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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur wirtschaftlichen Herstellung von nahtlos warmgewalzten Rohren in Rohrkontiwalzwerken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Walzwerk gemäß Patentanspruch 8.
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Verschiedene Verfahren, die zur Herstellung warmgewalzter nahtloser Rohre eingesetzt werden, sind im Stahlrohr Handbuch (Vulkan-Verlag, Essen, 12. Auflage 1995, S. 107–111) beschrieben.
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In den letzten Jahren wurde es immer notwendiger Produkte verbrauchernah zu produzieren, weil die Verbraucher-Länder über die Schaffung von Arbeitsplätzen und durch Steuern am Mehrwert beteiligt werden wollen. Damit ist zwangsläufig eine Begrenzung des Absatzmarkts verbunden.
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Typische Produkte für solche Fälle sind beispielsweise Rohre für den Energiesektor, zur Exploration sowie zur Förderung von Öl und Gas.
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Der gängige Abmessungsbereich liegt zwischen ca. 60 und 273 mm im Durchmesser und bei Wanddicken von ca. 5 bis 15 mm.
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Die benötigte Kapazität für Rohrwalzwerke bewegt sich für diese Produkte in etwa zwischen 100.000 und 250.000 Tonnen/Jahr.
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Nahtlos warmgewalzte Rohre werden nach dem Erwärmen des runden Vormaterials üblicherweise in drei Verfahrensschritten gefertigt:
- – Lochen des massiven Blocks zum Hohlblock,
- – Strecken des Hohlblocks zum Mutterrohr und
- – Fertigwalzen des Mutterrohres auf die warmfertige Rohrabmessung.
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Da für den ersten Fertigungsschritt bis auf Sonderfälle Lochschrägwalzwerke zum Einsatz kommen und das Fertigwalzen ausschließlich über Streckreduzierwalzwerke oder Maßwalzwerke erfolgt, werden die Rohrwalzwerke als Ganzes nach dem zum Einsatz kommenden Streckwalzwerk benannt.
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Walzwerke mit einer Jahreskapazität im oben angesprochenen Bereich sind Stoßbankwalzwerke, Asselwalzwerke und Diescherwalzwerke. Bei den beiden letztgenannten werden Schrägwalzwerke zum Strecken verwendet.
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Das Betreiben solcher Walzwerke erfordert ein hohes Know-how, da ein außen- und innenfehlerfreies Produzieren von Rohren nicht einfach ist. Typische Rohrfehler sind z. B. kleine Risse mit zum Teil geringer Tiefe. Das Fehlerrisiko steigt mit dünner werdender Wand, weswegen das Durchmesser-/Wanddickenverhältnis begrenzt ist. Bei Asselwalzwerken liegt dies beispielsweise um 20:1. Bei Diescherwalzwerken lassen sich Innenrisse kaum vermeiden, weshalb die Rohre nachgearbeitet werden müssen.
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Dieser Qualitätsnachteil und die hohen Anforderungen der Öl- und Gasindustrie verbieten es ohne eine aufwändige mechanische Bearbeitung der Rohrinnen- und Rohraußenoberfläche diese Walzverfahren für die Herstellung von Premiumprodukten einzusetzen.
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Für diese anspruchsvollen Produkte hat sich aus Qualitätsgründen das Längswalzen zum Strecken des Hohlblocks mit dem Rohrkontiverfahren durchgesetzt, bei dem in bis zu neun dicht hintereinander angeordneten Gerüsten der Hohlblock eine Querschnittsabnahme von bis zu 75% erfährt, was zu einer Streckung auf die vierfache Länge führt. Die Querschnittsabnahme erfolgt kontinuierlich auf die für das Fertigwalzen geforderte Mutterrohrabmessung. Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
EP 1 764 167 B1 bekannt.
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Der mögliche Abmessungsbereich beim Rohrkontiverfahren liegt etwa zwischen 25 und 498 mm im Außendurchmesser, wobei diese Durchmesserspanne nicht mit einem einzigen Walzwerk abzudecken ist. Sieht man vom Ofen zum Erwärmen des Vormaterials ab, so sieht heute ein Gesamt-Rohrkontiwalzwerk typischerweise wie folgt aus:
- • Schrägwalzwerk zum Lochen mit maximalen Hohlblocklängen zwischen 11 und 12,5 m,
- • Streckaggregat (z. B. 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk mit zurückgehaltener Stange) mit 5 oder 6 Gerüsten,
- • Stangenumlauf des Streckaggregates mit 5 bis 8 Stangen, Stangenlängen um 20 m, hiervon etwa die Hälfte als Arbeitsteil zum Walzen, die andere Hälfte um die Distanz zwischen dem eigentlichen Walzwerk und dem Stangenrückhaltesystem zu überbrücken,
- • Ausziehwalzwerk, bestehend aus 3 Gerüsten mit jeweils 3 Walzen, um das Mutterrohr von der Walzstange abzuziehen,
- • Nachwärmofen,
- • Maß- oder Streckreduzierwalzwerk,
- • Kühlbett
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Das Walzstangenrückhaltesystem hat dabei die Aufgabe
- • die Walzstange in den Hohlblock einzufädeln,
- • den Hohlblock mit Walzstange in das 1. Gerüst des Walzwerks einzustoßen,
- • die Walzstange während des Walzens so zurückzuhalten, dass sich diese mit einer konstanten Geschwindigkeit, die unter der Einlaufgeschwindigkeit des Hohlblocks in das 1. Gerüst liegt, vorwärts bewegt,
- • die Walzstange nach dem Walzende auf die Walzwerkseinlaufseite zurückzufahren.
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Danach wird die Walzstange zur Kühlung und Schmierung seitlich in den Stangenumlauf ausgeworfen und auf der Rücklaufseite des Stangenumlaufs eine „neue” Walzstange in das Walzstangenrückhaltesystem übergeben.
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Das Ausziehwalzwerk hat bei der bekannten Anlage zum Ende des letzten Gerüstes des 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerks einen Abstand von näherungsweise 10 bis 12 m. Das Abziehen des Mutterrohres von der Walzstange beginnt sobald das Mutterrohr mit seiner Spitze in das 1. Gerüst des Ausziehwalzwerkes einläuft. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Mutterrohr teilweise noch im Rohrkontiwalzwerk. Sobald das Mutterrohr das Ausziehwalzwerk verlassen hat, wird die Walzstange zurückgezogen. Die Spitze der Walzstange befindet sich zu diesem Zeitpunkt kurz vor dem 1. Gerüst des Ausziehwalzwerks.
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Häufig müssen die Mutterrohre vor dem Fertigwalzen nachgewärmt werden. Hierfür gibt es zwei Gründe. Zum Einen ist die Temperatur bei unterschiedlichen Mutterrohrwanddicken unterschiedlich hoch. Dünnwandige Rohre kühlen schneller ab als dickwandige Rohre. Das beeinflusst bei gleichem Durchmesser im Auslauf des Streckreduzier- oder Maßwalzwerks den kalten Fertigrohrdurchmesser bedingt durch das unterschiedliche Schrumpfmaß. Ein zweiter Grund ist, dass ein Abkühlen der Mutterrohre unter etwa 600°C ein Normalisieren des Werkstoffes erlaubt, wenn anschließend im Nachwärmofen erneut auf Temperaturen oberhalb Ac3 aufgewärmt wird.
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Neben der Fähigkeit dieser bekannten Walzwerke Rohre in Premiumqualität zu walzen, besitzen solche Anlagenkonzepte eine sehr hohe Fertigungskapazität. Diese liegt je nach Abmessungsbereich und Produktionsdauer zwischen 300.000 und 900.000 t im Jahr.
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Besonders wirtschaftlich ist dieses Verfahren durch die Möglichkeit Mehrfachlängen kontinuierlich zu walzen, d. h. entsprechend der geforderten Rohrlänge wird eine Hohlblocklänge eingesetzt, die beim Strecken eine Mehrfachlänge ergibt, die dann nach dem Fertigwalzen bei minimalem Schrottanfall auf die geforderte Einzelrohrlänge geteilt wird.
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Nachteil ist allerdings, dass bei einer Jahreskapazität von lediglich 100.000 bis 250.000 Tonnen für Premiumprodukte solche auf hohe Jahreskapazität ausgelegten und mit hohen Investitionskosten errichteten Walzwerke nicht wirtschaftlich zu betreiben sind.
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Die
EP 1 764 167 B1 gibt zwar Hinweise zur Steigerung der Wirtschaftlichkeit, insbesondere durch Entfall des Extraktionswalzwerks. Durch eine kontrollierte Bewegung der Dornstange gegen die Walzrichtung im Kontiwalzwerk wird diese nach Abschluss des Walzvorgangs weitgehend aus dem Mutterrohr entfernt, wodurch ein separates Extraktionswalzwerk überflüssig wird.
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Allerdings sind die beschriebenen technischen Maßnahmen, die zum vollständigen Entfernen (Strippen) der Walzstange aus dem Mutterrohr vorgeschlagen werden mit Nachteilen in der Praxis verbunden. So ist ein Strippen mit Hilfe eines Abstreifers zumindest bei dünnen Wanddicken immer mit einem Aufbördeln des Mutterrohrendes verbunden, was vor dem anschließenden Maßwalzen oder Streckreduzieren zwingend abgesägt werden muss. Auch das Strippen mit Hilfe eines Rollgangs ist technologisch kritisch, da die Zeit, in welcher der Vorgang erfolgt, nicht zu kontrollieren ist.
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Zudem sind die hier beschriebenen Maßnahmen noch nicht ausreichend, um die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens substantiell zu verbessern, da trotz Entfall des Extraktionswalzwerks die Investitionskosten für das Walzwerk nach sehr hoch sind. Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit müssen deshalb weitere kostensenkende Maßnahmen hinzukommen.
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Aus der
EP 1 463 591 B1 ist ein Verfahren zum Herstellen von Draht, Stäben oder nahtlosen Rohren auf einer Walzanlage bekannt, wobei zur Erzielung einer optimierten Betriebsweise mit verringertem Anlagenaufwand in der Hauptstufe ein 3-Walzen-Kontiwalzwerk sowohl zum Lochwalzen bei der Rohrherstellung als auch zum Massivwalzen bei der Herstellung von Stäben, Draht oder der gleichen benutzt wird.
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Schließlich ist noch aus der
EP 1 102 033 A1 die Herstellung von nahtlosen Stahlrohren in drei Umformstufen bekannt, wobei diese aus einem Lochen in einem Schrägwalzwerk, dem Strecken in einem Assel-, Konti- oder anderem Walzwerk und einem Fertigwalzen in einen Streckreduzierwalzwerk bestehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Walzwerk anzugeben, mit dem unter Verwendung eines Rohrkontiwalzwerks Rohre auch bei vergleichsweise geringem Jahresbedarf wirtschaftlich erzeugt und die genannten Nachteile bekannter Rohrkontiwalzwerke vermieden werden. Insbesondere soll das Walzwerk einfacher und kostengünstiger im Aufbau sein.
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Diese Aufgabe wird nach dem Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen. Ein Walzwerk zur Durchführung des Verfahrens wird in Anspruch 8 angegeben.
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Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass ein zuvor erzeugter heißer Hohlblock mittels des Kontiwalzwerks auf einer Dornstange zu einem Mutterrohr abgestreckt wird und das Mutterrohr unter Verzicht auf ein Ausziehwalzwerk und einen Nachwärmofen direkt einem Streckreduzierwalzwerk oder Maßwalzwerk als Fertigwalzwerk zugeführt und dort auf den geforderten Rohrfertigdurchmesser gewalzt wird, wobei der Hohlblock in seiner Länge so vordimensioniert ist, dass beim Abstrecken im Kontiwalzwerk lediglich eine Einfachlänge als geforderte Mutterrohrlänge erzeugt wird, das Abziehen des Mutterohres von der Dornstange durch das Fertigwalzen und das Walzen mit Walzwerkskomponenten erfolgt, die in ihren Abmessungen auf die Handhabung von Einfachlängen ausgelegt sind.
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Der große Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mit dem vorgeschlagenen Verfahren eine sehr wirtschaftliche Fertigung von nahtlosen Rohren in Premiumqualität mit geringem Jahresbedarf jetzt auch in Rohrkontiwalzwerken möglich ist, wobei deren Kapazitäten dem Bedarf angepasst sind.
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Ein wesentlicher Faktor, der die Anlagenkosten beeinflusst, ist die Rohrlänge. Bekannte Walzwerke zur Herstellung nahtloser Rohre sind aus wirtschaftlichen Gründen so ausgelegt, dass Mutterrohre zwischen 28 und 30 m Länge, d. h. Mehrfachlängen, gewalzt werden können.
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Dies bedingt, dass alle Aggregate angefangen vom Ofen bis hin zum Kühlbett und inklusive aller Transportsysteme, wie Rollgänge usw., so ausgelegt werden müssen, dass sie diese Längen handhaben können.
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Beschränkt man sich auf Einfachlängen, d. h. auf eine Mutterrohrlänge von etwa 14 bis 15 m, so lassen sich die Längen der Walzwerkskomponenten und damit die Kosten deutlich reduzieren.
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Für ein Walzwerk, das beispielsweise Rohre mit Außendurchmessern zwischen 108 und 273 mm herstellen kann, ergeben sich dabei folgende Unterschiede:
| | Standard Rohrkontiwalzwerk | erfindungsgemäßes Walzwerk |
| Vormateriallänge | 5,0 m | 3,6 m |
| Hohlblocklänge | 12,0 m | 9,0 m |
| Mutterrohrlänge | 29,0 m | 14,5 m |
| Kühlbettlänge | 42,0 m | 16,0 m |
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Damit reduziert sich die erforderliche Länge des Kühlbettes auf unter 40% der Normallänge.
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Das Beschränken auf Einfachlängen erlaubt es außerdem, die Wanddickenabnahme im zweiten Verfahrensschritt der Streckstufe zu verkleinern. Üblich sind bei bekannten Kontiwalzwerken Wandabnahmen von etwa 10 bis 15 mm je nach Durchmesserbereich und Gerüstanzahl.
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Wird die Wanddickenabnahme auf Werte unter 9 mm beschränkt, werden statt der in der Standardbauweise eingesetzten fünf bis sechs Gerüste erfindungsgemäß nur noch drei Gerüste benötigt. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher die Wanddickenabnahme auf unter 9 mm begrenzt.
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Im Idealfall wird im Rohrkontiverfahren die Ringquerschnittsfläche des einlaufenden Hohlblocks zu einer in Durchmesser und Wanddicke kleineren Ringquerschnittsfläche reduziert. Die Wanddicke des Mutterrohres ist mit der Wanddicke dieser kleineren Querschnittsfläche identisch. Verfahrenstypisch ist hierbei, dass die Differenz der beiden Querschnittsflächen unabhängig von der Größe der Wanddicke des Mutterohres ist.
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Wie diese Querschnittsabnahme erfolgt und auf die Gerüste aufgeteilt wird entscheidet über die Gleichmäßigkeit der Wanddicke beim Walzen sowie über die Stabilität, das heißt die Reproduzierbarkeit wie auch die Anfälligkeit für Walzfehler.
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Für die genannte Querschnittsabnahme haben sich erfindungsgemäß für die geometrische Auslegung der Verformung in den drei Walzgerüsten folgende Aufteilungen als vorteilhaft herausgestellt:
- • Gerüst 1 (Einlaufgerüst): 50–60%
- • Gerüst 2 (Zwischengerüst): 35–40%
- • Gerüst 3 (Auslaufgerüst): 5–7,5%
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Bei der Standardausführung eines Kontiwalzwerks leisten in der Regel die ersten drei Gerüste eine hohe Umformarbeit und die folgenden zwei bis drei Gerüste eine deutlich kleinere, weswegen auch zwei Gruppen von Baugrößen zum Einsatz kommen.
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Das erfindungsgemäße Beschränken auf kleine Wanddickenabnahmen erlaubt es daher, bei der großen Baugruppe mit einem Gerüst auszukommen anstatt mit dreien. Die kleine Baugruppe mit der geringeren Umformarbeit weist dann entsprechend nur zwei Gerüste auf.
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Premiumprodukte für die Exploration und die Förderung von Öl und Gas werden nach dem Walzen grundsätzlich einer Wärmebehandlung in Form von Härten und Anlassen unterzogen. Dadurch entfällt das sonst übliche Normalisieren und damit die Investition eines Nachwärmofens.
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Ein Wegfall des Nachwärmofens erlaubt erfindungsgemäß das Ausziehen und das Fertigwalzen in einem Schritt vorzunehmen. Die ansonsten notwendige Distanz vom Ausziehwalzwerk eines 2- oder 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerks zum Fertigwalzwerk in Form eines Streckreduzier- oder Maßwalzwerks entfällt damit komplett, da die Stelle des Ausziehwalzwerks jetzt das Maß- bzw. Streckreduzierwalzwerk selbst einnimmt.
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Die Distanz zwischen dem Rohrkontiwalzwerk und dem das Abziehen des Rohres von der Stange mit übernehmenden Maß- oder Streckreduzierwalzwerk kann unter die heute üblichen 10–12 m verkürzt werden. Allein das Beschränken auf eine Einfachlänge des Mutterrohres erlaubt ein Verkürzen auf etwa die Hälfte. Eine weitere Verkürzung wird möglich, wenn die Geschwindigkeit der Walzstange reduziert wird. Eine Untergrenze für die Distanz ergibt sich durch die gewählte Art des Gerüstwechsels (seitlicher Wechsel oder Wechsel in der Walzlinie) im Streckaggregat.
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Werden die Gerüste in der Walzlinie herausgezogen so muss ein entsprechender Platz zur Verfügung stehen, der durch die reduzierte Gerüstanzahl jedoch kürzer als bei der Standardbauweise ist. Bei einem seitlichen Gerüstwechsel gibt der maximale Verfahrweg der Stange den benötigten minimalen Zwischenraum vor.
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Weil die Walzstange zudem durch die verminderte Wanddickenabnahme und die reduzierte Gerüstzahl einer geringeren Wärmebelastung ausgesetzt ist, kann der dem Verschleiß unterliegende teure Teil der Walzstange entsprechend kürzer ausfallen, was zusätzlich zu einer großen Kosteneinsparung beiträgt.
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Außerdem werden die Temperaturunterschiede wegen der kürzeren Kontaktzeit zum Innenwerkzeug deutlich reduziert. Damit wird auch der zweite Grund zum Einbau eines Nachwärmofens in einem (Gesamt-)Rohrkontiwalzwerk hinfällig.
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Wie der obige Vergleich zeigt, wird auch das Kühlbett signifikant kürzer. Bei den Teilsägen kann ebenfalls gespart werden. Bei Einsatz eines Streckreduzierwalzwerks zum Fertigwalzen sind zwei Teilsägen anstelle von sonst üblichen vier Sägen ausreichend.
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Wird mit einem Maßwalzwerk gearbeitet, so kann die Teilsäge sogar komplett entfallen, da die erforderlichen Endenschnitte im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung vorgenommen werden können, der zum Herausschneiden von Fehlern und zur Probennahme in der Regel über eine oder mehrere Schneidanlagen verfügt.
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Außerdem können die Rollgänge zum Transport der Rohre deutlich kürzer ausgelegt werden. Wird eine Adjustage direkt an das Streckreduzierwalzwerk oder Maßwalzwerk angehängt, reicht eine Säge aus, um einen Kopfschnitt vorzunehmen, damit die Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung der Rohre durch unsaubere Rohrenden nicht zerstört wird.
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Der übliche Nachteil im Ausbringen von Einfachlängen in bekannten Gesamt-Rohrkontiwalzwerken kann vorteilhaft beispielsweise durch das Walzen von „angespitzten” Rohrwandenden verbessert werden. Denn dadurch wird die Wandanstauchung beim anschließenden Streckreduzieren, die üblicherweise zu einer Rohrendenverdickung außerhalb der Toleranzgrenze führen würde, kompensiert.
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Zudem weisen insbesondere in 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerken hergestellte Rohre eine sehr gute Konzentrizität auf, wodurch der Nachteil eines etwaigen geringeren Ausbringens kompensiert wird.
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Erfindungsgemäß ist deshalb das Walzwerk in einer vorteilhaften Weiterbildung als 3-gerüstiges Walzwerk mit je drei Walzen pro Gerüst ausgelegt.
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Durch die besondere Verfahrensweise unter Verwendung von Mutterrohr-Einfachlängen und der dadurch bedingte Entfall ansonsten notwendiger teurer Walzwerksaggregate werden die Nachteile einer relativ zur Jahreskapazität geringen Auslastung des Walzwerks deutlich kompensiert bzw. überkompensiert.
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Für das sichere und wirtschaftliche Betreiben eines Walzwerkes sind die geeignete Wahl der Vormaterialformate und die Anzahl der verschiedenen Kaliber zur Fertigung unterschiedlicher Rohrfertigdurchmesser von großer Bedeutung. Ziel ist es, die notwendige Anzahl an vorzuhaltenden Formaten und Kalibern so gering wie möglich zu halten.
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Mit Format wird hier der Außendurchmesser des Vormaterialblocks benannt. Als Kaliber wird der Außendurchmesser des Mutterrohres hinter dem 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk bezeichnet. Zur Fertigung unterschiedlicher Rohrfertigdurchmesser werden entsprechend verschiedene Formate und Kaliber benötigt.
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Um mit möglichst wenig vorzuhaltenden unterschiedlichen Formaten und Kalibern auszukommen wird deshalb in einem ersten Schritt die Mindestanzahl N benötigter Kaliber in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung über folgende Formel festgelegt: N = Aufrunden auf Ganze Zahl: (log(D-Rohr-max/D-Rohr-min)/log(C1)) (Formel 1) mit:
D-Rohr-max: maximaler Rohrfertigdurchmesser in mm
D-Rohr-min: minimaler Rohrfertigdurchmesser in mm,
mit folgenden Werten der Konstante C1, welche die sinnvolle Umfangsverkleinerung des zugehörigen Walzaggregates beschreibt:
2 ≤ C1 ≤ 4 für Streckreduzierwalzwerke
1,2 ≤ C1 ≤ 1,45 für Maßwalzwerke
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Wird nur 1 Kaliber benötigt ergibt sich der Bereich für den Blockdurchmesser DB erfindungsgemäß über folgende Formel (Angaben in mm): DB = (D-Rohr-max × C2 + C3)/(1 + C4) (Formel 2) mit:
1,04 ≤ C2 ≤ 1,12
22 ≤ C3 ≤ 28
–0,03 ≤ C4 ≤ 0,15
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Hierin beschreiben die Konstanten die Grenzwerte der für die Durchmesserveränderungen maßgeblichen Fähigkeiten der Aggregate Maßwalzwerk (C5) bzw. Streckreduzierwalzwerk (C2), Rohrkontiwalzwerk (C3) und Schrägwalzwerk (C4).
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Wird mehr als 1 Kaliber benötigt, so ergeben sich die weiteren Blockdurchmesserbereiche über die Gleichung: DB = (D-Rohr-min × C5 exp. Kalibernummer n (mit n = 1, 2, 3 ...) + C3)/(1 + C4) (Formel 3) mit:
1,4 ≤ C5 ≤ 1,45
22 ≤ C3 ≤ 28
–0,03 ≤ C4 ≤ 0,15
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Die Konstante C5 beschreibt hierbei die maximale Umformfähigkeit des Maßwalzwerkes und ersetzt hierbei die Konstante C2.
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Die folgenden zwei Beispiele zeigen den Rechen- und Entscheidungsweg.
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Beispiel 1:
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Es sollen Rohre mit folgenden Durchmessern erzeugt werden:
D-Rohr-max = 139,7 mm
D-Rohr-min = 60,3 mm
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Die Rohrabmessungen liegen damit im typischen Bereich für ein Streckreduzierwalzwerk.
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Damit ergibt sich nach Formel 1 mit den entsprechenden Grenzen von C1 die folgende Anzahl N an Kalibern:
N = Aufrunden (log(139,7/60,3)/log(2)) = Aufrunden (1,2121) = 2
N = Aufrunden (log(139,7/60,3)/log(4)) = Aufrunden (0,6061) = 1
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Das bedeutet hier, dass 1 Kaliber ausreicht, um den Abmessungsbereich abzudecken.
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Für den einzusetzenden Blockdurchmesser ergibt sich nach Formel 2 folgender Bereich:
DBmin = (139,7 × 1,04 + 22)/1,15 = 145,5 mm
DBmax = (139,7 × 1,12 + 28)/0,97 = 190,2 mm
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Damit kann aus den vorhandenen Blockformaten ein passendes Format ausgewählt werden, beispielsweise 165 oder 180 mm.
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Beispiel 2:
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Es sollen Rohre mit folgenden Durchmessern erzeugt werden:
D-Rohr-max = 273,1 mm
D-Rohr-min = 108,0 mm
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Die Rohrabmessungen liegen damit im Übergangsbereich zwischen Maßwalzwerk und Streckreduzierwalzwerk.
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Für ein Streckreduzierwalzwerk ergibt sich mit den entsprechenden Grenzen von C1 nach Formel 1 die folgende Anzahl an Kalibern:
N = Aufrunden (log (273,1/108,0)/log(2)) = Aufrunden (1,3383) = 2
N = Aufrunden (log (273,1/108,0)/log(4)) = Aufrunden (0,6692) = 1
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Das heißt, dass 1 Kaliber ausreicht.
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Entscheidet man sich für ein Maßwalzwerk so ergibt sich nach Formel 1:
N = Aufrunden (log (273,1/108,0)/log(1,2)) = Aufrunden (5,0883) = 6
N = Aufrunden (log (273,1/108,0)/log(1,45)) = Aufrunden (2,4968) = 3
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Das heißt, dass bei einem Maßwalzwerk 3 Kaliber benötigt werden.
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Für den Blockdurchmesser des größten Kalibers für ein Streckreduzierwalzwerk ergibt sich nach Formel 2 folgender Bereich:
DBmin = (273,1 × 1,04 + 22)/1,15 = 266,1 mm
DBmax = (273,1 × 1,12 + 28)/0,97 = 344,2 mm
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Damit kann aus den vorhandenen Blockformaten ein passendes Format ausgewählt werden, beispielsweise 270 oder 310 mm.
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Im Fall des Maßwalzwerks wird jedoch mehr als ein Blockformat benötigt. Für eine endgültige Entscheidung ist daher noch folgende Rechnung anzustellen:
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Für Kaliber 1 ergibt sich:
DBmin = (108,0 × 1,41 + 22)/1,15 = 150,6 mm
DBmax = (108,0 × 1,451 + 28)/0,97 = 190,3 mm
und für Kaliber 2 ergibt sich:
DBmin = (108,0 × 1,42 + 22)/1,15 = 203,2 mm
DBmax = (108,0 × 1,452 + 28)/0,97 = 263,0 mm
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Diese drei Blockdurchmesserbereiche ergeben eine lückenlose Überdeckung der Durchmesser zwischen 108 und 273 mm. Sind Lücken erlaubt, so ist statt des minimalen Durchmessers des Gesamtbereiches der minimale Fertigrohrdurchmessers der jeweiligen Kalibernummer n zu berücksichtigen: DB = (D-Rohr-min(Kalibernummer n) × C5 + C3)/(1 + C4) mit:
1,4 ≤ C5 ≤ 1,45
22 ≤ C3 ≤ 28
–0,03 ≤ C4 ≤ 0,15
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Soll das Kaliber 2 beispielsweise bei einem Rohrdurchmesser von 168,3 mm beginnen (Kaliber 1 endet theoretisch bei 108 × C5 = 108 × 1,45 = 156,6 mm), so würde sich für dieses Kaliber folgender Blockdurchmesser ergeben:
DBmin = (168,3 × 1,41 + 22)/1,15 = 224,0 mm
DBmax = (168,3 × 1,451 + 28)/0,97 = 280,4 mm
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Damit ergibt sich ein Überschneidungsbereich mit Kaliber 3 (266,1 bis 280,4 mm) und es kann auf ein zusätzliches Blockformat verzichtet werden.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von einem in einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist das bekannte Anlagenlayout eines Rohrkontiwalzwerkes als Gesamtwalzwerk für das Walzen von Mehrfachlängen dargestellt.
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Neben dem Drehherdofen (0) weist das Gesamtwalzwerk ein Schrägwalzwerk (1) zum Lochen eines hier nicht dargestellten massiven Blocks zu einem Hohlblock, ein Streckaggregat als 3-Walzen-Rohrkontiwalzwerk (2) zum Strecken des Hohlblocks zu einem Mutterrohr, ein Ausziehwalzwalzwerk (3) zum Abstreifen des Mutterrohrs von der Dornstange, einen Nachwärmofen (4) zum Wiedererwärmen des Mutterrohrs auf Walztemperatur, ein Streckreduzierwalzwerk (5) zum Walzen des Mutterrohrs auf Endabmessung, ein Kühlbett (6) sowie ein Sägenfeld mit Rohrendbearbeitung (7) auf.
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Das Ausziehwalzwerk (3) besteht aus 3 Gerüsten mit jeweils drei Walzen, um das Mutterrohr von der Walzstange abzuziehen.
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2 zeigt im Vergleich dazu das Anlagenlayout des erfindungsgemäßen Walzwerks. Im direkten Vergleich ist erkennbar, dass sich das erfindungsgemäße Anlagenkonzept durch eine deutlich verringerte Gesamtlänge auszeichnet.
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Durch die konsequente Umsetzung des Konzeptes „Walzen von Mutterrohr-Einfachlängen” wird die Gesamtlänge des Kontiwalzwerks durch Entfall des Ausziehwalzwerks (3) sowie des Nachwärmofens (4) und durch Längenanpassung von Kühlbett (6) und Sägenfeld mit Rohrendbearbeitung (7) deutlich reduziert.
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Entsprechend geringer fallen die Investitionskosten für das erfindungsgemäße Walzwerk im Vergleich zum bekannten Kontiwalzwerk aus.
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Zusätzlich ist das Walzwerk mit einer hier nicht dargestellten In-Line-Prüfeinheit versehen, was die Investitions- und die operativen Kosten weiter senkt. Die In-Line-Prüfeinheit besteht aus einer Anlage zur zerstörungsfreien Prüfung mit einer vorgeschalteten Richtmaschine, einer Streuflussprüfung auf Längs- und Querfehler sowie einer Ultraschall-Wanddickenprüfung und schließt sich in Verbindung mit einem Reparaturkreislauf für nachzuarbeitende Rohre direkt an das Kühlbett (6) an.
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Damit entfällt eine separate Qualitätsprüfung außerhalb der Fertigungslinie. Zudem erlaubt diese Prüfung eine schnelle Rückmeldung zu Qualitätsproblemen des Walzwerks, ein minimales Schopfen der Rohre, bei dem nur das abgesägt wird was notwendig ist sowie den Einsatz bereits vorgeprüfter Rohre für die Wärmebehandlung und anderer Adjustagelinien. Hierdurch werden die Durchlaufzeiten der Rohre und damit die Wirtschaftlichkeit der Fertigung deutlich erhöht.
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Bei Anlagen zur Fertigung von Rohren mit ≥ 177,8 mm Außendurchmesser hat sich dies in Versuchen bereits hervorragend bewährt. Die Meterleistung bei Anlagen für die Fertigung kleinerer Rohrdurchmesser, insbesondere bei den bekannten Rohrkontistraßen, ist jedoch so groß, dass die zerstörungsfreie Prüfung die Menge der zur Prüfung anstehenden Rohre nicht verarbeiten kann. Erst die Beschränkung auf Mutterrohr-Einfachlängen erlaubt dies wieder. Bezugszeichenliste
| Nr. | Bezeichnung |
| 0 | Drehherdofen |
| 1 | Schrägwalzwerk |
| 2 | Kontiwalzwerk in Drei-Walzen-Anordnung |
| 3 | Ausziehwalzwerk |
| 4 | Nachwärmofen |
| 5 | Streckreduzierwalzwerk |
| 6 | Kühlbett |
| 7 | Sägenfeld und Rohrendbearbeitung |
