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
Классы МПК: | B21B19/04 прокатка заготовок сплошного сечения; прошивка |
Автор(ы): | Сафьянов Анатолий Васильевич (RU), Фёдоров Александр Анатольевич (RU), Тазетдинов Валентин Иреклеевич (RU), Вольберг Исаак Иосифович (RU), Нугумонов Рашид Фасхеевич (RU), Дановский Николай Григорьевич (RU), Литвак Борис Семёнович (RU), Борисов Вениамин Петрович (RU), Романцов Игорь Александрович (RU), Лапин Леонид Игнатьевич (RU), Ненахов Сергей Васильевич (RU), Андрюнин Сергей Александрович (RU), Никитин Кирилл Николаевич (RU), Головинов Валерий Александрович (RU), Матюшин Александр Юрьевич (RU), Логовиков Валерий Александрович (RU) |
Патентообладатель(и): | ОАО "Челябинский трубопрокатный завод" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2005-05-11 публикация патента:
27.04.2007 |
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных труб большого и среднего диаметров для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из сплошных и полых слитков электрошлакового переплава (ЭШП) и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами, имеющих в своем составе станы поперечно-винтовой прокатки. Способ включает выплавку слитков в электрических и мартеновских печах, на основе прямого восстановления, а также с применением обработки жидким синтетическим шлаком в ковше, электрошлакового переплава и прямого восстановления сталей 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2, ковку слитков в поковки с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой их в заготовки с уковом не менее 1,5, обрубку концов поковок с удалением усадочной и донной частей, выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, механическую обработку поковок и слитков электрошлакового переплава в заготовки на заданный диаметр с допуском +10/-5 мм с последующей сверловкой центрального отверстия диаметром 100±5,0 мм, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, прошивку их в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прокатку труб на пилигримовых станах с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб, при этом слитки электрошлакового переплава сталей 20, 15ГС и 12Х1МФ нагревают до температуры пластичности без сверления центрального отверстия, перед прошивкой центрируют с донного конца по оси, прошивают в станах косой прокатки в гильзы и прокатывают на пилигримовых станах в трубы заданного размера, в качестве передельной трубной заготовки сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12ХПВ2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 применяют полые слитки электрошлакового переплава, полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1M1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 12Х18Н12Т нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в трубы, а полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 06Х16Н9М2, 10Х13Г12БС2Н2Д2 нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в трубы в зависимости от диаметра и толщины стенки. Изобретение обеспечивает совершенствование технологического процесса производства котельных труб большого и среднего диаметров, снижение расхода металла при переделе сплошной или полый слиток ЭШП-котельная труба и, как следствие, снижение стоимости котельных труб. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.
Формула изобретения
1. 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, включающий выплавку слитков в электрических и мартеновских печах, на основе прямого восстановления, обработку жидким синтетическим шлаком в ковше, электрошлаковый переплав и прямое восстановление сталей 20, 15ГС, 12Х1МФ, ковку слитков в поковки с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, или непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой непрерывно-литых заготовок в поковки с уковом не менее 1,5, обрубку концов поковок с удалением усадочной и донной частей, или выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, механическую обработку поковок и слитков электрошлакового переплава в заготовки на заданный диаметр с допуском +10/-5 мм, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, центрирование слитков и заготовок с донного конца по их оси, прошивку их в гильзы в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прокатку гильз на пилигримовых станах в трубы заданного размера с вытяжками в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве передельной трубной заготовки применяют полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т, 10Х13Г12БС2Н2Д2 нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в трубы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к способу производства бесшовных горячедеформированных котельных труб большого и среднего диаметров для паровых котлов, паропроводов и коллекторов установок с высокими и сверхкритическими параметрами пара из полых слитков электрошлакового переплава (ЭШП) и может быть использовано на трубопрокатных установках с пилигримовыми станами.
В практике трубопрокатного производства существует способ изготовления 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 кованых заготовок сталей марок 20, 15ГС, 15ХМ, 12Х1МФ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с заданными требованиями по механическим свойствам, включающий выплавку слитков в электрических и мартеновских печах, на основе прямого восстановления, обработку жидким синтетическим шлаком в ковше, электрошлаковый переплав и прямое восстановления сталей 20, 15ГС, 12Х1МФ, ковку слитков в поковки с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, или непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой непрерывно-литых заготовок в поковки с уковом не менее 1,5, обрубку концов поковок с удалением усадочной и донной частей, или выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, механическую обработку поковок и слитков электрошлакового переплава в заготовки на заданный диаметр с допуском +10/-5 мм, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, центрирование слитков и заготовок с донного конца по их оси, прошивку их в гильзы в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прокатку гильз на пилигримовых станах в трубы заданного размера с допуском по стенке +20/-5% с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, калибровку и правку труб (ТУ 14-1-2560-78 "Заготовка трубная кованая для котельных труб", ТУ 14-3-460-2003 и ТУ 14-3Р-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 и НЛЗ в поковки с последующей обрубкой концов, торцовкой, 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 расход металла (расходный коэффициент металла) при переделе слиток или НЛ3 - поковка - заготовка - труба и, как следствие, высокая стоимость труб.
Известны в трубопрокатном производстве способы прошивки слитков (заготовок) на подъем (расширение - 3-7%), размер в размер и посад (осаживание - 2-5%), где с изменением схемы напряженно-деформированного состояния меняется и деформация, выраженная величиной вытяжки (Ф.А.Данилов и др. Горячая прокатка труб. М.: Металлургиздат, 1982, с.300, табл.34).
Недостатком указанных способов прошивки является невозможность обеспечить необходимую деформацию слитка, позволяющую получить механические свойства, структуру и плотность металла труб, которые получаются при производстве их из кованой заготовки.
В трубопрокатном производстве известен также способ изготовления газлифтных труб большого диаметра из слитков стали 09Г2С выплавки ЭШП и ВДП (Патент РФ №2119395 кл. В21В 19/04), где деформацию слитков в прошивном стане ведут вдоль расположения кристаллов, задавая слитки в стан головной частью (усадочной) и прошивают с посадом по диаметру на величину
D=2Sг(1-sin )Sc,
где Sг - толщина стенки гильзы, мм;
Sс - толщина стенки сверленого слитка ЭШП, мм;
- 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.
Наиболее близким техническим решением является 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 большого диаметра и ведения процесса прошивки с посадом по диаметру, равным 8-16%.
Недостатками данного способа являются повышенные нагрузки на привод прошивного стана при прошивке слитков ЭШП сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 с посадом по диаметру 8-16%, а также невозможность прошивки слитков ЭШП диаметром более 400 мм с центральным сверлением 100±5 мм сталей марок 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 08Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2.
Задачей предложенного способа (изобретения) является уменьшение энегозатрат за счет использования полых слитков ЭШП и исключения процесса прошивки и раскатки гильз в прошивных станах, снижение расхода металла при переделе полый слиток ЭШП-котельная труба за счет использования более качественного и пластичного металла, не имеющего центральной ликвационной пористости и неметаллических включений.
Технический результат достигается тем, что в известном способе 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, включающем выплавку слитков в электрических и мартеновских печах на основе прямого восстановления, обработку жидким синтетическим шлаком в ковше, электрошлаковый переплав и прямое восстановления сталей 20, 15ГС, 12Х1МФ, ковку слитков в поковки с уковом от 2,0 до 3,0 в зависимости от марки стали, непрерывную разливку стали марок 20 и 15ГС, обработанных синтетическим шлаком, или непрерывную разливку стали марок 12Х1МФ, 15Х1М1Ф и 15ХМ из вакуумированного или невакуумированного металла, обработанного синтетическим шлаком, с последующей ковкой непрерывно-литых заготовок в поковки с уковом не менее 1,5, обрубку концов поковок с удалением усадочной и донной частей, или выплавку слитков данных марок стали электрошлаковым переплавом, механическую обработку поковок и слитков электрошлакового переплава в заготовки на заданный диаметр с допуском +10/-5 мм, нагрев заготовок и слитков до температуры пластичности в зависимости от марки стали, центрирование слитков и заготовок с донного конца по их оси, прошивку их в гильзы в станах косой прокатки на оправках, диаметр которых зависит от геометрических размеров гильз, прокатку гильз на пилигримовых станах в трубы заданного размера с вытяжками, в зависимости от диаметра и толщины стенки, в качестве передельной трубной заготовки применяют полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11 В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2, полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2 нагревают до температуры пластичности и прокатывают на пилигримовых станах в трубы.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый 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 отличается тем, что в качестве передельной трубной заготовки применяют полые слитки электрошлакового переплава сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР, 10Х9МФБ, 12Х11В2МФ, 06Х16Н9М2, 12Х18Н12Т и 10Х13Г12БС2Н2Д2, которые нагревают до температуры пластичности и, минуя прошивной стан, прокатывают на пилигримовых станах в трубы заданных размеров. 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 патентноспособности "изобретательский уровень".
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 кованых заготовок, сплошных и полых слитков ЭШП опробован на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" при прокатке труб размером 377×30 мм из стали марки 15Х1М1Ф и 377×25 мм, из стали марок 12Х18Н12Т и 08Х16Н9М2. Кованые заготовки (поковки стали марки 15Х1М1Ф поставлены ОАО "Мечел", а сплошные и полые слитки ЭШП сталей марок 12Х18Н12Т, 08Х16Н9М2 и 15Х1М1Ф поставлены ОАО "ЗМЗ". Поковки на ОАО "ЧТПЗ" обдирались и сверлились в заготовки размером 540×100×1750 мм. Сплошные и полые слитки ЭШП обрабатывались (обтачивались) в заготовки на ОАО "ЗМЗ". По существующей технологии котельные трубы из стали 15Х1М1Ф производятся из кованой сверленой заготовки и сверленых слитков ЭШП. По существующей технологии в производство было задано 5 поковок размером 570×1750 мм и 5 слитков ЭШП размером 550×750 мм. Вес 5 поковок составил 17,526 тонн, а 5 слитков ЭШП 16,320 тонн. Заготовки и слитки ЭШП были нагреты до температуры пластичности, ЭШП 16,320 тонн. Заготовки и слитки ЭШП были нагреты до температуры пластичности, прошиты в стане косой прокатки на оправке диаметром 325 мм в гильзы размером 570×340×2360 мм и прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 377×30 мм по ТУ 14-3Р-55-2001. Из 5 заготовок принято в соответствии с ТУ14-3Р-55-2001 48,5 м труб размером 377х30 мм, общим весом 13,297 тонн. Расходный коэффициент от поковки до готовой трубы составил 1,318. Вес 5 слитков ЭШП размером 550×1750 мм составил 16,320 тонн. Из слитков ЭШП прокатано 50 м труб размером 377×30 мм, принято УТК в соответствии с ТУ14-зР-55-2001 49,0 м или 13,475 тонн. Расходный коэффициент металла от слитка ЭШП до трубы составил 1,212. По предлагаемой технологии трубы данного размера катали из полых слитков ЭШП размером 550×105×3000 мм, которые обтачивались и растачивались в заготовки размером 540×100×3000 мм, нагревались до температуры пластичности и, минуя прошивной стан, прокатывались на пилигримовом стане в трубы размером 377х30 мм. В производство было задано 5 полых слитков ЭШП общим весом 17,276 тонн. Принято УТК 54,5 м труб размером 377×30 мм общим весом 14,942 тонны. Расходный коэффициент металла составил 1,157.
При прокатке труб размером 377×25 мм из стали марки 12Х18Н12Т по существующей технологии используются слитки ЭШП размером 550×1650 мм, которые обтачиваются по наружному диаметру на размер 540 мм и сверлятся в заготовки размером 540×100×1650 мм. Прокатка труб производится за две прошивки, т.е. заготовка ЭШП размером 540×100×1650 мм нагревается до температуры пластичности и прошивается в прошивном стане на оправке диаметром 250 мм в гильзу размером 540×265×2100 мм. Высота слитка 1650 мм взята потому, что при второй прошивке (раскатке) мы не можем задать в стан гильзу более 2100 мм. Гильзы размером 540×265×2100 мм после прошивки с использованием горячего посада садились в печь, нагревались до температуры 1250-1260°С и раскатывались на оправке 350 мм в гильзы размером 540×365×2930 мм, которые прокатывались на пилигримовом стане в трубы размером 377×25×11000 мм. В производство было задано 5 слитков размером 550×1650 мм, общим весом 15,484 т. Принято УТК 54,5 м труб общим весом 11,897 тонн. Расходный коэффициент металла по данной партии труб составил 1,302. По предлагаемой технологии в производство было задано 5 полых слитков ЭШП размером 550×100×3000 мм, общим весом 16,744 тонн, которые были обточены на размер 540×95×3000 мм, нагреты до температуры 1245-1250°С и минуя прошивной стан прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 377×25 мм. Сдано 63,2 м труб общим весом 13,796 тонн. Расходный коэффициент металла составил 1,214. При прокатке труб данной партии по предлагаемой технологии получено снижение расходного коэффициента металла на 88 кг на каждой тонне труб с одновременным повышением производительности пилигримовых станов в 2,0 раза, т.к. исключается повторный нагрев гильз и две прошивки на прошивном стане.
Прокатку труб размером 377×25 мм из стали марки 08Х16Н9М2 по существующей технологии производят из слитков ЭШП размером 550х1650 мм с обточкой и сверлением центрального отверстия на размер 540×100×1650 мм. Заготовки, после нагрева до температуры пластичности 1180-1200°С, прошиваются в стане косой прокатки на оправке диаметром 250 мм в гильзы размером 540×265×2100 мм, повторно нагреваются до температуры пластичности с использованием горячего посада, прошиваются (раскатываются) на оправке диаметром 350 мм в гильзы размером 540×365×2930 мм и прокатываются на пилигримовом стане в трубы размером 377×25 мм. В производство было задано 2 слитка ЭШП размером 550×1650 мм общим весом 6,199 тонн. Принято УТК 20,2 тонны труб в соответствии с ТУ14-ЗР-55-2001, общим весом 4,41 тонны. Расходный коэффициент металла от слитка ЭШП до трубы составил 1,406. По предлагаемой технологии в производство были заданы два полых слитка ЭШП размером 550×100×3000 мм, общим весом 6,698 т. Полые слитки были обточены на размер 540×95×3000 мм, нагреты до температуры 1185-1195°С и прокатаны на пилигримовом стане в трубы размером 377×25×12500 мм. Сдано 25,0 м труб общим весом 5,475 тонн. Расходный коэффициент металла составил 1,223, т.е. получено снижение расхода металла на 183 кг. Данные по прокатке и сдаче котельных труб из сталей марок 15Х1М1Ф, 12Х18Н12Т и 08Х16Н9М2 по существующей и предлагаемой технологиям приведены в таблице.
Из таблицы видно, что расходный коэффициент металла при прокатке труб размером 377×30 мм стали марки 15Х1М1Ф из сплошных слитков ЭШП по существующей технологии ниже, чем при прокатке котельных труб из кованой заготовки, а именно на 106 кг на каждой тонне труб. При прокатке труб данного размера из полых слитков ЭШП по предлагаемой технологии (относительно существующей) получили снижение расходного коэффициента, соответственно, на 161 и 55 кг на тонну. При прокатке труб размером 377×25 мм из стали марок 12Х18Н12Т и 08Х16Н9М2 по предлагаемой технологии получили снижение расходного коэффициента металла, соответственно, на 88 и 183 кг, при одновременном повышении производительности пилигримовых станов в 2 раза.
Таким образом, использование предложенного способа производства котельных 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 полых слитков ЭШП позволит значительно снизить энергозатраты за счет исключения нагрева слитков под ковку и ковку слитков, повторного нагрева гильз под раскатку, исключить затраты на сверловку поковок и слитков, исключить операцию прошивки слитков и заготовок в гильзы и их повторную раскатку, снизить расходный коэффициент металла, при механических свойствах металла труб на уровне или выше, по сравнению с кованой заготовкой, при переделе слиток ЭШП-котельная труба, повысить производительность пилигримовых станов, а следовательно, снизить стоимость котельных труб.
Класс B21B19/04 прокатка заготовок сплошного сечения; прошивка