-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
-
Förderrohrs aus Stahl für den Feststofftransport gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
In der Kies- bzw. Sandbagger-Industrie werden die aus dem Boden gelösten
Feststoffe, wie beispielsweise Kies oder Sand, mittels Rohrleitungen über teilweise
ziemlich lange Strecken gefördert. Solche Förder- bzw. Transportleitungen setzen
sich dabei aus einzelnen Rohren zusammen, die durch Schnellverbindungen in kurzer
Zeit aneinander geschlossen und wieder voneinander getrennt werden können. Schnellverbindunqen
sind deshalb erforderlich, weil derartige Rohrleitunqen aufgrund ständiq wechselnder
Gewinnung sorte und Transportrichtungen wQativ häufig verlegt werden müssen. Hierdurch
sowie im Hinblick auf das Gewicht der einzelnen Rohre sind Hebezeuqe und Transportfahrzeuge
bereitzustelen, so daß die Rohre während des Verlegens bzw. Umlegens permanent Stoß-
und Schlagbeanspruchungen ausgesetzt sind. Die Praxisbedingt rauhe Handhabung der
Rohre, insbesondere beim Verlegen oder Umlegen, führt zwangsläufig zu punktuellen
Beanspruchungen, wobei die hierdurch hervorqerufenen Verformungen in kurzer Zeit
die Rohre unbrauchbar werden lassen. Hinzu treten erhebliche innere Druckbeanspruchungen,
und zwar vorzugsweise bei einer pulsierenden Förderunq, wie es bei Saugbaggern und
ähnlichen Vorrichtunqen durch die Art der Gewinnuna und Förderung gang und gäbe
ist.
-
Was die Ausbildunq der Rohre anlangt, so sind aufgrund des besonderen
Einsatzorts und der Betriebsweise zwei sich einander diametral qegenüberstehende
Anforderungen zu erfülen. Die Rohre sollen im Hinblick auf ihre Transportfunktion
einerseits eine möqlichst lanqe Standzeit aufweisen und andererseits wegen des häufigen
Umlegens den dabei nicht zu vermeidenden
Schlag- und StoßbeansDruchunqen
einen ausreichenden Widerstand entgegensetzen. Rohre, bei denen die Festiqkeitsfunktion
im Vordergrund steht, werden beispielsweise aus dem einfachen Stahl St 37.2 herqestellt.
Die Zähigkeit bzw.
-
die innere Eigenelastizität dieses Materials führen zwar dazu, daß
derartige Rohre erheblichen Schlaq- und Stoßbeanspruchunen ohne weiteres ausgesetzt
werden können. Die Eigenschaft des Materials, sich verformen zu können, brinqt jedoch
mit sich, daß sich die Rohre bei punktuellen BeansPruchunqen nach innen ausbeulen.
Hier steht folglich das Material der Rohrwandung über dem Innenumfang vor, so daß
diese Stellen von den transportierten Feststoffen wesentlich schneller verschlissen
werden als die übrigen Bereiche der Rohrwandung. Solche Rohre haben daher eine nur
kurze Standzeit.
-
Um die innere Verschleißfestigkeit der Rohre zu erhöhen, hat man folglich
die Rohre aus CK 45 hergestellt und gehärtet, d.h. hier hat man die Transportfunktion
in den Vordergrund gestellt. Die verqleichweise geringe Dicke der Rohrwandunsen
führt aber in diesen Fällen dazu, daß sich der Härteprozeß im wesentlichen über
die gesamte Wanddicke erstreckt. Sind mithin solche Rohre äußeren Schlagbeanspruchungen
oder schlagartigen inneren Druckbeanspruchungen ausgesetzt, so ist stets die Gefahr
gegeben, daß die Rohre platzen und reißen können. Betriebsunterbrechungen und sogar
Unfälle können die Folge sein.
-
Die heiden gegensätzlichen Anforderungen an die Rohre, auf einen Seite
die Verschleißfunktion und auf der anderen Seite die Festikeitsfunktion, ließen
dann die Fachwelt zu einem Kompromiß gelangen. Man stellte die Rohre doppellagiq
her, wobei man das Innenrohr härtete und das Außenrohr aus einem weichen Stahl bildete.
Aber auch in diesen Fällen hat sich gezeiqt,
daß punktuelle äußere
Beanspruchungen von dem weichen Außenrohr keineswegs aufgefangen, sondern vielmehr
mangels Ausweichmöglichkeit abrupt an das harte Innenrohr weitergegeben wurden.
Dieser Sachverhalt führte dadurch in vielen Fällen zu einer Zerstörung des Innenrohrs
und damit zu einem Unbrauchwerden des Gesamtrohrs. Andererseits riefen schlagartige
innere Druckbeanspruchungen, wie sie im Sauqbaserbetrieb ständig vorkommen, Risse
am gehärteten Innenrohr hervor und machten das Gesamtrohr damit Fenfalls unbrauchbar.
-
Der Erfindung liegt demqemäß die Aufqabe zugrunde, das Herstellungsverfahren
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß ein Transportrohr
aus Stahl geschaffen werden kann, welches den rauhen Einsatzbedingungen im Kies-bzw.
Sandbagger-Betrieb sowohl im Hinblick auf äußere Schlag-bzw. Stoßbeanspruchungen
abs auch in bezug auf schlagartige innere Druckbeanspruchungen über einen möglichst
langen Einsatzzeitraum hinweg besonders vo-rteilhaft entgegenkommt.
-
Die Lösunq dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruches 1.
-
Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es zunächst wesentlich, daß nach
dem ringförmigen Erhitzen der Rohrwandung nur durch eine gezielte äußere ringförmige
Vorkühlunq das durch die Erhitzung auf über den oberen Umwandlungspunkt (AC3-Punkt)
entstandene austenitische Gefüge mit begrenzter Tiefe in ein martensitisches Gefüge
umgewandelt wird Dieses lediglich im äußeren Dickenbereich der Rohrwandung ausgebildete
martensitische Gefüge wird dann nach dem Verlassen des äußeren Vorkühlbereiches
eine vorbestimmte Zeit der aus dem inneren Dickenbereich
nach außen
nachströmenden Rohrwärme ausgesetzt, wobei diese Wärme die Temperatur o, äußeren
Dickenbereich wieder auf etwa 7000C erhöht und dabei das martensitische Gefüge in
ein ferrit-perlitisches Gefüge umwandelt. Anschließlich an diese Umwandlung wird
der innere Dickebereich der ebenfalls kurzzeitiq ablaufenden ringförmigen inneren
Hauptkühlung unterworfen, wobei dann auch im inneren Dickenbereich der Rohrwandung
das austenitische Gefüge in ein martensitisches Gefüge umqewandelt wird. Diese Maßnahme
hat jedoch keine Auswirkungen mehr auf das im äußeren Dickenbereich der Rohrwandung
entstandene ferrit-perlitische Gefüge. Dieses bleibt in dieser Form erhalten.
-
Aufgrund der sowohl räumlich als auch zeitlich gezielt nacheinander
ablaufenden wärmetechnischen Maßnahmen an dem durch eine entsprechend ausqebildete
Behandlunqsvorrichtung kontinuierlich hindurchbeweqten Stahlrohr kann nunmehr ein
gewissermaßen zweischichtiges Rohr erzeugt werden, das auf ganzer Länge eindeutig
aus einer harten Innenschicht bzw. Kernschicht und einer durch diese Kernschicht
gestützten weichen bzw. zähen Außenschicht besteht. In Form der zähen Außenschicht
wird mithin eine Stoßabsorptionsschicht qeschaffen, die punktuelle äußere Schlag-
und Stoßbeanspruchungen nach Art eines Puffers unter Abstützung an der harten Kernschicht
sicher eliminiert. Ein derart ausgebildetes Rohr kann demzufolge selbst extremen
äußeren Schlaq- und Stoßbeanspruchungen ausgesetzt werden, ohne daß dies zu einem
Platzen der Reißen der Rohrwandung führen würde. Durch die Homogenität der Rohrwandung
können aber auch schlagartige innere Druckerhöhungen nicht zu einem Platzen oder
Reißen des Rohrs führen. Es besteht zwar die Möglichkeit, daß die innere harte Schicht
anreißen kann. Ein solches Anreißen kann sich jedoch nicht über die zähe Außenschicht
fortsetzen und
und zu einem Bruch des Rohrs führen.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
darin, daß das austenitische Gefüge der ringförmigen Außen- bzw. Innenkühlung maximal
zwei Sekunden lang ausgesetzt wird. Ferner ist es diesem Zusammenhang vorteilhaft,
daß das martensitische Gefüge im äußeren Dickenbereich der Rohrwandung minestens
fünf Sekunden lang der aus dem inneren Dickenbereich nachströmenden Wärme ausgesetzt
wird.
-
Nach der Erfindunq ist es darüber hinaus von Vorteil, daß zum Erhitzen
der Rohrwanduna in an sich bekannter Weise ein ringförmiger Gasbrenner verwendet
wird. Selbstverständlich ist es bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
auch möglich, die Rohrwandung in anderer Weise gezielt ringförmig auf eine Temperatur
zu erhitzen, die die Ausbildung des austenitischen Gefüges gewährleistet.
-
Zur Vor- und Hauptkühlung der Rohrwandung gelangen nach der Erfindung
an sich bekannte ringförmig angeordnete Wasserdüsen zur Anwendung. Auch diesbezüglich
ist es gemäß der Erfindung durchaus vorstellbar, daß andere ringförmige Kühlsysteme
einqesetzt werden können. Vorteilhaft ist es jedoch bei der Anwendung von Wasserdüsen,
daß diese unter einem Anströmwinkel von etwa 300 bis 600 zur Vorschubrichtung des
Rohrs auf die Wandung gerichtet werden. Je größer hierbei der Durchmesser des Rohrs
ist, je kleiner wird der Anströmwinkel bemessen.
-
Wenn bislang im vorstehenden die Rede von einem Einlagenrohr war,
so steht dem erfindunqsgemäß nichts entgegen, das Verfahren auch auf das Innenrohr
eines Doppellagenrohres anzuwenden, bei dem das Außenrohr auf gesamter Dicke ein
zähes Gefüge aufweist.
-
In diesem Fall wird folalich der äußere Dickenbereich des Innenrohres
als Stoßabsorptionsschicht ausgebildet, so daß stoßartige äußere Beanspruchungen
von dem weichen Außenrohr nicht abrupt auf die innere harte Kernstützschicht übertraqen
werden können.
-
Die erfindunqsqemäßen Verfahrensschritte sind auch bei solchen Rohren
anwendbar, die im untertägigen Bergbau zu Spül- und Blasversatzzwecken eingesetzt
werden.
-
Das Verfahren nach der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
-
Mit 1 ist die Rohrwandung eines Stahlrohres 2 aus CK 45 bezeichnet,
das als Transportrohr in der Kies- bzw. Sandbagger-Industrie Verwendung findet.
Das Rohr wird in Richtunq des Pfeils V gleichmäßig durch eine stationäre Behandlunsvorrichtung
hindurchgeführt, die lediqlich durch Kühlvorrichtungen 3, 4 und eine Heizvorrichtung
5 schematisch veranschaulicht ist.
-
Beim Vorschub in Richtung des Pfeils V wird die Rohrwandung 1 mittels
der einen ringförmigen Gasbrenner aufweisenden Heizvorrichtung 5 von innen her auf
einem axial begrenzten Längenabschnitt A auf ganzer Dicke auf eine Temperatur von
etwa 8500C erhitzt und damit ein austenitisches Gefüge AG hergestellt.
-
Unmittelbar anschließend an die Erhitzunq wird die Rohrwandung 1
im von außen durch die/Winkel zur Vorschubrichtuna des Rohrs 2 angeordnete Wasserdüsen
6 aufweisende Vorkühlvorrichtung 3 in der Weise begrenzet tief abgeschreckt, daß
das austenitische Gefüge AG in dem dargestellten dreiecksförmigen Querschnittsbereich
in
ein martensitisches Gefüge MG umqewandelt wird.
-
Das austenitische Gefüge AG wird hierbei der Außenkühlunq maximal
zwei Sekunden lang ausgesetzt. Der Anströmwinkel ist dabei von dem Durchmesser des
Rohrs abhängig. Je größer der Durchmesser, desto kleiner wird dann der Anströmwinkel
einqestellt.
-
Im Anschluß daran wird das martensitische Gefüge MC. im Außenbereich
der Rohrwandung 1 der aus dem inneren Dickenbereich der Rohrwandung 1 gemäß den
Pfeilen W nach außen nach strömenden Wärme ausgesetzt, wobei das martensitische
Gefüge MG in ein ferrit-perlitische Gefüge FPG umqewandelt wird. Dieser Vorgang
wird durch die Vorschubgeschwindigkeit des Rohrs 2 mindestens fünf Sekunden lang
aufrechterhalten.
-
Erst daraufhin wird mittels der ebenfalls unter 450 angeordnete Wasserdüsen
7 aufweisenden inneren Hauptkühlvorrichtung 4 das restliche austenitische Gefüge
AG im inneren Dickenbereich der Rohrwandung 1 abgeschreckt, wobei dieses austenitische
Gefüge AG dannebenfalls in ein martensitisches Gefüge MG übergeht. Auch in diesem
Fall wird das austenitische Gefüge AG der ringförmigen Innenkühlung 4 maximal zwei
Sekunden lang ausgesetzt.
-
Die Zeichnung läßt erkennen, daß das Rohr 2 nach dem Verlassen der
Behandlunssvorrichtunq eine innere harte Stützschicht STU und eine äußere weiche
bzw. zähe Stoßabsorptionsschicht STO aufweist, die jedoch homogen miteinander verbunden
sind.
-
In strichpunktierter Linienführung ist schließlich das AuBenrohr eines
Doppellagenrohrs veranschaulicht, um die Anwendung des Verfahrens auch bei einem
solchen Rohr zu veranschaulichen.