DE4125218A1 - Schmiermittel zum warmwalzen von stahlprofilen in einem walzgeruest - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiermittel
zum Warmwalzen von Stahlprofilen in einem Walz
gerüst bestehend aus einer Borat und Phosphat enthaltenden
wäßrigen Lösung.
Derartige Schmiermittel, auch Kalibertrennmittel oder
Kaliberschmiermittel genannt, sind bereits aus der
DE-AS 10 50 486 bekannt. Sie dienen dazu, Walzgut und
Walzenwerkstoff beim Durchlauf des Walzgutes durch
das Walzgerüst möglichst frei von Verschweißungen zwischen
dem Walzgut und dem Walzenwerkstoff des Walzenwerkzeugs
zu halten sowie den Reibungswiderstand zwischen dem Walzgut
und dem Walzenwerkzeug zu verringern, um dadurch einer
seits eine glatte Oberfläche des Walzgutes und anderer
seits eine möglichst geringe Werkzeugabnutzung sowie
einen innerhalb wirtschaftlich vertretbarer Grenzen
liegenden Arbeitsaufwand zu erreichen. Der zuvor ver
wendete Begriff Kaliber bezeichnet in der Walztechnik
den zwischen umlaufenden Rillen der einen Walze und den
Rillen der Gegenwalze sich ergebenden Querschnitt, den
das Walzgut beim Durchlauf des Walzgerüstes annehmen soll.
Der Begriff Kalibrieren bezeichnet in diesem Zusammenhang
die Ermittlung der zur Umformung erforderlichen Quer
schnittsform und ihre Aufeinanderfolge.
Üblicherweise werden die Walzenkörper beim Warmwalzen der
Stahlprofile mittels Kühlwasser gekühlt. Dadurch kann ein
Verdünnungseffekt des Schmiermittels verursacht werden,
so daß dieses keine ausreichende Schmierwirkung mehr ge
währleisten kann. Aus diesem Grund hat das bekannte Borat
und Phosphat enthaltende Schmiermittel bislang keine Ver
breitung in der Praxis gefunden. Um die geforderte Schmier- und
Trennwirkung zu gewährleisten, ist es beim Warmwalzen
von Stahlprofilen außerdem erforderlich, daß das aus einer
Salzlösung der beiden vorgenannten Komponenten bestehende
Schmiermittel eine ausreichend hohe Salzkonzentration auf
weist. Eine wäßrige Lösung allein auf Borat- und Phos
phatbasis kann diese Forderung nicht erfüllen, da in einer
solchen Lösung lediglich Sättigungskonzentrationen von ca.
7 Gew.-% bei Raumtemperatur erreichbar sind.
Als Kaliberschmiermittel werden in der Praxis überwiegend
Gemische auf Mineralölbasis, zum Beispiel Öl-Bitumen-Gemi
sche, eingesetzt. Solche Gemische ermöglichen zwar eine
gute Trennung zwischen dem Walzenkörper und dem Walzgut,
weil die beim Verbrennen entstehenden Crack-Produkte Ver
schweißungen zwischen dem Walzgut und dem Walzenwerkstoff
des Walzenkörpers vermeiden und dadurch eine bessere Halt
barkeit der Walzen gewährleisten. Andererseits verursachen
Schmiermittel auf Mineralölbasis beim Warmwalzen von Stahl
profilen in einem Walzgerüst eine starke Rauch- und Qualm
entwicklung, die zum einen zu einer gesundheitsschädlichen
Belastung für das Personal und zum anderen zu einer großen
Umweltbelastung infolge verschmutzten Abwassers und bela
steter Abluft führen kann. Eine solche Rauch- und Qualment
wicklung kann auch zur Sichtbehinderung für das Personal
führen. Um derartige negative Folgen zu vermeiden und da
mit den heutigen Anforderungen der Arbeitsmedizin und der
Umwelttechnik zu genügen, ist bereits vorgeschlagen wor
den, siehe H. Matthes, Tribologische Probleme und darauf
abgestimmte neuere Schmierstoffe beim Warm- und Halbwarm-Um
formen, in Technische Akademie Esslingen, 3. Internatio
nales Kolloquium "Schmierstoffe in der Metallbearbeitung",
1982, Band I, Seite 28.1 bis 28.5, die entstehenden Dämpfe
abzusaugen und in Filtern zu reinigen. Die Verwendung ei
nes solchen Schmiermittels führt deshalb letztlich zu ho
hen Investitions- und Betriebskosten der gesamten Walzan
lage. Im übrigen können sich die Mineralölprodukte dieses
Schmiermittels bei den beim Warmwalzen auftretenden hohen
Temperaturen thermisch zersetzen, so daß das Walzgut an
schließend auch von den bei der thermischen Zersetzung
entstehenden Produkten, zum Beispiel Ölkohle, zu säubern
ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmier
mittel der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das
eine Schmierwirkung auch unter extremen Walzbedingungen
aufrecht erhält und umweltfreundlicher als die bekannten
Schmiermittel auf Mineralölbasis ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Schmier
mittel der oben erwähnten Art dadurch gelöst, daß die
wäßrige Lösung ferner Ethylenglykol (C2H4(OH)2) enthält.
Ein derartiges Schmiermittel ermöglicht auf der einen
Seite die umweltfreundliche Verwendung von Salzen bei
der Warmumformung von Metallen und gewährleistet auf
der anderen Seite eine ausreichende Schmierwirkung in
allen Temperaturbereichen des zu bearbeitenden Stahl
profils von ca. 500 bis 1200°C. Zur Aufrechterhaltung
der Schmier- bzw. Trennwirkung sind bei eutektischen
Salzgemischen nur geringe Auftragsmengen erforderlich,
da diese Gemische keine hydrodynamische Schmierung
hervorrufen, sondern sogenannte monomolekulare Gleit
schichten bilden. Die Zugabe von Ethylenglykol verbessert
die Löslichkeit des Borats in der wäßrigen Lösung, so
daß diese eine erhöhte Kältestabilität aufweist. Somit
kann das erfindungsgemäße Schmiermittel auch bei winter
lichen Temperaturen um etwa 0°C unproblematisch gelagert
werden. Eine bei den bekannten Schmiermitteln erforder
liche Aufheizung auf ca. 30 bis 40°C zur Aufrechter
haltung einer geeigneten Viskosität ist damit entbehrlich.
Insbesondere bei aufgesprühten Schmiermitteln kann es
bei Abkühlung nicht zu Ausfällungen und dadurch be
dingten Verstopfungen der Düsen kommen.
Vorteilhafterweise beträgt der Anteil des Ethylenglykols
in der wäßrigen Lösung 16 bis 50 Gew.-%. Dadurch ist
eine ausreichende Schmierwirkung selbst dann gewähr
leistet, wenn die zur Kühlung der Walzen erforderlichen
Kühlwassermengen einen nicht unbeträchtlichen Verdünnungs
effekt des Schmiermittels bewirken.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Erfindungs
gegenstandes ist das Borat ein Alkalitetraborat, vorzugs
weise Natriumtetraborat (Na2B4O7) mit einem Anteil von
6 bis 20 Gew.-% in der wäßrigen Lösung und das Phosphat
ein Alkaliphosphat, vorzugsweise Natriumphosphat
(Na2HPO4) mit einem Anteil von 3 bis 10 Gew.-% in der
wäßrigen Lösung. Diese Salze sind wärmebeständig,
öl- und fettfrei sowie wasserlöslich. Sie bilden beim
Aufgeben auf die umzuformenden Stahlprofile auch bei
hohen Temperaturen keinen Qualm oder Rauch, sind deshalb
insbesondere für das Personal aus arbeitsmedizinischer
Sicht unproblematischer als Schmiermittel auf Mineralöl
basis. Darüber hinaus können diese Gemischkomponenten
leicht aufgefangen, regeneriert und wiederverwertet
oder entsorgt werden.
Vorzugsweise besteht die wäßrige Lösung aus 13,3 Gew.-%
Borat, 6,7 Gew.-% Phosphat, 33,3 Gew.-% Ethylenglykol
und 46,7 Gew.-% Wasser. Ein eine derartige wäßrige Lö
sung enthaltendes Schmiermittel hat sich im praktischen
Einsatz zur Schmierung eines Walzgerüstes bewährt, da
es auch bei walztechnisch schwierigen, tief eingeschnit
tenen Profilen eine gute Schmierung und damit eine pro
blemlose Walzung zum Beispiel eines Spundbohlenprofils
ohne Rauch- und Qualmentwicklung bei möglichst umwelt
schonenden Anteilen der Salzkomponenten und des Ethylen
glykols ermöglicht.
Vorzugsweise enthält die wäßrige Lösung ein Verdickungs
mittel, beispielsweise ein thixotropes Verdickungsmittel
auf Xanthan-Basis. Dadurch ist eine Verminderung des
Schmiermittelverbrauchs und eine Verbesserung der Haft
fähigkeit des Schmiermittels auf dem jeweiligen Stahl
profil möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Schmiermit
tels beträgt der Anteil des Verdickungsmittels in der
wäßrigen Lösung etwa 0,5 Gew.-%, wobei die wäßrige Lö
sung vorzugsweise 9,0 Gew.-% Borat, 6,0 Gew.-% Phosphat,
28,0 Gew.-% Ethylenglykol, 0,5 Gew.-% Verdickungsmittel
und 56,5 Gew.-% Wasser enthält. Bei einem solchen Schmier
mittel ist eine Verminderung des Schmiermittelverbrauchs
um ca. 2,5 kg pro Tonne Stahlprofil möglich, wobei der
Schmiermittelverbrauch bei einer wäßrigen Lösung ohne
Verdickungsmittel etwa 6 bis 8 kg pro Tonne Stahlprofil
beträgt.
Das Kälteverhalten des das Verdickungsmittel enthaltende
Schmiermittel ist im Vergleich zu einem Schmiermittel
ohne Verdickungsmittel verbessert.
Auch aufgrund der unterschiedlichen Umfangsgeschwindig
keiten des Walzenkörpers im Flankenbereich hervorgerufene
tribologisch kritische Bereiche werden von dem erfindungs
gemäßen Schmiermittel gut benetzt und geschmiert. Die er
haltenen Profile zeigen im Vergleich zu den konventionell
geschmierten Werkstücken eine entzunderte und leicht phos
phatierte Oberfläche gleichmäßiger Struktur. Es ist aber
auch möglich, eine höher konzentrierte oder eine niedriger
konzentrierte wäßrige Lösung für das Schmiermittel zu ver
wenden.
Die höher konzentrierte Lösung enthält vorzugsweise
20 Gew.-% Borat
10 Gew.-% Phosphat
50 Gew.-% Ethylenglykol
20 Gew.-% Wasser.
10 Gew.-% Phosphat
50 Gew.-% Ethylenglykol
20 Gew.-% Wasser.
Eine niedriger konzentrierte wäßrige Lösung enthält
vorzugsweise
10 Gew.-% Borat
5 Gew.-% Phosphat
28 Gew.-% Ethylenglykol
57 Gew.-% Wasser.
5 Gew.-% Phosphat
28 Gew.-% Ethylenglykol
57 Gew.-% Wasser.
Selbst eine nochmalige Verdünnung der wäßrigen Lösung auf
6,7 Gew.-% Borat
3,3 Gew.-% Phosphat
16,7 Gew.-% Glykol
73,3 Gew.-% Wasser
3,3 Gew.-% Phosphat
16,7 Gew.-% Glykol
73,3 Gew.-% Wasser
entfaltet zumindest bei den ersten Durchläufen (Stichen)
des Walzgutes durch das Walzgerüst eine ausreichende
Schmierwirkung.
Das Verdickungsmittel ist vorzugsweise ein Polysaccharid
hoher Molmasse und wird in der Praxis unter dem Namen
Kelzan® vertrieben. Dieses auf Xanthan basierende Ver
dickungsmittel eignet sich besonders für wäßrige Lösun
gen, zum Beispiel in Hydroschmiermitteln, Reinigern und
Entfettern.
Die jeweilige Zusammensetzung der wäßrigen Lösung ohne
Zugabe eines Verdickungsmittels beeinflußt die Verbrauchs
werte an Schmiermittel pro Tonne Stahlprofil nur unwesent
lich, wie anhand experimenteller Untersuchungen festge
stellt worden ist.
Versuche im praktischen Einsatz haben gezeigt, daß das
erfindungsgemäße Schmiermittel besonders vorteilhaft
mittels Düsen auf das Walzgut bzw. den/die Walzenkörper
aufgesprüht werden kann. Es hat sich gezeigt, daß die
Wahl von Sprühdüsen mit im Vergleich zu Sprühdüsen für
herkömmliche Schmiermittel reduzierten Strömungsquer
schnitten bei gleichem Sprühdruck zu besseren Schmier- und
Trennergebnissen führt. Damit läßt sich die Auftrags
menge an wäßriger Lösung im Hinblick auf möglichst
niedrige Verbrauchswerte optimieren. Damit ist es unter
Beibehaltung der geforderten Schmier- und Trennwirkung
möglich, die erforderliche Verbrauchsmenge an Schmiermittel
zu reduzieren, so daß insgesamt eine geringere Umwelt
belastung und geringere Herstellungskosten erzielt werden
können.
Claims (10)
1. Schmiermittel zum Warmwalzen von Stahlprofilen in
einem Walzgerüst, bestehend aus einer Borat und Phosphat
enthaltenden wäßrigen Lösung, dadurch gekenn
zeichnet, daß die wäßrige Lösung ferner Ethylen
glykol (C2H4(OH)2) enthält.
2. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Anteil des Ethylengly
kols in der wäßrigen Lösung 16 bis 50 Gew.-% beträgt.
3. Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Borat ein Alkalitetra
borat, vorzugsweise Natriumtetraborat (Na2B4O7) ist.
4. Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da
durch gekennzeichnet, daß der Anteil des
Borats in der wäßrigen Lösung 6 bis 20 Gew.-% beträgt.
5. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphat
ein Alkaliphosphat, vorzugsweise Natriumphosphat (Na2HPO4)
ist.
6. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil
des Phosphats in der wäßrigen Lösung 3 bis 10 Gew.-% be
trägt.
7. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige
Lösung
13,3 Gew.-% Borat
6,7 Gew.-% Phosphat
33,3 Gew.-% Ethylenglykol
46,7 Gew.-% Wasserenthält.
6,7 Gew.-% Phosphat
33,3 Gew.-% Ethylenglykol
46,7 Gew.-% Wasserenthält.
8. Schmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die wäßrige
Lösung ein Verdickungsmittel, vorzugsweise ein thixotropes
Verdickungsmittel auf Xanthan-Basis enthält.
9. Schmiermittel nach Anspruch 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Anteil des Verdickungsmittels in
der wäßrigen Lösung etwa 0,5 Gew.-% beträgt.
10. Schmiermittel nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge
kennzeichnet, daß die wäßrige Lösung
9,0 Gew.-% Borat
6,0 Gew.-% Phosphat
28,0 Gew.-% Ethylenglykol
0,5 Gew.-% Verdickungsmittel
56,5 Gew.-% Wasserenthält.
6,0 Gew.-% Phosphat
28,0 Gew.-% Ethylenglykol
0,5 Gew.-% Verdickungsmittel
56,5 Gew.-% Wasserenthält.
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DE59201402T DE59201402D1 (de) | 1991-07-30 | 1992-07-28 | Schmiermittel zum Warmwalzen von Stahlprofilen in einem Walzgerüst. |
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Patent Citations (3)
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