DE3429524A1 - THORN ROD OR PLUG FOR A ROLLING MILL FOR THE PRODUCTION OF SEAMLESS TUBES - Google Patents
THORN ROD OR PLUG FOR A ROLLING MILL FOR THE PRODUCTION OF SEAMLESS TUBESInfo
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Description
Beschreibung:Description:
Die Erfindung betrifft eine Dornstange oder Stopfen für eine Walzstraße zum Herstellen nahtloser Rohre mit einer koaxialen Längsbohrung zum Zu- und Abführen von Kühlmittel, insbesondere Wasser, in welche ein das Kühlmittel leitendes Führungselement hineinragt.The invention relates to a mandrel bar or plug for a rolling train for the production of seamless pipes with a coaxial longitudinal bore for supplying and removing coolant, in particular water, in which protrudes a guide element which conducts the coolant.
Derartige Dornstangen oder Stopfen unterliegen hohen mechanischen und thermischen Belastungen, die im Laufe der Zeit durch die erzielte Steigerung der Leistungsfähigkeit der Walzstraßen immer größer geworden sind, so daß man zunehmend eine Innenkühlung dieser Teile vorsieht. Bei einer bekannten Dornstange dieser Art (DE-OS 19 48 082) besteht das das Kühlmittel leitende Führungselement aus einem Rohr, welches koaxial in die Längsbohrung der Dornstange hineinragt. Der Außendurchmesser dieses Rohres ist erheblich kleiner als der Innendurchmesser der Längsbohrung, so daß zwischen der Außenwand des Rohres und der Innenwand der Längsbohrung ein Zwischenraum mit kreis ringförmigem Querschnitt vorhanden ist. Das Kühlmittel strömt durch das Rohr bis in den Bereich der Dornstangenspitze, wo das Rohr endet. Von dort fließt es durch den Zwischenraum mit dem im wesentlichen kreisringförmigen Querschnitt zurück.Such mandrel bars or plugs are subject to high mechanical and thermal loads, which have become greater and greater over time due to the increased efficiency of the rolling mills are, so that one increasingly provides an internal cooling of these parts. In a known mandrel bar of this type (DE-OS 19 48 082) the coolant conducting guide element consists of a tube which projects coaxially into the longitudinal bore of the mandrel rod. Of the The outer diameter of this pipe is considerably smaller than the inner diameter the longitudinal bore, so that between the outer wall of the tube and the inner wall of the longitudinal bore an intermediate space with a circular ring-shaped Cross-section is present. The coolant flows through the tube to the area of the mandrel rod tip, where the tube ends. From there it flows back through the space with the essentially circular cross-section.
Bei dieser bekannten Bauart erfolgt der Wärmeübergang von der Dornstange auf das Kühlmittel ausschließlich über die Innenwandung der Längsbohrung, deren Flächengröße aufgrund der Dornstangenabmessungen begrenzt ist. Die Dornstangenabmessungen werden bestimmt durch das Walzgut und liegen deshalb im wesentlichen fest. Eine Vergrößerung der Innenwandung der Längsbohrung zum Zwecke einer besseren Wärmeableitung ist daher nicht möglich. Eine Vergrößerung des Bohrungsdurchmessers läßt sich nicht durchführen, weil die Wanddicke der Dorn- stange eine bestimmte Mindestdicke nicht unterschreiten darf, da sonst unzulässige Verformungen der Dornstange während des Walzbetriebes zu befürchten sind. Sinngemäß das gleiche gilt auch für die Stopfen, die am vorderen Ende einer Stopfenstange angeordnet sind.In this known design, the heat is transferred from the mandrel rod on the coolant exclusively via the inner wall of the longitudinal bore, the area size of which is due to the mandrel bar dimensions is limited. The mandrel bar dimensions are determined by the Rolled stock and are therefore essentially fixed. An enlargement of the inner wall of the longitudinal bore for the purpose of better heat dissipation is therefore not possible. The bore diameter cannot be enlarged because the wall thickness of the mandrel rod must not fall below a certain minimum thickness, otherwise impermissible deformations of the mandrel bar during the rolling operation are to be feared. The same applies mutatis mutandis to the stoppers that are arranged at the front end of a stopper rod.
Die mit dieser bekannten Bauart erziel bare Wärmeabfuhr reicht bei modernen leistungsstarken Walzstraßen häufig nicht aus, insbesondere dann nicht, wenn man während des Walzbetriebes nur mit einer Dornstange auskommen will, um einen häufigen, relativ aufwendigen Dorn-Stangenwechsel zu vermeiden. Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, Dornstangen oder Stopfen zu schaffen, die wesentlich besser gekühlt werden können und deshalb höher belastbar sind.The heat dissipation achievable with this known design is sufficient modern high-performance rolling mills often fail, especially not if you only use one mandrel bar during the rolling process wants to get by in order to avoid a frequent, relatively complex mandrel bar change. The invention is therefore the task based on creating mandrel bars or plugs that can be cooled much better and are therefore more resilient.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Führungselement wärmeleitend an der Innenwandung der Längsbohrung anliegt, aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Kupfer oder seinen Legierungen besteht sowie mehrere Kanäle für die Kühl mittelzu- und -abfuhr besitzt.According to the invention, this object is achieved in that the guide element rests in a thermally conductive manner on the inner wall of the longitudinal bore, made of a material of high thermal conductivity such as copper or its alloys as well as several channels for the coolant supply and discharge.
Hierdurch wird erreicht, daß die vom Kühlmittel bespülte, wärmeübertragende Gesamtfläche und damit die Wärmeabfuhr beträchtlich vergrößert wird, weil im Führungselement nicht nur jeweils ein Kanal für die Kühlmittelzufuhr und einer für die Kühlmittelabfuhr vorgesehen ist, sondern mehrere Kanäle. Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Dornstange bzw. Stopfen Wärme nicht nur auf das abfließende Kühlmittel übertragen, sondern auch direkt auf das zufließende Kühlmittel, was bei der bekannten Bauart nicht möglich ist, weil dort das zuführende Rohr keine nennenswerte wärmeleitende Berührung mit der Innenwandung der Längsbohrung hat. Ferner läßt sich durch entsprechende Auslegung der Querschnitte der'Kanäle die Wassergeschwindigkeit und damit die Wärmeabfuhr optimal einstellen. Auch wegen der guten Wärmeleitfähigkeit des Führungselementes und seiner wärmeleitenden Anlage an der Innenwandung der Dornstange oder des Stopfens ist man in der Lage, eine besonders große Wärmemenge pro Zeiteinheit aus der Dornstange oder dem Stopfen abzuführen und über die vergrößerten Wärmeübertragungsflächen der Kanalwände des Führungselementes an das Kühlmittel abzugeben. Will man eine gleichmäßige Abkühlung der Dornstange oder des Stopfens auf ganzer Länge erzielen sowie eine möglichst hohe Wärmeabfuhr, empfiehlt es sich, das Führungselement so auszubilden,This ensures that the heat-transferring, flushed by the coolant Total area and thus the heat dissipation is considerably increased, because in the guide element not only one channel for the Coolant supply and one is provided for coolant discharge, but several channels. In addition, in the case of the mandrel rod or plug according to the invention, heat is not only applied to the coolant flowing off transferred, but also directly to the inflowing coolant, which is not possible with the known design because the inflowing coolant is there Tube has no significant heat-conducting contact with the inner wall of the longitudinal bore. Furthermore, by appropriate design of the cross-sections of the channels, the water velocity and thus the Adjust heat dissipation optimally. Also because of the good thermal conductivity of the guide element and its thermally conductive system on the Inside wall of the mandrel bar or of the stopper, one is able to extract a particularly large amount of heat per unit of time from the mandrel bar or to discharge the plug and to the coolant via the enlarged heat transfer surfaces of the channel walls of the guide element submit. If you want to achieve even cooling of the mandrel bar or the stopper along its entire length and as high as possible Heat dissipation, it is advisable to design the guide element in such a way that
daß es sich auf ganzer Länge an der Innenwandung der Längsbohrung wärmeleitend anlegt. Eine in dieser Weise ausgebildete Dornstange bzw. ein solcher Stopfen braucht nicht mehr nach jedem Walzgutstück gewechselt zu werden. Die aufwendigen Wechsel vorrichtungen und der Dornstangenumlauf können eingespart werden. Abmessungsschwankungen durch Wechsel des Innenwerkzeuges wird weitgehend vermieden.that it extends over its entire length on the inner wall of the longitudinal bore thermally conductive. A mandrel bar designed in this way or such a plug is no longer required after each piece of material to be rolled to be changed. The complex changing devices and the The mandrel bar circulation can be saved. Dimensional fluctuations due to changing the inner tool are largely avoided.
Empfehlenswert ist es, in dem Führungselement den Kanal für die Kühlmittelzufuhr innen im Bereich der Längsmittelachse und die Kanäle für die Kühlmittelabfuhr außen auf dem Umfang des Führungselementes verteilt anzuordnen. Demgegenüber ist es jedoch auch möglich, daß das Führungselement im Bereich der Längsmittelachse keinen Kanal für das Kühlmittel aufweist, aber außen auf dem Umfang des Führungselementes verteilt abwechselnd Kühlmittelzu- und Kühlmittelabfuhr- kanäle besitzt. Die letztgenannte Ausführungsform eignet sich vor allem für Dornstangen und Stopfen mit relativ kleinen Außendurchmessern .It is advisable to have the channel for the coolant supply in the guide element inside in the area of the longitudinal center axis and the channels for the coolant discharge outside on the circumference of the guide element to be arranged distributed. On the other hand, however, it is also possible that the guide element does not have a channel in the region of the longitudinal center axis for the coolant, but distributed on the outside of the circumference of the guide element alternately coolant supply and coolant discharge owns channels. The last-mentioned embodiment is suitable especially for mandrel bars and plugs with relatively small outer diameters.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Führungselement durch Löten mit der Innenwandung der Längsbohrung wärmeleitend verbunden. Auf diese Weise erzielt man einen guten Wärmeübergang zwischen dem Führungselement und der Dornstange bzw. dem Stopfen. Demgegenüber ist es auch möglich, daß das Führungselement einerseits und die Dornstange oder der Stopfen andererseits durch Schrumpfen oder Reduzieren der Dornstange bzw. des Stopfens nach dem Einführen des Führungselementes wärmeleitend miteinander verbunden sind. Dabei werden die wärmeübertragenden Flächen durch mechanischen Druck gegeneinander gepreßt und so wärmeleitend verbunden. Wenn das Führungselement aus Kupfer oder Kupferlegierungen besteht und gegebenenfalls auch aus anderen gut wärmeleitenden Werkstoffen, dann braucht man ein unbeabsichtigtes Lösen dieser Verbindung während des Betriebes nicht zu befürchten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient dieser Werkstoffe liegt wesentlich über dem des Stahls, aus dem die Dornstange oder der Stopfen bestehen. Darüberhinaus ist daraufIn an advantageous embodiment of the invention, the guide element connected in a thermally conductive manner by soldering to the inner wall of the longitudinal bore. In this way a good heat transfer is achieved between the guide element and the mandrel rod or the plug. In contrast, it is also possible that the guide element on the one hand and the mandrel rod or the plug on the other hand by shrinking or reducing the mandrel rod or the plug after Insertion of the guide element connected to one another in a thermally conductive manner are. The heat transferring surfaces are mechanically Pressure pressed against each other and thus connected in a thermally conductive manner. If the guide element is made of copper or copper alloys, and if necessary also made of other good heat-conducting materials, then you need an unintentional loosening of this connection during of the company not to be feared. The coefficient of thermal expansion of these materials is significantly higher than that of the steel from which the mandrel bar or the plug exist. Beyond that is on it
j,j,
zu achten, daß der äußere Mantel der Dornstange oder des Stopfens ausreichend dick bemessen ist, damit die auftretenden Walzkräfte keine plastische Verformung bewirken können,make sure that the outer jacket of the mandrel rod or plug is dimensioned sufficiently thick so that the rolling forces that occur cannot cause any plastic deformation,
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann das Führungselement aus durch Strangpressen oder durch spanabhebende Bearbeitung hergestellten Teil stücken kürzerer Länge bestehen, die hintereinander in der Längsbohrung angeordnet sind.In a further embodiment of the invention, the guide element from parts produced by extrusion or machining parts of shorter length exist, one behind the other are arranged in the longitudinal bore.
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:In the drawing, the invention is based on some exemplary embodiments shown. Show it:
Figur 1 den vorderen Endabschnitt einer Dornstange im ' Mittellängsschnitt;FIG. 1 shows the front end section of a mandrel bar in a central longitudinal section;
Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Figur 1;FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1;
Figur 3 einen Stopfen mit erfindungsgemäßem Führungselement im MitteTTängsschnitt;FIG. 3 shows a stopper with a guide element according to the invention in the middleT longitudinal section;
Figur 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Figur 3; Figur 5 eine andere Ausführungsform entsprechend Figur 4.FIG. 4 shows a section along the line IV-IV of FIG. 3; FIG. 5 shows another embodiment corresponding to FIG. 4.
In Figur 1 ist mit 1 eine Dornstange bezeichnet, deren Dornstangenkopf 2 von einem Führungselement 3 gehalten ist. Der Dornstangenkopf 2 verschließt stirnseitig eine Längsbohrung 9 der rohrartigIn Figure 1, 1 denotes a mandrel rod, the mandrel rod head 2 is held by a guide element 3. The mandrel rod head 2 closes a longitudinal bore 9 of the tubular end face
pe ausgebildeten Dornstange 1 und wird mit Hilfe eines Gewindes 4 von dem Führungselement 3 gehalten. Das Führungselement 3 besteht aus einem Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit und legt sich fest an der mit 5 bezeichneten Innenwandung der Längsbohrung 9 an, so da|ß ein guter Wärmeübergang von der Dornstange 1 auf das Führungseidment 3 gewährleistet ist. Ein Kühlmittel, vorzugsweise Wasser, gelangt über ein Rohr 6 aus gut wärmeleitendem Werkstoff in das Innere des Führungselementes 3 und strömt über Kanäle 7 wieder < zurück.pe formed mandrel bar 1 and is with the help of a thread 4 held by the guide element 3. The guide element 3 consists of a material of high thermal conductivity and is firmly attached the inner wall of the longitudinal bore 9, designated by 5, so that there is good heat transfer from the mandrel bar 1 to the guide element 3 is guaranteed. A coolant, preferably water, enters the through a pipe 6 made of a material that conducts heat well Inside of the guide element 3 and flows through channels 7 again < return.
In Figur 2 ist die Querschnittsform der Kanäle 7 deutlich zu erkennen und wie sie im Führungselement 3 eingearbeitet sind. Außerdem ist zu sehen, daß das Rohr 6 Bestandteil des Führungselementes ist und lediglich aus Gründen der Fertigung nicht einstückig mit diesem ausgebildet ist. Um auch das zufließende Kühlmittel über das Rohr 6 an der Wärmeabfuhr zu beteiligen, ist das Rohr 6 fest und gut wärmeleitend mit dem Führungselement 3 verbunden, und zwar über die Stege 3a, die zwischen den Kanälen 7 vorhanden sind. Ein Teil der Wärme fließt also von der Dornstange 1 über das Führungselement 3, dessen Stege 3a in dessen als Kühlmittelzufuhrkanal dienendes Rohr 6 und wird von dort bereits auf das zufließende Kühlmittel übertragen, welches beim Zurückfließen durch die Kanäle 7 weitere Wärme aufnimmt und abführt.The cross-sectional shape of the channels 7 can be clearly seen in FIG and how they are incorporated in the guide element 3. It can also be seen that the tube 6 is part of the guide element and is not formed in one piece with this merely for reasons of production. To also the incoming coolant over To involve the pipe 6 in the dissipation of heat, the pipe 6 is solid and connected to the guide element 3 with good thermal conductivity, namely via the webs 3 a, which are present between the channels 7. A Part of the heat therefore flows from the mandrel bar 1 via the guide element 3, its webs 3a in its serving as a coolant supply channel pipe 6 and is already from there on the inflowing Transferring coolant, which absorbs and dissipates further heat as it flows back through the channels 7.
Der in Figur 3 dargestellte Stopfen 8 wird prinzipiell in der gleichen Weise gekühlt wie die Dornstange 1 gemäß Figur 1 und 2. Auch er besitzt ein Führungselement 3, das in einer koaxialen Längsbohrung 9 des Stopfens 8 eingeschoben ist. Der Stopfen 8 wird von einer Stopfenstange 10 gehalten, die in ihrem Innern eine Kühlmittelzufuhrleitung 11 besitzt, an welche das Führungselement 3 angeschlossen ist. Eine Dichtung 12 trennt das zufliessende von dem abfließenden Kühlmittel. Die Längsbohrung 9 reicht bis in die Spitze des Stopfens 8, wo mehrere - in Figur 3 jedoch nicht alle sichtbaren - auf dem Umfang verteilte Auslaßöffnungen vorgesehen sind, über die ein Teil des Kühlmittels auch auf die Außenfläche des Stopfens 8 gelangen kann.The plug 8 shown in FIG. 3 is cooled in principle in the same way as the mandrel bar 1 according to FIGS. 1 and 2. It also has a guide element 3 which is inserted into a coaxial longitudinal bore 9 of the plug 8. The plug 8 is held by a stopper rod 10, which has a coolant supply line 11 in its interior, to which the guide element 3 is connected. A seal 12 separates the inflowing from the outflowing coolant. The longitudinal bore 9 is sufficient up to the tip of the plug 8, where several - but not all visible in FIG. 3 - outlet openings distributed around the circumference are provided, via which part of the coolant can also reach the outer surface of the plug 8.
Figur 4 zeigt die Ausbildung des Führungselementes 3, das mit seinen Stegen 14 fest und wärmeleitend an der Innenwandung 5 der Längsbohrung 9 des Stopfens 8 anliegt. Als Kühlmittel zuführung dient die Bohrung 15 im Innern des Führungselementes 3 und die Kanäle 7 dienen der Kühlmittel abfuhr wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2.Figure 4 shows the design of the guide element 3, which with his Web 14 rests firmly and in a thermally conductive manner on the inner wall 5 of the longitudinal bore 9 of the plug 8. The coolant supply is used Bore 15 in the interior of the guide element 3 and the channels 7 are used to discharge coolant as in the embodiment according to FIG Figure 2.
Die AusfUhrungsform nach Figur 5 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 4 lediglich dadurch, daß die Bohrung 15 im Bereich der Längsmittelachse fehlt und statt dessen die Kanäle 16 jeweils abwechselnd als Kühlmittelzufuhrkanal und Kühlmittel abfuhr kanal benutzt werden.The embodiment according to FIG. 5 differs from the embodiment according to FIG. 4 only in that the bore 15 is absent in the region of the longitudinal center axis and instead the channels 16 in each case discharged alternately as a coolant supply channel and coolant channel can be used.
Claims (6)
Priority Applications (3)
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Legal Events
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| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8130 | Withdrawal |