Для підвищення конкурентоспроможності продукції на світовому і внутрішньому ринках в цьому секторі прокатного виробництва проводяться заходи з метою зниження енерго-, матеріало- і трудомісткості виробництва. Основним напрямком при цьому є використання безперервнолитих заготовок для виробництва сортових виробів.
В останнє десятиліття істотно змінилася область застосування МНРС. Раніше вони спеціалізувалися на виробництві заготовок з вуглецевих сталей для сортового прокату загального призначення. Але в зв'язку з тим, що на ринку стали переважати вимоги машинобудівників, в першу чергу автомобілебудівників, а не будівельних фірм, було проведено значне вдосконалення безперервного розливання, що дозволило освоїти виробництво дрібносортних заготовок широкого сортаменту для виготовлення металопродукції відповідального призначення.
Головним споживачем крупносортового прокату (балки, швелер, двотавр) є промислове будівництво (ферми, колони і перекриття будівель і споруд), мосто- і суднобудування.
Протяжність залізниць Росії становить 87 тис. Км, на них припадає 3/4 світового вантажообігу. При такому грузопотоке рейок служить всього кілька років, тому близько 2 млн. Т рейок замінюються щорічно.
У рейкобалкового цехах виробляють залізничні рейки масою до 75 кг на метр довжини, двотаврові балки висотою до 400 мм, швелери, кутовий профіль до 230Ѕ230 мм, круглий прокат діаметром 120-350 мм. Заготівлею для рельсобалочного стану є блюм. Маса блюма 2-4 т. Нагрівання блюмов здійснюють в методичних печах.
Блюм для прокатки рейок нагрівають до 1180-1200 ° С. Через торцеве вікно методичної печі вони видаються на підвідний рольганг обжимной кліті. У обжимной кліті за п'ять проходів отримують заготовку, що має грубу форму рейки. У наступній прокатної трехвалковой кліті за три-чотири проходу виробляють подальше зменшення площі поперечного перерізу і наближення його до форми рейки. Чотири робочі кліті рельсобалочного стану розташовані в лінію (лінійна схема). Остання робоча кліть двухвалковая, в ній за один прохід надають прокату остаточну форму. З одного блюма отримують дві рейки довжиною 25 м. В залежності від маси метр довжини рейки прокочують за 12-14 проходів.
3.6.ТРУБОПРОКАТНОЕ ВИРОБНИЦТВО
Труби є одним з найскладніших видів металопродукції, так як на відміну від більшості інших видів прокату мають зовнішню і внутрішню поверхні, які часто одночасно можуть бути робочими, що обумовлює високі вимоги до їх якості.
Росія має найбільші в світі потужності з виробництва сталевих, чавунних труб і балонів, основні з яких зосереджені на 15 великих підприємствах металургійного комплексу. Понад 70 малих підприємств (ділянок, цехів) виробляють електрозварні труби малого і середнього діаметрів. В цілому виробничі потужності основних підприємств металургійного комплексу Росії мають потенційні можливості випуску 13 млн. Т в рік сталевих труб, а з урахуванням малих підприємств - понад 15 млн. Т.
У складі виробничих потужностей близько 110 трубопрокатних і трубозварювальних станів і 15 цехів і дільниць з виробництва особливо точних холоднодеформованих труб.
Незважаючи на існуючий потенціал з виробництва цього виду виробів існує стабільний дефіцит деяких видів труб: насосно-компресорних, високоміцних, корозійностійких, підвищеної морозостійкості і пластичності; горячедеформірованних загального призначення; тонкостінних холоднодеформованих вуглецевих і легованих.
Технічний стан більшості цехів по виробництву безшовних труб не відповідає сучасному рівню техніки і технології: агрегати були введені в експлуатацію в 1930-1940 рр .; знос ряду основних виробничих фондів перевищує 50%.
На Заході близько 65% горячедеформірованних труб проводиться на безперервних станах, в тому числі 35% - на станах з утримуваної оправкой, 15% - на рейкових станах, 15% - на спеціалізованих станах. Багато стани відрізняються великою маневреністю і дозволяють виробляти труби широкого марочного і розмірного сортаменту. У Росії більше половини горячедеформірованних труб виготовляють на агрегатах з автомат-і пілігрімовимі станами, які в основному орієнтовані на випуск великотоннажних партій труб щодо вузького сортаменту і не забезпечують жорстких вимог по допускам і чистоті поверхні.
Крім нафтогазової промисловості труби використовують в якості магістралей для передачі гарячої води і пари. Широко використовують як конструкційний матеріал в авіаційній промисловості.
Гаряча прокатка труб складається з наступних операцій: отримання толстостенной гільзи з круглої заготовки або злитка; прокатка гільзи в трубу; обробка готової труби.
В даний час в практиці трубного виробництва застосовують такі способи отримання гільз: прошивка заготовки на двовалкової станах і прошивка заготовки на пресі в товстостінний стакан з подальшою його розкочуванням гільзи. Основним агрегатом для отримання гільзи необхідної якості залишається стан гвинтової прокатки. При масовому виробництві кращим є процес гвинтовий прошивки, так як швидкість прокатки на сучасних прошивних станах становить 1,0-1,4 м / с, швидкість при прошивці на пресі (гідравлічному) зазвичай 0,1-0,4 м / с. Цикл прокатки складає 8-12 с при прошивці гільз довжиною 5-7 м на станах з осьовим видачею, а цикл пресування - 20-40 с при прошивці гільз довжиною 0,5-0,8 м. Процес прошивки виробляється на прошивних станах валкового, грибовидного або дискового типу на конічної оправці (рис. 56).
Мал. 55. Схема прошивки заготовки на валкових (а), грибоподібних (б) і дискових (в) станах
Основна маса безшовних труб виходить прокаткою на автоматичних трубопрокатних станах. Вихідним матеріалом для прокатки труб на автоматичному стані є заготівля круглого перетину діаметром 70-350 мм. Зона деформації утворюється калібром і оправкой (рис. 56), зазор між ними визначає товщину стінки труби.
Плющення проводиться в кілька пропусків з поворотом оправлення разом з трубою на 90 ° після кожного пропуску. В кінці кожного пропуску труба повністю виходить з валків робочої кліті і виявляється на оправці. При піднятому верхньому валки робочої кліті труба роликами повертається на передню сторону робочої кліті, і процес прокатки повторюється.
Ролики зворотної подачі працюють синхронно з валками робочої кліті. При прокатці труби нижній ролик опускається, і труба вільно проходить на оправлення. Після закінчення прокатки, коли труба повністю виявляється на оправці, нижній ролик піднімається і притискає трубу до верхнього ролика, внаслідок чого труба повертається на передню сторону робочої кліті для повторної прокатки. Трубна заготовка після автоматичного стану надходить на обкатані стани.
Прокатка на обкатані стані проводиться в клітях з конусними валками. Прокатка труб ведеться на пробці, укріпленої на стрижні. Труба отримує поступальний рух і одночасно обертається навколо своєї осі. На обкатані стані усувається овальність і разностепенность труби. Обкатані стани встановлюються після автоматичних і виконують операцію калібрування перед остаточною прокаткою труб.
Остаточна прокатка труб проводиться на безперервному семіклетьевом стані гарячої прокатки з чергуються двовалкової клетями з горизонтальним і вертикальним розташуванням валків.
Готові труби діаметром 60-430 і товщиною стінки 3-60 мм надходять в холодильник. Надалі труби правляться на правильних машинах з спіральної роликами, проходять холодну калібрування по діаметру. У відділенні обробки труб проводиться нарізка різьблення, нагвинчують з'єднувальні муфти, здійснюються контроль і упаковка.
Крім автоматичних, для виробництва труб застосовують безперервні, пілігрімовие, рейкові стани.
Холоднодеформовані труби виробляються з різних сталей і сплавів зовнішнім діаметром від 0,3 до 450 мм і більше і товщиною стінки від 0,05 до 60 мм і більше. Способом холодної прокатки в Росії виробляють близько 50%, а за кордоном близько 25% холоднодеформованих труб.
Мал. 56. Схема розкочування труби на автоматичному стані: 1 - гільза; 2 - оправлення; 3 - труба; 4 - робочі валки; 5 - ролики зворотної подачі
До основних переваг способу прокатки труб на оправці відносяться: практично повна відсутність втрат металу; можливість отримання високих обтиснень по стінці (до 75-85%) і по діаметру (до 65%) труби з доведенням сумарного обтиску до 95%; значне зниження коливання товщини стінки труби; можливість використання товстостінних вихідних заготовок; висока якість зовнішньої і внутрішньої поверхонь труб.
Стани холодної прокатки поділяють на валкові (ХПТ), роликові (ХПТР) і стани поперечної прокатки труб (ППТ). Останні використовують для отримання прецизійних труб з малим ступенем деформації.
За кількістю одночасно прокочується труб стани можуть бути одно-, дво- і тринитковий. Для прокатки труб з чорних металів застосовують одно- і двониткові стани, яких продуктивність в 1,6-1,7 рази більше, ніж однониткових.
За своєю конструкцією стан ХПТ є двухвалковий стан періодичної дії, в якому робоча кліть в процесі прокатки здійснює зворотно-поступальний рух за допомогою кривошипно-шатунного механізму.
Встановлені на опорах кліті робочі валки за допомогою шестерень, насаджених на їх шийки і входять в зачеплення з зубчастими рейками на бічних стінках станини, здійснюють разом з кліттю зворотно-поступальний рух і одночасно синхронно повертаються на деякий кут навколо своїх осей. Змінний по ширині і глибині калібр валків формует трубу на нерухомій конічної оправці (рис. 57). Подача і поворот заготовки здійснюються поворотно-механізмом, що подає.
Стан ХПТР призначений для холодної прокатки труб з тонкими стінками (до 0,10 мм) діаметром від 4 до 120 мм з D / S до 500.
У конструкціях станів ХПТР і ХПТ багато спільного. У стан ХПТР входять робоча кліть, приводний механізм, механізм затиску патрона заготовки, механізм прискореного відводу патрона заготовки, яка розкочується на циліндричній оправці.
Мал. 57. Схема прокатки труб на стані ХПТ: 1 - кривошипно-шатунний механізм; 2 - робоча кліть; 3 - робочі валки; 4 - провідні шестерні; 5 - рейки; 6 - ведені шестерні; 7 - напрямні
Стани ХПТР мають наступні переваги перед країнами ХПТ:
значно менші діаметри робочих валків, що призводить до зниження зусиль прокатки, а отже, і пружною деформації робочої кліті і валків;
простота робочого інструмента (валків і напрямних планок) і невелика його маса;
значно менша маса робочої каретки, що дозволяє збільшити число її ходів в хвилину;
мінімальне ковзання металу в валках;
більш повне охоплення деформованого матеріалу трьома роликами, що дає можливість прокатувати труднодеформіруємиє стали і сплави.
Наявність зворотно-поступального руху масивної робочої кліті в станах ХПТ і ХПТР поряд з великими зусиллями прокатки викликає великі динамічні навантаження на устаткування стану і його швидкий знос. З метою вдосконалення конструкції і усунення недоліків, в місіс створений стан холодної прокатки труб зі стаціонарної робочої кліттю. Двонитковий стан холодної прокатки труб зі стаціонарної попередньо-напруженого робочого кліттю (2ХПТС) призначений для виробництва труб і прутків підвищеної точності з найрізноманітніших металів і сплавів, в тому числі труднодеформіруемих і схильних до налипання, наприклад сплавів вольфраму, молібдену, цирконію, титану та ін .
Стани 2ХПТС мають мінімальний час переналагодження (20-30 хв) на інший типорозмір і можуть ефективно використовуватися при виготовленні труб широкого сортаменту.
Найбільш істотними перевагами станів зі стаціонарної кліттю є:
висока ступінь деформації заготовки за прохід (до 95%) через деформацію тільки при прямому ході та створенні у вогнищі напруженого стану металу, близького до всебічного стиску; завдяки цьому в 2-3 рази в порівнянні зі станами ХПТ скорочується кількість технологічних операцій, знижуються вимоги до вихідної заготівлі, підвищується ефективність способу прокатки труб і на 20-30% знижується їх собівартість;
підвищена в 1,5-2 рази в порівнянні з країнами ХПТ точність одержуваних труб, завдяки наявності стаціонарної попередньо-напруженої кліті високої жорсткості і малої похибки подачі; на станах 2ХПТС можлива прокатка труб підвищеної точності з допусками: ± 0,3% по зовнішньому діаметру; ± 3% по товщині стінки;
в 2-3 рази в порівнянні зі станами ХПТ підвищена продуктивність внаслідок прокатки одночасно двох труб з швидкохідністю до 150-180 подвійних ходів в хвилину.
Способи виробництва зварних труб розрізняються:
температурою формованого металу. формування холодного листа (всі види сучасних трубоелектрозварювальних агрегатів); формування гарячого листа (агрегати безперервної пічного зварювання труб);
способом отримання готових труб остаточних розмірів: на калібрувальних клітях формовочно-зварювальних агрегатів; отримання на трубоелектрозварювальних агрегатах труб-заготовок обмеженого числа розмірів і остаточне формування діаметра і товщини стінки на редукційно-розтяжних станах гарячого або холодного деформування;
характером протікання процесу. безперервний і дискретний;
числом і напрямом швів на трубах. одношовні, двошовних, прямошовні і спіральношовні;
способом формування листа в трубну заготовку. валковая, пресова, на машинах валкового або полувтулочного типу;
способом зварювання. пічна, дугова під шаром флюсу, електрична опором, індукційна, струмами високої частоти, електрична в середовищі інертних газів, електронно-променева постійним струмом, плазмова і ультразвукова;
кількістю шарів металу в трубі. один, два або кілька.
Зварюванням отримують труби діаметром 6-2520 мм з товщиною стінки 0,4-25,0 мм.
Залежно від технічних вимог до труб, їх сортаменту, можливостей отримання вихідної заготовки і необхідної продуктивності агрегатів використовують той чи інший спосіб зварювання і формування заготовки, вибирають найбільш доцільні процес і конструкцію труб.
Мал. 58. Схема формування трубної заготовки в згинальних вальцях (а) і на пресах при виробництві труб з одним (б) і двома (в) швами
Розглянемо одну з основних операцій всіх технологічних процесів виробництва зварних труб - формовку (згортання) плоскою заготовки (стрічки, листа, штрипса).
Цей процес менш енергоємний, ніж прокатка. Формування трубної заготовки в гарячому стані застосовується при безперервної пічної зварюванні труб і здійснюється в приводних валках. В результаті високої пластичності нагрітого металу можливо згортання штрипса в трубу в двох парах валків з малою довжиною осередку деформації.
Формування в вальцях і на пресах (рис. 58) застосовують при виробництві труб великого діаметру (понад 426 мм) з листів. Більш сучасним способом формування прямошовних труб великого діаметру є формування на пресах, яка може проводитися як з однієї циліндричної заготовки з попередньої подгибкой крайок на валковому стані, так і з двох напівциліндричних заготовок при зварюванні труб з двох аркушів.
При виробництві спіральношовних труб трубну заготовку формують шляхом пластичного вигину смуги в площині, розташованої під деяким кутом до поздовжньої осі листа (рис. 59).
Мал. 59. Схема формування трубної заготовки при спіральної зварюванні труб
Таким чином, зі смуги однакової ширини можна отримувати труби різного діаметру, згортаючи її в спіраль під різними кутами. Зазвичай зварювання спіральношовних труб так само, як і прямошовних труб великого діаметру, здійснюють витрачаються електродом під шаром флюсу.
На практиці використовують велику кількість калібрувань формуючих валків (рис. 60). Вибір виду калібрування залежить від технологічності, можливості інтенсифікації процесу згину і формування тонкостінних труб, зносу валків, складності їх виготовлення і габаритів.
Зараз Росія відчуває дефіцит труб діаметром понад 1420 мм для магістральних трубопроводів, тому перед металургами стоїть завдання створення нових і реконструкції діючих підприємств з виробництва якісного широкого листа і труб.
Мал. 60. Типи калибровок формувальних станів: а - однорадіусний; б - двухрадіусний з радіусом периферійних ділянок; в - двухрадіусний з радіусом центральної ділянки