Tipps zur Maximierung der Effizienz von Rohr- und Rohrmühlen (Teil II)

Jeder in jeder verarbeitenden Industrie möchte maximale Betriebszeit und maximalen Ertrag, aber wenn Rohstoffe teuer und knapp sind, sind diese Bedenken besonders akut. Getty Images

Anmerkung des Herausgebers: Dies ist der zweite Teil einer zweiteiligen Serie über die Optimierung von Rohr- und Rohrmühlenabläufen. Lesen Sie hier den ersten Teil.

„Die Einschränkungen liegen häufig in den Eingangs- und Ausgangsbereichen“, sagte Nelson Abbey, Direktor von Abbey Products bei Fives Bronx Inc. Ein effizienter Mühlenbetrieb kann durch Materialhandhabung und Coil-Verbindung am Eingangsende beeinträchtigt werden; Auch das Ablängen des Produkts und die Entnahme von Rohren aus der Mühle führen tendenziell zu Einschränkungen am Austrittsende.

Die Spule in die Mühle bringen. Wenn die Spulen lang sind, kann das Stumpfschweißen der ausgehenden Spule mit der eingehenden Spule alle 15 oder 20 Minuten erfolgen, und der Bediener bekommt zwischen den einzelnen Spulen eine Pause, sagte Abbey. Wenn die Spulen kurz sind und nur 5 Minuten dauern. Wenn Sie etwa 100 % der Mitarbeiter durch das Werk arbeiten müssen, stellt der Endverbindungsprozess wahrscheinlich die Produktivitätsgrenze des Werks dar. Längere Spulen bedeuten weniger häufige Mühlenstopps und belasten den Bediener weniger, sagte er.

Die meisten dieser Stumpfschweißnähte dienen nur einem Zweck – die Verbindung der beiden Spulen aufrechtzuerhalten, bis die neue Spule das Walzwerk durchlaufen hat – und die Stumpfschweißung wird verworfen, nachdem dieser Abschnitt die Trennlinie durchlaufen hat.

Bei manchen Anwendungen dient die Stumpfnaht noch einem zweiten Zweck. Bei großen Spiralrohrlängen, die kilometerlang sein können, sind die Stumpfschweißnähte ein Produktmerkmal und müssen ebenso langlebig und dicht sein wie die Längsschweißnähte. Obwohl ein Lichtbogenschweißverfahren traditionell ist, ist die Lasertechnologie bei dieser Anwendung auf dem Vormarsch, sagte Kevin Arnold, Vertriebsleiter im Mittleren Westen von IPG Photonics. Die Vorteile sind dieselben wie bei der Herstellung der Längsnaht mit Lasertechnik, insbesondere der minimale Wärmeeintrag und der minimale daraus resultierende Verzug.

„Der geringere Wärmeeintrag und die kleinere Wärmeeinflusszone sorgen für eine haltbarere Schweißnaht“, sagte Mark Wagner, Vizepräsident für Vertrieb bei Guild International. „Eine harte, spröde Schweißnaht neigt dazu, zu brechen, wenn sich die Verbindung durch das Walzwerk bewegt. Die Spannung kann enorm sein und reicht oft aus, um die Schweißnaht zu zerstören. Bei der Verwendung eines Lasers zum Verbinden der Spulen hat Guild festgestellt, dass Schweißnahtbrüche erheblich reduziert werden und die Linie viel schneller wieder auf Touren kommt.“

„Ein weiteres Problem ist die Dicke der Schweißnaht“, sagte er. „Lichtbogenschweißprozesse hinterlassen typischerweise eine dicke Schweißnaht. Die zusätzliche Dicke beschleunigt den Verschleiß der Walzenwerkzeuge und anderer Geräte wie Inline-Spannungsrichtmaschinen. Daher muss die Schweißnaht entweder manuell oder automatisch gefräst werden, um die Schweißraupe zu reduzieren, damit die Dicke konstant bleibt. Beim Laserschweißen entsteht keine erhabene Schweißnaht, sodass Nachbehandlungen wie Fräsen entfallen.“

Der anfängliche Prozess, die Herstellung der Stumpfnaht, laufe beim Laserschweißen tendenziell auch schneller ab als beim Lichtbogenschweißen, fügte er hinzu.

Machen Sie es, schneiden Sie es aus und entfernen Sie es. Wenn mit der Mühle fast alles gesagt und getan ist, richtet sich der Fokus auf den Trennvorgang. Bei manchen Produkten dauert das Schneiden einfach länger als bei anderen. Sogar ein Produkt, das normalerweise schnell hergestellt wird und leicht zu schneiden ist – beispielsweise ein dünnwandiges Rohr mit kleinem Durchmesser – kann eine Mühle verlangsamen, wenn die endgültigen Schnittlängen kurz sind. Die Säge muss sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Rohr bewegen, um den Schnitt auszuführen, in ihre Ausgangsposition zurückkehren und dann wieder die Geschwindigkeit des Fräsers erreichen, um den nächsten Schnitt auszuführen. Mit abnehmender Schnittlänge muss die Beschleunigung der Säge immer schneller werden, um mithalten zu können.

Über den Schnitt hinaus kann die Endbearbeitung als Teil des Produktionsprozesses zu einem Engpass führen.

„Das Ausspülen der Späne aus dem Rohr, das Planieren und Bündeln sind zusätzliche Prozesse, die normalerweise eine Linie verlangsamen“, sagte Abbey. Das Problem sei, dass diese auf unterschiedliche Weise ablaufen, erklärte Abbey.

„Eine Mühle läuft am effizientesten, wenn sie konstant mit konstanter Geschwindigkeit läuft“, sagte er. „Endbearbeitungsvorgänge sind Start-und-Stopp-Prozesse.“ Oberflächlich betrachtet besteht der Unterschied in der Geschwindigkeit der Mühle gegenüber der Geschwindigkeit der Endbearbeitungsschritte, aber es geht tiefer.

„Bei jedem Linienstopp entsteht mindestens eine Länge Ausschuss“, sagte Abbey. Ein weiterer Nachteil ist die Zeit, die zum Hochfahren der Mühle benötigt wird. „Man drückt keinen Knopf und kommt wieder auf Hochtouren“, sagte er. „Bei typischen Mühlen kann es etwa 10 Minuten dauern.“

Abhängig vom Design des Systems, das häufig durch begrenzte Stellfläche und Hindernisse wie Gebäudesäulen beeinflusst wird, ist ein solches vernetztes System möglicherweise von Natur aus ineffizient. Abhängig von der Komplexität der Handhabung ist es eine gute Lösung, eine großzügige Pufferkapazität zwischen Prozessen zu schaffen, die mit deutlich unterschiedlichen Geschwindigkeiten ablaufen. Wenn es jedoch unmöglich ist, einen Puffer einzubauen, oder wenn der Puffer zu klein ist, ist eine geringere Gesamtproduktionsrate unvermeidlich.

Es erscheint kontraintuitiv, eine Mühle an Endbearbeitungsgeräte anzuschließen, aber tatsächlich sind viele Mühlen auf diese Weise eingerichtet. Abhängig vom Produkt und der Geschwindigkeit, mit der es durch die Mühle läuft, beeinträchtigt diese Konfiguration die betriebliche Effizienz nicht. Beispielsweise könne etwa die Hälfte der Mühlen, die für die Herstellung von Produkten gemäß den Spezifikationen des American Petroleum Institute ausgelegt seien, ohne Auswirkungen auf die Produktivität an das Endbearbeitungssystem angeschlossen werden, sagte Abbey. Allerdings würden viele solcher Setups schneller laufen, wenn sie nicht verbunden wären.

Was sind die Vorteile? Ein solcher Aufbau verbraucht weniger Arbeitskraft als ein getrenntes System und benötigt weniger Stellfläche als ein getrennter Aufbau. Daher sind viele Rohr- und Leitungshersteller bereit, für diese Vorteile auf eine gewisse Liniengeschwindigkeit und möglicherweise niedrigere Gesamtproduktraten zu verzichten.

In manchen Fabriken erfolgen Prozesse wie Spülen und Bündeln manuell, was noch schädlicher sein kann. In einigen Fällen reduzieren diese Prozesse am Ende der Mühle die Mühlengeschwindigkeit um die Hälfte, sagte Abbey. Es ist ein Kompromiss – das Unternehmen tätigt eine geringere Kapitalinvestition und erzielt weniger Einnahmen –, aber es kann unbeabsichtigte Folgen haben. Die Bediener gewöhnen sich an das Tempo der Mühle, und selbst wenn das Unternehmen auf automatische Spülung und Bündelung umsteigt, kann es große Schwierigkeiten mit der Kapitalrendite haben. Nachdem sie gelernt haben, die Arbeit mit 200 Fuß/Minute zu erledigen, fühlen sich die Bediener einfach nicht wohl dabei, eine Mühle zu bedienen, die mit der doppelten Geschwindigkeit läuft.

Der nächste Schritt besteht darin, die Werkzeuge auszurichten. Automatisierte Werkzeugpositionierungsgeräte sind verfügbar, aber viele Rohr- und Leitungshersteller verlassen sich immer noch auf manuelle Einstellungen.

„Motorisierte Anpassungen mit Positionsrückmeldung bei jedem Durchgang können dazu beitragen, dass die Einrichtung viel schneller geht, sodass nur noch ein kleiner manueller Anpassungsaufwand erforderlich ist, um die Einrichtung abzuschließen“, sagte Abbey. Dasselbe gelte für die Einstellungen des Haarglätters, sagte er. Die einzige Einschränkung besteht darin, dass das Wartungspersonal mit der Funktionsweise und Verkabelung jedes Geräts vertraut sein muss und das Unternehmen von jedem kritischen Gerät ausreichend Ersatzteile im Bestand haben muss. Andernfalls kann nur eine einzige fehlerhafte Komponente wie ein Encoder den Prozess erheblich verlangsamen, insbesondere wenn er in einer automatisierten Schnellwechselmühle verwendet wird.

Benötigt ein Rohrhersteller Schnellwechsel-Hardware, elektronische Positionierungsgeräte und andere Hardware, um seine Umrüstzeit zu verkürzen? Nein. Laut Abbey können gute Abläufe und ein motiviertes Team die Umrüstzeit fast halbieren. Er zitierte einen 10-Zoll. Mühle, die über Standardausrüstung und keinerlei Schnellwechselfunktionen oder Einrichtungshilfen jeglicher Art verfügte. Während die meisten dieser Fabriken für eine Umstellung fünf bis acht Stunden benötigen, könnte ein Unternehmen mit einer motivierten Mannschaft und gut dokumentierten Verfahren diese in dreieinhalb Stunden erledigen.

Wenn eine Mühle Rafts – Unterplatten mit Werkzeughalterungen – unterbringen kann, kann dies die Ausfallzeit der Mühle erheblich verkürzen, häufig um bis zu 75 %. Die Umstellung nimmt immer noch Zeit in Anspruch, sodass das Unternehmen immer noch Arbeitskräfte benötigt, um die Werkzeuge auf dem Floß auszutauschen. Dies geschieht jedoch, während die Mühle noch läuft und Geld verdient.

Natürlich geht es auch hier um Planung, wie bei allem anderen auch. Michael Strand, Präsident von T&H Lemont, schlägt drei Flöße pro Mühle vor. Während ein Floß in der Mühle ist und Geld verdient, kann ein zweites Floß mit Werkzeugen für den nächsten Lauf vorbereitet werden. Die Flöße selbst verfügen über eine große Anzahl beweglicher Teile, sodass das dritte Floß bei Bedarf für einen Abriss, eine Inspektion und Reparaturen reserviert werden kann.

„Auch das Gewindeschneiden ist bei einigen Mühlen ein Verbesserungskandidat“, sagte Abbey. „Beim Einfädeln eines neuen Bandes durch das Walzwerk ist es üblich, das Walzwerk mehrfach zu starten und anzuhalten. Sobald das Gewinde eingefädelt ist, wird das Fräsgerät normalerweise eine kurze Strecke lang laufen gelassen, um die Schweißnaht zu überprüfen und Größenanpassungen vorzunehmen, was eine beträchtliche Menge Ausschuss erzeugt. Einfache Verbesserungen in diesem Bereich können durch die Rationalisierung der Schritte und durch die Integration von Verriegelungen mit dem Schweißer erzielt werden, sodass dieser gleichzeitig schweißen und joggen kann.“

„Es würde weniger Ausschuss entstehen, wenn das Unternehmen, das die Schweißstromversorgung herstellt, die Steuerung so ändern würde, dass die Mühle das Material gleichzeitig vorwärts bewegen, schweißen und glätten könnte“, fuhr er fort. „Bei großen Mühlen ist dies eine Notwendigkeit und es reduziert die Menge an Ausschuss, die bei jedem Start anfällt.“

Empfohlene Vorgehensweise.Diese Branchenexperten, von denen jeder über jahrzehntelange Erfahrung auf diesem Gebiet verfügt, lieferten fundierte Einblicke und Perspektiven zu Best Practices:

„Es ist wichtig, jede Wartungsmaßnahme gemäß dem Zeitplan durchzuführen und alles zu dokumentieren“, sagte Strand. Verfolgen Sie jede Aktion in der Mühle, einschließlich der Produktanzahl in Fuß, die von jedem Walzensatz während jedes Durchlaufs hergestellt wird, um über die Jahre hinweg den Überblick über die Mühlenwartung zu behalten.

Durch den Einsatz automatisierter Systeme und Geräte zur Unterstützung der Mühleneinrichtung kann die Umrüstzeit auf ein Minimum reduziert werden. Abbey zitierte eine spezielle, automatisierte Mühle, deren Umrüstung eine Wissenschaft war und die weitgehend auf solche Hardware angewiesen war, und die eine konstante Zeit von 15 Minuten erreichte. Umstellungen. In diesem Fall war es notwendig, den Eingriff des Bedieners auf ein Minimum zu beschränken.

„Rohr- und Leitungshersteller müssen bei der Nutzung des Walzwerks vorsichtig sein“, sagte Stan Green, General Manager von SST Forming Roll Inc. „Viele der heutzutage verfügbaren Materialien sind viel härter als herkömmliche Kohlenstoffstähle, und die Stahlhersteller scheinen dies zu tun.“ Wir werden ständig stärkere Materialien einführen“, sagte er. Die Verwendung einer Mühle, die für Kohlenstoffstahl mit einer Mindeststreckgrenze von 50.000 PSI ausgelegt ist, zur Verarbeitung von 80.000 PSI-Material wird den Verschleiß aller Komponenten der Mühle beschleunigen und wahrscheinlich etwas kaputt machen – und zwar eher früher als später.

Inspektionen, Wartung, Ausrichtung und Ausbeute arbeiten zusammen, insbesondere mit Werkzeugen und Rollenständern.

„Der schwächste Punkt ist der Punkt, der sich [aus der Position] bewegt“, sagte Green. Er bezeichnete ein kleines bisschen Bewegung, alles über 0,010 Zoll, als zu viel Bewegung. „Die richtige Position der Werkzeuge ist für einen konsistenten Prozess und die Maximierung der Ausbeute wichtig, aber man kann die Werkzeuge nicht in der richtigen Position halten, wenn die Lager und Wellen abgenutzt sind“, sagte er.

Haushaltsangelegenheiten. Regelmäßige Wartung ist immer wichtig. Es ist Tag für Tag, Woche für Woche, Monat für Monat, Jahr für Jahr ein kritisches Thema. Die Einhaltung des empfohlenen Wartungsplans für jedes Element ist nicht wichtiger, wenn die Auflagen kleiner sind und häufiger Umrüstungen erfolgen, aber diese Aktivitäten werden in schwierigen Zeiten eher verzögert oder sogar übersehen.

„In guten Zeiten zögern Rohr- und Leitungshersteller, die Produktion wegen Wartungsarbeiten einzustellen“, sagte Michael Strand, Präsident von T&H Lemont. „In schwierigen Zeiten wollen sie das Geld nicht ausgeben.“ Und obwohl viele Fabriken derzeit auf Hochtouren laufen, ein Zeichen guter Zeiten, sind einige der Geschäftsbedingungen schwierig – insbesondere die rasant hohen Rohstoffkosten und die wenig zuverlässigen Lieferketten, Folgen der Pandemie.

„Mehr Geld für das Rohmaterial und mehr Zeit für Umrüstungen bedeutet weniger Geld und Zeit für geplante Wartungsarbeiten“, sagte Dan Ventura, Präsident von Ventura & Associates. Es geht nicht nur darum, Geld auszugeben, sondern es mit Bedacht auszugeben. Um qualitativ hochwertige Produkte herzustellen, sind hochwertige Maschinen und Verbrauchsmaterialien erforderlich, und bessere Investitionen können sich auszahlen.

„Beim Werkzeugkauf orientieren sich viele Rohrhersteller direkt an den Angeboten und treffen ihre Entscheidungen auf der Grundlage des Preises“, sagte Strand. Wenn es sich nicht um einen vertrauenswürdigen Werkzeuganbieter handelt, ist es unmöglich zu wissen, ob das Werkzeug das richtige Design für Ihre Mühle hat, aus der richtigen Legierung besteht und ob es ordnungsgemäß wärmebehandelt wurde.

Dasselbe gelte für das im Impeder verwendete Ferrit, sagte John Holderman, General Manager von EHE Consumables.

Nur wenige würden so weit gehen, etwas zu erforschen, was viele als winziges Detail betrachten würden, aber Ferrit variiert in der Qualität, was seiner Fähigkeit entspricht, seine Aufgabe zu erfüllen. Um die elektrische Energie optimal zu nutzen, muss der Ferrit drei Eigenschaften aufweisen: geringe Verluste, hohe Permeabilität und hohe Sättigung der Flussdichte. Für eine lange Haltbarkeit sind hitzebeständige Konstruktionsmethoden und Bindemittel erforderlich.

Das Gleiche gilt für alles andere in der Mühle. Sparsamkeit ist eine Sache, aber zu weit zu gehen kann dazu führen, dass unverhältnismäßig viel Zeit und Aufwand für Reparaturen aufgewendet werden und es mit zunehmendem Alter der Geräte zu mehr Ausfallzeiten als nötig kommt.

Geschwindigkeitsbegrenzung brechen. Wenn ein Unternehmen alle Best Practices befolgt, wie kann es dann weitergehen? Für diejenigen, die vorbereitet sind, gibt es noch eine weitere Grenze, die verschoben werden muss.

„Wenn alles eingestellt ist, kann der Bediener noch etwas tun, um den Durchsatz zu maximieren“, sagte Abbey. „Ein motivierter Bediener kann die Mühle etwas schneller betreiben, als er es gewohnt ist.“ Abbey räumt ein, dass dies bedeutet, dass der Bediener außerhalb seiner Komfortzone arbeiten muss, und das ist nicht einfach, aber dies ist ein letzter Bereich für Produktivitätssteigerungen und vielleicht die einzige Möglichkeit, herauszufinden, was die Mühle wirklich leisten kann.