Порівняльний аналіз способів виробництва безшовних труб
Вступ
Однією з найважливіших операцій під час виробництва безшовних труб є розкочування порожнистої гільзи в чорнову трубу. Розкочування проводять на трубопрокатних агрегатах з автоматичними (станами тандем), безперервними, пілігримовими, розкочуючими станами гвинтової прокатки, рейковими, планетарними станами.
Існуючий технологічний процес виробництва труб на ТПА з тривалковим розкочуванням відрізняється різноманіттям обладнання, технологічними режимами.
Трубопрокатний агрегат з тривалковим станом розкочування дозволяє виробляти точні труби для машинобудування і нафтової галузі.
Проте існуючі обмеження щодо сортаменту (D/S
Трубопрокатні агрегати з автоматом-станом є найбільш поширеними при виробництві безшовних труб. В даний час на ТПА з автоматичним станом освоєно виробництво безшовних труб з вуглецевих, жароміцних, корозійностійких, середньо- та високолегованих сталей та сплавів. Також у великому обсязі випускаються труби нафтового сортаменту, для машинобудування. Загальний обсяг виробництва на ТПА з автомат-станом становить понад 30% усіх гарячекатаних труб.
На трубопрокатних агрегатах з автоматом для отримання з гільзи готової труби застосовують поздовжню прокатку в круглому калібрі на нерухомій короткій оправці.
Трубопрокатні агрегати з автоматичним станом відрізняються досить високою маневреністю щодо високої продуктивністю при задовільній якості труб, можливістю виготовлення труб широкого сортаменту (за розмірами та матеріалом), порівняльною нескладністю прокатного інструменту, гнучкістю технологічного процесу, можливістю прокатки невеликих партій труб.
На цих агрегатах прокатують безшовні труби діаметромвід 40 до 426 мм із товщиною стінки від 3 до 50 мм і більше.
Недоліками процесу прокатки в круглому калібрі на короткій оправці вважаються незначне обтискання по товщині стінки та незадовільна якість внутрішньої поверхні труб через особливості роботи нерухомої оправки («скворешини» та поперечні ірвані на внутрішній поверхні, поздовжні ризики, раковини та відбитки, «шов» і "бунт", різниця). Крім того стани поступаються за продуктивністю безперервним [7].
На сучасних трубопрокатних агрегатах з безперервним станом виробляють безшовні труби діаметром від 16 до 426 мм з товщиною стінки 2,0-25 мм із вуглецевих, низько- та високолегованих сталей. На трубопрокатних агрегатах з безперервним станом для розкочування гільзи в трубу застосовують поздовжню безперервну прокатку в 7-9 клітях з круглими і овальними калібрами на довгій оправці: вільною (плаваючою), рухомою утримуваною (що переміщається із заданою швидкістю) і частково утримується (прокатка оправці з наступною прокаткою на вільній оправці).
Відмітна ознака безперервної прокатки - одночасна деформація труби в кількох послідовно розташованих клітях. Клітини безперервного стану виявляються взаємопов'язаними один з одним через трубу, що прокочується, і оправлення. Основна перевага процесу – можливість прокатки чорнових труб значної довжини (до 33 м) з великою швидкістю (до 6,5 м/с), що забезпечує високу продуктивність установки. До переваг ТПА даного типу слід віднести також сприятливі умови деформації металу в безперервному стані, мінімальні технологічні відходи та розташування обладнання зручне для автоматизації технологічних операцій.
Основними ж недоліками цього процесу виробництваБезшовні труби є різницею, а також різні дефекти на внутрішній поверхні труб (внутрішні полони, тріщини і ризики на внутрішній поверхні). До того ж обладнання та інструмент для прокатки труб великого діаметру громіздки та дороги [1-6, 8].
Для здійснення операції розкочування на трубопрокатних агрегатах з пілігримовим станом застосовують періодичну прокатку гільзи на довгій оправці в круглому калібрі змінного довжини вогнища деформації перерізу. Прокатка здійснюється почерговими подачами порцій металу у валки за допомогою апарату, що подає.
На цих агрегатах безпосередньо зі злитка прокочують труби діаметром 48-650 мм зі стінкою завтовшки 2,5-50 мм і більше.
На ТПА з пілігримовим станом досягаються найбільші значення витяжки (понад 30). Основна перевага агрегатів такого типу полягає у можливості виробляти безпосередньо зі злитків труби широкого сортаменту, у тому числі товстостінні (котельні, обважнені бурильні), профільні (квадратні штанги), східчасті, які не виробляють на інших агрегатах. До того ж вартість труб, отриманих на них, найнижча.
Такі стани доцільно застосовувати виготовлення труб діаметром 194-530 мм (D/S = 3-47) при середніх обсягах виробництва. При виготовленні товстостінних труб діаметром 324-530 мм пілігримових установок альтернативи немає [1-7].
Однак пілігримові стани не забезпечують високої якості зовнішньої та внутрішньої поверхні, не задовольняють вимогам до точності труб, що прокочуються, продуктивність їх найбільш низька.
Для виробництва товстостінних труб підвищеної точності діаметром 38-200 мм зі стінкою товщиною 3-50 мм і вище застосовують гвинтову прокатку гільз на довгій оправці в тривалковому стані. Значимістьцих ТПА визначається тим, що труби, одержувані на таких агрегатах, мають високу точність: допуски за товщиною стінки та зовнішнім діаметром у 2–2,5 рази жорсткіші: за товщиною стінки ±6 %; діаметром ±0,5 %.
Трубопрокатні агрегати з тривалковим станом розкочують виготовляють товстостінні труби, що використовуються для виготовлення деталей машин, тому висока точність труб дозволяє мати мінімальні припуски на подальшу механічну обробку, це дає можливість використовувати для виробництва труб потокові лінії із застосуванням верстатів-автоматів. Саме ці обставини зумовили широке використання агрегатів з розкочуванням гвинтової прокатки для виготовлення підшипникових труб.
Іншою важливою перевагою агрегату з розкочуванням гвинтової прокатки є його висока маневреність - можливість нескладної та швидкої перебудови всіх станів на прокатку труб іншого розміру. При зміні сортаменту труб, що прокочуються, немає необхідності в заміні клітей з круглими калібрами станів поздовжньої прокатки, так як на аналізованих ТПА подібні стани зазвичай відсутні. Зміна зовнішнього діаметра труб, що прокочуються, досягається зближенням або розведенням робочих валків, зміна товщини стінки - підбором діаметра оправки розкочування та відстані між валками. Валки замінюють лише в міру їхнього зносу або при значній зміні сортаменту труб, коли потрібні валки іншого номінального діаметра.
Наявність трьох косорозташованих валків розкочного стану, що мають спеціальне калібрування, забезпечує значні деформації металу. А застосування у складі такого агрегату системи косовалкових станів (прошивного та розкочування) дозволяє легко переходити на прокатку труб будь-якого діаметра в межах сортаменту стану без розширення парку валків.
Найбільш ефективно використання цих станів для виготовлення труб із відношенням діаметра до товщини стінки в межах 4-12. Незважаючи на різні спроби розширення можливостей станів отримувати тонкостінні труби (D/S 12) на них не вдається, так як при прокатці кінців труб (особливо задніх) в тривалкових станах розвивається інтенсивна поперечна деформація і утворюються трикутні кінцеві розтруби, що не дозволяють стабільно здійснювати розкочування.
Розкочувальні стани характеризуються малою продуктивністю (7-8% від загального виробництва труб). Найпоширеніші види шлюбу: зовнішні гвинтові порізи, внутрішні ризики, разностенность.
В даний час відомі дві схеми агрегатів, в яких розкочування гільзи виконується на станах гвинтової прокатки. Найбільш поширеними є агрегати із тривалковими станами (станами Ассела). У зарубіжній практиці (США) застосовують агрегати, в яких розкочування здійснюється в двовалкових станах з напрямними дисками (стани Дішера).
Агрегати зі станами Дішера не отримали широкого застосування в Україні через складність конструкції.
Технологічна схема виробництва труб на ТПА з тривалковим станом розкоту (рисунок 1) складається з наступних операцій: підготовка заготівлі до прокатки; нагрівання заготовки в кільцевій печі; прошивка заготівлі; розкочування гільзи в трубу на довгій оправці в стані розкочування; вилучення оправки; підігрів труб у спеціальній печі; калібрування труб у дво- або тривалковому стані. Так само в деяких агрегатах встановлюють багатоклітинні редукційні стани, для розширення сортаменту труб малого діаметра, що прокочуються [1].
Малюнок 1 - Схема технологічного виробництва на ТПА з тривалковому розкочуванні
У світовій практиці агрегати з рейковимстаном набули досить широкого поширення для виробництва труб конструкційних, котелень, трубопровідних в основному малих діаметрів від 21 до 133 мм з товщиною стінки 2,5-8,0 мм. Труби, отримані на агрегатах з рейковим станом, використовують як заготовки для виробництва прецизійних і холоднотягнутих труб, так як вони мають якісну зовнішню і внутрішню поверхні і порівняно тонкі стінки [1-7].
Рейкові стани забезпечують достатню точність розмірів перерізу труби і за продуктивністю поступаються лише безперервним станам. До їх переваг також відноситься простота технології. Немає необхідності в ретельному регулюванні швидкостей валків, оскільки витяжка відбувається в холостих роликових обоймах. Рейковий стан менш металомісткий, проте сортамент таких ТПА значно вже.
Одним із недоліків рейкового стану є висока вартість довгих оправок (дорнів). Значну складність представляє операція прошивки на пресі, яка визначає довжину та масу одержуваної гільзи та труби [8].
Планетарно-косововкові стани відрізняються від традиційних станів гвинтової прокатки тим, що в них обертається сама робоча кліть з валками грибоподібної форми, що обкатуються навколо труби. Розкочування труб відбувається на довгій оправці.
На таких агрегатах виробляють труби як тонко-, так і товстостінні з відношенням D/S рівним 3-30 діаметром до 450 мм і 5 мм. Також можна отримувати труби довжиною до 100 м при безперервному процесі. Агрегати цього типу економічні навіть за невеликих партіях труб, забезпечує широкий сортамент розмірів і материалов[1-6].
Проте агрегати з планетарними станами не набули поширення через складність конструкції та технології розкочування, малу зносостійкість валків порівняно звалковими станами гвинтової прокатки.