DE2754934C3

DE2754934C3 - Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von stumpfgeschweißten Stahlrohren und Anlage zu dessen Durchführung

Info

Publication number: DE2754934C3
Application number: DE2754934A
Authority: DE
Inventors: Syuji Amagasaki Hyogo Matumoto
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1976-12-12
Filing date: 1977-12-09
Publication date: 1981-11-12
Also published as: DE2754934A1; DE2754934B2; US4139139A; FR2373340B1; JPS5373457A; GB1582598A; FR2373340A1; CA1085023A; JPS5412259B2

Description

4. Anlage nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch an der Außenseite des Durchlaufofens (14) auf beide Längskanten des Bandes gerichtete Blasdüsen (28,30) zum Aufblasen von 02-haltigen Gas oder O2 auf die beiden Kanten des Bandes (10).

Die Erfindung betrifft ein Vei fahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.

Es ist ein derartiges Verfahren zum Herstellen von stumpfgeschweißten Rohren bekannt (US-PS 26 73 274), bei welchem das Band zuerst im ganzen auf Warmverformungstemperatur erwärmt und in einem gesonderten Erhitzungsschritt die Kanten auf Preßschweißtemperatur erhitzt werden. Dabei erfolgt auch die Temperaturregelung getrennt, d. h. die Erwärmung des gesamten Bandes auf Warmverformungstemperatur wird in Abhängigkeit von der Bandtemperatur nach diesem Erwärmen gesteuert, während die Temperatur der Kanten auf Preßschweißtemperatur nach der Erhitzung der Kanten auf diese Temperatur gemessen und entsprechend gesteuert wird.

Dieses bekannte Verfahren ist nicht nur durch die Notwendigkeit zweier nach unterschiedlichen Wärmeübertragungsverfahren arbeitenden Erwärmungsstufen aufwendig, sondern die Regelung der Temperatur in den einzelnen Erwärmungsstufen arbeitet im ganzen gesehen auch ungenau. Es treten in diesem Fall nämlich Nachteile durch die Temperaturregelung nach jeweils nur einem Temperaturmeßpunkt auf, da das Band in jedem Fall einen Temperaturgradienten über seine Breite aufweist, der je nach dem Querschnitt des Bandes und der Art der Erwärmung schwankt. So erfolgt z. B. bei Erwärmung des gesamten Bandes im gas- oder ölbeheizten Ofen auf Warmverformungstemperatur die Erwärmung im Kantenbereich wesentlich stärker als im mittleren Bereich, wobei die sich einstellende Temperaturdifferenz zwischen dem Kantenbereich und dem mittleren Bereich mit der Heizgastemperatur und mit geringfügigen Dickenänderungen des Bandes erheblich schwankt. Die Erwärmung der Kantenbereiche, z. B. in einem Induktionsofen, erfolgt nicht gleichmäßig nur in dem durch die Induktion beeinflußten Bereich, sondern die dabei zugeführte Wärme verteilt sich ebenfalls über den ganzen Querschnitt des Bandes, je nach der Höhe der Temperaturdifferenz, Abkühlungsbedingungen, Banddicke und anderen Parametern unterschiedlich. Dies bedeutet, daß der mittlere Bereich nicht über die ganze Breite gleichmäßig die gewünschte Warmverformungstemperatur hat, auch wenn diese Temperatur vorher am Meßpunkt gemessen wurde, sondern es stellt sich ein stetiges Temperaturgefälle vom Kantenbereich nach der Mitte zu ein.

Für die Herstellung von einwandfreien Schweißnähten und einer einwandfreien Formgebung bei derartigen Ujhren ist es aber unbedingt erforderlich, daß die Temperaturverteilung über den Querschnitt möglichst genau und gleichmäßig eingehalten wird, da sonst, wenn

ζ. B. Warmverformungstemperatur in bestimmten Bereichen zu hoch ist, bei einer Druckaufbringung durch das Preßschweißen im Querschnitt eine Stauchung der Rohrwand und damit eine Querschnittsv ;rminderung des Rohres eintritt, oder aber, wenn im Kantenbereich die Preßschweißtemperatur nicht genau dem Sollwert entspricht, entweder Schweißfehler durch ungenügende Verbindung entstehen oder aber das Material abtropft bzw. sich Schweißwülste bilden.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, dieses bekannte Verfahren so weiterzubilden, daß das Verfahren selbst und die zu dessen Durchführung dienende Anlage wesentlich vereinfacht wird, und eine wesentlich genauere Regelung der Temperaturverteilung über den Querschnitt des Bandes sichergestellt wird.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 enthaltenen Verfahrensschritte gelöst.

Die Erfindung nützt zur Lösung dieser Aufgabe also die Tatsache aus, daß durch Änderung der Wärmeleistung des Ofens eine Änderung der Wärmeaufnahme und damit der Erwärmung der Kanten gegenüber der Mitte des Bandes auftritt, und die Verweilzeit im Ofen bei einer vorgegebenen Wärmeleistung die Temperaturdifferenz zwischen dem Kantenbereich und der Mitte des Bandes beeinflußt. Durch die Erfindung wird damit im Gegensatz zum Stand der Technik, das Band in einem einzigen Erwärmungsschritt auf die erforderlichen Temperaturen und Temperaturverteilung zwischen Preßschweißtemperatur im Kantenbereich und Warmverformungstemperatur im mittleren Bereich gebracht, wobei bei diesem einzigen Erwärmungsschritt sowohl die spezifische Wärmeaufnahme des Bandes, als auch die Verweilzeit des Bandes in Abhängigkeit von den an einer Stelle über den Querschnitt gemessenen Temperaturwerten im Kantenbereich einerseits und im mittleren Bereich andererseits geregelt wird.

Eine erfindungsgemäße Anlage zur Durchführung des Verfahrens, die in bekannter Weise eine Einrichtung zum kontinuierlichen Fördern des Bandes durch die Anlage, eine Durchlaufofenanlage und eine in Bewegungsrichtung des Bandes hinter der Ofenanlage liegende Rohrwalz- und Preßschweißstraße aufweist, ist gemäß der Kennzeichnung im Anspruch 2 wesentlich einfacher, als die bekannte Anlage, da das Band nur einmal über seinen ganzen Querschnitt beim Durchlauf durch eine einzige Ofenanlage erwärmt werden muß, und die Meß- und Steuereinrichtungen wesentlich vereinfacht sind.

Vorzugsweise Weiterbildungsformen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den weiteren Ansprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 ein Diagramm, das die Temperaturdifferenz zwischen Kantenbereich und Mittelbereich des Bandes vor dem Einlauf in die Rohrwalz- und Preßschweißanlage darstellt,

Fig.2 ein Diagramm, das die Schwankungen der Temperaturdifferenz zwischen Kantenbereich und Mittelbereich eines Bandes in Abhängigkeit von dessen Dickenänderung darstellt,

F i g. 3 ein Diagramm, das die Temperaturänderungen im Kantenbereich einerseits und im mittleren Bereich andererseits eines Stahlbandes in Abhängigkeit von der Durchlaufgeschwindigkeit durch den Ofen bei konstanter Wärmeleistung darstellt,

F i g. 4 ein Diagramm, das die Temperaturänderungen des Kantenbereichs einerseits und des Mittelbereichs andererseits des Bandes in Abhängigkeit von Änderungen der Wärmeleistung, bei konstanter Durchlaufgeschwindigkeit darstellt,

F i g. 5 schematisch eine Anlage,
Fig.6 eine Teildraufsicht auf eine Weiterbildungsiorm der Anlage gemäß F i g. 5 und

ίο F i g. 7 ein Diagramm, das die Temperaturschwankungen im Kantenbereich einerseits und im Mittelbereich andererseits im Vergleich zu einem bekannten Verfahren darstellt.

Wie sich F i g. 1 entnehmen läßt, besteht eine beträchtliche Temperaturdifferenz Δ zwischen der Temperatur 0cim Mittelbereich und der Temperatur Se am Kantenbereich des Stahlbandes 10. In Fig. 2 ist die Schwankung der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur im Mittelbereich und der Temperatur im Kantenbereich in Abhängigkeit von der Dicke des Stahlbandes aufgezeigt, obgleich die Temperatur im Kantenbereich auf einen konstanten Wert eingeregelt wurde.

Die bekannte »Ein-Punkt«-Regelung gestattet somit nicht die Einhaltung der erforderlichen Bedingungen zum Stumpfschweißen, nämlich (1) die Einhaltung der optimalen Gleichförmigkeit der Temperatur Be im Kantenbereich des Stahlbandes und (2) die Einhaltung der optimalen Gleichmäßigkeit der Schweißpressung, die äquivalent der Gleichförmigkeit der Temperaturdifferenz Δ zwischen der Temperatur 6fim Kantenbereich und der Temperatur Seim Mittelbereich ist

Wenn die dem Ofen 12,14 zugeführte Brennstoffmenge auf einem konstanten Wert gehalten wird, ändert sich der Gradient zwischen der Temperatur Se im Kantenbereich und der Temperatur 6c im Mittelbereich des Stahlbandes 10 an der Einlaßseite der Rohrschweißstraße 20 - 22 nach Maßgabe der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes (vgl. F i g. 3). Die Transportgeschwindigkeit hat aber nur einen geringen Einfluß auf die Temperatur θε im Kantenbereich, jedoch einen sehr starken Einfluß auf die Temperatur 9cim Mittelbereich. Der Einfluß der Brennstoffzufuhrmenge, beispielsweise der Koksofengasstrom in die Endzone des Ofons 14, auf Be und 0c ist in Fig.4 aufgezeigt, wenn die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes 10 konstant ist. Umgekehrt zu F i g. 3 ist nach F i g. 4 die Änderung von Θε beträchtlich, während Sc nahezu unverändert bleibt. Hieraus läßt sich schließen, daß sich die Temperatur im Kantenbereich im wesentlichen nach Maßgabe der zugeführten Brennstoffmenge aufgrund der Wirkung der forcierten Wärmeaufnahme durch Konvektion ändert, jedoch die Temperatur im Mittelbereich im wesentlichen nach Maßgabe der Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes aufgrund der Wirkung der Wärmeaufnahme durch Strahlung.

In Fig.5 ist eine bevorzugte Ausführungsform einer Anlage dargestellt. Das 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 einer Slumpfschweiß-Rohrstraße gebildet, die eine Formwalze 20 und Reduzierwalzen 22a, 22Z>, 22q 22c/, 22e, 22/und 22^ umfaßt.

Der Vorwärmofen 12 und der Ofen 14 werden dadurch geregelt, daß die den Öfen über die Gasversorgungsrohre 24 zugeführte Gasmenge durch Ventile 26 in den GasversorEungsrohren 24 Besteuert

Gebläse 28 (F i g. 6), welche einen Luftstrom auf die Kantenbereiche richten, sind zwischen Auslaß des Ofens 14 und dem Einlaß der Walzstraße angeordnet und blasen Luft A auf lie gegenüberliegenden Kanten des Stahlbandes 10. Ferner sind paarweise angeordnete hornförmige Sauerstoffausblasdüsen 30 vorgesehen, die einen Sauerstoffstrom O2 auf die gegenüberliegenden Kanten des Stahlbandes 10 richten.

Ein Temperaturfühler 32 an der Einlaßseite der Walzstraße dient zum Abtasten der Temperaturen des Stahlbandes 10 in Querrichtung, durch den die Temperatur des Stahlbandes an jeder Stelle oder an mehreren Stellen zwischen den gegenüberliegenden Kantenbereichen erfaßt werden kann. Durch den Fühler 32 werden die Temperatur Θε in den Kantenbereichen und die Temperatur 9c im Mittelbereich erfaßt.

Die Walzen der Walzstraße 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 Signals wird die Drehzahl der Motoren 34,34 gesteuert.

Mit Hilfe dieser Anlage wird auf die folgende Art und Weise ein geschweißtes Stahlrohr 11 hergestellt.

Es werden die Temperatur Θε im Kantenbereich und die Temperatur e_cim Mittelbereich des Stahlbandes 10 durch den Temperaturfühler 32 ermittelt und einem Zentralrechner 36 in Form von Temperaturdaten 38,40 aufgegeben. Die Daten 38 über die Temperatur im Kantenbereich werden einem Rechner 42 aufgegeben, der eine Solltemperatur 5e für den Kantenbereich aus einem Register 44 für die Solltemperatur im Kantenbereich erhält und die Differenz (Be-Se) vergleicht und die Öffnungsstellung der Ventile 26 entsprechend so einstellt, daß die Aufheizbedingungen des Wärmeofens 14 im Sinne einer Angleichung von Soll- und Ist-Wert geregelt werden.

Die Daten 38 über die Temperatur im Kantenbereich und die Daten 40 über die Temperatur im Mittelbereich werden einem Rechner 46 aufgegeben, der seinerseits die Differenz Δ zwischen diesen Werten ermittelt und die Differenz Δ mit einem Sollwert J vergleicht, der von einem Sollwert-Register 48 für die Temperaturdifferenz geliefert wird. Der Rechner 46 steuert die Antriebsmotore 34,34 und damit die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes und des geschweißten Stahlrohres 11 auf (Δ=Δ) zu.

Auf diese Weise kann die Temperatur Θε im Kantenbereich des Stahlbandes 10 auf der Stumpfschweiß-Solltemperatur Θε gehalten werden, und die Temperaturdifferenz θ kann auf den Sollwert der Temperaturdifferenz Δ eingestellt werden, indem die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes 10 gesteuert wird, so daß auf einfache Art und Weise die optimale Schweißpressung erzielt wird.

Die Kurve im oberen Bereich der F i g. 7 zeigt die Dickenänderung des Stahlbandes 10. Die beiden im unteren Bereich in F i g. 7 liegenden Kurven beziehen sich auf die Temperatur Θε im Kantenbereich (obere Kurve) und die Temperatur Qc im Mittelbereich. Auf der linken Seite der vertikalen durchgehenden Linie in Fig. 7 sind die Werte bei der bekannten Herstellungsweise eingetragen, und auf der rechten Seite sind die durch die Erfindung erzielten Daten eingetragen.

Der Zeichnung läßt sich entnehmen, daß die Temperaturschwankungen im Kantenbereich des Stahlbandes von 40⁰C beim Stand der Technik auf 15° C reduziert worden sind, und die Schwankungen der Temperaturdifferenz zwischen dem Mittelbereich und dem Kantenbereich sind auf 1O⁰C im Vergleich zu 38°C beim Stand der Technik reduziert.

Wie in F i g. 5 dargestellt, kann ein Fühler 50 für die Temperatur des vorgewärmten Bandes 10 und ein Geschwindigkeitsmesser 35 zwischen dem Auslaß des Vorerwärmungsofens 12 und dem Einlaß des Ofens 14 angeordnet sein, und die von diesen erfaßte Temperatur θ ρ bzw. Geschwindigkeit V_n des Stahlbandes 10 werden dem Zentralrechner 36 aufgegeben. Beim Vergleich der Vorwärmtemperatur θ/>mit der Temperatur OEoder θα ergibt sich, daß sich eine Änderung bezüglich der Vorwärmtemperatur Bp ähnlich wie die Änderung der Temperatur Θε oder θα des Stahlbandes 10 auswirkt, wenn auch ein Unterschied in der Höhe der Werte der Temperatur und in der Phase der Schwankungen entsprechend der zeitlichen Nacheilung bzw. der Zeitdifferenz vorhanden ist. Somit kann man, um diese Schwankungen gering zu halten, auch die Vorwärmtemperatur θ ρ und die Geschwindigkeit Vo im Zentralrechner 36 dazu verwenden, Temperatur Θε im Kantenbereich und/oder die Temperatur Beim Mittelbereich über die Wärmebedingungen im Vorwärmofen 10 und die Transportgeschwindigkeit des Stahlbandes 10 nach Maßgabe dieser zuvor bestimmten Temperaturen Θε und 0CZU regeln.

Der gemäß F i g. 6 durch die Ausblasdüsen 30 gegen die Kantenbereiche des Stahlbandes 10 zusätzlich zu den von den Gebläsen 28 gelieferten Luftströme aufgeblasene Sauerstoffstrom O2 verbessert die Gleichförmigkeit der Erwärmung der Kantenbereiche des Stahlbandes 10, wobei die Temperaturdifferenz zwischen den gegenüberliegenden Kantenabschnitten des Stahlbandes verringert werden kann. Die Ausblasdüsen 30 wirken als eine Hilfseinrichtung zur Steuerung bzw. Regelung der Temperatur in den Kantenbereichen des Stahlbandes 10.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von Stahlrohren durch Erwärmen eines Stahlbandes im mittleren Bereich auf Warmverformungstemperatur und im Bereich der Längskanten auf Preßschweißtemperatur, Einwalzen des so erwärmten Bandes auf Rohrquerschnitt und Zusammendrücken der stumpfstoßenden Längskanten mit dem zum Herstellen der Preßschweißverbindung erforderlichen Preßdruck, to wobei die Erwärmung des Bandes in Abhängigkeit von den Temperaturdifferenzen zwischen Soll- und Isttemperaturen des Bandes in den Querschnittsbereichen vor dem Einwalzen geregelt wird, d a durch gekennzeichnet, daß

— die Wärmeleistung der das Band erwärmenden Wärmequelle in Abhängigkeit von der Temperatur im Kantenbereich des Bandes, und

— die Erhitzungsdauer des Bandes in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dieser Temperatur im Kantenbereich und der Temperatur im mittleren Bandbereich am gleichen Querschnittsbereich geregelt wird.

2. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,

— mit einer Einrichtung zum kontinuierlichen Fördern des Bandes durch die Anlage,

— einer Durchlaufofenanlage, und

— einer in Bewegungsrichtung des Bandes hinter der Ofenanlage liegenden Rohrwalz- und -Preßschweißstraße,

— wobei Einrichtungen zum Messen der Temperaturen in bestimmten Querschnittsbereichen des den Ofen verlassenden Bandes und zum Vergleich mit Sollwerten mit Steuereinrichtungen für die Wärmezufuhr zum Band in der Ofenanlage in Regelverbindung steht,

dadurch gekennzeichnet, daß

— die Durchlaufofenanlage ein mit Brennern beheizter Ofen (14) ist,

— eine Einrichtung (32, 38, 42) zum Messen der Temperatur (Θε) des Kantenbereichs des Bandes (10) und zum Vergleich mit einem Sollwert (44) mit der Steuereinrichtung (26) für die Brennerleistung des Durchlaufofens (14) in Regelverbindung steht, und

— eine zweite am gleichen Querschnittsbereich des Bandes (10), wie die erste Meßeinrichtung angeordnete Einrichtung (32,40,46) zum Messen der Temperatur (0c) im mittleren Bereich des Bandes (10) zur Bestimmung der Differenz der im Kantenbereich und im mittleren Bereich gemessenen Temperaturen und zum Vergleich dieser Ist-Differenz >nit einer Soll-Differenz (48) mit dem Antrieb (34) der Fördereinrichtung (20, 22) für das Band in Regelverbindung steht.

3. Anlage nach Anspruch 2, mit einem am Beginn der Durchlaufofenanlage vor dem Durchlaufofen angeordneten Vorwärmofen, gekennzeichnet durch

— eine Einrichtung (50) zum Messen der Temperatur (θ/>), sowie eine Einrichtung (35) zum Messen der Geschwindigkeit (Vo) des Bandes (10) vor dem Einlauf in den Durchlaufofen (14),
— wobei die Temperaturmeßeinrichtung (50) und die Geschwindigkeitsmeßeinrichtung (35) mit den Steuereinrichtungen für die Brennerleistung und den Bandtransport in Verbindung stehen.