Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 290Х11-12 ММ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРУБОПРОКАТНОЙ УСТАНОВКИ ТПУ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ИЗ НИЗКОПЛАСТИЧНЫХ СТАЛЕЙ МАРОК 04Х14Т3Р1Ф-Ш И 04Х14Т5Р2Ф-Ш

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства передельных труб размером 290×11-12 мм с использованием трубопрокатной установки ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш для изготовления шестигранных труб для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива с выведением пилигримовых головок и затравочных концов на подкладные углеродистые кольца, и может быть использовано при производстве передельных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В процессе прокатки труб на ТПУ с пилигримовыми станами образуются технологические отходы в виде пилигримовых головок и затравочных концов, масса которых, в зависимости от геометрических размеров труб, на каждой тонне составляет от 135 до 150 кг (Ф.А. Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин.// Горячая прокатка труб. Москва. Издательство «Металлургия», 1962. с.296).

В трубной промышленности известен способ подготовки заготовок к прокатке труб без пилигимовых головок на пилигримовом стане, включающий раздельный нагрев до температур пластичности заготовок из легированных марок стали и сплавов и изготовленных из углеродистых марок стали патрубков (подкладных колец), прошивку заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и последовательное насаживание их на дорн до стыка торцев. 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 выше описанным способом (авт. свидетельство СССР №430908, Кл. В21В 21/00. 1972).

Недостатком данного способа подготовки гильз к пилигримлвой прокатке без пилигримовых головок является то, что он направлен на технологию прокатки товарных и передельных труб из легированных труднодеформируемых марок стали и сплавов с повышенным коэффициентом линейного расширения без пилигримовых головок, а при прокатке передельных труб размером 290×11-12 мм из низкопластичных борсодержащих сталей при докатке (обкатке) пилигимовых головок из подкладных углеродистых колец происходит сброс труб-плетей с дорна, что в свою очередь приводит к повышенной обрези концов труб из-за не раскатанных «бунтов» - утолщений стенки труб по выпускам калибра и может привести к поломкам предохранительных болтов и шпинделей пилигримового стана.

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. В21В 21/00. 1980).

Недостатком известного способа подготовки гильз к пилигримовой прокатке труб является не технологичность нанесения покрытия на подкладные углеродистые кольца теплоизолирующих плавких материалов и, как выше приведенный аналог, он не решает вопроса сброса труб-плетей с дорна при обкатке пилигримовых головок и снижения расхода борсодержащих сталей на образование пилигримовых головок. Данный способ может быть приемлем только при прокатке труб из сплавов на основе титана.

В трубной промышленности известен также 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, L_k.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_k - общая длина углеродистого кольца, мм; L_ц.у. - длина цилиндрического участка кольца, мм; L_k.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. В21В 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 и как выше приведенные аналоги, не решает вопроса снижения расхода борсодержащих сталей на образование затравочных концов.

Наиболее близким техническим решением является способ пилигримовой прокатки, включающий ввод дорна в гильзу, имеющего участок с повышенной конусностью под дорновую головку для центрирования заднего конца гильзы, одевание на дорн гильзы, а затем конусного углеродистого кольца, конусной частью которого центрируют передний конец гильзы относительно оси дорна и деформацию составной заготовки валками с переменным профилем калибра в товарные трубы (патент RU №2346766, Кл. В21В 21/00, 20.02.2009).

Данный способ пилигримовой прокатки направлен на снижение поперечной разности затравочных концов труб, т.е. на частичное снижение их длины и не решает задачи выведения пилигримовых головок при прокатке передельных труб из борсодержащих марок стали.

Задачей предложенного способа производства передельных труб размером 290×11-12 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из слитков-заготовок электрошлакового переплава низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш для изготовления шестигранных труб-заготовок для уплотненного хранения в бассейнах выдержки АЭС и транспортировки отработанного ядерного топлива является полная прокатка (обкатка) пилигримовых головок и передних концов сборных гильз-заготовок в передельные трубы размером 290×11-12 мм из борсодержащих сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш и исключение сброса труб-плетей с дорна.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства передельных труб размером 290×11-12 мм с использованием трубопрокатной установки ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш, включающем отливку слитков электрошлаковым переплавом, обточку слитков по наружной поверхности до удаления дефектов литейного происхождения с получением слитков-заготовок, нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков-заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, зарядку дорна с дорновьм кольцом в дорновую головку пилигримового стана, одевание на дорн подкладного углеродистого кольца цилиндрическим участком к дорновому кольцу, а коническим к торцу гильзы, ввод дорна в гильзу, одевание на дорн подкладного углеродистого кольца, выполненного в виде цилиндра с коническим участком, центрирование коническим участком подкладного углеродистого кольца переднего конца гильзы относительно оси дорна и деформацию сборной гильзы в валках с переменным профилем калибра в передельную трубу с выведением затравочного конца и пилигримовой головки на подкладные углеродистые кольца.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства передельных труб размером 290×11-12 мм с использованием трубопрокатной установки ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш, отличается тем, что после ввода дорна в гильзу, на дорн одевают подкладное углеродистое кольцо, выполненное в виде цилиндра с коническим участком, производят центрирование коническим участком подкладного углеродистого кольца переднего конца гильзы относительно оси дорна и деформацию сборной гильзы в валках с переменным профилем калибра в передельную трубу с выведением затравочного конца и пилигримовой головки на подкладные углеродистые кольца. 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 передельных труб размером 290×11-12 мм с использованием трубопрокатной установки ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из низкопластичных сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш заключается в том, производят зарядку дорна с дорновым кольцом в дорновую головку пилигримового стана, одевание на дорн подкладного углеродистого кольца цилиндрическим участком к дорновому кольцу, а коническим к торцу гильзы, ввод дорна в гильзу, одевание на дорн подкладного углеродистого кольца, выполненного в виде цилиндра с коническим участком, центрирование коническим участком подкладного углеродистого кольца переднего конца гильзы относительно оси дорна и деформацию сборной гильзы в валках с переменным профилем калибра в передельную трубу с выведением затравочного конца и пилигримовой головки на подкладные углеродистые кольца.

Определение геометрических размеров подкладных углеродистых колец, способ кантовки и подачи сборных гильз-заготовок в очаг деформации позволят производить прокатку сборных гильз-заготовок на пилигримовых станах в передельные трубы размером 290×11-12 мм с фиксированными величинами подач от затравки до полной обкатки (выведения) затравочных концов и пилигримовых головок на углеродистый металл без разделения их на составные части, поточное удаление пилигримовых головок и затравочных концов из углеродистого металла пилой горячей резки, т.е. исключение операции снятия углеродистых колец с дорна и транспортировку их краном в коробки для металлического лома, что позволит снизить расход борсодержащих сталей и повысить производительность пилигримовых станов.

Способ опробован и осуществлен на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО «ЧТПЗ» при прокатке передельных труб размером 290×12 мм из стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора 2,42-2,67% из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750 и 470×100×1700 мм.

По существующей технологии прокатка труб данного размера из данной марки стали должна производиться в валках с калибром 295 мм с подкладными цилиндрическими углеродистыми кольцами размером 480хвн. 320×250 мм для выведения пилигримовых головок на углеродистый металл и конусными подкладными углеродистыми кольцами с наружным диаметром в цилиндрической части 460-470 мм и внутренним диаметром 320 мм. Минимальный наружный диаметр конусной части подкладного углеродистого кольца 285 мм. Прокат передельных труб размером 290×12 мм из слитков-заготовок ЭШП размером 470×100×1750 мм по существующей технологии производили по двум вариантам, а именно с использованием одного цилиндрического углеродистого кольца для выведения пилигримовых головок (авт.свидетельство СССР №430908) и двух колец для выведения пилигимовых головок и затравочного конца (патент РФ №2346766). При прокатке передельных труб размером 290×12 мм по существующим способам в производство было задано 20 слитков ЭШП стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора 2,42-2,67% размером 470×100×1750 мм (по 10 слитков-заготовок под каждый вариант). Слитки-заготовки были нагреты в методической печи до температуры 1060-1070°С и прошиты в стане поперечно винтовой прокатки на оправке диаметром 280 мм в гильзы размером 470хвн. 295×2700 мм. Нагрев подкладных углеродистых колец производили в другой методической печи до температуры 1260-1270°С. Первые 10 слитков-заготовок общей массой 22,74 т прокатали с использованием цилиндрических колец для выведения пилигримовых головок на пластичные углеродистые кольца. При обкатке пилигримовых головок во всех случаях наблюдалось сползание труб-плетей с дорна, что не позволило произвести дополнительную кантовку и обкату усов, образовавшихся при последних подачах гильз в очаг деформации, что привело к отрезке задних концов труб-плетей на длине 1100-1300 мм (средняя длина обрези составила 1200 мм). Чтобы избежать образования рванин на передних (затравочных) концах передельных труб затравку производили на стенку 14-14,5 мм. В результате средняя длина передельных труб на прокате составила 26500 мм, от которых пилой горячей резки были удалены затравочные концы длиной 800 мм и концы со стороны пилигимовых головок средней длиной 1200 мм. Трубы длиной 24500 мм пилой горячей резки были порезаны на две трубы равной длины. На одной трубе-плети со стороны пилигримовой головки были рванины, а на другой со стороны затравки, что привело к потере 2-х кратов. Трубы были выправлены на правильной машине приняты как условно годные и отправлены в цех №5 на переработку в шестигранные трубы. Из данных труб в цехе №5 размечено 38 кратов. В процессе механической обработки и профилирования отбраковано еще три ката: один крат на наружной плене, второй крат по внутренней плене, а третий по зарезу (брак цеха №5). Из данной партии передельных труб сдано 35 шестигранных труб-заготовок общей массой 6,48 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,509.

Вторые 10 слитков-заготовок общей массой 22,25 т прокатали с использованием цилиндрических колец для выведения пилигримовых головок и затравочных концов на пластичные углеродистые кольца. Для выведения затравочных концов использовали подкладные кольца согласно патента РФ №2346766. При обкатке пилигримовых головок во всех случаях наблюдалось сползание труб-плетей с дорна, что не позволило произвести дополнительную кантовку и обкату усов, образовавшихся при последних подачах гильз в очаг деформации, что привело к отрезке задних концов труб-плетей на длине 1100-1200 мм (средняя длина обрези составила 1150 мм). Затравка производилась стабильно, углеродистые кольца не отделялись от передельных труб плетей, что позволило вести начало прокатки передельных труб на стенку 12 мм. Средняя длина передельных труб в желобе пилигримового стана составила 27000 мм, от которых были пилой горячей резки удалены концы со стороны пилигримовых головок длиной 1100-1200 мм и затравочные концы длиной 800 мм. Средняя длина труб в желобе пилигримового стана с учетом обрези составила 25500 мм. Трубы длиной 25500 мм пилой горячей резки были порезаны на две трубы равной длины. На двух трубах-плетях со стороны пилигимовых головок были рванины, что привело к потере 2-х кратов. Трубы были выправлены на правильной машине приняты как условно годные и отправлены в цех №5 на переработку в шестигранные трубы. Из данных труб в цехе №5 размечено 38 кратов. В процессе механической обработки и профилирования отбраковано еще два крата: один крат на наружной плене, а второй крат по внутренней плене (брак цеха №1). Из данной партии передельных труб сдано 36 шестигранных труб-заготовок общей массой 6,67 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,336.

Третью партию в количестве 10 слитков-заготовок общей массой 22,65 т прокатали в соответствии с формулой изобретения. Для выведения затравочных концов использовали подкладные кольца согласна патента РФ №2346766. При обкатке пилигримовых головок случаях сползание труб-плетей с дорна не происходило. Углеродистые кольца удалялись пилой горячей резки, Это позволило производить кантовку и обкату усов до полного выведения пилигримовых головок на углеродистый металл, что в свою очередь дало возможность снизить длины отрезаемых в отходы задних концов труб-плетей на 800 мм. Снижение длины отрезаемых задних концов труб-плетей из-за разностенности и продольных рванин дает возможность снизить длину слитков заготовок на 50 мм. В процессе прокатки 10 слитков-заготовок на пилигримовом стане получено 20 труб или 40 кратов. Брак трубкратов в цехе №1 отсутствовал. В цех №5 на дальнейшую переработку их в шестигранные трубы-заготовки отправлено 40 кратов. В цехе №5 при переработке забракованы три крата: один по наружной плене, второй по внутренней плене, а третий по зарезу стенки, выводящие толщину стенки за пределы минусового поля допуска. Принято годными 37 шестигранных труб-заготовок общей массой 6,85 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,307, т.е. получено снижение расходного коэффициента относительно варианта №2 существующей технологии на 29 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.

Опытно-промышленная прокатка партии передельных труб по предлагаемому способу показала возможность снижения высоты слитков-заготовок ЭШП на 50-60 мм. Четвертую партию в количестве 10 слитков-заготовок размером 470×100×1700 мм общей массой 22,05 т прокатали в соответствии с формулой изобретения. При обкатке пилигримовых головок случаях сползание труб-плетей с дорна также не происходило. Углеродистые кольца удалялись пилой горячей резки. В процессе прокатки 10 слитков-заготовок на пилигримовом стане получено 20 труб или 40 кратов. Брак труб-кратов в цехе №1 отсутствовал. В цех №5 на дальнейшую переработку в шестигранные трубы-заготовки отправлено 40 кратов. В цехе №5 при переработке забракованы два крата: один по наружной плене, а второй по внутренней плене, выводящие толщину стенки за пределы минусового поля допуска. Принято годными 38 шестигранных труб-заготовок общей массой 7,03 т. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 3,137, т.е. получено снижение расходного коэффициента металла дорогостоящей борсодержащей стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш, относительно варианта №2 существующей технологии, на 199 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.

После первых двух ударов (подач) сборных гильз в очаг деформации подкладные углеродистые кольца для выведения затравочных концов и пилигримовых головок плотно входили в гильзы, образуя одну монолитную сборную гильзу. Затравочные концы и пилигримовые головки из углеродистого металла удалялись пилой горячей резки, т.е. без снижения производительности пилигримового стана. Данные по прокатке передельных труб размером 290×12×22000-24100 мм из слитков-заготовок стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора 2,42-2,67, отлитых на ОАО «ЗМЗ» и прокатанных на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» по существующим и предлагаемому способам, и производству из них шестигранных труб-заготовок «под ключ» размером 257×6×4300 мм приведены в таблице 1.

Таким образом, использование предлагаемого способа производства передельных труб из слитков-заготовок ЭШП низкопластичных борсодержащих марок сталей марок 04Х14Т3Р1Ф-Ш и 04Х14Т5Р2Ф-Ш на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит вести процесс прокатки передельных труб с полным выведением затравочных концов и пилигимовых головок на подкладные углеродистые кольца, исключить вероятность сброса монолитных гильз-заготовок из борсодержащих сталей при полной обкатке пилигримовых головок, а, следовательно, снизить расходный коэффициент металла при переделе слиток-заготовка ЭШП - передельная труба - шестигранная труба-заготовка, повысить производительность пилигримовой установки за счет снижения вспомогательного времени на снятие подкладного углеродистого кольца с дорна и транспортировку его краном в коробки с металлическими отходами, а следовательно, снизить стоимость товарных шестигранных труб-заготовок.