DE2754934A1 - Verfahren zum herstellen stumpfgeschweisster stahlrohre - Google Patents
Verfahren zum herstellen stumpfgeschweisster stahlrohreInfo
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Description
Verfahren zum Herstellen stumpfgeschweißter Stahlrohre
Die Erfindimg betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines stumpfgeschweißten Stahlrohres, bei dem insbesondere die
Temperatur zum Stumpfschweißen eines Stahlbandes auf einen optimalen Temperaturwert gehalten wird,in dem eine Temperatur
im Randbereich und eine Temperatur im Mittelbereich des Stahlbandes an einer Stelle zwischen dem Auslaß aus einem
Wärmeofen und dem Einlaß eines Stumpfschweiß-Walzwerkes erfaßt wird und in dem die Wärmebedingungen und die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes nach Maßgabe der Differenz zwischen den ermittelten Temperaturen und den optimalen
Aufnähmetemperaturen bzw. Sollwerten für die Temperatur geregelt werden.
Bekanntlich bildet bei der Herstellung eines stumpfgeschweißten Stahlrohres die Temperatur eines einem Stumpf
zugeführten Stahlbandes eine Einflußgröße, die direkten Einfluß auf die Güte des Endproduktes hat. Demzufolge wurde die
Temperatur eines Stahlbandes nach Maßgabe des Aufnahmewertes geregelt, man aus Vorserienversuchen oder dergl. erhalten
hat.
Wie in der Japanischen Patentanmeldung 105765/1974 angegeben, bediente man sich hierzu einer der beiden folgenden Vorgehensweisen zur Temperaturregelung des Stahlbandes:
(1) Ein Verfahren zum Regeln der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes durch Rückkoppelung der Differenz zwischen
der Aufnahmetemperatur und der Temperatur des Stahlbandes, die am Einlaß des Stumpfschweiß-Walzwerkes ermittelt worden ist.
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(2) Ein Verfahren zum Regeln der Aufwärmbedingungen in dem Wärmeofen durch Rückkoppelung der Differenz zwischen der Aufnahmetemperatur
und der Temperatur des Stahlbandes, die am Einlaß zu dem Stumpfschweiß-Walzwerk ermittelt worden ist.
Im Hinblick auf die Temperatur des Stahlbandes an der Einlaßseite des Stumpfschweiß-Walzwerkes beispielsweise ist dieses
Vorgehen unzulänglich und ungeeignet, wenn die Temperatur des Stahlbandes visuell oder durch ein Thermometer ermittelt wird
und die Transportgeschwindigkeit oder die Aufwärmebedingungen nach Maßgabe der Differenz zwischen der ermittelten Temperatur
und einer Aufnahmetemperatur gesteuert werden. Da sich die Dicke des Stahlbandes in Längsrichtung in großem Ausmaß
ändern kann, ändert sich nicht nur der Temperaturwert des Stahlbandes, sondern auch der Temperaturgradient in beiden
Richtungen des Stahlbandes innerhalb einer kurzen Zeitdauer nach Maßgabe der Dickenänderungen, selbst wenn die
Aufwärmbedingungen oder die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes geregelt werden. Hierdurch sind die Bedingungen
beim Stumpfschweißen instabil. Trotz allem wurden bei den bekannten Vorgehensweisen die Temperaturen geregelt, ohne den
Temperatürgradienten des Stahlbandes in Breitenrichtung an der Einlaßseite des Stumpfschweiß-Walzwerkes zu berücksichtigen.
•Bei den bisher bekannten Verfahren, die vorstehend erläutert
wurden, wird als Basis die Temperatur des Stahlbandes an der Einlaßseite des Stumpfschweiß-Walzwerkes zugrundegelegt. Da
Jedoch die Temperatur des Stahlbandes an einer einzigen Stelle
in Breitenrichtung des Stahlbandes ermittelt worden ist, ergeben sich Schwierigkeiten bei einer sogenannten "Ein-Punkt-Regelung".
Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß ein Stahlband einen Temperaturgradienten in Breitenrichtung besitzt, und wie sich
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Fig. 1 entnehmen läßt, läßt sich eine beträchtliche Temperaturdifferenz Λ zwischen der Temperatur 0« im Mittelbereich
des Stahlbandes und der Temperatur Og am Randbereich feststellen. In Fig. 2 ist die Schwankung der Temperaturdifferenz
zwischen der Temperatur im Mittelbereich und der Temperatur im Randbereich in Abhängigkeit von der Dicke des Stahlbandes
aufgezeigt, obgleich die Temperatur am Randbereich auf einen konstanten Wert eingeregelt worden ist.
Die üblicheMEin-PunktH Regelung ermöglicht somit nicht die
Einhaltung der erforderlichen Bedingungen zum Stumpfschweißen, nämlich (1) der Einhaltung der optimalen Gleichmäßigkeit der
Temperatur Θ-, im Randbereich des Stahlbandes und (2) die
Einhaltung der optimalen Gleichmäßigkeit der Stauchkraft (die äquivalent zu der optimalen Gleichmäßigkeit der Temperaturdifferenz A zwischen der Temperatur ΘΕ im Randbereich und
der Temperatur ©c im Mittelbereich ist ).
Die Erfindung schafft eine Weiterbildung des Regelverfahrens,
um die Nachteile einer Ein-Punkt-Steuerung, wie vorstehend erwähnt, zu überwinden.
Wenn der dem Wärmeofen zugeführte Brennstoff auf einem konstanten Wert gehalten wird, ändert sich die Temperatur 0E im
Randbereich und die Temperatur Oq im Mittelbereich des Stahlbandes an der Einlaßseite des Stumpfschweißwalzwerkes nach
Maßgabe der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes (vergl. Fig. 3). Selbstverständlich hat die Transportgeschwindigkeit
nur einen geringfügigen Einfluß auf die Temperatur Q„ im Randbereich, jedoch hat sie einen sehr starken Einfluß auf die
Temperatur Oq im Mittelbereich.
Der Einfluß der Brennstoffzufuhr (beispielsweise der Koksofengasstrom in die Endzone des Wärmeofens) auf 0-, und Oq
ist in Fig. 4 aufgezeigt, wenn die Transportgeschwindigkeit
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des Stahlbandes konstant ist. Umgekehrt zu Fig. 3 ist nach
Fig. 4 die Änderung von ög beträchtlich, während Oq nahezu
unverändert bleibt. Hieraus läßt sich schließen, daß sich die Temperatur im Randbereich im wesentlichen nach Maßgabe
der zugeführten Brennstoffmenge aufgrund der Wirkung der forcierten Konvektionsübertragung ändert, und zwar die Temperatur
im Mittelbereich im wesentlichen nach Maßgabe der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes aufgrund der Wirkung
der Strahlungsübertragung. Bei der Erfindung wird dieses Phänomen vorteilhaft ausgenutzt.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren zum Herstellen stumpfgeschweißter Stahlrohre zu schaffen, die gute Schweißeigenschaften
besitzen, indem man gleichzeitig Gg und ^S regelt.
Vorzugsweise solleinach der Erfindung eine optimale Regelung und grundlegende Normen zum Regeln vorgeschlagen werden,
gemäß denen man die Temperatur im Randbereich und die Temperatur im Mittelbereich des Stahlbandes anstelle der bisherigen
Regelung, bei der die Temperatur des Stahlbandes nur an einer Stelle erfaßt worden istf ermitteln kann.
Nach der Erfindung soll insbesondere die Temperatur zum Stumpfschweißen genau geregelt werden, indem die Aufwärmbedingungen
des Wärmeofens auf der Basis der Temperatur im Randbereich des Stahlbandes geregelt werden.
Vorzugsweise sollen nach der Erfindung die Schweißbarkeit bzw. die Schweißeigenschaften des Stahlrohres verbessert werden,
indem man die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Randbereich und der Temperatur im Mittelbereich des Stahlbandes
regelt, um eine optimale Temperaturdifferenz sicherzustellen und die Stauchkraft stabil zu halten.
Ein bevorzugter Gedanke der Erfindung liegt in einem Verfahren zum Herstellen stumpfgeschweißter Stahlrohre, bei dem
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eine Temperatur im Randbereich und eine Temperatur im Mittelbereich eines Stahlbandes an einer Stelle zwischen dem Auslaß
aus einem Wärmeofen und dem Einlaß eines Stumpfschweiß-Walzwerkes ermittelt werden. Die Aufwärmbedingungen des Stahlbandes in dem Wärmeofen werden nach Haßgabe der Differenz zwischen
der Temperatur im Randbereich und einer Temperatur im Randbereich an der Aufnahmeseite geregelt, und die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes wird nach Maßgabe der Differenz
zwischen der Temperatur im Randbereich und der Temperatur im Mittelbereich sowie nach Maßgabe der Differenz zwischen der
Temperatur an dem aufnahmeseitigen Randbereich und einer Temperatur an dem aufnahmeseitigen Mittelbereich geregelt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten AusfUhrungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung.
Fig. 1 ist ein Diagramm, in dem die Unterschiede zwischen der Temperatur im Randbereich und der Temperatur im
Mittelbereich des Stahlbandes an der Einlaßseite eines Stumpfschweiß-Walzwerkes eingetragen sind;
Fig. 2 ist ein Diagramm zur Verdeutlichung derSchwankung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Randbereich und der Temperatur im Mittelbereich eines
Stahlbandes in Abhängigkeit von der Dickenänderung des Stahlbandes;
Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Temperaturänderung im
Randbereich und Mittelbereich eines Stahlbandes in Abhängigkeit von der Änderung der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes, wenn die Brennstoffzufuhr
konstant gehalten wird;
Fig. 4 zeigt in einem Diagramm die Temperaturänderung des Randbereiches und des Mittelbereiches des Stahlban-
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des in Abhängigkeit von der Änderung der Brennstoffzufuhr auf, wenn die Transportgeschwindigkeit des
Stahlbandes konstant gehalten wird;
Fig. 5 ist eine Anlage nach der Erfindung;
Fig. 6 ist eine Draufsicht auf die Anlage in Fig. 5» und
Fig. 7 zeigt in einem Diagramm die Temperaturänderung im Randbereich und Mittelbereich des Stahlbandes bei einem
Verfahren nach der Erfindung im Vergleich zu einer an sich bekannten Anlage.
In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung
dargestellt. Ein Stahlband 10 wird hierbei in einem Vorwärmofen 12 vorgewärmt und in einem Wärmeofen 14 auf eine
bestimmte Temperatur erwärmt. Dann wird ein stumpfgeschweißtes
Stahlrohr 11 in einem Stumpfschweiß-Walzwerk gebildet, das eine Formwalze 20 und Reduzierwalzen 22a,22b,22c,22d,22e,22f
und 22g umfaßt.
Der Vorwärmofen 12 und der Wärmeofen 14 werden in jeder Zone geregelt, wobei die den öfen über die Gasversorgungsrohre 24
zugeführte Gasmenge durch Verstellung der Öffnung von Stellventilen 26 geregelt wird, die in den Gasversorgungsrohren
24 angeordnet sind.
Gebläse 28, welche Luftstrom auf den Randbereich richten, sind zwischen dem Auslaß des Wärmeofens 14 und dem Einlaß des
Stumpfschweiß-Walzwerkes angeordnet und richten Blasluft A auf die gegenüberliegenden Ränder des Stahlbandes 10. Ferner
sind paarweise angeordnete hornförmige Sauerstoffausbalsorgane 30 vorgesehen, die einen Sauerstoffstrom O2 auf die gegenüberliegenden
Rfinder des StahXbandes 10 richten. Ein Temperaturdetektor
32 ist an der Einlaßseite des Stumpfschweiß-Walzwerkes vorgesehen und dient zum Abtasten des Stahlbandes 10
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in Querrichtung in Verbindung mit einem Mechanismus (nicht
gezeigt), der den Detektor über das Stahlband 10 führt, wobei die Temperatur des Stahlbandes an jeder Stelle oder an mehreren Stellen zwischen den gegenüberliegenden Randbereichen des Stahlbandes 10 erfaßt werden kann. Nach der Erfindung werden die Temperatur ög im Randbereich und die Temperatur Qq im Mittelbereich durch den Detektor 32 erfaßt.
gezeigt), der den Detektor über das Stahlband 10 führt, wobei die Temperatur des Stahlbandes an jeder Stelle oder an mehreren Stellen zwischen den gegenüberliegenden Randbereichen des Stahlbandes 10 erfaßt werden kann. Nach der Erfindung werden die Temperatur ög im Randbereich und die Temperatur Qq im Mittelbereich durch den Detektor 32 erfaßt.
Die Walzen des Stumpfschweiß-Walzwerkes sind von Motoren 34 angetrieben, und die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes
10 und des geschweißten Stahlrohres 11 wird durch einen Geschwindigkeitsmesser ermittelt,und nach Maßgabe des ermittelten
Signales wird die Drehgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl der Motoren 34,34 entsprechend gesteuert.
Mit Hilfe der zuvor beschriebenen Anlage wird auf die folgende Art und Weise ein geschweißtes Stahlrohr 11 hergestellt. Nach
Fig. 5 werden die Temperatur 9£ im Randbereich und die Temperatur
Oq im Mittelbereich des Stahlbandes 10 durch den Temperatursensor
32 ermittelt und zu einem Zentralrechner 36 in Form von
Temperaturdaten 38,40 übergeben. Die Daten 38 über die Temperatur im Randbereich werden zu einem Rechner 42 übertragen, der
eine Aufnahmetemperatur ©E für den Randbereich aus einem Register
44 für die Aufnahmetemperatur im Randbereich hat und den übermittelten Wert mit ©E zur Ermittlung der Differenz
j(©e - ΘΕ) vergleicht sowie die öffnungsstellung der Ventile entsprechend einstellt, so daß die Aufwärmbedingungen des Wärmeofens 14 so geregelt werden, daß die Aufnahmetemperatur θ£ am Randbereich des Stahlbandes 10 erzielt wird.
j(©e - ΘΕ) vergleicht sowie die öffnungsstellung der Ventile entsprechend einstellt, so daß die Aufwärmbedingungen des Wärmeofens 14 so geregelt werden, daß die Aufnahmetemperatur θ£ am Randbereich des Stahlbandes 10 erzielt wird.
Die Daten 38 über die Temperatur im Randbereich und die Daten 40 über die Temperatur im Mittelbereich werden zu einem Rechner
46 weitergeleitet, der seinerseits die Differenz __Λ zwischen
diesen Werten ermittelt und die Differenz /\ mit einem
Aufnahmewert bzw. Sollwert Λ vergleicht, der von einem
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Register 48 für einen Sollwert für die Temperaturdifferenz geliefert
wird und die Antriebsmotore 34,34 auf der Basis von (&~Δ ) einstellt, so daß die Transportgeschwindigkeit des
Stahlbandes und des geschweißten Stahlrohres 11 rückgekoppelt sind.
Auf diese Weise kann die Temperatur Og im Randbereich des Stahlbandes
10 auf der Solltemperatur bzw. Aufnahme temperatur Θ-,
gehalten werden, um die Temperatur zum Stumpfschweißen zu optimieren, und die Temperaturdifferenz A kann auf den Sollwert für
die Temperaturdifferenz -Δ eingestellt werden, indem die Transportgeschwindigkeit
des Stahlbandes 10 gesteuert wird, so daß man auf einfache Art und Weise eine bevorzugt geeignete Stauchkraft
erzielen kann. Auf diese Art und Weise lassen sich dauerhafte und wertvolle stumpfgeschweißte Stahlrohre herstellen,
indem man die Temperatur θ£ und die Temperaturdifferenz Δ.
gleichzeitig regelt.
In Fig. 7 sind beispielshaft Daten aufgezeigt, welche die überragenden
Wirkungen und Vorteile der Erfindung verdeutlichen sollen. Die Wellenlinie in Aufwärtsrichtung der durchgehenden
Linie der Querlinie in der Mitte zeigt die Dickenänderung des Stahlbandes 10 in Fig. 7. Die beiden tiefer liegenden Wellenlinien
beziehen sich auf die Temperatur ©E im Randbereich
(obere Wellenlinie) und die Temperatur G10 im Mittelbereich.
Auf der linken Seite der vertikalen durchgehenden Linie sind die Daten bei der an sich üblichen Herstellungsweise eingetragen,
und auf der rechten Seite sind die Daten bei der vorliegenden Erfindung eingetragen.
Der Zeichnung läßt sich entnehmen, daß die Temperatur im Randbereich
des Stahlbandes von 400C beim Stand der Technik auf
15°C reduziert worden ist, und die Änderung der Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelbereich und dem Randbereich wird auf
100C im Vergleich zu 38°C beim Stand der Technik reduziert. Die
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Fehlstellen oder Risse oder Faltenbildungen an den Endprodukten
sind weitgehend kaum noch feststellbar.
Ein Detektor 50 für die Temperatur des warmen Stahles und ein
Geschwindigkeitsmesser 35 sind zwischen dem Auslaß des Vorerwärmungsofens 12 und dem Einlaß des Wärmeofens 14 angeordnet
und die von diesen erfaßte Temperatur θρ und die Geschwindigkeit V0 des Stahlbandes 10 werden zu dem Zentralrechner 36
weitergeleitet. Beim Vergleichen der Vorerwärmungstemperatur θρ mit der Temperatur Og oder ©c ergibt sich, daß sich die
Änderung bezüglich der Vorerwärmungstemperatur θρ ähnlich wie
die Änderung bezüglich der Temperatur θβ oder 0ß des Stahlbandes 10 erhält, obgleich ein Unterschied in der Höhe der Werte
der Temperatur und in der Phase entsprechend der zeitlichen Nacheilung bzw. der zeitlichen Differenz vorhanden 1st. Somit
kann man auch die Vorerwärmungstemperatur θρ und die Geschwindigkeit V0 unter Zuführung zu dem Zentralrechner 36 dazu
verwenden, die Temperatur θ£ im Randbereich und/oder die Temperatur 9C im Mittelbereich vorzugeben, um die Wärmebedingungen
im Vorwärmofen 12 und die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes 10 nach Maßgabe dieser zuvor bestimmten Temperaturen
Q„ und Gp zu regeln.
Nach Fig. 6 richten die hornförmigen Ausblasorgane 30 für den Sauerstoff einen Sauerstoffstrom Op gegen die Randbereiche des
Stahlbandes 10 zusätzlich zu den von den Gebläsen 28 gelieferten Luftströme, um das Ansprechvermögen bezüglich der Erwärmung der Randbereiche des Stahlbandes 10 zu verbessern, wobei
die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Endabschnitten des Stahlbandes minimalisiert werden kann. Die hornförmigen Ausblasorgane 30 wirken als eine Hilfseinrichtung zur
Steuerung bzw. Regelung der Temperatur in den Randbereichen des Stahlbandes 10.
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nete Schweißbarkeit oder ausgezeichnete Schweißeigenschaften, indem die Temperatur am Einlaß des Stumpfschweiß-Walzwerkes
im Randbereich und im Mittelbereich ermittelt wird, die Differenz zwischen diesen Werten errechnet und die Menge der
Brennstoffversorgung nach Maßgabe der Differenz zwischen der ermittelten Temperatur im Randbereich und einer als Sollwert
vorgegebenen Temperatur im Randbereich regelt und einstellt sowie die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes in das
Stumpfschweiß-Walzwerk nach Maßgabe der Differenz zwischen der ermittelten Temperaturdifferenz und einem als Sollwert vorgegebenen
Temperaturdifferenzwert regelt und einstellt. Beim Verfahren nach der Erfindung wird eine Zwei-Punkt-Regelung
durchgeführt, die die Regelung der zugeführten Brennstoffmenge
und eine Regelung der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes automatisch und gleichzeitig in Abhängigkeit von der Änderung
der Dicke des Stahlbandes und der Änderung des Temperaturgradienten des Stahlbandes in Breitenrichtung ermöglicht, was bisher
nicht möglich war. Somit lassen sich die Nachteile bei den üblichen Verfahren überwinden, und man erhält auf einfache,
äußerst effiziente und zuverlässige Weise höherwertige geschweißte Stahlrohre.
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Claims (6)
- Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann - Dr. R. Koenigsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer - Dipl.-lng. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.PATENTANWÄLTEβΟΟΟ München 2 Bräuhauss.raQ. 4 ."Telefon S-mmel-Nr. 225341 · Telegramme Zumpat · Te.ex 529979Sumitomo Kinzoku Kogyo Kabushiki Kaisha 15, Kitahama 5, Higashi-ku, Osaka-shi, Osaka-fu, JapanCs.342PatentansprücheVerfahren zum Herstellen eines stumpf geschweißten Stahlrohres, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur eines Randbereiches und die Temperatur eines Mittelbereiches eines Stahlbandes an einer Stelle zwischen dem Auslaß eines Wärmeofens und dem Einlaß eines Stumpfschweißwalzwerkes einer Herstellungsanlage für stumpf geschweißte Stahlrohre ermittelt werden, die Wärmebedingungen in dem Wärmeofen nach Maßgabe der Differenz zwischen der Temperatur im Randbereich und einer als Sollwert vorgegebenen Temperatur im Randbereich gesteuert wird, und daß die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes nach Maßgabe der Differenz zwischen der Differenz bezüglich der ermittelten Temperatur im Randbereich und der Temperatur im Mittelbereich und einer als Sollwert vorgegebenen Differenz zwischen der Temperatur im Randbereich und der Temperatur im Mittelbereich geregelt wird.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebedingimg im Wärmeofen dadurch geregelt wird, daß der dem Wärmeofen zugeführte Gasstrom eingestellt wird.809825/0751
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebedingungen des Stahlbandes in dem Wärmeofen unter Berücksichtigung einer Vorwärmetemperatur des Stahlbandes geregelt wird, die an einer Stelle zwischen dem Auslaß eines Vorwärmofens und dem Einlaß des Wärmeofens gemessen wird, sowie in Abhängigkeit von einer Temperatur im Randbereich des Stahlbandes, die an einer Stelle zwischen dem Auslaß des Wärmeofens und dem Einlaß des Stumpfschweißwalzwerkes und einer als Sollwert vorgegebenen Temperatur für den Randbereich geregelt wird.
- 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Hilfssteuereinrichtungen für die Wärmebedingung des Stahlbandes in dem Wärmeofen vorgesehen sind, die hornförmige Ausblasorgane für Sauerstoff umfassen, die an gegenüberliegenden Randbereichen des Stahlbandes am Auslaß des Wärmeofens angeordnet sind und einen verstellbaren Sauerstoffstrom auf die Randbereiche des Stahlbandes richten, wenn die Temperaturen der gegenüberliegenden Randbereiche des Stahlbandes bezüglich einander ungleich sind.
- 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur im Randbereich und die Temperatur im Mittelbereich durch Abtastung mit Hilfe eines Temperatursensors in Richtung quer zu dem Stahlband ermittelt werden.
- 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes durch Einstellung der Drehgeschwindigkeit bzw. Drehzahl der Antriebsmotoren im Stumpfschweißwalzwerk geregelt wird.809825/0751
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