DE2131891A1

DE2131891A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre

Info

Publication number: DE2131891A1
Application number: DE19712131891
Authority: DE
Inventors: Akira Ujiie
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1970-06-24
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1971-12-30
Also published as: DK125629B; NO134190B; CA928031A; SU462337A3; FR2096467B1; NO134190C; BE768834A; CS182216B2; FR2096467A1; SE375253B; DE2131891B2; US3774667A; GB1281810A; NL7108708A; JPS4840534B1

Description

Dr.iug.Lr.jur. HILLiGEh
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46-1031.

MITSUBISHI JUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, 5-1, Marunouchi 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan.

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät zum Herstellen gebogener Rohre durch Schmelzen von Metallelektröden, die in einer Form im Elektroschlackenbad geführt sind, Erstarrenlassen des Metalls in der Form und fortlaufendes Abziehen des Erzeugnisses aus der Form, um ein gebogenes Rohr mit einer gewünschten Krümmung zu erhalten, und auf eine Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens.

Gebogene Rohre mit verhältnismäßig starken Krümmungen, z.B. von 180° und 90°, werden gewöhnlich geschmiedet oder gegossen. Beim Schmieden zum Herstellen solcher gebogener Rohre werden teure Formen benötigt, wobei an den Flächen der inneren und äußeren Radien unregelmäßige Kurven und uneinheitliche Wanddicken entstehen. Das Erzeugnis ist somit von fragwürdiger Qualität. Besonders wenn das Rohr aus einem Material von verhältnismäßig geringer Dehnbarkeit ist, kann das Rohr beim Schmieden an seinem gebogenen Teil Brüche, Risse und andere Fehler erhalten. Ferner kann eine stärkere Krümmung oder plastische Bearbeitung des Rohres die Qualität des Rohrmaterials verschlechtern. Zum Überwinden solcher Schwierigkeiten ist es bekannt, durch Schmieden mehrere zweiteilige Rohre mit verhältnismäßig geringer Krümmung zu

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bilden und diese dann zusammenzusetzen, um ein gebogenes Rohr mit der gewünschten Krümmung zu erhalten. Dieses Verfahren erfordert jedoch große Laborerfahrung und hohe Herstellungskosten. Beim Gießen neigt das gebogene Rohr zu Hohlräumen und Blasen, was die unvermeidbaren Fehler beim Gießen sind. Solche Fehler müssen durch zeitraubende Nacharbeit und somit mit hohen Kosten beseitigt werden. Zum Beispiel wird in der petrochemischen Industrie das Reaktionsrohr als ein gebogenes Reformerrohr aus hochwertigem Stahl wie HK4o hergestellt, das zwar nicht geschmiedet, aber gegossen werden kann, und deshalb werden die Erzeugnisse wegen der Möglichkeit dieser Fehler nur nach aufwendiger Nacharbeit verwendet. Das Rohrmaterial hierfür ist außerdem für vollständiges Nacharbeiten zu wenig schmelzbar und die Erzeugnisse geben häufig Anlaß zu Klagen.

Hinsichtlich des Standes der Herstellungstechnik gebogener Rohre ist es Aufgabe der Erfindung, alle diese Nachteile der üblichen Verfahren zum Herstellen gebogener Rohre durch Wahl neuartiger technologischer Mittel zu beseitigen.

Bei der Herstellung gerader Rohre ist ein Verfahren bekannt, durch das Metallelektroden in eine Form mit denselben $uerschnittskonturen wie die des gewünschten Erzeugnisses geführt werden und in einem Elektroschlackenbad geschmolzen werden, worauf das geschmolzene Metall in der Form erstarrt und dann fortlaufend abgezogen wird, um ein langes gerades Rohr von gegebener Größe zu erhalten. Das Herstellungsverfahren für gerade Rohre bringt auf diese Weise Erzeugnisse, die im Vergleich zu anderen im Gebrauch befindlichen Verfahren von Fehlern und besonders zum Herstellen gerader Rohre aus hochwertigen Stählen verhältnismäßig frei sind. Aus diesem Grund wird

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das Verfahren oft angewendet, beispielsweise zum Herstellen von Reaktionsrohren, wie Reformerrohren in der petrochemischen Industrie.

Ein anderer Gegenstand der Erfindung ist ein einzigartiges Verfahren und eine Vorrichtung, die unter Verwendung des Vorteils beim vorstehend erwähnten Verfahren zum Herstellen gerader Rohre dieselben auch für die Herstellung gebogener Rohre enthält. ·

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen gebogener Rohre durch Schmelzen mehrerer Metallelektroden, die mit gegebener Geschwindigkeit in ein in einer Form befindliches Elektroschlackenbad geführt werden, wobei das sich ergebene geschmolzene Metall in dieser Form erstarrt und dann laufend das erstarrte Metall bei gegebener Geschwindigkeit aus der Form abgezogen v/ird mit dem Kennzeichen, daß das geschmolzene Metall in der Form zu einer Form erstarrt, die der cjierschnittskontur und der Krümmung des gewünschten gebogenen Rohres entspricht und dadurch ein einheitliches -gebogenes Rohr ergibt und gleichzeitig das einheitliche -rebosene Rohr fortlaufend entlang einer gebogenen Bahn entsprechend der Krümmung des gewünschten gebogenen Rohres abgezogen wird.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Gerät zum Herstellen gebogener Rohre mit einer Elektrodenanordnung, die aus mehreren Metallelektroden init verschiedenen _&uerschnittsflacheη besteht, die in gleichem Abstand angeordnet sinl und der Gesamtquerschnittskontur des herzustellenden gebogenen Rohres entsprechend wobei von der ralialei. Innenseite zur radialen Außenseite des gebogenen Rohres in der Reihenfolge größer werdender .^uerschnittsfiächen aer Elektroden diese lurch geeignete .U:- triece mit» gegebener Gesch'.vindirkoi-c .τβ senkt v/er der..

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BAD ORIGINAL

Die IOrmglieder bestehen dabei aus einer Außenform und einem wassergekühlten Kern, die sich beide unmittelbar unter der Elektrodenanordnung befinden und zwischen sich einen ringförmigen Kanal, der eine entsprechende Breite und eine allmählich ansteigende Tiefe besitzt, die von der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des herzustellenden gebogenen Rohres verläuft, und ebenfalls ein ringförmiges Loch ergeben, das in Verbindung mit dem ringförmigen Kanal eine Breite besitzt, die gleich der Wanddicke des herzustellenden Rohres ist und allmählich von der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des Rohres tiefer wird und eine Krümmung aufweist, die gleich der Krümmung des gebogenen Rohres ist. Hierbei dienen drehbare Glieder zum Abziehen des gebogenen Rohres. Diese bestehen aus einem durch geeignete Antriebe zu drehenden Arm und einem Startteil, das durch Drehen des Armes entlang einer der Krümmung des gebogenen Rohres entsprechenden Krümmung bewegt wird, um das ganze gebogene Rohr fortlaufend, das sich im ringförmigen Loch bildet, abzuziehen. Eine Stromquelle ist mit den Anschlüssen an einem Ende mit den Metallelektroden über einen Stromabnehmer und mit einem Anschluß am anderen Ende mit dem Arm des drehbaren Abziehgliedes für das gebogene Rohr verbunden.

Bei dieser beschriebenen Vorrichtung kann das Verfahren nach der Erfindung zum Herstellen gebogener Rohre leicht in die Praxis übergeführt werden.

DiB anderen Vorteile und Merkmale der Erfindung werden in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungs- . beispiels/erläutert. In der Zeichnung ist:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Vertikalschnitts und

Figur 2 eine schematische Ansicht der ^uerschnittsformen und der Anordnung der Metallelektroden.

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BAD ORfGINAL

Die Elektrodenanordnung besteht, wie Figur 1 zeigt, aus Gruppen von Metall elektroden A1, A2, A3, A4 und ΑΊ, A'2, A'3, A'4 und Rollen al, a2, a3, a4, a'1, a'2, a'3 und a'4 (von denen nur die Rollen al und a4 in Figur 1 gezeigt werden), die durch entsprechende (nicht dargestellte) Antriebe angetrieben werden und dadurch die Elektroden bei gegebener Geschwindigkeit herabziehen. Die Elektroden sind, wie Figur 2 besser erkennen läßt, vertikal und in gleichen Abständen voneinander in einer Anordnung aufgestellt, die der Querschnittskontor des herzustellenden gebogenen Rohres entspricht» Die Querschnittsflächen S1 bis S4 und SM bis S'4 der Metallelektroden A1 bis A4 bzw« ΑΊ bis A'4 sind so bemessen, daß die querschnittsflachen S1, S'1 der Metallelektroden A1 und ΑΊ an der Seite nahe dem Mittelpunkt der Krümmung des gebogenen Rohres sehr klein werden und die Querschnittsflächen S4 und S'4 der Elektroden A4 und A*4 an der vom Krümmungsmittelpunkt des Rohres abgewandten Seite so groß wie möglich gemacht werden. Die Beziehungen an diesen Querschnittsflächen sind S1< S2 <^ S3 <. S4 und S1 = SM, S2 = S'2, S3 = S'«-l und S4 = S'4.

Die Formglieder B bestehen aus einer Außenform B1 und einem wassergekühlten Kern B2, die beide unmittelbar unter Elektrodenanordnung A vorgesehen sind. Zwischen der Außenwand B1 und dem Kern B2 befindet sich ein ringförmiger Kanal W, der im Vertikalschnitt trichterförmig ist. In diesem Kanal W befindet sich ein Sumpf mit geschmolzener Schlacke. Die Formglieder B sind in solcher Weise angeordnet, daß die unteren Enden der Metallelektroden A1 bis A4 und ΑΊ bis A'4 im Mittelpunkt der oberen Abschnittskontur des ringförmigen Kanals W aufliegen. Die Konturen des vertikalen Abschnitts der einzelnen Teile des ringförmigen Kanals W sind unter Berücksichtigung der Beziehungen zwischen den Abmessungen des herzustellenden gebogenen Rohres und der Metallelektroden A1 bis

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A4 und ΑΊ bis A'4 ausgebildet.

In Verbindung mit dem unteren Teil des ringförmigen Kanals ist dort zwischen der Außenform B1 und dem Kern B2 ein ringförmiges Loch. Y gebildet. Dieses Loch ist so geformt, daß es dieselbe Querschnittskontur und auch dieselbe Krümmung wie das herzustellende gebogene Rohr aufweist. Es ermöglicht die Bildung eines Hohlraums mit geschmolzenem Metall M durch das Phänomen des Schmelzens von Elektroschlacke der Metallelektroden A1 bis A4 und AM bis A'4 im ringförmigen Kanal W. Gleichzeitig kann das geschmolzene Metall durch die Erstarrungswirkung der Formglieder B fest werden, so daß ein einheitliches gebogenes Rohr P fortlaufend entsteht» Die Form und die Abmessungen dieses ringförmigen Loches Y sind in Übereinstimmung mit den Abmessungen des herzustellenden gebogenen Rohres ausgebildet.

In Figur 1 bezeichnet P ein gebogenes Rohr mit einer Wanddicke t. Seine Krümmung besitzt einen Innenradius \"1 und einen AußenradiusY2 mit dem Ausgangspunkt 0. OL bezeichnet eine horizontale Ebene mit dem Punkt 0.

Es soll nun die Herstellung eines um einen Punkt gebogenen Rohres begonnen werden, der um θ vor der horizontalen Ebene OL liegt. Die Profile des ringförmigen Kanals und des ringförmigen Loches Y der Formglieder werden erläutert. Zum Herstellen des gebogenen Rohres P durch einen Zentriwinkel d0 pro Zeiteinheit ist es notwendig, solche Abmessungen für die Formglieder zu wählen, daß das geschmolzene Metall in den Teilen ee'f'f und gg'H'h gesammelt wird, die durch die Rohrradien 0 1Θ, 0 2Θ, 0 1Θ + dQ 0 20 + dö in den Stellungen umgeben sind, die θ und 9 + dö vom Ausgangspunkt ü der Figur 1 und den Querschnitten, des Kerns B2 und der Außenform B1 entsprechen. Das geschmolzene Metall wird

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dann abgekühlt und erstarrt in diesem Raum und ergibt so das Element ^ P des gebogenen Rohres P. Die Teile unter den Teilen ee'f'f und gg'h'h werden gleichmäßig gedehnt, während die Teile über dem Teil ee'f'f denselben Radius um den Punkt i einnehmen, bei dem der Radius von ν 1 + t von f¹ die Gerade OL schneidet, und um den Punkt j, bei dem der Radius von j> 2 von h.¹ diese Linie schneidet. Die Teile um i und j und über e und g werden so gleichmäßig gedehnt, daß sie einen entsprechenden Abstand von den Metallelektroden A1 und A4 ergeben. In den Figuren 1 und 2 bezeichnen 1, n, k und m die Punkte, an denen die obere Kante des ringförmigen Kanals HiT die Linie S-S schneidet. Der kleinste Abstand von den Punkten 1, n, k und m zu den Metallelektroden A1 und A4 sind dieselben. In diesem Fall sind die Hetallelektroden A1 und A4- so angeordnet, daß sie sich an den vertikalen Linien befinden, die über die Punkte e, i, g und j gehen. Ferner wird die Beziehung ef = e'f = gh = g'h * t aufrechterhalten. Obwohl diese Beziehungen in Verbindung mit dem Abschnitt S-S der Figur 2 beschrieben worden siai, ist zu erkennen, daß die Beziehungen sowohl für den ganzen Vertikal:-t;.:chnitt entlang dem ganzen Umfang des ringförmigen Kanals V/ als auch für das ringförmige Loch I gelten.

Die drehbaren Glieder G zum Abziehen des gebogenen Rohres bestehen aus einem Arm K, der an einer senkrecht zur Papierebene verlaufenden ,Velle befestigt ist und durch den Punkt 0 hindurchgeht, und aus einem Anfangsteil ρ am Arm K. Der Arm K wird mit gegebener '<?inkelgeschwindigkeit durch einen (nicht dargestellten) Llotor geschwenkt, der mit der vertikalen Welle gekuppelt ist. Das Teil ρ ist so geformt, dai es eine einheitliche Länge derselben Abmessungen wie das herzustellende gebogene Rohr besitzt. Es wird an der Bahn mit derselben Krümmung wie die des Rohres bewegt, das durch Drehen des notorbetriebenen Armes K entsteht. Jadurch wird das Element ,£Vp des Rohres F

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BAD ORIGINAL

von den Formgliedern B abgezogen. Bei Beginn der Herstellung des Rohres dient das Teil ρ zum Schließen des Bodens des ringförmigen Loches Y in den Formgliedern B» Eine elektrische Anlage D besteht aus einer Stromquelle E für die Elektroschlacke und einem Stromabnehmer ]?. Ein Anschluß an einem Ende der Stromquelle E liegt am Arm K, während die anderen Anschlüsse mit den Metallelektroden A1 bis A4 und ΑΊ bis A'4 der Elektrodenanordnung A über den Stromabnehmer F verbunden sind.

Bei der Herstellung eines gebogenen Rohres bei derselben Winkelgeschwindigkeit oder durch Abziehen des Rohres P durch &Θ pro Zeiteinheit gemäß der Erfindung muß die Schmelzgeschwindigkeit der Metallelektroden A1 bis A4 und A'1 bis A'4 vom Teil ee'f'f zum Teil gg'h'h des ringförmigen Loches Y allmählich ansteigen., Deshalb werden gemäß der Erfindung diese Metallelektroden mit verschiedenen Querschnittsflächen gleichzeitig mit derselben Spannung und derselben Stromdichte geschmolzen und die Tiefe des ringförmigen Kanals W, in dem sich der Schlakkensumpf bildet, steigt von der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des gekrümmten Teils des Rohres gleichmäßig an. Obwohl somit der Strom in den Metallelektroden A1 bis A4 und ΑΊ bis A'4 derselbe ist, ändert sich der Widerstand, und der Schmelzwirkungsgrad der Me-

p tallelektroden wird durch die Differenz von R in IR mit dem Ergebnis vergrößert, daß die Elektroden einen gegebenen Schmelzwert im ringförmigen Loch Y ergeben. Hierfür ist es, wie bereits erwähnt, notwendig, die Querschnittsflächen S1 bis S4 und S¹I bis S'4 der Elektroden und ihre Anordnung mit den Abmessungen des gebogenen Rohres P abzustimmen und auch einen geeigneten Winkel θ zu wählen und den Wert des 'Widerstandes R entsprechend zu verändern.

Bei der Vorrichtung zur Herstellung gebogener Rohre nach der Erfindung werden die Elektroden A1 bis A4 und A ¹^ bis

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A'4 der Anordnung A in einer gegebenen Lage bei gegebener Geschwindigkeit durch Rollen geführt und bei konstanter Geschwindigkeit mit einem Strom vom Stromabnehmer F herunter gebracht. In diesem 3?all wird der Boden des ringförmigen Loches Y vorher mit dem Startteil P verschlossen und eine entsprechende geschmolzene Schlacke wird im ringförmigen Kanal W gehalten. Dann werden die Elektroden in die geschmolzene Schlacke getaucht und liefern über die geschmolzene Schlacke zum Startteil ρ einen Strom und bilden somit einen elektrischen Kreis mit der Stromquelle E. Auf diese Weise tritt das sogenannte Elektroschlackenschmelzphänomen auf, durch das die vorderen Endteile der Elektroden geschmolzen werden, um zusammen das geschmolzene Metall M zu ergeben, das wiederum in die geschmolzene Schlacke fällt und im ringförmigen Loch Y gesammelt wird. Dieses geschmolzene Metall M kühlt ab und erstarrt in der Form B. Zu dieser Zeit wird der Teil des geschmolzenen Metalls M, der sich mit dem Startteil ρ in Berührung befindet, mit diesem verschmolzen. Sobald das geschmolzene Metall sich im ringförmigen Loch Y gesammelt hat und zu erstarren beginnt, läuft der Antriebsmotor des Armes K mit einer Winkelgeschwindigkeit dö pro Zeiteinheit und dreht den Arm K in der durch den Pfeil Z angezeigten Richtung, wodurch das Startteil ρ in Richtung des Pfeiles verschoben wird. Es ergibt sich, daß das Element A,P des gebogenen Rohres, das abgekühlt und erstarrt ist, durch die Form B gleichmäßig von der Form B abgezogen wird, so daß sich dadurch ein gebogenes Rohr P mit der gewünschten Krümmung ergibt.

Bei der beschriebenen Konstruktion und den beschriebenen Funktionen liefert die Vorrichtung nach der Erfindung fortlaufend ein gebogenes Rohr mit der gewünschten Krümmung unmittelbar aus dem geschmolzenen Metall, das durch Schmelzen in einem JjJlektroschlackenbad erhalten wird, wo-

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bei mehrere Metallelektroden mit gegebener Geschwindigkeit in die Form geführt werden. Deshalb kann nicht nur ein gebogenes Rohr aus beliebigem Material leicht und schnell hergestellt werden, sondern auch das erzeugte gebogene Rohr ist fehlerfrei und von weit besserer Qualität im Vergleich zu herkömmlichen Erzeugnissen.

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Claims

- 11 - MITSUBISHI JUKQGYO KABUSHIKI, Tokio - Japan Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen gebogener Rohre, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Zuführen mehrerer Metallelektroden (A1 bis A4- und ΑΊ bis A'4) an eine Form (3) bei gegebener Geschwindigkeit und Schmelzen dieser in einem Elektrοschlackenbad, ürstarrenlassen des geschmolzenen Metalls (M) zu einer Größe, die auf die gewünschten Querschnittskonturen und der Krümmung des herzustellenden gebogenen Rohres (P) abgestimmt ist, dadurch Bilden eines einheitlichen gebogenen Rohres bei gleichzeitigem Abziehen des Rohres an einer gekrümmten Bahn in Übereinstimmung mit der Krümmung des Rohres, wobei die einzelnen Schritte aufeinander folgen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Metallelektroden (A1 bis A4- und A.M bis A'4) in Gruppen mit verschiedenen ^uerschnittsflächen (S1 bis S4- und j3'1 bis S'4) der Elektroden zusammengefaßt sind, die der Form in einer Anordnung zugeführt werden, praktisch gleich weit voneinander entfernt sind und in der Reihenfolge größer werdender -Querschnitte in den ringförmigen Kanal (W) der Form geführt werden, wobei die Elektroden mit kleineren Querschnittsflachen sich an der radialen Innenseite des gekrümmten Teils des Rohres befinden und die Elektroden mit größeren Querschnittsflachen an der radialen Außenseite.

3. Vorrichtung zum Herstellen gebogener Rohre zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrodenanordnung (A) aus

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mehreren Metallelektroden (A1 bis A4- und ΑΊ "bis A'4-) mit verschiedenen Querschnittsflächen besteht, die mit gleichen Abständen angeordnet und auf sfc£K die Gesamtquerschnittskontur des Rohres abgestimmt sind, daß die in der Reihenfolge von -der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des Rohres ansteigender Querschnittsflächen angeordneten Elektroden durch entsprechende Antriebe (al bis a4- und a'1 bis a '4-) bei gegebener Geschwindigkeit gesenkt werden, daß sich Formglieder (B) aus einer äußeren Form (B1) und einem wassergekühlten Kern (B2) unmittelbar unter der jslektrodenanordming befinden und zwischen sich einen ringförmigen Kanal (W) bilden, der eine entsprechende Breite und eine gleichmäßig von der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des Rohres ansteigende Tiefe und ferner ein ringförmiges Loch (T) enthält, das mit dem ringförmigen Kanal (W) in Verbindung steht und eine Breite gleich der Wanddicke des Rohres und eine gleichmäßig von der radialen Innenseite zur radialen Außenseite des Rohres zunehmende Tiefe und eine Krümmung gleich der Krümmung des Rohres besitzt, wobei drehbare Glieder (23) zum Abziehen des gebogenen Rohres (P) aus einem durch _;einen entsprechenden Antrieb zu drehenden Arm (K) und einem Startteil (p) besteht, das durch Drehen des Armes an einer der Krümmung des Rohres entsprechend gekrümmten Bahn zum fortlaufenden Abziehen des einheitlichen Rohres am ringförmigen Loch dient, und daß die stromgespeisten Glieder mit Anschlüssen an einer Seite über einen Stromabnehmer mit den Elektroden und mit einem Anschluß am Außenende mit dem Arm der drehbaren Rohrabziehglieder verbunden sind.

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