Развитие и создание нового поколения высокопроизводительных и надежных станов для производства горячекатаных бесшовных труб

Актуальность работы:

В пятидесятые годы Правительством страны была поставлена задача по коренному обновлению и расширению трубной промышленности на базе отечественного оборудования, по-существу, создания новой трубной промышленности, так как на действующих трубных заводах эксплуатировалось, в основном, старое оборудование, вывезенное после войны из Германии и купленное за рубежом в тридцатые годы. Объем выпуска труб и их качество не удовлетворяли растущие потребности таких бурно развивающихся отраслей, как энергетика, нефтяная и газовая промышленности, оборонка и гражданское строительство.

К решению этой важной государственной задачи были подключены ведущие отечественные >чсньте и инженеры, и в первую очередь академик Целиков А. И., профессора Полухин П. И., Осадчий В. Я., Тетернн U.K. Романцев Б. А., конструкторы машиностроительных заводов и научно-исследовательских институтов, а также ведущие производственники трубных заводов.

Однако наибольшая тяжесть выполнения этих задач легла на коллективы Электоростальского завода тяжелого машиностроения и Всесоюзного научно-исследовательского и проектно-конструкторского института металлургического машиностроения (ВНИИМЕТМАШа).

Автор диссертации с 1957 г. работал в конструкторском отделе ЭЗТМ, а с 1964 г. бессменно — начальником конструкторского бюро станов винтовой прокатки, которое на протяжении более 40 лет разрабатывало станы горячей прокатки труб, выпускаемых ЭЗТМ.

Возглавляя конструкторское бюро, автор диссертации руководил созданием новых высокопроизводительных станов, предложил, обосновал и совместно с коллективом реализовал прогресивные технические решения.

За последующие годы благодаря этому были спроектированы и пущены ряд агрегатов, в том числе для производства бесшовных труб с современными прошивными и непрерывными станами.

Выпуск труб в СССР возрос во много раз и к восьмидесятым годам достиг 18−19млн.т вгод.

В настоящее время в связи с возрастанием потребности в бесшовных трубах со стороны различных отраслей и в первую очередь нефтяной и газовой промышленности реконструируются практически все трубопрокатные заводы России: Синарский трубный завод (Син13), Северский труонып завод (СТЗ), Таганрогский металлургический завод (ТМЗ). Волжский трубный завод (ВТЗ), Челябинский трубопрокатный завод (ЧТПЗ). — а также трубные заводы Украины.

В связи с этим разработка высокоэффективных консфукцин оанов (агрегатов) для производства бесшовных труб является актуальной научно-технической задачей.

Цель работы:

Целью настоящей. работы является создание высокоэффективных (высокопроизводительных и надежных) основных машин трубопрокатных агрегатов для горячей поперечно-винтовой и продольной прокатки на основе новых конструкций и технологических схем.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:

1. Предложить, обосновать и разработать конструкции станов поперечно-винтовой прокатки с групповым пли индивидуальным приводом валковрабочими клетями с повышенной устойчивостью к вибрационным динамическим нагрузкамвыходные стороны с осевой выдачей изделий с минимальным вспомогательным временем цикла и высокой надежностью и долговечностью оборудованияшпиндельные устройства для передачи больших моментов в ограниченных габаритахвходные стороны, обеспечивающие устойчивые условия захвата.

2. Предложить и разработать методику определения основных параметров главных линий станов поперечно-винтовой прокатки с групповым или индивидуальным приводами валков для повышения производительности, надежности, долговечности оборудования и качества получаемой продукции.

3. Предложить, обосновать и разработать конструкцию грибовидного прошивного стана с двухопорными валками и индивидуальным приводом для получения гильз повышенного качества при высокой производительности.

4. Предложить, обосновать и разработать высокопроизводительную и надежную базовую конструкцию рабочей клети трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки, которая может применяться как раскатная, прошивная, обкатная и калибровочная и для осуществления эффективных технологических процессов. Клеть должна быть снабжена быстродействующим механизмом смены валков.

5. Предложить, обосновать и разработать универсальную трехвалковую клеть стана поперечно-винтовой прокатки для производства труб из легких сплавов, в которой возможна установка как двух, так и трех валков.

6. Для возможности выбора оптимальных конструктивных схем прошивных станов предложить и разработать универсальный стан, в котором возможна установка всех типов валков и наличие как группового, так и индивидуального привода.

7. Предложить, обосновать и разработать конструкции станов продольной прокатки труб с повышенной нагрузочной способностью и долговечностью оборудования.

Научная новизна работы:

1. Предложена и теоретически обоснована возможность и целесообразность применения индивидуальных приводов валков станов поперечно-винтовой прокатки. Это стабилизирует и оптимизирует очаг деформации из-за ликвидации дважды замкнутой кинематической цепи главного привода, что имеет место при групповом приводе, повышает надежность и долговечность оборудования, снижает издержки эксплуатации и повышает производительность стана.

2. Разработана методика выбора основных параметров главных линий станов поперечно-винтовой прокатки с групповым или индивидуальным приводами валков, что позволяет минимизировать динамические нагрузки главной линии стана, уменьшить циклическую неравномерность валков благодаря выравниванию углов перекосов в шарнирах шпинделей с одновременным повышением их работоспособности.

3. Теоретически обоснованы преимущества прошивного стана с двухопорными грибовидными валками и целесообразность его применения ввиду повышения качества труб и производительности агрегата.

4. Созданы новые прогрессивные конструкции станов поперечно-винтовой прокатки с рабочими клетями с повышенной устойчивостью к динамическим нагрузкам вибрационного характерас высокопроизводительной и надежной выходной стороной с осевой выдачейсо шпиндельными устройствами для передачи больших моментов в ограниченных габаритах. Это достигается за счет применения рабочих клетей с объединенной кассетой-барабаном и откидной крышкойвыходных сторон с перехватом стержня вблизи очага деформацииупорно-регулировочного механизма с горизонтальным откидыванием упорной головки, размещенной в перемещаемой на необходимую величину кареткешпинделей с расположением упорных подшипников во внутреннем пространстве шпиндельных головок.

5. Для осуществления новых технологических процессов для получения широкого сортамента труб из различных материалов предложено и обосновано создание базовой конструкции трехвалковой клети стана поперечно-винтовой прокатки, которая может быть использована как прошивная, раскатная и обкатная, в которой возможно изменение основных технологических параметров, а также установка как двух, так и трех валков.

6. Для осуществления новых режимов прокатки с повышенными обжатиями обоснованы и созданы новые станы продольной прокатки труб с наклонным приводом, отличающиеся повышенной нагрузочной способностью и долговечностью оборудования.

Практическая ценность и реализация в промышленности:

Теоретические и конструкторские разработки, выполненные автором, использовались и используются в настоящее время в трубопрокатных станах, действующих на заводах нашей страны и за рубежом:

— На Челябинском трубопрокатном заводе:

ТПА 140 — первые в отечественной и зарубежной практике грибовидный прошивной стан и трехвалковый обкатной стан с индивидуальным приводом валков и осевой выдачей гильз и труб. Рабочие клети с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном.

— На Волжском трубном заводе:

ТПА 50−200, прошивной стан с индивидуальным приводом валков, раскатные и калибровочные станы поперечно-винтовой прокатки с групповым приводом и осевой выдачей гильз и труб, калибровочные и непрерывные станы с наклонной установкой двигателей. Рабочие клети прошивного и трехвалкового станов с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном.

— На Синарском трубном заводе:

ТПА 140, прошивной стан с грибовидными валками и трехвалковый обкатной стан с индивидуальными приводами валков, полунепрерывный стан продольной прокатки — все с осевой выдачей гильз и труб, калибровочный стан с рабочими клетями с неразъемным корпусом. Рабочие клети прошивного и трехвалкового станов с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном. 1.

ТПА 80, прошивной стан с групповым приводом валков и осевой выдачей гильз, непрерывный стан с наклонной установкой двигателей, редукционно-растяжной стан.

— На Таганрогском и Северском трубных заводах рабочая клеть прошивного стана с откидной крышкой и с осевой выдачей гильз.

— В Румынии, з-д Артрум, г. Слатина:

ТПА 50−200, прошивной стан с индивидуальным приводом валков, раскатные и калибровочные станы поперечно-винтовой прокатки с групповым приводом и осевой выдачей гильз и труб, калибровочные и непрерывные станы с наклонной установкой двигателей. Рабочие клети прошивного и трехвалкового станов с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном.

— В Чехии, Трубная Металлургическая Компания, г. Хомутов :

Двухвалковый калибровочный стан поперечно-винтовой прокатки с индивидуальным приводом валков, рабочие клети с откидной крышкой, объединенной кассетой-барабаном, механизмом быстрой замены линеек (первый образец), входной стороной с косорасположенным рольгангом, выходной стороной с осевой выдачей и быстрозаменяемыми проводками.

Основные решения, выносимые на защиту:

1. Обоснование возможности и целесообразности применения индивидуального привода валков станов поперечно-винтовой прокатки.

2. Разработка методики определения основных параметров главной линии станов поперечно-винтовой прокатки.

3. Предложение и обоснование целесообразности создания первого в отечественной и зарубежной практике прошивного стана с двухопорными грибовидными валками с индивидуальным приводом. Особенности конструкции стана.

4. Новое поколение прошивных станов: рабочие клети, выходные и входные стороны, главный привод.

5. Конструкция универсального прошивного стана.

6. Новое поколение трехвалковых станов поперечно-винтовой прокатки и создание базовой конструкции клети.

7. Предложение и обоснование применения первого трехвалкового обкатного стана (ТПА 140 ЧТПЗ).

8. Универсальный трехвалковый стан поперечно-винтовой прокатки для прокатки высокопрочных легких сплавов.

9. Некоторые особенности конструкции станов продольной прокатки.

Апробация работы:

Материалы диссертации были выставлены, доложены и обсуждены:

1. Доклад на расширенном техническом совете во ВНИИМЕТМАШе по рассмотрению вариантов конструкции непрерывного стана с наклонной установкой двигателей, 1964 г.

2. Доклад в Минчермете по рассмотрению реконструкции ТПА 140 ЧТПЗ, где был представлен первый грибовидный прошивной стан с двухопорными валками и трехвалковый обкатной стан, 1969 г.

3. Государственная премия СССР за работу «Создание и широкое внедрение новых технологических процессов и станов винтовой прокатки для производства горячекатаных труб», 1972 г.

4. Доклад во ВНИТИ на расширенном техническом совете по рассмотрению планировки осепрокатного агрегата, где была предложена рабочая линия трехвалкового стана поперечно-винтовой прокатки (элонгатора), выполненная по конструктивной схеме, описанной в работе, 1973 г.

5. Доклад на кафедре «Прокатное и волочильное производство» в МВТУ им. Баумана на тему: «Исследование и создание базовой конструкции трехвалковой клети стана поперечно-винтовой прокатки», 1974 г.

6. Доклад на расширенном научно-техническом совете ВТЗ по рассмотрению технического проекта ТПА 50−200, где были представлены все станы, описанные в диссертации, 1980 г.

7. Международная выставка в США, г. Кливленд. На выставке ОАО «Электростальтяжмаш» представил макеты основных машин, в числе которых были прошивной и трехвалковый раскатной станы, выполненные по упомянутой выше конструктивной схеме с откидной крышкой и объединенной кассетой-барабаном, 1993 г.

8. Доклад в Минтяжмаше, посвященый рассмотрению технического проекта раскатного стана для трубопрокатного агрегата в г. Хомутов, Чехия, 1994 г.

9. Доклады на заводе «Петротуб» в Румынии по вопросу реконструкции рабочей линии прошивного стана ТПА 400. 1995, 1996, 1997гг.

10.Доклад на технической конференции в Челябинске в 2003 г. на тему: «Оборудование и технология получения гильз на ТПА 500 ЧТПЗ».

11.Доклад в Трубной Металлургической компании (ТМК) на техническом совете по вопросу выбора конструкции прошивного стана для СТЗ, 2004 г.

12.Доклад на ОАО «ЭЗТМ» по вопросу выбора рациональной конструкции калибровочного стана, 2005 г.

13. Доклад в ТМК на техсовете по рассмотрению конструкции калибровочного стана для ТМЗ, 2005 г.

14.Расширенное заседание научно-технического совета ОАО «ЭЗТМ» по рассмотрению доклада на соискание автором ученой степени доктора технических наук г. Электросталь, 2008 г.

Публикации по теме диссертации:

Основное содержание работ опубликовано в 92 работах, в т. ч. трех монографиях, 20 научных статьях, 69 авторских свидетельствах СССР и патентах РФ, США, Германии, Швеции, Великобритании и Японии.