DE3149646C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von nahtlosem Stahlrohr nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5.

Ein derartiges Verfahren sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung ist in der U.S.-Zeitschrift "Iron and Steel Engineer", Dezember 1977, S. 25-28 beschrieben. Hierbei werden durch ein Stopfenwalzwerk (press-piercing mill) zu Rohrluppen verarbeitete Knüppel in einem Dornwalzwerk (retained mandrel mill) auf Länge ausgewalzt und mittels einem nachgeschalteten Abziehwalzwerk (extracting mill) abgezogen. Die Kalibrierung des gewalzten Stahlrohrs erfolgt nach einer Zwischenerhitzung in einem Nachwärmofen (tube reheating furnace) in den entsprechenden Kalibrierwalzwerken (sizing mill). Da, um das gewalzte Stahlrohr während des Walzvorgangs oder nach diesem abzuziehen, ein spezielles Abziehwalzwerk vorgesehen sein muß, ergibt sich der Nachteil, daß mit zunehmenden Längen des ausgewalzten Rohrs es immer schwieriger wird, eine ausreichend große Abziehkraft anzuwenden, was insbesondere auch das Walzen von Stahlrohr geringer Wanddicke erschwert. Der Umstand, daß sich die Länge des Tisches vom Walzwerk bis zum nächsten Arbeitsgang bzw. Kalibrierwalzwerk vergrößert, führt weiterhin zu dem zusätzlichen Nachteil, daß Probleme wie Vergrößerung der Gesamtlänge der Walzwerkstraße sowie Temperaturabfall der Rohrluppe in Folge der verlängerten Förderzeit bis zum Kalibrierwalzwerk, nicht vermieden werden können, was es notwendig macht, einen Nachwärmofen zwischen dem Walzwerk und dem Kalibrierwalzwerk einzuschalten.

Infolgedessen liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, unter Vereinfachung des Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine Erleichterung der Herstellung von Stahlröhren mit zunehmender Länge bzw. geringer Wanddicke zu ermöglichen, sowie darüber hinaus die Möglichkeit zu schaffen, auf die Zwischenschaltung eines Nachwärmofens zu verzichten.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird das Merkmal vorgeschlagen, daß im Kennzeichen des Anspruchs 1 bzw. im Kennzeichen des Anspruchs 5 erfaßt ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erfaßt.

Mit der erfinderischen Lösung wird die Möglichkeit geschaffen, daß die Kalibriereinheit bzw. das Kalibrierwalzwerk im Betrieb des Rohrwalzwerks eine für das Abziehen der Rohrluppe an der Dornstange ausreichende Kraft aufbringt, und die Gesamtlänge der Walzstraße um ein Mehrfaches von 10 m verkürzt werden. Dadurch wird die Durchlauf- bzw. Stichzeit in den Walzwerken verkürzt und der Temperaturabfall über der Rohrlänge verringert, wodurch die Notwendigkeit für ein Nachwärmen der Rohrluppe vor dem Kalibrieren entfällt und ein großer Beitrag zu einer Energieeinsparung geleistet wird. Erfindungsgemäß kann durch die in einem Arbeitsgang erfolgende Kombination des Walzwerks mit dem Kalibrierwalzwerk weiterhin ein zwischen diesen beiden intensiven Walzvorgängen auf die Rohrluppe ausgeübter und sorgfältig geregelter Zug als Abziehzug und evtl. auch als zusätzliche Verformungskomponente verwendet werden.

Unter diesen Bedingungen hat die auf die Rohrluppe einwirkende Zugspannung eine kontinuierliche Beziehung in dem sich vom Rohrwalzwerk zur Kalibriereinheit, d. h. zum Kalibrierwalzwerk erstreckenden Abschnitt.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein erwärmter Ausgangsmaterial-Knüppel gelocht und in einem Zweiwalzen-Stopfen- bzw. -Schrägwalzwerk mit einem Streck- oder Längungsverhältnis µp ≦3 (zu einer Rohr-Luppe) gewalzt, anschließend wird die Rohr-Luppe in einer Dreiwalzen-Dornlängungseinheit auf einem Dorn ausgewalzt, worauf, nachdem die Rohr-Luppe in einem mehrgerüstigen, kontinuierlichen Rohrwalzwerk mit festgelegter Dornstange einer Wanddickenreduzierung unterworfen worden ist, durch eine der Auslaufseite des Rohrwalzwerks nachgeschaltete Kalibrier(walzwerk)einheit eine starke Außendurchmesserreduktion der gewalzten Rohr-Luppe vorgenommen wird, indem letztere einer möglichst kleinen Zugkraft ausgesetzt wird, die jedoch ausreicht, die Rohr-Luppe von der Dornstange des Walzwerks abzuziehen.

Erfindungsgemäß braucht das Stopfenwalzwerk keine große Walzreduktion auszuüben, sondern vielmehr eine solche Walzreduktion aufzubringen, daß das Streck- bzw. Dehnungsverhältnis kleiner ist als bei den bisherigen Verfahren. Die Streck- bzw. Längungseinheit besteht dabei aus einem Dreiwalzen-Walzwerk des Dornstangen-Typs. Das nachfolgende Auswalzen erfolgt in einem mehrstündigen Walzwerk des Dornstangen-Feststell-Typs, wobei die Kalibriereinheit einen hohen Grad der Außendurchmesserreduktion am Stahlrohr mit kleinster erforderlicher Streckung bzw. Längung aufbringt; durch das Zusammenwirken dieser Maßnahmen werden somit die Maßhaltigkeit, insbesondere die Wanddickengenauigkeit des Erzeugnisses, auf bis zu etwa ±5% verbessert und außerdem die Innenflächeneigenschaften des Erzeugnisses infolge des doppelstufigen Dornstangenwalzens merklich verbessert, so daß sich das hergestellte Erzeugnis gut für Ölbohrungsrohre eignet, etwa als Futter- bzw. Mantelrohr oder für Ölbohrungs-Auskleidungszwecke. Da außerdem die Arbeitsanteile der verschiedenen Walzwerke rationell so kombiniert werden können, daß voller Nutzen aus den Vorteilen dieser Walzwerke gezogen werden kann, läßt sich nahtloses Stahlrohr hoher Güte mit hoher Ausstoßleistung unter Verwendung von kostensparenden, kontinuierlich gegossene Knüppeln als Ausgangsmaterial herstellen. Durch Begrenzung der Streckung bzw. Längung der Kalibriereinheit auf den kleinsten erforderlichen Wert ist es darüber hinaus möglich, die Dickenabweichungen oder -änderungen über die Gesamtlänge (der Stahlrohre) sowie die Wanddickenzunahme in Längsrichtung auf einer Mindestgröße zu halten, woraus sich entsprechend deutliche Verbesserungen des Ausbringens ergeben.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung zur Erläuterung der verschiedenen Arbeitsgänge beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von nahtlosem Stahlrohr und

Fig. 2a, 2b und 2c schematische Dartellungen zur Erläuterung der betrieblichen Beziehung zwischen einem (Rohr-)Walzwerk und einer Kalibriereinheit.

Gemäß Fig. 1 liefert ein Wärmeofen 1 als Ausgangsmaterial jeweils einen Knüppel 2 a, der durch ein zwei Walzen aufweisendes Stopfenwalzwerk 3 zu einer Rohr-Luppe 2 b verarbeitet wird. Der Reduktionsanteil des Stopfenwalzwerks 3 ist so gewählt, daß das Streckungs- bzw. Längungsverhältnis µp des Knüppels weniger als 3, vorzugsweise etwa 2,1 bis 2,4 beträgt, so daß die speziellen Eigenschaften dieser Art eines Stopfenwalzwerks voll ausgenutzt werden können, und zwar dahingehend, daß das Lochen und das Auswalzen mit hohem Genauigkeitsgrad und hoher Wirtschaftlichkeit zur Herstellung von Stahlrohren mit etwa mittlerer Wanddicke möglich wird. Wenn die Rohr-Luppe 2 b einer drei Walzen aufweisenden Dorn- Längungseinheit 4 in der Weise durchgeführt wird, daß mittels einer Dornstange 5 ein Auswalzen mit einem Längungsverhältnis µE=1,5 bis 1,8 erfolgt, werden sowohl die große Dickenabweichung-Ausgleichwirkung dieser Einheit ausgenützt als auch verbesserte Eigenschaften der Rohrinnenfläche aufgrund des Auswalzens auf der Dornstange gewährleistet. Die beim Durchlauf durch die Längungseinheit 4 entstehende Rohr-Luppe 2 c wird in ein mehrgerüstiges, kontinuierliches Walzwerk 6 eines Dornstangenwalzwerktyps mit festgelegter Dornstange in der Weise eingeführt, daß die Rohr- Schale 2 c mit einem großen Streck- bzw. Längungsverhältnis (µM = bis zu etwa 5) beim Auswalzen zur Erzielung der gewünschten Wanddicke ausgewalzt wird. Das Walzwerk 6 weist eine Dornstange 7 auf, deren Axialbewegung, mit Ausnahme des für das Auswalzen erforderlichen Hubs, an ihrem hinteren Ende durch einen Arretiermechanismus 9 verhindert wird, so daß langes Walzgut mit einer vergleichsweise kurzen Dornstange 7 gewalzt werden kann und die Relativgeschwindigkeit von Dornstange 7 und Rohr- Luppe 2 c in Rohr-Längsrichtung konstant gehalten werden kann, so daß große Abweichungen oder Änderungen in den Walzbedingungen verhindert und Dickenabweichungen in Rohr-Längsrichtung weitgehend verringert werden.

Selbstverständlich werden dadurch auch die Eigenschaften der Innenfläche der Rohr-Luppe verbessert.

Dem Walzwerk 6 ist eine Kalibriereinheit 8 nachgeschaltet. Beim Auswalzen der Rohr-Luppe 2 c durch das Walzwerk 6 wird ein (bereits) ausgewalzter Abschnitt 2 d der Rohr-Luppe 2 c durch die Kalibriereinheit 8 mit mäßiger Zugkraft abgezogen, so daß auf den Luppen-Abschnitt 2 d eine diesen in Bewegungsrichtung von der Dornstange 7 abziehende Kraft einwirkt. Infolgedessen braucht beim Walzwerk 6 kein so großer Zwischenraum, wie bei den bisherigen Verfahren, zwischen der Dornstange 7 und der Innenfläche der Rohr-Luppe im letzten Auswalzbereich nahe des Auslaufendes des Walzwerks 6 aufrechterhalten zu werden, so daß das Walzwerk 6 unter Auswalzbedingungen arbeitet, bei denen umfangsmäßige Dickenabweichungen oder -änderungen weitgehend verringert werden und die Herstellung von Stahlrohren geringerer Wanddicke ermöglicht wird.

Die Kalibriereinheit 8 gewährleistet ein hohes Maß an Außendurchmesserreduzierung unter der Einwirkung der erwähnten, erforderlichen Mindest-Dehnung bzw. -Zugkraft für das Abziehen der Rohr-Luppe 2 d von der Dornstange 7. Die Arbeitsbedingungen der Kalibriereinheit sind so eingestellt, daß ihr Längungsverhältnis µs etwa 1,1 bis 1,3 beträgt. Indem diese Längung auf einem kleinen Wert gehalten wird, wird es möglich, Stahlrohre unterschiedlicher Außendurchmesser aus derselben Rohr-Luppe herzustellen, dabei aber gleichzeitig ein hohes Maß an Maßhaltigkeit des Rohrs zu gewährleisten. Außerdem lassen sich auf diese Weise Rohre gleichen Durchmessers mit verringerter Wanddickenvariation über die Gesamtlänge hinweg herstellen.

Die folgende Tabelle veranschaulicht im einzelnen beispielhafte Arbeitsgrößenverteilungen für das erfindungsgemäße Verfahren sowie für die bisherigen Verfahren.

Wie sich aus obiger Tabelle ergibt, können erfindungsgemäß auf derselben Walzstraße sowohl die mit dem bisherigen Dornwalzverfahren hergestellten Stahlrohre größeren Außendurchmessers von 114,3 mm als auch die durch das bisherige Stopfenwalzverfahren gelieferten Stahlrohre des kleineren Durchmessers von 177,8 mm hergestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit in äußerst wirtschaftlicher Weise für die Herstellung von nahtlosem Stahlrohr eines Durchmesserbereichs, der zwischen den Durchmesserbereichen der beiden bisherigen Verfahren liegt. Im Gegensatz zu den bei den genannten bisherigen Verfahren angewandten Längungsverhältnissen von 14,8 bzw. 7,56 werden bei den erfindungsgemäßen Verfahren A und B Streck- bzw. Längungsverhältnisse von 23,7 bzw. 16,7 angewandt, die somit etwa dem Doppelten der entsprechenden Verhältnisse bei den bisherigen Verfahren entsprechen. Die Arbeitsbedingungen lassen mithin einen großen Spielraum, so daß eine Konzentration, d. h. Verkleinerung der Größe des Ausgangsmaterials möglich ist und sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere für die Herstellung von Erzeugnissen unterschiedlicher Abmessungen aus kontinuierlich gegossenen Knüppeln eignet. Darüber hinaus wird der Knüppel ohne jede zwischenzeitliche Nachwärmung kontinuierlich verarbeitet, so daß der Wärmeverlust auf ein Mindestmaß verringert werden kann.

Die Fig. 2a, 2b und 2c veranschaulichen in dieser Reihenfolge die Betriebsbedingungen im Walzwerk 6 und in der Kalibriereinheit 8 während des Rohrwalzvorgangs. Insbesondere veranschaulicht Fig. 2a die Arbeitsbedingungen vor Beginn des Walzvorgangs, während Fig. 2b die Bedingungen im Verlauf des Walzvorgangs verdeutlicht. Fig. 2c gibt die Bedingungen nach dem Durchgang der Rohr-Luppe durch das Walzwerk an. In Fig. 2a bis 2c bezeichnet wiederum die Ziffer 6 das mehrgerüstige, kontinuierliche Rohrwalzwerk zur Herstellung von nahtlosem Stahlrohr und 7 die Walzwerk-Dornstange, deren Axialbewegung, mit Ausnahme des beim Walzvorgang erforderlichen Hubs, an ihrem hinteren Ende durch den Arretiermechanismus 9 verhindert wird. Bei 8 ist die der Auslaufseite des Rohrwalzwerks 6 unmittelbar nachgeschaltete Walzen-Kalibriereinheit dargestellt, wobei zwischen dem Auslaufende des Rohrwalzwerks 6 und dem Einlaufende der Kalibriereinheit 8 ein Zugspannungsfühler 10 zur Bestimmung der Zugspannung zwischen den beiden Einheiten angeordnet ist.

Gemäß Fig. 2a wird bei eingeführter Dornstange 7 die Rohr-Luppe 2 c in der Weise zur Eintrittsseite des Rohrwalzwerks 6 geführt, daß sie in den einzelnen Gerüsten des Rohrwalzwerks 6 fortlaufend auf dem Dorn ausgewalzt wird, bis sie das Auslaufende des Rohrwalzwerks 6 erreicht. Bei diesem Walzvorgang wird die Dornstange 7 an ihrem hinteren Ende durch den Arretiermechanismus 9 festgehalten, wobei das Auswalzen in diesem arretierten Zustand der Dornstange 7 erfolgt. Die am Auslaufende des Rohrwalzwerks 6 austretende, gewalzte Rohr-Luppe 2 d tritt unmittelbar in das Einlaufgerüst der Kalibriereinheit 8 ein, so daß das Vorderende 2 d der Rohr-Luppe 2 c bereits einer Walzreduzierung unterworfen ist, während die Rohr-Luppe 2 c (noch) im Rohrwalzwerk 6 ausgewalzt wird. Fig. 2 veranschaulicht die Rohr-Luppe 2 c, den Luppenabschnitt 2 d und ein kalibriertes Stahlrohr 2 e (diese Abschnitte bilden selbstverständlich einzelne Bereiche eines einzigen Rohrs) sowie die Lagenbeziehung zwischen der Dornstange 7 und den einzelnen Walzwerken bzw. Einheiten unter den beschriebenen Bedingungen. Wenn unter diesen Walzbedingungen auf den zwischen der Walzwerk-Auslaufseite und der Kalibriereinheit-Einlaufseite befindlichen Luppenabschnitt 2 d eine Druckspannung einwirkt, erfährt die Rohr-Luppe eine Verformung. Unter Überwachung der Zugspannung zwischen den Einheiten (Rohrwalzwerk und Kalibriereinheit) mittels des Zugspannungsfühlers 10 wird daher die Walzgeschwindigkeit so verteilt, daß eine eine Längung bewirkende Zugkraft in der Kalibriereinheit 8 erzeugt wird und somit stets eine Zugspannung auf die Rohr-Luppe einwirkt. Wenn hierbei jedoch eine übermäßig große Zugspannung ausgeübt wird, während das hintere Ende der Rohr-Luppe das Auslaufgerüst des Rohrwalzwerks 6 gemäß Fig. 2c durchläuft, vergrößert sich die Wanddicke im Luppenendabschnitt zwischen den beiden Einheiten beträchtlich. Aus diesem Grund wird die Geschwindigkeitsverteilung vorzugsweise so begrenzt, daß die Walzen-Umfangsgeschwindigkeit des Einlaufgerüsts der Kalibriereinheit um einige Prozent größer ist als im Auslaufgerüst des Rohrwalzwerks.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen von nahtlosem Stahlrohr, bei dem ein Rohrrohling in einem Rohrwalzwerk über eine, am in Walzrichtung gesehen hinteren Ende festgelegte Dornstange ausgewalzt und in einem nachgeschalteten Kalibrierwalzwerk auf seine nach dem Kalibrieren vorgesehene Abmessung, bzw. seine Endquerschnittabmessung, weiterverformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der in Laufrichtung jeweils vorherlaufende Teil des Rohrrohlings bereits im Kalibrierwalzwerk mit einer starken Außendurchmesserreduktion verformt wird, während sich gleichzeitig der jeweils nachlaufende Teil dieses Rohrrohlings noch im Auswalzvorgang im Rohrwalzwerk befindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswalz-, bzw. Durchlaufgeschwindigkeit des Rohrrohlings einerseits im Kalibrierwalzwerk und andererseits im Rohrwalzwerk auf die Einstellung einer Zugkraft auf den zwischen Rohr- und Kalibrierwalzwerk befindlichen Teil des Rohrrohlings geregelt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft auf eine Größe geregelt wird, mit der das reine Abziehen des Rohrrohlings aus dem Rohrwalzwerk gewährleistet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugkraft auf eine Größe geregelt wird, bei der eine Vergleichmäßigung der Rohrwanddicke zwischen dem Auslauf des Rohrwalzwerks und dem Einlauf des Kalibrierwalzwerks erfolgt.

5. Vorrichtung zum Herstellen von nahtlosem Rohr, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 4, mit einem Rohrwalzwerk zum Auswalzen eines Rohrrohlings über eine, am in Walzrichtung gesehen hinteren Ende festgelegte Dornstange und einem nachgeschalteten den Rohraußendurchmesser stark reduzierenden, Kalibrierwalzwerk, dadurch gekennzeichnet, daß das Kalibrierwalzwerk (8) dem Dornstangen-Rohrwalzwerk (6) derart unmittelbar dicht nachgeschaltet angeordnet ist, daß sich ein Rohrrohling (2 d) mit einem jeweils vorherlaufenden Teil bereits im Kalibrierwalzwerk befindet, während sich ein jeweils nachlaufender Teil noch im Dornstangen-Rohrwalzwerk befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meß- und Überwachungsvorrichtung für die Messung der Zugspannung im Rohrrohling (2 d) zwischen dem Ende des Dornstangen-Rohrwalzwerkes (6) und der Einlaufseite des Kalibrierwalzwerkes (8) vorgesehen ist.