Stalen buizenzijn lange, holle buizen die voor verschillende doeleinden worden gebruikt. Ze worden op twee verschillende manieren geproduceerd, wat resulteert in een gelaste of naadloze buis. Bij beide methoden wordt ruw staal eerst in een beter verwerkbare uitgangsvorm gegoten. Vervolgens wordt er een buis van gemaakt door het staal uit te rekken tot een naadloze buis of door de randen naar elkaar toe te drukken en ze af te dichten met een las. De eerste methoden voor de productie van stalen buizen werden begin 19e eeuw geïntroduceerd en zijn gestaag geëvolueerd naar de moderne processen die we vandaag de dag gebruiken. Jaarlijks worden miljoenen tonnen stalen buizen geproduceerd. Door zijn veelzijdigheid is het het meest gebruikte product dat door de staalindustrie wordt geproduceerd.
Geschiedenis
Mensen gebruiken al duizenden jaren pijpen. Misschien was het eerste gebruik door oude landbouwers die water uit beken en rivieren naar hun velden leidden. Archeologisch bewijs suggereert dat de Chinezen al in 2000 voor Christus rietpijpen gebruikten om water naar gewenste locaties te transporteren. Er zijn kleibuizen ontdekt die door andere oude beschavingen werden gebruikt. Tijdens de eerste eeuw na Christus werden de eerste loden pijpen in Europa gebouwd. In tropische landen werden bamboebuizen gebruikt om water te transporteren. Koloniale Amerikanen gebruikten hout voor een soortgelijk doel. In 1652 werden in Boston de eerste waterwerken gemaakt met behulp van holle boomstammen.
Gelaste buizen worden gevormd door stalen strips door een reeks gegroefde rollen te rollen die het materiaal in een cirkelvorm vormen. Vervolgens passeert de ongelaste buis laselektroden. Deze apparaten sluiten de twee uiteinden van de buis aan elkaar af.
Al in 1840 konden ijzerbewerkers al naadloze buizen produceren. Bij één methode werd een gat geboord door een massief metalen, ronde staaf. De knuppel werd vervolgens verwarmd en door een reeks matrijzen getrokken, waardoor deze werd verlengd om een pijp te vormen. Deze methode was inefficiënt omdat het moeilijk was om het gat in het midden te boren. Dit resulteerde in een ongelijkmatige buis waarbij de ene kant dikker was dan de andere. In 1888 werd een verbeterde methode gepatenteerd. Bij dit proces werd de massieve factuur rond een vuurvaste bakstenen kern gegoten. Toen het was afgekoeld, werd de steen verwijderd, waardoor er een gat in het midden achterbleef. Sindsdien hebben nieuwe walstechnieken deze methoden vervangen.
Ontwerp
Er zijn twee soorten stalen buizen: de ene is naadloos en de andere heeft een enkele lasnaad over de lengte. Beide hebben verschillende toepassingen. Naadloze buizen zijn doorgaans lichter van gewicht en hebben dunnere wanden. Ze worden gebruikt voor fietsen en het vervoeren van vloeistoffen. Gefelste buizen zijn zwaarder en stijver. Ze hebben een betere consistentie en zijn doorgaans rechter. Ze worden gebruikt voor zaken als gastransport, elektriciteitsleidingen en loodgieterswerk. Meestal worden ze gebruikt in gevallen waarin de buis niet onder hoge spanning wordt gezet.
Grondstoffen
De voornaamste grondstof bij de productie van buizen is staal. Staal bestaat voornamelijk uit ijzer. Andere metalen die in de legering aanwezig kunnen zijn, zijn onder meer aluminium, mangaan, titanium, wolfraam, vanadium en zirkonium. Sommige afwerkingsmaterialen worden soms gebruikt tijdens de productie. Verf kan bijvoorbeeld zijn.
Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces waarbij een massieve knuppel wordt verwarmd en in een cilindrische vorm wordt gegoten en vervolgens wordt opgerold totdat deze wordt uitgerekt en uitgehold. Omdat het uitgeholde midden een onregelmatige vorm heeft, wordt een kogelvormig doorsteekpunt door het midden van de knuppel geduwd terwijl deze wordt gerold. Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces dat een massieve knuppel verwarmt en in een cilindrische vorm vormt en deze vervolgens oprolt totdat het uitgerekt en uitgehold is. Omdat het uitgeholde midden een onregelmatige vorm heeft, wordt tijdens het rollen een kogelvormig doorsteekpunt door het midden van de knuppel geduwd. Dit wordt gebruikt als de buis wordt gecoat. Meestal wordt aan het einde van de productielijn een kleine hoeveelheid olie op de stalen buizen aangebracht. Dit helpt de pijp te beschermen. Hoewel het eigenlijk geen deel uitmaakt van het eindproduct, wordt zwavelzuur in één productiestap gebruikt om de buis te reinigen.
Het productieproces
Stalen buizen worden gemaakt door twee verschillende processen. De totale productiemethode voor beide processen omvat drie stappen. Eerst wordt ruw staal omgezet in een meer verwerkbare vorm. Vervolgens wordt de buis gevormd op een continue of semi-continue productielijn. Tenslotte wordt de buis op maat gesneden en aangepast om aan de wensen van de klant te voldoen.
Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces waarbij een massieve knuppel wordt verwarmd en in een cilindrische vorm wordt gegoten en vervolgens wordt opgerold totdat deze wordt uitgerekt en uitgehold. Omdat het uitgeholde midden een onregelmatige vorm heeft, wordt tijdens het rollen een kogelvormig doorsteekpunt door het midden van de knuppel geduwd.
Productie van ingots
1. Gesmolten staal wordt gemaakt door ijzererts en cokes (een koolstofrijke substantie die ontstaat wanneer steenkool wordt verwarmd in afwezigheid van lucht) in een oven te smelten, waarna het grootste deel van de koolstof wordt verwijderd door zuurstof in de vloeistof te blazen. Het gesmolten staal wordt vervolgens in grote, dikwandige ijzeren mallen gegoten, waar het afkoelt tot blokken.
2. Om platte producten zoals platen en platen, of lange producten zoals staven en staven te vormen, worden blokken tussen grote rollen onder enorme druk gevormd. Het produceren van bloemen en platen
3. Om een bloei te produceren, wordt de staaf door een paar gegroefde stalen rollen gevoerd die op elkaar zijn gestapeld. Dit soort walsen worden ‘tweehoge molens’ genoemd. In sommige gevallen worden drie rollen gebruikt. De rollen zijn zo gemonteerd dat hun groeven samenvallen en ze bewegen in tegengestelde richtingen. Deze actie zorgt ervoor dat het staal wordt samengedrukt en uitgerekt tot dunnere, langere stukken. Wanneer de rollen door de menselijke operator worden omgedraaid, wordt het staal teruggetrokken, waardoor het dunner en langer wordt. Dit proces wordt herhaald totdat het staal de gewenste vorm heeft bereikt. Tijdens dit proces draaien machines, manipulatoren genoemd, het staal zodat elke zijde gelijkmatig wordt verwerkt.
4. Blokken kunnen ook tot platen worden gerold in een proces dat vergelijkbaar is met het proces van het maken van bloemen. Het staal wordt door een paar gestapelde rollen geleid die het uitrekken. Er zijn echter ook rollen aan de zijkant gemonteerd om de breedte van de platen te regelen. Wanneer het staal de gewenste vorm heeft gekregen, worden de oneffen uiteinden afgesneden en worden de platen of bloemen in kortere stukken gesneden. Verdere verwerking
5. Bloemen worden doorgaans verder verwerkt voordat er pijpen van worden gemaakt. Bloemen worden omgezet in knuppels door ze door meer rollende apparaten te halen, waardoor ze langer en smaller worden. De knuppels worden gesneden met apparaten die bekend staan als vliegende scharen. Dit zijn een paar gesynchroniseerde scharen die met de bewegende staaf racen en deze doorknippen. Dit maakt efficiënte sneden mogelijk zonder het productieproces te onderbreken. Deze knuppels worden gestapeld en zullen uiteindelijk naadloze buizen worden.
6. Platen worden ook nabewerkt. Om ze kneedbaar te maken, worden ze eerst verwarmd tot 1204 ° C (2200 ° F). Hierdoor ontstaat er een oxidelaag op het oppervlak van de plaat. Deze coating wordt afgebroken met een kalkbreker en hogedrukwaterspuit. De platen worden vervolgens door een reeks rollen op een hete molen gestuurd en tot dunne, smalle stroken staal gemaakt, skelp genaamd. Deze molen kan wel een halve mijl lang zijn. Naarmate de platen door de rollen gaan, worden ze dunner en langer. In ongeveer drie minuten kan een enkele plaat worden omgezet van een stuk staal van 15,2 cm dik in een dun stalen lint dat een kwart mijl lang kan zijn.
7. Na het strekken wordt het staal gebeitst. Dit proces houdt in dat het door een reeks tanks wordt geleid die zwavelzuur bevatten om het metaal te reinigen. Ten slotte wordt het gespoeld met koud en warm water, gedroogd en vervolgens op grote spoelen opgerold en verpakt voor transport naar een pijpenmakerij.
8. Zowel skelp als knuppels worden gebruikt om pijpen te maken. Van Skelp wordt een gelaste buis gemaakt. Het wordt eerst op een afwikkelmachine geplaatst. Terwijl de stalen spoel wordt afgewikkeld, wordt deze verwarmd. Het staal wordt vervolgens door een reeks gegroefde rollen gevoerd. Terwijl het voorbijgaat, zorgen de rollen ervoor dat de randen van de skelp naar elkaar krullen. Dit vormt een ongelaste buis.
9. Het staal passeert vervolgens langs laselektroden. Deze apparaten sluiten de twee uiteinden van de buis aan elkaar af. De lasnaad wordt vervolgens door een hogedrukrol geleid, waardoor een strakke las ontstaat. Vervolgens wordt de buis op de gewenste lengte afgesneden en gestapeld voor verdere verwerking. Het lassen van stalen buizen is een continu proces en kan, afhankelijk van de grootte van de buis, tot wel 335,3 meter per minuut worden gemaakt.
10. Wanneer naadloze buizen nodig zijn, worden vierkante knuppels gebruikt voor de productie. Ze worden verwarmd en gevormd tot een cilindervorm, ook wel rond genoemd. De ronde wordt vervolgens in een oven geplaatst waar hij witgloeiend wordt verwarmd. De verwarmde ronde wordt vervolgens met grote druk gerold. Door dit hogedrukwalsen strekt de knuppel zich uit en ontstaat er een gat in het midden. Omdat dit gat een onregelmatige vorm heeft, wordt tijdens het rollen een kogelvormig doorsteekpunt door het midden van de knuppel geduwd. Na de doorsteekfase kan de pijp nog steeds een onregelmatige dikte en vorm hebben. Om dit te corrigeren wordt het door een andere serie walserijen gevoerd. Eindverwerking
11. Nadat beide soorten buizen zijn gemaakt, kunnen ze door een richtmachine worden gehaald. Ze kunnen ook worden voorzien van koppelingen, zodat twee of meer stukken buis met elkaar kunnen worden verbonden. Het meest voorkomende type verbinding voor buizen met kleinere diameters is draadsnijden: strakke groeven die in het uiteinde van de buis worden gesneden. Ook worden de leidingen door een meetmachine gestuurd. Deze informatie wordt samen met andere kwaliteitscontrolegegevens automatisch op de buis gestencild. De buis wordt vervolgens besproeid met een lichte laag beschermende olie. De meeste buizen worden doorgaans behandeld om roesten te voorkomen. Dit gebeurt door het te verzinken of te voorzien van een zinklaag. Afhankelijk van het gebruik van de buis kunnen andere verven of coatings worden gebruikt.
Kwaliteitscontrole
Om ervoor te zorgen dat de afgewerkte stalen buis aan de specificaties voldoet, worden verschillende maatregelen genomen. Er worden bijvoorbeeld röntgenmeters gebruikt om de dikte van het staal te regelen. De meters werken door gebruik te maken van twee röntgenstralen. Eén straal is gericht op staal met een bekende dikte. De andere is gericht op het passerende staal op de productielijn. Als er enige afwijking is tussen de twee stralen, activeert de meter automatisch een aanpassing van de afmetingen van de rollen om dit te compenseren.
Ook worden leidingen aan het einde van het proces geïnspecteerd op gebreken. Eén manier om een pijp te testen is door gebruik te maken van een speciale machine. Deze machine vult de leiding met water en verhoogt vervolgens de druk om te kijken of deze stand houdt. Defecte leidingen worden teruggestuurd als schroot.