Die erfolgreiche und effiziente Herstellung von Rohren erfordert die Optimierung von 10.000 Details, einschließlich der Instandhaltung der Anlagen. Angesichts der Vielzahl beweglicher Teile in jedem Walzwerkstyp und jeder Peripherieanlage ist die Einhaltung des vom Hersteller empfohlenen Wartungsplans keine leichte Aufgabe. Foto: T & H Lemont Inc.
Anmerkung der Redaktion: Dies ist der erste Teil einer zweiteiligen Serie zur Optimierung der Rohrwalzprozesse. Lesen Sie den zweiten Teil.
Die Herstellung von Rohrprodukten kann selbst unter optimalen Bedingungen aufwendig sein. Fabriken sind komplex, erfordern regelmäßige Wartung und stehen – je nach Produkt – unter starkem Wettbewerb. Viele Metallrohrhersteller sind enorm unter Druck, die Produktionszeit zu maximieren, um den Umsatz zu steigern, wodurch ihnen wenig Zeit für die routinemäßige Wartung bleibt.
Für die Branche gibt es heutzutage kein optimales Szenario mehr. Materialien sind teuer und Teillieferungen sind keine Seltenheit. Rohrhersteller müssen mehr denn je die Anlagenverfügbarkeit maximieren und Ausschuss reduzieren, denn Teillieferungen bedeuten geringere Verfügbarkeit. Kürzere Produktionsläufe erfordern häufigere Umrüstungen, was weder Zeit noch Arbeitskraft effizient nutzt.
„Die Produktionszeit ist derzeit ein kostbares Gut“, sagte Mark Prasek, Vertriebsleiter für Rohre in Nordamerika bei EFD Induction.
Gespräche mit Branchenexperten über Tipps und Strategien zur optimalen Nutzung der Anlage brachten einige wiederkehrende Themen zutage:
Um eine Anlage mit maximaler Effizienz zu betreiben, müssen Dutzende von Faktoren optimiert werden, die größtenteils miteinander interagieren. Daher ist die Optimierung des Anlagenbetriebs nicht unbedingt einfach. Der Ausspruch des ehemaligen Kolumnisten des „Tube & Pipe Journal“, Bud Graham, verdeutlicht dies: „Ein Rohrwalzwerk ist ein Werkzeughalter.“ Dieses Zitat hilft, die Dinge zu vereinfachen. Zu verstehen, was jedes Werkzeug bewirkt, wie es funktioniert und wie es mit anderen Werkzeugen interagiert, macht etwa ein Drittel der Arbeit aus. Die Instandhaltung und Ausrichtung aller Komponenten ist ein weiteres Drittel. Das letzte Drittel umfasst Schulungsprogramme für die Bediener, Strategien zur Fehlerbehebung und spezifische Betriebsabläufe, die für jedes Rohr oder jeden Rohrhersteller individuell sind.
Die wichtigste Voraussetzung für einen effizienten Mühlenbetrieb ist die Mühlenunabhängigkeit des Rohmaterials. Um die maximale Mühlenleistung zu erzielen, muss aus jeder zugeführten Spule der maximale Ertrag gewonnen werden. Dies beginnt mit der Einkaufsentscheidung.
Spulenlänge. Nelson Abbey, Direktor von Fives Bronx Inc. Abbey Products, erklärte: „Rohrwalzwerke arbeiten am effizientesten, wenn die Spulen möglichst lang sind. Kürzere Spulen erfordern die Bearbeitung von mehr Spulenenden. Jedes Spulenende muss stumpfgeschweißt werden. Jede Stumpfschweißung erzeugt Ausschuss.“
Das Problem besteht darin, dass möglichst lange Spulen zu einem höheren Preis verkauft werden können. Kürzere Spulen sind möglicherweise günstiger erhältlich. Einkäufer möchten zwar Kosten sparen, doch dies widerspricht den Vorstellungen der Produktionsmitarbeiter. Fast jeder Fabrikleiter würde zustimmen, dass der Preisunterschied erheblich sein müsste, um die Produktionsausfälle durch zusätzliche Werksstillstände auszugleichen.
Abbey wies außerdem auf die Kapazität des Abwicklers und etwaige andere Einschränkungen am Einlauf des Walzwerks hin. Um die Vorteile des Kaufs größerer Coils nutzen zu können, kann es erforderlich sein, in Anlagen mit höherer Kapazität für den Einlauf zu investieren, um größere und schwerere Coils verarbeiten zu können.
Die Schneidemaschine ist ebenfalls ein Faktor, unabhängig davon, ob das Schneiden im eigenen Haus oder extern durchgeführt wird. Schneidemaschinen haben das größte Gewicht und den größten Durchmesser, den sie verarbeiten können. Daher ist die optimale Abstimmung zwischen Spulen und Schneidemaschinen entscheidend für die Maximierung des Durchsatzes.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es sich um ein Zusammenspiel von vier Faktoren handelt: der Größe und dem Gewicht der Spule, der erforderlichen Breite der Schneidemaschine, der Kapazität der Schneidemaschine und der Kapazität der Zuführungseinrichtung.
Spulenbreite und -zustand. In der Fertigung ist es selbstverständlich, dass die Spulen die richtige Breite und Dicke für die Produktherstellung aufweisen müssen. Fehler können jedoch vorkommen. Walzwerksbediener können geringfügig zu kleine oder zu große Bandbreiten oft ausgleichen, dies ist jedoch nur eine Frage des Ausmaßes. Die Breite des Schlitzes muss unbedingt beachtet werden.
Die Kantenbeschaffenheit des Bandes ist ebenfalls von größter Bedeutung. Eine gleichmäßige Kantenbearbeitung ohne Grate oder sonstige Unregelmäßigkeiten ist entscheidend für gleichbleibende Schweißnähte entlang der gesamten Bandlänge, so Michael Strand, Präsident von T&H Lemont. Auch das anfängliche Aufwickeln, Schneiden und Wiederaufwickeln spielen eine Rolle. Nicht sorgfältig behandelte Spulen können sich verbiegen, was problematisch ist. Das von den Walzenformingenieuren entwickelte Umformverfahren verwendet flaches Band anstelle von gebogenem Band.
„Eine gute Werkzeugkonstruktion maximiert den Durchsatz“, sagte Stan Green, Geschäftsführer von SST Forming Roll Inc. Er betonte, dass es keine einheitliche Strategie für die Rohrumformung und somit auch keine einheitliche Strategie für die Werkzeugkonstruktion gebe. Die Hersteller von Walzenwerkzeugen unterscheiden sich in der Art und Weise, wie sie Rohre verarbeiten und damit auch ihre Produkte. Die Ausbeute variiert ebenfalls.
„Der Radius der Walzenoberfläche ändert sich ständig, daher ändert sich auch die Drehzahl des Werkzeugs über die Werkzeugoberfläche“, erklärte er. Das Rohr durchläuft die Walzmaschine natürlich mit einer konstanten Geschwindigkeit. Daher beeinflusst die Konstruktion die Ausbeute. Eine mangelhafte Konstruktion führt zu Materialverschwendung bei neuen Werkzeugen, und diese Verschlimmerung tritt mit zunehmendem Verschleiß des Werkzeugs ein, fügte er hinzu.
Für Unternehmen, die nicht auf Schulung und Instandhaltung setzen, beginnt die Entwicklung einer Strategie zur Optimierung der Anlageneffizienz mit den Grundlagen.
„Unabhängig von der Art der Fabrik und den hergestellten Produkten haben alle Fabriken zwei Dinge gemeinsam: die Bediener und die Betriebsabläufe“, sagte Abbey. Ein möglichst einheitlicher Fabrikbetrieb erfordere standardisierte Schulungen und die Einhaltung schriftlicher Verfahren, erklärte er. Inkonsistente Schulungen könnten zu Unterschieden bei der Einrichtung und Fehlerbehebung führen.
Um die Anlagenleistung optimal zu nutzen, müssen alle Anlagenbediener – unabhängig von Schicht zu Schicht – einheitliche Einrichtungs- und Fehlerbehebungsverfahren anwenden. Abweichungen in den Verfahren beruhen meist auf Missverständnissen, schlechten Angewohnheiten, Abkürzungen und Notlösungen. Diese erschweren einen effizienten Anlagenbetrieb. Die Probleme können hausgemacht sein oder durch die Einstellung von geschulten Bedienern der Konkurrenz entstehen – die Ursache ist jedoch unerheblich. Konstanz ist entscheidend, insbesondere bei Bedienern mit Erfahrung.
„Die Ausbildung eines Rohrwalzwerksbedieners dauert Jahre, und man kann sich nicht auf einen Einheitsplan verlassen“, sagte Strand. „Jedes Unternehmen braucht ein Schulungsprogramm, das zu seinem Werk und seinen eigenen Abläufen passt.“
„Die drei Schlüsselfaktoren für einen effizienten Betrieb sind Maschinenwartung, Wartung der Verbrauchsmaterialien und Kalibrierung“, sagte Dan Ventura, Präsident von Ventura & Associates. „Eine Maschine hat viele bewegliche Teile – sei es die Mühle selbst, Peripheriegeräte am Ein- oder Auslass, der Schlagtisch oder Ähnliches – und regelmäßige Wartung ist wichtig, um die Maschine in Top-Zustand zu halten.“
Strand stimmt dem zu. „Alles beginnt mit einem vorbeugenden Wartungsinspektionsprogramm“, sagte er. „Es bietet die beste Möglichkeit, ein Werk profitabel zu betreiben. Wenn ein Rohrhersteller nur auf Notfälle reagiert, verliert er die Kontrolle und ist der nächsten Krise ausgeliefert.“
„Jede einzelne Anlage im Werk muss perfekt ausgerichtet sein“, sagte Ventura. „Andernfalls läuft das Werk nicht richtig.“
„In vielen Fällen kommt es bei Walzen, wenn sie ihre Nutzungsdauer überschreiten, zu Kaltverfestigung und schließlich zu Rissen“, sagte Ventura.
„Wenn die Walzen nicht regelmäßig gewartet werden, ist eine Notfallreparatur notwendig“, sagt Ventura. Würden die Werkzeuge vernachlässigt, müsste für ihre Reparatur zwei- bis dreimal so viel Material abgetragen werden wie sonst, erklärte er. Außerdem dauere es länger und sei teurer.
Investitionen in Ersatzwerkzeuge können Notfälle verhindern, wie Strand anmerkte. Wird ein Werkzeug häufig für den Langzeitbetrieb eingesetzt, werden mehr Ersatzteile benötigt als bei Werkzeugen, die nur selten und kurzfristig verwendet werden. Auch die Funktion des Werkzeugs beeinflusst den benötigten Ersatzteilbestand. Lamellen können sich vom Lamellenwerkzeug lösen, und Schweißwalzen können durch die Hitze des Schweißkastens beeinträchtigt werden – Probleme, die bei Form- und Kalibrierwalzen nicht auftreten.
„Regelmäßige Wartung ist gut für die Anlagen, und die korrekte Ausrichtung ist gut für die hergestellten Produkte“, sagte er. Werden diese Punkte vernachlässigt, verbringen die Fabrikmitarbeiter immer mehr Zeit damit, den Mangel auszugleichen. Diese Zeit könnte genutzt werden, um gute, verkaufsstarke Produkte herzustellen. Diese beiden Faktoren sind so wichtig und werden oft übersehen oder vernachlässigt, dass sie laut Ventura die beste Möglichkeit bieten, das Potenzial der Anlage voll auszuschöpfen, den Ertrag zu maximieren und Ausschuss zu reduzieren.
Ventura setzt die Instandhaltung von Mühlen und Verbrauchsmaterialien mit der Wartung von Autos gleich. Niemand fährt mit abgefahrenen Reifen zehntausende Kilometer zwischen den Ölwechseln. Das führt selbst bei schlecht gewarteten Anlagen zu teuren Lösungen oder gar zur Zerstörung.
Eine regelmäßige Werkzeugprüfung nach jedem Lauf sei ebenfalls notwendig, sagte er. Bei der Prüfung könnten Probleme wie feine Risse aufgedeckt werden. Solche Schäden würden entdeckt, sobald das Werkzeug aus der Fräsmaschine entnommen werde, und nicht erst kurz vor dem Einbau für den nächsten Lauf. Dadurch bleibe genügend Zeit, ein Ersatzwerkzeug herzustellen.
„Einige Unternehmen arbeiten trotz geplanter Schließungen weiter“, sagte Green. Er wusste, dass es in dieser Situation schwierig sein würde, eine geplante Schließung einzuhalten, wies aber darauf hin, dass es sehr gefährlich sei. Schifffahrts- und Speditionsunternehmen sind derzeit entweder so überlastet oder unterbesetzt, oder beides, dass Lieferungen nicht pünktlich erfolgen.
„Wenn in der Fabrik etwas kaputt geht und man Ersatz bestellen muss, wie geht man dann mit der Lieferung um?“, fragte er. Luftfracht sei natürlich immer eine Option, könne aber die Versandkosten enorm in die Höhe treiben.
Bei der Instandhaltung von Walz- und Schleifmaschinen geht es um mehr als nur um das Befolgen eines Wartungsplans; es geht darum, den Wartungsplan mit dem Produktionsplan abzustimmen.
In allen drei Bereichen – Betrieb, Fehlersuche und Instandhaltung – kommt es auf umfassende Erfahrung an. Warren Wheatman, Vizepräsident der Werkzeugsparte von T&H Lemont, erklärte, dass Unternehmen mit nur ein oder zwei Walzwerken zur Eigenproduktion von Rohren oft weniger Personal für die Walzwerks- und Werkzeugwartung einsetzen. Obwohl die Instandhaltungsmitarbeiter über Fachwissen verfügen, haben kleinere Abteilungen weniger Erfahrung als größere, was sie benachteiligt. Verfügt das Unternehmen über keine eigene Entwicklungsabteilung, muss die Instandhaltungsabteilung Fehlersuche und Reparaturen selbst durchführen.
Strand fügte hinzu, dass Schulungen für Betriebs- und Instandhaltungsabteilungen heute wichtiger denn je seien. Die Pensionierungswelle der alternden Babyboomer führe dazu, dass das einst so wichtige Erfahrungswissen in Unternehmen immer mehr verloren gehe. Zwar könnten sich viele Rohrhersteller noch auf die Beratung ihrer Ausrüstungslieferanten verlassen, doch auch dieses Fachwissen sei nicht mehr so ​​umfangreich wie früher und nehme weiter ab.
Der Schweißprozess ist genauso wichtig wie jeder andere Prozess, der bei der Herstellung eines Rohres stattfindet, und die Rolle einer Schweißmaschine kann nicht hoch genug eingeschätzt werden.
Induktionsschweißen. „Etwa zwei Drittel unserer Aufträge betreffen heute Nachrüstungen“, sagte Prasek. „Dabei werden in der Regel alte, problematische Schweißanlagen ersetzt. Der Durchsatz ist momentan der Hauptfaktor.“
Er sagte, viele lägen acht Tore zurück, weil das Rohmaterial verspätet eingetroffen sei. „Wenn das Material endlich da ist, fällt meist die Schweißanlage aus“, sagte er. Erstaunlich viele Röhrenhersteller verwenden sogar noch Maschinen mit Vakuumröhrentechnologie, die mindestens 30 Jahre alt sind. Das Wartungswissen für diese Maschinen ist nicht umfangreich, und Ersatzröhren sind schwer zu beschaffen.
Die Herausforderung für Rohrhersteller, die diese Rohre noch verwenden, liegt in deren Alterung. Sie versagen nicht abrupt, sondern verschleißen langsam. Eine Lösung besteht darin, die Schweißwärme zu reduzieren und die Walzmaschine langsamer laufen zu lassen, um dies auszugleichen. Dadurch lassen sich die hohen Investitionskosten für eine neue Maschine leicht vermeiden. Dies vermittelt fälschlicherweise den Eindruck, dass alles in Ordnung sei.
Die Investition in eine neue Induktionsschweißanlage kann den Stromverbrauch des Werks deutlich senken, so Prasek. Einige Bundesstaaten – insbesondere solche mit hoher Bevölkerungsdichte und überlasteten Stromnetzen – bieten großzügige Steuervergünstigungen für den Kauf energieeffizienter Geräte. Ein weiterer Anreiz für Investitionen in neue Produkte seien die potenziellen neuen Produktionsmöglichkeiten, fügte er hinzu.
„In der Regel ist ein neues Schweißgerät wesentlich effizienter als ein älteres und kann Tausende von Dollar einsparen, da es eine höhere Schweißkapazität bietet, ohne dass die elektrische Anlage aufgerüstet werden muss“, sagte Prasek.
Die Ausrichtung der Induktionsspule und des Widerstands ist ebenfalls wichtig. John Holderman, Geschäftsführer von EHE Consumables, erklärt, dass eine korrekt ausgewählte und installierte Induktionsspule eine optimale Position relativ zur Schweißwalze aufweisen und einen gleichmäßigen und korrekten Abstand zum Rohr gewährleisten muss. Bei falscher Einstellung fällt die Spule vorzeitig aus.
Die Aufgabe des Blockers ist einfach: Er unterbricht den Stromfluss und leitet ihn zum Rand des Bandes. Wie bei allen Komponenten der Walzanlage ist die Positionierung entscheidend, erklärt er. Die korrekte Position befindet sich am höchsten Punkt der Schweißnaht, aber das ist nicht der einzige zu berücksichtigende Faktor. Auch die Installation ist kritisch. Wird der Blocker an einem Dorn befestigt, der nicht ausreichend steif ist, kann sich seine Position verändern; er zieht den Innendurchmesser des Bandes sogar am Rohrboden entlang.
Durch die Nutzung von Trends im Bereich der Schweißzusatzwerkstoffe kann das Split-Coil-Konzept einen signifikanten Einfluss auf die Anlagenverfügbarkeit haben.
„Großrohrmühlen verwenden schon lange geteilte Spulen“, sagte Haldeman. „Um eine einzelne Induktionsspule auszutauschen, muss man das Rohr durchtrennen, die Spule ersetzen und das Gewinde neu schneiden“, erklärte er. Die geteilte Spule besteht aus zwei Teilen und spart Ihnen somit Zeit und Aufwand.
„Sie wurden bereits in großen Walzwerken eingesetzt, aber es bedurfte einiger ausgefeilter Ingenieursleistungen, um dieses Prinzip auf kleine Spulen anzuwenden“, sagte er. „Noch weniger Aufwand für den Hersteller.“ „Kleine zweiteilige Spulen verfügen über spezielle Hardware und raffiniert konstruierte Klemmen“, sagte er.
Hinsichtlich des Kühlprozesses des Blockers haben Rohrhersteller zwei traditionelle Möglichkeiten: ein zentrales Kühlsystem im Werk oder ein separates, dediziertes Wassersystem, das teuer sein kann.
„Am besten kühlt man den Widerstand mit sauberem Kühlmittel“, sagte Holderman. Aus diesem Grund kann eine kleine Investition in ein spezielles Drosselfiltersystem für das Kühlmittel der Mühle die Lebensdauer der Drossel erheblich verlängern.
Das Kühlmittel der Mühle wird häufig am Drosselventil verwendet, sammelt aber Metallpartikel an. Trotz aller Bemühungen, die Partikel in einem zentralen Filter aufzufangen oder mit einem zentralen Magnetsystem zu entfernen, gelangen manche Personen dennoch an diesem Hindernis vorbei. Metallpulver haben hier nichts zu suchen.
„Sie erhitzen sich im Induktionsfeld und brennen sich in das Widerstandsgehäuse und den Ferrit ein, was zu vorzeitigem Ausfall und anschließender Abschaltung zum Austausch des Widerstands führt“, sagte Holderman. „Sie lagern sich auch an den Induktionsspulen ab und verursachen dort schließlich ebenfalls Schäden durch Lichtbogenbildung.“