Помощь студентам в учебе
Технология производства горячекатаных бесшовных нефтегазопроводных труб из 13ХФА
|
Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ПРОИЗВОДСТВО НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ 9
1.1 Технологический процесс производства трубной заготовки 10
1.2 Выплавка стали в электропечи 10
1.3 Непрерывная разливка стали на МНЛЗ 14
2 ПРОИЗВОДСТВО БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ 16
2.1 Технологический процесс на ТПА-140 16
2.2 Раскрой штанг на мерные заготовки 18
2.3 Нагрев заготовок в кольцевой печи 19
2.4 Прошивка заготовок в полые гильзы 22
2.5 Прокатка гильзы в трубу 24
2.6 Обкатка труб на обкатном стане 26
2.7 Калибровка труб на калибровочном стане 28
2.8 Правка труб на правильной машине 29
2.9 Резка и торцовка труб плазменной резкой 31
3 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРУБ ДИАМЕТРОМ 273... 426 ММ 33
3.1 Этапы изготовления горячекатаных бесшовных труб 33
3.2 Нагрев и прошивка заготовок в гильзы 33
3.3 Прокатка гильз на пилигримовом стане 37
4.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАЛИ 13ХФА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ 41
4.1 Химический состав и свойства стали 13ХФА 41
4.2 Легирующие элементы стали 13ХФА 42
4.3 Требования, предъявляемые к изделиям и их контроль 44
5 ТЕРМООБРАБОТКА ТРУБ 47
5.1 Условия термообработки горячедеформированных труб 47
5.2 Закалка из межкритического интервала температур 51
5.3 Тепловой баланс индуктора-нагревателя 54
6 ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
ВВЕДЕНИЕ 6
1 ПРОИЗВОДСТВО НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ 9
1.1 Технологический процесс производства трубной заготовки 10
1.2 Выплавка стали в электропечи 10
1.3 Непрерывная разливка стали на МНЛЗ 14
2 ПРОИЗВОДСТВО БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ 16
2.1 Технологический процесс на ТПА-140 16
2.2 Раскрой штанг на мерные заготовки 18
2.3 Нагрев заготовок в кольцевой печи 19
2.4 Прошивка заготовок в полые гильзы 22
2.5 Прокатка гильзы в трубу 24
2.6 Обкатка труб на обкатном стане 26
2.7 Калибровка труб на калибровочном стане 28
2.8 Правка труб на правильной машине 29
2.9 Резка и торцовка труб плазменной резкой 31
3 ИЗГОТОВЛЕНИЕ ТРУБ ДИАМЕТРОМ 273... 426 ММ 33
3.1 Этапы изготовления горячекатаных бесшовных труб 33
3.2 Нагрев и прошивка заготовок в гильзы 33
3.3 Прокатка гильз на пилигримовом стане 37
4.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТАЛИ 13ХФА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ 41
4.1 Химический состав и свойства стали 13ХФА 41
4.2 Легирующие элементы стали 13ХФА 42
4.3 Требования, предъявляемые к изделиям и их контроль 44
5 ТЕРМООБРАБОТКА ТРУБ 47
5.1 Условия термообработки горячедеформированных труб 47
5.2 Закалка из межкритического интервала температур 51
5.3 Тепловой баланс индуктора-нагревателя 54
6 ОХРАНА ТРУДА И ПРОМЫШЛЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ 58
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 64
Стремительный рост темпов машиностроения, энергетики, добывающей промышленности и транспорта, системы городского хозяйства приводит к увеличению потребности в прочных и легких трубах, технологичных при установке в производственных установках и возведении трубопроводов [1].
Первым способом изготовления бесшовных труб считается сверление стальных прутков.
Выпуск бесшовных труб пришелся на 1911 год, когда на Екатеринославском металлургическом заводе был установлен стан Фассля. В дальнейшем трубопрокатными станами были оснащены Нижнеднепровский, Брянский и Ижорский заводы. В 1913 году Российскими предприятиями было выпущено 67 тыс. тонн стальных труб, из них 55 тыс. тонн сварных и 12 тыс. тонн бесшовных.
Сегодня заводы трубной промышленности оборудованы агрегатами и станами, способными выпускать трубы диаметром от 0,3 до 2520 мм с толщиной стенки от 0,1 до 100 мм и выше из сталей и сплавов различных марок, соответствующих отечественным и мировым стандартам. Большой ассортимент труб обусловил возникновение целого ряда технологий изготовления, агрегатов и станов, на которых он реализуется, притом, что выбор наиболее рентабельной технологии основывается на требованиях к размерам и других нестандартных требованиях, предъявляемых к трубам. В частности, при производстве колец подшипников качения применяются только бесшовные трубы, потому что при работе тел качения (шаров, роликов) происходит миллионно кратное воздействие переменной нагрузки на дорожки качения колец. Отдельные участки всех этих поверхностей должны быть с одинаковыми физико-механическими свойствами. В связи с этим выбор способа изготовления основывается на условиях, что получаемые трубы должны быть бесшовными, из легированных высокопрочных сталей и с жесткими допусками на размеры.
Трубы по технологии изготовления делятся на бесшовные, сварные, паяные, литые. Притом, литые достаточно ограничены в использовании.
Бесшовные трубы, в свое время, делятся на горячекатаные, холоднокатаные, холоднотянутые, прессованные.
Горячедеформированные трубы получают разнообразными способами горячей прокатки (горячекатаные) или прессования (горячепрессованные) из катаной, литой или кованой заготовки [2].
Бесшовные горячедеформированные трубы производятся в диаметральном диапазоне от 16 до 630 мм, а в некоторых случаях, применение способов расширения винтовой прокаткой или волочением, а также прессования на особо мощных прессах позволяет получить диаметр до 1200 мм и толщину стенки 1,5.. .50 мм и более.
Горячедеформированные трубы применяются в трубопроводах различного назначения, например нефтепроводов; при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, например бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы с нарезанной резьбой на концах для соединения их с помощью муфт или ниппелей, в энергетическом, химическом, транспортном и других областях машиностроения (как конструкционные или заготовки для изготовления полых деталей резанием, штамповкой или другими методами), в строительстве, для изготовления сосудов и баллонов.
Существуют семь способов горячей прокатки горячедеформированных труб, а также прессование. Каждый способ горячей прокатки состоит из трех основных операций обработки давлением: прошивка сплошной заготовки в толстостенную гильзу, раскатка гильзы в черновую трубу, калибрование или редуцирование черновой трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки.
Технология изготовления бесшовных труб и полых заготовок включает операции, совершаемые при формоизменении заготовки до получения готовой трубы с заданными техническими характеристиками.
Современные цехи оснащены комплексом технологического оборудования, который состоит из участков складирования; контроля и подготовки исходного металла; горячей (или холодной) деформации; черновой отделки; промежуточного контроля; ремонта и отделки готовой продукции, организованные по способам отделки, а также по видам обработки - термической, химической и механической, складирования и отгрузки готовых изделий [1].
Термическая обработка распространена в трубном производстве для улучшения пластических свойств и механических характеристик металла труб, а также для снятия напряжений, возникающих при холодной деформации заготовок. Термическая обработка проводится на воздухе, в газообразной смеси продуктов сгорания в печи, в безокислительных и восстановительных защитных средах (азот, водород, смеси газов) с применением преимущественно печей проходного типа: роликовых, секционных, муфельных конвейерных.
Первым способом изготовления бесшовных труб считается сверление стальных прутков.
Выпуск бесшовных труб пришелся на 1911 год, когда на Екатеринославском металлургическом заводе был установлен стан Фассля. В дальнейшем трубопрокатными станами были оснащены Нижнеднепровский, Брянский и Ижорский заводы. В 1913 году Российскими предприятиями было выпущено 67 тыс. тонн стальных труб, из них 55 тыс. тонн сварных и 12 тыс. тонн бесшовных.
Сегодня заводы трубной промышленности оборудованы агрегатами и станами, способными выпускать трубы диаметром от 0,3 до 2520 мм с толщиной стенки от 0,1 до 100 мм и выше из сталей и сплавов различных марок, соответствующих отечественным и мировым стандартам. Большой ассортимент труб обусловил возникновение целого ряда технологий изготовления, агрегатов и станов, на которых он реализуется, притом, что выбор наиболее рентабельной технологии основывается на требованиях к размерам и других нестандартных требованиях, предъявляемых к трубам. В частности, при производстве колец подшипников качения применяются только бесшовные трубы, потому что при работе тел качения (шаров, роликов) происходит миллионно кратное воздействие переменной нагрузки на дорожки качения колец. Отдельные участки всех этих поверхностей должны быть с одинаковыми физико-механическими свойствами. В связи с этим выбор способа изготовления основывается на условиях, что получаемые трубы должны быть бесшовными, из легированных высокопрочных сталей и с жесткими допусками на размеры.
Трубы по технологии изготовления делятся на бесшовные, сварные, паяные, литые. Притом, литые достаточно ограничены в использовании.
Бесшовные трубы, в свое время, делятся на горячекатаные, холоднокатаные, холоднотянутые, прессованные.
Горячедеформированные трубы получают разнообразными способами горячей прокатки (горячекатаные) или прессования (горячепрессованные) из катаной, литой или кованой заготовки [2].
Бесшовные горячедеформированные трубы производятся в диаметральном диапазоне от 16 до 630 мм, а в некоторых случаях, применение способов расширения винтовой прокаткой или волочением, а также прессования на особо мощных прессах позволяет получить диаметр до 1200 мм и толщину стенки 1,5.. .50 мм и более.
Горячедеформированные трубы применяются в трубопроводах различного назначения, например нефтепроводов; при бурении и эксплуатации нефтяных и газовых скважин, например бурильные, обсадные и насосно-компрессорные трубы с нарезанной резьбой на концах для соединения их с помощью муфт или ниппелей, в энергетическом, химическом, транспортном и других областях машиностроения (как конструкционные или заготовки для изготовления полых деталей резанием, штамповкой или другими методами), в строительстве, для изготовления сосудов и баллонов.
Существуют семь способов горячей прокатки горячедеформированных труб, а также прессование. Каждый способ горячей прокатки состоит из трех основных операций обработки давлением: прошивка сплошной заготовки в толстостенную гильзу, раскатка гильзы в черновую трубу, калибрование или редуцирование черновой трубы в готовую с окончательными размерами по диаметру и толщине стенки.
Технология изготовления бесшовных труб и полых заготовок включает операции, совершаемые при формоизменении заготовки до получения готовой трубы с заданными техническими характеристиками.
Современные цехи оснащены комплексом технологического оборудования, который состоит из участков складирования; контроля и подготовки исходного металла; горячей (или холодной) деформации; черновой отделки; промежуточного контроля; ремонта и отделки готовой продукции, организованные по способам отделки, а также по видам обработки - термической, химической и механической, складирования и отгрузки готовых изделий [1].
Термическая обработка распространена в трубном производстве для улучшения пластических свойств и механических характеристик металла труб, а также для снятия напряжений, возникающих при холодной деформации заготовок. Термическая обработка проводится на воздухе, в газообразной смеси продуктов сгорания в печи, в безокислительных и восстановительных защитных средах (азот, водород, смеси газов) с применением преимущественно печей проходного типа: роликовых, секционных, муфельных конвейерных.
В первой главе работы рассмотрен процесс производства трубной заготовки на машине непрерывного литья. Машины непрерывного литья заготовок предназначены для придания геометрической формы охлаждаемому металлу и обеспечивают высокое качество заготовок за счет определенных условий охлаждения и затвердевания стали.
Выплавка стали 13ХФА осуществляется в 120 т дуговой электропечи с эркерным выпуском с последующей внепечной обработкой в ковше. Электропечи позволяют снижать количество серы и фосфора, неметаллических включений, плавно и точно регулировать температуру и химический состав стали, наиболее полно раскислять сталь. Эркер необходим для легкого отделения окислительного шлака от металла. Целью внепечной обработки стали в ковше является рафинирование металла от вредных примесей, выравнивание температуры и химического состава стали.
Во второй главе описан процесс изготовления бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатном агрегате ТПА-140 с автомат- станом. Сущность процесса заключается в изготовлении горячекатаной трубы из нагретой до высокой температуры заготовки прокаткой. Эти агрегаты обладают высокой производительностью, универсальностью и маневренностью.
В третьей главе работы рассмотрен процесс производства бесшовных горячедеформированных труб диаметром 273...426 мм на базе ПАО ЧТПЗ. Применение пилигримового стана в процессе обусловлено возможностью получения на нем бесшовных горячекатаных труб большой длины с широким диапазоном толщины стенки, а также необходимостью изготовления трубы с диаметром 426 мм, что возможно только на пилигримовом стане.
В четвертой главе работы дана общая характеристика стали 13ХФА, области ее применения и свойства, обеспечивающие ее применение при изготовлении труб для нефтегазовой отрасли. Эти трубы отличаются особой прочностью и герметичностью, длительностью использования, устойчивостью к температурным перепадам и коррозионной стойкостью.
В пятой главе описан процесс термообработки бесшовных горячекатаных труб, обеспечивающей получение качественных труб требуемой прочности, которое достигается выборов правильных режимов и условий ее проведения. Для бесшовных горячедеформированных труб из стали 13ХФА целесообразно термическое упрочнение труб, состоящее из нагрева в аустенитную область, изотермической выдержки, закалки в воде и дальнейшего отпуска. Термообработка проводится в проходных индукционных печах в составе индукционной установки, т. к. эти печи имеют высокие скорости нагрева, возможность образования более мелкого зерна аустенита. Оценкой эффективности работы индукционной установки является тепловой баланс основного элемента печи - индуктора-нагревателя, который состоит из приходной части в виде подводимой к нему мощности и расходной в виде расхода мощности на нагрев металла и прочих тепловых потерь. При расчете приходная и расходная части баланса равны, что подтверждает правильность расчетов. Также проведен расчет КПД индуктора, который равен 51 %, что является приемлемым.
В разделе охраны труда и промышленной безопасности приведены основные опасные и вредные производственные факторы прокатного производства: движущиеся машины и механизмы, вредные выделения в воздухе рабочей зоны, тепловые и электромагнитные излучения, повышенный уровень шума и вибрации, опасность поражения электрическим током. Описаны профилактические меры и мероприятия по обеспечению безопасности и улучшению условий труда, соблюдение которых направлено на сохранение здоровья работающих и поддержание благоприятного микроклимата в цехе.
Выплавка стали 13ХФА осуществляется в 120 т дуговой электропечи с эркерным выпуском с последующей внепечной обработкой в ковше. Электропечи позволяют снижать количество серы и фосфора, неметаллических включений, плавно и точно регулировать температуру и химический состав стали, наиболее полно раскислять сталь. Эркер необходим для легкого отделения окислительного шлака от металла. Целью внепечной обработки стали в ковше является рафинирование металла от вредных примесей, выравнивание температуры и химического состава стали.
Во второй главе описан процесс изготовления бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатном агрегате ТПА-140 с автомат- станом. Сущность процесса заключается в изготовлении горячекатаной трубы из нагретой до высокой температуры заготовки прокаткой. Эти агрегаты обладают высокой производительностью, универсальностью и маневренностью.
В третьей главе работы рассмотрен процесс производства бесшовных горячедеформированных труб диаметром 273...426 мм на базе ПАО ЧТПЗ. Применение пилигримового стана в процессе обусловлено возможностью получения на нем бесшовных горячекатаных труб большой длины с широким диапазоном толщины стенки, а также необходимостью изготовления трубы с диаметром 426 мм, что возможно только на пилигримовом стане.
В четвертой главе работы дана общая характеристика стали 13ХФА, области ее применения и свойства, обеспечивающие ее применение при изготовлении труб для нефтегазовой отрасли. Эти трубы отличаются особой прочностью и герметичностью, длительностью использования, устойчивостью к температурным перепадам и коррозионной стойкостью.
В пятой главе описан процесс термообработки бесшовных горячекатаных труб, обеспечивающей получение качественных труб требуемой прочности, которое достигается выборов правильных режимов и условий ее проведения. Для бесшовных горячедеформированных труб из стали 13ХФА целесообразно термическое упрочнение труб, состоящее из нагрева в аустенитную область, изотермической выдержки, закалки в воде и дальнейшего отпуска. Термообработка проводится в проходных индукционных печах в составе индукционной установки, т. к. эти печи имеют высокие скорости нагрева, возможность образования более мелкого зерна аустенита. Оценкой эффективности работы индукционной установки является тепловой баланс основного элемента печи - индуктора-нагревателя, который состоит из приходной части в виде подводимой к нему мощности и расходной в виде расхода мощности на нагрев металла и прочих тепловых потерь. При расчете приходная и расходная части баланса равны, что подтверждает правильность расчетов. Также проведен расчет КПД индуктора, который равен 51 %, что является приемлемым.
В разделе охраны труда и промышленной безопасности приведены основные опасные и вредные производственные факторы прокатного производства: движущиеся машины и механизмы, вредные выделения в воздухе рабочей зоны, тепловые и электромагнитные излучения, повышенный уровень шума и вибрации, опасность поражения электрическим током. Описаны профилактические меры и мероприятия по обеспечению безопасности и улучшению условий труда, соблюдение которых направлено на сохранение здоровья работающих и поддержание благоприятного микроклимата в цехе.
