EP2640532B1 - Verfahren zur herstellung von nahtlos warmgewalzten rohren in rohrkontiwalzwerken - Google Patents
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- EP2640532B1 EP2640532B1 EP11785298.8A EP11785298A EP2640532B1 EP 2640532 B1 EP2640532 B1 EP 2640532B1 EP 11785298 A EP11785298 A EP 11785298A EP 2640532 B1 EP2640532 B1 EP 2640532B1
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Definitions
- the invention relates to a method for the economic production of seamless hot-rolled tubes in Rohrkontiwalzwerken according to the preamble of claim 1, as known from EP 1 872 878 A1 is known.
- Various methods used to make hot rolled seamless tubes are in the Steel tube manual (Vulkan-Verlag, Essen, 12th Edition 1995, pp. 107-111 ).
- Typical products for such cases are, for example, pipes for the energy sector, for exploration and for the extraction of oil and gas.
- the common dimension range is between approx. 60 and 273 mm in diameter and with wall thicknesses of approx. 5 to 15 mm.
- the required capacity for tube rolling mills is approximately between 100,000 and 250,000 tonnes / year for these products.
- the tube rolling mills are named as a whole according to the coming to use stretch rolling mill.
- Rolling mills having an annual capacity in the above-mentioned range are impact bench mills, Assel mills and Diescherwalzwerke. In the latter two, cross-rolling mills are used for stretching.
- the roll bar for cooling and lubrication is ejected laterally in the bar circulation and passed on the return side of the bar circulation a "new" rolling bar in the roll bar restraint system.
- the Ausziehwalzwerk has in the known plant to the end of the last frame of the 2- or 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerks a distance of approximately 10 to 12 m.
- the removal of the billet from the roll bar begins as soon as the billet with its point runs into the 1st frame of the extracting mill. At this point in time, the stag is still partially in the Rohrkontiwalzwerk.
- the roll bar is retracted. The top of the roll bar is at this time just before the 1st stand of the Ausziehwalzwerks.
- the lumps must be reheated prior to finish rolling.
- the temperature is different for different Luppenwanddicken different levels.
- Thin-walled pipes cool faster than thick-walled pipes. With the same diameter in the outlet of the stretch-reducing or sizing mill, this influences the cold finished pipe diameter due to the different shrinkage dimension.
- a second reason is that a cooling of the billets below about 600 ° C allows a normalization of the material, when subsequently reheated to temperatures above Ac3 in the reheating furnace.
- This method is particularly economical due to the ability to roll multiple lengths continuously, d. H. according to the required tube length, a hollow block length is used, which results in stretching a multiple length, which is then divided after finish rolling with minimal scrap metal to the required single tube length.
- Object of the present invention is to provide a method and a rolling mill, with the use of a Rohrkontiwalzwerks pipes produced economically even at relatively low annual demand and the aforementioned disadvantages of known Rohrkontiwalzwerke be avoided.
- the mill should be simpler and less expensive to build.
- the great advantage of the invention is that with the proposed method a very economical production of seamless tubes in premium quality with low annual demand is now possible in Rohrkontiwalzwerken, with their capacities are adapted to the needs.
- Standard tube rolling mill Rolling mill according to the invention Vormaterialin 5,0m 3.6 m Hollow block length 12.0 m 9.0 m shell length 29.0 m 14.5 m Cooling bed length 42.0 m 16.0 m
- the wall thickness decrease is limited to values below 9 mm, instead of the five to six stands used in the standard construction, according to the invention only three stands are required. In an advantageous embodiment of the invention, therefore, the wall thickness decrease is limited to less than 9 mm.
- the ring cross-sectional area of the incoming hollow block is reduced to a smaller in cross-sectional diameter and wall thickness cross-sectional area in Rohrkontivon.
- the wall thickness of the billet is identical to the wall thickness of this smaller cross-sectional area. In this case, it is typical for the method that the difference between the two cross-sectional areas is independent of the size of the wall thickness of the column.
- Premium products for the exploration and production of oil and gas are generally subjected to heat treatment in the form of hardening and tempering after rolling. This eliminates the usual normalization and thus the investment of a reheating furnace.
- the distance between the Rohrkontiwalzwerk and the removal of the pipe from the rod with accepting Vietnamese- or stretch-reducing mill can be reduced below the usual 10 - 12 m. Simply limiting to a single length of the billet allows shortening to about half. Further shortening becomes possible when the speed of the rolling rod is reduced. A lower limit for the distance results from the selected type of scaffolding change (lateral change or change in the rolling line) in the drafting unit.
- the maximum travel of the rod specifies the required minimum clearance.
- the rolling rod is subjected to a lower heat load due to the reduced wall thickness decrease and the reduced skeleton number, the expensive part of the rolling rod subject to wear can be correspondingly shorter, which adds to a large cost saving.
- the cooling bed also becomes significantly shorter.
- the part saws can also be saved.
- two part saws are sufficient instead of the usual four saws.
- the part saw can even be completely eliminated, since the required end cuts are made in the area of nondestructive testing which has one or more cutting units to cut out errors and to take samples.
- roller tables for transporting the tubes can be designed significantly shorter. If a finishing line is attached directly to the stretch-reducing mill or sizing mill, a saw is enough to cut the head, so that the nondestructive testing of the pipes is not destroyed by unclean pipe ends.
- tubes produced in particular in 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerken have a very good concentricity, whereby the disadvantage of any lower application is compensated.
- the rolling mill is designed as a 3-stand rolling mill with three rollers per scaffold.
- the suitable choice of the starting material formats and the number of different calibers for the production of different tube finished diameters are of great importance.
- the goal is to keep the necessary number of formats and calibres to be kept as low as possible.
- Caliber refers to the outside diameter of the billet behind the 3-roll continuous tube rolling mill. Different sizes and calibers are required to manufacture different tube diameter.
- DB D Pipe max ⁇ C 2 + C 3 / 1 + C 4 With: 1.04 ⁇ C 2 ⁇ 1.12 22 ⁇ C 3 ⁇ 28 - 0.03 ⁇ C 4 ⁇ 0.15
- the constants describe the limits of the abilities relevant to the diameter changes of the aggregate mill (C5) or stretch-reducing mill (C2), continuous-tube rolling mill (C3) and cross-rolling mill (C4).
- the constant C5 describes the maximum formability of the sizing mill and replaces the constant C2.
- the pipe dimensions are thus in the typical range for a stretch-reducing mill.
- FIG. 1 the known layout of a Rohrkontiwalzwerkes is shown as a total mill for rolling multiple lengths.
- the total mill has a cross rolling mill (1) for punching a massive block not shown here to a hollow block, a drafting unit as 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk (2) for stretching the hollow block to a billet, a Ausziehwalzwalzwerk (3) for stripping the billet from the mandrel bar, a reheating furnace (4) for reheating the billet to rolling temperature, a stretch reducing mill (5) for rolling the billet to final dimension, a cooling bed (6), and a pipe end finishing saw field (7).
- the pullout mill (3) consists of 3 stands with three rollers each to pull the billet off the roll bar.
- FIG. 2 shows in comparison to the plant layout of the rolling mill according to the invention. In direct comparison, it can be seen that the plant concept according to the invention is characterized by a significantly reduced overall length.
- the investment costs for the rolling mill according to the invention are correspondingly lower in comparison to the known continuous rolling mill.
- the rolling mill is equipped with an in-line test unit, not shown here, which further reduces investment and operating costs.
- the in-line test unit consists of a nondestructive testing facility with an upstream straightening machine, a stray flux test for longitudinal and transverse defects and an ultrasonic wall thickness test, and connects directly to the cooling bed (6) in conjunction with a repair cycle for pipes to be reworked.
- the Ausziehwalzwerk (3) consists of 3 stands, each with three rollers to pull the mother tube from the roll bar.
- FIG. 2 shows in comparison to the plant layout of the rolling mill according to the invention. In direct comparison, it can be seen that the plant concept according to the invention is characterized by a significantly reduced overall length.
- the total length of the continuous rolling mill is significantly reduced by omitting the extracting mill (3) and the reheating furnace (4) and by length adjustment of the cooling bed (6) and saw field with pipe end machining (7).
- the investment costs for the rolling mill according to the invention are correspondingly lower in comparison to the known continuous rolling mill.
- the rolling mill is equipped with an in-line test unit, not shown here, which further reduces investment and operating costs.
- the in-line test unit consists of a nondestructive testing facility with an upstream straightening machine, a stray flux test for longitudinal and transverse defects and an ultrasonic wall thickness test, and connects directly to the cooling bed (6) in conjunction with a repair cycle for pipes to be reworked.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metal Rolling (AREA)
- Control Of Metal Rolling (AREA)
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von nahtlos warmgewalzten Rohren in Rohrkontiwalzwerken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, wie er aus der
EP 1 872 878 A1 bekannt ist. Verschiedene Verfahren, die zur Herstellung warmgewalzter nahtloser Rohre eingesetzt werden, sind im Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 107-111) beschrieben. - In den letzten Jahren wurde es immer notwendiger Produkte verbrauchernah zu produzieren, weil die Verbraucher-Länder über die Schaffung von Arbeitsplätzen und durch Steuern am Mehrwert beteiligt werden wollen. Damit ist zwangsläufig eine Begrenzung des Absatzmarkts verbunden.
- Typische Produkte für solche Fälle sind beispielsweise Rohre für den Energiesektor, zur Exploration sowie zur Förderung von Öl und Gas.
- Der gängige Abmessungsbereich liegt zwischen ca. 60 und 273 mm im Durchmesser und bei Wanddicken von ca. 5 bis 15 mm.
- Die benötigte Kapazität für Rohrwalzwerke bewegt sich für diese Produkte in etwa zwischen 100.000 und 250.000 Tonnen/Jahr.
- Nahtlos warmgewalzte Rohre werden nach dem Erwärmen des runden Vormaterials üblicherweise in drei Verfahrensschritten gefertigt:
- Lochen des massiven Blocks zum Hohlblock,
- Strecken des Hohlblocks zur Luppe und
- Fertigwalzen der Luppe auf die warmfertige Rohrabmessung.
- Maßwalzwerke erfolgt, werden die Rohrwalzwerke als Ganzes nach dem zum Einsatz kommenden Streckwalzwerk benannt.
- Walzwerke mit einer Jahreskapazität im oben angesprochenen Bereich sind Stoßbankwalzwerke, Asselwalzwerke und Diescherwalzwerke. Bei den beiden letztgenannten werden Schrägwalzwerke zum Strecken verwendet.
- Das Betreiben solcher Walzwerke erfordert ein hohes Know-how, da ein außen- und innenfehlerfreies Produzieren von Rohren nicht einfach ist. Typische Rohrfehler sind z. B. kleine Risse mit zum Teil geringer Tiefe. Das Fehlerrisiko steigt mit dünner werdender Wand, weswegen das Durchmesser-/Wanddickenverhältnis begrenzt ist. Bei Asselwalzwerken liegt dies beispielsweise um 20:1. Bei Diescherwalzwerken lassen sich Innenrisse kaum vermeiden, weshalb die Rohre nachgearbeitet werden müssen.
- Dieser Qualitätsnachteil und die hohen Anforderungen der Öl- und Gasindustrie verbieten es ohne eine aufwändige mechanische Bearbeitung der Rohrinnen- und Rohraußenoberfläche diese Walzverfahren für die Herstellung von Premiumprodukten einzusetzen.
- Für diese anspruchsvollen Produkte hat sich aus Qualitätsgründen das Längswalzen zum Strecken des Hohlblocks mit dem Rohrkontiverfahren durchgesetzt, bei dem in bis zu neun dicht hintereinander angeordneten Gerüsten der Hohlblock eine Querschnittsabnahme von bis zu 75% erfährt, was zu einer Streckung auf die vierfache Länge führt. Die Querschnittsabnahme erfolgt kontinuierlich auf die für das Fertigwalzen geforderte Luppenabmessung. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
EP 1 764 167 B1 bekannt. - Der mögliche Abmessungsbereich beim Rohrkontiverfahren liegt etwa zwischen 25 und 498 mm im Außendurchmesser, wobei diese Durchmesserspanne nicht mit einem einzigen Walzwerk abzudecken ist. Sieht man vom Ofen zum Erwärmen des Vormaterials ab, so sieht heute ein Gesamt-Rohrkontiwalzwerk typischerweise wie folgt aus:
- Schrägwalzwerk zum Lochen mit maximalen Hohlblocklängen zwischen 11 und 12,5 m,
- Streckaggregat (z. B. 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk mit zurückgehaltener Stange) mit 5 oder 6 Gerüsten,
- Stangenumlauf des Streckaggregates mit 5 bis 8 Stangen, Stangenlängen um 20 m, hiervon etwa die Hälfte als Arbeitsteil zum Walzen, die andere Hälfte um die Distanz zwischen dem eigentlichen Walzwerk und dem Stangenrückhaltesystem zu überbrücken,
- Ausziehwalzwerk, bestehend aus 3 Gerüsten mit jeweils 3 Walzen, um die Luppe von der Walzstange abzuziehen,
- Nachwärmofen,
- Maß- oder Streckreduzierwalzwerk,
- Kühlbett
- Das Walzstangenrückhaltesystem hat dabei die Aufgabe
- die Walzstange in den Hohlblock einzufädeln,
- den Hohlblock mit Walzstange in das 1. Gerüst des Walzwerks einzustoßen,
- die Walzstange während des Walzens so zurückzuhalten, dass sich diese mit einer konstanten Geschwindigkeit, die unter der Einlaufgeschwindigkeit des Hohlblocks in das 1. Gerüst liegt, vorwärts bewegt,
- die Walzstange nach dem Walzende auf die Walzwerkseinlaufseite zurückzufahren.
- Danach wird die Walzstange zur Kühlung und Schmierung seitlich in den Stangenumlauf ausgeworfen und auf der Rücklaufseite des Stangenumlaufs eine "neue" Walzstange in das Walzstangenrückhaltesystem übergeben.
- Das Ausziehwalzwerk hat bei der bekannten Anlage zum Ende des letzten Gerüstes des 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerks einen Abstand von näherungsweise 10 bis 12 m. Das Abziehen der Luppe von der Walzstange beginnt sobald die Luppe mit seiner Spitze in das 1. Gerüst des Ausziehwalzwerkes einläuft. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich die Luppe teilweise noch im Rohrkontiwalzwerk. Sobald die Luppe das Ausziehwalzwerk verlassen hat, wird die Walzstange zurückgezogen. Die Spitze der Walzstange befindet sich zu diesem Zeitpunkt kurz vor dem 1. Gerüst des Ausziehwalzwerks.
- Häufig müssen die Luppen vor dem Fertigwalzen nachgewärmt werden. Hierfür gibt es zwei Gründe. Zum Einen ist die Temperatur bei unterschiedlichen Luppenwanddicken unterschiedlich hoch. Dünnwandige Rohre kühlen schneller ab als dickwandige Rohre. Das beeinflusst bei gleichem Durchmesser im Auslauf des Streckreduzier- oder Maßwalzwerks den kalten Fertigrohrdurchmesser bedingt durch das unterschiedliche Schrumpfmaß. Ein zweiter Grund ist, dass ein Abkühlen der Luppen unter etwa 600°C ein Normalisieren des Werkstoffes erlaubt, wenn anschließend im Nachwärmofen erneut auf Temperaturen oberhalb Ac3 aufgewärmt wird.
- Neben der Fähigkeit dieser bekannten Walzwerke Rohre in Premiumqualität zu walzen, besitzen solche Anlagenkonzepte eine sehr hohe Fertigungskapazität. Diese liegt je nach Abmessungsbereich und Produktionsdauer zwischen 300.000 und 900.000 t im Jahr.
- Besonders wirtschaftlich ist dieses Verfahren durch die Möglichkeit Mehrfachlängen kontinuierlich zu walzen, d. h. entsprechend der geforderten Rohrlänge wird eine Hohlblocklänge eingesetzt, die beim Strecken eine Mehrfachlänge ergibt, die dann nach dem Fertigwalzen bei minimalem Schrottanfall auf die geforderte Einzelrohrlänge geteilt wird.
- Nachteil ist allerdings, dass bei einer Jahreskapazität von lediglich 100.000 bis 250.000 Tonnen für Premiumprodukte solche auf hohe Jahreskapazität ausgelegten und mit hohen Investitionskosten errichteten Walzwerke nicht wirtschaftlich zu betreiben sind.
- Die
EP 1 764 167 B1 gibt zwar Hinweise zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, insbesondere durch Entfall des Extraktionswalzwerks. Durch eine kontrollierte Bewegung der Dornstange gegen die Walzrichtung im Kontiwalzwerk wird diese nach Abschluss des Walzvorgangs weitgehend aus der Luppe entfernt, wodurch ein separates Extraktionswalzwerk überflüssig wird. - Allerdings sind die beschriebenen technischen Maßnahmen, die zum vollständigen Entfernen (Strippen) der Walzstange aus der Luppe vorgeschlagen werden mit Nachteilen in der Praxis verbunden. So ist ein Strippen mit Hilfe eines Abstreifers zumindest bei dünnen Wanddicken immer mit einem Aufbördeln des Luppenendes verbunden, was vor dem anschließenden Maßwalzen oder Streckreduzieren zwingend abgesägt werden muss. Auch das Strippen mit Hilfe eines Rollgangs ist technologisch kritisch, da die Zeit, in welcher der Vorgang erfolgt, nicht zu kontrollieren ist.
- Zudem sind die hier beschriebenen Maßnahmen noch nicht ausreichend, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens substantiell zu verbessern, da trotz Entfall des Extraktionswalzwerks die Investitionskosten für das Walzwerk noch sehr hoch sind. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit müssen deshalb weitere kostensenkende Maßnahmen hinzukommen.
- Aus der
EP 1 764 167 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Draht, Stäben oder nahtlosen Rohren auf einer Walzanlage bekannt, wobei zur Erzielung einer optimierten Betriebsweise mit verringertem Anlagenaufwand in der Hauptstufe ein 3-Walzen-Kontiwalzwerk sowohl zum Lochwalzen bei der Rohrherstellung als auch zum Massivwalzen bei der Herstellung von Stäben, Draht oder der gleichen benutzt wird. - Schließlich ist noch aus der
EP 1 102 033 A1 die Herstellung von nahtlosen Stahlrohren in drei Umformstufen bekannt, wobei diese aus einem Lochen in einem Schrägwalzwerk, dem Strecken in einem Assel- , Konti-oder anderem Walzwerk und einem Fertigwalzen in einen Streckreduzierwalzwerk bestehen. - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Walzwerk anzugeben, mit dem unter Verwendung eines Rohrkontiwalzwerks Rohre auch bei vergleichsweise geringem Jahresbedarf wirtschaftlich erzeugt und die genannten Nachteile bekannter Rohrkontiwalzwerke vermieden werden. Insbesondere soll das Walzwerk einfacher und kostengünstiger im Aufbau sein.
- Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
- Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine sehr wirtschaftliche Fertigung von nahtlosen Rohren in Premiumqualität mit geringem Jahresbedarf jetzt auch in Rohrkontiwalzwerken möglich ist, wobei deren Kapazitäten dem Bedarf angepasst sind.
- Ein wesentlicher Faktor, der die Anlagenkosten beeinflusst, ist die Rohrlänge. Bekannte Walzwerke zur Herstellung nahtloser Rohre sind aus wirtschaftlichen Gründen so ausgelegt, dass Luppen zwischen 28 und 30 m Länge, d. h. Mehrfachlängen, gewalzt werden können.
- Dies bedingt, dass alle Aggregate angefangen vom Ofen bis hin zum Kühlbett und inklusive aller Transportsysteme, wie Rollgänge usw., so ausgelegt werden müssen, dass sie diese Längen handhaben können.
- Beschränkt man sich auf Einfachlängen, d. h. auf eine Luppenlänge von etwa 14 bis 15 m, so lassen sich die Längen der Walzwerkskomponenten und damit die Kosten deutlich reduzieren.
- Für ein Walzwerk, das beispielsweise Rohre mit Außendurchmessern zwischen 108 und 273 mm herstellen kann, ergeben sich dabei folgende Unterschiede:
Standard Rohrkontiwalzwerk erfindungsgemäßes Walzwerk Vormateriallänge 5,0m 3,6 m Hohlblocklänge 12,0 m 9,0 m Luppenlänge 29,0 m 14,5 m Kühlbettlänge 42,0 m 16,0 m - Damit reduziert sich die erforderliche Länge des Kühlbettes auf unter 40 % der Normallänge.
- Das Beschränken auf Einfachlängen erlaubt es außerdem, die Wanddickenabnahme im zweiten Verfahrensschritt der Streckstufe zu verkleinern. Üblich sind bei bekannten Kontiwalzwerken Wandabnahmen von etwa 10 bis 15 mm je nach Durchmesserbereich und Gerüstanzahl.
- Wird die Wanddickenabnahme auf Werte unter 9 mm beschränkt, werden statt der in der Standardbauweise eingesetzten fünf bis sechs Gerüste erfindungsgemäß nur noch drei Gerüste benötigt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher die Wanddickenabnahme auf unter 9 mm begrenzt.
- Im Idealfall wird im Rohrkontiverfahren die Ringquerschnittsfläche des einlaufenden Hohlblocks zu einer in Durchmesser und Wanddicke kleineren Ringquerschnittsfläche reduziert. Die Wanddicke der Luppe ist mit der Wanddicke dieser kleineren Querschnittsfläche identisch. Verfahrenstypisch ist hierbei, dass die Differenz der beiden Querschnittsflächen unabhängig von der Größe der Wanddicke der Luppe ist.
- Wie diese Querschnittsabnahme erfolgt und auf die Gerüste aufgeteilt wird entscheidet über die Gleichmäßigkeit der Wanddicke beim Walzen sowie über die Stabilität, das heißt die Reproduzierbarkeit wie auch die Anfälligkeit für Walzfehler.
- Für die genannte Querschnittsabnahme haben sich erfindungsgemäß für die geometrische Auslegung der Verformung in den drei Walzgerüsten folgende Aufteilungen als vorteilhaft herausgestellt:
- Gerüst 1 (Einlaufgerüst): 50 - 60%
- Gerüst 2 (Zwischengerüst): 35 - 40%
- Gerüst 3 (Auslaufgerüst): 5 - 7,5%
- Bei der Standardausführung eines Kontiwalzwerks leisten in der Regel die ersten drei Gerüste eine hohe Umformarbeit und die folgenden zwei bis drei Gerüste eine deutlich kleinere, weswegen auch zwei Gruppen von Baugrößen zum Einsatz kommen.
- Das erfindungsgemäße Beschränken auf kleine Wanddickenabnahmen erlaubt es daher, bei der großen Baugruppe mit einem Gerüst auszukommen anstatt mit dreien. Die kleine Baugruppe mit der geringeren Umformarbeit weist dann entsprechend nur zwei Gerüste auf.
- Premiumprodukte für die Exploration und die Förderung von Öl und Gas werden nach dem Walzen grundsätzlich einer Wärmebehandlung in Form von Härten und Anlassen unterzogen. Dadurch entfällt das sonst übliche Normalisieren und damit die Investition eines Nachwärmofens.
- Ein Wegfall des Nachwärmofens erlaubt erfindungsgemäß das Ausziehen und das Fertigwalzen in einem Schritt vorzunehmen. Die ansonsten notwendige Distanz vom Ausziehwalzwerk eines 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerks zum Fertigwalzwerk in Form eines Streckreduzier- oder Maßwalzwerks entfällt damit komplett, da die Stelle des Ausziehwalzwerks jetzt das Maß- bzw. Streckreduzierwalzwerk selbst einnimmt.
- Die Distanz zwischen dem Rohrkontiwalzwerk und dem das Abziehen des Rohres von der Stange mit übernehmenden Maß- oder Streckreduzierwalzwerk kann unter die heute üblichen 10 - 12 m verkürzt werden. Allein das Beschränken auf eine Einfachlänge der Luppe erlaubt ein Verkürzen auf etwa die Hälfte. Eine weitere Verkürzung wird möglich, wenn die Geschwindigkeit der Walzstange reduziert wird. Eine Untergrenze für die Distanz ergibt sich durch die gewählte Art des Gerüstwechsels (seitlicher Wechsel oder Wechsel in der Walzlinie) im Streckaggregat.
- Werden die Gerüste in der Walzlinie herausgezogen so muss ein entsprechender Platz zur Verfügung stehen, der durch die reduzierte Gerüstanzahl jedoch kürzer als bei der Standardbauweise ist. Bei einem seitlichen Gerüstwechsel gibt der maximale Verfahrweg der Stange den benötigten minimalen Zwischenraum vor.
- Weil die Walzstange zudem durch die verminderte Wanddickenabnahme und die reduzierte Gerüstzahl einer geringeren Wärmebelastung ausgesetzt ist, kann der dem Verschleiß unterliegende teure Teil der Walzstange entsprechend kürzer ausfallen, was zusätzlich zu einer großen Kosteneinsparung beiträgt.
- Außerdem werden die Temperaturunterschiede wegen der kürzeren Kontaktzeit zum Innenwerkzeug deutlich reduziert. Damit wird auch der zweite Grund zum Einbau eines Nachwärmofens in einem (Gesamt-)Rohrkontiwalzwerk hinfällig.
- Wie der obige Vergleich zeigt, wird auch das Kühlbett signifikant kürzer. Bei den Teilsägen kann ebenfalls gespart werden. Bei Einsatz eines Streckreduzierwalzwerks zum Fertigwalzen sind zwei Teilsägen anstelle von sonst üblichen vier Sägen ausreichend.
- Wird mit einem Maßwalzwerk gearbeitet, so kann die Teilsäge sogar komplett entfallen, da die erforderlichen Endenschnitte im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung vorgenommen werden können, der zum Herausschneiden von Fehlern und zur Probennahme in der Regel über eine oder mehrere Schneidanlagen verfügt.
- Außerdem können die Rollgänge zum Transport der Rohre deutlich kürzer ausgelegt werden. Wird eine Adjustage direkt an das Streckreduzierwalzwerk oder Maßwalzwerk angehängt, reicht eine Säge aus, um einen Kopfschnitt vorzunehmen, damit die Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung der Rohre durch unsaubere Rohrenden nicht zerstört wird.
- Der übliche Nachteil im Ausbringen von Einfachlängen in bekannten Gesamt-Rohrkontiwalzwerken kann vorteilhaft beispielsweise durch das Walzen von "angespitzten" Rohrwandenden verbessert werden. Denn dadurch wird die Wandanstauchung beim anschließenden Streckreduzieren, die üblicherweise zu einer Rohrendenverdickung außerhalb der Toleranzgrenze führen würde, kompensiert.
- Zudem weisen insbesondere in 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerken hergestellte Rohre eine sehr gute Konzentrizität auf, wodurch der Nachteil eines etwaigen geringeren Ausbringens kompensiert wird.
- Erfindungsgemäß ist deshalb das Walzwerk als 3-gerüstiges Walzwerk mit je drei Walzen pro Gerüst ausgelegt.
- Durch die besondere Verfahrensweise unter Verwendung von Luppen-Einfachlängen und der dadurch bedingte Entfall ansonsten notwendiger teurer Walzwerksaggregate werden die Nachteile einer relativ zur Jahreskapazität geringen Auslastung des Walzwerks deutlich kompensiert bzw. überkompensiert.
- Für das sichere und wirtschaftliche Betreiben eines Walzwerkes sind die geeignete Wahl der Vormaterialformate und die Anzahl der verschiedenen Kaliber zur Fertigung unterschiedlicher Rohrfertigdurchmesser von großer Bedeutung. Ziel ist es, die notwendige Anzahl an vorzuhaltenden Formaten und Kalibern so gering wie möglich zu halten.
- Mit Format wird hier der Außendurchmesser des Vormaterialblocks benannt. Als Kaliber wird der Außendurchmesser der Luppe hinter dem 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk bezeichnet. Zur Fertigung unterschiedlicher Rohrfertigdurchmesser werden entsprechend verschiedene Formate und Kaliber benötigt.
-
- D-Rohr-max: maximaler Rohrfertigdurchmesser in mm
- D-Rohr-min: minimaler Rohrfertigdurchmesser in mm,
-
- Hierin beschreiben die Konstanten die Grenzwerte der für die Durchmesserveränderungen maßgeblichen Fähigkeiten der Aggregate Maßwalzwerk (C5) bzw. Streckreduzierwalzwerk (C2), Rohrkontiwalzwerk (C3) und Schrägwalzwerk (C4).
-
- Die Konstante C5 beschreibt hierbei die maximale Umformfähigkeit des Maßwalzwerkes und ersetzt hierbei die Konstante C2.
- Die folgenden zwei Beispiele zeigen den Rechen- und Entscheidungsweg.
-
- Die Rohrabmessungen liegen damit im typischen Bereich für ein Streckreduzierwalzwerk.
- Damit ergibt sich nach Formel 1 mit den entsprechenden Grenzen von C1 die folgende
-
-
- Soll das Kaliber 2 beispielsweise bei einem Rohrdurchmesser von 168,3 mm beginnen (Kaliber 1 endet theoretisch bei 108 x C5 = 108 x 1,45 = 156,6mm), so würde sich für dieses Kaliber folgender Blockdurchmesser ergeben:
- Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
- In der
Figur 1 ist das bekannte Anlagenlayout eines Rohrkontiwalzwerkes als Gesamtwalzwerk für das Walzen von Mehrfachlängen dargestellt. - Neben dem Drehherdofen (0) weist das Gesamtwalzwerk ein Schrägwalzwerk (1) zum Lochen eines hier nicht dargestellten massiven Blocks zu einem Hohlblock, ein Streckaggregat als 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk (2) zum Strecken des Hohlblocks zu einer Luppe, ein Ausziehwalzwalzwerk (3) zum Abstreifen der Luppe von der Dornstange, einen Nachwärmofen (4) zum Wiedererwärmen der Luppe auf Walztemperatur, ein Streckreduzierwalzwerk (5) zum Walzen der Luppe auf Endabmessung, ein Kühlbett (6) sowie ein Sägenfeld mit Rohrendbearbeitung (7) auf.
- Das Ausziehwalzwerk (3) besteht aus 3 Gerüsten mit jeweils drei Walzen, um die Luppe von der Walzstange abzuziehen.
-
Figur 2 zeigt im Vergleich dazu das Anlagenlayout des erfindungsgemäßen Walzwerks. Im direkten Vergleich ist erkennbar, dass sich das erfindungsgemäße Anlagenkonzept durch eine deutlich verringerte Gesamtlänge auszeichnet. - Durch die konsequente Umsetzung des Konzeptes "Walzen von Luppen-Einfachlängen" wird die Gesamtlänge des Kontiwalzwerks durch Entfall des Ausziehwalzwerks (3) sowie des Nachwärmofens (4) und durch Längenanpassung von Kühlbett (6) und Sägenfeld mit Rohrendbearbeitung (7) deutlich reduziert.
- Entsprechend geringer fallen die Investitionskosten für das erfindungsgemäße Walzwerk im Vergleich zum bekannten Kontiwalzwerk aus.
- Zusätzlich ist das Walzwerk mit einer hier nicht dargestellten In-Line-Prüfeinheit versehen, was die Investitions- und die operativen Kosten weiter senkt. Die In-Line-Prüfeinheit besteht aus einer Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung mit einer vorgeschalteten Richtmaschine, einer Streuflussprüfung auf Längs- und Querfehler sowie einer Ultraschall-Wanddickenprüfung und schließt sich in Verbindung mit einem Reparaturkreislauf für nachzuarbeitende Rohre direkt an das Kühlbett (6) an.
- Damit entfällt eine separate Qualitätsprüfung außerhalb der Fertigungslinie. Zudem erlaubt diese Prüfung eine schnelle Rückmeldung zu Qualitätsproblemen des Walzwerks, ein minimales Schopfen der Rohre, bei dem nur das abgesägt wird was notwendig ist sowie den Einsatz bereits vorgeprüfter Rohre für die Wärmebehandlung und anderer Adjustagelinien. Hierdurch werden die Durchlaufzeiten der Rohre und damit die Wirtschaftlichkeit der Fertigung deutlich erhöht.
- Bei Anlagen zur Fertigung von Rohren mit ≥ 177,8 mm Außendurchmesser hat sich dies in Versuchen bereits hervorragend bewährt. Die Meterleistung bei Anlagen für die Fertigung kleinerer Rohrdurchmesser, insbesondere bei den bekannten Rohrkontistraßen, ist jedoch so groß, dass die zerstörungsfreie Prüfung die Menge der zur Prüfung anstehenden Rohre nicht verarbeiten kann. Erst die Beschränkung auf Luppen-Einfachlängen erlaubt dies wieder.
- Das Ausziehwalzwerk (3) besteht aus 3 Gerüsten mit jeweils drei Walzen, um das Mutterrohr von der Walzstange abzuziehen.
-
Figur 2 zeigt im Vergleich dazu das Anlagenlayout des erfindungsgemäßen Walzwerks. Im direkten Vergleich ist erkennbar, dass sich das erfindungsgemäße Anlagenkonzept durch eine deutlich verringerte Gesamtlänge auszeichnet. - Durch die konsequente Umsetzung des Konzeptes "Walzen von Mutterrohr-Einfachlängen" wird die Gesamtlänge des Kontiwalzwerks durch Entfall des Ausziehwalzwerks (3) sowie des Nachwärmofens (4) und durch Längenanpassung von Kühlbett (6) und Sägenfeld mit Rohrendbearbeitung (7) deutlich reduziert.
- Entsprechend geringer fallen die Investitionskosten für das erfindungsgemäße Walzwerk im Vergleich zum bekannten Kontiwalzwerk aus.
- Zusätzlich ist das Walzwerk mit einer hier nicht dargestellten In-Line-Prüfeinheit versehen, was die Investitions- und die operativen Kosten weiter senkt. Die In-Line-Prüfeinheit besteht aus einer Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung mit einer vorgeschalteten Richtmaschine, einer Streuflussprüfung auf Längs- und Querfehler sowie einer Ultraschall-Wanddickenprüfung und schließt sich in Verbindung mit einem Reparaturkreislauf für nachzuarbeitende Rohre direkt an das Kühlbett (6) an.
- Damit entfällt eine separate Qualitätsprüfung außerhalb der Fertigungslinie, Zudem erlaubt diese Prüfung eine schnelle Rückmeldung zu Qualitätsproblemen des Walzwerks, ein minimales Schopfen der Rohre, bei dem nur das abgesägt wird was notwendig ist sowie den Einsatz bereits vorgeprüfter Rohre für die Wärmebehandlung und anderer Adjustagelinien. Hierdurch werden die Durchlaufzeiten der Rohre und damit die Wirtschaftlichkeit der Fertigung deutlich erhöht.
- Bei Anlagen zur Fertigung von Rohren mit ≥ 177,8 mm Außendurchmesser hat sich dies in Versuchen bereits hervorragend bewährt. Die Meterleistung bei Anlagen für die Fertigung kleinerer Rohrdurchmesser, insbesondere bei den bekannten Rohrkontistraßen, ist jedoch so groß, dass die zerstörungsfreie Prüfung die Menge der zur Prüfung anstehenden Rohre nicht verarbeiten kann. Erst die Beschränkung auf Mutterrohr-Einfachlängen erlaubt dies wieder.
Bezugszeichenliste Nr. Bezeichnung 0 Drehherdofen 1 Schrägwalzwerk 2 Kontiwalzwerk in Drei-Walzen-Anordnung 3 Ausziehwalzwerk 4 Nachwärmofen 5 Streckreduzierwalzwerk 6 Kühlbett 7 Sägenfeld und Rohrendbearbeitung
Claims (4)
- Verfahren zur Herstellung von nahtlosen Rohren, wobei ein zuvor in einem Lochwalzwerk erzeugter heißer Hohlblock mittels eines Kontiwalzwerks (2) auf einer Dornstange zu einer Luppe abgestreckt wird und die Luppe unter Verzicht auf ein Ausziehwalzwerk und eines Nachwärmofens direkt einem Streckreduzier- oder Maßwalzwerk (5) als Fertigwalzwerk zugeführt und dort auf den geforderten Rohrfertigdurchmesser gewalzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlblock in seiner Länge so vordimensioniert ist, dass beim Abstrecken im Kontiwalzwerk (2) lediglich eine Einfachlänge von etwa 14 bis 15m als geforderte Luppenlänge erzeugt wird und beim anschließenden Fertigwalzen das Abziehen der Luppe von der Dornstange durch das Fertigwalzen erfolgt und das Walzen mit Walzwerkskomponenten erfolgt, die in ihren Abmessungen auf die Handhabung von Einfachlängen ausgelegt sind und das Walzen im Kontiwalzwerk (2) mit drei Gerüsten und je drei Walzen pro Gerüst erfolgt und die Aufteilung der Querschnittsabnahme des Walzguts zwischen Hohlblock und Luppe sich auf die drei Walzgerüste des Kontiwalzwerks (2) wie folgt verteilt:
Gerüst 1 (Einlaufgerüst Hohlblock): 50 - 60% Gerüst 2 (Zwischengerüst): 35 - 40% Gerüst 3 (Auslaufgerüst): 5 - 7,5% - Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die für die Fertigung unterschiedlicher Rohrfertigdurchmesser minimal erforderliche Anzahl N an Kaliberdurchmessern nach folgender Formel berechnet wird:D-Rohr-max: maximaler Rohrfertigdurchmesser in mmD-Rohr-min: minimaler Rohrfertigdurchmesser in mm
2 ≤ C1 ≤ 4 für Streckreduzierwalzwerke
1,2 ≤ C1 ≤ 1,45 für Maßwalzwerke
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