Результат интеллектуальной деятельности: ВАЛОК ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ ТОНКОСТЕННЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ 508 ММ С ПОВЫШЕННОЙ ТОЧНОСТЬЮ ПО СТЕНКЕ

Изобретение относится к трубопрокатному инструменту, а именно к способу калибровки валков пилигримовых станов для прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 508×12-16 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 от 130 до 165 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 размером 508×12-16 мм необходимы гильзы размером 670-680×вн.515×3200-3300 или полые слитки-заготовки ЭШП размером 680-700×вн.510×3200±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, углом 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 508 мм с относительно толстыми стенками, т.е. с отношением D/S<30.

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, причём выпуска 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", изд. Металлургия, Москва, 1968, с. 139-140, 160).

Недостаток данных валков, как и вышеуказанного аналога, заключается в невозможности прокатки качественных по толщине стенки труб размером 508×12 -16 мм, т.е. с отношениями D/S≥30. Котельные трубы из стали марки 15Х1М1Ф и труб из стали 15X5 M для нефтеперерабатывающей промышленности данного размера приходится производить путем механической обработки - обточки и расточки горячекатаных труб размером 522×26-32 мм.

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 из-за прокатки их на конусных дорнах и не решает технологические вопросы производства труб размером 508×12-16 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 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 мм, 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 при откате их валками, снижение поперечной разностенности, образуемой за счет полной раскатки "гофров" верхним валком, снижение допуска по стенке и выпуск труб на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами с отношением D/S=40-53, но не решает технологические и качественные вопросы при производстве труб размером 508×12-16 мм, т.е. не учитывает влияния масштабного фактора.

Известен также 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 возможности вести процесс прокатки с увеличением дозированной подачи на 5,0-8,0%, но прокатка труб размером 508×12-16 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 гильзы 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 508×12-16 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм с малыми обжатиями на участке бойка и не увязывает геометрические размеры труб с изменением поперечного сечения ручья по длине рабочей части.

Наиболее близким по техническому решению (прототипом) является 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. свид. СССР № 554019, бюл. 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 508×12-16 мм для котельной и нефтеперерабатывающей промышленностей.

Задачей изобретения является освоение производства бесшовных горячекатаных труб размером 508×12-16 мм из гильз размером 670-680×вн.515×3200-3300 мм или из полых слитков-заготовок ЭШП размером 680-700×вн.510×3200±50 мм с геометрическими размерами, отвечающими требованиям ГОСТ или ТУ, без потери производительности пилигримового стана.

Техническое решение достигается тем, что в валке пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб диаметром 508 мм, содержащем по окружности бочки диаметром 1150 мм ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка с центральным углом 90°, полирующего участка с центральным углом 80°, угла продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150°, при этом углы поперечного выпуска на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на участке бойка 70° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° углы поперечного выпуска выполнены плавно снижающимися с 35 до 23°, на полирующем участке с центральным углом 70° углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 23°, на угле продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок на 10° углы поперечного выпуска выполнены плавно увеличивающимися с 23 до 35°, а на холостом участке 140° с переходом на боек с центральным углом 20° углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 35°.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый валок пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб диаметром 508 мм отличается тем, что углы поперечного выпуска на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на участке бойка 70° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° углы поперечного выпуска выполнены плавно снижающимися с 35 до 23°, на полирующем участке с центральным углом 70° углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 23°, на угле продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок на 10° углы поперечного выпуска выполнены плавно увеличивающимися с 23 до 35°, а на холостом участке 140° с переходом на боек с центральным углом 20° углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 35°. 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 ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при прокатке труб размером 508×12 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 90° с общим обжатием по диаметру 156 мм и углами поперечного выпуска, плавно изменяющимся с 35 до 23° на участке бойка 70° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10°; полирующий участок с центральным углом 70°, на котором углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 23°, на угле продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок на 10°, углы поперечного выпуска выполнены плавно увеличивающимися с 23 до 35°, а на холстом участке, равном 140° с переходом на боек с центральным углом 20°, углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 35°.

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 122 мм с углами поперечного выпуска, изменяющимися 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 "отесам" (провалы по диаметру) прокатку передельных труб по существующей технологии приходилось производить в валках с калибром 538 мм на размер 522×26 мм для после механической обработки - обточки и расточки в товарные размером 508×12 мм.

Данные по производству товарных труб размером 508×12 мм из стали 15Х5М для объектов нефтеперерабатывающей промышленности приведены в таблице 1. В производство были заданы 10 заготовок размером 650×100×1500 мм. Пять заготовок были прокатаны в валках существующей калибровки с диаметром бочки 1045 мм, а пять в валках предлагаемой калибровки с диаметром бочки 1150 мм. Из таблицы видно, что по существующей технологии были прокатаны 5 передельных труб размером 522×26×10000 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 508×12×5000 мм. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 2,662. По предлагаемой технологии были прокатаны 5 товарных труб размером 508×12×20500 мм, которые были порезаны пилой горячей резки на две трубы размером 508×12×10250 мм. Трубы по геометрическим размером полностью соответствовали требованиям ТУ 14-ЗР-62-2002 "Трубы стальные бесшовные из стали марки 15Х5М для нефтеперерабатывающей промышленности". Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,299.

Таким образом, использование валков пилигримового стана с диаметром бочки 1150 мм для прокатки труб размером 508×12 мм стали марки 15Х5М из гильз размером 670-680ХВН.515×3200-3300 или полых слитков ЭШП размером 680-700хвн.510×3200±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-ЗР-62-2002, значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе гильза или полый слиток ЭШП - товарная труба для нефтеперерабатывающей промышленности, увеличить длину труб в 2 раза, исключить трудоемкую операцию обточки и расточки передельных труб в товарные.