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Die Erfindung bezieht sich auf ein verlängerungsverfahren,
bei dem ein Walzwerk mit Dorn zur Herstellung von
Metallrohren, insbesondere nahtlosen Metallrohren, verwendet
wird. Die folgende Beschreibung ist auf ein nahtloses
Metallrohr als typisches Beispiel eines "Metallrohres"
gerichtet.
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Die Herstellungsstufen eines nahtlosen Metallrohres nach
dem Stand der Technik werden zuerst nachstehend
beschrieben.
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Wie in Fig. 1 dargestellt, weisen die nach dem Stand der
Technik im allgemeinen verwendeten Einrichtungen einen
Drehherdofen A, ein Lochwalzwerk (Mannesmann-Dorn) B, eine
Verlängerungseinrichtung (Walzwerk mit Dorn) C, einen
Wärmofen D und ein Reduzierwalzwerk (Streckreduziereinrichtung)
E auf.
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Ein runder Stahlknüppel 1, der aus dem Ofen A austritt,
wird zuerst mit der Mannesmann-Dorn B gelocht. Das so
gewalzte hohle Walzgut 2, das ziemlich kurz und dickwanding
ist, wird dem Walzwerk C mit Dorn zugeführt, in dem das
hohle Waizgut mit eingeführter Dornstange 3 kontinuierlich
zwischen zwei Nutwalzen 4 gewalzt wird, um dessen
Wandstärke zu reduzieren, während seine Länge verlängert wird, um
eine hohle Hülse 5 zu bilden.
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Da die Temperatur der hohlen Hülse 5 während des
Walzvorgangs abnimmt, wird die Hülse in dem Wärmofen D erneut
erwärmt, bevor sie dem Reduzierwalzwerk
(Streckreduziereinrichtung) E zugeführt wird, wo ihr Außendurchmesser auf
eine vorgegebene Endabmessung mit Walzen 6 reduziert wird.
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Der Vorgang mit dem Walzwerk C mit Dorn beim
Verlängerungsschritt dieses Herstellungsverfahrens wird nachstehend
näher beschrieben.
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Das Walzwerk C mit Dorn ist ein Walzwerk, bei dem das hohle
Stück 2, das mit dem Mannesmann-Dorn B durchbohrt worden
ist und in das die Dornstange 3 eingeführt worden ist,
einem Verlängerungsvorgang unterworfen wird.
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Das Walzwerk besteht im allgemeinen aus sechs bis acht
Gerüsten, die gegenüber der Horizontalen jeweils um 45º
geneigt sind und die gegenüber einander um 90º versetzt sind;
diese "X"-Walzwerkstruktur ist im Stand der Technik üblich.
Das hohle Walzgut 2 tritt durch alle Gerüste des Walzwerks
C mit Dorn hindurch, wobei seine Länge maximal um einen
Faktor von etwa 4 verlängert wird.
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Der frühe Typ des Walzwerks mit Dorn war ein vollständig
schwimmendes" Dornwalzwerk, das, wie oben erwähnt, zum
kontinuierlichen Walzen eines hohlen Walzgutes 2 mit Nutwalzen
4 verwendet wurde, und zwar mit einer in das hohle Walzgut
eingeführten Dornstange 3. In der Zeit von 1977 bis 1978
wurde ein Walzwerk mit gehaltenen" (auch als
"eingespannter" bekannt) Dorn entwickelt und vertrieben.
Dieser neuer Typ von Walzwerk mit Dorn, das eine größere
Leistung und Qualität erreichen kann, wurde bei Anlagen in
vielen Ländern der Welt eingeführt, um nahtlose Stahlrohre
mit kleinem und mittlerem Durchmesser herzustellen.
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In dem Walzwerk mit gehaltenem Dorn hält der Dornstabhalter
C-1 den Dornstab 3 bis zum Ende des Walzens an seinem
hinteren Ende. Entsprechend der Art und Weise, mit der der
Dornstab 3 nach dem Ende des Walzens gehandhabt wird, wird
das Walzwerk mit gehaltenem Dorn als halbschwimmender Typ
klassifiziert, bei dem die Dornstange 3 gleichzeitig mit
dem Ende des Walzens freigegeben wird, oder als voll
zurückgezogener Typ, bei dem die Dornstange 3 gleichzeitig
mit dem Ende des Walzens zurückgezogen wird. Der
halbschwimmende Typ ist bei der Herstellung von nahtlosen
Stahlrohren mit kleinem Durchmesser üblich, während der
voll zurückgezogene Typ bei der Herstellung von nahtlosen
Stahlrohren mit mittlerem oder großem Durchmesser üblich
ist.
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Bei dem voll zurückgezogenem Typ ist der Auszieher C-3 mit
dem Auslaufende des Walzwerks C mit Dorn verbunden, so
dass, während der Walzvorgang in dem Walzwerk C-2 mit Dorn
erfolgt, die hohle Hülse 5 abgezogen oder aus dem Walzwerk
C-2 mit Dorn mit dem Auszieher C-3 herausgezogen wird.
Falls die Temperatur des Rohrmaterials, das am Auslaufende
des Dornwalzwerks C-2 austritt, ausreichend hoch ist, ist
der Wärmofen D nicht notwendig.
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Damit wird bei einem Walzwerk mit gehaltenem Dorn, ob vom
voll zurückgezogenem Typ oder halb schwimmenden Typ, die
Dornstange von ihrem hinteren Ende während des Walzens
gehalten und/oder eingespannt. Die verlängerte hohle Hülse
ist damit von solcher Natur, dass sie leicht von der
Dornstange trennbar ist, wobei ein geschlossenes Walzenkaliber
angewendet werden kann, das ein entsprechend erhöhtes
Ausmaß der Rundbeit aufweist und zu einer spürbaren
Verbesserung der Umfangsgleichmäßigkeit der Wandstärke des Rohres
beiträgt.
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Bei einem früheren Walzwerk mit vollständig schwimmendem
Dorn variiert ständig die Richtung der Reibungskraft, die
auf die innere Oberfläche des Rohres einwirkt, während des
Übergangszustandes, d.h., wenn das vordere Ende des Rohres
von den Walzen ergriffen wird oder wenn das hintere Ende
des Rohres das Walzwerk verläßt. Es wird behauptet, dass
als Ergebnis eine Druckkraft zwischen den Gerüsten wirkt,
die ein unerwünschtes Phänomen verursacht, das
"Bauchbildung" genannt wird. Dieses "Bauchbildungs"-Problem wurde
durch das neue Walzwerk mit gehaltenem Dorn erfolgreich
gelöst, da es eine Reibungskraft ermöglicht, die innere
Oberfläche der Hülse zu jeder Zeit in einer konstanten Richtung
zu halten.
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Die Verwendung des Walzwerks mit gehaltenem Dorn ist damit
eine Lösung des "Bauchbildungs"-Problems geworden.
Sämtliche Typen von Dornwalzwerken, die heutzutage verwendet
werden, weisen jedoch das größere Problem auf, dass es
notwendig ist, eine sehr große Anzahl von Dornstangen vorrätig zu
halten.
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Genauer gesagt, bei Dornwalzwerken, ob vom vollständig
schwimmendem Typ, halb schwimmendem Typ oder voll
gehaltenem Typ, ist es allgemeine Praxis, die Wandstärke des
Rohres durch Änderung des Durchmessers der Dornstange
einzustellen, während die Walzenöffnung oder der Spalt zwischen
der oberen und der unteren Nut-Walze auf einern konstanten
Niveau gehalten wird. Da die Walzenöffnung nicht geändert
werden kann, um die Wandstärke wie im Falle des Walzens von
Platten oder Bändern einzustellen, muss eine sehr große
Anzahl von Dornstangen vorrätig gehalten werden, um hohle
Hülsen mit unterschiedlichem Außendurchmesser über einen
weiten Bereich der Wandstärke (einschließlich Rohre mit
schwerer und leichter Wand) zu walzen.
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Der Grund, warum Wandstärkeänderungen mit einem
Dornwalzwerk durch Einstellung der Walzenöffnung nicht durchgeführt
werden können, ist folgender.
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Die Form der Dornstange ist ein echter Kreis, während die
Form eines Walzenkalibers elliptisch ist. Der Raum zwischen
dem Walzenkaliber und der Dornstange ist damit natürlich in
umfangsrichtung nicht gleichmäßig. Als Ergebnis nimmt die
Wandstärke in einer Position zu, die ungefähr 30º bis 45º
gegenüber der ovalen Richtung des Walzenkalibers geneigt
ist, d.h., in einer Position an dem Punkt der
Wandstärkentrennung, an dem die innere Oberfläche der Hülse die
Dornstange verläßt, so dass die Urnfangsbreite des
Walzenkahbers an der Nutseite zu und an der Flanschseite abnimmt,
wodurch die Wahrscheinlichkeit von Vorsprüngen, die sich an
der Innenoberfläche des Rohres an der Flanschseite bilden,
zunimmt. Ein typisches Beispiel dieses Phänomens ist in
Fig. 2 gezeigt. Offensichtlich ist die Rohrwand 10 mit vier
inneren vorsprüngen 12 versehen, die sowohl gegenüber der
horizontalen wie der ovalen Achse symmetrisch sind.
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Dieses Problem, das allgemein als "Viertel-Vorsprünge"
bezeichnet wird, ist Dornwalzwerken inhärent und kann durch
eine geeignete Kaliberausbildung eliminiert werden. Wenn
man jedoch versucht, die Wandstärke durch Herabsetzung der
Walzenöffnung zu ändern, wenn Dornstangen des gleichen
Durchmessers verwendet werden, treten die Vorsprünge an der
Innenfläche der Hülse weiterhin auf, bis die Geometrie des
Rohres zum größten Teil zerstört ist.
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Die heute allgemein angewandte Praxis, um die Wandstärke
der hohlen Hülse mit einem Dornwalzwerk zu ändern, ist
daher die Änderung des Durchmessers der Dornstange, während
die Walzenöffnung konstant gehalten wird.
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Dies erfordert die Verwendung einer großen Anzahl von
Dornstangen, und es müssen soviel wie 5000 Dornstangen vorrätig
gehalten werden, um nahtlose Stahlrohre mit kleinem
Durchmesser mit einer Größe bis zu 17,78 cm (7 Zoll)
herzustellen. Zum Walzen nahtloser Stahlrohre, die zwischen einer
kleinen bis mittleren oder großen Größe (etwa 17,8 cm bis
40,6 cm) (etwa 5-16 Zoll) liegen, müssen 10.000 Dornstangen
zur Verfügung stehen. Damit wird ein sehr großes
automatisiertes Lager notwendig, nur um die Dornstangen
bereitzuhalten, und dies erhöht nicht nur die Anfangsinvestition,
sondern auch die Betriebskosten für die Reparatur und
Wartung der Dornstangen.
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Die Dokumente FR-A-2,366,071 und GB-A-2,089,702 offenbaren
Apparate zur Verlängerung eines Metallrohres mit einem
Walzwerk mit Dorn, bei dem ein hohles Walzgut mit
eingeführter, sich verjüngender Dornstange init einer Serie von
Walzgerüsten gewalzt wird, während sich die Länge des
hohlen Walzgutes verlängert, um eine hohle Hülse zu ergeben,
wobei die Zufuhrgeschwindigkeit der Walzenstange in das
Walzwerk gesteuert wird.
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Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die
Herstellung von hohlen Hülsen einer Vielzahl von Größen mit
unterschiedlichen Wandstärken unter Verwendung einer
einzigen Dornstange zu ermöglichen.
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Die vorliegenden Erfinder führten verschiedene
Untersuchungen durch, um die oben beschriebene Aufgabe zu lösen. Als
Ergebnis kamen sie auf die Idee, die geraden Dornstangen
unterschiedlichen Durchmessers durch Dornstangen mit
linearer oder gekrümmter Verjüngung zu ersetzen, welche durch
kontinuierliche Änderungen des Durchmessers in
Längsrichtung charakterisiert sind.
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Genauer gesagt, eine konstante Walzenöffnung vorausgesetzt,
wird eine Dornstange, die den notwendigen Außendurchmesser
aufweist, um die gewünschte Wandstärke zu erreichen, durch
eine sich verjüngende Dornstange ersetzt, die den
Außendurchmesser in einem bestimmten Abschnitt aufweist, und der
Vorgang der Verlängerung wird in einer vorgegebenen
Position für den Außendurchmesser aufhören gelassena Zu diesem
Zweck wird die Zufuhrgeschwindigkeit der Dornstange in
geeigneter Weise gesteuert, so dass der Außendurchmesser am
Auslaufende des letzten Gerüsts der gewünschten Dimension
zu dem Zeitpunkt entspricht, wenn das vordere Ende der
hohlen Hülse in das letzte Gerüst eintritta
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Die vorlegenden Erfinder lernten damit, dass, wenn die
vorstehend beschriebenen Maßnahmen angewendet werden, hohle
Hülsen verschiedener Wandstärken unter Verwendung des
gleichen sich verjüngenden Dorns hergestellt werden können.
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Die vorliegende Erfindung kam auf der Basis dieser
Feststellung zustande.
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Die vorliegende Erfindung stellt Verfahren zur Verlängerung
eines Metallrohres zur Verfügung, wie sie in den Ansprüchen
1 und 3 definiert sind.
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Die Zufuhrgeschwindigkeit der Dornstange kann in einer oder
zwei Weisen gesteuert werden, die im Anspruch 1 bzw. 3
definiert sind.
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In welcher Art die Zufuhrgeschwindigkeit auch gesteuert
wird, wird es für die Zwecke der vorliegenden Erfindung
vorgezogen, die Umlaufgeschwindigkeit der Rollen jedes
Gerüstes zu steuern und fein abzustimmen, um eine konstante
Volumengeschwindigkeit entsprechend der Änderung der
Querschnittsfläche der hohlen Hülse in jedem Gerüst zu
erreichen
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Fig. 1 ist ein Fließbild, das ein Beispiel eines
Verfahrens zur Herstellung nahtloser Stahlrohre zeigt;
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Fig. 2 ist eine Skizze, die ein charakteristisches Profil
der Innenoberfläche eines nahtlosen Rohres zeigt,
wobei dessen fehlende Gleichmäßigkeit deutlich ist,
wenn man versucht, die Wandstärke des Rohres mit
einer Nutwalze zu ändern, die in ein Dornwalzwerk
eingepasst ist;
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Fig. 3 ist eine Skizze, die ein Beispiel der Betriebsweise
der sich verjüngenden erfindungsgemäßen Dornstange
zeigt, wobei die Dornstange während des Walzens zum
Halten gebracht wird; und
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Fig. 4 ist eine Skizze, die ein weiteres Beispiel der
Betriebsweise der sich verjüngenden erfindungsgemäßen
Dornstange zeigt, wobei die Dornstange während des
Walzens in einem halb schwimmenden Zustand gehalten
wird.
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Die vorliegende Erfindung wurde geschaffen, um alle
vorstehenden Probleme, die beim Betrieb eines Walzwerks mit
gehaltener Stange nach dem Stand der Technik auftreten, zu
lösen. Nach der vorliegenden Erfindung wird eine sich längs
verjüngende Dornstange verwendet und die
Zufuhrgeschwindigkeit der Dornstange wird gesteuert, um die Länge, durch die
die Dornstange über das Auslaufende des letzten
Endbearbeitungsgerüstes hinaussteht, zu kontrollieren, und zwar zu
dem Zeitpunkt, wenn das vordere Ende der hohlen Hülse von
den Walzen des letzten Gerüsts ergriffen wird. Falls
erwünscht, kann die Walzenöffnung gesteuert werden.
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Aufgrund dieser Maßnahmen stellt die vorliegende Erfindung
sicher, dass hohle Hülsen mit einer Vielzahl von Größen mit
unterschiedlichen Wandstärken unter Verwendung eines
einzigen Dornstabes verlängert werden können.
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Der Betriebsmechanismus der vorliegenden Erfindung ist
nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen näher
beschrieben.
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Zunächst sollte erwähnt werden, dass nach der vorliegenden
Erfindung Metallrohre, insbesondere nahtlose Stahlrohre
entsprechend dem Verfahrensgrundschema hergestellt werden,
das in Fig. 1 gezeigt ist, außer dass eine sich verjüngende
Dornstange in dem Dornwalzwerk (Verlängerer) c verwendet
wird. Wie bei einem herkömmlichen Walzwerk mit gehaltenem
Dorn wird die sich verjüngende Dornstange (die auch in Fig.
3 und 4 mit "3" bezeichnet ist) gehalten und von hinten mit
einem Stangenhalter c-1 eingespannt, welcher als ein
Mechanismus zur Steuerung der Zufuhrgeschwindigkeit der sich
verjüngenden Dornstange 3 dient. Diese
Zufuhrgeschwindigkeit wird langsamer eingestellt als die
Bewegungsgeschwindigkeit der hohlen Hülse 5 zu jeder Zeit der stetigen und
Übergangszustände (die letzteren schließen die Zeit ein,
wenn das vordere Ende der hohlen Hülse von den Walzen des
letzten Gerüsts ergriffen wird und die Zeit, wenn das
hintere Ende der gleichen hohlen Hülse das Walzwerk verläßt),
so dass die Richtung der Reibungskraft, die zwischen der
Innenoberfläche der hohlen Hülse und der Dornstange wirkt,
immer konstant (unverändert) gehalten wird.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann die sich verjüngende
Dornstange nach einer der folgenden Arten eingesetzt
werden.
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Die erste Art wird nachstehend anhand eines Walzwerks mit
einem sich vollständig zurückziehenden Dorn anhand der
Zeichnung beschrieben, das in Fig. 3 mit der Bezugsziffer
16 bezeichnet ist. Die sich verjüngende Dornstange 3, die
in das hohle Walzgut 5 eingeführt ist, wird mit einer
Zufuhrgeschwindigkeit gehalten, die in der Weise gesteuert
wird, dass, bis das vordere Ende der hohlen Hülse das
letzte Gerüst 18 erreicht, die Dornstange von dem Auslaufende
des letzte Gerüsts während der gesamten Zeit mit einer
vorgegebenen Länge L vorsteht. In der anschließenden Periode,
die mit dem Ergreifen des vorderen Endes der hohlen Hülse 5
durch die Walzen in dem letzten Gerüst 18 beginnt und die
endet, wenn das hintere Ende derselben hohlen Hülse das
letzte Gerüst 18 verläßt, wird die Zufuhr der Dornstange 3
beendet, wobei die vorstehende Länge L beibehalten wird.
Mit anderen Worten, die Dornstange 3 wird so gehalten, dass
sie über das Auslaufende des letzten Gerüsts um eine
vorgegebene Länge L vorsteht, und zwar nicht nur zu dem
Zeitpunkt, wenn das vordere Ende der hohlen Hülse von den
Walzen in dem letzten Gerüst ergriffen wird, sondern auch zu
dem Zeitpunkt, wenn der Verlängerungsvorgang abgeschlossen
ist. Die Wandstärke der hohlen Hülse 5 würde sonst
allmählich abnehmen, wenn der Walzvorgang fortschreitet.
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Bei der vorstehend beschriebenen ersten Art kann die
Walzenöffnung, insbesondere die Öffnung der Walzen in dem
letzten Gerüst 18 unveränderbar sein und damit die
Wandstärke der hohlen Hülse auf irgendeinen Wert eingestellt
werden, in dem der äußere Durchmesser der Dornstange
gesteuert wird, nämlich die Position der Dornstange, wie sie
durch die Länge L bestimmt wird, durch die sie über das
letzte Gerüst vorsteht.
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Nachdem der Verlängerungsvorgang abgeschlossen ist, wird
die Dornstange 3 mit dem Dornstangenhalter C-1
zurückgezogen (vgl. Fig. 1).
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Falls der Verlängerungsvorgang mit einer unveränderbaren
Walzenöffnung durchgeführt wird, wie in Fig. 3 dargestellt,
kann die sich verjüngende Dornstange durch eine mit Absatz
versehene Dornstange ersetzt werden, und selbstverständlich
kann die Dornstange so ausgeführt werden, dass sie
innerhalb des Bereichs der Absatzlänge schwimmt. Diese Anordnung
zum teilweisen Schwimmen stellt eine wirksame Maßnahme
gegen Fressen dar.
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Die so hinsichtlich der Wandstärke kontrollierte hohle
Hülse 5 wird dann mit dem Auszieher C-3 abgezogen. Stattdessen
kann sie ggf. von einem Maßwalzwerk oder einer
Streckreduziereinrichtung E auf genaues Maß gebracht werden (vgl.
Fig. 1)
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Die zweite Art des Betriebs der sich verjüngenden
Dornstange wird angewendet, wenn die Dornstange vom Anfang bis zum
Ende des Verlängerungsvorgangs schwimmend gehalten wird.
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Falls die sich verjüngende Dornstange 3 während des
Verlängerungsvorgangs schwimmt, wird die Walzenöffnung, wie in
Fig. 4 dargestellt, so gesteuert, dass die Wandstärke der
hohlen Hülse 5 nicht abnimmt, wenn der Walzvorgang
fortschreitet. Genauer gesagt, um eine gleichmäßige Wandstärke
in Längsrichtung zu erzielen, werden die Walzenöffnungen
aller Gerüste so gesteuert, dass sie gleichzeitig um ein
ausreichendes Ausmaß zunehmen, um das Ausmaß der Verjüngung
des sich verjüngenden Dorns 3 zu kompensieren. Gemäß Fig. 4
wird die ursprüngliche Walzenöffnung, die durch eine
gestrichelte Linie a dargestellt ist, um das Ausmaß β
geändert, die durch eine ausgezogene Linie b dargestellt ist,
und diese Änderung wird für sämtliche Gerüste gleichzeitig
durchgeführt.
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Bei der zweiten Betriebsart wird die Zufuhrgeschwindigkeit
der sich verjüngenden Dornstange vorzugsweise so
eingestellt, dass sie niedriger ist als die
Bewegungsgeschwindigkeit der hohlen Hülse 5 zu allen Zeiten während des
Walzens.
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Die so verlängerte hohle Hülse 5 weist die gewünschte
Wandstärke auf, die durch die vorstehende Länge L und die
Walzenöffnung jedes Gerüsts bestimmt wird (L ist die Länge,
mit der die sich verjüngende Dornstange 3 über das
Auslaufende des letzten Gerüsts zu dem Zeitpunkt vorsteht, wenn
das vordere Ende der hohlen Hülse 5 von den Walzen des
letzten Gerüsts ergriffen wird) . Nach dem Ende des
Verlängerungsvorgangs wird die Dornstange sofort mit dem
Dornstangenhalter C-1, der in Fig. 1 gezeigt ist,
zurückgezogen.
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Bei der Stufe der Verlängerung der Hülse durch ein
Dornwalzwerk ist die Qualität der Innenoberfläche der Hülsen im
allgemeinen besser, wenn die Dornstange schwimmend gehalten
wird, als wenn sie im Laufe des Walzens gestoppt wird.
Falls man die Dornstange im Laufe des Walzens nicht stoppen
will, wird die sich verjüngende Dornstange daher
vorzugsweise auf die zweite Art, die gerade beschrieben wurde,
gesteuert. Das heißt, der Verlängerungsvorgang wird
durchgeführt, wenn die sich verjüngende Dornstange schwimmend
gehalten wird, und ihre Zufuhrgeschwindigkeit wird in der
Weise gesteuert, dass zu dem Zeitpunkt, wenn das vordere
Ende der hohlen Hülse durch die Walzen des letzten Gerüsts
ergriffen wird, die Dornstange über das Auslaufende des
letzten Gerüsts um einen vorgegebenen Betrag L vorsteht.
Zur gleichen Zeit wird die Walzenöffnung aller Gerüste
gleichzeitig vergrößert, um das Ausmaß der Verjüngung der
sich verjüngenden Dornstange zu kompensieren, wodurch eine
gleichmäßige Verteilung der Wandstärke in Längsrichtung der
hohlen Hülse erzielt werden kann.
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In Fig. 4 stellt die vorstehende Länge der sich
verjüngenden Dornstange 3 nach Vervollständigung des Walzens dar,
d.h., die vorstehende Länge der Dornstange 3 zu dem
Zeitpunkt, wenn das hintere Ende der hohlen Hülse das letzte
Gerüst verläßt.
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Wenn eine gerade sich verjüngende Dornstange mit einer
linearen Verjüngung δ auf einer Seite verwendet wird, kann
eine gleichmäßig Wandstärkenverteilung in Längsrichtung
erhalten werden, indem die Walzenöffnungen aller Gerüste
gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von v x δ zunehmen,
wobei Bezug genommen wird auf den Zeitpunkt, wenn das
vordere Ende der hohlen Hülse von den Walzen in dem letzten
Gerüst ergriffen wird In der gerade vorstehend
beschriebenen Formel bezeichnet v die Zufuhrgeschwindigkeit der
Dornstange.
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In diesem Fall nimmt der Außendurchmesser der hohlen Hülse
in Längsrichtung zu, jedoch ist die Änderung ausreichend
klein, um einen vorgegebenen Außendurchmesser durch einen
Maßauszieher C-3 in der nächsten Stufe einstellen zu
können. Unnötig zu sagen, dass ein Maßauszieher C-3, der keine
Dornstange in Kontakt mit der Innenoberfläche der hohlen
Hülse aufweist, überhaupt kein Problem im Zusammenhang mit
der Reduzierung des Außendurchmessers hat.
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Wenn die Walzenöffnungen der Gerüste eingestellt werden,
wird die Umlaufgeschwindigkeit der Walzen in jedem Gerüst
wunschgemäß in der Weise angepaßt, dass eine konstante
Volumengeschwindigkeit entsprechend der Änderung der
Walzenöffnung erreicht wird, wodurch sichergestellt wird, dass
weder eine Druckkraft noch eine Zugkraft auf die Gerüste
ausgeübt wird.
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Die vorstehende Beschreibung betrifft ein Steuerverfahren,
durch das viele Größen von Wandstärken für hohle Hülsen
gewährleistet werden, indem eine einzige sich verjüngende
Dornstange verwendet wird, die in Vorwärtsrichtung des
Walzvorgangs abnimmt. Es sei hier bemerkt, dass es auch
möglich ist, eine sich umgekehrt verjüngende Dornstange zu
verwenden, deren Außendurchmesser in Vorwärtsrichtung des
Walzenvorgangs zunimmt, vorausgesetzt, dass gewisse
Bedingung erfüllt sind. Dies macht jedoch das Einführen der
Dornstange in das hohle Walzgut schwierig.
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In manchen Fällen kann die Zufuhrgeschwindigkeit der
Dornstange in der Weise gesteuert werden, dass die
Zufuhrgeschwindigkeit schneller eingestellt wird als die
Geschwindigkeit der hohlen Hülse in beiden 0bergangszuständen
(d.h., beim Ergreifen des vorderen Endes der hohlen Hülse
durch die Walzen in dem letzten Gerüst und das Austreten
des hinteren Endes der hohlen Hülse aus dem letzten Gerüst)
sowie im stationären Zustand, und dennoch ist es möglich,
die Richtung der Reibungskraft zwischen der Innenoberfläche
der hohlen Hülse und der Dornstange konstant zu halten (in
diesem Fall ist die Richtung der Reibungskraft umgekehrt)
Dies ist jedoch keine wirtschaftlich vernünftige Lösung, da
dadurch die Länge der Dornstange unvermeidbar zunimmt.
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Während das erfindungsgemäße Verlängerungsverfahren
vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit einem herkömmlichen
Zweiwalzendornwalzwerk beschrieben worden ist, versteht es
sich, dass das Verfahren für alle Typen von Dornwalzwerken
geeignet ist, einschließlich Dreiwalzen- und Vierwalzen-
Walzwerken.
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Die Verjüngung der nach der Erfindung verwendeten sich
verjüngenden Dornstange kann entweder linear oder nicht linear
sein. Es ist lediglich notwendig, das der Durchmesser der
Dornstange allmählich zu dem Auslaufende des Dornwalzwerks
abnimmt. Verglichen mit einer Dornstange mit nicht linearer
Verjüngung ist eine sich linear verjüngende Dornstange
einfacher zu handhaben und deshalb bevorzugt. Eine Verjüngung
von etwa 1/1000 - 2/1000 an einer Seite ist ausreichend,
und es wird durch die nachstehenden Beispiele klar, dass,
wenn eine Verjüngung dieser Größenordnung für den
Außendurchmesser der Dornstange vorgesehen wird, die Zahl der
Dornstangen, die auf Lager gehalten werden müssen, um
nahtlose Stahlrohre vieler Größen, die zwischen einem kleinen
und einem großen Durchmesser liegen, herzustellen,
drastisch auf weniger als ein Zehntel der Anzahl reduziert
werden kann, die bisher notwendig gewesen ist.
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Die vorliegende Erfindung ist in typischer Weise bei einem
Walzwerk mit gehaltenem Dorn vom halb schwimmenden oder
vollständig einziehenden Typ anwendbar. Wenn die
vorliegende Erfindung jedoch bei einem frühen vollständig
schwimmenden Typ angewendet wird, ist die Bauchbildung der Hülsen
unvermeidbar und eine längere Dornstange notwendig. Es ist
auch ziemlich schwierig, die Position der Dornstange zu
steuern.
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Die folgenden Beispiele dienen der weiteren Erläuterung der
Vorteile der vorliegenden Erfindung, sind jedoch keineswegs
einschränkend zu verstehen.
Beispiel 1
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in der in Fig. 3
dargestellten Weise umgesetzt.
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Ein vollständig einziehendes Dornwalzwerk mit sechs
Gerüsten (Gerüstabstand = 1200 mm, Walzendurchmesser bei jedem
Gerüst = 600 mm), das mit einem Dornstangenhalter und einem
Zweiwalzenauszieher ausgerüstet ist, wurde unter Verwendung
einer sich gerade verjüngenden Dornstange mit einer
linearen Verjüngung von 2 mm pro 1000 mm auf einer Seite
betrieben. Ein hohles Walzgut aus Kohlenstoffstahl (JIS SSOC) mit
einem Außendurchmesser von 185 mm und einer Wandstärke von
15 mm wurde zu einer hohlen Hülse verlängert, indem die
Zufuhrgeschwindigkeit der Dornstange derart gesteuert wurde,
dass die Länge L, mit der die Dornstange über das
Auslaufende des letzten, sechsten Gerüsts zu dem Zeitpunkt
vorsteht, wenn das vordere Ende der hohlen Hülse von den
Walzen des letzten Gerüsts ergriffen wird, in zehn Stufen in
Intervallen von 500 mm geändert wurde. Der Außendurchmesser
der hohlen Hülse wurde dann auf 155 mm mit einem
Dreigerüstauszieher reduziert, wodurch wahlweise insgesamt zehn
Produktgrößen der Wandstärke, einschließlich 8; 7,5;
7,0, ...; 4 und 3,5 mm erhalten wurden. Die
Bewegungsgeschwindigkeit der hohlen Hülse, die in das erste Gerüst
eintrat, betrug 1 m/sec.
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Nach dem Beispiel 1 wurde die Dornstange mit einer
kleineren Geschwindigkeit vorwärts bewegt als die
Bewegungsgeschwindigkeit der hohlen Hülse, bis das vordere Ende der
hohlen Hülse von den Walzen in dem letzten oder sechsten
Gerüst des Dornwalzwerks ergriffen wurde. Danach blieb die
Dornstange in Ruhe, bis das hintere Ende der hohlen Hülse
das letzte Gerüst verließ, wodurch der Verlängerungsprozess
vervollständigt wird. Nach dem Ende des Walzvorgangs wurde
die Dornstange zurückgezogen.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, ist es wahrscheinlich, wenn
die Zufuhr der Dornstange aufhört, dass ein Fressen durch
die Reibung zwischen der Innenoberfläche der hohlen Hülse
und der Außenoberfläche der Dornstange auftritt. Um dieses
Problem zu vermeiden, wurde die Oberfläche der in dem
Beispiel 1 verwendeten Dornstange nitriert, wodurch der
Reibungskoeffizient mit der Innenoberfläche der Hülse
reduziert wird.
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Das Kalibrierungsschema nach dem Beispiel 1 wurde
spezifisch an den dünnwandigen Abschnitt angepaßt, der am
schwierigsten zu walzen ist. Der Walzvorgang war deshalb
vollständig frei von Schwierigkeiten, die mit dem
Metallfluß zusammenhängen, wie Pitting, Überfüllen und Verziehen.
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Falls parallele Dornstangen wie nach dem Stand der Technik
verwendet werden, würden soviel wie zehn Dornstangengrößen
notwendig sein, da der Durchmesser für jede Verminderung
der Wandstärke um 0,5 mm geändert werden müsste. Nach der
Erfindung wurde nur eine einzige sich verjüngende
Dornstange verwendet und dennoch konnten zehn Größen von hohlen
Hülsen mit unterschiedlicher Wandstärke erfolgreich ohne
Schwierigkeiten verlängert werden.
Beispiel 2
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Das erfindungsgemäße Verfahren wurde in der in Fig. 4
dargestellten Weise umgesetzt.
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Ein vollständig einziehendes Dornwalzwerk mit sechs
Gerüsten mit der gleichen Spezifikation wie im Beispiel 1 wurde
unter Verwendung einer sich gerade verjüngenden Dornstange
mit einer linearen Verjüngung von 1 mm pro 1.000 mm auf
einer Seite betrieben.
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Mit dieser Dornstange, die in ein hohles Walzgut aus
legiertem Stahl (13cr-Stahl) eingeführt wurde, das einen
Außendurchmesser von 185 mm und eine Wandstärke von 15 mm
aufwies, wurde das hohle Walzgut zu einer hohlen Hülse
verlängert, während die Dornstange schwimmend gehalten wurde
("halbschwimmend", um genau zu sein) während sie von hinten
gehalten wurde, so dass sie sich mit einer Geschwindigkeit
von 0,5 m/sec gegenüber der Hülsengeschwindigkeit von
1 m/sec am Eintrittsende des ersten Gerüsts vorwärts
bewegen konnte. Der Außendurchmesser der hohlen Hülse wurde
durch einen Auszieher/Maßhalter mit drei Gerüsten auf
155 mm reduziert, wodurch insgesamt zehn Produktgrößen
wahlweise erhalten wurden, einschließlich der Wandstärken
von 8; 7,5; 7;...; 4 und 3,5 mm.
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Bei dem vorstehend beschriebenen Vorgang wurde die
Zufuhrgeschwindigkeit der Dornstange derart gesteuert, dass die
Länge, mit der die Dornstange über das Auslaufende des
letzten Gerüsts zu dem Zeitpunkt vorstand, wenn das hintere
Ende der hohlen Hülse von den Walzen des letzten Gerüsts
ergriffen wird, in aufeinanderfolgenden Schritten von
500 mm zunahm.
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Auf der Basis des Zeitpunkts, bei dem das vordere Ende der
hohlen Hülse von den Walzen des letzten Gerüsts ergriffen
wurde, wurden dann die Walzenöffnungen aller Gerüste
gleichzeitig mit einer Geschwindigkeit von 0,5 mm/sec
synchron mit der Dornstangenzufuhrgeschwindigkeit (v) von
0,5 m/sec um Beträge erhöht, um die Verjüngung der
Dornstange zu beseitigen, wodurch eine gleichmäßige Wandstärke
der hohlen Hülse in Längsrichtung erhalten wurde. Nach
Beendigung des Walzvorgangs wurde die Dornstange
zurückgezogen.
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Da die Walzenöffnungen aller Gerüste gleichzeitig um eine
konstante Geschwindigkeit während des Verlängerungsvorgangs
vergrößert wurden, erhöhte sich allmählich der
Außendurchmesser der hohlen Hülse, um eine Verjüngung zu ergeben. Bei
einer Walzzeit von lediglich 10 Sekunden würde die Hülse
jedoch lediglich etwa 10 mm ausbauchen, und eine derart
geringe Differenz im Außendurchmesser könnte wirksam durch
den Auszieher/Maßhalter im nächsten Schritt beseitigt
werden, um ein Kalibrieren auf den gleichen Außendurchmesser
zu erreichen.
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Im Beispiel 2 wurde die Dornstange während des
Verlängerungsvorgangs schwimmend gehalten, sodass selbst ein
rostfreier Stahl, der eine inhärente Tendenz zum "Fressen" hat,
ohne Auftreten von Problemen gewalzt werden konnte, wodurch
hohle Hülsen mit sehr guten Eigenschaften hergestellt
werden.
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Die Verwendung der sich verjüngenden Dornstange im Beispiel
2 ermöglicht es auch zehn Größen hohler Hülsen mit
unterschiedlirher Wandstärke zufriedenstellend zu verlängern.
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Wenn viele Größen von Metallrohren mit einem Dornwalzwerk
herstellt werden, ist es nach dem Stand der Technik
notwendig gewesen, eine große Anzahl von Dornstangen
unterschiedlichen Durchmessers zur Verfügung zu haben, welche
wahlweise verwendet werden, wenn sich die Wandstärke der hohlen
Hülse um 0,5 mm ändert. Mit dem verbesserten Verfahren zum
Betrieb einer sich verjüngenden Dornstange nach der
vorliegenden Erfindung reichen Durchmesseränderungen der
Dornstangen mit einem größeren Abstand von 5 mm aus, wodurch
die Anzahl der Dornstangen, die auf Lager gehalten werden
müssen, drastisch auf ein Zehntel der bisher notwendigen
Anzahl reduziert werden.
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Demzufolge wird die Notwendigkeit eines automatisierten
Lagers, das die große Zahl von Dornstangen aufnimmt,
eliminiert. Damit können nicht nur die Anfangsinvestitionen
deutlich reduziert werden, vielmehr wird auch die
erforderliche Wartung der Dornstangen signifikant herabgesetzt,
wodurch sich eine entsprechende Abnahme der laufenden Kosten
ergibt. Die wirtschaftlichen Auswirkungen der vorliegenden
Erfindung sind damit herausragend.