
Eine wichtige Rolle spielen in der Profilstahlproduktion die Gruppen von Vorgerüsten, die die Einhaltung eines hohen Gesamtflächenumformgrades sicherzustellen haben, um die Wärme eines Stranggussknüppels maximal zu benutzen und die Querschnittabmessungen eines Knüppels zu vergrößern. Dies macht den Gießvorgang und die Erzeugung von qualitätsgerechten Knüppeln einfacher. Es sind verschiedene konstruktive Auslegungen von Reduzierwalzwerken mit einem hohen Umformgrad bekannt, zum Beispiel: die mit Planetenwalzen ausgerüsteten Walzwerke, Schrägwalzwerke und kleine aufeinanderfolgende horizontale und vertikale Zweiwalzen-Reduziergerüste, die schnell auswechselbar sind.
Die Vielfalt an Reduziergerüsten, die von den führenden Unternehmen entwickelt und neu gewonnen worden sind, zeugt von einem intensiven Suchvorgang nach neuen Technologielösungen auf diesem Gebiet.
Eine kennzeichnende Besonderheit eines Walzvorganges mit Planetenwalzen besteht in der Materialumformung durch eine große Zahl von Arbeitswalzen mit einer kleinen Kontaktfläche, bei der die Knüppel oder das zu walzende Walzgut mit einer geringen Geschwindigkeit eingeführt werden. Ein günstiger Spannungszustand, geringe Verbreitung und eine fehlende Zugspannung im meisten Stauchbereich ermöglicht umzuformen, ohne die Kontinuität von wenig plastischen Legierungen zu beschädigen.
Die Kräfte, die von der Auswirkung der Arbeitswalzen mir einem mittelgroßen Durchmesser entstehen, sind relativ klein, was uns erlaubt, die Materialien mit einem erhöhten Umformwiderstand zu walzen. Wesentliche Reduzierungen eines Knüppels, die mit einer hohen Umformungsgeschwindigkeit in einem Gerüst erfolgen, führen zu einer intensiven Temperaturerhöhung des aus dem Gerüst kommenden Metalls. Das ist beim Walzen von schwer umformbaren Stählen und Legierungen besonders wichtig, die einen kleinen Umformungstemperaturbereich aufweisen.
Der Walzvorgang mit Planetenwalzen ermöglicht in einem Gerüst den Umformungsgrad bis 50 zu erreichen, dies kann 18-20 normale Zweiwalzengerüste ersetzen. Das Fertigwalzen erfolgt in einer kleineren kompakten Walzgerüstgruppe. Durch die Anordnung der Ausrüstung ergibt sich ein kleinerer Platzbedarf. Der Einsatz von solchen Walzanlagen ist beim Walzen von hochlegierten und speziellen Stahlsorten zweckmäßig, wo die Kapazität bis 100 Tausend Tonnen pro Jahr erreicht.
Ein hoher Umformungsgrad (≥ 80%) wird beim Schrägwalzen mit den Planetenwalzen erreicht.
In einem mit den Planetenwalzen ausgerüsteten Gerüst der Schrägwalzstrasse dreht sich das Walzgut um die eigene Achse, macht aber auch eine Axialbewegung, die durch die Schrägstellung der Walzen zustande kommt. Abhängig von einer Größe der Walzanlage und eines Umformgrades im Gerüst kann die Kapazität in einem Bereich von 11- 36 t/h bei kleineren Aggregaten (das runde Werkstück mit einem Durchmesser 80 mm) liegen, und kann bis 266-820 t/h bei größeren Anlagen (das runde Werkstück mit einem Durchmesser 320 mm) erreichen.
Die Umformung erfolgt beim Schrägwalzen durch intensives Stauchen und bei einer hohen Erwärmung des Materials, um 80-100°С. Dadurch wird die Temperaturdifferenz über die ganze Länge eines Werkstückes reduziert und die Erwärmungstemperatur des Materials wird kleiner. Auf solche Art gehört zu den Vorteilen eines Schrägwalzens mit den Planetenwalzen eine mögliche Regelung der Walzgeschwindigkeit in größeren Regelbereichen, die Regelung der Durchmesser der Werkstücke und der zu walzenden Rohprofile mittels Änderung der Walzeneinstellung und einer stufenlosen Regelung der Walzenrotationsgeschwindigkeit.
Abhängig von einer Größe der Walzanlage und eines Umformgrades im Gerüst kann sich die Kapazität in einem Bereich von 11 bis 850 t/h befinden. Durch das Durchrutschen des Metalls durch die Walzen wird eine Fehlanpassung zwischen den Gieß- und Walzgeschwindigkeiten kompensiert.
Eine andere Art von Walzverfahren mit großen Abnahmen ist das Schrägwalzen mit einem feststehenden Dreiwalzengerüst.
Das Werkstück mit einem runden Querschnitt dreht sich und wird mit den drei konischen schrägstehenden Walzen verformt. Bei dem Schrägwalzen wird das Gefüge im zu verformenden Metall intensiv herausgearbeitet. In einem Dreiwalzen-Schräggerüst können die Werkstücke mit einem Umformungsgrad von 6… 8 gestaucht werden, was mit einer Leistung von 6-8 Walzgerüsten eines Längswalzwerkes identisch ist.
Beim Einsatz von quadratischen oder rechteckigen Halbzeugen werden vor dem Schrägwalzgerüst zwei formbildende Zweiwalzengerüste zusätzlich eingebaut, ohne das warme Werkstück in das runde Profil zu verdrehen, mit dem nachfolgenden Vorschub dieses Profils in den Walzenspalt.
Bei einer niedrigen Auslaufgeschwindigkeit werden die Profile mit einer fliegenden Schere in die Maßlängen geschnitten, damit das gewalzte Walzgut nicht mehr geschnitten wird, die Länge und die Masse der Kühleinrichtung wird dadurch auch kleiner.
Hohe Werte des Umformgrades in einer Kombination mit den intensiven Verschiebungen pro Stich tragen zu einem effektiven Herausarbeiten eines Gefüges im zu verformenden Metall und zur Verbesserung seiner physikalischen und mechanischen Eigenschaften (um das 1,5 – 2,5- fache) und der Langlebigkeit der Teile während des Betriebes bei.
Die Oberflächenfehler eines Halbstückes werden jedoch nicht beseitigt, sondern verstärkt. Das Schrägwalzen kommt in der Vorfertigung der Maschinenbaubetriebe zum Einsatz, um die vorhandenen Halbzeuge optimal zu verwenden und deren Sortiment zu erweitern.
Die gleichzeitig durchzuführende Materialumformung in einem Schräg- und in einem Längsgerüst wird dadurch kennzeichnend, dass das Werkstück in dem Walzspalt des Schrägwalzgerüstes axiale und rotierende Bewegungen aufweist, in dem Walzspalt des Längsgerüstes verschiebt sich das Werkstück nur axial. Bei der Verkopplung dieser zwei Prozesse unter dem Einfluss von in dem Walzenspalt entstandenen Drehbewegungen kommt eine zusätzliche Umformung durch das Verdrehen (nennt man auch Verwinden) zu Stande, ohne die Abmessungen eines Werkstückes zu verändern.
Das Verdrehen eines Werkstückes erfolgt zwischen den Gerüsten und ist kennzeichnend bei der Berechnung von Leistungsparameter eines Walzprozesses.
Beim Einsatz von quadratischen Werkstücken werden vor dem Schrägwalzgerüst formbildende Zweiwalzengerüste zusätzlich eingebaut, um dem Werkstück eine runde Form zu vergeben.
Solche Anlagen finden bei der Erzeugung eines Walzgutes bestimmter Längen (von 4 bis 6 Metern) und bei der Erzeugung von Halbzeugen für das nachfolgende Walzen von Mahlstäben oder Kugeln eine breite Anwendung.
Ausgehend von einer mehrjährigen Erfahrung kann man eine Schlussfolgerung ziehen, dass mit dem weiteren Fortschritt des Profilstahlwalzens:
In der letzten Zeit finden ein Warmeinsatz, die Kombinationen aus einer Gieß- und Walzanlage, eine Zweifach-Slit-Methode und kontinuierliche Prozesse „Schweißen durch Walzen“ immer breitere Anwendung.
Der Einsatz von Walzwerken bei den kombinierten Gieß- und Walzanlagen stellt sehr hohe Anforderungen an die Kompaktheit, Flexibilität und Betriebsbereitschaft.
In einer klein dimensionierten Reduziergerüstgruppe erreicht man eine höhere Reduktion durch eine Zwangseinführung des Walzgutes mit hydraulischen Anschlag.
Die Reduzierung von Längsabmessungen wird durch die Reduzierung der Zahl der Arbeitsgerüste erreicht. Dies erfolgt durch eine Reduktionszunahme und durch eine Verminderung der Zwischengerüstabstände. Eine klein dimensionierte Gerüstgruppe besteht aus vier aufeinander folgenden horizontalen und vertikalen Gerüsten und ist zum Walzen von Werkstücken bestimmt.
Im ersten Gerüst wird bei einer natürlichen Einführung des Werkstücks bei einem Einzugswinkel max. 21°, bei einem Reduzierungsgrad von ca. 11% gewalzt, in nachfolgenden Gerüsten wird mit einer Zwangseinführung des Materials mittels vorstehenden Gerüsten bei einem Einzugswinkel max. 45° und einem Reduzierungsgrad von max. 48% gewalzt. Nach dem Einzug des Materials von einem nachstehenden Gerüst stellt das Antriebssteuerungssystem das Walzgeschwindigkeitsverhältnis in den Gerüsten um, hydraulische Anschläge werden dabei außer Betrieb genommen und der Walzvorgang läuft mit einem geringeren Zug ab. Das System funktioniert mit Hilfe von Sensoren, die in den Ständerdurchgängen eingebaut werden und horizontale Kräfte der Hydraulikanschläge und des Zuges zu übernehmen.
Eine kleinere Gesamtlänge der Gerüstgruppe entlang der Walzlinie wird dadurch erreicht, dass die Walzen mit den Einbaustücken in einem Gesamtständer eingebaut sind. Die Stützen dieses Ständers, die die Walzkräfte aufnehmen, gelten für alle nebeneinander liegende Gerüste als Gesamtstützen. Auf solche Art fehlen die Zwischengerüstabstände und der Achsenabstand von Nebengerüsten beträgt ca. 1 m.
Beim Walzenwechsel werden die Walzen zusammen mit den Einbaustücken aus den Ständeröffnungen zur Wechselseite mittels speziellen Walzenwechselwagen mit einem hydraulischen Antrieb ausgeschoben. Die gesamte Walzenwechseldauer überschreitet 15 min. nicht.
Eine klein dimensionierte viergerüstige Gruppe von der oben beschriebenen Konstruktion hat ein Maß zwischen den Achsen des ersten und des letzten Gerüstes, das 3 m beträgt, und kann dabei einen gewöhnlichen sechsgerüstigen Block, der 16 m lang ist, ersetzen.
In allen Zwischengerüstabständen erfolgt das Walzen mit einem bestimmten Zug. Der Walzenwechsel erfolgt mit speziellen Mechanismen, der Walzenspalt wird durch das Drehen von Exzenterhülsen eingestellt.
Diese Konstruktion weist eine gute radiale Stabilität auf, ist kompakt, hat einen geringen Bedarf an Metall und hat jedoch eine Vielfalt an Nachteilen. Ihr bevorzugtes Anwendungsgebiet ist mit der Leistung 70 – 200 Tausend Tonnen pro Jahr begrenzt.
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