Наибольшее распространение получили прошивные станы (рабочие клети) с бочкообразными валками. Двухопорное крепление валков на таких станах позволяет применять их для получения гильз не только мелких размеров (диам. до 140 мм), для прокатки которых используют также станы с дисковыми и грибовидными валками, но и для гильз более крупных профилей с максимальным диам. до 630 мм. Прошивка гильз больших размеров сопровождается высокими давлениями на валки и консольное крепление валков не может быть надежным.
Конструкция рабочей клети прошивного стана в значительной мере определяется конкретным назначением стана. В случае использования его только для получения толстостенных гильз рабочая клеть оборудована двумя вспомогательными холостыми валками или одним вспомогательным валком и неподвижной проводкой (линейкой). При необходимости получения на стане тонкостённых гильз клеть имеет две неподвижные проводки - линейки, плотно прилегающие к рабочим валкам. В этом случае необходимость плотного прилегания линеек к рабочим валкам диктуется тем, что тонкостенные гильзы характерны малой устойчивостью по поперечному сечению и металл может затекать в щель между рабочи^ валком и инструментом, ограничивающим поперечную деформацию. Если этим инструментом является вспомогательный валок, то щель оказывается значительной; применение линеек позволяет избежать больших зазоров. В то,же время прошивка толстостенных гильз вследствие их большой жесткости по поперечному сечению может протекать успешно даже при значительных зазорах между рабочим и вспомогательным валком. Применение вспомогательных валков целесообразно, так как это обеспечивает меньшее осевое скольжение металла. Кроме того, заметно сокращается расход инструмента, особенно при прокатке высоколегированной стали, когда стойкость линеек невелика.
Важной характеристикой рабочей клети прошивного стана является возможность изменения угла подачи применением разного наклона рабочих валков. В станах старой конструкции этот угол не регулировался и находился в пределах 4°30"-6°30". В рабочих клетях, созданных в более поздний период, как правило, предусматривается регулирование угла подачи. Это хотя и усложняет конструкцию рабочей клети, но целиком оправдывает себя, так как значительно повышает маневренность стана, необходимую при широком сортаменте труб как по размерам, так и по маркам стали.
Современные рабочие клети прошивных станов (24) имеют массивную литую станину коробчатой формы со съемной крышкой. Внутрь станины закладываются пустотелые цилиндрические барабаны с проемами, в которых помещаются подушки рабочих валков. Барабаны могут поворачиваться вокруг оси, перпендикулярной оси прошивки, изменяя тем самым угол подачи. При- вод для поворота барабанов может применяться разных конструкций. В зарубежных конструкциях для поворота барабанов обычно используют четыре установочных винта, упирающихся в выемки на барабанах и вращающихся в гайках, которые вставлены в отверстия станины. После установки барабанов на необходимый угол подачи их положение фиксируют контргайками установочных винтов и зажимными колодками, которые прижимаются к поверхности барабанов клиньями. Угол подачи обычно регулируется в пределах 5-12°.
В отечественных конструкциях для поворота барабанов используют специальные механизмы. Один из таких механизмов осуществляет поворот барабана охватывающей его пластинчатой цепью. Привод цепи осуществляется электродвигателем через двойной червячный редуктор и ведущую звездочку, установленные на крышке станины.
В другой конструкции поворотного механизма установка необходимого угла наклона валков производится от электродвигателя через червячный редуктор и цилиндрическую пару, ведомое колесо которой^асаживается непосредственно на барабан. Барабаны в заданномНоложении фиксируются пружинами, а отторма- живаются гидроцилиндром. Фиксация барабанов может осуществляться также специальными зажимами, электропривод которых располагается на крышке станины.
В отечественных конструкциях барабаны могут поворачиваться на угол от 0 до 90°. Это значительно упрощает смену рабочих вал- ков стана (перевалку), так как нет необходимости извлекать барабаны из станины. Установив барабаны так, чтобы валки находились в вертикальном положении, кассеты с валками извлекают из барабанов через, окна в крышке станины. В зарубежных конструкциях при перевалке предварительно необходимо снять крышйу, а затем извлечь барабаны вместе"с валками. Длительность перевалки в этом случае на 30-40 мин больше.
Рабочие валки смонтированы в кассетах на конических роликоподшипниках, помещенных в стаканы и надежно защищенных, от попадания окалины.
Кассеты с валками могут перемещаться по направляющим барабанов с помощью нажимных винтов. Каждый валок имеет самостоятельный механизм перемещения нажимных винтов, состоящий из двух червячно-цилиндрических редукторов, передающих вращение от одного электродвигателя. Механизмы установлены на торцах барабанов с боковых сторон рабочей клети. Одновременное и одинаковое перемещение обоих валков относительно оси стана обеспечивается синхронизацией работы двигателей механизмов установки валков по системе электрического вала. Для настройки стана возможно также независимое перемещение каждого винта. Положение валков относительно оси стана указывается на циферблатах.
Нижняя линейка устанавливается в линейкодержателе на стационарный стул. К стулу крепятся также входная и выходная направляющие воронки. Верхняя линейка крепится к фасонной траверсе, которая может перемещаться вверх или вниз с помощью механизма, установленного на крышке станины. Этот механизм состоит из двух нажимных винтов, прикрепленных к траверсег проходящих через гайки, вмонтированные в червячные колеса редукторов, которые получают вращение от электродвигателей. Синхронизация работы двух двигателей для равномерного перемещения линейки осуществляется по системе электрического вала. Специальный счетчик указывает на циферблате фактическое расстояние между линейками.
При прокатке толстостенных гильз вместо верхней линейки может быть установлен холостой вспомогательный валок (ролик) с разворотом его оси в горизонтальной плоскости на угол до 7° относительно оси прокатки.
Привод рабочих валков прошивного стана находится со стороны подачи в них заготовки и состоит из электродвигателя, шестеренной клети и шарнирных шпинделей (25).
Шестеренная клеть предназначена для распределения крутящего момента двигателя между рабочими валками стана при одновременном уменьшении числа оборотов от двигателя к рабочим валкам. Обычно корпус шестеренной клети представляет собой двухразъемиую коробку. В нижнем разъеме на подшипйиках качения помещают ведущий вал-шестерню и одну ведомую, шестерню; в верхнем разъеме монтируют другую ведомую шестерню. В корпусе шестеренной клети имеется сквозное отверстие для установки пневматического цилиндра вталкивателя заготовки.
Каждый шарнирный шпиндель имеет две головки, одна из которых плотно посажена на ведомый вал шестеренной клети, а другая крепится на рабочий валок ходовой посадкой. Это позволяет несколько изменять длину шпинделей при регулировании угла наклона валков.
При прошивке заготовок диам. до 140 мм применяют прошивные станы с дисковыми и грибовидными валками. Несмотря на технологические преимущества прошивных станов с грибовидными валками, они не получали в последнее время развития из-за ряда конструктивных недостатков: нерегулируемые углы раскатки и подачи, что уменьшает производительность и снижает гибкость в работе стана; громоздкая, неудобная в эксплуатации клеть, объединяющая в себе шестеренную и рабочую клети в одной станине; консольное крепление рабочих валков, в сильной степени снижающее жесткость клети.
Разработанная Электростальским заводом тяжелого машиностроения новая конструкция стана с грибовидными валками лишена этих недостатков. Основным отличием этого стана является двухопорное крепление валков и индивидуальный привод валков (26), осуществляемый от двигателей постоянного тока мощностью 1750 кет каждый. Рабочая клеть (27) имеет два поворотных барабана, в которые закладываются кассеты с валками. Применение сменных кассет позволяет использовать различный угол раскатки в пределах 4-17°.
Механизм разворота барабана состоит из двигателя и червячного редуктора, установленных вне клети, которые приводят вал-шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым венцом, закрепленным на барабане. Поворот барабанов обеспечивает регулирование угла подачи в п]ределах от 4 до 15°. Смена валков осуществляется путем извлечения кассет через окна в крышке станины. Положение валков относительно оси прокатки регулируется нажимными винтами, а их уравновешивание производится тарельчатыми пружинами.
Конструкция рабочей клети, таким образом, весьма сходна с современными конструкциями клетей с бочкообразными валками, однако она может обеспечивать более высокую выходную скорость гильзы как благодаря меньшему осевому скольжению, так и благодаря применению более высоких окружных скоростей валков. |
Рабочие валки прошивных станов приводятся во вращение от электродвигателей постоянного или переменного тока.
В последнее время все чаще применяют двигатели постоянного тока, позволяющие регулировать скорость прокатки в широких пределах. Возможность изменения скорости прошивки целесообразно иметь при большом разнообразии сортамента прокатываемых труб, особенно по маркам сталей, значительно отличающихся пластическими свойствами и сопротивлением деформации.
Мощность двигателей рабочих клетей прошивных станов в большой мере зависит от сортамента стана и скорости прокатки- При прокатке заготовок диам. до 150 мм мощность двигателей составляет 1000-1500 кет. Для станов последних конструкцийу рассчитанных на большую скорость валков (до 8 м/сек), мощность двигателя увеличена почти вдвое. Для станов, прокатывающих заготовку более крупных размеров, мощность двигателей достигает 3500-4000 кет.
Прошивка круглой заготовки или слитка производится при. помощи оправки, которую надевают на конец длинного стержня. Стержень укрепляют на выходной стороне стана в головке упорного подшипника, воспринимающего все осевые усилия. Для прошивки применяют оправки двух типов. Литые или кованые сплошные оправки надевают на конец стержня-оправкодержателя и после каждой прошивки снимают для охлаждения их в ванне с проточной водой. Такие оправки называют сменяемыми
и лишь для оправок больших размеров применяют приспособления, частично облегчающие эту тяжелую работу.
Оправки другой конструкции (28, б) выполнены в виде полого тела и охлаждаются изнутри водой, которая подается через стержень-оправкодержатель под давлением 98-118 я/ж2 (10-12 am). В паузах между прошивками оправка дополнительно охлаждается снаружи водой специальным душирующим устройством. Снимают такую оправку только после полного ее износа (после 500-600, а иногда и значительно большего числа проходов). Оправки этого типа, которые называют несменяемыми или водоохлаждаемыми, повышают производительность стана, а глав-
пое - позволяют полностью автоматизировать весь процесс, освободиться от тяжелых ручных операций.
Выходная сторона стана (29) оборудована механизмом 1 для центрирования стержня 2 оправкодержателя, извлечения этого стержня из гильзы и выдачи гильзы из прошивного стана для последующей обработки. Выдача гильз может быть боковой (а) или осевой (б).
При боковой выдаче гильза после прошивки, находясь на стержне, несколько отводится вперед до упора. Затем из гильзы извлекается стержень с несменяемой оправкой. Для этого головка упорного подшипника 5, в которой закреплен задний конец
стержня, перемещается по направляющим 4, увлекая за собой стержень. После выведения стержня из гильзы последняя круговыми сбрасывателями 5 убирается с оси прокатки на наклонную решетку б, а головка упорного подшипника вместе со стержнем возвращается в переднее рабочее положение.
При работе на сменяемой оправке последнюю надевают на стержень в момент подхода его переднего торца к рабочей клети стана, а оправку убирают после отвода гильзы из прошивных валков.
При осевой выдаче гильз стержень с несменяемой оправкой все время находится в рабочем положении. Гильза получает осевое перемещение от фрикционных роликов 7, а головка упорного подшипника откидывается, пропуская гильзу на приемный роль-
ганг 8, ось которого совпадает с осью прошивного стана. После возвращения головки упорного подшипника в исходное положение и заклинивания ее может начинаться прошивка следующей заготовки. ^
При осевой выдаче гильз прошивка может осуществляться и на сменяемой оправке. Для этого специальным механизмом стержень при откинутой головке упорного подшипника подают назад на 1,5-2,0 м для замены оправки, а затем вновь возвращают В: рабочее положение.
Головка может перемещаться с помощью зубчатых реек, канатной передачи или пневматического длинноходового цилиндра. На больших установках перемещение осуществляется специальным тягачом (31), который представляет собой платформу, передвигающуюся по направляющим. Привод тягача осуществляется от двух вертикальных двигателей.
В рабочем положении головка упорного подшипника удерживается клиновым механизмом, смонтированным на кулисе. Открывание и закрывание клинового запора удерживающего устройства осуществляется пневматическим цилиндром. Кулиса в нижней части шарнирно крепится к станине, а в верхней удерживается винтом, регулируя который можно изменять положение кулисы вместе с запирающим клином. При этом изменяется рабочее положение головки упорного подшипника" и, следовательно, положение стержня с оправкой относительно рабочих валков. Подвод воды для охлаждения, стержня поправки осуществляется через / клапанный механизм и корпус головки.
При осевой выдаче гильз упорно-регулирующий механизм (32) состоит из упорной головки с вращающимся шпинделем, пневматического цилиндра для подъема и опускания головки при пропуске гильзы, устройства для осевого перемещения каретки, необходимого для регулирования положения оправки в очаге деформации, и, наконец, запора, фиксирующего головку в заданном положении. Через специальный клапан и упорную головку подается вода для охлаждения стержня и оправки во время прошивки.
Центрирование стержня производят роликовыми центровате- лями (33). В зависимости от длины гильз, получаемых на стане, число центрователей колеблется в пределах от 3 до 6. Каждый цептрователь имеет три или четыре холостых ролика (четырех- роликовые центрователи применяют при прошивке гильз большого диаметра). С помощью рычажной системы и пневматического привода ролики плотно прижимаются к стержню. К моменту подхода к цептрователю переднего торца гильзы ролики разводятся на величину, необходимую для пропуска гильзы. Рычажную систему настраивают так, чтобы при разведении роликов зазор между ними и гильзой был незначителен (5-10 мм), что и обеспечивает хорошее центрирование гильзы.
При осевой выдаче перемещение гильз осуществляется фрикционными выдающими роликами, получающими вращение через карданные валы и редуктор от электродвигателя. Сближение и разведение роликов производится пневмоприводом. Фрикционные ролики устанавливают за каждым центрователем.
При боковой выдаче гильзы оттаскиваются приводным подъемным роликом, устанавливаемым между рабочей клетью и первым центрователем.
Технологический процесс прошивки происходит в следующей последовательности. Нагретая заготовка по наклонной решетке скатывается в приемный желоб прошивного стана и пневматическим толкателем подается до упора, установленного перед валками. Затем после отвода упора заготовка задается в рабочие валки стана. Упор отводится только после того, как выходная сторона стана полностью подготовлена к приему очередной гильзы, что определяется заклиниванием головки упорного подшипника.
Заготовка, захваченная валками, получает вращательно-по- ступательное движение и прошивается на оправке в гильзу нужного размера. Когда передний торец гильзы подходит к первому цептрователю, последний раскрывается для пропуска и центрирования гильзы; затем последовательно по мере подхода гильзы раскрываются другие центрователи. По окончании прошивки в стане с осевой выдачей гильзы автоматически сближаются выдающие ролики, и гильза подается по направлению к упорной головке. Как только задний конец гильзы пройдет первый центрова- тель, его ролики сближаются и удерживают стержень до осевого перемещения, так как одновременно открывается замок головки упорного подшипника и включается механизм для ее подъема. Гильза выдающими роликами транспортируется на приемный рольганг. В некоторых станах удержание от осевого перемещения совершается специальным рычажным механизмом, установленным между первым центрователем и рабочими валками. Это сокращает время извлечения гильзы из стана. После выдачи гильзы на рольганг выдающие ролики разводятся, ролики центрова- телей зажимают стержень, а головка упорного подшипника занимает рабочее положение. Как только произойдет ее заклинивание, дается импульс на уборку упора па входной стороне стана и происходит прокатка следующей заготовки.
Осевая выдача гильз, принятая на отечественных станах новых конструкций, позволяет сократить время вспомогательных операций и тем самым обеспечить наиболее высокий темп работы прошивного стана. Производительность прошивного стана при прокатке заготовки диам. 140 мм в гильзу.сечением 136x16 мм и длиной 5,4 м достигает 340 шт/ч. При прокатке гильз меньшей длины темп может быть выше.
Г ГГТТгГг гт ИХШТГГГГ /ЦК
3 (62), 2011 I IIU
In given article are described various types of sewing\ rollers, their advantages and defects, the characteristic of the is intense-deformed condition in the deformation center is resulted at an insertion on rollers various types are resulted. Besides, in article the directing tool sewing camps is described. The comparative characteristic of Disher"s disks and directing rulers is resulted.
В. В. КЛУБОВИЧ, В. А. ТОМИЛО, БНТУ, В. Э. ИБРАГИМОВ, О. Н. МАСЮТИНА, РУП «БМЗ»
УДК 621.774.35
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ИНСТРУМЕНТА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЕСШОВНЫХ ТРУБНЫХ ЗАГОТОВОК
Широкий сортамент труб предопределил множество способов, агрегатов и станов, на которых он реализуется. Причем каждый из способов характеризуется наиболее эффективным диапазоном получаемых труб. Кроме того, специфические требования, предъявляемые к трубам, определяют выбор способа их производства.
Трубное производство непрерывно совершенствуется и развивается, для него характерны не только качественный рост, но и существенные качественные изменения в соответствии с потребностями заказчиков. Расширяется сортамент труб по размерам и материалам, возрастает выпуск труб со специально обработанными наружной и внутренней поверхностями (трубы для атомной энергетики, приборостроения), с защитными и гладкостны-ми покрытиями для магистральных газо- и нефтепроводов и т. д. Для того чтобы получить готовую трубу с надлежащими свойствами и качеством, необходимо, чтобы была правильно подобрана и рассчитана система калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера. В свою очередь калибровка инструмента прошивных станов заключается в правильном построении профиля валков, оправок и направляющего инструмента и определении их размеров .
В данной статье предоставлены различные виды валков прошивных станов и направляющего
инструмента, а также приведена их сравнительная характеристика.
В прошивных станах используются валки следующих типов: бочковидные; дисковые; грибовидные и валки с двойным пережимом.
I. Бочковидные валки прошивных станов представляют собой два усеченных конуса, сложенных вместе большими основаниями (рис. 1). На таких валках различают три участка: входной конус I; пережим т; выходной конус р.
На входном участке происходит подготовка металла к прошивке. Пережим предназначен для сглаживания перехода от входного конуса к выходному. Выходной конус выполняет поперечную раскатку уже прошитой трубы.
Бочковидные валки классифицируются в зависимости от длины входного и выходного конусов.
1. Валки первого типа имеют одинаковую длину входного и выходного конуса (рис. 2). Если длина входного конуса не обеспечивает необходимое качество и размеры гильз, то применяют валки второго типа.
2. В валках второго типа входной конус короче выходного (рис. 3).
3. В валках третьего типа имеются два входных конуса, первый отвечает за улучшение условий захвата, второй сокращает длину очага деформации, что приводит к снижению дефектов на наружной
Рис. 1. Бочковидный валок прошивного стана
Рис. 2. Бочковидный валок прошивного стана первого типа
юти г м€имиигггг:гт
Рис. 3. Бочковидный валок прошивного стана второго типа
Рис. 4. Бочковидный валок прошивного стана третьего типа
и внутренней поверхностях гильзы, поэтому такие валки применяют при прокатке заготовок, которые отличаются по диаметру незначительно (рис. 4).
Рассматривая осевую зону металла в очаге деформации при прошивке, следует отметить, что схема напряженно-деформированного состояния здесь разноименная, так как со стороны валков действуют силы сжатия, а со стороны дисков Ди-шера или направляющих линеек, а также со стороны прошивки - силы растяжения. Такая схема не является желаемой, так как может вызвать разрушение металла, если будет достигнуто критическое обжатие. В конечном итоге, произойдет полное использование запаса пластичности, и образуются макроразрушения, а это приводит к образованию дефектов на внутренней стороне трубы. Поэтому важное условие прошивки не только создание благоприятной схемы напряженно-деформированного состояния при деформации металла и оптимальное соотношение поперечной и продольной деформации, которое значительно влияет на возможность разрушения в центральной зоне заготовки, а также повышение значения критического обжатия.
Повысить критическое обжатие можно за счет изменения обычной схемы напряженно-деформированного состояния (по двум осям - растяжение и по одной оси - сжатие) на новую (по двум осям - сжатие и по одной оси - растяжение). Такое изменение схемы напряженного состояния может быть получено, если изменить скольжение и создать дополнительные подпирающие силы. Это можно воплотить, если на пути течения металла в очаге деформации на валках выполнить гребни, кото-
Рис. 5. Пазовая калибровка валков
рые будут создавать дополнительное сопротивление течению металла, а это в свою очередь приведет к смене схемы напряженного состояния металла в очаге деформации.
Сделанные заключения легли в основу новых типов калибровок валков прошивных станов.
1. Пазовая калибровка (рис. 5) характеризуется тем, что на валках создают гребни переменной высоты и пазы переменной ширины. Угол наклона гребня к оси валка равен 0°. Гребни расположены по всей образующей валка, что приводит к уменьшению растягивающего напряжения и в результате схема становится близкой к схеме с двумя сжимающими и одним растягивающим напряжением, а это в свою очередь приводит к повышению величины критического обжатия. У пазовой калибровки есть один существенный недостаток, который заключается в трудном ее изготовлении.
2. Кольцевая калибровка (рис. 6). Угол наклона гребня к оси валка равен 900. Здесь гребни оказывают аналогичное действие, как и в пазовой калибровке, улучшая, тем самым, напряженно-деформированное состояние.
3. Винтовая калибровка (рис. 7). Угол наклона гребней к оси валка находится в пределах 0-90°. Этот вид калибровки позволяет улучшить схему напряженно-деформированного состояния как в осевом, так и в тангенциальном направлении.
Если при прошивке используются заготовки диаметром до 140 мм, применяют прошивные станы с дисковыми и грибовидными валками. На прокатных станах с грибовидными и дисковыми валками получают более длинные гильзы.
Рис. 6. Кольцевая калибровка валков
/¡гтге Г КтПГЛРГУЯ /117
Несмотря на технологические преимущества прошивных станов с грибовидными валками, они не получали в последнее время развития из-за ряда конструктивных недостатков:
1) нерегулируемые углы раскатки и подачи, что уменьшает производительность и снижает гибкость в работе стана;
2) громоздкая, неудобная в эксплуатации клеть, объединяющая в себе шестеренную и рабочую клети в одной станине;
3) консольное крепление рабочих валков, в сильной степени снижающее жесткость клети.
В современном производстве бесшовных горя-чедеформированных труб применяют такой тип валка, как валок с двойным пережимом. Профиль этого валка показан на рис. 10. В основу калибровки такого валка положен принцип дробления деформации. В этом случае валок разбивается на участки, в которых осуществляются обжатия, значительно меньшие критических, с последующим прохождением участков, где обжатие не производится. В результате применение валков такого типа позволяет улучшить устойчивость заготовки в валках, а также уменьшить разностенность.
Рис. 8. Профиль дискового валка прошивного стана
Рис. 7. Винтовая калибровка валков
II. Профиль дисковых валков прошивных станов показан на рис. 8.
Дисковые валки позволяют получать профили с резкими переходами, кроме того, применение двух-опорных валков дает возможность существенно упростить конструкцию рабочей клети, что обусловливает применение конических валков в станах малых типоразмеров, а дисковых валков - в более тяже-лонагруженных станах больших типоразмеров.
III. Профиль грибовидных валков прошивных станов показан на рис. 9.
На таких валках различают два участка: входной 1п и выходной (/р) конусы.
Рис. 9. Профиль грибовидного валка прошивного стана
Рис. 10. Профиль валка прошивного стана с двойным пере -жимом
При расчете системы калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера, особое внимание необходимо уделить направляющему инструменту, который образует в очаге деформации вместе с валками закрытый калибр, что позволяет вести процесс прошивки с повышенными коэффициентами вытяжки и получать более тонкостенные гильзы. В прошивных станах в качестве направляющего инструмента могут использоваться направляющие линейки и диски Дишера.
Линейки прошивного стана имеют достаточно сложную форму, которая обусловлена видом деформации, величиной обжатий и подъемом диаметра гильзы по сравнению с диаметром заготовки. Линейки в прошивных станах участвуют в процессе деформации заготовок, поэтому их форма должна соответствовать профилю валка таким образом, чтобы между боковыми поверхностями валков и линеек не было зазоров. Также линейки влияют на поперечную деформацию металла, способствуя овализации гильзы.
На рис. 11 приведен профиль линейки прошивного стана.
Плюсы направляющих линеек в том, что они перекрывают весь очаг деформации, однако есть и минусы:
1) они нагреваются и быстро портятся из-за высокого трения с заготовкой;
2) замену линеек производят в ручную, что повышает травмоопасность и физическую нагрузку рабочего персонала;
3) затраты на изготовление линеек больше, чем на изготовление дисков.
Для устранения всех перечисленных недостатков на современном производстве все чаще используют в качестве направляющего инструмента диски Дишера. Профиль дисков Дишера показан на рис. 12.
Преимущество направляющих дисков над направляющими линейками в следующем:
1) сокращается время на производство продукции, так как не надо затрачивать столько времени на замену линеек;
2) диски делают обороты, благодаря чему успевают охлаждаться;
3) трение значительно меньше, чем у линеек, что повышает их износостойкость;
4) заготовка легче извлекается после прокатки благодаря тому, что диски отводятся в разные стороны.
Рис. 11. Линейка прошивного стана
Рис. 12. Диск Дишера
Минус дисков состоит в том, что они захватывают не весь очаг деформации в отличие от линеек.
Замена направляющих линеек направляющими дисками необходима заводам, так как благодаря направляющим дискам издержки производства сократятся и увеличится выпуск продукции. В результате применения направляющих дисков вырастет объем производства, уменьшатся травмо-опасность и физическая нагрузка персонала. Ремонт и замена направляющих дисков обходятся дешевле, чем замена направляющих линеек. Их ресурс также заметно выше.
Необходимо отметить, что для правильного подбора и расчета системы калибров, обеспечивающих получение трубы заданного размера, следует исходить из конкретных условий производства, учитывать специфичность производства, механизацию и автоматизацию производства, размеры и форму деформирующего инструмента, физические и механические свойства стали.
При этом калибровка должна отвечать специальным требованиям, обеспечивая:
1) получение гильз с необходимыми геометрическими размерами и высокое качество наружной и особенно внутренней поверхностей;
2) нормальное и стабильное течение процесса прошивки, не нарушая условий первичного и вторичного захвата;
3) высокую производительность стана при минимальном расходе энергии на прошивку;
4) высокую стойкость инструмента, которая сокращает число перевалок и удлиняет срок его службы;
5) возможность осуществления процесса прошивки для гильз широкого сортамента без дополнительных перевалок.
Литература
1. М а т в е е в Ю. М., В а т к и н Я. Л. Калибровка инструмента прокатных станов. М.: Металлургия, 1970.
2. Технология прокатного производства / А. П. Грудев, Л. Ф. Машкин, М. И. Ханин М.: Металлургия, 1994.
Аннотация
1. Обоснование реконструкции ТПА 2003
1.1 Общая характеристика завода, состав основных производственных цехов, структура производства ВТ
1.1.2 Трубопрессовый цех
1.1.3 Трубопрокатный цех с ТПА 159-426
1.1.4 Трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ)
1.1.5 Трубопрокатный цех с ТПА 200
1.2 Краткое описание стана ТПА-200
1.3 Обоснование расширения сортамента производимых труб
2. Техника производства
2.1 Исходная заготовка
2.2 Сортамент до и после реконструкции
2.3 Оборудование для производства труб на ТПА 200
2.3.1 Пресс холодной ломки
2.3.2 Кольцевая печь
2.3.3 Прошивной стан винтовой прокатки
2.3.4 Оборудование входной стороны
2.3.5 Клеть прошивного стана
2.3.6 Оборудование выходной стороны
2.3.7 Рабочая клеть трехвалкового раскатного стана1
2.3.8 Редукционно-калибровочный стан
2.4.1 Раскатка гильз на непрерывном стане PQF
2.5.1 Прокатная клеть
2.5.2 Контейнер прокатной клети
2.5.3 Приводы валков
2.5.4 Перевалка прокатных клетей
2.5.5 Технологический инструмент стана PQF
3. Специальная часть
3.1 Расчет таблицы прокатки
3.2 Расчет усилия металла на валок
3.3 Расчёт валкового узла на прочность
3.4 Расчет дисковой пилы
труба тонкостенная стан перевалка
Аннотация
В представленном дипломном проекте приведены результаты разработки технологического процесса производства тонкостенных бесшовных труб на ТПА 50-200 с трехвалковым непрерывным PQF станом в условиях ТПЦ-1 ОАО «ВТЗ».
В разделе 2 приведены таблицы сортамента выпускаемой продукции.
В специальной части дипломного проекта выполнены расчёты таблицы прокатки, также произведён расчёт усилия металла на валки непрерывного стана PQF, расчёт валка на прочность.
В разделе 4 проведён расчёт электродвигателя главного привода и
проверочный расчёт его мощности.
В разделе 5 произведены расчёты годового объёма выпуска продукции,
штатов рабочих, руководителей и служащих и их заработной платы.
В разделе 6 представлены расчёты капитальных затрат на производство, себестоимость продукции, а так же рассчитываются показатели экономической эффективности.
В разделах 7 и 8 предложены необходимые мероприятия по охране труда и окружающей среды.
Пояснительная записка изложена на 175 страницах, содержит 43
рисунков, 40 таблиц и 222 формулы. При составлении пояснительной
записки использовано 19 источников.
1. Обоснование реконструкции ТПА 200
1 Общая характеристика завода, состав основных производственных цехов, структура производства ВТЗ
Волжский Трубный Завод (ОАО «ВТЗ») является одним из крупнейших предприятий Южного Федерального округа Российской Федерации. На заводе работает около 12000 человек, что позволяет считать «ВТЗ» крупным градообразующим предприятием города.
ВТЗ расположен в промышленной зоне города Волжского, находящегося на левом берегу реки Ахтубы в 20 километрах северо-восточнее центра Волгограда.. Положительным фактором размещения является нахождение на пересечении транспортных путей Южно-Европейской части России. Рядом с ВТЗ находятся железнодорожная станция и автомобильная федеральная трасса, что снижает затраты при отгрузке потребителям готовой продукции внутри страны. В 10 километрах от завода находится грузовой речной порт на реке Волга. По системе каналов река Волга связывает город с портами Каспийского, Черного, Балтийского, Северного и Азовского морей. Это позволяет осуществлять доставку продукции самым экономичным водным путем. Удобное географическое расположение «ВТЗ» также позволяет осуществлять доставку сырья, вспомогательных материалов и прочих грузов, необходимых для производства труб.
Основными потребителями ОАО ВТЗ являются такие компании как ОАО «Газпром», АК «Транснефть», в состав которых входят множество дочерних предприятий, которых насчитывается несколько десятков. Кроме того, это ведущие компании по добыче нефти: «Тюменская нефтяная компания», «LUKOIL», «Сибнефть», «Роснефть», которые являются монополистами по добыче и переработке «черного золота». Также партнерами завода являются нефтегазовые компании стран Персидского залива Ирак, Бахрейн, Катар и Египет, где активно ведутся разработки прибрежных шельфовых и сухопутных месторождений нефти и газа.
С апреля 2001г. Волжский трубный завод входит в Трубную Металлургическую Компанию (ТМК). Трубная Металлургическая Компания - крупнейший в российской трубной отрасли холдинг, объединивший ведущие российские трубные предприятия - Волжский (Волгоградская обл.), Северский, Синарский (Свердловская обл.) трубные заводы Таганрогский металлургический завод (Ростовская обл.).
Завод производит более 800 типоразмеров труб:
сварные спиральношовные трубы большого диаметра, в том числе с покрытием;
трубы общего назначения;
бесшовные нефтегазопроводные трубы;
обсадные трубы и муфты к ним;
трубы для паровых котлов и паропроводов;
трубы для нефтеперерабатывающей и химической промышленности
трубы из коррозионностойкой стали (нержавеющие);
трубы для изготовления подшипников;
стальную заготовку круглого и квадратного сечения.
Потребителями продукции ВТЗ являются машиностроительные, химические, нефтеперерабатывающие, строительные предприятия и предприятия других отраслей как отечественные, так и зарубежные.
На ВТЗ находятся пять цехов основного производства: трубопрокатный цех №1 (ТПЦ-1), трубопрессовый цех №2 (ТПЦ-2), трубопрокатный цех №3 (ТПЦ-3), трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ), электросталеплавильный цех (ЭСПЦ).
1.1.1 Электросталеплавильный цех (ЭСПЦ)
Мощность - 900 тыс. тонн стали в год.
Основное оборудование:
электродуговая сталеплавильная печь, масса плавки 150 тонн
установка «печь-ковш»
установка вакуум-кислородного рафинирования стали
установки непрерывного литья заготовок криволинейного типа
ЭСПЦ производит стальную непрерывнолитую заготовку:
круглого сечения диаметров 150мм, 156мм, 190мм, 196мм, 228мм,
мм, 360мм и 410мм для производства труб и сортового проката по ТУ 14-1-4992-2003 /33/, СТОТМК 566010560008-2006 , и др.;
квадратного сечения размеров 240мм, 300мм и 360мм для производства труб и сортового проката по ТУ 14-1-4944-2003 .
Основным сырьем для производства стали в ЭСПЦ является металлолом, поступающий в переработанном виде в копровом цехе (КЦ).
Для осуществления межцеховых транспортных операций используется
автомобильный транспорт автотранспортного цеха (АТЦ) и подвижной
состав железнодорожного цеха (ЖДЦ).
Волжский трубный завод представляет собой современное предприятие сориентированное на потребителей труб практически всех отраслей, в том
числе потребителей труб нефтегазовой отрасли.
1.2 Трубопрессовый цех
Мощность - 68 тыс. тонн горячепрессованных труб в год.
В составе цеха: участок подготовки заготовки к прессованию; линия прессования с горизонтальным прессом усилием 55МН для производства труб размерами 133 - 245х6-30мм, а при использовании редукционного стана труб диаметром 42 - 114 мм; линия прессования с горизонтальным прессом усилием 20МН для производства труб размерами 60-114x4-10 мм и отделение отделки труб.
Состав оборудования линии с прессом усилием 20 МН имеет некоторые изменения по сравнению с прессовой линией 55 МН: отсутствует кольцевая печь, а нагрев перед прошивкой осуществляется в индукционных установках; вместо редукционного установлен правильный стан, а также отсутствует подогревательная печь с шагающими балками.
Горячий передел труб заканчивается участком химической обработки, который состоит из двух отделений - для обработки труб из углеродистых сталей и для обработки труб из коррозионностойких сталей.
В цехе установлены три поточные линии отделки и контроля качества труб: две линии для обработки труб диаметром 43 - 133 мм и одна линия для обработки труб диаметром 50 - 245 мм. В составе каждой линии имеется следующее оборудование: правильный шестивалковый стан, два трубоотрезных станка для обрезки концов труб; установка для снятия наружной фаски и торцовки концов; установка продувки труб от окалины; линия неразрушающего контроля качества труб для выявления поперечных наружных дефектов и проверки соответствия марки стали; ультразвуковая установка для выявления продольных и поперечных дефектов; установка визуального контроля качества поверхности, геометрических размеров труб и стилоскопирования; установка для измерения длины труб.
ТПЦ-2 производит горячепрессованные трубы, предназначенные для: общего назначения, машиностроения с последующей механической обработкой, нефтехимической промышленности, паровых котлов и трубопроводов, работы в сероводородной среде, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений, атомных электростанций, работы в коррозионных средах, эксплуатации при высоких температурах и др. Для производства труб в ТПЦ-2 используется заготовка круглого сечения диаметром от 145мм до 360мм производства ЭСПЦ и покупная заготовка производства ОАО «Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь», Северсталь, Запорожский завод специальных сталей и других производителей.
Рисунок 2. Технологическая схема производства труб на линии прессования с горизонтальным прессом усилием 55МН.
Рисунок 3. Технологическая схема производства труб на линии прессования с горизонтальным прессом усилием 20МН.
1.3 Трубопрокатный цех с ТПА 159-426
Технология и оборудование позволяет производить до 1,2 млн. тонн горячекатаных труб в год.
Рисунок 4. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-3.
Основное оборудование:
печь с шагающими балками для нагрева заготовки
стан пресс-валковой прошивки
стан-элонгатор
непрерывный стан ТПА159-426 с непрерывно удерживаемой оправкой
калибровочный стан
линии отделки обсадных и нефтепроводных труб
После прокатки труб на ТПА 159-426, охлаждения, обрезки и правки
трубы проходят неразрушающий контроль геометрических размеров. Далее трубы поплавочно - магнитным краном укладываются в контейнеры и
поступают на промежуточный склад, откуда в зависимости от назначения,
поступают в отделение отделки. ТПЦ-3 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 159мм до 426мм с толщиной от 8мм до 35мм. Трубы предназначены для общего назначения, применяемые в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений, котельных установок и трубопроводов, строительства, капитального ремонта и реконструкции подводных переходов.
Для производства труб в ТПЦ-3 используется заготовка квадратного
сечения размеров от 240мм до 360мм производства ЭСПЦ.
1.4 Трубоэлектросварочный цех (ТЭСЦ)
Достигнутая мощность - 500 тыс. тонн сварных труб с антикоррозионным покрытием в год.
Основное оборудование:
трубоэлектросварочные станы автоматической сварки труб под слоем
флюса, для производства труб диаметром 530-1420 мм
трубоэлектросварочный стан автоматической сварки труб под слоем
флюса, для производства труб диаметром 1420-2520 мм
участок объемной термообработки труб
печь для нагрева труб под закалку,
отпускная печь
линия отделки труб.
Мощность - 100 тыс. тонн покрытых труб диаметром 102-1020 мм.
В 1976г. в цехе впервые в стране был освоен выпуск труб для строительства газо-, нефтепроводов с антикоррозийным покрытием на основе эпоксидных порошков. Технологический поток производства данных труб состоит из следующих операций: очистки поверхности щетками и иглофрезами от окалины; дробеструйной обработки; нагрева труб до температуры 400°С в газовой секционной печи, нанесения на поверхность
антикоррозийного покрытия из эпоксидного порошка толщиной 300 - 500
мкм; 30-мин выдержки в термостате с цепным транспортером для обеспечения полимеризации при температуре 150 - 200°С; контроля диэлектрической сплошности покрытия; контроля адгезии и толщины покрытия; ремонта дефектных участков труб.
После этого на готовые трубы наносят дополнительную маркировку и
надевают защитные резиновые кольца для предотвращения повреждения
покрытия при транспортировке. Срок службы труб с антикоррозионным
покрытием в 2 - 3 раза выше обычных.
ТЭСЦ производит спиральношовные стальные трубы диаметром от
530мм до 2520мм с толщиной от 6мм до 25мм. В цехе имеется участок термической обработки труб и участок два участка нанесения на трубу
антикоррозийного покрытия. Трубы большого диаметра предназначены для:
общего назначения, магистральных газонефтепроводов, трубопроводов
атомных электростанций.
Для производства труб в ТЭСЦ используется штрипс шириной от 1050мм до 1660мм и лист шириной 2650мм. Поставщиками металла является
Магнитогорский металлургический комбинат, металлургический комбинат Азовсталь, металлургический комбинат Северсталь, Новолипецкий металлургический комбинат и другие производители. Кроме того, металл
Рисунок 5. Технологическая схема сварки труб диаметром 530-1420мм
из рулонного проката.
Рисунок 6. Технологическая схема сварки труб диаметром 1420-2520мм из листовой стали.
1.1.5 Трубопрокатный цех с ТПА 200
Мощность - 225,5 тыс. тонн горячекатаных труб в год.
Основное оборудование:
две кольцевые печи для нагрева заготовки;
прошивной стан;
два трехвалковых раскатных стана ТПА-200 с длинной плавающей оправкой;
две печи с шагающими балками для подогрева труб;
два трехвалковых калибровочных стана;
линии отделки подшипниковых труб и труб общего назначения.
ТПЦ-1 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 57мм до 245мм с толщиной от 6мм до 50мм, предназначенных для: общего назначения, подшипниковой отрасли, машиностроения с последующей механической обработкой, авиационной техники, котельных установок и трубопроводов, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений
Для производства труб в ТПЦ-1 используется заготовка круглого сечения диаметром от 90мм до 260мм производства ЭСПЦ и покупная заготовка производства ОАО «Волгоградского металлургического завода «Красный Октябрь», Оскольского металлургического комбината и других производителей.
Рисунок 7. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-1.
2 Краткое описание стана ТПА-200
Трубопрокатный агрегат 200 Волжского трубного завода предназначен для выпуска горячекатаных бесшовных труб повышенной точности размерами DTхST = 70...203x9...50 мм следующего сортамента: общего назначения DTxST = 73...203x9...50 мм из углеродистых и среднелегированных марок стали, подшипниковые трубы DTxST = 70,4...171x7...21 мм из стали марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ15Ш, ШХ15В.
В состав цеха входят трубопрокатный агрегат 70-200 с трёхвалковым станом, линия отделки труб общего назначения, участок отделки подшипниковых труб, четыре роликовые печи для проведения сфероидизирующего отжига подшипниковых труб, участок изготовления технологического инструмента.
Основное оборудование: кольцевые печи для нагрева заготовки; прошивной стан; трубопрокатный агрегат Асселя с трехвалковым раскатным станом ТПА-200 с длинной плавающей оправкой; печь с шагающими балками для подогрева труб; трехвалковый калибровочный стан; Ти клетьевой редукционно-калибровочный стан; роликовые печи для отпуска и отжига труб; линии отделки подшипниковых труб и труб общего назначения; участок консервационного покрытия труб.
Валки; 2-Оправка; 3-Труба,
Степень тонкостенности сортамента труб, производимого на установках данного типа, определяет трехвалковый раскатной стан. Поэтому в последнее время в технически развитых странах большое внимание уделялось и уделяется совершенствованию технологии прокатки и конструкций традиционных трехвалковых раскатных станов, а также созданию новых процессов с обеспечением возможности производства высокоточных тонкостенных горячекатаных труб.
3 Обоснование расширения сортамента производимых труб
Мощности трубных заводов по выпуску бесшовных труб для нефтегазовой промышленности и машиностроения в настоящее время задействованы не на полную и дальнейшее увеличение объёмов их производства возможно при условии дополнительного ввода оборудования или модернизации существующего оборудования. ТПА-200 - трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом. Отличительной особенностью данного агрегата является наличие двух линий раскатки гильз, получаемых на прошивном стане. Это позволяет значительно увеличить производительность стана. Трубопрокатный стан ТПА-200 располагается в ТПЦ-1 ОАО «ВТЗ». ТПЦ-1 производит стальные горячекатаные трубы диаметром от 70мм до 203мм с толщиной от 9мм до 50мм, предназначенных для: общего назначения, подшипниковой отрасли, машиностроения с последующей механической обработкой, авиационной техники, котельных установок и трубопроводов, газопроводов газлифтных систем и обустройства газовых месторождений. Оборудование цеха позволяет производить трубы нестандартных размеров, трубы со смещенными допусками по геометрическим размерам, особо толстостенные трубы, трубы с повышенной точностью по толщине стенки. Имеется возможность обточки труб по наружной поверхности. ТПА с трехвалковым раскатным станом применяют для производства толстостенных труб, используемых в машиностроении с отношением диаметра к толщине стенки (D/S) меньше 12. Несмотря на различные попытки расширения возможностей станов ТПА 200 и аналогичных отечественных трубопрокатных агрегатах получать тонкостенные трубы на них не удавалось, так как при прокатке концов труб (особенно задних) в трехвалковых станах развивается интенсивная поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие нормально осуществлять раскатку труб с отношением диаметра к толщине стенки более 12. Основная особенность ТПА с трехвалковых раскатным станом - получение требуемой толщины стенки готовых труб в основном на раскатном стане, а наружного диаметра на редукционном и калибровочном. Каждый из этих размеров может независимо изменяться, обеспечивая требуемое сочетание диаметра и толщины стенки.
Рисунок 8. Образование раструба при прокатке
Рисунок 9. Затекание металла между валками.- Конус захвата; II-Гребень; III-Раскатной участок;Выходной участок; Валки; 2-Оправка; 3-Труба,
Степень тонкостенности сортамента труб, производимого на установках данного типа, определяет трехвалковый раскатной стан. Поэтому в последнее время в технически развитых странах большое внимание уделялось и уделяется совершенствованию технологии прокатки и конструкций традиционных трехвалковых раскатных станов, а также созданию новых процессов с обеспечением возможности производства высокоточных тонкостенных горячекатаных труб. Применение в агрегатах трёхвалковых раскатных станов вносит определенные ограничения в сортамент - на этих агрегатах можно получать только толстостенные трубы с отношением диаметра к толщине стенки D/S ≤ 12. И хотя предпринимаются различные попытки расширить их возможности в том отношении, все же получать тонкостенные трубы пока не удается, поскольку в этом случае при прокатке концов труб развивается поперечная деформация и образуются треугольные концевые раструбы, не позволяющие нормально осуществлять прокатку. Возможны разные пути решения проблемы концевых раструбов: раскатка гильз на малых углах подачи, применение специальных калибровок валков раскатного стана, уменьшение толщины стенки гильзы и другие. На практике утонение стенки гильзы производится за счет сведения валков при прокатке заготовки или за счет изменения положения оправки в очаге деформации. Перемещение валков в процессе прокатки является менее предпочтительным из-за конструктивной сложности и повышенного износа сопрягаемых поверхностей постели клети и барабана с валком. Для прокатки тонкостенных труб с использованием свободно плавающей длинной оправки французская фирма «Dujardin-Montbard-Somcnor» разработала конструкцию клети трехвалкового раскатного стана (клеть «Трансваль»), оборудованной специальными механизмами для осуществления процесса с переменным углом подачи и изменением исходных размеров калибра. Прокатка концевых участков тонкостенных труб в клети данной конструкции осуществляется по технологии, предусматривающей изменение углов подачи до минимальных значений с одновременным разведением валков для образования концевых утолщений. В настоящее время за рубежом работает несколько трубопрокатных агрегатов с трехвалковыми раскатными станами типа «Трансваль». Один из них эксплуатируется на заводе фирмы «Babcock and Wilcox Co.» в г. Эмпридже (США). Трехвалковый раскатной стан типа «Трансваль» установлен параллельно непрерывному длиннооправочному стану и предназначен для производства высокоточных труб с D/S от 4,5 до 15. При этом для осуществления прокатки наиболее тонкостенной части сортамента предусмотрено автоматическое изменение углов подачи, а также размеров калибра, чтобы при формировании переднего концевого участка трубы отношение D/S на нем не превышало 10, а заднего концевого участка - 8. На заводе фирмы «Falck» в г. Милане (Италия) введен в эксплуатацию трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом «Трансваль» для производства труб из подшипниковых и легированных марок сталей диаметром 60-70 мм с D/S =4-17. На заводе фирмы «Tubesex» в Бильбао (Испания) эксплуатируется трубопрокатный агрегат с трехвалковым раскатным станом «Трансваль», предназначенный для производства редуцированных горячекатаных труб диаметром 21-64 с толщиной стенки 2,2-10 мм. При этом непосредственно после трехвалкового раскатного стана прокатывают трубы диаметром 72 мм, длиной до 14 м и отношением D/S <18. На трехвалковых раскатных станах «Трансваль» устойчиво получают трубы с отношением размеров диаметра к стенке не более 15, используют в основном свободно плавающую оправку. В зарубежной практике применяют ТПА, в которых раскатка происходит в двухвалковых станах винтовой прокатки с направляющими дисками (станы Дишера). Однако применение станов Дишера ограничено прежде всего из-за сложности конструкции рабочей клети, схема рабочей клети изображена на рисунке 8. Кроме того, снижается маневренность агрегата, так как для прокатки труб различного диаметра требуется определенный профиль дисков, что приводит к дополнительным затратам времени на перевалку.
Рисунок 10 - Схема рабочей клети раскатного стана с дисковыми проводками Рабочие валки; 2 - приводные диски; 3 - привод дисков
Конструкция раскатного стана Дишера не отличается от конструкции прошивного стана с дисковыми проводками. На входной стороне стана расположен желоб и выталкиватель для задачи длинной оправки в гильзу и подачи гильзы с оправкой в рабочие валки. На выходной стороне стана имеется рольганг для приемки трубы на оправке. В стане Дишера раскатка трубы осуществляется на длинной оправке, движущейся вместе с трубой вдоль оси прокатки. Дисковые проводки 2 способствуют ускорению процесса прокатки, получению большей вытяжки, более тонкой стенки, повышению точности труб. Мощность главного привода при прокатке труб диаметром до 200 мм составляет 1470 кВт, а двигателя для вращения дисков - 650 кВт. Этот стан более энергоемок, чем трехвалковый раскатной стан. Основное достоинство агрегатов со станами Дишера возможность раскатки труб с отношением диаметра к толщине стенки D0/S0 до 35. Коэффициент вытяжки в стане Дишера несколько меньше, чем в трехвалковом раскатном стане: μ= 1,2-1,5 при раскатке толстостенных и μ = 2,2-2,8 при раскатке тонкостенных труб.
Предлагается провести реконструкцию одной из линий, заменив трехвалковый раскатной стан непрерывными клетями PQF, которые будут производить тонкостенные трубы общего назначения. Метод непрерывной прокатки в трехвалковой клети последовательно продвигался фирмой SMS Demag Innse на рынок уже с начала 90-х годов XX века. Преимущества процесса были очевидны, так как уже на редукционно-растяжном участке замена двухвалковых клетей на трехвалковые привела к существенному улучшению качества бесшовных труб. Оборудование стана PQF расположено очень компактно, что существенно сокращает время прокатки от прошивного стана до прокатки на оправке, что приводит к минимальной потере температуры на пустотелой заготовке. В то же время, благодаря предварительной установке заготовки на основную линию прокатки, пустотелую заготовку можно катать за очень максимально короткое время, которое сокращает время контактного охлаждения внутренней поверхности гильзы и поверхности оправки. При трехвалковой конструкции клети неравномерная деформация сечения сводится к минимуму при одновременном обеспечении точности геометрического размера трубы, что приводит к снижению потерь при обрезании конца трубы, устранению дефектов качества, вызываемых общепринятыми станами для прокатки на оправке, сокращению коэффициента отверстия, вогнутости и неравномерности толщины. Также при использовании трехвалковой конструкции клети в сочетании с одним приводом, гидравлическим нажимным устройством и автономным устройством для калибровки калибра для контроля точности калибра на прокатном стане всегда можно поддерживать высокую точность введения и регулировки заданных значений, что обеспечивает стабильность контроля всего процесса прокатки и качества продукции. Стан состоит из пяти трехвалковых клетей и является компактным станом для прокатки на оправке. Для каждой клети имеется отдельное гидравлическое нажимное устройство, которое действует на центральную линию валка и позиционирует его. Валки соединяются с клетью с помощью качающейся консоли, который по сравнению с трехвалковыми клетями другой конструкции более прост по конструкции и в эксплуатации, более удобен для регулировки, а регулировка более эффективна. По сравнению с распространенной двухвалковой конструкцией трехвалковый калибр более круглый, что играет большую роль в деформации трубы. Стан для прокатки на оправке с трехвалковыми клетями оснащен системами HCCS и PSS для осуществления контроля технологического процесса. Система HCCS используется для контроля действий гидравлического нажимного устройства стана, чтобы проконтролировать зазор между валками. Кроме того, контроль и расчет технологических данных помогает осуществить такие функции как компенсация температуры, контроля удара при врезании, отбрасывание переднего и заднего конца. С помощью системы PSS осуществляется расчет технологических значений, в то же время, благодаря получению и визуализации сигналов о прокатном усилии, имеется возможность наблюдения, анализа и архивирования данных по каждой трубе во время процесса прокатки. Вся линия горячей прокатки оснащена многочисленными встроенными устройствами для контроля всего производственного процесса, особенно специальными приборами для измерения температуры, толщины стенки, внешнего диаметра и длины, установленными на выходе из вытяжного стана и редукционного стана. Результаты таких замеров отправляются назад через систему на главный компьютер стана PQF и редукционного стана для регулировки нажимной системы и скорости прокатки, чтобы получить оптимальное качество трубы. Прокатку труб на непрерывном стане ведут на плавающей оправке, хотя известны агрегаты, в которых применяют удерживаемую оправку, но так как максимальная длина готовых труб не превышает 12 м из-за особенностей холодильной камеры, то применяется плавающая оправка. Такая оправка значительно короче, но стойкость ее ниже. В связи с тем, что производительность агрегата при использовании удерживаемой оправки заметно ниже, она не получила распрастранения, не смотря на то, что не требует оправкоизвлекателя. Редукционно-калибровочный 12 - ти клетьевой стан позволяет существенно расширить сортамент. Редуцирование происходит без подпора и без натяжения, за счёт тянущего усилия, создаваемого вращающимися валками клетей. Величина обжатия зависит от числа клетей, установленных в стане. Одновременно в стане может быть установлено 12 клетей, Редукционно-калибровочный стан позволяет работать с высокой производительностью при прокате труб одного диаметра, однако при переходе на другой размер диаметра требуется перевалка группы клетей, или всех клетей, что снижает производительность ТПА 50 ÷ 200. минимальное количество клетей - 6. Суммарное обжатие в РКС обычно не превышает 20 %, частное обжатие в одной клети составляет 2,8 %. При редуцировании тонкостенных труб наблюдается увеличение их разностенности, при редуцировании толстостенных труб происходит гранение внутреннего диаметра, стремящегося по форме к квадрату. Последний дефект можно устранить, снизив частное обжатие до 1,5 %. Общее суммарное обжатие в редукционно-калибровочном стане обычно не превышает 20 %. Последние два калибра валков предназначены для получения наружного профиля трубы, соответствующего готовому размеру, а небольшая овальность труб устраняется в калибровочном стане винтовой прокатки.
2. Техника производства
1 Исходная заготовка
На Волжском трубном заводе используется горячекатаная заготовка квадратного и круглого сечения из углеродистых и легированных сталей со специальными свойствами, предназначенная для изготовления труб, сортового проката и специальных изделий. Трубная заготовка должна иметь точные размеры. Несоблюдение размеров вызывает увеличение брака при производстве труб. Значительное отклонение наружного диаметра заготовки по сравнению с номинальным значением или большая овальность приводят к ухудшению условий захвата заготовки валками прошивного стана. Допускаемые для круглой заготовки отклонения по диаметру колеблются от 1,8% для производства труб диаметром менее 90 мм и до 3% для труб диаметром Dт < 220 мм. Трубную заготовку, поступающую в трубопрокатный цех длиной от 5м до 9м, укладывают в штабеля с разделением по маркам стали, размерам и плавкам.
Таблица 1.Марки стали для трубных заготовок Марка сталиДиаметрРазмеры, ммДокументацияДопустимые отклоненияДлина10,20,30,40,45 ГОСТ 1050-88 36Г2С, Д.ОСТ14-21-77 20Х, 35Х, 40Х, 40ХН, 30ХГСА, 35ХГСА, 38Х2МЮА и другие ГОСТ 4543-7150+1,2 -22000- 6000ОСТ 14-21-77 Заготовка трубная из углеродистых, низколегированных и легированных сталей. Технические требования.160 170 180 190+1,5 -2,5200 210±2,5230 250 270±1,5 Таблица 2. Химический состав стали Марка сталиМассовая доля элементов, %углеродакремниямарганцахрома, не более350,32-0,400,17-0,370,50-0,800,25400,37-0,450,17-0,370,50-0,800,25450,42-0,500,17-0,370,50-0,800,25500,47-0,550,17-0,370,50-0,800,2555 15Х 15ХА 20Х 30ХРА 40Х 45Х0,52-0,60 0,12-0,18 0,12-0,17 0,17-0,23 0,27-0,33 0,36-,44 0,41-0,490,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,37 0,17-0,370,50-0,80 0,40-0,70 0,40-0,70 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,80 0,50-0,800,25 1 1 1 1,3 1,1 1,1 2 Сортамент до и после реконструкции
Таблица 3. Сортамент труб до реконструкции Наружный диаметр, ммТолщина стенки, мм7,0-9,09,1-11,011,1-13,013,1-15,015,1-17,017,1-19,019,1-21,021,1-23,023,1-25,050,0-60,060,1-70,070,1-80,080,1-90,090,1-100,0100,1-110,0110,1-120,0120,1-130,0130,0-140,0140,1-150,0150,1-160,0160,1-170,0170,1-180,0 В результате замены трехвалкового раскатного стана на непрерывные клети PQF в сочетании с редукционно-калибровочным станом расширился сортамент выпускаемой продукции. Таблица 4. Сортамент труб после реконструкции Наружный диаметр, ммТолщина стенки, мм567891011121350,0-60,060,1-70,070,1-80,080,1-90,090,1-100,0100,1-110,0110,1-120,0120,1-130,0130,0-140,0140,1-150,0150,1-160,0160,1-170,0170,1-180,0180,1-190,0190,1-200,0200,1-210,0 До реконструкцииПосле реконструкции Таблица 4. Технические требования международных стандартов к точности труб по наружному диаметру Диапазон сортамента, дюймAPI 5CT API 5DAPI 5LASTM A53ASTM A106DIN 17121DIN 1629DIN 1630DIN 171752⅜ - 4½±0,79мм± 0,75%± 1%± 0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,75%4½ - 8+1/-0,5%± 0,75%± 1%+1,59/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,9%>8- >12+1/-0,5%± 0,75%± 1%+2,38/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 0,9%12 - 18+1/-0,5%± 0,75%± 1%+2,38/-0,79мм± 1%± 1%± 1%± 1%
Таблица 5. Предельные отклонения по наружному диаметру и толщине стенки труб Наружный диаметр, ммПредельные отклонения для труб точности изготовленияПовышеннойобычнойДо 50 включ.±0,5 мм±0,5 ммСв. 50 до 219 »±0,8%±1,0%»219±1,0%±1,25% Таблица 6. Предельные отклонения толщины стенки Наружный диаметр, ммТолщина стенки, ммПредельные отклонения по толщине стенки труб точности изготовления, %повышеннойобычнойДо 219До 15 включ.±12,5+12,5 -15,0Св. 15 до 30+10,0 -12,5±12,530 и выше±10,0+10,0 -12,5 3 Оборудование для производства труб на ТПА 200
3.1 Пресс холодной ломки На заготовке, задаваемой в пресс, плазмотроном делается надрез шириной 4 -10 мм и глубиной до 20 мм, с последующим охлаждением водой очага ломки. Надрез должен находиться на стороне противоположной призме. Контроль надреза проводится визуально.
Таблица 7. Техническая характеристика пресса деления штанг ТипГоризонтальный, гидравлический, четырехколонныйНоминальное усилие630 тПроизводительность прессаДо 230 изломов в часРазмеры используемых заготовокДиаметр90-260 ммДлина штангОт 3300 мм до 12000 ммДлина получаемых заготовок после ломкиОт 1100 мм до 4100 ммМасса заготовкиДо 1300 кгПредел прочности используемого металлаОт 50 кгс/мм2 до 100 кгс/мм2 После раскроя заготовка по направляющим рольгангам поступает на устройство загрузки заготовок в печь.
3.2 Кольцевая печь Кольцевая печь - это промышленная печь, в которой нагрев изделий происходит на кольцевом вращающемся поде. Кольцевые печи применяют главным образом для нагрева заготовок при прокатке труб и для термической обработки металлических изделий Перед прошивкой исходная заготовка нагреваются в кольцевых печах с вращающимся подом. В этих печах благодаря всестороннему нагреву заготовок несколько снижается удельная продолжительность процесса нагрева и сравнении с методическими печами, где нагрев заготовок идет в основном со стороны свода печи. Производительность кольцевых печей достигает 75 т/ч. Максимальная температура нагрева 1250-1300° С. Печь имеет форму замкнутого пустотелого кольца, образуемого внутренней и наружной стенками, сводом и подом. Печь разделена на четыре зоны: подогревательную, нагревательную, сварочную и томильную. В некоторых случаях третью зону делят еще на две части. Благодаря вращению пода заготовка перемещается от окна загрузки к окну выдачи. Она проделывает путь, соответствующий повороту подины на угол 330…340°, так как окна загрузки и выгрузки расположены близко друг к другу. Скорость вращения подины, температурный режим по зонам печи и температура нагрева заготовки устанавливаются в соответствии с требованиями технологической инструкции по нагреву. Загрузка и выгрузка заготовки осуществляется двумя специальными машинами (шаржир-машинами) одинаковой конструкции, они представляют собой тележку, несущую длинный «хобот» с клещами на переднем конце.
Таблица 8. Техническая характеристика кольцевой печи. Тип печиКольцевая с вращающимся подомНаружный диаметр, мм25450Внутренний диаметр, мм14550Ширина пода, мм4180Высота рабочего пространства, мм1740Производительность, шт/час10-30Единовременная загрузка, штНе менее 84 (1 ряд)Вид топливаПриродный газУдельный расход топлива кг/т57,0 - 81,225Мощность печи, Гкал/ч4,549-13,965КПД печи, %35,87-45,5Максимальная масса садки250тУгол между осями загрузки и выгрузки24 град прошивки.
2.3.3 Прошивной стан винтовой прокатки Прошивной стан - это трубопрокатный стан, предназначенный для получения из сплошной заготовки или слитка толстостенной полой гильзы методом поперечно-винтовой прокатки. Прошивка заготовки на прошивном стане - это первый этап получения бесшовных труб. Оборудование для зацентровки трубной заготовки: Для уменьшения разностенности переднего конца гильзы и улучшения условий захвата заготовки валками прошивного стана применяется центровка заготовки. Центровка переднего торца заготовки осуществляется в горячем состоянии пневматическим зацентровщиком. Центровка заготовки осуществляется одним ударом бойка с большой скоростью, что обеспечивает получение отверстия в торце заготовки диаметром до 30 мм и глубиной до 35 мм. Такая конструкция позволяет при широком сортаменте заготовок по диаметру точно и автоматически совмещать их ось с продольной осью пневматической пушки, так как центрователь при захвате очередной заготовки своими кулачками осуществляет одновременно подъем рычагов выбрасывателя, а эти рычаги приподнимают с роликов заготовку, выводя ее на ось центрирования. После операции зацентровки заготовка выталкивается из рычажного центрователя толкателем, закрепленным на стволе пневмопушки, благодаря чему полностью исключается застревание бойка пневмопушки в металле заготовки. Все это обеспечивает высокую точность зацентровки, достаточное быстродействие механизма и позволяет сократить время при переходах на прокатку заготовок другого диаметра.
Таблица 9. Техническая характеристика зацентровщика заготовки Диаметр заготовки90-250 ммХод ударника3.2 МУсилие зацентровки800кНВремя операции зацентровки7 сСкорость подачи заготовки к зацентровщику0,5 м/сДавление охлаждающей воды0,2-0,3 МПаГидроцилиндры зажима заготовки 100х2003 штГидроцилиндр выдавливания центрового отверстия- 320х1001 шт Устройство для зацентровки заготовок содержит подводящий рольганг 1, выбрасыватель 2 с встроенными рычагами 3 между роликами рольганга и пневматическую1 пушку 4. Между рольгангом и 62 пневматической пушкой размещен трехрычажный центрователь с консольными роликами 5. На оси 6 рычажного центрователя закреплен кулачок 7 так, что он находится под ближним к центрователю рычагом 8 выбрасывателя. На стволе 9 пневмопушки 4 параллельно оси закреплен толкатель 10, представляющий собой пневмоцилиндр 11, на штоке которого установлен упор 12, этот упор размещен в прорези шайбы 13 ствола 9 пневмопушки. Особенностью конструкции центрователя заключается в том, что центрирующие ролики 5 выполнены консольно с внешней стороны корпуса 14. Это позволяет зажимать заготовку непосредственно у ее торца, благодаря чему достигается высокая точность центрирования. Работа зацентровщика данной конструкции осуществляется следующим образом. Заготовка по рольгангу 1 подается к пневматической пушке 4 до упора в шайбу 13. При включении пневмоцилиндра 15 рычаги 16 центрователя сводятся для зажатия заготовки. Одновременно с движением рычагов 16 центрователя, поворачивается кулачок 7, который, воздействуя на один из рычагов 5 выбрасывателя 2, поднимает их вместе с заготовкой над роликами рольганга 1 до совмещения оси заготовки с осью бойка 17. При включении пневмопушки за счет энергии, развиваемой бойком, выбивается отверстие. В то же время подается воздух в пневмоцилиндр 11. Как только произойдет зацентровка заготовки, раскрываются рычаги 16 центрователя и заготовка толкателем 10 выбрасывается за его пределы на рольганг 1. Затем зацентрованная заготовка выбрасывается к прошивному стану, а в механизм подается очередная заготовка и цикл повторяется.
2.3.4 Оборудование входной стороны Основным оборудованием входной стороны прошивного стана является передний стол, на который во время прокатки воздействует температура, вода, окалина и знакопеременные ударные нагрузки, возникающие в результате ударов быстро вращающегося заднего конца заготовки. Конструкция стола ТПА 50-200 имеет следующие особенности: подъем и опускание приемного желоба для совмещения оси заготовки с осью прошивки осуществляется путем его поворота относительно оси, расположенной на некотором расстоянии от оси прокатки; опорой желоба служат ось качания желоба и подушки эксцентрикового механизма; стол снабжен механизмом выбрасывания заготовок из желоба, которые по каким-либо причинам не прокатали на стане. На рисунке 11 показана такая конструкция стола, который состоит из массивного желоба со сменными чугунными вставками 2, оси качания, механизма регулирования желоба по высоте, механизма открывания проводок и механизма выбрасывания заготовок. Желоб опирается на подушки 4, закрепленные на эксцентриках 5, которые свободно поворачиваются относительно подушек. Эксцентрики размещены на валу б, опирающемся через втулки и подшипники скольжения на стойку 8, являющуюся опорой и для оси 3 качания желоба 1. Вращение эксцентриков при изменении высоты желоба осуществляется через опорный вал 6 от привода, состоящего из коническо-цилиндрического редуктора и электродвигателя с тормозом. Для устранения вибраций желоба при работе стана подушка снизу прижимается к желобу с помощью планок 12, а для облегчения перемещения желоба относительно подушек при повороте эксцентрика к подушкам прикреплены бронзовые прокладки 13. Механизмы открывания проводок и выбрасывания непрокатанных заготовок смонтированы на оси 14, которая установлена на качающемся желобе. Приводом этих механизмов является пневмоцилиндры. Достоинством разработанной конструкции являются ее высокая жесткость и компактность. Рисунок 11. Передний стол с эксцентриковым механизмом и опорными подушками прошивного стана ТПА 50-200.
3.5 Клеть прошивного стана Основным деформирующим инструментом прошивного стана является оправка и валки, вращающиеся в подшипниках, установленных в станине рабочей клети. В качестве вспомогательного (направляющего) инструмента используют неподвижные линейки. Рабочие валки прошивных станов приводятся во вращение от электродвигателей постоянного или переменного тока. В последнее время все чаще применяют двигатели постоянного тока, позволяющие регулировать скорость прошивки в широких пределах. Рабочая клеть включает два узла барабанов с валками, узел станины, механизм откидывания крышки, два механизма установки валков, два механизма поворота барабанов, механизм установки верхней линейки, механизм перехвата стержня. Барабаны 1 одновременно являются и кассетами, так как непосредственно в их расточках устанавливаются и жестко крепятся узлы валков 2. Для откидывания крышки 3 станины 4 при перевалке валков 2 в станине установлены два гидроцилиидра 5, штоки которых шарнирно соединены с крышкой чтобы предохранить узел станины от истирания и облегчить поворот и перемещение барабанов, в станине и в крышке предусмотрены направляющие планки, расположенные под углом 45°. Каждый барабан снабжен механизмом осевого перемещения для изменения раствора между валками и механизмом поворота валков на угол подачи. Механизм осевого перемещения включает нажимной винт 6 с гайкой 7 и привод. В свою очередь, привод выполнен из червячного редуктора 8 и электродвигателя (они крепятся к торцу станины). Механизм поворота барабана состоит из шестерни 9 и механического привода, установленного отдельно от клети. Механизм установки верхней линейки, он состоит из двух цилиндрических направляющих колонн 10, установленных через втулки в расточках крышки станины. Между собой колонны жестко соединены в верхней части траверсой 11, а нижней - линейкодержателем 12. Для перемещения линейкодержателя с колоннами и траверсой предусмотрены два нажимных винта с гайками. Вращение нажимных винтов осуществляется колесами червячных редукторов, имеющих с винтами шлицевое соединение. В свою очередь, приводом червячных редукторов служит электродвигатель.
Таблица 10. Параметры настройки прошивного стана Диаметр заготовки, ммУгол подачи валков, град.Окружная скорость валков, м/cДо 15011,5-135,3-5,6До 16011,5-135,1-5,317011,54,9-5,018011,04,919010,54,3-4,62609,53,2-3,6
Рисунок 12. Рабочая клеть прошивного стана.
Таблица 11. Техническая характеристика прошивного стана. 3.6 Оборудование выходной стороны На выходной стороне стана проходит большое число сложных операций: центрирование быстровращающегося (более 1000 об/мин) упорного стержня, центрирование гильзы, имеющей во время прокатки вращательное и поступательное движение, восприятие осевых усилий прокатки, выдача прокатанных гильз из стана и т.д. Для выполнения этих операций устанавливается комплекс оборудования. Принцип действия выходной стороны с осевой выдачей гильз заключается в следующем: после окончания процесса прокатки первая пара роликов выдающего устройства у рабочей клети сводится на гильзу и перемещает ее на небольшой скорости (до 1,7 м/с) за первый центрователь. Освобожденный таким образом стержень с оправкой зажимается роликами первого центрователя. После этого открывается замок упорно-регулировочного механизма и упорная головка быстро отводится вверх, обеспечивая свободное перемещение гильзы, которая выдающим устройством на большой скорости транспортируется по ходу прокатки за выходную сторону. Как только закончится выдача гильзы из стана, возвращается и запирается упорная головка, закрываются все центрователи и в стан подается очередная заготовка. Важное значение имеет центрирование упорного стержня. При неправильном центрировании стержня оправка непрерывно перемещается во время прокатки, в результате чего гильза получается с повышенной разностенностью. Кроме того, вибрация стержня усиливает вибрацию стана, что увеличивает разностенность гильзы, а также скольжение металла и, следовательно снижает производительность стана. Двухрычажный центрователь содержит основание (корпус), шарнирно смонтированный на основании нижний с двумя роликами и верхний с роликом, тягу шарнирно соединяющую нижний и верхний рычат для обеспечения кинематической связи всех трех центрирующих роликов, опору с рамой для шарнирного закрепления пневмоцилиндра. Выбрасывание гильзы осуществляется с помощью фрикционных роликов, установленных с двух сторон центрователей; при этом каждый ролик приводится в движение отдельным электродвигателем, установленным на раме. Для синхронного качания роликов применена рычажная шарнирная система с тягой. Привод качания роликов пневматический и устанавливается на центрователе (выше оси прокатки). Устройство для выдачи гильз состоит из фрикционных роликов, механизма качания роликов и привода. Механизм качания роликов имеет рычаги, оси качания, рычажную шарнирную систему, в состав которой входят два рычага, жестко соединенные с осями, и тяга. Система рычагов и тяги выбираются и устанавливаются так, что ось гильз при их выбрасывании роликами практически не смещается от оси прокатки независимо от размера гильз (смещение не превышает 1 мм даже при прокатке гильз предельных размеров). Оси качания роликов находятся в неразъемных корпусах, которые прикреплены к специальным боковым площадкам центрователя. Пневмоцилиндр качания роликов установлен на центрователе. Шток пневмоцилиндра шарнирно соединен с рычагом, жестко связанным с одной из осей качания роликов. Конструкция упорно-регулировочного механизма имеет следующие особенности: каретка с упорной головкой опирается непосредственно на станину на уровне оси прокатки; это позволяет сделать конструкцию механизма жесткой и надежной в работе; упорная головка снабжена подшипниковым узлом, состоящим из мощного встроенного радиально-упорного подшипника; механизм имеет небольшое количество подвижных соединений, выполненных на подшипниках качения, что обеспечивает высокую точность установки механизма и центрирования головки по оси прокатки; просто и надежно обеспечена защита подшипникового узла от воды. Осевые усилия прокатки воспринимают нажимные винты с упорными гайками. Осевое регулирование каретки с упорной головкой также осуществляется через нажимные винты специальным механизмом, который перемещает каретку в направляющих станины. Механизм перемещения каретки с упорной головкой установлен на хвостовой части станины. Каретка в упорно-регулировочном механизме предназначена для перемещения вдоль оси прокатки упорной головки с механизмом отпирания и запирания. Она выполнена литой, имеет жесткую, коробчатого типа, конструкцию. К станине каретка прижимается через направляющие специальными планками.
3.7 Рабочая клеть трехвалкового раскатного стана
Рисунок 13. Рабочая клеть трехвалкового стана винтовой прокатки
Клеть состоит из корпуса 1, крышки 2, барабанов 3, кассет с валками 4, нажимных винтов 5, нажимной гайки и приводов барабана от гидроцилиндров. Данная клеть оснащена тремя устройствами для разворота барабанов с рабочими валками (рис. 23). Каждое устройство разворота барабана имеет установленные на станине клети силовые цилиндры, воздействующие на ограничители 3 и 4 и регулируемые упоры 7 и 8 для ограничения хода соответствующих силовых цилиндров 1 и 2. Ограничительный упор включает нажимной винт 9 с упорной гайкой 10, вмонтированной в корпусе упора. Привод нажимного винта - электромеханический, включающий червячный редуктор, соединенный с электродвигателем зубчатой муфтой. Полости силовых цилиндров соединены с гидросистемой (насосной станцией с гидроаккумулятором, тремя распределителями, трубопроводами высокого давления, связывающими полости цилиндров системой питания. Рабочий валок трехвалкового раскатного стана состоит из бочки, насаженной на опорный вал 2, цапфы которого установлены в подшипниках, размещенных попарно в подушках 3 и 4. Между торцами подушек и внешними обоймами опорных подшипников предусмотрены зазоры для свободного перемещения бочки валка с опорными подшипниками относительно подушек, которые крепятся в барабане. В одной из подушек за радиальными подшипниками установлена резьбовая втулка 5 с внутренним буртом, с обеих сторон которой размещены упорные подшипники, зафиксированные на цапфе гайкой. Втулка фиксируется относительно подушки контргайкой. Обе подушки по глухой посадке без возможности перемещения и поворота устанавливаются в расточках барабана. Настройка гребня осуществляется резьбовой втулкой - перемещением ее относительно подушки.
Рисунок 14. Рабочий валок трехвалкового раскатного стана.
При подготовке клети к работе упоры устройства для разворота барабанов необходимо настроить следующим образом: одна - на малый угол подачи рабочих валков, при котором осуществляется начало и окончание процесса прокатки труб; второй - на больший, для прокатки основной части трубы. После настройки упоров подают жидкость в гидроцилиндр, который разворачивает барабан с валком на малый угол подачи. Далее с помощью механизмов перемещения рабочих валков настраивают калибр валков на необходимый диаметр труб. При этом гребни рабочих валков должны находиться в одной плоскости. Как только рабочие валки захватят гильзу и прокатают ее передний конец, барабаны с рабочими валками разворачиваются набольший угол подачи, при котором прокатывается основная часть трубы. Окончание прокатки проводится на малом угле подачи, для чего барабан с валками поворачивают в исходное положение. Изменение угла подачи в процессе прокатки одной трубы может осуществляться в ручном и автоматическом режимах.
3.8 Редукционно-калибровочный стан Калибровка труб производится для окончательного формирования наружного диаметра труб после проката. Многоклетьевой непрерывный трубопрокатный стан продольной прокатки труб без оправки, предназначен для уменьшения диаметра труб без изменения или с изменением толщины стенки и повышения точности размеров по диаметру.
Таблица 12. Техническая характеристика редукционно-калибровочного стана Диаметр валков450 ммМежклетьевое расстояние600 ммПривод валковИндивидуальныйЭлектродвигатели мощностью12 х 250 кВтЧастота вращения электродвигателей0-500-1000 мин-1Передаточное число редуктора7,06Число работающих клетей, макс.12 штУсилие прокатки, наибольшее60 т/cМакс. рабочий крутящий момент при прокатки на клеть230 МН*м
2.4 Оборудование для производства труб после реконструкции
4.1 Раскатка гильз на непрерывном стане PQF После удаления окалины готовая к прокатке гильза подаётся манипулятором на входной участок раскатного непрерывного стана. Процесс раскатки черновой трубы на непрерывном стане PQF основан на принципе непрерывной прокатки в пяти 3-х валковых клетях, расположенных под углом 60˚ относительно друг друга, и цилиндрической плавающей оправке. Рейка толкает оправку через полую заготовку, которая удерживается валком и центровочной вилкой до начала прокатки в первой клети непрерывного стана. В начале, гильза подается в черновую клеть, где происходит ее посадка на оправку, что необходимо для выравнивания наружного диаметра и уменьшения зазора между ее внутренней поверхностью и оправкой. Обжатие в первой клети несколько меньше, чем во второй. При прохождении гильзы с оправкой через каждую последующую клеть непрерывного стана происходит уменьшение наружного диаметра и толщины стенки гильзы вследствие комбинированного действия прокатных валков и оправки. Во 2-ой - обеспечивается максимальное обжатие, а в 4 - 5 клети выполняется калибровка черновой трубы.
Рисунок 15. Схема процесса раскатки. Установка валков осуществляется гидравлическими устройствами, что позволяет осуществлять полный контроль над процессом и регулирование толщины стенки во время прокатки с целью достижения высшего качества продукции. Рисунок 16. Поперечный разрез клети раскатного стана PQF.
Ввод гильзы в непрерывный стан PQF осуществляется верхним тянущим роликом. В процессе раскатки оправка работает на постоянной скорости. После этого стержень оправки возвращается на входную сторону стана и подается оттуда в систему циркуляции.
1. Подготовка заготовки, визуальный контроль2. Ломка заготовки3. Нагрев заготовки4. Центровка заготовки5. Прошивка заготовки6. Раскатка гильз на PQF стане7.Извлечение оправки8. Обрезка концов9. Подогрев труб в печи10.Редуцирование труб11.Охлаждение труб12. Термообработка13. Правка труб14. Обрезка концов15. Контроль качества16. Резка труб на мерные длины17. СкладированиеРисунок 17. Технологическая схема производства труб в ТПЦ-1 после реконструкции.
2.5 Особенности конструкции непрерывного стана PQF
Агрегат PQF представляет собой непрерывный стан, состоящий из пяти трехвалковых клетей. Стан PQF включает следующие четыре основных элемента:
прокатные клети контейнер прокатных блоков приводы валков систему перевалки валков
5.1 Прокатная клеть Прокатная клеть состоит из трех приводных валков, установленных в кассете.
Рисунок 18. Общий вид прокатной клети непрерывного стана PQF.
Каждый валок опирается на подушки, закрепленные на рычажном держателе. Рычаг поворачивается на штифте, закрепленном в кассете. Для перевалки смонтированная система поворачивается вне кассеты, где подушки отсоединяются от рычагов. Поэтому рычаги остаются всегда установленными на штифте в кассете.
Рисунок 19. Схема развернутых рычагов.
Штифтовая система позволяет регулировать зазор между валками и определяет ось очага деформации раскатного стана. Поэтому штифт имеет ту же функцию, что и система зажима подушек в традиционной двухвалковой клети. Поворот валкового блока на штифте позволяет регулировать зазор между валками на различную толщину труб. Вариант с поворотом валкового блока на штифтах позволяет использовать только один гидроузел для каждого валка. Установка оси валков после переточки достигается заменой шайб между подушками валков и рычагом для обеспечения правильной радиальной позиции. Единственной функцией кассеты является восприятие осевых нагрузок, в то время как разделяющие усилия поддерживаются гидрокапсулами, размещенными вне кассет в расточках клети.
Во время прокатки подушки прижимаются к стенке кассет. Стенка реагирует на эти нагрузки и передает их контейнеру через внешние кольца контейнера. На выходной стороне каждой кассеты подушки проскальзывают к задней части стенки смежной кассеты.
Рисунок 21. Схема туннельного контейнера.
5.2 Контейнер прокатной клети Контейнер имеет двойную функцию поддержки и размещения прокатных клетей и опор оправок и восприятия усилий прокатки.
Рисунок 22. Схема туннельного контейнера прокатной клети.
Прокатная клеть и опорные узлы оправок вводятся в контейнер в виде пакета. Валковые узлы соединяются друг с другом и с замыкающей плитой скобами. Пакет толкается к входной стороне контейнера, посредством замыкающей плиты. Структура контейнера состоит из нескольких плоских колец, соединенных друг с другом сварными балками, на которых установлены гидравлические узлы с соответствующими сервоклапанами для регулировки валков. Контейнер закреплен на фундаменте посредством башмаков. Прокатные узлы зажаты на опорах внутри контейнера во время прокатки, в то время как они перемещаются по направляющим во время перевалки. Кроме того, в контейнере установлены следующие узлы: узлы блокировки прокатных клетей; узлы гидравлического уравновешивания подушек валков; узлы разъединения винтов и соответствующих опор. После ввода прокатных узлов в контейнер и их блокировки три валка соединяются с приводами через шпиндели. Каждый валок проверяется в позиции посредством гидроузлов через устройство противовеса.
5.3 Приводы валков Каждый валок прокатных клетей имеет привод от двигателя трехфазного тока. В состав привода входят: двигатель, редуктор и шпиндель. Три двигателя трехфазного тока одной прокатной клети имеют регулируемую скорость.
Рисунок 23.
Прошивной стан ЭЗТМ предназначен для прокатки заготовок, прошедших нагрев в кольцевых печах №1 и №2, в гильзы-заготовки для прокатки труб в пилигримовом стане. Деформация металла на прошивном стане осуществляется в очаге деформации, образованном косорасположенными грибовидными валками, направляющими линейками и оправкой. Прокатка гильз-заготовок осуществляется на соответствующем и надлежащего качества инструменте (валки, направляющие линейки, оправки, входная выводная проводки): рабочая поверхность инструмента прошивного стана не должна иметь трещин, раковин и выбоин. Замена линеек, барабанов с валками производится каждые 2 недели. Замена оправки производится раз в сутки или через каждую 1000 тонну прошиваемого металла.
Настройка стана для прокатки требуемого размера гильз производится по окончании ППР или ППВ, замены изношенного инструмента, а также при переходе на прокатку другого типоразмера гильз в соответствии с требованиями рабочей инструкции. При настройке стана вальцовщик устанавливает угол подачи в зависимости от размеров прокатываемых труб и марки стали:
§ для труб диаметром 219?245 мм - угол подачи 9?10 о;
§ для труб диаметром 273 мм - угол подачи 8?9 о;
§ для труб диаметром 325 мм - угол подачи 6?7,5 о.
Допускается отклонение расстояния между валками в их пережиме от указанных в РИ значений в диапазоне 1%. Величина выдвижения оправки относительно пережима (L) валков стана определяется с помощью специальной штанги, рассчитывается по формуле:
L= L в конуса L замер,
где L в конуса длина горизонтальной проекции входного конуса валка, мм;
L замер расстояние от переднего торца валка до носика оправки, определяемое с помощью специальной штанги, мм. Величина L в конуса зависит от установленного угла подачи и составляет:
§ для угла подачи 5 0 - 568 мм;
§ для угла подачи 6 0 - 567 мм;
§ для угла подачи 7 0 - 566 мм;
§ для угла подачи 8 0 - 564 мм;
§ для угла подачи 9 0 - 563 мм;
§ для угла подачи 10 0 - 561 мм.
Допускается уменьшение выдвижения оправки за пережим валков до 20 мм против указанного значения в РИ и увеличение её выдвижения до положения, не приводящего к потере устойчивых первичного и вторичного захватов НЛЗ валками. Для улучшения захвата заготовки прошивным станом допускается увеличение или уменьшение угла раскатки на 1 о (до 13 о или 11 о). Настройка прошивного стана должна обеспечивать прошивку гильз без превышения максимально допустимой токовой нагрузки на главные приводы прошивного стана (6,5 КА). Для проверки правильности настройки стана вальцовщик производит замер диаметра первой гильзы при переходе на другой её типоразмер.
Заготовки после нагрева в кольцевых печах №1 и №2 и гидросбива с них окалины поступают в прошивной стан. Периодичность выдачи заготовки на прошивной стан должна быть не чаще чем через 90 секунд. Нагретые заготовки с видимыми поперечными трещинами и поясами к прокатке не допускаются во избежание аварии. Прокатка гильз проводится при непрерывном наружном охлаждении валков и внутреннем охлаждении оправки водой. Температура наружной поверхности гильзы на выходной стороне стана должна быть в диапазоне 1150?1270 о С, внутренней не более 1300 о С (являются факультативными). Основные виды несоответствий технологического процесса прошивки НЛЗ и возможные меры по их устранению приведены в таблице 6.
Таблица 6. Виды брака при производстве гильзы
|
Наименование несоответствия |
Причина несоответствий |
Способ устранения несоответствий |
|
Разностенность и кривизна гильз |
Установка инструмента и оснастки (центрователи, валки, линейки, проводки) не по оси прокатки. |
Настройка инструмента и оснастки прошивного стана по оси прокатки. |
|
Неравномерный нагрев заготовок. |
Настройка температурного режима нагревательных печей. |
|
|
Ремонт (выравнивание) подины во время ППР. |
||
|
Отсутствие или затрудненный первичный захват заготовки валками. |
Большой износ входного конуса валка. |
Замена валков во время ППР (ППВ) . |
|
Изменить угол раскатки. |
||
|
Отсутствие или затрудненный вторичный захват заготовки (внутренняя плена на переднем конце гильзы) |
Недостаточная тянущая способность валков из-за большого износа входного конуса валков или неправильной их установки. |
Замена валков во время ППР (ППВ). |
|
Восстановить «шипы» на входном конусе валка. |
||
|
Изменить расстояние между валками. |
||
|
Изменить угол подачи. |
||
|
Уменьшить выдвижение оправки за пережим валков. |
||
|
Закат оправки в гильзе |
Недостаточный коэффициент овализации гильзы валками |
Увеличить расстояние между линейками. |
|
Разрушение оправки |
Замена оправки |
|
|
Отключение главного привода прошивного стана |
Извлечение недоката |
Настройка стана считается правильной, если первичный и вторичный захваты заготовки валками происходят плавно (без пробуксовки), размеры гильз соответствуют таблице прокатки, нагрузка на двигатели стана не превышает предельно-допустимую (6,5 КА). После прокатки 1-2 гильз вальцовщик при необходимости производит корректировку настройки стана:
§ в случае превышения нагрузки на главный привод стана производится постепенное (через 0,5 о) уменьшение угла подачи или увеличение расстояния между валками (через 2?5 мм) до получения допустимых значений нагрузки стана;
§ в случае нагрузки на главный привод стана менее 5,5 кА производится постепенное (через 0,5 о) увеличение угла подачи до получения допустимых значений нагрузки стана.
По мере износа валков прошивного стана допускается:
§ изменение расстояния между валками и линейками на 10 мм;
§ изменение положения оправки.
Оправка прошивного стана считается пригодной к работе, если её поверхность не имеет впадин, наростов и на ней отсутствует грубая сетка разгара. Величина впадин, наростов и трещин не должна превышать 3 мм. Валки, верхняя и нижняя линейки не должны иметь трещин и грубой сетки разгара.
