20 апреля

Быть или не быть пильгерстанам в Украине?

Технология трубопрокатных агрегатов с пилигримовым станом в производстве труб появилась порядка 120 лет назад. Такое оборудование до сих пор используется на украинских трубных предприятиях. Среди экспертов отрасли уже давно идет дискуссия, тема которой является замена «пильгерстанов».Этапы развития трубной промышленностиВ 1885 г. братьями Максом и Рейнхардом Маннесманнами (г.Дюссельдорф, Германия) был получен патент на «Процесс поперечно-винтовой прокатки и соответствующий прокатный цех», а в ночь с 21 на 22 августа 1886 г. в Ремшайде была изготовлена из круглой заготовки первая стальная толстостенная труба.В течение 1886-87 гг. братья Маннесманны уже основали три завода в г.Хомутове (ныне Чехия), г.Боусу (Саар, Германия) и в г.Ландор (Уэльс, Англия). Своим изобретением они открыли пути для развития техники во многих отраслях промышленности. С этого момента собственно началось развитие производства бесшовных труб, мировой трубной промышленности.В 1890 г. Маннесманны ввели в строй в г.Хомутове агрегат с пильгерстаном (пилигримовым, на нем. pilger – паломник, пилигрим), позволившим раскатать короткую толстостенную гильзу в бесшовную трубу. В 1893 г. был сооружен первый пружинный подающий механизм и устройство для извлечения стержня из трубы, что устраняло ручной труд.К 1898 г. завод в г.Хомутове уже располагал тремя прошивными станами и девятью пильгерстанами. Новый способ пилигримовой прокатки труб совершил переворот и нашел применение во всем мире. Так, в бывшем СССР было построено 7 трубопрокатных агрегатов с пилигримовым станом, в т.ч.: в Украине 4 установки (на «Нижнеднепровском трубопрокатном заводе» построено два цеха с двумя станами в каждом из них); в России – 3, по одной установке на трех заводах: Северском, Таганрогском и Челябинском.В 1937 г. вышла монография П.Емельяненко «Пильгерстаны», в которой автор впервые обобщил опыт работы действовавших в СССР пилигримовых установок, привел обширные материалы экспериментальных исследований практически по всем основным параметрам процесса прокатки и конструкции пилигримовых станов, создал основы теории процесса периодической пилигримовой прокатки и расчета основных конструктивных элементов стана.Роль этой работы трудно переоценить в связи с тем, что именно в СССР, пилигримовый способ производства бесшовных труб был признан наиболее целесообразным. Возможность непосредственного использования литого металла вместо катаной или кованой заготовки, прокатка труб большой длины и широкого сортамента (в т.ч. толстостенных), способность производить профильные и фасонные трубы и т.п., и, главное, низкая себестоимость труб и сравнительно небольшие капитальные затраты на оборудование, обусловили широкое внедрение способа пилигримовой прокатки – в 1930-35 гг. были введены в эксплуатацию 4 цеха с пилигримовыми установками.Благодаря исследованиям П.Емельяненко было в короткие сроки освоено производство широкого сортамента бесшовных горячедеформированных труб достаточно высокого качества, осуществляется повышение эффективности работы новых установок с пилигримовыми станами. Результаты многолетних теоретических и практических достижений в этой области нашли отражение в фундаментальной монографии П.Емельяненко «Теория косой и пилигримовой прокатки» (1947), где всесторонне рассмотрены условия деформации и основные элементы процесса пилигримовой прокатки, сопровождаемые конкретными практическими выводами.Следует отметить, что развитие данного направления связано с внедрением нового оборудования, в частности, с совершенствованием новых подающих аппаратов с гидравлическим торможением, с исследованием работы системы «подающий аппарат – пилигримовый стан», с кинематикой процесса, уточнением схемы деформации при периодической прокатке, оптимизацией параметров калибровки пилигримовых валков, предельными условиями осуществления процесса прокатки.Тенденции мировой практикиСейчас трубопрокатные агрегаты (ТПА) с пилигримовыми станами получили широкое распространение во всем мире и в настоящее время на них производят около 18% всего мирового объема бесшовных стальных горячедеформированных труб. Однако требования к трубам нефтяного сортамента с каждым годом растут, особенно по точности. На современном этапе действующие станы не в полной мере их обеспечивают по ряду причин. В первую очередь из-за несовершенства конструкции подающего аппарата, рассогласования системы «подающий аппарат - валки пильгерстана». Эти обстоятельства вынуждают ученых и производителей принимать срочные меры по модернизации оборудования и совершенствованию технологии.На данном этапе развития производства труб сортаментной группы, относящейся к техническим возможностям ТПА с пилигримовыми станами можно отметить две тенденции, а точнее предложены две альтернативные концепции.Первая, заключается в современных подходах к модернизации действующих ТПА с пилигримовыми станами, предусматривающей разработку современных конструкций подающих аппаратов, которая исключает существующие недостатки. Это, в первую очередь, регламентированные подача и кантовка гильзы, а также управляемую систему торможения подающего аппарата при прокатке на пильгерстане. Кроме того, используя достижения современной техники можно предусмотреть программное обеспечение и полную автоматизацию этих ответственных операций. В этом направлении работают ученые и проектировщики фирмы MEER (Германия). Имеем пример применения: в 2004 г. на «Челябинском трубопрокатном заводе» проведена модернизация и установлен подающий аппарат конструкции фирмы MEER (усовершенствованная версия 1995 г.).На этих позициях пока стоит руководство «Нижнеднепровского трубопрокатного завода» (НТЗ). Группой ученых и конструкторов в г.Днепропетровске разработана концепция и выполнены необходимые проектные проработки по модернизации подающих аппаратов ТПА с пилигримовым станом, применительно к условиям НТЗ (ТПЦ-4). Новая концепция модернизации подающих аппаратов имеет явные экономические выгоды для завода.Вторая концепция предусматривает ликвидацию ТПА с пилигримовыми станами и заменой их на современные непрерывные станы. Такой позиции предшествовало несколько событий. Концерн SMS (фирма DEMAG) предложил новую конструкцию непрерывного стана для горячей прокатки труб широкого сортамента, который «перекрывает» сортамент ТПА с пилигримовым станом. По многих представленным этой фирмой технико-экономическим показателям новый стан превосходит существующие пилигримовые станы. Подписан контракт на поставку такого стана для Беларусского метзавода.Этим заинтересовались в Трубной металлургической компании (ТМК, РФ), которая владеют контрольным пакетом акций двух крупных заводов: Таганрогским и Северским. В феврале 2006 г. в г.Электросталь Московской обл. состоялась научно-практическая конференция с участием Московского института стали и сплавов (МИСиС), Электростальского завода тяжелого машиностроения (ЭЗТМ), ТМК и других специалистов в этой области. На этой конференции были рассмотрены четыре проекта непрерывного стана нового поколения (по аналогии с конструкцией фирмы DEMAG), которые планируют изготавливать в условиях ЭЗТМ. Более того, на Таганрогском заводе принято решение о замене пилигримовой прокатки на непрерывную. По Северскому заводу решение еще не принято.Такой радикальный подход во втором случае вызывает сомнение в правильности и обоснованности принятия решений.Считаем, что для условий НТЗ целесообразно принять решение о модернизации подающих аппаратов в сжатые сроки (уже в 2006 г.), а принятие решения о возможном строительстве непрерывного стана нового поколения, после ввода в эксплуатацию непрерывного стана фирмы DEMAG на Белорусском метзаводе. Основным аргументом такой позиции является то, что еще не в полной мере использованы резервы в процессе пилигримовой прокатки.Автор - Юрий Стасовский, доктор технических наук, профессор Национальной металлургической академии Украины