EP3793755A1 - Streckreduzierungswalzwerk mit verbesserter durchmesser- und wanddickentoleranz - Google Patents

Streckreduzierungswalzwerk mit verbesserter durchmesser- und wanddickentoleranz

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EP3793755A1
EP3793755A1 EP19723369.5A EP19723369A EP3793755A1 EP 3793755 A1 EP3793755 A1 EP 3793755A1 EP 19723369 A EP19723369 A EP 19723369A EP 3793755 A1 EP3793755 A1 EP 3793755A1
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EP
European Patent Office
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group
stretch
reducing mill
rollers
rolling stands
Prior art date
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EP19723369.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3793755B1 (de
Inventor
Norbert Theelen
Susanne Zeller
Helge Dähndel
Alexander Gohr
Peter Thieven
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
Application filed by SMS Group GmbH filed Critical SMS Group GmbH
Publication of EP3793755A1 publication Critical patent/EP3793755A1/de
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Publication of EP3793755B1 publication Critical patent/EP3793755B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B17/00—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling
    • B21B17/14—Tube-rolling by rollers of which the axes are arranged essentially perpendicular to the axis of the work, e.g. "axial" tube-rolling without mandrel, e.g. stretch-reducing mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B31/00—Rolling stand structures; Mounting, adjusting, or interchanging rolls, roll mountings, or stand frames
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2267/00—Roll parameters
    • B21B2267/18—Roll crown; roll profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/02—Shape or construction of rolls
    • B21B27/024—Rolls for bars, rods, rounds, tubes, wire or the like

Definitions

  • the invention relates to a stretch reducing mill for the production of seamless tubes, which has a plurality of rolling stands arranged one behind the other in a conveying direction of the tubes, each having three rollers arranged at an angular distance of 120 °.
  • draft-reducing and / or sizing mills which have a plurality of rolling mills arranged one behind the other in the conveying direction of the pipe.
  • the rolling stands usually have three rollers, which are arranged at an angular distance of 120 ° symmetrically around the tube. It is known to arrange adjacent rolling stands relative to each other by 60 ° entangled, so that sections of the pipe to be rolled are rolled alternately in the caliber base and the jump in the caliber of the rolls.
  • WO 2017/068533 A1 describes a rolling mill with a first section which has a plurality of rolling stands and is adapted for rolling via a mandrel inserted into the pipe, and a second section which has a plurality of rolling stands and is set up for rolling without a mandrel ,
  • the rolling stands each have three rollers.
  • the axes of rotation of the rolls of adjacent roll stands are each tilted by 180 °, as shown in FIGS. 1A and 1B of WO 2017/068533 A1. This corresponds to an entanglement around the above 60 °.
  • the stretch-reducing mill according to the invention serves to produce seamless tubes, preferably of a metal material.
  • the "stretch-reducing mill” is to be understood here as a generic term for rolling mills, which is both a reduction of the Outer diameter of the tube as well as a reduction of the inner diameter, whereby an elongation of the tube is effected.
  • the stretch reducing mill is preferably a mandrelless rolling mill.
  • the wall thickness of the tube can be increased or reduced to some extent.
  • the stretch-reducing mill has a plurality of rolling mills arranged one behind the other in the conveying direction of the tubes, each having three rollers arranged at an angular distance of 120 °.
  • the rollers are thus arranged symmetrically around the tube to exert a rolling force on the outer circumference of the tube from three sides.
  • the rolling stands are subdivided into at least two groups, each with at least two rolling stands, wherein the rolls of adjacent rolling stands within a group are interlocked relative to one another by a group-internal angle. Further, the rolls of stands of adjacent groups are interlocked relative to each other by a group angle smaller than the intra-group angle.
  • the terms “entanglement” or “offset” encompass a relative rotation of adjacent rolling stands (analogous to groups) - more precisely, their rolls - around said group-internal angle (analogous to group angle).
  • the rolls are arranged symmetrically about the pipe at an angular interval of 120 °, a condition corresponding to a rotation by a certain angle can be obtained by rotating at one or more other angles. For example, a 60 ° tilt is achieved by tilting by 180 °.
  • the terms “entanglement” or “skew” are used herein by an angle to denote a twist both at this angle and at all equivalent angles. The twisting can be done with respect to the rolling direction both clockwise and counterclockwise.
  • the rolling stands are interlocked group-wise, to a group angle which is smaller than the intra-group angle.
  • Restriction is superimposed on the internal polygon formation of a group with a group angle inclined inside polygon formation of the following group.
  • Another technical effect is that by the groupwise angular displacement of the rollers, the temperature compensation in the pipe, if a temperature gradient along the radial direction of the tube is present, is improved. Both effects contribute to the homogenization of the rolled wall thicknesses and thus to the improvement of the rolling quality when rolling seamless pipes.
  • the intra-group angle is 60 °, whereby portions of the tube are rolled alternately in the caliber base or by the caliber jump.
  • the wall thickness characteristic is improved within the group.
  • the group angle is 30 °.
  • the number of rolls per caliber may differ in principle from “three”, in particular, four rolls per caliber come into question, even if this is rather the exception in practice.
  • the rolls of the group-related rolling stands preferably have a caliber shape deviating from the circular shape. That way you can prevent material from entering the nip between the rolls, which could damage the surface of the stock.
  • At least one neutral rolling mill is provided, each with three rollers arranged at an angular distance of 120 °, the caliber shape of which counteracts a torsional moment acting on the pipe.
  • the neutral mill stand thus serves to avoid twisting of the pipe between two adjacent groups.
  • the reason for a possible twisting of the tube is that, in particular in the case of non-circular caliber, a torsion moment can act on the tube about its own axis if a group-related setting is applied.
  • at least one neutral roll stand is preferably connected between adjacent groups.
  • a neutral rolling mill may be characterized, for example, by the fact that its caliber shape has a smaller deviation from the circular shape than that of the other stands and / or the decrease in diameter relative to the other stands.
  • the rolls of the one or more neutral rolling stands have a circular or approximately circular caliber shape.
  • the one or more neutral rolling mills preferably do not form a separate group (s), but rather are preferably completely or at least partially structural components of the groups defined above, such as the upstream group in each case. Unless all of the neutral rolling stands belonging to the transition between two groups are part of the upstream group, the remaining neutral rolling stands are structurally preferred to the downstream group. In this way, a special construction solution can be avoided.
  • the size of the groups ie the number of rolling stands in the respective group, can be made dependent on the dimension to be rolled. So find preferably about 35% to 70% of the total diameter reduction in the first group and the remaining diameter reduction in the second group. The reason for this distribution is that the inner polygon formation gradually builds up and thus there is a risk of overcompensation. In other words, in the case of an unfavorable distribution, the optimum compensation does not lie behind the last roll stand, but on an inner roll stand.
  • the stretch reducing mill is a pullout mill.
  • a rolling mill is referred to, which is downstream of a drafting mill with mandrel to deduct the rolled over the mandrel tube from the mandrel.
  • Ausziehwalzwerke be increasingly designed so that they at the same time cause a relatively strong deformation of the tube in addition to the mere separation of the tube from the mandrel.
  • the tube has a comparatively high temperature gradient from the outside (cold) to the inside (warm) at this stage of the process.
  • the Ausziehwalzer is designed as a stretch-reducing mill, the inhomogeneous temperature distribution in the pipe can have a particularly adverse effect on the rolling result.
  • a group-related setting is particularly suitable for a drawing-out mill designed as a stretch-reducing mill.
  • FIG. 1 is a schematic view of a stretch reducing mill with grouped rolling stands.
  • FIG. 2 shows a roll stand in a three-roll design.
  • FIG. 3 schematically shows a groupwise setting of rolling stands.
  • FIG. 1 is a schematic view of a stretch-reducing mill 1.
  • the stretch-reducing mill 1 has a plurality of rolling stands 10, here by way of example fifteen.
  • the rolling stands 10 are preferably individually controllable.
  • the rotational speeds of rollers 11 (cf., FIG. 2) of the rolling stands 10 are individually adjustable.
  • control device 2 The control of the rolling stands 10 via a control device 2, preferably computer-based. If necessary, the control device 2 assumes the control of further components of the stretch-reducing mill 1. It should be noted that the term “control device” encompasses both centralized and decentralized structures for controlling the stretch-reducing mill 1. Accordingly, the control device 2 does not have to be at the "location" of the stretch-reducing mill 1 or be part of it. In addition, control tasks, data processing steps, etc. can be distributed to different computing devices, which then fall in their entirety under the name "controller”. Furthermore, the communication of the Control device 2 done with the components to be controlled both physically via cable and wirelessly.
  • the pipe R For rolling a pipe R, this runs in a conveying direction F through the stretch-reducing mill 1.
  • the pipe R Before entering the stretch-reducing mill 1, the pipe R has an inlet-side wall thickness d1.
  • the tube R At the exit from the last stand 10, the tube R has a wall thickness d2 and a reduced diameter.
  • the wall thickness d2 is not necessarily reduced with respect to the wall thickness d1, but may be smaller, but equal or greater than the initial wall thickness d1, depending on the roller speed.
  • the inlet-side and / or outlet-side wall thickness d1 or d2 can be measured by means of one or more wall thickness measuring devices (not shown).
  • other process parameters may be measured or otherwise determined, for example, the inlet side and / or outlet side velocity of the tube R, the inlet side and / or outlet side weight of the tube R, etc.
  • the determined process parameters may be transmitted to the controller 2 for controlling the rolling process ,
  • FIG. 2 shows a roll stand 10, 10 'with three rolls 11, which are arranged symmetrically around the pipe R at an angular distance of 120 °.
  • the rollers 11 each have a circular arc-shaped cross section of the rolling surface, ie a round caliber shape, according to this embodiment.
  • the caliber base 13 is the center of the rolling surface, seen in the cross section of FIG. 2 and in the axial direction of the corresponding roller 11.
  • the two outer ends of the rolling surface - also seen in the cross section of Figure 2 and in the axial direction of the corresponding roller 11 - are referred to as a jump in velocity 14.
  • the caliber base 13 and the caliber jump 14 are characteristic positions of the rolling surface.
  • the caliber shape deviates from a perfect circular arc.
  • the reason for the deviation from the circular shape is that in this way it can be prevented that material enters the gap between adjacent rollers 11 - more precisely, between the caliber cracks 14 of adjacent rollers 11 -. It is achieved by local caliber reduction and local caliber enlargement, that deviations of the pipe diameter are compensated.
  • the rolling stands 10 are subdivided into two groups A and B, which each have seven rolling stands 10.
  • the groups A, B are disjoint, i. they are arranged sequentially one behind the other and do not overlap or penetrate each other.
  • the rollers 11 of the rolling stands 10 according to the present embodiment by a group-internal angle ai of 60 ° or about 60 ° against each other entangled, so that the pipe sections are alternately rolled in each caliber base 13 or 14 from the caliber jump.
  • the number of rolling stands 10 per group A, B is in this case dimensioned so that the formation of the inner polygon is minimized.
  • the number of rolling stands 10 per group A, B is at least two, preferably in the range of 2 to 8.
  • the number of rolling stands 10 may vary from group A to group B.
  • O G is equal to or about 30 °.
  • the rolling stands 10 of the groups A, B are shown schematically.
  • a group A, B are the rolling stands 10 and their rollers 11 (without reference numerals in Figure 3) alternately rotated by 180 ° or tilted, whereby the above-described entanglement of 60 ° is achieved.
  • a rotation of 90 ° was made between groups A and B, resulting in a 30 ° entanglement.
  • the two types of entanglement can also be achieved directly by rotation about the group angle O G and the group internal angle ai.
  • the variant shown in Figure 3 has constructive advantages, especially in the coupling of the rollers 11 to the drives (not shown).
  • the 60 ° offset results, for example, by tilting the rolling stands 10 by 180 °.
  • the drives can be arranged with an internal power distribution on the usual insertion side and opposite the insertion side. This simplifies the installation and maintenance of the drives, since the coupling can take place directly when the scaffolding is inserted.
  • the size of the groups A, B ie the number of rolling stands 10 in the respective group A, B, can be made dependent on the dimension to be rolled. Thus, preferably about 35% to 70% of the total diameter reduction in the first group A and the remaining diameter reduction in the second group B take place. The reason for this distribution is that the inner polygon formation gradually builds up and thus there is a risk of overcompensation.
  • the neutral one Roll stand 10 ' serves to prevent twisting of the pipe R between the groups A and B.
  • the cause of a possible twisting of the tube R is that, in the case of a non-circular deformation, a torsional moment can act on the tube R about its own axis if a group-related limitation of OG is applied.
  • At least one neutral roll stand 10 ' is preferably connected between the groups A, B.
  • the rollers 11 of the neutral roll stand 10 ' have a circular or approximately circular caliber shape, as shown in FIG.
  • Another technical effect is that by the groupwise offset caliber base 13, a temperature compensation at a possible temperature gradient in the tube R is improved. This effect is particularly noticeable when there is an inhomogeneous temperature distribution along the radial direction of the tube R, as is the case in particular in the case of
  • Ausziehwalzwerken occurs. Ausziehwalzwerke, which are normally located immediately behind a drafting mill with mandrel, serve to separate the tube R from the mandrel.
  • the tube R has a comparatively high temperature gradient from the outside (cold) to the inside (warm) in this stage of the process.
  • the Ausziehwalztechnik is designed as a stretch-reducing mill 1, that is designed in addition to the separation of mandrel and pipe R at the same time for a strong deformation of the tube R, the inhomogeneous temperature distribution in the tube R can adversely affect the rolling result.
  • a group-related restriction according to the disclosed embodiments is for this reason, for a Ausziehwalzwerk, in particular designed as a stretch-reducing mill 1 Ausziehwalzer, particularly suitable.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Reduction Rolling/Reduction Stand/Operation Of Reduction Machine (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Abstract

Streckreduzierwalzwerk (1) zur Herstellung nahtloser Rohre (R), das mehrere in einer Förderrichtung (F) der Rohre (R) hintereinander angeordnete Walzgerüste (10) mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen (11) aufweist, wobei die Walzgerüste (10) in mindestens zwei Gruppen (A, B) mit jeweils mindestens zwei Walzgerüsten (10) unterteilt sind, die Walzen (11) benachbarter Walzgerüste (10) innerhalb einer Gruppe (A, B) um einen gruppeninternen Winkel αI relativ zueinander verschränkt sind, und die Walzen (11) der Walzgerüste (10) benachbarter Gruppen (A, B) um einen Gruppenwinkel αG, der kleiner als der gruppeninterne Winkel αI ist, relativ zueinander verschränkt sind.

Description

Streckreduzierwalzwerk mit verbesserter Durchmesser- und
Wanddickentoleranz
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Streckreduzierwalzwerk zur Herstellung nahtloser Rohre, das mehrere in einer Förderrichtung der Rohre hintereinander angeordnete Walzgerüste mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung nahtloser Rohre kommen Streckreduzier- und/oder Maßwalzwerke zum Einsatz, die mehrere in Förderrichtung des Rohrs hintereinander angeordnete Walzgerüste aufweisen. Die Walzgerüste weisen üblicherweise drei Walzen auf, die im Winkelabstand von 120° symmetrisch um das Rohr herum angeordnet sind. Es ist bekannt, benachbarte Walzgerüste relativ zueinander um 60° verschränkt anzuordnen, so dass Abschnitte des zu walzenden Rohrs abwechselnd im Kalibergrund und vom Kalibersprung der Walzen gewalzt werden. So beschreibt die WO 2017/068533 A1 ein Walzwerk mit einem ersten Abschnitt, der mehrere Walzgerüste aufweist und für das Walzen über einen in das Rohr eingebrachten Dorn eingerichtet ist, und einem zweiten Abschnitt, der mehrere Walzgerüste aufweist und für das Walzen ohne Dorn eingerichtet ist. Die Walzgerüste weisen jeweils drei Walzen. Die Drehachsen der Walzen benachbarter Walzgerüste sind jeweils um 180° gekippt, wie es in den Figuren 1A und 1 B der WO 2017/068533 A1 gezeigt ist. Dies entspricht einer Verschränkung um die oben genannten 60°. Speziell bei dickwandigen Rohren in Verbindung mit großen Durchmesserreduktionen kommt es im Streckreduzierwalzwerk aufgrund der ungleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung zwischen Kalibergrund und Kalibersprung der Walzen zu einer ungleichmäßigen Ausbildung des Rohrinneren. Es bildet sich ein polygonartiger Innenquerschnitt senkrecht zur Rohrachse aus. Dieses Phänomen wird auch als "Innenpolygonbildung" bezeichnet. Wenn das Walzwerk als Ausziehwalzwerk fungiert, kommen erschwerend Temperaturunterschiede aus dem vorhergehenden Streckaggregat hinzu, die ebenfalls unterschiedliche Umformbedingungen zwischen Kalibergrund und Kalibersprung begründen. Dies überlagert die Innenpolygonbildung des nachfolgenden Aggregats und kann den Effekt somit verstärken. Die Innenpolygonbildung ist besonders ausgeprägt, wenn sowohl das Streckaggregat als auch das Ausziehwalzwerk in Dreiwalzenbauweise ausgeführt sind. Eine Vierwalzenbauweise als Alternative kommt zumeist aufgrund des begrenzten Einbauraums für die Walzenlagerungen und der damit einhergehenden geringen Aufnahmefähigkeit der Umformkräfte nicht in Frage.
Darstellung der Erfindung Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Walzqualität eines
Streckreduzierwalzwerks zur Herstellung nahtloser Rohre zu verbessern, insbesondere die gewalzten Wanddicken zu vergleichmäßigen.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Streckreduzierwalzwerk mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen folgen aus den Unteransprüchen, der folgenden Darstellung der Erfindung sowie der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Das erfindungsgemäße Streckreduzierwalzwerk dient der Herstellung nahtloser Rohre, vorzugsweise aus einem Metallmaterial. Das "Streckreduzierwalzwerk" ist hierin als Oberbegriff für Walzwerke zu verstehen, die sowohl eine Reduktion des Außendurchmessers des Rohrs als auch eine Reduktion des Innendurchmessers bewirken, wodurch eine Längung des Rohrs bewirkt wird. Aus diesem Grund ist das Streckreduzierwalzwerk vorzugsweise ein dornloses Walzwerk. Je nach eingestellten Walzendrehzahlen kann auch die Wanddicke des Rohres in gewissem Umfang vergrößert oder verringert werden. Das Streckreduzierwalzwerk weist mehrere in Förderrichtung der Rohre hintereinander angeordnete Walzgerüste mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen auf. Die Walzen sind somit symmetrisch um das Rohr herum angeordnet, um von drei Seiten eine Walzkraft auf den Außenumfang des Rohrs auszuüben. Die Walzgerüste sind in mindestens zwei Gruppen mit jeweils mindestens zwei Walzgerüsten unterteilt, wobei die Walzen benachbarter Walzgerüste innerhalb einer Gruppe um einen gruppeninternen Winkel relativ zueinander verschränkt sind. Ferner sind die Walzen von Walzgerüsten benachbarter Gruppen um einen Gruppenwinkel, der kleiner als der gruppeninterne Winkel ist, relativ zueinander verschränkt.
Die Bezeichnungen "Verschränkung" oder "Schränkung" umfassen eine relative Verdrehung benachbarter Walzgerüste (analog Gruppen) - genauer gesagt, deren Walzen - um den genannten gruppeninternen Winkel (analog Gruppenwinkel). Da die Walzen jedoch symmetrisch im Winkelabstand von 120° um das Rohr herum angeordnet sind, kann ein Zustand, der einer Verdrehung um einen bestimmten Winkel entspricht, auch durch Drehung um einen oder mehrere andere Winkel erreicht werden. So wird beispielsweise eine Schränkung um 60° auch durch ein Kippen um 180° erzielt. Aus diesem Grund werden hierin die Bezeichnungen "Verschränkung" oder "Schränkung" um einen Winkel verwendet, um eine Verdrehung sowohl um diesen Winkel als auch um alle äquivalenten Winkel zu bezeichnen. Die Verdrehung kann in Bezug auf die Walzrichtung sowohl im Uhrzeigersinn als gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Erfindungsgemäß sind die Walzgerüste gruppenbezogen verschränkt, um einen Gruppenwinkel, der kleiner als der gruppeninterne Winkel ist. Durch eine derartige Schränkung wird die Innenpolygonbildung einer Gruppe mit einer um den Gruppenwinkel geneigten Innenpolygonbildung der nachfolgenden Gruppe überlagert. Auf diese Weise wird die Annäherung an einen kreisförmigen Innenquerschnitt des Rohrs verbessert. Eine weitere technische Wirkung besteht darin, dass durch die gruppenweise Winkelversetzung der Walzen der Temperaturausgleich im Rohr, sofern ein Temperaturgradient entlang der Radialrichtung des Rohrs vorliegt, verbessert wird. Beide Wirkungen tragen zur Vergleichmäßigung der gewalzten Wanddicken und damit zur Verbesserung der Walzqualität beim Walzen nahtloser Rohre bei.
Vorzugsweise beträgt der gruppeninterne Winkel 60°, wodurch Abschnitte des Rohrs alternierend im Kalibergrund oder vom Kalibersprung gewalzt werden. Dadurch wird die Wanddickenausprägung gruppenintern verbessert. Vorzugsweise beträgt der Gruppenwinkel 60°/n, wobei n eine Ganzzahl größer 1 , d.h. n=2, 3, 4 ..., ist. Vorzugsweise beträgt der Gruppenwinkel 30°. Durch eine derartige Schränkung wird die Innenpolygonbildung einer ersten Gruppe mit einer um 30° geneigten Innenpolygonbildung einer nachfolgenden zweiten Gruppe überlagert. Es wird ein dodekaederförmiges Innenpolygon erzeugt, dessen Abweichungen zwischen einer maximalen Wanddicke und einer minimalen Wanddicke gegenüber einem sechseckförmigen Polygon deutlich reduziert sind.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Walzenanzahl pro Kaliber prinzipiell von "drei" abweichen kann, insbesondere kommen vier Walzen pro Kaliber in Frage, auch wenn dies in der Praxis eher die Ausnahme ist. Im Falle von vier Walzen pro Kaliber beträgt der gruppeninterne Winkel vorzugsweise 45° und der Gruppenwinkel vorzugsweise 45°/n, wobei n eine Ganzzahl größer als 1 , d.h. n=2, 3, 4 ..., ist. Vorzugsweise weisen die Walzen der gruppenbezogenen Walzgerüste eine von der Kreisform abweichende Kaliberform auf. Auf diese Weise lässt sich verhindern, dass Material in den Spalt zwischen den Walzen eintritt, wodurch die Oberfläche des Walzguts beschädigt werden könnte.
Vorzugsweise ist zwischen zwei Gruppen (in Förderrichtung des Rohrs gesehen) mindestens ein neutrales Walzgerüst mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen vorgesehen, deren Kaliberform einem auf das Rohr wirkenden Torsionsmoment entgegenwirken. Das neutrale Walzgerüst dient somit dazu, ein Verdrehen des Rohrs zwischen zwei benachbarten Gruppen zu vermeiden. Die Ursache für ein etwaiges Verdrehen des Rohrs liegt darin, dass insbesondere im Falle nicht-kreisförmiger Kaliber ein Torsionsmoment auf das Rohr um die eigene Achse wirken kann, wenn eine gruppenbezogene Schränkung angewendet wird. Um einer solchen Torsionsneigung entgegenzuwirken, wird vorzugsweise zumindest ein neutrales Walzgerüst zwischen benachbarte Gruppen geschaltet. Ein neutrales Walzgerüst kann etwa dadurch gekennzeichnet sein, dass seine Kaliberform eine geringere Abweichung von der Kreisrundform hat, als die der anderen Gerüste und/oder die Durchmesserabnahme relativ zu den anderen Gerüsten verringert ist. Vorzugsweise weisen die Walzen des einen oder der mehreren neutralen Walzgerüste eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Kaliberform auf.
Das eine bzw. die mehreren neutralen Walzgerüste bilden vorzugsweise keine eigenständige(n) Gruppe(n), vielmehr sind sie vorzugsweise vollständig oder zumindest teilweise baulicher Bestandteil der oben definierten Gruppen, etwa der jeweils in Förderrichtung stromaufwärts gelegenen Gruppe. Sofern nicht alle neutralen Walzgerüste, die zum Übergang zwischen zwei Gruppen gehören, Bestandteil der stromaufwärts gelegenen Gruppe sind, gehören die übrigen neutralen Walzgerüste baulich vorzugsweise der stromabwärts gelegenen Gruppe an. Auf diese Weise kann eine bauliche Sonderlösung vermieden werden. Die Größe der Gruppen, d.h. die Anzahl der Walzgerüste in der jeweiligen Gruppe, kann von der zu walzenden Abmessung abhängig gemacht werden. So finden vorzugsweise etwa 35% bis 70% der gesamten Durchmesserreduktion in der ersten Gruppe und die restliche Durchmesserreduktion in der zweiten Gruppe statt. Der Grund für diese Verteilung liegt darin, dass sich die Innenpolygonbildung nach und nach aufbaut und somit die Gefahr einer Überkompensation besteht. In anderen Worten, bei einer ungünstigen Verteilung liegt die optimale Kompensation nicht hinter dem letzten Walzgerüst, sondern an einem innenliegenden Walzgerüst.
Vorzugsweise ist das Streckreduzierwalzwerk ein Ausziehwalzwerk. Als Ausziehwalzwerk wird ein Walzwerk bezeichnet, das einem Streckwalzwerk mit Dorn nachgelagert ist, um das über den Dorn ausgewalzte Rohr vom Dorn abzuziehen. Ausziehwalzwerke werden vermehrt so konstruiert, dass sie neben der bloßen Trennung des Rohrs vom Dorn gleichzeitig eine vergleichsweise starke Umformung des Rohrs bewirken. Das Rohr weist in diesem Verfahrensstadium einen vergleichsweise starken Temperaturgradienten von außen (kalt) nach innen (warm) auf. Wenn somit das Ausziehwalzwerk als Streckreduzierwalzwerk ausgeführt ist, kann sich die inhomogene Temperaturverteilung im Rohr besonders nachteilig auf das Walzergebnis auswirken. Eine gruppenbezogene Schränkung ist aus diesem Grund für ein als Streckreduzierwalzwerk ausgeführtes Ausziehwalzwerk besonders geeignet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele ersichtlich. Die dort beschriebenen Merkmale können alleinstehend oder in Kombination mit einem oder mehreren der oben dargelegten Merkmale realisiert werden, insofern sich die Merkmale nicht widersprechen. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele erfolgt mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Figuren Die Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Streckreduzierwalzwerks mit gruppierten Walzgerüsten.
Die Figur 2 zeigt ein Walzgerüst in Dreiwalzenbauweise.
Die Figur 3 zeigt schematisch eine gruppenweise Schränkung von Walzgerüsten.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei sind gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholende Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
Die Figur 1 ist eine schematische Ansicht eines Streckreduzierwalzwerks 1. Das Streckreduzierwalzwerk 1 weist mehrere, hier beispielhaft fünfzehn, Walzgerüste 10 auf. Die Walzgerüste 10 sind vorzugsweise einzeln ansteuerbar. Insbesondere sind die Drehzahlen von Walzen 11 (vgl. Figur 2) der Walzgerüste 10 individuell einstellbar.
Die Ansteuerung der Walzgerüste 10 erfolgt über eine Steuereinrichtung 2, vorzugsweise computerbasiert. Die Steuereinrichtung 2 übernimmt ggf. die Ansteuerung weiterer Komponenten des Streckreduzierwalzwerks 1. Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung "Steuereinrichtung" sowohl zentrale als auch dezentrale Strukturen zur Steuerung des Streckreduzierwalzwerks 1 umfasst. Die Steuereinrichtung 2 muss sich demnach nicht am "Ort" des Streckreduzierwalzwerks 1 befinden oder Bestandteil desselben sein. Zudem können Steueraufgaben, Datenverarbeitungsschritte usw. auf verschiedene Recheneinrichtungen verteilt werden, die dann in ihrer Gesamtheit unter die Bezeichnung "Steuereinrichtung" fallen. Ferner kann die Kommunikation der Steuereinrichtung 2 mit den zu steuernden Komponenten sowohl physisch über Kabel als auch drahtlos erfolgen.
Zum Walzen eines Rohrs R läuft dieses in einer Förderrichtung F durch das Streckreduzierwalzwerk 1. Vor dem Eintritt in das Streckreduzierwalzwerk 1 weist das Rohr R eine einlaufseitige Wanddicke d1 auf. Beim Austritt aus dem letzten Walzgerüst 10 weist das Rohr R eine Wanddicke d2 und einen reduzierten Durchmesser auf. Die Wanddicke d2 ist nicht notwendigerweise gegenüber der Wanddicke d1 verringert, vielmehr kann sie je nach Walzendrehzahl kleiner, gleich aber auch größer als die Ausgangswanddicke d1 sein.
Die einlaufseitige und/oder auslaufseitige Wanddicke d1 bzw. d2 kann mittels eines oder mehrerer Wanddickenmessgeräte (nicht dargestellt) gemessen werden. Zusätzlich dazu können weitere Prozessparameter gemessen oder anderweitig bestimmt werden, beispielsweise die einlaufseitige und/oder auslaufseitige Geschwindigkeit des Rohrs R, das einlaufseitige und/oder auslaufseitige Gewicht des Rohrs R usw.. Die ermittelten Prozessparameter können zur Steuerung des Walzprozesses an die Steuereinrichtung 2 übertragen werden.
Die Figur 2 zeigt ein Walzgerüst 10, 10' mit drei Walzen 11 , die symmetrisch im Winkelabstand von 120° um das Rohr R herum angeordnet sind. Die Walzen 11 weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils einen kreisbogenförmigen Querschnitt der Walzfläche, d.h. eine runde Kaliberform, auf. Als Kalibergrund 13 wird die Mitte der Walzfläche bezeichnet, im Querschnitt der Figur 2 und in Axialrichtung der entsprechenden Walze 11 gesehen. Die beiden äußeren Enden der Walzfläche - ebenfalls im Querschnitt der Figur 2 und in Axialrichtung der entsprechenden Walze 11 gesehen - werden als Kalibersprung 14 bezeichnet. Der Kalibergrund 13 und der Kalibersprung 14 sind charakteristische Positionen der Walzfläche. Vorzugsweise weicht die Kaliberform von einem perfekten Kreisbogen ab. Der Grund für die Abweichung von der Kreisform liegt darin, dass auf diese Weise verhindert werden kann, dass Material in den Spalt zwischen benachbarter Walzen 11 - genauer gesagt, zwischen den Kalibersprüngen 14 benachbarter Walzen 11 - eintritt. Es wird durch lokale Kaliberverkleinerung und lokale Kalibervergrößerung erreicht, dass Abweichungen des Rohrdurchmessers kompensiert werden.
Zurückkommend auf die Figur 1 sind die Walzgerüste 10 in zwei Gruppen A und B unterteilt, die jeweils sieben Walzgerüste 10 aufweisen. Die Gruppen A, B sind disjunkt, d.h. sie sind sequentiell hintereinander angeordnet und überlappen oder durchdringen sich nicht. Innerhalb einer Gruppe A, B sind die Walzen 11 der Walzgerüste 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen gruppeninternen Winkel ai von 60° oder ungefähr 60° gegeneinander verschränkt, sodass die Rohrabschnitte alternierend jeweils im Kalibergrund 13 oder vom Kalibersprung 14 gewalzt werden. Die Anzahl der Walzgerüste 10 pro Gruppe A, B ist hierbei so bemessen, dass die Ausbildung des Innenpolygons minimiert wird. Die Anzahl der Walzgerüste 10 pro Gruppe A, B beträgt mindestens zwei, sie liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 8. Die Anzahl der Walzgerüste 10 kann von Gruppe A zu Gruppe B variieren.
Die Gruppen A, B - genauer gesagt, die Walzen 11 der Walzgerüste 10 zweier, vorzugsweise benachbarter Gruppen A, B - sind um einen Winkel, der hierin als Gruppenwinkel OG bezeichnet wird, gegeneinander verschränkt. Vorzugsweise ist OG gleich oder ungefähr 30°. Durch eine derartige Schränkung wird die Innenpolygonbildung einer Gruppe A mit einer um OG geneigten Innenpolygonbildung der nachfolgenden Gruppe B überlagert. Es wird gewissermaßen ein Innendodekaeder erzeugt, dessen Abweichungen zwischen einer maximalen Wanddicke und einer minimalen Wanddicke gegenüber einem Innensechseck deutlich reduziert sind. Die Innengeometrie des Rohrs R wird somit einem idealen Rund angenähert. Die oben dargelegte gruppenbezogene Verdrehung bzw. Schränkung geht schematisch aus der Figur 3 hervor. Darin sind die Walzgerüste 10 der Gruppen A, B schematisch dargestellt. Innerhalb einer Gruppe A, B sind die Walzgerüste 10 bzw. deren Walzen 11 (ohne Bezugszeichen in der Figur 3) abwechselnd um 180° gedreht bzw. gekippt, wodurch die oben beschriebene Verschränkung von 60° erzielt wird. Zwischen den Gruppen A und B wurde eine Drehung von 90° vorgenommen, woraus eine Verschränkung von 30° resultiert. Selbstverständlich können die beiden Arten der Verschränkung auch unmittelbar durch Drehung um den Gruppenwinkel OG und den gruppeninternen Winkel ai erzielt werden. Die in der Figur 3 dargestellte Variante hat jedoch konstruktive Vorteile, insbesondere bei der Ankupplung der Walzen 11 an die Antriebe (nicht dargestellt). Genauer gesagt, bei der Verwendung von Walzgerüsten 10 mit jeweils drei Walzen 11 ergibt sich die Schränkung von 60° beispielsweise durch Kippen der Walzgerüste 10 um 180°. Dadurch können die Antriebe bei einer internen Leistungsverteilung auf der üblichen Einschubseite und gegenüber der Einschubseite angeordnet werden. Dies vereinfacht den Einbau und die Wartung der Antriebe, da die Kopplung direkt beim Einschieben der Gerüste erfolgen kann. Die Größe der Gruppen A, B, d.h. die Anzahl der Walzgerüste 10 in der jeweiligen Gruppe A, B, kann von der zu walzenden Abmessung abhängig gemacht werden. So finden vorzugsweise etwa 35% bis 70% der gesamten Durchmesserreduktion in der ersten Gruppe A und die restliche Durchmesserreduktion in der zweiten Gruppe B statt. Der Grund für diese Verteilung liegt darin, dass sich die Innenpolygonbildung nach und nach aufbaut und somit die Gefahr einer Überkompensation besteht. In anderen Worten, bei einer ungünstigen Verteilung liegt die optimale Kompensation nicht hinter dem letzten Walzgerüst 10, sondern an einem innenliegenden Walzgerüst 10. Aus den Figuren 1 und 4 geht ferner ein Walzgerüst 10' hervor, das hierin als "Übergangskaliber" oder "neutrales Walzgerüst" bezeichnet wird. Das neutrale Walzgerüst 10' dient dazu, ein Verdrehen des Rohrs R zwischen den Gruppen A und B zu vermeiden. Die Ursache für ein etwaiges Verdrehen des Rohrs R liegt darin, dass im Falle einer nicht-kreisrunden Umformung ein Torsionsmoment auf das Rohr R um die eigene Achse wirken kann, wenn eine gruppenbezogene Schränkung von OG angewendet wird. Um einer solchen Torsionsneigung entgegenzuwirken, wird vorzugsweise zumindest ein neutrales Walzgerüst 10' zwischen die Gruppen A, B geschaltet. Die Kaliberform der Walzen 11 des neutralen Walzgerüsts 10' ist somit so festgelegt, dass der Torsionsneigung entgegengewirkt wird. Vorzugsweise weisen die Walzen 11 des neutralen Walzgerüsts 10' eine kreisrunde oder annähernd kreisrunde Kaliberform auf, wie in der Figur 2 gezeigt.
Aufgrund der gruppenbezogenen Schränkung um den Gruppenwinkel OG findet, wie oben dargelegt, eine verbesserte Annäherung der Innengeometrie des Rohrs R an einen idealen Kreisquerschnitt statt.
Ein weiterer technischer Effekt besteht darin, dass durch den gruppenweise versetzten Kalibergrund 13 ein Temperaturausgleich bei einem etwaigen Temperaturgradienten im Rohr R verbessert wird. Dieser Effekt kommt besonders dann zum Tragen, wenn entlang der Radialrichtung des Rohrs R eine inhomogene Temperaturverteilung vorliegt, wie es insbesondere im Fall von
Ausziehwalzwerken vorkommt. Ausziehwalzwerke, die sich normalerweise unmittelbar hinter einem Streckwalzwerk mit Dorn befinden, dienen dazu, das Rohr R vom Dorn zu trennen. Das Rohr R weist in diesem Verfahrensstadium einen vergleichsweise starken Temperaturgradienten von außen (kalt) nach innen (warm) auf. Wenn das Ausziehwalzwerk als Streckreduzierwalzwerk 1 ausgeführt ist, d.h. neben der Trennung von Dorn und Rohr R gleichzeitig für eine starke Umformung des Rohrs R ausgelegt ist, kann sich die inhomogene Temperaturverteilung im Rohr R nachteilig auf das Walzergebnis auswirken. Eine gruppenbezogene Schränkung gemäß den dargelegten Ausführungsbeispielen ist aus diesem Grund für ein Ausziehwalzwerk, insbesondere ein als Streckreduzierwalzwerk 1 ausgeführtes Ausziehwalzwerk, besonders geeignet.
Soweit anwendbar können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargelegt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezuqszeichenliste
1 Streckreduzierwalzwerk
2 Steuereinrichtung
10 Walzgerüst
10' Neutrales Walzgerüst
11 Walze
13 Kalibergrund
14 Kalibersprung
A Gruppe von Walzgerüsten
B Gruppe von Walzgerüsten
R Rohr
F Förderrichtung
d1 Einlaufseitige Wanddicke des Rohrs d2 Auslaufseitige Wanddicke des Rohrs Qi Gruppeninterner Winkel
OG Gruppenwinkel

Claims

Patentansprüche
1. Streckreduzierwalzwerk (1 ) zur Herstellung nahtloser Rohre (R), das mehrere in einer Förderrichtung (F) der Rohre (R) hintereinander angeordnete Walzgerüste (10) mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen (11 ) aufweist, wobei
die Walzgerüste (10) in mindestens zwei Gruppen (A, B) mit jeweils mindestens zwei Walzgerüsten (10) unterteilt sind,
die Walzen (11 ) benachbarter Walzgerüste (10) innerhalb einer Gruppe (A, B) um einen gruppeninternen Winkel ai relativ zueinander verschränkt sind, und
die Walzen (11 ) der Walzgerüste (10) benachbarter Gruppen (A, B) um einen Gruppenwinkel OG, der kleiner als der gruppeninterne Winkel ai ist, relativ zueinander verschränkt sind.
2. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der gruppeninterne Winkel ai etwa 60° beträgt.
3. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppenwinkel OG 60°/n beträgt, wobei n eine Ganzzahl größer 1 ist.
4. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppenwinkel OG etwa 30° beträgt.
5. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen (11 ) der Walzgerüste (10) der Gruppen (A, B) eine von der Kreisform abweichende Kaliberform aufweisen.
6. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Gruppen (A, B) mindestens ein neutrales Walzgerüst (10') mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen (11 ) vorgesehen ist, deren Kaliberform einem auf das Rohr (R) wirkenden Torsionsmoment entgegenwirkt.
7. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaliberform der Walzen (11 ) des neutralen Walzgerüsts (10') kreissegmentförmig ist.
8. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 35% bis 70% der gesamten Durchmesserreduktion des Rohrs (R) in der ersten Gruppe (A) und die restliche Durchmesserreduktion in der zweiten Gruppe (B) stattfindet.
9. Streckreduzierwalzwerk (1 ) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Ausziehwalzwerk ist.
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