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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum
Walzen von H- oder Doppel-T-Trägern oder Breitflanschträgern
mittels Universalwalzwerken gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1 bzw. 3, welches Verfahren im Fall der
kontinuierlichen Herstellung von Doppel-T-Trägern bei Einhaltung einer
konstanten Stegbreite unabhängig von Verschleiß von zum
Auswalzen eingesetzten Walzen oder bei der Herstellung
verschiedener Doppel-T-Träger unterschiedlicher Maße mittels der
gleichen Walzanlage vorteilhaft anwendbar ist.
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Im allgemeinen werden Doppel-T-Träger durch Warmwalzen
(vorgewalzter) Stahlblöcke 5, 6 oder 7 verschiedener
Querschnitte gemäß den Fig. 2a bis 2c in einer Walzstraße mit
einem Vorwalzwerk 1, einem Universal-Streckwalzwerk 2, einem
Stauchwalzwerk (edger mill) 3 und einem
Universal-Fertigwalzwerk 4, die gemäß den Fig. 1a und 1b in der Durchlaufrichtung
der Stahlblöcke aufeinanderfolgend einander nachgeschaltet
sind, hergestellt.
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Die Stahlblöcke (Platte 5, rechteckiger Knüppel oder
Walzblock 6 und Doppel-T- bzw. H-Trägerwalzblock 7) gemäß den
Fig. 2a bis 2c werden zunächst im Vorwalzwerk 1 auf
vorbestimmte Formen grob- oder vorgewalzt. Das in diesem Fall
verwendete Vorwalzwerk 1 besteht üblicherweise aus zwei oberen
und unteren Kaliberwalzen mit offenen Kalibern (passes) 8
oder geschlossenen Kalibern 9, wie in den Fig. 3a und 3c
(bzw. 3b) gezeigt. Beim Auswalzen im Vorwalzwerk 1 werden die
Stahlblöcke fortlaufend durch mehrere Kaliber (passes) der
Kaliberwalzen in mehreren Stichen (passes) gewalzt, um in
Formen gewalzt zu werden, die für spätere
Zwischen(aus)walzvorgänge geeignet sind.
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Die so ausgewalzten Stahlblöcke werden einem
Zwischenoder Mittelwalzen in mindestens einem
Universal-Streckwalzwerk 10 mit Walzen der in Fig. 4a gezeigten Formen und
mindestens einem Stauchwalzwerk 11 mit Walzen der in Fig. 4b
gezeigten Formen in einem oder mehreren Stich(en)
unterworfen. Sodann werden die Stahlblöcke, üblicherweise in einem
Stich, in einem Universal-Fertigwalzwerk 12 mit Walzen der in
Fig. 4c gezeigten Formen zu Doppel-T-Trägerstahlerzeugnissen
ausgewalzt. Die Größen der Walzen des
Universal-Fertigwalzwerks 12 und der diesem vorgeschalteten Walzwerke werden
somit in Abhängigkeit von der Größe der Erzeugnisse bestimmt.
Die Walzen sind so ausgelegt, daß der Abstand (a) in Fig. 3a
und die Abstände (b), (c) und (d) in den Fig. 4a, 4b und 4c
im wesentlichen einander gleich sind.
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Beim Walzen zur Herstellung von Doppel-T-Trägern ist
- wie beschrieben - eine Änderung in der Form der Stahlblöcke,
speziell nach dem Vorwalzen, begrenzt. Im Fall der
Herstellung einer bestimmten Reihe von Doppel-T-Trägern (z.B. H 600
x 300) ist es übliche Praxis, Horizontalwalzen mit
speziellen, für die Doppel-T-Träger geeigneten Breiten zu verwenden.
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Die mittels solcher Horizontalwalzen mit den bestimmten
Breiten (z.B. der Breite (d) nach Fig. 4c) ausgewalzten
Doppel-T-Träger weisen im wesentlichen konstante innere
Stegbreiten auf. Andererseits müssen Walzspalte zwischen den
Horizontal- und zwischen den Vertikalwalzen geändert werden,
um eine Reihe oder Serie von Profilstählen verschiedener
Arten mit unterschiedlichen Dicken mittels der gleichen
Walzen, ohne diese auszuwechseln, zu walzen. In diesem Fall
erreicht die Differenz zwischen den Höchst- und Mindestdicken
der Flansche der ausgewalzten Doppel-T-Träger eine Größe von
z.B. etwa 16 mm. Da die äußere Stegbreite gleich einer
inneren Stegbreite plus der Dicken der beiden Flansche ist,
variiert die äußere Stegbreite innerhalb von 32 mm, gleich
dem Doppelten von 16 mm.
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Bei den bisherigen, oben beschriebenen Walzverfahren ist
es unvermeidbar, eine Reihe von Doppel-T-Trägern,
einschließlich solcher mit verschiedenen (various) äußeren Stegbreiten,
herzustellen. Wenn solche Doppel-T-Träger als
Bau(stahl)träger verwendet werden, ergeben sich die folgenden Probleme:
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Wenn Bau(stahl)träger durch Verbindung einer Reihe von
Doppel-T-Trägern mehrerer Größen gebildet werden und Doppel-
T-Träger, einschließlich solcher mit verschiedenen äußeren
Stegbreiten, so angeordnet werden, daß die Außenflächen der
einen Flansche der betreffenden Doppel-T-Träger in einer
Ebene liegen, sind Außenflächen der anderen Flansche der
Doppel-T-Träger ungleichmäßig mit einer Höhendifferenz gleich
dem Doppelten der Dickendifferenz der Flansche angeordnet.
Eine solche Ungleichmäßigkeit stellt ein großes, beim Bau des
Gebäudes oder bei der Herstellung der Bau(stahl)träger zu
lösendes Problem dar.
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Beim Entwurf der Strukturen von Gebäuden werden die Maße
üblicherweise aufeinanderfolgend von der Außenseite zur
Innenseite der Struktur bestimmt. Daher werfen Doppel-T-Träger,
deren innere Stegbreiten praktisch konstant sind, während die
äußeren Stegbreiten abhängig von den Dicken der Flansche (der
Doppel-T-Träger) verschieden sind, ein großes Problem dann
auf, wenn die Einstellung von Maßen relativ zueinander an den
Verbindungsabschnitten der Doppel-T-Träger äußerst (severely)
genau sein soll.
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Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile von durch
Walzen hergestellten Doppel-T-Trägern wurden insbesondere für
Gebäude aus zusammengeschweißten Stahlplatten hergestellte
Doppel-T-Träger verwendet, welche Platten zur Bildung von
Doppel-T-Trägern mit konstanten äußeren Stegbreiten
geschweißt werden, auch wenn die Dicken ihrer Flansche nicht
gleichmäßig sind. Derartige geschweißte Doppel-T-Träger sind
jedoch wegen hoher Fertigungskosten unvorteilhaft.
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Zur Lösung des Problems der Ungleichmäßigkeit der
äußeren Stegbreiten von Doppel-T-Trägern offenbart die
offengelegte JP-Patentanmeldung 59-202 101 ein Verfahren, bei dem
grob- oder streckgewalzte (rough rolled) Knüppel bzw.
Walzblöcke vor dem Fertigwalzen zum Verbreitern ihrer Stege in
(einem) bestimmten Walzwerk(en) mit Walzen, die relativ zur
Walzrichtung geneigt oder schräggestellt und auskragend (by
cantilevers) gelagert sind (Fig. 5a und Sb), gewalzt werden.
Bei diesem Verfahren ist jedoch das spezielle Walzwerk zum
Verbreitern (oder Erweitern) der Stege nötig, was eine
Erhöhung der Installations- bzw. Anlagenkosten bedingt.
Außerdem besteht dabei die Gefahr für einen Bruch der Stege, wenn
die Walzblöcke dünne Stege aufweisen.
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Zur Vermeidung dieser Probleme wurde ein Verfahren zum
Reduzieren der äußeren Stegbreiten mittels Vertikalwalzen
eines Universalwalzwerks vorgeschlagen, dessen
Horizontalwalzen kleinere Breiten als innere Stegbreiten der
herzustellenden Doppel-T-Träger aufweisen (vgl. offengelegte JP-
Patentanmeldung 2-84 203 (Fig. 6)). Außerdem wurde ein
Verfahren zum Reduzieren der äußeren Stegbreiten mittels eines
Universalwalzwerks vorgeschlagen, bei dem die Vertikalwalzen
so eingestellt sind, daß der Abstand zwischen ihnen bzw. der
Walzspalt kleiner ist als die Breite von Horizontalwalzen
plus der Summe aus den Dicken der beiden Flansche und (die
Vertikalwalzen) an der Stromabseite relativ zu den
Horizontalwalzen so verschoben oder versetzt sind, daß jede
gegenseitige Störung der Vertikal- und Horizontalwalzen vermieden
wird (vgl. offengelegte JP-Patentanmeldungen 2-147 102 und 2-
147 112 (Fig. 7a und 7b)). Dabei sind vorhandene, bisher
benutzte Walzen für die Durchführung dieser Verfahren geeignet;
diese Walzwerke brauchen nicht besonders abgewandelt zu
werden. Diese Verfahren sind mithin einfach durchführbar.
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Bei diesen Verfahren treten jedoch häufig Defekte an
Doppel-T-Trägern, wie Überlappung an gerundeten Abschnitten,
Einknicken oder Wölben an Stegen oder Versatz von Stegen von
Mittelpositionen, auf, wenn die Walzreduktion der inneren
Stegbreiten vergleichsweise groß ist.
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Im Hinblick auf diese Nachteile haben die Erfinder
vorliegender Anmeldung ein Verfahren zum Reduzieren oder
Einstellen (Regeln) der inneren Stegbreiten von Doppel-T-
Trägern durch Fertigwalzen vorgeschlagen (vgl. die den am
nächsten kommenden Stand der Technik darstellende
offengelegte JP-Patentanmeldung 2-80 102). Bei diesem Verfahren
werden streck- oder grobgewalzte Walzblöcke nach Vor- und
Zwischenwalzen einem Fertigwalzen in einem Fertigwalzwerk
unterworfen, dessen Horizontalwalzen (Walzen verstellbarer
Breite) auf Walz(en)breiten eingestellt sind oder werden, die
kleiner sind als die beim Vorwalzen. Als Ergebnis werden die
Walzblöcke dem Fertigwalzen zum Reduzieren der Stegbreiten
und Dicken der Flansche und zum Korrigieren einer
Schrägstellung der Flansche unterworfen. Auf diese Weise werden die
Stegbreiten frei eingestellt oder reduziert (Fig. 8a und 8b)
Nach diesem Verfahren können effektiv Doppel-T-Träger mit
konstanten äußeren Stegbreiten hergestellt werden, auch wenn
das Walzen auf Walzblöcke zum Modifizieren der Dicken ihrer
Flansche angewandt wird. Auch bei diesem Verfahren ist jedoch
die Reduktion der äußeren Stegbreiten, wie später erläutert,
begrenzt. Aus diesem Grund wird einem Walzsystem
entgegengesehen, mit dem eine größere Reduktion der Stegbreiten
realisierbar ist.
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Für das Reduzieren der Stegbreiten durch Einstellen der
Walzbreiten der Horizontalwalzen des Fertigwalzwerks auf eine
kleinere Größe als die innere Stegbreite des dem Vorwalzen
unterworfenen Walzblocks ist der Berührungs- bzw.
Angriffszustand zwischen den Walzen des Walzwerks und dem Walzblock
in Fig. 9 dargestellt.
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Wenn gemäß Fig. 9 die innere Stegbreite Bw&sub0; durch die
Vertikalwalzen V reduziert wird, greifen diese am Walzblock h
vor dem Angriff der Horizontalwalzen H mit normaler
Walzreduktion und normalen Walzendurchmesser an, so daß die
Stegbreite des Walzblocks h reduziert wird, bis die Stirnflächen
der Horizontalwalzen H am Walzblock h angreifen. Die
Reduktion der inneren Stegbreite Bw&sub0; erfolgt hauptsächlich in
Zonen, die geringfügig stromauf von Zonen k angeordnet sind,
in denen die Horizontalwalzen den Steg ha des Walzblocks h
kontaktieren bzw. daran angreifen. Andererseits sind vor dem
Angriff der Horizontalwalzen am Steg ha des Walzblocks h die
Walzspalte zwischen den oberen und unteren Horizontalwalzen H
größer (more) als die Dicke des Stegs ha (vgl. Fig. 10a).
Demzufolge kann je nach Fall ein Wölben oder Verwinden des
Stegs ha auftreten (vgl. Fig. 10b und 10c) . Beim Walzen des
Stegs ha des vor- oder grobgewalzten Walzblocks zur Reduktion
seiner Dicke mittels der Horizontalwalzen H wird der dem
Fertigwalzen unterworfene Walzblock h so geformt, wie dies
praktisch durch die Walzspalte zwischen den oberen und unteren
Horizontalwalzen H bestimmt wird, auch wenn ein Wölben vor
dem Reduzieren durch die Horizontalwalzen H auftritt. Bei
Berichtigung (amending) der Wölbung des Stegs ha durch die
mittels der Horizontalwalzen H herbeigeführte Reduktion wird
jedoch der Anpreßdruck zwischen dem Steg ha und den
Horizontalwalzen H örtlich größer, wodurch Defekte wie Sprünge oder
Risse in den Oberflächen des Stegs ha hervorgerufen werden.
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Außerdem läßt die in Fig. 10a oder 10c gezeigte
Verwindung (torsion) des Stegs ha den Walzblock das Fertigwalzwerk
in einem Zustand durchlaufen, in welchem die
Längsmittellinien der Flansche hb gegenüber den Walzspalten zwischen den
Horizontalwalzen H verschoben oder versetzt sind.
Infolgedessen ist der Steg ha des Fertigerzeugnisses, wie in Fig. 11a
oder 11b gezeigt, oftmals relativ zu den Flanschen hb in
entgegengesetzten Richtungen oder in einer Richtung
verschoben.
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Je dünner und breiter die Stege von Walzblöcken vor dem
Fertigwalzen sind, desto mehr verschärfen sich diese
Probleme. Wenn zudem die Reduktion oder Einstellung der
Stegbreiten größer ist, erhöht sich die Möglichkeit für das
Vorkommen solcher Defekte.
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Die Dicken der Stege von Walzblöcken vor dem
Fertigwalzen werden oder sind durch geeignete Walzreduktion beim
Universalwalzen bestimmt. Andererseits sind die inneren
Stegbreiten von Walzblöcken vor dem Fertigwalzen praktisch
gleich den inneren Stegbreiten von Walzblöcken mit den
kleinsten Flanschdicken in einem Auswalzvorgang. Zur
Vermeidung der geschilderten Defekte beim Fertigwalzen ist es daher
notwendig, eine Beschränkung bzw. Begrenzung (bzw. einen
Grenzwert) der Walzreduktion in einem Stich entsprechend den
Dicken und inneren Breiten von Stegen vorzusehen. Wenn eine
erforderliche Walzreduktion diese Begrenzung übersteigt, muß
das Auswalzen in zwei oder mehr Stiche aufgeteilt werden.
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Von den vorher beschriebenen bisherigen Verfahren
unterscheidet sich das von den Erfindern der vorliegenden
Erfindung früher vorgeschlagene Verfahren (offengelegte
JP-Patentanmeldung - im folgenden als JP-OS bezeichnet - 2-80 102)
grundsätzlich von den anderen Verfahren (JP-OSen 2-84 203, 2-
147 102 und 2-117 112) in dem Merkmal des Auswalzens zum
Reduzieren der Stegbreiten und praktisch gleichzeitigen
Reduzieren der Flanschdicken. Gemäß dem von den Erfindern der
vorliegenden Erfindung vorgeschlgenen Verfahren ist es
möglich, die Walzreduktion der Flansche größer einzustellen als
die der Stege im Universalfertigwalzvorgang, so daß die
Flächen der gewalzten Stege durch Längungen oder Dehnungen der
Flansche hervorgerufenen Zugspannungen in Walzrichtungen
unterworfen sind. Infolgedessen ist es möglich, die
Begrenzung der Reduktion der Stege in einem nennenwerten Maß zu
mildern, um das durch die Kompression in Richtungen senkrecht
zu den Walzrichtungen verursachte Wölben der Stege zu
verhindern. Nach diesem Verfahren kann mithin die
Walzreduktion oder Einstellung der Stegbreiten im Vergleich zu
denen bei anderen bisherigen Verfahren um mehr als das
Dreifache vergrößert sein oder werden, obgleich (dabei) die
Horizontalwalzen mit verstellbarer Breite benötigt werden.
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Wenn jedoch eine erforderliche Einstellung der
Stegbreiten eine Begrenzung, d.h. einen Grenzwert, überschreitet, ist
es für die Reduktion der Stegbreiten nötig, das Auswalzen in
mehr als zwei Stiche aufzuteilen. Bei dem durch die Erfinder
dieser Erfindung in der JP-OS 2-80 102 vorgeschlagenen
Verfahren erfolgt das Auswalzen so, daß der Bedingung ΔBwmax =
80 Tw²/Bw genügt wird, worin ΔBwmax (mm) den Grenzwert der
Walzreduktion der inneren Stegbreite, Tw² (mm) die Stegbreite
vor dem Auswalzen und Bw (mm) die innere Stegbreite bedeuten.
Mit anderen Worten: wenn eine Walzreduktion ΔBw der inneren
Stegbreiten die anhand obiger Gleichung berechnete Größe
ΔBwmax übersteigt, wird das Auswalzen zur Begrenzung der
Walzreduktion pro Stich in mehr als zwei Stiche unterteilt.
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Wenn jedoch das Auswalzen beim Fertigwalzen in mehr als
zwei Stichen erfolgt, ist ein Absinken der Temperatur des
auszuwalzenden Stahls wahrscheinlich. Eine solche
Temperaturabnahme des Stahls führt häufig nicht nur zu Formdefekten des
Erzeugnisses, wie wellige Stege, und einer Minderung der
Erzeugnisgüte, sondern auch zu einer Herabsetzung der
Produktionsleistung. Aus diesem Grund wird das Auswalzen
vorzugsweise in einem Stich (pass) durchgeführt. Zudem ist
ersichtlich, daß in tatsächlichen Walzvorgängen oftmals strengere
Reduktionsbegrenzungen der (für die) Stegbreiten nötig sind.
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Beim Auswalzen für die Walzreduktion der Stegbreiten
können Wölbung und schädliche Deformation im Profil von
Erzeugnissen durch Anordnung von Hemmitteln (restraining
means), wie Stegführungen, an der Einlaufseite eines
Walzwerks vermieden werden. Solche Mittel dienen jedoch nicht zur
Vergrößerung der Walzreduktion oder Einstellung (Regelung)
pro Stich.
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In diesem Zusammenhang kann die Walzreduktion oder
Einstellung (Regelung) der inneren Stegbreiten teilweise in
Vor- oder Streckwalzvorgängen bewirkt werden. Da jedoch große
Walzreduktionen mit Walzen verstellbarer Breite zu
stufenförmigen Oberflächen der Erzeugnisse führen können, können
die Dicken der Stege durch das Walzen nicht erheblich
reduziert werden. Folglich ist ein exklusiver Stich zum
Reduzieren der Stegbreiten nötig, so daß sich die Zahl der Stiche
vergrößert und sich somit die oben beschriebenen
Schwierigkeiten ergeben.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines
Verfahrens zum Walzen von Doppel-T-Trägern, mit dem die
Begrenzung der Walzreduktion von inneren Stegbreiten gemildert
werden kann, ohne Wölbung und Verwindung, wie sie beim
Auswalzen mit Walzreduktion von Stegbreiten vorkommen können,
herbeizuführen.
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Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem die Merkmale
nach Anspruch 1 aufweisenden Verfahren zur Herstellung eines
Doppel-T-Trägers durch Fertigwalzen.
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Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird der
Walzblock durch das Universal-Fertigwalzwerk ausgewalzt, bei dem
die beiden Vertikalwalzen zwangsweise oder direkt
(positively) angetrieben werden.
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Erfindungsgemäß können beim Reduzieren oder Einstellen
der inneren Stegbreiten beim Fertigwalzen mit
Horizontalwalzen verstellbarer Breite durch zwangsweises Reduzieren der
Stegbreite eines durch Streckwalzen (rough rolling) normal
gewaizten Walzblocks (die) Grenzwerte der Walzreduktion
beträchtlich erweitert sein oder werden, so daß die Lebensdauer
der Walzen verlängert ist und ein Walzenwechsel auf ein
Mindestmaß verringert wird, wodurch die Produktionsleistung
bei der Herstellung von Doppel-T-Trägern durch Walzen weiter
verbessert wird.
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Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich aus
der folgenden genauen Beschreibung und den Ansprüchen anhand
der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
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Fig. 1a und 1b schematische Darstellungen von Beispielen
für Anlagen in Walzstraßen zum Herstellen von
Doppel-T-Trägern,
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Fig. 2a bis 2c Darstellungen von Querschnitten oder
Profilen von Ausgangsmaterialien für auszuwalzende
Doppel-T-Träger,
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Fig. 3a und 3b Darstellungen von Kalibern von Walzen bei
Vorwal zwerken,
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Fig. 4a bis 4c Darstellungen von Querschnitten oder
Profilen von bisherigen Walzen, die für die
Herstellung von Doppel-T-Trägern durch Walzen benutzt
werden,
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Fig. 5a und 5b, 6 sowie 7a und 7b schematische
Darstellungen von Verfahren nach dem Stand der Technik,
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Fig. 8a und 8b schematische Darstellungen eines Verfahrens
nach dem Stand der Technik,
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Fig. 9 eine Darstellung eines Kontaktierungs- oder
Angriffszustands zwischen einem durch Streckwalzen
ausgewalzten Walzblock und Walzen beim Verfahren
nach den Fig. 8a und 8b,
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Fig. 10a bis 10c Darstellungen zur Erläuterung der
Entstehung von Formdefekten bei Walzblöcken beim Walzen
mit Reduktion von Stegbreiten von Doppel-T-Trägern
nach dem Verfahren gemäß den Fig. 8a und 8b,
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Fig. 11a und 11b Darstellungen von Profilen von durch
ungeeignetes Auswalzen hergestellten Doppel-T-
Trägern,
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Fig. 12 eine erläuternde Darstellung zur Beschreibung des
erfindungsgemäßen Walzverfahrens zur Herstellung
von Doppel-T-Trägern,
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Fig. 13 und 14 erläuternde Darstellungen von Walzzuständen
zur Herstellung von Doppel-T-Trägern nach dem Stand
der Technik,
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Fig. 15 eine graphische Darstellung von Ergebnissen einer
Untersuchung bezüglich Auftrittsgrenzen (occurence
limits) von Defekten in Form und Oberfläche von
Walzblöcken für die Herstellung von Doppel-T-
Trägern,
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Fig. 16 eine erläuternde Darstellung zur Beschreibung des
Walzverfahrens zur Herstellung von Doppel-T-Trägern
gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung und
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Fig. 17 eine graphische Darstellung von Ergebnissen einer
anderen Untersuchung bezüglich Auftrittsgrenzen
(occurence limits) von Defekten in Form und
Oberfläche von Walzblöcken für die Herstellung von
Doppel -T-Trägern.
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Ein Universalwalzwerk ist üblicherweise so aufgebaut,
daß vier Mittelachsen von zwei Horizontalwalzen und zwei
Vertikalwalzen in einer senkrecht zur Auswalz- oder
Walzrichtung liegenden Ebene angeordnet sind. Die Erfinder haben
verschiedene Versuche und Untersuchungen bezüglich der
Anordnung von Walzen in Walzwerken für das Auswalzen (in
Verbindung) mit einer Reduktion von Stegbreiten von Doppel-T-
Trägern durchgeführt. Als Ergebnis haben sie letztlich
gefunden, daß die Verschiebung bzw. der Versatz der in ein
Walzwerk eingebauten Vertikal- oder Horizontalwalzen in der
Walzrichtung relativ zu den Horizontal- oder Vertikalwalzen
sehr wirksam ist, um die zulässige Begrenzung der
Walzreduktion von inneren Stegbreiten zu erweitern. Die vorliegende
Erfindung beruht auf der genannten Feststellung.
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Bei der Durchführung der Erfindung zur Herstellung eines
Doppel-T-Trägers wird ein grob- oder streckgewalzter (rough
rolling) Walzblock mit einem Steg und Flanschen in einem
Universalwalzwerk fertiggewalzt, um die Stegbreite und die
Dicken der Flansche des Walzblocks zu reduzieren und eine
Schrägstellung der Flansche zu korrigieren; dadurch wird die
innere Stegbreite des Walzblocks reduziert oder eingestellt.
Das Universalwalzwerk umfaßt zwei Vertikalwalzen, welche die
Flansche des Walzblocks von beiden Seiten erfassen
(embracing), und zwei Horizontalwalzen, die kleinere Breiten
als die beim Streckwalzen aufweisen und welche den Steg an
Ober- und Unterseite erfassen. Beim erfindungsgemäßen
Verfahren erfolgt das Auswalzen in dem Zustand, daß die
Vertikalwalzen an der Stromabseite der Vertikalwalzen in einen
Bereich mit einer Zone verschoben sind, in welcher die
Reduktion der Stegbreite und der Flanschdicken gleichzeitig
stattfindet.
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Die Fig. 12 und 13 veranschaulichen schematisch Kontak
tierungs- bzw. Angriffszustände zwischen Walzen und
streckgewalzten Stahlwalzblöcken sowie Gegenwirkkräfte von
Vertikalwalzen, die auf Steg(ober)flächen in dem Fall einwirken,
daß die Reduktion oder Einstellung (Regelung) der inneren
Stegbreiten durch ein Universal-Fertigwalzwerk mit Horizon
talwalzen mit Breiten, die kleiner sind als die inneren
Stegbreiten des streckgewalzten (rough rolled)
Stahlwalzblocks, erfolgt. Fig. 12 zeigt den Fall, in welchem die
Vertikalwalzen V erfindungsgemäß auf die Stromabseite
(nachgeschaltete Seite) verschoben sind; Fig. 13 zeigt die
Vertikal- und Horizontalwalzen, deren Achsen gemäß den
bisherigen Verfahren sämtlich in einer Ebene liegen.
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Unter Annahme der Breite der Horizontalwalzen zu Bw&sub1;,
welche (Breite) kleiner ist als die innere Stegbreite Bw&sub0; des
streckgewalzten Walzblocks, wie in der den Stand der Technik
darstellenden Fig. 13 gezeigt, ist im folgenden der
Kontaktierungs- oder Angriffszustand zwischen den Flanschen hb und
dem Steg ha des Walzblocks h sowie den Vertikalwalzen V und
den (nicht dargestellten) Horizontalwalzen angegeben.
Zunächst kommt der in das Walzwerk von dessen Einlauf her
eintretende streckgewalzte Walzblock h an den Außenflächen
seiner Flansche hb mit den Vertikalwalzen V in Berührung. In
diesem Augenblick kontaktieren die Innenflächen der Flansche
hb die Stirnflächen der Horizontalwalzen H noch nicht;
folglich geschieht das Auswalzen nur zur Reduzierung der
Stegbreite mittels der Vertikaiwalzen V (Zone I).
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Sodann kontaktieren die Innenflächen der Flansche hb die
Stirnflächen der Horizontalwalzen H. Zu diesem Zeitpunkt
erfolgt keine Reduktion der Stegbreite mehr, vielmehr erfolgt
die Reduktion der Dicken der Flansche hb. Außerdem
kontaktieren die Ballenflächen der Horizontalwalzen die Oberflächen
des Stegs ha im normalen Walzzustand nicht mit dem normalen
Walzendurchmeser (Zone J). Hierauf kontaktieren die
Ballenflächen der Horizontalwalzen den Steg ha zur Reduzierung
seiner Dicke, wobei gleichzeitig die Reduktion der Dicken der
Flansche hb fortschreitet (Zone K). Auf diese Weise wird die
Reduktion der Stegbreite in der Zone I an der Einlaufseite
des Walzwerks bewerkstelligt.
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Im folgenden ist die Reaktion oder Gegenwirkung der auf
den Steg ha in der Zone I einwirkenden Walzen erläutert.
Aufgrund der Reduktion der Stegbreite durch das Auswalzen der
Vertikalwalzen V in der Zone I werden auf den Walzblock durch
die Vertikalwalze V Druck- oder Kompressionskräfte Pw in den
Richtungen der Stegbreite ausgeübt. Die durch die
Kompressionskräfte Pw hervorgerufenen Gegenwirkkräfte P sind in der
Zone I in den Richtungen der Stegbreite gerichtet, während
die Horizontalwalzen noch nicht am Steg ha des Walzblocks
angreifen. Unter Berücksichtigung dieses Zustands ist leicht
zu verstehen, weshalb Wölbung und Verwindung des Stegs ha
auftritt.
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Die Zone I liegt nahe der Zone K, in welcher der Steg
durch die Vertikalwalzen H (vermutlich: V) vergleichsweise
sicher begrenzt (restrained) ist, so daß die
Wahrscheinlichkeit für Wölbung (oder Knicken) des Stegs, nur durch die
Gegenwirkkräfte P bestimmt, nicht so groß ist. Der Steg ha
ist jedoch den Gegenwirkkräften Pf von den Vertikalwalzen V
in der Walzrichtung unterworfen, weil nur die
Horizontalwalzen zwangsweise angetrieben werden, während die
Vertikalwalzen im üblichen Universalwalzwerk nicht zwangsweise
angetrieben werden bzw. zwangsgetrieben sind und nur durch die
Reibungskraft mit dem sich in der Stromabrichtung
vorschiebenden Walzblock angetrieben werden.
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In dem in Fig. 13 dargestellten Walzzustand, in welchem
nur die Horizontalwalzen zwangsgetrieben sind, ist der
streckgewalzte Walzblock einer Antriebs- oder Mitnahmekraft
mit seinem Steg ha in der Zone K, in welcher der Steg ha zur
Reduzierung seiner Dicke gewalzt wird, und mit den Flanschen
hb in Zonen J und K unterworfen, wo die mit den
Horizontalwalzen in Berührung stehenden Flansche hb zur Reduzierung
ihrer Dicke(n) gewalzt werden. Obgleich in der Zone I
andererseits die Außenflächen der Flansche hb die Vertikalwalzen V
kontaktieren, ist der streckgewalzte Walzblock h keiner
Antriebs- oder Mitnahmekraft unterworfen, weil die
Vertikalwalzen keine Antriebskraft aufweisen. Folglich wird der
Walzblock in der Zone I durch den stromab der Zone I
befindlichen Teil des Walzblocks (mit)gezogen. In der Zone I findet
jedoch die Reduktion der Stegbreite statt, so daß ein
Widerstand gegen die (Mit-)Ziehkraft in der Walzrichtung
auftritt. Daher werden die Gegenwirkkräfte Pf in der
Walzrichtung durch die Vertikalwalzen V als Gegenwirkung gegen
die Ziehkraft auf den Walzblock ausgeübt.
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Infolgedessen ist der Steg hb in der Zone I den
Gegenwirkkräften P von den Vertikalwalzen V unterworfen, welche
die resultierenden Kräfte der Gegenwirkkräfte Pw in den
Richtungen der Stegbreite und der Gegenwirkkräfte Pf in der
Walzrichtung sind. Die Gegenwirkkräfte P sind höher als die
Gegenwirkkräfte Pw und tendieren zu einem Wölben des Stegs
stromauf der Zone I. Folglich wirken große Druckkräfte auf
den Steg in einem Bereich, in welchem der Steg kaum begrenzt
ist, und entfernt von der Zone K, in welcher der Steg
begrenzt (restrained) ist, ein, mit dem Ergebnis, daß der
Grenzwert der Walzreduktion der Stegbreite klein wird.
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Im Hinblick darauf sind erfindungsgemäß die
Vertikalwalzen V zur Stromabseite des Walzwerks hin verschoben oder
versetzt, so daß die Zone I, in welcher die Reduktion der
Stegbreite erfolgt, die Zone K überlappt, in welcher der Steg
des Walzblocks durch die Horizontalwalze begrenzt (oder auch
eingeschlossen) ist, während der stromauf der Zone I
befindliche und den Gegenwirkkräften P ausgesetzte Teil des Stegs
in die Position gebracht wird, die möglichst nahe an der Zone
K liegt, in welcher der Steg gemäß Fig. 12 begrenzt ist.
Erfindungsgemäß kann auf diese Weise der Grenzwert der
Walzreduktion der Stegbreite wesentlich vergrößert werden oder
sein.
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Die Erfinder dieser Erfindung haben in ihren Versuchen
festgestellt, daß die Vertikalwalzen bei tatsächlichen
Walzwerken in Abhängigkeit von den Walzbedingungen und den
Maßen des auszuwalzenden Werkstoffs vorzugsweise um Strecken
in der Größenordnung von 3 - 30 mm verschoben werden oder
sein sollten. Obgleich bei der obigen Ausführungsform die
Vertikalwalzen V zur Stromabseite hin verschoben sind, können
ersichtlicherweise die Horizontalwalzen relativ zu den
Vertikalwalzen zur Stromaufseite hin verschoben sein, um die
gleiche erfindungsgemäße Wirkung zu erreichen.
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Fig. 14 zeigt einen Walzzustand bei einem normalen
Universal(aus)walzen, das nicht von einer Reduktion der
Stegbreite begleitet ist. In diesem Fall liegt keine Zone 1
vor, weil keine Reduktion der Stegbreite erfolgt. Obgleich
eine der Zone I ähnliche Zone vorhanden ist, die durch
Korrektur der Schrägung der Flansche in Stellungen senkrecht zum
Steg herbeigeführt ist, steht diese ähnliche Zone außer
Frage, weil die Gegenwirkkräfte von den Vertikalwalzen
wesentlich kleiner sind als in dem mit der Reduktion der Stegbreite
verbundenen Fall. Folglich ist der Steg ha frei von
Gegenwirkkräften in Richtungen der Stegbreite, so daß das oben
beschriebene Problem nicht auftritt. Es ist daher in dem in
Fig. 14 gezeigten Fall sinnlos, die Vertikalwalzen zu
verschieben bzw. zu versetzen.
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In diesem Zusammenhang offenbart die JP-OS 61-5 601 ein
Walzverfahren, bei dem Vertikalwalzen eines
Universalwalzwerks verschoben werden oder sind. Dieses Verfahren zielt
aber nicht auf das mit der Reduktion der Stegbreite
einhergehende Auswalzen ab. Dieses Verfahren hat somit nur eine
Wirkung, eine Wellenbildung der Stege beim Auswalzen zur
Herstellung von Doppel-T-Trägern mit sehr dünnen Stegen zu
verhindern.
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Bei den in den JP-OSen 2-147 102 und 2-147 112
offenbarten Verfahren wrden außerdem die Dicken der Flansche bei
der Reduktion der Stegbreite nicht reduziert. Deshalb neigen
die Stege zu einem Knicken oder Wölben, wobei die
Horizontalwalzen nur einen geringen Einfluß zur Verhinderung des
Knickens oder Wölbens der Stege haben. Infolgedessen sind die
Grenzwerte der Reduktion der Stegbreite sehr klein, und zwar
in einem die praktische Anwendung dieser Verfahren
verbietenden Maß.
Beispiel 1
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Doppel-T-Träger typischer Nennmaße von H750x200,
H600x200 und H450x200 mit verschiedenen Stegbreiten von
6 -16 mm wurden durch Auswalzen unter Reduzierung der
Stegbreiten hergestellt. Die Walzbedingungen bzw. -zustände der
hergestellten Doppel-T-Träger wurden untersucht.
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Die Ergebnisse sind in Fig. 15 dargestellt, worin auf
der Abszisse ΔBw Bw/Tw und auf der Ordinate ΔC/Tw mit Tw
(mm) = Stegdicke vor dem Fertigwalzen, Bw (mm) = innere
Stegbreite, ΔBw = Walzreduktion der inneren Stegbreite und ΔC/Tw
= Zunahme der Durchbiegung (deflection) des Stegzentrums
aufgetragen sind. In Fig. 15 geben die Marken und die
Ergebnisse der bisherigen Verfahren und die Marken Δ und die
Ergebnisse des erfindungsgemäßen Verfahrens an, bei dem die
Vertikalwalzen um 20 mm zur Stromabseite hin verschoben bzw.
verlagert waren. Die Marken und zeigen, daß in den
Stegflächen Fehler (bzw. Risse) aufgetreten waren, während die
Marken und Δ fehlerfreie (rißfreie) (Ober-)Flächen der
Stege angeben.
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Gemäß Fig. 15 vergrößert sich mit größeren Werten (auf)
der Abszisse oder bei einer Vergrößerung der inneren
Stegbreite selbst und der Walzreduktion der inneren Stegbreite
die Durchbiegung des Stegzentrums als Exponentialfunktion,
während gleichzeitig die Möglichkeit für das Auftreten von
Fehlern (d.h. Rissen) in den Steg(ober)flächen zunimmt. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren sind jedoch im Vergleich zu den
bisherigen Verfahren bezüglich der gleichen Werte oder Größen
auf der Abszisse die Durchbiegung des Stegzentrums und die
Möglichkeit des Auftretens von Fehlern merklich verringert.
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Wenn die Dicke der Erzeugnisse 6 mm (als kleinste Dicke
bei neuerdings oder bisher ausgewalzten Doppel-T-Trägern)
beträgt und die Durchbiegung des Stegzentrums auf ±2 mm
begrenzt ist, was einen strengeren Wert als der gemäß der
(JP-Industrienorm) JIS 63192 bei Doppel-T-Trägern für Gebäude
darstellt, beträgt die Begrenzung (der Grenzwert) von ΔC/Tw
auf der Ordinate von Fig. 15 0,33. Zur Vermeidung von
Fehlern (Rissen) in den Stegflächen bei den bisherigen Verfahren
ist zudem die Begrenzung (der Grenzwert) für ΔBw Bw/Tw² auf
der Abszisse gemäß Fig. 15 gleich 80. Die maximale
Walzreduktion ΔBwmax der inneren Stegbreite bestimmt sich nämlich
nach folgender Gleichung: ΔBwmax = 80 Tw²/Bw. Andererseits
liegt die Begrenzung (der Grenzwert) von ΔBw Bw/Tw²
erfindungsgemäß in der Größenordnung von 120. Die maximale
Walzreduktion ΔBwmax der inneren Stegbreite bestimmt sich daher
nach einer Gleichung: ΔBwmax = 120 Tw²/Bw. Erfindungsgemäß
kann folglich die maximale Walzreduktion der inneren
Stegbreite im Vergleich zum Stand der Technik um etwa das
1,3fache vergrößert sein.
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Bei dieser Ausführungsform sind die Horizontalwalzen der
Fertigwalzwerke direkt- oder zwangsgetrieben, während die
Vertikalwalzen frei- oder mitlaufende, durch die Bewegung der
Walzblöcke angetriebene Walzen sind. Dieses Verfahren ist
jedoch auf ein Fertigwalzwerk anwendbar, bei dem die
Vertikalwalzen angetrieben werden und die Horizontalwalzen
freilaufend sind oder bei dem sowohl die Vertikalwalzen als auch die
Horizontalwalzen angetrieben werden, solange das Auswalzen
mit einer Reduktion der inneren Stegbreiten einhergeht. Bei
dieser Ausführungsform werden weiterhin Walzen verstellbarer
Breite, wie sie z.B. aus der JP-OS 1-317 607 bekannt sind,
als Horizontalwalzen für das Walzen von Doppel-T-Trägern
verschiedener Größen oder Abmessungen verwendet.
Selbstverständlich können jedoch auch nicht in ihrer Breite
verstellbare Horizontalwalzen eingesetzt werden, sofern ihre Breiten
kleiner sind als die innere Stegbreiten der vorgewalzten
Walzblöcke und Vertikalwalzen einen Walzspalt aufweisen, der
kleiner ist als die Stegbreiten der vorgewalzten Walzblöcke,
um die inneren Stegbreiten der Walzblöcke zu reduzieren.
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Bei einem Universalwalzwerk ist es üblich, daß nur die
Horizontalwalzen zwangsgetrieben sind, während die
Vertikalwalzen durch die Bewegung des Walzblocks angetrieben werden,
wie oben beschrieben. Wenn nämlich (auch) die Vertikalwalzen
zwangsgetrieben werden, werden die Antriebseinrichtungen
kompliziert, so daß der im Walzbetrieb häufig durchzuführende
Walzenwechselvorgang zwangsläufig umständlich wird und der
Zwangsantrieb der Vertikalwalzen (daher) nur wenig
vorteilhaft ist. Die Erfinder dieser Erfindung haben in
verschiedenen Versuchen herausgefunden, daß es sehr wirksam ist, die
Vertikalwalzen eines Universalwalzwerks zwangsweise (bzw.
direkt) anzutreiben, um die Walzreduktion der inneren
Stegbreiten beim Universalwalzen mit Reduktion der Stegbreiten zu
erhöhen. Gemäß einem zweiten Merkmal dieser Anmeldung beruht
die Erfindung auf dieser Feststellung.
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Gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung, insbesondere in
einem Ausführungsbeispiel, wird ein vorgewalzter Walzblock in
einem Universal-Fertigwalzwerk ausgewalzt, bei dem sowohl die
Vertikalwalzen als auch die Horizontalwalzen zwangs- oder
direktgetrieben sind.
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In der obigen Erläuterung anhand von Fig. 13 ist
klargestellt worden, daß große Druckkräfte auf den Steg in der
Zone I einwirken, in welcher der Steg stromauf der Zone I
nicht gegen ein Knicken oder Wölben begrenzt ist; diese
Druckkräfte resultieren aus den Gegenwirkkräften Pf, die
durch die bei der Bewegung des Walzblocks angetriebenen bzw.
mitgenommenen Vertikalwalzen hervorgerufen werden.
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Gemäß Fig. 16 werden erfindungsgemäß die Vertikalwalzen
des Universalwalzwerks zwangsweise angetrieben, so daß die
Flansche hb und der Steg ha eines Walzblocks h unter
beträchtlicher Verringerung der Gegenwirkkräfte Pf zwangsweise ange
trieben werden. Als Ergebnis kann der Grenzwert der
Walzreduktion der Stegbreiten beträchtlich erweitert sein. Folglich
können Doppel -T-Träger verschiedener Größen ohne Vergrößerung
der Zahl der Walzstiche (aus)gewalzt werden, und es können
Doppel-T-Träger konstanter Stegbreiten durch Einstellung der
Walzreduktion der Stegbreiten auch dann hergestellt werden,
wenn sich die Breiten der Walzen durch Verschleiß derselben
mit zunehmender Zahl der gewalzten Walzblöcke verändern.
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Bei der Ausführung dieser Erfindung werden bevorzugt die
Umfangsgeschwindigkeiten von Vertikalwalzen denen von
Horizontalgeschwindigkeiten (vermutlich: Horizontalwalzen)
praktisch gleich eingestellt.
Beispiel 2
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Doppel-T-Träger typischer Nennmaße von H750x200,
H600x200 und H45x200 und mit verschiedenen Stegdicken von
6 - 16 mm wurden durch Walzen unter Reduzierung der
Stegbreiten hergestellt. Die Walzbedingungen oder -zustände der
hergestellten Doppel-T-Träger wurden untersucht.
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Die Ergebnisse sind in Fig. 17 dargestellt; dabei sind
auf der Abszisse ΔBw Bw/Tw und auf der Ordinate ΔC/Tw,
ähnlich wie im Beispiel 1 (und) gemäß Fig. 15, aufgetragen.
Marken und geben die Ergebnisse von bisherigen Verfahren
an, bei denen die Horizontalwalzen, nicht aber die
Vertikalwalzen, zwangsgetrieben werden, während Marken Δ und die
Ergebnisse beim erfindungsgemäßen Verfahren angeben, bei dem
sowohl die Horizontalwalzen als auch die Vertikalwalzen mit
praktisch gleichen Umfangsgeschwindigkeiten zwangsgetrieben
werden. Die Marken und zeigen an, daß in den
Stegoberflächen Fehler (bzw. Risse) auftraten, während die Marken
und Δ für fehlerfreie Stegoberflächen stehen.
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Gemäß Fig. 17 sind beim erfindungsgemäßen Verfahren die
Durchbiegung des Stegzentrums und die Möglichkeit für das
Auftreten von Fehlern (bzw. Rissen) im Vergleich zu den
bisherigen Verfahren bei gleichen Werten oder Größen auf der
Abszisse deutlich verringert.
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Wenn die Dicke der Erzeugnisse 6 mm (als kleinste Dicke
bei neuerdings ausgewalzten Doppel-T-Trägern) beträgt und die
Durchbiegung des Stegzentrums auf ±2 mm begrenzt ist, was
einen strengeren Wert als der gemäß der (JP-Industrienorm)
JIS 63192 bei Doppel-T-Trägern für Gebäude darstellt, beträgt
die Begrenzung (der Grenzwert) von ΔC/Tw auf der Ordinate von
Fig. 17 0,33. Zur Vermeidung von Fehlern (Rissen) in den
Stegflächen bei den bisherigen Verfahren ist zudem die
Begrenzung (der Grenzwert) für ΔBw Bw/Tw² auf der Abszisse
gemäß Fig. 17 gleich 80. Die maximale Walzreduktion ΔBwmax
der inneren Stegbreite bestimmt sich nämlich nach folgender
Gleichung: ΔBwmax = 80 Tw²/Bw. Andererseits liegt die
Begrenzung (der Grenzwert) von ΔBw Bw/Tw² erfindungsgemäß in der
Größenordnung von 120. Die maximale Walzreduktion ΔBwmax der
inneren Stegbreite bestimmt sich daher nach einer Gleichung:
ΔBwmax = 120 Tw²/Bw. Erfindungsgemäß kann folglich die
maximale Walzreduktion der inneren Stegbreite im Vergleich zum
Stand der Technik um etwa das 1,5-fache vergrößert sein.
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Bei dieser Ausführungsform werden die Horizontalwalzen
und die Vertikalwalzen des Fertigwalzwerks gleichzeitig
zwangsgetrieben. Dieses Verfahren ist jedoch auf ein
Fertigwalzwerk anwendbar, bei dem die Vertikalwalzen, nicht aber
die Horizontalwalzen, zwangsgetrieben sind, solange das
Auswalzen mit einer Reduktion der inneren Stegbreiten
einhergeht. Bei dieser Ausführungsform werden weiterhin Walzen
verstellbarer Breite, wie sie z.B. aus der JP-OS 1-317 607
bekannt sind, als Horizontalwalzen für das Walzen von Doppel-
T-Trägern verschiedener Größen oder Abmessungen verwendet.
Selbstverständlich können jedoch auch nicht in ihrer Breite
verstellbare Horizontalwalzen eingesetzt werden, sofern ihre
Breiten kleiner sind als die inneren Stegbreiten der
vorgewalzten Walzblöcke und Vertikalwalzen einen Walzspalt
aufweisen, der kleiner ist als die Stegbreiten der vorgewalzten
Walzblöcke, um die inneren Stegbreiten der Walzblöcke zu
reduzieren.
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Obgleich die Erfindung vorstehend speziell in
bevorzugten Ausführungsformen bzw. -beispielen dargestellt und
beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann offensicht
lich, daß die oben angegebenen sowie weitere Änderungen in
Form und Einzelheiten möglich sind, ohne vom Rahmen der
Erfindung, wie beansprucht, abzuweichen.