Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕДЕФОРМИРОВАННЫХ ТРУБ БОЛЬШОГО И СРЕДНЕГО ДИАМЕТРОВ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано при производстве бесшовных горячедеформированных труб диаметром 273-550 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющих в своем составе два стана косой прокатки, установленных параллельно со смещением выходных и входных сторон.

Известны способы прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки в гильзы с отношением D/S≥13,5 для производства труб диаметром 530-550 мм на ТПУ 8-16'' с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из углеродистых и малолегированных марок стали и труб диаметром 351 мм и более из слитков ЭШП труднодеформируемых марок стали и сплавов, заключающиеся в том, что нагретые слитки и заготовки прошивают (деформируют) в прошивном стане в две прошивки (ТИ158-Тр.ТБ1-38-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ14-3-460-75 и ТУ14-3-420-75" ТИ158-Тр.ТБ1-56-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ14-3-587-77", ТИ158-Тр.ТБ 1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ14-3Р-62-2002" и ТИ158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионностойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001").

Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок приводит к двойному нагреву, а следовательно, к повышенному угару металла, снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости передела труб. Прошивка гильз на оправках диаметром 425 мм и более с отношением D/S≥8 приводит к неравномерному охлаждению их в прошивном стане и повышенной кривизне, что, в свою очередь, приводит к повышенной разностенности труб на пилигримовом стане и, как следствие, к повышенному расходу металла при переделе (слиток - заготовка) - готовая труба. Прокатка труб размером 351 мм и более из труднодеформируемых марок стали и сплавов за одну прошивку вообще невозможна из-за малой мощности привода прошивного стана.

Известен способ производства бесшовных горячедеформированных труб, заключающийся в нагреве слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в полые толстостенные гильзы в одном стане косой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки и прокаткой их в трубы на установке с автоматическим станом (производство бесшовных труб из коррозионностойких сталей по ГОСТ 9940 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина).

Однако известный способ также имеет недостатки, а именно станы косой прокатки установлены последовательно. Данный способ прокатки приемлем для массового производства труб на ТПУ с автоматическими станами. Для производства труб малыми партиями (до одной трубы) на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами данный способ не приемлем, т.к. он приводит к потере производительности ТПУ из-за простоев второго стана при прокатке малых партий труб диаметром 273-450 мм и труб диаметром 465-550 мм (с двойной прошивкой).

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформируемых труб большого диаметра, заключающийся в том, что прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом прошивном стане, рабочие валки которого вращают в одну сторону, а раскатку в тонкостенные гильзы - во втором стане, рабочие валки которого вращают в противоположную сторону (Патент РФ №2243837, 2005, бюл. №1).

Данный способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра направлен на улучшение геометрических размеров труб из углеродистых и малолегированных марок стали, снижение расходного коэффициента металла, но не решает главной задачи, а именно - повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 465-550 мм и труб диаметром 273-450 мм малыми партиями.

Задачей предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является снижение энергоемкости приводов станов косой прокатки, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок с пилигримовыми станами за счет установки двух станов косой прокатки параллельно, что дает возможность при прокатке труб диаметром 273-450 мм малыми партиями производить на первом стане косой прокатки прошивку заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра, для прокатки труб разных диаметров на пилигримовых станах, а также прокатку труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и легированных марок стали и труб диаметром более 325 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов без промежуточного нагрева.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в полые толстостенные гильзы в стане косой прокатки на короткой оправке, повторный нагрев толстостенных гильз до температуры пластичности, раскатку в тонкостенные гильзы в стане косой прокатки, прокатку гильз в трубы на пилигримовых станах в профильных валках на длинной оправке - дорне, прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом стане косой прокатки, а раскатку в тонкостенные гильзы - во втором стане косой прокатки, установленном параллельно первому со смещением выходных и входных сторон, суммарную мощность приводов прошивных станов определяют из выражения (N₁+N₂)=(1,1-1,15)N_max, где N_max - максимальная мощность приводов стана косой прокатки, необходимая для прошивки максимальных диаметров слитков электрошлакового переплава и заготовок для прокатки труб максимального диаметра из труднодеформируемых марок стали и сплавов для данной трубопрокатной установки, кВт, N₁ - мощность приводов первого стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы, кВт, N₂ - мощность приводов второго стана косой прокатки для раскатки толстостенных гильз в тонкостенные, кВт, а мощность приводов стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы определяют из выражения N₁=К(N₁+N₂), где К=(0,55-0,60) - коэффициент для определения мощности приводов стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом стане косой прокатки, а раскатку в тонкостенные гильзы - во втором стане косой прокатки, установленном параллельно первому со смещением выходных и входных сторон, суммарную мощность приводов прошивных станов определяют из выражения (N₁+N₂)=(1,1-1,15)N_max, где N_max - максимальная мощность приводов стана косой прокатки, необходимая для прошивки максимальных диаметров слитков электрошлакового переплава и заготовок для прокатки труб максимального диаметра из труднодеформируемых марок стали и сплавов для данной трубопрокатной установки, кВт, N₁ - мощность приводов первого стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы, кВт, N₂ - мощность приводов второго стана косой прокатки для раскатки толстостенных гильз в тонкостенные, кВт, а мощность приводов стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы определяют из выражения N₁=К(N₁+N₂), где К=(0,55-0,60) - коэффициент для определения мощности приводов стана косой прокатки для прошивки слитков и заготовок в толстостенные гильзы. Таким образом, заявляемый способ соответствует 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 горячедеформированных труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и легированных марок стали и труб диаметром более 325 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов с двойной прошивкой (прошивкой слитков и заготовок в толстостенные гильзы с последующей раскаткой их в тонкостенные гильзы) заключается в повышении производительности ТПУ с пилигримовыми станами, экономии энергоресурсов за счет перераспеделения мощностей приводов станов косой прокатки между прошивкой слитков и заготовок в толстостенные гильзы и раскаткой их в тонкостенные для последующей прокатки их на пилигримовых станах в трубы.

Поэтому, кроме исключения повторного нагрева гильз под раскатку при прокатке труб размером 465-550 мм из кованых заготовок (ТУ 14-ЗР-55-2001, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-190-2004) углеродистых и легированных марок стали и труб диаметром более 325 мм из труднодефлрмируемых марок стали и сплавов, повышения производительности ТПУ с пилигримовыми станами, параллельное расположение станов косой прокатки дает возможность производить прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы на первом стане косой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы на втором стане косой прокатки, а также заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра для прокатки труб разных диаметров на установках с пилигримовыми станами, т.е. исключить простой второго пилигримового стана при прокатке труб диаметром 273-450 мм малыми партиями, труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и легированных марок стали и труб диаметром более 325 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов, требующих двойную прошивку (прошивку на одном стане косой прокатки с последующей раскаткой на втором стане косой прокатки), а перераспределение мощностей проводов между станами - экономию электроэнергии.

В связи с отсутствием в России на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в технологической линии двух прошивных станов предлагаемый способ поточного производства горячедеформированных труб большого и среднего диаметров осуществить не представляется возможным.

Для осуществления предложенной технологии производили прокатку труб размером 530×25 мм из стали марки 15Х1М1Ф по ТУ 14-3Р-55-2001 и передельных труб размером 445×58 мм из стали марки 08Х18Н10Т для последующей механической обработки в трубы размером 426×40 мм по ТУ14-3Р-197-2001 путем прошивки в существующем стане косой прокатки с мощность привода 2570 кВт в толстостенные гильзы с последующим повторным нагревом и раскаткой их в тонкостенные гильзы и теоретические данные по прокатке труб данного сортамента в соответствии с формулой изобретения.

Данные по прокатке труб размером 550×25×7800 мм из стали марки 15Х1М1Ф по ТУ 14-3Р-55-2001 и передельных труб размером 445×58×4500 мм из стали марки 08Х18Н10Т по существующему способу и теоретические данные по прокатке труб данных размеров с одного нагрева и прошивкой в двух станах косой прокатки, установленных параллельно со смещением выходных и входных сторон в технологической линии ТПУ с пилигримовыми станами, приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы 5 заготовок размером 650×100×1240 мм стали марки 15Х1М1Ф и 5 слитков ЭШП размером 585×100×1675 мм стали марки 08Х18Н10Т. Заготовки стали марки 15Х1М1Ф были нагреты в методической печи до температуры 1270-1280°С в течение 11,0 часов и прошиты в стане косой прокатки на оправке диаметром 300 мм в гильзы размером 660×315×1480 мм. После охлаждения, осмотра гильзы повторно были нагреты в течение 7,5 часов до температуры 1270-1280°С и раскатаны на оправке диаметром 520 мм в гильзы размером 670×535×2970 мм, а затем прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 550×25×7800 мм. Максимальная нагрузка на привод прошивного стана при прошивке составила 8,0 КА, а при раскатке 6,5 КА. Прокатку передельных труб размером 445×58 мм производили по технологии: слитки ЭШП были нагреты в течение 11,5 часов до температуры 1260-1270°С, прошиты на оправке диаметром 225 мм в гильзы размером 590×240×1860 мм, после охлаждения осмотрены и отремонтированы (при необходимости), повторно нагреты до температуры 1260-1270°С и раскатаны на оправке диаметром 350 мм в гильзы размером 620×365×2170 мм, а затем прокатаны на пилигримовом стане в передельные трубы размером 445×58×4500 мм. Максимальная нагрузка на привод двигателя при прошивке составила 8,2 КА, а при раскатке 6,7 КА. При прокатке труб размером 550×25 мм из стали 15Х1М1Ф простои второго пилигримового стана составили: при первой прошивке оба стана простояли 0,75×2=1,5 часа, а при раскатке и прокатке труб второй стан простоял 1,0 час. Таким образом, при прокатке 5 труб размером 550×25×7800 мм из стали марки 15Х1М1Ф общий простой станов составил 2,5 часа, а простой печи из-за повторного нагрева составил 7,5 часов. При прокатке труб размером 445×58×4500 мм из стали 08Х18Н10Т простои станов и печей составили соответственно 2,55 и 9,5 часов.

По предлагаемой технологии, с установкой 2-х станов косой прокатки в технологической линии ТПУ параллельно со смещением выходных и входных сторон, мощность приводов первого стана косой прокатки принимаем, в соответствии с формулой изобретения, равной 3200 кВт, а второго стана - 2600 кВт. При первой прошивке заготовок размером 650×100×1240 мм стали марки 15Х1М1Ф на оправке диаметром 300 мм в гильзы размером 660×365×1480 мм максимальная нагрузка на привод стана не должна превышать 6,5 КА, а при раскатке данных гильз на оправке диаметром 520 мм в гильзы размером 670×535×3060 мм не более 6,0 КА. Из-за исключения повторного нагрева, т.е. дополнительного угара металла на 2-3%, длина гильз увеличится на 90 мм, а длина труб на 150 мм. Аналогичные результаты получим и при прокатке передельных труб размером 445×58×4590 мм.

Таким образом, подтверждены фактические и теоретические обоснования целесообразности использования предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на ТПУ с пилигримовыми станами.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметра позволит повысить производительность ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и малолегированных марок стали, труб диаметром более 325 мм из нержавеющих и труднодеформируемых марок стали и сплавов, снизить расходный коэффициент металла за счет исключения повторного нагрева гильз под раскатку и производить формирование портфеля заказов трубами малыми партиями, а следовательно, снизить себестоимость трубной продукции.