ВАЛОК ПИЛИГРИМОВОГО СТАНА ДЛЯ ПРОКАТКИ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 610×28-40 мм Российский патент 2014 года по МПК B21B21/02 

Изобретение относится к трубопрокатному инструменту, а именно, к способу калибровки валков пилигримовых станов для горячей бесшовных горячекатаных котельных труб размером 610×28-40 мм из сталей марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 10Х9МФБ-Ш для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 690хвн.570-590×3200±50 и 720хвн.560-580×3200±50 мм и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ». Трубопрокатная установка 8-16′′ с пилигримовыми станами единственная в России, на которой в данный момент производят трубы диаметром до 550 мм из гильз диаметром 680 мм, т.е. с обжатием по диаметру 130 мм. В клеть пилигримового стана можно задать гильзу диаметром до 720 мм и длиной не более 3500 мм, а на прошивном стане прошить гильзу диаметром не более 690 мм. Поэтому для производства бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-40 мм необходимы гильзы и полые слитки-заготовки ЭШП размером, соответственно, 690хвн.570-590×3200±50 и 720хвн.560-580×3200±50 мм.

В практике ТПУ с пилигримовыми станами известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей с последовательно расположенными по длине бойком, полирующим участком, углом продольного выпуска и холостым участком, при этом боек выполнен с переменным возрастающим поперечным сечением по длине, а полирующий с постоянным сечением в виде круга с выпусками (Ф.А. Данилов, А.З. Глейберг, В.Г. Балакин. «Горячая прокатка труб», изд. Металлургия, Москва, 1962, с.314-328).

Недостатком этих валков является то, что они позволяют прокатывать гильзы только одного диаметра в трубы диаметром до 550 мм с относительно тонкими стенками, т.е. с отношением D/S≥25.

Известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка увеличивающейся величины, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, угла продольного выпуска и холостого участка, причем выпуски поперечного сечения изменяются по длине бойка от 32-37° до 20-25° в сечение перехода на полирующий участок (Ю.Ф. Шевакин, А.З. Глейберг. «Производство труб», Металлургия, Москва, 1968, с.139-140, 160).

Недостаток данных валков, как и выше указанного аналога, заключается в невозможности прокатки заготовок с разными диаметрами при использовании валков одного типоразмера, без замены их при переходе на другой размер заготовок, что приводит к увеличению перевалок валков, снижению производительности стана и невозможности прокатки качественных труб по стенке диаметром более 550 мм.

В практике ТПУ с пилигримовыми станами известен валок пилигримового стана, содержащий по окружности бочки ручей круглого поперечного сечения с выпусками, длина которого составлена из последовательно расположенных бойка, образованного радиусом гребня валка, увеличивающейся величины, полирующего участка, имеющего постоянный радиус гребня валка, угла продольного выпуска (переходного) и холостого участка, выпуски поперечного сечения ручья на одной трети протяженности бойка выполнены постоянными по величине, а на остальной части бойка плавно уменьшающимися до значения выпусков полирующего участка, при этом радиус гребня валка в конце участка с постоянной величиной выпуска составляет 1,3 радиуса гребня его начала (авт. свид. СССР №554019, бюллетень ОИПОТЗ №14, 1977 г.).

Использование данных валков обеспечивает прокат труб из гильз с большими отклонениями диаметров от номинала, т.е. прокат труб из гильз большего диаметра, прокатку труб с большими вытяжками, за счет чего снижается расходный коэффициент металла, исключаются потери времени на перевалки валков. Но данные валки не дают возможности вести процесс прокатки толстостенных труб диаметром более 550 мм с дозированной величиной подачи из гильз и полых слитков-заготовок ЭШП с обжатиями по диаметру менее 130 мм, что, в свою очередь, приводит к не заполнению калибра и образованию на теле труб «отесов» - провалов по диаметру и утонению стенки.

Наиболее близким, по техническому решению (прототипом), является ручей пилигримового валка с переменным сечением по окружности на обжимном и полирующем участках, а поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся до расчетной величины половины профиля готовой трубы, т.е. глубина вреза ручья на полирующем участке изменяется в пределах от 0,5 до 1,5 мм и зависит от толщины стенки прокатываемых труб (авт. свид. СССР №358042, бюл. №34, 1972 г.).

Использование данных валков позволило стабилизировать величину подачи металла в очаг деформации, исключить проскальзывание валков и образование «отесов» при прокатке труб с отношением D/S≥7,0, т.е. при прокатке труб с толщинами стенок от 30 до 60 мм, в зависимости от диаметра труб, т.е. от отношения D/S.

Недостаток приведенного изобретения «Ручей пилигримового валка» заключается в том, что оно не решает вопрос прокатки труб диаметром более 550 мм с малыми обжатиями на участке бойка и не увязывает геометрические размеры труб с изменением поперечного сечения ручья по длине рабочей части.

Задачей изобретения является производство бесшовных горячекатаных труб размером 610×28-40 мм для трубопроводов промежуточного перегрева пара котельных установок из гильз и полых слитков-заготовок ЭШП размером, соответственно, 690хвн.570-590×3200±50 и 720хвн.560-580×3200±50 мм с геометрическими размерами, отвечающими требованиям ТУ 14-3Р-55-2001.

Техническое решение достигается тем, что в валке пилигримового стана для горячей прокатки труб размером 610×28-40 мм, содержащего по окружности бочки диаметром 1045 мм, имеющую ручей круглого сечения с тангенциальными поперечными выпусками, состоящий по длине из последовательно расположенных участков бойка с центральным углом 70°, поперечное сечение которого выполнено уменьшающимся на величину от 74 до 104 мм в зависимости от диаметра гильз и полых слитков-заготовок электрошлакового переплава, полирующего участка с центральным углом 100°, участка продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150°, при этом углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на последующем участке бойка с центральным углом 50° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно снижающимися от 35 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 90° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска с переходом на холостой участок с центральным углом 20° - плавно увеличивающимися с 22 до 35°, а далее на холостом участке с центральным углом 130° - постоянными и равными 35°, участок бойка скалиброван по схеме «тупой - острый - тупой» с центральными углами, Θ_о=20° и , где - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке от нулевой точки до точки, равной центральному углу бойка 15°, Θ_о - «острый» - центральный угол бойка, выполненный с интенсивным приращением радиусов на участке бойка от 15 до 35°, - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке бойка от 35 до 70°, поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся, при этом

,

где Δ_П - разница между диаметром поперечного сечения калибра в начале полирующего и диаметром поперечного сечения калибра в конце полирующего участка, мм; D_H.П. - диаметр калибра валка в начале полирующего участка, мм; D_K.П. - диаметр калибра валка в конце полирующего участка, мм; ΔS_max - максимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм; ΔS_min - минимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм, а приращения радиусов δ_n через один градус определяются из выражения , где ρ₁₇₀-ρ₇₀=0,44 - разность между радиусами валка на полирующем участке, мм; ρ₁₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 170° в конце полирующего участка, мм; ρ₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 70° в начале полирующего участка, мм; α_n - величина центрального угла полирующего участка, град.; при этом δ_n=0,0044 мм/град.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый валок пилигримового стана для горячей прокатки труб размером 610×28-40 мм отличается тем, что углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на последующем участке бойка с центральным углом 50° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно снижающимися от 35 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 90° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска с переходом на холостой участок с центральным углом 20° - плавно увеличивающимися с 22 до 35°, а далее на холостом участке с центральным углом 130° - постоянными и равными 35°, участок бойка скалиброван по схеме «тупой - острый - тупой» с центральными углами , Θ_о=20° и , где - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке от нулевой точки до точки, равной центральному углу бойка 15°, Θ_о - «острый» - центральный угол бойка, выполненный с интенсивным приращением радиусов на участке бойка от 15 до 35°, - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке бойка от 35 до 70°, поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся, при этом , где Δ_П - разница между диаметром поперечного сечения калибра в начале полирующего и диаметром поперечного сечения калибра в конце полирующего участка, мм; D_H.П. - диаметр калибра валка в начале полирующего участка, мм; D_K.П. - диаметр калибра валка в конце полирующего участка, мм; ΔS_max - максимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм; ΔS_min - минимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм, а приращения радиусов δ_n через один градус определяются из выражения , где ρ₁₇₀-ρ₇₀=0,44 - разность между радиусами валка на полирующем участке, мм; ρ₁₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 170° в конце полирующего участка, мм; ρ₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 70° в начале полирующего участка, мм; α_n - величина центрального угла полирующего участка, град.; при этом δ_n=0,0044 мм/град. Таким образом, эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень».

Сравнение заявляемого валка не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый валок от прототипа, что соответствует патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение осуществлено на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами ОАО «ЧТПЗ» при прокатке котельных труб размером 610×28 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 720хвн.580×3200±50 мм из стали марки 15Х1М1Ф в валках с диаметром бочки 1150 мм и калибровкой для прокатки толстостенных труб с параметрами: боек - 70°, поперечное сечение которого выполнено уменьшающимся на величину 104 мм, полирующего участка с центральным углом 100°, угла продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150°. Углы поперечного выпуска на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на участке бойка 50° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10°, углы поперечного выпуска выполнены плавно снижающимися с 35 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 90° углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 22°, на угле продольного выпуска 40° с переходом на холостой участок на 20°, углы поперечного выпуска выполнены плавно увеличивающимися с 22 до 35°, а на холостом участке 130° с переходом на боек с центральным углом 20°, углы поперечного выпуска выполнены постоянными и равными 35°. Боек валка скалиброван по схеме «тупой - острый - тупой» с центральными углами , Θ_o=20° и , где - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов δ₁=0,69 мм/град, на участке от нулевой точки до точки равной центральному углу бойка 15°, Θ_о - «острый» - центральный угол бойка, выполненный с интенсивным приращением радиусов δ₂=1,3 мм/град, на участке бойка от 15 до 35°, - «тупой» - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов δ₃=0,45 мм/град, на участке бойка от 35 до 70°. Поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся на величину δ_n=0,0044 мм/град.

Таким образом, валки были изготовлены в соответствии с формулой изобретения. Процесс прокатки труб диаметром 610 мм в валках с диаметром бочки 1045 мм не возможен, т.к. если в данные валки врезать калибр диаметром 622 мм, то на полирующем участке валка радиус составит 214 мм, а на холостом 145 мм. Такие валки будут поломаны после первой подачи слитка-заготовки ЭШП в очаг деформации. С другой стороны путь отката слитка-заготовки - трубы на данных валках составит ≈600 мм вместо необходимого 1200-1350 мм. Чтобы вернуть слиток-заготовку - трубу в очаг деформации необходимо снизить обороты валков пилигримового стана ≈ в 2 раза, а следовательно, снизить производительность пилигримового стана. Время прокатки слитка-заготовки увеличится в 2 раза, а температура конца прокатки, соответственно, снизится ≈ в 2 раза, что, в свою очередь, приведет к значительному увеличению давления металла на валки. Калибровка данных валков рассчитана на суммарное обжатие гильзы по диаметру на 168 мм, т.е. на слиток-заготовку ЭШП диаметром более 780 мм. Данную гильзу в существующие валки задать невозможно. При прокатке слитков-заготовок диаметром 720 мм в валках данной калибровки встреча ее с валками будет происходить не в нулевой точке, а в точке, соответствующей центральному углу 35-40°, что, в свою очередь, приведет к снижению пути отката подающего аппарата. Поэтому сравнительную прокатку труб данного размера производили в валках существующей калибровки с диаметром бочки 1150 мм.

Данные по прокатке котельных труб размером 610×28 мм из полых слитков-заготовок ЭШП размером 720хвн.580×3200±50 мм из стали марки 15Х1М1Ф в валках цеховой и предлагаемой калибровок приведены в таблице. Из таблицы видно, что в производство было задано по 5 полых слитков-заготовок ЭШП размером 720хвн.x580×3200±50 мм.

После прокатки труб производили замер толщины стенки и определяли продольную и поперечную разностенность. Из таблицы видно, что трубы размером 610×28 мм, прокатанные в валках предложенной калибровки, имеют разностенность в пределах от 2,0 до 3,6 мм, а разностенность труб, прокатанных в валках цеховой толстостенной калибровки, составила от 4,4 до 7,5 мм. Трубы, прокатанные в валках цеховой калибровки, имели повышенную бугристость и «отесы» (провалы по диаметру). Средняя длина труб на сдаче, прокатанных в валках предлагаемой калибровки, составила 5,9 м, а в волках цеховой 5,12 м. Средний расходный коэффициент металла по партии труб, прокатанных в валках цеховой калибровки, составил 1,643, а в валках, скалиброванных в соответствии с формулой изобретения, 1,446, т.е. получено снижение расходного коэффициента металла на 197 кг на тонну труб.

Таким образом, использование валков пилигримового стана с диаметром бочки 1150 мм для труб размером 610×28-40 мм из гильз или полых слитков-заготовок ЭШП размером, соответственно, 690хвн.570-590×3300±100 и 720хвн.560-580×3200±50 мм, скалиброванных по предлагаемой методике, позволило прокатать на ТПУ 8-16′′ с пилигримовыми станами качественные котельные трубы размером 610×28 мм с геометрическими размерами повышенной точности, полностью исключить брак труб по «отесам», значительно снизить расходный коэффициент металла при переделе гильза или полый слиток-заготовка ЭШП - котельная труба для трубопроводов промежуточного подогрева пара по ТУ 14-3Р-55-2001.

Изобретение предназначено для повышения точности бесшовных горячекатаных котельных труб размером 610×28-40 мм из сталей марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 10Х9МФБ-Ш. Валок для прокатки этих труб содержит бочку, имеющую ручей круглого сечения с тангенциальными поперечными выпусками, состоящий из последовательно расположенных участков бойка, полирующего участка, участка продольного выпуска и холостого участка. Оптимальный режим обжатий заготовок на участке бойка обеспечивается за счет того, что ручей валка состоит из участков бойка с центральным углом 70°, поперечное сечение которого выполнено уменьшающимся на величину от 74 до 104 мм в зависимости от диаметра гильз и полых слитков - заготовок электрошлакового переплава, полирующего участка с центральным углом 100°, участка продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150°, при этом углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на последующем участке бойка с центральным углом 50° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно снижающимися от 35 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 90° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска с переходом на холостой участок с центральным углом 20° - плавно увеличивающимися с 22 до 35°, а далее на холостом участке с центральным углом 130° - постоянными и равными 35°. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Валок пилигримового стана для горячей прокатки труб размером 610×28-40 мм, содержащий бочку диаметром 1150 мм, имеющую ручей круглого сечения с тангенциальными поперечными выпусками, состоящий по длине из последовательно расположенных участков бойка с центральным углом 70°, поперечное сечение которого выполнено уменьшающимся на величину от 74 до 104 мм в зависимости от диаметра гильз и полых слитков - заготовок электрошлакового переплава, полирующего участка с центральным углом 100°, участка продольного выпуска с центральным углом 40° и холостого участка с центральным углом 150°, при этом углы поперечных выпусков на участке бойка от нулевой точки до центрального угла, равного 20°, выполнены постоянными и равными 35°, на последующем участке бойка с центральным углом 50° с переходом на полирующий участок с центральным углом 10° - плавно снижающимися от 35 до 22°, на полирующем участке с центральным углом 90° - постоянными и равными 22°, на участке продольного выпуска с переходом на холостой участок с центральным углом 20° - плавно увеличивающимися с 22 до 35°, а далее на холостом участке с центральным углом 130° - постоянными и равными 35°.

2. Валок по п.1, отличающийся тем, что участок бойка скалиброван по схеме "тупой - острый - тупой" с центральными углами , Θ_о=20° и , где - "тупой" - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке от нулевой точки до точки, равной центральному углу бойка 15°, Θ_о - "острый" -центральный угол бойка, выполненный с интенсивным приращением радиусов на участке бойка от 15 до 35°, - "тупой" - центральный угол бойка, выполненный с плавным приращением радиусов на участке бойка от 35 до 70°.

3. Валок по п.1, отличающийся тем, что поперечное сечение ручья по длине полирующего участка выполнено плавно уменьшающимся, при этом
,
где Δ_п - разница между диаметром поперечного сечения калибра в начале полирующего и диаметром поперечного сечения калибра в конце полирующего участка, мм;
D_н.п. - диаметр калибра валка в начале полирующего участка, мм;
D_к.п. - диаметр калибра валка в конце полирующего участка, мм;
ΔS_max - максимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм;
ΔS_min - минимальная толщина стенки труб по нормативно-технической документации для номинальной стенки 28 мм, а приращения радиусов δ_п через один градус определяются из выражения

где ρ₁₇₀-ρ₇₀=0,44 - разность между радиусами валка на полирующем участке, мм;
ρ₁₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 170° в конце полирующего участка, мм;
ρ₇₀ - радиус валка в точке, соответствующей центральному углу 70° в начале полирующего участка, мм;
α_п - величина центрального угла полирующего участка, град,
при этом
δ_п=0,0044 мм/град.