ВОДООХЛАЖДАЕМАЯ ОПРАВКА ПРОШИВНОГО СТАНА Российский патент 2024 года по МПК B21B25/04 B21B19/04 

Изобретение относится к трубопрокатному производству и может быть использовано на прошивных станах при прокатке гильз на водоохлаждаемых оправках.

Известна конструкция водоохлаждаемой оправки прошивного стана (Данилов Ф.А., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. - М.: Металлург издат., 1962. с 212…214,264) и оправки с аналогичной конструкцией внутреннего охлаждения (патент РФ №1491596, В21В 25/00, опубл. 07.07.1989), где полость оправки, подвергаемая охлаждению оправки изнутри, выполнена в виде полусферы, переходящей в цилиндрический участок, расположенный в носике оправки и выполненный с отверстиями для отвода воды и пара.

Недостатками известных водоохлаждаемых оправок прошивного стана являются высокая трудоемкость выполнения внутренней поверхности оправок имеющий ступенчатый характер, получаемый при обработке резанием. Попадание воды и пара из отверстий в носике на внутреннюю поверхность гильз, при прошивке легированных марок стали, приводит к образованию внутренних плен, поэтому при прошивке непрерывно-литых заготовок используют в основном оправки без носика и без выхода воды, пара на внутреннюю поверхность гильз. Однако теплообмен между наружной и внутренней поверхностями оправки в процессе прошивки существенно ухудшается из-за нарушения циркуляции охлаждающей воды, омывающей внутреннюю поверхность оправки (патент РФ №2423194 от 22.09.2009). Для улучшения условий циркуляции воды и устранения паровой подушки, предлагается изготовление специального сопла, что существенно усложняет конструкцию трубки, по которой подается охлаждающая вода.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является конструкция оправки, которая установлена на наконечнике полого стержня, содержащего трубку для подвода охлаждающей жидкости, и выполнена с полостью переменного сечения по форме коаксиально наружной поверхности оправки так, что диаметр полости возрастает по направлению к стержню (патент RU 2649598 В21В 25/04, опубл. 04.04.2018 г. «Водоохлаждаемая оправка прошивного стана»). Оправки такой конструкции целесообразно изготавливать методом литья, что и реализуют некоторые фирмы, например, Danieli. Однако литые оправки имеют грубую кристаллическую структуру, которая при интенсивной работе оправки - коротком цикле прокатки - часто растрескивается, вызывая аварийную ситуацию на стане.

Технической задачей изобретения является увеличение стойкости литых оправок прошивного стана за счет армирования стенки оправки путем размещения в ней каркаса из стальных кольцевых и продольных элементов, установленного коаксиально наружной и внутренней поверхности оправки.

Изобретение иллюстрируется: фото каркаса на фиг.1, на фиг.2 схематично представлен продольный разрез водоохлаждаемой оправки прошивного стана, армированной каркасом из стальных кольцевых и продольных элементов, установленных коаксиально наружной и внутренней поверхности оправки, на фиг. 3 показан каркас из стальных кольцевых и продольных элементов, который размещают в теле оправки.

Каркас из стальных кольцевых и продольных элементов обеспечивает дополнительную жесткость конструкции и повышает ее прочностные свойства. Армированная оправка эффективно сопротивляется внешнему силовому воздействию со стороны прокатываемого металла. Кроме того, при установке каркаса в литейную форму, он в процессе заливки жидкого металла играет роль внутреннего холодильника, вокруг него происходит образование дополнительных центров кристаллизации, способствующих формированию в отливке более мелких и однородных кристаллов, обеспечивающих высокие механические свойства. При этом стальной каркас играет роль арматуры, также повышающей сопротивляемость стенок оправки действию циклических знакопеременных напряжений, возникающих при нагреве и охлаждении во время прокатки и в паузах между ними.

Пример. Водоохлаждаемые оправки прошивного стана винтовой прокатки диаметром 163 мм для прошивки заготовок диаметром 200 мм в гильзы D_r⋅5_r=225⋅21 мм изготовили литьем в форму из холоднотвердеющей смеси, в которой перед заливкой жидкого металла стали марки 30Х2Н4МФА размещен каркас из совокупности стальных кольцевых элементов из стали марки 10, увеличивающихся по диаметру по направлению к стержню коаксиально наружной поверхности оправки и связывающих кольца продольных ребер.

После отливки оправки механически обработали до чистовых чертежных размеров, термически обработали по штатной технологии для получения на рабочей поверхности слоя окислов толщиной 0,3 мм. Всего было изготовлено три оправки с внутренним стальным каркасом и три оправки без каркаса.

Испытание износостойкости оправок проводили при прошивке заготовок из стали марки D диаметром 200 мм в гильзы размером D_r⋅5_r=225⋅21 мм, масса заготовок 886 кг. Процесс прошивки осуществляли на прошивном стане KSW ПАО «ТагМет» при угле подачи рабочих валков 12,5°, обжатии в пережиме 15,6%, обжатии перед носком оправки 12%, цикл прокатки составлял 35-36 сек. Температура металла при прошивке - 1195°С, давление воды для внутреннего охлаждения оправки - не менее 20 бар.

В результате испытаний установлено:

- средняя стойкость литых оправок - 150 шт, причина выхода из строя - трещины рабочей части.

- средняя стойкость литых оправок со стальным внутренним каркасом -535 шт.

- стойкость литой оправки со стальным внутренним каркасом, наплавленным носком сплавом ЭП 567 толщиной 8 мм, длиной 80 мм, фиг.4 - 686 шт.

Оправки со стальным внутренним каркасом были сняты по причине износа рабочей части и носка оправок. Трещин на оправках не обнаружено.

Таким образом, литые водоохлаждаемые оправки с каркасом, размещенным в стенке оправки, который образован совокупностью кольцевых элементов, увеличивающихся по диаметру по направлению к стержню коаксиально наружной поверхности оправки, и связывающих кольца продольных ребер, обладают износостойкостью выше в 4,1 раза по сравнению с обычными литыми водоохлаждаемыми оправками.

Применение предлагаемой водоохлаждаемой оправки прошивного стана обеспечивает повышение стойкости оправок, снижение затрат и простоев оборудования и повышение качества прокатываемых гильз.

Изобретение относится к водоохлаждаемой оправке прошивного стана винтовой прокатки, установленной на наконечнике полого стержня, содержащего трубку для подвода охлаждающей жидкости. Оправка выполнена с полостью переменного сечения по форме коаксиально наружной поверхности оправки так, что диаметр полости возрастает по направлению к стержню. Оправка снабжена каркасом, размещенным в стенке оправки, который образован совокупностью кольцевых элементов, увеличивающихся по диаметру по направлению к стержню коаксиально наружной поверхности оправки, и продольных ребер, связывающих упомянутые кольца. В результате повышается стойкость оправки. 4 ил., 1 пр.

Водоохлаждаемая оправка прошивного стана винтовой прокатки, установленная на наконечнике полого стержня, содержащего трубку для подвода охлаждающей жидкости, и выполненная с полостью переменного сечения по форме коаксиально наружной поверхности оправки так, что диаметр полости возрастает по направлению к стержню, отличающаяся тем, что она снабжена каркасом, размещенным в стенке оправки, который образован совокупностью кольцевых элементов, увеличивающихся по диаметру по направлению к стержню коаксиально наружной поверхности оправки, и продольных ребер, связывающих упомянутые кольца.