Грат удаляется заподлицо с телом трубы. Удаление внутреннего грата производится штангой, задний конец которой закреплен на станине формовочной клети с закрытым профилем калибра, а на переднем крепится головка гратоснимателя. Величина остатков внутреннего грата допускается не более 0,8 мм.

2.3.10 Локальная термообработка сварного шва (ЛТО)

Оборудование ЛТО состоит из клетей с тянущими роликами, пяти индукционных нагревателей, рольганга, установки водяного охлаждения шва.

Нагреватель состоит из нагрузочного трансформатора, конденсаторной батареи, верхнего направляющего ролика, механизма для регулировки положения нагревателя, самого нагревателя, шинопровода кабеля, трубопровода охлаждения.

Локальная термообработка проводится по всей длине труб за исключением несваренных участков шва, участков возникающих при пуске стана.

Нагрев шва труб до заданной температуры обеспечивается автоматической системой регулирования. После нагрева производится охлаждение шва на воздухе, при перемещении трубы до зоны водяного охлаждения. Дальнейшее охлаждение производится в установке водяного охлаждения. Температура трубы после установки водяного охлаждения не выше температуры кипения воды.

2.3.11 Калибровочный стан

Калибровочный стан предназначен для выравнивания геометрических размеров труб. Параметрами калибровки труб являются: периметр трубы после каждой клети и диаметр готовой трубы.

Калибровочный стан состоит из трех клетей, которые аналогичны конструкции клетей с закрытым профилем калибра формовочного стана.

Трубы, после калибровочного стана, подвергаются правке в правильной клети. Правильная клеть состоит из сварной конструкции открытого типа, в которой размещается четырехвалковая кассета. В кассете установлены четыре холостых правильных валка, имеющие свои нажимные механизмы. Кассета имеет механизм с электроприводом для перемещения ее в вертикальном и горизонтальном направлениях.

2.3.12 Маркировщик

С помощью маркировщика барабанного типа производится маркировка индекса смены и номера партии. Оператор отрезного станка, при подходе стыка рулона новой плавки, производит установку нового номера партии на незадействованном барабане маркировщика.

В начале смены устанавливается индекс смены. Перед индексом смены устанавливается цифра: цифра 1 соответствует первым 200 трубам, цифра 2 соответствует следующим 200 трубам данной плавки, цифра 3 соответствует последующим оставшимся трубам данной плавки.

Маркировка производится светлой краской.

2.3.13 Трубоотрезной станок

Автоматическая порезка, непрерывно движущейся, бесконечной трубы на мерные длины, осуществляется летучим отрезным станком.

Станок состоит из тележки с режущей головкой, рельсов, входного и выходного зажимов, входного и выходного поддерживающих роликов и механизма для передвижения тележки.

Разрезка трубы осуществляется четырьмя режущими дисками, вращающимися вокруг трубы и имеющими одновременное радиальное перемещение. Зажим трубы осуществляется кулачками, перемещающимися через рычажную систему от гидроцилиндра.

Точность порезки трубы 5 мм, длина порезанных труб составляет 11-11,2 м. Деформация конца трубы при порезке дисковыми ножами, не должна превышать 5 мм.

2.3.14 Правильная машина

На косовалковой правильной машине осуществляется правка труб. Она имеет три пары приводных валков и один холостой. Поворот валков на заданный угол, а также подъем и опускание валков обеспечивается от индивидуальных двигателей переменного тока.

Правка труб на правильной машине осуществляется знакопеременным изгибом, который получают за счет смещения средней пары валков относительно двух опорных пар валков в сочетании со знакопеременным сплющиванием.

Все трубы подвергаются визуальному контролю кривизны и должны быть достаточно прямыми. Кривизна на каждом из концов труб на длине 1,5 метра от торца не должна превышать 3,2 мм.

Трубы с кривизной, превышающей допустимые значения, передаются электромостовым краном на стеллаж перед правильной машиной для повторной правки.

2.3.15 Отделка, маркировка и складирование труб

В дальнейшие операции обработки труб входят:

- подрезка торцев и снятие фаски, которая производится на двух параллельных линиях, каждая из которых оснащена транспортными средствами и двумя торцеподрезными станками;

- нарезка резьбы также осуществляется на двух параллельных линиях, каждая из которых оснащена транспортными средствами и двумя станками для нарезки резьбы на концах труб;

- нанесение клейма и маркировочной полосы;

- навертка муфт, где производится нанесение уплотнительной смазки, предварительная навертка и окончательная довертка муфт;

- гидравлическое испытание тела трубы, включая сварной шов и муфтовые соединения;

- навертка ниппелей, осуществляется на трубы, выдержавшие гидравлическое испытание.

После этого трубы подаются на установку взвешивания и измерения длины труб. Измерение длины и взвешивание каждой трубы осуществляется в автоматическом режиме. Труба после взвешивания и измерения длины подается на клеймовочную машину.

Клеймение труб производится автоматически. Знаки клеймения наносятся на наружную поверхность вдоль трубы. При клеймении наносится номер трубы, товарный знак, наименование стандарта, теоретическая масса, марка стали.

Трубы после клеймения передаются на обвязочную машину, где формируется предварительный пакет, который обвязывается в двух местах по длине в две нитки.

Далее пакет труб передается краном на стеллажи, где после снятия обвязки трубы раскатываются для окончательной приемки. Трубы, не соответствующие требованиям, передаются в изолятор брака.

Годные трубы поступают на установку пакетирования и обвязки, где происходит формирование труб от 7 до 19 штук в пакеты шестигранной формы и обвязка их проволокой. Пакет труб должен состоять из труб одного размера и вида муфт. Каждый пакет должен иметь два металлических ярлыка.

Трубы после маркировки, упаковки поступают на склад готовой продукции, где складируются в штабели. Допускается складирование в один карман нескольких заказов с обязательным отделением одного от другого деревянной прокладкой.

2.4 Настройка агрегатов линии подготовки, формовки и калибровки

Настройка правильной пятивалковой машины производится по заданным величинам перекрытия верхних и нижних плавильных валков, приведенных в табл. 4.

Значения со знаком минус обозначают перекрытия верхнего валка относительно нижнего.

Таблица 4

2.4.2 Настройка стыкосварочной машины

Настройка стыкосварочной машины заключается в регулировании положения сварочной горелки. При настройке регулируют расстояние между горелкой и штрипсом, которое устанавливают равным 15 мм, при помощи рукоятки регулировки высоты. При резких толщинах штрипса расстояние устанавливается относительно штрипса большей толщины. При ровной толщине штрипса горелка устанавливается в середине зазора между свариваемыми кромками. Сварка разных по толщине штрипсов производится при смещении горелки ближе к кромке штрипса большей толщины.

Расстояние перемещения горелок устанавливается поворотом регулировочной рукоятки до совпадения со шкалой.

Режим сварки концов штрипсов в среде двуокиси углерода указаны в табл. 5.

Таблица 5. Параметры сварки штрипса

2.4.3 Настройка клетей формовочного стана

Предварительная настройка клетей формовочного стана производится на стендах, установленных на специальной площадке вне линии стана. После установки клетей в ТЭСА проверяется их положение по струне. Проверка положения калибров клетей проводится аналогично настройке клетей вне линии стана. При задаче штрипса в стан необходимо соблюсти его симметричное положение. Приподнятые в открытых клетях верхние валки постепенно опускаются с помощью прижимных механизмов по мере продвижения штрипса.

При настройке калибров клетей с закрытым профилем измеряется периметр трубной заготовки после каждой клети. В случае несоответствия параметров трубной заготовки, производится регулировка валков, уменьшая или увеличивая калибр.

В процессе настройки ТЭСА могут возникать следующие дефекты: смещение кромок, риски и вмятины на теле трубы. Смещение кромок устраняется регулировкой верхних сварочных валков при помощи нажимного механизма. При появлении риски или вмятины на трубе от валка или ролика устанавливается конкретный валок или ролик, являющийся причиной этого дефекта и путем его регулирования устраняется данный вид дефекта.

2.4.4 Настройка сварочной клети

Высота нижнего валка проверяется при настройке стана по натянутой струне протянутой от клети №3 закрытого профиля до опорного ролика трубосварочной машины. Регулировка высоты нижнего валка производится вручную с помощью маховика и клина через пару винт-гайка.

Установка боковых валков производится при помощи калибр-шаблонов. При необходимости изменения высоты бокового валка, под него подкладывают регулировочные прокладки. Регулировка зазора боковых валков во время настройки и в процессе сварки осуществляется от электродвигателя и винтовых пар.

При настройке, после прохождения труб через валки и сварку кромок, измеряется периметр трубы и производится регулировка валков так, чтобы периметр трубы соответствовал требуемым значениям.

Для труб диаметром 219,1-244,5 мм применяются два верхних валка на планшайбе. Настройка верхних валков производится на стенде вне стана по шаблону. После установки планшайбы с валками в клеть, регулируют ее высоту при помощи червячного домкрата, предусмотренного в верхней части клети. При установке верхних валков зазор между ними и боковыми валками сжимающей клети должен быть одинаковым с обеих сторон.

Величины расстояния положения контактов от кромки трубной заготовки и внутреннего сердечника от оси сварочных валков представлены в табл. 6.

Таблица 6

Указанные параметры контролируются во время перевалки. Регулирование контактов вдоль от трубы и по высоте осуществляется вручную при помощи винтов, перемещающих всю раму, на которой крепится трансформатор.

2.4.5 Настройка калибровочной и правильной клетей

Методы регулировки валков калибровочных клетей аналогичны регулировке и настройке клетей с закрытым профилем калибра формовочного стана.

Валки устанавливаются по калибр-шаблону, зазоры между ребордами соседних валков поддерживаются одинаковыми по правой и левой сторонам.

После прохождения трубы через клети измеряется периметр трубы, и валки регулируются таким образом, чтобы периметр трубы после каждой клети и диаметр трубы на выходе из клети №3 соответствовали определенным параметрам.

Предварительная настройка клетей осуществляется на стенде вне стана при помощи настроечного калибра.

После установки правильной кассеты в клеть линии стана, производится ее настройка. Настройка производится по струне относительно третьей калибровочной клети и измерительного ролика №3. Точки середины профиля калибровочного нижнего валка, измерительного ролика №3, нижняя точка профиля калибра правильной кассеты должны находится на одной линии.

2.4.6 Настройка косовалковой правильной машины

При переналадке правильной машины производятся следующие операции:

регулировка правильных валков;

установка скорости правки;

регулировка ширины желоба выходной стороны.

Перед началом настройки проверяется качество поверхности и геометрия рабочего профиля валков, которые не должны иметь трещин, раковин и других дефектов, приводящих к появлению брака на трубе.

Регулировка угла наклона правильных валков осуществляется путем поворота держателей каждого валка приводом от редукторов, через червячные передачи и рейки, вставленные в клеть машины. Величина угла поворота валка показывается индикатором, установленном на держателе. Подъем и опускание правильных валков производится через ходовые винты, вмонтированные в клети, которые приводятся во вращение от электродвигателя переменного тока. Через редукторы и червячные передачи производится перемещение рабочих валков в вертикальном направлении.

Валки заменяются и подвергаются перешлифовке, при глубине неравномерного износа свыше 1,5 мм.

2.5 Технологический инструмент

Из числа применяемого на агрегате технологического инструмента особого внимания заслуживает инструмент формовочного, калибровочного станов и сварного участка.

Этот инструмент по мере износа перестает соответствовать технологическим требованиям процесса и подлежит замене, вследствие чего он и называется сменным технологическим инструментом. Он подлежит замене и в тех случаях, когда на стане производится настройка оборудования на производство труб другого типоразмера.

Сменный технологический инструмент формовочного и калибровочного станов состоит из валков горизонтальных клетей и валков вертикальных клетей. Количество валков определяется конструкцией стана и качеством типоразмеров выпускаемых труб.

Возможен процесс реставрации инструмента путем обточки (для использования при производстве труб меньшего сортамента) или наплавкой.

Сменный технологический инструмент формовочного и калибровочного станов изготавливают из стали Х12М, химический состав которой представлен в табл. 7.

Таблица 7

Допускается производить реставрацию сварочных роликов. Уменьшение диаметра буртов при этом должно быть не более, чем на 1,5 мм, остальные параметры без изменений. Сварочные ролики изготавливаются из немагнитных материалов: латунь или бронза.

2.6 Технические характеристики оборудования трубоэлектросварочного агрегата 140-250