СПОСОБ ПРОШИВКИ СЛИТКОВ И ЗАГОТОВОК МАССОЙ ОТ 3 ДО 10 ТОНН В ГИЛЬЗЫ В СТАНЕ ПОПЕРЕЧНО-ВИНТОВОЙ ПРОКАТКИ
METHOD OF PIERCING OF INGOTS AND BILLETS WEIGHING FROM 3 TO 10 TONS TO SLEEVES AT HELICAL ROLLING MILL

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу прошивки слитков и заготовок массой от 3 до 10 тонн в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, и может быть использовано при производстве товарных и передельных труб большого и среднего диаметров из углеродистых, легированных, труднодеформируемых марок стали и сплавов на трубопрокатных установках, имеющих в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки.
Известен способ прошивки слитков и заготовок с стане поперечно-винтовой прокатки, где процесс прошивки разбит на три части - деформация сплошной части слитков и заготовок до носка оправки, деформация на оправке и деформация при обкатке гильз (В.Я. Осадчий и др. «Технология и оборудование трубного производства». Москва. «ИНТЕРНЕТ ИНЖИНИРИНГ». 2001 г., стр.60).
Недостатком данного способа прошивки слитков и заготовок большого диаметра является образование внутренних плен на гильзах. Это обуславливается тем, что слитки большого диаметра имеют большую усадочную раковину и увеличивающее количество неметаллических включений от донной части слитка к головной (усадочной). С увеличением количества неметаллических включений при заданной деформации перед носком оправки возрастает вероятность разрушения центральной части слитка и образование внутренних плен и расслоя. Образование внутренних плен на гильзах при прошивке заготовок вызвано повышенным обжатием и вскрытием полости перед носком оправки. Недостатками данного способа являются также повышенные нагрузки на привод стана из-за дополнительных сил трения на границе заготовка - задающий рольганг и на границе гильза - выдающий рольганг, значения последних значительно возрастают с ростом кривизны передних концов гильз.
Известен способ поперечно-винтовой прокатки, включающий сведение и разведение валков (авт. свид. СССР №532410 «Способ поперечно-винтовой прошивки»).
Недостатком данного способа, как и отмечалось выше, является то, что при прошивке гильзы с искривленным концом увеличивается коэффициент трения между гильзой и выводным рольгангом, что снижает скорость выхода гильзы из очага деформации. Для окончания процесса прошивки и увеличения тянущих усилий приходится сводить рабочие валки. Сведение валков при прошивке слитков и заготовок диаметром более 500 мм приводит к увеличению овализации гильзы и, как следствие, к образованию «треугольников» на задних концах гильз. Образование «треугольников» приводит к повышенным нагрузкам и застреванию гильз в стане. Извлечение застрявших гильз из стана приводит к снижению производительности трубопрокатных установок, увеличению расходного коэффициента металла и увеличению расхода оправок стана поперечно-винтовой прокатки.
В трубопрокатном производстве известен способ производства товарных и передельных труб из труднодеформируемых марок стали, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в заготовках и слитках ЭШП диаметром 380-500 мм, выдержку их на колосниках методических печей при температуре 500-550°C в течение 70-95 минут в зависимости от диаметра, после чего нагрев до температуры 1120-1140°C со скоростью 1,4-1,5 град/мин, прошивку заготовок и слитков ЭШП в гильзы размер в размер по диаметру при скорости вращения рабочих валков 25-40 об/мин на оправке диаметром, обеспечивающим редуцирование на пилигримовом стане не менее 25 мм (патент РФ №2175899, кл. B21B 21/00, бюл. №32, 20.11.2001 г.).
Недостатком данного способа является то, что он приемлем только для производства горячекатаных товарных и передельных труб среднего диаметра, а именно труб диаметром 219-325 мм, т.к. для прокатки труб диаметром более 325 мм необходимы заготовки или слитки ЭШП диаметром 540-620 мм, которые из-за малой мощности привода стана поперечно-винтовой прокатки прошить невозможно.
В трубопрокатном производстве известен способ прокатки товарных и передельных горячедеформированных труб большого и среднего диаметров из коррозионно-стойких труднодеформируемых марок стали и сплавов на ТПУ с пилигримовыми станами, включающий сверление центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм в слитках ЭШП и заготовках, нагрев их до температуры пластичности, первую прошивку слитков ЭШП или заготовок диаметром 540-620 мм в прошивном стане с вытяжкой µ=1,2-1,4 при скорости вращения рабочих валков 15-25 об/мин, а вторую и последующие при необходимости прошивки-раскатки с подъемом или посадом по диаметру не более 5,0% и вытяжкой µ=1,4-1,5 при скорости вращения валков 20-50 об/мин с использованием холодного или горячего посада гильз в печь, процесс прошивки от захвата слитков ЭШП или заготовок до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением оборотов рабочих валков с 25 до 15, установившийся процесс прошивки при 15-20 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 35-40 об/мин, процесс прошивки-раскатки (вторую прошивку) от захвата гильзы до полного нахождения на оправку ведут с уменьшением числа оборотов рабочих валков с 50 до 20, установившийся процесс прошивки-раскатки при 20-25 об/мин, а на выходе гильзы из валков число оборотов увеличивают до 45-50, прокатку труб на пилигримовом стане ведут с вытяжкой µ=3,0-5,0 (патент РФ №2247612, кл. B21B 21/00, бюл. №7, 10.03.2005 г.).
Недостатком данного способа является то, что при прошивке-раскатке гильз-заготовок или полых слитков-заготовок ЭШП из-за неравномерности их нагрева в методических печах по длине и сечению образуется искривление передних концов гильз, которое приводит к повышению коэффициента трения на границе гильза - выводной рольганг, к увеличению времени прошивки и вероятности застревания гильз в очаге деформации, повышенной продольной и поперечной разностенности гильз, а следовательно, к повышенной разностенности товарных и передельных труб, а в некоторых случаях и к невозможности введения дорнов во внутрь гильз, т.е. к браку. Для снижения количества брака по кривизне приходится вести процесс прошивки-раскатки на оправках большего диаметра, что увеличивает редуцирование гильз, а это в свою очередь приводит к переполнению калибра и увеличению поперечной разностенности труб.
Наиболее близким технически решением является способ прошивки гильз на станах поперечно-винтовой прокатки, включающий поперечно-винтовую прошивку приводными (рабочими) валками на оправке сплошных или сверленых заготовок в гильзы с осевым подпором (Ваткин Я.Л., Бердянский М.Г. и др. «Испытание процесса прошивки с осевым подпором на автоматической установке 140», «Металлургическая и горнорудная промышленность. Научно-технический и производственный сборник», 1970, №1, с.31-32). Опытно-промышленное использование процесса прошивки с осевым подпором на автоматической установке 140, по данным авторов, позволило увеличить скорость прошивки на 30-35%, производительность стана на 12-15% и снизить количество внутренних плен на 23-30%.
Недостатком данного способа является то, что механизм подпора должен иметь упорную вращающуюся головку на подшипниках качения, которые должны выдерживать большие нагрузки. Данный механизм не нашел промышленного применения из-за низкой стойкости подшипников.
Задачей предложенного способа является повышение производительности станов поперечно-винтовой прокатки, снижение нагрузок на привод валков, исключение образования треугольников на задних концах гильз и, как следствие, снижение расхода металла при производстве труб.
Технический результат достигается тем, что в известном способе прошивки слитков и заготовок массой от 3 до 10 тонн в гильзы в стане поперечно-винтовой прокатки, включающем их нагрев до температуры пластичности, транспортировку по рольгангу, передачу в желоб стана, задачу в очаг деформации, образованный рабочими и направляющими валками или линейками, прошивку на короткой оправке с подпором и раскатку, отличающийся тем, что прошивку производят в рабочих и направляющих валках или линейках, оси которых расположены в вертикальной плоскости, с подачей слитков и заготовок в стан подъемным механизмом, а в очаг деформации - под собственным весом, при этом прошивку слитков и заготовок до подхода их задних концов к конусу прошивки производят с подпором, а последующую раскатку с натяжением за счет их массы, а полученные гильзы из стана выдают на вертикальный рольганг, переходящий в горизонтальный рольганг.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что прошивку производят в рабочих и направляющих валках или линейках, оси которых расположены в вертикальной плоскости, с подачей слитков и заготовок в стан подъемным механизмом, а в очаг деформации - под собственным весом, при этом прошивку слитков и заготовок до подхода их задних концов к конусу прошивки производят с подпором, а последующую раскатку с натяжением за счет их массы, а полученные гильзы из стана выдают на вертикальный рольганг, переходящий в горизонтальный рольганг. 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».
Так как аналогичного способа и оборудования в мировой практике не существует, то пример конкретного выполнения в данный период времени привести не представляется возможным. Вместо примера конкретного выполнения приведена технологическая последовательность операций производства котельных труб размером 550×40×8000 мм из стали марки 15Х1М1Ф по ТУ 14-3Р-55-2001 «Трубы стальные бесшовные для паровых котлов и трубопроводов». Для производства труб данного размера необходимо задать в производство сверленые кованые заготовки размером 670×100×2025 мм массой 5500 кг. Данные заготовки нагревают до температуры 1280-1290°C и подъемным механизмом (простейший случай кран с захватным приспособлением) задают в валки стана поперечно-винтовой прокатки, расположенные согласно формуле изобретения.
Заготовка под собственным весом поступает в очаг деформации стана поперечно-винтовой прокатки. Заготовка захватывается валками и прошивается на короткой оправке диаметром 400 мм в гильзу размером 700×вн.415×3300 мм. В начале прошивки до подхода заднего конца заготовки к конусу прошивки (до реборд валков) процесс прошивки происходит с подпором за счет массы заготовки, величина которого будет снижаться по мере подхода заднего конца заготовки к ребордам валков. При заполнении очага деформации, т.е. при выходе гильзы из валков стана усилие подпора не требуется, т.к. внесение дополнительных усилий в очаг деформации в данный момент будет оказывать негативное влияние. По мере выхода гильзы из валков будет увеличиваться натяжение за счет ее массы, что будет оказывать положительное значение при сходе гильзы с оправки. В данный момент, чтобы освободить очаг деформации, не потребуется сведение валков, т.е. увеличение обжатия гильзы по диаметру - увеличение тянущих усилий, что в свою очередь исключит образование за задних концах гильз «треугольников». После выхода гильзы из валков оправка с дорновой штангой перехватчиком фиксируется в вертикальном положении, открывается замок и гильза по вертикальному рольгангу поступает на горизонтальный рольганг. С горизонтального рольганга гильза передается на гильзовую тележку и поступает на входную сторону пилигримового стана, где прокатывается в трубу размером 550×40×8000 мм.
Использование данного способа и оборудования позволит впервые в мировой практике осуществить поточное производство бесшовных горячекатаных труб большого диаметра с заданными геометрическими параметрами, снизить энергозатраты при прошивке гильз, производить прошивку гильз больших диаметров из труднодеформируемых марок стали и сплавов за одну прошивку, исключить образования «треугольников» на гильзах, повысить производительность станов поперечно-винтовой прокатки, снизить разностенность гильз, а следовательно, разностенность труб и снизить расход металла при производстве бесшовных горячекатаных труб большого диаметра.