СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ Российский патент 2004 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных труб среднего и большого диаметров, и может быть использовано при производстве их на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.

В трубопрокатном производстве известен способ производства бесшовных горячекатаных труб среднего и большого диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, где основная деформация (работа) осуществляется на пилигримовых станах (Ф.А. Данилов, А.З. Глейберг. В.Б. Балакин, Горячая прокатка труб. Москва, 1962 г., стр. 280). Основным недостатком данного способа является продольная разностенность труб при средней фиксированной величине подачи от начала установившегося процесса к концу из-за роста давления за счет снижения температуры гильз. На трубопрокатных установках с автоматическими станами средний коэффициент вытяжки при прошивке составляет 4,0-4,5, а на автоматическом стане - обычно не превышает 2,0. На трубопрокатных установках с пилигримовыми станами коэффициент вытяжки на прошивных станах 1,9-2,1, а на пилигримовых станах достигает 15-16. Поэтому гильза после прошивного стана толстостенная и сравнительно малой длины (2,5-3,5 м). Цикл пилигримовой прокатки состоит из затравки, установившегося процесса и докатки пилигримовой головки. При прокатке тонкостенных труб (длина плети 35-42 м) установившийся процесс составляет от 88,0 до 90% от общего времени прокатки, а при прокатке толстостенных труб - от 80,0 до 84,0% (длина труб от 4,0 до 7,0 м). Величина общего давления металла на валок при прокатке одной трубы (плети) колеблется в значительных пределах и зависит от неравномерности подачи в процессе прокатки и падения температуры гильзы к концу прокатки, т.к. машинное время прокатки одной трубы (плети) длиной 36 м составляет от 4,2 до 5,5 минут в зависимости от диаметра, толщины стенки и марки стали. С увеличением давления металла на валки от начала прокатки к концу система (пилигримовая клеть-подшипники-валки-нажимные винты) испытывает увеличивающиеся нагрузки, т.е. происходит деформация клети и валков, выбираются зазоры в подшипниках и нажимных винтах, а следовательно, размер калибра увеличивается от начала установившегося процесса прокатки к концу и, как следствие. увеличивается толщина стенки трубы на величину, равную половине прироста размера калибра. Неравномерность величины подачи в большей степени влияет на величину давления. Случаи поломок валков и шпинделей при чрезмерной подаче, сопровождаемой ударами, частое явление в практике работы пилигримовых установок.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячекатаных труб среднего и большого диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев заготовок (слитков), прошивку их на стане поперечно-винтовой прокатки в толстостенные гильзы и прокатку на пилигримовом стане в трубы с фиксированной величиной подачи, уменьшающейся от начала к концу прокатки по мере охлаждения (Ф.А. Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. Горячая прокатка труб, Москва, 1962 г., стр. 304).

Однако известный способ имеет следующие недостатки. Данный способ не дает качественной и количественной оценки снижения величины подачи порции металла гильзы в очаг валков пилигримового стана в зависимости от геометрических размеров гильз, труб, коэффициента линейного расширения прокатываемого металла и снижения температуры гильзы в процессе прокатки. Снижение величины подачи, только из-за снижения температуры гильзы, без учета пластических (прочностных) характеристик металла и геометрических размеров прокатываемых профилей (труб) может привести к превышению критических нагрузок на линию стана (поломкам предохранительных болтов, валков и шпинделей) при прокатке труб больших диаметров с относительно тонкими стенками и труб из легированных трудно деформируемых марок стали и сплавов, а также к необоснованному снижению величины подачи при прокатке меньших диаметров труб с относительно толстыми стенками из углеродистых марок стали.

Целью предложенного способа является снижение продольной разностенности труб, исключение поломок предохранительных болтов, валков и шпинделей пилигримового стана при прокатке труб из легированных трудно деформируемых марок стали и сплавов и тонкостенных труб больших диаметров из углеродистых марок стали из-за неправильно выбранной величины подачи, а также повышение производительности стана из-за необоснованного снижения величины подачи при прокатке труб средних диаметров из углеродистых марок стали.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб, включающем нагрев заготовок (слитков), прошивку их на стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку на пилигримовом стане с фиксированной величиной подачи, уменьшающейся от начала к концу прокатки, прокатку труб на пилигримовом стане производят с подачей, величину которой уменьшают от начала прокатки к концу в зависимости от коэффициента вытяжки, толщины стенки, диаметра трубы, температуры прокатки, коэффициента линейного расширения стали и определяют из выражения

m=k·μ·S·Д·α·t,

где μ - коэффициент вытяжки;

Д - диаметр труб, мм;

S - толщина стенки, мм;

α - коэффициент линейного расширения стали, 10^-6·1/°C;

t - текущее значение температуры прокатки,°С;

k - коэффициент 0,038·1/мм для труб диаметром 273-325 мм, 0,033 для труб диаметром 351 мм, 0,03 для труб диаметром 377 мм и 0,026 для труб диаметром 426 мм.

Используя данное выражение для определения величины подачи гильзы в очаг деформации пилигримового стана, в котором учтены геометрические размеры прокатываемого профиля (трубы) коэффициентами к, μ, S и Д, свойства металла коэффициентом линейного расширения α, а текущее значение температуры прокатки - t, можем определить максимальную величину в начале прокатки m_мах и минимальную в конце m_мин, а затем вести процесс прокатки в ручном режиме с величинами, плавно уменьшающимися от m_мах до m_мин, или в автоматическом режиме при наличии прибора, фиксирующего величину подачи. Использование данного способа производства бесшовных горячекатаных труб даст возможность исключить вероятность поломок валков и шпинделей пилигримового стана за счет ведения процесса прокатки на оптимальных величинах подачи от начала к концу прокатки, повысить качественные показатели труб по геометрическим размерам (толщине стенки) за счет прокатки с оптимальными величинами подач и, соответственно, повысить производительность пилигримовой установки. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что прокатку труб на пилигримовом стане производят с подачей, величину которой уменьшают от начала прокатки к концу в зависимости от коэффициента вытяжки, толщины стенки, диаметра трубы, температуры прокатки, коэффициента линейного расширения стали и определяют из выражения

m=k·μ·S·Д·α·t,

где μ - коэффициент вытяжки;

Д - диаметр труб, мм;

S - толщина стенки, мм;

α - коэффициент линейного расширения, 10^-6·1°C,

t - текущее значение температуры прокатки,°С;

k - коэффициент 0,038·1/мм для труб диаметром 273-325 мм, 0,33 для труб диаметром 351 мм, 0,03 для труб диаметром 377 мм и 0,026 для труб диаметром 426 мм. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения (способа) не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован и внедрен на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ". Проведены сравнительные прокатки труб размером 325×8 и 426×9 мм из слитков стали марки 20 размером 470-500×1700 и 540-585×1700 мм (тонкостенные трубы по ГОСТ 8732-78) и труб размером 325×30 и 426×40 мм из кованой сверленой заготовки стали марки 15Х1М1Ф размером 500×100×1750 и 600×100×1750 мм (котельные толстостенные трубы по ТУ 14-3-460-75).

В производство было задано 40 слитков диаметром 14" (470-500 мм), 40 слитков диаметром 16" (540-585 мм) стали марки 20, 40 заготовок диаметром 550 и 40 заготовок диаметром 600 мм стали марки 15Х1М1Ф. Половина слитков и заготовок были прокатаны в трубы размером 325×8, 426×9, 325×30 и 426×40 мм по существующей технологии, а вторая половина - по предлагаемому способу с определением максимальной и минимальной величины подачи по предложенной формуле и с постепенным снижением величины подачи вальцовщиком в ручном режиме.

Данные по результатам прокатки и сдачи труб размером 325×8, 426×9 по ГОСТ 8732 и 325×30, 426×40 мм по ТУ 13-3-460-75 приведены в таблице. Из таблицы видно, что средняя длина труб (плетей) размером 325×8 мм на прокате, прокатанных по существующей технологии, составила 40,2 м, которые были порезаны на четыре трубы (крата). Средняя длина труб на сдаче составила 35,7 м: из них три первые трубы сданы на стенку 8 мм с плюсовым допуском, а четвертые трубы средней длиной 8,8 м сданы на стенку 9 мм. Средний вес труб составил 2,302 тонны, а расходный коэффициент металла 1,265. Средняя длина труб (плетей) размером 325×8 мм на прокате, прокатанных по предлагаемой технологии, составила 42,3 м, а на сдаче - 36,9 м. Все трубы сданы на стенку 8,0 мм. Средний вес труб на сдаче составил 2,308 тонны, а расходный коэффициент металла 1,260. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×9 мм. Расходный коэффициент металла по трубам, прокатанным по существующей технологии, составил 1,271, а по предлагаемому способу - 1,264. Средняя длина труб размером 325×30 мм, прокатанных по существующей технологии, на прокате составила 11,84, на сдаче - 10,89 м, а расходный коэффициент металла 1,245. Средняя длина труб размером 325×30 мм, прокатанных по предлагаемому способу, на прокате 11,5, на сдаче - 10,97, а расходный коэффициент металла 1,236. Аналогичная картина получилась и при прокатке труб размером 426×40 мм. Расходный коэффициент металла по трубам, прокатанным по существующей технологии, составил 1,264, а по предлагаемому способу - 1,251. Тонкостенные трубы по ГОСТ 8732, прокатанные по существующей технологии, имели продольную разностенность, в результате чего третьи краты труб размером 325×8 мм были сданы на стенку 8 мм с плюсовым полем допуска, а последние (четвертые краты) - на стенку 9,0 мм. Аналогичная картина при прокатке труб размером 426×9 мм. Вторые краты (трубы) сдавались с плюсовым полем допуска, а третьи краты на стенку - 10 мм. Сдача труб на стенку 9 и 10 мм - это не заказная продукция, которая идет на склад и ждет новых заказчиков. По предлагаемому способу производства труб по ГОСТ 8732 получено снижение расходного коэффициента металла от 5,0 до 7,0 кг на тонну в зависимости от сортамента. Аналогичная картина и при прокатке толстостенных труб по ТУ 14-3-460. Так как поле допуска по стенке на трубах данного сортамента +20/-5%, то они сдавались на стенку 30 и 40 мм по теоретическому весу, но при прокатке труб по существующему способу средняя стенка по длине трубы несколько выше, т.к. трубы, прокатанные по предлагаемому способу, получены длиннее за счет утонения стенки под пилигримовую головку, что позволило снизить расходный коэффициент металла соответственно на 9 и 13 кг.

Таким образом, из таблицы видно, что при прокатке тонкостенных труб по ГОСТ 8732 по предлагаемому способу получено снижение расходного коэффициента металла от 5 до 7 кг, исключено производство не заказной части труб, т.е. прокат труб на склад. При прокатке толстостенных труб размером 325×30 мм и 426×40 мм по ТУ 14-3-460 по существующей технологии расходный коэффициент металла составил 2,245 и 1,264, а по предлагаемому способу - соответственно 1,236 и 1,251, т.е. получено снижение от 9 до 11 кг на тонну за счет утонения стенки под пилигримовую головку и увеличения средней длины труб на 8 мм.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб среднего и большого диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит снизить расход металла при производстве тонкостенных труб по ГОСТ 8732 и толстостенных труб по ТУ за счет снижения продольной разностенности, т.е. увеличения средней толщины стенки от начала к концу прокатки, значительно снизить или полностью исключить не заказную часть при прокатке тонкостенных труб за счет перевода последних труб плетей на более толстые стенки, исключить поломку предохранительных болтов, валков и шпинделей пилигримового стана при прокатке труб из легированных трудно деформируемых марок стали и сплавов и тонкостенных труб больших диаметров из углеродистых марок стали из-за превышения нагрузок от неправильно выбранных величин подачи, повысить производительность стана из-за необоснованного снижения величин подачи при прокатке труб средних диаметров из углеродистых марок стали, а следовательно, снизить стоимость труб.

Использование: изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячекатаных труб среднего и большого диаметра, и может быть использовано при их производстве на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Сущность: способ производства бесшовных горячекатаных труб включает нагрев заготовок - слитков, прошивку их на стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку на пилигримовом стане с фиксированной величиной подачи, уменьшающейся от начала к концу прокатки, при этом прокатку труб на пилигримовом стане производят с подачей, величину которой уменьшают от начала прокатки к концу в зависимости от коэффициента вытяжки, толщины стенки, диаметра трубы, температуры прокатки, коэффициента линейного расширения стали и определяют из выражения m=k·μ·S·Д·α·t, где μ - коэффициент вытяжки; Д - диаметр труб, мм; S - толщина стенки, мм; α - коэффициент линейного расширения стали, 10^-6·1/°С; t - текущее значение температуры прокатки, °С; k - коэффициент 0,038·1/мм для труб диаметром 273-325 мм, 0,033 для труб диаметром 351 мм, 0,03 для труб диаметром 377 мм и 0,026 для труб диаметром 426 мм. Изобретение обеспечивает снижение продольной разностенности труб, повышение надежности работы стана и повышение производительности стана. 1 табл.

Способ производства бесшовных горячекатаных труб, включающий нагрев заготовок-слитков, прошивку их на стане поперечно-винтовой прокатки и прокатку на пилигримовом стане с фиксированной величиной подачи, уменьшающейся от начала к концу прокатки, отличающийся тем, что прокатку труб на пилигримовом стане производят с подачей, величину которой уменьшают от начала прокатки к концу в зависимости от коэффициента вытяжки, толщины стенки, диаметра трубы, температуры прокатки, коэффициента линейного расширения стали и определяют из выражения

m=k·μ·S·D·α·t,

где μ - коэффициент вытяжки;

D - диаметр труб, мм;

S - толщина стенки, мм;

α - коэффициент линейного расширения стали, 10^-6·1/°С;

t - текущее значение температуры прокатки,°С;

k - коэффициент 0,038·1/мм для труб диаметром 273-325 мм, 0,033 - для труб диаметром 351 мм, 0,03 для труб диаметром 377 мм и 0,026 для труб диаметром 426 мм.