EP0554822A1 - Dornschmiermittel für die Herstellung nahtloser Rohre - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a mandrel lubricant for the production of seamless tubes, in particular for application to mandrels that have passed the cooling bath after the rolling process and are prepared for the next rolling process.
- the seamless tubes are shaped in the main process step by rolling a prefabricated 1200 ° C to 1300 ° C hot blank over a mandrel which is placed on a mandrel bar.
- the mandrel or mandrel bar is removed from the rolled tube blank and fed to a cooling bath, where the mandrel or mandrel bar is cooled down from approx. 150-350 ° C. to a temperature of approx. 60-100 ° C. and so on is prepared for the next rolling process.
- Lubrication is also part of this preparation of the mandrel or mandrel bars after the cooling bath. This lubrication is essential to ensure optimal "sliding" of the billet on the mandrel rod during the rolling process and is decisive for the later quality of the pipe i.e. for the condition of the inner surface of the pipe.
- this lubrication was carried out with oils containing graphite. Due to the burning off of the oil when the mandrel came into contact with the hot solder, a very strong smoke development developed which caused unacceptable nuisance to the environment and the environment due to the toxic components of the smoke. On the other hand, this uncontrolled erosion within the billet during the rolling process resulted in damage to the lubricant layer on the mandrel and possibly in damage to the inner surface of the pipes.
- the object was therefore to develop a lubricant which does not have the disadvantages mentioned and which is particularly suitable for providing a quick-drying, high-quality lubricating film to mandrels which have passed through the cooling bath.
- Suitable synthetic graphites also have a high crystallinity L c greater than 100 nm and a purity of 99.9% and more.
- the particle size (d50) of the graphite used can vary in the range from 5 ⁇ m to 30 ⁇ m.
- a synthetic graphite is preferably used.
- the smectites consist essentially of layered silicates and, due to their structure, are characterized by a high cation exchange capacity and by the swellability in water (Ullmanns Encyklopadie der techn. Chemie, 4th edition, VCH Weinheim, vol. 23, p. 311ff.).
- Montmorillonites from the Smectite range are preferably used which have a swelling capacity (1 g montmorillonite in distilled water) of 3 to 50. Thanks to the mentioned cation exchange ability the montmorillonites can be "modified" with inorganic or organic cations.
- the clay minerals mentioned as an inorganic lubricant component are distinguished by excellent binder properties and also have the advantage that, unlike polymers or oils, they are not subject to pyrolysis.
- the clay minerals mentioned are also largely responsible for a surprisingly fast drying time of the lubricant film on the mandrel in the range from 1 to 5 seconds.
- the lubricant according to the invention can be used to produce a uniform and dry lubricating film on the mandrel before the mandrel is introduced into the soup.
- a polysaccharide or a derivative thereof is used as a thickener.
- the purpose of this lubricant component is to ensure a constant viscosity of the lubricant dispersion over a wide temperature range and to prevent sedimentation of the solids content in the dispersion.
- biopolysaccharides such as xanthan gum, rhamsan gum or an alkyl cellulose derivative, such as e.g. Hydroxypropylmethylcellulose, application.
- biocide In order to protect the thickener against bacterial attack, a commercially available biocide is expediently added.
- a nonionic surfactant is also advantageously used.
- Suitable nonionic surfactants are those which are used in Ullamnns Encycl. d. Techn. Chemie, VCH Weinheim, 4th ed., Vol. 22, p. 489. Particularly suitable representatives of this class are the oligomeric oxyethylates or the oxyethylates modified with oxypropyl groups. (Lit: loc.cit. P. 489ff).
- the lubricant according to the invention is expediently used in the form of an aqueous dispersion with a solids content of usually 20% by weight to 40% by weight. However, it is quite conceivable to vary these limits upwards or downwards.
- the dispersion can be produced in commercially available dispersing devices which enable high shear forces.
- the application of the lubricant to the mandrel can e.g. Via a spray ring arranged between the cooling bath and the rolling mill, the mandrel rod is guided through the center and evenly lubricated.
- the application quantity is controlled so that there is approx. 40 g / m2 of lubricant (without water) on the mandrel.
- Formulation 1 synthetic graphite type T75 LONZA 86.8% by weight modif. Montmorillonite with a swelling capacity of 10-50 11.2% by weight Methyl hydroxypropyl cellulose 1.9% by weight 100.0 ⁇ % By weight ⁇ Dispersion H2O with solids content 24.6% by weight
- Formulation 2 synthetic graphite type T75 LONZA 78.2% by weight Montmorillonite with a swelling capacity of 9 - 14 20.0% by weight
- Formulation 3 Natural graphite with an ash content of 4.5% 77.0% by weight Montmorillonite with a swelling capacity of 10 - 30 3.0% by weight Montmorillonite with a swelling capacity of 3 - 5
- Formulation 4 synthetic graphite, type LONZA T75 90.9% by weight Montmorillonite type with a swelling capacity of 10 - 50 7.0% by weight Synperonic PE / F68 surfactant from ICI (oxypropyl group-modified oxyethylate) 1.2% by weight Xanthan gum 0.7% by weight Biocid 0.2% by weight 100.0 ⁇ % By weight ⁇ Dispersion in H2O with a solids content of 30% by weight
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Dornschmiermittel für die Herstellung von nahtlosen Rohren im speziellen für die Auftragung auf Dorne die nach dem Walzvorgang das Kühlbad passiert haben und für den nächsten Walzvorgang vorbereitet werden.
- In modernen Rohrwalzwerken z.B. in Kontirohrstrassen (MPM-Strassen) erfolgt die Formgebung der Nahtlosrohre im Hauptprozessschritt durch Walzen einer vorgefertigten 1200°C bis 1300°C heissen Luppe über einen Dorn welcher auf einer Dornstange aufgesetzt ist.
- Nach dem Walzvorgang wird der Dorn beziehungsweise die Dornstange aus dem gewalzten Rohrrohling entfernt und einem Kühlbad zugeführt, wo der Dorn bzw. die Dornstange von ca. 150 - 350°C auf eine Temperatur von ca. 60 - 100°C herunter gekühlt wird und so für den nächsten Walzvorgang vorbereitet wird. Zu dieser Vorbereitung des Dorns bzw. der Dornstangen nach dem Kühlbad gehört auch eine Schmierung. Diese Schmierung ist wesentlich, um ein optimales "Gleiten" der Luppe auf der Dornstange während des Walzvorgangs zu gewährleisten und mitentscheidend für die spätere Qualität des Rohres d.h. für die Beschaffenheit der Innenoberfläche des Rohres.
- In der Regel wurde diese Schmierung mit graphithaltigen Ölen vorgenommen. Durch den Abbrand des Öls beim Kontakt des Dorns mit der heissen Luppe bildete sich eine sehr starke Rauchentwicklung die aufgrund der toxischen Bestandteile des Rauchs zu unzumutbaren Belästigung der Umgebung und Umwelt führten. Anderseits führte dieser unkontrollierte Abbrand innerhalb der Luppe beim Walzvorgang zu Beschädigungen der Schmierstoffschicht auf dem Dorn und unter Umständen zu Beschädigungen der Innenoberfläche der Rohre.
- In der DE-PS 24 50 716 insbesondere in Beispiel 5 wurde dann vorgeschlagen, ein Hochtemperaturschmiermittel im wesentlichen bestehend aus Graphit und einem Alkylenpolymerisat anzuwenden. Dieses Schmiermittel wurde unmittelbar nach dem Walzvorgang auf den noch ungekühlten Dorn aufgetragen, worauf sich ein trockener und teilweise wasserfester Schmierstoffilm bildete. Der so behandelte Dorn konnte dann dem Kühlbad und später ohne erneute Schmierung wieder dem Walzprozess zugeführt werden. Es hat sich aber gezeigt, dass durch die mechanische Beanspruchung des Dorns beim Transport durch das Kühlbad und durch die Einwirkung des Wassers der Schmierstoffilm oft verletzt wird, was sich wiederum auf die Rohrqualität negativ auswirkt.
- Da in modernen Walzstrassen die Schmierung der Dorne nach dem Kühlbad erfolgt wurde dann versucht, entsprechend der Schmierung mit graphithaltigen Ölen die Schmiermittelformulation der DE-PS 24 50 716 auf Dorne aufzutragen, die das Kühlbad bereits passiert haben. Prozessbedingt ist die Zeit zwischen Auftragung des Schmiermittels auf den 60 - 100°C warmen Dorn bis zum Walzvorgang auf maximal 5 Sekunden begrenzt.
- Wie unsere Vergleichsversuche (s. Beispiele) zeigen, dauert aber bereits die Bildung eines trockenen Schmierfilms mit den Schmiermitteln gemäss der DE-PS 24 50 716 mindestens 15 Sekunden. Dies hat zur Folge, dass beim Kontakt des behandelten Dorns mit der heissen Luppe der gleiche Effekt wie bei der Behandlung des Dorns mit graphithaltigen Ölen zu beobachten ist. Ausserdem unterliegen die polymeren Bestandteile der Pyrolyse was während des Walzvorgangs zu Beschädigungen des Schmierfilms und damit schliesslich zu Beeinträchtigungen der Qualität der Rohre führt.
- Es bestand daher die Aufgabe, ein Schmiermittel zu entwickeln, das die genannten Nachteile nicht aufweist und welches insbesondere geeignet ist, Dorne, die das Kühlbad passiert haben mit einem schnelltrocknenden, hochwertigen Schmierfilm zu versehen.
- Die Aufgabe konnte gelöst werden mit einem Schmiermittel nach Patentanspruch 1, welches zusammengesetzt ist aus:
- a) 60 - 95 Gew.% eines natürlichen oder synthetischen Graphits
- b) 5 - 40 Gew.% eines oder mehreren Tonmineralen aus der Klasse der Smectite
- c) 0,2 - 2 Gew.% eines Polysacharides oder einer seiner Derivate
- d) 0 - 5 Gew.% eines nichtionischen Tensids
- a) 75 - 90 Gew.% eines natürlich oder synthetisch Graphits
- b) 5 - 25 Gew.% eines oder mehreren Tonmineralen aus der Klasse der Smectite.
- c) 0,5 - 1 Gew.% eines Polysaccharides oder seiner Derivate.
- d) 0 - 2 Gew.% eines nichtionischen Tensids
- Geeignete synthetische Graphite weisen ebenfalls eine hohe Kristallinität Lc grösser 100 nm und einer Reinheit von 99,9% und mehr auf. Die Teilchengrösse (d₅₀) der verwendeten Graphite kann im Bereich von 5 µm bis 30 µm variieren.
Bevorzugt wird ein synthetischer Graphit eingesetzt. - Als weiterer zwingender Bestandteil des Schmiermittels werden Tonminerale aus der Klasse der Smectite eingesetzt.
Die Smectite bestehen im wesentlichen aus Schichtsilikaten und zeichnen sich strukturbedingt durch ein hohes Kationenaustauschvermögen und durch die Quellbarkeit in Wasser aus (Ullmanns Encyklopädie der techn. Chemie, 4. Auflage, VCH Weinheim, Bd. 23, S. 311ff.).
Aus der Reihe der Smectite werden bevorzugt Montmorillonite eingesetzt die ein Quellvermögen (1 g Montmorillonit in dest. Wasser) von 3 bis 50 aufweisen. Dank des genannten Kationenaustauschvermögens können die Montmorillonite mit anorganischen oder organischen Kationen "modifiziert" werden. - Die genannten Tonminerale als anorganisches Schmiermittelbestandteil zeichnen sich durch ausgezeichnete Bindereigenschaften aus und haben zudem den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Polymeren oder Ölen nicht der Pyrolyse unterliegen.
- Im Schmiermittel sind die genanten Tonminerale ausserdem massgeblich verantwortlich für eine überraschend schnelle Trocknungszeit des Schmiermittelfilms auf dem Dorn im Bereich von 1 bis zu 5 Sekunden.
- D.h. im Hinblick auf die genannte kurze Zeit zwischen Auftragung des Schmiermittels und Walzvorgang von maximal 5 Sekunden gelingt es, mit dem erfindungsgemässen Schmiermittel auf dem Dorn einen gleichmässigen und trockenen Schmierfilm zu erzeugen noch bevor der Dorn in die Suppe eingeführt wird.
- Als weiterer zwingender Bestandteil des erfindungsgemässen Schmiermittels wird ein Polysaccharid oder ein Derivat davon als Verdickungsmittel eingesetzt. Dieser Schmiermittelbestandteil hat die Aufgabe, eine konstante Viskosität der Schmiermitteldispersion über einen weiten Temperaturbereich zu gewährleisten sowie die Sedimentation der Feststoffanteile in der Dispersion zu verhindern.
- Zweckmässig finden aus der Reihe der Polysaccharide oder seiner Derivate Biopolysaccharide wie Xanthan Gummi, Rhamsangummi oder ein Alkylcellulosederivat, wie z.B. Hydroxypropylmethylcellulose, Anwendung.
- Um das Verdickungsmittel gegen bakteriellen Angriff zu schützen, wird zweckmässig ein handelsübliches Biocid zugesetzt.
- Um gute Filmeigenschaften des Schmiermittels zu erhalten und um die Viskosität des Schmiermittels zu beeinflussen, wird zweckmässig zusätzlich ein nichtionisches Tensid eingesetzt.
- Zweckmässig werden als nichtionische Tenside solche eingesetzt, wie sie in Ullamnns Encycl. d. Techn. Chemie, VCH Weinheim, 4. Aufl., Bd. 22, S. 489, beschrieben werden. Besonders geeignete Vertreter dieser Klasse sind die oligomeren Oxyethylate oder die mit Oxypropylgruppen modifizierten Oxyethylate. (Lit: loc. cit. S. 489ff).
- Das erfindungsgemässe Schmiermittel wird zweckmässig in Form einer wässrigen Dispersion mit einem Feststoffgehalt von üblicherweise 20 Gew.% bis 40 Gew.% angewendet. Es ist aber durchaus denkbar diese Grenzen nach oben oder nach unten zu variieren. Die Herstellung der Dispersion kann in handelsüblichen Dispergiergeräten, die hohe Scherkräfte ermöglichen, erfolgen.
- Die Auftragung des Schmiermittels auf den Dorn kann z.B. über einen zwischen Kühlbad und Walzwerk angeordneten Sprühring erfolgen durch dessen Mitte die Dornstange geführt und gleichmässig mit Schmiermittel versehen wird.
- In der Regel wird die Auftragungsmenge so gesteuert, dass sich auf dem Dorn ca. 40 g/m² Schmiermittel (ohne Wasser) befindet.
-
Formulation 1 synthetischer Graphit Typ T75 LONZA 86,8 Gew.% modif. Montmorillonit mit einem Quellvermögen von 10 - 50 11,2 Gew.% Methylhydroxypropylcellulose 1,9 Gew.% Dispersion H₂O mit Feststoffgehalt 24,6 Gew.% Formulation 2 synthetischer Graphit Typ T75 LONZA 78,2 Gew.% Montmorillonit mit einem Quellvermögen von 9 - 14 20,0 Gew.% Tensid Synperonic PE/F68 der Fa. ICI (Oxypropylgruppen modifiziertes Oxyethylat) 1,2 Gew.% Xanthan Gummi 0,5 Gew.% Biocid 0,1 Gew.% Dispersion / H₂O mit Feststoffgehalt 30,0 Gew.% Formulation 3 Naturgraphit mit einem Aschegehalt von 4,5% 77,0 Gew.% Montmorillonit mit einem Quellvermögen von 10 - 30 3,0 Gew.% Montmorillonit mit einem Quellvermögen von 3 - 5 18,0 Gew.% Tensid Synperonic PE/F68 der Fa. ICI (Oxypropylgruppen modifiziertes Oxyethylat) 1,2 Gew.% Rhamsangummi 0,7 Gew.% Biocid 0,1 Gew.% Dispersion in H₂O mit Feststoffgehalt 30 Gew.%. Formulation 4 synthetischer Graphit Typ LONZA T75 90,9 Gew.% Montmorillonit Typ mit einem Quellvermögen von 10 - 50 7,0 Gew.% Tensid Synperonic PE/F68 der Fa. ICI (Oxypropylgruppen modifiziertes Oxyethylat) 1,2 Gew.% Xanthan Gummi 0,7 Gew.% Biocid 0,2 Gew.% Dispersion in H₂O mit Feststoffgehalt von 30 Gew.% - 20% Graphit
9,5% Vinylacetat Mischpolymerisat
1% Polysaccharid
69,5% Wasser - 35% Graphit
65% Mineralöl - Auf einem Testdorn mit einer Temperatur von 100°C wurden die beschriebenen Dispersionen aufgesprüht. Die Trocknungszeit wurde gemessen.
Menge [g/m²] Trocknungszeit [s] F1 36,8 (150°C) 5,0 F2 26,0 2,0 F3 40,0 2,0 F4 25,0 0,5 - 1 VF1 40 15 VF2 Tauchverfahren keine Trocknung
Claims (10)
- Dornschmiermittel für die Anwendung bei der Herstellung nahtloser Rohre bestehend ausa) 60 - 95 Gew.% eines natürlichen oder synthetischen Graphitsb) 5 - 40 Gew.% eines oder mehreren Tonmineralen aus der Klasse der Smectitec) 0,2 - 2 Gew.% eines Polysacharides oder einer seiner Derivated) 0 - 5 Gew.% eines nichtionischen Tensids.
- Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1, bestehend ausa) 75 - 90 Gew.% eines natürlichen oder synthetischen Graphitsb) 5 - 25 Gew.% eines oder mehreren Tonmineralen aus der Klasse der Smectitec) 0,5 - 1 Gew.% eines Polysaccharides oder einer seiner Derivated) 0 - 2 Gew.% eines nichtionischen Tensids.
- Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als natürlicher Graphit ein Graphit mit einer Kristallgrösse Lc von grösser 100 nm und einem Aschegehalt von maximal 5% eingesetzt wird.
- Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als synthetischer Graphit ein Graphit mit einer Kristallgrösse Lc von grösser 100 nm und einer Reinheit von 99,9% und höher eingesetzt wird.
- Dornschmiermittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Tonminerale aus der Klasse der Smectite Montmorillonite mit einem Quellvermögen in Wasser von 3 bis 50 eingesetzt werden.
- Dornschmiermittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Polysaccharid ein Bio-polysaccharid oder ein Alkylcellulosederivat verwendet wird.
- Dornschmiermittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als nichtionisches Tensid ein oligomeres Oxyethylat oder ein mit Oxypropylgruppen modifiziertes Oxyethylat eingesetzt wird.
- Dornschmiermittel der Patentansprüche 1 bis 7, in Form einer wässrigen Dispersion.
- Dornschmiermittel nach Patentanspruch 8, in Form einer wässrigen Suspension mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 Gew.%.
- Verwendung der Dornschmiermittel der Zusammensetzung gemäss Patentansprüchen 1 bis 9 im Herstellungsprozess von nahtlosen Rohren zum Auftragen auf Dorne, die nach erfolgtem Walzvorgang das Kühlbad passiert haben und für den nächstfolgenden Walzvorgang vorbereitet werden.
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