СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ОЦИНКОВАННЫХ ВОДОГАЗОПРОВОДНЫХ ТРУБ Российский патент 2008 года по МПК B21C37/09 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства оцинкованных водогазопроводных труб, и может быть использовано при производстве оцинкованных труб на трубосварочных станах токами высокой частоты из оцинкованных рулонных листовых штрипсов.

В трубной промышленности России наиболее распространенным и объемным (массовым) способом производства оцинкованных водогазопроводных труб является способ производства черновых труб из углеродистых сталей непрерывной печной сваркой (Челябинский трубопрокатный и Таганрогский металлургический заводы) с последующим цинкованием их по технологии: кислотное обезжиривание, травление в растворе серной кислоты, промывка после травления, подтравливание в растворе соляной кислоты, промывка, флюсование, сушка труб после флюсования, поштучное цинкование труб в ваннах с цинком, продувка и обдувка труб воздухом для удаления изгари и излишков цинка с поверхности труб, охлаждение труб, правка и при необходимости подрезка концов труб (В.Я.Осадчий, А.С.Вавилин, В.Г.Зимовец, А.П.Коликов. "Технология и оборудование трубного производства", Москва, "ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ", 2001, с.350-351. ТИ 158-Тр. ТС 8-15-2003 "Производство стальных водогазопроводных труб условным проходом 15-80 мм, муфтовых труб и муфт условным проходом 15-50 мм в цехе №8 ОАО "ЧТПЗ", раздел РИ-9 ТИ 158-Тр. ТС 8-15-2003 "Горячее цинкование").

Недостатком данного способа производства оцинкованных труб является его сложность, повышенный расход цинка, неравномерность цинкового покрытия по длине труб, особенно на задних концах внутренней поверхности, т.к. трубы из ванны цинкования выходят под углом для лучшего удаления (стекания) изгари и излишков цинка. Толщина цинкового покрытия колеблется от 30 до 100 мкм. Наибольшая толщина цинкового покрытия образуется на внутренней поверхности задних концы труб из-за стекания и сложности продувки. При поставках труб на экспорт из-за неравномерности цинкового покрытия в 60-70% случаев труб условным проходом 15 и 20 приходится отрезать задние концы труб длиной 150-250 мм, что приводит к дополнительному расходу цинка и металла.

В мировой и Российской практике трубного производства за последнее время водо-газопроводные черновые трубы производят на трубоэлектросварочных станах способом контактной электросварки сопротивлением, индукционной сварки и электросварки токами высокой частоты с последующим цинкованием их по существующей технологии.

Недостаток данной технологии, как и выше указанного аналога, является сложность технологии цинкования труб, повышенный расход цинка, неравномерность цинкового покрытия по длине труб, особенно на задних концах внутренней поверхности.

Наиболее близким техническим решением является способ изготовления сварных металлических труб, включающий металлическое покрытие непрерывно движущейся металлической полосы, на которую сначала, по меньшей мере на одну из поверхностей, наносят металлическое покрытие, при этом упомянутое покрытие выбирают из группы, состоящей из цинка, алюминия и их сплавов, затем формовку упомянутой полосы в трубообразную полосу с противоположными сближенными боковыми краями, нагрев и сварку вместе сближенных краев полосы для получения труб со сварным швом, а шов размещают в нижней части трубы и после этого осуществляют подогрев нижней части трубы до температуры плавления металлического покрытия со стоком металлического покрытия вниз и покрытие им шва (патент RU №2113303 C1, 20.06.1998, страна приоритета US).

Основным недостатком данного способа является то, что на каждый трубоэлектросварочный стан необходима установка камеры цинкования, а это в свою очередь потребует установку для расплавления металлического покрытия, а так как цинкование относится к экологически вредным производством, то необходима установка приточной и вытяжной вентиляций, а так же установока для нейтрализации отходов цинкования. Таким образом, стоимость установки такого трубоэлектросварочного возрастет в несколько раз.

Задачей предложенного способа производства оцинкованных водогазопроводных труб является промышленное производство труб из оцинкованных рулонных листовых штрипсов, снижение стоимости монтажа и эксплуатации трубоэлектросварочных станов, снижение расхода цинка за счет снижения разнотолщинности цинкового покрытия по длине, по наружной и внутренней поверхности, повышение производительности трубных станов и снижение стоимости производства оцинкованных водогазопроводных труб и труб для других нужд народного хозяйства за счет исключения из технологического процесса участков и оборудования для поточного и поштучного цинкования черновых труб с низкой производительностью и повышенным расходом дорогостоящего цинка, а следовательно, снижение стоимости труб и повышение их конкурентной способности.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства оцинкованных водогазопроводных труб, включающим производство труб из углеродистых марок стали формовкой и сваркой рулонных листовых штрипсов шириной, зависящей от диаметра свариваемых труб, с покрытием поверхности металла слоем цинка, трубы производят высокочастотной сваркой штрипсов, поверхность которых до формовки и сварки покрывают слоем цинка, после чего обрезают кромки штрипсов, в зависимости от их толщины шириной, определяемой из выражения h_j=h_min(S_max+S_j)/S_max, где h_min=3,0 - минимальная ширина обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки 1,8 мм, мм, h_j - фактическое значение ширины обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов, мм, S_j - фактическая толщина рулонных листовых штрипсов, мм, S_max=5,5 - максимальная толщина рулонных листовых штрипсов, мм, кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов обрезают на агрегатах продольной резки, после удаления грата цинковое покрытие наружного и внутреннего швов труб не производят, толщина цинкового покрытия составляет 30-60 мкм, которую определяют из выражения Δj_мах=Δ_min(S_max+S_j)/S_max, где Δ_min=30 - минимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов, мкм, Δj_мах - максимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки S_j мм, мкм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, оцинкованные водогазопроводные трубы производят высокочастотной сваркой штрипсов, поверхность которых до формовки и сварки покрывают слоем цинка, после чего обрезают кромки штрипсов, в зависимости от их толщины шириной, определяемой из выражения h_j=h_min(S_max+S_j)/S_max, где h_min=3,0 - минимальная ширина обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки 1,8 мм, мм, h_j - фактическое значение ширины обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов, мм, S_j - фактическая толщина рулонных листовых штрипсов, мм, S_max=5,5 - максимальная толщина рулонных листовых штрипсов, мм, кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов обрезают на агрегатах продольной резки, после удаления грата цинковое покрытие наружного и внутреннего швов труб не производят, толщина цинкового покрытия составляет 30-60 мкм, значения которой определяют из выражения Δj_max=Δ_min(S_max-S_j)/S_max, где Δ_min=30 - минимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов, мкм, Δj_мах - максимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки S_j мм, мкм. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень"

Сравнение заявляемого способа не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Способ опробован на непрерывном трубоэлектросварочном стане "10-63,5" ООО "МЗПМ" (Миасский завод профилированных металлоизделий). В производство было задано два рулона листовых оцинкованных штрипсов размером 1,250×330 метров с толщиной стенки 2,8 мм общим весом по 17120 кг. Оцинкованные рулонные листовые штрипсы были поставлены ОАО "ММК" с толщиной цинкового покрытия 30 мкм. Рулонные листовые штрипсы были порезаны на мерные длины по ширине на агрегате продольной резки (АПР) без отходов по следующей технологии. Первоначально была удалена одна из кромок шириной 4,5 мм, что соответствует п.1 формулы. Затем было отрезано семь полос шириной 106,5 мм для сварки труб легкой серии размером 33,5×2,8 мм (условным проходом 25 мм по ГОСТ 3262), затем четыре полосы шириной 88,2 мм для сварки труб легкой серии размером 26,8×2,8 мм (условным проходом 20) и одна полоса шириной 142,4 мм для сварки труб легкой серии размером 42,3×2,8 мм (условным проходом 32). Ширина обрезаемой второй кромки составила 4,8 мм, что также соответствует п.1 формулы изобретения. Согласно п.4 формулы изобретения толщина цинкового покрытия для рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки 2,8 мм должна быть в пределе 30-45 мкм, что также согласуется с формулой изобретения. После разрезки рулонов на мерные размеры по ширине они были заданы в производство и сварены на трубоэлектросварочном стане высокочастотной сваркой в трубы легкой серии по ГОСТ 3262 с условным проходом 20, 25 и 32. После удаления грата с наружного шва он цинком не покрывался. Внутренний грат не удалялся и шов не защищался. Величина внутреннего грата по высоте не превышала 0,5 мм. Из-за отсутствия в России установок для изготовления сварных металлических труб, согласно патента RU №2113303, для сравнения данный сортамент труб производился методом непрерывной печной сварки черновых труб по ГОСТ 3262 с последующим цинкованием на ОАО "ЧТПЗ". Прокат черновых труб производился из горячекатаного рулонного проката с резаной и катаной кромками. Прокат производился из рулонного проката размером 320×3,5 мм. В производство было задано 25,33 тонн металла, из которых прокатано и принято 10,5 тонн труб размером 28,8×2,8, мм, 11,2 тонн труб размером 33,5×2,8 мм и 2,75 тонн труб размером 42,3×2,8 мм. Данные по прокатке и сдаче оцинкованных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262 размером 26,8×2,8 мм, 33,5×2,8 мм и 42,3×2,8 мм (условным проходом 20, 25 и 32) по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что расходный коэффициент металла по трубам, прокатанным по существующей технологии, составил 1,036, а по предлагаемой 1,040. Снижение расходного коэффициента металла по трубам, прокатанным по существующей технологии на 0,04 или на 40 кг на тонну труб, объясняется тем, что прокатку труб на стане непрерывной печной сварке ведут с натяжением, т.е. с получением толщины стенки труб в минусовом или номинальном поле допуска. Черновые трубы после приемки ОТК по существующей технологии поступают на участок оцинковки где они проходят следующие операции: кислотное обезжиривание, травление в растворе серной кислоты, промывка после травления, подтравливание в растворе соляной кислоты, промывка, флюсование, сушка труб после флюсования, поштучное цинкование труб в ваннах с цинком, продувка и обдувка труб воздухом для удаления изгари и излишков цинка с поверхности труб, охлаждение труб, правка и при необходимости подрезка концов труб. Затем трубы проходят приемку ОТК с замером толщины цинкового покрытия, которая должна быть не менее 30 мкм. Фактическая толщина цинкового покрытия по наружной поверхности колеблется от 30 до 60 мкм, большие значения покрытия имеют задние концы труб, т.к. трубы из ванны цинкования выдаются под углом для лучшего отекания избытков цинка при обдувке. Фактическая толщина цинкового покрытия по внутренней поверхности колеблется от 40 до 100 мкм и зависит от внутреннего диаметра. Трубы с меньшим внутренним диаметром на задних концах имеют максимальную толщину цинкового покрытия. При поставках труб на экспорт с условным проходом 15 и 20 из-за наплывов цинка на задних концах приходится их отрезать на длине 150-250 мм. Расход цинка при существующей технологии поштучного производства оцинкованных водогазопроводных труб по ГОСТ 6232 составляет для труб данного сортамента 63,5 кг на тонну, а по предлагаемой технологии 24,5 кг, что в 2,59 раза выше. От оцинкованных труб, прокатанных по существующей и предлагаемой технологиям, были отобраны образцы для определения толщины цинкового покрытия и коррозионной стойкости сварного шва. Замер цинкового покрытия производился магнитным толщиномером МТ 41 НЦ. Средняя толщина цинкового покрытия на образцах труб, сваренных из оцинкованных рулонных штрипсов составила 32 мкм, а на образцах от труб, прокатанных и оцинкованных по существующей технологии, составила: на наружной поверхности 52 мкм, а на внутренней 67 мкм. Для определения коррозионной стойкости отобраны образцы от труб размером 33,5×2,8 мм, изготовленных по существующей и предлагаемой технологиям. Предварительно торцы образцов были покрыты четырьмя слоями лака ХВ-748 и помещены в гидростат Г-4. Испытания в гидростате проводились по ГОСТ 9.054 (первый метод) с семи часовым нагревом и семнадцати часовой конденсацией влаги (100% влажность). Состояние поверхности образцов в области швов фиксировалось в конце каждого цикла. В конце пятого цикла (20 дней) признаков появления ржавчины на наружной и внутренней поверхностях швов не обнаружено.

Использование предлагаемого способа производства оцинкованных водогазопроводных труб и труб для других нужд народного хозяйства на трубопрокатных станах способом высокочастотной сварки из металла рулонных листовых штрипсов, поверхность которых покрыта слоем цинка до формовки и сварки в трубы, позволит значительно снизить расход цинка за счет более равномерного покрытия поверхности рулонных листовых штрипсов, улучшить качество наружной и внутренней поверхностей труб (отсутствие наплывов, подтеков и неравномерности покрытия по длине труб), улучшить условия труда за счет использования более современной технологии цинкования, снизить стоимость цинкования за счет более высокой производительности установок непрерывного цинкования листовых штрипсов, а следовательно, снизить стоимость оцинкованных водогазопроводных труб по ГОСТ 6232 и других видов труб с цинковым покрытием, необходимых для народного хозяйства.

Данные по прокатке и сдаче оцинкованных водогазопроводных труб по ГОСТ 3262 размером 26,8×2,8, 33,5×2,8 и 423×2,8 мм (условным проходом 20, 25 и 32) по существующей и предлагаемой технологиямВид технологииРазмер труб по ГОСТ 3262Условный проход по ГОСТ 3262Вид заготовки и ее размерыРазмер задаваемой в прокат заготовкиЗадано в произвол. металлаПринято труб по ГОСТ 3262Расходный коэффиц. металлаРасходный коэффиц. цинка на тонну труб-мм-ммммтнтнтн/тнкг/тнСуществующая28,8×2,820Рулонный прокат размером 320×3,5320×3,525,3310,51,03663,533,5×2,82511,242,3×2,8322,75Предлагаемая28,8×2,820Рулонный листовой штрипс 1250×3330088,2×2,817,1204,591,04024,533,5×2,825106,5×2,89,9242,3×2,832142,4×2,81,95

Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ включает производство труб из углеродистых марок стали формовкой и высокочастотной сваркой рулонных листовых штрипсов шириной, зависящей от диаметра свариваемых труб, с покрытием поверхности металла слоем цинка. Поверхность штрипсов до формовки и сварки покрывают слоем цинка, после чего обрезают кромки штрипсов в зависимости от их толщины шириной, определяемой из выражения: h_j=h_min(S_max+S_j)/S_max, где h_min=3,0 - минимальная ширина обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки 1,8 мм, мм; h_j - фактическое значение ширины обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов, мм; S_j - фактическая толщина рулонных листовых штрипсов, мм; S_max=5,5 - максимальная толщина рулонных листовых штрипсов, мм. Цинковое покрытие наружного и внутреннего швов труб после удаления грата не производят. Для производства труб используют рулонные листовые штрипсы с толщиной цинкового покрытия от 30 до 60 мкм. Отсутствие наплывов, подтеков и неравномерности покрытия по длине обеспечивает снижение расхода цинка, улучшение качества наружной и внутренней поверхностей труб. Более высокая производительность установок непрерывного цинкования листовых штрипсов обеспечивает снижение стоимости цинкования и, следовательно, снижение стоимости конечной продукции. 4 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ производства оцинкованных водогазопроводных труб, включающий производство труб из углеродистых марок стали формовкой и сваркой рулонных листовых штрипсов шириной, зависящей от диаметра свариваемых труб, с покрытием поверхности металла слоем цинка, отличающийся тем, что трубы производят высокочастотной сваркой штрипсов, поверхность которых до формовки и сварки покрывают слоем цинка, после чего обрезают кромки штрипсов, в зависимости от их толщины, шириной, определяемой из выражения

h_j=h_min(S_max+S_j)/S_max,

где h_min=3,0 - минимальная ширина обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов с толщиной стенки 1,8 мм, мм;

h_j - фактическое значение ширины обрезаемой кромки оцинкованных рулонных листовых штрипсов, мм;

S_j - фактическая толщина рулонных листовых штрипсов, мм;

S_max=5,5 - максимальная толщина рулонных листовых штрипсов, мм.

Δj_max=Δ_min(S_max-S_j)/S_max,

где Δ_min=30 - минимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов, мкм;

Δj_max - максимальная толщина цинкового покрытия рулонных листовых штрипсов толщиной S_j мм, мкм.