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.