Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ

Изобретение относится к трубному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных труб, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющими в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки.

В трубном производстве известен способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, согласно которому нагретые до температуры пластичности (1250-1300)°С слитки-заготовки задают в стан поперечновинтовой прокатки и прошивают в гильзы с вытяжкой µ_пр, гильзы прокатывают на пилигимовых станах в трубы с вытяжкой µ_пил, которая зависит от геометрических размеров гильз и прокатываемых труб (Данилов Ф.Н., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. Металлургиздат, 1962, с.300-301).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является относительно высокий расходный коэффициент металла, вызванный образованием технологических отходов в виде пилигримовых головок и затравочных концов, которые составляют основную долю отходов металла при производстве труб данным способом.

В трубном производстве известен способ производства бесшовных горячекатаных труб на установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков - заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки с разными вытяжками по длине µ_пр и µ_пр1, где максимальная вытяжка µ_пр1 приходится на участок гильзы, образующий пилигримовую головку (Патент РФ №2151658, кл. В21В 19/004, В21В 21/00, бюл. №18 от 27.06.2000 г.).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является снижение величин подач при установившемся процессе в зависимости от снижения температуры гильз от начала к концу прокатки, особенно при прокатке тонкостенных труб и труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов, увеличение нагрузок на привод пилигримового стана при фиксированной величине подачи, а также не уточнены необходимые вытяжки в конце прокатки, при которых не происходит смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки, и оптимальные размеры профилей задних концов гильз, образующих пилигримовые головки, т.е. снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков - заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с разными вытяжками по длине µ_пр, µ_пр1 и, µ_пр2, где максимальная вытяжка µ_пр2 приходится на передний участок гильзы, снижение вытяжки на переднем конце гильзы от µ_пр12 до µ_пр за счет разведения валков на длине (015-0,20)L_г, образующей затравочный конец на пилигримовом стане, которую определяют из выражения µ_пр2=(1,4-1,6) µ_пр, где µ_пр - коэффициент вытяжки на прошивном стане при установившемся процессе прошивки на центральной части гильзы, равной (065-0,75)L_г, увеличение вытяжки на заднем конце гильзы от µ_пр до µ_пр1 за счет сведения валков на длине, равной (010-0,15)L_г, образующей пилигримовую головку, которую определяют из выражения µ_пр1=(1,3-1,5) µ_пр, (Патент РФ №2261151, кл. В 21 В 21/00, бюл. №27 от 27.9.2005 г.).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, также как и приведенного выше аналога, является снижение величин подач гильз в очаг деформации при установившемся процессе в зависимости от снижения температуры гильз от начала к концу прокатки и увеличение нагрузок на привод пилигримового стана при фиксированной величине подачи, а также не уточнены необходимые геометрические размеры задних концов гильз, при прокатке которых на пилигримовых станах не происходит смятия концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки, и оптимальные размеры профилей задних и передних концов гильз, образующих пилигримовые головки и затравочные концы, т.е. снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Задачей предложенного способа является прокатка труб-плетей с фиксированной величиной подачи при установившемся процессе прокатки от затравки до обкатки пилигримовых головок при минимальных колебаниях нагрузок на привод стана пилигримового стана, исключение смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки и определение оптимальных размеров профилей задних и передних концов гильз, образующих пилигримовые головки и затравочные концы, снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с разными вытяжками по длине µ_пр, µ_пр1, и µ_пр2, передние концы которых длиной, равной (0,15-0,2) длины гильзы, имеют форму усеченного конуса с меньшим основанием на передних концах, средние части на длине, равной (0,65-0,75) длины гильзы, имеют форму полого цилиндра, а задние концы на длине, равной (0,1-0,15) длины гильзы, форму усеченного конуса с меньшим основанием на задних концах гильз, прокатку гильз i-го размера на пилигримовом стане в трубы J-го размера с постоянной величиной подачи при установившемся процессе прокатки и вытяжками µ_пр1ij, µ_пр2ij и µ_пр3ij, соответственно, при затравке, установившемся процессе и конце прокатки - при выведении пилигримовых головок из конусных частей гильз, порезку труб-плетей на трубы - краты и удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, слитки - заготовки в стане поперечно - винтовой прокатки прошивают в гильзы, имеющие форму двух полых совмещенных конусов, один длиной, равной (0,10-0,15) длины гильзы, имеет форму усеченного конуса меньшее основание которого на переднем конце по ходу прошивки гильз, а второй длиной, равной (0,85-0,9) длины гильзы, меньшее основание которого на заднем конце по ходу прошивки гильз, прошивку слитков-заготовок в конусные совмещенные полые гильзы производят путем снижения вытяжки от µ_пр1, до µ_пр, за счет плавного разведения рабочих валков относительно оси прошивки, от начала прошивки - меньшего основания первого усеченного конуса к большему основанию на величину l, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр заднего конца первого полого усеченного конуса - диаметр большего основания первого полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания первого полого усеченного конуса, мм и последующего увеличения вытяжек от µ_пр до µ_пр2, за счет плавного сведения рабочих валков относительно оси прошивки, от большего основания второго усеченного конуса к меньшему основанию на величину l₁, значение которой определяют из выражения , где d₁ - наружный диаметр заднего конца конусной совмещенной гильзы - диаметр меньшего основания второго полого усеченного конуса, мм, значения вытяжек µ_пр1 и µ_пр2 определяют из выражений µ_пр1=(1,20-1,25) µ_пр, µ_пр2=(1,20-1,30) µ_пр, большие значения которых относятся к слиткам-заготовкам большего диаметра, прокатку гильз i-го размера на пилигримовых станах в трубы j-го размера при установившемся процесс производят с постоянной величиной подачи m_ij и с переменной вытяжкой µ_пгjj, из передних концов гильз формируют затравки, а из задних - пилигимовые головки, прокатку - обкатку пилигримовых головок из конусных гильз i-го размера при прокатке труб j-го размера производят с плавным снижением величин подач m_ij до 0,75 m_ij.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами отличается тем, слитки - заготовки в стане поперечно - винтовой прокатки прошивают в гильзы, имеющие форму двух полых совмещенных конусов, один длиной, равной (0,10-0,15) длины гильзы, имеет форму усеченного конуса меньшее основание которого на переднем конце по ходу прошивки гильз, а второй длиной, равной (0,85-0,9) длины гильзы, меньшее основание которого на заднем конце по ходу прошивки гильз, прошивку слитков-заготовок в конусные совмещенные полые гильзы производят путем снижения вытяжки от µ_пр1 до µ_пр, за счет плавного разведения рабочих валков относительно оси прошивки, от начала прошивки - меньшего основания первого усеченного конуса к большему основанию на величину l, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр заднего конца первого полого усеченного конуса - диаметр большего основания первого полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания первого полого усеченного конуса, мм и последующего увеличения вытяжек от µ_пр до µ_пр2, за счет плавного сведения рабочих валков относительно оси прошивки, от большего основания второго усеченного конуса к меньшему основанию на величину l₁, значение которой определяют из выражения , где d₁ - наружный диаметр заднего конца конусной совмещенной гильзы - диаметр меньшего основания второго полого усеченного конуса, мм, значения вытяжек µ_пр1 и µ_пр2 определяют из выражений µ_пр1=(1,20-1,25) µ_пр, µ_пр2=(1,20-1,30)µ_пр, большие значения которых относятся к слиткам-заготовкам большего диаметра, прокатку гильз i-го размера на пилигримовых станах в трубы j-го размера при установившемся процесс производят с постоянной величиной подачи m_ij и с переменной вытяжкой µ_пгiJ, из передних концов гильз формируют затравки, а из задних - пилигримовые головки, прокатку - обкатку пилигримовых головок из конусных гильз i-го размера при прокатке труб j-го размера производят с плавным снижением величин подач m_ij до 0,75 m_ij. Таким образом, 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 заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности "изобретательский уровень".

Предложенный способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами заключается в том, что слитки - заготовки в стане поперечно - винтовой прокатки прошивают в гильзы, имеющие форму двух полых совмещенных конусов, один длиной, равной (0,10-0,15) длины гильзы, имеет форму усеченного конуса меньшее основание которого на переднем конце по ходу прошивки гильз, а второй длиной, равной (0,85-0,9) длины гильзы, меньшее основание которого на заднем конце по ходу прошивки гильз, прошивку слитков-заготовок в конусные совмещенные полые гильзы производят путем снижения вытяжки от µ_пр до µ_пр2, за счет плавного разведения рабочих валков относительно оси прошивки, от начала прошивки - меньшего основания первого усеченного конуса к большему основанию на величину l, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр заднего конца первого полого усеченного конуса - диаметр большего основания первого полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания первого полого усеченного конуса, мм и последующего увеличения вытяжек от µ_пр до µ_пр2, за счет плавного сведения рабочих валков относительно оси прошивки, от большего основания второго усеченного конуса к меньшему основанию на величину l₁, значение которой определяют из выражения , где d₁ - наружный диаметр заднего конца конусной совмещенной гильзы - диаметр меньшего основания второго полого усеченного конуса, мм, значения вытяжек µ_пр1 и µ_пр2 определяют из выражений µ_пр1=(1,20-1,25) µ_пр, µ_пр2=(1,20-1,30)µ_пр, большие значения которых относятся к слиткам-заготовкам большего диаметра, прокатку гильз i-го размера на пилигримовых станах в трубы j-го размера при установившемся процесс производят с постоянной величиной подачи m_ij и с переменной вытяжкой µ_пгij, из передних концов гильз формируют затравки, а из задних - пилигримовые головки, прокатку - обкатку пилигримовых головок из конусных гильз i-го размера при прокатке труб j-го размера производят с плавным снижением величин подач m_ij до 0,75 m_ij.

Определение теоретически необходимых вытяжек по длине гильз при прошивке в стане поперечно-винтовой прокатки позволит производить прокатку их на пилигримовых станах в трубы с фиксированными величинами подач, с минимальными колебаниями нагрузок на привода пилигримовых станов, снизить массу пилигимовых головок и затравочных концов, исключить деформацию (сминание) задних концов гильз при прокатке тонкостенных труб (180-220 подач-ударов подающего аппарата).

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из слитков диаметром 15" и 16" по существующей, согласно патенту РФ №2261151 и по предлагаемой технологиям. Данные по прошивке слитков диаметром 15 и 16" в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и сдаче труб, прокатанных по существующим и предлагаемой технологиям, приведены в таблице 1.

Процесс прошивки осуществляли следующими способами. При прокатке труб размером 377×9 мм из слитков размером 555/505×1700 мм по существующей технологии на стане поперечно-винтовой прокатки получали цилиндрические гильзы размером 540хвн.390×3330 мм с постоянной вытяжкой µ=1,95. По патенту №2261151 получали гильзы размером 540хвн.390×3480 мм, которые с переднего и заднего концов на длине, соответственно, 600 и 500 мм имели наружный диаметр 490 и 500 мм, т.е. толщина стенки гильз на затравочном конце была 50 мм, а под пилигримовую головку - 55 мм. На длине 2380 мм гильзы имели наружный диаметр 540 мм. Вытяжка на переднем конце гильз плавно снижалась с µ=2,93 до µ=1,95, а на заднем конце плавно возрастала с µ=1,95 до jx=2,78. По предлагаемой технологии получали гильзы размером 510-540-520хвн.390×3600 мм (п.1 и 2 формулы изобретения) за счет плавного разведения рабочих валков стана поперечно-винтовой прошивки на l=15 мм от начала прошивки на длине 420 мм передних концов гильз (затравочные концы), а затем плавного сведения рабочих валков к концу прошивки на величину L=10 мм. Значения вытяжек µ_пр1 и µ_пр2 определяли согласно (п.3 формулы изобретения). В начале прошивки вытяжка µ_пр1=2,53 плавно снижалась до µ_пр=1,95, а затем плавно возрастала до µ_пр2=2,34. Вытяжки µ_пр1 и µ_пр2 бесконтрольно увеличивать нельзя, т.к. длина гильзы увеличивается с увеличением µ_пр1, и µ_пр2. Гильзу длиннее 3600 мм прокатывать на существующем пилигримовом стане не целесообразно, т.к. передние - затравочные концы выходят за линию центров валков, что приводит к их смятию, т.е. к увеличению расходного коэффициента металла. Прокатка труб данного размера из гильз с толщиной стенки на заднем конце менее 60 мм приводит к смятию задних концов, а следовательно, к увеличению массы пилигримовых головок. По предлагаемому способу прокатку труб на пилигримовом стане производили согласно (п.п.4 и 5 формулы изобретения). После прокатки от всех труб были удалены пилой горячей резки технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы. Средняя масса затравочных концов труб составила, соответственно, 41,5, 28,6 и 28,8 кг. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 245, 205 и 183 кг. При прокатке гильз с конусными концами под затравку получено снижение массы затровочных концов, соответственно, на 12,9 и 12,7 кг, а при прокатке гильз с конусными концами под пилигримовую голову получено снижение их масс на 40 и 62 кг. т.е. массы затравочных концов во втором и третьем случаях находится на одном уровне, а массы пилигримовых головок при прокатке труб по предлагаемому способу меньше на 22 кг, т.к. при прокатке труб из гильз с толщиной стенки менее 60 мм происходит смятие концов, т.е. увеличение массы пили-гимовых головок. Прокатку труб размером 377×9 мм на пилигримовом стане из гильз прошитых по существующей технологии производили со средней величиной подачи гильз в очаг деформации m=19,6 мм. Нагрузка на привод пилигимового стана при установившемся процессе прокатки возрастала с 5,0 до 6,5 кА. При прокатке гильз, прошитых по патенту №2261151 нагрузка на привод стана также возрастала с 5,0 до 6,5 кА при средней величине подачи гильз в очаг деформации m=20,0 мм. Прокатку конусных гильз на пилигимовом стане по предлагаемому способу производили со средней подачей m=20,5 мм. Из - за плавного снижения вытяжки по длине гильз нагрузка на привод пилигимового стана изменялась незначительно, а именно возросла от начала к концу прокатки на 0,5 кА. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×10 мм из слитков размером 585/540×1700 мм. Средняя масса затравочных концов была снижена во втором случае на 20,1 кг, а по предлагаемому способу на 20,5 кг, т.е. находится на одном уровне. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 308, 236 и 231 кг. Колебание нагрузок на привод пилигримового стане составило от 5,5 до 6,0 кА, против от 5,5 до 7,0 кА по существующему способу прошивки гильз и по патенту №2261151, что дало возможность вести процесс прокатки труб-плетей с одной величиной подачи гильз в очаг деформации от начала прокатки к концу, а именно 19,25 мм против 18,75, что дает возможность повысить производительность пилигримового стана на 2,7% при одновременном снижении поперечной разностенности труб.

Таким образом, из таблицы видно, что по предлагаемому способу производства горячекатаных тонкостенных труб размером 377×9 и 426×10 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, относительно способа по патенту №2261151, получено снижение расходного коэффициента металла, соответственно, на 10,4 и 12,0 кг на тонну труб. Внедрение данного способа позволит стабилизировать величину подачи, снизить поперечную разностенность труб и снизить среднее значение колебаний нагрузок на привод пилигримового стана от 8,0 до 8,5%.

Использование предлагаемого способа позволит снизить расход металла за счет снижения массы пилигримовых головок и поперечной разностенности при прокатке труб-плетей с фиксированными величинами подач, повысить производительность пилигимовых установок за счет увеличения средних величин подач, исключить смятие задних концов гильз за счет определения теоретически необходимых вытяжек.

Данные по прошивке слитков диаметром 15 и 16" в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и сдаче труб, прокатанных по существующим и предлагаемой технологиям