Трубні стани

Виробництво металевих труб характеризується великим різноманіттям різних способів їхнього виготовлення.

У ході науково-технічного прогресу деякі із цих способів відмирають, їх заміняють нові, більш удосконалені технологічні процеси, число яких з кожним роком росте. Відповідно до зростаючих запитів народного господарства, з одного боку, збільшується сортамент труб і підвищуються вимоги, пропоновані до їхньої якості; з іншого боку, ріст загального споживання труб висуває завдання по створенню більше продуктивних технологічних процесів і нових трубних станів.

Металеві труби необхідні майже у всіх галузях народного господарства, але розміри і якість їх різні. Наприклад, у машинобудуванні вони потрібні як елементи самої конструкції, а також для гідравлічних, мастильних, пневматичних і інших систем. Труби певного сортаменту і якості особливо потрібні в нафтовій і газовій промисловості. Комунальне й житлове будівництво теж потребує труби для водопроводів, опалювальних систем і газопроводів.

Рисунок 14.9 – Схема стана для виробництва двотаврових балок радіочастотним зварюванням:

1 – накопичувач низькотаврових профілів; 2 – стикозварювальна машина;

3 – розмотувач рулонні смуги для стінки балок; 4 – правильна машина;

5 – машина, що подає; 6 – вигинальні ролики;

7 – зварювальна машина; 10 – пила;

8 – машина для осаджування крайок, що зварюються; 11 – стелаж для балок.

9 – машина для зміцнення зварених швів і для зняття ґрата;

Ріст випуску труб випереджає виробництво інших видів металевих виробів і, зокрема, прокату.

Сполучення різноманіття вимог, пропонованих до металевих труб, і технологічних процесів з інтенсивним розвитком обсягів виробництва труб висуває цю галузь технології металів і обслуговуючу її галузь металургійного машинобудування в ряд найцікавіших галузей інженерної творчості.

Існує кілька класифікацій технологічних процесів виробництва металевих труб, головною з яких варто вважати класифікацію по основних виробничих операціях, якими є:

1) зварювання зі смуги або листа;

2) прокатка із прошиванням;

3) пресування видавлюванням;

4) волочіння;

5) пайка зі смуги.

Ця класифікація, однак, має недолік: в ряді випадків ті самі труби обробляються декількома із цих способів. Так, наприклад, зварені труби можуть піддаватися волочінню з метою зменшення діаметра й товщини стінки й підвищення якості труб. Тому з'явилася інша класифікація по виробничій ознаці або комплексу технологічних вимог, пропонованих до трубних станів і їхніх машин:

1) трубозварювальні стани з наступним редукуванням або без нього;

2) трубопрокатні (для гарячої прокатки);

3) трубопресові для гарячого пресування;

4) стани для пайки труб;

5) стани для обробки труб або другого їхнього переділу (холоднопрокатні, волочильні й холодні пресування).

У області створення трубних станів досягнуті значні успіхи.

Трубо-продольно-електро-зварювальні безперервні стани. Перші радянські стани для безперервного зварювання труб з рулонної смуги були створені ще на початку 50 -х років ВНДІметмашем (тоді ЦКБММ) під керівництвом П. И. Соловйова. Ці стани призначені для виробництва труб малого діаметру (10–60 мм) методом контактного зварювання з обертовим трансформатором. Перші два стани були виготовлені на Дослідному заводі ЦНДІВмаша й установлені на Нижньодніпровському трубному заводі ім. К. Либкнехта.

Стани виявилися досить ефективними, тому що на них було освоєно виробництво сталевих труб з меншою товщиною стінки й з більш низьким коефіцієнтом витрати металу в порівнянні з безшовними. Після випробування станів було налагоджено їхнє серійне виробництво на Ленінградському металевому заводі (близько 20 шт.).

Наприкінці 50-х років ці стани були переведені на зварювання з нагріванням крайок, що зварюються, струмами високої частоти (~450 тис. Гц), що дозволило підвищити швидкість зварювання і якість звареного з'єднання.

Введення цього способу зварювання, названого радіочастотним, зіграло велику роль у подальшому розвитку виробництва поздовжньо-шовних труб діаметром до 500 мм із рулонної сталі. Для цієї мети на ЕЗТМ створено кілька станів і, зокрема два стани 530, що працювали на Новомосковському й Виксунському трубних заводах.

Наступним великим кроком у розвитку трубоелектрозварювальних безперервних станів стало їхнє об'єднання з редукційними станами в одному потоці, без проміжного розрізування труб.

Перший у світовій практиці стан такого типу був створений ВНДІметмашем і встановлений наприкінці 50-х років на заводі «Лентрубосталь». Труба при виході із трубоелектрозварювального стану нагрівається індуктором і потім без розрізування надходить у редукційний трьохвалковий стан, де редукується з розтяганням. Завдяки тому, що відбувається редукування нескінченної труби, потовщені кінці повністю відсутні, а процес самого редукування характеризується стабільністю. Після редукування труби ріжуться на мірні довжини.

За цією технологією відбувається зварювання труб найбільшого діаметру; отже, при виготовленні труб малого діаметру продуктивність стану в метрах підвищується. Нагрівання труби перед редукуванням заміняє її нормалізацію, а завдяки редукуванню підвищується якість труб.

Подальший розвиток трубозварювальних станів для поздовжнього зварювання передбачається з метою виробництва труб, що характеризуються більш високим відношенням діаметра до товщини стінки – порядку 80–120 і вище.

Необхідно при цьому розширити діапазон виробництва виготовлених труб без наступних операцій холодної прокатки або волочіння, для чого, крім застосування необхідного матеріалу для холоднокатаної стрічки, буде потрібно підвищення якості звареного з’єднання й наступне редукування в холодному стані.

Трубні стани для грубного зварювання. Першими у світовій практиці з’явились стани Фрец-Муна для грубного зварювання труб з рулонної смуги. Вони складалися із двох розташованих поруч груп; одна для згортання смуги в трубу і її зварювання, а друга – для редукування й калібрування. У цю другу групу труба надходила після розрізування.

В 50-х роках при розробці стану для грубного зварювання у ВНДІметмаші було ухвалене рішення розмістити обидва стани послідовно й редукування труб здійснювати відразу після формування до їх розрізування. При цьому процесі краще зберігається тепло труб, у зв'язку із чим досягається редукування з більш високими витяжками, а саме головне – процес редукування в цьому випадку стає повністю безперервним (нескінченним), що дозволяє застосувати більш високі натяги й знизити товщину стінки. Крім того, при нескінченному процесі усуваються відходи на потовщені кінці.

Застосування такого прогресивного процесу повністю себе виправдало. Вперше у світовій практиці тоді швидкість виходу труб досягла 8 м/с.

Рисунок 14.10 – Схема безперервного трубозварювального стана:

1 – стикозварювальна машина; 13 – транспортер;

2 – нагрівальна піч; 14, 15 – трубонарізний верстат;

3 – формовочно зварювальний стан; 16 – муфтонаверточний верстат;

4 – редукційно розтяжний стан; 17 – бунтоприймач;

5 – летючі ножиці; 18 – правильно розмотувальна машина;

6 – диференціальна стрілка; 19 – летючий відрізний верстат;

7 – кліть, що подає; 20, 22 – трубоправильні машини;

8 – летюча пилка; 21 – ділильний пристрій;

9 – моталка; 23 – дефектоскоп;

10 – бунтов’язальна машина; 24 – трубопідрізний верстат;

11 – зіштовхувач бунтів; 25 – машина, що промаслює;

12 – конвеєр для охолодження бунтів; 26 –машина для пакетування труб.

У наступні роки ВНДІметмашем разом з ЕЗТМ розроблений новий тип стану для грубного зварювання (рис. 14.10), що відрізняється від раніше створених можливістю прокатки труб менших діаметрів до 3/8" (10 мм), більш глибоким редукуванням з витяжкою до 14, змотуванням дрібних труб у бунти, що дало можливість підвищити швидкість виходу труб до 20 м/с.

Стани для зварювання газопровідних труб діаметром 1420 – 1620 мм. Вихідним матеріалом при виробництві цих труб служить листовий або смуговий прокат з малолегованої сталі приблизно наступного складу (не більше): 0,12% С, 0, 55% Si; 1,9% Μn; 0,03% Ρ; 0,025% S; 0,1% V; 0,1% Ni. Межа текучості ≥ 480 Н/мм²; межа міцності 600/750 Н/мм², подовження δ₅ ≥ 18, ударна в’язкість при 0°С и біля ≥ 31.

З різних способів виробництва газопровідних й іншого призначення труб найбільшої уваги заслуговують ті способи, при яких як вихідний матеріал використовують рулонну смугу, прокатану на смугових безперервних станах. По-перше, ці смуги на 7–10% дешевше, ніж окремі листи, отримані на товстолистових станах типу тандем, а по-друге, їх можна прокатувати з меншим полем допусків, завдяки чому труби будуть мати меншу різностінність.

Коли діаметр труби перевищує b:π, де b – ширина смуги, тобто практично він перевищує 600 – 700 мм, ефективні результати дає згортання смуги по гвинтовій лінії й зварювання спірального шва, що при цьому утворюється. Переваги такого способу в порівнянні з поздовжньо-шовним зварюванням полягають у наступному. Шов у цьому випадку менш навантажений; для процесу формування потрібна більш проста машина, ніж для поздовжньо-шовного зварювання, і процес цей може бути безперервним, навіть для труб діаметром до 2,5 м.

Перший радянський спірально-шовний стан був спроектований ВНДІметмашем під керівництвом А.А.Саричева, виготовлений ЕЗТМ і пущений наприкінці 1951 р. на Ждановському металургійному заводі. На цьому стані за допомогою дугового зварювання було налагоджене виробництво труб зі спіральним швом діаметром 426-630 мм із товщиною стінки 6–7 мм. Паралельно ВНДІметмашем був побудований експериментальний стан для дугового спірального зварювання труб діаметром 150–180 мм, що після закінчення дослідних робіт був переданий в один з радгоспів Курської області, де на цьому стані було налагоджене виробництво тонкостінних поливних труб.

Надалі з метою підвищення надійності звареного з’єднання було розроблено разом з Інститутом електрозварювання ім. Е.О.Патона двостороннє дугове зварювання труб зі спіральним швом.

Крім двостороннього, спірального зварювання рулонних смуг виробництво труб діаметром 1420-1620 для магістральних газопроводів розвивається також і іншими способами:

1) формуванням елементів труб з окремих листів довжиною 12 м і шириною, рівною ½ периметра перетину труби, з наступним їхнім з'єднанням дуговим двостороннім зварюванням і експандируванням. Формування може здійснюватися не тільки на пресах, але й на профілегибочних станах;

2) спіральним дуговим двостороннім зварюванням з окремих листів, що стикуються, у нескінченну смугу. З погляду рівного навантаження обох швів як стикового по вихідній смузі, так і поздовжнього, доцільно, щоб ці шви мали однаковий нахил до осі труби (приблизно на 45°). Тоді оптимальна ширина смуги повинна бути в 2,23 рази більше діаметра труби. При цьому, чим ширше смуга, тим вище продуктивність стана.

Вихідними матеріалами для обох зазначених способів є не рулонна смуга, а листи, які, як відзначалося вище, на 7–10% дорожче. У зв'язку із цим обидва ці способи навряд чи можна визнати перспективними.

Рисунок 14.11 – Схема стану для виробництва двошарових спірально-шовних труб для магістральних газопроводів:

1 – розмотувач; 7 – ролики, що подають;

2 – правильна машина; 8 – рольганг;

3 – ножиці для відрізки кінців; 9, 10, 11– машини, що подають;

4 – стикозварювальна машина; 12 – формувальна машина;

5 – дискові ножиці для відрізки бічних крайок; 15 – відрізна машина;

6 – механізм для підготовки крайок для зварювання; 16 – рольганг, що повертається.

13, 14 – зварювальні апарати (внутрішній й зовнішній);

Великий інтерес представляє спосіб виготовлення труб діаметром до 2520 мм з рулонної смуги, двошаровими, за допомогою дугового спірального зварювання. У цьому випадку у формувальну машину одночасно подаються дві смуги, накладені одна на іншу (рис. 14.11).

Із всіх освоєних способів виробництва газопровідних труб найбільшої уваги заслуговує спіральне зварювання двошарових труб. У цьому випадку як вихідний матеріал може бути використана більш тонка рулонна смуга, що не тільки дешевше в порівнянні з окремими листами, але й відрізняється більш високою міцністю, тому що за інших рівних умов міцність тонких листів завжди вища, ніж товстих. Тому двошарова труба повинна бути міцніше одношарової при однаковій товщині стінок. Ця перевага двошарових труб була доведена спеціальними дослідженнями міцності двошарових спірально-шовних труб діаметром 2520 і 1420 мм.

Дослідження показали, що руйнування двошарових труб не є крихким; можна зробити висновок, що цей метод виробництва труб для газопроводів найбільш прогресивний, тому що завдяки наявності двох шарів забезпечується значно більша міцність цих труб у порівнянні з одношаровими.

При дослідженні міцності труб різної конструкції був зроблений висновок, що високу міцність, особливо в умовах північних районів, має багатошарова труба. Тому Інститутом електрозварювання ім. Е.О.Патона разом із ВНДІметмашем і ЕЗТМ розроблена технологія виробництва газопровідних труб, у яких стінка складається з п'яти й більше смуг, накладених одна на одну, а також трубозварювального стану, необхідного для цієї мети. На цьому стані налагоджене виготовлення багатошарових труб. Досвід його конструювання й експлуатації дають необхідну інформацію для наступного розвитку виробництва багатошарових труб у великих масштабах і створення відповідного устаткування.

Стани для виробництва зварених особливо тонкостінних труб з відношенням діаметра до товщини стінки більше 100 – 200. Формування труб з таким великим відношенням діаметра до товщини стінки значно простіше здійснюються із застосуванням спірального шва, ніж поздовжнього. Для виробництва труб діаметром від 150 до 1000 мм одержав поширення спосіб з використанням радіочастотного (або стиковий, або внахльост) зварювання крайок з роздавлюванням шва.

Вихідним матеріалом для труб з товщиною стінки менш, ніж 1,5–2,5 мм, служить холоднокатана смуга, а більше 2,5–3,5 мм – гарячекатаний штрипс. Цей спосіб реалізований на декількох спеціально для цієї мети створених ВНДІметмашем станах досить простої і малогабаритної конструкції. Ці стани успішно працюють на Луганському трубному заводі ім. Якубовского, на Новолипецькому металургійному заводі й інших підприємствах з виробництва тонкостінних труб для меліорації.

Трубопрокатні стани застосовують для виробництва багатьох видів сталевих труб, які не вдається або менш вигідно робити звареними.

Рисунок 14.12 – Схема трубопрокатного довгооправочного стану (агрегати з безперервним станом) 30–102:

1 – прийомні ґрати завантажувальної ділянки; 9 – нагрівальні індукційні печі;

2 – секційні печі швидкісного нагрівання; 10 – калібрований стан;

3 – ділильні ножиці; 11 – редукційний стан;

4 – прошивний стан; 12 – летючі ножиці;

5 – ділянка охолодження оправлень;

6 – безперервний стан; 13 – дискова стаціонарна плита для розрізування труб;

7 – витягувач оправлень; 14 – барабанний скидач труб;

8 – дискова пилка для відрізання задніх кінців; 15 – холодильник.

З найцікавіших трубопрокатних станів слід зазначити два типи:

1) довгооправочний безперервний (рис. 14.12), введений в дію на Першоуральському та Нікопольському трубних заводах;

2) короткооправочний тандем (трубний завод ім. К. Либкнехта у Дніпропетровську й у Сичарську).

Стани цих обох систем варто визнати найбільш продуктивними й найефективнішими при виробництві безшовних труб діаметром до 150 мм.

Довгооправочні стани в основному призначаються для прокатки великих партій тонкостінних труб. Головні їхні переваги полягають у наступному:

1) на безперервному довооправочному стані вдається прокатувати труби з меншою товщиною стінки й більш високої якості, ніж на станах типу Штифеля;

2) безперервний стан характеризується набагато більшою продуктивністю. Завдяки освоєнню прокатки на безперервному стані подовжених труб, довжина яких становить близько 28 м, і застосуванню підвищених швидкостей прокатки річна продуктивність на стані 30–102 Першоуральського заводу перевищує 650 тис. т;

3) збільшена довжина труб, що прокатуються на безперервному стані, сприяє підвищенню ефективності застосування редукційних розтяжних станів. У цьому випадку знижуються питомі відходи на кінці зі стовщеною стінкою, а процес зменшення товщини стінок кінців вихідної труби, що успішно застосований на довгооправочному стані, відбувається більш стабільно.

Позитивний досвід експлуатації безперервних довгооправочних станів Першоуральського й Нікопольського заводів дозволяє зробити висновок, що вітчизняній промисловості необхідний третій довгооправочний безперервний стан, призначений для прокатки труб трохи більшого діаметра, порядку 40–140 або 40–160 мм. З огляду на те, що на цьому стані представляється можливим збільшити довжину труб, що прокатуються, приблизно до 40–50 м, на безперервному стані продуктивність усього агрегату може бути доведена до 1,2–1,4 млн. т/рік.

Короткооправочні стани тандем системи ВНДІметмаша й ЕЗТМ можуть виявитися вигідніше безперервних станів для виробництва безшовних труб при великій кількості замовлень різного сортаменту. На цих станах перехід із прокатки труб одного діаметра на іншій простіше, ніж у безперервних.

У порівнянні з короткооправочними станами системи Штифеля, ці стани відрізняються більшими перевагами.

Уперше у світовій практиці при виробництві безшовних труб на згаданих короткооправочних станах тандем вдалося здійснити прямий потік руху труб на всіх операціях при їхній обробці: прошиванню, поздовжній прокатці на короткому оправленні у два проходи без зворотного руху, розкочуванню (риллингованню) і калібруванню (рис. 14.13). Крім цієї потоковості в русі труб, що забезпечила надійну автоматизацію й більш зручне обслуговування всього стану, він характеризується ще однією великою перевагою. У ньому для поздовжньої прокатки завдяки виключенню зворотного руху труби й необхідності для цієї мети розсування валків вдалося застосувати робочі кліті напруженої, тобто жорсткої конструкції. Ефект, досягнутий у результаті застосування цих клітей, виявився досить істотним. Точність труб, що прокатуються, значно підвищилася.

Характеристика перших двох станів, виконаних по цій схемі, наведена нижче.

Вихідна заготовка, мм:

діаметр.............................................................. 100–150

довжина............................................................ 800–4000

Розмір труб, що прокатуються, мм:

діаметр.................................. 33–146

товщина стінки..................... 3,25–18

довжина................................ до 13 500

Продуктивність стана, т/рік.............. 220 000

Створення таких короткооправочних станів тандем – значний крок у розвитку трубопрокатних станів, і вони безсумнівно замінять стани типу Штифеля. Створення такого стану для труб діаметром до 400 мм стане одним з найближчих завдань конструкторів.

Стани для холодної прокатки труб. Існуючі стани для холодної прокатки труб валкового типу періодичної дії або так звані стани рокрайт не дозволяли прокатувати труби з малою товщиною стінки й цілком гладкою поверхнею.

Тому ВНДІметмашем приділена велика увага створенню нової технології холодної прокатки труб.

Почавши роботу в цьому напрямку ще наприкінці 40-х років, ВНДІметмашем вже в 1951 р. був побудований і успішно уведений у лад на Нікопольському південнотрубному заводі перший дослідно-промисловий стан оригінальної конструкції, що дозволяє одержувати поверхні високої якості по чистоті й точності геометричних розмірів труби з товщиною стінки до декількох сотих часток міліметра. В 1959-1960 р. у СРСР було пущено два великих цехи, оснащених новими станами цього типу, що дозволило в той час повністю забезпечити потребу народного господарства в холоднодеформованих

Рисунок 14.13 – Схема трубопрокатного короткооправочного стана (агрегату) тандем системи ВНДІметмашу й ЕЗТМ: 1 – кільцева піч; 2 – прошивний двохвалковий стан; 3 – перша й друга кліті тандем; 4 – обкатані трьохвалкові кліті; 5 – індукційні нагрівачі; 6 – калібрований стан; 7 – редукційний стан; 8 – летюча пилка.

прецизійних тонкостінних трубах діаметром від 8 до 120 мм. Ці стани спочатку виготовляли на Дослідному заводі ВНДІметмашу, а потім було налагоджено їхнє серійне виробництво на АЗТМ.

Особливості принципово нового процесу холодної прокатки труб роликами (ХПТР), що забезпечили рішення складної технічної проблеми, полягають у тім, що як робочий інструмент використовують валки-ролики малого діаметру без підшипникових опор, що розгортають метал трубної заготовки на гладкому циліндричному оправленні. Завдяки застосуванню в робочій кліті трьох і більше роликів різко зменшується глибина врізання струмка, що дозволяє звести до мінімуму ковзання між металом труби й роликом, а це й обумовлює високу чистоту поверхні труб, що прокатуються.

Ролики своїми короткими цапфами опираються на профільовані планки, укладені в масивну товстостінну обичайку, що є одночасно й корпусом робочої кліті. Для системи ролик – опорна планка – робоча кліть характерна більша жорсткість, на порядок перевищуюча жорсткість системи на валкових станах типу рокрайт. Завдяки цьому забезпечується висока точність готових труб.

Створення й широке впровадження унікального устаткування, що не має закордонних аналогів, у значній мірі прискорили технічний прогрес у виробництві холоднодеформованих труб. Новий процес знайшов широке визнання й за кордоном. За період з 1965 по 1974 р. тільки у високорозвинені капіталістичні страти було продало більше 50 таких станів.

Продовжується вдосконалення станів ХПТР у напрямку як розширення їхніх можливостей, так і підвищення продуктивності. Оснащення станів змінними валковими клітями різко підвищує ефективність виробництва, коли поряд з особливо тонкостінними потрібна прокатка відносно товстостінних передільних труб.

Створення більш продуктивних станів ХПТР іде по шляху збільшення числа труб, що прокатуються одночасно. Наприклад двониткових станів для готових труб діаметром від 6 до 15 мм.

Іншим напрямком, мета якого підвищити продуктивності станів для холодної прокатки труб, є збільшення швидкості прокатки. До реальних способів рішення цього завдання належить або розробка процесу безперервної холодної прокатки труб, або створення планетарного стану.

Великий інтерес представляє планетарний стан для прокатки мідних труб. Переваги цього стану, крім підвищеної продуктивності, полягають в тому, що прокатку на ньому вдалося освоїти на плаваючому оправленні без пауз зі згортанням труби при виході з валків у бунт.

Стан використовують головним чином для прокатки труб квадратного перетину з мідних сплавів. Зовнішні розміри труб становлять від 11,5×11,5 до 8×8 мм, внутрішній діаметр у межах 9,6–5,5 мм.

Дата добавления: 2015-10-21