CN103025445A - 生产无缝管的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种借助于芯棒（4）由加热的巨大金属块生产无缝管的方法，所述芯棒固定在轧制棒（5）上，其中，在借助于轧制棒（5）的影响从巨大金属块到中空块（3）的成形过程期间，将涂层材料施加到中空块（3）的内侧上，所述中空块是在成形期间产生的。
Description
1. 发明领域
本发明涉及一种由加热的巨大金属块生产无缝管的方法，特别是包括斜轧机(cross-rolling mill)，其中，所述块借助于以一定角度设置的辊驱动并通过内部工具轧制，其中所述内部工具由芯棒构成，其固定在轧制棒上从而在必要时能够分离。
在轧制期间，轧制棒以其背向芯棒的末端将其自身抵靠支撑在芯棒止推块上。被加热至轧制热度(rolling heat)的巨大并且通常呈圆形的金属块被穿孔并在后续工序中拉伸形成无缝管。该圆形块借助于以一定角度设置的辊驱动并通过芯棒轧制从而产生孔。因而，芯棒的目标是刺穿所述块的核芯区域，使产生的中空块的内表面平滑和使其壁厚达到期望的尺寸。
例如，由DE 1 96 04 969 C2已知这样一种方法以及实施所述方法的装置。该公开特别是涉及成形工具的磨损和对它们进行冷却的必要性，以及冷却剂对轧制材料自身的影响。
当加热的金属块与大气氧或其他来源，如冷却水，的氧接触时，在中空块的内表面上产生鳞皮，其理想地必须在进一步成形之前但是不晚于成形期间分离，从而防止在最终产生的无缝管的内侧产生表面误差，必要时，还在第一成形工序之后的变形步骤中除鳞。
在具体化成中空块之后和在中空块进一步成形为无缝管之前，典型地用于此的方法提供用氮气或空气进行的已经松动的鳞皮的吹出，和随后的含硼酸盐的粉末如硼砂的引入。大多数情况下，所述硼砂在中空块的表面上熔融，使鳞皮松动到可被可靠地从中空块内部吹出的程度并将鳞皮转化成液态形式。含硼酸盐的粉末的引入需要4-10秒。最后，已被含硼酸盐的粉末软化、液化或松动的鳞皮的排出，这可能是必须的，又需要1-8秒。
由此现有技术已知的方法不仅导致不期望的生产过程的整体延迟，而且由于每吨轧制原料一般使用大约2kg硼砂，因而会导致硼砂的大量排放和其烧烬进入环境中。最后，通过该方法步骤，中空块的温度也被以不期望的方式降低，而迄今为止中空块的温度是需要的。
为了克服穿孔加工后的轧制鳞皮的干扰影响，JP 63-154207A另外建议将用石墨制成的润滑剂引入到延伸机芯棒和中空块内表面之间的区域。然而，通过其不能显著防止鳞皮的形成。
2. 发明目的
基于上述现有技术，因而本发明的目的是提出一种生产无缝管的方法，其能够可靠地防止现有技术中已知的缺点。根据本发明，该目的可通过包含权利要求1的特征的方法实现。在从属权利要求中给出了本发明的优选实施方案。
3. 发明概述
本发明基于以下认识：当在成形过程中在芯棒对巨大金属块的作用下和在整个穿孔过程中，已向中空块的内表面上施加了涂层材料（所谓的“穿孔器壳内表面处理产品(Piercer Shell Inner
Surface Treatment Product)”或简称“产品”）时，可以可靠地防止在中空块的内表面上和，必要时，在随后由中空块生成的无缝管的内侧上形成鳞皮。
通过优选地完全涂覆中空块的内表面可以有效减缓，即使不是完全防止，鳞皮的形成。根据本发明，通过这样，可以完全摒弃松动鳞皮和将其从成形的中空块中排出的步骤，必要时，而无需接受与中空块内表面的质量有关的缺陷。
而且，含硼酸盐物质的使用及其向环境中排放可以被限制到最小，必要时，可以被完全防止。当使用硼砂作为涂层材料的一个组分时，由于需要的量小得多，因而与上述标准方法相比，该材料的用量以及因而其向环境中的排放仅为10-20%。
因此，本发明适合于可靠防止中空块的内侧与氧，特别是大气氧接触。不过，在根据本发明方法的特别有利的可选方案中，使用了惰性气体，优选氮气，来置换中空块和/或无缝管中的空气。这可以通过，例如，将惰性气体与涂层材料一起并通过相同的管线和开口导入中空块内部来进行。
然而，通过单独的管线和开口提供惰性气体，优选氮气，的本发明方法的实施方案也是优选的，这样可以实现氮气供给和涂层材料供给的分开。
最后，还优选以下实施方案：惰性气体，优选氮气，与涂层材料一起提供，并且必要时，通过单独的管线和/或单独的开口，将氮气额外提供到中空块内部的任何位置。
优选在中空块的内侧脱离芯棒之后，至少几乎立即将涂层材料施加到中空块的内侧上。因此本发明的构思还包括以下方法，其中：甚至在中空块的内表面由于芯棒的形状而从芯棒上抬起之前，涂层材料已经被引入到芯棒和中空块之间，并使所述块迎着芯棒推进。这样，可以完全防止氧与中空块的内侧的接触。
然而，仅在中空块的内侧与芯棒脱离后才施加涂层材料的方法也是优选的。不言而喻，在所述情况下，涂层材料的施加应当尽可能快，以使鳞皮的形成被限制在最小值，这被认为是可接受的。
对于以上述方式施加涂层材料，优选在芯棒和/或轧制棒本身中附加开口，以使涂层材料可以通过这些开口施加到中空块的内侧。因此特别优选多个优选地以等距方式设置在所述工具外周上的开口，以确保通过其配合芯棒和/或轧制棒相对于中空块的旋转，实现涂层材料在中空块的内表面上的完全和优选地均匀分布。
对于涂层材料本身，仅有少量最低要求。必须保证在与中空块的内侧接触后，该涂层材料至少粘附到产生涂层的程度，与上述标准方法相比，通过这样可以至少显著减少(attain)鳞皮的形成，优选减少至少50%，更优选减少至少80%。为此，形成最小厚度为至少1μm的连续涂层膜在当前被认为是有利的。
特别优选这样一种方法，其中，涂层材料体现为在中空块的内侧上以及在无缝管的内侧上的气密性覆盖层。因此极其优选中空块的内侧上的覆盖层的厚度平均小于100μm，特别优选小于10μm。这样确保了可靠防止中空块的内侧与可能存在的大气氧或进入到加工步骤中的其他氧的接触。
在根据本发明的方法的一个优选实施方案中，借助于载体气体，以粉末形式将涂层材料施加到中空块的内侧上。特别优选地，为此使用通向穿过轧制棒和可能地还穿过芯棒的开口的管路，以可靠地确保涂层材料通过这样施加到中空块的内侧上。因此特别优选将载体气体和涂层材料的混合物以小于20巴，优选1-5巴，的压力引入到管线中，以确保通过这样在开口处有足够的压力。
特别优选至少90%的粉末的粒径小于840μm，优选小于250μm，更优选30-50μm。这样确保了在供给管中或在轧制棒或芯棒内的开口中不用担心堵塞，和以特别有利的方式支持包含所述粒径的连续涂层膜的形成。
然而，在根据本发明的方法的可选和同样优选的实施方案中，涂层材料的施加以液体形式进行，优选作为溶解在水中和/或与水混合的粉末进行。这样，涂层材料经由轧制棒或芯棒到中空块的内侧上的供应可以设计为特别简单的形式。而且，液体形式的涂层材料供应还以特别有利的方式支持涂层膜在中空块的内侧上的形成。
在根据本发明方法的这一可选方案的特别优选的实施方案中，液体，尤其是水，在混合物或溶液中的体积分数为60-90%。而且，特别优选通过管线以液体形式在5-50巴，更优选10-25巴，的压力下供应涂层材料。
如果包含硼砂，则涂层材料或者含有硼砂与三聚磷酸钠（NaTTP）的混合物，优选还有皂和/或云母，或者含有硼砂和硫酸钠的混合物，优选添加有石墨。以重量百分比给出的各相应组分的优选含量连同与各个组分的作用有关的信息都在下面表1中给出。
关于云母，其被理解为硅酸盐，特别是层状硅酸盐，通式为DG2,3[T4O10]X2，其中D表示12-配位阳离子（K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4+），G表示6-配位阳离子（Li、Mg、Fe2+、Mn、Zn、Al、Fe3+、Cr、V、Ti），T表示4-配位阳离子（Si、Al、Fe3+、B、Be），而X表示阴离子（OH-、F-、Cl-、02-、S2-）。
根据本发明，优选以钠和/或钾以及钙和/或钡和硅和/或铝和/或铁和/或钛为主要成分的云母。
然而，如果涂层材料完全不含硼酸盐，这是特别优选的，则涂层材料的混合物主要包含三聚磷酸钠（NaTTP）和N-偏磷酸钠，优选Phoskadent M®，其中主要组分由二聚偏磷酸钠（Sodium dimetaphospahte）构成，其中还以特别有利的方式添加有石墨。各个组分的重量百分比连同各个组分的作用都在下面表2中给出。
由此可见，根据本发明的涂层材料不是必须提供润滑效果，即使其确实被认为是有利的。特别地，适合组成的涂层膜的润滑作用对于后续加工步骤，特别是由中空块生产无缝管，可以是有用的。
一种方法，其中，一旦在中空块的生产期间已经施加了涂层膜，则该涂层膜就保留在该中空块中，并在无缝管的整个生产过程中可靠地防止鳞皮的出现。
4. 附图简述
下面将参照附图1详细描述本发明。
图1显示了用于经由轧制棒提供氮气和用于经由轧制棒提供涂层材料的装置的示意图。借助于PLC控制的施加系统，用可调的计量装置施加涂层材料。
5. 发明详述
图1以示意图的方式显示了一个穿轧机，其中，中空块3在以一定角度设置的上辊1和以一定角度设置的下辊2之间，经由芯棒4，驱动，通过所述芯棒固定在轧制棒5上以使其能够被分离。由此，在图中从左到右观察巨大金属块成形为中空块3的进行，其中在成形过程中，中空块的外壳3a从芯棒4上脱离，并在轧制棒5和中空块的内侧6之间形成空气间隙。根据本发明，涂层材料的供应自涂层材料库9经由计量装置10和供给管线8使涂层材料穿过轧制棒和芯棒，必要时，通往中空块的内侧6来进行，以借此实现对中空块的内侧6的完全封闭。以可控的方式，在1-5巴的压力下，经由供给管线8和轧制棒5，将粉末状的涂层材料连同氮气一起施加到真空块的内侧6上。借助于过量的氮气，已经使大气氧几乎完全从真空块3中被置换，氮气不会与中空块3的赤热金属反应，并且已经经由轧制棒5和中空块的内侧6引入至此。如有必要，可以通过另外的（未图示）供给管线将额外的氮气添加到中空块3的内部。
Claims (14)
1.借助于芯棒由加热的巨大金属块生产无缝管的方法，所述芯棒固定在轧制棒上，其中，在借助于轧制棒的影响从巨大金属块到中空块的成形过程期间，将涂层材料施加到中空块的内侧上，其中所述中空块是在成形期间产生的。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于在中空块的内侧脱离芯棒之后，至少几乎立即将涂层材料施加到中空块的内侧上。
3.根据前述权利要求之一所述的方法，特征在于经由设置在芯棒和/或轧制棒中的开口将涂层材料施加到中空块的内侧上。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，特征在于涂层材料体现为在中空块的内侧上以及在无缝管的内侧上的优选气密性的覆盖层。
5.根据权利要求4所述的方法，特征在于中空块的内侧上的覆盖层的厚度平均小于100μm，特别优选小于10μm。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，特征在于在成形过程期间，将惰性气体，优选氮气，导入中空块中和还优选导入无缝管中。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，特征在于借助于载体气体，优选氮气，以粉末形式将涂层材料施加到中空块的内侧上。
8.根据权利要求7所述的方法，特征在于以小于20巴，优选为1-5巴，的压力使用所述载体气体。
9.根据权利要求7或8之一所述的方法，特征在于至少90%的所述粉末的粒径小于840μm，优选小于250μm，特别是在30-50μm之间。
10.根据权利要求1-6之一所述的方法，特征在于涂层材料以液体形式，优选作为溶解在水中和/或与水混合的粉末，施加到中空块的内侧。
11.根据权利要求10所述的方法，特征在于液体，优选水，在混合物或溶液中的体积分数为60-90%。
12.根据权利要求10或11之一所述的方法，特征在于在3-40巴，优选5-20巴，的压力下以液体形式提供涂层材料。
13.根据前述权利要求之一所述的方法，特征在于涂层材料是（a）硼砂和三聚磷酸钠（NaTTP）的混合物，优选还有皂和/或云母，或者（b）硼砂与硫酸钠的混合物，优选还有石墨。
14.根据权利要求1-12之一所述的方法，特征在于涂层材料是三聚磷酸钠（NaTTP）与N-偏磷酸钠的混合物，其优选不含硼酸盐，优选还有石墨。
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