способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами
Классы МПК: | B21B21/00 Ступенчатая прокатка труб B21B19/00 Прокатка труб валками, расположенными с наружной части изделия и с осями, не перпендикулярными оси вращения изделия |
Автор(ы): | Сафьянов Анатолий Васильевич (RU), Федоров Александр Анатольевич (RU), Чикалов Сергей Геннадьевич (RU), Марков Дмитрий Всеволодович (RU), Лапин Леонид Игнатьевич (RU), Головинов Валерий Александрович (RU), Ненахов Сергей Васильевич (RU), Баричко Владимир Сергеевич (RU), Логовиков Валерий Андреевич (RU), Дановский Николай Григорьевич (RU), Литвак Борис Семенович (RU), Климов Николай Петрович (RU), Бубнов Константин Эдуардович (RU), Матюшин Александр Юрьевич (RU) |
Патентообладатель(и): | ОАО "Челябинский трубопрокатный завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2008-04-18 публикация патента:
10.10.2010 |
Изобретение относится к трубопрокатному производству. Способ включает нагрев слитков мартеновского производства и непрерывнолитых заготовок до температуры пластичности, прокатку их в полые толстостенные гильзы в двух станах косой прокатки, установленных последовательно, прокатку в трубы на пилигримовом стане. На первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большие значения которого относятся к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большие значения которого относятся к заготовкам большего диаметра. На втором стане косой прокатки прошивают слитки с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большие значения которого относятся к слиткам меньшего диаметра, и заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большие значения которого относятся к заготовкам меньшего диаметра. Изобретение обеспечивает улучшение структуры слитков мартеновского производства и непрерывнолитых заготовок больших диаметров, снижение количества дефектов металлургического происхождения, снижение расходного коэффициента металла. 1 табл.
Формула изобретения
Способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающий нагрев слитков мартеновского производства и непрерывнолитых заготовок до температуры пластичности, прокатку их в полые толстостенные гильзы в двух станах косой прокатки, установленных последовательно, с последующей прокаткой в трубы на пилигримовом стане, отличающийся тем, что на первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков мартеновского производства с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большие значения которого относятся к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большие значения которого относятся к заготовкам большего диаметра, а на втором стане косой прокатки прошивают слитки мартеновского производства с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большие значения которого относятся к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитые заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большие значения которого относятся к заготовкам меньшего диаметра.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубопрокатному производству, в частности к способу производства бесшовных горячедеформированных труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, и может быть использовано при производстве бесшовных горячедеформированных труб диаметром 273-550 мм.
Известен способ производства труб на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для производства труб диаметром 219-550 мм из слитков мартеновского производства и НЛЗ, заключающийся в том, что слитки и НЛЗ нагревают в печах до температуры пластичности, прошивают в стане косой прокатки в гильзы, которые прокатывают на пилигримовых станах в трубы по ГОСТ и ТУ в соответствии с заказами (ТИ 158-Тр.ТБ1-23-2005 "Подготовка, нагрев, прошивка слитков и заготовок, пилигримовая прокатка и калибровка труб в цехе № 1 ОАО "ЧТПЗ"").
Недостатком данного способа является то, что слитки мартеновского производства имеют литую структуру, при прошивке которых в стане косой прокатки, по сравнению с кованой и НЛЗ, образуются дефекты в виде наружных и внутренних плен, что в конечном результате приводит к повышенному браку и, как следствие, к повышенному расходу металла.
Известны способы прошивки слитков и заготовок в станах косой прокатки в гильзы с отношением D/S 13,5 для производства труб диаметром 530-550 мм на ТПА8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" из углеродистых и малолегированных марок стали и труб диаметром 351 мм и более из слитков ЭШП труднодеформируемых марок стали и сплавов, заключающиеся в том, что нагретые слитки и заготовки прошивают (деформируют) в прошивном стане в две прошивки (ТИ 158-Тр.ТБ1-38-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб для паровых котлов и трубопроводов по ТУ 14-3-460-75 и ТУ 14-3-420-75", ТИ 158-Тр.ТБ1-56-97 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали марки 20 для нефтеперерабатывающей промышленности по ТУ14-3-587-77", ТИ158-Тр.ТБ 1-51-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из стали 15Х5М по ТУ 14-3Р-62-2002" и ТИ 158-Тр.ТБ1-53-2002 "Изготовление бесшовных горячекатаных труб из коррозионно-стойких марок стали с повышенным качеством поверхности по ТУ 14-3Р-197-2001").
Недостатком данных способов является то, что двойная прошивка слитков и заготовок приводит к двойному нагреву, а следовательно, к снижению производительности пилигримовой установки и повышению стоимости их передела. Прошивка гильз на оправках диаметром 450 мм и более с отношением D/S 8 приводит к неравномерному охлаждению их в прошивном стане и повышенной кривизне, что в свою очередь приводит к повышенной разностенности труб на пилигримовом стане и, как следствие, к повышенному расходу металла при переделе: слиток - заготовка - готовая труба. Прокатка труб размером 351 мм и более из труднодеформируемых марок стали и сплавов за одну прошивку вообще невозможна из-за малой мощности привода прошивного стана при повышенных нагрузках.
Известен способ производства бесшовных горячедеформированных труб, заключающийся в нагреве слитков и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в полые толстостенные гильзы в одном стане косой прокатки с последующей раскаткой в тонкостенные гильзы во втором стане косой прокатки и прокаткой их в трубы на установке с автоматическим станом (производство бесшовных труб из коррозионно-стойких сталей по ГОСТ 9940 на ТПА "350" Никопольского Южнотрубного завода, Украина).
Однако известный способ также имеет недостатки, а именно станы косой прокатки установлены последовательно. Данный способ прокатки приемлем для массового производства труб на ТПУ с автоматическими станами. Для производства труб малыми партиями (до одной трубы) на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами данный способ не приемлем, т.к. он приводит к потере производительности ТПУ с пилигримовыми станами из-за простоев второго стана при прокатке малых партий труб диаметром 273-450 мм и труб большого диаметра 465-550 мм.
Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформируемых труб большого диаметра, заключающийся в том, что прошивку слитков и заготовок в толстостенные гильзы производят в первом прошивном стане, рабочие валки которого вращают в одну сторону, а раскатку в тонкостенные гильзы - во втором стане, рабочие валки которого вращают в противоположную сторону (Патент РФ № 2243837, 2005, бюл. № 1).
Данный способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого диаметра направлен на улучшение геометрических размеров горячедеформированных труб из углеродистых и малолегированных марок стали, снижение расходного коэффициента металла, но не решает главной задачи, а именно - уплотнение структуры мартеновского слитка и НЛЗ, повышение производительности ТПУ с пилигримовыми станами при прокатке труб диаметром 465-550 мм и труб размером 273-450 мм малыми партиями.
Задачей предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами является улучшение структуры мартеновского слитка и НЛЗ, снижение брака гильз и труб из-за дефектов металлургического происхождения, снижение расходного коэффициента металла и повышение производительности трубопрокатных установок с пилигримовыми станами за счет установки станов косой прокатки параллельно, что кроме улучшения структуры мартеновского слитка и НЛЗ больших диаметров дает возможность при прокатке труб диаметром 273-450 мм малыми партиями производить на первом стане косой прокатки прошивку заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра, для прокатки труб разных диаметров на пилигримовых станах.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, включающем нагрев слитков мартеновского производства и непрерывнолитых заготовок до температуры пластичности, прокатку их в полые толстостенные гильзы в двух станах косой прокатки, установленных последовательно, с последующей прокаткой в трубы на пилигримовом стане, на первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков мартеновского производства с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, а на втором стане косой прокатки прошивают слитки мартеновского производства с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитые заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что на первом стане косой прокатки производят прокатку без оправки с уплотнением слитков мартеновского производства с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитых заготовок с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, а на втором стане косой прокатки прошивают слитки мартеновского производства с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, и непрерывнолитые заготовки с подъемом по диаметру 6,0-10,0%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра. Таким образом, заявляемый способ соответствует 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".
Для прокатки труб по ГОСТ 8732 размером 426×10 мм на ТПУ 8-16 с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" необходимы гильзы размером 620×440вн.×2720 мм (ТИ 158-Тр.ТБ1-23-2005), которые получают на стане косой прокатки из слитков мартеновского производства размером 585/570×1700 мм за счет прошивки их на оправке диаметром 425 мм с подъемом по диаметру на 7,35%. В процессе прошивки на гильзах образуются наружные и внутренние плены металлургического и прокатного происхождения, величина которых на отдельных плавках достигает до 20-30%, что в свою очередь приводит к повышенным дефектам на трубах и, как следствие, к повышенному расходному коэффициенту металла (для труб данного сортамента р/к=1,275).
Поэтому с целью улучшения (уплотнения) структуры мартеновского слитка, снижения количества наружных и внутренних пленки, а следовательно, снижения брака труб по дефектам металлургического происхождения и снижения расходного коэффициента металла необходимо на первом стане косой прокатки производить обжатие слитков и непрерывнолитых заготовок без оправки - уплотнение с последующей прошивкой в гильзы во втором стане косой прокатки, установленном в технологической линии параллельно первому, слитки мартеновского производства в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, непрерывнолитые заготовки в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 4,0-6,0%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, слитки мартеновского производства прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, а непрерывнолитые заготовки прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 6,0-10%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра. Одновременно при прокатке труб из кованых заготовок (ТУ 14-3Р-55-2001, ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3-190-2004) параллельное расположение станов косой прокатки дает возможность производить прошивку на первом стане косой прокатки заготовок в гильзы одного диаметра, а на втором стане косой прокатки в гильзы другого диаметра для прокатки труб разных диаметров на установках с пилигримовыми станами, т.е. исключить простой второго пилигримового стана при прокатке труб диаметром 273-450 мм мелкими партиями, повысить производительность ТПУ, а также при прокатке труб диаметром 465-550 мм, требующих двойную прошивку (прошивку на одном стане косой прокатки с последующей раскаткой на втором стане косой прокатки).
В связи с отсутствием в России на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами в технологической линии двух прошивных станов предлагаемый способ поточного производства горячедеформированных труб большого и среднего диаметров осуществить не представляется возможным.
Для осуществления предложенной технологии производили прокатку труб размером 377×9 и 426×10 мм по предлагаемой технологии путем обжатия слитков в стане косой прокатки в соответствии с формулой изобретения, повторным нагревом обжатых слитков (слитков-заготовок) до температуры пластичности и прошивкой их в стане косой прокатки в гильзы, т.е. с потерей производительности ТПУ в два раза.
Данные по прокатке труб размером 377×9 и 426×10 мм по ГОСТ 8732 на ТПУ 8-16 с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице. Из таблицы видно, что по существующей технологии в производство были заданы 30 слитков размером 555/505×1700 мм общей массой 89,0 тонн для прокатки труб размером 377×9 мм и 30 слитков размером 585×540×1700 мм общей массой 99,0 тонн для прокатки труб размером 426×10 мм. Прошивку слитков размером 555/505×1700 мм производили на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570×390×2580 мм с подъемом диаметра по дине слитка от 2,7 до 12,9% (средним подъемом по диаметру 7,5%). Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 377x9 мм. Сдано в соответствии с ГОСТ 8732 - 68,99 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,290. Слитки размером 585/540×1700 мм прошивались в стане косой прокатки на оправке диаметром 425 мм в гильзы размером 620×440×2730 мм со средним подъемом по диаметру 10,3%. Из 30 слитков общей массой 99,0 тонн прокатано и сдано в соответствии с ГОСТ 8732 - 76,45 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,295.
По предлагаемой технологии 30 слитков размером 585/540×1700 мм общей массой 99,0 тонн были нагреты до температуры пластичности и обжаты в стане косой прокатки без оправки в слитки-заготовки размером 520×1950 мм с обжатием по диаметру 7,6%. Затем слитки после обжатия были посажены в печь, нагреты до температуры пластичности, прошиты на оправке диаметром 375 мм в гильзы размером 570×390×2930 мм с подъемом по диаметру 9,6%. Гильзы были прокатаны на ТПУ 8-16 в трубы размером 377×9 мм. Принято в соответствии с ГОСТ 8732 - 80,16 тонн труб. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,235. При прокатке труб по данной технологии из-за отсутствия второго стана косой прокатки пришлось производить повторный нагрев слитков-заготовок, т.е. в данном случае мы имеем двойной угар металла в печи. При наличии в технологической линии ТПУ с пилигримовыми станами параллельно двух станов косой прокатки расходный коэффициент металла составил бы 1,200. Аналогичная картина получена и при прокатке труб размером 426×10 мм. По предлагаемой технологии в производство было задано 30 слитков размером 615/600×1700 мм, общей массой 107,4 тонны. Слитки были обжаты в стане косой прокатки в слитки-заготовки размером 550×2090 мм с обжатием по диаметру 9,5%. Затем слитки-заготовки повторно были нагреты в методической печи до температуры пластичности и прошиты в стане косой прокатки на оправке диаметром 425 мм в гильзы размером 610×440×3430 мм с подъемом по диаметру 10,9%, которые были прокатаны на пилигримовых станах в трубы размером 426×10 мм. Принято в соответствии с ГОСТ 8732 - 86,16 тонн труб. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,243, а с учетом снижения угара металла за счет установки двух станов косой прокатки составил бы 1,206. Процесс производства труб из НЛЗ по существующей и предлагаемой технологиям осуществить не представилось возможным, т.к. в настоящее время в России данным способом производятся слитки максимального диаметра 430 мм. На предприятиях "Группы ЧТПЗ" в настоящее время ведется строительство металлургического комплекса с установкой линии для производства НЛЗ диаметром до 600 мм.
Таким образом, подтверждены фактические и теоретические обоснования целесообразности использования предложенного способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на ТПУ с пилигримовыми станами из мартеновских слитков и НЛЗ, на первом стане косой прокатки производят обжатие слитков и непрерывнолитых заготовок без оправки - уплотнение с последующей прошивкой в гильзы во втором стане косой прокатки, установленном в технологической линии параллельно первому, слитки мартеновского производства в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 7,0-10,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, непрерывнолитые заготовки в первом стане косой прокатки прокатывают без оправки с обжатием по диаметру 4-6%, большее значение которого относится к заготовкам большего диаметра, слитки мартеновского производства прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 8,0-12,0%, большее значение которого относится к слиткам меньшего диаметра, а непрерывнолитые заготовки прошивают во втором стане косой прокатки с подъемом по диаметру 6,0-10%, большее значение которого относится к непрерывнолитым заготовкам меньшего диаметра.
Использование предлагаемого способа производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметра из углеродистых и малолегированных марок стали из слитков мартеновского производства и НЛЗ позволит улучшить структуру слитков и НЛЗ, значительно снизить количество дефектов металлургического происхождения (внутренних и наружных плен), снизить расходный коэффициент металла и себестоимость труб, а установка двух станов косой прокатки в технологической линии параллельно производить формирование портфеля заказов трубами меньшими партиями без потери производительности пилигримовых станов, а следовательно, повысить их производительность и снизить себестоимость трубной продукции.
Класс B21B21/00 Ступенчатая прокатка труб
Класс B21B19/00 Прокатка труб валками, расположенными с наружной части изделия и с осями, не перпендикулярными оси вращения изделия