СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ ДИАМЕТРОМ ОТ 245 ДО 630 ММ С ТОЛЩИНОЙ СТЕНКИ ОТ 8 ДО 90 ММ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ Российский патент 2014 года по МПК B21B21/00 

Изобретение относится к способу производства бесшовных горячекатаных труб и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами при производстве труб диаметром от 245 до 630 мм с толщинами стенок от 8 до 90 мм из разных марок стали и сплавов.

В трубной промышленности известен способ прокатки труб диаметром 245, 273 и 299 мм в валках с диаметром бочки 980 мм, труб диаметром 325 и 351 мм в валках с диаметром бочки 1025 мм, а труб диаметром 377, 426, 465, 508, 530 и 550 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм. Данный способ производства труб на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» будет являться аналогом и прототипом. Процесс прокатки труб от затравки до обкатки пилигримовой головки производят с неизменной скоростью вращения валков, а именно труб диаметром 245, 273 и 299 мм со скоростью вращения валков 42-44 об/мин, труб диаметром 325 и 351 мм со скоростью 40-42 об/мин, труб диаметром 377 мм со скоростью 38-41 об/мин, труб диаметром 426 мм со скоростью 36-39 об/мин, а труб диаметром 465-550 мм со скоростью вращения валков от 35 до 38 об/мин. Величина подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки регламентируется только толщиной стенки труб и не зависит от их диаметров, а именно для труб с толщиной стенки 8-10 мм величина подачи не должна превышать 18-20 мм, труб с толщиной стенки 11-15 мм - 20-28 мм, труб с толщиной стенки 16-25 мм - 28-30 мм, труб с толщиной стенки 26-40 мм - 30-35 мм, а для труб с толщиной стенки более 40 мм величина подачи установлена в пределах 35-40 мм (ТИ 158-Тр.ТБ1-23-2011 «Подготовка, нагрев, прошивка слитков и заготовок, пилигримовая прокатка и калибровка труб в цехе №1»).

Недостатком данного способа является то, что процесс затравки при данных скоростях вращения валков и движущихся масс (дорновая головка, дорн и гильза) более 10 тонн приводит к динамическим ударам, которые отрицательно влияют на работоспособность валков, шпинделей, шестеренной клети и привода пилигримового стана. Процесс затравки гильз (12-24 подачи), количество которых зависит от диаметра гильз и прокатываемых труб, особенно в первые подачи приводит к соударению гильзы с валками, а следовательно, к интенсивному износу бойков валков пилигримового стана, усилие которого распространяется на всю приводную линию пилигримового стана (шпинделя, шестеренная клеть, привод пилигримового стана) и отрицательно сказывается на ее работоспособность. Особенно это сказывается при прокатке труб больших диаметров, т.е. больших подвижных масс. В настоящее время на ОАО «ЧТПЗ» производится освоение производства труб диаметром 610 и 630 мм в валках с диаметром бочки 1150 мм.

Задачей предложенного способа является снижение поперечной и продольной разностенности затравочных концов, увеличение срока службы валков, полумуфт, шпинделей и шестеренной клети за счет снижения скоростей вращения валков при затравке, а следовательно, снижения динамических ударов гильз в валки.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб диаметром от 245 до 630 мм с толщиной стенки от 8 до 90 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков и заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане с изменением скорости вращения валков, включающую этапы затравки гильзы, установившегося процесса прокатки и обкатки-докатки пилигримовой головки, в валках по окружности бочки которых выполнен ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, образованный по длине последовательно расположенными участками бойка с центральным углом 90-100°, полирующего участка с центральным углом 70°, продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150-160°, с величиной подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки в зависимости от калибровки валков пилигримового стана, толщины стенки и диаметра труб, скорость вращения валков за один оборот плавно увеличивают от минимальной скорости n_min, соответствующей этапу встречи гильзы с нулевой точкой валков, до номинальной скорости n_nom при повороте валков на угол разгона Θ_p, а затем плавно снижают до минимальной n_min при повороте валков на угол спада Θ_c до встречи гильзы с нулевой точкой валков, значения которых определяют из выражений:

,

Θ_c=360°-Θ_p,

где Θ_б - величина центрального угла бойка пилигримового валка, град; Θ_п - величина центрального угла полирующего участка пилигримового валка, град; Θ_пр.вып. - величина центрального угла продольного выпуска пилигримового валка, град; Θ_х - величина центрального угла холостой части пилигримового валка, град, а минимальную скорость валков n_min определяют из выражения:

n_min=kn_i.ном.,

где k=0,4-0,6 - коэффициент снижения количества оборотов валков пилигримового стана при встрече гильз с нулевой точкой валков, большие значения которого относятся к гильзам и трубам большего диаметра; n_i.ном. - номинальная скорость валков при прокатке труб i-го диаметра, об/мин.

Идеальный случай когда скорость вращения валков при встрече с гильзой равна нулю, но в данный момент чтобы начать процесс прокатки нужно приложить усилие значительно большее, чем с определенной скоростью вращения валков, что в свою очередь приведет к увеличению мощности привода пилигримового стана.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с аналогом и прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что скорость вращения валков за один оборот плавно увеличивают от минимальной скорости n_min, соответствующей этапу встречи гильзы с нулевой точкой валков, до номинальной скорости n_nom при повороте валков на угол разгона Θ_p, а затем плавно снижают до минимальной n_min при повороте валков на угол спада Θ_c до встречи гильзы с нулевой точкой валков, значения которых определяют из выражений:

,

Θ_c=360°-Θ_p,

где Θ_б - величина центрального угла бойка пилигримового валков, град; Θ_п - величина центрального угла полирующего участка пилигримового валка, град; Θ_пр.вып. - величина центрального угла продольного выпуска пилигримового валка, град; Θ_х - величина центрального угла холостой части пилигримового валка, град, а минимальную скорость валков n_min определяют из выражения:

n_min=kn_i.ном.,

где k=0,4-0,6 - коэффициент снижения количества оборотов валков пилигримового стана при встрече гильз с нулевой точкой валков, большие значения которого относятся к гильзам и трубам большего диаметра; n_i.ном. - номинальная скорость валков при прокатке труб i-го диаметра, об/мин. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».

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 условию 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 труб размером 530×20 мм стали марки 20 из заготовок размером 630×100×1400 мм. Нагрев заготовок массой 3340 кг до температуры 1280-1300°C. Прошивка заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 510 мм в гильзы размером 650×вн.525×3160 мм. Прокатка гильз на пилигримовом стане в валках с диаметром бочки 1045 мм на дорне диаметром 494/495 мм массой 6795 кг в трубы размером 530×20 мм. Масса дорновой головки более 1200 кг. Таким образом, масса подвижных систем более 11 тонн. Скорость движения системы (гильза, дорн, дорновая головка) ≈2,0 м/сек. С такой скоростью происходит соударение подвижной системы массой более 11 тонн с валками, вращающимися навстречу движения со скоростью 34 об/мин (существующая технология-способ). По предлагаемому способу в момент соударения подвижной системы массой более 11 тонн валки должны вращаться со скоростью 14-15 об/мин. Затем при повороте валков на угол (100+70+40+150/5)=240° скорость валков плавно возрастает с 14-15 до 34 об/мин. При повороте валков на угол 120°-128° (4/5 холостого участка бойка) скорость вращения валков снижается с 34 до 14-15 об/мин. Скорость движения системы (гильза, дорн, дорновая головка) ≈1,3 м/сек, т.е. ниже в 1,54 раза. В данном случае соударение подвижной системы массой более 11 тонн происходит со скоростью 1,3 м/сек с валками вращающимися навстречу движения со скоростью 14-15 об/мин (предлагаемая технология - способ).

Таким образом, использование предлагаемого способа производства труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит снизить энергию удара подвижных масс с валками, повысить стойкость валков пилигримовых станов, снизить длину удаляемых затравочных концов (технологических отходов) и повысить срок службы полумуфт, шпинделей и шестеренной клети за счет снижения динамических ударов при затравке и прокатке гильз.

Изобретение предназначено для повышения стойкости валков, снижения технологических отходов в виде удаляемых затравочных концов, повышения срока службы полумуфт, шпинделей и шестеренной клети при производстве бесшовных горячекатаных труб диаметром от 245 до 630 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ включает нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков и заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане, состоящую из этапов затравки, установившегося процесса прокатки и обкатки-докатки пилигримовой головки, в валках, содержащих по окружности бочки ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка с центральным углом 90-100°, полирующего участка с центральным углом от 70°, угла продольного выпуска с центральным углом от 40° и холостого участка с центральным углом 150-160°. Снижение динамических ударов при затравке гильз в процессе пилигримовой прокатки обеспечивается за счет того, что скоростной режим вращения валков за один оборот регламентирован математическими зависимостями.

Способ производства бесшовных горячекатаных труб диаметром от 245 до 630 мм с толщиной стенки от 8 до 90 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку слитков и заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз на пилигримовом стане с изменением скорости вращения валков, включающую этапы затравки гильзы, установившегося процесса прокатки и обкатки-докатки пилигримовой головки, в валках, по окружности бочки которых выполнен ручей круглого сечения с тангенциальными выпусками, образованный по длине последовательно расположенными участками бойка с центральным углом 90-100°, полирующего участка с центральным углом 70°, продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150-160°, с величиной подачи гильз в очаг деформации при установившемся процессе прокатки в зависимости от калибровки валков пилигримового стана, толщины стенки и диаметра труб, отличающийся тем, что скорость вращения валков за один оборот плавно увеличивают от минимальной скорости n_min, соответствующей этапу встречи гильзы с нулевой точкой валков, до номинальной скорости n_ном при повороте валков на угол разгона Θ_p, а затем плавно снижают до минимальной n_min при повороте валков на угол спада Θ_c до встречи гильзы с нулевой точкой валков, значения которых определяют из выражений:
,
Θ_c=360°-Θ_p,
где Θ_б - величина центрального угла бойка пилигримового валка, град;
Θ_п - величина центрального угла полирующего участка пилигримового валка, град;
Θ_пр.вып. - величина центрального угла продольного выпуска пилигримового валка, град;
Θ_х - величина центрального угла холостой части пилигримового валка, град, а минимальную скорость валков n_min определяют из выражения:
n_min=kn_i.ном.,
где k=0,4-0,6 - коэффициент снижения количества оборотов валков пилигримового стана при встрече гильз с нулевой точкой валков, большие значения которого относятся к гильзам и трубам большего диаметра;
n_i.ном. - номинальная скорость валков при прокатке труб i-го диаметра, об/мин.