Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ШЕСТИГРАННЫХ ТРУБ-ЗАГОТОВОК РАЗМЕРОМ "ПОД КЛЮЧ" 255×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм ДЛЯ ХРАНЕНИЯ И ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к способам прокатки труб, в частности к способу производства шестигранных труб-заготовок размером 255±2,0×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, из полых слитков-заготовок, полученных электрошлаковым переплавом, из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

В трубной промышленности известен способ производства шестигранных труб-заготовок для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива из полых слитков-заготовок, полученных электрошлаковым переплавом из низкопластичной борсодержащей стали, включающий выплавку полых слитков, их расточку и обточку до удаления раковин и следов флюса в полые слитки-заготовки, нагрев полых слитков заготовок и прокатку их на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами в передельные трубы-плети размером 290×12 мм, отрезку пилой горячей резки технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов, порезку труб плетей на кратные трубы, которые разрезают на заготовки-краты, растачивают и обтачивают их в трубы-заготовки, которые профилируют в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 257+2,0-3,0×6+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм (Патент RU №2317865, кл. В21В 23/00, В21В 21/04, опубл. 20.02.2008).

Основными недостатками известного способа являются то, что он распространяется на производство передельных труб из полых слитков-заготовок ЭШП с содержанием бора 1,3-1,8% и не решает технологические вопросы производства передельных труб размером 287×11 мм из стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% и передела их в шестигранные трубы-заготовки размером «под ключ» 255±2,0×5+1,5/-1,0× 4300+80/-30 мм.

В трубной промышленности известен способ производства шестигранных труб-заготовок размером 257+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающий отливку электрошлаковым переплавом полых слитков размером 470±5хвн.275+5×3050+50 мм из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% с донной и усадочной частями из стали пластичных углеродистых марок, высота которых соответственно от 0,04 до 0,05 и от 0,09 до 0,10 от общей высоты полых слитков, образующими при прокатке передельных труб пилигримовые головки и затравочные концы, обточку и расточку слитков с донной стороны в полые слитки-заготовки размером 455±5,0хвн.280±5,0×3050±50 мм, их нагрев до температуры 1030-1050°C и прокатку в передельные трубы-плети размером 290×12×25900-27000 мм на дорнах диаметром 264/265 мм с вытяжкой µ от 9,32 до 10,00 и обжатием по диаметру Δ от 35,1 до 36,5%, удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов с оставлением участков труб из стали пластичных углеродистых марок длиной 500-700 мм, после чего трубы-плети разрезают на пиле горячей резки на передельные трубы длиной 10800±2000 и остаток, первую и третью передельные трубы задают на теплую правку концами из стали пластичных углеродистых марок, первую передельную трубу разрезают со стороны углеродистой стали на краты-заготовки длиной 5500+200 мм и остаток, вторую разрезают на два крата-заготовки равной длины, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки размером 284,75+2,0/-3,0×6,0+2,0/-1,0 мм, производят сверление отверстий для тянущей цепи под теплое профилирование на участках из стали пластичных углеродистых марок, профилируют в шестигранные трубы-заготовки с удалением концов из стали пластичных углеродистых марок перед термической обработкой (Патент RU №2470726, кл. В21В 21/00, 27.12.2012).

Одним из основных недостатков данного способа является то, что данный способ распространяется на производство передельных труб размером 290×12 мм и не решает технологические вопросы нагрева и прокатки передельных труб-плетей размером 287×11×25600-29600 мм из полых слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является способ производства передельных труб размером 290×12 мм из сплошных слитков-заготовок для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 257+2,0/-3,0×6+2,0/-1,0× 4300+80/-30 мм для уплотненного хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива, включающий отливку электрошлаковым переплавом слитков размером 500×1825±25 мм из низкопластичной стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%, с донными и усадочными частями из стали пластичных углеродистых марок, высота которых соответственно от 0,04 до 0,05 и от 0,12 до 0,13 от общей высоты слитков, образующими при прокатке передельных труб затравочные концы и пилигримовые головки, обточку наружной поверхности слитков электрошлакового переплава до удаления дефектов литейного происхождения с получением слитков-заготовок размером 485+5×1825+25 мм, в которых сверлят сквозное центральное отверстие диаметром 100+5,0 мм, нагревают их до температуры 1040-1060°C, прошивают в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы размером 470хвн.295×2900-3100 мм с посадом по диаметру Д от 2,1 до 4,1% и вытяжкой µ от 1,61 до 1,68, гильзы прокатывают на пилигримовом стане в трубы-плети размером 290×12×25600-27600 мм с вытяжкой µ=10,03 и посадом по диаметру Δ=37,7%, от труб-плетей пилой горячей резки отрезают технологические отходы, оставляя концы труб из сталей пластичных углеродистых марок длиной 500-600 мм со стороны затравки и пилигримовой головки, правят трубы-плети на шестивалковой правильной машине с использованием температуры прокатного нагрева, пилой горячей резки разрезают на передельные трубы кратной длины и остаток, причем первую кратную передельную трубу разрезают со стороны конца из стали пластичных углеродистых марок на трубу длиной 5300±50 мм и остаток, вторую разрезают на две трубы равной длины, растачивают и обтачивают в цилиндрические трубы-заготовки для профилирования в шестигранные трубы-заготовки (Патент RU №2470725, кл. В21В 21/00, 27.12.2012).

Одним из основных недостатков данного способа является то, что данный прототип, как и вышеприведенные аналоги, распространяется на производство передельных труб размером 290×12 мм и не решает технологические вопросы нагрева и прокатки передельных труб-плетей размером 287×11×25600-29600 мм из полых слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0%.

Задачей предложенного способа является освоение технологического процесса производства нового размера передельных труб-плетей увеличенной длины из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,0 до 3,0% на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП, снижение массы шестигранных труб-заготовок, а следовательно, снижение их стоимости, снижение массы стеллажей при одновременном увеличении их вместимости, т.е. увеличение массы отработанного ядерного топлива, повышение надежности стеллажей для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива на вновь вводимых и реконструируемых объектах атомной энергетики, повышение конкурентной способности атомэнергопрома России на мировом рынке.

Технический результат достигается тем, что способ производства шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 255+2,0×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива включает отливку электрошлаковым переплавом полых слитков из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% размером 470±5хвн.270+5×3000+50 мм, расточку и обточку их в полые слитки-заготовки размером 455±5хвн.280+5×3000+50 мм, нагрев до температуры 1040-1060°C, прокатку в передельные трубы-плети размером 287x11x25600-29600 мм на дорнах 266/267 с вытяжкой μ от 9,69 до 10,86 и обжатием по диаметру Δ от 33,5 до 39,1%, удаление пилой горячей резки технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов, после чего трубы-плети разрезают пилой горячей резки на кратные трубы длиной 10200±50, 11500±100 мм и остаток, правят, кратные трубы разрезают на две заготовки-крата длиной не менее 5000 мм, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки размером 280,8±2,0×5+1,5/-1,0 мм и профилируют в шестигранные трубы заданного размера, полые слитки-заготовки садят в один ряда на колосники печи в количестве 8-10 штук при температуре в третьей зоне 800-900°C и выдерживают без кантовки в течение 50-70 минут, нагревают до температуры 1040-1060°C со скоростью 2,0-2,2°C в минуту с равномерной кантовкой с 22-го по 7-е окно через 18-22 минуты на угол ≈290-300°, выдерживают в течение 50-60 минут с равномерной кантовкой с 7-го на 4-е окно через 17-20 минут, кантуют с 4-го окна на яму печи и выдают из печи с температурой центра полых слитков-заготовок 1040-1060°C, посад следующих двух полых слитков-заготовок производят после кантовки с колосников 2-х полых слитков-заготовок, окалину с внутренней поверхности полых слитков-заготовок удаляют продувкой сжатым воздухом или инертным газом на передаточной тележке, после выдачи их из печи, а затем во внутреннюю полость подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой 800-1000 г в объемной пропорции 50/50, полые слитки-заготовки прокатывают в передельные трубы-плети в калибре 292 мм на дорнах диаметром 266/267 мм по технологии: на дорн одевают углеродистое кольцо размером 470±5хвн.275×250+10 мм, дорн с углеродистым кольцом вводят в полый слиток-заготовку, разводят валки, образуя калибр диаметром 304-305 мм, обкатывают передний конец - затравку на длину, равную 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата с вытяжкой µ от 6,8 до 7,3, гильзу с дорном возвращают в исходное положение, сводят валки, образуя калибр равным 292 мм, и прокатывают передний обкатанный конец и полый слиток-заготовку в передельную трубу-плеть размером 287×11×25600-29600 мм.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 255+2,0×5+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива отличается тем, что полые слитки из низкопластичной стали 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% отливают размером 470±5хвн.270+5×3000+50 мм, растачивают и обтачивают их в полые слитки-заготовки размером 455±5хвн.280+5×3000+50 мм, нагревают до температуры 1040-1060°C, прокатывают в передельные трубы-плети размером 287×11×25600-29600 мм на дорнах 266/267 с вытяжкой µ от 9,69 до 10,86 и обжатием по диаметру Δ от 33,5 до 39,1%, удаляют пилой горячей резки технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы, после чего трубы-плети разрезают пилой горячей резки на кратные трубы длиной 10200±50, 11500±100 мм и остаток, правят, кратные трубы разрезают на две заготовки-крата длиной не менее 5000 мм, растачивают и обтачивают в трубы-заготовки размером 280,8±2,0×5+1,5/-1,0 мм и профилируют в шестигранные трубы заданного размера, полые слитки-заготовки садят в один ряд на колосники печи в количестве 8-10 штук при температуре в третьей зоне 800-900°C и выдерживают без кантовки в течение 50-70 минут, нагревают до температуры 1040-1060°C со скоростью 2,0-2,2°C в минуту с равномерной кантовкой с 22-го по 7-е окно через 18-22 минуты на угол ≈290-300°, выдерживают в течение 50-60 минут с равномерной кантовкой с 7-го на 4-е окно через 17-20 минут, кантуют с 4-го окна на яму печи и выдают из печи с температурой центра полых слитков-заготовок 1040-1060°C, посад следующих двух полых слитков-заготовок производят после кантовки с колосников 2-х полых слитков-заготовок, окалину с внутренней поверхности полых слитков-заготовок удаляют продувкой сжатым воздухом или инертным газом на передаточной тележке, после выдачи их из печи, а затем во внутреннюю полость подают смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой 800-1000 г в объемной пропорции 50/50, полые слитки-заготовки прокатывают в передельные трубы-плети в калибре 292 мм на дорнах диаметром 266/267 мм по технологии: на дорн одевают углеродистое кольцо размером 470±5хвн.275×250+10 мм, дорн с углеродистым кольцом вводят в полый слиток-заготовку, разводят валки, образуя калибр диаметром 304-305 мм, обкатывают передний конец - затравку на длину, равную 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата с вытяжкой µ от 6,8 до 7,3, гильзу с дорном возвращают в исходное положение, сводят валки, образуя калибр равным 292 мм, и прокатывают передний обкатанный конец и полый слиток-заготовку в передельную трубу-плеть размером 287×11×25600-29600 мм. 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».

Способ был опробован на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ». По данному способу впервые получены качественные передельные трубы-плети размером 287×11×26200-28200 мм для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,48 до 2,83%.

В производство было задано 10 полых слитков-заготовок (5 плавок) ЭШП стали арки 04Х14Т5Р2Ф-Ш поставки ОАО «ЗМЗ» с содержанием бора от 2,48 до 2,83%. Полые слитки-заготовки ЭШП были поделены на две части с равным содержанием бора. Пять слитков-заготовок размером 475-480хвн.280×2300-2400 мм были изготовлены и прокатаны по существующей технологии. Пять полых слитков-заготовок ЭШП общей массой 10,249 тн были нагреты до температуры 1050-1070°C и прокатаны на ТПУ 8-16″ с пилигримовыми станами в передельные трубы размером 287×11×23700-24600 мм с коэффициентом вытяжки µ от 12,12 до 12,27. Каждая труба-плеть была размечена на четыре трубы-крата длиной 5900-6150 мм. В процессе предварительной приемки две трубы-крата были забракованы по рванинам со стороны затравочных концов - дефекты проката. В цех №5 на механическую обработку - обточку, расточку и профилирование было отгружено 18 кратов, из которых в процессе механической обработки были забракованы еще два крата: один по наружной плене и поперечным трещинам, а второй по внутренней плене. Спрофилированы и приняты годными 16 шестигранных труб-заготовок общей массой 2,464 тн. Средний расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 4,159.

Пять полых слитков ЭШП с содержанием бора от 2,48 до 2,83%, общей массой 11,518 тн, были отлиты, обточены и расточены в полые слитки-заготовки, нагреты и прокатаны в передельные трубы размером 287×11×26200-28200 мм в соответствии с изобретением. Каждая труба-плеть была размечена на пять труб-кратов длиной 5240-5640 мм. В процессе предварительной приемки одна труба-крат забракована по рванинам со стороны пилигримовой головки - дефекты проката. В цех №5 на механическую обработку - обточку, расточку и профилирование было отгружено 24 крата, из которых в процессе механической обработки были забракованы два крата: один по наружной плене, а второй по внутренней плене. Спрофилированы и приняты годными 22 шестигранных трубы-заготовки размером «под ключ» 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм, общей массой 3,388 тн. Средний расходный коэффициент металла составил 3,400.

Данные по прокатке и сдаче передельных труб размером 287×11 мм из полых слитков-заготовок стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,48 до 2,83%, отлитых на ОАО «ЗМЗ» и прокатанных на ТПУ 8-16″ ОАО «ЧТПЗ» по существующему и предлагаемому способам, производству из них шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм приведены в таблице.

Из таблицы видно, что прокатку передельных труб размером 287×11 мм по существующей технологии производили из полых слитков-заготовок размером 475-480хвн.280×2300-2400 мм, которые нагрели до температуры 1050-1070°C. Прокатку передельных труб размером 287×11 мм при установившемся процессе производили с вытяжкой µ от 12,12 до 12,27. Прокатку передних концов труб на длине, равной 0,7-1,0 пути отката подающего аппарата (800-1100) мм, производили на стенку 13,5 мм, т.е. с вытяжкой µ от 9,7 до 10,05, против µ от 12,12 до 12,27 при установившемся процессе прокатки труб на пилигримовом стане, что составляло 0,80 до 0,82 от установившегося процесса прокатки, а обкатку (докатку) пилигримовых головок на длине, равной 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата (1100-1320) мм, производили с вытяжкой μ от 12,38 до 12,78, т.е. на стенку 10,5 мм. В результате из 5 передельных труб-плетей размером 287×11×23700-24600 мм на двух с затравочного конца были продольные рванины длиной 1,4-1,6 м, что привело к потере кратов по длине. В цех №5 было отгружено 18 кратов. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано 2 крата: из них 1 крат по наружным пленам и поперечным трещинам, а второй крат по внутренним пленам, выводящих толщину стенки за пределы минусового поля допуска 4,0 мм. Расходный коэффициент металла (отношение массы заданного металла в производство к массе сданные шестигранных труб-заготовок) по передельным трубам данной партии составил 4,159. По предлагаемой технологии в производство было задано 5 полых слитков-заготовок размером 455-460хвн.275-285×2950-3050 мм, которые были нагреты до температуры 1035-1040°C. Нагрев полых слитков-заготовок под прокатку производили в соответствии с изобретением. Прокатку передельных труб размером 287×11×26200-28200 мм производили в соответствии с изобретением, а именно окалину с внутренней поверхности удаляли на слитковой тележке продувкой сжатым воздухом. Затем во внутреннюю полость задавали смазку в виде смеси графита с поваренной солью массой ≈800-1000 г (совковая лопата) в объемной пропорции 50/50. Затем полые слитки-заготовки краном транспортировались на входную сторону пилигримового стана. Слитки-заготовки прокатывали в передельные трубы в калибре 305 мм на дорнах диаметром 266/267 мм, разогретых до температуры 500-550°C путем прокатки настроечных углеродистых гильз, по технологии: на дорн одевали углеродистое кольцо размером 470±5хвн.275×250±10 мм, дорн с углеродистым кольцом вводили в полый слиток-заготовку обкатывают передний конец - затравку на длину, равную 1,0-1,2 пути отката подающего аппарата с вытяжкой µ от 6,8 до 7,3, гильзу с дорном возвращали в исходное положение, сводили валки, образуя калибр равным 292 мм, и прокатывали передний обкатанный конец и полый слиток-заготовку в передельную трубу-плеть размером 287×11×26200-28200 мм. В результате из 5-ти передельных труб-плетей размером 287×11×26200-28200 мм было получено 25 труб-кратов длиной 5240-5640 мм, из которых на одном крате со стороны пилигримовых головок были поперечные рванины на длине 0,8 и 1,9 м, что привело к потере - браку крата по длине. В цех №5 было отгружено 24 крата. В процессе передела (расточки и обточки) было забраковано 2 крата: из них один по наружным пленам, а второй по внутренним пленам, выводящих толщину стенки за пределы минусового поля допуска 4,0 мм. Расходный коэффициент металла по передельным трубам данной партии составил 3,400, т.е. на каждой тонне шестигранных труб-заготовок получена экономия металла в количестве 759 кг.

Таким образом, при производстве опытно-промышленной партии передельных труб размером 287×11 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из низкопластичной стали с содержанием бора от 2,48 до 2,83% (04Х14Т5Р2Ф-Ш) по предлагаемому способу получено снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка - передельная труба - шестигранная труба-заготовка на 759 кг на каждой тонне шестигранных труб-заготовок.

Использование предлагаемого способа производства передельных труб размером 287×11 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава из низкопластичной стали марки 04Х14Т5Р2Ф-Ш с содержанием бора от 2,0 до 3,0% для изготовления шестигранных труб-заготовок размером «под ключ» 255±2,0×5,0+1,5/-1,0×4300+80/-30 мм, позволит освоить производство нового размера шестигранных труб-заготовок, снизить расход металла за счет использования оптимальных размеров полых слитков-заготовок, технологии нагрева слитков-заготовок и технологии прокатки полых слитков-заготовок на пилигримовых станах, снизить количество концевых дефектов на затравочных концах и со стороны пилигримовых головок в виде трещин и рванин, снизить стоимость товарных шестигранных труб и повысить надежность стеллажей для хранения и транспортировки отработанного ядерного топлива.