EP3793755B1 - Streckreduzierwalzwerk mit verbesserter durchmesser- und wanddickentoleranz - Google Patents

Streckreduzierwalzwerk mit verbesserter durchmesser- und wanddickentoleranz Download PDF

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EP3793755B1
EP3793755B1 EP19723369.5A EP19723369A EP3793755B1 EP 3793755 B1 EP3793755 B1 EP 3793755B1 EP 19723369 A EP19723369 A EP 19723369A EP 3793755 B1 EP3793755 B1 EP 3793755B1
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EP
European Patent Office
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group
stretch
rolls
roll stands
groups
Prior art date
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Active
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EP19723369.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3793755A1 (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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    • 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 roll stands arranged one behind the other in a conveying direction of the tubes, each with three rolls arranged at an angular distance of 120°.
  • stretch-reducing and/or sizing mills which have several rolling stands arranged one behind the other in the conveying direction of the tube.
  • the roll stands usually have three rolls which are arranged symmetrically around the tube at an angular spacing of 120°.
  • the JP 2013 230500A which forms the basis for the preamble of claim 1, describes a stretch-reducing mill with several roll stands, each comprising three rolls at an angular spacing of 120°. Stretch-reducing mills of similar structure also go from the CN 101773937A , CN 101823076A , JP 2002 066609 A and JP 2001 129603 A out.
  • One object of the invention is to improve the rolling quality of a stretch-reducing mill for the production of seamless tubes, in particular to make the rolled wall thicknesses more uniform.
  • the stretch-reducing mill according to the invention serves to produce seamless tubes, preferably made of a metal material.
  • the "stretch-reducing mill” is to be understood herein as a generic term for rolling mills which bring about both a reduction in the outside diameter of the tube and a reduction in the inside diameter, thereby causing the tube to elongate.
  • the stretch reducing mill is preferably a mandrelless mill.
  • the wall thickness of the tube can also be increased or decreased to a certain extent.
  • the stretch-reducing mill has several roll stands arranged one behind the other in the conveying direction of the tubes, each with three rolls arranged at an angular distance of 120°.
  • the rollers are thus arranged symmetrically around the pipe to exert a rolling force on the outer circumference of the pipe from three sides.
  • the roll stands are divided into at least two groups, each with at least two roll stands, the rolls of adjacent roll stands within a group being offset relative to one another by an angle within the group. Further, the rolls of roll stands of adjacent groups are skewed relative to each other by a group angle smaller than the intra-group angle.
  • interlacing or “set” include a relative twisting of adjacent roll stands (similar to groups)—more precisely, their rolls—by the specified group-internal angle (similar to group angles).
  • group-internal angle similar to group angles.
  • the rollers are symmetrically spaced 120° around the tube, a condition that corresponds to twisting through a certain angle can also be achieved by rotating through one or more other angles. For example, a twist of 60° can also be achieved by tilting by 180°.
  • tilting or “twist” about an angle are used herein to denote a twist through that angle as well as through any equivalent angle.
  • the twist can be either clockwise or counterclockwise with respect to the rolling direction.
  • the roll stands are crossed in a group-related manner by a group angle that is smaller than the group-internal angle. Due to such a twist, the inner polygon formation of one group is superimposed with an inner polygon formation of the following group inclined by the group angle. In this way the approximation to a circular internal cross-section of the tube is improved.
  • a further technical effect is that the angular displacement of the rollers in groups improves the temperature equalization in the tube if there is a temperature gradient along the radial direction of the tube. Both effects contribute to the equalization of the rolled wall thicknesses and thus to an improvement in the rolling quality when rolling seamless tubes.
  • the intragroup angle is 60°, whereby portions of the tube are alternately rolled at the bottom or at the top of the gauge. This improves the wall thickness characteristics within the group.
  • the group angle is preferably 30°.
  • the rolls of the group-related roll stands preferably have a caliber shape that deviates from the circular shape. This way you can prevent material from entering the gap between the rolls, which could damage the surface of the rolled stock.
  • At least one neutral roll stand is provided between two groups (seen in the conveying direction of the pipe), 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 rolling stand thus serves to avoid twisting of the tube between two adjacent groups.
  • the reason for any twisting of the barrel is that, particularly in the case of non-circular calibers, a torsional moment can act on the barrel about its own axis when a group-related set is applied.
  • at least one neutral roll stand is preferably connected between adjacent groups.
  • a neutral roll stand is characterized in that its caliber shape has a smaller deviation from the circular shape than that of the other stands.
  • the reduction in diameter relative to the other stands can be reduced.
  • the rolls of the one or more neutral roll stands have a circular or approximately circular caliber shape.
  • the one or more neutral roll stands preferably do not form an independent group(s), rather they are preferably completely or at least partially a structural component of the groups defined above, for example the group located upstream in the conveying direction. Unless all of the neutral roll stands belonging to the transition between two groups are part of the upstream group, the remaining neutral roll stands preferably belong to the downstream group structurally. In this way, a special structural solution can be avoided.
  • the size of the groups ie the number of roll stands in each group, can be made dependent on the dimension to be rolled. How to find preferably about 35% to 70% of the total diameter reduction occurs in the first group and the remaining diameter reduction occurs in the second group.
  • the reason for this distribution is that the inner polygon formation gradually builds up and there is therefore a risk of overcompensation. In other words, in the case of an unfavorable distribution, the optimal compensation is not behind the last roll stand, but on an inside roll stand.
  • the stretch-reducing mill is an extracting mill.
  • a drawing mill is a rolling mill that is located downstream of a stretch rolling mill with a mandrel in order to pull the tube rolled out over the mandrel from the mandrel. Extracting rolling mills are increasingly being designed in such a way that, in addition to simply separating the tube from the mandrel, they also cause the tube to be relatively strongly deformed.
  • the pipe has a comparatively strong temperature gradient from the outside (cold) to the inside (warm). If the pull-out mill is designed as a stretch-reducing mill, the inhomogeneous temperature distribution in the tube can have a particularly disadvantageous effect on the rolling result. For this reason, a group-related set is particularly suitable for a stretch-reducing rolling mill.
  • the figure 1 is a schematic view of a stretch-reducing mill 1.
  • the stretch-reducing mill 1 has a plurality of roll stands 10, fifteen in this case by way of example.
  • the roll stands 10 can preferably be controlled individually.
  • 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 pointed out that the term "control device” includes both centralized and decentralized structures for controlling the stretch-reducing mill 1. Accordingly, the control device 2 does not have to be located at the "site" of the stretch-reducing mill 1 or be part of the same. In addition, control tasks, data processing steps, etc. can be distributed to different computing devices, which then come under the name "control device” in their entirety. Furthermore, the communication of Controller 2 done with the components to be controlled both physically via cable and wirelessly.
  • the tube R To roll a tube R, it runs in a conveying direction F through the stretch-reducing mill 1. Before it enters the stretch-reducing mill 1, the tube R has a wall thickness d1 on the inlet side. Upon exiting the last roll stand 10, the tube R has a wall thickness d2 and a reduced diameter.
  • the wall thickness d2 is not necessarily reduced compared to the wall thickness d1; rather, depending on the roll speed, it can be smaller, but also greater than the initial wall thickness d1.
  • the inlet-side and/or outlet-side wall thickness d1 or d2 can be measured using one or more wall thickness gauges (not shown).
  • other process parameters can be measured or otherwise determined, for example the inlet and/or outlet speed of the tube R, the inlet and/or outlet weight of the tube R, etc.
  • the determined process parameters can be transmitted to the control device 2 to control the rolling process.
  • the figure 2 1 shows a roll stand 10, 10' with three rolls 11 which are arranged symmetrically around the tube R at an angular spacing of 120°.
  • the rollers 11 each have a circular arc-shaped cross section of the roller surface, ie a round caliber shape.
  • caliber base 13 the center of the rolling surface is referred to in cross section figure 2 and seen in the axial direction of the corresponding roller 11.
  • gauge jump 14 The two outer ends of the rolling surface - also in cross section figure 2 and seen in the axial direction of the corresponding roll 11 - are referred to as gauge jump 14.
  • the caliber base 13 and the caliber jump 14 are characteristic positions of the rolling surface.
  • the caliber shape preferably deviates from a perfect arc of a circle.
  • 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 rolls 11--more precisely, between the caliber jumps 14 of adjacent rolls 11. It is achieved by local caliber reduction and local caliber increase that deviations in the pipe diameter are compensated.
  • the roll stands 10 are divided into two groups A and B, each having seven roll stands 10.
  • the groups A, B are disjoint, ie they are arranged sequentially one after the other and do not overlap or interpenetrate.
  • the rolls 11 of the roll stands 10 are offset against one another by an angle ⁇ I within the group of 60° or approximately 60°, so that the tube sections are rolled alternately in the base of the pass 13 or from the pass 14.
  • the number of roll stands 10 per group A, B is dimensioned in such a way that the formation of the inner polygon is minimized.
  • the number of roll stands 10 per group A, B is at least two, it is preferably in the range from 2 to 8.
  • the number of roll stands 10 can vary from group A to group B.
  • ⁇ G is equal to or about 30°. Due to such a twist, the inner polygon formation of a group A is superimposed with an inner polygon formation of the following group B inclined by ⁇ G . To a certain extent, an internal dodecahedron is produced whose deviations between a maximum wall thickness and a minimum wall thickness are significantly reduced compared to an internal hexagon. The inner geometry of the tube R is thus approximated to an ideal round.
  • the group-related twisting or setting outlined above is shown schematically in figure 3 out.
  • the roll stands 10 of groups A, B are shown schematically therein.
  • the roll stands 10 or their rolls 11 (without reference numbers in the figure 3 ) alternately rotated and tilted by 180°, whereby the above-described twisting of 60° is achieved.
  • a rotation of 90° was made between groups A and B, resulting in an entanglement of 30°.
  • the two types of entanglement can also be achieved directly by rotation about the group angle ⁇ G and the group-internal angle ⁇ I .
  • the one in the figure 3 However, the variant shown has design advantages, particularly when coupling the rollers 11 to the drives (not shown).
  • the twist of 60° results, for example, by tilting the roll stands 10 by 180°.
  • the drives can be arranged on the usual plug-in side and opposite the plug-in side in the case of internal power distribution. This simplifies the installation and maintenance of the drives, since the coupling can take place directly when the scaffolding is pushed in.
  • the size of the groups A, B i.e. the number of roll 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 takes place in the first group A and the remaining diameter reduction in the second group B.
  • the reason for this distribution is that the inner polygon formation gradually builds up and there is therefore a risk of overcompensation. In other words, in the case of an unfavorable distribution, the optimal compensation is not behind the last rolling stand 10, but on an inner rolling stand 10.
  • the neutral Roll stand 10' serves to prevent twisting of the tube R between sets A and B.
  • the reason for any 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 twist of ⁇ G is applied.
  • at least one neutral roll stand 10' is preferably connected between the groups A, B.
  • the caliber shape of the rolls 11 of the neutral roll stand 10' is thus determined in such a way that the tendency to torsion is counteracted.
  • the rolls 11 of the neutral roll stand 10' have a circular or approximately circular caliber shape, as in FIG figure 2 shown.
  • a further technical effect is that the caliber base 13 offset in groups improves temperature compensation in the event of any temperature gradient in the tube R. This effect comes into play particularly when there is an inhomogeneous temperature distribution along the radial direction of the tube R, as occurs in particular in the case of extracting rolling mills.
  • Pull-out mills which are normally located immediately after a mandrel-type stretch mill, serve to separate the tube R from the mandrel. At this stage of the process, the pipe R has a comparatively strong temperature gradient from the outside (cold) to the inside (warm).
  • the pull-out mill is designed as a stretch-reducing mill 1, ie, in addition to separating mandrel and tube R, it is also designed for strong deformation of tube R, the inhomogeneous temperature distribution in tube R can have an adverse effect on the rolling result.
  • a group-related constraint according to the exemplary embodiments presented is for this reason it is particularly suitable for a drawing mill, in particular a drawing mill designed as a stretch-reducing mill 1 .
  • all individual features that are presented in the exemplary embodiments can be combined with one another and/or exchanged without departing from the scope of the invention defined by the claims.

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)

Description

    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 1B 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.
  • Die JP 2013 230500 A , die die Basis für den Oberbegriff von Anspruch 1 bildet, beschreibt ein Streckreduzierwalzwerk mit mehreren Walzgerüsten, umfassend jeweils drei Walzen im Winkelabstand von 120°. Streckreduzierwalzwerke ähnlichen Aufbaus gehen ferner aus der CN 101773937 A , CN 101823076 A , JP 2002 066609 A und JP 2001 129603 A hervor.
    • 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.
  • Gemäß der Erfindung 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 ist dadurch gekennzeichnet, dass seine Kaliberform eine geringere Abweichung von der Kreisrundform hat, als die der anderen Gerüste. Zusätzlich kann die Durchmesserabnahme relativ zu den anderen Gerüsten verringert sein. 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 Ausführungsbeispiele
  • 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 αI 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 αG bezeichnet wird, gegeneinander verschränkt. Vorzugsweise ist αG gleich oder ungefähr 30°. Durch eine derartige Schränkung wird die Innenpolygonbildung einer Gruppe A mit einer um αG 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 αG und den gruppeninternen Winkel αI 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 αG 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 αG 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 durch die Ansprüche definierten Bereich der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 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
    αI
    Gruppeninterner Winkel
    αG
    Gruppenwinkel

Claims (6)

  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, und
    die Walzen (11) benachbarter Walzgerüste (10) innerhalb einer Gruppe (A, B) um einen gruppeninternen Winkel αI relativ zueinander verschränkt sind, wobei
    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,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Walzen (11) der Walzgerüste (10) der Gruppen (A, B) eine von der Kreisform abweichende Kaliberform aufweisen, und
    zwischen zwei Gruppen (A, B) mindestens ein neutrales Walzgerüst (10') mit jeweils drei im Winkelabstand von 120° angeordneten Walzen (11) vorgesehen ist, deren Kaliberform eine geringere Abweichung von der Kreisrundform hat als die der Walzgerüste (10) der Gruppen (A, B).
  2. Streckreduzierwalzwerk (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gruppeninterne Winkel αI 60° beträgt.
  3. Streckreduzierwalzwerk (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppenwinkel αG 60°/n beträgt, wobei n eine Ganzzahl größer 1 ist.
  4. Streckreduzierwalzwerk (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gruppenwinkel αG 30° beträgt.
  5. Streckreduzierwalzwerk (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaliberform der Walzen (11) des neutralen Walzgerüsts (10') kreissegmentförmig ist.
  6. Streckreduzierwalzwerk (1) nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Ausziehwalzwerk ist.
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