Сталеві труби

Сталева труба

Сталеві труби – це довгі порожнисті тіла, які використовуються для різних цілей. Вони виготовляються двома різними методами – зварні або безшовні. В обох методах сиру сталь спочатку відливають у більш оброблювану вихідну форму. Потім з неї роблять трубу, розтягуючи сталь у безшовну трубку або стискаючи краї разом і герметизуючи їх зварним швом. Перші методи виробництва сталевих труб були впроваджені на початку 1800-х років і вони неухильно перетворилися на сучасні процеси, які ми використовуємо сьогодні. Щорічно виробляється мільйони тонн сталевих труб. Завдяки своїй універсальності вони є найбільш часто використовуваним виробом металургійної промисловості.

Сталеві труби зустрічаються в різних місцях. Оскільки вони міцні, їх використовують під землею для транспортування води та газу. Вони також використовуються в будівництві для монтажу електричних проводів. Хоча сталеві труби міцні, вони також можуть бути легкими. Це робить їх ідеальними для використання у виробництві рамок для велосипедів. Інші місця, які вони вважають корисними, – це автомобілі, холодильні установки, системи опалення та водопроводу, флагштоки, вуличні ліхтарі та медицина.

Історія труб

Люди використовували труби тисячі років. Можливо, першим використанням були стародавні аграрії, які відводили воду зі струмків і річок на свої поля. Археологічні дані свідчать про те, що китайці використовували очеретяну трубу для транспортування води до бажаних місць ще у 2000 р. до н.е. Протягом першого століття нашої ери перші свинцеві труби були побудовані в Європі. У тропічних країнах для транспортування води використовували бамбукові трубки. Колоніальні американці використовували дерево з подібною метою. У 1652 році в Бостоні був зроблений перший водопровід з використанням порожніх колод.

Розвиток сучасних зварних сталевих труб можна простежити з початку 1800-х років. У 1815 році Вільям Мердок винайшов лампову систему для спалювання вугілля. Щоб укомплектувати у ці вогні все місто Лондон, Мердок з’єднав бочки з викинутими мушкетами. Він використовував цей безперервний трубопровід для транспортування вугільного газу. Коли його система освітлення виявилася успішною, попит на довгі металеві труби був більшим. Щоб виготовити достатню кількість труб для задоволення цього попиту, різноманітні винахідники взялися за роботу над розробкою нових процесів виготовлення труб.

Ранній відомий спосіб швидкого та недорогого виробництва металевих труб був запатентований Джеймсом Расселом у 1824 р. У його методі труби були створені шляхом з’єднання протилежних країв плоскої залізної смуги. Метал спочатку нагрівали, поки він не став пластичним. За допомогою крапельного молотка краї складаються разом і зварюються. Трубу закінчили, пропустивши її через паз і прокатний стан.

Метод Рассела використовувався недовго, тому що наступного року Комеліус Уайтхаус розробив кращий метод виготовлення металевих труб. Цей процес, званий стиковим зварюванням, є основою наших поточних процедур виготовлення труб. За його методом тонкі листи заліза нагрівали і пропускали через конусоподібний отвір. Коли метал проходив через отвір, його краї скручувалися і створювали форму труби. Два кінці були зварені разом, щоб закінчити трубу. Перше виробниче підприємство, яке було використано цей процес у США був відкритий у 1832 р. у Філадельфії.

Поступово були вдосконалені методи Уайтхауса. Одне з найважливіших нововведень було введено Джоном Мун у 1911 р. Він запропонував метод безперервного процесу, при якому завод-виробник міг виробляти труби в нескінченному потоці. Він побудував машину для цієї конкретної мети і багато заводів з виробництва труб прийняли її.

Поки розроблялися процеси зварних труб, виникає потреба в безшовних металевих трубах. Безшовні труби – це ті, які не мають звареного шва. Спочатку вони були зроблені шляхом просвердлювання отвору через центр суцільного циліндра. Цей метод був розроблений наприкінці 1800-х років. Ці типи труб ідеально підходять для рамок для велосипедів, оскільки мають тонкі стінки, легкі, але міцні. У 1895 році був побудований перший завод з виробництва безшовних труб. Оскільки виробництво велосипедів поступилося місцем автовиробництву, безшовні труби все ще були потрібні для бензинових та нафтопроводів. Ця вимога стала ще більшою, оскільки були виявлені більші родовища нафти.

Вже в 1840 році залізничники вже могли виробляти безшовні труби. В одному способі отвір просвердлено через тверду металеву круглу заготовку. Потім заготовку нагріли і протягнули через ряд матриць, які подовжили її до утворення труби. Цей метод був неефективним, тому що було важко просвердлити отвір у центрі. Це призвело до того, що труба була з різною товщиною стінки. У 1888 р. удосконалений метод отримав патент. У цьому процесі тверда заготовка була відлита навколо вогнетривкої цегли. Після охолодження цегла була видалена, залишивши отвір посередині. З тих пір нові методи роликів замінили ці методи.

Дизайн

Існує два типи сталевих труб: один безшовний, інший має єдиний зварний шов по всій довжині. Обидва мають різне застосування. Безшовні труби зазвичай мають меншу вагу і мають більш тонкі стінки. Вони використовуються для велосипедів та транспортування рідин. Зварні труби важчі і жорсткіші. Вони зазвичай більш прямі і використовуються для таких речей, як транспортування газу, електропроводка та водопровід. Як правило, вони використовуються у випадках, коли труба не піддається великому навантаженню.

Деякі характеристики труб можна контролювати під час виробництва. Наприклад, діаметр труби часто змінюється залежно від того, як вона буде використовуватися. Діаметр може коливатися від крихітного, які використовуються для виготовлення підшкірних голок, до великих труб, які використовуються для транспортування газу по всьому місту. Також можна регулювати товщину стінки труби. Тип сталі також впливає на міцність та гнучкість труб. Інші контрольовані характеристики включають довжину, матеріал покриття та кінцеву обробку.

Сировина

Основною сировиною для виробництва труб є сталь. Сталь складається переважно із заліза. Інші метали, які можуть бути присутніми у сплаві, включають алюміній, марганець, титан, вольфрам, ванадій та цирконій. Деякі оздоблювальні матеріали іноді використовуються під час виробництва. Наприклад, фарба може бути використана для покриття. Як правило, невелику кількість масла наносять на сталеві труби в кінці виробничої лінії. Це допомагає захистити трубу. Хоча вона фактично не є частиною готового продукту, сірчана кислота використовується на одному етапі виробництва для очищення труби.

Виробництво

Процес

Сталеві труби виготовляються двома різними способами. Загальний метод виробництва для обох процесів включає три етапи. По-перше, необроблена сталь перетворюється в більш оброблену форму. Далі труба формується на безперервній або напівперервній виробничій лінії. Нарешті, трубу розрізають і модифікують відповідно до потреб замовника.

Виробництво злитків

1. Розплавлена ​​сталь виробляється виплавкою залізної руди та коксу (багата вуглецем речовина, що виникає при нагріванні вугілля за відсутності повітря) у печі, а потім видалення більшої частини вуглецю шляхом подачі кисню до рідини. Потім розплавлену сталь розливають у великі товстостінні залізні форми, де вони охолоджуються у злитки.
2. Для формування плоских виробів, таких як плити та листи, або довгих виробів, таких як прутки та прути, злитки формуються між великими роликами під величезним тиском.

Виробництво блюмів і слябів

3. Для створення блюмів злиток пропускають через пару сталевих роликів з рифленою поверхнею, які укладені. Ці типи вальців називаються “двовисокими млинами”. У деяких випадках використовують три ролики. Ролики встановлені так, що їх канавки збігаються, і вони рухаються в протилежних напрямках. Ця дія змушує сталь стискатися і розтягуватися на більш тонкі, довші шматки. Коли оператори людини змінюють ролики, сталь витягується назад, роблячи її тоншою і довшою. Цей процес повторюється, поки сталь не досягне потрібної форми. Під час цього процесу машини під назвою маніпулятори перевертають сталь, щоб кожна сторона оброблялася рівномірно.
3. Злитки також можна згортати в плити в процесі, подібному до процесу виробництва блюмів. Сталь пропускається через пару укладених роликів, які її розтягують. Однак є також ролики, встановлені збоку для контролю ширини плит. Коли сталь набуває потрібної форми, нерівні кінці обрізаються, а плити або блюми розрізаються на коротші шматки.

Подальша обробка

5. Блюми зазвичай обробляються далі, перш ніж вони перетворяться на труби. Вони перетворюються на заготовки, проходячи через більшу кількість пристроїв кочення, що робить їх довшими та вузькими. Різання заготовок здійснюється пристроями, відомими як літаючі ножиці. Це пара синхронізованих ножиць, які рухаються разом з рухомою заготовкою і розрізають її. Це дозволяє ефективно розрізати без зупинки виробничого процесу. Ці заготовки укладені і згодом стануть безшовною трубою.
5. Сляби також переробляються. Щоб зробити їх податливими, їх спочатку нагрівають до 2200 ° F (1204 ° C). Це призводить до утворення оксидного покриття на поверхні. Це покриття відламується за допомогою руйнування накипу та розпилення води під високим тиском. Потім вони направляються через ряд роликів на гарячий млин і робляться з тонких вузьких смуг сталі. Цей млин може мати довжину до півмилі. Коли плити проходять крізь ролики, вони стають більш тонкими і довшими. Протягом приблизно трьох хвилин окрему плиту можна перетворити зі шматка сталі товщиною 6 дюймів (15,2 см) у тонку сталеву стрічку, довжиною чверть милі.
5. Після розтягування сталь протравлюється. Цей процес передбачає проходження його через серію резервуарів, які містять сірчану кислоту для очищення металу. На завершення його промивають холодною і гарячою водою, висушують, а потім згортають на великі котушки і упаковують для транспортування до установки для виготовлення труб.

Виготовлення труб

І блюми, і сляби використовуються для виготовлення труб. Їх спочатку поміщають на розмотувальну машину. Оскільки котушка зі сталі розмотується, її нагрівають. Потім сталь пропускається крізь ряд роликів. Проходячи повз, ролики краї змушені скручуватися разом. При цьому утворюється незварена труба.

Далі сталь проходять зварювальними електродами. Ці пристрої ущільнюють два кінці труби разом. Зварений шов потім пропускається через ролик високого тиску, який допомагає створити герметичний шов. Потім трубу розрізають до потрібної довжини і складають для подальшої обробки. Зварні сталеві труби – це безперервний процес, і в залежності від розміру труби його можна виготовити так швидко, як 335 м на хвилину.

Коли потрібна безшовна труба, для виробництва використовуються квадратні заготовки. Вони нагріваються і формуються, утворюючи форму циліндра. Потім патрон кладуть у піч, де нагрівають до білого. Нагрітий патрон потім прокачується з великим тиском. Ця прокатка під високим тиском призводить до того, що заготовка розтягується, а в центрі утворюється отвір. Оскільки цей отвір має неправильну форму, під час його прокатки через середину заготовки проштовхується точка проколу кулі. Після етапу проколювання труба може мати неправильну товщину та форму. Щоб виправити це, її пропускають через іншу серію прокатних станів.

Остаточна обробка

Після виготовлення будь -якого типу труб їх можна пропустити через машину для випрямлення. Вони також можуть бути обладнані з’єднаннями, щоб можна було з’єднати два або більше шматочків труби. Найпоширеніший тип з’єднання для труб з меншим діаметром – це різьблення – щільні канавки, які врізаються в кінець труби. Труби також проходять через вимірювальну машину. Ця інформація разом з іншими даними контролю якості автоматично трафаретується на трубі. Потім трубу обризкують легким покриттям із захисного масла. Часто труби обробляють для запобігання їх іржавіння. Це робиться шляхом оцинковки. Залежно від використання труби можуть бути використані інші фарби або покриття.

Контроль якості

Для того, щоб сталева труба відповідала специфікаціям, вживаються різноманітні заходи. Наприклад, для регулювання товщини сталі використовуються рентгенівські датчики. Прилади працюють за допомогою двох рентгенівських променів. Один промінь спрямований на сталь відомої товщини. Інший спрямований на прохідну сталь на виробничій лінії. Якщо є відхилення між двома променями, датчик автоматично ініціює зміну розміру роликів для компенсації.

Наприкінці процесу труби також перевіряють на наявність дефектів. Один із методів випробування труби – це використання спеціальної машини. Ця машина заповнює трубу водою, а потім збільшує тиск, щоб перевірити, чи вона тримається. Дефектні труби повертаються на металобрухт.