Состояние и перспективы развития трубной промышленности в мире

Типовые схемы расположения оборудования ТПА 140, ТПА 400 и ТПА 140 со станом-тандем приведены ниже. Принципиальное различие в планировочных решениях того или иного агрегата заключается в том, что оборудование агрегатов с автоматическим станом имеет каскадное расположение, а со станом-тандем - осевое.

 

 

 

 

 

 

 

 

Типовая схема с каскадным расположением оборудования ТПА 140:

1 - загрузочная машина;  
2 - кольцевая печь;  
3 - выгрузочная машина;  
4 - подводяший рольганг;  
5 - зацентровшик заготовок;  
6 - наклонная решетка перед прошивным станом;  
7 - прошивной стан;  
8 - выходная сторона прошивного стана;  
9 - печь для подогрева гильз;  
10 - автоматический стан;  
11 - риллинг-станы;  
12 - калибровочный стан;  
13 - подогревательная печь;  
14 - редукционный стан;  
15 - охладительный стеллаж; 

16 - правильные станы

 

 

 

 

 

Типовая схема расположения оборудования ТПА 400: 
1 - нагревательные печи;  
2 - первый и второй прошивные станы;  
3 - подогревательная печь;  
4 - автоматический стан;  
5 - риллинг-станы;  
6 - калибровочный стан; 
7 - охладительный стеллаж;  
8 - правильные машины

Раскатка гильзы в  трубу в автоматическом стане осуществляется, как правило, в два прохода. Входная сторона автоматического стана обычно оборудована пневматическим вталкивателем, с помощью которого осуществляется задача гильзы в валки. Входная сторона станов продольной прокатки-тандем имеет в своем составе задающие фрикционные ролики. В обоих случаях труба перед вторым проходом в автоматическом стане или перед второй клетью стана-тандем должна быть скантована на 90° для того, чтобы выпуски на трубах попадали в вершину калибра при последующей продольной раскатке труб.

После каждого прохода  оправку удаляют со стержня, а  рабочие валки разводят для передачи трубы на входную сторону автоматического  стана. Возврат трубы на входную  сторону осуществляется роликами обратной подачи (РОП), которые расположены на выходной стороне стана и имеют направление вращения, противоположное направлению вращения рабочих валков. Валки автоматического стана обычно многоручьевые с разными калибрами, что позволяет без перевалки прокатывать трубы различных диаметров. С этой целью передний стол может перемещаться и устанавливаться таким образом, чтобы ось входной стороны совпадала с осью требуемого калибра. Длина выходной стороны автоматического стана определяет наибольшую возможную длину прокатываемых труб и в современных установках достигает 12-16 м.

Раскатанная в автоматическом стане труба по наклонной решетке  или отводному рольгангу, а иногда с помощью шлепперного устройства передается к одному из двух риллинг-станов.

Риллинг-станы (обкатные машины) предназначены для раскатки выпусков на поверхности труб, устранения продольных рисок на внутренней поверхности и снижения продольной и поперечной разностенности труб. При риллинговании обычно увеличивается диаметр трубы, устраняется ее овальность; изменение диаметра трубы и ее толщины стенки во многом зависит от сортамента прокатываемых труб, режимов риллингования, калибровки технологического инструмента и конструкции обкатных машин.

Трубы после риллингования  поступают по рольгангу в калибровочный стан. В состав всех трубопрокатных агрегатов с автоматическим станом (станом-тандем) входят калибровочные и редукционные станы непрерывного типа, которые по конструкции рабочих клетей могут быть двух- и трехвалковыми. В последнее время получили широкое распространение трехвалковые редукционно-калибровочные станы. Основная цель операции калибрования труб - обеспечение получения труб необходимого диаметра с высокой точностью геометрических размеров.

Увеличение числа клетей калибровочных станов существенно повышает маневренность, позволяет унифицировать калибры оправочных станов продольной прокатки, сократить количество типоразмеров заготовок. Привод валков по клетям может быть индивидуальным, групповым или дифференциально-групповым.

Современные агрегаты малого типа имеют в своем составе два редукционных стана, один из которых условно называют калибровочным. Компоновку оборудования этого участка выполняют таким образом, что одну подогревательную печь можно использовать для прокатки труб как в редукционном, так и в калибровочном станах. В современных трубопрокатных агрегатах находят применение индукционные подогревательные печи. В составе малых трубопрокатных агрегатов (в частности, со станом-тандем) проходные индукционные печи устанавливают перед калибровочным и редукционным станами.

В современных ТПА 140 обычно устанавливают редукционные станы, работающие с натяжениями (редукционно-растяжные  станы). Несмотря на то, что длина  черновых труб не превышает 12-16 м, редуцирование  с натяжением оказывается эффективным, и целесообразность указанного процесса возрастает в связи с разработкой технологии получения труб с утоненными концами перед редуцированием, частично компенсирующими последующее утолщение и существенно уменьшающими величину обрези труб.

На трубопрокатных агрегатах старого типа процесс редуцирования осуществляется без натяжения, в результате чего происходит некоторое утолщение стенки.

При редуцировании с  натяжением длина труб достигает 50-60 м. Для их разрезки на заданные длины  и отрезки утолщенных концов в потоке за редукционным станом устанавливают летучие пилы. После разрезки трубы по рольгангу передаются на охладительные столы цепного типа, которые, кроме основной функции (охлаждения труб), выполняют еще и дополнительную - распределение труб по поточным линиям отделки.

Охлажденные трубы поступают  в одну из поточных линий отделки. Если трубы не подвергаются термической  обработке, то их сначала правят в 5-7-валковых правильных машинах. Если же трубы подвергают термической обработке, то правят уже термообработанные трубы.

После правки обрезают утолщенные и разлохмаченные концы труб, режут  трубы на требуемые длины и  торцуют их концы. Далее трубы  передают на участок продувки для  удаления стружки. В дальнейшем трубы  поступают на инспекционные столы для контроля качества. Трубы, удовлетворяющие требованиям ГОСТа и техническим условиям, маркируют, пакетируют и передают на склад готовой продукции. Трубы, не соответствующие предъявляемым требованиям, подвергают ремонту и вновь контролю качества. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Производство труб на агрегатах с непрерывным станом

На современных трубопрокатных агрегатах ТПА с непрерывным станом производят бесшовные трубы диаметром от 16 до 426мм с толщиной стенки 2,0-25 мм из углеродистых, низко- и высоколегированных сталей.

Отличительный признак непрерывной прокатки - одновременная деформация металла трубы в нескольких последовательно расположенных клетях. Клети непрерывного стана оказываются взаимосвязанными друг с другом через прокатываемую трубу и оправку.

К преимуществам ТПА непрерывной прокатки следует отнести: 
- деформация металла трубы в нескольких последовательно расположенных клетях; 
- возможность прокатки черновых труб большой длины (до 33 м); 
- высокая скорость прокатки (до 6,5 м/с); 
- благоприятные условия деформации металла в непрерывном стане; 
- минимальные технологические отходы; 
- расположение оборудования, удобное для автоматизации технологических операций.

Раскатка труб на этих агрегатах производится в круглых калибрах непрерывных станов на длинной оправке: плавающей (традиционный способ), удерживаемой и перемещающейся с заданной скоростью. Долгие годы развитие традиционного способа непрерывной прокатки сдерживалось по следующим причинам: 
1) ограничение длины передельной трубы до 30 м;  
2) увеличение массы оправки с возрастанием диаметра трубы;  
3) максимальная (по условиям изготовления) длина оправки 20 м;  
4) усложнение извлечения оправки из-за толщины стенки.

В отечественной и  мировой практике разработаны способы непрерывной прокатки на удерживаемой оправке с перемещением ее в направлении прокатки со скоростью, равной скорости прокатки в первой клети стана (частично удерживаемой оправкой). Указанные способы благодаря равномерной деформации металла по всей длине трубы позволяют:  
- получать трубы с равномерным диаметром и толщиной стенки; 
- уменьшать длину и износ оправки; 
- создавать нормальный тепловой режим их работы.

Для достижения хорошего качества внутренней поверхности труб и увеличения срока службы оправок  выбирают скорость оправки всегда равной или большей скорости выхода прокатываемой трубы из первой клети стана, а относительную скорость между трубой и оправкой - на уровне скоростей, принятых в непрерывных станах с плавающей оправкой.

Технологический процесс  производства труб на агрегате с непрерывным  станом состоит из следующих основных операций:  
- подготовки заготовки к прокатке; 
- нагрева заготовки; 
- прошивки заготовки в гильзу; 
- прокатки гильзы в «черновую» трубу на непрерывном стане; 
- извлечения оправки из «черновой» трубы; 
- подготовки трубы перед редуцированием; 
- прокатки трубы на редукционно-растяжном стане или калибрование трубы на калибровочном стане; 
- горячей или холодной резке труб; 
- отделочных операций.

 

Производство труб на агрегатах с пилигримовым станом

На агрегатах с пилигримовым станом получают трубы диаметром 21-720мм и толщиной стенки 2,5-80 мм.

Процесс изготовления труб на современных агрегатах с пилигримовыми  станами состоит из следующих основных операций:  
- подготовки слитков к прокатке;  
- нагрева слитков;  
- прошивки слитков в стаканы на прессе;  
- подогрева стаканов;  
- раскатки стаканов и прошивки донышка;  
- прокатки на пилигримовых станах;  
- горячей обрезки и разрезки труб;  
- подогрева труб;  
- прокатки труб в калибровочном или редукционном станах.

На ТПА с пилигримовым станом немодернизированного типа слитки прошивают на станах винтовой прокатки, отсутствуют операции подогрева и раскатки заготовки перед пилигримовым станом.

Современный агрегат  имеет в своем составе две  кольцевые или туннельные печи, горизонтальный или вертикальный прошивной пресс, кольцевую печь для подогрева стаканов, стан-элонгатор, две пилигримовые клети с устройством для внестановой зарядки дорнов, режущие устройства, подогревательную печь и калибровочные или редукционные станы.

В качестве исходной заготовки применяют слитки круглого, многогранного, квадратного сечений, катаную круглую заготовку и блюмы, а также непрерывнолитую заготовку. Выбор конкретного типа заготовки обусловлен оборудованием, входящим в состав конкретной пилигримовой установки, но возможно и обратное: состав оборудования установки иногда определяется типом применяемой исходной заготовки.

На ТПА старого типа применяют слитки, имеющие сечение  круглое или многогранное со скругленными ребрами. Использование многогранных слитков при производстве труб больших размеров, для которых требуется слиток диаметром более 400 мм, приводит к уменьшению брака по продольным трещинам и улучшению качества труб. При этом неправильный выбор сечения многогранника может привести при валковой прошивке к появлению спиральной наружной плены, идущей по закатанным и свернутым ребрам слитка.

 

Производство труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом

Доля труб, производимых на агрегатах с трехвалковым раскатным станом, в отечественном трубном производстве не превышает 8% всего объема производства бесшовных горячекатаных труб. Однако они имеют существенное преимущество - возможность получения труб с высокой точно¬стью по толщине стенки и наружному диаметру, в 2-2,5 раза превышающей точность труб, получаемых другими способами горячей прокатки, что можно объяснить наличием в составе ТПА только станов винтовой прокатки (в отдельных случаях в состав агрегата входят 5-14-клетевые калибровочные станы продольной прокатки); прошивного, раскатного и калибровочного. Наличие в составе агрегата станов винтовой прокатки предопределяет высокую маневренность, так как отпадает необходимость в перевалках валков при переходе на прокатку другого типоразмера труб.

ТПА с трехвалковым раскатным  станом применяют для производства толстостенных труб, используемых в машиностроении с отношением диаметра к толщине стенки D₀/S₀ = 11,5. Несмотря на различные попытки расширения возможностей станов получать тонкостенные трубы 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 нормально осуществлять раскатку.

Технология прокатки труб на агрегатах с трехвалковым раскатным станом состоит из следующих  основных операций:  
- подготовка заготовок к прокатке (разрезка длинных заготовок - штанг на мерные длины); 
- нагрев заготовок до температуры 1100-1250 °С в зависимости от марки стали; 
- прошивка заготовок в станах винтовой прокатки в полые толстостенные гильзы; 
- раскатка гильз на длинной оправке в трехвалковом раскатном стане винтовой прокатки; 
- извлечение оправки на цепном оправкоизвлекателе; 
- подогрев труб в подогревательной печи; 
- калибровка труб по диаметру на калибровочных станах; 
- охлаждение труб воздухом и водой с помощью спрейеров.

Отделочные операции включают термическую обработку: структурный отжиг, металлографический контроль образцов, правку, обрезку концов, обточку по наружной поверхности, разрезку, приемку и сдачу продукции. Поскольку основные станы ТПА (прошивной, раскатной и калибровочный) относятся к станам винтовой прокатки, то переход к прокатке труб другого размера осуществляется без замены валков.