Stalen buizen zijn lange, holle buizen die voor diverse doeleinden worden gebruikt. Ze worden geproduceerd met behulp van twee verschillende methoden, die resulteren in een gelaste of naadloze buis. Bij beide methoden wordt ruw staal eerst gegoten in een beter verwerkbare basisvorm. Vervolgens wordt er een buis van gemaakt door het staal uit te rekken tot een naadloze buis of door de randen tegen elkaar te drukken en te lassen. De eerste methoden voor de productie van stalen buizen werden geïntroduceerd aan het begin van de 19e eeuw en hebben zich gestaag ontwikkeld tot de moderne processen die we vandaag de dag gebruiken. Jaarlijks worden er miljoenen tonnen stalen buizen geproduceerd. Door hun veelzijdigheid is het het meest gebruikte product in de staalindustrie.
Geschiedenis
Mensen gebruiken al duizenden jaren pijpen. Misschien werd het voor het eerst gebruikt door oude landbouwers die water uit beken en rivieren naar hun velden leidden. Archeologisch bewijs suggereert dat de Chinezen al in 2000 v.Chr. rietpijpen gebruikten om water naar gewenste locaties te transporteren. Er zijn kleibuizen ontdekt die ook door andere oude beschavingen werden gebruikt. In de eerste eeuw n.Chr. 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 werd in Boston het eerste waterleidingbedrijf gebouwd met behulp van holle boomstammen.
Gelaste buizen worden gevormd door stalen strips door een reeks gegroefde rollen te rollen die het materiaal in een ronde vorm vormen. Vervolgens passeert de ongelaste buis laselektroden. Deze apparaten sluiten de twee uiteinden van de buis aan elkaar.
Al in 1840 konden ijzerbewerkers naadloze buizen produceren. Bij één methode werd een gat geboord door een massieve, ronde metalen knuppel. De knuppel werd vervolgens verhit en door een reeks matrijzen getrokken, waardoor deze langer werd en een pijp vormde. Deze methode was inefficiënt omdat het moeilijk was om het gat in het midden te boren. Dit resulteerde in een ongelijke pijp met één kant dikker dan de andere. In 1888 werd een verbeterde methode gepatenteerd. Bij dit proces werd de massieve knuppel rond een vuurvaste bakstenen kern gegoten. Na afkoeling werd de steen verwijderd, waardoor er een gat in het midden achterbleef. Sindsdien hebben nieuwe roltechnieken 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 en hebben dunnere wanden. Ze worden gebruikt voor fietsen en het transporteren van vloeistoffen. Buizen met een lasnaad zijn zwaarder en stijver. Ze hebben een betere consistentie en zijn meestal rechter. Ze worden gebruikt voor zaken als gastransport, elektriciteitsleidingen en loodgieterswerk. Ze worden meestal gebruikt in gevallen waarin de buis niet aan hoge spanningen wordt blootgesteld.
Grondstoffen
De belangrijkste grondstof voor de productie van pijpen is staal. Staal bestaat voornamelijk uit ijzer. Andere metalen die in de legering aanwezig kunnen zijn, zijn aluminium, mangaan, titanium, wolfraam, vanadium en zirkonium. Soms worden er tijdens de productie ook afwerkingsmaterialen gebruikt, zoals verf.
Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces waarbij een massieve staaf wordt verhit en gevormd tot een cilindrische vorm en vervolgens wordt gewalst totdat deze is uitgerekt en uitgehold. Omdat de holle kern onregelmatig gevormd is, wordt tijdens het walsen een kogelvormige doorsteekpunt door het midden van de staaf geduwd. Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces waarbij een massieve staaf wordt verhit en gevormd tot een cilindrische vorm en vervolgens wordt gewalst totdat deze is uitgerekt en uitgehold. Omdat de holle kern onregelmatig gevormd is, wordt tijdens het walsen een kogelvormige doorsteekpunt door het midden van de staaf geduwd. Dit wordt gebruikt als de buis is gecoat. Meestal wordt aan het einde van de productielijn een lichte hoeveelheid olie op stalen buizen aangebracht. Dit helpt de buis te beschermen. Hoewel het geen onderdeel is van het eindproduct, wordt zwavelzuur in één productiestap gebruikt om de buis te reinigen.
Het productieproces
Stalen buizen worden in twee verschillende processen gemaakt. De totale productiemethode voor beide processen bestaat uit drie stappen. Eerst wordt ruw staal omgezet in een meer bewerkbare vorm. Vervolgens wordt de buis gevormd op een continue of semi-continue productielijn. Ten slotte wordt de buis gesneden en aangepast aan de behoeften van de klant. Sommige fabrikanten van stalen buizen gebruikenbuislasersnijmachineom de buis eerder te snijden of uit te hollen om de concurrentiekracht van de buizen te vergroten
Naadloze buizen worden vervaardigd met behulp van een proces waarbij een massieve staaf wordt verhit, gevormd tot een cilindrische vorm en vervolgens wordt gewalst totdat deze uitgerekt en uitgehold is. Omdat de holle kern onregelmatig gevormd is, wordt tijdens het walsen een kogelvormige doorsteekpunt door het midden van de staaf geduwd.
Productie van ingots
1. Gesmolten staal wordt gemaakt door ijzererts en cokes (een koolstofrijke substantie die ontstaat wanneer steenkool wordt verhit zonder lucht) in een oven te smelten en vervolgens het grootste deel van de koolstof te verwijderen 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 vellen, of lange producten zoals staven en staven te vormen, worden blokken gevormd tussen grote rollen onder enorme druk. Het produceren van bloemen en platen
3. Om een bloom te produceren, wordt de ingot door een paar gegroefde stalen rollen gevoerd die op elkaar zijn gestapeld. Dit type rollen wordt ook wel "two-high mills" genoemd. In sommige gevallen worden er drie rollen gebruikt. De rollen zijn zo gemonteerd dat hun groeven samenvallen en in tegengestelde richting bewegen. Deze beweging zorgt ervoor dat het staal wordt samengeperst 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. Tijdens dit proces draaien machines, manipulatoren genaamd, het staal om, zodat elke zijde gelijkmatig wordt bewerkt.
4. Ingots kunnen ook tot platen worden gewalst in een proces dat vergelijkbaar is met het proces van het maken van bloembollen. 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 bepalen. Wanneer het staal de gewenste vorm heeft, worden de ongelijke uiteinden afgesneden en worden de platen of bloembollen in kortere stukken gesneden. Verdere verwerking
5. Blooms worden doorgaans verder verwerkt voordat ze tot pijpen worden verwerkt. Blooms worden tot knuppels verwerkt door ze door meerdere rolmachines te voeren, waardoor ze langer en smaller worden. De knuppels worden gesneden met behulp van zogenaamde vliegende scharen. Dit zijn twee gesynchroniseerde scharen die met de bewegende knuppel meebewegen en deze doorknippen. Dit maakt efficiënte sneden mogelijk zonder het productieproces te onderbreken. Deze knuppels worden gestapeld en vormen uiteindelijk naadloze pijpen.
6. Platen worden ook bewerkt. Om ze vervormbaar te maken, worden ze eerst verhit tot 1204 °C. Hierdoor vormt zich een oxidelaag op het oppervlak van de plaat. Deze laag wordt verwijderd met een ketelsteenbreker en een hogedrukspuit. De platen worden vervolgens door een reeks rollen op een hete wals geleid en tot dunne, smalle staalstroken gevormd, zogenaamde skelp. Deze wals 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 15,2 cm dik stuk staal in een dun stalen lint van wel een kwart mijl lang.
7. Na het rekken wordt het staal gebeitst. Dit proces omvat het door een reeks tanks met zwavelzuur voeren om het metaal te reinigen. Tot slot wordt het gespoeld met koud en warm water, gedroogd en vervolgens opgerold op grote spoelen en verpakt voor transport naar een pijpenfabriek.
8. Zowel skelp als billets worden gebruikt om pijpen te maken. Skelp wordt verwerkt tot gelaste pijp. Deze wordt eerst op een afwikkelmachine geplaatst. Terwijl de staalrol wordt afgewikkeld, wordt deze verhit. Het staal wordt vervolgens door een reeks gegroefde rollen gevoerd. Tijdens het passeren zorgen de rollen ervoor dat de randen van de skelp naar elkaar toe krullen. Dit vormt een ongelaste pijp.
9. Het staal passeert vervolgens laselektroden. Deze apparaten hechten de twee uiteinden van de pijp aan elkaar. De gelaste naad wordt vervolgens door een hogedrukrol geleid, wat zorgt voor een strakke las. De pijp wordt vervolgens op de gewenste lengte gesneden en gestapeld voor verdere verwerking. Het lassen van stalen pijpen is een continu proces en kan, afhankelijk van de grootte van de pijp, met een snelheid tot wel 335,3 meter per minuut worden geproduceerd.
10. Wanneer naadloze buizen nodig zijn, worden vierkante billets gebruikt voor de productie. Deze worden verhit en gevormd tot een cilindervorm, ook wel een ronde buis genoemd. De ronde buis wordt vervolgens in een oven geplaatst waar hij witheet wordt verhit. De verhitte ronde buis wordt vervolgens onder grote druk gewalst. Door deze hogedrukwalsing rekt de billet uit en ontstaat er in het midden een gat. Omdat dit gat onregelmatig van vorm is, wordt tijdens het walsen een kogelvormige doorsteekpunt door het midden van de billet geduwd. Na de doorsteekfase kan de buis nog steeds een onregelmatige dikte en vorm hebben. Om dit te corrigeren, wordt de buis door een andere reeks walsmolens geleid. Eindverwerking
11. Nadat beide soorten buizen zijn vervaardigd, kunnen ze door een richtmachine worden gehaald. Ze kunnen ook worden voorzien van koppelingen, zodat twee of meer pijpstukken met elkaar kunnen worden verbonden. De meest voorkomende verbinding voor buizen met kleinere diameters is schroefdraad: nauwe groeven die in het uiteinde van de buis worden gesneden. De buizen worden ook door een meetmachine gestuurd. Deze informatie, samen met andere kwaliteitscontrolegegevens, wordt automatisch op de buis gesjabloneerd. De buis wordt vervolgens ingespoten met een dunne laag beschermende olie. De meeste buizen worden doorgaans behandeld om roestvorming te voorkomen. Dit gebeurt door ze te verzinken of een zinklaag te geven. Afhankelijk van het gebruik van de buis kunnen andere verven of coatings worden gebruikt.
Kwaliteitscontrole
Er worden diverse maatregelen genomen om ervoor te zorgen dat de afgewerkte stalen buis aan de specificaties voldoet. Zo worden röntgenmeters gebruikt om de dikte van het staal te regelen. De meters werken met twee röntgenstralen. Eén straal is gericht op staal met een bekende dikte. De andere straal is gericht op het staal dat op de productielijn passeert. Als er een verschil is tussen de twee stralen, activeert de meter automatisch een aanpassing van de afmetingen van de rollen om dit te compenseren.
Buizen worden aan het einde van het proces ook op defecten gecontroleerd. Eén manier om een buis te testen is met een speciale machine. Deze machine vult de buis met water en verhoogt vervolgens de druk om te zien of de druk hoog genoeg is. Defecte buizen worden geretourneerd als schroot.