Результат интеллектуальной деятельности: ТРУБОПРОКАТНАЯ УСТАНОВКА С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 273 ДО 630 мм

Изобретение относится к области металлургии, в частности к трубопрокатным установкам с пилигримовыми станами для прокатки бесшовных горячекатаных труб общего назначения, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм, имеющим в своем составе участок для складирования и подготовки кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок ЭШП и полых слитков-заготовок ЭШП к прокатке, печи для нагрева их до температуры пластичности, рольганг для транспортировки нагретых до температуры пластичности кованых заготовок, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП к станам поперечно-винтовой прокатки, два стана поперечно-винтовой прокатки для прошивки их в полые гильзы или гильзы-заготовки и раскатки гильз-заготовок в гильзы на короткой оправке, установки для внестановой зарядки дорнов, две передаточные тележки для транспортировки гильз с дорнами к пилигримовым станам, два пилигримовых стана для прокатки гильз и полых слитков-заготовок ЭШП в трубы-плети длиной до 40 м в профильных валках на длинной оправке - дорне, пилы горячей резки для удаления технологической обрези (пилигримовых головок и затравочных концов), проходную секционную печь для подогрева труб перед калибровочным станом, стан для калибровки труб по диаметру, шлеппера для транспортировки труб к шестивалковым правильным машинам, две шестивалковые правильные машины, участок для предварительного контроля качества труб, участок по обработке нарезных труб, участок по обработке гладких труб, участок по обработке котельных и труб специального назначения, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных гладких труб общего назначения, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм из углеродистых, легированных и труднодеформируемых марок стали и сплавов.

Трубопрокатные установки с пилигримовыми станами являются одними из основных трубопрокатных установок для производства длинномерных гладких труб общего назначения, нарезных, котельных, особотолстостенных, труб специального назначения, профильных, квадратных, конических, ступенчатых, плавниковых и т.д. Известна трубопрокатная установка (ТПУ 8-16″ ОАО ″ЧТПЗ″) для прокатки труб диаметром 273-550 мм, имеющая в своем составе склад слитков и заготовок, две методические печи, двухвалковый стан поперечно-винтовой прокатки (прошивной стан) с приводом мощностью 2750 кВт, два пилигримовых стана, две пилы для отрезки технологических отходов и порезки горячих труб на мерные длины, подогревательную проходную печь, 5-клетевой калибровочный стан и две шестивалковые правильные машины.

Недостатком известной ТПУ 8-16″ является недостаточная мощность привода стана поперечно-винтовой прокатки, приводящая к двойной прошивке и потере производительности при прокатке труб диаметром более 325 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов и труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и малолегированных марок стали (ТИ 158-Тр. ТБ 1-38-2007 ″Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-420-2005″, ТИ 158-Тр. ТБ 1-56-97 ″Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ 14-3-587-77″, ТИ 158-Тр. ТБ 1-51-2002 ″Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ 14-3Р-62-2002″ и ТИ 158-Тр. ТБ 1-53-2007 ″Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001″).

Недостатком данного состава оборудования является также и то, что он зависит от человеческого фактора на каждом переделе труб от нагрева до приемки и складирования готовой продукции, а двойная прошивка слитков и заготовок приводит к двойному нагреву, а следовательно, к повышенному расходу металла, снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости их передела. Нагрев гильз под вторую прошивку-раскатку приводит к неравномерному нагреву гильз из-за повышенной длины, кривизны и неравномерности их кантовки по подине методических печей. Прошивка-раскатка неравномерно нагретых гильз на оправках диаметром 425 мм и более с отношением D/S≥6,0 приводит к неравномерному охлаждению их в прошивном стане и дополнительной 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.

Известна модернизированная трубопрокатная установка с пилигримовыми станами, включающая две кольцевые печи для нагрева слитков и заготовок до температуры пластичности, горизонтальный пресс для предварительной прошивки слитков и заготовок в стаканы, подогревательную печь перед станом поперечно-винтовой прокатки (элонгатором), стан поперечно-винтовой прокатки (элонгатор) для раскатки стаканов и прошивки донышка, два подающих аппарата, две пилигримовые клети для прокатки гильз в трубы в валках профильной формы, две пилы горячей резки, подогревательную печь перед калибровкой, калибровочный стан и валковый правильный стан (В.Я. Осадчий и др. ″Технология и оборудование трубного производства″, Москва ″ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ″, 2007. с.195).

Одним из основных недостатков данного состава оборудования является то, что технологический процесс производства труб, от нагрева до приемки и складирования готовой продукции, также зависит от человеческого фактора. При прошивке на горизонтальном прессе поперечная разностенность составляет 6,5-12,5%, а на стане поперечно-винтовой прокатки - 2,5-4,5%. Установка дополнительной печи для подогрева стаканов перед станом элонгатором приводит к дополнительному угару металла, а следовательно, к повышенному расходу металла. Для прошивки слитков ЭШП и заготовок из труднодеформируемых марок стали и сплавов необходима установка мощного пресса со сложной гидравлической системой, что приводит к дополнительной энергоемкости и металлоемкости оборудования.

В трубной промышленности известна трубопрокатная установка для прокатки бесшовных горячекатаных труб большого и среднего диаметров, содержащая два стана поперечно-винтовой прокатки, установленные параллельно, входная сторона первого стана поперечно-винтовой прокатки расположена у входной стороны второго стана поперечно-винтовой прокатки и снабжена передаточной решеткой, станы поперечно-винтовой прокатки имеют индивидуальные транспортные рольганги от печи для нагрева слитков и заготовок к входным сторонам станов поперечно-винтовой прокатки и индивидуальные передаточные тележки от их выходных сторон к пилигримовым станам (Патент RU №2387496, Кл. В21В 21/00, Бюл. №12 от 27.04.2010). К достоинствам данной трубопрокатной установки необходимо отнести производство труб диаметром от 325 до 550 мм малыми партиями без потери производительности, производство труб диаметром 465-550 мм из углеродистых и легированных марок стали и труб диаметром более 325 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов с одного нагрева, повышение гибкости трубопрокатной установки и снижение стоимости трубной продукции, а к недостаткам - то, что она совершенствует только процесс прошивки и раскатки и не распространяется на совершенствование всего технологического процесса производства труб диаметром от 273 до 630 мм на ТПУ с пилигримовыми станами.

Наиболее близким техническим решением является схема современного технологического процесса производства труб на ТПА с пилигримовыми станами, включающая: две или одну кольцевую печь для нагрева слитков и заготовок, установку для гидросбива окалины, пресс для прошивки слитков и заготовок в стаканы, кольцевую печь для подогрева стаканов, 2- или 3-валковый стан поперечно-винтовой прокатки для раскатки стаканов и прошивки донышка, установку для зарядки дорнов в гильзы, две пилигримовых клети, две пилы для порезки горячих труб на мерные длины, установку для извлечения дорнов из труб, ванну для охлаждения дорнов, установку для нанесения смазки на дорна, печь для подогрева труб перед калибровочным или редукционным станами, калибровочно-редукционный стан и одну или две правильные шестивалковые машины (В.Я. Осадчий и др. ″Технология и оборудование трубного производства″, Москва, ″ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ″, 2007, с.196. рис.6.10).

Состав оборудования данного прототипа и технологический процесс производства труб, как и вышеприведенных аналогов, зависит от человеческого фактора на каждом переделе труб от нагрева до приемки и складирования готовой продукции, имеет два лишних энергоемких и металлоемких агрегата, а именно пресс для прошивки слитков и заготовок в стаканы и кольцевую печь для подогрева стаканов, направлен на улучшение качественных показателей и геометрических размеров горячедеформированных труб, но не решает главной задачи, а именно производство труб размером 610 и 630 мм, снижение расходного коэффициента металла, возможность производства длинномерных труб диаметром более 273 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов, повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 465-630 мм и труб размером 273-426 мм малыми партиями.

Задачей предложенной трубопрокатной установки с пилигримовыми станами является исключение из состава оборудования двух энергоемких и металлоемких агрегатов (пресс для прошивки слитков и заготовок в стаканы и кольцевую печь для подогрева стаканов перед прошивкой-раскаткой их в стане поперечно-винтовой прокатки), дающих повышенную разностенность стаканов и угар металла при нагреве стаканов. Оборудование и его расположение в технологическом процессе дают возможность производить прокатку бесшовных горячекатаных гладких общего назначения, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм из слитков и заготовок диаметром от 400 до 600 мм, а труб размером 465-630 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов из полых слитков-заготовок ЭШП размером 630-720 мм, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок с пилигримовыми станами за счет включения в его состав: компьютерного центра; ЭВМ на каждом переделе труб от нагрева слитков и заготовок до приемки, складирования и отгрузки потребителям готовой продукции; участка по обработке, подготовке и контролю геометрических размеров технологического инструмента; скоростных рольгангов для транспортировки полых слитков-заготовок ЭШП к пилигримовым станам; двух пилигримовых станов с персональными ЭВМ, в клети которых можно устанавливать валки с диаметром бочки от 975 до 1250 мм, верхний валок которых по команде ЭВМ за каждую подачу гильзы в очаг деформации производит плавный подъем; установки для предварительной сборки и перевалки валков пилигримового стана клетями; двух печей с шагающими балками; двух пятиклетевых калибровочных станов; шлеппера для транспортировки труб длиной до 40 м; участка для предварительного контроля качества и геометрических размеров труб; установок анодно-механической резки для удаления дефектных участков труб и порезки труб-плетей на мерные или кратные длины; прессов для калибровки концов нарезных труб; участка для изготовления муфт, предохранительных колец и ниппелей; установки в технологической линии двух станов поперечно-винтовой прокатки, которые кроме последовательной прошивки и раскатки слитков и заготовок дают возможность производить трубы диаметром от 426 до 630 мм из слитков и заготовок диаметром 600 мм и труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром более 325 мм за один нагрев, исключить простои второго пилигримового стана при прокатке труб малыми партиями, т.е. производить на первом стане поперечно-винтовой прокатки прошивку слитков и заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы другого диаметра, для прокатки труб разных диаметров на пилигримовых станах.

Технический результат достигается тем, что трубопрокатная установка с пилигримовыми станами для прокатки бесшовных горячекатаных труб диаметром от 273 до 630 мм содержит участок для складирования и подготовки кованых заготовок, непрерывно-литых заготовок (НЛЗ), слитков-заготовок ЭШП и полых слитков-заготовок ЭШП к прокатке, технологические агрегаты, имеющие в своем составе печи для нагрева заготовок до температуры пластичности, рольганг для транспортировки нагретых кованых заготовок, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП к двум станам поперечно-винтовой прокатки для прошивки в полые гильзы или гильзы-заготовки и раскатки на короткой оправке гильз-заготовок в гильзы, две передаточные тележки для транспортировки гильз заряженных дорнами и скоростные рольганги для транспортировки нагретых полых слитков-заготовок ЭШП к двум пилигримовым станам для прокатки гильз и полых слитков-заготовок ЭШП в трубы-плети диаметром от 273 до 630 мм длиной до 40 м, установку для предварительной сборки и перевалки валков пилигримового стана, две печи с шагающими балками, два пятиклетевых калибровочных стана для калибровки труб по диаметру, шлеппер для транспортировки труб-плетей диной до 40 м к двум шестивалковым правильным машинам, участок для предварительного контроля качества и геометрических размеров труб, участок анодно-механической резки для удаления дефектных участков труб и порезки труб-плетей на мерные или кратные длины, участок для изготовления муфт, предохранительных колец и ниппелей, при этом установка снабжена участком по обработке, подготовке и контролю геометрических размеров технологического инструмента, включающим два станка для изготовления и контроля геометрических размеров пилигримовых валков с диаметрами бочки от 975 до 1100 мм и от 1125 до 1250 мм, два станка для наплавки проволокой марки 30Х25Н16Г7 рабочей части пилигримовых валков, состоящей из бойка с центральным углом 100°, полирующего участка с центральным углом 70°, участка угла продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка, прилегающего к участку угла продольного выпуска, с центральным углом 35-40°, токарный станок для изготовления дорнов диаметром от 258 до 580 мм длиной до 5,5 м, фрезерный станок для обработки щечек дорновых головок дорнов, автоматическую установку для наплавки дорновых головок, причем трубопрокатная установка снабжена компьютерным центром, связанным с ЭВМ на каждом из технологических агрегатов, печи с шагающими балками выполнены с возможностью регулирования темпа шагания балок в зависимости от диаметра и толщины стенки труб с обеспечением поворота труб при каждом шаге на угол 90-180°, большие значения которого относятся к трубам меньшего диаметра, шлеппер для транспортировки труб-плетей от калибровочных станов к правильным машинам содержит цепи с упорами и роликами для плавного вращения труб при транспортировке, установка снабжена прессами для калибровки концевых участков нарезных труб, расположенными в потоке перед нарезными станками и имеющими фиксирующие приспособления от осевого перемещения трубы, приспособления для перемещения вперед коротких конусных оправок для раздачи концевых участков труб по внутреннему диаметру с последующим возвращением в исходное положение и калибровкой кольцевыми шаблонами наружного диаметра концевых участков труб, участок для предварительного контроля качества и геометрических размеров труб расположен после правильных машин и имеет приспособления для замера диаметра, толщины стенки, общей кривизны и кривизны на один погонный метр, для отметки места расположения дефектных участков на трубах-плетях с занесением данных в память ЭВМ для передачи их в компьютерный центр и на ЭВМ установок анодно-механической резки труб, а участок анодно-механической резки расположен после участка предварительного контроля качества и геометрических размеров труб и имеет в своем составе устройства анодно-механической резки, выполненные с возможностью удаления дефектных участков труб по команде ЭВМ участка предварительного контроля труб и порезки труб-плетей на мерные или кратные длины по команде компьютерного центра.

Сопоставительный анализ заявляемой трубопрокатной установки с прототипом показывает, что трубопрокатная установка снабжена участком по обработке, подготовке и контролю геометрических размеров технологического инструмента, включающим два станка для изготовления и контроля геометрических размеров пилигримовых валков с диаметрами бочки от 975 до 1100 мм и от 1125 до 1250 мм, два станка для наплавки проволокой марки 30Х25Н16Г7 рабочей части пилигримовых валков, состоящей из бойка с центральным углом 100°, полирующего участка с центральным углом 70°, участка угла продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка, прилегающего к участку угла продольного выпуска, с центральным углом 35-40°, токарный станок для изготовления дорнов диаметром от 258 до 580 мм длиной до 5,5 м, фрезерный станок для обработки щечек дорновых головок дорнов, автоматическую установку для наплавки дорновых головок, причем трубопрокатная установка снабжена компьютерным центром, связанным с ЭВМ на каждом из технологических агрегатов, печи с шагающими балками выполнены с возможностью регулирования темпа шагания балок в зависимости от диаметра и толщины стенки труб с обеспечением поворота труб при каждом шаге на угол 90-180°, большие значения которого относятся к трубам меньшего диаметра, шлеппер для транспортировки труб-плетей от калибровочных станов к правильным машинам содержит цепи с упорами и роликами для плавного вращения труб при транспортировке, установка снабжена прессами для калибровки концевых участков нарезных труб, расположенными в потоке перед нарезными станками и имеющими фиксирующие приспособления от осевого перемещения трубы, приспособления для перемещения вперед коротких конусных оправок для раздачи концевых участков труб по внутреннему диаметру с последующим возвращением в исходное положение и калибровкой кольцевыми шаблонами наружного диаметра концевых участков труб, участок для предварительного контроля качества и геометрических размеров труб расположен после правильных машин и имеет приспособления для замера диаметра, толщины стенки, общей кривизны и кривизны на один погонный метр, для отметки места расположения дефектных участков на трубах-плетях с занесением данных в память ЭВМ для передачи их в компьютерный центр и на ЭВМ установок анодно-механической резки труб и участок анодно-механической резки расположен после участка предварительного контроля качества и геометрических размеров труб и имеет в своем составе устройства анодно-механической резки, выполненные с возможностью удаления дефектных участков труб по команде ЭВМ участка предварительного контроля труб и порезки труб-плетей на мерные или кратные длины по команде компьютерного центра. Таким образом, заявляемая трубопрокатная установка для прокатки бесшовных горячекатаных труб диаметром от 273 до 630 мм соответствует критерию ″изобретательский уровень″.

Сравнение заявляемой трубопрокатной установки не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемую трубопрокатную установку от прототипа, что соответствует патентоспособности ″изобретательский уровень″.

Так как трубопрокатных установок с пилигримовыми станами с аналогичным оборудованием и способа производства на нем бесшовных горячекатаных труб диаметром от 273 до 630 мм в мировой практике не существует, то пример конкретного выполнения в данный период времени привести не представляется возможным. Вместо примера конкретного выполнения приведена технологическая последовательность операций производства товарных и передельных труб диаметром 273-630 мм. Прокатку горячекатаных гладких общего назначения, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм из углеродистых и легированных марок стали производят из кованых, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП диаметром от 400 до 600 мм, труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром от 273 до 426 мм из слитков-заготовок ЭШП диаметром от 400 до 600 мм, а труб диаметром от 465 до 630 мм из полых слитков-заготовок ЭШП диаметром от 630 до 720 мм в валках с диаметром бочки от 975 до 1250 мм с коэффициентом полировки 2,5≤К_n≤5,0. После формирования месячной программы производства труб с учетом средних статических расходных коэффициентов металла определяют размеры кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок ЭШП и полых слитков-заготовок ЭШП и необходимое их количество. Данные вводят в память ЭВМ. Для выполнения программы приобретается необходимое их количество по размерам, видам и маркам стали. В соответствии с месячной программой и технологической последовательностью ее исполнения производится изготовление необходимого технологического инструмента (л.1 формулы изобретения). Определяется последовательность выполнения месячного плана, подготовка кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок ЭШП и полых слитков-заготовок ЭШП к прокатке и складирование их на складе слитков и заготовок в технологической последовательности их прокатки, данные заносит в память ЭВМ. Заготовки, слитки-заготовки и полые слитки-заготовки ЭШП садят в кольцевые печи, данные по времени нагрева кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок ЭШП и полых слитков-заготовок ЭШП заносят в память ЭВМ, которая производит корректировку режимов нагрева. В процессе прошивки кованых заготовок, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП в гильзы и гильзы-заготовки, при раскатке гильз-заготовок в гильзы фиксируют наружный диаметр кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок, диаметр гильз, диаметр гильз-заготовок и оправок прошивного стана, которые вносят в память ЭВМ и расчетным путем определяют геометрические размеры гильз. Прокатку товарных и передельных труб на пилигримовых станах производят на дорнах с конусностью от 1,0 до 6,0 мм, значения которой зависят oт диаметра труб, марки стали и сплава. Прокатку труб-плетей на пилигримовых станах производят в соответствии с п.1 формулы изобретения. После удаления пилами ударного действия технологических отходов (затравочных концов и пилигримовых головок) трубы-плети для производства гладких общего назначения и нарезных труб подогреваются в печах с шагающими балками, калибруются в пятиклетевых калибровочных станах и правятся в шестивалковых правильных машинах. Режимы нагрева, калибровки и правки ведутся под контролем ЭВМ. Транспортировку труб-плетей от калибровочных станов к правильным машинам производят по шлепперу с плавным вращением (п.3 формулы изобретения). Осмотр труб-плетей производят на столе предварительной приемки, а место расположения дефектов заносят в память ЭВМ, которые удаляют анодно-механической резкой с последующей порезкой труб-плетей на мерные или кратные длины по разметке ЭВМ. Для повышения производительности пилигримовых станов перевалку валков производят клетями, предварительно собранными на специальном перевалочном стенде.

Таким образом, использование данного состава оборудования позволит впервые в мировой практике осуществить производство горячекатаных гладких общего назначения, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром от 273 до 630 мм с толщинами стенок от 6,0 до 90 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами из кованых заготовок, НЛЗ, слитков-заготовок ЭШП диаметром от 400 до 600 мм с максимальной производительностью, а труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром от 465 до 630 мм из полых слитков-заготовок ЭШП диаметром от 630 до 720 мм с повышенными геометрическими параметрами, обеспечить потребность страны в трубах данного сортамента, производить конкурентоспособную продукцию и экспортировать ее в другие страны мира.