1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) B (11) 29896
(51) B21B 23/00 (2006.01)
МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
(21) 2013/1536.1
(22) 19.09.2011
(45) 15.05.2015, бюл. №5
(31) 10 2010 052 084.5
(32) 16.11.2010
(33) DE
(85) 20.03.2013
(86) PCT/DE2011/001782, 19.09.2011
(72) КЮММЕРЛИНГ, Рольф (DE); ПРАССЕР,
Кристоф (DE); ХОМБЕРГ, Герд (DE); ХАГЕМАНН,
Франк (DE); ПЕРЕЙРА, Габриэль (DE); БРАУН,
Винфрид (DE)
(73) ВАЛЛОУРЕК ДОЙЧЛАНД ГмбХ (DE)
(74) Тагбергенова Модангуль Маруповна;
Тагбергенова Алма Таишевна; Касабекова Найля
Ертисовна
(56) EP 1872878 A1, 02.01.2008
EP 1611969 A1, 04.01.2006
RU 2303497 C2, 27.07.2007
RU 2276624 C2, 20.05.2006
(54) СПОСОБ ЭКОНОМИЧНОГО
ПРОИЗВОДСТВА БЕСШОВНЫХ
ГОРЯЧЕКАТАНЫХ ТРУБ В НЕПРЕРЫВНЫХ
СТАНАХ ДЛЯ ПРОКАТКИ БЕСШОВНЫХ
ТРУБ
(57) Способ производства бесшовных
(цельнотянутых) труб; 2.1. Изобретение относится к
способу производства бесшовных (цельнотянутых)
труб, в котором горячую полую заготовку,
предварительно произведенную станом для
прошивки отверстий, растягивают посредством
непрерывного прокатного стана на стержне оправки
с формированием трубы-заготовки, без
использования оправкоизвлекателя и
нагревательной печи, трубу-заготовку подают
непосредственно в редукционно-растяжной
прокатный стан или калибровочный стан,
используемые в качестве стана завершающей
прокатки, и прокатывают в них до необходимого
конечного диаметра трубы; 2.2. Таким образом,
длину полой заготовки предварительно отмеряют
так, что в процессе удлинения в непрерывном
прокатном стане получают только трубы одной
длины, равной требуемой длине трубы-заготовки, и
во время последующей завершающей прокатки
извлечение трубы-заготовки со стержня оправки,
выполняют завершающей прокаткой, и прокатку
выполняют компонентами прокатного стана,
размеры которых определяют соответственно для
работы с трубами одинаковой длины.
(19)KZ(13)B(11)29896
2. 29896
2
Изобретение относится к способу экономичного
производства бесшовных (цельнотянутых)
горячекатаных труб в непрерывных станах для
прокатки бесшовных труб согласно преамбуле
пункта 1 формулы изобретения. Изобретение далее
относится к прокатному стану согласно пункту 8
формулы изобретения.
В Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12th
edition, 1995, pages 107-111) описаны разные
способы производства цельнотянутых или
бесшовных горячекатаных труб.
В последние годы, все больше и больше
проявляется потребность в производстве продуктов
с ориентированием на нужды потребителей, потому
что страны-потребители хотят участвовать в
процессе производства посредством создания новых
рабочих мест и налога на добавленную стоимость.
Это неизбежно приводит к ограничениям на
коммерческом рынке.
Типичными продуктами в таких случаях
являются, например, трубы, используемые в
энергетическом секторе, при разведке и добыче
нефти и газа.
В настоящее время диапазон размеров труб
составляет приблизительно от 60 мм до 273 мм в
диаметре и приблизительно от 5 мм до 15 мм по
толщине стенки.
Необходимая производительность
трубопрокатных станов составляет приблизительно
от 100 до 250 тыс. тонн продукции ежегодно.
После того, как круглый исходный материал
нагрет, бесшовную горячекатаную трубу обычно
производят процессом в три стадии:
• в компактном блоке прошивают отверстие для
формирования полой заготовки,
• полую заготовку растягивают для
формирования трубы-заготовки, и
• трубу-заготовку прокатывают до размеров
конечной горячей трубы.
Фактически, за исключением отдельных случаев,
прошивные станы поперечной прокатки
используются для первой завершающей стадии, а
конечную прокатку выполняют исключительно
посредством редукционно-растяжных прокатных
станов или калибровочных прокатных станов,
прокатные станы в целом называют по
используемым редукционно-растяжным прокатным
станам.
Прокатными станами с ежегодной
производительностью в вышеупомянутом диапазоне
являются реечный прокатный стан, стан-удлинитель
системы Асселя (Assel) для прокатки труб и
вытяжной (удлинительный) стан Дишера (Diescher).
В последних двух для растягивания заготовок
используются поперечные прокатные станы.
Работа этих прокатных станов требует высокого
уровня ноу-хау, так как очень трудно добиться
производства труб без внешних или внутренних
дефектов. Обычными дефектами труб являются,
например, маленькие трещины, до некоторой длины
имеющие небольшую глубину. Риск дефектов
увеличивается с уменьшением толщины стенок.
Поэтому, отношение диаметра к толщине стенок
труб имеет свои ограничения. В станах Assel,
например, это отношение равно 20:1. В станах
Diescher почти невозможно избежать внутренних
трещин, поэтому трубы перерабатывают, повторно
обрабатывают или дорабатывают.
Эти недостатки, отражающиеся на качестве
продукции, и особо жесткие требования
нефтегазовой промышленности не позволяют
использовать эти способы проката с получением
продуктов высшего сорта без проведения
дополнительных дорогостоящих механических
обработок внутренних и внешних поверхностей
труб.
Для изготовления таких высокоточных изделий
наиболее подходит продольная прокатка
непрерывным трубопрокатным процессом, в
котором при растягивании полой заготовки
получают продукт требуемого качества. При
продольной прокатке полая заготовка уменьшается
в поперечном сечении до 75% при прохождении
через девять клетей, которые установлены
непосредственно одна за другой, что приводит к
четырехкратному вытягиванию заготовки по длине.
Уменьшение поперечного сечения по отношению к
исходным размерам трубы-заготовки, требуемое для
завершающей прокатки, выполняется непрерывно.
Такой способ известен, например, из ЕР 1764167 В1.
Возможный диапазон размеров в непрерывном
трубопрокатном способе составляет приблизительно
от 25 мм до 498 мм по внешнему диаметру; этот
диапазон диаметра не может быть получен одним
прокатным станом. Если исключить печь для
нагрева исходного материала, известные
непрерывные трубопрокатные станы в совокупности
обычно имеют следующую компоновку:
• поперечный прокатный стан для прошивания
отверстия с получением полой заготовки
максимальной длины от 11 м до 12,5 м,
• вытяжное устройство (например, двух- или
трехвалковый непрерывный трубопрокатный стан с
затяжными винтами), имеющее 5 или 6 клетей,
• круговое движение стержней вытяжного
устройства с 5 - 8 стержнями, длина стержней равна
приблизительно 20 м, приблизительно одна
половина его является рабочей частью для прокатки,
другая половина служит для соединения
действующего прокатного стана и держателя
стержней,
• оправкоизвлекатель, включающий 3 клети,
каждая из которых имеет 3 валка, для снятия трубы-
заготовки с движущегося по кругу стержня,
• нагревательная (подогревательная) печь,
• калибровочный прокатный стан или
редукционно-растяжной прокатный стан,
• стеллаж для охлаждения.
Держатель движущихся по кругу стержней имеет
следующее назначение:
• введение движущегося по кругу стержня в
полую заготовку,
• проталкивание полой заготовки с движущимся
по кругу стержнем в первую клеть прокатного
стана,
3. 29896
3
• удерживание движущегося по кругу стержня во
время перемещения так, чтобы он перемещался с
постоянной скоростью, ниже скорости поступления
полой заготовки в первую клеть,
• возвращение движущегося по кругу стержня к
входной стороне прокатного стана после окончания
прокатки.
Затем движущийся по кругу стержень
выталкивается вбок для выполнения охлаждения и
смазывания его при перемещении по кругу, а в
держатель со стороны, обратной к круговому
движению стержней, подается «новый»
движущийся по кругу стержень.
В известной установке оправкоизвлекатель
находится на расстоянии приблизительно от 10 м до
12 м от конца последней клети двух- или
трехвалкового непрерывного трубопрокатного
стана. Извлечение (вынимание) трубы-заготовки с
движущегося по кругу стержня начинается, как
только верхний конец трубы-заготовки входит в
первую клеть оправкоизвлекателя. В это время часть
трубы-заготовки все еще находится в непрерывном
трубопрокатном стане. Как только труба-заготовка
выйдет из оправкоизвлекателя, движущийся по
кругу стержень извлекают (вынимают). В это время
верхний конец движущегося по кругу стержня
находится точно перед первой клетью
оправкоизвлекателя.
В большинстве случаев, для завершения
прокатки требуется повторное нагревание трубы-
заготовки. Нагревание необходимо по двум
причинам. Во-первых, температура трубы-заготовки
варьируется в зависимости от толщины стенок.
Тонкостенные трубы охлаждаются намного быстрее
по сравнению с толстостенными трубами. При
одинаковом диаметре заготовок на выходе из
редукционно-растяжного прокатного стана или
калибровочного стана, это влияет на конченый
диаметр холодной трубы, который будет зависеть от
степени сжатия. Вторая причина состоит в том, что
охлаждение труб-заготовок ниже приблизительно
600°С обеспечивает нормализацию материала при
следующем повторном нагревании в нагревательной
печи до температуры выше Ас3.
Кроме возможности известных прокатных станов
прокатывать трубы высшего сорта и качества, одной
из задач установки по выпуску таких труб является
высокая производительность, которая колеблется от
300 до 900 тыс. т/год в зависимости от диапазона
размеров и времени производства.
Непрерывный способ является особенно
экономичным, т.к. позволяет непрерывный прокат
труб многократной длины, т.е. используется полая
заготовка размером, соответствующим необходимой
длине труб, при растягивании которой получают
трубу многократной длины, которую затем, по
окончании прокатки, делят на отдельные трубы
необходимой длины с минимумом нежелательных
отходов.
Однако, этот способ неэффективен и
нерентабелен для прокатных станов, разработанных
для высоких ежегодных мощностей и
ориентированных на высокие инвестиционные
затраты, поскольку производительность при
приложении данного способа составит только 100 -
250 тыс. тонн продукта высшего сорта в год.
ЕР 1764167 В1 содержит предложения по
увеличению эффективности, в частности изъятие из
линии прокатки оправкоизвлекателя. Благодаря
отрегулированному перемещению стержня оправки
по пути, противоположному к направлению
прокатки в непрерывном прокатном стане, при
завершении процесса прокатки этот стержень
оправки удаляется от трубы-заготовки на
значительное расстояние, таким образом отпадает
необходимость в отдельном оправкоизвлекателе.
Однако на практике в описанных технических
стадиях, касающихся полного извлечения
движущегося по кругу стержня из трубы-заготовки
(вынимание), выявлены некоторые недостатки.
Например, вынимание посредством стриппера - по
крайней мере в случае тонкостенных труб - всегда
вызывает развальцовку (раскатку) конца трубы-
заготовки, который должен быть полностью отрезан
перед последующим уменьшением размера или
вытягиванием. В технологических аспектах, также
важно вынимание посредством рольганга (стола
прокатного стана), потому что невозможно
контролировать продолжительность процесса.
Далее, описанные стадии все же недостаточны
для существенного усовершенствования
эффективности процесса, потому что
инвестиционные затраты для прокатного стана все
также высоки, несмотря на отказ от использования
оправкоизвлекателя. Поэтому, должны быть
предприняты дополнительные меры по снижению
затрат для увеличения эффективности процесса
прокатки.
Способ изготовления проводов, прутков или
бесшовных труб на прокатном стане известен из ЕР
1764167 В1. Для достижения оптимального режима
работы и снижения производственных затрат, на
основной стадии используется трехвалковый
непрерывный прокатный стан для прошивки
отверстий методом винтовой прокатки при
производстве труб и для прокатки слитков при
производстве прутков, проводов или т.п.
Наконец, производство стальных бесшовных
труб в три стадии деформации, включающие
прошивание отверстий в поперечном прокатном
стане, удлинение в стане Assel, непрерывном
прокатном стане или другом стане и
заключительную прокатку на редукционно-
растяжном прокатном стане, известно из ЕР 1102033
А1.
Задачей настоящего изобретения является
создание способа и прокатного стана, посредством
которых можно эффективно производить трубы при
помощи непрерывного трубопрокатного стана и
преодолеть вышеупомянутые недостатки известных
непрерывных трубопрокатных станов даже при
сравнительно низких годовых потребностях. В
частности прокатный стан создан более простым и
менее дорогим способом.
Этот объект изобретения «способ» соответствует
преамбуле вместе с отличительными признаками
4. 29896
4
пункта 1. Предпочтительные дальнейшие его
усовершенствования раскрыты в зависимых пунктах
формулы. Прокатный стан для осуществления
данного способа охарактеризован в пункте 8
формулы.
Способ согласно изобретению заключается в
том, что ранее произведенную горячую полую
заготовку растягивают посредством непрерывного
прокатного стана на стержне оправки для
формирования трубы-заготовки и, без применения
оправкоизвлекателя и нагревательной печи, трубу-
заготовку подают непосредственно в редукционно-
растяжной прокатный стан или калибровочный
прокатный стан, используемые в качестве стана
завершающей прокатки, и прокатывают в них до
необходимого конечного диаметра трубы, в котором
длину полой заготовки предварительно отмеряют
так, что в процессе растягивания в непрерывном
прокатном стане получают только трубы одной
длины, равной требуемой длине трубы-заготовки,
трубу-заготовку вынимают со стержня оправки
завершающей прокаткой, и прокатку выполняют
компонентами прокатного стана, размеры которых
проектируют или задают для манипулирования или
работы с трубами одинаковых длин.
Значительное преимущество изобретения
состоит в том, что предлагаемый способ позволяет
производить бесшовные трубы высшего сорта,
имеющие низкую годовую потребность, весьма
экономичным путем также в станах для
непрерывной прокатки бесшовных труб, мощности
которых адаптированы к потребностям.
Важным фактором, затрагивающим расходы
предприятия, является длина трубы. Для целей
эффективности известные прокатные станы для
производства бесшовных труб разработаны так,
чтобы можно было прокатывать трубы-заготовки,
имеющие длину от 28 м до 30 м, т.е. многократных
длин.
Это означает, что все устройства (компоненты
стана) от печи до стеллажа для охлаждения,
включая все системы транспортировки, такие как
роликовые столы и т.д., должны быть разработаны
так, чтобы они могли работать или оперировать с
трубами такой длины.
Ограничением производства труб одной длины,
т.е. длинами труб-заготовок приблизительно от 14 м
до 15 м, длины компонентов прокатного стана и,
соответственно, затраты производства могут быть
заметно снижены.
Прокатный стан, который может производить
трубы, имеющие внешний диаметр от 108 мм до
273 мм, например, дает в результате следующие
различия:
Стандартный непрерывный
трубопрокатный стан
Прокатный стан согласно
изобретению
длина исходного материала 5,0 м 3,6 м
длина полой заготовки 12,0 м 9,0 м
длина трубы-заготовки 29,0 м 14,5 м
длина стеллажа для охлаждения 42,0 м 16,0 м
Соответственно, необходимая длина стеллажа
для охлаждения уменьшается до размеров,
составляющих менее 40% стандартной длины.
Далее, ограничение одной длиной позволяет
уменьшить толщину стенки на второй стадии
процесса стадии растягивания или удлинения. В
известных непрерывных прокатных станах
уменьшение толщины стенок трубы на
приблизительно от 10 мм до 15 мм обычно зависит
от диапазона диаметра труб и числа клетей
прокатного стана.
Если уменьшение толщины стенок
ограничивается значением менее 9 мм, то, согласно
изобретению, требуются только три клети вместо
пяти - шести клетей, используемых в стандартных
способах изготовления. Поэтому, в
предпочтительном дальнейшем развитии
изобретения, уменьшение толщины стенок
ограничено значением менее 9 мм.
Теоретически, в непрерывном способе
производства труб, площадь кольцевого
поперечного сечения подаваемой полой заготовки
сужается до меньшей площади кольцевого
поперечного сечения относительно диаметра и
толщины стенок. Толщина стенок трубы-заготовки
тождественна толщине стенок этой меньшей
площади поперечного сечения. Как правило,
разница между этими двумя площадями
поперечного сечения не зависит от величины
толщины стенок трубы-заготовки.
Цель, при которой это уменьшение поперечного
сечения имеет место и релится между клетями,
достигается однородностью толщины стенок во
время прокатки и неизменностью, т.е.
воспроизводимостью и восприимчивостью к
дефектам прокатки.
Согласно изобретению, следующие
распределения оказались выгодными для
геометрической схемы деформации в трехвалковых
клетях для уменьшения упомянутого выше
поперечного сечения:
• клеть 1 (входная клеть): 50 - 60%
• клеть 2 (промежуточная клеть): 35 - 40%
• клеть 3 (выходная клеть): 5 - 7,5%
В стандартной конструкции непрерывного
прокатного стана первые три клети, как правило,
выполняют экстенсивную (усиленную)
деформацию, и следующие две - три клети работают
с меньшей нагрузкой, это является еще одной
причиной, по которой используют две группы
размеров компонентов.
Поэтому, уменьшение толщины стенок до
небольших размеров в соответствии с изобретением,
позволяет ограничиться одной клетью вместо трех в
большой группе компонентов. Соответственно,
маленькая группа компонентов прилагает меньше
5. 29896
5
усилий на деформацию, по сравнению с тем, что
выполняют только две клети.
После прокатки продукты высшего сорта,
предназначенные для разведки и добычи нефти и
газа, неизменно подвергают термообработке в виде
отверждения и закалки. Это исключает обычно
необходимую нормализацию и, соответственно,
затраты на приобретение и использование
подогревательной печи.
Исключение подогревательной печи из
производственной цепочки позволяет выполнять
извлечение и завершающую прокатку в одну стадию
согласно изобретению. Поэтому, промежуток,
имеющийся в известных компоновках между
оправкоизвлекателем двух- или трехвалкового
непрерывного прокатного стана и станом
завершения прокатки в виде редукционно-
растяжного прокатного стана или калибровочного
стана, полностью исключается, поскольку согласно
изобретению место оправкоизвлекателя
непосредственно занято калибровочным станом или
редукционно-растяжным прокатным станом.
Расстояние между непрерывным
трубопрокатным станом и калибровочным станом
или редукционно-растяжным прокатным станом,
участвующим в вынимании трубы со стержня,
теперь может быть сокращено ниже обычных
10-12 м. Ограничение одной длиной трубы-
заготовки позволяет сократить это расстояние
приблизительно наполовину. Дальнейшее
уменьшение можно достичь снижением скорости
движения по кругу стержня. Нижний предел
расстояния определяется типом выбранной
модификации клетей (боковое изменение или
изменение в линии прокатки) в растяжном
устройстве.
При исключении клети из линии прокатки,
место, занимаемой ей остается свободным, однако,
оно меньше по сравнению промежутками в
стандартной конструкции, появляющимися из-за
уменьшения числа клетей. В случае боковой
модификации клетей максимальное расстояние
прохождения стержня определяет необходимое
минимальное промежуточное место.
Вследствие того, что движущийся по кругу
стержень также подвергается меньшей термической
погрузке из-за уменьшения меньшей толщины
стенок и меньшего количества клетей, подвергаемая
износу дорогостоящая часть движущегося по кругу
стержня может быть соответственно укорочена, что
позволяет далее значительно снизить затраты.
Кроме того, различие в температурах заметно
уменьшается из-за более короткого времени
контакта. Таким образом, также устраняется вторая
причина для ввода подогревательной печи в
(конечный) непрерывный трубопрокатный стан.
Как вышеупомянутые сравнения показывают,
что стеллаж для охлаждения также значительно
укорачивается. Экономия также может быть
получена в отношении пил (ножниц) для резки
(проката) на мерные длины. В случае применения
для завершающей прокатки редукционно-
растяжного прокатного стана, достаточно
использовать две пилы вместо обычных четырех
пил.
Соответственно, можно даже полностью
обойтись без пил для резки (проката) на мерные
длины, выполняя работу калибровочным станом,
потому что требуемое разрезание проката на мерные
длины может быть выполнено в неразрушающей
области тестирования, которая обычно имеет одну
или более режущих установок для исключения
дефектов и взятия образцов.
Далее, роликовые столы для транспортировки
труб могут быть разработаны так, чтобы быть
существенно короче. Если завершение проката
выполняется непосредственно редукционно-
растяжным прокатным станом или калибровочным
станом, достаточно использовать одну пила для
резки (проката) на мерные длины для выполнения
верхнего разрезания так, чтобы установка для
неразрушающего тестирования труб не пострадала
от контакта с неаккуратными концами труб.
Обычный недостаток в получении труб
одинаковых длин в известных полных непрерывных
станах для прокатки бесшовных труб может быть
целиком преодолен, например, прокаткой
«указанных» концов стенок труб, что компенсирует
развальцовку стенок во время последующего
уменьшения растягивания, которое обычно
приводило бы к утолщению концов трубы до
размеров, превышающих допуски.
Далее, трубы, произведенные в частности в
трехвалковых непрерывных станах для прокатки
бесшовных труб, имеют очень хорошую
концентричность, что компенсирует возможный
более низкий выход продукции.
Поэтому, согласно изобретению, в
предпочтительном дальнейшем
усовершенствовании прокатный стан разработан в
виде трехвалкового прокатного стана с тремя
валками на клеть.
Предлагаемый неординарный способ,
выполняемый с использованием одной длины труб-
заготовок и последовательным исключением
дорогостоящих компонентов прокатного стана,
необходимость в использовании которых отпала,
компенсирует или сверхкомпенсирует низкий
выпуск продукции прокатного стана относительно
годовой производительности.
Соответствующий выбор формата исходного
материала и количества различных проходов для
завершения труб различных конечных диаметров
чрезвычайно важен для надежной и эффективной
работы прокатного стана. Цель состоит в
постоянстве формата и количества проходов, что
необходимо для как можно меньших затрат
производства.
«Формат» означает внешний диаметр заготовки
исходного материала. «Проход» означает внешний
диаметр трубы-заготовки после прохождения через
трехвалковый непрерывный трубопрокатный стан.
Соответственно для завершения труб различных
конечных диаметров требуются различные форматы
и проходы.
6. 29896
6
Следовательно, с целью реализации
наименьшего количества возможных различных
форматов и проходов, минимальное количество N
необходимых проходов на первой стадии в
предпочтительном дальнейшем развитии
изобретения определяется следующей формулой:
N = округленно до целого числа: (log (D-труба-
макс. / D-труба-мин.) / log (Cl)),
(Формула 1)
где D-труба-макс. - максимальный конечный
диаметр трубы в мм; D-труба-мин. - минимальный
конечный диаметр трубы в мм; и константа С1,
описывающая полезное периферическое
уменьшение соответствующей единицы проката,
имеет следующие значения:
2≤С1≤4 для редукционно-растяжных прокатных
станов,
1,2 ≤ С1 ≤ 1,45 для калибровочных станов.
Если требуется выполнить только один проход,
диапазон для заготовки диаметра DB определяется,
согласно изобретению, следующей формулой (в
мм):
DB = (D-труба-макс. × С2 + С3) / (1 + С4),
(Формула 2)
где
1,04 ≤ С2 ≤ 1,12
22 ≤ С3 ≤ 28
-0,03 ≤ С4 ≤ 0,15.
В этом случае, константы описывают
предельные значения мощностей устройств
калибровочного стана (С5), редукционно-
растяжного прокатного стана (С2), непрерывного
трубопрокатного стана (С3) и стана поперечной
прокатки (С4), которые важны для изменений в
диаметре.
Если требуется выполнить более одного
прохода, дополнительные диапазоны диаметра
заготовки определяются следующим уравнением:
DB = (D-труба-мин. С5 эксп. число проходов n
(где n = 1,2,3 ...) + С3) / (1 + С4),
(Формула 3)
где
1,4 ≤ С5 ≤ 1,45
22 ≤ С3 ≤ 28
-0,03 ≤ С4 ≤ 0,15.
Константа С5 описывает максимальную
способность деформации калибровочного стана и,
таким образом, заменяет константу С2.
Следующие два примера показывают способ
вычисления и определения.
Пример 1:
Должны быть произведены трубы, имеющие
следующие диаметры:
D-труба-макс. = 139,7 мм
D-труба-мин. = 60,3 мм
Следовательно, размеры трубы находятся в
обычном диапазоне для редукционно-растяжного
прокатного стана.
Согласно формуле 1, с соответствующими
пределами С1, определяют следующее количество N
проходов:
N = округленно (log (139,7 / 60,3) / log (2)) =
округленно (1,2121) = 2
N = округленно (log (139,7 / 60,3) / log (4)) =
округленно (0,6061) = 1 Полученные результаты
означают, что для покрытия диапазона измерений
достаточен один проход.
Следующий диапазон определяется формулой 2
для заготовки используемого диаметра:
DB мин. = (139,7×1,04 + 22) /1,15 = 145,5 мм
DB макс. = (139,7 * 1,12 + 28) / 0,97 = 190,2 мм
Следовательно, подходящий формат может быть
выбран из существующих форматов заготовок,
например, 165 мм или 180 мм.
Пример 2:
Должны быть произведены трубы, имеющие
следующие диаметры:
D-труба-макс. = 273,1 мм
D-труба-мин. = 108,0 мм
Следовательно, размеры трубы находятся в
транзитном диапазоне между калибровочным
станом и редукционно-растяжным прокатным
станом.
Для редукционно-растяжного прокатного стана,
с соответствующими пределами С1 согласно
формуле 1, определяют следующее количество
проходов:
N = округленно (log (273,1 / 108,0) / log (2)) =
округленно (1,3383) = 2
N = округленно (log (273,1 / 108,0) / log (4)) =
округленно (0,6692) = 1
Это означает, что достаточен один проход.
Если выбран калибровочный стан, по формуле 1
определяется следующее:
N = округленно (log (273,1 / 108,0) / log (1,2)) =
округленно (5,0883) = 6
N = округленно (log (273,1 /108,0) / log (1,45)) =
округленно (2,4968) = 3
Это означает, что требуются три прохода в
калибровочном стане.
Следующий диапазон определяется формулой 2
для диаметра заготовки наибольшего прохода для
редукционно-растяжного прокатного стана:
DB мин. = (273,1×1,04 + 22) /1,15 = 266,1 мм
DB макс. = (273,1×1,12 + 28) / 0,97 = 344,2 мм
Таким образом, подходящий формат может быть
выбран из существующих форматов заготовок,
например, 270 мм или 310 мм.
Однако, в случае калибровочного стана
требуется более одного формата заготовок.
Поэтому, следующее вычисление должно быть
использовано для окончательного определения:
Для прохода 1:
DB мин. = (108,0×1,41 + 22) /1,15 = 150,6 мм
DB макс. = (108,0×1,451 + 28) / 0,97 = 190,3 мм
и для прохода 2:
DB мин. = (108,0×1,42 + 22) /1,15 = 203,2 мм
DB макс. = (108,0×1,452 + 28) / 0,97 = 263,0 мм
Эти три диапазона диаметров заготовки
покрывают диаметры от 108 мм до 273 мм без
промежутков. Если промежутки разрешаются,
вместо минимального диаметра всего диапазона
должен быть принят во внимание минимальный
конечный диаметр трубы соответствующего числа
проходов n:
7. 29896
7
DB = (D-труба-мин. (число проходов n)×С5 +
С3) / (1 + С4), где
1,4 ≤ С5 ≤ 1,45
22 ≤ С3 ≤ 28
-0,03 ≤ С4 ≤ 0,15.
Если начинается проход 2, например, трубой
диаметром 168,3 мм (в теории, проход 1
заканчивается 108×С5 = 108×1,45 = 156,6 мм),
следующий диаметр заготовки был бы последним
для этого прохода:
DB мин. = (168,3×1,41 + 22) / 1,15 = 224,0 мм
DB макс. = (168,3×1,451 + 28) / 0,97 = 280,4 мм.
Это приводит к наложению диапазона с
проходом 3 (266,1 мм - 280,4 мм), и можно
исключить дополнительный формат заготовки.
Дальнейшие особенности, преимущества и
детали изобретения раскрыты в следующем ниже
примере выполнения изобретения, приведенном со
ссылками на фигуры чертежей.
Фиг.1 показывает известную схему
непрерывного трубопрокатного стана, в виде
полного прокатного стана, для прокатки
многократных длин.
В дополнение к ротационной печи (0), полный
прокатный стан имеет поперечный прокатный стан
(1) для прошивки отверстия в компактном блоке, не
показан, с формированием полой заготовки,
редукционно-растяжное устройство в виде
трехвалкового непрерывного трубопрокатного стана
(2) для растягивания полой заготовки с
формированием трубы-заготовки,
оправкоизвлекатель (3) для вынимания трубы-
заготовки со стержня оправки, подогревательную
печь (4) для нагревания трубы-заготовки до
температуры прокатки, редукционно-растяжной
прокатный стан (5) для прокатки трубы-заготовки
до конечного размера, стеллаж для охлаждения (6),
и область распиливания с устройством резки (7)
конца трубы.
Оправкоизвлекатель (3) включает три клети,
каждая клеть имеет три валка, для извлечения
трубы-заготовки с движущегося по кругу стержня.
В сравнении фиг.2 показывает схему прокатного
стана согласно изобретению. Как может быть
замечено прямым сравнением, что понятие стан
согласно изобретению отличает существенно
меньшей полной длиной.
При систематическом выполнении концепции
прокатки труб-заготовок одинаковой длины полная
длина непрерывного прокатного стана существенно
уменьшается за счет исключения
оправкоизвлекателя (3) и нагревательной печи (4) и
приспособления длины стеллажа для охлаждения (6)
и области разрезания с устройством резки (7) конца
трубы.
Соответственно, инвестиционные затраты для
прокатного стана согласно изобретению являются
более низкими по сравнению с затратами известного
непрерывного прокатного стана.
Кроме того, прокатный стан снабжается
встроенным устройством тестирования, не показано
на фигуре, которое далее снижает инвестиционные
затраты и эксплуатационные расходы. Встроенное
устройство тестирования включает установку для
неразрушающего тестирования, которой
предшествуют выправляющая машина,
тестирование потока утечки на продольных и
поперечных дефектах и проверка ультразвуком
толщины стенок, и наряду с циклом восстановления
труб, требующих переделки, повторной обработки
или доработки, непосредственно примыкает к
стеллажу для охлаждения (6).
Соответственно, отпадает необходимость в
отдельном контроле качества, осуществляемом за
пределами линии завершения проката труб. Далее,
это тестирование позволяет быстро оповещать о
проблемах качества в прокатном стане,
минимизировать обрезку труб, которые
распиливаются только по необходимым размерам, и
также позволяет ранее протестированные трубы
использовать для термообработки и других
завершающих линий. Таким образом, выпуск труб
и, следовательно, конечная эффективность процесса
заметно увеличиваются.
Вышеуказанное, было подтверждено с большим
успехом при испытаниях на прокатных станах для
труб, имеющих конечные внешние диаметры,
равные или превышающие 177,8 мм. Однако,
метрический объем на предприятиях для
завершения труб меньших диаметров, особенно в
известных непрерывных станах для прокатки
бесшовных труб, настолько высок, что средство
неразрушающего тестирования не успевает
обрабатывать поставляемое на проверку количество
труб. Это возможно только при ограничении труб-
заготовки одинаковой длиной.
Номера позиций
0 ротационная печь
1 поперечный прокатный стан
2 трехвалковый непрерывный прокатный стан
3 оправкоизвлекатель
4 нагревательная печь
5 редукционно-растяжной прокатный стан
6 стеллаж для охлаждения
7 область распиливания и резки конца трубы
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ производства бесшовных труб, в
котором горячую полую заготовку, предварительно
произведенную станом для прошивки отверстий,
растягивают посредством непрерывного прокатного
стана на стержне оправки с формированием трубы-
заготовки, без использования оправкоизвлекателя и
нагревательной печи, трубу-заготовку подают
непосредственно в редукционно-растяжной
прокатный стан или калибровочный стан,
используемые в качестве стана завершающей
прокатки, и прокатывают в них до необходимого
конечного диаметра трубы, отличающийся тем,
что длину полой заготовки предварительно
отмеряют так, что в процессе удлинения в
непрерывном прокатном стане получают только
трубы одной длины, равной требуемой длине трубы-
заготовки, во время последующей завершающей
прокатки извлечение трубы-заготовки со стержня
8. 29896
8
оправки выполняют завершающей прокаткой, и
прокатку выполняют компонентами прокатного
стана, размеры которых определяют соответственно
для работы с трубами одной длины.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
прокатку в непрерывном прокатном стане
выполняют максимально тремя клетями и тремя
валками на каждой клети.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что
уменьшение поперечного сечения прокатанной
продукции от полой заготовки до трубы-заготовки
разделяют между тремя клетями непрерывного
прокатного стана следующим образом:
клеть 1 (клеть для подачи полой заготовки): 50-
60%
клеть 2 (промежуточная клеть): 35-40%
клеть 3 (выходная клеть): 5-7,5%.
4. Способ по одному из п.п.1-3, отличающийся
тем, что общее уменьшение толщины стенки в
непрерывном прокатном стане ограничивают до
толщины, равной или менее 9 мм.
5. Способ по одному из п.п.1-4, отличающийся
тем, что минимальное количество N диаметров
прохода, требуемых для завершения различных
конечных диаметров труб, вычисляют согласно
следующей формуле:
N = округленно до целого числа: (log (D-труба-
макс. / D-труба-мин.) / log (C1)),
где D-труба-макс. - максимальный конечный
диаметр трубы в мм,
D-труба-мин. - минимальный конечный диаметр
трубы в мм,
2≤C1 ≤ 4 для редукционно-растяжных прокатных
станов, и
1,2 ≤ С1 ≤ 1,45 для калибровочных станов.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что, когда
завершение выполняют за один проход, диапазон
для диаметра заготовки вычисляют согласно
следующей формуле:
DB диаметр заготовки в мм:
DB = (D-труба-макс. х С2 + С3) / (1 + С4), где
1,04 ≤ С2 ≤ 1,12
22 ≤ С3 ≤ 28
-0,03 ≤ С4 ≤ 0,15.
7. Способ по п.5, отличающийся тем, что, когда
требуется выполнить более одного прохода,
дополнительные диапазоны для диаметра заготовки
вычисляют по следующему уравнению:
DB = (D-труба-мин. х С5 экс. число проходов n +
С3) / (1 + С4), где
1,4 ≤ С5 ≤ 1,45
22 ≤ С3 ≤ 28
-0,03 ≤ С4 ≤ 0,15.
8. Прокатный стан для производства бесшовных
труб, включающий поперечный прокатный стан (1),
непрерывный прокатный стан (2), редукционно-
растяжной прокатный стан или калибровочный
прокатный стан в качестве стана завершающей
прокатки (5), и роликовые столы, стеллаж для
охлаждения (6), и область резки конца трубы (7), в
котором стан завершающей прокатки (5)
непосредственно примыкает к непрерывному
прокатному стану (2) в направлении прокатки без
применения дополнительного оправкоизвлекателя
(3) или печи (4), для выполнения способа по одному
из п.п.1-7, отличающийся тем, что отдельные
компоненты прокатного стана выполнены таких
размеров, чтобы обрабатывать трубы одной длины
трубы-заготовки, при этом расстояние между
непрерывным прокатным станом (2) и станом
завершающей прокатки (5) в направлении прокатки
минимизировано относительно обработки труб
одной длины.
9. Прокатный стан по п.8, отличающийся тем,
что максимальное расстояние соответствует самое
больше половине промежутка между непрерывным
прокатным станом (2) и оправкоизвлекателем (3) в
стандартном металлопрокатном стане.
10. Прокатный стан по п.9, отличающийся тем,
что расстояние составляет менее 6 м.
11. Прокатный стан по п.8, отличающийся тем,
что непрерывный прокатный стан (2) имеет три
клети.
12. Прокатный стан по п.11, отличающийся
тем, что клети выполнены в виде клетей с тремя
валками.
13. Прокатный стан по одному из п.п. 8-12,
отличающийся тем, что прокатный стан снабжен
встроенным устройством тестирования.
14. Прокатный стан по п.13, отличающийся
тем, что встроенное устройство тестирования
включает установку для неразрушающего
тестирования, которой предшествует выправляющая
машина, тестирование потока утечки на продольных
и поперечных дефектах и проверка ультразвуком
толщины стенки.
15. Прокатный стан по п.13 или 14,
отличающийся тем, что устройство тестирования
непосредственно примыкает к стеллажу для
охлаждения (6).
