Производство на трубопрокатных агрегатах

Название трубопрокатного агрегата (ТПА) дается по типу раскатного стана, известны следующие трубопрокатные агрегаты:

— с автоматическим станом (АС);

— с непрерывным станом (НС);

— с пилигримовым станом (ПС); — с реечным станом (РС);

— с 3-валковым раскатным станом.

• ТПА с АС являются наиболее распространенными для производства бесшовных труб. Широкое применение их объясняется большой маневренностью и универсальностью сортамента прокатываемых труб. На ТПА с АС прокатывают трубы наружным диаметром D = 50…426 мм, толщиной стенки S = 3,5…40 мм и относительной тонкостенностью D/S = 4…50 из большинства марок сталей. Также агрегат имеет достаточно высокую производительность и низкий расходный коэффициент металла.

К недостаткам прокатки на АС относят низкое качество внутренней поверхности из-за использования закрепленной оправки; повышенную поперечную разностенность, наводимую в выпусках калибра; низкий коэффициент вытяжки (_а  2,2), что приводит к необходимости повышения коэффициента вытяжки при прошивке.

Классическая схема агрегата предусматривает получение полых гильз на прошивном стане, прокатку этих гильз в трубы на автоматическом стане, затем раскатку трубы в риллинг-станах (обкатных станах винтовой прокатки на короткой оправке) и калибровку-редуцирование в редукционных или калибровочных станах.

• На ТПА с НС прокатывают трубы наружным диаметром D = 28…120 мм, толщиной стенки S = 2,5…15 мм и относительной тонкостенностью D/S = 10…40 из углеродистых и легированных марок сталей. По сравнению с АС сортамент труб отличается меньшими размерами и большей тонкостенностью, а также ограничением на прокатку нержавеющих труб в связи с возможностью налипания металла на длинную оправку.

К достоинствам НС относят высокую производительность, высокое качество внутренней поверхности ввиду малого скольжения металла по оправке, большие коэффициенты вытяжки (_н  2,5 ...7) , возможность прокатки труб большой длины.

Недостатки НС связаны с такими особенностями непрерывной прокатки, как образование утолщенных концов, высокий расходный коэффициент металла, большой парк инструмента, необходимость дополнительных операций по извлечению оправки. При использовании схем прокатки на удерживаемой оправке необходимость в извлечении оправки отпадает.

В состав ТПА с НС входят нагревательная печь, ножницы горячей резки для разделения заготовки, прошивной стан, может быть установлен обжимной стан винтовой прокатки для уменьшения диаметра НЛЗ, непрерывный стан, оправкоизвлекатель и линия подготовки оправок, редукционно-калибровочный стан.

• На ТПА с ПС производят трубы диаметром до 720 мм и толщиной стенки до 80 мм. Отличительной особенностью агрегата классического типа является применение слитков в качестве исходной заготовки и получение гильзы на прошивном прессе. Главным преимуществом пилигримового стана является большая дробность деформации, что позволяет достигать коэффициентов вытяжки _п  7 ...12 и хорошо прорабатывать структуру литого металла.

Недостатками ПС являются низкая производительность, повышенный расход металла из-за недоката заднего конца трубы, низкая точность прокатываемых труб, а также сложность изготовления пилигримовых валков.

Классический агрегат имеет в своем составе две кольцевые или туннельные печи, горизонтальный или вертикальный прошивной пресс, стан-элонгатор винтовой прокатки для удлинения стаканов, два пилигримовых стана, режущие устройства, подогревательную печь и калибровочные или редукционные станы.

• ТПА с РС получают трубы диаметром 21…245 мм с толщиной стенки 2,5…14,2 мм из углеродистых, легированных и высоколегированных сталей. Способ имеет очевидные преимущества: простота, малая энергоемкость, возможность получения тонкостенных труб диаметром до 21 мм, а также использование непрерывнолитой заготовки круглого или квадратного сечения. Современные агрегаты с реечным станом применяются с 60-х гг. ХХ в. в Германии, Великобритании, Испании, Польше и других странах и включают гидравлический пресс для прошивки слитка, станы-удлинители (элонгаторы), печи для подогрева стаканов, реечные станы, устройства для извлечения дорнов, редукционно-калибровочные станы. В России эти агрегаты почти не нашли применения.

• На ТПА с 3-валковым раскатным станом получают толстостенные трубы повышенной точности диаметром 35…200 мм и толщиной стенки 10…50 мм. В состав агрегата входят кольцевая печь, прошивной и раскатной станы винтовой прокатки, оправкоизвлекатель, подогревательная печь, калибровочный стан винтовой прокатки, иногда устанавливают дополнительно пятиклетевой калибровочный стан продольной прокатки. Основное преимущество этого агрегата в том, что все три стана работают по принципу винтовой прокатки, что позволяет их легко перенастроить на получение труб другого диаметра. На других агрегатах со станами продольной прокатки расширение сортамента связано с увеличением парка валков с калибрами разных размеров.

В качестве примера рассмотрим технологию изготовления труб на ТПА с НС. Схема расположения оборудования на ТПА-80 приведена на рис. 7.14. Основные технологические операции, выполняемые на этом ТПА:

— подача заготовки в цех железнодорожным транспортом и складирование на цеховом складе;

— осмотр заготовки, укладка электромостовыми кранами в загрузочное устройство;

— заготовка длиной до 9 м поштучно подается в печь;

— нагрев заготовки в печи с шагающим подом до температуры прошивки;

— резка нагретой заготовки на ножницах;

— зацентовка заготовки с помощью пневматического зацентровщика;

— прошивка заготовки в двухвалковом стане винтовой прокатки с получением гильзы длиной до 6 м;

— перед прокаткой на НС в гильзу вводится предварительно смазанная длинная цилиндрическая оправка;

— прокатка на 8—9-клетьевом НС, клети которого взаимноперпендикулярны и наклонены под углом 45° к горизонту;

— извлечение оправки после прокатки на двухпозиционном оправкоизвлекателе, охлаждение в ванне, смазка поверхности и подача на входную сторону НС;

— после НС трубы длиной до 30 м поступают к пиле для обрезки заднего разлохмаченного конца;

— подогрев в индукционной установке;

— прокатка в 24-клетевом редукционном стане с получением труб длиной 68—71 м;

— охлаждение труб в холодильнике реечного типа шириной 74 м;

— в конце холодильника трубы набираются в однорядные пакеты и поступают к пилам холодной резки для обрезки утолщенных концов и порезки на заданные длины;

— порезанные пакеты транспортируются на линию трубоотделки, где производится правка, продувка, контроль качества труб.

Основным технологическим документом ТПА является таблица прокатки, в которую заносятся результаты расчетов параметров настройки станов, размеров поперечного сечения труб на выходе из станов, коэффициентов вытяжки по станам и др.

Р а с ч е т т а б л и ц ы п р о к а т к и проводят против хода технологического процесса в следующем порядке:

1) рассчитывают размеры трубы в горячем состоянии после редуцирования с учетом теплового расширения по формуле

D_г = (1 + Т)D_x;

2) определяют толщину стенки трубы после непрерывного стана с учетом изменения толщины стенки трубы при редуцировании S_H = S_P ± S_P (изменение толщины стенки зависит от режима прокатки в редукционном стане);

3) диаметр трубы после непрерывного стана фиксирован для данного агрегата (обычно D_н = 92...108 мм);

4) рассчитывают диаметр оправки непрерывного стана с учетом зазора для ее извлечения;

5) по опытным данным задают обжатие по стенке в НС S_ = = 11...13 мм и определяют размеры гильзы;

6) диаметр цилиндрической заготовки назначают на 2—5 % больше диаметра гильзы, обычно D _З = 120—160 мм;

7) рассчитывают коэффициенты вытяжки по агрегатам и результаты заносят в таблицу.

Пример основных расчетов для некоторых труб из заготовки диаметром 120 мм приведен в табл. 7.1.

Т а б л и ц а 7.1

7.3. Производство на трубопрессовых агрегатах