Способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб

 

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к технологическому инструменту, в частности к способу калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб. Сущность: в способе калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб, включающем калибровку рабочих участков валков, состоящих из бойка, полирующего участка c углом продольного выпуска, образующих переменный калибр и имеющих одинаковые угловые и линейные параметры, полирующие участки верхних валков выполняют увеличенной длины, значения которых определяют из выражения где R_к - катающий радиус валка на полирующем участке, мм; α - угол полирующего участка нижнего валка, град.; m - величина подачи металла в очаг деформации, мм; μ - коэффициент вытяжки при прокатке наименьшей толщины стенки труб данного диаметра; к = 0,25-0,30 - коэффициент, меньшее значение которого принимают для труб размером 273х8, а большее для труб 426х9 мм. Изобретение обеспечивает исключение образования "гофров" в нижней части гильз-труб при откате их валками, снижение поперечной разностенности труб, образуемой за счет неполной раскатки "гофров" верхним валком, и, следовательно, снижение допуска по стенке и выпуск труб на ТПА с пилигримовыми станами с отношением D/S = 40-53 повышенной точности в соответствии с ГОСТ 8732-78. 1 табл.

Изобретение относится к трубопрокатному производству, а именно к технологическому инструменту, в частности к способу калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб.

Поперечное сечение пилигримовых валков имеет два основных участка - холостой и рабочий, определяемые центральными углами Θ _ху и Θ _р. Рабочий участок валков Θ _р предназначен для захвата металла валками, обжатия, калибрования (формирования геометрических размеров трубы) и плавного отделения поверхности валка от поверхности трубы. Холостой участок валков Θ _ху предназначен для поворота гильзы и подачи ее в валки (очаг деформации). Два валка образуют калибр. При вращении валков диаметр калибра изменяется от D_max до D _min (от нулевой точки до полирующего). Рабочая часть валка состоит из трех участков (бойка, полирующего и угла продольного выпуска), которым соответствуют центральные углы Θ _б, Θ _п, Θ _пв. Угол Θ _б, называется бойком или передним конусом, который производит основную деформацию металла (гильзы). На участке Θ _п труба получает окончательные размеры по диаметру и толщине стенки. Участок Θ _пв называется углом продольного выпуска, служит для постепенного (плавного) отделения поверхности валков от поверхности трубы и снижения "бугров" на трубах при повышенных подачах металла (гильзы) в очаг деформации. Уменьшение Θ _пв приводит к появлению на трубах "бугров", т.е. продольной разностенности. Общее увеличение рабочей части Θ _р пилигримовых валков ограничивается скоростью возврата гильзы подающим аппаратом. Чтобы подающий аппарат обеспечивал своевременный возврат и подачу гильзы, необходимо иметь угол холостой части валков не менее 150-160°. Тогда Θ _р=Θ _б+Θ _п+Θ _пв≤ 200-210°. Практикой установлены следующие пределы значений углов:

Θ _б=60-90°

Θ _п=90-110°

Θ _пв=10-20°

(Данилов Ф.А., Глейберг А.З., Балакин В.Г. Горячая прокатка труб. М.: Металлургиздат, 1962, стр.315). Данная практика и технология калибровки валков пилигримовых станов распространялись для прокатки труб с отношением D/S≤ 40, т.е. для прокатки относительно тонкостенных и толстостенных D/S≤ 10 труб в одних и тех же валках.

Наиболее близким техническим решением является способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных и толстостенных труб в разных калибрах валков (Авт. свид. СССР №358042. Ручей пилигримового валка. ОИПОТЗ. №34, 1972 г. Авт. свид. СССР №554019. Валок пилигримового стана, ОИПОТЗ, №14, 1977 г. и Сафьянов А.В., Осадчий В.Я. и др. Калибровка валков пилигримового стана для прокатки тонкостенных труб. Бюллетень ЦНИИЧМ, №15, с.48-50, 1976 г.). Калибровка валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб с отношением D/S=40-53 имеет следующие параметры:

Θ _б=90° ; Θ _п=70° ; Θ _пв=40° и Θ _поп.в.=22°

Θ _поп.в - угол поперечного выпуска на полирующем участке.

Внедрение данной калибровки валков позволило производить на ТПА 8-16" с пилигримовыми станами ОАО "ЧТПЗ" трубы размером 426× 8 мм, т.е. с отношением D/S=53, полностью отвечающие требованиям ГОСТ 8732-78 по толщине стенки.

Однако известный способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб имеет следующие недостатки. Практика прокатки тонкостенных труб с отношением D/S≥ 40 на пилигримовых установках показывает, что при откате гильзы-трубы валками верхний валок плавно начинает отходить от трубы с начала угла продольного выпуска, а так как гильза-труба с дорном одновременно находятся в очаге деформации (валках) и желобе пилигримового стана, то в момент отрыва верхнего валка они (труба и дорн) под тяжесть своего веса находятся в контакте с нижним валком до выхода на линию центров холостого участка валка. Из-за сил трения в нижней части трубы перед валком, т.е. между гильзой-трубой и валком, образуется "гофр". Величины "гофров", т.е. их количество, высота и протяженность по окружности трубы (угол) зависят от отношения D/S и веса (дорн-гильза-труба), т.е. чем тоньше стенка, больше диаметр трубы (вес гильзы-трубы) и вес дорна, то их количество и размеры увеличиваются. При последующих подачах и кантовках гильзы-трубы ≈ на 90° "гофры" попадают сначала в выпуска, а затем в вершину калибра верхнего валка. Так как коэффициент полировки валков больше 2,0, то они концом полирующего и началом угла продольного выпуска раскатываются, и поверхность трубы получается на вид гладкой, т.е. без образования "волны". Большие величины "гофров" могут приводить к поперечным закатам на трубах, что бывает очень редко, или к продольной разностенности, т.е. данный объем металла, попадая в конец полирующего участка и угол продольного выпуска верхнего валка, будет раскатываться в более толстую стенку, чем стенка с противоположной стороны. И таким образом, цикл повторяется за каждую подачу, раскатку, обкатку гильзы-трубы валками с образованием в нижней части волны в виде "гофра". Чтобы исключить данное явление, необходимо, чтобы оба валка отрывались от гильзы-трубы одновременно.

Целью предложенного способа является исключение образования "гофров" в нижней части гильз-труб при откате их валками, снижение поперечной разностенности труб, образуемой за счет неполной раскатки "гофров" верхним валком, а следовательно снижение допуска по стенке и выпуск труб на ТПА с пилигримовыми станами с отношением D/S=40-53 в соответствии с ГОСТ 8732-78.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб, включающим калибровку рабочих участков валков, состоящих из бойка, полирующего участка и угла продольного выпуска, образующих переменный калибр и имеющих одинаковые угловые и линейные параметры, полирующие участки верхних валков выполняют увеличенной длины, значения которых определяют из выражения

L_В.В.=π ·R_К·α /180+к·m·μ ,

где R_k - катающий радиус валка на полирующим участке, мм;

α - угол полирующего участка нижнего валков, град.;

m - величина подачи металла в очаг деформации, мм;

μ - коэффициент вытяжки при прокатке наименьшей толщины стенки труб данного диаметра;

к=0,25-0,30 - коэффициент, меньшее значение которого принимают для труб размером 273× 8, а большее для труб 426× 9 мм.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб отличается тем, что полирующие участки верхних валков выполняют увеличенной длины, а значения их определяют из выражения

L_В.В.=π ·R_К·α /180+к·m·μ .

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

Сравнение заявляемого способа, не только с прототипом, но и с другими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый способ от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия".

Способ опробован и осуществлен на трубопрокатной установке с пилигримовыми станами 8-16" ОАО "ЧТПЗ" при расчете копиров и изготовлении валков пилигримового стана с калибрами 383 и 432 мм для прокатки тонкостенных труб диаметром 377 и 426 мм. Для проведения эксперимента было изготовлено по одной паре новых валков, скалиброванных по существующей технологии и предлагаемому способу. Данные по техническим параметрам верхних валков, изготовленных по существующей технологии и предлагаемому способу, и значениям относительной поперечной разностенности тонкостенных труб размером 377× 9 и 426× 9 мм приведены в таблице. В данных валках было прокатано по 50 труб размером 377× 9 и 426× 9 мм. После прокатки на каждой трубе со стороны затравочного конца и пилигримовой головки производились замеры толщины стенки в 8 точках по периметру. Определялась средняя относительная разностенность по каждой трубе и по партии. Из таблицы видно, что средняя относительная поперечная разностенность труб размером 377× 9 мм, прокатанных в валках, скалиброванных по существующей технологии, составила 27,0%, а в валках по предлагаемому способу 24,9%, т.е. получено снижение поперечной разностенности на 7,8%. Все труб размером 377× 9 мм, прокатанные в опытных валках, отвечают требованиям ГОСТ 8732-78 повышенной точности по стенке (±12,5%), а в валках, изготовленных по существующей технологии, только 73,5%. Средняя относительная поперечная разностенность на трубах размером 426× 9 мм, прокатанных в валках, изготовленных по существующей технологии, составила 27,4%, а на трубах, прокатанных в валках, изготовленных по предлагаемому способу, 25,1%, т.е. получено снижение средней поперечной разностенности ≈ на 8,4%. Все трубы размером 426× 9 мм, прокатанные в валках, скалиброванных по существующей технологии, соответствуют требованиям ГОСТ 8732-78 по толщине стенки обычной точности (+12,5/-15,0%) и только 47,3% труб повышенной точности. Все трубы размером 426× 9 мм, прокатанные в опытных валках, соответствуют обычной точности, а 87,4% труб повышенной точности.

Таким образом, использование предлагаемого способа калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб размером 377× 9 и 426× 9 мм позволит сократить относительную поперечную разностенность в среднем ≈ на 8,0%, а следовательно даст возможность производить трубы размером 377× 9 мм, отвечающие требованиям ГОСТ 8732-78 повышенной точности по толщине стенки, а выпуск труб размером 426× 9 мм повышенной точности по стенке увеличить с 47,0 до 87,0%, т.е. в 1,85 раза.

Формула изобретения

1. Способ калибровки валков пилигримовых станов для прокатки тонкостенных труб, включающий калибровку рабочих участков валков, состоящих из бойка, полирующего участка с углом продольного выпуска, образующих переменный калибр и имеющих одинаковые угловые и линейные параметры, отличающийся тем, что полирующие участки верхних валков выполняют увеличенной длины, при этом длины полирующих участков верхних валков определяют из выражения

где R_к - катающий радиус валка на полирующем участке, мм;

α - угол полирующего участка нижнего валка, град.;

m - величина подачи металла в очаг деформации, мм;

μ - коэффициент вытяжки при прокатке наименьшей толщины стенки труб данного диаметра;

к = 0,25-0,30 - коэффициент, меньшее значение которого принимают для труб размером 273x8, а большее для труб 426x9 мм.