CC BY
97
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кузьменко, В. М. Анализ современных методов искусственного интеллекта применительно к задачам календарного планирования единичного производства / В. М. Кузьменко, С. Таран // В. В1СНИК ДонбаськоТ державноТ машинобудтноУ академп. - 2006. -№ 1Е (6). -С. 38.
2. Люггер, Дж. Ф. Искусственный интеллект. Стратегии и методы решения сложных проблем / Дж. Ф. Люггер. - 4-е изд. - М.: Вильяме, 2005. - 864 с.
3. Штовба, С. Д. Муравьиные алгоритмы / С. Д. Штовба // Exponenta Pro. Математика в приложениях: науч.-практ. журн. - 2003. - № 4. - С. 70-75.
Кабаков Зотей Константинович - доктор технических наук, профессор кафедры металлургических технологий Череповецкого государственного университета, академик РАЕ. Тел.: 8 (8202) 51-82-32.
Чирихин Валерий Федорович - кандидат технических наук, профессор кафедры металлургических технологий Череповецкого государственного университета. Тел.: 8(8202)55-21-84.
Храмешин Дмитрий Викторович - ведущий специалист отдела имитации и моделирования центра исследовательских лабораторий ОМК.
Тел.: 8-916-995-82-28; 8-831-773-44-84, e-mail: [email protected]
Kabakov, Zotey Konstantinovich - Doctor of Science (Technology), Professor, Head of the Metallurgical Technologies Department, Cherepovets State University. Tel.: 8 (8202) 51-82-32.
Chirikhin, Valeriy Fyodorovich - Candidate of Science (Technology), Professor, Metallurgical Technologies Department, Cherepovets State University. Tel.: 8 (8202) 55-21-84.
Khrameshin, Dmitriy Victorovich - Senior specialist, Department of Simulation and Modeling, Center of Research Laboratories, United Metallurgical Company.
Tel.: 8-916-995-82-28; 8-831-773-44-84, e-mail: [email protected]
УДК 621.791.05
В. В. Шестаков, А. В. Колобов, М. С. Селезнев, А. И. Жуков, А. И. Виноградов
ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОСВАРНЫХ ПРЯМОШОВНЫХ ТРУБ КРУГЛОГО И ПРОФИЛЬНОГО СОРТАМЕНТА НА ТРУБОЭЛЕКТРОСВАРОЧНОМ АГРЕГАТЕ 127-426 ЗАО «СЕВЕРСТАЛЬ ТПЗ-ШЕКСНА»
V. V. Shestakov, А. V. Kolobov, M. S. Seleznev, A. I. Zhukov, A. I. Vinogradov
PRODUCTION OF ELECTRIC-WELDED STRAIGHT-LINE-SEAM PIPES OF ROUND AND SHAPED ASSORTMENT ON TESA 127-426 AT SEVERSTAL TPZ-SHEKSNA
Представлено новое уникальное производство компании ЗАО «Северсталь трубопрофильный завод - Шексна» («Северсталь ТПЗ - Шексна»), предназначенное для изготовления электросварных прямошовных труб круглого и профильного сечений. Основное оборудование предприятия - трубоэлектросварочный агрегат (ТЭСА) 127-426 характеризуется высоким уровнем автоматизации и уникальным составом технологического оборудования, позволяющим обеспечить высокую тех-
о X
H
О
1.02 1
0.98 0.96 0.94 0.92 0.9
1 23456789 10
Номер цикла алгоритма
Изменение относительной величины затрат в зависимости от цикла: ■ -ручное планирование; А - работа муравьиного алгоритма
нологическую гибкость, уникальные свойства продукта и высокое его качество. При формовке трубной заготовки на трубо-электросварочном стане применяется уникальный метод раздельной двухбалочной линейной формовки, который существенно улучшает процесс формообразования трубы, снижает затраты времени на перевалку и обеспечивает высочайшую производительность агрегата.
Трубоэлектросварочный агрегат, круглая и профильная трубы, формовка полосы, автоматизация производства, технологическая гибкость.
The paper presents a new unique production at SEVERSTAL TPZ - SHEKSNA designed for manufacturing electric-welded straight-line-seam pipes of round and shaped section. The main equipment - electric-welded pipe plant (TESA) 127-426 - is characterized by high level of automation and unique technological configuration; it allows the company to provide high technological flexibility, unique product properties and high quality. During molding of hollow billet at the electric-welded pipe plant a unique method of separate double-beam line forming is used, which considerably improves pipe shaping process, reduces time for roll change and provides supreme productivity.
Electric-welded pipe plant, round and shaped pipe, strip forming, automation of production, technological flexibility.
ЗАО «Северсталь ТПЗ - Шексна» - новое предприятие, ориентированное на производство стальных труб широкого сортамента, расположено на территории индустриального парка «Шексна» в Шекснинском районе Вологодской области. Это уникальное по составу оборудования и возможностям исполнения заказов производство, способное изготавливать высокотехнологический и конкурентоспособный продукт с высокой добавленной стоимостью.
Продукция предприятия предназначена в основном для изготовления различных металлоконструкций строительного назначения. Металлоконструкции, изготовленные из профильных труб, надежны, долговечны и экономичны. Профильные трубы из-за особенностей поперечного сечения более удобны при строительстве. Масса конструкций из профиля на 25-30 % меньше, чем масса равнопрочных конструкций, изготовленных из традиционных горячекатаных профилей. Кроме того, поверхность элементов конструкций из профильных труб на 30-40 % меньше, чем поверхность подобных конструкций из других видов проката.
В состав основного технологического оборудования ЗАО «Северсталь ТПЗ - Шексна» входят трубоэлектросварочный агрегат (ТЭСА) 127-426 фирмы «SMS Meer» (Германия) и агрегат продольной резки (АПР) 2000x3,0-16,0 фирмы «FIMI» (Италия).
ТЭСА 127-426 предназначен для производства электросварных прямошовных труб круглого и профильного сечений. Исходным материалом для линии трубоэлектросварочного агрегата является порезанный на полосы горячекатаный штрипс в ру-
лонах с толщиной полосы от 3 до 16 мм и шириной - от 340 до 1340 мм. Трубы круглого сечения выпускаются с наружным диаметром от 127 до 426 мм, квадратные профили - с размерами сторон от 100 х 100 до 300 х 300 мм, а также прямоугольные профили - размерами от 120 х 80 до 400 х 200 мм с толщиной стенки от 3 до 16 мм. Производимая на ТЭСА 127-426 продукция соответствует требованиям стандартов: ГОСТ 30245-2003, ГОСТ 8639-82, ГОСТ 8645-68, ГОСТ 25577-83, EN 10219.
Прочностные характеристики круглых и профильных труб, производимых на ТЭСА 127-426, приведены в таблице.
Максимальный предел текучести труб и профилей, производимых на ТЭСА 127-426, МПа
Форма трубы Толщина стенки, мм
3-7 8-11 12-13 14-16
Круглые трубы 550 550 550 460
Профильные трубы 550 500 450 375
Оборудование агрегата состоит из нескольких участков: участок подготовки полосы, участок накопления полосы, трубосварочный стан, калибровочный стан, летучая пила, линия отделки для конструкционных видов труб.
Агрегат характеризуется высоким уровнем автоматизации и отличается от подобных станов [1,2] рядом существенных преимуществ.
Одной из особенностей оборудования является наличие в составе сдвоенного разматывателя, установленного на участке подготовки полосы и позволяющего производить размотку рулонов штри-пса весом до 32 т.
Сдвоенный разматыватель состоит из двух разматывателей и предназначен для размотки рулонов с регулируемым натяжением сходящей полосы. Центровка обоих разматывателей производится одновременно специальной гидравлической системой при помощи автоматического устройства центровки, при этом направление размотки может осуществляться в двух направлениях.
Далее по ходу движения полосы расположена комбинированная правильно-тянущая машина, включающая в себя клеть с двумя тянущими роликами, правильную машину с пятью правильными роликами и центрирующие ролики.
Тянущие ролики удерживают конец полосы в натянутом состоянии после ее схода с разматыва-теля. Кроме того, тянущие ролики используются при первичной заправке накопителя полосы. Особенностью комбинированной правильно-тянущей машины является наличие в ней центрирующих роликов, которые позиционируют начало полосы в комбинированной правильно-тянущей машине и вместе с дополнительными центрирующими ро-
1 4
ликами на входе стола стыковой сварки компенсируют серповидность полосы.
Далее располагается машина для стыковой сварки заднего конца задаваемой полосы и переднего конца полосы, находящейся в разматывателе. Процесс сварки осуществляется двумя сварочными головками, движущимися на встречу друг другу. Отличительной особенностью ТЭСА 127-426 является применение после сварочного узла центрирующих роликов и вспомогательных тянущих роликов, используемых для выравнивания полосы по центру агрегата и обеспечивающих равномерную подачу полосы в спиральный накопитель.
Непрерывность работы линии сварки труб обеспечивается за счет горизонтального спирального накопителя полосы (рис. 1), установленного на участке накопления полосы.
Направляющая полосы 1 предназначена для выравнивания полосы при входе на участок накопления полосы. С помощью кантователей 2 полоса поворачивается из горизонтального положения в вертикальное и затем, при помощи входного блока
Направление движения полосы
Рис. 1. Горизонтальный спиральный накопитель полосы: 1 - направляющая полосы; 2 - кантователи полосы; 3 - тянущие ролики спирального накопителя; 4 - спиральный накопитель
тянущих приводных роликов 3, полоса вводится в спиральный накопитель 4. Спиральный накопитель набирает количество полосы, необходимое для поддержания непрерывного режима работы во время процесса соединения предыдущего и последующего рулонов штрипса. Поступившая полоса перемещается по спиральному накопителю с помощью приводных роликов, а трубосварочная машина, расположенная далее, стягивает ее. На выходе из спирального накопителя находятся кантователи полосы для поворачивания ее снова в горизонтальное положение. После окончания процесса сварки полоса вводится в спиральный накопитель со скоростью заполнения, которая больше скорости работы стана. Это позволяет периодически заполнять спиральный накопитель.
Далее полоса поступает в формовочную линию трубосварочного стана, в которой выделяются участки открытой, линейной и закрытой формовки.
На ТЭСА 127-426 используется уникальная укороченная система открытой формовки полосы, включающая в себя клети с индивидуальными приводами.
Первая ступень деформации полосы выполняется в приводной черновой гибочной клети № 1. За черновой гибочной клетью № 1 находится кромкоподгибочная клеть, на которой происходит подгибка кромки полосы с обеих сторон верхним и нижним гибочными валками. Для компенсации разницы в высоте с черновыми гибочными клетями, клеть подгибки кромок имеет механизм регулирования положения полосы по высоте. Кроме того, для обеспечения точной подгибки кромок и обеспечения беспрепятственного прохождения стыкового шва, нижние гибочные валки снабжены гидрокомпенсаторами. За кромкоподгибочной клетью находится черновая гибочная клеть № 2.
Существенным шагом в совершенствовании процесса формообразования трубной заготовки на станах с непрерывной валковой формовкой стало применение фирмой SMS Meer (Германия) метода раздельной двубалочной линейной формовки, позволяющего значительно уменьшить продольную деформацию кромок полосы за счет отсутствия участка распружинения в межклетьевом пространстве, а также сократить количество формующих валков для всего сортамента стана и время, затраченное на его перевалку.
В настоящее время в России профильные тру-
бы для строительных конструкций производят на трубоэлектросварочных агрегатах с традиционной схемой формообразования (система открытых и закрытых калибров) [3]. Такое производство характеризуется большими габаритами валков и многочисленным парком технологического инструмента, что не позволяет значительно сократить длительность процессов перевалки и настройки стана при переходе с размера на размер, а также добиться высокого уровня повторяемости настройки линии.
Раздельная двухбалочная линейная формовка обеспечивает независимость поворота друг от друга двух боковых балок, что позволяет достичь оптимальной адаптации валков к подогнутым кромкам полосы.
Применение на стане ТЭСА 127-426 метода раздельной двухбалочной линейной формовки трубной заготовки позволяет реализовать процесс непрерывного формообразования полосы в системе перестраиваемых участков неразрывного (монотонного) очага деформации путем позиционирования технологического инструмента по заданной программе.
Линейная формовка осуществляется на двух участках. Каждый из них имеет две наружные боковые роликовые балки, оснащенные рядом валков, обеспечивающих укороченные участки формовки. Боковые роликовые балки могут настраиваться по горизонтали и вертикали, в зависимости от требуемой геометрии формовки. Кроме того, для достижения высокой степени адаптации к загнутой кромке полосы, боковые роликовые балки имеют поворотную опору и могут поворачиваться при помощи электродвигателя. Между двумя наружными боковыми роликовыми балками расположен узел крепления и перемещения внутреннего формовочного инструмента. Кроме того, боковые роликовые балки имеют два нижних опорных ролика, а также траверсу с роликами на выходе.
Нижние валки рассчитаны только на малые усилия и принимают минимальное участие в формовании трубы.
Возникающие на участке клетей открытой формовки отдельные значительные деформационные скачки распружинения сглаживаются с помощью большого числа неприводных роликов малого диаметра. Таким образом, полоса протягивается через участок формовки со скоростью, соответствующей линейной скорости валков на этом участке.
верхних валковых сборов осуществляется с помощью электрических и гидравлических приводов. С помощью приводов боковые балки и верхние валковые сборы перемещаются в требуемое положение, которое контролируется с помощью датчиков. Сигналы с датчиков поступают в программу быстрой настройки инструмента и на систему визуализации центрального пульта управления. В программе имеется база данных, набранная опытным путем в результате эксплуатации подобного оборудования. При переходе с типоразмера на типоразмер либо с толщины на толщину программа использует оптимальные настройки, имеющиеся в базе данных. В дальнейшем база данных настроечной программы будет дополняться более актуальными настроечными параметрами для данного оборудования. Этим достигается высокая гибкость настройки при формовке труб, а также значительное сокращение времени настройки стана на профиль.
Значительное сокращение времени перевалки стана достигается благодаря применению новой системы быстрой смены инструмента (Quick Change System) (рис. 3).
Для облегчения процесса перевалки предусмотрены две специальные перевалочные тележки. Тележки перемещаются от клети закрытой формовки до калибратора и обратно, тем самым сокращая работу цехового крана. Клети при перевалке выдвигаются при помощи гидравлических
1 2
2 - перевалочная тележка; 3 - сменная клеть
ТЭСА 127-426 характеризуется высокой степенью автоматизации оборудования. Благодаря системе быстрой настройки (Quicksetting system) достигается воспроизводимое расположение валков независимо от опыта оператора и накопление лучших настроек стана на различный сортамент (рис. 2).
Рис. 2. Интерфейс системы быстрой настройки инструмента (Quicksetting system) на пульте управления ТЭСА 127-426
Оптимизированные настроечные параметры выбираются из постоянно пополняющейся базы данных и передаются на позиционирующую систему. Изменение положения настройки балок,
приспособлений на перевалочную тележку, а клети, подготовленные к завалке, заводятся в стан.
Операции по перевалке верхних и нижних валков и перевалка боковых валков в специальных перевалочных устройствах идут одновременно, что существенно сокращает время перевалки.
Одной из отличительных особенностей технологии и оборудования ТЭСА 127-426 является применение индивидуального привода всех приводных клетей стана. Это позволяет обеспечивать оптимальные кинематические условия скоростного режима формовки при настройке стана, снизить энергозатраты и уменьшить нагрузку на оборудование.
На ТЭСА 127-426 клети закрытой формовки сконструированы в виде 4-валковых клетей (рис. 4) и полностью охватывают трубную заготовку по периметру, что обеспечивает равномерную формовку трубной заготовки.
Рис. 4. Калибр клети закрытой формовки: 1 - вертикальные валки; 2 - горизонтальные валки
Высокочастотная индукционная сварка кромок полосы происходит в 5-валковой сварочной клети при помощи высокочастотного сварочного генератора (ВЧС), в регулируемом диапазоне частот 100-150 Гц. На генераторе применена система управления и сохранения параметров режимов сварки. Ввод технологических параметров (диаметр, толщина стенки и т. д.) осуществляет система ОшскБе«!!^. Сварочная клеть на ТЭСА 127-426
оборудована системами слежения за температурой нагрева кромок и контроля усилий давления металла на валки.
На участке предварительного охлаждения установлено устройство неразрушающего контроля, позволяющее осуществлять бесконтактный контроль продольных и поперечных сечений сварного шва.
В калибровочном стане с помощью четырех-валковых приводных калибровочных клетей с индивидуальными приводами труба калибруется на готовый размер или перепрофилируется в профиль квадратного или прямоугольного сечения.
После линии калибровки и профилирования установлен комбинированный узел клети с бочкообразными валками и универсальной турголовкой. Клеть с бочкообразными валками используется для предотвращения выпуклости широких сторон профилей прямоугольных сечений. Клеть имеет гидравлическую систему уравновешивания. Правка профилей производится на универсальной тур-головке, имеющей два горизонтальных и два вертикальных валка. Настройка правки осуществляется с помощью двух отдельных приводов (одного для горизонтальной и одного для вертикальной настройки) и системы быстрой настройки.
За турголовкой установлена летучая пила для порезки труб на мерные длины при непрерывной работе линии. Летучая пила оснащена системой управления для автоматического режима и работает по принципу «вращающихся пильных дисков».
На участке отделки круглых и фасонных труб располагается автоматическая магнитно-пакетирующая установка, позволяющая штабелировать круглые трубы в шестигранные пакеты и профильные трубы в квадратные или прямоугольные пакеты. Работа установки происходит в автоматическом режиме. После пакетирующей установки находится автоматическая обвязочно-упаковочная машина с двумя независимыми головками. Позиционирование пакета в машине производится при помощи тактовой фотоячейки и датчика угла поворота на первом ролике для пакетов обвязочной машины. Количество обвязок определяется длиной пакета.
Для взвешивания пакетов труб применяется система, на которой при помощи весовых ячеек происходит определение массы пакета. Данные о взвешенном пакете передаются в систему управ-
ления, в которой автоматически формируется бирка на продукцию.
Основными техническими преимуществами нового трубоэлектросварочного агрегата ТЭСА 127-426 являются:
-высокий уровень оборудования головной и хвостовой частей стана, удовлетворяющий самым современным требованиям;
- высокая степень автоматизации всех процессов на стане;
- высокая технологическая гибкость, обеспечивающая широкую производственную программу;
-минимальный уровень остаточных напряжений в полосе из-за специального расположения валков и оси прокатки;
- воспроизводимость положения валков, обеспечиваемая компьютерным управлением, что обусловливает высокую точность настройки стана;
- малое время настройки стана за счет применения компьютерной программы позиционирования валков;
-сокращенное время перевалки стана за счет использования систем быстрой смены инструмен-
та не только обжимных клетей, но и на участке окончательного формования и калибровки;
-высокая производительность стана за счет высокой скорости сварки (до 45 м/мин).
Производственные мощности стана при максимальной загрузке составляют 250 тыс. т труб в год. На планируемые показатели работы завод должен выйти во второй половине 2010 - начале 2011 гг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Осадчий, В. Я. Технология и оборудование трубного производства / В. Я. Осадчий, А. С. Вавилин, В. Г. Зимо-вец, А. П. Коликов. - М.: ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ, 2001. -С. 412—432.
2. Коликов, А. П. Машины и агрегаты трубного производства: учеб. пособие для вузов / А. П. Коликов, В. П. Ро-маненко, С. В. Самксев. - М.: МИСиС, 1998. - С. 265-279.
3. Шевакин, Ю. Ф. Производство труб: учеб. пособие / Ю. Ф. Шевакин, А. П. Коликов, Ю. Н. Райков. - М.: ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ, 2005. - С. 337-347.
Шестаков Виталий Валерьевич - генеральный директор ЗАО «Северсталь ТПЗ-Шексна». Тел.: 8 (8202) 53-28-15.
Колобов Александр Владимирович - кандидат технических наук, технический директор ЗАО «Северсталь ТПЗ-Шексна».
Тел.: 8 (8202) 53-68-58.
Селезнев Михаил Сергеевич - начальник технологического отдела ЗАО «Северсталь ТПЗ-Шексна». Тел.: 8 (8202) 53-68-58.
Жуков Александр Иванович - инженер-технолог ЗАО «Северсталь ТПЗ-Шексна». Тел.: 8 (8202) 53-68-58.
Виноградов Алексей Иванович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой машин и агрегатов металлургических заводов Череповецкого государственного университета. Тел.: 8 (8202) 51-83-05.
Shestakov, Vitaliy Valerievich - General Director, Severstal TPZ-Sheksna Tel.: 8 (8202) 53-28-15.
Kolobov, Alexander Vladimirovich - Candidate of Science (Technology), Technical Director, Severstal TPZ-Sheksna. Tel.: 8 (8202) 53-68-58.
Seleznev, Mikhail Sergeevich - Head of the Technological Department, Severstal TPZ-Sheksna. Tel.: 8 (8202) 53-68-58.
Zhukov, Alexander Ivanovich - Engineer-technologist, Severstal TPZ-Sheksna. Tel.: 8 (8202) 53-68-58.
Vinogradov, Alexey Ivanovich - Candidate of Science (Technology), Head of the Department of Machines and Aggregates in Metallurgical Plants, Cherepovets State University. Tel.: 8 (8202) 51-83-05.
