DE3227448C2 - Vorrichtung zum Vorwärmen der Enden eines angestauchten Stahlrohres - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorerhitzen beider verdickter Endbereiche vorherbestimmter Länge eines angestauchten Stahlrohres vor der Wärmebehandlung des Rohres. In der Vorwärm-Vorrichtung sind Mittel zum Anheben und Absenken des stationär gestützten angestauchten Stahlrohres sowie zwei Induktionsheizer zum gleichzeitigen Erwärmen beider Endbereiche des Stahlrohres in dessen angehobener Position vorgesehen, wobei die beiden Induktionsheizer in einem Abstand zueinander gebracht werden, der der Länge des Stahlrohres entspricht, und hin- und hergehende Hübe ausführen, die der jeweiligen Länge der verdickten Endbereiche entsprechen.

Description

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

— mehrere Stützelemente (3) parallel zur Achse des Stahlrohres ^angeordnet sind und

— eine bestimmte Anzahl der Stützelemente (3) an einem Endabschnitt des Stahlrohres (P) einem gemeinsamen Hebewerk (6a,/zur gemeinsamen vertikalen Bewegung zugeordnet ist und

— eine bestimmte Anzahl der Stützelemente (3) am anderen Endabschnitt des Stahlrohres (P) voneinander unabhängigen Hebewerkzeugen (6b) zur wahlweisen und getrennten vertikalen Bewegung zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Indukiionsheizspulen (7a) axial bewegbar von einer stationären Halterung (Sa) getragen ist und die andere Spule (7b) axial bewegbar vom Schlitten oder Wagen (Sb) getragen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorschubeinrichtungen Kolben-Zylinder-Einheiten (10a, 1Oi,) aufweisen.

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vorwärmen der Enden eines angestauchten Stahlrohres mit wenigstens einem Paar Induktionsheizspulen, das oberhalb von Stützelementen zur gleichmäßigen Erwärmung der angestauchten Bereiche des Stahlrohres angeordnet ist.

Angestauchte oder sonstwie verdickte Stahlrohre sind über bestimmte Bereiche ihrer Länge an den Endabschnitten dicker ausgeführt als im verbleibenden Haupt-Rohrbereich. Sie dienen zum Anbringen von Schraub- oder ähnlichen Verbindungen. Wenn das angestauchte Stahlrohr einer Wärmebehandlung wie z. B. Abschrecken oder Anlassen zur Erzielung einer bestimmten mechanischen Festigkeit unterworfen wird, ist mehr Zeit für die Temperaturerhöhung in den verdickten, angestauchten Endbereichen erforderlich, da die Rohrwandung in diesen Endbereichen dicker ist. Dies hat eine Verringerung der Durchsatzleistung zur Folge.

Da insbesondere die Wirkung des Anlassens von Stahl von der Betriebstemperatur und der Zeit abhängig ist, sind Unterschiede hinsichtlich der Erwärmung des Hauptbereiches einerseits und der angestauchten Abschnitte andererseits unerwünscht, da sie dem Erreichen einheitlicher mechanischer Eigenschaften über die Länge des angestauchten Rohres entgegenwirken.

Im Hinblick auf diesen Sachverhalt sind zahlreiche Vorrichtungen entwickelt worden, um lediglich die verdickten Endbereiche des angestauchten Stahlrohres zu erhitzen.

So ist in der JP-OS 55-91 937 eine Vorrichtung der eingangs genannten Art beschrieben, bei der gleichzeitig das Stahlrohr axial verschoben wird und Vorwärm-Induktionsheizspulen in der quer verlaufenden Zuführbahn der Stahlrohre angeordnet sind, die dazu bestimmt und geeignet sind, den vorderen Endbereich des Rohres vorzuwärmen. Alsdann werden Vorwärm-Induktionsheizspulen zum Vorwärmen des hinteren Endbereiches des Rohres in einem bestimmten Abstand von den ersten Vorwärmspulen angeordnet, um eine Verzögerung zu erwirken oder zu ermöglichen, die der Verzögerung der Erwärmungszeit zwischen dem vorderen und dem rückwärtigen Bereich eines Trommelofens entspricht, wie sie sich aus der Länge des Rohres und der Zuführgeschwindigkeit ergibt. Nachdem die vorne und hinten befindlichen angestauchten Bereiche durch diese Spulen mit einer bestimmten relativen Verzögerung vorerwärmt worden sind, wird das Stahlrohr für die Wärmebehandlung einer axialen Transferbahn zugeführt.

Bei einer in der JP-OS 55-91 938 beschriebenen Vorrichtung, bei der das angestauchte Stahlrohr axial vor einem Tunnelofen verschoben wird, erfolgt eine gleichzeitige und parallel zum Rohr erfolgende Verschiebung der Vorerwärmungsvorrichtung, um beide angestauchten Endbereiche des Rohres vorzuwärmen.

Diese bekannten Vorrichtungen weisen jedoch folgenden Nachteil auf:

Bei der ersten Vorrichtung kann, da das angestauchte Stahlrohr selbst axial zwischen den Induktionsheizspulen liegt, die den jeweils zugehörigen Rohrenden zugeordnet sind, die Vorerwärmung nicht genau auf die zu erwärmenden angestauchten Bereiche beschränkt werden, so daß nicht nur die angestauchten Bereiche, sondern auch der verbleibende Hauptabschnitt oder Teile desselben vorerwärmt werden können, wodurch sich eine verschlechterte Qualität des Endproduktes ergibt. Darüber hinaus können Energieverluste auftreten, da beide Rohrenden nicht gleichzeitig erwärmt werden.

Bei der zweiten Vorrichtung, bei der die Vorwärmvorrichtung gleichzeitig mit dem angestauchten Stahlrohr in der axialen Richtung des Rohres bewegt wird, ist es aufgrund dieser Anordnung nicht möglich, die Vorrichtung genau in Abhängigkeit von gelegentlich auftretenden Änderungen der Rohrlänge einzustellen, so daß der Hauptrohrabschnitt jedenfalls dann erwärmt wird, wenn Änderungen der Rohrlänge eintreten. Dies führt ebenfalls zu einer verschlechterten Qualität des Produktes. Hinzu kommt, daß die Länge der vorzuerwärmenden Bereiche nur mit großen Schwierigkeiten geändert werden kann, wenn die Länge der angestauchten Bereiche eine Änderung erfährt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art die beschriebenen Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch

— vertikal bewegbare Stützelemente zur Abstützung des angestauchten Stahlrohres,

— einen Wagen oder Schlitten zum Verschieben wenigstens einer der Spulen auf einen gegenseitigen

Abstand, der der Länge des Stahlrohres entspricht, und

— Vorschubeinrichtungen für die Indukticnsheizspulen mit veränderbarem Hub, der relativ zur Länge dei angestauchten Bereiche des Stahlrohres einstellbar ist.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist das angestauchte Stahlrohr stationär angeordnet und die eine Induktionsheizspule ist um eine Wegstrecke bewegbar, die von der Rohrlänge abhängt, um die Bereiche des Rohres genau erwärmen zu können, die den angestauchten Bereichen desselben entsprechen, wobei beide Enden des angestauchten Stahlrohres gleichzeitig erwärmt werden, um die Dauer der Wärmeabstrahlung zu verringern und so den Energieverlust so klein wie möglich ?u haken.

Das gleichzeitige Erwärmen beider Enden des angestauchten Stahlrohres erfolgt, wenn sich die vertikal bewegbaren Stützelemente in einer angehobenen Lage befinden. Mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung werden die angestauchten Endbereiche des Stahlrohres auf eine mittlere Temperatur derart vorerwärmt, daß Temperaturschwankungen im Ofen für die Wärmebehandlung ausgeglichen werden können, und zwar trotz der Abkühlung, die das vorerwärmte Rohr erfährt, bis es in den Ofen für die Wärmebehandlung gelangt.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 im Schema die Seitenansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig.2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile H-II der F i g. 1 und

F i g. 3 ein Diagramm, welches Temperaturänderungen in Abhängigkeit von der Zeit darstellt.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist mit einem seitlichen Zuführungstisch 1, einer Ausrichte- und Längenmeßrolle 2, Stützelementen 3, einer seitlichen Abtransporteinrichtung 4 und Schwing- oder Hubbalken 5 versehen, um die angestauchten Stahlrohre Pquer durch diese Einrichtungen hindurchzuführen.

Die Stützelemente 3 sind so ausgebildet und angeordnet, daß sie vertikal zwischen der Ebene der Querführungsbahn, in welcher die Rohre P durch die Schwingbalken 5 bewegt werden, und einer oberen Ebene oberhalb dieser Querführungsbahn bewegbar sind. Die Länge jedes Stahlrohres P wird auf der Ausrichte- und Längenmeßrolle 2 gemessen, wobei ein bestimmtes Rohrende (rechtes Ende in F i g. 2) in bezug auf eine vorgegebene Bezugsposition ausgerichtet wird. Das Rohr wird durch die Schwingbalken 5 quer auf die Stützelemente 3 gebracht, wo das Rohr angehoben oder abgesenkt wird, ohne daß es eine axiale Verschiebung erfährt. Mehrere derartiger Stützelemente 3 sind in einer Reihe parallel zur Achse der Stahlrohre angeordnet. Einige dieser Stützelemente 3 an der Seite des Bezugsendes des Rohres P sind einem gemeinsamen Hebewerk 6a zugeordnet und werden von diesem gemeinsam angenoben und abgesenkt. Die verbleibenden Stützelemente 3 sind jeweils mit getrennten Hebewerken 6b verbunden, so daß sie getrennt voneinander angehoben oder abgesenkt werden können. In Abhängigkeit von der Länge der auf die Stützelemente 3 gelegten Rohre können die Stiitzelemente 3, die sich hinter dem dem Bezugsende des Rohres abgekehrten Ende desselben befinden (die links in F i g. 2 befindlichen Stützelemente), auf einer unteren Ebene gehalter werden, um so zu verhindern, daß die unbeladenen Stützelemente 3 mit den Rohrenden oder mit oben befindlichen Teilen der Vorrichtung, beispielsweise den Induktionsheizspulen, in Berührung kommen. Ein Paar derartiger Induktionsheizspulen 7a, 7b ist oberhalb der Stützelement 3 angeordnet. Sie dienen dazu, gleichzeitig beide angestauchten Enden des Stahlrohres P auf der oberen Ebene oberhalb der Stützelemente zu erwärmen. Wenn die Stahlrohre P gemäß der Darstellung in Fig. 1 einzeln nacheinander durch die Hubbalken 5 zugeführt werden, ist ein Paar Heizspulen 7a, 76 ausreichend, um das angestrebte Ziel zu erreichen. Wenn jedoch mehrere Rohre P gleichzeitig quer zugeführt werden, um die Durchsatzleistung zu erhöhen, müssen die Stützelemente 3 in mehreren Reihen angeordnet sein. Dementsprechend müssen auch mehrere Paare von Induktionsheizspulen darüber vorgesehen sein, um eine Vielfach-Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen.

F i g. 2 läßt erkennen, daß die Spule 7a am Spulen-Bezugsende von einer stationären Halterung Sa axial bewegbar getragen wird, während die gegenüberliegende Spule 7b zum Zwecke der axialen Verschiebbarkeit an einem Schlitten oder Wagen 8£> angebracht ist, der von einer oben verlaufenden Schiene 9 getragen wird. Die Spule 7b wird durch die Bewegung des Schlittens Sb in einen Abstand von der Spule 7a gebracht, der der durch die Rolle 2 festgestellten Länge des Rohres entspricht.

Die Spulen 7a, 7b werden jeweils durch die Halterung 8a bzw. den Schlitten 86, wie vorstehend erwähnt, axial verschiebbar getragen. Zwei Kolben-Zylinder-Einheiten 10a, 106 sind an der Halterung 8a bzw. dem Schlitten 86 angebracht, um auf die Spulen 7a, 7b in Längsrichtung einen Vorschubhub zu übertragen, der der jeweiligen Länge der angestauchten Bereiche A des Stahlrohres P entspricht. Dieser Hub kann in Abhängigkeit von der Länge der angestauchten Bereiche A geändert werden.

Im Betrieb wird das Stahlrohr P auf den seitlichen Zuführungstisch 1 gelegt und durch die Schwingbalken 5 auf die Ausrichte- und Längenmeßrolle 2 gebracht. Die Länge des Stahlrohres wird auf dieser Rolle 2 gemessen, wobei das vorherbestimmte Bezugsende des Stahlrohres zur Referenzposition ausgerichtet ist. Die Längenmessung erfolgt durch Fein-Axialverschiebung des Stahlrohres, die durch die Rotation der Rolle 2 bewirkt wird. Das Rohr wird dann durch die Schwingbalken 5 auf die Stützelemente 3 gebracht. Während dieses Intervalls wird der Schlitten Sb unter Berücksichtigung der gemessenen Länge so verschoben, daß die Spule 7b sich in einem Abstand von der Spule 7a befindet, der der gemessenen Länge des Stahlrohres P entspricht. Alsdann werden die Stützelemente 3 angehoben, so daß das Rohr P sich in einer Position zwischen den Spulen 7a und 7b befindet. Die Vorschubzylinder 10a und 10ό werden dann betätigt, um die Spulen 7a und 7b gleichzeitig aufeinander zu über die angestauchten Rohrendbereiche A zu bewegen. Auf diese Weise werden die angestauchten Bereiche durch Induktionsheizen vorerwärmt, so daß keineTemperaturdifferenz zwischen den beiden Rohrenden verursacht wird. Wenn das Rohr P nach der Längenmessung auf die Stützelemente 3 gebracht ist, werden die Stützelemente 3 an der gegenüberliegenden Seite, die sich hinter der gemessenen Länge des Rohres befinden, während des Vorwärmens und den nachfolgenden Schritte durch entsprechende Auswahl der Hubwerke 6i> nicht betätigt. Diese Stützelemente werden vorteilhaft in der unteren Ebene gehalten.

Wenn die angestauchten Endbereiche durch Induk-

tionsheizspulen erwärmt werden, sind die Temperaturänderungen nach Unterbrechung des Heizstromes für Innenseite und Außenseite des Stahlrohres nicht gleich, und zwar in Abhängigkeit von der Frequenz des Wechselstromes, der an der Spule angelegt ist. Eine derartige Änderung ist in Fig.3 dargestellt, Hier wurde die Stromzufuhr zu einer Induktionsheizspule bei einer Temperatur der äußeren Oberfläche von 600° C unterbrochen, nachdem die angestauchten Bereichen mit einem Außendurchmesser von etwa 105 mm und einer Wandstärke von etwa 17 mm durch die Spule erwärmt worden sind und letztere mit einem Strom mit der Frequenz von 500 Hz beaufschlagt war. θί stellt die Kurve der Temperatur der inneren Oberfläche, Θ2 die Kurve für die Temperatur der Mitte der Wandstärke und Θ3 die Kurve der Temperatur der äußeren Oberfläche dar. Gemäß der Erfindung werden die Spulen 7 a, Tb während einer Zeitdauer mit einer Frequenz beaufschlagt und gesteuert, die als Funktion der Dicke der angestauchten Bereiche und des Abkühlens der Rohre eingestellt ist, wobei das Abkühlen beispielsweise von der Umgebungstemperatur und der Zeit abhängt, die vergeht, bis das Rohr dem Heizofen für die Wärmebehandlung des nächsten Schrittes aufgegeben wird. Die Vorheiztemperatur für die angestauchten Bereiche wird durch das gleichzeitige Erwärmen beider Enden gesteuert, so daß die mittlere Temperatur des Rohres konstant über die Länge des Rohres ist, wenn das Rohr im nächsten Schritt erwärmt wird.

Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, die Vor-Wärmtemperatur in Abhängigkeit von der Wärmestrahlung, die voraussichtlich während der Zeit eintritt, bis das Rohr in den Ofen für den folgenden Schritt eingeführt wird, dadurch zu steuern, daß man die angestauchten Bereiche des Rohres gleichzeitig erwärmt. Energie-Verluste können ebenfalls auf ein Minimum verringert werden. Hinzu kommt, daß kleine Differenzen bezüglich der Länge des Rohres oder der angestauchten Bereiche ohne weiteres berücksichtigt werden können. Irgendwelche Störungen durch Berührungen mit Stahlrohren oder anderen Einrichtungen können gezielt vermieden werden. Die Leistung der Vorerwärmung kann nach Wunsch durch Anwendung des Vielfach-Bearbeitungssystems vergrößert werden, welches so ausgelegt ist, daß es in bzw. mit einem integrierten Prozeß einschließlich Formgebung und Wärmebehandlung der angestauchten Stahlrohre Schritt halten kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Vorwärmen der Enden eines angestauchten Stahlrohres mit wenigstens einem Paar Induktionsheizspulen, das oberhalb von Stützelementen zur gleichmäßigen Erwärmung der angestauchten Bereiche des Stahlrohres angeordnet ist, gekennzeichnet durch

IO

— vertikal bewegbare Stützelemente (3) zur Abstützung des angestauchten Stahlrohres (P),

— einen Wagen oder Schlitten (Sb) zum Verschieben wenigstens einer der Spulen (7a, Tb) auf einen gegenseitigen Abstand, der der Länge des Stahlrohres (P) entspricht; und

— Vorschubeinrichtungen für die Induktionsheizspulen (7a, Ib) mit veränderbarem Hub, der relativ zur Länge der angestauchten Bereiche (A) des Stahlrohres (P) einstellbar ist.