DE102014013097A1

DE102014013097A1 - Computer-aided overload protection for stretch reducing scaffolding

Info

Publication number: DE102014013097A1
Application number: DE102014013097.5A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-03
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2016-03-03

Abstract

Beim Streckreduzieren von Stahlrohren wird die Wanddicke der gewalzten Rohre mit Hilfe von gezielt durch Variation der Walzendrehzahlverhältnisse erzeugten Längszugspannungen im Walzgut eingestellt. Nachteil der Anwendung von Längszugspannungen sind die damit einhergehenden Endenverdickungen, die nicht nur für Materialausschuß sondern auch für eine erhöhte Belastung der Walzgerüste führen, wobei Schäden am Walzwerk und Produktionsausfälle auftreten können. Es wird vorgeschlagen, anhand aktueller Einstell- und Messgrößen vor jedem Walzprozess die Gerüstbelastung zu berechnen und zur Absicherung der Gerüste zu verwenden.In stretch-reducing steel tubes, the wall thickness of the rolled tubes is adjusted by means of longitudinal tensile stresses in the rolling stock produced in a targeted manner by varying the rolling speed ratios. Disadvantage of the application of longitudinal tensile stresses are the associated end thickening, which not only lead to material rejection but also for an increased load on the rolling stands, with damage to the rolling mill and production losses can occur. It is proposed to calculate the framework load before each rolling process on the basis of current setting and measured variables and to use it to secure the frameworks.

Description

Beim Streckreduzieren von Stahlrohren wird ein auf etwa 950°C erwärmtes Vorrohr in einer Vielzahl von dicht hintereinander angeordneten Walzgerüsten ohne Innenwerkzeug im Durchmesser reduziert und in der Länge gestreckt. Die Streckung des Rohres und damit auch die Änderung seiner Wanddicke wird in physikalisch festgelegten Grenzen gezielt durch Einstellung der Verhältnisse der Walzendrehzahlen von Gerüst zu Gerüst beeinflußt. Je größer die Drehzahlverhältnisse gewählt werden, desto größer ist die Streckung und desto kleiner ist die Wanddicke des Rohres nach der Umformung.When stretch reducing steel pipes a preheater heated to about 950 ° C is reduced in diameter and stretched in length in a variety of closely spaced rolling stands without an inner tool. The extension of the tube and thus also the change in its wall thickness is influenced in physically defined limits targeted by adjusting the ratios of rolling speeds of scaffold to scaffold. The larger the speed ratios are selected, the greater the stretch and the smaller the wall thickness of the tube after the forming.

Mit Hilfe der Drehzahleinstellung werden Zugkräfte zwischen den Walzgerüsten erzeugt, die wiederum die Spannungs- und Formänderungsverhältnisse in den Walzgerüsten beeinflussen. Die durch Drehzahleinstellung erzeugten Zugkräfte bzw. Zugspannungen werden einerseits dazu genutzt, die Länge und die Wanddicke des fertig gewalzten Rohres gezielt einzustellen, andererseits dienen sie auch dazu, bei großen Durchmesserreduktionen eine fehlerfreie Innenoberfläche zu erhalten und eine gleichmäßige Wanddicke im Rohrquerschnitt. Die Zugspannungen sind daher ein wesentliches Merkmal des Streckreduzierprozesses.With the help of the speed adjustment tensile forces are generated between the rolling stands, which in turn affect the voltage and strain conditions in the rolling stands. The tensile forces or tensile stresses generated by speed setting are used on the one hand to specifically set the length and the wall thickness of the finished rolled tube, on the other hand they also serve to obtain a perfect inner surface for large diameter reductions and a uniform wall thickness in the pipe cross-section. The tensile stresses are therefore an essential feature of the stretch reduction process.

Ein mit der Erzeugung von Zugspannungen verbundener Nachteil des Streckreduzierverfahrens ist die Entstehung der sogenannten ,verdickten Enden'. Damit sind Endabschnitte des fertig gewalzten Rohres gemeint, die gegenüber dem Mittelteil eine zum Rohrende hin ansteigende Wanddicke aufweisen. Ursache für das Auftreten verdickter Rohrenden sind die gegenüber dem Mittelteil kleineren Zugspannungen, die an den Rohrenden erzeugt werden. Am vorderen Rohrende steht nur eins bzw. wenige Gerüste zur Verfügung, um Kräfte in Walzrichtung aufzubringen. Am hinteren Ende ist das Aufbringen von Kräften entgegen der Walzrichtung begrenzt. Es wird versucht, durch Drehzahländerung während des Walzens der Rohrenden, diese mit größeren Zugspannungen zu beaufschlagen. Dadurch werden Endenverdickungen reduziert, aber nicht ganz vermieden.A disadvantage of the stretch reduction method associated with the generation of tensile stresses is the formation of the so-called 'thickened ends'. This refers to end sections of the finished rolled tube, which have a wall thickness which increases towards the tube end in relation to the middle section. The reason for the occurrence of thickened pipe ends are the opposite to the middle part of smaller tensile stresses generated at the pipe ends. At the front end of the pipe is only one or a few stands available to apply forces in the rolling direction. At the rear end of the application of forces against the rolling direction is limited. It is attempted by speed change during rolling of the tube ends, to apply these to larger tensile stresses. This reduces end thickening, but not completely avoided.

Ein Nachteil der Endenverdickung ist der Verlust an Produktqualität und Maßhaltigkeit. Ein anderer Nachteil liegt in der erhöhten Belastung der Walzgerüste beim Walzen der Endabschnitte mit im Vergleich zum Mittelteil des Rohres größerer Wanddicke. Mit der Wanddicke des gewalzten Umformgutes steigen auch die im einzelnen Walzgerüst auftretenden Kräfte und Drehmomente. Diese belasten die Walzen und die Bauelemente des Walzgerüstes. Es kann zu Walzenbrüchen kommen und zur Verkürzung der Lebensdauer der Bauelemente, z. B. Lager, oder zum Bruch von Sicherheitskupplungen, die häufig zwischen Walzgerüst und Getriebe verwendet werden, um das Getriebe zu schützen. Bei Sofortausfall, d. h. Bruch von Walzen, Bauelementen und Sicherheitskupplungen, entsteht häufig weiterer Schaden infolge des Auftretens eines sogenannten Steckers. Damit wird das abrupte Ende des Walzprozesses bezeichnet, bei dem dann ggf. das Walzgut unkontrolliert in und zwischen den Walzgerüsten deformiert wird. Ein längerer Produktionsstillstand ist dann die Folge.A disadvantage of end thickening is the loss of product quality and dimensional stability. Another disadvantage is the increased load on the rolling stands when rolling the end portions with compared to the central portion of the tube wall thickness greater. With the wall thickness of the rolled forming material, the forces and torques occurring in the individual stand also increase. These load the rollers and the components of the mill stand. It can lead to roll breaks and to shorten the life of the components, eg. As bearings, or breakage of safety clutches, which are often used between rolling stand and gearbox to protect the transmission. In case of immediate failure, d. H. Breakage of rollers, components and safety couplings, often further damage occurs as a result of the occurrence of a so-called plug. Thus, the abrupt end of the rolling process is referred to, in which then possibly the rolling stock is deformed uncontrollably in and between the rolling stands. A longer production downtime is the result.

Die Belastung der Walzgerüste beim Walzen der Rohrenden läßt sich nicht immer voraussagen. Sie ist von vielen Faktoren abhängig, die sich zum Teil erst während der Produktion quantitativ einstellen. Solche nicht planbaren Faktoren sind zum Beispiel die aktuelle Temperatur an den Rohrenden, die Wanddicke des Vorrohres an den Enden, die aktuelle Drehzahleinstellung, die gezielt auf die aktuelle Walzsituation bedingt durch Wanddicke des Vorrohres und Streckung im Walzwerk gewählt sein oder bei Bedienfehler auch deutlich abweichen kann.The load on the rolling stands when rolling the pipe ends can not always be predicted. It depends on many factors, some of which only become quantitative during production. Such unpredictable factors are, for example, the current temperature at the pipe ends, the wall thickness of the front pipe at the ends, the current speed setting, which can be selected specifically for the current rolling situation due to wall thickness of the front pipe and stretching in the rolling mill or can also differ significantly in operator error ,

Eine für die Gerüstbelastung kritische Situation kann bei der Produktion von einem zum nächsten Rohr auftreten. Für den Bediener der Walzwerksanlage ist das vor Walzbeginn nicht erkennbar. Er ist daher nicht in der Lage eine solche Situation und damit in der Regel verbundene größere Schäden sicher zu vermeiden. Eine besonders schwierige Situation ist vorhanden in Streckreduzierwalzwerken mit einem Gruppenüberlagerungsantrieb, bei dem die aktuelle Gerüstbelastung während oder nach der Walzung auch nicht einfach aus den Stromwerten der Antriebsmotoren abgeleitet werden kann.A situation critical to the scaffolding load can occur during production from one pipe to the next. For the operator of the rolling mill this is not recognizable before Walzbeginn. He is therefore unable to safely avoid such a situation and thus generally associated major damage. A particularly difficult situation is present in stretch reducing mills with a group superposition drive, in which the current framework load during or after rolling can not be easily derived from the current values of the drive motors.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst das beschriebene Problem, indem es vor jedem Walzprozeß im Streckreduzierwalzwerk aktuelle kritische Belastungszustände (Kräfte, Momente) der einzelnen Walzgerüste anhand von Einstellwerten und z. B. Meßwerten berechnet und verarbeitet werden. Insbesondere werden die Berechnungsergebnisse verwendet, um vor Beginn des Walzprozesses eine Warnung auszugeben oder während des Walzprozesses diesen so, z. B. durch Reduzierung der Walzendrehzahlverhältnisse zu beeinflussen, daß die kritische Gerüstbelastung verringert wird.The inventive method solves the problem described by current critical load conditions (forces, moments) of the individual rolling stands before each rolling process in the stretch-reducing mill on the basis of set values and z. B. measured values are calculated and processed. In particular, the calculation results are used to issue a warning prior to the start of the rolling process, or during the rolling process so as to warn, for. B. to influence by reducing the rolling speed ratios that the critical skeleton load is reduced.

Zur Berechnung der Gerüstbelastung wird die unter den aktuellen Drehzahlverhältnissen zu erwartende Endenverdickung ermittelt und damit die Kräfte und Momente in jedem Gerüst. Die aktuellen Drehzahlverhältnisse sind entweder die statischen Drehzahlverhältnisse oder die, die bei Durchführung einer dynamischen Rohrendensteuerung zur Verkürzung der verdickten Enden vorgesehenen Drehzahlverhältnisse.To calculate the framework load, the expected final thickening under the current speed conditions is determined, and thus the forces and moments in each framework. The current speed ratios are either the static speed ratios or the, provided in carrying out a dynamic pipe end control to shorten the thickened ends speed ratios.

Für die Berechnung der Kräfte und Momente werden die aus der Literatur bekannten Berechnungsformeln verwendet, die es erlauben, aus eingestellten Drehzahlverhältnissen die Spannungen und Formänderungen zu berechnen.For the calculation of the forces and moments, the calculation formulas known from the literature are used, which allow to calculate the stresses and changes in shape from set speed ratios.

Anhand der Berechnungsergebnisse sowie der Werte über die zulässige Belastung der Gerüste und anhand von Erfahrungswerten wird ermittelt, ob die zu erwartende Belastung kritisch ist. Im Falle kritischer Werte wird eine Warnmeldung an den Walzwerksbediener gegeben. Falls das Auswerteergebnis zu spät vorliegt, so daß der Walzprozeß nicht mehr manuell gestoppt werden kann, kann ein Drehzahlsteuerungseinheit ggf. die Drehzahlverhältnisse automatisch so ändern, daß kritische Belastungszustände vermieden werden. Bei zu großen berechneten Drehmoment können zum Beispiel die Drehzahlverhältnisse beim Walzen der Rohrenden reduziert werden. Generell werden damit größere Endenverdickungen in Kauf genommen, aber ein größerer Schaden am Walzwerk und längere Produktionsausfälle vermieden. Gegebenenfalls kann eine Änderung der Drehzahlverhältnisse nur in den Gerüsten und benachbarten Gerüsten durchgeführt werden, in denen zu erwartende kritische Belastungszustände detektiert wurden.Based on the calculation results as well as on the values of the permissible load of the scaffolds and on the basis of experience, it is determined whether the expected load is critical. In the case of critical values, a warning message is sent to the mill operator. If the evaluation result is too late, so that the rolling process can not be stopped manually, a speed control unit may optionally change the speed ratios so that critical load conditions are avoided. If the calculated torque is too large, for example, the speed ratios when rolling the pipe ends can be reduced. In general, larger end thickenings are accepted, but greater damage to the rolling mill and longer production losses are avoided. Optionally, a change in the speed ratios can only be performed in the scaffolds and adjacent scaffolds, in which expected critical load conditions were detected.

Die Berechnung der zu erwartenden Gerüstbelastung kann weiter verbessert werden, wenn zur Berechnung aktuelle Meßwerte vorliegen. Meßwerte können zum Beispiel Wanddickenmeßwerte oder Temperaturmeßwerte sein.The calculation of the expected skeletal load can be further improved if current measured values are available for the calculation. Measured values can be, for example, wall thickness readings or temperature readings.

Die Berechnung der zu erwartenden Gerüstbelastung kann weiter verbessert werden, indem nach der Walzung die gemessenen Stromwerte der Antriebsmotoren herangezogen werden, um die Berechnung zu überprüfen und ggf. anzupassen. Eine solche Adaption ermöglicht es, Einflußgrößen in der Belastungsberechnung zu berücksichtigen, die nicht direkt oder zuverlässig gemessen werden können, wie z. B. das Werkstoffverhalten oder die Temperatur des Walzgutes. Die Adaption erfolgt anhand der meßbaren Größe, z. B. der Stromaufnahme der Antriebsmotoren. Die Stromaufnahme bzw. die Belastung der Motoren in Form ihrer aktuellen Leistungsaufnahme wird mit demselben Prozeßmodell berechnet, wie die Gerüstbelastung. Berechnete und gemessene Werte werden sodann verglichen und die das Berechnungsmodell wird ggf. an die gemessenen Werte angeglichen mit Hilfe von Korrekturfaktoren. Für den nächsten Walzprozeß steht dann ein durch Aktualisierung verbessertes Berechnungsmodell zur Verfügung. In dieser Weise können auch die Gerüstbelastungen bei mechanischen Überlagerungsantrieben zuverlässig berechnet werden.The calculation of the expected framework load can be further improved by using the measured current values of the drive motors after the rolling, in order to check the calculation and adjust if necessary. Such an adaptation makes it possible to take into account influencing variables in the load calculation which can not be measured directly or reliably, such as, for example, B. the material behavior or the temperature of the rolling stock. The adaptation is based on the measurable size, z. B. the current consumption of the drive motors. The current consumption or the load of the motors in the form of their current power consumption is calculated with the same process model as the framework load. Calculated and measured values are then compared and the calculation model is possibly adjusted to the measured values by means of correction factors. For the next rolling process, an improved calculation model will be available. In this way, the framework loads can be reliably calculated in mechanical superposition drives.

Der wirtschaftliche Nutzen des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in der Vermeidung von Schäden am Streckreduzierwalzwerk und der Vermeidung von Produktionsunterbrechungen.The economic advantage of the method according to the invention lies in the avoidance of damage to the stretch-reducing mill and the prevention of production interruptions.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch benutzt werden, um statt der Gerüstbelastung Schäden am Walzgut, z. B. Rohrreißer vorauszusagen. Auch in diesem Fall können die Drehzahlverhältnisse im SRW so gesteuert werden, daß Schäden vermieden werden.The inventive method can also be used to damage the rolling stock instead of the framework load, z. B. Predict Pipe Breaker. Also in this case, the speed ratios in the SRW can be controlled so that damage is avoided.

Claims

Stretch- reducing mill with a number of rolling mills arranged closely behind one another, which is equipped with a computing unit, characterized in that calculated and processed for each tube for current settings and / or measured values before the start of rolling the expected in the individual stands scaffolding loads, such as rolling forces and moments become.

Stretch- reducing mill according to claim 1, characterized in that the calculated framework loads are used for a warning message or a control of the rotational speeds of the rolling mill.

Stretch- reducing mill according to Claims 1 to 2, characterized in that measured values which are recorded after the rolling process are used for the adaptation of the calculation of the framework load.