Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 530Х17-60, 550Х25-60, 610Х32-50 И 630Х32-60 ММ ИЗ КОВАНЫХ, НЕПРЕРЫВНО-ЛИТЫХ ЗАГОТОВОК, СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК И ПОЛЫХ СЛИТКОВ-ЗАГОТОВОК ЭЛЕКТРОШЛАКОВОГО ПЕРЕПЛАВА НА ТРУБОПРОКАТНОЙ УСТАНОВКЕ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ ОАО "ЧТПЗ"

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячекатаных труб размером 530×17-60, 550×25-60, 610×32-50 и 630×32-60 мм из кованых, непрерывно-литых заготовок, слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами из углеродистых и малолегированных сталей, и может быть использовано при производстве труб данных размеров на ТПУ 8-16” ОАО "ЧТПЗ".

Известны способы производства труб диаметром 530-550 мм с отношением D/S≤21 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 стане поперечно-винтовой прокатки 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 ТУ 14-3-587-77", ТИ15 8-Тр.ТБ1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ14-3Р-62-2002" и ТИ158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ14-3Р-197-2001").

Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок (прошивка в стане поперечно-винтовой прокатки в толстостенные гильзы + повторный нагрев + прошивка-раскатка толстостенных гильз в стане поперечно-винтовой прокатки в тонкостенные гильзы) производится без учета технологических возможностей стана поперечно-винтовой прокатки и пилигримовых станов, т.е. максимально возможной длины толстостенных гильз, которые можно задать в стан на прошивку-раскатку, максимального диаметра тонкостенных гильз, которые можно выдать из стана поперечно-винтовой прокатки, и максимальной длины гильз, которые можно прокатать на пилигримовом стане без смятия переднего конца трубы, что приводит к увеличению доли технологических отходов (массы пилигримовых головок и затравочных концов). Прошивка-раскатка гильз на оправках диаметром 500 мм и более с отношением D/S≥10 приводит к неравномерному охлаждению их в стане поперечно-винтовой прокатки 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. Основным из недостатков данного способа является то, что он не предусматривает производство труб диаметром 610 и 630 мм, которые котельщики покупают за границей или производят способом обточки и трепанации кованых заготовок.

В трубной промышленности известен способ производства бесшовных горячедеформированных труб, заключающийся в нагреве заготовок до температуры пластичности, прошивки в полые толстостенные гильзы в одном стане поперечно-винтовой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы во втором стане поперечно-винтовой прокатки и прокатки их в трубы большого диаметра на установках с автоматическим станом (производство бесшовных труб из коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 9940-81 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Практика эксплуатации станов поперечно-винтовой прокатки показывает, что при прошивке слитков и заготовок с неравномерным нагревом получаем толстостенные гильзы с повышенной кривизной, раскатка которых в тонкостенные гильзы во втором стане без подогрева приводит к увеличению исходной кривизны и, как следствие, к повышенной поперечной и продольной разностенности труб при прокатке их на ТПА с автоматическими станами, к повышенной поперечной разностенности при прокатке их в трубы на установках с пилигримовыми станами. Данный способ направлен в основном для производства труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром до 325 мм и не решает вопросы производства труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра, включающий нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в полые толстостенные гильзы в одном стане поперечно-винтовой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы во втором стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку гильз в трубы большого диаметра на установках с автоматическими или пилигримовыми станами, при этом прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом стане поперечно-винтовой прокатки, рабочие валки которого вращаются в одну сторону, а раскатку в тонкостенные гильзы во втором стане, рабочие валки которого вращаются в противоположную сторону (патент РФ №2243837, кл. B21B 21/00, 10.01.2005).

Недостатком данного изобретения является то, что оно направлено на снижение кривизны гильз, т.е. на улучшение геометрических размеров труб, требует коренную реконструкцию ТПУ с пилригимовыми станами и не решает технологические вопросы производства труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм на существующей ТПУ 8-16” с пилигримовыми станами.

Задачей предложенного способа является освоение производства труб диаметром 610 и 630 мм на существующем оборудовании ТПУ 8-16” с пилигимовыми станами, увеличение длины труб, улучшение геометрических размеров труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатной установки за счет теоретически обоснованных геометрических размеров кованых, непрерывно-литых заготовок (НЛЗ), слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава (ЭШП), геометрических размеров толстостенных и тонкостенных гильз, технологических параметров прошивки толстостенных гильз, прошивки-раскатки тонкостенных гильз и прокатки труб.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб размером 530×17-60, 550×25-60, 610×32-50 и 630×32-60 мм из кованых, непрерывно-литых заготовок, слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава на трубопрокатной установке 8-16” с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ", включающем сверление в кованых, непрерывно-литых заготовках и слитках-заготовках электрошлакового переплава сквозного отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев кованых, непрерывно-литых заготовок, слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава до температуры пластичности, прошивку кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в полые толстостенные гильзы с подъемом по диаметру от 3,2 и 5,0%, нагрев толстостенных гильз с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки толстостенных гильз в тонкостенные, прокатку тонкостенных гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава в трубы на пилигримовых станах, длину кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава определяют из выражения где L_г≤2100 - максимальная длина толстостенной гильзы, которую можно задать в стан поперечно-винтовой прокатки на повторную прошивку-раскатку, мм; D_г - наружный диаметр толстостенной гильзы, мм; S_г - толщина стенки толстостенной гильзы, мм; D_заг - диаметр кованой, непрерывно-литой заготовки или слитка-заготовки электрошлакового переплава, мм; S_заг - толщина стенки сверленых кованой, непрерывно-литой заготовки или слитка-заготовки электрошлакового переплава, мм; K - коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве кованых, непрерывно-литых заготовок или слитков-заготовок электрошлакового переплава под прошивку, длину тонкостенных гильз определяют из выражения где D_т.г=690 - максимальный наружный диаметр тонкостенной гильзы, которую можно прошить-раскатать в стане поперечно-винтовой прокатки, мм; S_т.г - толщина стенки тонкостенной гильзы после раскатки толстостенной гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, мм; K₁ - коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве толстостенных гильз до температуры пластичности под прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки; L_пред≤3400 - максимальная длина тонкостенной гильзы, которую можно задать в пилигримовый стан без смятия переднего конца трубы, мм, длину полых слитков-заготовок электрошлакового переплава определяют из выражения L_п.г.з≤3400 мм, прошивку кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в полые толстостенные гильзы для прокатки труб диаметром 530 мм производят с подъемом по диаметру от 4,8 до 6,7%, а труб диаметром 550 мм с подъемом по диаметру от 3,1 до 6,7%, большие значения которых относятся к трубам с меньшей толщиной стенки, трубы диаметром 530 и 550 мм производят из кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава, а трубы диаметром 610 и 630 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава, кованые, непрерывно-литые заготовки и слитки-заготовки электрошлакового переплава длиной до 1800 мм садят в методические печи в два ряда, а кованые, непрерывно-литые заготовки, слитки-заготовки электрошлакового переплава и полые слитки электрошлакового переплава длиной более 1800 мм садят в методические печи в один ряд, прокатку труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм на пилигримовом стане производят с подачами гильз в очаг деформации пилигримового стана, значения которых определяют из выражений m+1=D/S-3, m+1=D/S где m=18 - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 530×17 и 550×25 мм, мм; m₁=15 - величина подачи гильзы или полого слитка-заготовки электрошлакового переплава в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 610×32 и 630×32 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что длину кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава определяют из выражения где L_г≤2100 - максимальная длина толстостенной гильзы, которую можно задать в стан поперечно-винтовой прокатки на повторную прошивку-раскатку, мм; D_г - наружный диаметр толстостенной гильзы, мм; S_г - толщина стенки толстостенной гильзы, мм; D_заг - диаметр кованой, непрерывно-литой заготовки или слитка-заготовки электрошлакового переплава, мм; S_заг - толщина стенки сверленых кованой, непрерывно-литой заготовки или слитка-заготовки электрошлакового переплава, мм; K - коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве кованых, непрерывно-литых заготовок или слитков-заготовок электрошлакового переплава под прошивку, длину тонкостенных гильз определяют из выражения где D_т.г=690 - максимальный наружный диаметр тонкостенной гильзы, которую можно прошить-раскатать в стане поперечно-винтовой прокатки, мм; S_т.г - толщина стенки тонкостенной гильзы после раскатки толстостенной гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, мм; K₁ - коэффициент, учитывающий угар металла при нагреве толстостенных гильз до температуры пластичности под прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки; L_пред≤3400 - максимальная длина тонкостенной гильзы, которую можно задать в пилигримовый стан без смятия переднего конца трубы, мм, длину полых слитков-заготовок электрошлакового переплава определяют из выражения L_п.г.з≤3400 мм, прошивку кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава в стане поперечно-винтовой прокатки в полые толстостенные гильзы для прокатки труб диаметром 530 мм производят с подъемом по диаметру от 4,8 до 6,7%, а труб диаметром 550 мм с подъемом по диаметру от 3,1 до 6,7%, большие значения которых относятся к трубам с меньшей толщиной стенки, трубы диаметром 530 и 550 мм производят из кованых, непрерывно-литых заготовок и слитков-заготовок электрошлакового переплава, а трубы диаметром 610 и 630 мм из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава, кованые, непрерывно-литые заготовки и слитки-заготовки электрошлакового переплава длиной до 1800 мм садят в методические печи в два ряда, а кованые, непрерывно-литые заготовки, слитки-заготовки электрошлакового переплава и полые слитки электрошлакового переплава длиной более 1800 мм садят в методические печи в один ряд, прокатку труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм на пилигримовом стане производят с подачами гильз в очаг деформации пилигримового стана, значения которых определяют из выражений m+1=D/S-3, m₁+1=D/S, где m=18 - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 530×17 и 550×25 мм, мм; m₁=15 - величина подачи гильзы или полого слитка-заготовки электрошлакового переплава в очаг деформации пилигримового стана при прокатке труб размером 610×32 и 630×32 мм, 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 опробован и осуществлен на ТПУ 8-16” ОАО "ЧТПЗ" при производстве котельных труб размером 530×17 мм из кованых заготовок и котельных труб размером 610×32 мм по ТУ 14-3Р-55-2001 из полых слитков ЭШП стали марки 15ГС.

По существующей технологии при производстве труб размером 530×17 мм в производство были заданы 5 заготовок размером 1600±25 мм, которые были просверлены на диаметр 100±5 мм, нагреты в методической печи до температуры 1275-1280°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с подъемом по диаметру Δ=3,2% и вытяжкой µ=1,161 в толстостенные гильзы размером 650×вн.315×1830-1870 мм. Толстостенные гильзы с холодного посада были нагреты в методической печи до температуры 1280-1285°С, прошиты-раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 525 мм с подъемом по диаметру Δ=4,6% и вытяжкой µ=1,836 в тонкостенные гильзы размером 680×вн.540×1830×3360-3430 мм. Гильзы на пилигримовом стане были прокатаны в трубы размером 530×17×13000-13500 мм, которые пилой горячей резки были порезаны на две равные части, прошли термическую обработку, травление, осветление, ультразвуковой контроль и приняты на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-55-2001. В производство было задано 19,1 тонн металла. Принято 14,243 тонны труб. Расходный коэффициент металла составил 1,341.

При прокатке труб данного размера по предлагаемой технологии в соответствии с п.1 формулы изобретения был определен размер заготовок, которые можно задать в стан поперечно-винтовой прокатки, чтобы длина толстостенной гильзы не превышала 2100 мм. Затем в соответствии с п.2 формулы изобретения была проведена проверка правильности выбранной длины заготовки и длины толстостенной гильзы, чтобы длина тонкостенной гильзы не превышала 3400±50 мм. После выполнения данных операций длина заготовки составила 1825±25 мм. В производство были заданы 5 заготовок размером 1825±25 мм, которые были просверлены на диаметр 100±5 мм, нагреты в методической печи до температуры 1280-1285°С, прошиты в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 300 мм с подъемом по диаметру Δ=4,8% и вытяжкой µ=1,116 (п.4 формулы изобретения) в толстостенные гильзы размером 660×вн.315×2010-2160 мм. Толстостенные гильзы с холодного посада были нагреты в методической печи до температуры 1270-1280°С, прошиты-раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 515 мм с подъемом по диаметру Δ=4,6% и вытяжкой µ=1,672 в тонкостенные гильзы размером 690×вн.530×3360-3450 мм (п.2 формулы изобретения). Гильзы на пилигримовом стане были прокатаны в трубы размером 530×17×16100-16600 мм с подачей гильз в очаг деформации 18 мм (п.7 формулы изобретения), которые пилой горячей резки были порезаны на две равные части, прошли термическую обработку, травление, осветление, ультразвуковой контроль и приняты на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-55-2001. В производство было задано 22,888 тонны металла. Принято 18,473 тонны труб. Расходный коэффициент металла составил 1,239. При прокатке труб данного размера по предлагаемой технологии получено снижение расходного коэффициента металла на 102 кг на каждой тонне труб.

Прокатку труб размером 610×32 мм по существующей технологии осуществить не представилось возможным, т.к. при размере кованой заготовки 650×100×1125±25 мм получаем тонкостенную гильзу размером 690×вн.590×3320-3480 мм. Для транспортировки нагретых заготовок по транспортному рольгангу длина их не должна быть менее 1240 мм.

Для прокатки труб данного размера по предлагаемому способу в производство были заданы 5 полых слитков-заготовок ЭШП размером 720×вн.570×3375±25 мм (п.3 формулы изобретения). Полые слитки-заготовки были нагреты до температуры 1275-1280°С, выданы из печи и краном переданы на входную сторону пилигримового стана. Полые слитки-заготовки были прокатаны на пилигримовом стане на дорнах диаметром 551/552 мм с подачей в очаг деформации 15 мм (п.7 формулы изобретения) в трубы размером 610×32×7000-7100 мм. Трубы прошли термическую обработку, травление, осветление, ультразвуковой контроль и приняты на соответствие требованиям ТУ 14-3Р-55-2001. В производство было задано 20,123 тонны полых слитков-заготовок ЭШП. Сдано 16,072 тонны труб. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,252.

Данные по прокатке труб размером 530×17 мм из кованых заготовок и труб размером 610×32 мм из полых слитков ЭШП стали марки 15ГС по ТУ 14-3Р-55-2001 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

Таким образом, по результатам проведенного эксперимента впервые в мировой практике на ТПУ 8-16″ получены качественные трубы размером 610×32 мм, подтверждены теоретические обоснования способа производства бесшовных горячекатаных труб размером 530×17-60, 550×25-60, 610×32-50 и 630×32-60 мм из кованых, непрерывно-литых заготовок, слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава на трубопрокатной установке 8-16” с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ", увеличение длин труб, улучшение геометрических размеров труб, снижение расходного коэффициента металла.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб размером 530×17-60, 550×25-60, 610×32-50 и 630×32-60 мм на ТПУ 8-16” с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" позволит освоить производство труб диаметром 610 и 630 мм, значительно снизить расход металла за счет теоретически и технически обоснованных геометрических размеров кованых, непрерывно-литых заготовок (НЛЗ), слитков-заготовок и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава (ЭШП), геометрических размеров толстостенных и тонкостенных, гильз, технологических, параметров прошивки толстостенных, прошивки-раскатки тонкостенных гильз и прокатки труб, снижения доли технологических отходов, отходов по разностенности и прокатки труб с более жесткими допусками по стенке, а, следовательно, снизить стоимость товарных труб данного сортамента.