Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ГЛАДКИХ, НАРЕЗНЫХ, КОТЕЛЬНЫХ, ТОЛСТОСТЕННЫХ И ТРУБ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ ДИАМЕТРОМ ОТ 273 ДО 630 ММ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ

Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных труб диаметром от 273 до 630 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано на существующих трубопрокатных установках с пилигримовыми станами после их реконструкции, а также на ТПУ с пилигримовыми станами нового поколения, технологический процесс которых от формирования портфеля заказов до отгрузки готовой продукции управляется с помощью ЭВМ.

В трубной промышленности России известны способы производства бесшовных горячекатаных товарных гладких, нарезных, котельных, толстостенных и труб специального назначения диаметром 273, 299, 325, 340, 351, 377, 406, 426, 465, 508, 530, 550 мм с толщинами стенок от 8 до 90 мм и передельных труб диаметром от 273 до 550 мм с толщинами стенок от 25 до 75 мм, которые производят на трубопрокатной установке 8-16″ с пилигримовыми станами (ГОСТ 8732 «Трубы стальные бесшовные горячедеформированные», ГОСТ 632-80 «Трубы обсадные и муфты к ним», ТУ 14-3-1575-88 «Трубы обсадные наружным диаметром 351, 377 и 426 мм и муфты к ним», ТУ 14-ЗР-55-2001 «Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов», ТУ 14-3-420-75 «Трубы для паровых котлов и трубопроводов из стали 15ГС и 15Х1М1Ф», ТУ14-ЗР-197-2001 «Трубы передельные из коррозионностойких марок стали», ТУ 14-3-1564 «Трубы передельные из стали марок 08Х10Н20Т2 и 08Х10Н16Т2 для выдвижных систем» и др.).

Недостатками данных способов являются: прокатка труб диаметром не более 550 мм; прокатка труб диаметром более 426 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм приводит к снижению коэффициента полировки, что в свою очередь приводит к снижению величины подачи, снижению производительности пилигримовых станов, повышенной поперечной и продольной разностенности; прокатка труб на пониженных подачах приводит к увеличению машинного времени прокатки и, как следствие, к снижению температуры конца прокатки, что, в свою очередь, приводит к повышенным нагрузкам на привод пилигримового стана, повышенной продольной и поперечной разностенности, повышенной отбраковке и повышенному расходному коэффициенту металла; прокатка труб диаметром более 426 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм возможна только с отношением D/S≤23; по данному способу под каждый диаметр труб требуется свой диаметр заготовки или слитка, который для прокатки труб диаметром 630 мм должен быть не менее 750 мм; в данный момент заготовки, производимые на установках непрерывной разливки стали, не превышают 600 мм, т.к. с увеличением диаметра снижаются качественные показатели заготовок и возрастает металлоемкость и энергоемкость установок; прокатка труб на конусных дорнах приводит к продольной разностенности, а прокатка на цилиндрических дорнах к закатам их в трубах-гильзах, т.е. к браку, для исключения данного недостатка необходимо вести процесс прокатки труб-плетей с плавным подъемом верхнего валка за каждую подачу гильзы в очаг деформации, что можно производить только в автоматическом режиме под управлением ЭВМ; порезка труб-плетей на мерные длины пилами ударного действия на пилигримовом стане невозможна, а порезка на кратные длины приводит к дополнительным концевым отходам из-за их смятия, неравномерного нагрева их перед калибровкой, что приводит к отклонениям концевых участков по диаметру, смятию концевых участков в процессе правки и дополнительным отходам при удалении дефектов после первичного осмотра.

Наиболее близким техническим решением является способ прошивки заготовок и слитков-заготовок ЭШП с использованием в технологическом потоке двух станов поперечно-винтовой прокатки, расположенных в технологической линии параллельно, выходная сторона первого стана поперечно-винтовой прокатки расположена у входной стороны второго стана и снабжена передаточной решеткой. Станы поперечно-винтовой прокатки имеют индивидуальные транспортные рольганги от печей для нагрева заготовок и слитков-заготовок ЭШП к входным сторонам станов и индивидуальные передаточные тележки от их выходных сторон до пилигримовых станов (Патент RU №2387496, кл. B21B 21/00, 27.10.2010, бюл. №12).

Преимущества данной технологической схемы в том, что она дает возможность производить трубы диаметром от 426 до 630 мм из кованых заготовок, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП диаметром 600 мм за счет прошивки их на первом стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы или гильзы-заготовки с подъемом по диаметру от 6,0 до 10,0% и прошивки-раскатки их без подогрева во втором стане с подъемом по диаметру от 7 до 9,0% в зависимости от диаметра прокатываемых труб. При прокатке труб малыми партиями данная схема дает возможность вести процесс прошивки заготовок и слитков-заготовок ЭШП одного диаметра в одном стане, а заготовок и слитков-заготовок ЭШП другого диаметра во втором стане и прокатки труб на пилигримовых станах разных диаметров с разными толщинами стенок из разных марок стали и сплавов. Данная технологическая схема позволяет вести процесс уплотнения НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП диаметром 600 мм в одном стане в заготовки с последующей прошивкой их в гильзы во втором стане и прокаткой их в трубы на пилигримовых станах.

Задачей предложенного способа является разработка технологического процесса производства труб диаметром от 273 до 630 мм на существующих трубопрокатных установках с пилигримовыми станами после их реконструкции, а также на ТПУ с пилигримовыми станами нового поколения с использованием кованых заготовок, НЛЗ и слитков-заготовок ЭШП диаметром от 440 до 600 мм, а товарных и передельных труб диаметром от 465 до 630 мм из труднодеформируемых марок стали и сплавов из полых слитков-заготовок ЭШП диаметром 630-720 мм с оптимальными режимами нагрева, прошивки, прокатки, калибровки, обработки, приемки и сдачи труб, с наибольшей производительностью и наименьшими расходными коэффициентами металла.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных труб диаметром от 273 до 630 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами, включающем нагрев непрерывно-литых заготовок (НЛЗ), кованых заготовок, сплошных или полых слитков-заготовок ЭШП размером от 400 до 650 мм до температуры пластичности, прошивку НЛЗ, кованых заготовок и слитков-заготовок ЭШП в станах поперечно-винтовой прокатки на короткой оправке в гильзы или в гильзы-заготовки на одном стане, прошивку-раскатку гильз-заготовок на короткой оправке на втором стане поперечно-винтовой прокатки без подогрева или после повторного нагрева, продувку гильз, транспортировку гильз к пилигримовым станом, прокатку гильз в трубы в валках с диаметром бочки от 975 до 1250 мм с кратным в 25 мм увеличением на каждый последующий диаметр труб размерного ряда с калибрами от 280 до 562 мм на дорнах с конусностью от 1,0 до 6,0 мм в зависимости от коэффициента линейного расширения стали, удаление технологической обрези - пилигримовых головок и затравочных концов, порезку труб на кратные длины пилами горячей резки, подогрев в проходных секционных печах или печах с шагающими балками, калибровку труб, транспортировку труб на шлепперах с вращением, правку труб в шестивалковых машинах и приемку труб, коэффициент полировки увеличивают от 2,5 до 5,0 с увеличением диаметров труб от 273 до 630 мм, значения которого определяют из выражения , где ω_n=1,06-1,10 - значения коэффициента опережения металла в полирующем участке валка пилигримового стана, большее значение которого относится к трубам диаметром 273 мм; ρ_n - радиус валка на полирующем участке, мм; Θ_n - центральный угол полирующего участка валка, рад; µ - коэффициент вытяжки; m - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана, мм; установившийся процесс прокатки на пилигримовом стане производят с фиксированными величинами подач m, вытяжек µ, при выполнении которых коэффициент полировки должен находиться в пределах 2,5≤K_n≤5,0. Для производства труб диаметром от 426 до 630 мм из углеродистых и низколегированных марок стали используют НЛЗ и сплошные слитки-заготовки ЭШП диаметром 600 мм, прокатку труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм производят по технологии: кованые заготовки, НЛЗ и слитки-заготовки ЭШП диаметром 600 мм прошивают в первом стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 6,0 до 10%, от 1,0 до 1,5% под каждый размер труб; гильзы-заготовки без подогрева прошивают - раскатывают во втором стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 7,0 до 9,0%, от 0,5 до 1,0% под каждый размер труб, производство труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром от 273 до 426 мм производят 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, прокатку товарных и передельных труб на пилигримовых станах производят одновременно одного или разных диаметров, а прокатку труб-плетей на пилигримовых станах производят с плавным подъемом верхнего валка за каждую подачу гильзы в очаг деформации, значение которого определяют из выражения где D_г - диаметр дорна у дорновой головки, мм; D_з - диаметр дорна со стороны затравки, мм; m - величина подачи гильзы в очаг деформации; µ - коэффициент вытяжки; n - количество подач при прокатке труб-плетей данного размера, шт.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с ближайшим аналогом показывает, что заявляемый способ производства труб специального диаметром от 273 до 630 мм на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами отличается от известного тем, что производят нагрев непрерывно-литых заготовок (НЛЗ), кованых заготовок, сплошных или полых слитков-заготовок ЭШП размером от 400 до 650 мм до температуры пластичности, прошивку НЛЗ, кованых заготовок и слитков-заготовок ЭШП в станах поперечно-винтовой прокатки на короткой оправке в гильзы или в гильзы-заготовки на одном стане, прошивку - раскатку гильз-заготовок на короткой оправке на втором стане поперечно-винтовой прокатки без подогрева или после повторного нагрева, продувку гильз, транспортировку гильз к пилигримовым станом, прокатку гильз в трубы в валках с диаметром бочки от 975 до 1250 мм с кратным в 25 мм увеличением на каждый последующий диаметр труб размерного ряда с калибрами от 280 до 562 мм на дорнах с конусностью от 1,0 до 6,0 мм в зависимости от коэффициента линейного расширения стали, удаление технологической обрези - пилигримовых головок и затравочных концов, порезку труб на кратные длины пилами горячей резки, подогрев в проходных секционных печах или печах с шагающими балками, калибровку труб, транспортировку труб на шлепперах с вращением, правку труб в шестивалковых машинах и приемку труб, коэффициент полировки увеличивают от 2,5 до 5,0 с увеличением диаметров труб от 273 до 630 мм, значения которого определяют из выражения , где ω_n=1,06-1,10 - значения коэффициента опережения металла в полирующем участке валка пилигримового стана, большее значение которого относятся к трубам диаметром 273 мм; ρ_n - радиус валка на полирующем участке, мм; Θ_n - центральный угол полирующего участка валка, рад; µ - коэффициент вытяжки; m - величина подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана, мм, установившийся процесс прокатки на пилигримовом стане производят с фиксированными величинами подач m, вытяжек µ, при выполнении которых коэффициент полировки должен находиться в пределах 2,5≤K_n≤5,0. Для производства труб диаметром от 426 до 630 мм из углеродистых и низколегированных марок стали используют НЛЗ и сплошные слитки-заготовки ЭШП диаметром 600 мм, прокатку труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм производят по технологии: кованые заготовки, НЛЗ и слитки-заготовки ЭШП диаметром 600 мм прошивают в первом стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 6,0 до 10%, от 1,0 до 1,5% под каждый размер труб; гильзы-заготовки без подогрева прошивают-раскатывают во втором стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 7,0 до 9,0%, от 0,5 до 1,0% под каждый размер труб, производство труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром от 273 до 426 мм производят 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, прокатку товарных и передельных труб на пилигримовых станах производят одновременно одного или разных диаметров, а прокатку труб-плетей на пилигримовых станах производят с плавным подъемом верхнего валка за каждую подачу гильзы в очаг деформации, значение которого определяют из выражения где D_г - диаметр дорна у дорновой головки, мм; D_з - диаметр дорна со стороны затравки, мм; m - величина подачи гильзы в очаг деформации; µ - коэффициент вытяжки; n - количество подач при прокатке труб-плетей данного размера, шт. 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 позволили выявить в них признаки, отличающиеся заявляемое решение от прототипа, что соответствует патентоспособности «изобретательский уровень».

Так как аналогичного способа и оборудования 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 размером 273-630 мм. В соответствии с пп. 1 и 4 формулы изобретения прокатку труб 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≤K_n≤5,0. В соответствии с п. 2 формулы изобретения коэффициент полировки увеличивают от 2,5 до 5,0 с увеличением диаметров труб от 273 до 630 мм. Установившийся процесс прокатки на пилигримовом стане производят с фиксированными величинами подач m, вытяжек µ, при выполнении которых коэффициент полировки должен находиться в пределах 2,5≤K_n≤5,0. В соответствии с пп. 5, 6 и 7 формулы изобретения прокатку труб диаметром 530, 550, 610 и 630 мм производят по технологии: кованые заготовки, НЛЗ и слитки-заготовки ЭШП диаметром 600 мм прошивают в первом стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 6,0 до 10%, от 1,0 до 1,5% под каждый размер труб; гильзы-заготовки без подогрева прошивают - раскатывают во втором стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с плавным кратным увеличением подъема по диаметру с 7,0 до 9,0%, от 0,5 до 1,0% под каждый размер труб. Производство труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов диаметром от 273 до 426 мм производят 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. Прокатку товарных и передельных труб на пилигримовых станах производят одновременно одного или разных диаметров. В соответствии с п. 8 формулы изобретения прокатку труб-плетей на пилигримовых станах производят с плавным подъемом верхнего валка за каждую подачу гильзы в очаг деформации.

Таким образом, использование данного способа и состава оборудования позволит впервые в мировой практике осуществить производство гладких, 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.