Сотрудники лаборатории «Ультразвуковые процессы и технологии» ДГТУ разработали технологию повышения качества трубопрокатной продукции, а также специальную высокотемпературную смазку для трубопрокатного стана компании «Тагмет». Технология позволит значительно снизить процент брака продукции, а также ее себестоимость.
По условиям договора, учёные Донского государственного технического университета обязались модернизировать технологию, «способную снизить дефекты типа расслой в производстве бесшовной трубы, сформировавшиеся по причине большой концентрации водорода». Сотрудникам кафедры «Материаловедение» ДГТУ под руководством д. т. н., профессора, эксперта Сетевой испытательной лаборатории ДГТУ Виктора Пустовойта удалось оптимизировать температуры и количество компонентов, добавляемых в смесь для производства заготовок труб.
– За счет оптимизации параметров – температуры и объемов веществ уменьшилось количество водорода, который разрушал структуру изделия. Был разработан оптимальный состав более высокого качества и низкой стоимости, – прокомментировал доцент кафедры «Автоматизация производственных процессов» ДГТУ и куратор проекта, к.т.н. Андрей Кочетов.
Кроме того, ученые разработали математическую модель прогнозирования количества дефектов от температуры и объемов используемых в технологическом процессе ингредиентов. Погрешность модели по отношению к фактическому прокату составила 0,1%. В результате оптимизации технологического процесса процент брака снизился от 4 до 0,4%: математическая модель позволила прогнозировать количество брака от основных технологических режимов производства, корректировать температуру обработки и количество используемых ингредиентов.
По мере ухода с российского рынка импортных компонентов для производства труб «Тагмет» столкнулся с проблемой отсутствия высокотехнологичных высокотемпературных смазывающих материалов надлежащего качества, предназначенных для производства бесшовных труб – оправок прошивного стана PQF (рабочего инструмента прошивных станов прокатки, которая непосредственно влияет на качество внутренней части трубы, что в свою очередь определяет качество получаемой продукции). Износ оправки приводит к отклонению от требований и норм, предъявляемых стандартом API к внутренней поверхности трубы, что ведет к увеличению брака и снижению экономической эффективности производства.
Решая задачу подбора и синтеза смазывающего компонента для высокотемпературной обработки, ученые ДГТУ проанализировали технологический процесс, состав и особенности используемых компонентов и предложили усовершенствовать состав смазки отечественного производства. Была разработана антифрикционная (снижающая трение) высокотемпературная присадка и на ее основе – смазка для обработки оправки с рабочей температурой 1 200 0С, которая, по расчетам авторов разработки, увеличит срок эксплуатации оправок в 2 раза.
Для изготовления присадки к смазке ученые использовали ультразвук, позволяющий применять технологию, на основании которой можно синтезировать высокодисперсные композиции и компоненты до однородного состояния. Сухие компоненты смазки заправляются водой, в смазку добавляется приготовленная с помощью ультразвука присадка. Все вместе перемешивается в дисольвере (миксере, который позволяет смешивать компоненты до состояния однородной массы) под действием ультразвука, а затем смазывающая композиция наносится на поверхность оправки. Обычно эта процедура занимает 6–8 часов, но ультразвук существенно сокращает время на обработку.
– Мы добились изготовления такой смазки благодаря эффекту кавитации, во время которого маленькие полости – пузырьки воздуха, растворенного в воде – могут схлопываться под воздействием внешних сил, – пояснил Андрей Кочетов. – Использование продольно-крутильного ультразвукового поля позволяет при схлопывании пузырька развить давление в ударной волне до нескольких сотен или тысяч атмосфер в зависимости от режимов, тем самым увеличивая количество схлопнувшихся пузырьков в единицу времени. Эта технология позволяет смешивать материалы, которые обычно не смешиваются, и получить равномерную эмульсию и суспензии. В обычных условиях такую смазку синтезировать невозможно.
Проведенные промышленные испытания разработанной смазывающей композиции дали положительный результат: из 100 труб, изготовленных на смазке с учетом новых доработанных компонентов, ни одной трубы с дефектами на внутренней поверхности.
– Полученные результаты могут быть использованы на любом предприятии трубопрокатной промышленности. В России их всего 8, – отмечает Андрей Кочетов.
Следующим этапом исследования ученые ДГТУ планируют совместно с «Тагметом» испытания по внутренним ресурсам работы оправок. Для чего намерены закупить 20 тонн смазки отечественного производства.
– За время работы из ученых ДГТУ и специалистов АО «Тагмет» сформировалась сплоченная команда. Задачи, которые формулируются в процессе выполнения работ, выполняются успешно. Наша компания положительно оценивает результаты взаимодействия с ДГТУ в рамках научно-исследовательских проектов, а также работы базовой кафедры «Технология производства стали и сплавов», – отметил куратор проекта со стороны АО «Тагмет» Александр Карнаух.
В нынешнем году запланировано также сотрудничество между вузом и предприятием в рамках трех договоров, посвященных:
- разработке антикоррозионных покрытий для трубопрокатной продукции в условиях морского климата;
- нанесению износожаростойких покрытий методом электроакустического напыления;
- модернизация кристаллизатора машины непрерывного литья путем применения сложного акустического поля за счет уменьшения размера зерен и их уплотнения в структуре металла с целью повышения качества готовой продукции.
Напомним, что ДГТУ начал сотрудничество с предприятием «Тагмет» 7 лет назад. В рамках этого взаимодействия в опорном вузе региона образована базовая кафедра «Технология производства стали и сплавов».
____________________________________________________________________________________
Справка: Акционерное общество «Тагмет» входит в состав ТМК («Трубная металлургическая компания»), одного из крупнейших металлургических предприятий России, которое специализируется на производстве стали и труб.