DE19543414A1 - Verfahren zum Walzen von Spundwandbohlen mit Z-förmigem Querschnitt - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Warmwalzen von Spundwandbohlen mit Z-förmigem Querschnitt aus Halbprodukten mit H-förmigem Querschnitt, insbesondere aus beim Stranggießen erhaltenen "beam blanks".

Während bis vor kurzem das Walzen von Profilstahl, wie beispielsweise Trägern, Spundwandbohlen, Winkelprofilen, aus einem rechteckigen Anfangsquerschnitt erfolgte, ist die gegen­ wärtige Tendenz, durch Stranggießen erhaltene Vorformlinge zu verwenden, wodurch die Anzahl der Walzschritte, die notwendig ist, um den fertigen Profilstahl zu erhalten, begrenzt wird. So erfolgt das Warmwalzen von H-Trägern immer häufiger aus beim Stranggießen erhaltenen "beam blanks", die bereits eine H-Form haben. Die Techniken zum Stranggießen dieser "beam blanks" werden im übrigen vollkommen beherrscht.

Was die Spundwandbohlen betrifft, so gibt es noch keine Technik zum Stranggießen von spezifischen Vorformlingen. Im Gegensatz zu den Trägern, deren H-förmiger Querschnitt zwei Symmetrieebenen aufweist, weist der Querschnitt von Spund­ wandbohlen bei den U-förmigen Spundwandbohlen in der Tat nur eine Symmetrieebene, bzw. bei den Z-förmigen Spundwandbohlen überhaupt keine Symmetrieebene auf. Das Stranggießen von Quer­ schnitten, die eine dem Querschnitt der fertigen Spundwand­ bohlen nahekommende Form haben, ist also in technischer Hin­ sicht nicht so leicht wie das Stranggießen von "beam blanks" mit zwei Symmetrieebenen für Träger.

Da die Spundwandbohlen jedoch oft auf den gleichen Walzstraßen wie die Träger gewalzt werden, wäre es vorteil­ haft, die Spundwandbohlen, und insbesondere die Spundwand­ bohlen mit Z-förmigem Querschnitt aus den "beam blanks" mit H- förmigem Querschnitt herstellen zu können, um einerseits die Anzahl der Querschnitte von stranggegossenen "beam blanks" zu begrenzen, und andererseits gleichzeitig die Probleme zu ver­ meiden, die mit dem Stranggießen von speziellen Querschnitten für Spundwandbohlen verbunden sind.

Ein Verfahren zum Walzen von Z-förmigen Spundwandbohlen aus "beam blanks" wurde in der Patentanmeldung JP-A-4/288903 beschrieben. Bei diesem Walzverfahren wird während einer ersten Walzphase das Halbprodukt mit H-förmigem Querschnitt in einen Vorformling der Spundwandbohle mit Z-förmigem Quer­ schnitt umgewandelt, wobei dieser Vorformling, abgesehen von dem Vorformling der Klauen, bereits die endgültige Geometrie der Spundwandbohle hat. Die zweite Walzphase ist im wesent­ lichen dem Grobwalzen des Steges und der Flügel, und dem Walzen der Klauen gewidmet. Die globale Form des Z-förmigen Querschnitts ändert sich praktisch nicht mehr. Dieses Walzver­ fahren erfordert komplizierte Stauchungen des Materials, die Fehler erzeugen können, wie beispielsweise Überwalzungen bei den Ecken zwischen dem Steg und den Flügeln der Spundwand­ bohle.

Das der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Problem besteht darin, ein Walzverfahren vorzuschlagen, das an das Warmwalzen einer Spundwandbohle mit Z-förmigem Querschnitt aus einem Halbprodukt mit H-förmigem Querschnitt besser angepaßt ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung findet dieses Problem seine Lösung in einem Verfahren gemäß dem ersten Patent­ anspruch.

Anstatt aus dem Halbprodukt mit H-förmigem Querschnitt einen der Z-förmigen Spundwandbohle geometrisch ähnlichen Vorformling zu walzen, wird zunächst ein Vorformling ver­ wirklicht, der zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte aufweist, die im wesentlichen parallel zu der Walzebene sind (die parallel zu der Rotationsachse der Walzzylinder ist). Diese zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte verbinden Rohlinge der Flügel der Spundwandbohle mit einem zu der Walzebene schrägen, mittleren Abschnitt. Diese Verfahrensweise ermöglicht, das Material der Flügelenden des Halbprodukts mit H-förmigem Querschnitt auf sehr einfache Weise zu verteilen, und zwar entweder auf die Rohlinge der Flügel/Klauen, oder auf die zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte.

Die zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte und der mittlere Abschnitt bilden in vorteilhafter Weise einen krummen Vorformling des Steges der Spundwandbohle. Um die Walzarbeit zu vereinfachen, wird dieser krumme Vorformling während der gesamten Grobwalzphase beibehalten. Erst gegen Ende des Walz­ verfahrens wird der krumme Vorformling des Steges abgeflacht, um den endgültigen Steg der Spundwandbohle zu bilden. Auf diese Weise ist es möglich, die beim Walzen notwendige Breite zu reduzieren; was folglich ermöglicht, entweder mit weniger breiten Walzzylindern zu arbeiten, oder auf derselben Walzen­ straße breitere Spundwandbohlen zu walzen. In diesem Zusammen­ hang sollte daran erinnert werden, daß bei gleichem Elastizi­ tätsmodul die Verwendung einer breiteren Spundwandbohle ermög­ licht, das Gewicht pro m² Spundwand aus Spundwandbohlen um ungefähr 15% zu reduzieren. Folglich ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch einen bedeutenden wirtschaftlichen Vorteil bietet, da sie ermöglicht, auf einer vorhandenen Walzenstraße breitere Spundwandbohlen-Querschnitte zu walzen.

Bei einer ersten Walzphase ist es vorteilhaft, haupt­ sächlich eine Abflachung der Flügelenden A2 und A4, und eine seitliche Spreizung der Flügelenden A1 und A3 zu verwirkli­ chen. Dabei ist anzumerken, daß die Flügelenden des Halb­ produkts mit H-förmigem Querschnitt beim Herumgehen um den H- förmigen Querschnitt in aufeinanderfolgender Weise mit A1, A2, A3, A4 bezeichnet sind.

Die Stauchung des Materials des Halbprodukts mit H- förmigem Querschnitt bei dem Grobwalzen kann in groben Zügen wie folgt gekennzeichnet werden:
Der größte Teil des Materials der Flügelenden A2 und A4 geht in die Übergangsabschnitte über.
Das Material der Flügelenden A1 und A3 geht in die Vorformlinge der zwei seitlichen Flügel, und in die Vorformlinge der Klauen über.
Der Mittelabschnitt wird praktisch im wesentlichen aus Material gebildet, das von dem Steg des Halbprodukts mit H-förmigem Querschnitt stammt.

Der mittlere Abschnitt, der die zwei Flügel/Steg- Übergangsabschnitte miteinander verbindet, wird vorzugsweise so gewalzt, daß er mit der Walzebene einen Winkel α bildet, der in progressiver Weise bis zu einem maximalen Wert α(max)<α₀ vergrößert wird, wobei α₀ der Winkel ist, den der endgültige Steg mit der Walzebene bildet. Gegen Ende des Walzverfahrens wird dieser Winkel α(max) dann auf den end­ gültigen Wert α₀ reduziert. Diese Verfahrensweise ermöglicht, hinsichtlich der Walzbreite möglichst viel Platz zu gewinnen.

Es ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung auch eine Methode bietet, um das Walzen der Flügel und der Klauen der Spundwandbohle zu optimieren. Bei jedem der zwei Rohlinge der Flügel wird vorzugsweise ein Vorformling der Klaue, ein zu der Walzebene im wesentlichen paralleler Klaue/Flügel-Über­ gangsabschnitt, und ein Verbindungsabschnitt zwischen dem Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt und dem Flügel/Steg-Übergangs­ abschnitt gewalzt. Der Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt, der im wesentlichen parallel zu der Walzebene ist, vereinfacht die Stauchung des Materials in dem Bereich des Flügel/Klaue- Vorformlings beträchtlich, und erleichtert außerdem das Walzen der Klaus. Zum Walzen der Klaue wird zunächst ein Einschnitt senkrecht zu der Walzebene in den Vorformling der Klaue gewalzt. Gegen Ende des Walzvorgangs werden der Klaue/Flügel- Übergangsabschnitt und der Verbindungsabschnitt zwischen dem Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt und dem Flügel/Steg-Übergangs­ abschnitt abgeflacht und ausgerichtet, um einen ebenen Flügel zu erhalten, der einen Winkel β₀ mit der Walzebene bildet.

Die vorliegende Erfindung wird mit Hilfe des in den beigefügten Figuren veranschaulichten Beispiels besser ver­ ständlich werden.

Die Fig. 1 zeigt die progressive Weiterentwicklung des Querschnitts des gewalzten Produkts bei einem Walzverfahren der vorliegenden Erfindung.

Die Fig. 2 zeigt bei (a) den Querschnitt eines erfindungs­ gemäßen Vorformlings der Spundwandbohle vor dem Walzschritt, bei dem die endgültige Form der Spundwandbohle erhalten wird, und bei (b) die endgültige Form der Spundwandbohle mit Z-förmigem Querschnitt.

Die Fig. 1 gibt zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung die progressive Weiterentwicklung des Querschnitts des gewalzten Produkts wieder beim Walzen einer "AZ 36"- Spundwandbohle mit Verfalzungsklauen vom Typ LARSSEN® aus einem stranggegossenen "beam blank" 10 mit H-förmigem Quer­ schnitt. Der "beam blank" 10, von dem ausgegangen wird, weist zwei Symmetrieebenen auf und kann in 5 Bereiche unterteilt werden: einen Steg 12, der auf der Walzstraße parallel zu der Walzebene 8 ausgerichtet ist (die parallel zu der Rotations­ achse der - nicht wiedergegebenen - Walzzylinder ist), und vier Flügelenden, die beim Herumgehen um den "beam blank" in aufeinanderfolgender Weise mit A1, A2, A3, A4 bezeichnet sind. Die Flügelenden A1, A2, A3, A4 sind durch Rundungsbögen 14 mit dem Steg 12 verbunden. Die äußeren Seitenflächen 16 der zwei Holme des H sind eben und senkrecht zu dem Steg. Dabei ist anzumerken, daß die Gesamtfläche der Querschnitte der vier Flügelenden ein wenig größer als die Fläche des Querschnitts des Steges ist.

Bei dem ersten Walzdurchlauf wurde der mittlere Teil des Steges 12 des "beam blank" ein wenig dünner gemacht und schräg zu der Walzebene 8 ausgerichtet. Die Flügelenden A2 und A4 wurden parallel zu der Walzebene abgeflacht. Die Flügelenden A1 und A3 wurden verrundet. In der Mitte der Seitenflächen des "beam blank" 10 wurde eine leichte Ausbauchung erhalten.

Bei dem zweiten Walzdurchlauf wurden die Flügelenden A2 und A4 noch weiter abgeflacht, um zu der Walzebene parallele, ebene Oberflächen 18 zu erhalten. Die Flügelenden A1 und A3 wurden seitlich nach außen gespreizt. Dabei ist anzumerken, daß alle konkaven Verbindungen des Querschnitts mit Hilfe von Kurven, die große Krümmungsradien haben, verwirklicht werden.

Ab dem dritten Walzdurchlauf erkennt man einen schrägen, mittleren Abschnitt 20, zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte 22′, 22′′, und die Rohlinge 24′, 24′′ der zukünftigen Flügel und Klauen der endgültigen Spundwandbohle. Die zwei Flügel/Steg- Übergangsabschnitte 22′, 22′′ sind an der Stelle der Flügel­ enden A2 und A4 gelegen, und im wesentlichen parallel zu der Walzebene. Dabei ist anzumerken, daß die Flügel/Steg-Über­ gangsabschnitte 22′, 22′′ auf der konvexen Seite eine im wesentlichen ebene Oberfläche 23′, 23′′ aufweisen, und daß auf der entgegengesetzten Seite genügend Platz für eine konkave Verbindung 26′, 26′′ mit großem Krümmungsradius vorhanden ist. Diese konkaven Verbindungen 26′, 26′′ verbinden den schrägen, mittleren Abschnitt 20 mit den Rohlingen 24′, 24′′ der zukünftigen Flügel und Klauen der endgültigen Spundwandbohle. Dabei ist anzumerken, daß der Winkel α bei dem dritten Walz­ durchlauf zugenommen hat, und daß die Flügelenden A2 und A4 vollständig verschwunden sind. Ihr Material ist hauptsächlich in die Flügel/Steg-Übergangsabschnitte 22′, 22′′, aber auch in die Rohlinge 24′, 24′′ der Flügel übergegangen. Die progressive Abflachung der Flügelenden A2 und A4 parallel zu der Walz­ ebene, um die Flügel/Steg-Übergangsabschnitte 22′, 22′′ zu erhalten, sowie die konkaven Verbindungen 26′, 26′′ mit großem Krümmungsradius ermöglichen, das Risiko der Bildung von Ober­ flächenfehlern, wie beispielsweise Überwalzungen, wesentlich zu reduzieren.

Der vierte Walzdurchlauf stellt das Ende einer ersten Walzphase dar, die darin besteht, von dem H-förmigen "beam blank" auf einen gebogenen, Z-förmigen Spundwandbohlen- Vorformling überzugehen. Man erkennt jetzt deutlich den schrägen, mittleren Abschnitt 20, dessen mit der Walzebene 8 gebildeter Winkel α erneut zugenommen hat, und die zu der Walzebene parallelen Flügel/Steg-Übergangsabschnitte 22′, 22′′. Die Rohlinge 24′, 24′′ der zukünftigen Flügel und Klauen der endgültigen Spundwandbohle wurden noch dünner gemacht. Ein Einschnitt 34 wurde senkrecht zu der Walzebene 8 in die Vorformlinge der Klauen gewalzt. Man erkennt bereits Klaue/Flügel-Übergangsabschnitte 30′, 30′′, die zu der Walzebene im wesentlichen parallel sind; und Verbindungs­ abschnitte 32′, 32′′, die die Klaue/Flügel-Übergangsabschnitte 30′, 30′′ mit den Flügel/Stegübergangsabschnitten 22′, 22′′ verbinden und einen Winkel β mit der Walzebene 8 bilden.

Dabei ist anzumerken, daß die zwei Flügel/Steg-Über­ gangsabschnitte 22′, 22′′, und der schräge, mittlere Abschnitt 20 einen krummen Vorformling des Steges der endgültigen Spundwandbohle darstellen, während jedes aus einem Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt 30′, 30′′ und einem Ver­ bindungsabschnitt 32′, 32′′ gebildete Paar einen krummen Vorformling des Flügels der endgültigen Spundwandbohle darstellt.

Die nächsten Walzschritte (bis zu dem neunten Walz­ durchlauf) sind hauptsächlich dem progressiven Grobwalzen des krummen oder gebogenen Vorformlings der Spundwandbohle und dem Walzen der Klauen gewidmet. Im Gegensatz zu dem, was bei dem herkömmlichen Walzen der Spundwandbohlen mit Z-förmigem Querschnitt geschieht, erfolgt das Grobwalzen vollständig bei dem krummen Vorformling der Spundwandbohle mit Z-förmigem Querschnitt. Auf diese Weise ist es unter anderem möglich, bei den konvexen Bereichen der Spundwandbohle die Verbindungs­ radien auszunutzen. Die krumme Form der zukünftigen Flügel erleichtert unter anderem das Walzen der Klauen, da diese Klauen praktisch parallel zu der Walzebene 8 und daher leicht zugänglich sind. Beim Grobwalzen des krummen Steges bleibt der Winkel α praktisch konstant, wobei er wesentlich größer ist als der bei der endgültigen Spundwandbohle gemessene Winkel (siehe Fig. 2).

Bis zu dem neunten Walzdurchlauf hat der Vorformling der Klaue eine offene Form, wodurch seine Grobwalzung erleichtert wird. Bei dem neunten Walzdurchlauf werden die Klauen, da die Grobwalzung beendet ist, wieder geschlossen, um ihnen ihre endgültige Form zu geben. Bei dem neunten Walzdurchlauf erhalten die verschiedenen Wände außerdem im wesentlichen ihre endgültige Dicke. Der letzte Walzdurchlauf dient nur dazu, die Spundwandbohle geradezubiegen oder geradezurichten (siehe Fig. 2). Die zwei zu der Walzebene parallelen Flügel/Steg- Übergangsabschnitte 22′, 22′′ (deren gesamte Länge übrigens zwischen 15% und 75% der endgültigen Länge des Steges der Spundwandbohle betragen kann) und der mittlere Abschnitt 20 werden so geradegerichtet, daß sie einen geraden Abschnitt bilden, der den endgültigen Steg 40 der Spundwandbohle darstellt. Diese Verformung ist mit einer Abnahme des Winkels α bis auf den Wert α₀ verbunden, wobei α₀ der Winkel ist, der von dem Steg 40 der endgültigen Spundwandbohle und der Walzebene gebildet wird. Auf die gleiche Weise werden die Klaue/Flügel-Übergangsabschnitte 30′, 30′′ und die Verbindungs­ abschnitte 32′, 32′′ geradegerichtet, um die Flügel 42′, 42′′ der endgültigen Spundwandbohle zu bilden; der Winkel β nimmt dabei zu, wobei er seinen endgültigen Wert β₀ erreicht.

Es wird darauf hingewiesen, daß bei dem Walzverfahren der vorliegenden Erfindung verschiedene Arten von "beam blanks" verwendet werden können. Je nach der Breite der zu walzenden Spundwandbohlen kann es sich als notwendig erweisen, vor dem eigentlichen Walzen eine Stauchung vorzunehmen, die ermöglicht, die Höhe des "beam blank" an die Breite des betreffenden Profils anzupassen.

Bei dem obigen Beispiel wurde die Erfindung bei einer mit Klauen 44′, 44′′ vom Typ "LARSSEN" versehenen, Z-förmigen Spundwandbohle angewandt. Sie kann jedoch beim Walzen von mit einer beliebigen Art von Klauen versehenen, Z-förmigen Spund­ wandbohlen angewandt werden.

Claims (11)

1. Verfahren zum Warmwalzen einer Spundwandbohle mit Z- förmigem Querschnitt aus einem Halbprodukt mit H-förmigem Querschnitt,
wobei das Halbprodukt mit H-förmigem Querschnitt einen Steg (12) und vier Flügelenden aufweist, wobei diese Flügel­ enden beim Herumgehen um den H-förmigen Querschnitt mit A1, A2, A3, A4 bezeichnet sind,
wobei bei dem Walzverfahren Walzmittel verwendet werden, die eine Walzebene (8) so festlegen, daß der Steg (12) des H- förmigen Querschnitts des Halbprodukts im wesentlichen parallel zu dieser Walzebene (8) ist, und
wobei die Spundwandbohle mit Z-förmigem Querschnitt am Ende des Verfahrens einen ebenen Steg (40), der einen Winkel α₀ mit der Walzebene (8) bildet, zwei seitliche Flügel (42′, 42′′), die einen Winkel β₀ mit der Walzebene (8) bilden, und eine Klaue (44′, 44′′), die jeden der zwei seitlichen Flügel abschließt, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Spundwandbohle über einen Vorformling verwirklicht wird, der zwei zu der Walzebene (8) im wesentlichen parallele Flügel/Steg-Übergangsabschnitte (22′, 22′′) aufweist, wobei diese zwei Flügel/Steg-Übergangs­ abschnitte Rohlinge (24′, 24′′) der Flügel der Spundwandbohle mit einem zu der Walzebene (8) schrägen, mittleren Abschnitt (20) verbinden.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte (22′, 22′′) und der mittlere Abschnitt (20) einen krummen Vorformling des Steges der Spundwandbohle bilden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende der Walzung der krumme Vorformling des Steges abgeflacht wird, um den endgültigen, ebenen Steg (40) der Spundwandbohle zu bilden.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Spundwandbohle über einen Vorformling ver­ wirklicht wird, bei dem jeder Flügel/Steg-Übergangsabschnitt (22′, 22′′) auf der einen Seite durch eine im wesentlichen ebene Oberfläche (23′, 23′′), und auf der anderen Seite durch eine krumme, konkave Oberfläche (26′, 26′′) begrenzt wird.

5. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Walzdurchläufen zum Grobwalzen des Halbprodukts mit H-förmigem Querschnitt
der größere Teil des Materials der Flügelenden A2 und A4 in die Flügel/StegÜbergangsabschnitte (22′, 22′′) übergeht,
das Material der Flügel enden A1 und A3 in die Vorform­ linge der zwei seitlichen Flügel, und in Vorformlinge der Klauen übergeht,
der mittlere Abschnitt (20) praktisch im wesentlichen aus Material gebildet wird, das von dem Steg (12) des Halb­ produkts mit H-förmigem Querschnitt stammt.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der mittlere Abschnitt (20), der die zwei Flügel/Steg-Übergangsabschnitte (22′, 22′′) miteinander ver­ bindet, mit der Walzebene (8) einen Winkel α bildet, der in progressiver Weise bis zu einem maximalen Wert α(max)<α₀ vergrößert wird, und
daß gegen Ende des Walzverfahrens dieser Winkel α(max) auf den endgültigen Winkel α₀ reduziert wird.

7. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer ersten Walzphase hauptsächlich eine Abflachung der Flügelenden A2 und A4, und eine seitliche Spreizung der Flügelenden A1 und A3 verwirk­ licht wird.

8. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der zwei Rohlinge der Flügel ein Vorformling der Klaue, ein Klaue/Flügel- Übergangsabschnitt (30′, 30′′), der im wesentlichen parallel zu der Walzebene (8) ist, und ein Verbindungsabschnitt (32′, 32′′) zwischen dem Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt (30′, 30′′) und dem Flügel/Steg-Übergangsabschnitt (22′, 22′′) gewalzt wird.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gegen Ende der Walzung der Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt (30′, 30′′) und der Verbindungsabschnitt (32′, 32′′) zwischen dem Klaue/Flügel-Übergangsabschnitt (30′, 30′′) und dem Flügel/Steg-Übergangsabschnitt (22′, 22′′) abgeflacht werden, um einen ebenen Flügel (42′, 42′′) zu verwirklichen, der den Winkel β₀ mit der Walzebene (8) bildet.

10. Verfahren gemäß Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach dem Walzen des Klaue/Flügel-Übergangs­ abschnitts (30′, 30′′), der im wesentlichen parallel zu der Walzebene (8) ist, ein Einschnitt (34) senkrecht zu der Walzebene in den Vorformling der Klaue gewalzt wird.

11. Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite eines zu der Walzebene (8) im wesentlichen parallelen Flügel/Steg-Übergangsabschnitts (22′, 22′′) mindestens 15% der endgültigen Breite des Steges (40) beträgt.