EP3784423B1 - Schrägwalzwerk mit hydraulischer walzenanstellung - Google Patents

Schrägwalzwerk mit hydraulischer walzenanstellung Download PDF

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EP3784423B1
EP3784423B1 EP19719287.5A EP19719287A EP3784423B1 EP 3784423 B1 EP3784423 B1 EP 3784423B1 EP 19719287 A EP19719287 A EP 19719287A EP 3784423 B1 EP3784423 B1 EP 3784423B1
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EP
European Patent Office
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rolling
work rolls
cross
billet
rolling mill
Prior art date
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EP19719287.5A
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English (en)
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EP3784423A1 (de
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Frank D'HONE
Martin Sauerland
Matthias Krahn
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a cross-rolling mill for rolling an ingot over a mandrel into a hollow ingot, comprising a plurality of work rolls, each of which exerts a substantially radially directed rolling force on the ingot, the work rolls being carried in a roll stand and the gap between the work rolls, preferably also the alignment of the roll axis of at least one of the work rolls relative to the block can be changed. Furthermore, the invention relates to a method for producing a hollow block from a block by means of such a cross-rolling mill.
  • a generic piercing mill and a generic method are out DE 21 56 595 A1 known.
  • a preheated block in the case of steel a block preheated to approx. 1,250°C, is rolled into a hollow block by means of two or more main work rolls over a mandrel located between the rolls.
  • the work rolls exert an essentially radially directed rolling force on the block and are mounted and supported for support in a roll stand, a so-called rolling mill stand, in such a way that at least the roll gap between the work rolls is set to the desired wall thickness of the hollow block to be produced can be.
  • mechanical spindle drives have been used for decades, which allow at least one roll gap setting before and after the rolling process.
  • a roll gap setting during the rolling process, in particular an automated roll gap setting during the rolling process itself, is nevertheless not possible as a result.
  • a cross-rolling mill for rolling an ingot over a mandrel to form a hollow ingot is specified, in which, instead of the previously used mechanical adjustment elements such as spindle drives, hydraulic adjustment elements, preferably hydraulic capsules, are provided for changing the roll gap, preferably also aligning the roll axis of at least one of the work rolls with respect to the billet.
  • the change in the roll gap by means of hydraulic adjustment elements compared to the block as a workpiece is understood in such a way that the work rolls are realigned to each other as required, whereby the roll gap dimension and geometry also remains variable during the rolling process.
  • the hydraulic ones Adjusting elements are preferably connected to chocks in a manner customary in the art, via which the work rolls are mounted adjustably in the respective roll stand.
  • a cross-rolling mill is made available for the first time which, due to the hydraulic adjustment elements, allows a change in the roll gap geometry or any other type of disturbance variable compensation even during the rolling process.
  • the work rolls are preset to a specific distance from one another, the so-called roll gap, via the hydraulic adjustment elements.
  • the mandrel held by a mandrel bar is located symmetrically between the work rolls in the cross-rolling mill according to the invention, over which mandrel the billet is then rolled to form a hollow billet. Due to the inclined position of the work rolls, the ingot is formed into a hollow block via the mandrel fixed in the roll gap and due to the drive applied to the block by the inclined position of the work rolls.
  • the work rolls for example the upper and lower work rolls, usually move to different extents in different spatial directions. This is all the more true when one or more of the work rolls is firmly connected to the roll stand and/or the foundation and is therefore only subject to minimal movements under load.
  • the previously set arrangement of both the work rolls and, if applicable, the mandrel is lost.
  • the roll gap increases as a result and the symmetry of the arrangement of the The work rolls and possibly the mandrel are shifted relative to one another, in particular since, for example, the upper and lower work rolls are shifted to different extents, for example upwards or downwards, due to the design.
  • hydraulic adjusting elements preferably hydraulic capsules
  • Disturbance variable adjustments which act in the x-direction horizontally transverse to the rolling direction, in the ⁇ -direction vertically to the rolling direction and in the z-direction in the rolling direction towards the outlet side, are preferably used as manipulated variables for the hydraulic adjustment elements of the work rolls.
  • the cross-rolling mill according to the invention preferably has, in addition to the work rolls, preferably the upper and lower work rolls, disks or guide shoes that laterally limit the roll gap, via which a central positioning of the billet and the outgoing hollow billet within the roll gap can be influenced.
  • These so-called Diescher disks usually have a circumferential profile in the shape of the hollow billet to be rolled and are arranged within the cross-rolling mill such that they can be set against the hollow billet.
  • the Diescher disks or the guide shoes also have hydraulic adjustment elements, which preferably support or can bring about a dynamic and online-acting disturbance variable compensation.
  • a measuring device is provided with which a change in the roll gap geometry and/or the roll gap shift and/or the position of the work rolls in space and their change during rolling operation can be determined.
  • this measuring device is connected to an evaluation unit that is suitable for determining the disturbance variables to be compensated for.
  • the measuring device can be arranged at any point of the roll stand or of its built-in elements essentially direct measurement on the work rolls is preferred, an indirect measurement, for example on a guide element such as a Diescher disk or a guide shoe, nevertheless allows conclusions to be drawn about the position of the work rolls or the individual guide elements in the roll stand under load via a corresponding correlation analysis.
  • a guide element such as a Diescher disk or a guide shoe
  • the measuring means comprises an optical image acquisition unit, which makes it possible to separate the measuring unit away from the roll stand and the circumstances that otherwise act on the measuring unit there and have a disruptive effect on the measurement result.
  • the measuring means comprises a camera, preferably a CCD camera. Using such a camera, the measuring unit can be positioned in the rolling mill in almost any position relative to the rolling stand and at the same time, if necessary after a corresponding calibration, provide all desired measurement results.
  • the measuring device is able to detect an image element associated with the roll stand, preferably one or more image elements associated with the adjustment elements for the work rolls, and is then able to determine their position and/or Determine shape change during the rolling process.
  • the at least one picture element is an active luminous body which, in an extremely preferred embodiment of the invention, is circular and has a defined diameter or is oval with a defined shape.
  • the image element is square or rectangular, in which case, for example, the evaluation of the change in one or more image element diagonals under load allows an indication of the rolling stand expansion or distortion.
  • the design of the picture element as an active luminous body advantageously supports image acquisition with particularly simple means.
  • the preferred configuration of the picture element with a circular shape and defined diameter or oval with a predetermined shape or square or rectangular with known diagonal dimensions supports calibration of the measurement with particularly simple means on the one hand, and on the other hand also creates the possibility of not only changing the position of the picture element during roll stand expansion, but also any deformation of the pixel due to any other type of roll stand distortion.
  • the advantage of this measuring method is that it creates the possibility of being able to evaluate many points of the flat image element in order to determine a single point. This reduces the susceptibility to interference compared to a conventional laser measurement, which only allows a single point observation.
  • the area consideration also allows a one-time calibration of the measuring device, regardless of its location, the position of the measuring device can thus be freely selected and even changed from one measurement to the next if necessary.
  • a method for producing a hollow billet from a billet by means of a cross mill for rolling a billet over a mandrel, more preferably a cross mill according to the first aspect of the invention preferably hydraulic adjustment elements, preferably hydraulic capsules, which are connected directly or indirectly to the work rolls, for example via roll chocks, change during the Rolling process the roll gap, as well as the alignment of the roll axis of at least one of the work rolls relative to the block.
  • a method is made available which, for the first time, makes it possible to make changes to the roll gap geometry during the rolling process and thereby counteract any disturbance variables that may be determined for the purpose of quality assurance or quality optimization of the rolling process.
  • the change in the roll gap is brought about when disturbance variables are determined in advance by an evaluation unit by means of measured changes in the roll gap geometry and/or the roll gap displacement and/or the position of the work rolls in space and their change during rolling operation have been.
  • a suitable control and regulation unit interacts with the evaluation unit to output a signal for manipulated variable compensation to the hydraulic adjustment elements.
  • the evaluation unit is connected to a measuring device, preferably an optical measuring device arranged at a distance from the roll stand, in particular a measuring device with an optical image acquisition unit.
  • this measuring device can detect an image element connected to the roll stand, preferably one or more image elements connected to the adjustment elements for the work rolls, and determine their position and/or shape changes during the rolling process.
  • the movement of the image elements is preferably dynamically recorded with high precision using the optical measuring device, with the changes ⁇ 1(t) and ⁇ y1(t) of the upper work roll or ⁇ x2(t), ⁇ y2(t) of the lower work roll preferably being determined online and using the evaluation unit is transmitted to the control and regulation unit for minimizing or compensating for the manipulated variables.
  • New manipulated variables for the hydraulic adjustment elements of the upper work roll and/or the lower work roll is calculated and the respective roll positions adjusted in such a way that the absolute roll gap error is minimized and symmetry to the original center can be restored.
  • This provides a method that allows very precise and highly dynamic disturbance variable compensation with simple, error-free and accurate means that can be used online, which means that for the first time during the rolling process in the cross-rolling mill an influence can be exerted on the rolling operation currently running.
  • the invention enables the dynamic compensation of the expansion of the rolling mill during rolling and the reduction or elimination of defects in the tube to be produced by the cross-rolling mill.
  • the measurement values are preferably recorded without contact and away from the roll stand, thus free from the influences that interfere with the measurement result near the roll gap, and allows the greatest possible flexibility in the arrangement of the measuring device to the roll stand, depending on local conditions.
  • movements of the roll stand can be recorded and compensated for during subsequent rolling operations, if necessary also during the ongoing rolling process.
  • measurements can be taken at several points simultaneously, and the measuring means can also be installed in a fixed manner, but can also be designed to be mobile.
  • Optical image acquisition using the CaliView® measuring device can be used for the measurement in a highly preferred manner. This can measure contours from a distance of 8 m to 40 m with an accuracy of 0.1 mm, whereby CaliView ® also has a serial image function to check the measurement.
  • the measurement can thus record movements of the roll stand determined during the rolling process and changes in the roll gap and the roll gap geometry resulting therefrom and use them during operation to readjust the work rolls or other manipulated variables. Due to the preferably known shape and dimension of the image element on the roll stand, an angular offset can also be provided when arranging the measuring device in relation to the roll stand, which should then be taken into account when calibrating the measuring device. In this way, the influence of the vapors occurring during the cross-rolling process and other influences that interfere with the measurement result can be limited to the unavoidable minimum.
  • figure 1 shows a first embodiment of the mode of operation of a cross-rolling mill, comprising an upper work roll 1 and a lower work roll 2.
  • the upper and lower work rolls 1, 2 are designed in the form of two truncated cones connected to one another at their large end faces and act during the forming of a billet 3 in a direction from left to right (z-direction) in figure 1 together with a mandrel 5 arranged on a mandrel rod 4 .
  • the block 3 is pushed through the roll gap between the upper and lower work rolls 1, 2 and conveyed over the mandrel 5 from the input side 6 to the output side 7 .
  • Hydraulic adjustment elements 8a, 8b and 9a, 9b are arranged at the respective ends of the upper and lower work rolls 1, 2, via which the position of the work rolls 1, 2 in relation to one another and in relation to the block 3 can be changed in almost any way, in particular in in a ⁇ -direction vertical to the rolling direction as shown.
  • the vertical adjustment of the hydraulic adjustment elements 8a, 8b, 9a, 9b can also change the roll gap between the upper and lower work rolls 1, 2, at least both in the ⁇ direction and in the z direction.
  • figure 2 12 shows another embodiment of an essential part of a rolling mill according to the invention, comprising an upper work roll 1 and a lower work roll 2, each showing a truncated cone shape with an unsteady jacket profile.
  • a roll gap 10 into which the billet 3 enters by moving in direction z towards the mandrel 5 and there in the interaction of the upper and lower work rolls 1, 2 with the locally fixed piercer mandrel 5 is formed into a hollow block (not shown).
  • hydraulic adjustment elements 8a, 8b or 9a, 9b by means of which the roll gap 10 and the local position of the roll axes 1a, 1b can be changed.
  • FIG 3 shows a schematic flowchart of the method according to the invention using a cross-rolling mill 11 according to the invention, which carries an upper work roll 1 and a lower work roll 2 .
  • Image elements MM1 and MM2 are arranged on the roll stands of the roll stand 11 and are constantly monitored with high precision and dynamically during the rolling operation, both in terms of their position and their shape, by a remotely arranged camera that is not shown in the picture.
  • Each change in position in the x-direction and y-direction Dx1(t), ⁇ y1(t) for the upper work roll 1 and Dx2(t), ⁇ y2(t) for the lower work roll 2 are recorded by the measuring unit (not shown) and an an evaluation unit (also not shown) is transmitted.
  • this evaluation unit it is in turn determined whether the changes in position of the picture elements MM1, MM2 detected by the picture unit (not shown) are to be regarded as manipulated variables to be compensated. If this is the case, the disturbance variables determined by the evaluation unit are forwarded to the HGC controller as the control and regulation unit (hydraulic gap control controller). Further process parameters go into the control and regulation unit (HGC), so that control commands Y1, Y2 are output to the hydraulic adjustment elements 8, 9 on the basis of predefined algorithms.
  • HGC control and regulation unit
  • these hydraulic adjustment elements 8, 9 change the roll gap geometry and, if necessary, the alignment of the (not shown) roll axes to each other. This makes it possible to output control and regulation commands online during the rolling process in a highly dynamic manner with constant acquisition and evaluation of measurement data, which are able to positively influence the rolling result and the course of the cross-rolling process.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Metal Rolling (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)

Description

    1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Schrägwalzwerk zum Walzen eines Blocks über einem Dorn zu einem Hohlblock, umfassend eine Mehrzahl von Arbeitswalzen, die jeweils eine im Wesentlichen radial gerichtete Walzkraft auf den Block ausüben, wobei die Arbeitswalzen in einem Walzgerüst getragen sind und der Spalt zwischen den Arbeitswalzen, vorzugsweise auch die Ausrichtung der Walzenachse zumindest einer der Arbeitswalzen gegenüber dem Block, veränderbar ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block mittels eines solchen Schrägwalzwerks. Ein gattungsgemässes Schrägwalzwerk sowie ein gattungsgemässes Verfahren sind aus DE 21 56 595 A1 bekannt.
    • 2. Stand der Technik
  • Beim Walzen eines metallischen Hohlblocks über einem Dorn mittels des sogenannten Mannesmann-Verfahrens wird ein vorerwärmter Block, bei Stahl ein auf ca. 1.250°C vorerwärmter Block, mittels zweier oder mehr Hauptarbeitswalzen über einem zwischen den Walzen befindlichen Dorn zu einem Hohlblock gewalzt. Die Arbeitswalzen üben während des Walzvorgangs auf den Block eine im Wesentlichen radial gerichtete Walzkraft aus und werden zur Abstützung in einem Walzgerüst, einem sogenannten Walzwerksständer, so gelagert und abgestützt, dass zumindest der Walzspalt zwischen den Arbeitswalzen auf die jeweils gewünschte Wanddicke des zu erzeugenden Hohlblocks eingestellt werden kann. Hierzu werden seit Jahrzehnten mechanische Spindelantriebe verwendet, die zumindest eine Walzspalteinstellung vor und nach dem Walzvorgang ermöglichen. Eine Walzspalteinstellung während des Walzvorgangs, insbesondere eine automatisierte Walzspalteinstellung auch während des Walzvorgangs selbst, ist hierdurch gleichwohl nicht möglich.
    • 3. Aufgabe der Erfindung
  • Es war daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Schrägwalzwerk sowie ein Verfahren zum Walzen eines Blocks über einem Dorn zu einem Hohlblock anzugeben, mittels derer die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme gelöst und eine vorzugsweise während des Walzvorgangs und automatisierte Kompensation von ermittelten Störgrößen ermöglicht wird.
  • Diese Aufgabe wird im erfindungsgemäßen Sinne mit einem Schrägwalzwerk, umfassend die Merkmale des Anspruchs 1, sowie einem Verfahren, umfassend die Merkmale des Anspruchs 13, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
    • 4. Zusammenfassung der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Schrägwalzwerk zum Walzen eines Blocks über einem Dorn zu einem Hohlblock angegeben, bei dem anstelle der bisher verwendeten mechanischen Anstellelemente wie etwa Spindelantrieben, hydraulische Anstellelemente, vorzugsweise hydraulische Kapseln, dafür vorgesehen sind, die Veränderung des Walzspalts, vorzugsweise auch die Ausrichtung der Walzenachse zumindest einer der Arbeitswalzen gegenüber dem Block, zu bewirken. Die Veränderung des Walzspalts mittels hydraulischer Anstellelemente gegenüber dem Block als Werkstück wird so verstanden, dass die Arbeitswalzen zueinander je nach Bedarf neu ausgerichtet werden, wodurch die Walzspaltdimension und -geometrie auch während des Walzvorgangs veränderlich bleibt. Während des Walzvorgangs erfolgt somit eine Ausrichtung gegenüber dem zu einem Hohlblock umzuformenden Block, zwischen den jeweiligen Walzprozessen und während der Walzprozesse erfolgt die Ausrichtung zumindest einer der Walzenachsen demnach auch gegenüber der oder den anderen Arbeitswalze(n). Die hydraulischen Anstellelemente sind dabei vorzugsweise in fachüblicher Weise mit Einbaustücken verbunden, über die die Arbeitswalzen in dem jeweiligen Walzgerüst anstellbar gelagert werden.
  • Hierdurch wird erstmals ein Schrägwalzwerk zur Verfügung gestellt, das aufgrund der hydraulischen Anstellelemente eine Veränderung der Walzspaltgeometrie oder jeder anderen Art von Störgrößenkompensation auch während des Walzvorgangs erlaubt.
  • Die Arbeitswalzen werden über die hydraulischen Anstellelemente erfindungsgemäß auf einen bestimmten Abstand zueinander, den sogenannten Walzspalt, voreingestellt. Symmetrisch zwischen den Arbeitswalzen befindet sich im erfindungsgemäßen Schrägwalzwerk der von einer Dornstange gehaltene Dorn, über dem der Block dann zu einem Hohlblock abgewalzt wird. Aufgrund der Schräganstellung der Arbeitswalzen erfolgt die Umformung des Blocks zu einem Hohlblock über den im Walzspalt fest angeordneten Dorn und aufgrund des durch die Schräganstellung der Arbeitswalzen auf den Block aufgebrachten Vortriebs.
  • Während des Walzens entstehen jedoch enorme Kräfte, die unter anderem die Arbeitswalzen auseinanderdrücken. Der gesamte Walzwerksständer wird durch die auf die Arbeitswalzen einwirkenden Kräfte in seiner Form gedehnt oder auf andere Art verzerrt, was schlussendlich auch zu einer Änderung des vorab eingestellten Walzspalts und seiner Geometrie führt.
  • Üblicherweise bewegen sich die Arbeitswalzen, beispielsweise die obere und untere Arbeitswalze, in verschiedenen Raumrichtungen unterschiedlich stark. Dies gilt umso mehr, wenn eine oder mehrere der Arbeitswalzen fest mit dem Walzgerüst und/oder dem Fundament verbunden ist und somit nur minimalen Bewegungen unter Last unterliegt. Dabei geht die vorab eingestellte Anordnung sowohl der Arbeitswalzen als auch gegebenenfalls des Dorns verloren. Der Walzspalt vergrößert sich infolge dessen und die Symmetrie der Anordnung der Arbeitswalzen und gegebenenfalls des Dorns zueinander verschiebt sich, insbesondere da beispielsweise die obere und untere Arbeitswalze konstruktionsbedingt unterschiedlich stark beispielsweise nach oben oder unten verschoben werden. Letztlich verschiebt sich die Mitte der Arbeitswalzen zueinander und zum Dorn und damit zur Auslaufseite des Schrägwalzwerks, was zu unerwünschten Auswirkungen auf die Qualität des erzeugten Hohlblocks führt. In der Wanddickenverteilung des Hohlblocks treten durch die Verschiebung der Arbeitswalzenmitten zueinander verstärkt Exzentritäten auf, die letztlich auch im fertig ausgewalzten Rohr noch zu finden sind.
  • Bisher konnten derartige Störgrößen erst nach Beendigung des Walzvorgangs ermittelt und durch eine Nachjustierung der Arbeitswalzen zueinander vor einem folgenden Walzvorgang kompensiert werden. Eine dynamische Störgrößenkompensation, insbesondere eine während des Walzvorgangs auf Grundlage von online ermittelten Messdaten erfolgende Stellgrößenkompensation, war bisher nicht möglich. Die erfindungsgemäße Verwendung hydraulischer Anstellelemente überwindet diesen Nachteil bisher bestehender Schrägwalzwerke.
  • Erfindungsgemäß wird durch die Verwendung hydraulischer Anstellelemente, vorzugsweise hydraulischer Kapseln, die dynamische Minimierung oder vollständige Kompensation der Ständeraufdehnung und der damit einhergehenden Verschiebung der Walzenposition zueinander ermöglicht. Insbesondere wird erstmals ermöglicht, auch bei wechselnden Lastverhältnissen, z. B. beim Anwalzen, vorzugsweise in Echtzeit, die Störgrößen der Walzspaltänderungen und Walzspaltverschiebungen durch geeignete Veränderungen des Walzspalts, vorzugsweise auch der Ausrichtung der Walzenachse zumindest einer der Arbeitswalzen gegenüber dem Block oder jeder anderen Arbeitswalze, vorzugsweise weitestgehend zu kompensieren.
  • Als Stellgrößen dienen vorzugsweise für die hydraulischen Anstellelemente der Arbeitswalzen Störgrößenausregelungen, die in x-Richtung horizontal quer zur Walzrichtung, in γ-Richtung vertikal zur Walzrichtung sowie in z-Richtung in Walzrichtung zur Auslaufseite hin wirken.
  • Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Schrägwalzwerk gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung zusätzlich zu den Arbeitswalzen, vorzugsweise den oberen und unteren Arbeitswalzen den Walzspalt seitlich begrenzende Scheiben oder Führungsschuhe auf, über die eine mittige Positionierung des Blocks und des auslaufenden Hohlblocks innerhalb des Walzspalts beeinflusst werden kann. Diese sogenannten Diescherscheiben weisen üblicherweise ein umlaufendes Profil in der Form des zu walzenden Hohlblocks auf und sind gegenüber dem Hohlblock anstellbar innerhalb des Schrägwalzwerks angeordnet. Bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn auch die Diescherscheiben oder die Führungsschuhe hydraulische Anstellelemente aufweisen, die vorzugsweise eine dynamische und online wirkende Störgrößenkompensation unterstützen oder bewirken können.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schrägwalzwerks ist ein Messmittel vorgesehen, mit dem eine Veränderung der Walzspaltgeometrie und/oder der Walzspaltverschiebung und/oder der Lage der Arbeitswalzen im Raum sowie deren Veränderung während des Walzbetriebs bestimmbar ist. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn dieses Messmittel mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die dazu geeignet ist, die zu kompensierenden Störgrößen zu ermitteln. Hierdurch wird ein Schrägwalzwerk zur Verfügung gestellt, welches in der Lage ist, dynamisch und permanent vorzugsweise jedwede Veränderung des Walzvorgangs, beispielsweise anhand einer zu messenden Ständeraufdehnung und der damit verbundenen Veränderung der Anordnung der Arbeitswalzen und gegebenenfalls des Dorns zueinander zu ermitteln. Das Messmittel kann prinzipiell an jeder Stelle des Walzgerüsts oder von dessen Einbauelementen angeordnet sein, wobei eine im Wesentlichen direkte Messung an den Arbeitswalzen bevorzugt wird, eine indirekte Messung, beispielsweise an einem Führungselement wie etwa einer Diescherscheibe oder einem Führungsschuh erlaubt gleichwohl über eine entsprechende Korrelationsbetrachtung auch einen Rückschluss auf die Position der Arbeitswalzen bzw. der einzelnen Führungselemente im unter Last stehenden Walzgerüst.
  • Besonders bevorzugt wird dabei, wenn das Messmittel eine optische Bilderfassungseinheit umfasst, wodurch ermöglicht wird, die Messeinheit entfernt vom Walzgerüst und den dort auf die Messeinheit andernfalls einwirkende und das Messergebnis störend beeinflussende Umständen zu trennen. Besonders bevorzugt wird, wenn das Messmittel eine Kamera, vorzugsweise eine CCD-Kamera, umfasst. Mittels einer derartigen Kamera kann die Messeinheit im Walzwerk nahezu beliebig zum Walzgerüst positioniert werden und gleichzeitig, gegebenenfalls nach einer entsprechenden Kalibrierung, sämtliche gewünschten Messergebnisse bereitstellen.
  • Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn das Messmittel in der Lage ist, ein mit dem Walzgerüst verbundenes Bildelement, vorzugsweise ein oder mehrere mit den Anstellelementen für die Arbeitswalzen verbundene Bildelemente, zu erfassen und dann in der Lage ist, deren Lage- und/oder Formveränderung während des Walzvorgangs zu ermitteln. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn das wenigstens eine Bildelement ein aktiver Leuchtkörper ist, der in einer überaus bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kreisrund und mit definiertem Durchmesser oder oval mit definierter Form ausgebildet ist. Ebenso bevorzugt wird, wenn das Bildelement quadratisch oder rechteckig ausgebildet ist, wobei dann beispielsweise die Bewertung der Veränderung einer oder mehrerer Bildelement-Diagonalen unter Last einen Hinweis auf die Walzgerüst-Aufdehnung oder-Verzerrung erlaubt.
  • Hierdurch wird einerseits die Möglichkeit geschaffen, jede Walzgerüstdehnung und/oder -verzerrung direkt und unmittelbar zu messen, andererseits wird durch die Ausgestaltung des Bildelements als aktiver Leuchtkörper die Bilderfassung mit besonders einfachen Mitteln vorteilhaft unterstützt. Schließlich wird durch die bevorzugte Ausgestaltung des Bildelements mit kreisrunder Form und definiertem Durchmesser oder oval mit vorab festgelegter Form oder quadratisch oder rechteckig mit bekannten Diagonalmaßen einerseits eine Kalibrierung der Messung mit besonders einfachen Mitteln unterstützt, andererseits auch die Möglichkeit geschaffen, nicht nur die Lageänderung des Bildelements während der Walzgerüstaufdehnung zu erfassen, sondern auch jede Formveränderung des Bildelements aufgrund jeder anderen Art von Verzerrung des Walzgerüsts. Dies wird dann besonders vorteilhaft nutzbar, wenn die optische Bilderfassung nicht nur den Mittelpunkt (bei kreisrunder Form) oder den Schnittpunkt der Hauptachsen (bei ovaler Form) oder den Schnittpunkt der Flächendiagonalen (bei quadratischer oder rechteckiger Form) eines Bildelements, sondern dessen gesamte Fläche, zumindest jedoch den Bildelementrand und dessen Mittelpunkt, zu erfassen in der Lage ist. Der Vorteil dieses Messverfahrens ist, dass die Möglichkeit geschaffen wird, zur Bestimmung eines einzelnen Punkts viele Punkte des flächigen Bildelements auswerten zu können. Dies reduziert die Störanfälligkeit gegenüber einer üblichen Lasermessung, die nur eine einzelne Punktbetrachtung erlaubt. Die Flächenbetrachtung erlaubt zudem eine einmalige Kalibrierung des Messgeräts unabhängig von ihrem Ort, die Position des Messgeräts kann somit frei gewählt und von einer Messung zur nächsten sogar bei bedarf verändert werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block mittels eines Schrägwalzwerks zum Walzen eines Blocks über einem Dorn, besonders bevorzugt eines Schrägwalzwerks gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, zur Verfügung gestellt. Erfindungsgemäß verändern hydraulische Anstellelemente, vorzugsweise hydraulische Kapseln, die direkt oder indirekt mit den Arbeitswalzen, beispielsweise über Walzeneinbaustücke, verbunden sind, während des Walzvorgangs den Walzspalt, sowie auch die Ausrichtung der Walzenachse zumindest einer der Arbeitswalzen gegenüber dem Block. Hierdurch wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welches erstmals ermöglicht, während des Walzvorgangs Veränderungen der Walzspaltgeometrie vorzunehmen und hierdurch etwaig ermittelten Störgrößen zum Zwecke der Qualitätssicherung oder -optimierung des Walzvorgangs zu begegnen.
  • Besonders bevorzugt wird, wenn die Veränderung des Walzspalts, wie oben beschrieben, dann bewirkt wird, wenn von einer Auswerteeinheit vorab mittels gemessener Änderungen der Walzspaltgeometrie und/oder der Walzspaltverschiebung und/oder der Lage der Arbeitswalzen im Raum sowie deren Veränderung während des Walzbetriebs Störgrößen bestimmt worden sind. Besonders vorteilhaft wird dann im Zusammenwirken einer geeigneten Steuerungs- und Regeleinheit mit der Auswerteeinheit ein Signal zur Stellgrößenkompensation an die hydraulischen Anstellelemente ausgegeben. Besonders bevorzugt wird in diesem Zusammenhang, wenn die Auswerteeinheit mit einem Messmittel, vorzugsweise einem vom Walzgerüst entfernt angeordneten optischen Messmittel, insbesondere einem Messmittel mit optischer Bilderfassungseinheit, verbunden ist. Dieses Messmittel kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein mit dem Walzgerüst verbundenes Bildelement, vorzugsweise ein oder mehrere mit den Anstellelementen für die Arbeitswalzen verbundene Bildelemente, erfassen sowie deren Lage- und/oder Formveränderungen während des Walzvorgangs ermitteln. Die Bewegung der Bildelemente wird mittels des optischen Messmittels vorzugsweise hochgenau dynamisch erfasst, wobei die Änderungen Δ×1(t) und Δy1(t) der oberen Arbeitswalze bzw. Δx2(t), Δy2(t) der unteren Arbeitswalze vorzugsweise online ermittelt und mittels der Auswerteeinheit an die Steuerungs- und Regelungseinheit zur Minimierung oder Kompensation der Stellgrößen übermittelt wird. Vorzugsweise werden dann online über geeignete Algorithmen neue Stellgrößen für die hydraulischen Anstellelemente der oberen Arbeitswalze und/oder der unteren Arbeitswalze errechnet und die jeweiligen Walzenpositionen so angepasst, dass der absolute Walzspaltfehler minimiert und die Symmetrie zur ursprünglichen Mitte wieder hergestellt werden kann.
  • Hierdurch wird ein Verfahren zur Verfügung gestellt, welches mit einfachen und störunanfälligen sowie genauen und online verwendbaren Mitteln eine sehr genaue und hochdynamische Störgrößenkompensation erlaubt, wodurch erstmals während des Walzprozesses im Schrägwalzwerk ein Einfluss auf den derzeit laufenden Walzbetrieb ausgeübt werden kann.
  • Hierzu ist es auch von Vorteil, wenn zusätzlich zur Position der Arbeitswalzen, vorzugsweise der oberen und/oder unteren Arbeitswalzen auch oder ausschließlich die Position und/oder Lage des Dorns sowie zusätzlich hierzu oder unabhängig von anderen Änderungen die Position und/oder Lage der Diescherscheiben zum Block oder Hohlblock dynamisch verändert wird, um so die Kompensation vorab ermittelter Störgrößen zu bewirken oder zumindest zu unterstützen.
  • Insgesamt ermöglicht die Erfindung gemäß beiden oben näher erläuterten Aspekten die dynamische Kompensation der Aufdehnung des Walzwerks beim Walzen und die Verringerung oder Eliminierung von Fehlern im durch das Schrägwalzwerk zu produzierenden Rohr. Die Messwerterfassung erfolgt vorzugsweise berührungslos und entfernt vom Walzgerüst, somit frei von den das Messergebnis störenden Einflüssen nahe des Walzspalts, und erlaubt eine höchstmögliche Flexibilität der Anordnung des Messmittels zum Walzgerüst je nach örtlichen Gegebenheiten. Während des Walzprozesses können Bewegungen des Walzgerüsts erfasst werden und bei folgenden Walzungen, gegebenenfalls auch während des laufenden Walzprozesses, ausgeglichen werden. Zur Erfassung der zur Kompensation erforderlichen Daten kann an mehreren Punkten gleichzeitig gemessen werden, das Messmittel kann zudem fest montiert aber auch mobil ausgestaltet sein.
  • Für die Messung kann in einer überaus bevorzugten Weise eine optische Bilderfassung verwendet werden, die das Messgerät CaliView® verwendet. Diese kann Konturen aus einem Abstand von 8 m bis 40 m mit einer Genauigkeit von 0,1 mm vermessen, wobei CaliView® darüber hinaus über eine Serienbildfunktion zur Überprüfung der Messung verfügt.
  • Die Messung kann somit während des Walzvorgangs ermittelte Bewegungen des Walzgerüsts sowie daraus resultierende Veränderungen des Walzspalts und der Walzspaltgeometrie aufnehmen und während des Betriebs zur Nachjustierung der Arbeitswalzen oder anderer Stellgrößen verwenden. Durch die bevorzugt bekannte Form und Dimension des Bildelements auf dem Walzgerüst kann zudem bei der Anordnung des Messmittels in Relation zum Walzgerüst ein Winkelversatz vorgesehen sein, der dann bei der Kalibrierung des Messgeräts berücksichtigt werden sollte. Hierdurch kann der Einfluss der beim Schrägwalzprozess auftretenden Dämpfe und sonstigen das Messergebnis störenden Einflüsse auf das unvermeidbare Minimum beschränkt werden.
    • 5. Kurze Beschreibung der Figuren
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf eine Reihe von zeichnerischen Darstellungen näher erläutert, wobei in diesen Figuren nur exemplarische und schematische Darstellungen der Erfindung angegeben sind.
    • Figur 1
    zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Schrägwalzwerks gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
    Figur 2
    zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Schrägwalzwerks gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
    Figur 3
    zeigt ein Ablaufschaubild zur Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
    6. Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • Figur 1 zeigt in einer ersten Ausführungsform die Wirkweise eines Schrägwalzwerks, umfassend eine obere Arbeitswalze 1 sowie eine untere Arbeitswalze 2. Die oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 sind in der Form zweier miteinander an ihrer großen Stirnfläche verbundener Kegelstümpfe ausgebildet und wirken bei der Umformung eines Blocks 3 in einer Richtung von links nach rechts (z-Richtung) in Figur 1 mit einem auf einer Dornstange 4 angeordneten Dorn 5 zusammen. Der Block 3 wird bei geeigneter Anstellung der oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 relativ zum Block 3 durch die Rotation der oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 um deren Längsachsen 1a bzw. 2a durch den Walzspalt zwischen den oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 und über den Dorn 5 hinweg von der Eingangsseite 6 zur Ausgangsseite 7 befördert. An den jeweiligen Enden der oberen bzw. unteren Arbeitswalzen 1, 2 sind hydraulische Anstellelemente 8a, 8b, sowie 9a, 9b angeordnet, über die die Lage der Arbeitswalzen 1, 2 zueinander und in Bezug auf den Block 3 nahezu beliebig veränderbar ist, insbesondere in der dargestellten Weise in einer γ-Richtung vertikal zur Walzrichtung. Durch die Vertikalverstellung der hydraulischen Anstellelemente 8a, 8b, 9a, 9b kann auch der Walzspalt zwischen den oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 zumindest sowohl in γ-Richtung als auch in z-Richtung verändert werden.
  • Figur 2 zeigt eine weitere Ausgestaltungsform eines wesentlichen Teils eines erfindungsgemäßen Walzwerks, umfassend eine obere Arbeitswalze 1 sowie eine untere Arbeitswalze 2, die jeweils eine Kegelstumpfform mit unstetem Mantelverlauf zeigt. Zwischen den oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 ist wiederum ein Walzspalt 10 ausgebildet, in den der Block 3 durch Bewegung in Richtung z auf den Dorn 5 hin eintritt und dort im Zusammenwirken der oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 mit dem örtlich feststehenden Lochdorn 5 zu einem (nicht dargestellten) Hohlblock umgeformt wird. An beiden Enden der oberen und unteren Arbeitswalzen 1, 2 sind hydraulische Anstellelemente 8a, 8b bzw. 9a, 9b angeordnet, mittels derer eine Veränderung des Walzspalts 10 sowie der örtlichen Lage der Walzenachsen 1a, 1b bewirkt werden kann.
  • Figur 3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines erfindungsgemäßen Schrägwalzwerks 11, welches eine obere Arbeitswalze 1 sowie eine untere Arbeitswalze 2 trägt. Bildelemente MM1 und MM2 sind Walzenständer des Walzgerüsts 11 angeordnet und werden während des Walzbetriebs permanent hochgenau und dynamisch sowohl was ihre Lage als auch ihre Form angeht von einer entfernt angeordneten und bildlich nicht dargestellten Kamera überwacht. Jede Lageveränderung in x-Richtung und y-Richtung Dx1(t), Δy1(t) für die obere Arbeitswalze 1 sowie Dx2(t), Δy2(t) für die untere Arbeitswalze 2 werden von der (nicht dargestellten) Messeinheit erfasst und an eine (ebenfalls nicht dargestellte) Auswerteeinheit übermittelt. In dieser Auswerteeinheit wiederum wird ermittelt, ob die von der (nicht dargestellten) Bildeinheit erfassten Lageveränderungen der Bildelemente MM1, MM2 als zu kompensierende Stellgrößen zu betrachten sind. Ist dies der Fall, werden die von der Auswerteeinheit bestimmten Störgrößen an den HGC-Regler als Steuerungs- und Regeleinheit (Hydraulic Gap Control-Regler) weitergeleitet. In die Steuerungs- und Regeleinheit (HGC) gehen weitere Prozessparameter ein, so dass auf Grundlage vorab festgelegter Algorithmen Steuerbefehle Y1, Y2 an die hydraulischen Anstellelemente 8, 9 ausgegeben werden. Diese hydraulischen Anstellelemente 8, 9 verändern durch Verstellung der oberen Arbeitswalze 1 und/oder der unteren Arbeitswalze 2 gegenüber dem (nicht dargestellten) Dorn die Walzspaltgeometrie sowie gegebenenfalls die Ausrichtung der (nicht dargestellten) Walzenachsen zueinander. Hierdurch wird ermöglicht, während des Walzvorgangs hochdynamisch unter ständiger Erfassung und Bewertung von Messdaten online Steuer- und Regelbefehle auszugeben, die in der Lage sind, das Walzergebnis und den Verlauf des Schrägwalzprozesses positiv zu beeinflussen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Arbeitswalze
    1a, b
    Walzenachse
    2
    Arbeitswalze
    2a, b
    Walzenachse
    3
    Block
    5
    Dorn
    8
    Anstellelement
    8a, 8b
    Anstellelement
    9
    Anstellelement
    9a, 9b
    Anstellelement
    10
    Walzspalt
    11
    Schrägwalzwerk
    HGC
    Hydraulic Gap Control
    MM1
    Bildelement
    MM2
    Bildelement

Claims (19)

  1. Schrägwalzwerk (11) zum Walzen eines Blocks (3) über einem Dorn (5) zu einem Hohlblock, umfassend eine Mehrzahl von Arbeitswalzen (1, 2), die jeweils eine im Wesentlichen radial gerichtete Walzkraft auf den Block (3) ausüben, wobei die Arbeitswalzen (1, 2) in einem Walzgerüst getragen sind und der Walzspalt (10) zwischen den Arbeitswalzen (1, 2) und die Ausrichtung der Walzenachse (1a, 2a) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3), veränderbar ist, wobei hydraulische Anstellelemente (8, 9), vorzugsweise hydraulische Kapseln, dafür vorgesehen sind, die Veränderung des Walzspalts (10) während des Walzvorgangs zu bewirken, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Anstellelemente (8, 9) auch dazu vorgesehen sind, während des Walzvorgangs die Ausrichtung der Walzenachse (1a, 2a) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3) zu bewirken.
  2. Schrägwalzwerk (11) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulischen Anstellelemente (8 ,9) in der Lage sind, eine Walzgerüst-Ausdehnung während des Walzbetriebs durch Veränderung der Anstellung der Arbeitswalzen (1, 2) zueinander, vorzugsweise zudem durch Ausrichtung der Walzenachse (1a, 2a) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3), auszugleichen.
  3. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den Arbeitswalzen (1, 2) seitlich den Walzspalt (10) begrenzende Scheiben, sog. Diescherscheiben und/oder Führungsschuhe, vorgesehen sind, die vorzugsweise ebenfalls mit hydraulischen Anstellelementen verbunden sind.
  4. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Messmittel vorgesehen ist, mit dem eine Veränderung der Walzspaltgeometrie und/oder Walzspaltverschiebung und/oder der Lage der Arbeitswalzen (1, 2) im Raum sowie deren Veränderung während des Walzbetriebs bestimmbar ist.
  5. Schrägwalzwerk (11) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel mit einer Auswerteeinheit verbunden ist, die dazu geeignet ist, Störgrößen zu ermitteln.
  6. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs- und Regeleinheit (HGC) vorgesehen ist, die mit den hydraulischen Anstellelementen (8, 9) so verbunden ist, dass vorab ermittelten Änderungen der Walzspaltgeometrie und/oder Walzspaltverschiebung und/oder der Lage der Arbeitswalzen (1, 2) im Raum sowie deren Veränderung während des Walzbetriebs durch Veränderung des Walzspalts (10), vorzugsweise auch der Ausrichtung der Walzenachse (1a, 1b) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3), entgegengewirkt werden kann.
  7. Schrägwalzwerk (11) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Regeleinheit (HGC) mit der Auswerteeinheit gemäß Anspruch 5 verbunden ist.
  8. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel eine optische Bilderfassungseinheit umfasst.
  9. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel in der Lage ist, ein mit dem Walzgerüst verbundenes Bildelement (MM1, MM2), vorzugsweise ein oder mehrere mit den Anstellelementen (8, 9) für die Arbeitswalzen (1, 2) verbundene Bildelemente (MM1, MM2), zu erfassen sowie dessen oder deren Lage- und/oder Formveränderung zu ermitteln.
  10. Schrägwalzwerk (11) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Bildelement (MM1, MM2) ein aktiver Leuchtkörper ist.
  11. Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bildelement (MM1, MM2) kreisrund mit definiertem Durchmesser, oder quadratisch oder rechteckig mit bekannten Diagonalmaßen, oder oval mit definitiver Form ist.
  12. Schrägwalzwerk (11) gemäß voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Dorns (5) innerhalb des Walzspalts (10) veränderbar ist.
  13. Verfahren zum Herstellen eines Hohlblocks aus einem Block (3) mittels eines Schrägwalzwerks (11) zum Walzen eines Blocks (3) über einem Dorn (5), wobei das Schrägwalzwerk (11) eine Mehrzahl von Arbeitswalzen (1, 2) umfasst, die jeweils eine im Wesentlichen radial gerichtete Walzkraft auf den Block (3) ausüben, wobei die Arbeitswalzen (1, 2) in einem Walzgerüst getragen sind und der Walzspalt (10) zwischen den Arbeitswalzen (1, 2) und die Ausrichtung der Walzenachse (1a, 2a) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3), veränderbar ist,
    wobei
    während des Walzvorgangs hydraulische Anstellelemente (8, 9), vorzugsweise hydraulische Kapseln, die Veränderung des Walzspalts (10) verändern,
    dadurch gekennzeichnet, dass während des Walzvorgangs die hydraulischen Anstellelemente (8, 9) auch
    die Ausrichtung der Walzenachse zumindest einer der Arbeitswalzen gegenüber dem Block verändern.
  14. Verfahren gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung des Walzspalts (10), vorzugsweise auch die Ausrichtung der Walzenachse (1a, 2a) zumindest einer der Arbeitswalzen (1, 2) gegenüber dem Block (3), dann bewirkt wird, wenn von einer Auswerteeinheit vorab mittels eines Messmittels gemessene Änderungen der Walzspaltgeometrie und/oder Walzspaltverschiebung und/oder der Lage der Arbeitswalzen (1, 2) im Raum sowie deren Veränderung während des Walzbetriebs, ermittelt und als Störgrößen eingeordnet worden sind.
  15. Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungs- und Regeleinheit (HGC) mit der Auswerteeinheit verbunden ist und Signale zur Störgrößenkompensation an die hydraulischen Anstellelemente (8, 9) ausgibt.
  16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit mit einem Messmittel, vorzugsweise einem vom Walzgerüst entfernt angeordneten optischen Messmittel, insbesondere einem Messmittel mit optischer Bilderfassungseinheit, verbunden ist.
  17. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel ein mit dem Walzgerüst verbundenes Bildelement, vorzugsweise ein oder mehrere mit den Anstellelementen (8, 9) für die Arbeitswalzen (1, 2) verbundene Bildelemente (MM1, MM2), erfasst sowie dessen oder deren Lage- und/oder Formveränderung während des Walzvorgangs ermittelt.
  18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lage und/oder Ausrichtung des Dorns (5) innerhalb des Walspalts (10) während des Walzvorgangs zur Kompensation vorab ermittelter Störgrößen verändert wird.
  19. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem Schrägwalzwerk (11) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt wird.
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