Пилигримовые станы для прокатки труб
На Волжском трубном заводе (ВТЗ) пущены в эксплуатацию новые установки водоочистки оборотных циклов
ТМК: I полугодие 2017 года
В июле в Eкатеринбурге на выставке «Иннопром» Президент РФ Владимир Путин посетил стенд ТМК и Группы СИНАРА
География партнерства
III квартал 2017
Оман, Petroleum Development
Oman (PDO)
Интервью с Петром Голицыным, председателем Совета директоров, генеральным директором TMK IPSCO
Техперевооружение TMK IPSCO
(2008-2018)
В Американском дивизионе перезапущены заводы Каманч и Катуса, а также введены дополнительные линии производства на заводах Блайтвилл и Вайлдер
Один из крупнейших рынков углеводородов, преодолев кризисный период, показывает положительную динамику
ТМК Industrial Solutions: важен
каждый клиент
Теплоизолированные лифтовые трубы – уникальный продукт ТМК, уже заинтересовавший нефтяников
Стан пилигримовой прокатки труб пополнил коллекцию музейного комплекса «Северская домна»
Премиальное резьбовое
соединение TMK UP CENTUM
К услугам нефтяного бизнеса
«ИННОПРОМ-2017»: форум с
японским колоритом
Главные события крупнейшей индустриальной выставки России
Сотрудники ТМК IPSCO Марк Пэтэн и Гарри Дёрбин рассказали о своем увлечении гольфом
Главные события в IV квартале 2017
Путь
«пилигрима»
Пилигримовый стан смонтирован перед музейным комплексом «Северская домна»
Пилигримовый стан
/ пильгерстан
Предназначен для периодической прокатки труб в прокатных валках, имеющих ручей с переменным радиусом. Стан имеет два рабочих валка, вращающихся навстречу подаваемой заготовке — гильзе. Процесс горячей пилигримовой прокатки труб был изобретен братьями Максом и Рейнхардом Маннесманами, которые предложили сначала получение из круглой заготовки (слитка) полой толстостенной трубы (гильзы) методом винтовой прошивки на короткой оправке, а затем способ периодической раскатки гильзы на цилиндрическом дорне в тонкостенную трубу. Технология, запатентованная в 1885 году, стала первым способом массового производства бесшовных труб. В 1890 г. братья Маннесман ввели в строй первый трубопрокатный агрегат с пильгерстаном в г. Хомутов (Чехия). Новый способ прокатки труб совершил переворот в науке и технике, пилигримовые станы нашли применение во всем мире.
Стан пилигримовой прокатки труб, отработавший на СТЗ почти 40 лет, пополнил уникальную коллекцию агрегатов металлургического производства музейного комплекса «Северская домна» в г. Полевском (Свердловская область).
Списанный с производства трубопрокатный стан смонтировали на открытой площадке перед «Северской домной». Отслуживший свое пильгерстан стал частью индустриального наследия Урала, которое хранится в известном не только в регионе, но и в России, музейном комплексе. В его экспозиции представлены: домна – единственный в Европе шедевр промышленной архитектуры середины XIX века, клети листопрокатного цеха, изложницы мартеновского цеха, автомобиль «УралЗиС» образца 1946 года и другие экспонаты, демонстрирующие оборудование и технологии прошлого.
Торжественное мероприятие по поводу открытия нового музейного экспоната – пильгерстана — прошло в День металлурга при участии представителей предприятий-партнёров, которые вместе с северскими трубниками строили и запускали пильгерстан в работу. А также ветеранов трубопрокатного цеха СТЗ, которые когда-то ставили на нём производственные рекорды, обеспечивая российских нефтяников стратегической для страны продукцией.
СТЗ, а также ТАГМЕТ, были в числе немногих предприятий, на которых во времена СССР установили трубопрокатные агрегаты с пилигримовыми станами. Это было новейшее оборудование для производства горячекатаных бесшовных труб в промышленных объемах. На СТЗ агрегат с пилигримовыми станами мощностью 320 000 тонн труб в год был запущен в 1976 году. Он предназначался для прокатки бесшовных труб диаметром от 168 до 360 мм с толщиной стенки до 50 мм из углеродистой и низколегированной стали. На тот момент внедрение нового оборудования обеспечивало расширение сортамента производимых труб на заводе и позволяло использовать в качестве заготовки при прокатке труб стальные слитки собственного мартеновского цеха.
За время работы на трубопрокатном комплексе с пилигримовым станом в ТПЦ-1 было произведено более 12 млн тонн труб, основными потребителями которых стали нефтегазодобывающие предприятия Западной Сибири. В 2014 году на смену пильгерстану на СТЗ пришел новый современный трубопрокатный агрегат с непрерывным станом FQM, построенный в рамках стратегической инвестпрограммы ТМК. Аналогичный агрегат в 2008 году был установлен и на ТАГМЕТе. На сегодня в России только в ТМК — на СТЗ и ТАГМЕТе — внедрена самая передовая технология производства горячекатаных бесшовных труб.
Пилигримовые станы для прокатки труб
На Волжском трубном заводе (ВТЗ) пущены в эксплуатацию новые установки водоочистки оборотных циклов
ТМК: I полугодие 2017 года
В июле в Eкатеринбурге на выставке «Иннопром» Президент РФ Владимир Путин посетил стенд ТМК и Группы СИНАРА
География партнерства
III квартал 2017
Оман, Petroleum Development
Oman (PDO)
Интервью с Петром Голицыным, председателем Совета директоров, генеральным директором TMK IPSCO
Техперевооружение TMK IPSCO
(2008-2018)
В Американском дивизионе перезапущены заводы Каманч и Катуса, а также введены дополнительные линии производства на заводах Блайтвилл и Вайлдер
Один из крупнейших рынков углеводородов, преодолев кризисный период, показывает положительную динамику
ТМК Industrial Solutions: важен
каждый клиент
Теплоизолированные лифтовые трубы – уникальный продукт ТМК, уже заинтересовавший нефтяников
Стан пилигримовой прокатки труб пополнил коллекцию музейного комплекса «Северская домна»
Премиальное резьбовое
соединение TMK UP CENTUM
К услугам нефтяного бизнеса
«ИННОПРОМ-2017»: форум с
японским колоритом
Главные события крупнейшей индустриальной выставки России
Сотрудники ТМК IPSCO Марк Пэтэн и Гарри Дёрбин рассказали о своем увлечении гольфом
Главные события в IV квартале 2017
Путь
«пилигрима»
Пилигримовый стан смонтирован перед музейным комплексом «Северская домна»
Пилигримовый стан
/ пильгерстан
Предназначен для периодической прокатки труб в прокатных валках, имеющих ручей с переменным радиусом. Стан имеет два рабочих валка, вращающихся навстречу подаваемой заготовке — гильзе. Процесс горячей пилигримовой прокатки труб был изобретен братьями Максом и Рейнхардом Маннесманами, которые предложили сначала получение из круглой заготовки (слитка) полой толстостенной трубы (гильзы) методом винтовой прошивки на короткой оправке, а затем способ периодической раскатки гильзы на цилиндрическом дорне в тонкостенную трубу. Технология, запатентованная в 1885 году, стала первым способом массового производства бесшовных труб. В 1890 г. братья Маннесман ввели в строй первый трубопрокатный агрегат с пильгерстаном в г. Хомутов (Чехия). Новый способ прокатки труб совершил переворот в науке и технике, пилигримовые станы нашли применение во всем мире.
Стан пилигримовой прокатки труб, отработавший на СТЗ почти 40 лет, пополнил уникальную коллекцию агрегатов металлургического производства музейного комплекса «Северская домна» в г. Полевском (Свердловская область).
Списанный с производства трубопрокатный стан смонтировали на открытой площадке перед «Северской домной». Отслуживший свое пильгерстан стал частью индустриального наследия Урала, которое хранится в известном не только в регионе, но и в России, музейном комплексе. В его экспозиции представлены: домна – единственный в Европе шедевр промышленной архитектуры середины XIX века, клети листопрокатного цеха, изложницы мартеновского цеха, автомобиль «УралЗиС» образца 1946 года и другие экспонаты, демонстрирующие оборудование и технологии прошлого.
Торжественное мероприятие по поводу открытия нового музейного экспоната – пильгерстана — прошло в День металлурга при участии представителей предприятий-партнёров, которые вместе с северскими трубниками строили и запускали пильгерстан в работу. А также ветеранов трубопрокатного цеха СТЗ, которые когда-то ставили на нём производственные рекорды, обеспечивая российских нефтяников стратегической для страны продукцией.
СТЗ, а также ТАГМЕТ, были в числе немногих предприятий, на которых во времена СССР установили трубопрокатные агрегаты с пилигримовыми станами. Это было новейшее оборудование для производства горячекатаных бесшовных труб в промышленных объемах. На СТЗ агрегат с пилигримовыми станами мощностью 320 000 тонн труб в год был запущен в 1976 году. Он предназначался для прокатки бесшовных труб диаметром от 168 до 360 мм с толщиной стенки до 50 мм из углеродистой и низколегированной стали. На тот момент внедрение нового оборудования обеспечивало расширение сортамента производимых труб на заводе и позволяло использовать в качестве заготовки при прокатке труб стальные слитки собственного мартеновского цеха.
За время работы на трубопрокатном комплексе с пилигримовым станом в ТПЦ-1 было произведено более 12 млн тонн труб, основными потребителями которых стали нефтегазодобывающие предприятия Западной Сибири. В 2014 году на смену пильгерстану на СТЗ пришел новый современный трубопрокатный агрегат с непрерывным станом FQM, построенный в рамках стратегической инвестпрограммы ТМК. Аналогичный агрегат в 2008 году был установлен и на ТАГМЕТе. На сегодня в России только в ТМК — на СТЗ и ТАГМЕТе — внедрена самая передовая технология производства горячекатаных бесшовных труб.
Почему стан называется пилигримовым и при чем здесь паломники
С прокатки трубы на пилигримовом стане началась история Челябинского трубопрокатного завода. Грандиозный агрегат, превращающий гильзу в трубу, долгое время был сердцем завода и важен по сей день. Но откуда у него такое название?
Пилигримами (от лат. peregrinus, «чужеземец») раньше называли странников. Так как в старину путешествия, или хождения, часто совершались с религиозными целями, это слово стало синонимом паломника. И многие из таких паломников совершали свой путь особенным образом. О нем писал, к примеру, поэт Серебряного века Федор Сологуб в своем стихотворении «Пилигрим»:
В одежде пыльной пилигрима,
То шаг назад, то два вперед.
При пильгер-процессе валки раскатывают заготовку, делая из толстостенной гильзы тонкостенную трубу. Гильза вращается навстречу валкам и с каждым оборотом валков получает движение вперед, а затем, чуть меньшее по амплитуде, — назад. Почти по такому же принципу, как и ходили раньше пилигримы.
Кстати, пилигримовый двухвалковый стан (или пильгерстан) был изобретен в конце XIX века. Технологию запатентовали в 1885 году братья Макс и Рейнхард Маннесманы, а через 5 лет первый такой стан был пущен в эксплуатацию. Это было настоящим прорывом в области промышленности и позволило начать массовое производство бесшовных труб.
Сегодня пилигримовые станы уже не так распространены, как в середине прошлого столетия. Ничто не стоит на месте, появляются более совершенные технологии, позволяющие увеличить производительность цехов. Стальные горячекатаные трубы можно получить на трубопрокатных агрегатах не только с пилигримовым, но и с автоматическим станом или станом тандем, с непрерывным оправочным; с трехвалковым раскатным станом. Но для получения широкого сортамента труб модернизируемые и реконструируемые пилигримовые агрегаты остаются одними из самых востребованных в мире.
Пилигримовые станы для прокатки труб
УДК 621.774.36
Балакин Валерий Федорович
Заведующий кафедрой технологического проектирования
Доктор технических наук, профессор
Национальная металлургическая академия Украины
Угрюмов Юрий Дмитриевич
Ведущий инженер Института развития ОАО «Интерпайп НТЗ»
Кандидат технических наук
ОАО «Интерпайп НТЗ»
Угрюмов Дмитрий Юрьевич
Ведущий специалист отдела анализа качества
ОАО «Интерпайп НТЗ»
Белан Константин Сергеевич
Ассистент кафедры технологического проектирования
Национальная металлургическая академия Украины
Памяти В.М. Друяна 1 (1932 – 2004)
Производство труб на пилигримовых агрегатах: состояние и перспективы
Кажется невероятным, но еще 120 лет назад трубы получали лишь отливкой из чугуна или формовкой полос пудлингового 2 железа и кузнечной сваркой. В результате революционного изобретения братьев Маннесманн, которые предложили сначала получение из круглой заготовки (слитка) полой толстостенной трубы (гильзы) методом винтовой прошивки на короткой профильной оправке [1], а затем способ периодической раскатки гильзы на цилиндрическом дорне в тонкостенную трубу[2], был создан процесс горячей пилигримовой прокатки труб широкого сортамента, который остается востребованным и в 21 веке.
В 70-е годы прошлого столетия в мире насчитывалось около 80 пилигримовых агрегатов, что соответствует примерно 160 пилигримовым станам, так как на одном агрегате эксплуатируются в среднем по два пильгерстана, работающих параллельно.
По данным 1987 года в мире эксплуатировалось 49 пилигримовых агрегатов с 98 пильгерстанами.
В результате морального и физического износа оборудования число действующих пилигримовых агрегатов продолжает сокращаться. При этом часть агрегатов была остановлена из-за падения спроса особенно на трубы нефтяного сортамента, другая часть претерпела реконструкцию с заменой способа производства.
Еще 10 лет назад в Украине и России работало 7 пилигримовых агрегатов с 14 пильгерстанами: 3 агрегата в Украине и 4 – в России.
В настоящем времени число действующих пилигримовых агрегатов в Украине и России сократилось до четырех, при этом в Украине эксплуатируется только агрегат 5-12” на ОАО «Интерпайп НТЗ».
В современных условиях резкого колебания спроса на трубы на мировых рынках, низкого спроса на трубы на внутреннем рынке перспектива развития трубного производства (речь идет о горячекатаных бесшовных трубах) состоит в переориентации на универсальные способы производства труб, на которых экономически целесообразно производить как малые, так и большие партии труб.
Пилигримовый способ как раз и относится к таким универсальным способам производства, так как переход на другой размер труб на пильгерстане занимает значительно меньше времени чем, например, на непрерывном многоклетьевом стане.
Ввиду уникальности сортамента большие пилигримовые агрегаты находятся вне конкуренции и продолжают успешно эксплуатироваться в мире. Ранее в мире насчитывалось 12 таких агрегатов, причем один 8-16” работает на Челябинском трубопрокатном заводе.
Малые пилигримовые агрегаты ввиду морального и физического износа останавливаются (консервируются) или реконструируются с заменой способа производства, в основном на непрерывный.
Средние и большие пилигримовые агрегаты, как следует из технической литературы, проходят поэтапную модернизацию и реконструкцию без остановки производства.
В настоящее время на ОАО «Интерпайп НТЗ» имеются два пилигримовых агрегата, первый 6-12” по схеме Маннесмана пущен в 1935 году, второй 5-12” по схеме Кальмеса пущен в декабре 1968 года.
Оборудование первого агрегата изготовлено немецкой фирмой «Маннесман-Демаг», оборудование второго агрегата Чепельским машиностроительным заводом (Венгрия).
Агрегат 5-12” находится в постоянной эксплуатации, а агрегат 6-12” законсервирован в связи с оптимизацией производства.
Как следует из информационных источников[3] примерно 97% общего количества стальных горячекатаных труб в настоящее время производится на трубопрокатных агрегатах (ТПА) четырех видов: около 40% на ТПА с автоматическим станом или станом тандем; более 22% на ТПА с непрерывным оправочным станом; примерно 18% на ТПА с пилигримовым станом; до 10% на ТПА с трехвалковым раскатным станом. Приведенные данные свидетельствуют о важной роли, которую играет пилигримовый способ в производстве горячекатаных стальных труб.
Вопрос о судьбе пилигримового агрегата 5-12” ОАО «Интерпайп НТЗ» является актуальным в плане его дальнейшей модернизации или реконструкции с заменой способа производства.
Ставя задачи повышения эффективности работы ТПА путем модернизации и реконструкции мы часто знаем, что хотим получить в результате. Однако, к сожалению возникают большие трудности при достижении поставленных целей с наименьшими затратами в современных социально-экономических условиях, диктующих минимальные сроки окупаемости затраченных средств. Поэтому чем более масштабные задачи решаются предприятием в рамках программы технического перевооружения, тем большие риски, связанные с принятием недостаточно проверенных и эффективных решений. Следовательно принимаемые решения по перевооружению предприятия должны быть глубоко и всесторонне проработанными и максимально надежными. В связи с этим приоритет необходимо отдавать тем решениям, которые были опробованы на практике.
Пилигримовый способ производства труб обладает неоспоримым преимуществом и прежде всего по широте сортамента получаемых труб, как по диаметру и толщине стенки, так и по маркам стали[4].
В то же время к недостаткам этого способа производства труб можно отнести следующее:
- недостаточная производительность пилигримовых станов;
- повышенная разностенность готовых труб;
- увеличенный расходный коэффициент металла при прокатке тонкостенных труб.
На протяжении длительного периода основными направлениями совершенствования процесса горячей пилигримовой прокатки труб считались следующие7:
- применение качественной непрерывнолитой заготовки, цена которой будет ниже цены слитков отлитых в изложницы;
- применение второго горячего передела труб после пильгерстана.
Почти 40 лет в мире используют непрерывнолитую заготовку для производства труб на ТПА с пилигримовым станом.
В настоящее время в связи с пуском в 2012 году ЭСПК «Днепросталь» на ТПА 5-12” начала поступать круглая непрерывнолитая заготовка, что позволит снизить расход металла.
Использование второго горячего передела труб после пильгерстана, когда последний является, по сути, заготовочным станом, позволяет резко улучшить все технико-экономические показатели ТПА, а именно: повысить производительность пильгерстана в 1,5-2 раза за счет увеличения подачи, повысить точность прокатываемых труб за счет снижения разностенности.
При этом после пилигримовой прокатки и подогрева трубы раскатывают на трех- или двухвалковых раскатных станах (риллингах) с последующим калиброванием по наружному диаметру.
Однако в настоящее время направление применения второго горячего передела на ТПА с пильгерстанами перестало быть приоритетным по следующим причинам:
- достигнут большой прогресс в создании современных подающих аппаратов, позволяющих повысить производительность ТПА и точность прокатываемых труб;
- происходит усложнение технологии в связи с установкой двух косовалковых раскатных станов (риллингов) и соответствующее увеличение затрат;
- требуется удаление образовавшейся на трубе после подогрева окалины (особенно внутри), что обуславливает размещение специальной установки для сбива окалины, которая ранее не использовалась в производстве.
Современными тенденциями в развитии процесса горячей пилигримовой прокатки труб являются[12,13]:
- применение круглой непрерывнолитой заготовки;
- использование современных подающих аппаратов;
- автоматизация процесса пильгерования.
Пилигримовый агрегат 5-12”, спроектированный по схеме Кальмеса, включает следующее основное оборудование, изображенное на рис. 1.
Рис. 1. Пилигримовый агрегат 5-12” ОАО «Интерпайп НТЗ» 1 – загрузочная решетка, 2 – весы, 3 – кольцевая нагревательная печь, 4 – установка гидросбива окалины, 5 – прошивной горизонтальный гидравлический пресс, 6 – кольцевая подогревательная печь, 7 – стан-элонгатор, 8 – пильгерстан, 9 – огневая резка труб, 10 – подогревательная печь с шагающими балками, 11 – 12-ти клетьевой калибровочный стан, 12 – 5-ти клетьевой калибровочный стан, 13 – холодильник, 14 – правильная машина, 15 – установка выдувки окалины.
В связи с переходом на использование в качестве исходного материала круглой непрерывнолитой заготовки наиболее целесообразным направлением модернизации ТПА 5-12” является применение прямой прошивки круглой заготовки в гильзу путем исключения из технологической линии прошивного гидравлического пресса 5 и кольцевой подогревательной печи 6.
При этом стан-элонгатор должен быть заменен на прошивной косовалковый стан, так как клеть стана-элонгатора морально и физически изношена. Это обеспечит экономию энергоресурсов и повышение точности труб.
Актуальным вопросом является также размещение весов за установкой 15 выдувки окалины, что позволит более оперативно контролировать расход металла на участке проката.
С целью повышения точности труб актуальным является контроль массы погонного метра труб за пильгерстаном, что также позволит осуществлять оперативное управление средней толщиной стенки труб при прокатке.
Новые конструкции подающих аппаратов фирмы «МД» (Германия) отвечают современным требованиям, так как обеспечивают стабильную величину подачи металла в валки за счет применения гидромеханического механизма подачи, одного из главных условий повышения производительности пильгерстанов, точную кантовку гильзы в каждом цикле на 90° независимо от величины отката, надежное торможение раската при подаче в валки и автоматизацию процесса пилигримовой прокатки, в том числе затравки. Проблема состоит в том, что цена этих аппаратов достаточно высока (
8 млн. евро/шт), а для двух пилигримовых станов их нужно не менее 4-5.
С учетом этого целесообразен путь более глубокого исследования действующих на ТПА 5-12” подающих аппаратов и проведения на них возможных модернизационных мероприятий.
В связи с постепенным переходом на ТПА 5-12” на использование в качестве исходного материала круглой непрерывнолитой заготовки актуальным является вопрос снижения потерь металла в технологическую обрезь: затравку и пильгерголовку.
На рис. 2 приведена прокатанная на пильгерстане «плеть», которая состоит из основной годной части 2, длина которой ℓn является суммой мерных (кратных) частей, затравочного дефектного конца 1, длиной ℓnк. В свою очередь длина ℓnк складывается из ℓ1 – длины разлохмаченного конца и ℓ2 – длины участка повышенной разностенности.
Рис. 2. Прокатанная «плеть» на пилигримовом стане
1 – затравочный конец, 2 – основная годная часть трубы,
3 – пилигримовая головка.
Задний конец раската длиной ℓ3, удаляемый в обрезь, состоит из цилиндрического участка ℓц, собственно пилигримовой головки 3, длиной ℓг, и длины ℓх – участка с повышенной разностенностью, так называемого «хвоста».
Общие технологические потери металла на пилигримовом стане составляет 6-9% от массы исходной заготовки (слитка). При этом потери металла в пильгерголовку составляет
25% от технологических потерь на пилигримовом стане.
Фактическая величина потерь металла в затравку и пильгерголовку зависит от размера прокатываемых труб: диаметра и толщины стенки, а относительная величина этих потерь от длины прокатываемых труб (одно, двух или трехкратной длины), причем с увеличением длины трубы относительная величина потерь металла снижается.
Масса обрези трубы на пилигримовом стане может быть определена по известной эмпирической формуле: 
,
где Sn – толщина стенки трубы на пилигримовом стане, м;
gn – масса 1 погонного метра трубы за пильгерстаном, кг/м;
gг – масса 1 погонного метра гильзы, кг/м.
Величина отрезаемого на пильгерстане затравочного конца должна быть минимальной и устанавливается в зависимости от состояния затравочного конца (сильно растрепанный конец, наличие закатов, трещин, плен и повышенной разностенности) в пределах:
- от 200 мм (для труб с толщиной стенки Sn>12 мм);
- до 700 мм (для труб с толщиной стенки Sn 1 Друян Владимир Михайлович (родился 19 июня 1932 г.) – известный ученый и специалист в области трубного производства, доктор технических наук, профессор, основатель и заведующий кафедрой технологического проектирования Национальной металлургической академии Украины, Заслуженный деятель науки и техники Украины, академик Академии инженерных наук Украины.
2 Пудлингование – металлургический процесс преобразования чугуна в мягкое малоуглеродное железо, которое хорошо сваривается, обладает высокой пластичностью, содержит мало примесей(фосфора, серы, неметаллических включений). Этот процесс был вытеснен более совершенными процессами – бессемеровским, томасовским и мартеновским, а впоследствии – электроплавкой.