Машины и агрегаты трубного производства: Учебное пособие для вузов

Раздел ГРНТИ: Производство труб
А.П. Коликов, В.П. Романенко, СВ. Самусев и др.
МИСИС, 1998 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.

2.1. Технологические процессы и оборудование для производства

горячедеформированных бесшовных труб
В зависимости от физико-химических свойств исходного материала, сортамента труб и требований к их качеству горячую деформацию осуществляют разными способами, каждому из которых присущи свои особенности, достоинства и недостатки. Независимо от способа производства горячедеформированных труб, технологическая схема включает следующие общие элементы: нагрев металла, получение полой заготовки (гильзы), получение черновой трубы (раскатка гильзы), окончательное формирование стенки и диаметра трубы (редуцирование или калибровка) (рис. 2.1). При этом перед каждой технологической операцией при необходимости может осуществляться подогрев трубы.
Технологические процессы производства горячедеформированных труб можно классифицировать по четырем основным признакам:
по способу получения гильзы В зависимости от вида и химического состава применяемой исходной заготовки (катаная, кованая, непрерывнолитая, слиток) процесс получения гильзы осуществляют в станах винтовой прокатки, на прессах, либо сочетанием двух процессов: получение толстостенного стакана прессованием или пресс-валковой прошивкой с последующей прошивкой донышка и раскаткой стенки гильзы в стане винтовой прокатки (стане-элонгаторе);
по способу получения черновой трубы (способ раскатки гильзы). Черновые трубы получают способами продольной прокатки в автоматическом стане, непрерывном, периодической прокатки в пилигримовом стане; винтовой прокатки преимущественно в трехвалковом стане Асселя, реже - в двухвалковом стане типа Дишера или Акку-Ролл; проталкиванием стаканов через уменьшающиеся в диаметре калибры с роликовыми обоймами в реечном стане; выдавливанием металла в кольцеобразную щель в трубопрофильном прессе;
по способу окончательного формирования геометрических размеров трубы. Окончательный размер трубы обычно получают в калибровочных или редукционных станах продольной прокатки, реже - в станах винтовой прокатки. В трубопрокатных агрегатах с автоматическим станом (станом тандем) и реечным указанной операции предшествует обкатка трубы (риллингование в стане винтовой прокатки). В отдельных трубопрокатных агрегатах, специализирующихся по производству бесшовных труб большого диаметра, на финишных операциях возможно применение станов-расширителей.
Операции получения гильз (прошивка) и чистовых труб (калибровка или редуцирование) присущи практически всем способам производства горячедеформированных труб, т.е. могут сочетаться с любым из способов получения черновой трубы (раскаткой гильзы в трубу). Поэтому указанные операции в значительной мере характеризуют технологические особенности и возможности трубопрокатного агрегата.
Наиболее полно процесс производства горячедеформированных труб характеризуется способом получения черновой передельной трубы (способом раскатки гильзы в трубу). По указанному способу агрегаты получают соответствующее название. В практике находят применение трубопрокатные агрегаты с автоматическими (станами тандем), непрерывными, пилигримовыми, раскатными станами винтовой прокатки, реечными, планетарными станами и трубо-профильными прессами (табл.2.1).
К наименованию трубопрокатного агрегата обычно добавляют цифры, характеризующие максимальный и минимальный диаметр прокатываемых труб, например: ТПА 140, 250, 400 или 4... 10", 30... 102, 50...200, и т.д. В первых трех случаях цифры указывают максимальный диаметр труб, производимых на агрегате с автоматическим станом; 4... 10", 30... 102 и 50...200 - сортамент прокатываемых труб соответственно на агрегатах с пилигримовым, непрерывным и трехвалковым раскатными станами.
Трубопрокатные агрегаты с автоматическим станом и станами тандем относятся к числу наиболее распространенных для производства бесшовных горячекатаных труб. В соответствии с сортаментом выпускаемых труб агрегаты условно делят на три типоразмера: малые, средние и большие. На малых агрегатах типа 140 прокатывают трубы диаметром 30... 159 мм с толщиной стенки 3,0...40 мм. Минимальный диаметр труб определяется технологическими возможностями редукционного стана. Средние трубопрокатные агрегаты типа 220 и 250 предназначаются обычно для производства труб диаметром 102...245 мм с толщиной стенки 3,5...50 мм. При наличии редукционных станов диапазон прокатываемых труб расширяется до минимального диаметра 60 мм. Большие трубопрокатные агрегаты 350, 400 специализируются по производству труб диаметром 127...426 мм с толщиной стенки 4...60 мм. В составе таких агрегатов отсутствуют редукционные станы.
Технологический процесс изготовления труб включает следующие операции (рис. 2.2). Нагретая до необходимой температуры заготовка выдается из печи и поступает к зацентровщику 2, в котором в центре торца заготовки делается небольшое углубление для уменьшения разностенности гильз и лучшего захвата валками прошивного стана. Затем заготовка поступает в прошивной стан 5, в котором осуществляется операция прошивки заготовки в полую гильзу. После прошивки гильза поступает в автоматический стан 4 для проведения операции раскатки гильзы в передельную (черновую) трубу. После прокатки в автоматстане на трубе образуются риски и небольшие бугры по линии разъема валков. После обкатки на риллинг-станах 5 эти риски устраняются, одновременно уменьшается разностенность труб в поперечном направлении. По окончании обкатки труба поступает в калибровочный стан б или в подогревательную печь 7 и далее к редукционному стану 8 для окончательного формирования трубы определенных размеров. На этом процесс прокатки трубы заканчивается и трубы поступают на отделочные операции.
Применение новых технологических схем (стана тандем типа 140), непрерывнолитой заготовки в сочетании с пресс-валковой прошивкой и элонгацией в станах типа 400 делает указанный процесс конкурентноспособным, а в отдельных случаях незаменимым при производстве труб с соотношением DIS, перекрывающим возможности непрерывных и реечных станов.
Трубопрокатные агрегаты с непрерывным станом в силу их значительной единичной мощности весьма перспективны для производства труб массового назначения. Применение таких станов в сочетании с непрерывнолитой заготовкой и прогрессивной технологией прошивки расширяет их технологические возможности, повышает конкурентноспособность. На этих трубопрокатных агрегатах производят трубы диаметром от 16 до 170 мм с толщиной стенки 2...25 мм преимущественно из углеродистых и низколегированных марок стали.
2.2. Технологические процессы и оборудование для производства сварных труб
В зависимости от технических требований к трубам, их сортамента, возможностей получения исходной заготовки и необходимой производительности агрегатов, используют тот или другой способ сварки и формовки заготовки, выбирают наиболее целесообразный характер протекания процесса и конструкцию изготавливаемых труб.
Способы формовки труб. Формовка (сворачивание) плоской трубной заготовки (листа, ленты, штрипса) в цилиндрическую - одна из основных операций всех технологических процессов производства сварных труб. Для осуществления процесса формовки требуются значительно меньшие энергетические затраты, чем при прокатке, что оказывает решающее влияние на технико-экономические показатели производства сварных труб.
Формовка трубной заготовки может осуществляться при обычной температуре (холодная формовка) и с предварительным нагревом металла (горячая формовка). Формовка трубной заготовки в горячем состоянии применяется при непрерывной печной сварке труб и осуществляется в приводных валках. В результате высокой пластичности нагретого металла Формовка возможна в двух парах валков с малой длиной очага формовки. Схема формовки штрипса в трубу показана на рис. 2.8.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА, ПОДГОТОВКИ И КОНТРОЛЯ ЗАГОТОВОК
3.1. Исходные трубные заготовки
Различные условия, в которых работают трубы и изделия из них, предопределяют использование большого количества сталей разных марок, цветных металлов и различных сплавов.
Анализ структуры себестоимости, например горячекатаных труб, показывает, что стоимость исходного металла составляет 75...85 % себестоимости готовых труб. Это обстоятельство накладывает повышенные требования к исходному материалу. С одной стороны металл для труб должен быть, по возможности, более дешевым, а с другой - качество этого металла должно быть достаточно высоким, обеспечивающим минимальную отбраковку труб и высокий выход годного.
Для изготовления бесшовных труб применяют слитки, непрерывнолитую и кованую заготовки, центробежнолитые гильзы (рис. 3.1).
Слитки применяются круглые, многогранные с конусностью 1,0%, массой (весом) 1,8...3,5 т, с отношением длины к диаметру слитка равным 4, для изготовления труб на агрегатах с пилигримовыми станами (рис. 3.1; табл. 3.1).
Во всех других способах производства горячекатаных труб в качестве заготовки используется только катаный металл (табл. 3.2).
Катаные заготовки имеют преимущество перед литыми: катаный металл имеет более чистую поверхность и в процессе дальнейшего технологического передела его удается более тщательно отремонтировать.
В последние годы в России и за рубежом (Германия, Англия) в качестве трубной заготовки начали использовать непрерывнолитые заготовки круглого, квадратного, прямоугольного сечения, которые используются либо непосредственно на трубопрокатных установках, либо в необходимых случаях предварительно подвергаются прокатке.
Преимущества изготовления бесшовных труб из таких заготовок следующие: отсутствие операции прошивки на стане винтовой прокатки; устранение ряда переделов при производстве трубных заготовок; возможность производства труб самых различных размеров практически из любых сталей на всех видах трубопрокатного, прессового и волочильного оборудования; возможность прокатки труб на станах ХПТ непосредственно из центробежнолитых заготовок; большая экономия металла, которая достигает 25...50 %; сокращение времени нагрева в 2,5...3 раза, расхода электроэнергии в 4...6 раз, технологического инструмента в 8... 10 раз; упрощение изготовления биметаллических труб.
5.5. Конструкция реечных станов
В настоящее время в России реечные станы в составе ТПА не используются, однако за рубежом такие станы работают в составе более чем 20 агрегатов.
Реечный стан предназначен для раскатки полого стакана или гильзы в тонкостенную трубу путем проталкивания их через ряд роликовых обойм.
Стан (рис. 5.28) состоит из следующих основных частей: станины для зубчатой, рейки, зубчатой рейки, ее привода, станины для роликовых обойм и линии для циркуляции, подогрева и загрузки дорнов. Рейка выполнена сваркой в виде балки двутаврового сечения с шевронными зубьями на верхней и нижней полках, которые находятся в постоянном зацеплении с шестернями. Применяются также зубчатые рейки в виде пластин скользящими боковыми опорными выступами по бронзовым направляющим реечного стана. В этом случае прямые зубья выполняют на нижней поверхности рейки. Такая конструкция характеризуется повышенным расходом энергии.
В первых пятнадцати обоймах расстояние между роликами не регулируется, а в остальных десяти это расстояние регулируется. Величина регулировки обойм по диаметру калибра достигает 1,6 мм. На рис. 5.29 представлена конструкция обоймы роликового стана.
ТРУБОПРЕССОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Для прессования стальных труб применяют вертикальные и горизонтальные прессы с механическим и гидравлическим приводом.
На прессах с механическим приводом вертикального типа операции прошивки заготовки и выдавливания труб осуществляется на одной прессовой установке.
На гидравлических прессах операции прошивки заготовки и выдавливания труб осуществляются отдельно. Гидравлические прессы могут быть горизонтальными и вертикальными.
Механические прессы имеют ряд существенных недостатков:
а) переменную скорость прессования, которая изменяется в течении цикла прессования от максимума до нуля, что связано с применением кривошипно-шатунной передачи;
б) ограничение величины рабочего хода пресс-штемпеля, усилия (до 8... 16,5 МН) и скорости (до 240 мм/с) прессования;
в) ограничение массы заготовки (до 60 кг) и размеров труб из-за ограниченной величины рабочего хода, скорости и усилия прессования.
Гидравлические прессы по конструкции сложнее механических, однако они свободны от недостатков, присущих механическим прессам,
В гидравлических прессах максимальная скорость прессования достигает 400 мм/с и сохраняется неизменной в течение всего рабочего хода. На гидравлических прессах можно устанавливать любые требуемые скорости прессования и величины хода. Современные гидравлические трубопрофильные прессы для производства стальных труб и профилей имеют усилия (мощность) от 16 МН до 109 МН. Известны также гидравлические прессы для получения труб и профилей больших сечений усилием до 300 МН. Масса заготовок, используемых на этих прессах, составляет 13,6 т.
6.1. Вертикальные прессы для прошивки и экспандирования
Механические прессы. На механических прессах совмещены операции прошивки и выдавливания трубных заготовок. Механические прессы имеют переменную скорость прессования, а применение в качестве смазки смеси масла с графитом приводит к науглероживанию поверхности труб. Поэтому вертикальные механические прессы не применяют для изготовления труб из нержавеющих и высоколегированных сталей и труднодеформированных сплавов.