СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ТРУБ РАЗМЕРОМ 426×90 мм ДЛЯ ПАРОВЫХ КОТЛОВ, ПАРОПРОВОДОВ И КОЛЛЕКТОРОВ УСТАНОВОК С ВЫСОКИМИ И СВЕРХКРИТИЧЕСКИМИ ПАРАМЕТРАМИ ПАРА ИЗ СТАЛИ МАРКИ 10Х9МФБ-Ш НА ТПУ 8-16" С ПИЛИГРИМОВЫМИ СТАНАМИ
PRODUCTION OF 426×90 MM SEAMLESS HOT-ROLLED PIPES FOR STEAM BOILERS, STEAM PIPELINES AND MANIFOLDS OF PLANTS WITH HIGH AND SUPERHIGH STEAM PARAMETERS OF "10Х9МФБ-Ш"-GRADE STEEL AT PRU 8-16'' WITH PILGER MILLS

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячекатаных длинномерных котельных труб размером 426×90 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш, и может быть использовано на трубопрокатной установке 8-16" с пилигримовыми станами при производстве товарных труб размером 426×90×7600-7900 мм при использовании в качестве передельной трубной заготовки полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 660×вн. 270×3200±50 мм.
В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления котельных труб большого и среднего диаметров из кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР. 10Х9МФБ, 12Х11 В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12 ВС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий отливку слитков, ковку их в поковки (уплотнение структуры) с уковом>2,5, механическую обработку поковок в заготовки (обточку со съемом металла 10-15 мм на сторону), сверление в заготовках центрального отверстия диаметром 100±5 мм для удаления центральной ликвационной пористости и неметаллических включений, нагрев заготовок до температуры пластичности, прошивку заготовок в станах поперечно-винтовой прокатки в гильзы, прокатку гильз в трубы диаметром 245-550 мм на пилигримовой установке 8-16" с допуском по диаметру+1,25/-1,0 и толщине стенки +25/-5% (ТУ 14-1-2560-78 "Заготовка трубная кованая для котельных труб", ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-ЗР-55-2001 "Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов" и ТУ 14-3-420-75 "Трубы для паровых котлов и трубопроводов из стали 15ГС и 15Х1М1Ф").
Недостатком указанного способа является высокая энергоемкость процесса, связанная с нагревом и деформацией (ковкой) слитков в поковки с последующей обточкой и сверлением центрального отверстия, нагревом заготовок до температуры пластичности, прошивкой и прокаткой их в трубы на пилигримовых станах с допуском по стенке+20/-5%, повышенный расходный коэффициент металла при переделе слиток-поковка-заготовка - труба и, как следствие, высокая стоимость труб, а также то, что данная марка стали хотя и включена в ТУ14-ЗР-55-2001, но трубы из нее не производились, да и трубы размером 465×75 мм в ТУ вообще отсутствуют.
В трубном производстве известен способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (Патент RU №2119395, кл. В21В 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью, и прошивают с посадом по диаметру на величину
Г
C
D=2S(l-sinα)/S,
Г
где S - толщина стенки гильзы, мм;
C
S - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм;
α - угол наклона фронта кристаллизации к оси слитка, град.
Недостатком указанного способа изготовления труб большого диаметра из слитков ЭШП и ВДП стали марки 09Г2С является необходимость изготовления макротемплетов для определения угла наклона фронта кристаллизации к оси слитка, а прошивка слитков усадочной (головной) частью вперед приводит к образованию дефектов в виде внутренних плен на передних концах гильз.
В трубном производстве известен также способ производства котельных труб большого диаметра из слитков ЭШП (патент RU №2180874, кл. В21В 19/04), обеспечивающий уменьшение энергозатрат, снижение расхода металла и, как следствие, снижение стоимости котельных труб за счет использования слитков большего диаметра и ведения процесса прошивки с посадом по диаметру, равным 8-16%.
Недостатками данного способа являются то, что из-за малой мощности привода прошивного стана ОАО "ЧТПЗ" слитки ЭШП из данной марки стали диаметром 630 мм прошить с посадом по диаметру 8-16% не представляется возможным.
Известен также способ производства бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из слитков электрошлакового переплава и непрерывно-литых заготовок (патент RU №2322314, кл. В21В 19/04), предусматривающий прошивку слитков ЭШП и НЛЗ в станах поперечно-винтовой прокатки с посадом по диаметру в зависимости от марки стали и суммарной вытяжки при переделе слиток электрошлакового переплава - труба или непрерывнолитая заготовка-труба, при этом значения величин посада по диаметру слитков электрошлакового переплава при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки определяют из выражения
i
эшп
i
эшп
i
,
,
Δ  =k  µΣ,
i
эшп
,
где Δ   - значения величин посада по диаметру при прошивке в станах поперечно-винтовой прокатки слитков ЭШП i-той марки стали, %;
i
пр
п
µΣ=µµ - суммарный коэффициент вытяжки при прокатке труб i-го размера;
i'эшп
k - коэффициент, учитывающий величину посада по диаметру при прошивке гильз из слитков ЭШП i-той марки стали, %;
пр
µ - коэффициент вытяжки при прошивке гильз под прокатку труб i-го размера;
п
i
эшп
,
µ - коэффициент вытяжки при прокатке труб j-го размера на пилигримовом стане, при этом коэффициенты k   для разных марок варьируются от 24 до 40.
Недостатком данного способа является то, что он очень сложен для производства, так как под каждый размер труб необходимы свои размеры слитков ЭШП, распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из углеродистых марок стали и не предусматривает производство котельных труб размером 465х75 мм из слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш.
В трубном производстве известен также способ производства горячекатаных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами (Патент RU №2278750, кл. В21В 21/00), включающий обточку слитков ЭШП и кованых заготовок, сверление центрального отверстия диаметром 100±5 мм, нагрев их до температуры пластичности, прошивку с последующей раскаткой в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы и прокатку гильз на пилигримовом стане в горячекатаные передельные или товарные трубы с относительно толстой стенкой, при этом первую прошивку слитков ЭШП и кованых заготовок в стане поперечно-винтовой прокатки производят донным концом вперед, а вторую прошивку-раскатку - усадочным концом вперед, прокатку труб на пилигримовом стане производят из гильз с отношением диаметра к толщине стенки D/S=6,5-8,0 с вытяжкой µ<4,5.
Недостатком данного способа является то, что он включает нагрев слитков ЭШП и заготовок до температуры пластичности, прошивку их в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы-заготовки, повторный нагрев гильз-заготовок с холодного или горячего посада до температуры пластичности, прошивку-раскатку в стане поперечно-винтовой прокатки в гильзы с последующей прокаткой их на пилигримовом стане в товарные или передельные трубы. Двойной нагрев приводит к двойному угару металла, а прошивка слитков ЭШП и заготовок в гильзы-заготовки с последующей раскаткой их в гильзы приводит к потере производительности пилигримовой установки в 2 раза, а следовательно, к повышению стоимости товарных и передельных труб. Распространяется данный способ на производство бесшовных горячедеформированных передельных и товарных труб большого и среднего диаметров на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами из труднодеформируемых марок стали и сплавов и не предусматривает производство котельных труб из сплошных и полых слитков ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш.
з
т
з
т
т
отк
уст
з
з
уст
уст
отк
з
Наиболее близким техническим решением является способ производства бесшовных горячедеформированных котельных толстостенных труб размером 465×75 мм на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами для трубопроводов тепловых угольных блоков с суперсверхкритическими параметрами пара, включающий выплавку передельных трубных заготовок в виде полых слитков стали марки 10Х9В2МФБР-Ш размером 620×вн.320×2000-3200 мм способом электрошлакового переплава, нагрев заготовок до температуры пластичности, прокатку гильз на пилигримовых станах с выведением пилигримовых головок на подкладные углеродистые кольца, удаление донной части слитков анодно-механической резкой на длину 100-110 мм, обтачку и расточку в заготовки размером 600×вн.340×200-3200 мм, выполнение на донных концах полых заготовок конуса на длине L=(0,4-0,5)D с торцевым притуплением h=(1.1-1,2)S, где D - наружный диаметр полой заготовки, мм; S - толщина стенки трубы, мм; h - торцевое притупление конуса, мм, прокатку полых заготовок на пилигримовом стане в трубы конусными концами вперед с вытяжкой µ=2,1-2,2 и редуцированием по внутреннему диаметру 6-8%, ведение процесса затравки на длине трубы, равной L=(10-12)L, с подачей заготовки в очаг деформации m=(0,6-0,7)m, а докатку заднего конца полой заготовки - обкатку пилигримовой головки на длине полой заготовки, равной L=(1,2-1,5)D, с подачей m=(1,1 -1,2)m, где m - величина подачи при установившемся процессе прокатки, мм; L=(1150-1200) - длина пути отката подающего аппарата при прокатке труб в валках с калибром 472 мм и диаметром бочки 1045 мм; D - наружный диаметр полой заготовки, мм, а прокатку труб на пилигримовых станах на дорнах с конусностью 2-3 мм (Патент RU №2386592, кл. В21В 21/00, бюл. №11, 2010).
Недостатком данного способа является то, что он направлен на технологию передела полых слитков ЭШП в полые слитки-заготовки стали марки 10Х9В2МФБР-Ш и прокатки их в трубы размером 465×75 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами и не решает технологических особенностей производства длинномерных труб размером 426×90 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш.
Котельные трубы диаметром 426 мм с разными толщинами стенок в России можно производить только на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами.
Трубы размером 426×90 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш отсутствуют в ТУ 14-3 Р-55-2001 и до настоящего времени в России и мире на ТПУ с пилигримовыми станами не производились. Для прокатки длинномерных труб размером 426×90 мм необходимы полые слитки-заготовки ЭШП размером 600×вн.260×3200±50 мм, из которых на ТПУ 8-16" можно прокатать трубы размером 426×90×6000-6100 мм.
Задачей предложенного способа (изобретения) является освоение производства бесшовных горячекатаных длинномерных труб размером 426×90×7600-7900 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из полых слитков-заготовок электрошлакового переплава стали марки 10Х9МФБ-Ш в условиях ОАО "ЧТПЗ", а именно производство товарных длинномерных труб размером 426×90 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами, с техническими требованиями и геометрическими размерами в соответствии с ТУ 14-ЗР-55-2001 и снижение расходного коэффициента металла при переделе полый слиток-заготовка ЭШП - товарная труба размером 426×90 мм.
Технический результат достигается тем, что в известном способе производства бесшовных горячекатаных длинномерных труб размером 426×90 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами осуществляют нагрев полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 660×вн.270×3200±50 мм в методической печи до температуры 1170-1180°C, прокатку на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы-заготовки размером 620×вн.250×3470-3570 мм в валках с калибром 630 мм, на дорнах диаметром 249/250 мм с обжатием по диаметру Δ=6,1% и вытяжкой µ=1,1, которые с горячего или холодного посада нагревают в методической печи до температуры 1180-1200°C и прокатывают в трубы размером 426×90×7800-8100 мм на дорнах диаметром 237/238 мм, с обжатием по диаметру Δ=30,6% и вытяжкой µ=2,49, при этом прокатку (затравку) передельных труб-заготовок в трубы производят с увеличением подачи m от 0 до 28-30 мм и угла кантовки передельных труб-заготовок - труб на угол α от 0 до 70-72°, установившийся процесс прокатки с кантовкой на угол 70-72° и величиной подачи 28-30 мм, а обкатку пилигримовых головок со снижением угла кантовки с 70-72° до 0° и величины подачи с 28-30 мм до 0.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый способ производства бесшовных горячекатаных длинномерных труб размером 426×90 мм для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из стали марки 10Х9МФБ-Ш отличается тем, что осуществляют нагрев полых слитков-заготовок электрошлакового переплава размером 660×вн.270×3200±50 мм в методической печи до температуры 1170-1180°C, прокатку на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы-заготовки размером 620×вн.250×3470-3570 мм в валках с калибром 630 мм, на дорнах диаметром 249/250 мм с обжатием по диаметру Δ=6,1% и вытяжкой µ=1,1, которые с горячего или холодного посада нагревают в методической печи до температуры 1180-1200°C и прокатывают в трубы размером 426×90×7800-8100 мм на дорнах диаметром 237/238 мм, с обжатием по диаметру Δ=30,6% и вытяжкой µ=2,49, при этом прокатку (затравку) передельных труб-заготовок в трубы производят с увеличением подачи m от 0 до 28-30 мм и угла кантовки передельных труб-заготовок - труб на угол α от 0 до 70-72°, установившийся процесс прокатки с кантовкой на угол 70-72° и величиной подачи 28-30 мм, а обкатку пилигримовых головок со снижением угла кантовки с 70-72° до 0° и величины подачи с 28-30 мм до 0.
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".
Прокатку товарных труб размером 426×90 из стали марки 10Х9МФБ-Ш производили на ТПУ 8 - 16" с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП размером 600×вн.160×2050±50 мм и 600×вн. 260×3200±50 мм (существующая технология) и полых слитков-заготовок размером 660×вн.270×3200±50 мм (предлагаемая технология). По существующей технологии в производство было задано три полых слитка-заготовки размером 600×вн.180×2000-2100 мм, которые были нагреты до температуры 1170-1180°C, прошиты - раскатаны в стане поперечно-винтовой прокатки на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 600×265×2220-2320 мм, размер в размер по наружному диаметру (δ=0) и вытяжкой µ=1,11. Гильзы были прокатаны на пилигримовом стане с вытяжкой µ=2,29 и обжатием по диаметру Δ=28,3% в горячекатаные трубы размером 426×90×4200-4400 мм. По данной технологии задано в производство три полых слитка-заготовки общей массой 12,417 тн, сданы три трубы размером 426×90×4000-4200 мм общей массой 9,678 тн. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,283. По существующей технологии в производство также были заданы три полых слитка-заготовки размером 600×вн.260×3150-3250 мм обшей массой 17,299 тн, которые были нагреты до температуры 1180-1190°C и покатаны на пилигримовом стане в товарные трубы размером 426×90×6200-6400 мм с обжатием по диаметру Δ=28,3% и коэффициентом вытяжки Δ=2,26. В соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001 было принято 18,2 м труб общей массой 14,321 тн. Расходный коэффициент металла по трубам данной партии составил 1,208.
По предлагаемой технологии в производство были заданы три полых слитка-заготовки размером 660×вн.270×3200±50 мм, которые были нагреты до температуры 1170-1180°C и прокатаны на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами в передельные трубы-заготовки размером 620×вн. 250×3470-3570 мм на дорнах диаметром 249/250 мм с вытяжкой µ=1,1, обжатием по диаметру 6,1% и обкаткой пилигримовых головок на свободном дорне, разогретом до температуры 500-600°C (п.1 формулы изобретения). Передельные трубы-заготовки с горячего посада были нагреты в методической печи до температуры 1180-1190°C и прокатаны в трубы размером 426×90×7800-8100 мм на разогретых дорнах диаметром 237/238 мм, с обжатием по диаметру Δ=30,6% и вытяжкой µ=2,49 (п.2 формулы изобретения). Прокатку (затравку) передельных труб-заготовок в товарные трубы производят с увеличением подачи m от 0 до 28-30 мм и угла кантовки передельных труб-заготовок - товарных труб на угол α от 0 до 70-72°, установившийся процесс прокатки с кантовкой на угол 70-72° и величиной подачи 28-30 мм, а обкатку пилигримовых головок со снижением угла кантовки с 70-72° до 0° и величины подачи с 28-30 мм до 0 (п.3 формулы изобретения). По предлагаемой технологии в производство были заданы три полых слитка-заготовки обшей массой 21,456 тн. Сдано труб размером 426×90 мм в соответствии с ТУ 14-3Р-55-2001- 23.3 м, общей массой 18,333 тн. Расходный коэффициент металла составил 1,170.
Данные по технологическим параметрам производства котельных труб размером 426×90 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш по ТУ 14-3Р-55-2001 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице 1.
Таким образом, использование предложенного способа позволит осуществить производство бесшовных горячекатаных длинномерных труб размером 426×90×7600-7900 мм на ТПУ 8-16" с пилигримовыми станами из полых слитков-заготовок ЭШП стали марки 10Х9МФБ-Ш для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара с механическими свойствами металла и геометрическими размерами, соответствующими ТУ 14-3Р-55-2001, что позволит исключить из технологического процесса прошивку-раскатку полых слитков-заготовок ЭШП в стане поперечно-винтовой прокатки, увеличить длину труб на 28,0%, снизить количество монтажных стыков на паропроводах и коллекторах паровых котлов, снизить расходный коэффициент металла ≈ на 38 кг на каждой тонне труб, а следовательно, снизить стоимость котельных труб размером 426×90 мм из стали марки 10Х9МФБ-Ш и паровых котлов.