EP3436205B1

EP3436205B1 - Verfahren zum herstellen eines rohres

Info

Publication number: EP3436205B1
Application number: EP17713954.0A
Authority: EP
Inventors: Christofer HEDVALL; Udo RAUFFMANN; Thomas FROBÖSE
Original assignee: Alleima GmbH
Current assignee: Alleima GmbH
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2026-03-04
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: KR20180132754A; CA3018020A1; US10974295B2; WO2017167750A1; JP7208009B2; CN109070158A; EP3436205A1; JP2019510639A; DE102016106035A1; US20190151916A1; CN117324371A; KR102343158B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres aus Stahl durch Kaltumformen einer Luppe in einer ersten Kaltpilgerwalzanlage mit einem Walzgerüst mit daran drehbar gelagerten Walzen, einem von einer Dornstange gehaltenen Walzdorn, mindestens einem die Dornstange haltenden Dornwiderlager und mindestens einem Vorschubspannschlitten mit einem Vorschubspannfutter zum Aufnehmen der Luppe mit den Schritten:

a) Auffahren eines Spannfutters eines in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Dornwiderlagers in radialer Richtung und Durchführen einer ersten Luppe durch das vordere Dornwiderlager,
b) Zuführen der ersten Luppe zu dem Vorschubspannschlitten und Aufnehmen der ersten Luppe durch Auffahren des Vorschubspannfutters in radialer Richtung und Einspannen der ersten Luppe durch Zufahren des Vorschubspannfutters in radialer Richtung an einem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens,
c) nach dem vollständigen Durchführen der ersten Luppe durch das vordere Dornwiderlager Zufahren des Spannfutters des vorderen Dornwiderlagers in radialer Richtung derart, dass das vordere Dornwiderlager die den Walzdorn tragende Dornstange festhält,
d) Auswalzen der ersten Luppe durch die Walzen über dem Walzdorn zu einem kaltverfestigten Rohr durch schrittweises Vorschieben der ersten Luppe mit Hilfe des Vorschubspannschlittens und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts zwischen einem vorderen und einem hinteren Umkehrpunkt mit den Walzen,

Zur Herstellung von präzisen Metallrohren, insbesondere aus Stahl, wird ein ausgedehnter hohlzylindrischer Rohling zumeist im vollständig erkalteten Zustand durch Druckspannungen kaltreduziert. Dabei wird der Rohling zu einem Rohr mit definiertem reduziertem Außendurchmesser und einer definierten Wanddicke umgeformt.
Das am weitesten verbreitete Reduzierverfahren für Rohre ist als Kaltpilgern bekannt, wobei der Rohling Luppe genannt wird. Die Luppe wird beim Walzen über einen kalibrierten, d.h. den Innendurchmesser des fertigen Rohres aufweisenden, Walzdorn geschoben und dabei von außen von zwei kalibrierten, d.h. den Außendurchmesser des fertigen Rohres definierenden, Walzen umfasst und in Längsrichtung über dem Walzdorn ausgewalzt.
Während des Kaltpilgerns erfährt die Luppe einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen drehend über dem Dorn und damit über die Luppe horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen durch ein Walzgerüst vorgegeben, an dem die Walzen drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst wird in bekannten Pilgerwalzanlagen mit Hilfe eines Kurbeltriebs in eine Richtung parallel zum Walzdorn hin- und herbewegt, während die Walzen selbst eine Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst feststehende Zahnstange erhalten, in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder eingreifen.
Der Vorschub der Luppe über dem Dorn erfolgt mit Hilfe eines Vorschubspannschlittens, welcher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse des Walzdorns ermöglicht.
Zu Beginn des Walzprozesses wird die Luppe durch einen Ladetreiber mit Rollen in das Spannfutter des Vorschubspannschlittens geschoben. An dem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Umkehrpunkt des Walzgerüsts, dieser wird auch als Eilauftotpunkt bezeichnet, erreichen die Walzen eine Winkelposition, in welcher die Luppe in den sogenannten Einlauftaschen der Walzen und zwischen den Walzen aufgenommen werden kann. Die im Walzgerüst übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen überwalzen die Luppe, indem sie auf der Luppe in Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens vor und zurück abrollen. Dabei bewegt sich das Walzenpaar während eines Walzhubes des Walzgerüsts um eine Strecke L vom vorderen Umkehrpunkt zum in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Umkehrpunkt des Walzgerüsts, welcher auch als Auslauftotpunkt bezeichnet wird, und streckt die Luppe über dem im Inneren der Luppe gehaltenen Walzdorn aus.
Die Walzen und der Walzdorn sind derart kalibriert, dass sich der Spalt zwischen Walze und Walzdorn im Bereich des Arbeitskalibers der Walzen stetig von der Wandstärke der Luppe zu der Wandstärke des fertig gewalzten Rohres verringert. Darüber hinaus verringert sich der von den Walzen definierte Außendurchmesser vom Außendurchmesser der Luppe auf den Außendurchmesser des fertigen Rohrs und der vom Walzdorn definierte Innendurchmesser vom Innendurchmesser der Luppe auf den Innendurchmesser des Rohrs. In dem daran anschließenden Bereich des Glättkalibers der Walzen findet keine Reduktion der Wandstärke des herzustellenden Rohres mehr statt sondern nur noch ein Glätten der Oberfläche des herzustellenden Rohres. Im Auslauftotpunkt angekommen wird das fertig gewalzte Rohr von den Auslauftaschen der Walzen freigegeben.
Ein Vorschub der Luppe zwischen die Walzen erfolgt entweder nur am vorderen Umkehrpunkt oder sowohl am vorderen als auch am hinteren Umkehrpunkt des Walzgerüsts. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts, d.h. Vorschubschritte, die deutliche kleiner sind als der Weg des Walzgerüsts zwischen vorderem und hinterem Umkehrpunkt, werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohres, eine hohe Oberflächengüte des Rohres sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohres zu erhalten, erfährt die Luppe neben einem schrittweisen Vorschub eine intermittierende Drehung um ihre Achse. Das Drehen der Luppe findet dabei an beiden Umkehrpunkten des Walzgerüsts, d.h. dann wenn die Luppe von den Einlauf- und Auslauftaschen der Walzen freigegeben wird, statt.
Aus dem Stand der Technik sind Kaltpilgerwalzanlagen bekannt, welche Luppen mit einer Länge von bis zu etwa 15 m bearbeiten können. Werden jedoch Rohre mit hoher Qualität, d.h. einer gleichmäßigen Wanddicke sowie einer hohen Oberflächenqualität der Innen- und Außenfläche, mit einer Länge von jenseits 150 m benötigt, so können derartige Rohre in einer Kaltpilgerwalzanlage gemäß des Standes der Technik nicht hergestellt werden. Ein Herstellen von einstückigen Rohren mit einer Länge von mehr als 150 m in einer Kaltpilgerwalzanlage erfordert ein Kaltumformen von Luppen, deren Länge die Länge von Luppen, welche mit herkömmlichen Anlagen gewalzt werden können, deutlich übersteigt.
DE 43 42 858 A1 beschreibt ein Kaltpilgerwalzwerk zum Walzen langer Luppen mit hin und hergehendem Gerüst, einem Hauptantrieb für das Gerüst, zwei mit je einem Spannfutter ausgerüsteten Vorschubschlitten, die in Walzrichtung hintereinander im Schlittenbett angeordnet und über an den Hauptantrieb anschließbare Vorschubspindeln in Walzrichtung verfahrbar sind, mindestens einem Schaltgetriebe zum Antrieb der Vorschubspindeln und mit mindestens einer Haltevorrichtung (Dornwiderlager) für den an einer Dornstange befestigten Dorn. Dabei ist mindestens eine im Fall von zwei Haltevorrichtungen zum Ausgleich von Lageveränderungen des Dorns in Bezug auf den Walzspalt geregelt parallel zur Walzrichtung verstellbar. In einer alternativen Ausgestaltung zeigt die DE 43 42 858 A1 ein Verfahren bei dem die Luppe von einem Coil abgewickelt und der Kaltpilgerwalzanlage zugeführt wird. Dabei wird ein Rückhalteseil durch die Luppe hindurchgefädelt und in dem Dornwiderlager gehalten.
In der DE 43 32 136 A1 ist zum Erreichen einer gleichmäßigen und gezielten Rekristallisation mit geringem Energieeinsatz bei der Herstellung von nahtlosen Rohren aus Nichteisenmetallen, insbesondere Kupfer und Kupferlegierungen, vorgesehen, das halbfertige Rohr im Anschluss an den ersten Kaltformprozess und ggf. weitere Kaltumformschritte zu einem Coil aufzuwickeln und als Coil dem Rekristallisationsprozess zu unterwerfen.
Gegenüber dem Stand der Technik ist es daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr kalt zu walzen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft ein platzsparendes Bearbeiten von Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr, so dass lange Rohre mit einer hohen Qualität in einer Kaltpilgerwalzanlage hergestellt werden können, und damit ein Vermeiden hoher Kosten infolge von der Notwendigkeit großer Werkshallen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein möglichst effizientes Walzen langer Luppen, ohne dass die Qualität der herzustellenden Rohre verringert wird.
Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres aus Stahl gemäß Anspruch 1.
Insbesondere Luppen mit einer Länge von mehr als 30 m erfordern beim Einführen in die Anlage der Länge nach einen nicht unerheblichen Platzbedarf. Durch die Abwickelvorrichtung kann eine zuvor auf einer Spindel um eine erste Achse aufgewickelt angeordnete Luppe platzsparender in die erste Kaltpilgerwalzanlage eingeführt werden.
In einer Ausführungsform weist die Abwickelvorrichtung eine Richteinrichtung auf, welche im Betrieb der Vorrichtung die gewickelte, d.h. gekrümmte, Luppe richtet, d.h. gerade biegt. Ein Beispiel für eine solche Richteinrichtung ist eine Richtmaschine, insbesondere eine Walzen- oder Schrägwalzenrichtmaschine. Auf diese Weise wird während dem Abwickeln der Luppe diese gerichtet und gleichzeitig durch das vordere Dornwiderlager in das Luppenbett zwischen vorderem Dornwiderlager und Vorschubspannfutter oder zwischen vorderem und hinterem Dornwiderlager geladen.
Die erfindungsgemäße Abwickelvorrichtung für die Luppe sorgt so für eine kompaktere Bauweise der Gesamtanordnung der Kaltpilgerwalzanlage, wodurch die Betriebskosten zusätzlich gesenkt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Abstand zwischen der Abwickelvorrichtung und dem vorderen Ende des vorderen Dornwiderlagers kleiner als der Abstand zwischen dem hinteren Ende des vorderen Dornwiderlagers und dem vorderen Ende des Vorschubspannfutters des hinteren Vorschubspannschlittens an dem hinteren Umkehrpunkt des hinteren Vorschubspannschlittens. In einer weiteren Ausführungsform ist der Abstand zwischen der Abwickelvorrichtung und dem vorderen Ende des vorderen Dornwiderlagers kleiner als der Abstand zwischen dem hinteren Ende des vorderen Dornwiderlagers und dem vorderen Ende des hinteren Dornwiderlagers.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das vordere Dornwiderlager von dem Vorschubspannfutter, gemessen mit dem Vorschubspannschlitten an seinem hinteren Umkehrpunkt, einen Abstand von mindestens 30 m aufweist.
Ein derart gewählter Abstand des vorderen Dornwiderlagers von dem Vorschubspannfutter ermöglicht das Bearbeiten von Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr in einer erfindungsgemäßen ersten Kaltpilgerwalzanlage. Dabei ist der Abstand zwischen dem vorderen Dornwiderlager und dem Vorschubspannfutter in einer Ausführungsform gemessen zwischen dem in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Ende des Spannfutters des vorderen Dornwiderlagers und dem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Ende des Vorschubspannfutters des Vorschubspannschlittens, wobei der Vorschubspannschlitten an seinem hinteren Umkehrpunkt ist.
Der zuvor definierte Abstand beträgt mindestens 30 m und ermöglicht es, eine Luppe zwischen dem vorderen Dornwiderlager und dem Vorschubspannfutter des Vorschubspannschlittens derart anzuordnen, dass sowohl das Spannfutter des vorderen Dornwiderlagers als auch das Vorschubspannfutter des Vorschubspannschlittens zugefahren, d.h. geschlossen werden können, ohne die Luppe einzuspannen oder einzuklemmen. Demzufolge beschreibt der Abstand zwischen vorderem Dornwiderlager und Vorschubspannfutter in etwa die Länge der Luppe, welche in die erfindungsgemäße erste Kaltpilgerwalzanlage geladen und mit dieser gewalzt werden kann.
Beim Einführen der Luppe in die erste Kaltpilgerwalzanlage wird das vordere Dornwiderlager geöffnet, indem das Spannfutter des Dornwiderlagers in radialer Richtung aufgefahren wird, so dass die Luppe zwischen dem vorderen Dornwiderlager und der Dornstange in Richtung auf den Walzdorn zu hindurchgeführt werden kann. Nachdem die Luppe das vordere Dornwiderlager verlassen hat, wird das Spannfutter des vorderen Dornwiderlagers zur Halterung der Dornstange zugefahren.
Wenn im Sinne der vorliegenden Anmeldung von vorderen und hinteren Positionen die Rede ist, so sind diese Positionen aus der Sicht eines Betrachters, welcher entlang der Luppe in Vorschubrichtung der Luppe blickt, bezeichnet.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt der Abstand zwischen dem vorderen Dornwiderlager und dem Vorschubspannfutter, gemessen mit dem Vorschubspannschlitten an seinem hinteren Umkehrpunkt, mindestens 40 m und in einer weiteren Ausführungsform mindestens 50 m.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Material der Dornstange der ersten Kaltpilgerwalzanlage eine Zugfestigkeit von 1000 N/mm² oder mehr oder von 1500 N/mm² oder mehr auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Dornstange ein Rohr, welches einen Außendurchmesser, einen Innendurchmesser sowie eine Wanddicke aufweist.
Die Zugfestigkeit ist eine Eigenschaft eines Werkstoffes und beschreibt die maximale mechanische Zugspannung, welche der Werkstoff aushält, bevor er bricht. Gemessen wird die Zugfestigkeit anhand der maximal erreichbaren Zugkraft bezogen auf den ursprünglichen Querschnitt der zu messenden Probe.
Die den Walzdorn tragende Dornstange muss während des Walzens der Luppe hohe Kräfte aufnehmen, so dass der Werkstoff, aus dem die Dornstange hergestellt ist, eine hohe Belastbarkeit im Hinblick auf seine Zugfestigkeit aufweisen muss.
Geeignete Werkstoffe hierfür sind beispielsweise Vergütungsstähle entsprechend der DIN EN100 83, welche durch Vergüten, d.h. Härten und Anlassen, eine hohe Zug- und Dauerfestigkeit erhalten. Der Kohlenstoffgehalt von Vergütungsstählen liegt üblicherweise zwischen 0,2 und 0,65 %, wobei unterschiedliche Legierungsgehalte von Chrom, Mangan, Molybdän und Nickel in unterschiedlichen Anteilen je nach Verwendungszweck beigemischt werden. Beispiele für legierte Vergütungsstähle mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1000 N/mm² sind die Stahlsorten 42 CrMo 4, 34 CrNiMo 6 und 30 CrNiMo 8.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Dornstange zudem eine Dehnung von 10 % oder weniger auf und in einer Ausführungsform von 5 % oder weniger auf.
Die Dehnung ist eine Angabe für die relative Längenänderung einer Probe unter Belastung, beispielsweise durch eine Kraft oder aber durch eine Temperaturänderung. Auch eine hohe Dehnbarkeit der Dornstange ist beim Walzen erforderlich, um zu verhindern, dass die Dornstange infolge einer starken Dehnung bricht. Ebenso wie für eine hohe Zugfestigkeit eignen sich Vergütungsstähle auch für eine Dehnbarkeit. Beispielsweise weist der Vergütungsstahl 30 CrNiMo 8 neben einer Zugfestigkeit von 1000 N pro mm² auch eine Dehnung von 10 % oder weniger auf und eignet sich somit als Werkstoff für die erfindungsgemäße Dornstange.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Kaltpilgerwalzanlage zwei Vorschubspannschlitten mit jeweils einem daran befestigten Vorschubspannfutter sowie eine Steuerung auf, wobei die Steuerung derart ausgestaltet ist, dass sie die Bewegung der zwei Vorschubspannschlitten derart steuert, dass die Luppe in einem kontinuierlichen Betrieb der ersten Kaltpilgerwalzanlage jeweils abwechselnd von einem der Vorschubspannfutter einspannbar ist und in Richtung auf den Walzdorn zu schrittweise vorschiebbar ist, wobei das vordere Dornwiderlager von dem Vorschubspannfutter des in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Vorschubspannschlittens, gemessen mit dem Vorschubspannschlitten an seinem hinteren Umkehrpunkt, einen Abstand von mindestens 30 m aufweist.
Auf diese Weise wird ein höherer, d.h. kontinuierlicher Durchsatz von Luppen durch die erste Kaltpilgerwalzanlage ermöglicht. Dies gestaltet den Walzprozess effizienter sowie kostengünstiger durch Einsparung von Betriebskosten. Darüber hinaus wird kein Vorschubspannschlitten mit einem langen Verfahrweg benötigt, sondern der gesamte erforderliche Verfahrweg wird aufgeteilt in zwei Teilabschnitte, so dass jeder der beiden Vorschubspannschlitten nur jeweils einen der Teilabschnitte zurücklegen muss.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die erste Kaltpilgerwalzanlage ein hinteres Dornwiderlager mit einem Spannfutter zur Halterung der Dornstange in Vorschubrichtung der Luppe zwischen dem vorderen Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens und dem vorderen Dornwiderlager auf, wobei das hintere Dornwiderlager von dem vorderen Dornwiderlager einen Abstand von mindestens 30 m aufweist, derart, dass die Dornstange im Betrieb der ersten Kaltpilgerwalzanlage von mindestens einem Spannfutter des vorderen Dornwiderlagers oder des hinteren Dornwiderlagers festhaltbar ist.
Der Abstand zwischen vorderem und hinterem Dornwiderlager ist dabei in einer Ausführungsform definiert als der Abstand zwischen dem in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Ende des vorderen Dornwiderlagers und dem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Ende des hinteren Dornwiderlagers. Eine Luppe, welche eine Länge von maximal diesem Abstand aufweist, kann daher zwischen vorderem und hinterem Dornwiderlager geladen, d.h. angeordnet, werden, während die Spannfutter des vorderen sowie des hinteren Dornwiderlagers zugefahren sind und die Dornstange festhalten, d.h. ohne die Luppe dabei einzuklemmen.
Die Anordnung eines hinteren Dornwiderlagers zwischen dem vorderen Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens und dem vorderen Dornwiderlager zusätzlich zu dem vorderen Dornwiderlager ermöglicht die Bearbeitung einer Mehrzahl von langen Luppen, d.h. mit einer Länge von 30 m oder mehr, in einem kontinuierlichen Betrieb. Wenn eine Luppe bereits das hintere Dornwiderlager vollständig passiert hat und über dem Walzdorn ausgewalzt wird, wird das hintere Dornwiderlager zur Halterung der Dornstange zugefahren. Das vordere Dornwiderlager muss die Dornstange nun nicht mehr festhalten und kann im Gegensatz zu dem hinteren Dornwiderlager aufgefahren werden, so dass eine weitere Luppe der ersten Kaltpilgerwalzanlage zugeführt werden kann.
In einer Ausführungsform weist die erste Kaltpilgerwalzanlage neben einem hinteren und einem vorderen Dornwiderlager zwei Vorschubspannschlitten mit je einem Vorschubspannfutter auf.
Die erfindungsgemäße erste Kaltpilgerwalzanlage eignet sich folglich für ein effizientes und kostengünstiges Kaltpilgern langer Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder Vorschubschlitten der ersten Kaltpilgerwalzanlage derart ausgestaltet, dass er eine Luppe mit einem Gewicht von 100 kg/m oder mehr vorschieben kann. In einer Ausführungsform der Erfindung ist jeder Vorschubspannschlitten derart ausgestaltet, dass er eine Luppe mit einem Gewicht in einem Beriech zwischen 100 kg/m und 150 kg/m vorschieben kann. Um insbesondere Luppen mit einer Länge von mindestens 30 m und einem Gewicht pro Länge zwischen 100 kg/m und 150 kg/m mit einem Vorschubspannschlitten vorschieben zu können, weist in einer Ausführungsform der Vorschubspannschlitten einen entsprechend starken Linearantrieb zum Vorschieben der Luppe auf den Walzdorn zu auf. Zudem weist das Spannfutter auch einen entsprechend starken Drehantrieb zum Drehen der Luppe um ihre Längsachse auf.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder Vorschubschlitten der ersten Kaltpilgerwalzanlage derart ausgestaltet, dass er eine Luppe mit einem Gewicht von 125 kg/m oder mehr vorschieben kann.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Aufwickelvorrichtung in Vorschubrichtung der Luppe hinter den Walzen der Walzanlage angeordnet, wobei die Aufwickelvorrichtung für das in der Walzanlage gefertigte Rohr eine Biegeeinrichtung zum Krümmen des Rohres derart, dass dieses um eine erste Achse herum aufwickelbar ist, und ein Haltegestell aufweist, wobei die Biegeeinrichtung und die erste Achse um eine im Wesentlichen zu der ersten Achse senkrechte und zu einer Längsachse einer zwischen den Walzen aufgenommenen Luppe parallele zweite Achse verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen ist.
Eine derartige platzsparende Ausführung verringert zudem die Herstellungskosten langer Rohre erheblich, da infolge des Aufwickelns langer Rohre von einer Aufwickelvorrichtung auf sehr große und insbesondere sehr lange Hallen verzichtet werden kann.
Eine solche Aufwickelvorrichtung ermöglicht es zudem, das aus der ersten Kaltpilgerwalzanlage auslaufende, fertig umgeformte Rohr aufzunehmen und es so zu krümmen, dass es auf einer spiralförmigen Bahn aufgewickelt werden kann. Diese Anordnung sorgt für eine erhebliche Zeiteinsparung bei der Produktion von Stahlrohren, die so dimensioniert sind, dass sie aufwickelbar sind. Das aus dem Walzgerüst auslaufende Rohr kann bereits aufgewickelt werden, während im gleichen Strang noch eine Luppe in das Pilgermaul eingeführt und zwischen den Walzen umgeformt wird. Darüber hinaus ermöglicht die Aufwickelvorrichtung eine erhebliche Platzeinsparung für die erste Kaltpilgerwalzanlage als solche, da bei der Herstellung des Rohres nicht zunächst der gesamte Strang auf seiner vollen Länge aus dem Walzgerüst herauslaufen muss, bevor er ausgewickelt bzw. aufgeschossen werden kann.
Ein essentieller Aspekt der Aufwickelvorrichtung ist, dass die Biegeeinrichtung und die erste Achse um eine zweite Achse verschwenkbar montiert sind. Auf diese Weise kann die Aufwickelvorrichung eine Verschwenkbewegung, welche das Rohr bzw. die Luppe beim Walzen durch den Vorschubspannschlitten angetrieben ausführt, nachvollziehen und das Rohr kann ohne Verwindungen aufgewickelt werden. Ohne eine entsprechende verschwenkbare Lagerung der Biegeeinrichtung und der ersten Achse käme es zu einem Verwinden des Rohres beim Aufwickeln und einer damit verbundenen erheblichen Qualitätseinbuße beim fertigen Rohr.
Die zweite Achse, um welche die Biegeeinrichtung und die erste Achse verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen sind, ist dabei parallel zur Symmetrieachse des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohres. In einer Ausführungsform fällt die zweite Achse mit der Symmetrieachse des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohres zusammen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Biegeeinrichtung und die erste Achse motorisch angetrieben um die zweite Achse verschwenkbar. Zwar kann die Verschwenkbewegung der Biegeeinrichtung prinzipiell auch durch die Verschwenkbewegung des fertigen aus dem Walzgerüst auslaufenden Rohres bewirkt werden, jedoch verhindert ein motorischer Antrieb weitgehend, dass das Rohr beim Aufwickeln Torsionsspannungen erfährt. Eine detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen einer solchen Aufwickelvorrichtung findet sich in der deutschen Patentanmeldung 10 2009 045 640 A1 .
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Vorschubspannfutter des Vorschubspannschlittens motorisch angetrieben verschwenkbar ausgestaltet und nimmt die Luppe um deren Längsachse verschwenkbar auf, und die erste Kaltpilgerwalzanlage weist zudem eine Steuerung auf, die so eingerichtet ist, dass sie im Betrieb der Aufwickelvorrichtung das Vorschubspannfutter und die Biegeeinrichtung sowie die erste Achse der Aufwickelvorrichtung synchron mit gleicher Winkelgeschwindigkeit verschwenkt. In einer solchen Ausführungsform ist die Biegeeinrichtung um die zweite Achse motorisch verschwenkbar an dem Haltegestell aufgenommen. Die "elektronische Welle" zwischen dem Vorschubspannschlitten und der Aufwickelvorrichtung ermöglicht ein nahezu verwindungsfreies Aufwickeln des fertigen Rohres.
Eine derartige platzsparende Ausführung verringert zudem die Herstellungskosten langer Rohre erheblich, da infolge des Aufwickelns langer Rohre von einer Aufwickelvorrichtung auf sehr große und insbesondere sehr lange Hallen verzichtet werden kann.
Die erste Kaltpilgerwalzanlage weist ferner einen Glühofen auf, welcher derart ausgestaltet ist, dass er in einem Betrieb der ersten Kaltpilgerwalzanlage die Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 1000° C bis 1200° C oder in einem Bereich von 1050° C bis 1150° C erhitzt.
Dabei ist der Glühofen derart ausgestaltet, dass eine auf einer Spindel aufgewickelte Luppe in dem Glühofen glühbar ist. In einer Ausführungsform ist der Glühofen daher ein Schachtofen.
In einer weiteren Ausführungsform weist jedes der Spannfutter der einzelnen Dornwiderlager Durchbrechungen zum Einlegen von Spannbacken auf derart, dass mindestens drei Spannbacken eines Dornwiderlagers die Dornstange greifen. Dies ermöglicht ein einfaches, unkompliziertes Fixieren der Dornstange durch Zugreifen der Spannbacken, so dass im Betrieb der ersten Kaltpilgerwalzanlage mindestens ein Dornwiderlager die Dornstange festhält, während die Spannbacken der anderen Dornwiderlager zum Durchführen einer Luppe geöffnet sein können.
In einer Ausführungsform halten die Spannfutter der jeweiligen Dornwiderlager die Dornstange abwechselnd. Durch ein derartiges abwechselndes Halten der Dornstange wird ein kontinuierlicher Betrieb in der ersten Kaltpilgerwalzanlage ermöglicht, so dass ein Dornwiderlager die Dornstange festhält, während die anderen Dornwiderlager das Durchführen einer Luppe ermöglichen.
Zumindest eine der zuvor genannten Aufgaben wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres aus Stahl durch Kaltumformen einer Luppe in einer ersten Kaltpilgerwalzanlage mit einem Walzgerüst mit daran drehbar gelagerten Walzen, einem von einer Dornstange gehaltenen Walzdorn, mindestens einem die Dornstange haltenden Dornwiderlager und mindestens einem Vorschubspannschlitten mit einem Vorschubspannfutter zum Aufnehmen der Luppe mit den Schritten:

a) Auffahren eines Spannfutters eines in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Dornwiderlagers in radialer Richtung und Durchführen einer ersten Luppe durch das vordere Dornwiderlager zwischen dem Spannfutter des vorderen Dornwiderlagers und der Dornstange,
b) nach dem vollständigen Durchführen der ersten Luppe durch das vordere Dornwiderlager Zufahren des Spannfutters des vorderen Dornwiderlagers in radialer Richtung derart, dass das vordere Dornwiderlager die den Walzdorn tragende Dornstange festhält,
c) Zuführen der ersten Luppe zu einem Vorschubspannschlitten und Aufnehmen der ersten Luppe durch Auffahren des Vorschubspannfutters in radialer Richtung und Einspannen der ersten Luppe durch Zufahren des in radialer Richtung an einem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens und
d) Auswalzen der ersten Luppe durch die Walzen über dem Walzdorn zu einem kaltverfestigten Rohr durch schrittweises Vorschieben der ersten Luppe mit Hilfe des Vorschubspannschlittens und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts zwischen einem vorderen und einem hinteren Umkehrpunkt mit den Walzen,

Abgesehen davon, dass das Spannfutter des Dornwiderlagers erst zugefahren, d.h. geschlossen werden kann, wenn die Luppe das Spannfutter vollständig passiert hat, legt die vorstehende Nummerierung nicht notwendigerweise die Reihenfolge der auszuführenden Schritte fest. Insbesondere erfolgt das Zuführen der Luppe zu dem Vorschubspannschlitten bereits wenn das Spannfutter des vorderen Dornwiderlagers geöffnet ist.
In einer Ausführungsform durchläuft die auf der Spindel aufgewickelte Luppe beim Abwickeln Biegewalzen, welche die Luppe wieder in Längsrichtung geradebiegen, bevor die Luppe das vordere Dornwiderlager durchläuft. Das Geradebiegen der Luppe von ihrer gekrümmten Ausgangsform durch die Biegewalzen findet dabei während des Ladens der Luppe in die erste Kaltpilgerwalzanlage, d.h. während des Durchführens der Luppe durch das vordere Dornwiderlager, statt.
Ein derartiges Verfahren spart, wie auch eine Aufwickelvorrichtung, viel Platz in der Halle, in der die Kaltpilgerwalzanlage steht, und senkt demzufolge die Herstellungskosten für die in der Kaltpilgerwalzanlage gefertigten langen Rohre.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht ein Bearbeiten einer lange Luppe, insbesondere von Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr, in einer Kaltpilgerwalzanlage und demzufolge ein Umformen der Luppe zu einem einstückigen kaltverfestigten Rohr mit einer Länge von mindestens 300 m. Das fertige Rohr weist dabei eine sehr hohe Güte bedingt durch den Herstellungsprozess in einer Kaltpilgerwalzanlage auf. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt im Vergleich zum Stand der Technik dar, da Kaltpilgerwalzanlagen gemäß dem Stand der Technik lediglich Luppen bis zu einer Länge von etwa 15 m bearbeiten können und demzufolge nur Rohre bis zu einer bestimmten Länge einstückig herstellen können.
Daher weist die erste Luppe in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Länge von 30 m oder mehr auf.
Eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres mit dem nach dem Schritt a) und vor dem Schritt b) zusätzlich erfolgenden Schritt:

a) Auffahren eines Spannfutters eines in Vorschubrichtung der Luppe hinteren und zwischen dem vorderen Umkehrpunkt eines in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Vorschubspannschlittens und dem vorderen Dornwiderlager angeordneten Dornwiderlagers in radialer Richtung, wobei das hintere Dornwiderlager von dem vorderen Dornwiderlager einen Abstand von mindestens 30 m aufweist, und Durchführen der ersten Luppe durch das hintere Dornwiderlager, wobei das Auswalzen der ersten Luppe durch die Walzen über dem Walzdorn zu einem kaltverfestigten Rohr in Schritt d) durch schrittweises Vorschieben der ersten Luppe abwechselnd mit Hilfe des vorderen Vorschubspannschlittens von einem vorderen Umkehrpunkt bis zu einem hinteren Umkehrpunkt des vorderen Vorschubspannschlittens und mit Hilfe eines in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Vorschubspannschlittens von einem vorderen Umkehrpunkt bis zu einem hinteren Umkehrpunkt des hinteren Vorschubspannschlittens und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts zwischen einem vorderen und einem hinteren Umkehrpunkt mit den Walzen erfolgt,

f) nach dem vollständigen Durchführen der ersten Luppe durch das hintere Dornwiderlager Zufahren des Spannfutters des hinteren Dornwiderlagers in radialer Richtung derart, dass das hintere Dornwiderlager die den Walzdorn tragende Dornstange festhält,
g) während des Walzens der ersten Luppe Abwickeln einer zweiten, auf einer um eine zu der Vorschubrichtung der Luppe senkrechte Achse drehbaren Spindel aufgewickelt angeordneten Luppe,
h) Auffahren des Spannfutters des vorderen Dornwiderlagers und Durchführen der zweiten Luppe durch das vordere Dornwiderlager in den Bereich zwischen vorderem Dornwiderlager und hinterem Dornwiderlager,
i) nach dem vollständigen Durchführen der zweiten Luppe durch das vordere Dornwiderlager Zufahren des Spannfutters des vorderen Dornwiderlagers derart, dass das vordere Dornwiderlager die den Walzdorn tragende Dornstange festhält,
j) Auffahren des Spannfutters des hinteren Dornwiderlagers,
k) Durchführen der zweiten Luppe durch das hintere Dornwiderlager,
I) Zuführen der zweiten Luppe zu dem vorderen Vorschubspannschlitten und Aufnehmen der zweiten Luppe in dem Vorschubspannfutter des vorderen Vorschubspannschlittens und Einspannen der zweiten Luppe durch Zufahren des Vorschubspannfutters des vorderen Vorschubspannschlittens in radialer Richtung,
m) Auffahren des Vorschubspannfutters des hinteren Vorschubspannschlittens in radialer Richtung,
n) schrittweises Vorschieben der zweiten Luppe abwechselnd mit Hilfe des vorderen Vorschubspannschlittens und des hinteren Vorschubspannschlittens bei eingespannter zweiter Luppe,
o) nach dem vollständigen Austreten des aus der ersten Luppe fertig gewalzten Rohres aus dem Walzgerüst Einführen der zweiten Luppe in das Walzgerüst und
p) Auswalzen der zweiten Luppe durch die Walzen über dem Walzdorn zu einem kaltverfestigten Rohr durch schrittweises Vorschieben der zweiten Luppe abwechselnd mit Hilfe des hinteren Vorschubspannschlittens und des vorderen Vorschubspannschlittens und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts zwischen einem vorderen und einem hinteren Umkehrpunkt mit den Walzen.

Ein derartiges Verfahren ermöglicht das Kaltpilgern von langen Luppen, d.h. Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr, in einem kontinuierlichen Betrieb, so dass eine erste Luppe gewalzt wird, während eine zweite Luppe bereits in die erste Kaltpilgerwalzanlage eingeführt wird. Dies wird insbesondere durch das Vorhandensein zweier Dornwiderlager ermöglicht. Ein Dornwiderlager muss stets zugefahren sein derart, dass es die Dornstange während des Walzens festhält. Im Falle von zwei Dornwiderlagern, einem vorderen und einem hinteren, hält ein Dornwiderlager die Dornstange fest in ihrer Position, während das andere Dornwiderlager zum Durchführen einer zweiten Luppe geöffnet ist. Der Betriebsablauf in der ersten Kaltpilgerwalzanlage wird somit durch das Vorhandensein mindestens zweier Dornwiderlager beschleunigt.
Während der vordere und der hintere Vorschubspannschlitten die zweite Luppe abwechselnd in Richtung auf den Walzdorn zu vorschieben, erfährt auch die erste Luppe einen weiteren Vorschub in Richtung auf den Walzdorn zu. Der Vorschub der ersten Luppe erfolgt in diesem Verfahrensstadium indirekt durch den abwechselnden Linearantrieb des vorderen und hinteren Vorschubspannschlittens, indem die erste Luppe von der mit dem vorderen und dem hinteren Vorschubspannschlitten vorgeschobenen zweiten Luppe geschoben wird.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Rohres, bei dem ein Aufwickeln eines bereits fertig gewalzten Teils der Luppe gleichzeitig mit dem Walzen eines noch zu walzenden Teils der Luppe zu einem kaltverfestigten Rohr erfolgt mit den Schritten: Krümmen eines bereits fertig gewalzten Teils der Luppe in einer Biegeeinrichtung, spiralförmiges Aufwickeln eines bereits fertig gewalzten Teils der Luppe um eine erste Achse herum und Verschwenken der an einem Haltegestell aufgenommenen Biegeeinrichtung und der ersten Achse um eine im Wesentlichen zu der ersten Achse senkrechte und zu einer Längsachse einer zwischen den Walzen aufgenommenen Luppe parallelen zweiten Achse derart, dass das Verschwenken mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit erfolgt wie ein Verschwenken der Luppe um deren Längsachse während des Walzens der Luppe, erfolgt.
Bei dem derartigen Verfahren wird der bereits gewalzte Teil einer Luppe, d.h. der Teil des bereits fertig hergestellten Rohres, mit Hilfe einer Aufwickelvorrichtung um eine erste Achse aufgewickelt, während gleichzeitig ein weiterer Teil der Luppe noch von den an dem Walzgerüst drehbar gelagerten Walzen über dem Walzdorn ausgewalzt wird und eventuell ein weiterer Teil der Luppe noch in Richtung des Pilgermauls eingeführt wird. Das Aufwickeln in der Aufwickelvorrichtung erfolgt dabei derart, dass das bereits fertige Rohr in einer Biegeeinrichtung zunächst gekrümmt wird. Infolge der Krümmung wird das Rohr dann spiralförmig um eine erste Achse herum aufgewickelt, wobei zusätzlich zu dem Aufwickeln ein Verschwenken der Biegeeinrichtung sowie der ersten Achse um eine zweite Achse erfolgt. Die zweite Achse verläuft dabei im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Achse sowie parallel zu einer Längsachse einer zwischen den Walzen aufgenommenen Luppe. Dabei fällt in einer Ausführungsform die zweite Achse mit der Längsachse der aufgenommenen Luppe zusammen. Zudem erfolgt das Verschwenken der Biegeeinrichtung sowie der ersten Achse um die zweite Achse mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie ein Verschwenken der Luppe um deren Längsachse, so dass ein Verwinden des Rohres beim Aufwickeln und eine damit verbundene erhebliche Qualitätseinbuße beim fertigen Rohr vermieden wird.
In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Luppe auf eine Temperatur in einem Bereich von 1050° C bis 1150° C erhitzt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen davon sowie der dazugehörigen Figuren deutlich.

Figur 1: zeigt eine schematische Seitenansicht des Aufbaus einer Kaltpilgerwalzanlage mit einer Abwickelvorrichtung
Figur 2: zeigt eine schematische Seitenansicht des Aufbaus einer Kaltpilgerwalzanlage mit einer Abwickelvorrichtung, einem vorderen und einem hinteren Dornwiderlager sowie zwei Vorschubspannschlitten
Figur 3: zeigt eine schematische Seitenansicht des Aufbaus einer Kaltpilgerwalzanlage mit einer Abwickelvorrichtung, einem vorderen und einem hinteren Dornwiderlager, zwei Vorschubspannschlitten und einer Aufwickelvorrichtung

In den Figuren sind identische Elemente mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer Kaltpilgerwalzanlage in einer Seitenansicht dargestellt. Die Kaltpilgerwalzanlage 7 besteht aus einem Walzgerüst 1 mit einer oberen Walze 2 und einer unteren Walze 3, einem kalibrierten Walzdorn 4 (in der Figur ist die Position des Walzdorns mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet), einer den Walzdorn 4 tragenden Dornstange 8, einem Vorschubspannschlitten 5 mit einem Vorschubspannfutter 12 zum Aufnehmen einer Luppe 11, einem vorderen Dornwiderlager 15 mit einem Spannfutter 19 sowie einem Auslaufspannschlitten 18 mit einem Spannfutter 22. In der dargestellten Ausführungsform weist die Kaltpilgerwalzanlage einen Linearmotor 6 als Direktantrieb für den Vorschubspannschlitten 5 auf.
Wie alle Ausführungsformen der Figuren 1 bis 3 weist die Kaltpilgerwalzanlage 7 eine Abwickelvorrichtung 26 für das Breitstellen der Luppe 11 auf. Die Abwickelvorrichtung 26 sorgt dafür, dass eine auf einer Spindel 27 um eine zu der Vorschubrichtung der Luppe 11 senkrechte Achse 28 aufgewickelt angeordnete Luppe abgewickelt wird. Dabei erfolgt ein motorisch angetriebenes Drehen der Spindel 27 um die erste Achse 28 in Richtung des dargestellten Pfeils, so dass die auf der Spindel 27 aufgewickelt angeordnete Luppe zwischen fünf Biegewalzen 32a geleitet wird. Drei Biegewalzen 32a sind dabei in einer oberen Reihe angeordnet und zwei Biegewalzen 32a in einer unteren Reihe angeordnet. Die Biegewalzen 32a biegen die durchgeführte Luppe gleichmäßig und in jeweils entgegengesetzten Richtungen derart, dass die Luppe zwischen den Biegewalzen 32a gerade gebogen und gerichtet wird, bevor sie durch das Spannfutter 19 des vorderen Dornwiderlagern 15 durchgeführt wird. Das Geraderichten der Luppe 11 von ihrer gekrümmten Ausgangslange findet dabei während des Ladens der Luppe 11 durch das vordere Dornwiderlager 15 in die Kaltpilgerwalzanlage 7 statt.
Die Integration einer Abwickelvorrichtung 26 in die Kaltpilgerwalzanlage wie in den Figuren gezeigt und damit des Abwickelns in den Walzprozess ist insbesondere bei Luppen mit einer Länge von 30 m oder mehr von Vorteil. Durch das Abwickeln einer aufgewickelt angeordneten Luppe 11 von der Spindel 27 und ein gleichzeitiges Zuführen der Luppe 11 zu dem und durch das vordere Dornwiderlager 15 lässt sich viel Platz in einer Halle sparen, in welcher sich die Kaltpilgerwalzanlage befindet.
Während des Kaltpilgerns auf der in Figur 1 gezeigten Kaltpilgerwalzanlage erfährt die Luppe 11 einen schrittweisen Vorschub in Richtung auf den Walzdorn 4 zu bzw. über diesen hinweg, während die Walzen 2, 3 drehend über den Walzdorn 4 und damit über die Luppe 11 horizontal hin- und herbewegt werden. Dabei wird die Horizontalbewegung der Walzen 2, 3 durch das Walzgerüst 1 vorgegeben, an dem die Walzen 2, 3 drehbar gelagert sind. Das Walzgerüst 1 wird mit Hilfe eines Kurbelantriebs 23 über eine Schubstange 24 in eine Richtung parallel zur Längsachse der Luppe zwischen einem in Vorschubrichtung der Luppe 11 vorderen Umkehrpunkt 9, dieser wird auch als Einlauftotpunkt ET bezeichnet, und einem in Vorschubrichtung der Luppe 11 hinteren Umkehrpunkt 10, dieser wird auch als Auslauftotpunkt AT bezeichnet, hin- und herbewegt. Die Walzen 2, 3 selbst erhalten ihre Drehbewegung durch eine relativ zum Walzgerüst 1 feststehende Zahnstange (nicht gezeigt), in die fest mit den Walzenachsen verbundene Zahnräder (nicht gezeigt) eingreifen. Der Vorschub der Luppe 11 über den Walzdorn 4 erfolgt mit Hilfe des Vorschubspannschlittens 5, welcher eine Translationsbewegung in einer Richtung parallel zur Achse der Luppe 11 ermöglicht. Der Vorschubspannschlitten 5 führt dabei eine Hin- und Herbewegung zwischen einem in Vorschubrichtung der Luppe 11 vorderen Umkehrpunkt 13 und einem in Vorschubrichtung der Luppe 11 hinteren Umkehrpunkt 14 aus. Der Verfahrweg des Vorschubspannschlittens 5 zwischen den beiden Umkehrpunkten 13, 14 beträgt in der Ausführungsform der Figur 1 24 m.
Sobald die Luppe 11 das vordere Dornwiderlager 15 verlassen hat, wird das Spannfutter 19 des vorderen Dornwiderlagers 15 in radialer Richtung zugefahren, d.h. geschlossen, so dass das Spannfutter 19 die Dornstange 8 fest einspannt. Dabei weist das vordere Dornwiderlager 15 in Figur 1 von dem Vorschubspannfutter 12 des Vorschubspannschlittens 5, wenn der Vorschubspannschlitten 5 sich an seinem hinteren Umkehrpunkt 14 befindet, einen Abstand von 36 m auf. Dieser Abstand wird gemessen zwischen dem in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Ende des Spannfutters 19 des vorderen Dornwiderlagers 15 und dem in Vorschubrichtung der Luppe vorderen Ende des Vorschubspannfutters 12 des Vorschubspannschlittens, wenn dieser sich an seinem hinteren Umkehrpunkt 14 befindet. Eine Luppe mit einer Länge von maximal 36 m könnte folglich zwischen dem vorderen Dornwiderlager 15 und dem Vorschubspannfutter 12 des an seinem hinteren Umkehrpunkt 14 befindlichen Vorschubspannschlittens 5 angeordnet werden, ohne dass die Luppe von dem Spannfutter 19 des vorderen Dornwiderlagers 15 oder dem Vorschubspannfutter 12 des Vorschubspannschlittens 5 eingespannt bzw. eingeklemmt würde.
Die Dornstange 8 in Figur 1 besteht aus dem Werkstoff 30 CrNiMo 8 und weist eine Zugfestigkeit von 1000 N/mm² sowie eine Dehnung von 8 % auf.
An dem in Vorschubrichtung der Luppe 11 vorderen Umkehrpunkt 9 des Walzgerüsts 1 tritt die Luppe11 zwischen die Walzen 2, 3 ein und wird von der Einlauftausche (nicht dargestellt) der Walzen 2, 3 aufgenommen. Die im Walzgerüst 1 übereinander angeordneten konisch kalibrierten Walzen 2, 3 überwalzen die Luppe 11, indem sie auf der Luppe 11 in Vorschubrichtung des Vorschubspannschlittens 5 vor und zurück abrollen. Das Walzenpaar bewegt sich während eines Walzhubes um eine Strecke L von dem in Vorschubrichtung vorderen Umkehrpunkt 9 des Walzgerüsts 1 (Einlauftotpunkt ET) zum in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Umkehrpunkt 10 (Auslauftotpunkt AT) des Walzgerüsts 1. Dies entspricht in Figur 1 einer Drehung der Walzen um einen Winkel von 280°. Dabei streckt das Walzenpaar 2, 3 die Luppe 11 über den im Inneren der Luppe 11 gehaltenen Walzdorn 4. Die Walzen 2, 3 und der Walzdorn 4 sind derart kalibriert, dass sich der Spalt zwischen den Walzen 2, 3 und Walzdorn 4 in der Arbeitskaliberzone der Walzen 2, 3 stetig von der Wandstärke der Luppe 11 zu der Wandstärke des fertig gewalzten Rohres 25 verringert. Darüber hinaus verringert sich der von den Walzendefinierte Außendurchmesser vom Außendurchmesser der Luppe auf den Außendurchmesser des fertigen Rohrs und der vom Walzdorn definierte Innendurchmesser vom Innendurchmesser der Luppe auf den Innendurchmesser des Rohrs. Nach der Arbeitskaliberzone der Walzen 2, 3 folgt die Glättkaliberzone der Walzen 2, 3, in welcher ein Glätten der Oberfläche des herzustellenden Rohres 25 stattfindet. Bei dem Erreichen des hinteren Umkehrpunkts 10 des Walzgerüsts 1 gibt die Auslauftasche (nicht gezeigt) der Walzen 2, 3 das fertig gewalzte Rohr frei.
Um eine gleichmäßige Form des fertigen Rohres 25 zu erhalten, erfährt die Luppe 11 neben einem Vorschub eine intermittierende Drehung um ihre Längsachse. Das Drehen der Luppe 11 findet dabei an beiden Umkehrpunkten 9, 10 des Walzgerüsts 1 statt. Durch mehrfaches Überwalzen jedes Rohrabschnitts werden eine gleichmäßige Wanddicke und Rundheit des Rohrs sowie gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser erreicht.
Das fertige Rohr 25 wird von einem Spannfutter 22 eines Auslaufspannschlittens 18 aufgenommen und aus der Kaltpilgerwalzanlage 7 herausgezogen.
Figur 2 zeigt einen schematischen Aufbau einer weiteren Kaltpilgerwalzanlage 7' in einer Seitenansicht. Im Gegensatz zu Figur 1 weist die in Figur 2 dargestellte Kaltpilgerwalzanlage 7' jedoch zwei Vorschubspannschlitten 5, 5' mit je einem Vorschubspanfutter 12, 12' zum Aufnehmen einer Luppe 11 auf. Die beiden Vorschubspannschlitten 5, 5' lassen sich zwischen ihren vorderen 13, 13' und hinteren Umkehrpunkten 14, 14' jeweils um 12 m verfahren und zeichnen sich im Vergleich zu dem in Figur 1 gezeigten Vorschubspannschlitten 5 demnach durch einen kleineren Verfahrweg aus.
Der in Vorschubrichtung der Luppe 11 vordere Vorschubspannschlitten 5' hat die Luppe bereits bis kurz vor seinen hinteren Umkehrpunkt 14' in Richtung auf den Walzdorn 4 zu vorgeschoben. Der in Vorschubrichtung der Luppe 11 hintere Vorschubspannschlitten 5 kommt dem vorderen Vorschubspannschlitten 5' entgegen der Vorschubrichtung der Luppe entgegen, damit der vordere Vorschubspannschlitten 5', wenn er an seinem hinteren Umkehrpunkt 14' angekommen ist, dem hinteren Vorschubspannschlitten 5 an dessen vorderen Umkehrpunkt 13 die Luppe 11 übergeben kann. Nach erfolgter Aufnahme der Luppe 11 von dem hinteren Vorschubspannschlitten 5 würde dieser im nächsten Schritt die Luppe 11 schrittweise in Richtung auf den Walzdorn 4 zu verschieben, während der vordere Vorschubspannschlitten 5' wieder an seinen vorderen Umkehrpunkt 13' zurückkehren würde, um eine weitere Luppe 11' aufnehmen. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Betrieb der Walzanlage ermöglicht, welcher Totzeiten bei der Rückkehr eines einzigen Vorschubspannschlittens 5 wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt von seinem hinteren zu seinem vorderen Umkehrpunkt vermeidet.
Im Unterschied zu der in Figur 1 dargestellten Kaltpilgerwalzanlage 7 weist die Kaltpilgerwalzanlage 7' aus Figur 2 zudem neben dem vorderen Dornwiderlager 15 noch ein in Vorschubrichtung der Luppe 11 hinteres Dornwiderlager 16 auf. Das hintere Dornwiderlager 16 ist zwischen dem vorderen Umkehrpunkt 13' des vorderen Vorschubspannschlittens 5' und dem vorderen Dornwiderlager 15 angeordnet und weist wie das vordere Dornwiderlager 15 ein Spannfutter 20 zur Halterung der Dornstange 8 auf. Die Luppe 11 in Figur 2 hat das vordere Dornwiderlager 15 bereits verlassen, so dass das Spannfutter 19 des vorderen Dornwiderlagers 15 zugefahren ist und die Dornstange 8 fest einspannt. Das Spannfutter 20 des hinteren Dornwiderlagers 16 ist hingegen aufgefahren und lässt die Luppe 11 zwischen Spannfutter 20 und Dornstange 8 passieren.
In Figur 2 beträgt der Abstand zwischen dem vorderen Dornwiderlager 15, gemessen an dem in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Ende des Spannfutters 19, und dem hinteren Dornwiderlager 16 38 m, während die in Figur 2 dargestellte Luppe 11 eine Länge von 37 m aufweist. Demnach kann die Luppe 11 zwischen vorderem 15 und hinteren Dornwiderlager 16 angeordnet werden und die Spannfutter 19, 20 beider Dornwiderlager 15, 16 können zugefahren werden, ohne dass die Spannfutter 19, 20 die Luppe 11 einklemmen.
In Figur 3 ist eine Kaltpilgerwalzanlage 7" in einer schematischen Seitenansicht dargestellt, welche im Vergleich zu der in Figur 2 gezeigten Kaltpilgerwalzanlage 7' zusätzlich zu den zwei Vorschubspannschlitten 5, 5', dem vorderen 15 und dem hinteren Dornwiderlager 16 noch eine Aufwickelvorrichtung 30 aufweist.
Um das fertige Rohr 25 hinter dem Walzgerüst 1 in eine transportfähige Form aufwickeln zu können, ist bei der in Figur 3 dargestellten Kaltpilgerwalzanlage 7" zudem eine Aufwickelvorrichtung 30 vorgesehen. Die Aufwickelvorrichtung 30, welche in Figur 3 schematisch dargestellt ist, besteht aus einem Haltegestell 33 und einer Biegeeinrichtung 31. Die Biegeeinrichtung 31 weist drei Biegewalzen 32b auf, die in der dargestellten Ausführungsform alle drei motorisch angetrieben sind und reibschlüssig mit dem fertigen Rohr 25 in Eingriff treten.
Der bereits fertig gewalzte Teil der Luppe, d.h. der Teil des bereits fertigen Rohres 25, wird zunächst von einem Spannfutter 22 eines Auslaufspannschlittens 18 aufgenommen und in Richtung der Aufwickelvorrichtung 30 gezogen. Sobald ein Teil des bereits fertigen Rohres 25 zwischen die Biegewalzen 32b der Biegeeinrichtung 31 der Aufwickelvorrichtung 30 gerät, wird dieser Teil des fertigen Rohres 25 von zwei über dem fertigen Rohr 25 angeordneten Biegewalzen 32b und einer unter dem fertigen Rohr 25 angeordneten Biegewalze 32b zunächst gekrümmt. Infolge einer motorisch angetriebenen Rotation der Aufwickelvorrichtung 30 in Richtung des in Figur 3 eingezeichneten Pfeils wird der gekrümmte Teil des fertigen Rohres 35 um eine erste Achse 34 herum spiralförmig aufgewickelt.
Die Biegeeinrichtung 31 bzw. die drei Biegewalzen 32b sind zudem um eine zweite Achse 35, die mit der Längsachse des aus dem Ausfuhrspannschlitten 18 austretenden fertigen Rohrs 25 zusammenfällt, verschwenkbar an dem Haltegestell 33 befestigt. Dabei erfolgt die Verschwenkbewegung der Biegewalzen 32b um die zweite Achse 35 mit Hilfe eines Motorantriebs. Das gleichzeitig mit dem Aufwickeln erfolgende Verschwenken wird mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit wie die Verschwenkbewegung der Luppe 11 um deren Längsachse während des Auswalzens der Luppe 11 ausgeführt. Beide Verschwenkbewegungen finden folglich synchron zueinander statt. Dies hat den Vorteil, dass ein Verwinden des fertigen Rohres 35 beim Aufwickeln vollständig, zumindest aber im Wesentlichen, vermieden wird und das fertige Rohr 25 ohne Torsionsspannungen während des Walzens aufgewickelt wird.
Zusätzlich ist in der gleichen Werkshalle ein Glühofen 29 vorgesehen, in dem die Luppe 11 vor dem Einlauf in die Pilgerwalzanlage 7‴ und nach einem ersten Walzen in einer zweiten Kaltpilgerwalzanlage geglüht wird.
Für Zwecke der ursprünglichen Offenbarung wird darauf hingewiesen, dass sämtliche Merkmale, wie sie sich aus der vorliegenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen für einen Fachmann erschließen, auch wenn sie konkret nur im Zusammenhang mit bestimmten weiteren Merkmalen beschrieben wurden, sowohl einzeln als auch in beliebigen Zusammenstellungen mit anderen der hier offenbarten Merkmale oder Merkmalsgruppen kombinierbar sind, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wurde oder technische Gegebenheiten derartige Kombinationen unmöglich oder sinnlos machen. Auf die umfassende, explizite Darstellung sämtlicher denkbarer Merkmalskombinationen wird hier nur der Kürze und der Lesbarkeit der Beschreibung wegen verzichtet. Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung dargestellt und beschrieben wurde, erfolgt diese Darstellung und Beschreibung lediglich beispielhaft und ist nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht, so wie er durch die Ansprüche definiert wird. Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.
Abwandlungen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann aus den Zeichnungen, der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich. In den Ansprüchen schließt das Wort "aufweisen" nicht andere Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel "eine" oder "ein" schließt eine Mehrzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in unterschiedlichen Ansprüchen beansprucht sind, schließt ihre Kombination nicht aus. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Beschränkung des Schutzbereichs gedacht.

Bezugszeichenliste

1: Walzgerüst
2, 3: obere, untere Walze
4: Walzdorn
5: Vorschubspannschlitten
6: Linearmotor
7, 7', 7": Kaltpilgerwalzanlage
8: Dornstange
9: vorderer Umkehrpunkt des Walzgerüsts
10: hinterer Umkehrpunkt des Walzgerüsts
11: Luppe
12: Vorschubspannfutter
13: vorderer Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens
14: hinterer Umkehrpunkt des Vorschubspannschlittens
15: vorderes Dornwiderlager
16: hinteres Dornwiderlager
18: Auslaufspannschlitten für fertiges Rohr
19, 20, 22: Spannfutter
23: Kurbeltrieb
24: Schubstange
25: fertiges Rohr
26: Abwickelvorrichtung
27: Spindel
28: erste Achse (Abwickelvorrichtung)
29: Glühofen
30: Aufwickelvorrischtung
31: Biegeeinrichtung
32a, 32b: Biegerolle
33: Haltegestell
34: erste Achse (Aufwickelvorrichtung)
35: zweite Achse (Aufwickelvorrichtung)

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Rohres (25) aus Stahl durch Kaltumformen einer Luppe (11) in einer ersten Kaltpilgerwalzanlage (7, 7', 7") mit einem Walzgerüst (1) mit daran drehbar gelagerten Walzen (2, 3), einem von einer Dornstange (8) gehaltenen Walzdorn (4), mindestens einem die Dornstange (8) haltenden Dornwiderlager (15, 16) und mindestens einem Vorschubspannschlitten (5) mit einem Vorschubspannfutter (12) zum Aufnehmen der Luppe (11) mit den Schritten:
a) Auffahren eines Spannfutters (19) eines in Vorschubrichtung der Luppe (11) vorderen Dornwiderlagers (15) in radialer Richtung und Durchführen einer ersten Luppe (11) durch das vordere Dornwiderlager (15) zwischen dem Spannfutter (19) des vorderen Dornwiderlagers (15) und der Dornstange (8),

b) nach dem vollständigen Durchführen der ersten Luppe (11) durch das vordere Dornwiderlager (15) Zufahren des Spannfutters (19) des vorderen Dornwiderlagers (15) in radialer Richtung derart, dass das vordere Dornwiderlager (15) die den Walzdorn (4) tragende Dornstange (8) festhält,

c) Zuführen der ersten Luppe (11) zu einem Vorschubspannschlitten (5) und Aufnehmen der ersten Luppe (11) durch Auffahren des Vorschubspannfutters (12) in radialer Richtung und Einspannen der ersten Luppe (11) durch Zufahren des Vorschubspannfutters (12) in radialer Richtung an einem in Vorschubrichtung der Luppe (11) vorderen Umkehrpunkt (13) des Vorschubspannschlittens (5),

d) Auswalzen der ersten Luppe (11) durch die Walzen (2, 3) über dem Walzdorn (4) zu einem kaltverfestigten Rohr (25) durch schrittweises Vorschieben der ersten Luppe (11) mit Hilfe des Vorschubspannschlittens (5) und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts (1) zwischen einem vorderen (9) und einem hinteren Umkehrpunkt (10) mit den Walzen (2, 3),
dadurch gekennzeichnet, dass
vor dem Schritt a) in einem Schritt a') ein Bereitstellen der ersten Luppe (11) auf einer Spindel (27) aufgewickelt und ein Abwickeln der ersten Luppe (11) von der Spindel (27) mit einer Abwickelvorrichtung (26) erfolgt,

wobei zum Bereitstellen der ersten Luppe (11) eine Luppe in einer zweiten Kaltpilgerwalzanlage zu der in die erste Kaltpilgerwalzanlage (7, 7', 7") einlaufenden ersten Luppe (11) umgeformt und auf die Spindel (27) aufgewickelt wird, so dass das aus der ersten Kaltpilgerwalzanlage (7, 7', 7") auslaufende Rohr (25) ein zweifach gewalztes Rohr (25) ist,

wobei die aus der zweiten Kaltpilgerwalzanlage (7, 7', 7") auslaufende, auf der Spindel (27) aufgewickelt angeordnete erste Luppe (11) vor dem Durchführen durch das vordere Dornwiderlager (15) auf eine Temperatur in einem Bereich von 1000° C bis 1200° C erhitzt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Rohres gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Luppe (11) eine Länge von 30 m oder mehr aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Rohres gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den nach dem Schritt a) und vor dem Schritt b) zusätzlich erfolgenden Schritt:
e) Auffahren eines Spannfutters (12') eines in Vorschubrichtung der Luppe (11) hinteren und zwischen dem vorderen Umkehrpunkt (13') eines in Vorschubrichtung der Luppe (11) vorderen Vorschubspannschlittens (5') und dem vorderen Dornwiderlager (15) angeordneten Dornwiderlagers (16) in radialer Richtung, wobei das hintere Dornwiderlager (16) von dem vorderen Dornwiderlager (15) einen Abstand von mindestens 30 m aufweist, und Durchführen der ersten Luppe (11) durch das hintere Dornwiderlager (16),
wobei das Auswalzen der ersten Luppe (11) durch die Walzen (2, 3) über dem Walzdorn (4) zu einem kaltverfestigten Rohr (25) in Schritt c) durch schrittweises Vorschieben der ersten Luppe (11) abwechselnd mit Hilfe des vorderen Vorschubspannschlittens (5') von einem vorderen Umkehrpunkt (13') bis zu einem hinteren Umkehrpunkt (14') des vorderen Vorschubspannschlittens (5') und mit Hilfe eines in Vorschubrichtung der Luppe hinteren Vorschubspannschlittens (5) von einem vorderen Umkehrpunkt (14) bis zu einem hinteren Umkehrpunkt (13) des hinteren Vorschubspannschlittens (5) und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts (1) zwischen einem vorderen (9) und einem hinteren Umkehrpunkt (10) mit den Walzen (2, 3) erfolgt,

und wobei das Verfahren zusätzlich die Schritte aufweist:
f) nach dem vollständigen Durchführen der ersten Luppe (11) durch das hintere Dornwiderlager (16) Zufahren des Spannfutters (20) des hinteren Dornwiderlagers (16) in radialer Richtung derart, dass das hintere Dornwiderlager (16) die den Walzdorn (4) tragende Dornstange (8) festhält,

g) während des Walzens der ersten Luppe (11) Abwickeln einer zweiten, auf einer um eine zu der Vorschubrichtung der Luppe senkrechte Achse (28) drehbaren Spindel (27') aufgewickelt angeordneten Luppe (11'),

h) Auffahren des Spannfutters (19) des vorderen Dornwiderlagers (15) und Durchführen der zweiten Luppe (11') durch das vordere Dornwiderlager (15) in den Bereich zwischen vorderem Dornwiderlager (15) und hinterem Dornwiderlager (16),

i) nach dem vollständigen Durchführen der zweiten Luppe (11') durch das vordere Dornwiderlager (15) Zufahren des Spannfutters (19) des vorderen Dornwiderlagers (15) derart, dass das vordere Dornwiderlager (15) die den Walzdorn (4) tragende Dornstange (8) festhält,

j) Auffahren des Spannfutters (20) des hinteren Dornwiderlagers (16),

k) Durchführen der zweiten Luppe (11') durch das hintere Dornwiderlager (16),

I) Zuführen der zweiten Luppe (11') zu dem vorderen Vorschubspannschlitten (5') und Aufnehmen der zweiten Luppe (11') in dem Vorschubspannfutter (12') des vorderen Vorschubspannschlittens (5') und Einspannen der zweiten Luppe (11') durch Zufahren des Vorschubspannfutters (12') des vorderen Vorschubspannschlittens (5') in radialer Richtung,

m) Auffahren des Vorschubspannfutters (12) des hinteren Vorschubspannschlittens (5) in radialer Richtung,

n) schrittweises Vorschieben der zweiten Luppe (11') abwechselnd mit Hilfe des vorderen Vorschubspannschlittens (5') und des hinteren Vorschubspannschlittens (5) bei eingespannter zweiter Luppe (11'),

o) nach dem vollständigen Austreten des aus der ersten Luppe (11) fertig gewalzten Rohres (25) aus dem Walzgerüst (1) Einführen der zweiten Luppe (11') in das Walzgerüst (1) und

p) Auswalzen der zweiten Luppe (11') durch die Walzen (2, 3) über dem Walzdorn (4) zu einem kaltverfestigten Rohr (25') durch schrittweises Vorschieben der zweiten Luppe (11') abwechselnd mit Hilfe des hinteren Vorschubspannschlittens (5) und des vorderen Vorschubspannschlittens (5') und oszillatorisches Vor- und Zurückbewegen des Walzgerüsts (1) zwischen einem vorderen (9) und einem hinteren Umkehrpunkt (10) mit den Walzen (2, 3).
Verfahren zum Herstellen eines Rohres gemäß Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein Aufwickeln eines bereits fertig gewalzten Teils (25) der Luppe während des Auswalzens eines noch zu walzenden Teils der Luppe (11) zu einem kaltverfestigten Rohr (25) mit den Schritten:
Krümmen eines bereits fertig gewalzten Teils (25) der Luppe in einer Biegeeinrichtung (31), spiralförmiges Aufwickeln eines bereits fertig gewalzten Teils (25) der Luppe um eine erste Achse (34) herum, und

Verschwenken der an einem Haltegestell (33) aufgenommenen Biegeeinrichtung (31) und der ersten Achse (34) um eine im Wesentlichen zu der ersten Achse (34) senkrechte und zu einer Längsachse einer zwischen den Walzen (2, 3) aufgenommenen Luppe (11) parallelen zweite Achse (35) derart, dass das Verschwenken mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit erfolgt wie ein Verschwenken der Luppe (11) um deren Längsachse während des Walzens der Luppe (11).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornstange (8) eine Zugfestigkeit von 1000 N oder mehr aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dornstange (8) eine Dehnung von 10 % oder weniger aufweist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kaltpilgerwalzanlage (7', 7") ein hinteres Dornwiderlager (16) mit einem Spannfutter (20) zur Halterung der Dornstange (8) in Vorschubrichtung der Luppe (11) zwischen dem vorderen Umkehrpunkt (13) des Vorschubspannschlittens (5) und dem vorderen Dornwiderlager (15) aufweist, wobei das hintere Dornwiderlager (16) von dem vorderen Dornwiderlager (15) einen Abstand von mindestens 30 m aufweist derart, dass die Dornstange (8) im Betrieb der ersten Kaltpilgerwalzanlage (7', 7") von mindestens einem Spannfutter (19, 20) des vorderen Dornwiderlagers (15) oder des hinteren Dornwiderlagers (16) festhaltbar ist.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Vorschubschlitten (5, 5') der ersten Kaltpilgerwalzanlage (7, 7', 7") derart ausgestaltet ist, dass er eine Luppe (11) mit einem Gewicht von 100 kg/m oder mehr vorschieben kann.