РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ НОВОГО СПОСОБА ОБЖАТИЯ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ТРУБ НЕФТЯНОГО СОРТАМЕНТА
|
Актуальность работы. В настоящее время при производстве труб используется как катаная, так и непрерывно-литая заготовка. Использование непрерывно-литой заготовки является экономически более выгодным, так как при этом исключается дополнительная операция прокатки. Кроме того применение непрерывно-литых заготовок позволяет значительно уменьшить обрезь металла, увеличить выход годного, повысить производительность трубопрокатного агрегата и улучшить условия труда. Таким образом, для трубных заводов актуальной задачей на сегодняшней день является разработка технологии производства труб из непрерывно-литой заготовки. На ТПА-80 ОАО «СинТЗ» была разработана технология производства труб из непрерывно-литой заготовки. В линии ТПА был установлен трехвалковый обжимной стан радиально-сдвиговой прокатки (РСП). В результате модернизации существующей технологии производства труб на ТПА-80 достигнуто снижение себестоимости труб на 10%, повышена производительность агрегата на 15%, увеличен выход годного с 98,8% до 99,08%. Применение непрерывно-литых заготовок после обжатия позволило улучшить условия прошивки, в результате чего уменьшилась разностенность получаемых гильз в среднем на 1-2%, а износостойкость линеек повысилась на 8¬10%. Были найдены рациональные режимы обжатия непрерывно-литой заготовки диаметром 156 мм до диаметра 120 мм, которые обеспечили получение мелкозернистой структуры стали перед прошивкой. При освоении новой технологии возникла проблема, связанная с образованием утяжин на концах заготовки после РСП, являющихся причиной отрыва кольцевых отслоений при прошивке и увеличения объема брака по вмятинам на поверхности труб. Для минимизации глубины утяжин и снижения уровня брака труб по вмятинам эффективным является профилирование заднего конца непрерывно-литой заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки на трехвалковом обжимном стане. Однако для реализации процесса профилирования заднего конца заготовки требуется произвести реконструкцию входной стороны трехвалкового обжимного стана. В связи с этим разработка эффективной технологии производства труб нефтяного сортамента из непрерывно-литых заготовок с использованием операции профилирования заднего конца заготовки в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане радиально-сдвиговой прокатки является актуальной научно-технической задачей.
Исследование производилось в рамках договора с ОАО «СинТЗ» №130011001208/075,а также программы поддержки молодых ученых УрФУ в рамках реализации программы развития УрФУ на 2010 - 2020 годы (по договорам № 1.2.1.5./58 от 01.07.2012 г. и № 1.2.1.5./58 от 27.05.2013 г.).
Цели и задачи работы. Целью работы является повышение качества труб из непрерывно-литой заготовки за счет минимизации глубины утяжины на заднем торце заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки. Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
- разработать новый способ обжатия непрерывно-литой заготовки в трехвалковом стане РСП с целью повышения качества труб, изготавливаемых на ТПА-80;
- исследовать формоизменение заготовки в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане с целью поиска оптимальной формы заднего конца, позволяющего минимизировать глубину утяжин на заднем торце заготовки;
- произвести физическое и математическое моделирование нового процесса обжатия заготовки с целью поиска оптимальной калибровки инструмента деформации и режимов обжатия для получения требуемой формы заднего конца заготовки;
- изучить влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки;
- составить технологическое задание на разработку эскизного проекта реконструкции оборудования входной стороны обжимного стана ТПА-80.
Научная новизна, ценность для науки и практики:
- установлены влияние формы конца заготовки на глубину утяжины и толщина кольцевого отслоения, образующихся соответственно при прокатке в трехвалковом обжимном и прошивном станах;
- разработан новый способ обжатия, в ходе которого процессы профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном стане происходят одновременно;
- установлены закономерности формоизменения металла заготовки в процессе профилирования конца заготовки и даны рекомендации по разработке калибровки бойков и режимам обжатия;
- определено влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки.
Практическую ценность представляют следующие результаты работы:
- основные технические требования и чертежи эскизного проекта реконструкции входной стороны трехвалкового обжимного стана ОАО «СинТЗ»;
- рабочий проект устройства для моделирования процесса профилирования заднего конца заготовки на трехвалковом обжимном стане;
- калибровка инструмента деформации и режимы обжатия, позволяющие получать требуемую, с точки зрения минимизации глубины утяжины, форму заднего конца заготовки перед процессом прокатки в трехвалковом обжимном стане радиально-сдвиговой прокатки.
Методы исследования и достоверность результатов. Для исследования процессов профилирования конца заготовки и прокатки в трехвалковом обжимном стане использовались математическое моделирование, физическое моделирование, а также промышленные испытания. Математическое моделирование было проведено с помощью программного комплекса ОеТогт-ЗО. основанного на методе конечных элементов, физическое моделирование было проведено на лабораторной установке, при этом в качестве материала для моделирования использовался скульптурный пластилин. Промышленные испытания были проведены на ТПА-80 ОАО «СинТЗ». Результаты исследования, полученные в ходе математического моделирования близки к результатам промышленных испытаний.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается сходимостью расчетных данных с результатами промышленных и лабораторных экспериментов.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА-80 ОАО «СинТЗ» и при модернизации лабораторного трехвалкового стана кафедры «Обработка металлов давлением» УрФУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты доложены и обсуждены на: IX Конгрессе прокатчиков (г. Череповец, 2013); XIV Международной научной конференции «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», (г. Ченстохова, 2013); X Международной научно-практической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (г. Санкт-Петербург, 2013); VI международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа имени профессора А.Ф. Головина» (г. Екатеринбург, 2012); XVIII Международной промышленной выставке «Металл- ЭКСПО»(г. Москва, 2012).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах, из них 2 статьи - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, подготовлена заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, 8 таблиц, библиографический список из 42 источника, включая зарубежные публикации.
Исследование производилось в рамках договора с ОАО «СинТЗ» №130011001208/075,а также программы поддержки молодых ученых УрФУ в рамках реализации программы развития УрФУ на 2010 - 2020 годы (по договорам № 1.2.1.5./58 от 01.07.2012 г. и № 1.2.1.5./58 от 27.05.2013 г.).
Цели и задачи работы. Целью работы является повышение качества труб из непрерывно-литой заготовки за счет минимизации глубины утяжины на заднем торце заготовки в процессе радиально-сдвиговой прокатки. Для достижения указанной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:
- разработать новый способ обжатия непрерывно-литой заготовки в трехвалковом стане РСП с целью повышения качества труб, изготавливаемых на ТПА-80;
- исследовать формоизменение заготовки в процессе прокатки в трехвалковом обжимном стане с целью поиска оптимальной формы заднего конца, позволяющего минимизировать глубину утяжин на заднем торце заготовки;
- произвести физическое и математическое моделирование нового процесса обжатия заготовки с целью поиска оптимальной калибровки инструмента деформации и режимов обжатия для получения требуемой формы заднего конца заготовки;
- изучить влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки;
- составить технологическое задание на разработку эскизного проекта реконструкции оборудования входной стороны обжимного стана ТПА-80.
Научная новизна, ценность для науки и практики:
- установлены влияние формы конца заготовки на глубину утяжины и толщина кольцевого отслоения, образующихся соответственно при прокатке в трехвалковом обжимном и прошивном станах;
- разработан новый способ обжатия, в ходе которого процессы профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном стане происходят одновременно;
- установлены закономерности формоизменения металла заготовки в процессе профилирования конца заготовки и даны рекомендации по разработке калибровки бойков и режимам обжатия;
- определено влияние температурных полей на формоизменение концевой части заготовки.
Практическую ценность представляют следующие результаты работы:
- основные технические требования и чертежи эскизного проекта реконструкции входной стороны трехвалкового обжимного стана ОАО «СинТЗ»;
- рабочий проект устройства для моделирования процесса профилирования заднего конца заготовки на трехвалковом обжимном стане;
- калибровка инструмента деформации и режимы обжатия, позволяющие получать требуемую, с точки зрения минимизации глубины утяжины, форму заднего конца заготовки перед процессом прокатки в трехвалковом обжимном стане радиально-сдвиговой прокатки.
Методы исследования и достоверность результатов. Для исследования процессов профилирования конца заготовки и прокатки в трехвалковом обжимном стане использовались математическое моделирование, физическое моделирование, а также промышленные испытания. Математическое моделирование было проведено с помощью программного комплекса ОеТогт-ЗО. основанного на методе конечных элементов, физическое моделирование было проведено на лабораторной установке, при этом в качестве материала для моделирования использовался скульптурный пластилин. Промышленные испытания были проведены на ТПА-80 ОАО «СинТЗ». Результаты исследования, полученные в ходе математического моделирования близки к результатам промышленных испытаний.
Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается сходимостью расчетных данных с результатами промышленных и лабораторных экспериментов.
Результаты диссертационной работы использованы при разработке технологического задания на реконструкцию оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА-80 ОАО «СинТЗ» и при модернизации лабораторного трехвалкового стана кафедры «Обработка металлов давлением» УрФУ.
Апробация работы. Основные положения диссертации и ее отдельные результаты доложены и обсуждены на: IX Конгрессе прокатчиков (г. Череповец, 2013); XIV Международной научной конференции «Новые технологии и достижения в металлургии и материаловедении», (г. Ченстохова, 2013); X Международной научно-практической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (г. Санкт-Петербург, 2013); VI международной молодежной научно-практической конференции «Инновационные технологии в металлургии и машиностроении. Уральская научно-педагогическая школа имени профессора А.Ф. Головина» (г. Екатеринбург, 2012); XVIII Международной промышленной выставке «Металл- ЭКСПО»(г. Москва, 2012).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах, из них 2 статьи - в рецензируемых научных журналах, рекомендованных ВАК, подготовлена заявка на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, изложена на 122 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок, 8 таблиц, библиографический список из 42 источника, включая зарубежные публикации.
В результате выполненной диссертационной работы достигнута поставленная цель и получены следующие результаты:
1. Разработан новый способ обжатия непрерывно-литой заготовки в трехвалковом стане винтовой прокатки, основанный на совмещении процессов профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном стане.
2. Изучено формоизменение конца заготовки при прокатке в трехвалковом обжимном и прошивном станах. Согласно данным, полученным в ходе промышленного исследования и при моделировании в программе ВеТогт-ЗО, наименьшие значения глубины утяжины имеют место при обжатии заготовки с усеченным конусом длиной Ь=70 мм. При этой же форме заднего конца заготовки толщина кольцевого отслоения имеет наибольшее значение, равное 4,7 мм. Такая толщина кольцевого отслоения позволяет предотвратить его обрыв и уменьшить объем брака по вмятинам.
3. В ходе физического и математического моделирования процесса профилирования конца заготовки изучено формоизменение заготовки и получены следующие выводы:
- с увеличением скорости профилирования происходит уменьшение глубины утяжины. При большой скорости профилирования (деформация за 0,1 с) происходит отслоение металла на поверхности заготовки;
- разработана рациональная калибровка бойков и режимы деформации, обеспечивающие формирование на заднем конце заготовки усеченного конуса длиной 70 мм без утяжины.
4. Проведено моделирование процесса профилирования конца заготовки с охлажденным наружным слоем. Установлено, что охлаждение наружного слоя на конце заготовки перед профилированием позволяет существенно уменьшить глубину утяжины. В связи с этим при выполнении рабочего проекта реконструкции входной стороны трехвалкового обжимного стана необходимо предусмотреть установку спреера.
5. Разработан рабочий проект устройства для физического моделирования процесса профилирования конца заготовки. Разработаны чертежи бойков, втулки для крепления бойков, нажимного устройства, стакана для крепления образцов, а также устройства для прессования образцов. В ходе физического моделирования найдена калибровка бойков, обеспечивающая формирование на конце заготовки усеченного длиной 24 мм, что соответствует длине 72 мм при учете масштаба моделирования 1:3.
6. Разработаны чертежи эскизного проекта реконструкции оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА-80 ОАО «СинТЗ»: вталкиватель новой конструкции; желоба новой конструкции; входная проводка новой конструкции.
Таким образом, в диссертации представлены теоретические, технологические и технические разработки по совершенствованию процесса обжатия непрерывно-литой заготовки, что имеет существенное значение для развития технологии производства горячекатаных труб.
1. Разработан новый способ обжатия непрерывно-литой заготовки в трехвалковом стане винтовой прокатки, основанный на совмещении процессов профилирования заднего конца заготовки в виде усеченного конуса и прокатки в трехвалковом обжимном стане.
2. Изучено формоизменение конца заготовки при прокатке в трехвалковом обжимном и прошивном станах. Согласно данным, полученным в ходе промышленного исследования и при моделировании в программе ВеТогт-ЗО, наименьшие значения глубины утяжины имеют место при обжатии заготовки с усеченным конусом длиной Ь=70 мм. При этой же форме заднего конца заготовки толщина кольцевого отслоения имеет наибольшее значение, равное 4,7 мм. Такая толщина кольцевого отслоения позволяет предотвратить его обрыв и уменьшить объем брака по вмятинам.
3. В ходе физического и математического моделирования процесса профилирования конца заготовки изучено формоизменение заготовки и получены следующие выводы:
- с увеличением скорости профилирования происходит уменьшение глубины утяжины. При большой скорости профилирования (деформация за 0,1 с) происходит отслоение металла на поверхности заготовки;
- разработана рациональная калибровка бойков и режимы деформации, обеспечивающие формирование на заднем конце заготовки усеченного конуса длиной 70 мм без утяжины.
4. Проведено моделирование процесса профилирования конца заготовки с охлажденным наружным слоем. Установлено, что охлаждение наружного слоя на конце заготовки перед профилированием позволяет существенно уменьшить глубину утяжины. В связи с этим при выполнении рабочего проекта реконструкции входной стороны трехвалкового обжимного стана необходимо предусмотреть установку спреера.
5. Разработан рабочий проект устройства для физического моделирования процесса профилирования конца заготовки. Разработаны чертежи бойков, втулки для крепления бойков, нажимного устройства, стакана для крепления образцов, а также устройства для прессования образцов. В ходе физического моделирования найдена калибровка бойков, обеспечивающая формирование на конце заготовки усеченного длиной 24 мм, что соответствует длине 72 мм при учете масштаба моделирования 1:3.
6. Разработаны чертежи эскизного проекта реконструкции оборудования входной стороны трехвалкового обжимного стана ТПА-80 ОАО «СинТЗ»: вталкиватель новой конструкции; желоба новой конструкции; входная проводка новой конструкции.
Таким образом, в диссертации представлены теоретические, технологические и технические разработки по совершенствованию процесса обжатия непрерывно-литой заготовки, что имеет существенное значение для развития технологии производства горячекатаных труб.
Подобные работы
- РАЗРАБОТКА, ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННЫХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ ИЗ НЕПРЕРЫВНО-ЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ
Авторефераты (РГБ), металлургия. Язык работы: Русский. Цена: 250 р. Год сдачи: 2011 - Исследование влияния углерода на центральную химическую и структурную неоднородность и комплекс свойств низколегированных трубных сталей
Диссертации (РГБ), технология конструкционных материалов. Язык работы: Русский. Цена: 500 р. Год сдачи: 2003