DE2409870A1

DE2409870A1 - Verfahren zur dickensteuerung beim rohrwalzen

Info

Publication number: DE2409870A1
Application number: DE2409870A
Authority: DE
Inventors: Chihiro Hayashi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1973-03-02
Filing date: 1974-03-01
Publication date: 1974-09-12
Also published as: US3874211A; FR2219808B1; BE810061A; GB1442492A; JPS49113752A; JPS5143825B2; FR2219808A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Inc. F,

Dipl.-Ing. R.Weickmann, Di >l.-Phys. Dr. K. Fincke D1PL.-ING. R A/Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

SUMITOMO METAL INDUSTRIES LIMITED

j 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka/Japan

Verfahren zur Dickensteuerung beim Rohrwalzen

Die Erfindung betrifft ein ?erfahren zur Dickensteuerung beim Rohrwalzen mittels Stopfenwalzwerk_s Längenwalzwerk und Reduktionswalzwerk« Es ist das Ziel der Erfindung, hierbei eine gleichmäßige Dickenverteilung in Längsrichtung eines !Fertigprodukts zu erzielen, naohdeBi es das Längenwalzwerk und das Reduktionswalzwerk durchlaufen hat.

Zunächst sollen die Schritte der Herstellung nahtloser Rohre erläutert werden. Eine dazu weitläufig eingesetzte Anlage besteht aus einem Stopfenwalzwerk (Mannesmann-Schrägwalzwerk), einem Längenwalzwerk (Dornwalzwerk) und einem Reduzierwalzwerk (Streckwalzwerk). In einer derartigen Anlage wird ein den Ofen verlassendes rundes Materialstück zunächst auf dem Stopfenwalzwerk mit einer Bohrung versehen. Das so gewalzte hohle Werkstück ist kurz und dick, weshalb es auf dem Längenwalzwerk mit einer geringeren Wandstärke und einer größeren Länge versehen wird, so daß ein sogenanntes Mutterrohr entsteht. Ferner dient das Reduzierwalzwerk zur Bestimmung des Außendurchmessers oder zur Reduzierung des Außendurchmessers auf einen geringen Wert.

Zunächst wird nun die Funktion des am weitläufigsten eingesetzten Reduzierwalzwerks erläutert. Dieses hat üblicher-

409837/0799

weise 8 bis 24- Ständer und dient dazu, den Außendurchmesser des Mutterrohrs zur Herstellung eines Rohrs mit kleinem Durchmesser wesentlich zu verringern, Allgemein nimmt die Wanddicke bei einer Verringerung des Außendurchmessers des Rohrs mit Kaliberwalzen entsprechend ungefähr dem halben Betrag der Durchmesserverringerung zu. Deshalb wird eine beachtliche Spannung zwischen den Jeweiligen Ständern während des Walzvorganges erzeugt, die ca. 85 # des Deformationswiderstands in Extremfällen erreicht, um die Wanddicke zu verringern. Ferner werden die Walzen eines jeden Ständers individuell mit einem Jeweils zugeordneten Gleichstrommotor oder einem Elektromotor mit Differentialgetriebe und Hydraulikantrieb unabhängig voneinander genau eingestellt. Als Hydraulikantrieb kann eine Thoma-Exialkolbenpumpe an Jedem Ständer vorgesehen sein.

Als Reduzierwalzwerk wird vorwiegend eine Anordnung mit drei Walzen eingesetzt und nicht wie früher mit zwei Walzen. Unabhängig von der Anzahl der Walzen wird im Gegensatz zu dem stationären Zustand, bei dem das Rohr in allen Ständern des Reduzierwalzwerks mit den Walzen in Eingriff steht, bei übergangszuständen, in denen das Rohr nicht an allen Ständern beaufschlagt ist, der Betrag der auftretenden Spannung auf die Hälfte verringert. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn das Rohr an seinen Enden gerade in die Walzen eingeführt oder von ihnen freigegeben wird. Durch diese Erscheinungen wird das gewalzte Rohr an seinen beiden Enden beachtlich dicker sein als in seiner Mitte. Es tritt daher die Erscheinung einer Endverdickung an beiden Enden des Rohrs auf. Beim Endprodukt müssen solche Teile als Fehlmaße abgeschnitten werden, so daß dadurch ein sehr großer Verlust bei der Herstellung entsteht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur

409837/0799

Dickensteuerung anzugeben, durch das die Endverdickung der hergestellten Rohre vermieden wird.

Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß innerhalb des Längenwalzwerks eine Anstellvorrichtung beim Eintritt und Austritt eines Rohrs im Sinne einer Rohrverdünnung an den Rohrenden eingestellt wird.

Bei diesem Verfahren wird also vor der Einführung des Rohrs in das Reduktionswalzwerk eine Verringerung der Wanddicke an jedem Rohrende vorgenommen, durch die die Erscheinung der Endverdickung in dem Reduktionswalzwerk kompensiert und damit eine wesentliche Erhöhung der Ausbeute erzielt wird. Bei der Erfindung werden die Enden eines Rohrs in dem Längenwalzwerk verdünnt, so daß das Rohr vor dem Eintritt in das Reduktionswalzwerk an seinen Enden eine Abschrägung aufweist. Für das Beispiel eines Dornwalzwerks als Längenwalzwerk wird die Erfindung im folgenden für den Einsatz in einer Anlage beschrieben, die ein Mannesmann-Schrägwalzwerk, ein Dornwalzwerk und ein Streckwalzwerk umfaßt.

Das Dornwalzwerk dient zur Verlängerung eines hohlen Werkstücks, das auf dem Mannesmann-Schrägwalzwerk mit einer Bohrung versehen wird. Es hat einen Walzdorn und ist als X-WaIzwerk üblicherweise mit 8 Ständern aufgebaut, die unter einem Winkel von 4-5° gegenüber der Horizontalen geneigt sind und abwechselnd so angeordnet sind, daß sie zueinander einen Winkel von 90° bilden. Die Walzen eines jeden Ständers werden unabhängig voneinander durch einen Gleichstrommotor angetrieben. Das Rohr wird in enge Berührung mit dem Walzdorn innerhalb des ersten oder der ersten beiden Ständer gebracht, und die Wanddicke wird im Bereich der nächsten fünf Ständer verringert. Am letzten Ständer wird ein praktisch kreisförmiger Querschnitt erzeugt, gleichzeitig wird ein gleichmäßiger

409837/0799

Abstand zwischen dem Rohr und dem V/alzdorn hervorgerufen, so daß dieser leicht herausgezogen werden kann. Die Verringerung des Querschnitts endet meist zwischen dem ersten und dem sechsten Ständer. Sie kaiin nicht auch noch am siebten Ständer erzeugt werden, dieser dient zur Erzeugung einer ovalen Form, die zur Erzeugung der Kreisform des Querschnitts am achten Ständer erforderlich ist.

Innerhalb der Zeichnung zeigen:

Pig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte für die Herstellung nahtloser Rohre,

]?ig. 2 die Darstellung der Wanddickenverteilung in Längsrichtung eines nach dem Stand der Technik hergestellten Rohrs,

Fig. 3 eine Darstellung der Auswirkung einer Steuerung nach der Erfindung,

Fig. 4 die Wanddickenverteilung in Längsrichtung eines nach der Erfindung hergestellten Rohrs und

Fig. 5 eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Drehofen A, ein Mannesmann-Schrägwalzwerk B, ein Dornwalzwerk C, ein Durchlaufofen D und ein Reduktionswalzwerk E dargestellt. Ferner zeigt Fig. 1 ein rundes Materialstück 1, ein hohles Werkstück 2, einen Walzdorn 3 und ein mit einer Durchmesserverringerung zu versehendes Mutterrohr 4-,

Ein Beispiel der Wanddickenverteilung in Längsrichtung eines nach diesen Verfahrensschritten hergestellten Rohrs zeigt Fig. 2. Das in das Reduktionswalzwerk E eintretende Mutterrohr 4- hat beispielsweise einen Außendurchmesser von 108 mm, eine Wanddicke von 5» 5 ran und eine Länge von 15700 mm. Das Fertigprodukt hat einen Außendurchmesser von 27,2 mm, eine

409837/0799

Wanddicke von 4,5 mm und eine Länge von 85800 mm.

Bei einer normalen Durchmesserverringerung nach bisher üblieher Technik tritt gemäß der Darstellung in Hg. 2 ausgehend von den Rohrenden auf einer Länge von 3000 bis 3500 mm infolge der oben beschriebenen Erscheinung eine beachtliche Verdickung des Rohrs gegenüber dessen Mitte auf, so daß es nicht insgesamt als Fertigprodukt eingesetzt werden kann. Die beiden Endteile müssen deshalb abgeschnitten werden, was zu einer beachtlichen Verringerung der Herstellungsausbeute führt.·

Die Erfindung sieht nun eine Steuerung der Wanddicke derart vor, daß die Rohrenden auf dem Dornwalzwerk C vor der Einführung in das Reduktionswalzwerk E dünner gemacht werden, um die nachfolgend erzeugte Verdickung der Enden zu kompensieren und eine Verringerung der Ausbeute zu verhindern. Wie aus Fig· 5 hervorgeht, wird die Anstellvorrichtung beim Eintritt und beim Verlassen des Walzwerks entsprechend am fünften und am sechsten Ständer gesteuert. Dies bedeutet, daß die Walzenabstände des fünften und sechsten Ständers durch eine feste Anstellung verkleinert werden. Wenn eine bestimmte Zeit, beginnend mit dem Eintritt des vorderen Rohrendes in den vierten Ständer, vergangen ist, so werden die Anstellelemente des fünften und sechsten Ständers mit einer fest vorgegebenen Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit angehoben, bis ein bestimmter Walzenabstand erreicht ist. Wenn dann eine vorbestimmte Zeit, beginnend mit dem Austritt des hinteren Rohrendes aus dem vierten Ständer, vergangen ist, so werden die Anstellelemente des fünften und sechsten Ständers mit einer bestimmten Beschleunigung bzw. Geschwindigkeit abgesenkt und angezogen, bis ein bestimmter verkleinerter Walzenabstand wieder erreicht ist. Somit erfolgt also eine Steuerung der Wanddicke im Bereich der beiden Rohrenden. Um hierbei eine konstante Beziehung zwischen Materialvolumen und Geschwindigkeit auf-

409837/0799

rechtzuerhalten, da sich der Querschnitt des Rohrs ändert, kann gleichzeitig eine Steuerung der Walzendrehzahl des fünften und sechsten Ständers durchgeführt werden. Hierzu kann in einfacher V/eise die Walzendrehzahl aller Ständer beim Eintritt und Austritt des Rohrs am Walzwerk gesteuert werden.

Ein Beispiel der Wanddickenverteilung in Längsrichtung nach einer Durchmesserverringerung an den Enden eines Mutterrohrs gemäß der Erfindung beim Eintritt des vorderen Endes und beim Austritt des hinteren Endes an dem Dornwalzwerk C ist in Fig. 4- dargestellt. Hierbei sind dieselben Abmessungen des in das Reduktionswalzwerk E eintretenden Mutterrohrs wie in Fig. 2 vorausgesetzt, und die Abmessungen des Endprodukts stimmen auch überein, mit dem Unterschied, daß die Rohrlänge eine andere ist. Wie aus der Figur hervorgeht, wird die Erscheinung einer Endverdickung im Reduktionswalzwerk E praktisch vollständig durch eine Steuerung nach der Erfindung beseitigt, und es wird eine gleichmäßige Wanddickenverteilung über die Länge des Rohrs erreicht.

Für das vorstehend beschriebene Ausfuhrungsbeispiel wurde die Steuerung der Anstellvorrichtung für den fünften und sechsten Ständer des Dornwalzwerks C erläutert. Dies kann jedoch auch an dem siebten Ständer erfolgen, wenn dieser dazu geeignet ist. Dann können beispielsweise der sechste und siebte Ständer zur Einstellung der Anstellvorrichtung herangezogen werden. Eine solche Einstellung kann jedoch auch nur bezüglich eines bestimmten Ständers erfolgen.

Es hat sich ferner gezeigt, daß der Einsatz eines anderen hydraulischen Anstellsystems an Stelle eines elektrisch betriebenen Systems zweckmäßig ist, bei dem die Anstellung zur Verdünnung der Rohrenden benutzt wird. Bei einer hydraulisch betriebenen Anstellvorrichtung kann die Einstellbewegung so

409837/0799

schnell erfolgen, daß durch ihr ausgezeichnetes Ansprechverhalten eine sehr genaue Kompensation der Endverdickung eines Rohrs in dem Reduktionswalzwerk bei entsprechender Steuerung des Dornwalzwerks möglich ist. Ein hydraulischer Anstellmechanismus wird jedoch üblicherweise nicht angev/endet. Bei einer bekannten hydraulisch angetriebenen Anstellvorrichtung ändert sich die Durchgangslinie mit der Einstellung des Niederdrückwertes, da die obere Walze fest und die untere Walze einstellbar ist. Das vorstehend beschriebene elektrische Anstellsystem kann dieselben Eigenschaften aufweisen. Dies verursacht bei einem Bandwalzwerk keine Probleme, beim Rohrwalzen oder auf einem Längenwalzwerk für Rohre können dadurch jedoch Schwierigkeiten verursacht werden.

Beispielsweise werden die Walzenabstände des fünften und sechsten Ständers zunächst um einen festen Wert verringert und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Eintritt des vorderen Rohrendes in den vierten Ständer wieder mit einer bestimmten Beschleunigung vergrößert, bis ein fest vorgegebener Walzenabstand erreicht ist. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeit nach Austritt des hinteren Rohrendes aus dem vierten Ständer werden die Walzenabstände des fünften und sechsten Ständers wieder mit einer festen Beschleunigung geschlossen, bis bestimmte Walzenabstände erreicht sind. Somit erfolgt also die Steuerung der Wanddicke im Bereich der Rohrenden durch Steuerung der Anstellvorrichtungen.

Bei einem Dornwalzwerk der vorstehend beschriebenen Art wird ein hohles Werkstück nach Verlassen eines Mannesmann-Schrägwalzwerks und Einsetzen eines Walzdorns als starrer Körper mit Kaliberwalzen auf ca. 8 Ständern gewalzt und verlängert. Daher muß die Durchgangslinie immer mit der Mittelachse des Walzdorns übereinstimmen. Dies gilt nicht nur für den stationären Zustand, bei dem das Rohr mit allen Walzen in Eingriff

409837/0799

steht, sondern auch für den Übergangszustand, bei dem das Bohr gerade in einen Ständer eintritt oder ihn verläßt· Während beider Zustände muß der Walzvorgang mit unveränderter Durchgangslinie ablaufen. Wenn nun nur die unteren Walzen angestellt werden und die oberen Walzen fest angeordnet sind, so wird nur die Wanddicke an der Unterseite des Walzdorns geändert, nicht jedoch an der Oberseite. Wenn die Anstellsteuerung eines bestimmten Ständers bei einer solchen Rohrverlängerung erfolgt, müssen deshalb die oberen und die unteren Walzen entsprechend gesteuert werden, und zwar immer symmetrisch zur Durchgangslinie.

Im folgenden wird nun ein Beispiel einer dazu geeigneten hydraulischen Anstellvorrichtung beschrieben, die in Pig. 5 gezeigt ist. Es handelt sich dabei um eine Verbesserung eines bekannten hydraulischen Anstellsystems, das für ein Bandwalzwerk entwickelt wurde. Diese Verbesserung kann jedoch auch bei anderen hydraulischen Systemen eingesetzt werden.

Pig. 5 zeigt ein Gehäuse 5 der einen Seite eines Walzwerkständers des Dornwalzwerks. Dabei sind eine obere Walze 6¹, eine untere Walze 6^H und Walzenlager 7¹ u*icl 7" vorgesehen, mit denen der Walzenabstand oberhalb und unterhalb der in der Mitte liegenden Durchgangslinie geändert werden kann. Die obere Fläche des Walzenlagers 7¹ und die untere Fläche des Walzenlagers 7" sind jeweils mit Hydraulikzylindern 8¹ und 8^M verbunden, mit denen sie aufwärts und abwärts innerhalb des Gehäuses verschoben werden können. Es sind ferner obere und untere Druckschienen 11· und ΛΛ^η vorgesehen, die auf beiden Seiten der Walzenlager vertikal angeordnet und jeweils mit Schrauben 9 V und 9" am Gehäuse verschraubt sind· Sie berühren an den Spitzen 10* und ΊΟ" die Walzenlager 7' und 7ⁿ.

Eine Hauptkraftmeßdose 12 ist zwischen dem oberen Walzenlager

4098 3 7/0799

7¹ und dem Hydraulikzylinder 8¹ angeordnet. Me Druckschienen 11· und 11" sind mit Kraftmeßdosen 13' und 13" versehen. Die Ausgangssignale dieser Kraftmeßdosen werden einer oberen Rechnereinheit 15* und einer unteren Rechnereinheit 15" über einen Rechner 14' für die Dosen 12 und 13' und über einen Summierverstärker 14" für die Dosen 12 und 13" zugeführt. Ferner sind Servoventile 16* und 16" für die Hydraulikzylinder 8¹ und 8" vorgesehen, die mit einer Öldruckvorrichtung 17 verbunden sind. Die Ventile 16' und 16" werden durch die Steuerungen 15* und 15" gesteuert und bewirken die Anstellbewegung der oberen und unteren Walze 6* und 6" symmetrisch oberhalb und unterhalb der Durchgangslinie. Die Recheneinrichtung steuert die Belastungen P_R und Pg, in dem die Ausgangssignale der Hauptkraftmeßdose 12 und der Kraftmeßdose 13' miteinander verglichen werden. Es werden die Druckkräfte der Hydraulikzylinder 8· und 8" durch Betätigung der Servoventile 16· und 16" derart geändert, daß ein vorbestimmtes festes Verhältnis eingehalten wird. In Fig. 5 ist zwar nur das Gehäuse einer Seite des Walzwerks dargestellt, das Gehäuse der anderen Seite enthält jedoch dieselben Vorrichtungen. Wie noch beschrieben wird, sind diese Steueranordnungen über eine elektrische Schaltung miteinander verbunden, so daß sie innerhalb beider Gehäuse in genauer Übereinstimmung arbeiten. Wenn die Druckschienen 11' bewegt werden oder sich die Wanddicke, der Rollreibungskoeffizient und der Deformationswiderstand des Rohrsmaterials sich ändern, so ändern sich die Kräfte P_R und P_ß. Der Ausgleich zwischen beiden Kräften wird daher beseitigt, und die Recheneinheiten 15* und 15" bewirken dann eine Änderung der Andruckkraft P, so daß die Walzposition automatisch korrigiert wird, bis der Ausgleich wieder erreicht ist. Somit bleibt der Walzenabstand unabhängig von der Walzenbelastung, konstant, ferner bleiben die Wanddicke und der Außendurchmesser unabhängig von den Walzbedingungen konstant, und der Walzenabstand

409837/0799

bleibt auf seinem eingestellten Wert·

Die Dickeneinstellung kann nun bei einem derartigen System nach zwei Prinzipien erfolgen. Das erste besteht darin, die Druckschienen 11' und 11" an ihren Gewinden 9¹ und 9" aufwärts und abwärts zu bewegen, um die aus den Walzenlagern 7¹ und 7" hervorstehenden Spitzen 10* und 10" einzustellen. Das zweite Prinzip besteht darin, ein elektrisches Spannungssignal K-g Xg proportional einem Anstellbetrag Xg in die Recheneinrichtung einzugeben. Die Anstellung nach dem ersten Prinzip wird nur für normale Anstellungen verwendet. Die Endverdünnung des Rohrs während des Walzvorganges erfolgt nach dem zweiten Prinzip. Hierbei besteht die einzige mechanische Bewegung innerhalb des Walzwerks nur darin, daß die Hydraulikflüssigkeit zu- und abgeführt wird. Alle anderen Funktionen bestehen in der Abgabe und im Empfang elektrischer Signale, so daß ein sehr schnelles Anstellen der Walzen erzielt wird. Der Wert K_x, ist eine lederkonstante der Einstellschiene·

Vorstehend wurde ein Steuersystem für ein Dornwalzwerk beschrieben. Die Erfindung kann jedoch in gleicher Weise auch für andere Rohrwalzwerke eingesetzt werden, beispielsweise für eine Schwedenstraße, für ein Stopfenwalzwerk mit vielen Ständern oder für ein Pilgar—Walzwerk.

409837/0799

Claims

Patentansprüche

(1. J Verfahren zur Dickensteuerung heim Eohrwalzen mittels swpfenwalzwerk, Längenwalzwerk und Reduktionswalzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Längenwalzwerks eine Anstellvorrichtung beim Eintritt und Austritt eines Rohrs im Sinne einer Eohrverdünnung an den Rohrenden eingestellt wird.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anstellvorrichtung mit durch Gewinde (9¹, 9") verschiebbaren Druckschienen (11 ·, 11") vorgesehen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine hydraulische Anstellvorrichtung vorgesehen ist, die mit Anstellelementen (11 ·, 11") für die symmetrische Betätigung oberer und unterer Walzen (6% 6^tt) versehen ist.
4·. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstellelemente (11*, 11") oberen und unteren Walzenlagern (7¹» 7") zugeordnet sind und als Druckschienen durch Drehung an ihren Gewinde teilen (9¹» 9") eine Hebe— bzw. Senkbewegung auf die Walzenlager (7*, 7") übertragen.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Anstellvorrichtung durch Servoventile (16*, 16") betätigbar ist, die durch elektrische Signale gesteuert werden, welche durch eine Recheneinrichtung (14, 15) abhängig von an den Walzen (6·, 6") gemessenen Kraftwerten erzeugt werden.

409837/0799

Le e rs e r te