Результат интеллектуальной деятельности: ВАЛОК ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 610×28-32 И 630×28-32 мм ДЛЯ ТРУБОПРОВОДОВ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПЕРЕГРЕВА ПАРА КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК ИЗ ГИЛЬЗ И ПОЛЫХ СЛИТКОВ ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА РАЗМЕРОМ 690×вн.590×3300-3500, 700×вн.580×3200±50 И 720×вн.600×3200±50 мм

Изобретение относится к трубопрокатному инструменту, а именно к способу калибровки валков пилигримовых станов для прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-32 и 630×28-32 мм из сталей марок 15Х1М1Ф и 10Х9МФБ-Ш для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков электрошлакового переплава размером 690хвн. 590×3300-3500, 700хвн. 580×3200±50 и 720х вн.600×3200±50 мм 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 680 мм, т.е. с обжатием по диаметру 130 мм. В клеть пилигримового стана 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 610×28-32 и 630×630×28-32 мм необходимы гильзы и полые слитки ЭШП размером 690хвн. 590×3300-3500, 700хвн. 580×3200±50 и 720хвн. 600×3200±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 с переменным возрастающим поперечным сечением по длине, а полирующий с постоянным сечением в виде круга с 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 заготовки только одного диаметра в трубы диаметром до 550 мм с относительно тонкими стенками, т.е. с отношением D/S≥25.

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 гребня валка, угла продольного выпуска и холостого участков, причем выпуски поперечного сечения изменяются по длине бойка от 32-37° до 20-25° в сечение перехода на полирующий участок (Ю.Ф.Шевакин, А.З.Глейберг."Производство труб". Металлургия, Москва, 1968, с.139-140, 160).

Недостаток данных валков, как и выше указанного аналога, заключается в невозможности прокатки заготовок с разными диаметрами при использовании валков одного типоразмера, без замены их при переходе на другой размер заготовок, что приводит к увеличению перевалок валков, снижению производительности стана и невозможности прокатки качественных труб по стенке диаметром более 550 мм.

В практике ТПУ с пилигримовыми станами 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 гребня 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 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 толстостенных труб диаметром более 550 мм с дозированной величиной подачи из гильз и полых слитков ЭШП с обжатиями по диаметру менее 130 мм, что, в свою очередь, приводит к незаполнению калибра и образованию на теле труб "отесов" - провалов по диаметру и утонению стенки.

Наиболее близким по техническому решению (прототипом) является ручей пилигримового валка с переменным сечением по окружности на обжимном и полирующем участках, а поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся до расчетной величины половины профиля готовой трубы, т.е. глубина вреза ручья на полирующем участке изменяется в пределах от 0,5 до 1,5 мм и зависит от толщины стенки прокатываемых труб (авт.свид. СССР №358042, Бюллетень №34, 1972 г.)

Использование данных валков позволило стабилизировать величину подачи металла в очаг деформации, исключить проскальзывание валков и образование "отесов" при прокатке труб с отношением D/S≥7,0, т.е. при прокатке труб с толщинами стенок от 40 до 60 мм, в зависимости от диаметра труб, т.е. от отношения D/S.

Недостаток приведенного изобретения "Ручей пилигримового валка" заключается в том, что оно не решает вопрос прокатки труб диаметром более 550 мм с малыми обжатиями на участке бойка и не увязывает геометрические размеры труб с изменением поперечного сечения ручья по длине рабочей части.

Задачей изобретения является производство бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-32 и 630×28-32 мм для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков - заготовок ЭШП размером 690хвн. 590×3300-3500, 700хвн. 580×3200±50 и 720хвн. 600×3200±50 мм с геометрическими размерами, отвечающими требованиям ТУ 14-ЗР-55-2001.

Техническое решение достигается тем, что в валке пилигримового стана для прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-32 и 630×28-32 мм для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 690хвн. 590×3300-3500, 700хвн. 580×3200±50 и 720хвн. 600×3200±50 мм, содержащего по окружности бочки диаметром 1150 мм рабочий и холостой участки протяженностью соответственно 220 и 140°, при этом рабочий участок содержит ручей круглого сечения с тангенциальными поперечными выпусками, составленными из последовательно расположенных бойка, полирующего участка и угла продольного выпуска, при этом боек выполнен протяженностью от 0,36 до 0,37 общей протяженности рабочего участка с углом поперечного выпуска, изменяющимся по длине бойка от 32-37 до 20-25° в сечение перехода на полирующий участок, который имеет протяженность от 0,45 до 0,46 общей протяженности рабочего участка и поперечное сечение, плавно уменьшающееся до расчетной величины профиля готовой трубы, протяженность угла продольного выпуска составляет от 0,18 до 0,19 общей протяженности рабочего участка, а поперечное сечение угла продольного выпуска увеличивается в зависимости от изменения его радиуса, боек валка с центральным углом 80°, общим обжатием-редуцированием гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава по диаметру от 70 до 80 мм по окружности бочки содержит ручей с поперечными уменьшающимися выпусками с 35 до 22°, разбит на три участка с центральными углами α₁=20, α₂=25 и α₃=35°, с плавным распределением обжатия по диаметру соответственно Δ_1d=16,Δ_2d=40 и Δ_3d=24мм,а приращения радиусов δ_б через один градус на данных участках определяются из выражений , , , где ρ₀ - радиус валка в нулевой точке, мм; ρ₂₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 20°, мм; ρ₄₅ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 45°, мм; ρ₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 80°, т.е. в конце бойка, мм; α₁, α₂, и α₃ - величины центральных углов участков бойка; δ_б1=0,40, δ_б2=0,80, а _δ3=0,34 мм/град., полирующий участок валка с центральным углом 100° по окружности бочки содержит ручей с поперечными выпусками 22°, а поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся, значение которого Δ_п определяется из выражения где Δ_п -разница между диаметром поперечного сечения калибра в начале полирующего и диаметром поперечного сечения калибра в конце полирующего участка, мм; D_н.п - диаметр калибра валка в начале полирующего участка, мм; D_к.п - диаметр калибра валка в конце полирующего участка, мм; ΔS_max - максимальное поле допуска труб с толщиной стенки 28 мм; ΔS_min - минимальное поле допуска труб с толщиной стенки 28 мм, а приращения радиусов δ_п через один градус определяются из выражения где ρ₁₈₀-ρ₈₀=0,53 - разность между радиусами валка на полирующем участке, мм; ρ₁₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 180°, т.е. в конце полирующего участка, мм; ρ₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 80°, т.е. в начале полирующего участка, мм; α_n - величина центрального угла полирующего участка, град.; δ_п=0,005 мм/град, угол продольного выпуска валка с центральным углом α^^=40° по окружности бочки содержит ручей с тангенциальными выпусками изменяющимися от 22 до 35°, поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно увеличивающимся, а убывание - снижение значений радиусов через один градус определяется из выражения

где ρ_н.п.вып - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 180°, т.е. в начале угла продольного выпуска - конце полирующего,мм; ρ_к.n.вып. - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 220°, т.е. в конце угла продольного выпуска, мм; δ _п.вып. =-0,065 мм 1 град.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый валок пилигримового стана для прокатки бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-32 и 630×28-32 мм для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков электрошлакового переплава размером 690хвн.590×3300-3500, 700хвн. 580×3200±50 и 720хвн. 600×3200±50 мм, отличается от известного тем, что рабочий участок содержит ручей круглого сечения с тангенциальными поперечными выпусками, составлена из последовательно расположенных бойка, полирующего участка и угла продольного выпуска, при этом боек выполнен протяженностью от 0,36 до 0,37 общей протяженности рабочего участка с углом поперечного выпуска, изменяющимся по длине бойка от 32-37 до 20-25° в сечение перехода на полирующий участок, который имеет протяженность от 0,45 до 0,46 общей протяженности рабочего участка и поперечное сечение, плавно уменьшающееся до расчетной величины профиля готовой трубы, протяженность угла продольного выпуска составляет от 0,18 до 0,19 общей протяженности рабочего участка, а поперечное сечение угла продольного выпуска увеличивается в зависимости от изменения его радиуса, боек валка с центральным углом 80°, общим обжатием-редуцированием гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава по диаметру от 70 до 80 мм по окружности бочки содержит ручей с поперечными уменьшающимися выпусками с 35 до 22°, разбит на три участка с центральными углами α₁=20, α₂=25 и α₃=35°, с плавным распределением обжатия по диаметру соответственно Δ_1d=16, Δ_2d=40 и Δ_3d=24мм,а приращения радиусов δ_б через один градус на данных участках определяются из выражений , , , где ρ₀ - радиус валка в нулевой точке, мм; ρ₂₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 20°, мм; ρ₄₅ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 45°, мм; ρ₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 80°, т.е. в конце бойка, мм; α₁, α₂, и α₃ - величины центральных углов участков бойка; δ_б1=0,40, δ_б2=0,80, а δ_σ3=0,34 мм/град., полирующий участок валка с центральным углом 100° по окружности бочки содержит ручей с поперечными выпусками 22°, а поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся, значение которого Δ_п определяется из выражения где Δ_п -разница между диаметром поперечного сечения калибра в начале полирующего и диаметром поперечного сечения калибра в конце полирующего участка, мм; D_н.п - диаметр калибра валка в начале полирующего участка, мм; D_к.п - диаметр калибра валка в конце полирующего участка, мм; ΔS_max - максимальное поле допуска труб с толщиной стенки 28 мм; ΔS_min - минимальное поле допуска труб с толщиной стенки 28 мм, а приращения радиусов δ_п через один градус определяются из выражения где ρ₁₈₀-ρ₈₀=0,53 - разность между радиусами валка на полирующем участке, мм; ρ₁₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 180°, т.е. в конце полирующего участка, мм; ρ₈₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 80°, т.е. в начале полирующего участка, мм; α_п - величина центрального угла полирующего участка, град.; δ_п=0,005 мм/град, угол продольного выпуска валка с центральным углом α^^=40° по окружности бочки содержит ручей с тангенциальными выпусками изменяющимися от 22° до 35°, поперечное сечение ручья по дине полирующего участка выполнено плавно увеличивающимся, а убывание - снижение значений радиусов через один градус определяется из выражения

где ρ_н.п.вып - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 180°, т.е. в начале угла продольного выпуска - конце полирующего,мм;ρ_к.n.вып. - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 220°, т.е. в конце угла продольного выпуска, мм; δ _п.вып. =-0,065 мм 1 град.

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 патентноспособности "изобретательский уровень".

Изобретение осуществлено на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при прокатке котельных труб размером 630×28 мм из стали марки 15Х1М1Ф в валках с диаметром бочки 1150 мм и калибровкой для прокатки толстостенных труб с параметрами: боек - 100° с общим обжатием по диаметру 168 мм и углом поперечного выпуска, изменяющимся с 33 до 22°, полирующий участок - 70° с плавным уменьшением поперечного сечения по длине полирующего участка Δ_п=-1,5 мм (δ_n=0,02 мм/град.) и углом поперечного выпуска 22°, угол продольного выпуска - 40° с увеличением поперечного сечения по длине продольного выпуска (δ_п.вып.=1,0 мм/град. - средний, а фактический переменный по длине угла продольного выпуска) с углом поперечного выпуска, изменяющимся с 22 до 33°(существующая калибровка). Прокатка труб данного размера производилась также в валках предложенной калибровки с параметрами: боек - 80° с общим обжатием по диаметру до 80 мм с углом поперечного выпуска изменяющимся с 35 до 22°, который разбит на три участка с центральными углами 20, 25 и 35 град. и плавными увеличениями радиусов через один градус, соответственно δ_б1=0,40, δ_б2=0,80, а δ_б3=0,34 мм/град., мм/град., полирующий участок - 100° с плавным уменьшением поперечного сечения по длине полирующего участка Δ_п=1,06 мм (δ_п=0,005 мм/град.) и углом поперечного выпуска 22°, угол продольного выпуска - 40° с плавным увеличением угла поперечного выпуска с 22 до 35° и плавным уменьшением -снижением размеров радиусов через один градус на величину δ_п.вып=-0,065 мм/град. Валки были изготовлены в соответствии с формулой изобретения. Данные по прокатке котельных труб размером 630×32 мм из полых слитков ЭШП размером 720хвн. 600×3200±50 мм из стали марки 15Х1М1Ф в валках цеховой и предлагаемой калибровок приведены в таблице. Из таблицы видно, что в производство было задано по 5 полых слитков ЭШП размером 720хвн.×3200±50 мм. После прокатки труб производили замер толщины стенки и определяли продольную и поперечную разностенность. Из таблицы видно, что трубы размером 630×32 мм, прокатанные в валках предложенной калибровки, имеют разностенность в пределах 3,1-5,0 мм, а разностенность труб, прокатанных в валках цеховой толстостенной калибровки, составила 6,1-7,0 мм. Трубы, прокатанные в валках цеховой калибровки имели повышенную бугристость и "отесы" (провалы по диаметру). Средняя длина труб прокатанных в валках предложенной калибровки составила 3,8 м, а в волках цеховой 3,48 м. Средний расходный коэффициент металла по партии труб, прокатанных в валках цеховой калибровки, составил 1,775, а в валках, скалиброванных в соответствии с формулой изобретения, 1,621, т.е. получено снижение расходного коэффициента металла на 154 кг на тонну труб.

Таким образом, использование валков пилигримового стана с диаметром бочки 1150 мм для труб размером 610×28-32 и 630×28-32 мм из гильз или полых слитков ЭШП размером 690хвн.590×330-3500, 700хвн580×3200±50 и 720хвн.600×3200±50 мм, скалиброванных по предлагаемой методике, позволило прокатать на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами качественные передельные трубы размером 630×32 мм с геометрическими размерами повышенной точности, полностью исключить брак труб по "отесам", значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе гильза или полый слиток ЭШП -передельная котельная труба для трубопроводов промежуточного подогрева пара по ТУ 14-3Р-55-2001.

Данные по прокатке котельных труб размером 630х32 мм из полых слитков ЭШП размером 720хвн.720х3200±50 мм стали марки 15Х1М1Ф-Ш в валках цеховой и предлагаемой калибровок и приемка их по ТУ 14-ЗР-55-2001 для трубопроводов промежуточного подогрева пара котельных установок.