Metaldaily.ru/Новости - 19.11.2009

Мировые тенденции и стратегия развития производства труб. "UGMK.INFO (Украина)". 19 ноября 2009

19.11.2009 - 10:44

Мировая трубная промышленность в последние 10 лет добилась значительного прогресса в расширении сортамента и повышении качества трубной продукции. Новейшие технологии производства трубной продукции рассматриваются в новом учебнике Ю. Стасовского "Проектирование современных производств обработки металлов давлением", публикацию избранных фрагментов из которого продолжает UGMK.INFO.

Производство горячекатаных бесшовных труб

В настоящее время управляющая компания "Сентравис Продакшн Юкрейн" проводит коренную реконструкцию с модернизацией производства труб из коррозионностойких сталей с установкой нового оборудования на производственных участках "Никопольский завод нержавеющих труб" (НЗНТ).

Данная реконструкция включает:

- в трубопрессовом цехе (ТПЦ) – замену прессовой линии 16МН на новую прессовую линию усилием 44 МН, производства фирмы SMS EUMUCO (Германия) в комплексе со вспомогательным и основным оборудованием для подготовки заготовки к прессованию и отделке горячепрессованных труб;

- в трубоволочильном цехе (ТВЦ) – установку нового деформационного оборудования – станов холодной прокатки труб модели ХПТ 40-8 (производитель "Цветметобработка", Россия) и модели ХПТ 6-20 (производитель "ВНИИМетМаш", Россия) и двух станов модели KPV-25 и одного модели KPV-75 (производитель фирма SMS MEER, Германия), а также установку в 8-м пролете ТВЦ новой поточной линии отделки готовых товарных труб.

В этом разделе рассмотрим основные особенности современного пресса для производства труб из нержавеющих сталей, а также преимущества и недостатки прессования труб с неподвижной оправкой.

В качестве примера рассмотрим новые разработки фирмы Danieli (Италия) в этой области – пресс усилием 31,5 МН (в июле 2007 г. введен в эксплуатацию в цехе прессования на "Сентравис Продакшн Юкрейн", г. Никополь), основные особенности этой прессовой линии и новой технологии. В 2008 г. в этом же цехе введен пресс концерна SMS усилием 44 МН.

Основные особенности прессовой линии. На новой прессовой линии с прессом усилием 31,5 МН будут выпускаться трубы в диапазоне диаметров от 32 до 273 мм при наименьшей толщине стенки 3 мм. Предусмотрено два этапа освоения этой линии. Соответствующие размеры заготовки: 160, 180, 215, 270, 325 и 375 мм, длина – до 1200 мм.

Технологический процесс предусматривает следующие этапы:

- горизонтальный индукционный нагрев в двух линиях (вариант – 3 линии), в каждой из них по 6 индукторов, имеется камера нагрева для выравнивания температуры с регулировкой пропускной способности плотностью энергии и скоростью толкателя в соответствии с усовершенствованной технологией нагрева. Расход энергии оптимизируется в соответствии с загруженным материалом и пропускной способностью;

- экспандирование или прошивка заготовки на вертикальном прессе усилием 12 МН;

- конечный вертикальный индукционный нагрев: три печи (вариант – 4 печи); каждый индуктор управляется 4-зонным преобразователем на IGBT (биполярный полевой транзистор с изолированным затвором). Каждый индуктор делится на 4 индивидуальные секции нагрева, которые могут управляться независимо друг от друга в соответствии с требуемым температурным профилем. После процесса экспандирования имеет место сильный перепад температур по длине заготовки, который можно эффективно компенсировать с помощью предусмотренных секций нагрева вдоль оси заготовки. Каждая секция снабжена инфракрасной измерительной системой для контроля температуры заготовки. Преобразователь на IGBT в каждой зоне нагрева действует как система ПИД-регулирования (пропорционально-интегрально-дифференциальное регулирование), гарантирующая непрерывное снабжение энергией при пониженных градиентах перерегулирования. Мощность может регулироваться плавно, что обеспечивает оптимальное распределение температуры;

- экструдинг-пресс;

- отвод изделия на холодильник с шагающими балками.

Производство холоднодеформированных труб занимает особое место в технике и технологии трубного производства. Это обусловлено повышенными требованиями, предъявляемыми к их качеству и точности геометрических размеров, и сложностью технологического процесса (более 100 операций), включающего различные виды обработки. В основном, холоднодеформированные трубы изготавливают в специализированных цехах или участках с использованием станов периодической прокатки с валками (ХПТ) и роликами (ХПТР), непрерывных станов продольной прокатки с трехвалковыми или планетарными клетями, волочильных станов для безоправочного, короткооправочного и длиннооправочного волочения и различного оборудования для термической, химической, электрохимической и механической обработок. Совершенствование производства идет по пути создания новых высокопроизводительных процессов, оборудования, оснащенного современными средствами автоматизации и контроля.

Дальнейшее развитие процесса холодной прокатки труб направлено на улучшение качества труб, повышение производительности и надежнос¬ти станов; увеличение величины обжатия за цикл за счет максимального использования ресурса пластичности металлов, поскольку станы периоди¬ческой прокатки отличаются низкой производительностью. Во¬лочение обеспечивает хорошее качество при использовании сравнительно недорогого инструмента и сравнительно простых конструкций оборудова¬ния. Основой технологического процесса производства являются техноло¬гические режимы и маршруты деформации, при разработке которых выби¬рают оптимальное сочетание способов и режимов деформации (прокатка, волочение), технологические схемы и тип оборудования.

Производство холоднодеформированных труб

До настоящего времени в трубоволочильном цехе НЗНТ ("Сентравис Продакшн Юкрейн") производство и отделка труб имели многоэтапный и многоцикличный процесс. Трубы, изготовленные в несколько проходов на станах холодной прокатки (ХПТ, ХПТР) и волочением, обрабатывались попакетно на отдельно стоящем технологическом оборудовании, проходили операции: обезжиривания, отжига в газовых или электрических печах открытого типа, травление, правку на правильных средствах, шлифовку, неразрушающий контроль качества, порезку на товарные длины и пассивирование.

Подобные схемы производства требуют значительных крановых операций, при которых повреждается поверхность труб, имеется опасность смешивания труб в партиях из различных марок стали. Кроме того, при пакетной организации производства сложно реагировать и своевременно принимать меры по устранению причин появления отклонений от заданных показателей качества, приводящих к браку продукции, т.к. большое количество технологических операций, многие из которых выполняются вручную, разными людьми, выполняется со значительным разрывом во времени. Выстраивание технологических операций в линию в последовательности, предусмотренной технологией, обеспечивает необходимые одинаковые условия обработки каждой трубы при условии обеспечения жесткого контроля за выполнением каждой операции, что минимизирует и исключает недостатки присущие пакетной организации производства.

В этой связи были определены три основные задачи по модернизации производства труб на НЗНТ:

- горячее прессование – для изготовления качественных передельных труб кратной длины для холодной прокатки на станах ХПТ за один, два прохода;

- холодная прокатка – замена устаревших малопроизводительных станов ХПТ на современные высокопроизводительные станы, использование при прокатке труб масляных СОЖ, установка в линии прокатного стана оборудования по очистке поверхности прокатанных труб от остатков смазки бескислотным способом;

отделка – установка новой современной поточной линии для обработки труб, сосредоточенной на основном сортаменте производства.

В 2004 г. компанией Roland Berger проводилось стратегическое исследование мирового рынка труб из нержавеющих сталей и сплавов, специализации НЗНТ. После анализа этого рынка определился приемлемый для НЗНТ сценарий достижения стратегической цели: годовая производительность новой поточной линии отделки на уровне 7-8 тыс. т в год или 6-7 млн. м в год труб в сортаменте диаметров 12-60 мм и толщин стенок 1,0-6,0 мм, при непрерывном режиме работы и в зависимости от сортамента продукции.

Новая поточная линия отделки товарных труб будет располагаться в 8-м пролете ТВЦ и включает в себя следующие основные единицы оборудования:

- непрерывную роликовую печь "светлого отжига" с защитной атмосферой водорода, производства фирмы LOI Termoprozess GmbH (Германия);

- 10-валковый правильный стан с устройством разборки пакета отожженных труб, регулируемым входным желобом и автоматической системой настройки правильных валков стана на размер выправляемой трубы, производства SEMA GmbH (Германия) и PRESTAR (Чехия);

- станционный шлифовально-полировальный комплекс производства Loeser GmbH (Германия);

- участок неразрушающего контроля качества труб, включающий установку ультразвукового контроля труб на наличие дефектов с возможностью контроля геометрической точности труб, производства GE Inspection Technologies GmbH (Германия) и ротационного/стационарного токовихревого контроля труб с возможностью определения сигма-фазы производства FOERSTER (Германия). Кроме того, участок включает систему контроля труб на соответствие марки стали - Antimix (Германия) и модули для оптимизации порезки труб, их маркировки, а также возможность возврата отбракованных труб для ремонта на шлифовальный станок;

- станок для порезки труб и снятия фаски с выбраковочными столами/лотками производства REIKA GmbH & Co KG (Германия);

- соединительные конвейеры, передаточные рольганги и в целом вся автоматизация линии выполнены PRESTAR.

- важным элементом новой линии отделки труб будет 100% водородная печь "светлого отжига" с производительностью 2 т/час, которая будет обеспечивать высокие требования по качеству труб, экономичности и продуктивности, а также безопасности для обслуживающего персонала.

Производство сварных труб

В структуре производства мировой трубной промышленности (МТП) наметились устойчивые тенденции, которые определяют стратегический вектор её развития.

Первая: замена бесшовных труб сварными трубами.

Вторая: современная МТП изготавливает уже не трубы, а изделия, используемые потребителями с минимальной последующей обработкой.

Третья: изменение структуры потребления сварных труб большого и среднего диаметров в сторону повышения прочностных характеристик, увеличения толщины стенки и ужесточения требований к их качеству, с одной стороны, и улучшение качества рулонного металла, освоение производства новых марок низколегированной стали повышенной прочности, совершенствование технологии высокочастотной сварки, создание нового сварочного оборудования и оборудования неразрушающего контроля, с другой стороны, стимулировали разработку трубосварочных агрегатов (ТЭСА) нового поколения.

Определяющие тенденции эволюции структуры производства в современных условиях определяются двумя группами критериев.

Количественные: уровень производства и темпы роста производства.

Качественные: расходные коэффициенты материалов и энергии, производительность труда.

Современные технические требования к сварным трубам развиваются в следующих основных направлениях:

- повышение требований к рулонному прокату и листу для производства труб: по способу выплавки и разливки стали, химическому составу, структуре и сплошности проката, полю допусков по механическим свойствам и геометрическим параметрам;

- технологические требования к сварочному процессу;

- увеличение объема и видов технологических и сдаточных испытаний;

- ужесточение и автоматизация неразрушающего контроля продукции;

- наличие прозрачной системы прослеживания производства.

В области производства сварных труб среднего диаметра работы должны вестись в нескольких направлениях. Это расширение сортамента (диаметром до 630 мм), повышение точности труб по диаметру до уровня +0,5%, расширение марочного состава металла труб, повышение их надежности и гарантированной прочности показателей на основе использования различных способов термообработки. Расширение сортамента электросварных труб из коррозионностойких сталей до диаметра более 102 мм; повышение их точности; обеспечение производства таких труб с толщиной стенки менее 1 мм; с высотой грата не более 0,1 мм (для ТЭНов).

Исходя из вышеизложенного, можно отметить две стратегические линии в развитии мирового производства сварных прямошовных труб среднего диаметра:

Развитие процессов формоизменения с учетом современных требований;

Модернизация действующего и разработка принципиально нового высокопроизводительного оборудования для формовки и сварки конкурентоспособных труб.

Производство труб большого диаметра

Переход к использованию трубопроводов на больших глубинах, в более суровых условиях и агрессивных средах способствовал усовершен¬ствованию технологии производства магистраль¬ных труб, начиная с процесса выплавки стали и до изготовления труб. На современном этапе требуются стали с категорией прочности до Х120 (827 Н/мм2) и стали, обеспечивающие высокую стойкость в агрессивных коррозионных средах и устойчивость конструкций против разрушающих воздействий. Выбор химического состава и ме¬ханических свойств зависит в большой степени от транспортируемой среды и местоположения трубопровода. Например, для труб северного ис¬полнения требуются очень высокие показатели вязкости при низких температурах.

Применение термомеханической обработки и понимание концепции технологии микролеги¬рования способствовали созданию сталей с очень высокими требованиями к пластичности и доле вязкой составляющей в изломе образцов DWTT.

Разрушение трубо¬проводов (распространение трещин и водород¬ное растрескивание) обусловило необходимость использования термомеханической обработки в сочетании с микролегированием, а также посте¬пенного снижения содержания серы.

Производство прямошовных сварных труб большого диаметра в условиях Харцызского трубного завода

Трубоэлектросварочный комплекс по производству газонефтепроводных труб большого диаметра на Харцызском трубном заводе (ХТЗ) включает в себя новое оборудование формовки трубной заготовки с использованием в качестве основного агрегата листогибочной машины, а также существующего (модернизируемого) оборудования сварки, отделки и нанесения наружного антикоррозионного (полимерного) и внутреннего гладкостного покрытий.

Ниже приводится технологический процесс формовки трубной заготовки с использованием листогибочной машины.

Листовая сталь в вагонах поступает на склад листа. Разгрузка производится электромостовыми кранами с подвесными электромагнитами.

Складирование листа осуществляется в штабели по маркам стали, толщине и ширине.

Со склада листы электромостовым краном укладываются на загрузочные участки реконструируемого существующего транспортного рольганга, который транспортирует их к поперечному транспортеру для дальнейшей их передачи на площадку для складирования листа и при помощи листоукладчика на новую линию формовки труб диаметром 406-1420 мм.

Перемещение листов осуществляется двумя пластинчатыми цепями с опускающимися упорами.

Листы для фрезеровки листоукладчиком укладываются на задающий рольганг кромкофрезерного станка (КФС), либо на промежуточный стеллаж, расположенный за задающим рольгангом. На задающем рольганге производится автоматическое позиционирование листа, в зависимости от его длины. После чего, с помощью клещевого захвата транспортной тележки, лист перемещается на входной рольганг КФС, где автоматически осуществляется центровка и позиционирование листа по отношению к фрезерным агрегатам.

Ширина листа и глубина резания перед началом фрезерования на КФС измеряется автоматически.

Далее, зажатый клещевыми захватами, лист при помощи транспортной тележки проходит через фрезерные агрегаты, расположенные справа и слева от нее. Во время прохода транспортной тележки, обе боковые стороны листа фрезеруются одновременно с созданием верхней и нижней фасок за один проход с обеих сторон листа. Максимальная скорость подачи (фрезерования) рассчитывается автоматически блоком управления кромкофрезерного станка.

Стружка во время фрезерования удаляется из зоны фрезеровки с помощью конвейера и сбрасывается в систему уборки стружки существующей линии формовки полуцилиндров труб.

После фрезерования лист освобождается от клещевых захватов транспортной тележки и укладывается на выходной рольганг КФС. Транспортная тележка быстро возвращается в исходное положение для захвата следующего листа.

Кромко-фрезерный станок работает на проход листов в непрерывном режиме.

При отклонении параметров от заданных срабатывает световая и звуковая сигнализация о нарушении режима.

Кромко-фрезерный станок обеспечивает прием и обработку продольных кромок листов шириной 1250- 4500 мм.

Конструкция станка обеспечивает быструю смену и настройку обрабатывающего инструмента, перенастройку всех механизмов на другой размер листа.

С выходного рольганга КФС лист передается на рольганг перед листогибочной машиной. Ширина готового листа измеряется с помощью автоматической системы.

После окончания транспортировки листа и опускания роликов рольганга лист укладывается на цепи и транспортером задается в листогибочную машину между верхним и двумя нижними валками до упоров механизма выравнивания листа.

Технология формовки листов в трубную заготовку включает две операции: формовку цилиндрических заготовок с плоскими прикромочными участками на листогибочной машине и последующую деформацию плоских прикромочных участков в догибочной машине.

После подачи листа в листогибочную машину нижние валки поднимаются, и лист прижимается к верхнему валку.

Путем вращения валков лист формируется в трубную заготовку вокруг верхнего цилиндрического валка.

Формовка листов может производиться в несколько проходов до достижения заданного радиуса изгиба и получения цилиндрической формы профиля заготовки, кроме недоформованных плоских участков, примыкающих к продольным кромкам.

После окончания формовки сформованная трубная заготовка при помощи подъемных роликов выдается на выгрузочный рольганг за листогибочной машиной.

Далее заготовка передается на загрузочный рольганг догибочной машины, на котором она ориентируется при помощи подъемно-поворотных роликов в положение задачи в догибочную машину.

После догибочной машины заготовка поступает на выгрузочный рольганг перед догибочной машиной, где на подъемно-поворотных роликах заготовка ориентируется разъемом кромок вверх и далее транспортируется на передаточную тележку для дальнейшей ее передачи в линию стана сварки технологических швов в среде углекислого газа и, при необходимости, на площадку осмотра заготовки.

Далее заготовка поступает на загрузочный рольганг перед станом сварки, где перед входом в стан СО2 она поднимается над рольгангом при помощи двух пар подъемно-поворотных роликов, поворачивается (прокручивается) в нужное положение и снова опускается вниз на рольганг.

Затем трубная заготовка проталкивается вперед по направляющей с помощью валковой системы, сжимающей ее снаружи, и цепного заталкивателя. При достижении трубной заготовкой места сварки включается сварочная установка, работа которой продолжается до полной сварки шва в среде углекислого газа по всей длине заготовки.

Сваренная трубная заготовка выдается на выходной рольганг после стана.

После сварки, труба транспортным рольгангом передается при помощи передаточной тележки к площадке для осмотра и контроля сварного шва, либо на существующий передвижной рольганг, и далее на существующие, специально выделенные участки сварки и отделки труб диаметром 406,0?1420,0 мм, на которых производятся остальные операции.

Технические показатели производства ТБД в условиях ОАО «Харцызский трубный завод»:

Наименование показателей ?	Годовые показатели (дополнительно к существующим)
1. Основная продукция
Трубы стальные электросварные прямошовные диаметром 406,0 мм ? 1420,0 мм, т	421730,0
тыс. м	986,829
2. Основные материальные фонды
Масса нового технологического оборудования, т	1650,0
3. Годовой фонд рабочего времени, ч	6471,0
4. Расход материалов
4.1 Стальной лист, т/год	436900,0
т/т	1,036
4.2 Сварочная проволока, т	1393,0
кг/т	3,3
4.3 Сварочный флюс, т	1687,0
кг/т	4,0
5 Энергетические затраты на технологические нужды
5.1 Электроэнергия, 106 кВт.ч/год	7,43
кВт.ч/т	17,62
5.2 Сжатый воздух (приведенный к нормальным условиям), 106нм3/год	1,042
нм3/т	2,47
5.3 Углекислый газ, 106 м3/год	0,027
6. Трудовые показатели. Цеховой персонал, чел	202
Внецеховый персонал, чел	32