Результат интеллектуальной деятельности: ВАЛОК ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ 530 И 550 ММ

Изобретение относится к трубопрокатному инструменту, а именно к способу калибровки валков пилигримовых станов для прокатки бесшовных горячекатаных труб диаметром 530 и 550 мм с толщинами стенок от 12 до 25 мм с повышенной точностью по стенке, и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ". Трубопрокатная установка 8-16′′ с пилигримовыми станами единственная в России, на которой в данный момент производят трубы диаметром до 550 мм из гильз диаметром до 680 мм, т.е. с обжатием по диаметру в горячем состоянии от 125 до 145 мм. В существующую клеть пилигримового стана 8-16′′ можно задать гильзу диаметром до 720 мм и длиной не более 3500 мм, а на прошивном стане прошить гильзу диаметром не более 690 мм. Поэтому для производства бесшовных горячекатаных труб диаметром 530 с толщинами стенок от 12 до 25 мм необходимы гильзы размером 680-690×вн.515-540×3200-3300 мм или полые слитки-заготовки ЭШП размером 680-700×вн.500-510×3200±50 мм, а для прокатки труб диаметром 550 с толщинами стенок от 15 до 25 мм, соответственно, гильзы размером 680-690×540-565×3200-3300 мм или полые слитки-заготовки ЭШП размером 680-700×530-550×3200±50 мм.

В практике ТПУ с пилигримовыми станами известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей с последовательно расположенными по длине бойком, полирующим участком, участком продольного выпуска и холостым участком, при этом боек выполнен радиусом гребня валка увеличивающейся величины, а полирующий - в виде полукруга с тангенциальными выпусками (Ф.А. Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. "Горячая прокатка труб", изд. Металлургия, Москва, 1962, с.314-328).

Недостатком этих валков является то, что они позволяют прокатывать трубы диаметром 530 и 550 мм с толщинами стенок более 25 мм, т.е. с отношением D/S≤20.

Известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся величины, полирующего участка, имеющего постоянный радиус калибра валка, угла продольного выпуска и холостого участков, причем выпуски поперечного сечения изменяются по длине бойка от 32-37° до 20-25° в сечении перехода на полирующий участок (Ю.Ф. Шевакин, А.З. Глейберг."Производство труб". Металлургия, Москва. 1968. с.139-140, 160).

Недостаток данных валков, как и вышеуказанного аналога, заключается в невозможности прокатки качественных по толщине стенки труб диаметром 530 и 550 мм с толщинами стенок от 12 до 25 мм, т.е. с отношениями D/S от 22 до 45. Производство котельных труб из стали марки 15Х1М1Ф и труб из стали 15Х5М для нефтеперерабатывающей промышленности данного размера приходится производить путем механической обработки - обточки и расточки горячекатаных труб размером 545×30-40 мм и 565×32-45 мм.

В практике ТПУ с пилигримовыми станами известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с тангенциальными выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка, увеличивающейся величины, полирующего участка, имеющего постоянный радиус калибра валка, угла продольного выпуска (переходного) и холостого участков, выпуски поперечного сечения ручья на одной трети протяженности бойка выполнены постоянными по величине, а на остальной части бойка плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной выпуска составляет 1,3 радиуса гребня его начала (авт. свд. СССР №554019, бюллетень ОИПОТЗ №14, 1977 г.).

Использование данных валков обеспечивает прокат труб диаметром до 426 мм из гильз с большими отклонениями диаметров от номинала, т.е. прокат труб из гильз большего диаметра, прокатку труб с большими вытяжками, за счет чего снижается расходный коэффициент металла, исключаются потери времени на перевалки валков. Данные валки не дают возможности вести процесс прокатки качественных по толщине стенки труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм для котельной и нефтеперерабатывающей промышленностей.

Известен валок пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, состоящий по длине из последовательно расположенных бойка с увеличивающимся радиусом гребня, полирующего участка, конусность которого в развертке ручья равна конусности дорна и противоположна ей по направлению, угла продольного выпуска и холостого участка (патент РФ №2294250 от 27.07.2007, кл. В21В 21/02, бюл. №6).

Использование данных валков направлено на снижение продольной разностенности труб диаметром до 426 мм из-за прокатки их на конусных дорнах и не решает технологические вопросы производства труб размером 530×12-25 мм и 550×15-25 мм с повышенным качеством по стенке за счет снижения поперечной разностенности.

В трубной промышленности известен также способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб, включающий калибровку рабочих участков валков, состоящих из бойков, полирующих участков с углами продольных выпусков, а полирующие участки верхних валков выполнены увеличенной длины, значения которых определяют из выражения L_а.в.=πR_кα/180+kmµ, где R_к - катающий радиус валка на полирующем участке, мм; α - угол полирующего участка нижнего валка, град.; m - величина подачи металла в очаг деформации, мм; µ - коэффициент вытяжки при прокатке наименьшей толщины стенки труб данного диаметра; k=0,25-0,30 - коэффициент, меньшее значение которого принимают для труб размером 273×8, а большее для труб 426×9 мм (патент РФ №2243045, кл. В21В 21/00 от 27.12.2004 г.).

Изобретение обеспечивает исключение образования "гофров" в нижней части гильз - труб размером 273×8 и 426×9 мм при откате их валками, снижение поперечной разностенности, образуемой за счет полной раскатки "гофров" верхним валком, снижение допуска по стенке и выпуск труб на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами с отношением D/S=40-53, но не решает технологические и качественные вопросы при производстве труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм, т.е. не учитывает влияния масштабного фактора.

Наиболее близким по техническому решению (прототипом) является валок пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб, содержащий по окружности бочки ручей с последовательно расположенными по длине бойком, полирующим участком, углом продольного выпуска и холостым участком, при этом боек выполнен увеличивающимся радиусом гребня, а полирующий - с постоянным сечением в виде полукруга с тангенциальными выпусками 22° (А.В. Сафьянов, Л.И. Лапин и др. / Определение оптимального угла поперечного выпуска валков пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб. // Сборник ВЗМИ. №6. с.126-134. 1976).

Данные валки при прокатке труб диаметром до 426 мм с отношением D/S от 25 до 53 дают возможность вести процесс прокатки с увеличением дозированной подачи на 5,0-8,0%, но прокатка труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм с подачей гильзы в очаг деформации более 10 мм приводит к переполнению калибра и образованию на теле труб "бугров", "закатов" и повышенной поперечной разностенности, а следовательно, к браку труб, т.к. с увеличением диаметра прокатываемых труб в валках с диаметром бочки 1045 мм значительно снижается длина рабочей части валка. Прокатка труб данного размера с подачами гильз в очаг деформации менее 10 мм приводит к увеличению продолжительности прокатки труб более 5,5 минут, что в свою очередь приводит к снижению температуры гильз в конце прокатки ниже 800°С, к снижению производительности пилигримового стана, поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана.

Недостаток прототипа заключается также в том, что он не решает вопрос прокатки труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм с малыми обжатиями на участке бойка, снижением пути отката подающего аппарата и не увязывает геометрические размеры труб с изменением поперечного сечения ручья по длине рабочей части.

Задачей изобретения является освоение производства бесшовных горячекатаных труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм из гильзы и полых слитков-заготовок ЭШП размером, соответственно, 680-690×вн.540-565×3200-3300 мм, 680-700×вн.530-550×3200±50 мм и 670-680×вн.515×3200-3300 мм, 680-700×вн.510×3200±50 мм с геометрическими размерами, отвечающими требованиям ГОСТ или ТУ, без потери производительности пилигримового стана.

Технический результат достигается тем, что в валке пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб диаметром 530 и 550 мм, содержащем бочку диаметром 1150 мм с ручьем круглого сечения с тангенциальными выпусками, состоящем по длине из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся величины, полирующего участка, участка продольного выпуска, холостого участка, участок бойка выполнен с центральным углом 80°, полирующий участок выполнен с центральным углом 90°, участок продольного выпуска выполнен с центральным углом 40° и холостой участок с центральным углом 150°, углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 36°, на участке бойка с центральным углом от 20 до 60° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно уменьшающимися с 36 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 80° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок протяженностью 10° - плавно увеличивающимися с 22 до 36°, а на холстом участке от 10 до 140° с переходом на боек с центральным углом 20° - постоянными и равными 36°.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый валок пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб размером 530×12-25 и 550×15-25 мм из гильзы и полых слитков-заготовок ЭШП размером, соответственно, 680-690×540-565×3200-3300 мм, 680-700×530-550×320±50 мм и 670-680×вн.515×3200-3300 мм, 680-700×вн.510×3200±50 мм с геометрическими размерами, отвечающими требованиям ГОСТ или ТУ, без потери производительности пилигримового стана отличается от известного тем, что участок бойка выполнен с центральным углом 80°, полирующий участок выполнен с центральным углом 90°, участок продольного выпуска выполнен с центральным углом 40° и холостой участок с центральным углом 150°, углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 36°, на участке бойка с центральным углом от 20 до 60° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно уменьшающимися с 36 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 80° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок протяженностью 10° - плавно увеличивающимися с 22 до 36°, а на холстом участке от 10 до 140° с переходом на боек с центральным углом 20° - постоянными и равными 36°.

Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

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

Изобретение осуществлено на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при прокатке труб размером 550×15 мм из стали марки 15Х5М для объектов нефтеперерабатывающей промышленности. В валках с диаметром бочки 1150 мм был врезан калибр в соответствии с формулой изобретения. За основу была принята кривая распределения обжатий существующей калибровки валков для прокатки тонкостенных труб с параметрами: боек - 80° с общим обжатием по диаметру в горячем состоянии 124 мм и углами поперечного выпуска, плавно изменяющимся с 36 до 22° на участке бойка 60° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10°; полирующий участок с центральным углом 80°, на котором углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 22°, на угле продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок на 10°, углы поперечного выпуска выполнены плавно увеличивающимися с 22 до 36°, а на холстом участке, равном 140°, с переходом на боек с центральным углом 20°, углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 36°.

Прокатка труб данного размера также производилась в валках существующей калибровки с диаметром бочки 1045 мм с параметрами: боек - 100° с общим обжатием по диаметру до 110 мм с углами поперечного выпуска, изменяющимся с 33 до 20°, полирующий участок - 70° с углами поперечного выпуска 20°, угол продольного выпуска - 40° с плавным увеличением углов поперечного выпуска с 20 до 33°. Из-за повышенной бугристости, разностенности и "отесов" (провалы по диаметру) прокатку передельных труб по существующей технологии производили в валках с калибром 584 мм на размер 565×30 мм для последующей механической обработки - обточки и расточки в товарные размером 550×15 мм.

Данные по производству товарных труб размером 550×15 мм из стали 15Х5М для объектов нефтеперерабатывающей промышленности приведены в таблице 1. В производство были заданы 5 заготовок размером 650×100×1500 и 5 заготовок размером 650×100×1350 мм. Так как прокатку передельных труб размером 565×30 мм производим в валках существующей калибровки на дорнах диаметром 509/510 мм, а прокатку товарных труб размером 550×15 мм в валках предлагаемой калибровки на дорнах диаметром 524/525 мм, то процесс прошивки гильз в стане поперечно-винтовой прокатки производим в две прошивки на оправках диаметром, соответственно, 375, 525 и 375, 540 мм. При прошивке заготовок размером 650×100×1500 мм на оправке диаметром 540 мм размер гильз будет более 4200 мм, которые нельзя выдать из стана поперечно-винтовой прокатки и нельзя задать в пилигримовый стан. Поэтому при прокатке труб размером 550×15 мм в валках предлагаемой калибровки размер заготовок был принят равным 650×100×1350 мм. Пять заготовок размером 650×100×1500 мм были прокатаны в валках существующей калибровки с диаметром бочки 1045 мм, а пять размером 650×100×1350 мм в валках предлагаемой калибровки с диаметром бочки 1150 мм. Из таблицы видно, что по существующей технологии были прокатаны 5 передельных труб размером 565×30×7000 мм. Так как на существующем станочном оборудовании можно обтачивать и растачивать трубы не длиннее 6000 мм, передельные трубы были порезаны на два крата равной длины и обточены и расточены в товарные трубы размером 550×15×3500 мм. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,821. По предлагаемой технологии были прокатаны 5 товарных труб размером 550×15×12000 мм. Трубы по геометрическим размерам полностью соответствовали требованиям ТУ 14-3Р-62-2002 "Трубы стальные бесшовные из стали марки 15Х5М для нефтеперерабатывающей промышленности". Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,481.

Таким образом, использование валков пилигримового стана с диаметром бочки 1150 мм для прокатки труб размером 550×15 мм стали марки 15Х5М из гильз размером 680×вн.555×3400 мм или полых слитков ЭШП размером 680-700×вн.540×3200±50 мм, скалиброванных по предлагаемой методике, позволяет прокатывать на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами качественные товарные трубы с геометрическими размерами, соответствующими требованиям ТУ 14-3Р-62-2002 и ТУ 14-3Р-55-2001, значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе гильза или полый слиток ЭШП - товарная труба для котельной и нефтеперерабатывающей промышленностей, увеличить длину труб более чем в 3 раза, исключить трудоемкую операцию обточки и расточки передельных труб в товарные.