Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОДГОТОВКИ СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА ИЗ ЛЕГИРОВАННЫХ МАРОК СТАЛИ И СПЛАВОВ К ПИЛИГРИМОВОЙ ПРОКАТКЕ ТРУБ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу подготовки гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб с выведением пилигримовых головок на подкладные углеродистые кольца, и может быть использовано при производстве их на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В трубной промышленности известен способ подготовки заготовок к прокатке труб без пилигримовых головок на пилигримовом стане, включающий раздельный нагрев до температур пластичности заготовок из легированных марок стали и сплавов и изготовленных из углеродистых марок стати патрубков (подкладных колец), прошивку заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и последовательное насаживание их на дорн до стыка горцев. Прокатку производят до образования (выведения) пилигримовой головки на патрубке (подкладном углеродистом кольце). После прокатки подкладное кольцо (пилигримовую головку) и трубу удаляют с дорна. Трубу по рольгангу (выводному желобу) направляют к пиле горячей резки для удаления затравочного конца и порезки трубы (при необходимости) на кратные длины, а пилигримовую головку краном передают в коробки с углеродистым металлическим ломом. Подготовку очередной гильзы к прокатке производят известным выше описанным способом (авт. свидетельство СССР №430908, кл. B21B 21/00, 1972).

Недостатком данного способа подготовки гильз к пилигримовой прокатке без пилигримовых головок является однократное использование подкладных колец, снижение производительности пилигримовых станов из-за снятия колец (пилигримовых головок) с дорна и транспортировку их краном в коробки с углеродистым металлическим ломом.

В трубной промышленности известен также способ подготовки заготовок (гильз) к пилигримовой прокатке труб, включающий раздельный нагрев заготовок из легированных марок стали и сплавов и изготовленных из углеродистых марок стали подкладных углеродистых колец, наружный диаметр которых составляет 1,15-1,25 от диаметра гильзы. При этом с целью более медленного снижения температуры кольца и многократного использования с несколькими гильзами, поверхность кольца покрывают теплоизолирующим материалом (авт. свидетельство СССР №732043, кл. B21B 21/00, 1980).

Недостатком известного способа подготовки гильз к пилигримовой прокатке груб является не технологичность нанесения покрытия на подкладные углеродистые кольца теплоизолирующих плавких материалов, малая их эффективность, а также снижение производительности пилигримовых станов из-за снятия колец (пилигримовых головок) с дорна и транспортировку их краном в коробки с углеродистым металлическим ломом. Данный способ может быть приемлем только при прокатке труб из сплавов на основе титана.

Наиболее близким техническим решением является способ подготовки заготовок-гильз из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб, включающий нагрев заготовок - гильз и изготовленных из недорогих углеродистых марок стали патрубков - подкладных углеродистых колец, наружный диаметр которых больше диаметра гильз и имеющих цилиндрический и конический участки, размеры которых определяются из выражений L_к=(0,6-0,8) D_г, L_ц.у.=(0,35-0,4) D_г, U_к.у.=(0,25-0,4) D_г, D_ц.у.=(1,15-1,3) D_г, D_к.у.=(1,0-1.1) D_г, где D_г - диаметр гильзы, мм; L_к - общая длина углеродистого кольца, мм; L_ц.у. - длина цилиндрического участка кольца, мм; L_к.у. - длина конического участка кольца, мм; D_ц.у. - диаметр цилиндрического участка кольца, мм; D_к.у. - наименьший диаметр конического участка кольца, мм, с увеличением диаметра цилиндрического участка кольца длина конического участка возрастает с 0,25 до 0,4 D_г, а конический участок патрубка меньшим основанием прилегает к торцу гильзы (патент RU №2207199, кл. B21B 21/00, 27.06.2003).

Данный способ обеспечивает многократное использование подкладных углеродистых колец, исключение затяжек дорнов при прокатке труб из высоколегированных марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения, полную обкатку (выведение пилигримовых головок на углеродистый металл), но имеет недостатки, связанные с последующим комплектованием углеродистых колец, диаметр обкатанных концов которых должен быть больше внутреннего диаметра гильз, снижает производительность пилигримовых станов из-за снятия колец (пилигримовых головок) с дорна, транспортировку их краном для складирования и последующего их использования. Полная обкатка, выведение пилигримовых головок на углеродистые кольца, при прокатке труб из сталей и сплавов с коэффициентом линейного расширения близким с подкладными кольцами, приводит к сбросу труб с дорна и, как следствие, к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, а это приведет к повышенным простоям, т.е. к снижению производительности пилигримового стана.

Задачей предложенного способа подготовки гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб является полная обкатка гильз и полых слитков-заготовок ЭШП в товарные и передельные трубы за счет выведения пилигримовых головок на углеродистые подкладные кольца без снижения производительности пилигримовых станов, исключение сброса труб с дорнов, поломок предохранительных болтов и шпинделей.

Технический результат достигается тем, что в известном способе подготовки гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб, включающем нагрев заготовок, сплошных или полых слитков-заготовок электрошлакового переплава и изготовленных из углеродистых марок стали патрубков - подкладных колец, наружный диаметр которых равен или больше диаметра гильз, имеющих цилиндрический и конический участки, до температуры пластичности, прошивку заготовок и сплошных слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, одевание на дорн подкладных углеродистых колец цилиндрическими участками к дорновым кольцам, одевание на дорн гильз или полых слитков-заготовок электрошлакового переплава, совместную прокатку гильз или полых слитков-заготовок электрошлакового переплава и подкладных углеродистых колец в товарные или передельные трубы с выведением пилигримовых головок на подкладные углеродистые кольца, подкладные углеродистые кольца имеют цилиндрический и конический участки, размеры которых определяют из выражений L_к=K₁D_н.г., L_ц.у.=К₂ D_н.г., L_к.у.=К3 D_н.г., D_н.к.=K₄ D_н.г., D_в.к.=K_: D_д.,. D_н.к.к.=K₆ D_н.г., где L_к - общая длина углеродистого кольца, мм: D_н.г. - наружный диаметр гильзы или полого слитка-заготовки ЭШП. мм: L_ц.у. - длина цилиндрического участка углеродистого кольца, мм; L_к.у. - длина конического участка углеродистого кольца, мм; D_н.к. - наружный диаметр углеродистого кольца, мм; D_в.к - внутренний диаметр углеродистого кольца, мм; D_н.к.к. - наружный диаметр конусного конца углеродистого кольца, мм; D_в.г. - внутренний диаметр гильзы или полого слитка-заготовки ЭШП, мм; К₁=0.5-0.7 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₂=0,3-0,4 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам большего диаметра; К₃=0,2-0,3 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₄=1,0-1,2 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₅=1,01-1,02 - коэффициент, большие значения которого относятся к дорнам меньшего диаметра; К₆=0,95-0,98 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра, конический участок углеродистого подкладного кольца меньшим основанием конуса входит во внутреннюю полость гильзы или полого слитка-заготовки на величину, значение которой определяют из выражения L_входа=(0.1-0.15)L_к, где большие значения коэффициента относятся к кольцам, гильзам и полым слиткам-заготовкам большего диаметра, на конические участки подкладных углеродистых колец наносят через 60° или 90° способом наплавки выступы, которые располагают по эвольвенте от меньшего основания конусной части к большему против хода вращения подающего аппарата, с увеличением диаметра подкладных углеродистых колец ширина и высота выступов возрастают, соответственно, с 20 до 25 и с 10 до 15 мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ подготовки гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов к и прокатке труб, отличается тем, что углеродистые подкладные кольца имеют цилиндрический и конический участки, размеры которых определяют из выражений L_к=K₁D_н.г., L_ц.у.=К₂ D_н.г., L_к.у.=К₃ D_н.г., D_н.к.=K₄ D_н.г., D_в.к.=K₅ D_д., D_н.к.к.=K₆ D_в.г., где L_к - общая длина углеродистого кольца, мм; D_н.г. - наружный диаметр гильзы или полого слитка-заготовки ЭШП, мм; L_ц.у. - длина цилиндрического участка углеродистого кольца, мм; L_к.у. - длина конического участка углеродистого кольца, мм; D_н.к. - наружный диаметр углеродистого кольца, мм: D_в.к. - внутренний диаметр углеродистого кольца, мм; D_н.к.к. - наружный диаметр конусного конца углеродистого кольца, мм; D_в.г. - внутренний диаметр гильзы или полого слитка-заготовки ЭШП, мм; К₁=0,5-0,7 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₂=0,3-0,4 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам большего диаметра; К₃=0,2-0,3 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₄=1,0-1,2 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₅=1,01-1,02 - коэффициент, большие значения которого относятся к дорнам меньшего диаметра; К₆=0,95-0,98 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра, конический участок углеродистого подкладные кольца меньшим основанием конуса входит во внутреннюю полость гильзы или полого слитка-заготовки на величину, значение которой определяют из выражения L_входа=(0.1-0,15)L_к, где большие значения коэффициента относятся к кольцам, гильзам и полым слиткам-заготовкам большего диаметра, на конические участки подкладных углеродистых колец наносят через 60° или 90° способом наплавки выступы, которые располагают по эвольвенте от меньшего основания конусной части к большем против хода вращения подающего аппарата, с увеличением диаметра подкладных углеродистых колец ширина и высота выступов возрастают, соответственно, с 20 до 25 и с 10 до 15 мм. 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 подготовки гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб заключается в том, что углеродистые подкладные кольца имеют цилиндрический и конический участки, размеры которых определяют из выражений L_к=K₁D_н.г., L_ц.у=К₂ D_н.г., L_к.у.=К₃ D_н.г, D_н.к.=К₄ D_н.г., D_в.к.=К₅ D_д.,. D_н.к.к.=К₆ D_в.г. где L_к - общая длина углеродистого кольца, мм; D_н.г. - наружный диаметр гильзы или полого слитка-заготовки ЭШП, мм; L_ц.у. - длина цилиндрического участка углеродистого кольца, мм; L_к.у. - длина конического участка углеродистого кольца, мм; D_н.к. - наружный диаметр углеродистого кольца, мм; D_в.к. - внутренний диаметр углеродистого кольца, мм; D_н.к.к. - наружный диаметр конусного конца углеродистого кольца, мм; D_в.к. - внутренний диаметр гильзы или полою слитка-заготовки ЭШП, мм; K₁=0,5-0,7 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₂=0,3-0,4 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам большего диаметра; К₃=0,2-0,3 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₄=1,0-1,2 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра; К₅=1,01-1,02 - коэффициент, большие значения которого относятся к дорнам меньшего диаметра; К₆=0,95-0,98 - коэффициент, большие значения которого относятся к гильзам или полым слиткам-заготовкам меньшего диаметра, конический участок углеродистого подкладного кольца меньшим основанием конуса входит во внутреннюю полость гильзы или полого слитка-заготовки на величину, значение которой определяют из выражения L_входа=(0,1-0,15)L_к, где большие значения коэффициента относятся к кольцам, гильзам и полым слиткам-заготовкам большего диаметра, на конические участки подкладных углеродистых колец наносят через 60° или 90° способом наплавки выступы, которые располагают по эвольвенте от меньшего основания конусной части к большему против хода вращения подающего аппарата, с увеличением диаметра подкладных углеродистых колец ширина и высота выступов возрастают, соответственно, с 20 до 25 и с 10 до 15 мм.

Определение теоретически необходимых геометрических размеров подкладных углеродистых колец и нанесение на конические участки углеродистых колец выступов позволит производить прокатку гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из легированных марок стали и сплавов на пилигримовых станах в товарные и передельные трубы с фиксированными величинами подач от затравки до полной обкатки (выведения) пилигримовых головок на углеродистый металл без разделения их на составные части, удаление пилигримовых головок из углеродистого металла пилой горячей резки, т.е. исключение операции снятия углеродистых колец с дорнов и их транспортировку краном в коробки для металлического лома или для складирования и сортировки для дальнейшего использования, что позволяет значительно повысить производительность пилигримовых станов.

Способ опробован и осуществлен на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" при прокатке передельных труб размером 325×35 мм из стали марки 08Х18Н10Т из слитков-заготовок ЭШП размером 500×100×1750 мм.

По существующей технологии прокатка труб данного размера из данной марки стали должна производиться на конусных дорнах диаметром 268/273 мм в валках с калибром 332 мм с подкладными цилиндрическими углеродистыми кольцами размером 500×вн.280×350 мм. Двукратное использование конусных колец размером 540×вн.280×350 мм оказалось не целесообразным из-за трудности дополнительного комплектования и трудности одевания их на дорн после обкатки одного из концов. Однократное использование подкладных колец размером 500хвн.280x350 мм дает возможность не полной обкатки пилигримовых головок и приводит к застреванию (затяжке) дорнов в трубах при прокатке на дорнах с конусностью 2-3 мм, а при прокатке на дорнах с конусностью 5 мм и более приводит к сбросу труб с дорна. и как следствие, к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, а это приводит к повышенным простоям, т.е. к снижению производительности пилигримового стана.

Для прокатки передельных труб данного размера из стали марки 10Х18Н10Т по предлагаемому способу были изготовлены углеродистые патрубки (подкладные кольца), имеющие цилиндрический и конический участки, размеры которых были рассчитаны в соответствии с п.1 формулы изобретения и составили: L_к=320 мм; L_ц.у.=180 мм; L_к.у.=140 мм; D_в.к.=268 мм; D_н.к.к.=280 мм. На конических участках углеродистых колец электросваркой были наплавлены выступы по эвольвенте от меньшего основания конусной части к большему против хода вращения подающего аппарата шириной 20 и высотой 10 мм (в соответствии с пп.3 и 4 формулы изобретения).

Схема подготовки гильз и полых слитков-заготовок ЭШП из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб представлена на рис.1, где 1 - дорновая головка, 2 - дорновое кольцо, 3 - углеродистое подкладное кольцо, 4 - гильза или полый слиток-заготовка ЭШП из легированной марки стали или сплава, 5 - дорн.

Слитки-заготовки ЭШП стали марки 08Х18Н10Т нагревались в методической печи до температуры 1260°C, прошивались в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 500×вн.290×2500 мм. На дорн 5 сначала надеваюсь кольцо 2, затем углеродистое подкладное кольцо 3 и гильза 4 из стати марки 08Х18Н10Т2. После первых 1-2 ударов-подач конус углеродистого подкладного кольца входил внутрь гильзы, образуя составную гильзу, которая прокатывалась в передельную трубу с полным выведением пилигримовой головки на углеродистый металл (п.2 формулы изобретения). После обкатки пилигримовой головки труба снималась с дорна вместе с подкладным углеродистым кольцом и по выводному рольгангу подавалась к пиле горячей резки. Подкладное углеродистое кольцо удалялось пилой горячей резки, а передельная труба подавалась в отделку на последующие технологические операции.

Трубы удовлетворительно сходили с дорна. Затяжек (застревания) дорнов не наблюдалось. За счет полной обкатки пилигримовых головок расходный коэффициент металла был снижен на 107 кг на тонну передельных труб по сравнению с шествующей технологией. По существующему способу время прокатки одной передельной трубы составило 560, а по предлагаемому 510 секунд, т.е. повышение производительности пилигримового стана составило 8.9%.

Таким образом, использование предлагаемого способа подготовки гильз и полых слитков-заготовок ЭШП из легированных марок стали и сплавов к пилигримовой прокатке труб позволит вести процесс прокатки товарных и передельных труб с полной обкаткой пилигримовых головок, исключить затяжку дорнов в трубах, исключить вероятность сброса труб при полной обкатке (докатке) пилилигримовых головок, а следовательно, исключить вероятность поломок предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана, снизить расходный коэффициент металла при переделе гильза или полый слиток-заготовка ЭШП-труба, повысить производительность пилигримовой установки за счет снижения вспомогательного времени на снятие подкладного кольца с дорна и транспортировку его краном в коробки с металлическими отходами, а следовательно, снизить стоимость товарных и передельных труб из дорогостоящих марок сталей и сплавов.