강관은 다양한 용도로 사용되는 길고 속이 빈 관입니다. 강관은 용접 강관과 무계목 강관, 두 가지 방식으로 생산됩니다. 두 방식 모두 원강을 먼저 가공하기 쉬운 초기 형태로 주조합니다. 그런 다음 강관을 늘려서 무계목 관으로 만들거나, 가장자리를 압착하여 용접으로 밀봉하여 파이프로 만듭니다. 강관을 생산하는 최초의 방법은 1800년대 초에 도입되었으며, 오늘날 우리가 사용하는 현대식 공정으로 꾸준히 발전해 왔습니다. 매년 수백만 톤의 강관이 생산되며, 그 다재다능함 덕분에 철강 산업에서 가장 많이 사용되는 제품입니다.
역사
사람들은 수천 년 동안 파이프를 사용해 왔습니다. 아마도 가장 먼저 파이프를 사용한 것은 고대 농경민들이 개울과 강물을 밭으로 끌어들였을 것입니다. 고고학적 증거에 따르면 중국인들은 기원전 2000년경부터 갈대 파이프를 사용하여 원하는 곳으로 물을 운반했습니다. 다른 고대 문명에서도 사용되었던 점토 파이프가 발견되었습니다. 서기 1세기에는 유럽에서 최초의 납 파이프가 건설되었습니다. 열대 지방에서는 대나무 파이프를 사용하여 물을 운반했습니다. 식민지 시대 미국인들도 비슷한 목적으로 나무를 사용했습니다. 1652년에는 보스턴에서 속이 빈 통나무를 사용하여 최초의 상수도가 건설되었습니다.
용접 파이프는 강철 스트립을 일련의 홈이 있는 롤러 사이로 굴려 재료를 원형으로 성형하여 제작됩니다. 그런 다음 용접되지 않은 파이프가 용접 전극을 통과합니다. 이 장치들은 파이프의 양쪽 끝을 서로 밀봉합니다.
1840년대 초, 철공들은 이미 이음매 없는 관을 생산할 수 있었습니다. 한 가지 방법은 단단한 금속의 둥근 빌릿에 구멍을 뚫는 것이었습니다. 그런 다음 빌릿을 가열하고 여러 다이를 통해 인발하여 파이프를 길게 만들었습니다. 이 방법은 중앙에 구멍을 뚫기가 어려웠기 때문에 비효율적이었습니다. 그 결과 한쪽이 다른 쪽보다 두꺼워 고르지 않은 파이프가 만들어졌습니다. 1888년에는 개선된 방법이 특허를 받았습니다. 이 공정에서는 단단한 빌릿을 내화 벽돌 심 주위에 주조했습니다. 식힌 후 벽돌을 제거하면 가운데에 구멍이 남았습니다. 그 이후로 새로운 롤러 기술이 이러한 방법을 대체했습니다.
설계
강관에는 두 가지 종류가 있는데, 하나는 심리스(seamless)이고 다른 하나는 길이 방향으로 단일 용접 이음매가 있습니다. 두 가지 모두 용도가 다릅니다. 심리스(seamless) 튜브는 일반적으로 무게가 가볍고 벽이 얇습니다. 자전거나 액체 운반에 사용됩니다. 심리스 튜브는 더 무겁고 단단합니다. 접합(seamless) 튜브는 경도가 더 좋고 일반적으로 직선적입니다. 가스 운송, 전기 도관, 배관 등에 사용됩니다. 일반적으로 파이프에 큰 응력이 가해지지 않는 경우에 사용됩니다.
원자재
파이프 생산의 주요 원자재는 강철입니다. 강철은 주로 철로 이루어져 있습니다. 합금에 포함될 수 있는 다른 금속으로는 알루미늄, 망간, 티타늄, 텅스텐, 바나듐, 지르코늄 등이 있습니다. 생산 과정에서 마감재가 사용되는 경우도 있습니다. 예를 들어 페인트가 사용될 수 있습니다.
심리스 파이프는 단단한 빌릿을 가열하여 원통형으로 성형한 후, 늘어나고 속이 비어 있을 때까지 압연하는 공정을 사용하여 제조됩니다. 속이 비어 있는 중앙은 불규칙한 모양이기 때문에, 압연하는 동안 총알 모양의 천공 지점을 빌릿 중앙으로 밀어 넣습니다. 심리스 파이프는 단단한 빌릿을 가열하여 원통형으로 성형한 후, 늘어나고 속이 비어 있을 때까지 압연하는 공정을 사용하여 제조됩니다. 속이 비어 있는 중앙은 불규칙한 모양이기 때문에, 압연하는 동안 총알 모양의 천공 지점을 빌릿 중앙으로 밀어 넣습니다. 파이프에 코팅이 되어 있는 경우 사용됩니다. 일반적으로 생산 라인 마지막 단계에서 강관에 소량의 오일을 도포합니다. 이는 파이프를 보호하는 데 도움이 됩니다. 완제품의 일부는 아니지만, 황산은 제조 단계 중 하나에서 파이프를 세척하는 데 사용됩니다.
제조 공정
강관은 두 가지 다른 공정으로 제작됩니다. 두 공정 모두 전체 생산 과정은 세 단계로 구성됩니다. 첫째, 원강을 가공하기 쉬운 형태로 변환합니다. 둘째, 연속 또는 반연속 생산 라인에서 강관을 성형합니다. 마지막으로, 고객의 요구에 맞게 강관을 절단하고 개량합니다. 일부 강관 제조업체에서는튜브 레이저 절단기튜브의 경쟁력을 높이기 위해 튜브를 이전에 절단하거나 중공화하는 것
심리스 파이프는 단단한 빌릿을 가열하여 원통형으로 성형한 후, 이를 늘려서 속을 비우는 압연 공정을 통해 제조됩니다. 속이 비어 있는 중앙은 불규칙한 형상이기 때문에, 압연 과정에서 총알 모양의 천공 지점을 빌릿 중앙으로 밀어 넣습니다.
잉곳 생산
1. 용강은 철광석과 코크스(공기가 없는 상태에서 석탄을 가열할 때 생성되는 탄소가 풍부한 물질)를 용광로에서 녹인 후, 액체에 산소를 분사하여 대부분의 탄소를 제거하여 만듭니다. 그런 다음 용강을 크고 두꺼운 벽을 가진 주형에 붓고 냉각하여 잉곳(주괴)으로 만듭니다.
2. 판재, 시트 등의 평판 제품이나 막대, 봉재 등의 장척 제품을 성형하기 위해 막대한 압력 하에 대형 롤러 사이에서 잉곳을 성형하여 블룸과 슬래브를 생산합니다.
3. 블룸을 생성하기 위해, 잉곳은 겹쳐 쌓인 한 쌍의 홈이 있는 강철 롤러를 통과합니다. 이러한 유형의 롤러를 "투하이 밀(two-high mill)"이라고 합니다. 경우에 따라 세 개의 롤러가 사용됩니다. 롤러는 홈이 맞닿도록 장착되어 반대 방향으로 움직입니다. 이러한 작용으로 강철은 압착되어 더 얇고 긴 조각으로 늘어납니다. 작업자가 롤러를 뒤집으면 강철은 다시 당겨져 더 얇고 길어집니다. 이 과정은 강철이 원하는 모양이 될 때까지 반복됩니다. 이 과정에서 매니퓰레이터라고 불리는 기계가 강철을 뒤집어 각 면이 고르게 가공되도록 합니다.
4. 잉곳은 블룸 제조 공정과 유사한 공정을 통해 슬래브로 압연될 수도 있습니다. 강재는 한 쌍의 겹쳐진 롤러를 통과하면서 늘어납니다. 하지만 측면에는 슬래브의 폭을 조절하기 위한 롤러가 장착되어 있습니다. 강재가 원하는 모양이 되면, 고르지 않은 끝부분을 잘라내고 슬래브 또는 블룸을 더 짧은 조각으로 자릅니다. 추가 가공
5. 블룸은 일반적으로 파이프로 제작되기 전에 추가 가공됩니다. 블룸은 더 길고 좁은 압연 장치를 거쳐 빌릿으로 가공됩니다. 빌릿은 플라잉 쉬어(flying shears)라고 하는 장치로 절단됩니다. 플라잉 쉬어는 움직이는 빌릿과 함께 움직이며 절단하는 한 쌍의 동기화된 쉬어입니다. 이를 통해 제조 공정을 중단하지 않고 효율적으로 절단할 수 있습니다. 이렇게 쌓인 빌릿은 결국 심리스 파이프가 됩니다.
6. 슬래브는 재가공됩니다. 슬래브를 연성화하기 위해 먼저 1,204°C(2,200°F)로 가열합니다. 이렇게 하면 슬래브 표면에 산화 피막이 형성됩니다. 이 피막은 스케일 브레이커와 고압 물 분사를 통해 제거됩니다. 그런 다음 슬래브는 열간 압연기 위의 일련의 롤러를 통과하여 스켈프(skelp)라고 불리는 얇고 좁은 강철 띠 모양으로 만들어집니다. 이 압연기는 최대 800미터(0.8km) 길이까지 자랄 수 있습니다. 슬래브가 롤러를 통과하면서 점점 얇아지고 길어집니다. 약 3분 만에 두께 15.2cm(6인치)의 강철 조각 하나가 길이 400미터(0.2km)에 달하는 얇은 강철 띠 모양으로 변합니다.
7. 연신 후, 강철은 산세척됩니다. 이 공정은 금속을 세척하기 위해 황산이 담긴 여러 탱크에 강철을 통과시키는 과정을 포함합니다. 마지막으로, 냉수와 온수로 헹구고 건조시킨 후, 큰 스풀에 말아 포장하여 파이프 제조 시설로 운반합니다. 파이프 제조
8. 스켈프와 빌릿은 모두 파이프를 만드는 데 사용됩니다. 스켈프는 용접 파이프로 만들어집니다. 먼저 풀기 기계에 놓습니다. 강철 스풀이 풀리면서 가열됩니다. 그런 다음 강철은 홈이 있는 일련의 롤러를 통과합니다. 롤러가 지나가면서 스켈프의 가장자리가 서로 말리게 됩니다. 이렇게 용접되지 않은 파이프가 형성됩니다.
9. 강철은 다음으로 용접 전극을 통과합니다. 이 장치는 파이프의 양쪽 끝을 서로 밀봉합니다. 용접된 이음매는 고압 롤러를 통과하여 견고한 용접을 형성합니다. 그런 다음 파이프는 원하는 길이로 절단되어 추가 가공을 위해 적재됩니다. 용접 강관은 연속 공정으로 이루어지며, 파이프 크기에 따라 분당 최대 335.3m(1,100피트)까지 제작할 수 있습니다.
10. 심리스 파이프가 필요할 경우, 사각 빌릿을 사용하여 생산합니다. 이 빌릿은 가열 및 성형 과정을 거쳐 원통 모양(라운드라고도 함)으로 만들어집니다. 이 원형 빌릿은 백열로 가열되는 용광로에 넣어집니다. 가열된 원형 빌릿은 고압으로 압연됩니다. 이 고압 압연 과정에서 빌릿은 늘어나고 중앙에 구멍이 생깁니다. 이 구멍은 불규칙한 모양이기 때문에 압연 과정에서 총알 모양의 천공 지점을 빌릿 중앙에 꽂습니다. 천공 단계 이후에도 파이프의 두께와 모양이 여전히 불규칙할 수 있습니다. 이를 교정하기 위해 여러 차례의 압연기를 거칩니다. 최종 가공
11. 두 가지 유형의 파이프 모두 제작 후 교정기를 통과할 수 있습니다. 또한 두 개 이상의 파이프를 연결할 수 있도록 이음매를 장착할 수도 있습니다. 직경이 작은 파이프에 가장 일반적으로 사용되는 이음매는 나사산 가공으로, 파이프 끝에 홈을 파서 조이는 방식입니다. 파이프는 측정기를 통과하기도 합니다. 이 정보는 기타 품질 관리 데이터와 함께 파이프에 자동으로 스텐실 인쇄됩니다. 그런 다음 파이프에 보호 오일을 가볍게 분사합니다. 대부분의 파이프는 일반적으로 녹 방지 처리를 합니다. 아연 도금이나 아연 코팅이 그 예입니다. 파이프의 용도에 따라 다른 페인트나 코팅이 사용될 수 있습니다.
품질 관리
완성된 강관이 규격을 충족하는지 확인하기 위해 다양한 조치가 취해집니다. 예를 들어, X선 측정기는 강관의 두께를 조절하는 데 사용됩니다. 이 측정기는 두 개의 X선을 사용합니다. 한 X선은 두께가 알려진 강관에 조사되고, 다른 X선은 생산 라인에서 통과하는 강관에 조사됩니다. 두 X선 사이에 차이가 있을 경우, 측정기는 자동으로 롤러 크기를 조정하여 이를 보정합니다.
파이프는 공정 마지막 단계에서 결함 여부를 검사합니다. 파이프를 검사하는 한 가지 방법은 특수 기계를 사용하는 것입니다. 이 기계는 파이프에 물을 채운 후 압력을 높여 유지되는지 확인합니다. 결함이 있는 파이프는 폐기됩니다.