СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ НА ТРУБОПРОКАТНЫХ УСТАНОВКАХ С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ Российский патент 2014 года по МПК B21B19/04 

Изобретение относится к трубному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных труб, и может быть использовано при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющими в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки.

В трубном производстве известен способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, согласно которому нагретые до температуры пластичности (1250-1300)°C слитки-заготовки задают в стан поперечно-винтовой прокатки и прошивают в гильзы с вытяжкой µ_пр, гильзы прокатывают на пилигримовых станах в трубы с вытяжкой µ_пил, которая зависит от геометрических размеров гильз и прокатываемых труб (Данилов Ф.Н., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. Металлургиздат, 1962, с.300-301).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является относительно высокий расходный коэффициент металла, вызванный образованием технологических отходов в виде пилигримовых головок затравочных концов, которые составляют основную долю отходов металла при производстве труб данным способом.

Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячекатаных труб на установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки с разной вытяжкой по длине µ_пр и µ_пр1, где максимальная вытяжка µ_пр1 приходится на участок гильзы, образующий пилигримовую головку (патент РФ №2151658, Кл. B21B 19/004, B21B 21/00, бюл. №18 от 27.06.2000 г.).

Недостатком данного способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является снижение величин подач при установившемся процессе в зависимости от снижения температуры гильз от начала к концу прокатки, особенно при прокатке тонкостенных и труб из труднодеформируемых марок стали и сплавов, и увеличение нагрузок на привод пилигримового стана при фиксированной величине подачи, а также не уточнены необходимые вытяжки в конце прокатки, при которых не происходит смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки, и оптимальные размеры профилей задних концов гильз, образующих пилигримовые головки, т.е. снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Задачей предложенного способа является прокатка труб-плетей с фиксированной величиной подачи при установившемся процессе прокатки от затравки до обкатки пилигримовых головок при минимальных колебаниях нагрузок на привод стана, исключение смятия задних концов гильз от динамических ударов в процессе прокатки и получение оптимальных размеров профилей задних концов гильз, образующих пилигримовые головки, снижение их масс в зависимости от прокатки гильз i-го размера в трубы j-го размера.

Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в конусные гильзы с разными вытяжками по длине и с последующей прокаткой на пилигримовом стане в трубы с постоянной величиной подачи в очаг деформации и постоянной вытяжкой, выведение пилигримовых головок из гильз, порезку труб-плетей на трубы-краты и удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, при этом прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр большего основания полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр заднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания полого усеченного конуса, мм, а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передним концом с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами отличается тем, что прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой определяют из выражения , где D - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр большего основания полого усеченного конуса, мм; d - наружный диаметр заднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания полого усеченного конуса, мм, а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передним концом с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз. 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 позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что соответствует патентоспособности «изобретательский уровень».

Определение теоретически необходимых вытяжек по длине гильз при прошивке в стане поперечно-винтовой прокатки позволит производить прокатку их на пилигримовых станах в трубы с фиксированными величинами подач, с минимальными колебаниями нагрузок на приводы пилигримовых станов, снизить массу пилигримовых головок и исключить деформацию (сминание) задних концов гильз при прокатке тонкостенных труб (180-220 подач - ударов подающего аппарата).

Способ опробован на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16′′ ОАО «ЧТПЗ» при прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм из слитков диаметром 15′′ и 16′′ по существующей согласно патенту РФ №2151658 и по предлагаемой технологиям. Данные по прошивке слитков в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами и сдаче труб по существующим и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.

Процесс прошивки осуществляли следующими способами. При прокатке труб размером 377×9 мм из слитков размером 555/505×1700 мм по существующей технологии на стане поперечно-винтовой прокатки получали цилиндрические гильзы размером 540хвн.390×3330 мм с постоянной вытяжкой µ=1,95. По патенту №2151658 получали гильзы размером 540хвн.390×3400 мм, которые с переднего конца на длине 2800 мм имели наружный диаметр 540 мм, а на заднем конце на длине 600 мм он снижался до 530 мм, т.е. вытяжка плавно возрастала с 1,95 до 2,52. По предлагаемой технологии получали гильзы размером 540-520хвн.390×3600 мм за счет плавного сведения рабочих валков стана поперечно-винтовой прошивки от начала прошивки к концу на величину L=15 мм. Значения вытяжек µ_пр и µ_пр1 определяли согласно формулы изобретения. В процессе прошивки вытяжка µ_пр=1,95 в начале прошивки плавно увеличивалась до µ_пр1=2,44. Вытяжку µ_пр1 бесконтрольно увеличивать нельзя, т.к. длина гильзы увеличивается с увеличением µ_пр1. Гильзу длиннее 3600 мм прокатывать на существующем пилигримовом стане нецелесообразно, т.к. передние - затравочные концы выходят за линию центров валков, что приводит к их смятию, т.е. увеличению их длины, а следовательно, к увеличению расходного коэффициента металла. Прокатка труб данного размера из гильз с толщиной стенки на заднем конце 60 мм и менее приводит к смятию заднего конца, а следовательно, к увеличению массы пилигримовых головок. По предлагаемому способу прокатку труб на пилигримовом стане производили согласно формуле изобретения. После прокатки от всех труб были удалены пилой горячей резки технологические отходы - пилигримовые головки и затравочные концы. Средняя величина затравочных концов труб во всех случаях составила 540 мм или массой 44,1 кг. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 245, 185 и 183 кг, т.е. при прокатке конусных концов гильз под пилигримовую головку было получено снижение массы пилигримовых головок на 60 и 62 кг, т.е. массы пилигримовых головок во втором и третьем случаях находятся на одном уровне. Прокатку труб на пилигримовом стане из гильз, прошитых по существующей технологии, производили со средней величиной подачи гильз в очаг деформации m=19,5 мм. Нагрузка на привод пилигримового стана при установившемся процессе прокатки возрастала с 5,0 до 6,5 кА. При прокатке гильз, прошитых по патенту №2151658, нагрузка на привод стана также возрастала с 5,0 до 6,5 кА при средней величине подачи гильз в очаг деформации m=20,0 мм. При прокатке конусных гильз на пилигримовом стане по предлагаемому способу со средней подачей m=20,5 мм из-за плавного снижения вытяжки по длине гильз нагрузка на привод пилигримового стана изменялась незначительно, а именно возросла от начала к концу прокатки на 0,5 кА. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×10 мм из слитков размером 585/540×1700 мм. Средняя масса пилигримовых головок составила, соответственно, 308, 236 и 231 кг. Колебание нагрузок на привод пилигримового стане составило от 5,5 до 6,0 кА против от 5,5 до 7,0 по существующему способу прошивки гильз и по патенту №2151658, что дало возможность вести процесс прокатки труб-плетей с одной подачей гильз в очаг деформации от начала прокатки к концу, а именно 19,0 мм против 18,5, что дает возможность повысить производительность пилигримового стана на 2,7% при одновременном снижении поперечной разностенности труб.

Таким образом, из таблицы 1 видно, что по предлагаемому способу производства горячекатаных тонкостенных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, относительно способа по патенту №2151658, получено снижение расходного коэффициента металла от 7,7 до 8,5 кг на тонну труб. Внедрение данного способа позволит стабилизировать величину подачи, снизить поперечную разностенность труб и снизить среднее значение колебаний нагрузок на привод пилигримового стана от 8,0 до 8,5%.

Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами позволит снизить расход металла за счет снижения массы пилигримовых головок и снижения поперечной разностенности при прокатке труб-плетей с фиксированными величинами подач, повысить производительность пилигримовых установок за счет увеличения средних величин подач, исключить смятие задних концов гильз за счет определения теоретически необходимых вытяжек на задних концах гильз.

Таблица 1 Данные по прошивке слитков диаметром 15 и 16′′ в стане поперечно-винтовой прокатки, прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами и сдаче труб, прокатанных по существующим и предлагаемой технологиям Размер труб Размер слитков Вид технол. Прошивка гильз Прокатка труб на пилигримовом стане Средняя величин подачи Диаметр оправки Размер гильз (L) Размер гильз (L₁) Размер гильзы (L₂) Средняя длина труб Средняя масса п/головок Средняя эконом, металла Нагрузка на привод стана Длина Стенка Вытяж. Длина Стенка Вытяж. Длина Стенка Вытяж. мм мм - мм мм мм - мм мм - мм мм - мм кг кг кА мм 377×9 555/505×1700 Существующая 375 3330 75 1,95 - - - - -   31500 245   от 5,0 до 6,5 19,5 Патент №2151658 375 2800 75 1,95 600 75-60 1,95-2,52 - - - 32250 185 60 От 5,0 до 6,5 20,0 Предлагаемая 375 - - - - - - 3600 75-65 1,95-2,44 32500 183 62 от 5,0 до 5,5 20,5 426×10 585/540×1700 Существующая 425 3140 80 1,84 - - - - - - 2800 308 - от 5,5 до 7,0 18,5 Патент №2151658 425 2700 80 1,84 610 80-60 1,84-2,56 - -   29000 236 72 от 5,5 до 7,0 18,5 Предлагаемая 425             3500 80-65 1,84-2,39 29250 231 77 от 5,5 до 6,0 19,0

Способ предназначен для снижения расхода металла, повышения производительности пилигримовых станов, снижения нагрузок на привод пилигримового стана при производстве бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами. Способ включает нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в конусные гильзы с разными вытяжками по длине и с последующей прокаткой на пилигримовом стане в трубы с постоянной величиной подачи в очаг деформации и постоянной вытяжкой, выведение пилигримовых головок из гильз, порезку труб-плетей на трубы-краты и удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки. Фиксированная величина подачи и исключение смятия задних концов гильз при пилигримовой прокатке обеспечиваются за счет того, что прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой регламентировано, а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передними концами с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз. 1 табл.

Способ производства бесшовных горячекатаных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков-заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в конусные гильзы с разными вытяжками по длине и с последующей прокаткой на пилигримовом стане в трубы с постоянной величиной подачи в очаг деформации и постоянной вытяжкой, выведение пилигримовых головок из гильз, порезку труб-плетей на трубы-краты и удаление технологических отходов - пилигримовых головок и затравочных концов пилой горячей резки, при этом прошивку производят в гильзы, имеющие форму полого усеченного конуса с большим основанием на переднем конце по ходу прошивки гильз, а меньшим - на заднем конце, путем увеличения вытяжки плавным сведением рабочих валков относительно оси прокатки от начала прошивки к концу на величину L, значение которой определяют из выражения:
$$L=\frac{D-d}{2}$$ ,
где D - наружный диаметр переднего конца конусной гильзы - диаметр большего основания полого усеченного конуса, мм;
d - наружный диаметр заднего конца конусной гильзы - диаметр меньшего основания полого усеченного конуса, мм,
а прокатку на пилигримовых станах в трубы производят, задавая гильзы передними концами с постоянной величиной подачи и с переменной вытяжкой, формируя пилигримовые головки из задних концов гильз.