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Verfahren zur Herstellung von strangförmigem Gut, insbesondere nahtlosen Rohren, und Einrichtung zur Ausübung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zum Herstellen von strangförmigem Gut, insbesondere nahtlosen Rohren, das aus in einem unter Druck setzbaren, aufheiz-und kühlbaren Behälter erwärmten, vorzugsweise in flüssigem Zustand eingebrachten Werkstoff, vorzugsweise Stahl, gefertigt wird, der unter Ausnutzung des im Behälter herrschenden Druckes ausgestossen wird.
Die Herstellung nahtloser Rohre erfolgt im allgemeinen derart, dass ein aus dem zu verarbeitenden Material bestehender, meist weissglühender Block in eine Presse eingeführt wird, worauf dann mittels eines Stempels im Block eine Bohrung erzeugt wird und dann der Block durch eine Matrize hindurch zum Rohr verformt wird. Wenn wirtschaftlich gearbeitet werden soll, ist die Rohrlänge verhältnismässig gering, sie schwankt zwischen 10 und 15 m Länge. Dieses Rohr wird dann einem Reduzierwalzwerk zugeführt, abgekühlt, dann einer Druckprüfung unterzogen, gerichtet und entsprechend dem Verwendungzweck weiter bearbeitet.
Bei einem bekannten Strangpressverfahren zur Herstellung, vorzugsweise von Rohren, wird Stahl im Bereich der Matrize in zähflüssigem Zustand erhalten und unter Druck zu einem Rohr ausgepresst. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass das Strangpressen einer bestimmten Materialmenge sehr zeitraubend ist, weil das Material vor dem Auspressen nur in so kleinen Mengen erhitzt werden kann, dass eine übermässige Hitzebeanspruchung der Pressenteile vermieden bleibt. Ein anderer bekannter Vorschlag versetzt zwar zunächst den gesamten Werkstoff in schmelzflüssigen Zustand, sieht jedoch im unteren Bereich des druckdichten Behälters Kühlschlangen vor. Tatsächlich ist also auch hier nur ein Teil des zu verpressenden Werkstoffes zähflüssig.
Was für die Aufheizung des gesamten Werkstoffes an Energie aufgewendet wurde, wird durch den Kühlvorgang wieder vernichtet, was umso nachteiliger ist, als die Kühlung auf einem langen Weg mit grosser Oberfläche vorgesehen ist.
Diese Nachteile vermeidet die Erfindung dadurch, dass der zu verarbeitende Werkstoff im Behälter unter einen Druck gesetzt wird, der höher ist als der zum Auspressen flüssigen Werkstoffes erforderliche Druck und der Auslass des Behälters dann geöffnet wird, wenn der Werkstoff im Behälter infolge Abkühlung zähflüssigen Zustand erreicht hat, um eine schlagartige Abkühlung desselben zu erzielen, sowie er den Auslass des Behälters verlässt, ohne den austretenden Werkstoff zwischen Behälterinnenraum und Auslass auf verhältnismässig langem Wege abkühlen zu müssen.
Die Erfindung ermöglicht es, die Herstellung nahtloser Rohre nicht nur zu vereinfachen, sondern auch erheblich zu verbilligen. Zur Ausübung des Verfahrens kann eine Einrichtung benutzt werden, die aus einem hohlzylinderartigen druckfesten Behälter mit mindestens einem Einlass und einem Auslass besteht, wobei letzterer als auswechselbare Matrize, gegebenenfalls mit in diese einfassendem, ver- schiebbarem und kühlbarem Dorn gestaltet ist. Um das Verfahren ausüben zu können, umfasst diese Einrichtung erfindungsgemäss Anzeigemittel zur Bestimmung des Zähflüssigkeitsgrades des zu verpressenden Werkstoffes. Ferner sind Mittel zur Kühlung der Behälterinnenwand und der Matrize sowie Mittel zum Aufheizen des Behälterinbaltes vorgesehen.
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Der zu verarbeitende Werkstoff wird in flüssigem Zustand in einen MM-und aufheizbaren druckfesten Behälter eingefüllt, entgast und. mittels eines Schutzgases unter hohen Druck gesetzt und dann daraufhin durch'das Schutzgas über den als Matrize mit Hohldorn gestalteten Auslass des Behälters aus diesem herausgedrückt sowie der Werkstoff zähflüssig ist. Dadurch ist man in der Lage, die Längen herzustellender Rohre gegenüber den bisherigen Verfahren zu vervielfachen, also beispielsweise Rohre von 200 bis 500 m pro Minute herzustellen, ohne dass es der Verwendung eines Reduzierwalz. werkes, das verhältnismässig teuer ist, bedarf.
Zweckmässig ist es, den Behälter und gegebenenfalls auch den in ihm angeordneten Dorn in axialer Richtung schwingend hin-und herzubewegen und gegebenenfalls auch um seine bzw. ihre Hauptachse drehbar zu führen bzw. zu lagern. Um den Schliessvorgang nicht zu stören, kann es zweckmässig sein, die Matrize in einem gedämpften Federsystem aufzuhängen ; es muss dann allerdings dafür gesorgt werden, dass die Matrize Bewegungen gegenüber dem Behälter ausführen kann, ohne dass Undichtheiten auftreten. Der die Matrize durchdringende Dorn wird zweckmässigerweise als Hohldorn gestaltet und sein Kühlmittel in Richtung des Austrittes des zu erzeugenden Rohres abgeleitet. Entsprechendes gilt auch für das den Behälter kühlende Medium, so dass das zu erzeugende Rohr hinter der Matrize allseitig von Kühlmitteln, insbesondere Schutzgas, umgeben ist.
Um den Zähflüssigkeitsgrad des zu verarbeitenden Werkstoffes bestimmen zu können, empfiehlt es sich, den Reibungswiderstand zwischen dem zu verarbeitenden Werkstoff und einer gegenüber diesem bewegbaren Wandfläche zu bestimmen. Als bewegbare Wandfläche kann man beispielsweise den der Matrize zugeordneten Hohldorn verwenden. Man kann aber auch das Schwingungsverhalten des Behälters zur Anzeige bringen und daraus auf den Zähigkeitsgrad des Werkstoffes schliessen. Mit Rücksicht daraus, dass die Kosten eines Rohrwerkes erheblich gesenkt werden können, wenn man, wie vorgeschlagen, vorgeht, ist es möglich, mehrere Behälter beispielsweise auf einem Drehtisch anzuordnen und jeweils immer nur einen Behälter zum Erzeugen eines Rohres zu benutzen. Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles schematisch erläutert.
Im Ausführungsbeispiel ist angenommen, dass der der Aufnahme des zu verarbeitenden Werkstoffes dienende Behälter 1 drei Öffnungen 2,3, 4 aufweist, von denen die Öffnung 2 beispielsweise als Einlass für den flüssigen Werkstoff 5 und das Schutzgas dient, das unter Druck in den Behälter 1 eingefüllt wird, sowie über die als Auslass benutzte Öffnung 3 die Entgasung stattgefunden hat. Die Öffnung 4 dient als Auslass des zu einem nahtlosen Rohr zu verarbeitenden Werkstoffes 5. Selbstverständlich sind die Öffnungen 2,3 über Schleusen an den Behälter angeschlossen, in dem der zu verarbeitende Werkstoff erhitzt wird bzw. an die Pumpe, die dem Entgasen dient. Der Behälter wird zweckmässigerweise mit einer Induktionsheizung versehen, die durch die Teile 6 angedeutet ist.
Darüber hinaus wird die die Öffnung 4 umfassende Matrize 7 mit einer besonderen Heizeinrichtung 8 versehen und zweckmässigerweise auswech- selbar im Behälter festgelegt. Nach dem Ausführungsbeispiel kann die Öffnung 4 durch einen Hohldorn 9 abgeschlossen werden, wenn man diesen in Richtung des Pfeiles 10 nach unten bewegt. Dorn 9 und Behälter 1 werden durch Kühlwasser bzw. ein Schutzgas gekühlt, deren Bewegungsrichtung durch die Pfeile 11,12 angedeutet ist. Das durch den Dorn 9 hindurchgeführte Kühlwasser bzw. Schutzgas tritt genauso wie das zwischen dem Behälter 1 und der Wand 13 geführte Schutzgas in der Richtung aus, in der das nahtlose Rohr 14 aus dem Behälter austritt, wenn der Querschnitt zwischen Dorn 9 und Matrize 7 geöffnet ist.
Bevor man beispielsweise über die Öffnung 2 beispielsweise flüssigen Stahl in den Behälter einfüllt, ist die Öffnung 4 dicht abgeschlossen und der Behälterinnenraum luftleer gepumpt worden. Nach Einfüllen des Stahles durch eine Schleuse in den Behälter wird er entgast und dann Schutz-Druckgas in diesen eingeführt. Nunmehr sorgt man dafür, dass der Behälter soweit gekühlt wiry, bis die gewünschte Stahltemperatur erreicht ist, also der Stahl einen gewissen Zähigkeitsgrad aufweist. Selbstverständlich kann man den Auslass 4 auch durch einen Stopfen abschliessen und diesen erst dann herausnehmen, wenn die gewünschte Zähflüssigkeit des Stahles vorhanden ist. Der Hohldorn 9 und der Behälter 1 können durch Längs- und Drehschwingungen beeinflusst werden, um den flüssigen Stahl gut zu mischen.
Nachdem der gewünschte Zähflüssigkeitsgrad erreicht ist, wird der Dorn 9 dem Behälter 1 so zugeordnet, dass Werkstoff zwischen beiden ausfliessen könnte, wenn der Stahl nicht so zähflüssig wäre. Man heizt daher den Behälter soweit auf, bis der Stahl aus der Matrize austritt und regelt die Heizung derart automatisch, dass die Austrittsgeschwindigkeit konstant bleibt. Dadurch, dass der Stahl im Behälter unter Druck gesetzt wird, verschiebt sich sein Verflüssigungspunkt nach unten, u. zw. beispielsweise bei einem Druck von 1000 At- mosphären um 100 C. Dadurch erreicht man, dass der Stahl, sowie er aus der Matrize austritt, schneller erstarrt als dies der Fall wäre, wenn er nicht durch Druck beeinflusst würde. Die Verflüssigung tritt also schon hei einer niedrigeren Temperatur auf, wenn der Stahl unter Druck gesetzt ist.
Will man die Länge
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