Партнерский проект с компанией Руспроектэксперт

Тел.: 8-495-771-14-07

Проектирование


завод по производству труб

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ И ТРУБ НА ВОЛЖСКОМ ТРУБНОМ ЗАВОДЕ

Волжский трубный завод — один из крупнейших производителей труб с высокими эксплуатационными свойствами в Европе. Годовая производительность завода составляет более 2 млн.т электросварных горячекатаных и прессованных труб для нефтяной и газовой промышленности, машиностроения, теплоэнергетики. С пуском в эксплуатацию электрометаллургического комплекса в 1990 г. на ВТЗ выплавляется качественная трубная заготовка из углеродистых и легированных марок стали в годовом объеме более 1 млн.т. Конструкция технологических агрегатов сталеплавильного и трубопрокатного производства отвечает самым современным требованиям в области техники и технологии « металлургического производства и позволяет производить продукцию, отвечающую требованиям качества международных и отечественных стандартов

Дуговая печь имеет водоохлаждаемые панели и свод, эркерное устройство для выпуска металла, оснащена тремя стеновыми газовыми горелками, дверной горелкой и боковой фурмой для продувки кислородом.

Установка печь — ковш оборудована фурмой для продувки аргоном, устройством для вдувания порошкообразных материалов, трайбап паратом.

На установке ВКР имеется фурма для продувки кислородом, устройство для вдувания порошкообразных материалов, присадки ферросплавов под вакуумом. Шестиступенчатый пароэжекторный насос обеспечивает снижение давления в вакуумкамере до уровня 100 МПа.

МНЛЗ криволинейного типа имеют пяти клетьевую систему вытягивания слитка, что практически исключает обжим и предотвращает искажение профиля заготовок. На МНЛЗ имеется система подачи аргона в защитную трубу стальковша и в стопорамоноблоки. Осуществляется автоматическое поддержание уровня металла в кристаллизаторе при помощи датчика э'уровня и гидравлических исполнительных механизмов управления стопорами. Устройство электромагнитного перемешивания металла в кристаллизаторе позволяет улучшить структуру разливаемого металла.

С целью обеспечения максимальной производительности электропечей и получения непрерывнолитых заготовок с минимальным развитием дефектов макроструктуры и химической неоднородности в электросталеплавильном цехе принята схема производства стали, при которой дуговые печи используются только для расплавления шихты и проведения окислительного периода, а доводка металла по химическому составу и температуре осуществляется на установках типа печь— ковш или агрегате вакуумкислородного рафинирования.

Обработке на установках печь— ковш подвергается весь выплавляемый в цехе металл Она включает в себя проведение десульфурации, легирование и нагрев металла при непрерывном перемешивании аргоном через две пористые пробки, установленные в днище ковша. Оснащение печи эксцентричным донным выпуском позволяет производить отсечку печного шлака и наводить в ковше новый высокоосновный шлак с низким содержанием оксидов железа и марганца, что значительно облегчает проведение процесса десульфурации. Для интенсификации десульфурации на установках имеется оборудование для вдувания через фурму, в потоке инертного газа, порошкообразного силикокальция или смеси извести и плавикового шпата.

Технология позволяет получать содержание серы в металле на уровне 0,002—0,004 % (по массе). Среднее содержание серы и фосфора в выплавляемых сталях составляет 0,0075 и 0,009 % соответственно. Более 40 % плавок имеют менее 0,005 %S.

Вакуумной обработке подвергается металл с целью уменьшения содержания в нем газов. Выдержка металла под вакуумом при разряжении 100 Па в течение* 10—15 мин при непрерывной продувке аргоном позволяет снизить содержание водорода в металле на 50—70% в сравнении с исходным уровнем и иметь в гос товой стали не более 0,0002—0,0003 % Н2.

Содержание кислорода в стали после вакуумной обработки составляет 0,003—0,005 % (по ) массе), азота 0,007—0,008% (по массе).

На ВТЗ изготовлены опытные партии заготовки из сталей 10Х18Н10 и 30X13. Наличие установки вакуумкислородного рафинирования в перспективе позволит освоить производство низкоуглеродистых (С < 0,02 %) бес титанистых сталей аустенитного класса, обладающих высокой стойкостью к межкристал литной коррозии и с хорошей поверхностью заготовки, а также сталей ферритного класса типа Х13 и Х25 и суммарным содержанием азота и углерода не более Q,03%, применяемых вместо сталей аустенитного класса.

Высокий уровень автоматизации МНЛЗ позволяет производить непрерывнолитые заготовки, характеризующиеся стабильно высоким качеством поверхности, внутреннего строения и постоянством геометрических размеров, широкого профилемарочного сортамента из углеродистых и легированных марок сталей.

Производство горячекатаных труб

В 1990 г. на Волжском трубном заводе пущен в эксплуатацию цех по производству труб для нефтяной, газовой и угледобывающей промышленности.

В состав цеха входят: трубопрокатный агрегат 159—426 с непрерывным станом; три линии отделки труб с оборудованием для нарезки высокогерметичной резьбы на концах труб; участок высадки концов; участок изготовления муфт и защитных деталей; печи для нормализации и улучшения труб. Все участки и линии укомплектованы современными средствами ультразвукового и магнитного неразрушающего контроля, позволяющего с высокой степенью достоверности контролировать геометрические параметры труб и выявлять дефекты на них. Состав оборудования позволяет выпускать трубы диаметром от 159 до 426 мм с толщиной стенки 7—42 мм. Отклонения по диаметру не превышают ±0,4+0,8%, а по толщине стенки ±7+10%.

В состав трубопрокатного агрегата входят: печь с шагающими балками для нагрева блюмов до температуры прокатки 1260—1280 °С; стан прессвалковой прошивки, обеспечивающий получение круглого полого стакана из квадратной заготовки; двухвалковый косовалковый станэлонгатор для раскатки стаканов в толстостенные гильзы; двухвалковый семиклетьевой непрерывный стан с удерживающей оправкой; двухвалковый деся тиклетьевой извлекательнокалибровочный стан; правильные машины и линия неразрушающего контроля геометрии и поверхности труб после проката.

Данная установка имеет ряд техникоэкономических преимуществ: высокую производительность (мощность агрегата в проектном сортаменте составляет более 700 тыс.т в год); возможность изготовления труб из дешевой непрерывнолитой квадратной заготовки; высокие величины общей деформации (вытяжка от 8 до 15) позволяют глубоко проработать исходную литую структуру и получить высокие механические свойства металла непосредственно с проката; применение двухвалковых круглых калибров с выпусками непрерывного стана обеспечивает высокую точность труб по толщине стенки; совмещение процесса калибровки и извлечения оправки непосредственно после непрерывного стана позволило сократить состав оборудования и производственные площади агрегата; калибровка и режим деформации на агрегате 159—426 позволяют получить трубы с геометрическими параметрами, соответствующими отечественным и международным стандартам качества; совмещение непрерывного и калибровочного станов за счет разогрева трубы позволило отказаться от установки печи подогрева перед калибровочным станом.

Опыт работы цеха показывает, что отбраковка по внутренним дефектам не превышает 0,1% и в основном зависит от ^состояния оправок непрерывного стана и стана элонгатора, т.е. причина их образования связана с механическими повреждениями поверхности, а не с разрушениями по структуре и свойствам исходного материала.

Следует отметить, что прессвалковая прошивка имеет свои ограничения, связанные с неравномерностью деформации по периметру заготовки. Так, диагонали квадрата подвергаются деформациям сжатия, а середины сторон квадрата деформациям растяжения. Это приводит к невозможности прошивки блюмов из малопластичных сталей, изза появления разрывов за счет растягивающих напряжений и деформаций. Несмотря на это, диапазон марок стали установки очень широк: от углеродистых сталей с содержанием до 0,5 % С до среднелегированных сталей типа 09Г2С, 13ГФА, 26ХГМА, в том числе и коррозионно стойких сталей типа 20X13.

Хотя энергосиловые характеристики стана позволяют прокатывать трубы из сталей типа 20X13, их производство по вышеуказанной причине затруднительно и требует дополнительных исследований.

Для получения высокопрочных труб (группы прочности Р110 и Х80 по стандарту 5СТ и 5L API) применяются агрегаты улучшения и нормализации. Низкое содержание серы, фосфора и газов позволяет получить после термообработки трубы с высокой ударной вязкостью при температурах до — 60 °С и обеспечивает их высокую стойкость в агрессивных средах (H2S, С02).

Разработана технология производства газлифтных и обсадных труб из сталей 13ГФА и 26ХГМА, которые обладают высокой коррозионной стойкостью в среде сероводорода (°пог> 0,8<УТ). Кроме этого, трубы, изготовленные из этих сталей, могут эксплуатироваться в районах Крайнего Севера, так как при температурах до — 60 °С они обладают высокой ударной вязкостью (>100 Дж/мм2). Варьируя режимы термической обработки и марки сталей, можно получить трубы группы прочности от Х42 до Х80 по стандарту 5L и от К55 до Р110 по стандарту 5СТ Американского нефтяного института.

При помощи неразрушающих средств контроля, а также гидро и механических испытаний обеспечивается высокая гарантия качества выпускаемых труб.

В феврале 1993 г. горячекатаным трубам, изготовленным на агрегате ТПА159426, присвоен сертификат качества Американского нефтяного института.

Производство горячекатаных труб для изготовления подшипников и машиностроения осуществляется также на трубопрокатном агрегате ТПА 70203. Он предназначен для выпуска бесшовных горячекатаных труб диаметром от 70 до 203 мм с толщиной стенки от 7 до 50 мм из углеродистых и легированных марок стали.

В состав цеха входит трубопрокатная установка ТПА 70203 с трехвалковым раскатным станом, двумя кольцевыми печами, прошивным станом, двумя параллельно расположенными трехвалковыми станами, двумя печами промежуточного подогрева труб, редукционнокалибровочным станом, двумя трехвалковыми калибровочными станами и холодильником; термоотдел с пятью роликовыми печами длиной 120 мм для термообработки подшипниковых и легированных труб; участок отделки труб общего назначения и подшиниковых труб; склад готовой продукции. Состав оборудования позволяет производить трубы повышенной точности для подшипниковой промышленности и трубы общего назначения для машиностроения. Отклонение геометрических параметров по диаметру не превышает ±0,3—0,6 %, а по стенке ±0,50,7%.

Производство горячепрессованных труб

В составе трубопрессового цеха две установки с гидравлическими горизонтальными прессами усилием 5500 и 2000 т. Кроме этого, установка 5500 т оснащена 24клетьевым редукционнорастяжным станом, позволяющая получать трубы диаметром от 42 до 108 мм из исходной заготовки диаметром 108—168 мм.

Принятая технология позволяет осуществлять различные технологические схемы процесса прессования с коэффициентами деформации от 6 до 60.

Изменение формы тела во время прессования гильз и труб осуществляется в условиях всестороннего неравномерного сжатия, что позволяет деформировать практически любые марки стали и сплавов, от углеродистых до нержавеющих, жаропрочных и даже порошковых сплавов, а также использовать дешевую непрерывнолитую заготовку.

В состав установок входят вертикальные прошивные прессы усилием 2500 и 650 т, горизонтальные гидравлические прессы усилием 5500 и 2000 т. На прошивном прессе 2500 осуществляется сквозная прошивка с обратным истечением металла. На прошивном прессе 2000 т применяется процесс экспандирования. На горизонтальных прессах осуществляют прямое выдавливание металла с удалением пресс остатка.

Указанные схемы деформации позволяют получать трубы широкого диапазона по толщине стенки и диаметрам. За счет специальных ка либровбк прессового инструмента — матриц, игл и наконечников, получают специальные профили — с внутренним оребрением; многогранные профили, с винтовыми ребрами, с ребрами на наружной поверхности.

Все стадии процесса ведутся с применением высококачественных стеклосмазок. После горячего передела трубы поступают в линии отделки, имеющие в своем составе травильное отделение, отделение термообработки, травильные средства, средства неразрушающего контроля качества труб, обрезки концов, обточки наружной поверхности.

Весь комплекс оборудования позволяет выпускать продукцию с разнообразными требованиями по сортаменту, механическим и специальным свойствам, широким диапазоном методов испытаний, операций отделки, маркировки и упаковки.

Производство электросварных труб

Трубоэлектросварочный цех производит электросварные спиралешовные трубы диаметром от 530 до 2520 мм.

На 10 станах сваривают трубы из листовой рулонной углеродистой и низколегированной стали. Сварка автоматическая, электродуго вая и под флюсом. Производятся трубы диаметром от 530 до 1420 мм со стенкой от 5 до 14 мм для магистральных газонефтепроводов (группы прочности от К34 до К60).

На единственном в мире участке объемной термообработки труб большого диаметра проводят улучшение, что позволяет производить высокопрочные трубы. При необходимости трубы покрывают эпоксидной смолой для антикоррозионной защиты, что увеличивает срок их службы на газопроводах в 2—3 раза. Кроме этого, в ТЭСЦ производятся трубы для атомных электростанций и тепловых сетей. В процессе изготовления трубы проходя! ультразвуковой, рентгеновский контроль, а также гидроиспытания.

В ТЭСЦ на стане 2520 производятся также трубы диаметром от 1420 до 2520 мм для строительства трубопроводов различных конструкций. • В феврале 1993 г. электросварные трубы диаметром 530—1420 мм аттестованы на соответствие международному стандарту качества API5LT.

Производство полых изделий несимметричного профиля

Большой интерес и перспективы имеют способы получения полых изделий несимметричного профиля. Наличие на Волжском трубном заводе целого ряда агрегатов позволяет разрабатывать различные маршруты и технологии для изготовления таких труб. При незначительной реконструкции оборудования v изготовления технологического инструмента возможна организация производства лонжеронов цельнометаллической конструкции с утолщенными концами и профилем каплевидной формы.

Основные вопросы исследования профилирование комлевой и каплевидной части лонжеронов, распределения контактных напряжений и напряженнодеформированного состояния металла в зоне пластической деформации мною рассмотрены и решены в диссертационной работе в 1978 г. Решение данных вопросов позволило в короткий срок освоить производство лонжеронов для вертолетов на Челябинском трубопрокатном заводе.

Предложенные методики ]расчета калибровок технологического инструмента, анализ энергосиловых и деформационных параметров могут составить основу для разработки технологии изготовления несимметричных профилей в условиях ВТЗ.

Изменяя калибровку валков возможно получение овальных, каплевидных и других профилей. Сочетанием операций прессования, прокатки и высадки концов возможно получение профилей переменных по длине изделия с наличием внутренних ребер, различных поперечных сечений, в том числе и несимметричных.

Примерная технологическая цепочка выглядит следующим образом: выплавка требуемых марок стали с содержанием серы и фосфора менее 0,005 %, ваку умирование для снижения содержания кислорода, азота и водорода; разливка стали в круг 228 или 340 в зависимости от сортамента труб; производство труб прессованием с утолщенной стенкой на одном из концов или с внутренними ребрами; термообработка труб в трубопрокатном цехе; теплая калибровка труб с получением овального или каплевидного сечения; высадка одного из концов заданной формы на прессах трубопрокатного цеха; неразрушающий контроль поверхности изделий; отделка, маркировка, покраска и упаковка.

Данная технология позволяет получить экономичные профили, сокращая затраты при дальнейшей обработке изделий и за счет повышения их эксплуатационных качеств — надежности, повышения несущих нагрузок и т.д.

На Волжском трубном заводе освоено производство легированных сталей типа 13ГФА, 26ХГМА, 09Г2С особочистых по содержанию вредных примесей (0,002% S и 0,005% Р) и низким содержанием газов (0,0003 % Н2, 0,004 % 02, 0,004 % N2), что позволило производить трубы с высокой ударной вязкостью при температурах до — 60 °С, а также стойких в средах, содержащих H2S, С02; разрабатывается технология выплавки и разливки бес титанистых коррозионностойких аустенитных сталей с применением установки вакуум кислородного рафинирования, позволяющей снизить содержание углерода до 0,02 %. Это позволит получать непрерывнолитую заготовку с хорошей поверхностью и обеспечит производство труб без предварительной обточки; освоено производство горячекатаных и прессованных труб из непрерывнолитой заготовки без предварительного обжатия и обточки. Это обеспечивается хорошей поверхностью и макроструктурой отливаемой на ВТЗ заготовки, а также благоприятными схемами деформации при прессовании и прокатке труб, обеспечивающих достаточную проработку литой структуры и исключающей появление дефектов на внутренней поверхности труб; освоено производство прессованных труб сложных профилей (шестигранник, труба с внутренним и внешним ореб рением) из труднодеформируемых титановых сплавов; на стане ТПА159426 опробована прокатка труб из стали 30X13 размером 219x8 мм. Трубы предназначены для использования добычи нефти и газа с высоким содержанием сероводорода; производится объемная термообработка труб большого диаметра (530— 1420 мм) из экономнолегированных сталей типа 17ГС, позволяющая получать высокопрочные трубы (группы Х60 по стандарту 5LAPI). При нанесении антикоррозионного покрытия срок их службы увеличивается в 2—Зраза; получена монограмма Американского нефтяного института на производство горячекатаных труб диаметром 159—426 мм и электросварных труб диаметром от 530 до 1420 мм по стандартам 5L и 5СТ; в технологической схеме трубопрокатного агрегата ТПА 159—426 использована схема деформации с использованием пресс валковой прошивки и прокатке на непрерывном семиклетьевом стане с удерживаемой оправкой, совмещенном с калибровочным станом. Это обеспечивает высокую производительность за счет прокатки труб длиной до 36 м и высокую точность геометрических параметров (D = ±0,450,8 %, S = ±7510 %) прокатываемых труб; оборудование ВТЗ позволяет организовать производство сложных полых изделий несимметричного профиля, например лонжеронов для вертолетов; на ВТЗ планируется установка станов ХПТ для производства холодноде формированных труб малого диаметра (до 40 мм) для подшипниковой промышленности; предусмотрено строительство участка по производству насоснокомпрессорных труб диаметром 48—114 мм.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м I, Москва 1994

Экспертиза

на главную