EP0172366A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Beizen von Werkstücken zur Rohrherstellung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Beizen von Werkstücken zur Rohrherstellung Download PDF

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EP0172366A1
EP0172366A1 EP85108047A EP85108047A EP0172366A1 EP 0172366 A1 EP0172366 A1 EP 0172366A1 EP 85108047 A EP85108047 A EP 85108047A EP 85108047 A EP85108047 A EP 85108047A EP 0172366 A1 EP0172366 A1 EP 0172366A1
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EP
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gas
pickling
pickling agent
workpiece
agent
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Lonza AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/04—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for de-scaling, e.g. by brushing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G3/00—Apparatus for cleaning or pickling metallic material
    • C23G3/04—Apparatus for cleaning or pickling metallic material for cleaning pipes

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for pickling hollow bodies, such as hollow blocks or tubes.
  • suctioning off and filtering the residual mixture of gas and salts is not without problems.
  • the object of the present invention is to propose a device and a method which make it possible to carry out pickling continuously and as completely as possible in the workflow of a rolling mill and to carry out this task with adapted amounts of pickling agent with little outlay on equipment.
  • the process is carried out in such a way that the pickling agent, appropriately in dry form as a powder, with an average grain size of 50 to 1000 micrometers or as granules with an average grain size of 0.5 to 4 mm is filled into a storage container.
  • the pickling agent is fed into a metering device, usually by gravity, if necessary with the support of, for example, a vibrator, a rotating impeller or by blowing in air to prevent the powder from bridging.
  • the silo container can also be designed as a pressure container and the material is then discharged by pressurization.
  • a dosing device are known per se D osier- devices in question, such as feeders, screw feeders, Dosierspiralen, Schwingaufgeber or a belt feeder.
  • the metering is carried out gravimetrically or volumetrically, expediently a volumetric metering is carried out, preferably a screw metering device is used.
  • the pickling agent is introduced into a pressure vessel from the metering device.
  • This pressure vessel is pressurized by means of a gas. Air, nitrogen, CO 2 , a noble gas or mixtures thereof can be used as a suitable gas.
  • pickling agent 5 to 100 g are used per m2 of inner surface or inner wall of the workpiece. 10 to 60 g, advantageously 25 to 50 g, of pickling agent per m2 of inner wall are expediently used.
  • the amount of gas is 50 to 750 standard liters per kilogram B eiz- medium. In an expedient embodiment, 100 to 500 normal liters, preferably 100 to 250 normal liters, of gas per kilogram of mordant are used.
  • the pressure in the pressure vessel should be 2 to 20 bar, preferably 2 to 10 bar.
  • the pickling agent can be processed as part of the work cycle of the rolling mill.
  • a transport line is provided which leads to a discharge device.
  • This discharge device can be, for example, a simple pipe opening, a discharge cone, optionally equipped with a spiral or with a diffuser, and different types of nozzles can also be used.
  • a circular, laminar, turbulent or pulsating flow of the gas-mordant mixture is aimed at, generally aiming for a circular or turbulent flow.
  • Laminar flow means that the mixture passes in substantially uniform B e-movement through the workpiece opening, while under turbulent flow, a turbulence of the flowing medium is sought.
  • the pulsating flow describes a process according to which the mixture is passed through the workpiece opening in several pressure surges.
  • the discharge device can be mounted centrally in the region of a workpiece end as well as off-center to the workpiece opening. However, it is also possible to drive the discharge device into the interior of the workpiece or during the discharge of the Mix the discharge device through the workpiece opening.
  • the workpiece During the application of the pickling agent, the workpiece generally has a rolling temperature of approximately 1000 to 1300 ° C., it being within the technical framework that temperature changes can still occur between the pickling process and the first rolling process.
  • the method according to the invention is carried out with a device which is shown by way of example and schematically in FIG. 1.
  • the device comprises a storage container 1 for the pickling agent, connected to it a volumetric or gravimetric metering device 2 which empties into a pressure container 3.
  • the pressure vessel 3 is equipped with a compressed gas supply 4 and an outlet 5 for the gas / mordant mixture.
  • the outlet 5 is controlled via an opening valve 6, the gas / mordant mixture being passed through a transport line 7 to a discharge device 8 after the valve has been opened.
  • the discharge device 8 has the task of being both a distribution device and ensuring a uniform discharge all round.
  • Another essential feature of the pressure vessel is the design of the outlet 5. This must ensure that the material is discharged completely and without segregation during the work cycle. As a technical measure, this can be achieved, for example, by using a pressure vessel with walls that slope very steeply towards the outlet 5 and / or a cone in the area of the outlet.
  • valves and control members for the metering device 9,10 the D ruck gas supply 11 and the outlet 5 may be used in known constructions.
  • the control can take place, for example, mechanically, hydraulically, pneumatically or electromagnetically, it being possible for a control which takes into account the respective work cycle of the rolling mill and the program sequence to be carried out in a manner known per se, for example by hand control, mechanically or also electronically.
  • the workpiece is further example, an L uppe, hollow block or pipe 12 and the n as a workpiece attachments - space 13 denoted cavity recognizable.
  • the method according to the present invention it is possible to distribute the pickling agent evenly in the interior of the workpiece without any segregation, and to modify or chemically implement the existing scale layer.
  • the use of the pickling agent does not only result in a uniform and well adhering agent receive a thin surface layer, but the products that form on the inner surface of the workpiece ideally have non-abrasive or even lubricating properties.
  • the previously proposed suction of the descaling-gas mixture is superfluous, the mixture is forced back from the workpiece opening, as is easily possible with the method not according to the invention, for example due to the current strong heating, does not occur or at most in a non-disturbing manner. If the gas and / or the mordant is preheated according to the method of the present invention, these problems can be neglected entirely.
  • the specifically used flow also causes an extremely homogeneous distribution of the pickling agent on the surface of the interior of the workpiece, so that no pickling agent that is in itself excess, which in turn has to be separated again or counted as a loss, is required for the process.

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Abstract

Verfahren zum Verarbeiten von Beizmitteln und insbesondere zum Beizen von auf Walztemperatur von 1000 bis 1300°C erhitzten Werkstücken für die Rohrherstellung durch Auftragen einer vorbestimmten Beizmittelmenge mittels einer vorbestimmten Gasmenge als homogenes Gemisch auf die Innenwände, beispielsweise einer Luppe für die Herstellung eines nahtlosen Rohres. Die Erfindung umfasst auch eine Vorrichtung aus Vorratsbehälter und Dosiervorrichtung (2) für das Beizmittel, Druckbehälter (3) mit einer Gaszuführung (11) und einem Einlass (10) für das Beizmittel und Auslass (6) für das Gas-Beizmittel-Gemisch, Transportleitung (7) sowie Austragvorrichtung (8).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beizen von Hohlkörpern, wie Luppen Hohlblöcken oder Rohren.
  • Es ist bekannt, Metalloberflächen und insbesondere Stahloberflächen vor einer Umformung zu beizen. Eine Möglichkeit des Beizens ist die Oberflächenbehandlung mit Säuren, Säuregemischen, Alkalien oder Salzgemischen.
  • Beispielsweise bei der Verarbeitung von Werkstücken aus Eisen und insbesonders Stahl, wie Hohlblöcken oder Rohren und speziell von Luppen zu nahtlosen Rohren in Anlagen wie Stossbankanlagen, Schrittwalzwerken, Asselstrasse, Stopfenwalzwerken, Pilgerstrassen, Kontistrassen, Multiple Pipe Mills, Stauchpressen usw. muss vor dem Einführen der Dornstange das Luppen-, Hohlblock- oder Rohrinnere bei Temperaturen im Bereich der Walztemperatur, d.h. bei rund 1000 bis 1300°C gebeizt werden. Durch die Komplexität des Arbeitsablaufes in Walzwerken der genannten Art war es bisher nicht möglich, auf rationelle Weise ein vollständiges Beizen zu erreichen, so kann es durchaus vorkommen, dass für das Auftragen des Beizmittels nur so kurze Zeiträume wie ca. 1 Sekunde zur Verfügung stehen.
  • Es wurde schon vorgeschlagen, Luppen zu entzundern, indem Entzunderungsmittel mit Hilfe eines Druckgases in zirkulärer Bewegung an einem Luppenende in das Innere der auf Walztemperatur erhitzten Luppe einzuführen und am anderen Luppenende durch Absaugen das Restgemisch auszutragen.
  • Dieses Verfahren hat den Nachteil, grosse Gas- und Entzunderungsmengen zu benötigen. Aus wirtschaftlichen Gründen muss als Gas in der Regel Luft angewendet werden, die, insbesondere in derart grossen Mengen, oxidativ, aber auch stark kühlend auf das Luppeninnere wirkt.
  • Weiters ist ein Absaugen und Filtrieren des Restgemisches von Gas und Salzen nicht unproblematisch.
  • Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, das es erm8glicht, im Arbeitsablauf eines Walzwerkes eine Beizung kontinuierlich und möglichst vollständig vorzunehmen und diese Aufgabe bei geringem apparativen Aufwand mit angepassten Beizmittelmengen auszuführen.
  • Erfindungsgemäss wird das mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 und einer Vorrichtung nach Patentanspruch 10 erreicht.
  • Das Verfahren wird derart ausgeführt, dass das Beizmittel, zweckmässig in trockener Form als Pulver, mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 50 bis 1000 Mikrometer oder als Granulat mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 0,5 bis 4 mm in einem Vorratsbehälter eingefüllt wird. In der Regel durch Schwerkraft, nötigenfalls mit Unterstützung beispielsweise eines Rüttlers, eines umlaufenden Rührflügels oder durch Lufteinblasen, um eine Brückenbildung des Pulvers zu vermeiden, wird das Beizmittel in eine Dosiervorrichtung gespiesen. Gegebenenfalls kann der Silobehälter als Druckbehälter ausgebildet sein und das Material wird dann durch Druckbeaufschlagung ausgetragen. Als Dosiervorrichtung kommen an sich bekannte Dosier- vorrichtungen in Frage, wie Dosierwaagen, Dosierschnecken, Dosierspiralen, Schwingaufgeber oder ein Dosierband.
  • Die Dosierung wird gravimetrisch oder volumetrisch ausgeführt, zweckmässig erfolgt eine volumetrische Dosierung, vorzugsweise wird ein Schneckendosierer eingesetzt.
  • Aus der Dosiervorrichtung wird das Beizmittel in einen Druckbehälter eingebracht. Dieser Druckbehälter wird mittels eines Gases unter Druck gesetzt. Als geeignetes Gas kann Luft, Stickstoff, C02, ein Edelgas oder Gemische davon eingesetzt werden.
  • Nach dem erfindungsgemässen Verfahren werden 5 bis 100 g Beizmittel pro m2 innere Oberfläche oder Innenwandung des Werkstückes angewendet. Zweckmässig werden 10 bis 60 g, vorteilhaft 25 bis 50 g Beizmittel pro m2 Innenwandung angewendet.
  • Die Gasmenge beträgt 50 bis 750 Normalliter pro Kilogramm Beiz- mittel. In einer zweckmässigen Ausführungsform werden 100 bis 500 Normalliter, vorzugsweise 100 bis 250 Normalliter Gas pro Kilogramm Beizmittel angewendet.
  • Der Druck im Druckbehälter soll 2 bis 20 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar betragen.
  • Nach erfolgter Druckbeladung des Druckbehälters kann im Rahmen des Arbeitstaktes des Walzwerkes das Beizmittel verarbeitet werden. Zu diesem Zweck ist eine Transportleitung vorgesehen, die zu einer Austragvorrichtung führt. Diese Austragvorrichtung kann beispielsweise eine einfache Rohröffnung, ein Austragkonus, gegebenenfalls mit Spirale oder mit einem Diffuser ausgerüstet, sein und es können auch verschiedene Düsenarten eingesetzt werden.
  • Um das Beizmittel gleichmässig im Hohlraum des Werkstückes zu verteilen und aufzutragen, wird auf eine zirkuläre, laminare, turbulente oder pulsierende Strömung des Gas-Beizmittel-Gemisches abgezielt, wobei generell eine zirkuläre oder turbulente Strömung angestrebt wird.
  • Unter zirkulärer Bewegung wird verstanden, dass sich das Gemisch unter Ausbildung einer spiralförmigen Bewegung durch die Oeffnung des Werkstückes hindurch bewegt. Die laminare Strömung bedeutet, dass das Gemisch in im wesentlich gleichförmiger Be-wegung durch die Werkstücköffnung hindurchströmt, während unter turbulenter Strömung eine Wirbelbildung des strömenden Mediums angestrebt wird. Die pulsierende Strömung umschreibt ein Verfahren, gemäss dem das Gemisch in mehreren Druckstössen durch die Werkstücköffnung geführt wird.
  • Die Austragvorrichtung kann im Bereich eines Werkstückendes zentrisch als auch aussermittig zur Werkstücköffnung angebracht sein. Es ist aber auch möglich, mit der Austragvorrichtung in das Werkstückinnere zu fahren oder während des Austragens des Gemisches die Austragvorrichtung durch die Werkstücköffnung zu führen.
  • Während der Anwendung des Beizmittels weist das Werkstück in der Regel seine Walztemperatur von etwa 1000 bis 1300°C auf, wobei es im Rahmen der technischen Gegebenheiten liegt, dass sich zwischen dem Beizvorgang und dem ersten Walzvorgang noch Temperaturänderungen einstellen können.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit einer Vorrichtung ausgeführt, die beispielhaft und schematisch in Abbildung 1 dargestellt ist.
  • Erfindungsgemäss umfasst die Vorrichtung einen Vorratsbehälter 1 für das Beizmittel, daran angeschlossen eine volumetrische oder gravimetrische Dosiervorrichtung 2, die sich in einen Druckbehälter 3 entleert. Der Druckbehälter 3 ist mit einer Druckgaszuführung 4 und einem Auslass 5 für das Gas-Beizmittel-Gemisch ausgerüstet. Der Auslass 5 wird über ein Oeffnungsventil 6 gesteuert, wobei nach dem Oeffnen des Ventils das Gas-Beizmittel-Gemisch durch eine Transportleitung 7 zu einer Austragvorrichtung 8 geführt wird.
  • Die Austragvorrichtung 8 hat die Aufgabe, zugleich Verteilvorrichtung zu sein und einen rundum gleichmässigen Austrag zu gewährleisten.
  • Ein weiteres wesentliches Merkmal des Druckbehälters ist die Gestaltung des Auslasses 5. Dieser muss gewährleisten, dass das Material restlos und ohne zu Entmischen während des Arbeitstaktes ausgetragen wird. Als technische Massnahme kann das beispielsweise durch einen Druckbehälter mit Wänden, die sich sehr steil gegen den Auslass 5 neigen, und/oder einen Konus im Bereich des Auslasses angestrebt werden.
  • Weitere Ausgestaltungsformen sind die Möglichkeiten des Vorheizens des Gases und/oder Entzunderungsmittels, entweder vor oder innerhalb des Druckbehälters oder in der Transportleitung. Durch die verhältnismässig kleinen Mengen an Beizmittel und Gas ist das Vorheizen leicht möglich.
  • Durch Anpassung der Dosiervorrichtung und der Austragvorrichtung ist es auch möglich, das Beizmittel in gleicher Weise in flüssiger Form als Lösung, Suspension oder Schmelze zu verarbeiten.
  • Als Ventile und Steuerorgane für die Dosiervorrichtung 9,10, die Druckgaszuführung 11 und den Auslass 5 können an sich bekannte Konstruktionen verwendet werden. Die Steuerung kann beispielsweise mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch erfolgen, wobei eine dem jeweiligen Arbeitstakt des Walzwerkes und dem Programmablauf gerecht werdende Steuerung auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch Handsteuerung, mechanisch oder auch elektronisch, erfolgen kann.
  • In der Abbildung 1 ist ferner das Werkstück beispielsweise eine Luppe, Hohlblock oder Rohr 12 und der als Werkstückinnen- raum 13 bezeichnete Hohlraum erkennbar.
  • Mit dem Verfahren nach vorliegender Erfindung gelingt es, das Beizmittel ohne allfällige Entmischung in gleichmässiger Ver-" teilung im Werkstückinnenraum zu verteilen und die vorhandene Zunderschicht zu modifizieren, resp. chemisch umzusetzen. Idealerweise wird durch die Verwendung des Beizmittels nicht nur eine gleichmässige und gut haftende dünne Oberflächenschicht erhalten, sondern die sich bildenden Produkte auf der inneren Oberfläche des Werkstückes haben idealerweise nichtabrasive oder sogar schmierende Eigenschaften.
  • Durch die Verwendung von im Vergleich zu bekannten Entzunderungsverfahren kleinen Gasmengen kommen bei der Verwendung von Luft als Druckgas nur verhältnismässig kleine Sauerstoffmengen mit dem auf Walztemperatur erhitzten Werkstück in Berührung, was eine stark vermindernde Bildung von neuen Oxidationsprodukten bedeutet.
  • Bei den geringen Gasmengen kann es auch schon wirtschaftlich vertretbar werden, Inertgase, wie Stickstoff oder Edelgase anzuwenden. Ein neuerliches Aufoxidieren kann damit vermieden werden.
  • Gegenüber bekannten Verfahren zur Entzunderung werden auch pro Flächeneinheit verhältnismässig geringe Mengen an Beizmittel benötigt.
  • Durch die geringen Gas- und Beizmittelmengen nach dem Verfahren vorliegender Erfindung wird das früher vorgeschlagene Absaugen des Entzunderungs-Gas-Gemisches überflüssig, ein Zurückschlagen des Gemisches aus der Werkstücköffnung, wie das bei nicht erfindungsgemässen Verfahren leicht möglich ist, beispielsweise durch die momentane starke Aufheizung, tritt nicht oder höchstens in nicht störender Weise auf. Werden nach dem Verfahren vorliegender Erfindung das Gas und/oder das Beizmittel vorgeheizt, können diese Probleme ganz vernachlässigt werden. Die gezielt eingesetzte Strömung bewirkt weiters eine äusserst homogene Verteilung des Beizmittels auf der Oberfläche des Werkstückinnenraumes, so dass kein an sich überschüssiges Beizmittel, das seinerseits wieder abgeschieden oder als Verlust eingerechnet werden muss, für das Verfahren benötigt wird.

Claims (12)

1. Verfahren zum Verarbeiten von Beizmitteln insbesondere zum Beizen von auf Walztemperatur erhitzten Werkstücken für die Rohrherstellung, dadurch gekennzeichnet, dass das Beizmittel volumetrisch oder gravimetrisch so dosiert in einen Druckbehälter eingespiesen wird, dass pro m2 Innenwandung des Werkstückes 5 bis 100 g Beizmittel vorhanden sind, der Druckbehälter mit Druckgas beaufschlagt wird, so dass sich ein Verhältnis von 50 bis 750 Normalliter Gas pro Kilogramm Beizmittel einstellt, und dass Gas und Beizmittel als homogenes Gemisch durch eine Transportleitung zu einer Austragvorrichtung geleitet und in zirkulärer, turbulenter, laminarer oder pulsierender Bewegung in oder auf das auf Walztemperatur erhitzte Werkstück geleitet und das Beizmittel auf die Werkstückwandungen aufgetragen wird.
2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Beizmittel volumetrisch dosiert wird.
3. Verfahren nach Patentansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass pro m2 Werkstückinnenwandung 10 bis 60 g, vorzugsweise 25 bis 50 g Beizmittel angewendet werden und dass pro Kilogramm Beizmittel 100 bis 500 Normalliter Gas, vorzugsweise 100 bis 250 Normalliter Gas, angewendet werden.
4. Verfahren nach Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Austragvorrichtung während des Auftragens des Beizmittels in einem Werkstückhohlraum durch den Werkstückhohlraum geführt wird.
5. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Beizmittel durch die im Bereich eines Hohlkörperendes befindliche Austragsvorrichtung in den Werkstückhohlraum geleitet und auf die Innenwandung aufgetragen wird.
6. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Gas Luft, Stickstoff, C02, ein Gas aus der Reihe der Edelgase oder Gemische dieser Gase verwendet werden.
7. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Beizmittel in trockener Form als Pulver mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 50 bis 1000 Mikrometer oder als Granulat mit einer durchschnittlichen Korngrösse von 0,5 bis 4 mm angewendet wird.
8. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter derart mit Druckgas beaufschlagt wird, dass sich ein Druck von 2 bis 20 bar, vorzugsweise 2 bis 10 bar, einstellt.
9. Verfahren gemäss Patentansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Beizmittel für das Beizen von Luppen angewendet wird und auf die inneren Luppenwandungen des Luppenhohlraumes aufgetragen wird.
10. Vorrichtung zum Verarbeiten von Beizmitteln nach dem Verfahren von Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Vorratsbehälter für das Beizmittel, daran angeschlossen eine volumetrische oder gravimetrische Dosiervorrichtung, die sich in einen Druckbehälter entleert, aufweist und der Druckbehälter einen Druckgaseinlass und einen Auslass für das Gas-Beizmittel-Gemisch aufweist, wobei der Auslass durch ein Oeffnungsventil gesteuert wird und die Vorrichtung eine Transportleitung und an deren Ende eine Austragvorrichtung für das Gas-Beizmittel-Gemisch aufweist.
11. Vorrichtung gemäss Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Dosiervorrichtung eine volumetrische Dosiervorrichtung eingesetzt wird.
12. Vorrichtung gemäss Patentansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass als Dosiervorrichtung ein Schneckendosierer eingesetzt wird.
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