Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Одной из наиболее важных операций при производстве бесшовных труб является раскатка полой гильзы в черновую трубу. Раскатку производят на трубопрокатных агрегатах с автоматическими (станами тандем), непрерывными, пилигримовыми, раскатными станами винтовой прокатки, реечными, планетарными станами.

Существующий технологический процесс производства труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом отличается разнообразием оборудования, технологическими режимами.

Трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом позволяет производить точные трубы для машиностроения и нефтяной отрасли.

Однако существующие ограничения по сортаменту (D/S<12), длине производимых труб, обуславливают необходимость совершенствование производства труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом.

Кроме того существенной проблемой при производстве труб на этих агрегатах является низкая стойкость и высокая стоимость рабочего инструмента - оправок раскатного стана.

Одной из причин выхода из строя оправок раскатного стана является тепловое воздействие на рабочий инструмент теплового поля, что также делает актуальным данную тему для разработки мероприятий увеличивающих износостойкость оправок.



1. Разработка технологического процесса производства бесшовных труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом

1.1 Сравнительный анализ способов производства бесшовных труб

В настоящее время в России одной из главных задач, является повышение качества и объемов выпускаемой продукции при существенном сокращении производственных издержек. Уровень развития трубного производства в мире характеризуется большим разнообразием применяемых способов и технологий для производства бесшовных труб. Наибольшее распространение при производстве бесшовных труб получили горячая и холодная прокатка.

Независимо от способа производства горячедеформированных труб, технологическая схема включает следующие общие операции: нагрев исходной заготовки, прошивка исходной заготовки в гильзу, раскатка гильзы в черновую трубу, редуцирование или калибрование. При этом перед каждой последующей операции при необходимости возможно осуществление подогрева[1-6].

Одной из главных операций производства бесшовных труб является раскатка - получение из полой гильзы черновой трубы. Для осуществления данной операции применяют продольную, периодическую или винтовую прокатку на трубопрокатных раскатных станах различной конструкции, проталкивание стаканов через уменьшающиеся в диаметре калибры с роликовыми обоймами.

Именно способ раскатки гильзы в трубу характеризует тип трубопрокатного агрегата. Для раскатки гильз в черновую трубу применяют трубопрокатные агрегаты с автоматическими (станами тандем), непрерывными, пилигримовыми, раскатными станами винтовой прокатки, реечными, планетарными станами[1-6].

Трубопрокатные агрегаты с автомат-станом являются наиболее распространенными при производстве бесшовных труб. В настоящее время на ТПА с автоматическим станом освоено производство бесшовных труб из углеродистых, жаропрочных, коррозионностойких, средне- и высоколегированных сталей и сплавов. Так же в большом объеме выпускаются трубы нефтяного сортамента, для машиностроения. Общий объем производства на ТПА с автомат-станом составляет свыше 30% всех горячекатаных труб.

На трубопрокатных агрегатах с автомат-станом для получения из гильзы готовой трубы применяют продольную прокатку в круглом калибре на неподвижной короткой оправке.

Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом отличаются довольно высокой маневренностью относительно высокой производительностью при удовлетворительном качестве труб, возможностью изготовления труб широкого сортамента (по размерам и материалу), сравнительной несложностью прокатного инструмента, гибкостью технологического процесса, возможно остью прокатки небольших партий труб.

На этих агрегатах прокатывают бесшовные трубы диаметром от 40 до 426 мм с толщиной стенки от 3 до 50 мм и более.

Недостатками процесса прокатки в круглом калибре на короткой оправке считаются незначительное обжатие по толщине стенки и неудовлетворительное качество внутренней поверхности труб из-за особенностей работы неподвижной оправки («скворешины» и поперечные рванины на внутренней поверхности, продольные риски, раковины и отпечатки, «шов» и «бунт», разностенность). Кроме того станы уступают по производительности непрерывным [7].

На современных трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом производят бесшовные трубы диаметром от 16 до 426 мм с толщиной стенки 2,0-25 мм из углеродистых, низко- и высоколегированных сталей. На трубопрокатных агрегатах с непрерывным станом для раскатки гильзы в трубу применяют продольную непрерывную прокатку в 7-9 клетях с круглыми и овальными калибрами на длинной оправке: свободной (плавающей), подвижной удерживаемой (перемещающейся с заданной скоростью) и частично удерживаемой (прокатка на подвижной удерживаемой оправке с последующей прокаткой на свободной оправке).

Отличительный признак непрерывной прокатки - одновременная деформация трубы в нескольких последовательно расположенных клетях. Клети непрерывного стана оказываются взаимосвязанными друг с другом через прокатываемую трубу и оправку. Основное достоинство процесса - возможность прокатки черновых труб значительной длины (до 33 м) с большой скоростью (до 6,5 м/с), что обеспечивает высокую производительность установки. К преимуществам ТПА данного типа следует отнести также благоприятные условия деформации металла в непрерывном стане, минимальные технологические отходы и расположение оборудования, удобное для автоматизации технологических операций.

Основными же недостатками данного процесса производства бесшовных труб являются разностенность, а также различные дефекты на внутренней поверхности труб (внутренние плены, трещины и риски на внутренней поверхности). К тому же оборудование и инструмент для прокатки труб большого диаметра громоздки и дороги [1-6, 8].

Для осуществления операции раскатки на трубопрокатных агрегатах с пилигримовым станом применяют периодическую прокатку гильзы на длинной оправке в круглом калибре переменного по длине очага деформации сечения. Прокатка осуществляется поочередными подачами порций металла в валки при помощи подающего аппарата.

На этих агрегатах непосредственно из слитка прокатывают трубы диаметром 48-650 мм со стенкой толщиной 2,5-50 мм и более.

На ТПА с пилигримовым станом достигаются наибольшие значения вытяжки (более 30). Основное преимущество агрегатов такого типа заключается в возможности производить непосредственно из слитков трубы широкого сортамента, в том числе толстостенные (котельные, утяжеленные бурильные), профильные (квадратные штанги), ступенчатые, которые не производят на других агрегатах. К тому же стоимость труб, полученных на них, наиболее низкая.

Такие станы целесообразно применять для изготовления труб диаметром 194-530 мм (D/S = 3-47) при средних объемах производства. При изготовлении толстостенных труб диаметром 324-530 мм пилигримовым установкам альтернативы нет [1-7].

Однако пилигримовые станы не обеспечивают высокого качества наружной и внутренней поверхности, не удовлетворяют требованиям к точности прокатываемых труб, производительность их наиболее низкая.

Для производства толстостенных труб повышенной точности диаметром 38-200 мм со стенкой толщиной 3-50 мм и выше применяют винтовую прокатку гильз на длинной оправке в трехвалковом раскатном стане. Значимость этих ТПА определяется тем, что трубы, получаемые на таких агрегатах, имеют высокую точность: допуски по толщине стенки и наружному диаметру в 2-2,5 раза более жесткие: по толщине стенки ±6%; по диаметру ±0,5%.

Трубопрокатные агрегаты с трехвалковым раскатным станом производят толстостенные трубы, используемые для изготовления деталей машин, поэтому высокая точность труб позволяет иметь минимальные припуски на последующую механическую обработку, это дает возможность использовать для производства труб поточные линии с применением станков-автоматов. Именно эти обстоятельства обусловили широкое использование агрегатов с раскатным станом винтовой прокатки для изготовления подшипниковых труб.

Другим важным преимуществом агрегата с раскатным станом винтовой прокатки является его высокая маневренность - возможность несложной и быстрой перестройки всех станов на прокатку труб другого размера. При смене сортамента прокатываемых труб нет необходимости в замене клетей с круглыми калибрами станов продольной прокатки, так как на рассматриваемых ТПА подобные станы обычно отсутствуют. Изменение наружного диаметра прокатываемых труб достигается сближением или разведением рабочих валков, изменение толщины стенки - подбором диаметра оправки раскатного стана и расстояния между валками. Валки заменяют лишь по мере их износа или при значительном изменении сортамента труб, когда нужны валки другого номинального диаметра.

Наличие трех косорасположенных валков раскатного стана, имеющих специальную калибровку, обеспечивает значительные деформации металла. А применение в составе такого агрегата системы косовалковых станов (прошивного и раскатного) позволяет легко переходить на прокатку труб любого диаметра в пределах сортамента стана без расширения парка валков.

Наиболее эффективно использование этих станов для изготовления труб с отношением диаметра к толщине стенки в пределах 4-12. Несмотря на различные попытки расширения возможностей станов получать тонкостенные трубы (D/S > 12) на них не удается, так как при прокатке концов труб (особенно задних) в трехвалковых станах развивается интенсивная поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие стабильно осуществлять раскатку.

Раскатные станы характеризуются малой производительностью (7-8% от общего производства труб). Наиболее часто встречающиеся виды брака: наружные винтовые порезы, внутренние риски, разностенность.

В настоящее время известны две схемы агрегатов, в которых раскатка гильзы выполняется на станах винтовой прокатки. Наиболее распространенными являются агрегаты с трехвалковыми станами (станами Ассела). В зарубежной практике (США) применяют агрегаты, в которых раскатка осуществляется в двухвалковых станах с направляющими дисками (станы Дишера).

Агрегаты со станами Дишера не получили широкого применения в России из-за сложности конструкции.

Технологическая схема производства труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом (рисунок 1) состоит из следующих операций: подготовка заготовки к прокатки; нагрев заготовки в кольцевой печи; прошивка заготовки; раскатка гильзы в трубу на длинной оправке в раскатном стане; извлечение оправки; подогрев труб в специальной печи; калибрование труб в двух- или трехвалковом стане. Так же в некоторых агрегатах устанавливают многоклетьевые редукционные станы, для расширения сортамента прокатываемых труб малого диаметра [1].

Рисунок 1 - Схема технологического производства на ТПА с трехвалковом раскатном стане

бесшовный труба прокатка оправка

В мировой практике агрегаты с реечным станом получили достаточно широкое распространение для производства труб конструкционных, котельных, трубопроводных в основном малых диаметров от 21 до 133 мм с толщиной стенки 2,5-8,0 мм. Трубы, полученные на агрегатах с реечным станом, используют в качестве заготовок для производства прецизионных и холоднотянутых труб, так как они имеют качественную наружную и внутреннюю поверхности и сравнительно тонкие стенки[1-7].

Реечные станы обеспечивают достаточную точность размеров сечения трубы и по производительности уступают только непрерывным станам. К их достоинствам также относится простота технологии. Нет необходимости в тщательной регулировке скоростей валков, так как вытяжка происходит в холостых роликовых обоймах. Реечный стан менее металлоемок, однако сортамент таких ТПА значительно уже.

Одним из недостатков реечного стана является высокая стоимость длинных оправок (дорнов). Значительную сложность представляет операция прошивки на прессе, которая определяет длину и массу получаемой гильзы и трубы[8].

Планетарно-косоволковые станы отличаются от традиционных станов винтовой прокатки тем, что в них вращается сама рабочая клеть с валками грибовидной формы, обкатывающимися вокруг трубы. Раскатка труб происходит на длинной оправке.

На таких агрегатах производят трубы как тонко-, так и толстостенные с отношением D/S равным 3-30 диаметром до 450 мм и разностенностью + 5 мм. Также возможно получать трубы длинной до 100 м при непрерывном процессе. Агрегаты данного типа экономичны даже при небольших партиях труб, обеспечивает широкий сортамент размеров и материалов[1-6].

Тем не менее агрегаты с планетарными станами не получили распространения из-за сложности конструкции и технологии раскатки, малой износостойкости валков по сравнению с валковыми станами винтовой прокатки.

1.2 Общая характеристика оборудования и конструкция раскатных станов винтовой прокатки

Главная линия трехвалкового раскатного стана может располагаться как со стороны входа, так и со стороны выхода трубы. Она состоит из рабочей клети с гребневыми валками и привода - индивидуального или группового (рисунок 2). Для более удобного конструктивного расположения шпиндельных соединений со стороны привода вводят угол раскатки, который обычно не превышает 7°. Перестройка стана на прокатку труб большего или меньшего диаметра производится радиальным перемещением барабанов.

1 - двигатель главного привода; 2 - шестеренная клеть; 3 - шпиндель; 4 - оправка; 5 - гильза; 6 - рабочий валок; 7 - кассета рабочего валка; 8 - промежуточный вал; 9 - нажимное устройство; 10 - привод механизма сведения и разведения валков; 11 - пружина

Рисунок 2 - Схема трехвалкового раскатного стана

В трехвалковых раскатных станах нет технологического инструмента, сдерживающегося тангенциальную раскатку. Поэтому в таких станах получают толстостенные гильзы с практически предельным отклонением диаметра к толщине стенки, равным 10...11. При D/S > 11 на концевых частях трубы появляются раструбы, которые осложняют процесс прокатки.

Рабочие клети трехвалковых раскатных станов принципиально различаются только способом установки валов и регулировании угла подачи. В станах более старой конструкции величину угла подачи изменяют при замене подушек валков. Каждый комплект подушек предназначен для определенного угла подачи, например: 3 или 6°. В станах новой конструкции угол подачи регулируется плавно [2].

На рисунке 3 представлена трехвалковая клеть раскатного стана. Станина клети современного стана состоит из двух частей, причем крышку с одним верхним барабаном откидывают, когда необходимо сделать перевалку. Перемещение барабанов с валками на сближение или разведение осуществляется нажимными винтами. Каждый винт выполнен со сквозными центральными отверстиями, через которые проходят подпружиненные уравновешивающие тяги для прижима барабанов к нажимным винтам.

Рисунок 3 - Трехвалковая клеть раскатного стана с механизмами перемещения валков и уравновешивания верхнего барабана

Механизм привода нажимных винтов может быть групповым или индивидуальным. Групповой привод сложнее - он имеет распределительный и конические редукторы, синхронизирующие валы, расцепные муфты. Его недостатком является невысокое быстродействие. В случае применения индивидуального привода эти недостатки устраняются, однако настройка стана значительно осложняется, так как легко теряется соосность фактической оси прокатки и оси рабочей клети.

Входная сторона трехвалкового раскатного стана, представленного на рисунке 4, оборудована устройствами для введения оправки и гильзу и последующей совместной подачи гильзы с оправкой в валки. Для приема гильзы и оправки служат два самостоятельных, последовательно расположенных по оси проката стола, уровень которых регулируют в зависимости от диаметра прокатываемых труб. Для подачи оправки в гильзу и гильзы в валки стана служат две тележки, которые перемещаются по подвесным направляющим с разной скоростью. Скорость движения оправки должна быль примерно в два раза больше скорости подачи гильзы, так как оправка должна пройти соответственно больший путь. Перед введением оправки в гильзу последнюю прижимают к желобу пневматическим устройством, исключающим ее осевое смещение. Толкающая тележка задает справку в гильзу, и как только передний конец оправки выходит из гильзы, прижим отводится в исходное положение и гильза другой тележкой подается в валки; в то же время тележка продолжает подавать оправку. После захвата гильзы валки тележки отводятся в исходное положение для подачи следующей оправки и гильзы [2].

1 - гильза; 2 - оправка; 3 - толкающая тележка для гильзы; 4 - тележка для оправок; 5 - привод тележек; 6 - пневмоприжим; 7 - желоб гильз; 8 - желоб оправок; 9 - рабочие валки

Рисунок 4 - Входная сторона трехвалкового раскатного стана

Возможны три способа прокатки на раскатном стане:

При прокатке со свободно перемещающейся оправкой ее удаляют из трубы по окончании прокатки с помощью оправкоизвлекателя. Этот способ широко применяют при прокатке толстостенных труб с отношением наружного диаметра к толщине стенки 7,5...12.

В случае прокатки на вытягиваемой оправке извлечение ее начинается в процессе прокатки и заканчивается в конце ее цикла. Этот способ используется при производстве толстостeнных труб с отношением диаметра к толщине стенки 4,5...7,5.

При прокатке с полуперемещающейся оправкой происходит одновременное перемещение оправки и гильзы в одном направлении с разными скоростями. Оправка извлекается сразу же после окончания процесса прокатки. Наиболее распространенным является способ прокатки со свободно перемещающейся (плавающей) справке. В этом случае обеспечивается наибольшая производительность процесса. Выходная сторона трехвалкового раскатного стана представлена на рисунке 5. Современные конструкции выходных сторон выполняют с максимальным использованием конструктивных элементов выходных сторон прошивных станов с осевой выдачей гильз.

1 - двигатель главного привода; 2 - муфта; 3 - шестеренная клеть; 4,6 -центрователи; 5,7 - устройство выдачи трубы и оправки из стана; 8 - шпиндели главного привода; 9 - рама

Рисунок 5 - Выходная сторона трехвалкового раскатного стана



В России для производства горячекатаных бесшовных труб применяются два ТПА с трехвалковым раскатным станом: ТПА 160 на ПНТЗ, ТПА 200 на Волжском трубном заводе (ВТЗ), по принятой классификации эти агрегаты являются средним и большим, отличаются эти агрегаты тем, что на ТПА 200 с состав оборудования входят две параллельные линии раскатки и калибрования труб при одном прошивном и редукционном стане. Такой состав оборудования позволил увеличить производительность агрегата, однако выявился недостаток: трубы получаемые на этих линиях имеют разные размеры, что создает трудности при их отделке [1].

Таблица 1 - Техническая характеристика оборудования на ТПА 160

Параметры	ТПА 160
Размер прокатываемых труб, мм: максимальный минимальный толщина стенки длина (максимальная), м	160 114 3,75…18 15
Диаметр валков в пережиме, мм	650
Угол подачи, град	0…14
Угол раскатки, град	7
Привод вращения валков	индивидуальный
Частота вращения валков, мин-1	135…270
Мощность, кВт	3*250
Скорость выдачи труб, м/c: пониженная повышенная	3,5 7,0
Расчетное давление, кН: на валок на оправку	400 180
Расчетный крутящий момент на валке, кНм	20

Таблица 2 - Техническая характеристика оборудования на ТПА 200

Параметры	ТПА 200
Диаметр валков	420,470, 490 мм
Длина бочки	375 мм
Валки: марка стали	45
Марка стали оправок	15Х5М
Угол раскатки	4 град
Тип привода	групповой
Мощность двигателя	2800 кВт
Угол подачи	0-14 град
Частота вращения двигателя	315-500 мин -1
Передаточное число редуктора шестеренной клети	1,95
Ход нажимных винтов	200 мм
Скорость перемещения валков при настройке	0,008-1,58 мм/с
Максимальный ход гидромеханизма быстрого отвода верхнего валка под нагрузкой	20 мм
Скорость быстрого отвода верхнего валка	50 мм/с
Длина применяемых оправок	10-11,5 м
Масса клети	46980 кг
Масса оправки	до 2430 кг
Усилие прокатки	8400 кгс
Размеры труб: диаметр толщина стенки	75-250 мм 6-55 мм 4,5-10 м

1.3 Совершенствование технологического процесса производства бесшовных труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом

Технологический процесс производства труб на ТПА 200 до реконструкции. Трубы производимые на ТПА с трехвалковым раскатным станом используют для нефтяной отрасли, в отрасли машиностроения (авиастроение, автомобилестроение), что обуславливает высокую значимость этих агрегатов в России и во всем мире.

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что актуальность данной работы состоит в расширении технических возможностей производства труб (увеличение размерного сортамента, уменьшение дефектов готовых труб).

Трубопрокатный агрегат 200 Волжского трубного завода предназначен для выпуска горячекатаных бесшовных труб повышенной точности размерами Dт?Sт = 70...203 ? 9...50 мм следующего сортамента: общего назначения Dт?Sт = 73...203 х 9…50 мм из углеродистых и среднелегированных марок стали, подшипниковые трубы Dт?Sт = 70,4...171 Х7...21 мм из стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ15Ш, ШХ15В [3].

В состав цеха входят трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом, линия отделки труб общего назначения, участок отделки подшипниковых труб, четыре роликовые печи для проведения сфероидизирующего отжига подшипниковых труб, участок изготовления технологического инструмента. Техническая характеристика ТПА 200 изображена в таблице 3.

Таблица 3 - Техническая характеристика ТПА 200 с трехвалковым раскатным станом

Стан	Диаметр мм	Рабочие валки	Угол, град	Мощность электродви-гателя, кВт
		количество	диаметр, мм	Длина бочки, мм	Частота вращения, мин-1	подачи	раскатки
Прошивной	50…200	2	1000…900	650	90…150	5…12	-	3200
Раскатной	50…100	3	470…490	370	95…280	0…10	3..7	2000
Калибровочный	52…72	3	320…340	280	150…300	3…7	3..7	400
То же	73…96	-	430…450	370	-	0…10	3..7	-
«	100…206	-	520…550	370	-	0…10	3..5	-

Основой цеха является трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом Ассела схема технологического процесса которого изображена на рисунке 6. Технологический процесс производства труб включает в себя следующие операции: поступающие в цех заготовки разрезаются на требуемые длины на двух прессах ломки заготовки или на пресс-ножницах, далее по рольгангу поплавочно заготовка поступает на загрузочную решетку двух кольцевых нагревательных печей, заготовки нагревают в одной из печей за один оборот до температуры прокатки 1220...1260°С, нагретые заготовки поступают на пневматический зацентровщик, где на передних торцах наносятся центровочные отверстия глубиной 25…30 мм. Далее заготовки передают на входную сторону 2-валкового прошивного стана с бочковидными валками и линейками и прошивают на оправке.

Рисунок 6 - Схема технологического производства труб на ТПА 200 ОАО «ВТЗ»

Таблица 4 - Техническая характеристика работы прошивного стана

Диаметр заготовки, мм	Угол подачи валков, град	Окружная скорость валков, м/c
До 150	11,5-13	5,3-5,6
До160	11,5-13	5,1-5,3
170	11,5	4,9-5,0
180	11	4,9
190	10,5	4,3-4,6
230	9,5	3,2-3,6

Полученную гильзу раскатывают в трехвалковом стане Ассела на длинной плавающей оправке, при этом формируется окончательная толщина стенки трубы. По извлечении оправки трубы поступают в печь с шагающими балками для подогрева и выравнивания температуры перед чистовыми операциями (в зависимости от сортамента последняя операция формирования наружного диаметра осуществляется либо в трехвалковом калибровочном стане винтовой прокатки, либо в 12-клетевом двухвалковом редукционно-калибровочном стане продольной прокатки). Откалиброванные трубы поступают на холодильник и затем либо в термоотдел, либо в линию отделки труб общего назначения. В таблице 5 приведены режимы редуцирования труб.

Таблица 5 - Скоростные режимы редуцирования труб на ТПА 200

Отношение D/S	Скорость выхода трубы, м/с	Номер клети
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
12…9,4	1,2	452	460	467	475	483	490	511	501	547	560	517	554
9,3…6,7	1,2	452	463	473	484	494	505	529	525	579	593	526	598
6,6…4,0	1,2	377	389	400	411	422	434	460	459	505	528	494	535
6,6…4,0	1,2	452	466	474	493	506	520	551	550	611	633	592	642

В состав оборудования линий трубоотделки входят две шести-валковые правильные машины, четыре установки плазменно-резцовой обрезки труб, девять бесцентрово-токарных станков и для обточки подшипниковых труб, инспекционные столы для осмотра и сдачи готовой продукции. После обрезки концов, обточки и разрезки труб на заданные длины трубы увязывают 5…10 т пакеты и подают на склад.

Первоначально в цехе в качестве исходного материала использовалась катаная заготовка круглого сечения. С пуском электрометаллургического комплекса освоено производство труб общего назначения из непрерывнолитой заготовки.

На ТПА 200 производят трубы, требующие дальнейшей механической обработки; наибольшую долю составляют трубные заготовки для производства колец подшипников качения из специальных сталей с содержанием 0,9...1.1% С и 0,4...1,5% Cr. Для этих сталей необходимы высокие скорости охлаждения в диапазоне 900-600 ^оС то есть температур окончания прокатки. Поэтому в производстве подшипниковых труб предусмотрено воздушное и водяное охлаждение после калибровочного стана перед подачей труб на холодильник.

После проката и охлаждения трубы в дальнейшую обработку могут поступать по двум потокам. Первый поток направляется через промежуточный склад на термообработку, второй -- непосредственно в линию отделки.

На линии отделки первая операция -- правка в шестивалковых правильных машинах. Правка осуществляется во время вращательно--поступательного движения труб в валках развернутых на определенный угол и за счет перегиба в средней паре валков, который обеспечивается занижением оси валков на 4…15 мм относительно крайних пар. Кривизна труб после правки не превышает 1 мм на 1 метр длины.

После правки трубы попакетно поступают на одну из четырех линий, где обрезаются плазмой и торцуются резцом концы трубы. На данных установках по требованию заказчика на торцах труб снимают наружную фаску. После обрезки концов трубы поступают на инспекционные столы, где контролируют наружную и внутреннюю поверхности, соответствие марки стали, размеры и определяют механические свойства неразрушающими методами. Затем трубы маркируют, оформляют по заказам и после автоматического измерения длины и определения теоретической массы формуют в пакеты, которые вместе с сопроводительными документами и бирками, имеющими порядковый номер и содержащими требования заказа, направляют на склад готовой продукции.

Недостатком существующей технологии и оборудования ТПА 200 является то, что данная конструкция трубопрокатного агрегата не позволяет производить трубы с D/S>12, так как металл попадает в зазоры между валками, для устранения этого недостатка, можно отметить обеспечение уменьшения стенок за счет гидроподушек, вмонтированных в клети раскатного стана.

Другим недостатком на ТПА 200 является затруднение производства труб длиной более 9 метров, при больших длин труб происходит образование концевых раструбов, для предотвращения образования раструбов применяют трехвалковый раскатной стан с короткой цилиндрической оправкой и специальной индукционной печью.

Технологический процесс производства труб на ТПА 200 после реконструкции. Для устранения недостатков охарактеризованных в предыдущей главе была произведена реконструкция ТПА 200 включающая:

- модернизацию выходной стороны прошивного стана для получения гильз до 9 м.

- изготовление модернизированных клетей раскатного стана, оборудованных гидроподушками для изменения толщины стенки концов трубы в ходе прокатки.

- реконструкцию входной и выходной стороны раскатных станов для обеспечения задачи гильз длиной 9 метров и раскатки толстостенных труб длиной до 13 м на короткой цилиндрической оправке

- монтаж индукционной подогревательной печи

- модернизация валков раскатного стана

Позволила выпускать трубы нефтяного сортамента следующих размеров:

- 114*10-12 мм, максимальной длиной годной части 10,5 м c D/S= 11

- 121*6,9-10 мм, максимальной длиной годной части 10,5 м c D/S= 15

- 140*7-10 мм, максимальной длиной годной части 12 м c D/S= 14

- 146*7-10 мм, максимальной длиной годной части 12 м c D/S= 15

- 114*9-15 мм, максимальной длиной годной части 11 м c D/S= 13

В качестве исходной заготовки для производства труб используется горячекатаная заготовка диаметром от 90 до 260 мм.

Технологическая схема, изображенная на рисунке 7, включает в себя следующие операции: подготовка заготовки к прокатки; нагрев заготовки в кольцевой печи; центровка заготовки на гидравлическом зацентровщике; прошивка заготовки на двухвалковом прошивном стане; раскатка гильзы в трубу на короткой цилиндрической оправке в раскатном стане, оснащенном гидроподушками, которые предназначены для на определенное усилия при раскатке; подогрев труб в индукционной печи; калибрование труб в трехвалковом стане. Так же в некоторых агрегатах устанавливают многоклетьевые редукционные станы, для расширения сортамента прокатываемых труб малого диаметра.

Рисунок 7 - Схема технологического процесса производства труб на ТПА 200 после реконструкции

Далее производят технологический контроль качества прокатанных труб. Технологические пробы отбираются от труб в процессе прокатки для контроля геометрических размеров, качества наружной и внутренней поверхности труб.

Особенности прокатки труб на короткой цилиндрической оправке:

- нагрев в кольцевой печи при однорядном процессе при почасовой производительности не более 100 штук. При прокатке труб с толщиной стенки менее 8 мм, заготовка задается «утяжками» сориентированными концами на задний конец в прошивном стане.

- прошивка гильз длиной более 8,5 м осуществляется на двухвалковом прошивном стане с перехватчиком стержня для его удерживания.

- введение смазки внутрь гильзы перед раскатными станами производиться на установке дезоксидации гильз фирмы «Бемере»

- раскатка гильзы на модернизированных клетях в 3-х валковом стане поперечно-винтовой прокатки на удерживаемой оправке. Длина трубы после раскатки составляет от 9 до 13 м.

- подогрев труб производиться в индукционной установке.

- для окончательного формирования наружного диаметра калибровка труб производиться после проката в 12-ти клетьевом калибровочном стане продольной прокатки оборудованным 2-х валковыми клетями.

- для подготовки ТПА 200 к прокату на короткой оправке и настройке станов на размер требуется 10 труб, при настройке одной линии - 7 труб, при смене размера более 4-х труб на каждую линию.

Особенности раскатки гильз в 3-х валковом раскатном стане на короткой удерживаемой и перемещаемой оправке:

До начала прокатки производиться приготовление суспензии из технологической смазки КСК-Х5Г, предназначаемой для нанесения на рабочую поверхность оправки раскатного стана, в последовательности: в ведро засыпается смазка и при постепенном добавлении воды постоянно перемешивается образовавшаяся масса до полного исчезновения комков. Приготовления суспензии производится в расчете 3 кг на 7 л чистой питьевой воды комнатной температуры. Суспензия наносится на оправку в один слой малярной кистью.

Задача гильзы раскатного стана производится толкателем с входным конусом, закрепленным на тележке толкания оправок.

Раскатку гильзы производят только при отрегулированном клапане отсечке охлаждающей воды на входной стороне раскатного стана и УРМ исключающий её попадания на трубу.

Последовательность отключения и включения воды в автоматическом режиме:

- перед началом раскатки гильзы отключается вода для охлаждения валков, наружного охлаждения оправок, центрователей и выдающих роликов; включена вода для внутреннего охлаждения стержня с оправкой;

- во время захвата гильзы подается вода для охлаждения валков, наружного охлаждения оправок и внутреннего охлаждения стержня с оправкой; отключена вода для охлаждения центрователей и выдающих роликов; при подходе переднего конца трубы к 5-ому центрователю отключается вода на внутреннее охлаждение стержня с оправкой;

- после раскатки гильзы отключается вода на охлаждения валков и наружного охлаждения оправок; после выдачи трубы за УРМ включается вода на охлаждения валков, наружного охлаждения оправок, центрователей, выдающих роликов, и внутреннего охлаждения стержня с оправкой.

Работа раскатного стана. Исходное положение механизмов:

Клеть рабочая раскатного стана: гидроцилиндр нажимного механизма верхнего валка находиться в сведенном положении к оси прокатки, перехватчик стержня раскрыт, валки вращаются на пониженной скорости (при необходимости) в пределах рекомендованной зоны регулировки, исключающей перегруз двигателя главного привода валков.

Сторона выходная: центрователи сведены на стержень с оправкой, упорная головка закрыта, каретка с упорной головкой находиться в крайнем ближнем положении к клети, тянущие ролики разведены.

Входной стол: Стол выставлен на требуемую высоту по месту, крышка желоба открыта, тележка с толкателем отведена в крайнее заднее положение.

Гильза с выравнивающего рольганга скатывается с желоб переднего стола. По сигналу от фотодатчика закрывается крышка желоба, а тележка с толкателем перемещает гильзу к валкам раскатного стана.

Валки раскатного стана №1 захватывают гильзу на пониженной скорости (по необходимости). После захвата гильзы валками, тележка с толкателем отводиться назад, а частота вращения валков увеличивается до номинального значения. Раскатку труб производят на скоростных режимах, исключающих зону переходных процессов регулирования главного привода валков: 1-ый режим: частота вращения главного привода валков при захвате и раскатки до 300 мин^-1; 2-ой режим: от 320 до 500 мин^-1.

Раскатка труб на раскатном стане №2 производится без ограничений, частота вращения двигателя до 515 мин¹.

После получения сигнала о захвате гильзы, подается сигнал на перемещение каретки с упорной головкой, и стержнем с оправкой, которая начинает движение назад из крайнего ближнего положения от клети РС с заданной скоростью. Скорость перемещения оправки регулируется дросселем. При достижении крайних положений, каретка меняет направление движения на противоположное.

При приближении трубы к центрователю, центрирующие ролики раскрываются от сигнала поступающих с фотодатчиков, установленных перед центрователем.

Перед окончанием раскатки по сигналу от фотодатчика, расположенного на входной стороне, отрегулированного по времени задержки, обеспечивающим отвод гидроцилиндра нажимного механизма за 100-150 мм до конца раскатки гильзы, верхний валок поднимается с помощью гидроцилиндра нажимного механизма для прохождения заднего конца трубы. После окончания раскатки каретка с упорной головкой останавливаются, тянущие ролики сводятся к трубе и перемещают её за габарит перехватчика стержня.

После этого по сигналу от фотодатчика, перехватчик заживает стержень, открывается упорная головка, и труба перемещается роликами на отводящий рольганг за упорным механизмом. Далее все механизмы устанавливаются в исходное положение и подается следующая гильза.

Далее труба подается на рольганг к индукционной печи для подогрева перед прокаткой на 12-и клетьевом калибровочном стане и производится калибровка и охлаждение труб.

Прокатка толстостенных труб с D/S>11 с уменьшением толщины стенки заднего конца гильзы применяется при производстве тонкостенных труб с D/S>11 с целью исключения раструбов на трубах после раскатного стана, исключения биения труб после раскатного стана и искривления оправок.

Упорно-регулируемый механизм:

- рабочий ход: 40-100 мм

- скорость перемещения: 0,04-0,1 м/с

Оптимальное перемещение оправки на участке деформации составляет 40-100 мм, при этом уменьшение толщины стенки гильзы составляет от 2,8 до 7 мм от номинальной толщины.

1.4 Общая методика расчета таблицы прокатки для ТПА с трехвалковым раскатным станом

Принимаем следующие обозначения:

D_т, d_т, S_т - соответственно наружный и внутренний диаметры, тол-

щина стенки готовой трубы;

D_к, d_к, S_к - то же для трубы после калибровочного стана;

D'_к, d'_к, S'_к - тo же для трубы после редукционного стана;

Dр, dр, S_р - то же для трубы после раскатного стана;

D_г, d_г, S_г - то же для гильзы после прошивного стана;

d_з - диаметр заготовки;

д_п, д_р - диаметр оправки прошивного и раскатного стана соответственно;

м_п, м_р, м_к - коэффициенты вытяжки при прошивке, раскатке и редуцировании соответственно;

h - высота гребня валка раскатного стана;

ДS_р - обжатие стенки при раскатке.

Наружный диаметр трубы в горячем состоянии составляет

D_к = (1,012…1,013) · D_т. (1)

Температурный коэффициент расширения принимают исходя из температуры прокатки в калибровочном стане, равной 1000°С. Эта температура может выдерживаться стабильно, поскольку перед калиброванием трубы подогревают. Изменение толщины стенки в зависимости от температуры обычно учитывают при прокатке толстостенных труб с толщиной стенки 20…25 мм и более. При прокатке подшипниковых труб необходимо учитывать, что они после прокатки подвергаются обточке. Поэтому наружный диаметр такой трубы должен быть больше номинального на величину припуска a_п:

D_т^черн = D_т + a_п. (2)

Величина припуска должна быть достаточной для удаления черновин, наружных дефектов, обезуглероженного слоя. Оптимальное значение припуска находится в пределах от 1,5 до 2,0 мм. На ПНТЗ припуск в миллиметрах определяют по эмпирической зависимости

a_п = 1,2 + 0,005·D_т. (3)

В процессе механической обработки в стружку переходит 12…15% металла.

Внутренний диаметр и толщина стенки черновой трубы определяются следующим образом:

S_т^черн = S_т + 0,5 Р_д·S_т / 100 + 0,5· а_п, (4)

d_т^черн = D_т^черн - 2·S_т ^черн (5)

После определения черновых размеров подшипниковых труб следует проверить выполнение условия:

D_т^черн/S_т^черн ? 11. (6)



Если это условие не выполняется, то толщину стенки увеличивают до необходимого значения, чтобы осуществить раскатку трубы в трехвалковом стане винтовой прокатки.

Диаметр трубы после калибровочного стана определяется следующим образом:

D_к = D_т^черн· (1 + б·t). (7)

Величина обжатия по диаметру в трехвалковом калибровочном стане винтовой прокатки находится в пределах от 1,0 до 3,0 мм. Если в составе агрегата нет редукционного стана, то наружный и внутренний диаметры трубы после раскатного стана определяются так:

D_р = D_к + (1…3 мм), (8)

d_р = D_р - 2·S_к. (9)

При наличии редукционного стана необходимо назначить суммарное обжатие по диаметру, которое обычно составляет 15…22%, более глубокое редуцирование приводит к значительному снижению точности готовых труб из-за образования внутренней граненности. Тогда диаметры трубы после редукционного и раскатного станов соответственно составят:

D'_к = D_к + (1…3 мм), (10)

где (1…3 мм) - обжатие в калибровочном стане;

D_р = D_к +(0,15…0,22)·D'_к. (11)

Толстостенные трубы редуцируют без натяжения, поэтому Sр < Sк. Величина утолщения стенки определяется так же, как и при редуцировании труб на агрегатах с автомат-станом. По найденному значению Sр рассчитывают внутренний диаметр трубы после раскатного стана:

d_р = D_р - 2·S_р. (12)

При раскатке между трубой и оправкой возникает зазор, величину которого находят по эмпирической зависимости:

Д = 0,03·(d_р + S_р). (13)

Тогда диаметр оправки раскатного стана

д_р= d_р - 0,03·(d_р + S_р) = 0,97·d_р - 0,03·S_р. (14)

Величину д_р округляют до ближайшего номинального значения диаметра в имеющемся парке оправок. Оправки изготавливают с шагом по диаметру 2 мм. По принятому для прокатки номинальному диаметру оправки определяют наружный диаметр трубы:

D_р = д_р^н + Д + 2·S_р, (15)

а также размер калибра К, образуемого валками раскатного стана для получения заданной толщины стенки трубы:

К = д_р + 2·S_р - П (16)

uде П - податливость калибра под нагрузкой; величина, зависящая от многих факторов: жесткости клети, состояния оборудования, размеров рокатываемой трубы и обжатия и т.д.; определяется обычно экспериментальным путем и может составлять от 2 до 8 мм.

Диаметр d_л вкладыша люнета оправкоизвлекателя принимают равным:

d_л = д_р + (2…6 мм). (17)

Высоту гребня валков раскатного стана выбирают исходя из ориентировочных соотношений:

- при D_р / S_р > 6 h = 10 мм;

- при D_р / S_р < 6 h = 12,5 мм.

При прокатке труб диаметром D_р < 88 мм применяют валки с гребнем

8 мм.

Выбранная высота гребня определяет величину деформации в раскатном стане и, следовательно, соотношение деформаций при прошивке и раскатке. При прокатке особотолстостенных труб можно применять валки с увеличенным гребнем (например, высотой 15 мм), что обеспечивает более высокую производительность. Если объем производства таких труб невелик, то небольшой выигрыш в темпе работы агрегата не может компенсировать потери времени на дополнительные перевалки и затраты, связанные с расширением парка валков раскатного стана. Обычно имеют валки двух или трех типоразмеров, например с гребнями высотой 8, 10 и 12,5 мм.

Размеры гильзы определяют следующим образом:

S_г = S_р + ДS_г. (18)

Обжатие стенки гильзы ДSр складывается из обжатия гребнем, равного

его высоте, и обжатия перед гребнем захватным конусом валков, которое принимают в пределах от 18 до 25% от высоты гребня:

ДS_г = (1 + k)·h, (19)



где k = 0,18…0,25.

Обжатие стенки в захватном конусе необходимо для создания тянущих усилий в начальный момент прокатки, которые могут преодолеть сопротивление гребня валка.

Внутренний диаметр гильзы определяют исходя из того, чтобы обеспечивался необходимый зазор Др для введения в гильзу оправки раскатного стана. Разницу между d_г и д_р принимают равной 6…8 мм:

d_г = д_р + (6…8 мм). (20)

Увеличенный зазор повышает степень редуцирования гильзы на захватном участке валков до ее соприкосновения с оправкой, что может привести к возникновению внутренних дефектов в виде трещин, складок, расслоений, особенно при прокатке труб из высоколегированных сталей.

Диаметр гильзы после прошивки составляет:

D_г = д_р + 2·[S_р + (1 + k)·h] + Дг, (21)

где Дг - зазор для введения оправки в гильзу.

Для расчета коэффициентов вытяжки используют формулы:

µ_п=F_з/F_г (22)

µ_р=F_г/F_р (23)

µ_к=F_р/F_к (24)

Коэффициент вытяжки в трехвалковом стане обычно находится в пределах от 1,5 до 3,2.

В стане Дишера (раскатном) рабочие валки не имеют гребня и коэффициент вытяжки составляет от 1,2 до 2,8.

Диаметр оправки прошивного стана принимают по тем же соотношениям, что и для прошивных станов других агрегатов. Диаметр заготовки выбирают d_з ? D_г, округляя до ближайшего стандартного значения. На агрегатах с трехвалковым раскатным станом коэффициент вытяжки при прошивке составляет 1,3…2,1, на агрегатах со станом Дишера - 1,5…3,5.

В таблице прокатки указывают данные, необходимые для настройки станов. Методика определения параметров настройки прошивного стана такая же, как для аналогичных станов агрегатов с автоматическим станом.

При настройке трехвалкового стана валки располагают на одинаковом расстоянии от оси прокатки так, чтобы они образовали калибр диаметром, равным (др + 2Sр), гребни совмещают в одной плоскости, перпендикулярной оси прокатки, и устанавливают угол подачи.

Во время раскатки металл перемещается относительно оправки в осевом направлении. Ориентировочно считают, что гильза при раскатке на одну треть удлиняется по оправке вперед (по ходу прокатки) и на две трети назад.

Чтобы трубы имели одинаковую толщину стенки, разница в диаметрах одновременно работающих в комплекте оправок не должна превышать 0,3 м, а разница в диаметре одной оправки по её длине допускается не более 0,2 мм.

1.5 Расчет таблицы прокатки для труб с Dт?Sт=114?15 мм

Максимальной длиной годной части L= 11,0 м.

Наружный диаметр трубы в горячем определяется по формуле (1):

D_к = 1,011·114= 115,25 мм.

Наружный диаметр черновой трубы больше заданного на величину припуска на обточку а_п, равного 1,5…2 мм. Припуск на обточку определяют по формуле (3):

а_п = 1,2 + 0,005·114= 1,77 мм.

Тогда по формуле (2) определяют наружный диаметр черновой трубы:

D_т^черн = 114 + 1,77 = 115,77? 116 мм.

Для подшипниковых труб поле допуска по толщине стенки составляет Р_д = 12%, тогда по формулам (4) и (5) рассчитываем толщину стенки и внутренний диаметр черновой трубы:

S_т^черн = 15 + 0,5·0,12·15/100 + 0,5·1,77 = 16 мм,

d_т^черн = 116 - 32 = 84 мм.

На агрегате с трехвалковым раскатным станом D / S < 11.

Для проверки найдем величину отношения:

D_т / S_т = 116/16 = 7,25 < 11,

следовательно, возможно осуществить раскатку трубы на трехвалковом стане винтовой прокатки.

Диаметр трубы после калибровочного стана определяется по формуле (7):

D_к = 1,01 ЃE 116 = 117,16 мм.

Изменение толщины стенки при охлаждении и ее утолщение при калибровке не учитываем, тогда

S_т^черн = S_к = S_р = 16 мм.

Наружный диаметр трубы после раскатного стана определяют по формуле (8):

Dр = 115,25 + 1,75 = 117 мм.

По найденному значению Sр рассчитывают внутренний диаметр трубы после раскатного стана по формуле (9):

d_р = 117-2·16=85 мм.

Величину зазора возникшего при раскатке между трубой и оправкой находят по формуле (13):

Д = 0,03·(85+16) = 3,03 мм.

Диаметр оправки др раскатного стана вычисляем по формуле (14):

др = 0,97·85-0,03·16=82,93 мм.

Поскольку оправки изготавливают с шагом по диаметру 2 мм, примем д_р= =83 мм.

По формуле (15) определяют наружный диаметр трубы:

D_р = 83+3,03+2·16= 118,03 мм_,

а также размер калибра К, образуемого валками раскатного стана для получения заданной толщины стенки трубы определяют по формуле (16):

К = 83+2·16-5=110 мм.

где П - податливость калибра под нагрузкой; величина, зависящая от многих факторов: жесткости клети, состояния оборудования, размеров раскатываемой трубы и обжатия и т.д.; определяется обычно экспериментальным путем и может составлять от 2 до 8 мм.

Диаметр d_л вкладыша люнета оправкоизвлекателя рассчитывают по формуле (17):

d_л = 83+4=87 мм.

Размеры гильзы зависят от калибровки валков раскатного стана и, в частности, от высоты гребня. Общее обжатие по стенке в раскатном стане определяют по формуле (19):

Д S_г = (1+0,25)·10= 12,5 мм, где h - высота гребня, h = 8,0 при D < 88 мм; k = 0,18…0,25 - коэффициент, представляющий собой обжатие по стенке во входном конусе валка.

Толщина стенки определяется исходя из формулы (18):

S_г = 16+ 12,5 = 28,5 мм,

внутренний и наружный диаметры гильзы рассчитываются по формулам (20) и (21):

d_г = 83 + 7 мм = 90 мм,

D_г = 90 + 28,5ЃE2 = 147 мм.

Диаметр оправки прошивного стана д_п больше д_р на 2 мм и составляет:

д_п = 83 + 2 = 85 мм.

Диаметр заготовки выбирают из расчета:

d_з ? D_г = 156 мм.

Расчет коэффициентов вытяжки осуществляется по формулам (22), (23), (24):

µ_п= 19103,76/10604,57= 1,8

µ_р= 10604,57/5125,99= 2,1

µ_к= 5125,99/5082,09= 1,01.

Таблица 6 - Результаты расчета таблицы прокатки для трубы с Dт?Sт=114?15 мм.

Чистовые размеры трубы, мм	Черновые размеры трубы, мм	Диаметр заготовки, мм	Общий коэффи т циенвытяжки	Прошивной стан	Раскатной стан	Диаметр трубы после калибровки
диаметр	Толщина стенки	Диаметр	Толщина стенки			Размер гильзы, мм	Диаметр оправки, мм	Коэффициент вытяжки	Диаметр трубы, мм	Высота гребня, мм	Диаметр оправки, мм	Коэффициент вытяжки
						диаметр	Толщина стенки
114	15	116	16	156	4,91	147	28,5	85	1,8	118,03	10	83	2,1	115,25



2. Специальная часть

2.1 Обзор литературы

Конструкция и условия работы оправок трехвалкового раскатного стана. Оправка раскатного стана - длинный цилиндрический стержень с проточкой на заднем конце для захвата при извлечении трубы.

На практике встречаются оправки, имеющие внутреннюю полость (труба с большой толщиной стенки). Как правило, это инструмент большого диаметра. Внутренняя полость обеспечивает лучшее охлаждение оправки водой после прокатки. Кроме того, такая конструкция позволяет значительно снизить вес, не ухудшая при этом прочностных свойств. Недостатком такого инструмента является сложность его изготовления - чрезвычайно сложно получить толстостенную трубу большого диаметра и длиной более 10-12 метров [1, 3-6].

Длинная оправка состоит из следующих частей: наконечник, оправка (рабочая часть), удлинитель, хвостовик. В процессе работы, с нагретым металлом контактирует только рабочая часть и она воспринимает все нагрузки как тепловые, так и силовые. Удлинитель служит исключительно для увеличения длины оправки. Он соединяется с рабочей частью с помощью замка, который в процессе раскатки воспринимает тянущие усилия. Хвостовик необходим для удержания оправки в процессе роботы, а так же для извлечения оправки из черновой трубы.

Стойкость рабочей части оправки составляет 500-2000 прокатанных труб. После чего она отправляется на переточку на меньший размер. Срок службы удлинителя и хвостовика значительно больше и ограничивается лишь техническим состоянием соединений [1,10,11].