EP0356743A2 - Mandrel rod for tube rolling mills - Google Patents

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EP0356743A2
EP0356743A2 EP89114240A EP89114240A EP0356743A2 EP 0356743 A2 EP0356743 A2 EP 0356743A2 EP 89114240 A EP89114240 A EP 89114240A EP 89114240 A EP89114240 A EP 89114240A EP 0356743 A2 EP0356743 A2 EP 0356743A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tube
mandrel bar
tubes
mandrel
transmission means
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP89114240A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0356743A3 (en
Inventor
Francis Dr. Fischer
Jean-Paul Calmes
Alain Dr. Cron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lonza AG
Original Assignee
Lonza AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Lonza AG filed Critical Lonza AG
Publication of EP0356743A2 publication Critical patent/EP0356743A2/en
Publication of EP0356743A3 publication Critical patent/EP0356743A3/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B25/00—Mandrels for metal tube rolling mills, e.g. mandrels of the types used in the methods covered by group B21B17/00; Accessories or auxiliary means therefor ; Construction of, or alloys for, mandrels or plugs

Definitions

  • Mandrel bars of this type are used for the hot rolling of pipes, in particular in the so-called MPM (multiple pipe mill) process, as well as in the push bench process and in continuous pipe rolling mills (so-called Conti lines), the slug being rolled on the mandrel bar.
  • a slug is understood to mean the hollow cylindrical intermediate product in tube production).
  • the rod head can be rounded or provided with a plug of the same diameter.
  • the wall of the blank is rolled out by a plurality of horizontally and vertically opposed pairs of rollers pressing the blank against the mandrel bar.
  • the mandrel rod that moves with the billet is located within the entire rolling process and is warmed up by its temperature and the rolling work. After the rolling process, it is pulled out of the billet and stored for cooling. Another already cooled mandrel bar is used for the next rolling process.
  • the force transmission means can also consist of thermally insulating, elastic material, so that none or only a negligible one Heat quantity is transferred from the outer to the inner tube (or the inner tubes).
  • the inner tube remains at a constant temperature and acts as a mechanical stabilizing element for the entire mandrel bar.
  • the outer tube preferably has an increased surface hardness and quality compared to the inner tube or tubes. Its wall thickness is appropriately chosen so large that the temperature on its inner surface always remains a sufficient tolerance below the decomposition temperature (glass transition temperature) of the thermoset serving as a force transmission means.
  • the inner or innermost tube can be closed at the front and open at the rear, and for cooling a coolant line can be guided through the tube cavity, through which the coolant is guided to the front end of the inner tube and from there flows backwards with cooling of the inner tube wall.
  • cooling channels are located in the space between the tubes.
  • thin cooling tubes can be inserted into the space and then filled with a thermoset.
  • the annular gap 4 has a width of a few millimeters and, as already explained above, is completely filled with a thermosetting plastic which adheres firmly to both the inner surface of the outer tube 2 and the outer surface of the inner tube 3.
  • a thermosetting plastic which adheres firmly to both the inner surface of the outer tube 2 and the outer surface of the inner tube 3.
  • an epoxy resin to which inorganic fibers or a metal powder is optionally admixed, is preferably used.
  • the outer and inner tubes 2 and 3 can be coaxially vertically nested and the intermediate annular gap 4 can be sealed liquid-tight at its lower end.
  • the annular gap 4 is then filled with the thermoset, to which an additive is optionally added.
  • the filling process can be performed by e.g. B. casting or by extrusion. After the thermoset has hardened and the cooling tube 9 has been inserted, the mandrel rod 1 is ready for use.
  • the temperature on the outside of the outer tube 2 varies by a few hundred degrees Celsius (approximately between seven and eight hundred and eighty degrees) and the temperature on the inside depending on the wall thickness and rolling time (a few seconds) ) by a little more than two hundred degrees (approximately between two hundred to three hundred and fifty and eighty degrees).
  • the temperature of the inner tube 3 is due to the low thermal conductivity of the thermoset and the width of the annular gap 4 approximately constant from a few millimeters (at about eighty to one hundred and fifty degrees).
  • the mandrel bar 1 according to the invention behaves significantly more stable against distortion than a solid mandrel bar of a conventional type. This effect should be attributable to the fact that in the mandrel bar 1 according to the invention the inner tube 3, due to the thermal insulation by the thermoset layer, is almost temperature-stable during the entire rolling and subsequent cooling storage cycle is maintained.
  • the outer tube 2 is homogeneous due to its type of manufacture and thus largely free of distortion, should non-uniform cooling or heating occur, any distortion forces of the outer tube 2 are eliminated by the stable inner tube 3. With a conventional mandrel bar, however, there would be a strong warp under the same circumstances.
  • the rolling forces on the mandrel bar 1, as already shown above, are absorbed by the outer and inner tubes 2 and 3.
  • a single tube, apart from the risk of warping, cannot be used because it cannot be produced by rolling with the required wall thickness.
  • the use of tubes made by rolling for the mandrel bar 1 has the advantage that they can be manufactured inexpensively in the required homogeneity and surface quality.
  • cooling tube 9 instead of the cooling tube 9 within the tube 3, several thin tubes can also be embedded in the thermosetting plastic for cooling.
  • the surface of the inner tube can be designed by glued-on or welded webs in such a way that cavities that can be used for a cooling circuit result when inserted into the outer tube 2 and then poured out.
  • the annular space 4 can also be filled with a liquid.
  • the tubes can be supported against each other by resilient webs and the annular space can be sealed liquid-tight on its two end faces.
  • a pressure vessel can be connected to the annulus. The spring forces are then to be chosen at least so large that they bear the weight of the respective pipes. The power transmission during rolling takes place via the liquid.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
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Abstract

Die Dornstange (1) für Rohrwalzwerke, bei denen die Luppe (5) auf der Dornstange (1) gewalzt wird, besteht aus zwei ineinandergesteckten Rohren (2, 3). Der Ringspalt (4) zwischen den Rohren (2, 3) ist mit einem Duroplast ausgefüllt, dessen Ausdehnungskoeffizient so groß gewählt ist, daß der Duroplast auch bei Temperaturdifferenzen zwischen den Rohren (2, 3) den Ringspalt (4) vollständig ausfüllt.The mandrel rod (1) for tube rolling mills, in which the blanks (5) are rolled on the mandrel rod (1), consists of two tubes (2, 3) inserted into one another. The annular gap (4) between the tubes (2, 3) is filled with a thermoset whose coefficient of expansion is so large that the thermoset completely fills the annular gap (4) even when there are temperature differences between the tubes (2, 3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Dornstange für Rohrwalzwerke gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a mandrel bar for tube rolling mills according to the preamble of patent claim 1.

Dornstangen dieser Art werden für das Heißwalzen von Rohren, ins­besondere beim sogenannten MPM (multiple pipe mill)-Verfahren, sowie beim Stoßbank-Verfahren und in kontinuierlichen Rohrwalzwerken (sog. Conti-­Straßen) verwendet, wobei die Luppe auf der Dornstange gewalzt wird. (Un­ter einer Luppe versteht man das hohlzylindrische Zwischenprodukt bei der Rohrherstellung). Der Stangenkopf kann abgerundet oder mit einem Stopfen gleichen Durchmessers versehen sein. Die Wandung der Luppe wird durch mehrere horizontal und vertikal einander gegenüberliegende, die Luppe gegen die Dornstange drückende Walzenpaare ausgewalzt. Die mit der Luppe mitbe­wegte Dornstange befindet sich während des gesamten Walzvorgangs inner­halb derselben und wird durch deren Temperatur und die Walzarbeit aufge­wärmt. Nach dem Walzvorgang wird sie aus der Luppe herausgezogen, und zwecks Abkühlung gelagert. Für den nächstfolgenden Walzvorgang wird eine andere bereits abgekühlte Dornstange verwendet.Mandrel bars of this type are used for the hot rolling of pipes, in particular in the so-called MPM (multiple pipe mill) process, as well as in the push bench process and in continuous pipe rolling mills (so-called Conti lines), the slug being rolled on the mandrel bar. (A slug is understood to mean the hollow cylindrical intermediate product in tube production). The rod head can be rounded or provided with a plug of the same diameter. The wall of the blank is rolled out by a plurality of horizontally and vertically opposed pairs of rollers pressing the blank against the mandrel bar. The mandrel rod that moves with the billet is located within the entire rolling process and is warmed up by its temperature and the rolling work. After the rolling process, it is pulled out of the billet and stored for cooling. Another already cooled mandrel bar is used for the next rolling process.

Dornstangen dieser Art, auf denen die Luppe gewalzt wird, sind zu unterscheiden von jenen Dornstangen anderer Art, die lediglich als Träger eines Stopfens dienen, auf dem die Luppe gewalzt wird. Jene in Stopfen­walzwerken verwendeten Dornstangen haben einen kleineren Durchmesser als der Stopfen, kommen somit nicht in Kontakt mit der Luppe und haben des­halb keine radialen Walzkräfte aufzunehmen.Mandrel bars of this type, on which the billet is rolled, are to be distinguished from those mandrel bars of another type, which only serve as a carrier for a stopper on which the billet is rolled. The mandrel bars used in plug rolling mills have a smaller diameter than the plug, so they do not come into contact with the billet and therefore do not have to absorb any radial rolling forces.

An die Qualität der Dornstangen der eingangs genannten Art werden hinsichtlich ihrer Oberflächenhärte, Geradlinigkeit, Oberflächengüte und Ver­zugsfreiheit während des Walzen hohe Anforderungen gestellt. Während des Walzvorgangs muß die Dornstange großen radialen Druckkräften standhalten können. Die Dornstangen, die Durchmesser von einigen zehn Zentimetern ha­ben können, wurden bis jetzt als massive Rundstähle gewalzt oder geschmie­det, deren Oberfläche behandelt (geglättet und gehärtet) wurde und in die axiale Bohrungen für ein Kühlmittel gebohrt wurden. Die Herstellung und Bearbeitung des Rundstahls in der erforderlichen Qualität und Länge (über zehn Meter) war aufwendig und teuer.High demands are placed on the quality of the mandrel bars of the type mentioned at the outset with regard to their surface hardness, straightness, surface quality and freedom from distortion during rolling. During the rolling process, the mandrel bar must be able to withstand large radial pressure forces. The mandrel bars, which can have a diameter of a few tens of centimeters, have so far been rolled or forged as massive round steels, the surface of which has been treated (smoothed and hardened) and into which axial holes for a coolant have been drilled. The production and processing of the round steel in the required quality and length (over ten meters) was complex and expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine kostengünstige, verzugsfreie, leichte und trotzdem stabile Dornstange zu schaffen.The object of the invention is to provide an inexpensive, distortion-free, light, yet stable mandrel bar.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand des Pa­tentanspruchs 1. Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10 sind bevorzugte Aus­führungsformen der erfindungsgemäßen Dornstange.The achievement of this object is the subject of claim 1. Subject of claims 2 to 10 are preferred embodiments of the mandrel bar according to the invention.

Der Vorteil der Erfindung ist namentlich darin zu sehen, daß die Rohre, aus denen die Dornstange aufgebaut ist, durch Walzen mit verhält­nismäßig dünner Rohrwandung einfach und kostengünstig herstellbar sind. Dabei kann das äußere Rohr aus Stahl hoher Qualität mit homogenem Gefüge und das innere Rohr (bzw. die inneren Rohre) aus keine besonderen Ge­brauchs- bzw. Qualitätseigenschaften aufweisendem Grundstahl bestehen. Die Stahllegierung des äußeren Rohrs läßt sich so auswählen, daß sie sowohl zur Oberflächenbearbeitung und -vergütung bzw. -härtung optimal geeignet ist als auch eine den hohen Walzkräften widerstehende, große Zähigkeit auf­weist. Das geringe Gewicht des äußeren Rohres erleichtert dabei die Bear­beitung seiner Außenfläche.The advantage of the invention can be seen in the fact that the tubes from which the mandrel rod is constructed can be produced simply and inexpensively by rolling with a relatively thin tube wall. The outer tube can be made of high quality steel with a homogeneous structure and the inner tube (or the inner tubes) can be made of base steel that has no special use or quality properties. The steel alloy of the outer tube can be selected in such a way that it is optimally suited both for surface processing and tempering or hardening and also has great toughness that withstands the high rolling forces. The light weight of the outer tube makes it easier to machine its outer surface.

Die ineinanderliegenden Rohre sind zweckmäßig koaxial zueinander angeordnet und durch wenigstens einen Zwischenraum (Ringspalt) radial voneinander distanziert, in dem ein elastisches Kraftübertragungsmittel angeordnet ist, das die auf das äußere Rohr wirkenden Walzkräfte auf das oder die inneren Rohre überträgt, so daß das äußere Rohr durch das oder die inneren Rohre abgestützt ist. Der sandwichartige Aufbau der Dornstange hat zudem den Vorteil, daß sich die Steifigkeiten der einzelnen Rohre in ihrer Wirkung addieren. Die Spaltbreite des Zwischenraums und der Ausdeh­nungskoeffizient des Kraftübertragungsmittels sind vorzugsweise so bemes­sen, daß die unterschiedliche Ausdehnung der Rohre infolge der beim Walzen auf das äußere Rohr einwirkenden, und von diesem zum Kraftübertragungs ­mittel geleiteten Wärme durch die Ausdehnung des Kraftübertragungsmittels annähernd ausgeglichen wird, wobei die Elastizität des Kraftübertragungs­mittels restliche Differenzen in der thermischen Ausdehnung des sandwich­artigen Aufbaus aufnimmt. Das Material des Kraftübertragungsmittels wird zweckmäßig so ausgewählt, daß sein Ausdehnungskoeffizient ein Vielfaches desjenigen des Rohrmaterials ist.The nested tubes are expediently arranged coaxially to one another and spaced radially from one another by at least one intermediate space (annular gap) in which an elastic force transmission means is arranged, which transmits the rolling forces acting on the outer tube to the inner tube or tubes so that the outer tube passes through the inner tube or tubes is supported. The sandwich-like structure of the mandrel rod also has the advantage that the stiffness of the individual tubes add up in their effect. The gap width of the intermediate space and the coefficient of expansion of the force transmission means are preferably dimensioned such that the different expansion of the tubes as a result of the heat exerted on the outer tube during rolling and conducted by this to the power transmission medium is approximately compensated for by the expansion of the force transmission means, the elasticity of the power transmission means absorbs residual differences in the thermal expansion of the sandwich-like structure. The material of the power transmission means is appropriately selected so that its coefficient of expansion is a multiple of that of the pipe material.

Die Rohre könnten auch derart aufeinander aufgeschrumpft sein, daß sie sowohl bei maximaler Erhitzung als auch nach Abkühlung kraftschlüssig ineinanderliegen, was jedoch eine gegenüber dem Sandwichaufbau komplizier­tere und teurere Herstellung bedingen würde.The tubes could also be shrunk onto one another in such a way that they lie non-positively in one another both when heated to the maximum and after cooling, but this would require a more complicated and more expensive manufacture than the sandwich structure.

Als elastisches Kraftübertragungsmittel können Duroplaste wie Epo­xidharze oder Furanharze verwendet werden, dem ein oder mehrere Zu­schlagstoffe zur Beeinflussung des Werts des Ausdehnungskoeffizienten und der Wärmeleitfähigkeit beigemischt werden können. Vorzugsweise werden an­organische Fasern, wie z. B. Kohlenstoff- oder Siliziumkarbidfasern oder ein Metallpulver, z. B. Eisen- oder Stahlpulver beigemischt, deren bzw. dessen Menge so gewählt wird, daß einerseits keine oder nur minimale thermischen Verspannungen zwischen äußerem und innerem Rohr (bzw. den inneren Roh­ren) auftreten und andererseits eine gute Viskosität des Mittels erreicht wird.Thermosets such as epoxy resins or furan resins can be used as elastic force transmission means, to which one or more additives can be added to influence the value of the coefficient of expansion and the thermal conductivity. Inorganic fibers, such as. B. carbon or silicon carbide fibers or a metal powder, e.g. B. iron or steel powder, the amount of which is selected so that, on the one hand, no or only minimal thermal stresses occur between the outer and inner tube (or the inner tubes) and, on the other hand, a good viscosity of the agent is achieved.

Das Kraftübertragungsmittel kann auch aus thermisch isolierendem, elastischem Material bestehen, so daß keine bzw. nur eine vernachläßigbare Wärmemenge vom äußeren auf das innere Rohr (bzw. die inneren Rohre) übertragen wird. Das innere Rohr verbleibt hierdurch auf einer konstanten Temperatur und wirkt als mechanisches Stabilisierungselement für die ge­samte Dornstange.The force transmission means can also consist of thermally insulating, elastic material, so that none or only a negligible one Heat quantity is transferred from the outer to the inner tube (or the inner tubes). As a result, the inner tube remains at a constant temperature and acts as a mechanical stabilizing element for the entire mandrel bar.

Vorzugsweise hat das äußere Rohr gegenüber dem oder den inneren Rohren eine erhöhte Oberflächenhärte und -güte. Seine Wandstärke wird zweckmäßig so groß gewählt, daß die Temperatur an seiner Innenfläche immer um eine ausreichende Toleranz unter der Zersetzungstemperatur (Glasüber­gangstemperatur) des als Kraftübertragungsmittel dienenden Duroplasts bleibt.The outer tube preferably has an increased surface hardness and quality compared to the inner tube or tubes. Its wall thickness is appropriately chosen so large that the temperature on its inner surface always remains a sufficient tolerance below the decomposition temperature (glass transition temperature) of the thermoset serving as a force transmission means.

Das äußere Rohr kann aus einem hochlegierten Stahl, bevorzugt ei­nem mit Chrom legierten Stahl hoher Zähigkeit, und das innere Rohr aus ge­wöhnlichem, billigen Stahl wie z. B. St-37 hergestellt werden, wobei das äußere Rohr zur Erhöhung seiner Oberflächenhärte mit einem harten Belag, vorzugsweise Chrom, überzogen werden kann.The outer tube can be made of a high-alloy steel, preferably a chromium-alloyed steel with high toughness, and the inner tube can be made of ordinary, cheap steel such as. B. St-37 can be produced, wherein the outer tube can be coated with a hard coating, preferably chrome, to increase its surface hardness.

Das innere bzw. innerste Rohr kann vorne geschlossen und hinten offen sein, und zur Kühlung kann eine Kühlmittelleitung durch den Rohr­hohlraum geführt sein, durch die das Kühlmittel zum vorderen Ende des in­neren Rohrs geleitet wird und von dort unter Kühlung der Rohrinnenwandung nach hinten abfließt.The inner or innermost tube can be closed at the front and open at the rear, and for cooling a coolant line can be guided through the tube cavity, through which the coolant is guided to the front end of the inner tube and from there flows backwards with cooling of the inner tube wall.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsart befinden sich im Zwi­schenraum zwischen den Rohren Kühlkanäle. Zum Beispiel können dünne Kühlröhrchen in den Zwischenraum eingeführt und dieser anschließend mit einem Duroplast ausgegossen werden.In a further preferred embodiment, cooling channels are located in the space between the tubes. For example, thin cooling tubes can be inserted into the space and then filled with a thermoset.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Dornstange anhand der Zeichnung näher erläutert.In the following, exemplary embodiments of the mandrel bar according to the invention are explained in more detail with reference to the drawing.

Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Dornstange mit einem üblichen Walzgerüst beim Walzen ei­ner Luppe.The single figure shows a schematic cross section through a mandrel bar according to the invention with a conventional rolling stand when rolling a billet.

Die Dornstange 1 besteht aus einem äußeren Rohr 2 und einem inne­ren zu diesem koaxialen Rohr 3. Zwischen beiden Rohren 2 und 3 befindet sich ein Ringspalt 4 als Zwischenraum, der mit einem Kunststoff ausgegossen ist. Die Luppe 5 wird von horizontal und vertikal einander gegenüberliegen­den Arbeitswalzen 6 und 7 gegen die Dornstange 1 gepreßt. Die Dornstange 1 ist an ihrer in Walzrichtung vorderen Stirnseite geschlossen.The mandrel rod 1 consists of an outer tube 2 and an inner tube 3 coaxial therewith. Between the two tubes 2 and 3 there is an annular gap 4 as a space which is poured out with a plastic. The plate 5 is pressed against the mandrel bar 1 by horizontally and vertically opposite work rolls 6 and 7. The mandrel rod 1 is closed on its front end side in the rolling direction.

Das äußere Rohre 2 der Dornstange ist ein gewalztes Rohr aus hochlegiertem Stahl, vorzugsweise aus mit Chrom legiertem Stahl. Durch die Legierung ist eine hohe Zähigkeit erreicht. Die Rohraußenfläche ist ver­chromt, um sie möglichst hart und glatt zu gestalten, was zum Einlaufen maßgebend ist. Die Zähigkeit sowie die harte und glatte Oberfläche des äußeren Rohres 2 reduzieren dessen Abnutzung während des Walzvorgangs. Die Rohrwandstärke beträgt z. B. fünfundzwanzig Millimeter.The outer tube 2 of the mandrel bar is a rolled tube made of high-alloy steel, preferably of chrome-alloy steel. The alloy achieves high toughness. The outer surface of the pipe is chrome-plated to make it as hard and smooth as possible, which is crucial for running in. The toughness and the hard and smooth surface of the outer tube 2 reduce its wear during the rolling process. The tube wall thickness is z. B. twenty five millimeters.

Das innere Rohr 3 ist ebenfalls ein gewalztes Rohr und besteht aus billigem Grundstahl, z. B. St-37. Aufgabe des inneren Rohres 3 ist es, wie weiter unter beschrieben, das äussere Rohr 2 über den Kunststoff als Kraft­übertragungsmittel im Ringspalt 4 abzustützen. Neben der geforderten me­chanischen Festigkeit zum Abstützen werden somit keine weiteren Forderun­gen an das Material des inneren Rohres 3 gestellt. Seine Wandstärke beträgt z. B. zwanzig Millimeter.The inner tube 3 is also a rolled tube and consists of cheap base steel, e.g. B. St-37. The task of the inner tube 3, as described below, is to support the outer tube 2 via the plastic as a force transmission means in the annular gap 4. In addition to the required mechanical strength for support, no further requirements are placed on the material of the inner tube 3. Its wall thickness is z. B. twenty millimeters.

Der Ringspalt 4 hat eine Breite von einigen Millimetern, und ist, wie bereits oben dargelegt, mit einem Duroplast vollständig ausgefüllt, welcher sowohl an der Innenfläche des äußeren Rohres 2 als auch an der Außenflä­che des inneren Rohres 3 fest haftet. Wie aus weiter unten dargelegten Gründen ersichtlich, wird bevorzugt ein Epoxidharz, dem gegebenenfalls an­organische Fasern oder ein Metallpulver als Zuschlagstoff beigemischt ist, verwendet.The annular gap 4 has a width of a few millimeters and, as already explained above, is completely filled with a thermosetting plastic which adheres firmly to both the inner surface of the outer tube 2 and the outer surface of the inner tube 3. As can be seen from the reasons set out below, an epoxy resin, to which inorganic fibers or a metal powder is optionally admixed, is preferably used.

Im inneren Rohr 3 liegt ein Kühlrohr 9, das in nicht dargestellter Weise in der Nähe des hinteren Endes der Dornstange 1 befestigt ist. Das Kühlrohr 9 hört einige Zentimeter vor der vorderen Stirnwand der Dornstan­ge 1 auf. An seinem der Stirnwand zugewandten vorderen Ende ist es offen und an seinem hinteren Ende trägt es einen nicht dargestellten Kühlmittel­anschluß zum Anschluß an den Ausgang eines nicht dargestellten Wärmetau­ schers eines nicht dargestellten Kühlkreislaufs. Das Kühlimittel, bevorzugt Wasser oder Öl, läuft in dem Kühlrohr 9 in Richtung der Stirnwand und zwi­schen der Außenwandung des Kühlrohres 9 und der zu kühlenden Innenwan­dung des inneren Rohres 3 wieder Das hintere Ende der Dornstange 1 trägt einen nicht dargestellten, weiteren Anschluß, an dem das erwärmte rückfließende Kühlmittel mit dem nicht dargestellten Eingang des Wärmetau­schers verbunden ist.In the inner tube 3 is a cooling tube 9, which is fastened in a manner not shown near the rear end of the mandrel rod 1. The cooling tube 9 stops a few centimeters in front of the front end wall of the mandrel bar 1. At its front end facing the end wall it is open and at its rear end it carries a coolant connection (not shown) for connection to the outlet of a heat rope (not shown) shear of a cooling circuit, not shown. The coolant, preferably water or oil, runs in the cooling tube 9 in the direction of the end wall and between the outer wall of the cooling tube 9 and the inner wall of the inner tube 3 to be cooled again. The rear end of the mandrel rod 1 carries a further connection, not shown, to which the heated back-flowing coolant is connected to the inlet of the heat exchanger, not shown.

Zur Herstellung der Dornstange 1 kann das äußere und innere Rohr 2 und 3 koaxial vertikal ineinandergestellt und der dazwischen liegende Ring­spalt 4 an seinem unteren Ende flüssigkeitsdicht abgeschlossen werden. An­schließend wird der Ringspalt 4 mit dem Duroplast, dem gegebenenfalls ein Zuschlagstoff beigemengt ist, gefüllt. Der Füllvorgang kann abhängig vom Duroplast durch z. B. Gießen oder durch Extrusion erfolgen. Nach Aushärten des Duroplasts und dem Einlegen des Kühlrohrs 9 ist die Dornstange 1 ge­brauchsfertig.To produce the mandrel bar 1, the outer and inner tubes 2 and 3 can be coaxially vertically nested and the intermediate annular gap 4 can be sealed liquid-tight at its lower end. The annular gap 4 is then filled with the thermoset, to which an additive is optionally added. Depending on the thermoset, the filling process can be performed by e.g. B. casting or by extrusion. After the thermoset has hardened and the cooling tube 9 has been inserted, the mandrel rod 1 is ready for use.

Während des Walzens ist das äußere Rohr 2 an seiner Aussenseite im innigen Kontakt mit der heißen Innenseite (ungefähr zwölfhundert Grad Cel­sius) der Luppe 5. Die Wandstärke des äußeren Rohrs 2 beträgt, wie er­wähnt, ungefähr fünfundzwanzig Millimeter. Die Temperatur der Innenwan­dung des äußeren Rohrs 2 steigt während des Walzvorgangs aufgrund der Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität des Rohrmaterials (auf ungefähr zweihundert bis maximal dreihundertfünfzig Grad Celsius) und bleibt deutlich unterhalb der Zersetzungstemperatur (Glasübergangstemperatur) des Duro­plasts von ungefähr vierhundert Grad, das innig an der Innenwandung des äußeren Rohrs 2 anliegt. Bis zu Beginn des nächsten Walzvorgangs kühlt die Dornstange 1 wieder ab (auf etwa neunzig Grad).During rolling, the outer tube 2 is on the outside in intimate contact with the hot inside (about twelve hundred degrees Celsius) of the billet 5. The wall thickness of the outer tube 2, as mentioned, is about twenty-five millimeters. The temperature of the inner wall of the outer tube 2 rises during the rolling process due to the thermal conductivity and thermal capacity of the tube material (to approximately two hundred to a maximum of three hundred and fifty degrees Celsius) and remains well below the decomposition temperature (glass transition temperature) of the thermoset of approximately four hundred degrees, which is intimate on the inner wall of the outer tube 2 is applied. The mandrel bar 1 cools down again (to approximately ninety degrees) until the beginning of the next rolling process.

Während der Erwärmungs- und Abkühlungszyklen beim Walzen und Zwischenlagern variiert die Temperatur an der Aussenseite des äußeren Rohrs 2 um einige hundert Grad Celsius (ungefähr zwischen sieben- und achthundert und achtzig Grad) und die Temperatur an der Innenseite je nach Wandstärke und Walzzeit (einige Sekunden) um etwas mehr als zwei­hundert Grad (ungefähr zwischen zweihundert bis dreihundertfünfzig und achtzig Grad). Die Temperatur des inneren Rohrs 3 ist dagegen aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des Duroplasts und der Breite des Ringspalts 4 von einigen Millimetern annähernd konstant (bei ungefähr achtzig bis ein­hundertfünfzig Grad).During the heating and cooling cycles during the rolling and intermediate storage, the temperature on the outside of the outer tube 2 varies by a few hundred degrees Celsius (approximately between seven and eight hundred and eighty degrees) and the temperature on the inside depending on the wall thickness and rolling time (a few seconds) ) by a little more than two hundred degrees (approximately between two hundred to three hundred and fifty and eighty degrees). In contrast, the temperature of the inner tube 3 is due to the low thermal conductivity of the thermoset and the width of the annular gap 4 approximately constant from a few millimeters (at about eighty to one hundred and fifty degrees).

Durch die annähernd gleichbleibende Temperatur sind die Abmessun­gen des inneren Rohrs 3 annähernd konstant, während sich die longitudina­len und radialen Abmessungen des äußeren Rohrs 2 verhältnismäßig stark ändern, was eine entsprechende Veränderung der Höhe des Ringspalts 4 be­wirkt. Der Ausdehnungskoeffizient des Duroplasts ist durch die vorerwähnten Zuschlagstoffe so eingestellt, daß er so groß ist, daß der Duroplast durch seine thermische Ausdehnung in dem auftretenden Temperaturintervall immer den Ringspalt 4 vollständig ausfüllt. Der Ausdehnungskoeffizient des Duro­plasts mit beigemischtem Zuschlagstoff ist um ein Vielfaches größer als der des Stahls. Toleranzen in der Ausdehnung werden durch die Elastizität des Duroplasts ausgeglichen. Die Menge des Zuschlagstoffs wird zweckmäßig im Bereich von 10 - 70 Gew.-%, vorzugsweise von 40 - 50 Gew.-% gewählt, wobei die Viskosität mit zunehmendem Zuschlagstoff- Anteil größer wird und die obere Grenze des Zuschlagstoff-Anteils durch die maximal zulässige Viskosität gegeben ist.Due to the approximately constant temperature, the dimensions of the inner tube 3 are approximately constant, while the longitudinal and radial dimensions of the outer tube 2 change relatively strongly, which causes a corresponding change in the height of the annular gap 4. The coefficient of expansion of the thermoset is adjusted by the aforementioned additives so that it is so large that the thermoset always completely fills the annular gap 4 due to its thermal expansion in the temperature interval that occurs. The coefficient of expansion of the thermoset with admixed additive is many times greater than that of the steel. Tolerances in the expansion are compensated for by the elasticity of the thermoset. The amount of the additive is expediently chosen in the range from 10 to 70 wt.%, Preferably from 40 to 50 wt Viscosity is given.

Die Wandstärke des äußeren Rohrs 2 ist so dick gewählt, daß eine ausreichende mechanische Festigkeit, Härte und Verbiegesteifigkeit während des Walzvorgangs gegenüber dem mechanisch weicheren Duroplasts im Ring­spalt 4 gegeben ist, d. h. der verhältnismäßig große Flächendruck der Walzen 6 und 7 wird auf eine ausreichend große Fläche des Duroplasts übertragen. Sie ist außerdem so dick, daß durch die Wärmeleitung von der Außenseite zur Innenseite des Rohrs 2 die Temperatur an der Innenseite immer um eine ausreichende Toleranz unterhalb der Zersetzungstemperatur (Glasübergangs­temperatur) des Duroplasts bleibt. Sie ist aber so dünn gewählt, daß das äußere Rohr 2 preisgünstig in guter Qualität durch Walzen herstellbar ist.The wall thickness of the outer tube 2 is chosen so thick that there is sufficient mechanical strength, hardness and rigidity during the rolling process compared to the mechanically softer thermoset in the annular gap 4, d. H. the relatively large surface pressure of the rollers 6 and 7 is transferred to a sufficiently large area of the thermoset. It is also so thick that the heat conduction from the outside to the inside of the tube 2 always keeps the temperature on the inside a sufficient tolerance below the decomposition temperature (glass transition temperature) of the thermoset. But it is chosen so thin that the outer tube 2 is inexpensive to produce in good quality by rolling.

Die Wandstärke des inneren Rohres 3 ergibt sich durch die maximal auftretende radiale Walzkraft, die die Dornstange 1 aufnehmen muß. Diese Walzkraft wirkt auf das äußere Rohr 2 und über den Duroplast als Kraft­übertragungsmittel auf das innere Rohr 3, wobei die Kraftübertragung, wie oben dargestellt, im gesamten vorkommenden Temperaturbereich gewährleistet ist. Beide Rohre 2 und 3 zusammen nehmen die Walzkräfte auf. Bei nicht vollständig gefülltem Ringspalt 4 würde die Gefahr auftreten, daß das äußere Rohr 2 sich verkrümmt, und ein einwandfreies Walzen nicht mehr möglich wäre.The wall thickness of the inner tube 3 results from the maximum radial rolling force that the mandrel rod 1 must absorb. This rolling force acts on the outer tube 2 and, via the thermosetting plastic, as a force transmission means on the inner tube 3, the force transmission, as shown above, being ensured in the entire temperature range occurring. Both tubes 2 and 3 together absorb the rolling forces. If the annular gap 4 were not completely filled, the danger would arise that the outer Pipe 2 is curved, and perfect rolling would no longer be possible.

U.a. hängt die Qualität eines gewalzten Rohres von seiner Linearität, und damit von der Geradlinigkeit und thermischen Verzugsfreiheit der Dorn­stange ab. Bei herkömmlichen massiven Dornstangen läßt sich Verzugsfrei­heit, wenn überhaupt, nur mit großem Aufwand (Sicherstellen eines homoge­nen Gefüges des gesamten Dornstangenmaterials, gleichmäßige Abkühlung, Tempern) erreichen. Eine örtlich unsymmetrische radiale Erwärmung bzw. Abkühlung verursacht ebenso wie in einer vollen massiven Stange auch im äußeren Rohr 2 Wärmespannungen, die aus Radialspannungen, Tangential- und Axialspannungen bestehen. Die Radialspannungen sind gegenüber den Tangential- und Axialspannungen insbesondere bei einem Rohr mit unter­schiedlicher Temperatur der Außen- und Innenfläche klein, wobei die Tan­gential- und Axialspannungen an den Mantelflächen Extremwerte annehmen. Die Tangential- und Axialspannungen führen, falls sie nicht mehr symme­trisch auftreten, zum Verzug des Rohrs bzw. der Stange, wobei Unsymmetrien durch geringste Unterschiede in der Materialzusammensetzung oder ungleich­förmige Erwärmung oder Abkühlung auftreten können. Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß die erfindungsgemäße Dornstange 1 sich bedeutend verzugstabiler verhält als eine massive Dornstange herkömmlicher Art. Die­ser Effekt dürfte darauf zurückführbar sein, daß bei der erfindungsgemäßen Dornstange 1 das innere Rohr 3 aufgrund der thermischen Isolation durch die Duroplastschicht nahezu temperaturstabil während des gesamten Walz- und nachfolgendem abkühlenden Lagerzyklus gehalten wird. Das äußere Rohr 2 ist aufgrund seiner Herstellungsart homogen und damit weitgehend ver­zugsfrei, sollte dennoch ungleichmäßige Abkühlung oder Erwärmung auftre­ten, werden etwaige Verzugskräfte des äußeren Rohrs 2 durch das stabile innere Rohr 3 eliminiert. Bei einer herkömmlichen Dornstange wäre jedoch ein starker Verzug unter gleichen Umständen zu verzeichnen.Among other things The quality of a rolled tube depends on its linearity, and thus on the straightness and thermal distortion freedom of the mandrel bar. With conventional solid mandrel bars, distortion freedom, if at all, can only be achieved with great effort (ensuring a homogeneous structure of the entire mandrel bar material, uniform cooling, tempering). A locally asymmetrical radial heating or cooling causes 2 thermal stresses in the outer tube, which consist of radial stresses, tangential and axial stresses, as in a solid solid rod. The radial stresses are small compared to the tangential and axial stresses, in particular in the case of a tube with different temperatures of the outer and inner surface, the tangential and axial stresses on the lateral surfaces taking extreme values. If they no longer appear symmetrical, the tangential and axial tensions lead to warping of the pipe or rod, whereby asymmetries can occur due to the slightest differences in the material composition or irregular heating or cooling. Surprisingly, it has now been shown that the mandrel bar 1 according to the invention behaves significantly more stable against distortion than a solid mandrel bar of a conventional type. This effect should be attributable to the fact that in the mandrel bar 1 according to the invention the inner tube 3, due to the thermal insulation by the thermoset layer, is almost temperature-stable during the entire rolling and subsequent cooling storage cycle is maintained. The outer tube 2 is homogeneous due to its type of manufacture and thus largely free of distortion, should non-uniform cooling or heating occur, any distortion forces of the outer tube 2 are eliminated by the stable inner tube 3. With a conventional mandrel bar, however, there would be a strong warp under the same circumstances.

Die Walzkräfte auf die Dornstange 1 werden, wie bereits oben darge­tan, von dem äußeren und inneren Rohr 2 und 3 aufgenommen. Ein einziges Rohr läßt sich, auch abgesehen von der Verzugsgefahr, nicht verwenden, da es mit der erforderlichen Wandstärke nicht durch Walzen herstellbar ist. Die Verwendung von durch Walzen hergestellter Rohre für die Dornstange 1 hat den Vorteil, daß diese preisgünstig in der geforderten Homogenität und Oberflächenqualität herstellbar sind.The rolling forces on the mandrel bar 1, as already shown above, are absorbed by the outer and inner tubes 2 and 3. A single tube, apart from the risk of warping, cannot be used because it cannot be produced by rolling with the required wall thickness. The use of tubes made by rolling for the mandrel bar 1 has the advantage that they can be manufactured inexpensively in the required homogeneity and surface quality.

Anstelle von zwei Rohren 2 und 3 können auch mehrere Rohre ver­wendet werden, wobei benachbarte Rohre durch einen Ringraum voneinander getrennt sind, der mit einem Duroplast gefüllt ist. Die Verwendung von mehr als zwei Rohren hat den Vorteil, daß dünnwandigere Rohre verwendet werden können, die noch einfacher und preiswerter herstellbar sind, aber den Nach­teil, daß der Herstellungsaufwand der Dornstange erhöht wird, und für die Spalte der äußeren Rohre Duroplaste verwendet werden sollten, die eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen.Instead of two tubes 2 and 3, a plurality of tubes can also be used, adjacent tubes being separated from one another by an annular space which is filled with a thermoset. The use of more than two tubes has the advantage that thinner-walled tubes can be used, which are even simpler and cheaper to produce, but the disadvantage that the manufacturing cost of the mandrel rod is increased and that thermosets should be used for the gaps of the outer tubes, which have a higher temperature resistance.

Anstelle des Kühlrohrs 9 innerhalb des Rohrs 3 können auch mehrere dünne Rohre in den Duroplast zur Kühlung eingebettet sein. Anstelle dieser Rohre kann auch die Oberfläche des inneren Rohrs durch aufgeklebte oder geschweißte Stege derart gestaltet sein, daß sich beim Einstecken in das äußere Rohr 2 und anschließendem Ausgießen für einen Kühlkreislauf ver­wendbare Hohlräume ergeben.Instead of the cooling tube 9 within the tube 3, several thin tubes can also be embedded in the thermosetting plastic for cooling. Instead of these tubes, the surface of the inner tube can be designed by glued-on or welded webs in such a way that cavities that can be used for a cooling circuit result when inserted into the outer tube 2 and then poured out.

Anstelle den Ringraum 4 mit einem Duroplast zu füllen, kann er auch mit einer Flüssigkeit gefüllt sein. Die Rohre können dabei durch federnde Stege gegeneinander abgestützt sein und der Ringraum kann an seinen bei­den Stirnseiten flüssigheitsdicht abgeschlossen sein. An den Ringraum kann ein Druckgefäß angeschlossen werden. Die Federkräfte sind dann mindestens so groß zu wählen, daß sie das Gewicht der jeweiligen Rohre tragen. Die Kraftübertragung während des Walzens erfolgt über die Flüssigkeit.Instead of filling the annular space 4 with a thermoset, it can also be filled with a liquid. The tubes can be supported against each other by resilient webs and the annular space can be sealed liquid-tight on its two end faces. A pressure vessel can be connected to the annulus. The spring forces are then to be chosen at least so large that they bear the weight of the respective pipes. The power transmission during rolling takes place via the liquid.

Anstelle die Spalte zwischen den Rohren auszufüllen, können die Rohre auch aufeinander aufgeschrumpft werden. Zum Aufschrumpfen wird be­ginnend beim innersten Rohr das nächstfolgende auf eine etwas höhere als im Betrieb auftretende Temperatur erwärmt und über die in ihm liegenden Rohre gezogen. Danach läßt man abkühlen. Nach erfolgter Abkühlung wird das nach außen folgende nächste Rohr erwärmt und aufgezogen. Eine Dorn­stange aus aufgeschrumpften Rohren hat jedoch den Nachteil, daß die ein­zelnen Rohre nicht mehr thermisch gegeneinander isoliert sind. Auch ist de­ren Herstellung sehr teuer, da die beiden aufgezogenen Rohrflächen sehr ge­ nau bearbeitet werden müssen, was bei den großen Längen äußerst schwierig aud aufwendig ist.Instead of filling in the gap between the pipes, the pipes can also be shrunk onto one another. To shrink it on, the next tube is heated to a temperature slightly higher than the temperature that occurs during operation and pulled over the tubes in it. Then let it cool. After cooling down, the next tube to the outside is heated and drawn up. However, a mandrel bar made of shrunk-on tubes has the disadvantage that the individual tubes are no longer thermally insulated from one another. Also, their production is very expensive, since the two pipe surfaces are very ge must be machined precisely, which is extremely difficult due to the great lengths.

Claims (12)

1. Dornstange (1) für Rohrwalzwerke, bei denen die Luppe (5) auf der Dornstange (1) gewalzt wird, gekennzeichnet durch mindestens zwei in­einanderliegende Rohre (2, 3).1. mandrel bar (1) for tube rolling mills, in which the blanks (5) are rolled on the mandrel bar (1), characterized by at least two nested tubes (2, 3). 2. Dornstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in­einanderliegenden Rohre (2, 3) aus Stahl bestehen.2. mandrel rod (1) according to claim 1, characterized in that the nested tubes (2, 3) consist of steel. 3. Dornstange (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ineinanderliegenden Rohre (2, 3) durch wenigstens einen Zwischen­raum (4) radial voneinander distanziert sind, in dem ein Kraftübertra­gungsmittel angeordnet ist, das die auf das äußere Rohr (2) wirkenden Walzkräfte auf das oder die inneren Rohre (3) überträgt, so daß das äußere Rohr (2) durch das oder die inneren Rohre (3) abgestützt ist.3. mandrel bar (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the nested tubes (2, 3) are spaced radially from one another by at least one intermediate space (4), in which a force transmission means is arranged, which on the outer tube ( 2) acting rolling forces on the inner tube (s) (3), so that the outer tube (2) is supported by the inner tube (s) (3). 4. Dornstange (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die in­einanderliegenden Rohre (2, 3) koaxial zueinander angeordnet sind, und daß die Differenz zwischen dem Innendurchmesser des äußeren (2) und dem Außendurchmesser des inneren Rohres (3) sowie der Ausdehnungs­koeffizient des Kraftübertragungsmittels so bemessen sind, daß die un­terschiedliche Ausdehnung der Rohre (2, 3) infolge der beim Walzen auf das äußere Rohr (2) einwirkenden, und von diesem zum Kraftübertra­gungsmittel geleiteten Wärme durch die Ausdehnung des Kraftübertra­gungsmittels annähernd ausgeglichen wird.4. mandrel bar (1) according to claim 3, characterized in that the nested tubes (2, 3) are arranged coaxially to each other, and that the difference between the inner diameter of the outer (2) and the outer diameter of the inner tube (3) and the Expansion coefficient of the power transmission means are dimensioned such that the different expansion of the tubes (2, 3) due to the heat exerted on the outer tube (2) during rolling and conducted by this to the power transmission means is approximately compensated for by the expansion of the power transmission means. 5. Dornstange (1) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftübertragungsmittel ein den Zwischenraum (4) wenigstens teil­weise ausfüllender Duroplast ist.5. mandrel rod (1) according to claim 3 or 4, characterized in that the force transmission means is an intermediate space (4) at least partially filling thermoset. 6. Dornstange (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­zeichnet, daß das Kraftübertragungsmittel aus einem Epoxidharz oder einem Furanharz besteht.6. mandrel bar (1) according to one of claims 3 to 5, characterized in that the force transmission means consists of an epoxy resin or a furan resin. 7. Dornstange (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kraftübertragungsmittel zur Beeinflussung seiner Wärmeleitfähigket und/oder seines Ausdehnungskoeffizienten ein Zuschlagstoff beigemischt ist.7. mandrel bar (1) according to claim 6, characterized in that the force transmission means for influencing its thermal conductivity and / or an additive is added to its coefficient of expansion. 8. Dornstange (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Zu­schlagstoff aus anorganischen Fasern oder Metallpulver besteht.8. mandrel bar (1) according to claim 7, characterized in that the additive consists of inorganic fibers or metal powder. 9. Dornstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn­zeichnet, daß das äußere Rohr (2) gegenüber dem oder den inneren Rohren (3) eine erhöhte Außenhärte und -güte hat.9. mandrel bar (1) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the outer tube (2) compared to the inner tube or tubes (3) has an increased external hardness and quality. 10. Dornstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­zeichnet, daß das äußere Rohr (2) aus hochlegiertem.Stahl, vorzugswei­se Nickelstahl, und das oder die inneren Rohre (3) aus Grundstahl be­steht.10. mandrel bar (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the outer tube (2) made of high-alloy steel, preferably nickel steel, and the inner tube (s) (3) consists of base steel. 11. Dornstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­zeichnet, daß im inneren bzw. innersten Rohr (3) ein Kühlrohr (9) an­geordnet ist.11. mandrel bar (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that a cooling tube (9) is arranged in the inner or innermost tube (3). 12. Dornstange (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch Kühlkanäle im Zwischenraum bzw. wenigstens in einem der Zwi­schenräume (4).12. mandrel rod (1) according to one of claims 3 to 8, characterized by cooling channels in the intermediate space or at least in one of the intermediate spaces (4).
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