white line white line
Заявки на оборудование просьба присылать в технический отдел на e-mail info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86
white line

Изготовление оборудования для бесшовных труб производится
на заводах в Швейцарии, Турции и Кореи

Технология и оборудование для производства бесшовных труб

Швейцарская производственно-инжиниринговая компания ENCE GmbH (ЭНЦЕ ГмбХ) образовалась в 1999году, имеет 16 представительств и офисов в странах СНГ, предлагает оборудование и комплектующие с производственных площадок в Турции и Республике Корея, готова разработать и поставить по Вашему индивидуальному техническому заданию оборудование для производства бесшовных труб.

Сортамент марочный и размерный и его особенности. Типы агрегатов, их состав

Линии со станами с автоматической системой управления являются наиболее широко применяемыми при выпуске бесшовных труб. Эти станы обладают высокой маневренностью, универсальностью и производительностью. Современная промышленность выпускает трубы из углеродистых сортов стали и сплавов средней и высокой степени легирования, а также из жаропрочных, коррозионностойких сталей. Выпуск этой продукции осуществляется на ТПА, оснащенных автоматическим станом. Здесь в большом объеме выпускаются:

  • трубы для нефтяной отрасли промышленности (обсадные, бурильные, для насосных и компрессорных установок);
  • для нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей сфер промышленности (крекинговые);
  • полуфабрикаты для машиностроительных деталей и др.

Классическая схема предусматривает следующие этапы производства:

1) разогрев заготовок в кольцевой печи нагрева,
2) прошивку на стане прокатки (винтовом),
3) раскатку стенки гильзы,
4) обкатку трубы в обкатных станах и
5) калибрование или редуцирование труб. В зависимости от выпускаемого сортамента агрегаты подразделяют на 3 типоразмера: малый, где выпускаются трубы макс. Ø 159 мм (с редукционным станом - до 30 мм); средний - 102...205 мм (с редукционным станом - до 60 мм); большой - 159...426 мм.

ТПА состоит (рис. 1) из: нагревательной печи (кольцевой), прошивного стана, стана с автоматической системой управления, двух риллинг-станов, печи для подогрева, калибровочного и редукционного станов. Оба риллинг-стана расположены параллельно, так как пропускная способность каждого стана чуть ли не в два раза ниже, чем у ранее расположенных станов. Иногда в состав средних и больших агрегатов включают два последовательно работающих прошивных стана и две кольцевые печи. Второй прошивной стан выполняет функцию элонгатора, а в случае ремонта первого может работать как прошивной стан. Установка двух станов обеспечивает получение более тонкостенных труб, снижает разностенность гильз, позволяет использовать исходную заготовку меньшего диаметра (в результате подъема гильзы по диаметру при второй прошивке). Классическая схема компоновки оборудования предполагает его каскадное расположение, когда каждый последующий стан располагается на более низкой горизонтальной отметке, а труба перемещается посредством перекатывания по наклонным стеллажам.

Весьма эффективной технологической схемой является использование трубопрокатной линии с автоматическим станом «тандем» рис. 2.

Представленные технологические и конструкторские идеи по существу увеличивают производительность агрегата и улучшают качественные характеристики труб.


Рис. 1. Схема агрегата с автоматическим станом:
1 - загрузочная машина; 2 - кольцевая печь; 3 - выгрузочная машина; 4 - зацентрпвщик заготовок; 5 - наклонная решетка иерея прошивным станом; 6 - прошивной стан; 7 - выходная сторона прошивного стана; 8 - наклонная решетка между прошивным станом и автомат-станом; 9 - вталкиватель; 10 - печь для подогрева гильз перед автомат-станом; 11 - вталкиватель; 12 - передний стол автомат-стана; 13 - автомат-стан; 14 - задний стол автомат-стана; 15 - вводные рольганги риллинг-станов; 16 - роллинг-станы; 17 - выводные рольганги риллинг-станов; 18 - транспортный рольганг; 19 - калибровочный стан; 20 - выводной рольганг калибровочного стана; 21 - вталкиватель труб в подогревательную печь; 22 - подогревательная печь редукционного и калибровочного станов; 23 - вводный рольганг редукционного стана; 24 - редукционный стан; 25 - выводной рольганг редукционного стана; 26- охладительный стол; 27 - правильные станы


Рис. 2. Схема агрегата с автоматическим станом «Тандем»:
1 - кольцевая печь; 2 - прошивной стан; 3,4 - станы продольной прокатки (стан-тандем); 5 - трехвалковые обкатные станы; 6 - индукционные подогревательные печи; 7 - калибровочный стан; 8 - редукционно-растяжной стан; 9 - холодильник; 10 - линии отделки

Производство труб на ТПА с автомат-станом

Классическая схема линии с автомат-станом предусматривает получение полых гильз на прошивном агрегате, прокатку этих гильз в трубы (прокатывают на автоматическом стане). Затем раскатку трубы в риллинг-станах и калибровку на калибровочных линиях. Чтобы получить трубу меньших Ø с более тонкой стенкой, часто применяют редуцирование.

Технологический процесс включает следующую процедуру операций (рис. 3). Нагретая до заданной температуры заготовка мерной длины выдается из печи и по наклонному стеллажу перекатывается на рольганг. В конце рольганга установлен пневматический зацентровщик, наносящий центрирующее углубление на торец заготовки перед прошивкой. Если заготовка плохо нагрета или произошла задержка в работе прошивного стана, вследствие чего заготовка долго лежала на рольганге, она отводится реверсом рольганга и сбрасывается в карман. Зацентрованную заготовку выбрасыватель с рольганга передает на стеллаж под уклоном, по которому она движется на входной желоб прошивного стана, закрывающийся крышкой. В валки прошивного агрегата заготовку задает пневматический вталкиватель по проводке, которая расположена между шпинделями на передней стороне рабочей клети. При движении заготовки под действием толкателя её при входе в калибр захватывают валки; калибр ограничен направляющими линейками.

По оси калибра расположена прошивная оправка, закрепленная на длинном оправочном стержне, установленном с возможностью вращения в зафиксированной упорной головке. Для центрирования стержня в процессе прошивки, предотвращения его изгиба под действием усилия прошивки на выходе стана последовательно через равные расстояния расположены роликовые центрователи (рис. 4).

Заготовка, перемещаясь вращательно-поступательно в очаге деформации, встречается с оправкой и трансформируется в полую гильзу, размеры которой определяются диаметром прошивной оправки и расстоянием между оправкой и валками. Передний торец гильзы движется через очаг деформации и далее относительно оправочного стержня по выходной стороне стана; при подходе торца гильзы к роликам центрователя, охватывающим оправочный стержень, ролики разводятся, чтобы могла свободно пройти прошиваемая заготовка. В таком положении центрователи выполняют функцию роликовых проводок.

Между центрователями установлены приводные выдающие ролики, которые после прошивки, когда конец гильзы покидает очаг деформации, извлекают гильзу из клети. Затем гильза покидает пределы стана с помощью роликов по оси стана или вбок от нее с помощью выбрасывателя и транспортируется на входную сторону второго прошивного стана, где происходит ее раскатка. Второй стан работает как первый прошивной стан.


Рис. 3. Технологическая схема прокатки труб на агрегате с автомат-станом


Рис. 4. Схема трехроликового центроватсля стержня с выдающими роликами

От прошивного стана гильза по наклонной решетке перекатывается в приемный желоб автомат-стана, который предназначен для раскатки гильзы в трубу (с заданной толщиной стенки). Основными составными автомат-стана являются рабочая клеть (рис. 5) и столы: передний и задний. Передний стол представляет собой раму, которая на катках по рельсам движется вдоль рабочих валков, на которых нарезан ряд калибров различного диаметра. Стол устанавливается напротив того калибра, в котором предполагается осуществлять прокатку. На столе смонтирован приемный желоб, задерживатель гильз, выбрасыватель гильз и подводящая и отводящая наклонные решетки. При задержках в работе автомат-стана, в связи с чем, затруднена подача очередной гильзы на раскатку, ее удерживают на решетке задерживателем.

Среднюю секцию желоба часто выполняют подъемно-поворотной для того, чтобы гильзу (трубу) можно было задать в рабочую клеть другим концом в случае незахвата гильзы и заката оправки. На переднем столе также монтируется кантующее устройство для поворота трубы на 90° перед вторым проходом. Кантующее устройство на малых станах выполнено в виде сближающихся роликов, а на средних и больших станах - в виде реечных кантователей. Гильза, поступившая в приемный желоб, задается толкателем в рабочие валки, захватывается ими и, перемещаясь в направлении, перпендикулярном оси валков, встречается с установленной в калибре неподвижной короткой оправкой. Стенка гильзы, проходя через очаг деформации, образованный оправкой и валками, утоняется до заданного размера. Однако при прокатке часть металла попадает в зазор между валками и не деформируется ими; как следствие, на боковой поверхности гильзы после первого прохода имеются два «лампаса», т.е. утолщения стенки, расположенные вдоль образующей трубы.


Рис. 5. Схема рабочей клети автоматического стана

Прокатанная гильза-труба попадает на выход автомат-стана, где центрируется проводками, смонтированными на раме. По завершении прохода оправка снимается торцом перемещаемой трубы со стержня и транспортируется по наклонному желобу в ванночку с водой. Ролики обратной подачи возвращают трубу на вход стана. Ролики расположены за рабочими валками, вращаются в обратную относительно вращения рабочих валков сторону.

При возвращении трубы на вход агрегата верхний рабочий валок чуть приподнимают для образования увеличенного холостого калибра. Нижний же ролик обратной подачи поднимается пневмоприводом вверх, прижимая трубу к верхнему ролику. Труба через увеличенный рабочий калибр передается на вход. Верхний подающий ролик установлен чуть выше выходящей из валков трубы, чтобы предотвратить наличие трения о трубу во время прохода. По высоте ролик не настраивается. Нижний ролик монтируется на подвижном рычаге. При прокатке он в нижней позиции.

Охлаждение переднего конца гильзы после прошивки сильнее заднего. Его деформация в автомат-стане требует больших усилий. Толщина стенки переднего конца трубы, поэтому, больше заднего (на 0,3-0,5 мм).

Внутрь трубы перед прокаткой забрасывают поваренную соль, смесь соли и графита, чтобы уменьшить трение и его коэффициент.

После возвращения трубы на вход стана подающими роликами (обратной подачи) она кантуется на 90°, на малых станах кантовка происходит во время подачи трубы. Передний стол ходит по направляющим, труба устанавливается напротив очередного калибра, где она прокатывается на оправке Ø на 1-2 мм большим, чем Ø оправки при первом проходе. Иногда прокатку ведут на оправке того же Ø, что и при первом проходе. Оправка перед прокаткой свободно лежит в желобе или на специальном устройстве и устанавливается на оправочный стержень передним торцом трубы при задаче ее в валки. После прокатки оправка вновь падает по лотку в ванночку с водой и извлекается оттуда вручную или специальным устройством для последующей прокатки.

Прокатанную трубу выбрасыватель выдает на желоб под наклоном, по которому идет к риллинг-станам, двух- или трех- валковым станам винтовой прокатки. В наличии агрегата два риллингстана, работающих параллельно, и трубы после автомат-стана задаются поочередно в каждый из риллингстанов.

На участке передачи труб от автомат-стана к риллинг-станам предусматривается возможность накопления труб, для чего на решетке устанавливаются дозаторы, карманы с круговыми выбрасывателями.

Труба с решетки поступает на вход одного из риллинг-станов, представляющий собой секцию рольганга с приводными регулируемыми по высоте роликами. У рабочей клети установлена вводная проводка, которую заменяют при переходе на трубы другого размера при прокатке. Подаваемая по рольгангу черновая труба захватывается рабочими валками, деформируясь на оправке. Оправка удерживается от смещения по оси в калибре между валками и направляющими линейками. Для получения труб одинакового Ø по длине со стенкой равномерной толщины величина обжатия устанавливается согласно изменению нагрузки на главный привод, чтобы она была постоянной. Обкатка происходит при угле подачи от 6° до 8°30'.

Перед прокаткой оправка лежит на нижней линейке и устанавливается по месту крепления в упорном стержне задаваемой в валки черновой трубой. После прокатки труба выдается на выход, аналогично процедуре на выходе прошивной линии. При боковой выдаче оправочный стержень уходит в крайнюю заднюю позицию, а оправка остается на нижней линейке.

На сегодняшний момент разработана конструкция трехвалкового обкатного стана. Увеличение числа рабочих валков способствует некоторому снижению разностенности получаемых труб.

После риллингования трубы переходят на калибровочный стан, включающий 5 - 7 клетей (двухвалковых) продольной прокатки (все валки приводные). Труба по рольгангу подводится к первой клети стана, захватывается ее валками и поочередно проходит через все клети, получая заданное обжатие по диаметру.

Целесообразно на калибровочном стане использовать групповой привод, так как образующееся при этом небольшое натяжение трубы не воздействует на изменение толщины ее стенки. Оси валков пары соседних клетей составляют угол 90°, что обеспечивает деформирование труб при прокатке в двух направлениях, взаимно перпендикулярных друг другу.

Калибры валков калибровочного агрегата обычно овальные с отношением осей, постепенно убывающим до 1,0 в последней клети. Выходя из нее, труба имеет поперечное сечение правильного сечения круглой формы. Для направления труб на вход стана в первой клети имеется вводная воронка, а на последней клети и между клетями - проводки. По завершении прокатного процесса на калибровочном агрегате по рольгангу трубы передаются на охладительный стол цепного или шнекового типа, а затем на правильный стан и отделку.

После процедуры прокатки на редукционном агрегате трубы сбрасываются на обводящую решетку, минуют калибровочный стан, после чего поступают в печь на подогрев. Разогретые трубы следуют на редукционный стан, конструктивно выполненный как калибровочный, но насчитывающий до 26 клетей.

Технологический процесс производства бесшовных труб на ТПА с непрерывным станом

Особенности размерного и марочного сортамента. Типы трубопрокатных агрегатов и их состав

Отличительной особенностью непрерывной прокатки является одновременная деформация материала трубы в нескольких клетях, последовательно расположенных. Клети непрерывного стана соединены прокатываемой трубой и оправкой. Преимуществом прокатного процесса является возможность прокатки черновых труб большой длины (макс. 33 м) с высокой (макс. 6,5 м/сек.) скоростью. К другим преимуществам агрегатов этого типа относятся:

  • благоприятные предпосылки для деформации металла на непрерывном агрегате прокатки,
  • малое количество технологических отходов,
  • удобное для осуществления технологических операций расположение оборудования.

На этих линиях трубы выпускают в круглых калибрах на станах непрерывных прокаток. Оправку берут длинную. Оправка, плавающая обычно принятым способ, удерживается, перемещаясь с заданной скоростью. Долгое время развитие традиционного метода непрерывной прокатки тормозилось по следующим причинам:

  • ограниченная длина раскатываемой трубы макс. 30 м;
  • рост массы оправки с связи с возрастанием Ø труб;
  • ограниченная процедурами изготовления длина оправки - макс. 20 м;
  • сложность при извлечении оправки (тонкая толщина стенки).

Рис. 6. Схема технологического процесса прокатки труб на агрегате с непрерывным станом

Сегодня разработан метод непрерывной прокатки на оправке, которая удерживается, перемещаясь в направлении прокатки. Скорость идентична скорости при прокатке в первой клети, которая частично удерживается оправкой. Данный метод способствует выпуску труб с равномерными Ø и толщиной стенки, уменьшению длины оправки, её износа, а также созданию нормального теплового режима при режиме их работы. Достигается это, благодаря равномерной деформации материала по всей длине продукта. Добиться хорошего качества внутренней поверхности труб, увеличить срок службы оправок помогает выбор скорости их перемещения, которая всегда равна или несколько меньшей выходной скорости трубы после первой клети стана. Относительную скорость передвижения трубы относительно оправки устанавливают на уровне скоростей, используемых в непрерывных агрегатах с плавающей оправкой.

При прокатывании труб на частично удерживаемой оправке оправка перемещается с черновой трубой со скоростью, являющейся постоянной во время всего этапа прокатки. Максимальная длина грубы, получаемой на таком стане, составляет 48 м, время цикла прокатки - 22 секунды. С целью выпуска труб требуемого сортамента на непрерывных агрегатах используют, однако, оправки, перемещение которых идет скоростью 0,3 - 2,0 м/секунду. Управляет скоростью перемещения оправки специальное устройство, которое развивает усилие для удержания оправки, равное 1600-3500 кН. Этот механизм гарантирует определенную скорость перемещения оправки:

1) или до полного съёма трубы с оправки при прокатке (удерживаемая оправка);

2) или до момента, когда оправка начинает перемещаться как плавающая, т.е. частично удерживаемая оправка.

Оба способа применимы для выпуска труб определенного Ø:

  • малого Ø – в основном, прокатывание на плавающей оправке,
  • среднего Ø (макс. 200 мм) – прокатывание на частично удерживаемой оправке,
  • Ø макс. 340 мм и более – на удерживаемой оправке.

Производство бесшовных труб на ТПА с непрерывным станом

Преимущества этого метода производства труб объясняются его высокой производительностью и экономическими показателями. Два основных фактора способствовали его интенсивному развитию:

1. разработка индивидуального привода непрерывного стана, обеспечивающего регулирование натяжения. Это привело к созданию такой системы калибров валков, которая характерна наличием зазора между оправкой и трубами. Данный зазор облегчает извлечение длинной оправки. В результате начали прокатывать черновые грубы большой длины (макс. 32 м);

2. установка редукционно-растяжных станов, в результате чего агрегат стал более маневренным. Это позволило из черновой грубы одного-двух Ø получать широкий диапазон готовых труб, как по Ø, так и по толщине стенки.

На рис. 6 представлены характерные этапы технологии выпуска труб на линии по прокатке труб, оснащенной непрерывным станом:
1) подготовительный этап заготовок к прокатке;
2) процесс нагрева заготовок;
3) процесс прошивки заготовок в гильзы;
4) прокатывание гильз в трубы;
5) освобождение прокатанных труб от оправок;
6) разогрев труб перед процессами редуцирования или калибрования;
7) прокатывание труб на редукционно-растяжном или калибровочном стане;
8) резка труб;
9) процесс охлаждения трубной продукции и их отделка.

Основным преимуществом линий с непрерывным станом является их высокая производительность. Оснащение современных агрегатов редукционными станами, функционирующими с натяжением, в значительной мере расширяет сортамент прокатываемой продукции: и по Ø, и по толщине стенки. В старых ТПА, не имеющих редукционно-растяжных станов, сортамент более узкий, а расширение его ограничивается значительным увеличением парка сменного оборудования: валков и оправок.

В современных агрегатах, оснащенных непрерывным станом, обычно прокатывают трубы одного Ø, а редуцирование уменьшает Ø до нужного.

В составе современных агрегатов имеется также и калибровочный стан, который по существу является редукционным. Отличие его от редукционного стана в том, что у него число клетей меньше, и функционирует он без натяжения. Может он работать и с натяжением, но с таким, чтобы толщина стенки при редуцировании не подвергалась изменениям. На редукционном стане значительно уменьшается Ø труб. Толщина стенки трубы из-за использования большого натяжения может тоже уменьшаться.

Исходный материал - это круглая катаная заготовка, однако, иногда используют круглые слитки (из сортов спокойной или полуспокойной стали).

Производство труб на первом отечественном агрегате  состоит в нагреве исходного материала в виде прутка длиной 4-12 м в секционных печах проходного типа. Нагрев прутков осуществляется одновременно в трех ручьях каждой из двух печей. Нагретые прутки подают поочередно к делительным ножницам горячей резки, где их разрезают на заготовки определенной длины. Ножницы имеют конструкцию консольного типа, с нижним резом. При резке заготовка удерживается прижимом. Ножи имеют по три ручья с круглыми калибрами, соответствующими Ø заготовки. Для уменьшения смятия конца заготовки в процессе резки калибры ножей снабжены «зубом» высотой 5-7 мм. Ножи закреплены в двух суппортах, которые перемещаются по колоннам посредством эксцентрикового вала и шатуна. Привод ножниц работает от электродвигателя посредством универсальных шпинделей. Ножницы для резки заготовок различной длины оборудованы винтовым качающимся упором. Максимальное усилие реза ножниц составляет 1 МН; производительность - макс. 660 резов в час.

По другой схеме исходный металл в виде прутков длиной макс. 12 м разрезают на заготовки пресс-ножницами или на прессах для холодной ломки. Затем заготовки загружают в кольцевые печи, где их нагревают до температуры, необходимой для процесса прокатки.

Нагретые заготовки передают на прошивной стан (двухвалковый), где они прошиваются в гильзы заданных размеров. Перед прошивкой заготовки горячими зацентровывают на зацентровщике с пневмопушкой. Обычно используют прошивные станы с направляющими линейками (двухвалковые). В настоящее время на некоторых станах вместо линеек применяют направляющие диски, что позволяет значительно ускорить процесс прошивки, повысить износостойкость направляющего инструмента и качество гильз. На одном агрегате, работающем в Англии, установлен трехвалковый прошивной стан, что также целесообразно, так как на этом заводе используется непрерывнолитая заготовка низкого качества в осевой зоне.

В отечественных прошивных станах выдач гильз осевая, что обеспечивает эффективность в работе. В зарубежных агрегатах из практики их эксплуатации видно, что "больным" местом в них является прошивной стан. Поэтому на одном из агрегатов в Японии установлены два прошивных стана. В Германии применяют на прошивном стане также осевую выдачу гильз, но вместе со стержнем, а извлечение стержня выполняют вне стана. Это увеличивает пропускную способность прошивного стана, но требует дополнительной линии циркуляции стержней.

Рабочая клеть стана имеет бочковидные или чашевидные (с углом раскатки 7°) валки Ø 900-950 мм в пережиме. Валки работают на подшипниках качения. Окружная скорость валков составляет макс. 8 м/с, а крутящий момент на каждом валке равен 120 кН*м. Рабочие валки приводные, осуществляется привод через шестеренную клеть и универсальные шпиндели. Двигатель находится в работе от постоянного тока, мощность 3650 кВт. Смена (перевалка) валков производится через верхние люки в станине при повороте барабанов на 90°.

Процесс прошивки заготовок диаметром 140, 150 мм осуществляется при углах подачи 13-15°, длина заготовок достигает 3 м, а гильз - 6 м.

Конструкция выхода прошивного стана обеспечивает надежное центрирование гильзы и стержня благодаря наличию четырех трехроликовых трехрычажных центрователей. Первый центрователь выполнен подвижным (ход 800 мм), что необходимо для вывода стержня с оправкой из зоны валков для замены оправки при ее износе. Каждый центрователь имеет также по два приводных выдающих ролика для ускоренной выдачи гильзы из центрователей. Для выдачи гильзы ролики сводятся до контакта с поверхностью гильзы (с помощью пневмопривода).

За центрователями размещен упорно-регулировочный механизм с упорной головкой. Она воспринимает усилия металла на оправку и стержень при прокатке. После окончания прошивки упорная головка поворачивается вверх относительно оси прокатки для выдачи гильзы.

Во время прошивки упорную головку фиксирует в рабочей позиции рычаг, снабженный пневмоприводом. Для настройки положения оправки нажимными винтами перемещают упорную головку в очаге деформации вдоль оси прокатки в пределах 150 мм, что делается для настройки стана. Гильза после окончания прошивки транспортируется роликами на выходе со скоростью 1,0-1,5 м/сек. (вдоль оси прокатки). После перехвата стержня клещевым перехватчиком, смонтированным на выводной проводке, и открытия упорной головки скорость перемещения повышают до 6 м/сек. Выдав гильзу на рольганг, расположенным за прошивным станом, упорная головка направляется в исходную позицию.

Цикл прокатки гильз длиной 6 м составляет 9,0 секунд, из них 4,5 секунды составляют время прошивки, а остальные 4,5 секунды - длительность вспомогательных операций.

В процессе прошивки инструмент прошивного стана интенсивно охлаждается водой: снаружи охлаждаются рабочие валки, линейки и оправка (давление при охлаждении 0,2-0,3 МПа), а оправка изнутри - под давлением макс. 2,5 МПа.

Гильзу транспортируют без задержек на вход стана, где в гильзу вводят длинную оправку. Вход стана выполнен в виде желобов-приемников и оборудован специальными задающими тележками для оправки и гильзы. Они расположены соответственно оси прокатки (на одной линии). Тележки перемещаются канатными приводами; скорость перемещения тележек равна 2,5-4,0 м/сек.

Для введения оправки гильзу прижимают к роликам рольганга рычагом; усилие при этом создаётся около 20 кН. Оправку подают в гильзу задающей тележкой с усилием до 10 кН, с начальной скоростью 0,9 м/сек., по мере продвижения оправки в гильзе скорость увеличивают до 2,5 м/сек.

После того, как выйдет передний конец оправки из гильзы примерно на 4,5 м, зажим гильзы отключают, скорость движения толкателя оправки уменьшают и включают толкатель гильзы. Гильза вместе с оправкой входит в валки. С началом прокатки толкающие тележки направляются в исходное положение (скоростью движения тележек макс. 4 м/сек.).

Непрерывный стан имеет девять двухвалковых клетей, установленных на общем постаменте с шагом 1150 мм. Клети смонтированы перпендикулярно друг к другу, под углом 45° к горизонту. Ø валков одинаковый по всем клетям и равен 550 мм, ширина бочки составляет 230 мм. Проводки имеются на входе и выходе у первой и последней клетей. Станины клетей имеют конструкцию закрытого типа, сделаны из стального литья. РВ (рабочие валки) имеют подшипники качения, а также снабжены нажимными винтами. Винты предназначены для передвижения по высоте при настройке, и пружинными уравновешивающими устройствами.

Привод клетей индивидуальный с регулируемой скоростью, осуществляется от двигателей мощностью 1400 кВт каждый, на постоянном токе; восьмая и девятая (чистовые) клети имеют приводы уменьшенной мощности, по 400 кВт каждый.

Скорость прокатки труб составляет макс. 6 м/сек. при коэффициенте вытяжки около 5,5.

Оправки непрерывного стана имеют длину 19,5 (20) м, что позволяет прокатывать трубы длиной макс. 27 (30) м. В процессе прокатки труба как бы «сползает» с оправки.

Прежде чем ввести оправку в гильзу, ее поверхность смазывают технологической смазкой (водный раствор тринатрийфосфата (17-18 %). В качестве смазки берут также водный раствор сульфитно-спиртовой барды (до 40 %) с добавкой чешуйчатого графита (3-5 %). Долгое время применялась также смазка из водного раствора суперфосфата (до 25 %), из поваренной соли (10-15 %) и извести (около 5 %). Смазка должна способствовать понижению коэффициента трения при контактировании металла с оправкой и защите оправки от теплового удара.

Труба с оправкой после прокатки выходит из стана в наклонный желоб, что позволяет быстро убирать трубу с оси прокатки цепными шлепперами и перемещать её к одному из цепных извлекателей оправки, расположенных параллельно линии непрерывного стана. Хвостовик оправки проходит через люнет оправкоизвлекателя, захватывается одной из вилок. Извлеченную оправку передают в охладительную ванну барабанного типа, а трубу рольгангом транспортируют на следующую обработку (на редукционном или калибровочном стане).

Объем охладительной ванны позволяет одновременно охлаждать 12-13 оправок. Охлажденные оправки после смазывающего устройства рольгангом транспортируются на вход непрерывного стана для повторного использования при прокатке.

Далее отрезают дисковой пилой задний разлохмаченный конец трубы и направляют ее к индукционной проходной печи. При нагреве выравнивается температура по длине трубы. Труба подогревается перед последующим редуцированием и калиброванием. Индукционная печь имеет 16 индукторов общей длиной 21 м, питание ее осуществляется от 9 генераторов, каждый генератор по 1500 кВт; ток имеет частоту 1000 Гц. Скорость транспортировки перемещения трубы через индукционный нагреватель составляет 2 м/сек. Нагреватели снабжены автоматической системой регулирования температуры нагрева труб. После прокатки на трубе остались четыре продольные темные полоски охлажденного металла, от контакта с оправкой. К тому же, передняя часть трубы, которая в ходе прокатки сползает с оправки, имеет температуру на 100-150 °С выше, чем задняя ее часть, которая контактирует с оправкой как при прокатке, так и после выхода трубы из стана.


Рис. 7 Схема расположения оборудования установки с непрерывным оправочным станом:
1 - загрузочная площадка; 2 - секционные печи; 3 - ножницы; 4 прошивной стан; 5 - толкатель; 6 - непрерывный справочный стан; 7 - стержнеизвлекатель; 8 - ванна для охлаждения оправок; 9- дисковые пилы; 10 - стыкосварочныс машины; 11 - петлевое устройство; 12 - правильная машина; 13 - индукционные печи; 14 - калибровочный стан; 15 - редукционный стан; 16 - летучие ножницы; 17 -летучая пила; 18 - пила горячей резки; 19 - барабанный сбрасыватель; 20 - холодильник

Температура трубы у выхода из последнего индуктора составляет 900-950 °С, после подогрева трубу сразу же направляют в первую клеть редукционного стана.

Первый 24-клетевой стан предназначен для работы со значительным натяжением и рассчитан на прокатку труб Ø 30 (45) - 76 мм при толщине стенки 3 - 6 мм при утонении стенки черновой трубы макс. 1 мм. Прокатывают на этом стане со скоростью макс. 11 м/сек. На втором 12-клетевом стане сохраняется исходная толщина стенки. На стане идет прокатка труб Ø 73 - 108 мм, при этом толщина стенки 3 - 8 мм. Прокатка на стане осуществляется со скоростью макс. 2,5 м/сек.

Повышая надежность работы редукционных станов, ещё один ТПА оснастили редукционно-растяжным станом, в наличии которого 24 клети. На нём прокатывают со скоростью 9 м/сек., а число клетей калибровочного стана равно 12. На обоих станах стоят рабочие трехвалковые клети общим приводным валом. Стоят клети на общем постаменте. Применяют также 3-валковые клети с тремя вводными валами. Здесь зубчатое зацепление вынесено в стационарную скобу, вследствие чего нагрузочная способность клетей значительно увеличивается. Рабочие клети оснащены дифференциально-групповым приводом, в последнее время широко используется индивидуальный привод.

Прокатав трубы на редукционно-растяжном стане с длиной макс. 150 м, их делят на ходу летучими ножницами или пилами на кратные длины до 25 м.

Трубы после калибровочного стана, при необходимости, режут пополам стационарной дисковой пилой.

Разрезанные трубы транспортируются по рольгангу со скоростью 13 м/сек. Эта скорость выше скорости при прокатке, чтобы сделать разрыв между трубами перед их поступлением в сбрасывающее устройство, которое представляет собой барабан с продольными ребрами. Электрический двигатель постоянно вращает барабан со скоростью, согласованной со скоростью поступления труб.

Перед входом в барабан труба в конце разгонного рольганга фиксируется направляющими вдоль оси барабана. Затем, попадая в паз между его ребрами, труба тормозится и благодаря вращению барабана сбрасывается на настил винтовой секции на охладительном столе. Барабанный сбрасыватель этого типа обеспечивает уборку с линии прокатки труб длиной 18-25 м за макс. 1,5-2 секунды. На винтовой секции на охладительном столе торцы труб выравнивают по упору, затем транспортируют в цепную секцию.

Передние и задние концы труб имеют утолщенные стенки, поэтому для их обрезки по бокам цепной секции охладительного стола установлены дисковые пилы.

Охлажденные трубы с цепной секции охладительного стола при помощи автоматического устройства распределяются между семью поточными линиями отделки. В составе каждой такой линии имеется косовалковый правильный стан, два труборазрезных станка, разрезающих трубы длиной 25 м на кратные длины 6-12 м, два станка для торцовки труб, продувочный станок и инспекционный стол. Каждая линия отделки оснащена установками неразрушающего контроля (контроль качества труб). Готовые трубы, прошедшие контроль, увязывают в пакеты и промасливают.

Характерные дефекты труб, меры предотвращения

Многие виды брака труб являются типичными для многих видов производства:

  • разностенность труб (нарушена технология нагрева, прошивки);
  • внутренняя плена, появляющаяся по причине недостаточной пластичности материала в очаге деформации;
  • наружные дефекты по причине низких качественных значений по исходному материалу, нарушения режима нагрева.

Ниже рассматриваются только те дефекты труб, возникновение которых обусловлено методом непрерывной прокатки труб.

Отбраковка в связи с толщиной стенки и разностенностью труб получается при задаче в непрерывный стан гильзы с размерами со значительным отличием от расчетных или гильзы с повышенной разностенностью. Однако основной причиной брака по толщине стенки (превышение допустимых параметров по толщине стенки) является повышенный износ калибров и оправок непрерывного стана. Необходимо контролировать износ (размеры) калибров, размеры оправок; разница между Ø оправок одного комплекта допускается макс. 0,3 мм. Контроль размеров труб осуществляют путем периодического отбора проб и их обмера.

На наружной поверхности труб возникающие трещины образуются из-за некорректной настройки непрерывного стана. Повышенные обжатия в первых клетях, увеличенный Ø гильзы создают неравномерную деформацию. Она ведет к появлению продольных трещин; это дополнительное напряжение (перенапряжение) металла. Нужен контроль режима обжатия.

Износ валков на стане вызывает образование рисок на наружной поверхности; это вызывают механические повреждения труб на выходе их из стана. Нужен контроль состояния валков и выводной воронки.

Причины образования рисок на внутренней поверхности труб: недостаточность или неравномерность смазки оправок; твердыми инородными частицами загрязнена смазка; чрезмерный износ оправок, некорректная настройка стана (при слишком сильном прилегании трубы к оправке). Это усложняет извлечение оправки.

Утолщенные концы труб возникают при редуцировании, если он делается с натяжением. Утолщенные концы длиной макс. 2,5 м после редукционного стана обычно отрезают, затем удаляют из технологического потока. Необходимо соблюдать нормы для обрези концов труб, а также режимы обжатий и натяжений в редукционном стане.

Новые схемы производства труб на ТПА с непрерывным станом. Перспективные направления совершенствования технологического процесса и оборудования

К описанным выше технологическим процессам применимы агрегаты, несколько отличающиеся по технологии производства и составу оборудования. Так, на непрерывном трубопрокатном агрегате для прокатки труб берут более дешевую квадратную заготовку размером 140 мм для получения труб Ø 80-102 мм. Исходные квадратные заготовки разделяют на прессе ломкой в холодном состоянии, затем подвергают нагреву в кольцевой печи до 1260-1280 °С и калибруют ребра на двухвалковом стане-окалиноломателе. Затем заготовка прошивается на вертикальном прессе (усилие при этом 2,5 МН) в стакан с донышком, проталкивается на реечном стане через восемь роликовых обойм, подогревается в печи и раскатывается в стане-элонгаторе. Суммарный коэффициент вытяжки на реечном стане и элонгаторе составляет 4-5,2.

Полученные таким образом гильзы прокатывают на непрерывном стане с 9 клетями на оправке длиной 15 м. Рабочие клети стана - двухвалковые (пять горизонтальных и четыре вертикальных). Рабочие валки имеют Ø в пределах 275 - 320 мм, установленные на подшипниках качения. Прокатка на стане проводится с натяжением; коэффициент вытяжки - макс. 6. Длина труб после стана составляет 16-18 м при скорости прокатки макс. 4 м/сек. Оправка из трубы извлекается цепным оправкоизвлекателем. Температуру оправок перед зарядкой в гильзу поддерживают 150-200 ° С. При длительных остановках остывшие оправки подогревают газовыми горелками. Концы труб обрезают двумя стационарными пилами. Затем трубы подвергают нагреву в камерной печи с шагающими балками до 900-1000 °С и редуцируют в редукционном стане с 22 клетями (редуцирование с напряжением). Клети стана - двухвалковые, с креплением валков консольного типа, под наклоном к горизонту на 45°.

После редуцирования продукцию делят на мерные длины четырьмя дисковыми пилам рычажного типа и охлаждают на цепном охладительном столе.

Интересен непрерывный трубопрокатный агрегат, предназначенный для выпуска труб Ø 16 - 100 мм при толщине стенки 2,35 - 4 мм. Исходной заготовкой на этом агрегате являются круглые непрерывнолитые слитки Ø 100 и 130 мм массой макс. 200 кг.

Прошивке слитков в двухвалковом стане с направляющими дисками Ø 950 мм предшествуют нагрев в печи кольцевого типа и зацентровка пневматическим зацентровщиком. Прошивной стан работает от привода электродвигателя. Это мотор, работающий на постоянном токе; мощность его 1250 кВт, частота вращения дисков настраивается в диапазоне 93 - 186 об/мин.

Гильзу раскатывают на непрерывном стане, в наличии которого 9 клетей, с 5-6- кратной вытяжкой в трубу 20 м длиной. Производительность стана - до 240 шт/ч, оправкоизвлекатель цепного типа. Далее трубу подогревают до 950 °С в печи (торцевая загрузка и выгрузка) и редуцируют на 20-клетевом редукционном стане (редуцирование с натяжением). Скорость прокатки труб Ø 16 мм на редукционном стане составляет макс. 7 м/сек. На выходе труба делится летучими ножницами и передается рольгангом на охладительный стол. Ещё один трубопрокатный агрегат непрерывного типа на металлургическом комбинате предназначен для выпуска труб Ø 27-133 мм, со стенкой, толщина которой составляет от 2,6 до 12-16 мм, из сортов углеродистой и легированной сталей, заготовок, используемых при холодном переделе, а также горячекатаных котельных труб. В качестве исходного материала берут круглую катаную заготовку Ø 140 и 175 мм.

С заготовок после нагрева в печи кольцевого типа удаляют окалину гидросбивом при давлении воды 15 МПа и центрируют. Зацентрованные заготовки прошивают на двух параллельно расположенных прошивных станах (выдача гильз сбоку) с общей производительностью макс. 360 шт/ч. Угол подачи в прошивных станах постоянный и равный 10°, диаметр валков - 930...1065 мм. Перед непрерывным станом гильзы повторно очищают под напором водой от окалины и раскатывают в трубы длиной 22 м.

Непрерывный стан имеет 8 двухвалковых клетей, привод индивидуальный. Каждый валок приводится во вращение электродвигателем мощностью 750 кВт. Только в последней клети установлен общий для двух валков электродвигатель.

Основная деформация по стенке (более 60 %) осуществляется в двух первых клетях. В двух последующих клетях формируется готовая стенка, а в остальных - стенка выравнивается по периметру, труба скругляется и калибруется по Ø, при этом между оправкой и трубой образуется нужный зазор. Непрерывный стан оборудован электронной системой для настройки скорости валков по клетям, благодаря которой труба имеет равномерную по толщине стенку по всей длине. Оправки непрерывного стана длиной до 18 м смазывают высокотемпературными маслами, в которые при прокатке легированных сталей добавляют графит. В воду, охлаждающую оправки, вводят также специальные добавки, снижающие при прокатке фактор трения.

Трубы, прокатанные на непрерывном стане (размерами 116x3,25...12 либо 133x3,75...14 мм), подвергают нагреву в печи с шагающими балками до 900 - 1000 ° С. Производительность печи достигает 250 шт/ч. После печи с труб удаляют окалину водой под напором и редуцируют на редукционно-растяжном стане, в составе которого 24 клети. Стан работает на индивидуальном приводе от двигателей мощностью 100-150 кВт. Клети трехвалковые, шаг клетей составляет 290-310 мм. Валки стана вращаются с разной частотой: от 120 до 620 мин-1.

Привод редукционного стана имеет специальную стабилизирующую систему, уменьшающую длину утолщенных концов редуцированных труб до 3 %. Скорость прокатки на данном редукционном агрегате составляет макс. 9 м/с, длина редуцированных труб до 100 м при коэффициенте вытяжки до 6,1.

Трубы из хромомолибденовых сталей редуцируют только до Ø 60 мм при общем обжатии по Ø макс. 48 %. Трубы со стенкой 16 мм получают только из труб, Ø которых не менее 60 мм.

После редуцирования трубы подают на шнековый холодильник. Оттуда качающимся укладчиком трубы по очереди направляются на 2 накопительных рольганга, оснащенных гладкими роликами. Здесь трубы делят на мерные длины, делят дисковыми пилами.

Технология прокатки на удерживаемой оправке на непрерывном стане получает сегодня большое распространение. Оправка перемещается с ходом деформации трубы, перемещается с заданной скоростью. Такой процесс наиболее рационален для получения труб большого Ø (свыше 180-200 мм), поскольку длина удерживаемых оправок меньше длины плавающих оправок. Это сильно снижает расходы на их изготовление. Однако усложняется значительно конструкция непрерывного стана, поскольку входную сторону снабжают приводным механизмом (конструкция реечного типа). Этот механизм управляет скоростью перемещения оправки. ЭВМ определяет автоматически величину оправки и скорость её перемещения. За основу берутся перед прокаткой фактические значения скоростей валков, положения гильзы и оправки.

По завершении прокатки оправку направляют в исходную позицию, уводят с линии прокатки, затем передают на смазку. А на прокатку задают очередную гильзу и оправку.

Сущность одного из способов прокатки на удерживаемой оправке (способ MRK-S) в следующем: сначала, ещё до завершения прокатки, оправка отходит от оправкодержателя, затем поступает на выход стана вместе с черновой трубой, и следом к оправкоизвлекателю. Максимальный коэффициент вытяжки μ = 4, длина трубы - макс. 40 м.

Чтобы получить гильзу с качественной внутренней поверхностью, увеличить срока службы оправок, скорость оправки выбирается или равной, или несколько меньше скорости, которую имеет прокатываемая труба после 1-й клети. Скорость же движения трубы относительно оправки выбирается на уровне скоростей, которые приняты для прокатки с плавающей оправкой (на непрерывных станах).

Другой способ прокатки на удерживаемой оправке (способ MRK) характерен тем, что за весь период прокатки оправка перемещается с черновой трубой с постоянной скоростью. Длина прокатанной на этом стане (типа MRK-AR) трубы составляет макс. 48 м, цикл занимает 22 секунды.

Для выпуска труб требуемого сортамента на непрерывных станах применяют оправки, которые перемещаются при прокатке со скоростью 0,3-2,0 м/сек.

Управляет скоростью перемещения оправки специальное устройство, которое развивает усилие для удержания оправки, равное 1600-3500 кН. Этот механизм гарантирует определенную скорость перемещения оправки:

1) или до полного съёма трубы с оправки при прокатке (удерживаемая оправка);
2) или до момента, когда оправка начинает перемещаться как плавающая, т.е. частично удерживаемая оправка.

Запущен стан с удерживаемой оправкой. Стан состоит из семи клетей, первые три клети снабжены валками Ø 780 мм, а остальные валками Ø 690 мм. Суммарная мощность привода валков - 15400 кВт. Выходная скорость трубы составляет макс. 3,7 м/сек. Рабочая часть оправки длиной 16 м, а длина труб - макс. 35 м.

В Японии работает непрерывный стан, в составе которого 8 клетей, с валками Ø 790 и 720 мм. Мощность электродвигателей постоянного тока составляет в сумме 21 800 кВт. Непрерывная прокатка протекает на удерживаемой оправке. Скорость гильзы и оправки в каждой клети постоянная, что обеспечивает наименьшую продольную разностенность труб при большей вытяжке. Исполнение нажимных устройств клетей стана позволяет изменять во время прокатки настройку валков в клетях 5-7. Стан снабжен замкнутой системой подачи оправок. За непрерывным станом установлен десятиклетевой извлекательно-калибровочный стан. Станом управляет ЭВМ, основные функции которой: управление последовательностью выполняемых операций; автоматическая настройка калибров; от нормы; функционирует оборудование в автоматическом режиме; автоматическая смена валков; поштучный контроль каждой прокатанной трубы.

В составе ТПА был создан современный непрерывный стан прокатки на удерживаемой оправке, в составе которого 7 клетей.

Он характеризуется следующими основными особенностями:

1. возможностью получения труб с разным диапазоном наружных Ø при толщине стенки (D/ 5 = 7,2...49,5), длиной до 32 м скорости прокатки 3,0.. .4,4 м/с и коэффициенте вытяжки 2,0...6,0, с прокаткой черновых труб пяти типоразмеров в калибрах с условным обозначением 212; 235; 288; 372; 444:D xS, = 212x5,4...26 мм; 235х6,4...30 мм; 288 х 7,0...40 мм; 372 х 8,0...42 мм; 444 х 9.. .30 мм;
2. осуществлением прокатки труб на оправке валками с глубоким врезом калибров - отношение Ø валка к Ø калибра равно 1,9...2,8
3. применением чугунных валков в 4—7 клетях для всех калибров и для всех клетей для калибров с условным обозначением 212, 235;
4. применением удерживаемых оправок, движение которых происходит на скорости 0,25 - 1,5 м/сек. специальным механизмом; замена оправок производится после прокатки каждой из труб, тот же механизм производит выдачу на вход стана;
5. одновременной прокаткой на оправке на непрерывном стане (в составе его 7 клетей), калиброванием их на двухвалковом извлекательно-калибровочном стане (в наличии которого 10 клетей);
6. высоким уровнем автоматизации, оснащением высокотехнологичными средствами контроля, автоматического управления.

У необходимых для этого стана компонентов технологического инструментария нет аналогов в российской практике, они отличны от традиционно применяемого материалом, конструкцией, технологией изготовления. При прокатке в калибрах с условным обозначением 212, 235 и 288 - 444 вместо стальных применены чугунные валки.

Валки максимального Ø (стальные и чугунные) имеют новую конструктивную концепцию, отличаются высокой точностью, чистотой механической обработки поверхностей.

Оправки непрерывного стана при практически предельных размерах (Ø 160...425 мм, длина 24 м, масса макс. 20 т) являются высокоточным инструментом и после хромирования их рабочая часть имеет допуск по Ø −0,3…+0,0 мм; шероховатость поверхности 0,4...0,8 мкм и толщину хромового покрытия 45...60 мкм. Оправка имеет в себе 3-и части: рабочую часть, удлинитель и хвостовик (все соединены между собой). Рабочая часть оправки Ø менее 300 мм, длиной 15,5 м - сплошное цилиндрическое тело. Оправки, имеющие больший размер, изготавливаются с внутренним отверстием Ø 180 мм на длине 14 м для охлаждения водой после прокатки.

Оправки могут двигаться специальным устройством удержания. Передвижение со скоростью 0,25-1,5 м/с при прокатке, и на холостом ходу - со скоростью до 4,5 м/сек. Максимальное усилие удержания - 3,5 МН.

Длинные оправки предусмотрено смазывать графитосодержащей смазкой. Данную смазку используют вместе с антиокислительным порошком. Порошок вдувается внутрь гильзы под напором сжатого азота. Перед вводом оправки поверхность гильзы изнутри зачищают от продуктов реакции между окалиной и антиокислителем с помощью струи чистого азота.

На извлекательно-калибровочном стане совмещены операции калибрования и извлечения оправки. Он состоит из десяти двухвалковых клетей. Каждая клеть имеет привод. Двигатель привода функционирует на постоянном токе, мощность его 450 кВт. Максимальный диаметр бочки валков - 750 и 865 мм, минимальный - 600 мм, ширина бочки валков - 500 мм. Межосевое расстояние соседних клетей составляет 1355 мм. Максимальная длина трубы на выходе со стана равна 36 мм, скорость трубы на выходе составляет макс. - 5,5 м/с.

В 2010 году ТПА был перестроен, в ходе чего был демонтирован стан пресс-валковой прошивки, двухвалковый элонгатор реконструирован в прошивной стан, существенно изменена конструкция входа непрерывного стана: вместо внестановой применена зарядка гильзы оправкой по оси непрерывного стана. Установлен зацентровщик заготовок с возможностью нанесения центрирующего углубления как на передний, так и на задний торец горячей заготовки. После реконструкции исходной заготовкой служит непрерывнолитая круглая заготовка Ø 410 мм вместо ранее используемой для пресс-валковой прошивки квадратной заготовки.

Новая схема прошивки заготовок позволяет получать более точные гильзы за одну процедуру (технологический цикл) и повысить температуру гильзы до прокатки на стане, что снизило нагрузки на РВ (рабочие валки) и главный привод стана.

Хороший результат для повышения качества продуктов, выпускаемых на трубопрокатной линии с непрерывным станом, в расширении размерности бесшовных труб был объяснен сооружением новых непрерывных линий, агрегатов с трехвалковыми клетями.

Технологическими преимуществами непрерывных прокатных агрегатов с трехвалковыми клетями и контролируемо перемещаемой оправкой являются:

1. уменьшение критических напряжений и неравномерности деформации в процессе формоизменения гильзы в черновую трубу;
2. повышение стабильности положения оправки;
3. плавное распределение температуры по поверхности гильзы-трубы;
4. наименьшее скольжение металла в рабочих валках.

Этим достигается повышение качества труб по точности геометрических размеров и состоянию наружной поверхности.

Непрерывная безоправочная прокатка бесшовных труб

Прокатные станы начали разрабатываться в конце XIX столетия. Главной задачей было создать такую прокатную линию, которая позволила бы при горячей деформации (непрерывной) трубы валками уменьшить ее Ø. В 1889 году впервые выдали патент на такой агрегат. На этом этапе ведение прокатки стало реальным благодаря использованию длинной оправки, которая позволяла одновременно при уменьшении Ø трубы уменьшать толщину ее стенки.

В 1920 году был сооружён первый непрерывный стан. Здесь удалось прокатать трубу без оправки. Изменение толщины стенки происходило при уменьшении Ø трубы.

Технологию прокатки труб непрерывным способом на длинной оправке, а также без неё используют сегодня в процессе изготовления трубной продукции. Распространение технологии непрерывной прокатки труб без оправки (калибрование и редуцирование) обусловлено необходимостью расширения сортамента труб экономичностью процесса, сравнительной простотой технологии и оборудования. Технологию эту используют на трубопрокатных, трубоэлектросварочных, трубосварочных и трубопрессовых установках.

Редукционные станы и калибровочные станы представляют собой непрерывные прокатные станы, где трубу производят без оправки, прокатывая в последовательно расположенных рабочих клетях с постепенным уменьшением Ø калибра. Редуцирование и калибрование труб можно осуществлять в любом состоянии:

  • горячем (температура деформируемого металла 720...1100 °С),
  • холодном (20...40 °С) и
  • теплом (около 100 °С). Наиболее распространен «горячий» способ.

Особенность безоправочной прокатки непрерывным способом в том, что с уменьшением Ø происходит изменение толщины стенки труб. Ряд факторов способствует этому:

  • отношение Ø D к толщине стенки S трубы,
  • величина обжатия трубы в рабочей клети,
  • калибровка валков,
  • соотношение частоты вращения валков по клетям стана,
  • температура прокатки и др.

Условно можно назвать 3 вида станов с безоправочной продольной прокаткой труб.

Калибровочные станы Они предназначены, чтобы придать трубам точную геометрическую форму по наружному Ø. Здесь труба незначительно деформируется, поэтому станы эти обычно имеют по 3-7 клетей. Такие агрегаты были в составе агрегатов устаревшей конструкции с автоматическим, реечным, пилигримовым и даже трехвалковым раскатным станами. Общая деформация труб по Ø на калибровочных станах обычно составляет 15-25 % при частных деформациях в клетях 2,5-3,5 %. Толщина стенки при калибровании труб несколько увеличивается, а при использовании натяжения может сохраняться неизменной.

Редукционные или редукционно-калибровочные станы Они предназначены, чтобы уменьшить наружный Ø труб и откалибровать их. Трубопрокатный агрегат благодаря наличию этих станов в своем составе лишь приобретает преимущества, как:

  • повышение его производительности,
  • расширение сортаментных возможностей, т.е. получение труб с меньшим Ø и большей длиной. Такие станы обычно имеют по 12-20 клетей. Клети работают или вовсе без натяжения, или с малыми натяжениями. Редуцирование труб без натяжения сопровождается утолщением стенки по длине трубы и образованием поперечной разностенности, которая особенно значительна при больших деформациях. Поэтому в редукционных станах общую деформацию труб по Ø ограничивают 40-45 % при частных деформациях 3,5 - 4,5 %.

Редукционно-растяжные станы Они предназначены, чтобы получать тонкостенные трубы с небольшим Ø. Они работают с натяжением, поэтому толщина стенки уменьшается или остаётся прежней, что объясняется степенью натяжения. Общая деформация труб по Ø может составлять 75-80 %, а уменьшение толщины стенки 30-35 %. Трубы после редуцирования с натяжением приобретают более высокое качество. Однако редуцирование с натяжением ведёт к образованию утолщенных в конце труб. На передний и задний конец трубы не воздействует во время прокатки натяжение в полном объёме. Так что более целесообразно применение редукционно-растяжных агрегатов в составе трубосварочных и трубоэлектросварочных установок, позволяющих осуществлять бесконечное редуцирование, либо в составе агрегатов, на которых можно изготавливать трубы с исходной длиной мин. 15-20 м.

Редукционно-растяжные станы высокопроизводительны. Последняя клеть прокатывает со скоростью 10-13 м/сек.

Непрерывные безоправочные станы можно классифицировать следующим образом:

  • по числу валков в клетях: двух, трех- и четырехвалковые агрегаты;
  • по типу привода: индивидуальный, групповой, комбинированный.

На трубных заводах работают станы, оснащённые двух- или трехвалковыми клетями. В настоящий момент охотнее применяют редукционные станы, оснащённые трехвалковыми клетями. Применение трехвалковых клетей объясняется рядом их технологических достоинств. В калибре из трёх валков значительно (по сравнению с двухвалковым) уменьшаются неравномерность в процессе изменения толщин стенки у труб в поперечном сечении, а также уширение металла и скольжение валков по трубе вследствие меньшей разности окружных скоростей в вершине и ребордах калибра, что позволяет давать в каждой клети большие обжатия, не искажая профиль трубы. Мощность привода при этом в большей степени идёт на вытяжку деформируемого металла. Кроме того, при трехвалковой конструкции клети расстояния между смежными клетями уменьшаются, что способствует уменьшению длины утолщений в конце труб при прокатке поштучно.

Сложные по конструкции четырехвалковые клети не нашли применения.

Конструкция привода стана продольной прокатки безоправочным методом выполняет важную функцию при осуществлении процесса: его тип предопределяет возможный режим натяжения, как при стабильном режиме прокатки, так и в переходный период. Привод у станов может быть групповым, индивидуальным, комбинированным.

Групповой привод наиболее прост: один двигатель приводит во вращение все валки клетей. Для этого используют специальные редукторы (передачи у редуктора конические). Прокатка идёт при таком приводе в режиме натяжения, что характерно для такого стана. Групповой привод применялся в калибровочных и редукционных станах устаревшей конструкции.

Привод второго типа – индивидуальный. Это универсальный привод, применяемый для калибровочного, редукционного, редукционно-растяжного станов прокатки. Двигатель постоянного тока вращает валки каждой клети. Недостатки привода:

  • сложность поддержания в процессе прокатки заданных скоростей;
  • сложное и дорогостоящее электрооборудование.

Стремление исключить недостатки индивидуальных приводов привело к разработке комбинированных приводов, имеющих более жесткие характеристики. В этих станах помимо общего группового электродвигателя рабочие клети снабжены дополнительными индивидуальными регулируемыми гидроприводами. Сегодня выпускают редукционно-растяжные станы, оснащённые дифференциально-групповыми приводами. Система дифференциально-группового привода представляет собой два электродвигателя, они соединяются на выходе к рабочим клетям стана дифференциальными передачами. Следовательно, скорость при вращении валков каждой клети состоит из суммы скоростей, передаваемых этими двигателями.

Преимущества дифференциально-групповой системы привода редукционно-растяжных станов:

1. высокая жесткость привода, особенно важная при работе с большими натяжениями;
2. простота настройки стана на заданную толщину стенки редуцируемых труб;
3. возможность независимого от регулирования, как режима натяжения, так и скоростей прокатки при условии применения в качестве обоих регулируемых электродвигателей постоянного тока.

Недостатками такого привода:

  • сложность механического оборудования;
  • изменение скоростей валков по клетям стана можно производить только в соответствии в заложенными в кинематику привода закономерностями.

Технологический процесс производства бесшовных труб на ТПА с раскатными станами винтовой прокатки

Агрегаты для раскатки труб методом винтовой прокатки производят малое количество труб, 7-8 % от всего производственного объема. Но агрегаты эти ценны тем, что получаемые на них трубы имеют высокую точность. Предельные значения по толщине стенки и наружному Ø в 2-2,5 раза выше принятых допустимых параметров: в толщине стенки ± 6 %; по Ø ±0,5 %.

Названные агрегаты производят трубы с толстой стенкой, которые идут на изготовление деталей машин.

Высокие точные показатели труб позволяют давать минимальные припуски для последующих механических обработок и производить трубы на поточных линиях со станками-автоматами. Именно эти факты способствовали выбору агрегатов с раскатными станами для выпуска труб методом винтовой прокатки, идущих впоследствии на производство подшипниковых узлов.

Важным преимуществом данных раскатных агрегатов с методом винтовой прокатки является также его высокая маневренность, т.е. возможность несложно и быстро перестроиться на прокатку труб иного сортамента. Изменение наружного Ø прокатываемых труб достигается сближением или разведением рабочих валков. Толщина стенки изменяется подбором Ø оправки раскатного стана. Замена валков производится только в случае значительного износа их, также при значительном изменении сортамента труб. Тогда нужны валки другого Ø.

Благодаря названным фактам линии с раскатными станами весьма ценны при выпуске подшипниковых труб или труб, подвергаемых в дальнейшем механообработке. Высокие точные показатели при прокатке обеспечивают незначительные расходы в стружку. Простота перенастройки технологических параметров обеспечивает прокатку трубы любого Ø в пределах принятого диапазона, что также уменьшает отходы металла при механообработке, т.к. позволяет принимать меньшие припуски на обточку труб.

Известны две схемы линий для раскатки гильзы на стане методом винтовой прокатки:

  • более распространены станы с трехвалковыми станами (станами Ассела);
  • за рубежом (США) применяют линии с раскаткой на стане с двухвалковыми клетями (с направляющими дисками). Это станы Дишера.

Установка в линиях раскатных трехвалковых станов в определённом смысле ограничивает выпускаемый сортамент: на этих станах можно получать только трубы с толстой стенкой с отношениями Ø к толщине стенки D/ S< 10-11. До сих пор предпринимаются безуспешные попытки получать тонкостенные трубы на этих установках. Но во время прокаток конца трубы развивается поперечная деформация, образуется в концевой части трубы треугольный раструб. Эти факты мешают нормально вести процесс прокатки. Установка в линиях двухвалковых раскатных станов с приводными дисками позволила существенно увеличить сортамент прокатываемой трубной продукции - до D/S= 17. Но по причине сложной конструкции эти станы не распространены.

Другим ограничением является минимальный Ø труб. В линиях, оснащённых раскатными станами среднего и большого типа с трехвалковыми клетями, нижний предел Ø труб ограничивается 73-76 мм. Связано это с возможностью сведения трех валков на минимальный калибр. Интеграция в линию редукционного стана обеспечивает уменьшение конечного Ø труб, но значительно снижает его маневренность, т.к. в его составе появился стан с круглыми калибрами. Следовательно, при переходе на другой типоразмер труб необходимо выполнять перевалку (замену клетей). Кроме того, редуцирование снижает точность размеров труб, поэтому обжатие труб по Ø обычно составляет макс. 25 %.

Производство труб на ТПА с трехвалковым раскатным станом винтовой прокатки

Линии, оснащённые раскатными агрегатами с винтовой прокаткой, служат для получения труб Ø 50-240 мм, длиной макс. 10 м. Технологическую схему такой линии см. рис. 8. Процесс подразумевает следующие основные операции:

  • работы по подготовке заготовки к прокатному процессу;
  • этап нагрева её в кольцевой печи;
  • прошивку заготовки;
  • раскатывание гильзы в трубу на раскатном агрегате (на длинной оправке);
  • извлечение оправки;
  • подогрев труб в специальной печи;
  • калибрование труб в двух- или трехвалковом стане.

В некоторых агрегатах в целях расширения сортамента в сторону труб малого диаметра устанавливают многоклетевые (от 7 до 14 клетей) редукционные станы. Толстостенные трубы редуцируют без натяжения, однако и при небольших степенях деформации точность толщины стенки заметно понижена. Точность наружного Ø удается сохранить, ибо после редуцирования трубы калибруют в стане прокатки поперечно-винтовым способом.

Введение редукционного стана снижает маневренность агрегата, увеличивает парк валков, т.е. в заметной мере снижает основные достоинства; по-видимому, это целесообразно, если сортамент редуцируемых труб ограничен, и к точности этих труб не предъявляют больших требований ( в частности, если эти трубы подлежат дальнейшей деформации).

На агрегатах, оснащённых станом Дишера, наличие редукционного стана снижает точность труб, но незначительно. Тонкостенные трубы редуцируют с натяжением, обеспечивая более высокую точность, чем при редуцировании без натяжения.


Рис. 8. Технологическая схема прокатки труб на агрегате с трехвалковым станом

Основной операцией подготовки заготовки является разрезка на мерные куски. Разрезают холодными на пресс-ножницах. Заготовки из высокоуглеродистых марок сталей и из стали ШХ15 разделяют способом холодной ломки. На прутках перед ломкой выполняют надрез обычно автогеном.

Для нагрева используют обычно одну или две печи. Печи используют кольцевые с вращающимся подом. Эти печи равномерно прогревают заготовки по сечению и длине, что весьма важно для достижения минимальной разностенности гильз и труб.

Прошивают заготовку на агрегате винтовой прокатки, главным образом двухвалковых с направляющими линейками. На одном из агрегатов в Англии впервые был использован трехвалковый прошивной стан. Предполагалось, что применение такого стана обеспечит возможность использования для прокатки более дешевой непрерывнолитой заготовки. Однако, после прошивки на трехвалковом стане имеет место такой дефект, как разностенность гильз большой степени. По этой причине трехвалковые прошивные станы не особо распространены. Прошивной стан выполняют с боковой или осевой выдачей гильз. Для центрирования оправочного стержня с гильзой на отечественных станах применяют трехроликовые трехрычажные центрователи.

Типовое расположение оборудования показано на рис. 9. На рис. 10 представлена схема по расположению оборудования на агрегате с двумя раскатными станами. Планировка оборудования трубопрокатного агрегата может быть различной. Причина этому разное взаимное расположение агрегатов: стана прошивного и стана раскатного.

На одних агрегатах гильзу задают на раскатку передним концом, на других - задним. Гильза в районе переднего конца имеет чуть больший Ø. Это облегчает захват в раскатном стане. Задний конец гильзы несколько сужен. Для надежности введения оправки приходится увеличивать внутренний Ø гильзы. Для этого повышают степень редуцирования при раскатке.


Рис. 9. Типовая схема расположения оборудования агрегата с трехвалковый станом:
1 - весы; 2 - наклонная решетка; 3 - загрузочная и выгрузочная машины; 4 - кольцевая нагревательная печь; 5 - рольганг; 6 - зацентровщик заготовок; 7 - наклонная решетка; 8 - прошивной стан; 9 - трехвалковый раскатной стан; 10 - оправкоизвлекатель; 11- ванна для охлаждения оправок; 12 - механизм для смазки оправок; 13 - выталкиватель труб из печи; 14 - подогревательная печь; 15 - трехвалковый калибровочный стан; 16 - пяти клетевой калибровочный стан; 17 - холодильник

Рабочая клеть современных трехвалковых раскатных станов включает литую разъемную станину с расточками, выполненными под углом 120°. В этих расточках сидят барабаны с валками. Сведения и разведения валков осуществляется механизмами, расположенными в клети. Угол подачи настраивается от 0 до 15°.

У рабочих валков главный привод групповой. Привод от электрического двигателя осуществляется через шестеренную клеть. Двигатель функционирует от постоянного тока. Привод обеспечивает частоту вращения валков 200 - 300 об/мин. Шестеренная клеть передаёт к валкам через шпиндельные устройства крутящий момент.

Вход раскатного стана, на который приходит гильза с прошивного стана, имеет два последовательно расположенных приёмочных стола для гильзы и оправки. Размер прокатываемой гильзы и Ø оправки регулируют желоб каждого стола по высоте. На входе находятся две приводные тележки, служащие:

  • для введения в гильзу оправки;
  • для подачи оправки с гильзой в валки агрегата. Поскольку гильза должна пройти до момента захвата меньший путь, чем оправка, скорость тележки, перемещающей оправку, должна быть почти в 2 раза выше скорости тележки, задающей гильзу в валки.

Рис. 10. Схема расположения оборудования агрегата с двумя трехвалковыми раскатными станами винтовой прокатки:
1 - зацентровшик; 2 - прошивной стан; 3 - ванна для охлаждения оправок; 4 - раскатной стан; 5 - извлекатель оправок; 6 - подогревательная печь; 7 - редукционный стан; 8 - калибровочный стан; 9 - установка водяного охлаждения труб; 10 - холодильник; 11 - пила для отрезки проб

Для ускорения процесса производства еще во время раскатки предыдущей трубы вновь скатившуюся гильзу и оправку начинают перемещать по желобу толкающие тележки, причем благодаря разности в скоростях оправка догоняет гильзу. Перед введением оправки гильзу прижимают к желобу фрикционным устройством с пневматическим приводом. Толкающая тележка подает оправку в гильзу. Как только передний конец оправки покинет гильзу, прижим уходит в исходное положение. Другая тележка толкает гильзу через вводную проводку в валки, а первая тележка продолжает передвигать оправку вплоть до момента захвата гильзы валками. После этого тележки отводятся в исходную позицию, чтобы снова осуществлять подачу следующей гильзы и оправки.

Во время процедуры раскатывания труба покидает валки клети по выводной проводке, смонтированной на выходе из клети. Она защищается при этом от биения центрователями или проводками со сменными вкладышами.

Конструкция центрователей аналогична конструкции центрователей на прошивных станах. Если рабочая клеть с грибовидными валками главный привод располагается на выходе стана, и трубу с оправкой после раскатки транспортируют через отверстие в шестеренной клети, куда вставлена водоохлаждаемая проводка, предотвращающая перегрев шестеренной клети.

Труба с оправкой по рольгангу поступает к оправкоизвлекателю цепного типа, упираясь в люнет, а хвостовик оправки захватывается захватами непрерывной замкнутой цепи. Освобожденная от трубы оправка движется в ванночку для охлаждения, после которой вновь подаётся на раскатной стан. Оправка проходит через специальную смазывающую машину. Однако не всегда оправку смазывают, но при прокатке толстостенного продукта смазка оправок обязательна, иначе будет затруднено их извлечение.

Труба уже после извлечения оправки транспортируется рольгангом в подогревательную печь (обычно с шагающими балками), а затем редуцируется (если агрегат оснащён редукционным станом) и окончательно калибруется на стане винтовой прокатки. Калибруют в двух- или трехвалковых клетях.

После калибрования трубы поступают на охладительный стол. Для подшипниковых труб используют ускоренное охлаждение, чтобы не образовалась карбидная сетка. На рольганге за калибровочным станом установлены спрейеры, регулирующие скорость процедуры охлаждения в зоне температур фазового превращения. Это также защищает от образования карбидной сетки на продукции из стали ШХ15.

Горячекатаные трубы правят на машинах правки косовалкового типа. Трубы подшипникового сортамента отжигают в проходных печах, затем правят на тех же машинах правки косовалкового типа. Затем отрезают концы с дефектами и обтачивают в бесцентровых станках по наружной поверхности, чтобы удалить поверхностные дефекты обезуглероженного слоя. Часть горячекатаных труб обычно в этом цехе прокатывают холодными на меньшие размеры по Ø на станах ХПТ (делают один или несколько переходов), используя, при необходимости, промежуточные операции отжига, травления, смазки.

Трубопрокатный агрегат с раскатным станом Дишера

Американский инженер Дишер успешно решил задачу получения готовой тонкостенной трубы в два этапа: прошивка и раскатка. Причем оба этапа выполняют на конструктивно одинаковых станах винтовой прокатки - двухвалковых с вращающимися приводными направляющими дисками.

Трубопрокатные агрегаты со станами Дишера используются в США для производства труб:

  • Ø 38-114 мм,
  • толщина стенки 2-12 мм,
  • длина более 6 м.

Процесс изготовления следующий. Круглые заготовки, нагретые до температуры прокатки, доставляются рольгангом на прошивной стан с направляющими дисками. Скорость вращения дисков равна 14 м/сек., в 3-4 раза превосходят окружную скорость вращения РВ. Вращающиеся диски ускоряют процесс прошивки, следовательно, растёт производительность стана. Гильзу передают ко второму стану винтовой прокатки - раскатному, также двухвалковому и с вращающимися направляющими дисками. Гильза раскатывается на длинной плавающей оправке. Далее оправку извлекают, а трубы охлаждают на холодильнике. При необходимости их подвергают калиброванию или редуцированию.

Прошивная и раскатная линии расположены так, что прокатка в них происходит в разных направлениях (по принципу левой и правой резьбы). Выходящий из прошивного стана задний конец гильзы является передним концом трубы при прокатке на раскатном стане. Благодаря такому расположению оборудования и схеме движения металла выходящая из раскатного стана труба оказывается достаточно равномерно нагретой по всей длине.

Обычно для валковых прошивных станов коэффициент осевой скорости составляет примерно 0,6...0,8. Благодаря вращающимся дискам скорость прокатки возрастает на 40 % и составляет 0,5 м/с при 4-5-кратной вытяжке на стане. Осевая скорость в сечении выхода трубы из валков имеет коэффициент 1,25.

Вследствие большой окружной скорости вращения дисков по сравнению со скоростью вращения трубы возникающие между дисками и трубой силы трения направлены под небольшим углом к оси прокатки. Лишь небольшая составляющая их оказывает сопротивление вращению трубы. Это способствует истечению металла по оси, предупреждает поперечную раскатку трубы в очаге деформации, увеличение ее Ø. Для того чтобы избежать плотного охватывания оправки трубой, расстояние между дисками устанавливают большим, чем расстояние между валками. Чтобы внутренний Ø трубы был несколько больше Ø оправки.

Из-за значительного трения при скольжении дисков по прокатываемой трубе, а также из-за больших коэффициентов вытяжки температура трубы несколько возрастает. Однако, из-за наличия зазоров между металлом и оправкой в направлении дисков, оправка разогревается незначительно, что способствует ее высокой износостойкости.

Продолжительность контакта каждого участка рабочей поверхности диска с горячим металлом составляет при указанных выше скоростях вращения диска около 0,007 секунд. Диски большой массы не успевают нагреться за это время. Диски и валки непрерывно охлаждают водой. РВ (рабочие валки) прошивного стана изготавливают из углеродистой стали (например, из стали марки 40). Валки раскатного стана изготавливают из хромомолибденовой стали типа 30ХМ, а бандажи дисков - из высоколегированной хромоникелевой стали следующего состава, %: 0,4...0,48 С; 24...26 Сг; 11... 13 Ni; 1...1.5 Мп; 0,5...0,75 Si;Sи Р менее 0,02. Срок службы валков до переточки составляет 300...500 т труб, а дисков - до 90000 метропроходов.

Часовая производительность агрегата достигает 225 шт. труб длиной до 6 м (7... 13 т/ч в зависимости от Ø и толщины стенок труб). По оценкам специалистов, трубы, получаемые на ТПА со станами Дишера, отличаются высоким качеством - малой разностенностью, точностью по Ø, имеют гладкую поверхность снаружи и изнутри. Хорошее состояние внутренней поверхности определяется тем, что процесс выполняется на плавающей оправке, при раскатке применяются большие обжатия.

Несмотря на эти достоинства, такие агрегаты не распространены из-за конструктивной сложности станов Дишера и длительности замены инструмента при переходе на прокатку труб иного сортамента.

В последние годы к станам Дишера вновь проявляют интерес за рубежом и в нашей стране. За рубежом разработан раскатной двухвалковый стан, позволяющий осуществлять процесс деформирования в стане с направляющими приводными дисками на принудительно перемещаемой оправке. Применение принудительно перемещаемой цилиндрической оправки позволяет резко сократить массу оборудования раскатного стана, производственные площади при удовлетворительной стойкости оправки.

Успешно внедрен процесс раскатки толстостенных труб малого Ø (40-29 мм) на двухвалковом стане с неприводными дисками и на принудительно перемещаемой цилиндрической оправке на агрегате для производства буровой стали.

Как может выглядеть ТПА со станами Дишера в современном исполнении? Прошивной стан целесообразно выполнить с неприводными дисками, что значительно упрощает его конструкцию и эксплуатацию. Причем процесс прошивки следует выполнять при углах подачи РВ 14-16° с коэффициентом вытяжки макс. 2,5, т.е. получать гильзы с D/S~ 8-11. Для обеспечения высокой производительности выход прошивного стана должен быть выполнен с осевой выдачей гильз. Раскатной стан для выпуска труб с тонкой стенкой необходимо выполнить с приводными дисками и принудительно-перемещаемой цилиндрической оправкой. Однако углы подачи РВ должны также находиться в области 14-18°, а частота вращения дисков должна обеспечивать их окружную скорость примерно равной осевой скорости перемещения трубы. В этом случае исключается интенсивное скольжение дисков относительно металла, а следовательно, их повышенный износ и налипание металла на рабочую поверхность дисков. Благодаря повышенному углу подачи будет обеспечена высокая скорость прокатки, малая длительность контакта инструмента с горячим металлом, следовательно, его высокая износостойкость. Это является залогом высокого качества труб.

На основании рассмотренных технологий можно также предложить комбинированный агрегат с раскатными станами винтовой прокатки, агрегат, в котором имеются после прошивного стана две линии по раскатке и калиброванию труб:

1) первая - в составе трехвалкового раскатного агрегата и трехвалкового калибровочного агрегата. Она предназначается для прокатки толстостенных труб преимущественно большого Ø;
2) вторая - в составе двухвалкового раскатного стана с приводными направляющими дисками и обкатного двухвалкового стана с направляющими линейками, подогревательной печью, редукционным станом продольной прокатки. Она предназначается для прокатывания труб с отношением D/S>10, а также труб меньших Ø. Прокатка осуществляется на одной из линий, другая линия переналаживается в это время на прокатку труб соответствующего типоразмера. Такой состав оборудования и организация его работы позволят расширить сортамент труб, рационально использовать оборудование и могут быть использованы при реконструкции или создании нового трубопрокатного цеха.

Новый процесс получения бесшовных труб прошивкой с последующей раскаткой в одном стане винтовой прокатки

При принятых технологиях для получения тонкостенных труб раскатку гильз производят в специализированном двухвалковом стане Дишера с приводными направляющими дисками. Раскатку осуществляют на длинной плавающей цилиндрической оправке. Приводные диски благодаря дополнительным тянущим силам трения гарантируют получение труб с отношением D/S = макс. 30.

Качественные показатели поверхности готовых труб, особенно из легированных сталей, отвечает высоким, предъявляемым к трубам нефтяного сортамента, требованиям. Управление геометрией трубы с помощью изменения технологических факторов затруднено вследствие незамкнутого очага деформации. Рабочая клеть стана Дишера отличается повышенной конструктивной сложностью, большей энергоемкостью и массой оборудования, требует повышенного заглубления фундаментов под привод. Ей требуется площадь, в 1,5-2 раза превосходящая площадь под клеть с направляющими линейками. Прокатка труб широкого сортамента требует наличия соответствующего количества единиц направляющего инструмента под каждый типоразмер труб, при использовании дисков масса его достигает нескольких десятков тонн. Изготовление направляющих дисков требует наличия специального дорогого механического оборудования. Применение длинной плавающей оправки требует больших затрат: на изготовление комплектов оправок различного Ø и дополнительных производственных площадей.

Новые применяемые при выпуске бесшовной продукции технологии включают следующие технологические этапы:

1. Раскрой исходных прутков на мерные длины механическими пилами.
2. Нанесение с помощью сверления на передний торец холодной заготовки центрирующего углубления.
3. Разогрев заготовок до температуры прокатки. Для разогрева используют газовую печь.
4. Прошивка заготовок реализуется на стане винтовой прокатки с двухвалковой клетью (чашевидная схема). Направляющий инструмент- линейки.
5. Раскатывание гильзы на стане аналогичной конструкции (на короткой оправке: конической или цилиндрической).
6. Калибрование полученной черновой трубы по Ø на стане винтовой прокатки (трехвалковом) с одновременной правкой.
7. Контролируемое охлаждение трубы.

Данная технология выполняется на компактном малоэнергоемком автоматизированном оборудовании. Рабочая клеть прошивного/раскатного стана винтовой прокатки монтируется на сварной облегченной станине. Станина имеет повышенную жёсткость, масса 40 т. Рабочие валки Ø 700 мм работают:

  • от главного привода;
  • вращение с частотой 40-60 об/мин.;
  • на 2-х двигателях переменного тока;
  • мощность двигателей 2х1300 кВт.

Оборудование процесса представляет собой вместе с передающими устройствами единую поточную систему, на которой предусмотрена как возможность работы с одного нагрева, так и последовательное осуществление прошивки. Затем нагрева, раскатки гильзы и калибрования трубы. Горячекатаный пруток или непрерывнолитую заготовку берут как исходную заготовку: 80 - 250 мм, из которых получают трубы Ø 73 - 270 мм при толщине стенки 11 - 28 мм для изготовления муфт. Муфты идут в дальнейшем к обсадным и насосно-компрессорным трубам, которые изготовлены из сталей класса прочности. Производственный объем равен при этом 22 000 т/год, может быть увеличен до 50 000 т/год. Максимальная часовая производительность процесса прошивки составляет 38,3 т/ч, процесса раскатки - 30,7 т/ч, максимальное время прошивки 18 с, время вспомогательных операций - 10 с. Участок обслуживается бригадой в составе 10 человек в смену.

Предложенная технология позволяет получать высокоточные трубы с разностенностью до ±6 %, высоким качеством поверхности снаружи и внутри. Это достигается, во-первых, за счет раскроя прутков на мерные длины механической пилой с обеспечением высокого качества торцевой поверхности заготовки при отсутствии неперпендикулярности торца, точной механической зацентровкой переднего торца. Прошивка и раскатка реализуются под углом подачи 12°, углом раскатки 7° по чашевидной схеме с обжатием по Ø перед носком оправки 6-8 %. В технологическом процессе заложено равномерное распределение вытяжки между этапами прошивки и раскатывания. Калибровка валков задаёт распределение частных обжатий по длине всего очага деформации. Это обеспечивает надежный вторичный захват, плавное передвижение металла по очагу деформации. Толщина стенки симметрично уменьшается. Короткая коническая оправка позволяет при раскатке заметно повысить управляемость процессом. Появляется возможность варьировать толщиной стенки и Ø получаемой гильзы не только за счет изменения величины обжатия (положения валков), но и путем варьирования выдвижением носка оправки за место пережима валков. Как правило, последнее эффективнее влияет на геометрию трубы и технологически проще в осуществлении. Это позволяет значительно расширить размерный сортамент труб, получаемых на одной калибровке валков. Сокращаем затраты на инструмент и перенастройку стана. Помимо осуществления раскатывания на двухвалковом стане с направляющими линейками особенностью предложенной технологии являются неизменяемые настройки очага деформации для прошивки и раскатки, за исключением калибровки оправок, выдвижения носка оправки за рамки пережима.

Это позволило реализовать оба процесса на том же агрегате на одном нагреве, возвращая прошитую гильзу на вход и одновременно осуществляя замену прошивной оправки на раскатную совместно со стержнем.

Такое технологическое решение позволило значительно сократить огромное количество оборудования и расходы на его приобретение. Калибровка черновой трубы по Ø производится на трехвалковом стане винтовой прокатки под углом подачи 12° и обжатии по Ø макс. 5 %, что позволяет совместить калибрование трубы с правкой. Помимо основной схемы ведения технологического процесса возможен вариант, который предусматривает прокатку труб по маршруту: разогрев заготовки - прошивание её в гильзу - разогрев гильзы в нагревательной печи до температуры 1100... 1150°С - раскатывание гильзы в трубу - калибровка трубы по Ø - контролируемое охлаждение. Прокатка по этому маршруту осуществляется партиями по объему наполнения термостата гильзами (масса партии до 20 тонн) с последующей остановкой процесса прошивки и перенастройкой клети под раскатывание гильзы в трубу. За время настройки стана на другой режим прокатки (ориентировочно 10...15 мин) в нагревательную печь подают гильзы термостата по рольгангу, температура гильз на посаде в печь 800°С, время подогрева гильзы до заданной температуры 20...30 мин. После завершения раскатки партии гильз в трубы стан вновь перестраивают на прошивку заготовок. Готовые трубы подвергают правке и калиброванию, а затем охлаждают.

Третий вариант предусматривает нагрев заготовок, прошивку гильзы, полное охлаждение гильз и их складирование до накопления определенного количества. В любой другой период времени нагрев гильз с холодного посада и раскатку их с последующим калиброванием и контролируемым охлаждением на заданный типоразмер.

Известно, что направляющие линейки при прокатке интенсивно изнашиваются. Это влечёт за собой:

  • изменение овализации заготовки-гильзы в очаге деформации;
  • ухудшение качества гильз и труб и
  • к нарушению процесса прошивки.

Так что стойкости линеек уделяется особое внимание, т.к. прошивка и раскатка реализуются на одном и том же инструменте, который испытывает фактически двойную нагрузку.

На основании экспериментальных исследований была успешно разработана новая конструкция направляющих линеек из углеродистой стали с наплавкой рабочей поверхности сплавом на основе никеля.

Для многих прошивных станов линейки отливаются из высоколегированного сплава, так называемого "бидулоидного чугуна". У него следующий химсостав: 1,8...2,1 % С; 0,8...1,2 % Si; 0,3...0,6 % Мn; 30,0...34,0 % Cr; 4,0...6,0 % Ni; до 0,045 % S и Р.

Большой износ рабочей поверхности на линейках ведёт к выходу линеек из строя. При эксплуатации образуется сетка разгарных трещин. Настройка калибра, количество прокатанного материала определяют размеры и форму пятна износа. Глубина выработки составляет макс. 7-8 мм.

Чтобы повысить износостойкость, предотвратить перегрев тела линейки и наплавленного рабочего слоя с последующим образованием разгарных трещин, линейки изготавливают с пазами для внутреннего охлаждения водой.

После выработки наплавленного жаропрочного слоя, поверхность линейки восстанавливается путем повторной наплавки до исходных размеров, и линейка используется повторно.

Применение стальных линеек новой конструкции исключает их аварийную поломку, что характерно для бидулоидных линеек, имеющих грубую литую структуру.

Производство труб на ТПА с пилигримовым станом

Линии с пильгерстанами широко применяют у нас в стране и за рубежом. Удельный вес продукции, производимой на трубопрокатных заводах с пилигримовыми, или пильгер-станами, составляет прибл. 15% всего объема выпускаемых бесшовных труб.

Основные преимущества пилигримового способа следующие:

1. прокатывание труб с большим (до 15) коэффициентом вытяжки;
2. выпуск труб из литого металла благодаря интенсивной проработке его структуры;
3. возможность производства особо толстостенных труб и , труб профильного спецназначения (квадратных, шестигранных, конических, ступенчатых, плавниковых и др.);
4. низкая себестоимость продуктов из труб.

Линии с пильгер-станами изготавливают трубы бурильные, обсадные, нефтепромысловые, котельные и др.

Размеры прокатываемых труб определяют деление агрегатов на 3 типоразмера:

  • малые агрегаты: для выпуска труб Ø меньше 114 мм, со стенкой при толщине мин. 2,5-4,0 мм;
  • средние: для выпуска труб Ø 114 - 325 мм со стенкой при толщине мин. 5-7,5 мм;
  • большие: для выпуска труб Ø макс. 550-665 мм со стенкой при толщине мин. 6-10 мм.

Наиболее применимы средние и большие агрегаты. Исходным материалом они используют для выпуска труб непрерывнолитые заготовки (НЛЗ) или слитки. Это предопределяет более низкую себестоимость труб, хотя по производительности эти агрегаты несколько уступают трубопрокатным с автомат-станом.

Технологический процесс

Процесс изготовления труб (рис. 11) на современных ТПА пильгер-станом состоит в выполнении следующих основных процедур:

  • подготовки заготовок (слитков) к прокатке;
  • их нагрева;
  • прошивания на стане винтовой прокатки;
  • прокатки на пильгер-стане;
  • отрезки пильгер-головки и деление труб;
  • разогрева труб;
  • прокатки их на калибровочном или редукционном агрегате.

Рис. 11. Схема технологического процесса производства труб на современном ТПА с пилигримовым станом;
1 - подача заготовок в цех; 2 - осмотр и взвешивание; 3 - ремонт заготовок (в случае необходимости); 4 - загрузка заготовок в кольцевую печь; 5 - нагрев до 1250... 1300 °C; 6 - выдача заготовок из печи; 7 - прошивка в стане винтовой прокатки в гильзу 8 - передача гили на тележке к одной из клетей пилигрнмового стана: 9 - раскатка гильз в трубы на пилигримовом стане; 10 - отрезка концов и резка труб на мерные длины; 11 - подогрев труб до 1000 °С; 12 - калибрование; 13 - охлаждение; 14 - правка.

На пилигримовых агрегатах старого типа прошивание слитков реализуют на прошивных станах поперечно-винтовой прокатки (обычно – с бочкообразными валками). Известны также агрегаты малого типоразмера с дисковыми станами. В них отсутствуют подогрев и раскатка перед пильгерстаном.

Современный агрегат представляет собой (рис. 12):

  • две кольцевые печи или две туннельные печи;
  • прошивной стан с методом винтовой прокатки;
  • две пилигримовые клети, оснащённые устройством для внестановой загрузки дорнов;
  • режущие устройства;
  • печь;
  • калибровочный или редукционный стан.

Одним из направлений реконструкции трубопрокатного агрегата, оснащённого пильгер-станом, является замена прошивных станов винтовой прокатки на станы нового типа, позволяющие осуществлять прокатку при большем угле подачи (8... 15°).


Рис. 12. Схема расположения основного оборудования ТПА с пилигримовым станов:
1 - нагревательная кольцевая печь; 2 - прошивной стаи винтовой прокатки; 3 - подающий механизм; 4 - устройство для охлаждения и внестановой зарядки дорнов; 5 - клеть пилигримового стана; б - устройство для резки труб: 7 - секционная подогревательная печь; 8 - шестиклетевой калибровочный стан; 9 - семнадцатиклетевой редукционный стан; 10 - Охладительный стол; 11 - правильный стан

Технология процесса на трубопрокатном агрегате, оснащённом пильгер-станом, осуществляется следующим образом. Исходным материалом является непрерывно литая заготовка или слиток круглого сечения, можно использовать также и катаную заготовку. Непрерывно литые заготовки из сталеплавильного цеха поступают в трубопрокатный цех на железнодорожных платформах и выгружаются электромагнитными кранами на склад заготовок. Со склада их подают на инспекционные столы-решетки для визуального осмотра. Обнаруженные поверхностные дефекты, в зависимости от их характера и величины, вырубают зубилам или удаляют огневой зачисткой.

Для изготовления труб ответственного назначения используют кованые или катаные заготовки круглого сечения. В отдельных случаях слитки и заготовки подвергают обдирке и сверлению для удаления наружных и внутренних пороков.

Годные заготовки и заготовки после ремонта транспортируют на подающие решетки рольганга, ведущего к нагревательным печам, и далее к загрузочному механизму одной из кольцевых печей, где их нагревают до 1240... 1280 °С (в зависимости от марки стали).

Загрузка и выгрузка из печи осуществляется манипулятором. Манипулятор выгрузки укладывает нагретую заготовку на наклонный жёлоб, по которому она скатывается на рольганг, ведущий к поворотному столу. В случае прокатки слитков поворотный стол поворачивает слиток на 90°, устанавливая его концом меньшего диаметра в сторону прошивного стана на рольганг.

Гидравлическим толкателем заготовку сталкивают с рольганга в приемный желоб двухвалкового стана винтовой прокатки с направляющими линейками. Прошивка осуществляется на короткой оправке, зафиксированной от осевого перемещения. Перед прокаткой стержень центрируется устройством в виде убирающегося шибера; когда очаг деформации заполняется металлом, центрирующее устройство убирается, чтобы не препятствовало перемещению металла. После того, как гильза покинет валки, центрирующее устройство поднимается и удерживает оправку со стержнем от осевого перемещения, упорный замок открывается, и гильза роликами рольганга стягивается со стержня.

Клеть прошивного стана состоит из литой станины открытого типа с крышкой, крепящейся при помощи хомутов с клиновыми замками. В клеть встроены сменные вводная и выводная проводки, регулируемый при помощи прокладок стул для нижней линейки. Рабочие валки смонтированы на текстолитовых подшипниках с водяной смазкой. Угол подачи равен 4°.

Главный привод - групповой, в его составе имеется шестеренная клеть и универсальные шпиндели с пружинным уравновешиванием. Приемный желоб относительно оси прокатки регулируется прокладками. Упорный замок состоит из станины, собственно замка и оправочного стержня. Станина укреплена на фундаментной плите и в верхней части соединена тягой с крышкой рабочей клети. Поворот упорного замка осуществляется двумя одновременно работающими гидроцилиндрами, расположенными на консоли верхней части станины. Конусный конец оправочного стержня размещен в конусном гнезде вращающегося шпинделя с упорным подшипником, воспринимающим осевое усилие.

После прошивки гильза транспортируется криволинейным рольгангом к установке для внестановой зарядки дорна, расположенной перед каждой из двух пилигримовых клетей. После того, как на пильгер-стане прокатана очередная труба, дорн вынимают из дорнодержателя подающего устройства, далее он охлаждается в ванне с водой и подаётся на зарядку. Дорн вводят в гильзу, вместе с ней устанавливают в подающее устройство. Последнее с гильзой и дорном перемещают к валкам пильгер-стана и выполняют процесс прокатки.

Общий вид пилигримовой клети показан на рис. 13. У клети имеются 2 станины. Станины закрытого типа. Они выполнены как жесткие рамы в виде прямоугольника. В станинах размещены подушки РВ. Шейки валков делают вращательные движения во вкладышах из текстолита, смонтированных в подушках. Нижний РВ регулируется по высоте при помощи прокладок, расположенных под подушками (клиньями). Верхний же валок перемещают с помощью 2-х нажимных винтов, вращающихся от электродвигателя. Вращение передаётся через червячные передачи. Передачи размещены в верхней зоне станин. Верхний валок уравновешен гидроцилиндром. На малых пильгер-станах применяют также уравновешивание. Оно реализуется при помощи обратных подъемных винтов. Защищая валки с нажимными винтами от поломок вследствие перегрузок, под винтами подушек размещают предохранительные коробки или стаканы.


Рис. 13. Схема рабочей клон пилигримного стана:
1 - нажимное устройство; 2 - станина; 3 - узел шибера; 4 - рабочие валки; 5 - узел подъемных роликов; 6 - уравновешивающее устройство; 7 - механизм осевой регулировки валков; 8 - механизм перевалки валков

Рабочие валки пильгер-стана имеют по окружности бочки круглый ручей. Глубина и ширина по окружности переменные (рис. 14). Вращение валков идёт в направлении, обратном направлению подачи гильз. Вращаясь, валки образуют калибры «в свету», размер которых постоянно меняется: от максимума до минимума за один оборот. Если радиус ручья максимальный, то валки создают холостой калибр, получивший название «зев». В этот же момент подающее устройство проталкивает гильзу вместе с дорном через калибр на величину подачи. Дальнейшее вращение валков ведёт к уменьшению размеры калибра, валки начинают обжимать гильзу с возрастающим обжатием.


Рис. 14. Рабочий валок пилигримового стана (а);
схема процесса пилигримовой прокатки (5) (1-6 - положение калибра)

Когда валки поворачиваются на 360°, зев открывается, и подающее устройство опять подаёт гильзу в валки. При осевой подаче гильзу с дорном поворачивают на 90°.


Рис. 15. Схема подающего аппарата с гидравлическим торможением:
1 - поршень; 2 - дрель; 3 - камера со сжатым воздухом; 4 - тормозная втулка; 5 - часть поршня, входящая в тормозную втулку; 6 - камера с водой; 7 - клапан; 8 - цилиндр подачи; 9 - храповое колесо; 10 - зашелка; 11 - винт; 12 - корпус каретки; 13 - хвостовик; 14 - направляющий клин; 15 - замок дорна; 16 - направляющая замка; 17 - дорн

В основу конструкции подающего аппарата (рис. 15) заложен принцип использования энергии сжатого воздуха. Дорнодержатель пилигримового стана связан с поршнем 7, задний конец 2 которого, выполнен с винтовой нарезкой, за что получил название «дрель». Поршень 1 размещен в камере 3 со сжатым воздухом, а дрель 2 проходит через храповое колесо, которое при перемещении дрели в направлении подачи гильзы в валки фиксируется от проворота защелками 10, тем самым вынуждая вращаться дрель, а значит, и поршень, дорн и гильзу на угол около 90°. При движении поршня с дрелью в противоположном направлении под действием валков в ходе обжатия гильзы храповое колесо имеет возможность свободно вращаться, и дрель проходит сквозь него без вращения. Поршень 1 вместе с дорном 17 и гильзой останавливается в крайнем переднем положении гидравлическим тормозным устройством 6 в виде камеры, заполненной водой. В неё входит тормозная втулка 4. При движении воздушного поршня 1 его передний конец давит на тормозную втулку, вытесняя воду из камеры 6 через клапаны 7. Все указанные элементы смонтированы в перемещаемой с помощью гидроцилиндра 8 каретке 12.

Гидроцилиндр 8 осуществляет перемещение каретки по направлению к валкам на величину подачи в момент раскрытия зева валков. Часть гильзы с дорном подается в очаг деформации, где обжимается валками, и вследствие этого металл движется в направлении вращения валков, т.е. навстречу подаче, увлекая за собой дорн и поршень 1. Воздух в воздушной камере 3 сжимается под действием поршня, одновременно дрель, проходя через храповое колесо, поворачивает его. Как только гильза перестает контактировать с валками, сжатый воздух толкает поршень с дорном в крайнее переднее положение, одновременно или несколько ранее включается гидроцилиндр 8, осуществляя очередную подачу, при этом дрель, проходя через невращающееся храповое колесо, удерживаемое от поворота защелками, поворачивается на угол около 90° вместе с поршнем, дорном и гильзой. Далее новый участок гильзы входит в контакт с валками, и процесс прокатки продолжается.

При помощи двух винтов подающее устройство может регулироваться по высоте, чтобы совместиться с осью прокатки.

В валки гильзу подают чаще донным концом. При сильной кривизне гильзы, при сильной неровности донного торца она подаётся усадочным концом.

Особое внимание при прокатке обращают на качество поверхности калибров, особенно их полирующей части, так как наличие трещин, раковин, выбоин и других неровностей на калибрах приводит к образованию дефектов на трубах.

При охлаждении водой валки меньше подвержены износу. В случае наличия на калибрах дефектов в виде вмятин, сетки, налипшего металла их подшлифовывают наждачным камнем. При износе валки перетачивают или наплавляют. При чрезмерных переточках уменьшается Ø валков, что снижает производительность стана. Уменьшение Ø валков при переточках более чем на 100 мм нецелесообразно.

Раскатав гильзу, дорн извлекают из трубы. Затем отводят каретку подающего устройства в крайнее заднее положение. Шибер, установленный на передней стороне клети, удерживает трубу во время извлечения из нее дорна. Дорн свободно перемещается в вырезе шибера. Шибер поднимается вверх гидроцилиндром, а вниз опускается под тяжестью своего веса.

За валками размещены выводные проводки, которые направляют трубу при выходе из валков. Они служат для предотвращения от искривления и разрыва переднего конца трубы. Проводки состоят из нижней неподвижной части, закрепленной на выступе станины, и боковых частей, смонтированных на подвижной раме. Раму поднимает и опускает гидроцилиндр.

При прокатке на пильгер-стане всегда не докатывается задний конусный участок гильзы, который называю пильгер-головкой. Пильгер-головку отрезают на выходе со стана пилой.

Выдача пильгер-головки из калибра валков происходит после того, как дорн будет извлечён из трубы. Боковины проводки и верхний валок при этом поднимаются. При движении из валков пильгер-головку удерживает специальный подъемный ролик. Ролик поднимается одновременно с подъемом боковин проводки и верхнего валка.

Труба после пильгер-стана поступает на желобчатый рольганг, отводится на некоторое расстояние от стана, передается на соседний рольганг. Обрезка переднего конца трубы и пильгер-головки, а также резка на мерные длины выполняются во время прокатки следующей трубы. Разрезку осуществляют газовыми резаками. Каждую разрезанную трубу клеймят в горячем состоянии, контролируют толщину стенки и Ø. Затем трубу передают к секционной подогревательной печи перед калиброванием или редуцированием. Нагрев труб до 1000... 1150 °С осуществляется в процессе их прохождения через секции печи. Трубы через печь перемещаются роликами рольганга, расположенными под углом 8° к поперечной оси печи, что обеспечивает вращение трубы, способствует их равномерному нагреву, снижает коробление.

Трубопрокатный агрегат с пильгерстаном оснащён 2-мя редукционными станами: 17- и 11-клетевым. 17-клетевой стан работает на прокатку труб Ø 114 - 168 мм со стенкой толщиной 7 - 14 мм из черновых труб, поступающих с пильгер-стана с постоянным Ø 195 мм и стенкой 5-12 мм.

На 11-клетевом стане прокатываются трубы Ø более 140 мм со стенкой при толщине 5-12 мм. На некоторых агрегатах применяют одноклетевые калибровочные реверсивные станы. В этих станах трубы среднего и большого Ø калибруются в три прохода. Между проходами трубы кантуют на 90°. Калибруя трубы небольших Ø, иногда ограничиваются одним проходом.

Одноклетевой калибровочный стан оснащён редуктором, клетями (шестеренной и рабочей). Кантователи для труб размещены за станом и перед ним. Рабочая клеть смонтирована на 2 массивных станинах. Станины открытого типа. Одна пара валков регулируется по высоте нажимными винтами.

На ряде агрегатов правят горячие трубы, используя для этой цели станы-эгализаторы - двухвалковые станы винтовой прокатки с удлиненной бочкой рабочего валка. Валки стана- эгализатора имеют гиперболическую калибровку валков.

После редуцирования или калибрования трубы передаются на охладительный стол, затем к 7-валковым правильным станам, где их правят холодными или теплыми. Трубы из легированного материала правят после термообработки.

Агрегат ещё одной конструкции снабжён 2-мя методическими печами, тележками для транспортирования слитков, станом прошивки, одной или двумя передаточными тележками для транспортировки гильз к пильгер-станам, двумя (иногда более) пильгер-клетями, салазковыми пилами, подогревательной печью, калибровочным станом и станом-эгализатором.

Механический выталкиватель выдаёт нагретый слиток из печи. Тележка и рольганг транспортируют его к прошивному стану. Для задачи слитков в валки донным концом имеется поворотное устройство. Прошивку обычно осуществляют в двухвалковых станах с постоянным углом подачи (около 5°). В качестве направляющего инструмента на стане применяют холостые ролики. Оправочный стержень с оправкой центрируется перед прошивкой шиберным устройством (как на стане-элонгаторе), которое опускается вниз после заполнения очага деформации металлом. После прошивного стана гильзу рольгангом подают на тележку с электроприводом и поворотным устройством. Тележка перемещается по криволинейному рельсовому пути к одной из пильгер-клетей.

Пилигримовые клети обычно располагаются параллельно относительно друг друга, оснащены общим приводом от электродвигателя постоянного тока. В кинематической цепи главного привода пильгер-станов имеется маховик, необходимый для сглаживания пиковых нагрузок на привод, действующих в момент деформации трубы участком валка, называемым «боек».

Гильзу с тележки перекладывают в приемный желоб, гидравлическим устройством поднимают на уровень оси прокатки, подающим аппаратом в гильзу заряжают дорн, на котором ее раскатывают в трубу. После раскатывания гильзы дорн извлекается из трубы при отводе каретки подающего устройства в заднее положение. Следующая труба прокатывается на новом дорне, а нагретый использованный при прокате дорн поступает на наклонную решетку, следом в ванну для охлаждения. Извлеченный из ванны дорн смазывают смесью мазута с графитом, манипулятором подают в приемный желоб пильгер-стана, где он дорновой головкой соединяется с дорнодержателем подающего устройства.

Прокатанная труба попадает в выводной желоб с приводными роликами, которыми она транспортируется к салазковой пиле для обрезки переднего конца, пильгер-головки и разрезки на мерные длины. Затем трубы греют в камерной печи непрерывного действия, после нагрева калибруют в калибровочном стане. Трубы проходят также горячую правку в стане-эгализаторе, расположенном на одной оси с калибровочным станом. Правка обычно производится за один проход при температуре мин. 650-700 °С. После правки трубы рольгангу подают на охладительный стол.

Охладительные столы представляют собой решетчатые конструкции, по которым трубы перемещают с помощью шлепперов. Для увеличения производительности охладительных столов предусматривается обдув труб вентилятором.

Охлажденные трубы по рольгангу транспортируются к правильным машинам, в основном косовалковым. Охлажденные и выправленные трубы подвергают на инспекционных стеллажах осмотру, измеряют их Ø и толщину стенки. Годные трубы направляют к трубоотрезным станкам, а трубы, требующие ремонта или перереза — к станкам для ремонта.

На ТПА с пильгер-станами для прошивки заготовок используется современный двухвалковый стан винтовой прокатки. Станы имеют грибовидные валки Ø 1350 мм в пережиме с длиной бочки 1300 мм, и направляющие линейки, регулируемые углы раскатки и подачи. Диапазон изменения угла подачи 8-15°, угла раскатки 12±1°.

Валки приводятся во вращение индивидуальным приводом с двигателем мощностью 5000 кВт с частотой вращения 40-70 об/мин. Выходная сторона оснащена комплектом из шести современных трехроликовых центрователей и обеспечивает осевую выдачу гильзы.

Трубоотрезные станки обеспечивают обрезку концов труб, снятие фасок снаружи и изнутри, разрезку труб на части. После обрезки концов трубы осматривают на инспекционных столах.

Нефтепроводные трубы после осмотра направляют на окончательную приемку и сдаточные операции: взвешивание, замер длины, клеймение. Эти трубы подвергают гидроиспытаниям при давлении до 20 МПа (200 атм). Трубы, направляемые на гидроиспытания, промывают и подают в пресс. Предварительно трубу заполняют эмульсией при низком давлении, затем с помощью мультипликатора поднимают давление до заданной величины, равной 0,8...40,0 МПа. Трубы выдерживают под давлением мин. 10 секунд, обстукивая молотком и подвергая визуальному осмотру. После испытания эмульсия сливается и на стеллаже труба продувается сжатым воздухом до полного удаления влаги.

Обсадные трубы обычной прочности после осмотра поступают на трубонарезные станки, где производится нарезка резьбы на концах труб с одновременной торцовкой. После нарезки параметры резьбы контролируют специальным инструментом - калибром, навертывают предохранительное кольцо, наносят уплотнительную смазку, чтобы обеспечить герметичность резьбового соединения, и на муфтонаверточном станке навертывают муфты.

После навертки муфт все обсадные трубы диаметром более 219 мм и 50% труб диаметром менее 219 мм подвергают гидроиспытаниям.

ТПА с пильгер-станом имеют в своем составе термические отделения, в которых выполняют закалку и отпуск труб из углеродистых и легированных сталей для достижения требуемых механических свойств.

Для термообработки труб устанавливают секционные печи, спрейер, станы для горячего калибрования и теплой правки, станы холодной правки и пр.

После закалки трубы подвергают отпуску также в секционной печи. В этой печи трубы нагревают до 650...690 °С. После выдачи из печи трубы последовательно проходят горячее калибрование на 5-клетевом стане при 500...650 °С и теплую правку при 500...600 °С на валковом правильном стане и поступают на охладительный стол.

После термообработки и охлаждения трубы правят на косовалковой машине и далее подают на участки инспекции, ремонта и отделки.

Производство труб на агрегатах с реечным станом.

Технология выпуска труб на линиях с реечным станом подразумевает следующие основные этапы:

  • подготовку заготовок к прокатыванию;
  • разогрев заготовки;
  • калибрование диагоналей у заготовок;
  • прошивание заготовок вертикальным прессом;
  • разогрев прошитых стаканов;
  • раскатывание их на стане-элонгаторе;
  • проталкивание стаканов посредством дорна через роликовые обоймы;
  • обрезку донышка труб пилой;
  • калибрование наружного Ø или редуцирование с натяжением;
  • охлаждение;
  • холодную отделку готовых продуктов. Таким способом выпускают трубы Ø 21 - 219 мм со стенкой толщиной 2,5 - 11 мм.

Иногда разогрев стаканов и их раскатывание на элонгаторе исключают, а в старых установках не калибруют также диагонали заготовок. Вместо роликовых обойм для проталкивания стаканов на реечном стане применяют протяжные кольца.

Современные линии с реечным станом позволяют получать после проталкивания трубы длиной 12-14 м, а после калибрования и редуцирования-растяжения – длиной соответственно до 21 и 77м.

Рис. 16 и 17 отображают схемы расположения оборудования линий с реечным станом для выпуска труб Ø 21—140 и 75—112 мм.


Рис. 16. Схема расположения оборудований агрегата с реечным станом для производства труб:
1 — кольцевая печь; 2 — валковый стан для калибровки ребер заготовки; 3 — горизонтальный гидравлический прошивной пресс; 4 — кольцевая печь для подогрева стаканов; 5 — элонгатор; 6 — реечный стан; 7 — риллинг-стан; 8 — дорноизалекатель; 9 — подогревагельная печь с шагающим подом; 10-18— клетевой редукционный стан; 11 - пила для разрезки труб пополам; 12 - семиклетевой калибровочный стан; 13 — охладительный стол; 14 — правильный стан


Рис. 17. Схема расположения оборудования агрегата с реечным станом для производства труб диаметром:
1 — стеллаж для загрузки заготовок; 2 — пресс-ножницы для резки заготовок; 3 — пилы холодной резки заготовок; 4 — криволинейный рольганг; 5 — кольцевая нагревательная печь; 6 — передаточные решетки; 7 — установка гидросбива окалины; 8 — вертикальный пробивной пресс; 9 — индукционная печь для подогрева стаканов из легированных сталей; 10 — трехвалковый элонгатор; 11 — реечный стан с роликовыми обоймами; 12 - рольганги; 13 — машина с гиперболоидными валками для обкатки труб на дорне; 14 — оправкоизвлекатель: 15 — стеллажи для дорнов; 16 — пилы для горячей обрезки донышка и заднего конца труб; 17 — охладительный стол

Исходным материалом берут катаную квадратную заготовку. Применяют также квадратные заготовки, получаемые на МНЛЗ. Размеры готовых труб определяют куски мерной длины, на которые раскраивается заготовка. Холодную или нагретую заготовку режут на куски.

Для холодной разрезки служат вертикальные пресс- ножницы, усилием резания которых макс. 10 МН; профиль их ножей идентичен профилю квадратной заготовки. Для разрезки холодных заготовок из твердых высокоуглеродистых и легированных материалов применяют дисковые пилы. В методическую печь погружают заготовки для горячей резки, заготовку нагревают макс. 950—1050°С и разрезают салазковой пилой.

Недостатком холодной резки пресс-ножницами является значительное отклонение режущей поверхности от перпендикулярной линии, достигающее 10 мм. При такой разрезке, чтобы избежать разностенности стаканов, необходимо калибровать диагонали заготовки, а также раскатывать стаканы на стане-элонгаторе, уменьшая разностенность.

При разрезке пилами горячей заготовки отклонение режущей поверхности от перпендикулярной линии значительно меньше, не более 3—5 мм. Однако заусеницы и наплывы, понижающие точность стаканов, неизбежны. За один рез потери металла в стружку не превышают 2—2,5 кг.

Заготовки после холодной резки разогревают в кольцевых печах.

Перед прошивкой заготовки обычно ее диагонали калибруют на конус. Конус соответствует конусности рабочей матрицы на прошивном прессе. Это обеспечивает устойчивое центрирование заготовки в матрице, исключает ее перекосы при прошивке, вызывающие разностенность стаканов. Одновременно при калибровке диагоналей с поверхности заготовок отслаивается окалина. При отсутствии соответствующего оборудования применяют гидросбив окалины.

Диагонали калибруют чаще всего вертикальными гидропрессами усилием 4,0—4,6 МН. Калибруют в матрице с внутренним коническим профилем. Матрица разъёмная.

Заготовка подается по оси матрицы электрическим или пневматическим вталкивателями и при опускании рабочей траверсы обжимается по ребрам на конус. Полость матрицы конусная и, благодаря этому, калибровка заготовок различной формы и длины реализуется регулировкой хода вталкивателя.

Прошивают заготовки на вертикальном или горизонтальном гидравлическом прессе. Усилие 4,0—7,0 МН, давление в системе 200 бар.

На новых линиях с реечным станом заготовки прошивают гидравлическими горизонтальными прессах. Диагонали заготовок здесь калибруют на валковых агрегатах.

Прошитый стакан после подогрева в методической или кольцевой печи по цепному транспортеру передаётся на гидравлический подъемник, которым подается на наклонный стеллаж и во вводной желоб стана-элонгатора. Внутрь стакана пневматическим задающим устройством вводится короткая конусно-цилиндрическая оправка, размещённая на конце пустотелой штанги.

Конец штанги делает вращения в упорном подшипнике каретки, размещённой в задающем устройстве элонгатора. Дальнейший ход задающего устройства способствует захватыванию донышка стакана валками элонгатора после ввода оправки в стакан. При дальнейшем продвижении оправки вперед прокатывается донышко. После прокатывания донышка оправка возвращается в рабочую позицию между валками. В дальнейшем происходит раскатывание стенки стакана на неподвижной оправке (неподвижна по оси), которая вращается со штангой.

Элонгатор представляет собой двухвалковый стан. Прокатка на нём поперечно-винтовая с верхней и нижней направляющими линейками. Мощность двигателя стана 800 кВт, скорость вращения вала двигателя регулируется в пределах 460 - 900 об/мин, валков 100 - 180 об/мин. Есть элонгаторы с мощностью приводного двигателя макс. 1200 кВт. Угол наклона валков к оси прокатки может регулироваться в пределах 3 - 7°.

На стане можно прокатывать стаканы исходного диаметра 125—280 мм, длиной 370—650 мм при коэффициенте вытяжки 1,7—2,1.

В период остановов оправка элонгатора сильно охлаждается водой. Штанга оправки во время раскатывания стаканов также охлаждается водой из спрейера.

Для вывода стаканов из валков на выходе стана имеются выводные ролики:

а) верхний — приводной;
б) нижний, подъемный — холостой.

В последние годы вместо двухвалковых элонгаторов применяют станы трехвалкового типа. Прокатка в трехвалковом элонгаторе происходит на движущейся вместе со стаканом оправке. Валки этого стана установлены в двух станинах. Одна станина стационарная, а другая поворачивается относительно неподвижной станины на угол до 25°. Поворот этой станины обеспечивает необходимый угол подачи. Трехвалковая схема клети позволяет вести прокатку без направляющих линеек в очаге деформации.

При прокатывании труб из легированных сталей стаканы перед трехвалковым элонгатором подвергают индукционному подогреву. После раскатки в элонгаторе стакан по цепному транспортеру подается на входную сторону реечного стана.

В стакан введён дорн. Упираясь в донышко стакана, он проталкивается с ним вместе через несколько роликовых обойм, размещённых в пазах станины.

Перед роликовыми обоймами иногда устанавливают кольцо — окалиноломатель.

При вдевании в стакан передний конец дорна направляется специальной проводкой, смонтированной в задней части приемного желоба стана.

Проталкивает дорн со стаканом зубчатая рейка, башмак которой соединен с длинной стальной штангой — дорнодержателем. Дорнодержатель проталкивает непосредственно дорн. На заднем торце дорна есть углубление, в которое вставляется конусный хвостовик дорнодержателя. Созданный замок предотвращает соскальзывание дорна в процессе рабочего хода. В конце хода дорн легко освобождается, и рейка с дорнодержателем уходит назад.

Для предотвращения продольного изгиба дорна и дорнодержателя при проталкивании стакана они удерживаются на оси между специальными подвижными и неподвижными направляющими.

Реечный стан укомплектован следующим оборудованием:

  • станиной для зубчатой рейки;
  • зубчатой рейкой;
  • приводом рейки;
  • станиной роликовых обойм;
  • линией циркуляции, подогрева и загрузки дорнов. На стане, предназначенном для изготовления труб Ø 66—136 мм, привод рейки осуществляется от двух спаренных электродвигателей. Оба - двигатели постоянного тока, мощность по 370 кВт с плавным регулированием скорости в пределах 500 - 1000 об/мин. Установки для выпуска труб Ø 21—140 мм имеют суммарную мощность электродвигателей до 2500 кВт.

Рейка изготовлена сварной, в виде двутавровой балки с шевронными зубцами на полках (верхней и нижней). Зубья находятся в зацеплении с шестернями в клети.

Известны в применении зубчатые рейки, выполненные в виде пластин. Скользящие пластины ходят боковыми выступами по бронзовым направляющим, установленным на станине реечного стана. При этом зубья располагают в нижней плоскости рейки и выполняют прямыми. Такую конструкцию рейки нельзя признать удачной, так как низкий КПД зацепления и потери на трение о направляющие делают необходимым увеличение суммарной мощности главных двигателей стана.

Во вновь разработанных конструкциях рейка передвигается по опорным роликам, размещённым на подшипниках качения. Поэтому это зацепление работает очень плавно. На обоих концах пути движения рейки имеются тормоза и стопоры.

Рейки двигаются со скоростью 2—3 м/с. У некоторых конструкций реек обратный холостой ход реализуется в 2 раза быстрее.

В последнее время созданы реечные установки, на которых рабочая скорость рейки достигает 5,5 м/с.


Рис. 18. Схема реечного стана с размещением рейки под роликовой станиной:
a - исходное положение рейкн; б — конечное положение рейки: в — роликовые обоймы; 2 — стакан; 3 — дорн; 4 — толкатель; 5 — держатель толкателя; 6 - зубчатая рейка; 7 — задняя направляющая рейка; 8 — ведущие шестерни привода рейки; 9 — передняя направляющая рейка; 10 — труба

Чтобы уменьшить продольные размеры реечного стана, рейку устанавливают под станиной роликовых обойм (рис. 18). Длина реечного стана такой конструкции уменьшается более чем на 30%.

При проталкивании стенку стакана на дорне постепенно обжимают ролики. Кольцевая щель, которую образует калибр роликов последней обоймы и дорн, определяет своим размером толщину стенки готовой продукции (трубы). В применении известны обоймы с роликами с круглыми ручьями, либо переменно чередуются обоймы с гладкими роликами цилиндрической формы и обоймы с роликами с круглыми калибрами.

В конструкции роликов с круглыми ручьями число роликовых обойм макс. 25. В одной обойме размещены три/четыре ролика. Трехроликовые обоймы применяют при прокатывании труб Ø макс. 98 мм, а четырехроликовые - при прокатке труб большего размера.

В пятнадцати первых обоймах между роликами фиксированное расстояние, а в остальных десяти расстояние регулируется. Величина настройки обойм по Ø калибра макс. 1,6 мм.


Рис. 19. Обойма с регулируемыми роликами:
1 — корпус обоймы: 2 — крышка; 3 — стопорное кольцо; 4 — подушка; 5 — подвод охлаждающей воды; 6 — ушко; 7 – рабочий ролик: 8 — цапфа ролика; 9 — дистанционное кольцо; 10 — втулка; 11 — подшипник; 12 — крышка подшипника; 13 — отверстие дли смазки; 14 – зубчатый венец для регулировки положения роликов; 15 — отверстие для регулировочного ключа

Регулируемые обоймы показаны на рис. 19.

В реечных станах последних конструкций трехроликовые обоймы применяют при прокатывании труб Ø макс. 112 мм. Оси роликов размещают на подшипниках качения. Их смазывают и охлаждают распыленным маслом. Подшипники хорошо уплотнены благодаря возникающему избыточному давлению смазки. Все ролики регулируемы по оси. Две последние обоймы образуют выходной калибр. Он определяет Ø и толщину стенки продукции (трубы). Ролики обойм, кроме регулировки по оси, легко регулируются во время прокатки в радиальном направлении по отдельности и одновременно. Это повышает точность стенки трубы.

Если часть обойм использует гладкие ролики, то в этом случае устанавливают шесть секций обойм. В первые пять установлены по две обоймы, в шестой - три. У 1-й обоймы в каждой секции гладкие ролики, у второй — ручьевые.

В каждой обойме по четыре ролика, в двух последних секциях обойм расстояние роликов от оси прокатки может меняться с помощью червячного венца и червяка.

При установке роликовых обойм важно, чтобы середина бочки ручьевых роликов 2-й обоймы в секции была размещена против зазоров, образованных между цилиндрическими роликами 1-й обоймы. Между секциями обойм стоят трубчатые проводки.

Станина под роликовые обоймы сложена из отдельных литых зон. Зоны имеют корытообразную форму с пазами для установки обойм. В них предусмотрены проемы для ссыпания окалины в нижнюю часть корыта.

После обработки на реечном стане трубу с дорном передают в риллинг-стан.

При риллинговании трубу снизу поддерживает холостой валок с двумя насадными бочками или линейкой. Линейка может подниматься и опускаться. После захвата трубы она поднимается, а при окончании обкатки опускается. Опускается линейка потому, что донышко массивное и его довольно трудно деформировать. Поэтому захват следующей трубы валками осуществляют, когда донышко пройдет через очаг деформации. Нижнюю линейку поднимает гидравлический цилиндр, размещённый на верхней крышке станины. Плунжер цилиндра связан с линейкодержателем. Если используется холостой валок, то бочка валка располагается вне зоны деформации донышка и необходимости в его опускании нет.

Риллингование труб реализуется с нижним давлением: ось обкатки располагается на 8—15 мм ниже оси стана. Угол наклона валков к оси прокатки постоянный и равен 6°. Мощность двигателя риллинг-стана 175 - 385 кВт, скорость вращения рабочих валков 160—180 об/мин.

В процессе риллингования Ø трубы увеличивается на 2—4 мм.

В агрегатах с реечным станом последних конструкций для отделения трубы от дорна вместо риллингования применяют специальные машины с гиперболоидными валками (рис. 20). В этих машинах имеется шесть размещённых друг над другом валков. Два нижних более длинных валка работают на индивидуальном приводе, верхние холостые валки меньшей длины являются нажимными и направляющими. Валки установлены к оси прокатки под углом 25—30°. Ø трубы увеличивается при поперечной раскатке стенки трубы между валками и дорном. При таком прокатывании число оборотов трубы, необходимое для ее отделения от дорна, приблизительно на 60% меньше, чем на риллинг-станах. Уменьшение угловой скорости вращения трубы обеспечивает устойчивый захват и устраняет опасность повреждения поверхности трубы


Рис. 20. Расположение валков в клети для отделения трубы от оправки (а) и схема процесса обкатки (б)

Вводной рольганг такой машины имеет наклонно расположенные ролики, которые начинают вращать трубу еще до ее входа в обкатную машину. Достигаемая при этом плавность захвата особенно необходима при прокатывании труб большой длины с тонкой стенкой.

Затем трубы передают на извлечение дорна. Для извлечения применяют: цепные, фрикционно-роликовые или реечные дорноизвлекатели. Все извлекатели функционируют по одному принципу: конец дорна, свободный от трубы, захватывается и вытягивается из зафиксированной неподвижно трубы. Фрикционный дорноизвлекатель (рис. 21) оснащён двумя бесконечными пластинчатыми цепями. Цепи сближаются при помощи системы рычагов. Прижимаясь к дорну, цепи силой трения вытягивают его из трубы. Пневматический зажим удерживает за донышко трубу. Привод цепей реализован от электродвигателя.


Рис. 21. Схема фрикционного дорноизвлекателя:
1 — дорн; 2 — труба; 3 — пневматический зажим; 4 — пластинчатые цепи; 5 — звездочки; 6 — тяги; 7 — пневматический цилиндр

Механический дорноизвлекатель оснащён бесконечной пластинчатой цепью, которая имеет специальные захваты для шейки дорна. Цепь натягивает захваченный дорн, труба упирается в кольцо люнета и задерживается, освобождаясь, таким образом, от дорна. Внутренний Ø кольца на 1,5 мм больше Ø дорна.

Освобожденные от труб дорны транспортируются рольгангом в печь для разогрева или на стеллажи, расположенные перед дорноподающим устройством на реечном стане. На стеллажах дорны снизу подогреваются газовыми горелками до 300—400° С. После этого дорны скатываются к подающему устройству для дорнов на реечном стане. Они вновь готовы к использованию. Дорны подогревают, чтобы не падала сильно температура прокатываемых труб. Это может спровоцировать наличие обрывов труб, быстрый износ инструмента, рост необходимых на операции усилий.

При нормальном темпе работы одновременно используются 16—24 дорна. Когда темп работы возрастает или, если число дорнов недостаточно, их нагревают выше 500° С. Сильно нагретые дорны теряют сопротивление продольному изгибу, быстро изнашиваются. Их охлаждают на решетке для дорноподающего устройства вентилятором с высоким давлением. В корпус вентилятора подаётся струя воды.

Трубы, освобождённые от дорнов, поступают к пилам горячей резки. В новых агрегатах имеются две пилы, на которых обрезается донышко и конец трубы (задний). Продукция подходит на обрезку к пиле поочередно, а длина обрезаемых концов труб регулируется. Этим обеспечивается непрерывная работа стационарных спаренных пил. После обрезки концов трубы поступают на калибрование или редуцирование.

Перед этим трубы греют в печи с шагающим подом. Нагретые трубы калибруют на семи/восьмиклетевом калибровочном стане обычного типа. Редуцирование происходит на станах, оснащённых 11 - 20 клетями с групповым / индивидуальным приводом. Редуцирование с натяжением расширяет сортамент линий с реечным станом, позволяя получать трубы Ø < 66 мм.


Инженеры всегда готовы проконсультировать или предоставить дополнительную техническую информацию по предлагаемому оборудованию для производства бесшовных труб.

Ваши запросы на оборудование для производства бесшовных труб просим присылать в технический департамент нашей компании на e-mail: info@ence.ch, тел. +7 (495) 225 57 86

Центральный сайт компании ENCE GmbH
Наша сервисная компания Интех ГмбХ

Головные Представительства в странах СНГ:
России
Казахстане
Украине
Туркменистане
Узбекистане
Латвии
Литве


Сообщить об ошибке на сайте ENCE GmbH, Switzerland / ENCE gmbH, Schweiz / ЭНЦЕ ГмбХ, Швейцария © ENCE GmbH