Dornschmiermittel für die Herstellung nahtloser Rohre

Beschreibung

[0001] 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.

[0002] US 3 801 504 offenbart ein nicht entflammbares, thixotropes Schmiermittelkonzentrat auf Wasserbasis zum Warmschmieden, das zum weiteren Verdünnen mit Wasser geeignet ist und im wesentlichen aus den folgenden Bestandteilen in den angegebenen Verhältnissen besteht:

(a) ungefähr 60-75 Gewichtsteile Wasser,

(b) ungefähr 2,5-5,5 Gewichtsteile eines Tons als Verdickungsmittel, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bentonit- und Hectorit-Tonen, die eine Teilchengröße zwischen 0,05 mm und 0,1 mm im Durchmesser und eine effektive spezifische Oberfläche in der Größenordnung von 200 bis 400 m² pro Gramm des Tons aufweisen,

(c) ungefähr 16-29 Gewichtsteile Graphit,

(d) ungefähr 0,75-2,0 Gewichtsteile Borax,

(e) ungefähr 1,5-6,5 Gewichtsteile Natriummetasilicat.

[0003] Das Schmiermittel kann ferner bis zu 0,5 Gewichtsteile eines oberflächenaktiven Stoffs enthalten, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus alkoxylierten Alkylphenolen, die durchschnittlich 2 bis 30 Mol Alkylenoxid im Molekül enthalten, wobei die alkylierende Gruppe 4 bis 12 C-Atome pro Phenolmolekül enthält, und bis zu einem Gewichtsteil Natriumcarboxymethylcellulose als Verdicker enthalten.

[0004] 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.

[0005] 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 heruntergekühlt 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.

[0006] 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.

[0007] 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.

[0008] 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.

[0009] Wie 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.

[0010] 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.

[0011] Die Aufgabe konnte gelöst werden mit einem Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1, welches enthält:

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,

wobei das Dornschmiermittel Borax und Natriummetasilikat nicht enthält.

[0012] Vorzugsweise enthält das Dornschmiermittel:

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.

[0013] Geeignete natürliche Graphite sind solche mit hoher Kristallinität, d.h. mit einer Kristallitgrösse L_c von grösser 100 nm, und einem Aschegehalt von maximal 5%.

[0014] Geeignete synthetische Graphite weisen ebenfalls eine hohe Kristallinität L_c grösser 100 nm und eine 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.

[0015] 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.

[0016] 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.

[0017] 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.

[0018] 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 Luppe eingeführt wird.

[0019] 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.

[0020] Zweckmässig finden aus der Reihe der Polysaccharide oder seiner Derivate Biopolysaccharide wie Xanthan Gummi, Rhamsangummi oder ein Alkylcellulosederivat, wie z.B. Hydroxypropylmethylcellulose, Anwendung.

[0021] Um das Verdickungsmittel gegen bakteriellen Angriff zu schützen, wird zweckmässig ein handelsübliches Biozid zugesetzt.

[0022] Um gute Filmeigenschaften des Schmiermittels zu erhalten und um die Viskosität des Schmiermittels zu beeinflussen, wird zweckmässig zusätzlich ein nichtionisches Tensid eingesetzt.

[0023] 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).

[0024] Das erfindungsgemässe Schmiermittel wird zweckmässig in Form einer wässeriqen 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.

[0025] 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.

[0026] In der Regel wird die Auftragungsmenge so gesteuert, dass sich auf dem Dorn ca. 40 g/m² Schmiermittel (ohne Wasser) befindet.

Beispiel 1

[0027] 

Formulierung 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.%

Formulierung 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.%

Formulierung 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.%.

Formulierung 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.%

Vergleichsformulierung 1 VF1 (gemäß DE-PS 24 50 716)

Beispiel 5

[0028] 

20% Graphit

9,5% Vinylacetat Mischpolymerisat

1% Polysaccharid

69,5% Wasser

Vergleichsformulierung 2 VF2 (graphithaltiges Mineralöl)

[0029] 

35% Graphit

65% Mineralöl

Trocknungstest

[0030] 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

Ansprüche

1. Dornschmiermittel für die Anwendung bei der Herstellung nahtloser Rohre enthaltend

a) 60-95 Gew.% eines natürlichen oder synthetischen Graphits

b) 5-40 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite

c) 0,2-2 Gew.% eines Polysaccharides oder einer seiner Derivate

d) 0-5 Gew.% eines nichtionischen Tensids,

wobei das Dornschmiermittel Borax und Natriummetasilikat nicht enthält.

2. Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1, enthaltend

a) 75-90 Gew.% eines natürlichen oder synthetischen Graphits

b) 5-25 Gew.% eines oder mehrerer Tonminerale aus der Klasse der Smectite

c) 0,5-1 Gew.% eines Polysaccharides oder einer seiner Derivate

d) 0-2 Gew.% eines nichtionischen Tensids.

3. Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als natürlicher Graphit ein Graphit mit einer Kristallgröße L_c von größer 100 nm und einem Aschegehalt von maximal 5 Gew.% eingesetzt wird.

4. Dornschmiermittel nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als synthetischer Graphit ein Graphit mit einer Kristallgrösse L_c von grösser 100 nm und einer Reinheit von 99,9% und höher eingesetzt wird.

5. 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.

6. Dornschmiermittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Polysaccharid ein Biopolysaccharid oder ein Alkylcellulosederivat verwendet wird.

7. 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.

8. Dornschmiermittel nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, in Form einer wässerigen Dispersion.

9. Dornschmiermittel nach Patentanspruch 8, in Form einer wässerigen Suspension mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 Gew.%.

10. Verwendung des Dornschmiermittels der Zusammensetzung gemäß einem der Patentansprüche 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, wobei die Zeit zwischen Auftragung des Schmiermittels auf den 60-100°C warmen Dorn bis zum Walzvorgang auf maximal 5 Sekunden begrenzt ist.

Claims

1. Mandrel lubricant for use in the manufacture of seamless tubes comprising

a) 60-95% by weight of a natural or synthetic graphite

b) 5-40% by weight of one or more clay minerals from the smectic class

c) 0.2-2% by weight of a polysaccharide or one of its derivatives

d) 0.5% by weight of a non-ionic surfactant,

the mandrel lubricant containing neither borax nor sodium metasilicate.

2. Mandrel lubricant according to claim 1 comprising

a) 75-90% by weight of a natural or synthetic graphite

b) 5-25% by weight of one or more clay minerals from the smectic class

c) 0.5-1% by weight of a polysaccharide or one of its derivatives

d) 0.2% by weight of a non-ionic surfactant.

3. Mandrel lubricant according to claim 1 or 2, characterised in that a graphite having a crystal size L_c greater than 100 nm and an ash content of 5% by weight maximum is used as a natural graphite.

4. Mandrel lubricant according to claim 1 or 2, characterised in that a graphite having a crystal size L_c greater than 100 nm and a purity of 99.9% or above is used as a synthetic graphite.

5. Mandrel lubricant according to one of claims 1 to 4, characterised in that montmorillonites with a swelling capacity in water of 3 to 50 are used as clay minerals from the smectic class.

6. Mandrel lubricant according to one of claims 1 to 5, characterised in that a biopolysaccharide or an alkylcellulose derivative is used as a polysaccharide.

7. Mandrel lubricant according to one of claims 1 to 6, characterised in that an oligomeric oxyethylate or an oxyethylate modified with oxypropyl groups is used as a non-ionic surfactant.

8. Mandrel lubricant according to one of claims 1 to 7, in the form of an aqueous dispersion.

9. Mandrel lubricant according to claim 8, in the form of an aqueous suspension with a solid content of 20 to 40% by weight.

10. Use of a mandrel lubricant having a composition according to one of claims 1 to 9 in the manufacturing process of seamless tubes for applying to mandrels, which following a completed rolling procedure have passed through the cooling bath and are prepared for the next rolling procedure, the time between the application of the lubricant to the 60-100°C mandrel to the rolling procedure being limited to a maximum of 5 seconds.

Revendications

1. Lubrifiant de mandrin destiné à être utilisé lors de la fabrication de tubes sans soudures, comprenant

a) 60-95 % en poids d'un graphite naturel ou synthétique,

b) 5-40 % en poids d'un ou de plusieurs minéraux d'argile réfractaire de la classe des smectites,

c) 0,2-2 % en poids d'un polysaccharide ou d'un de ses dérivés,

d) 0-5 % en poids d'un agent tensioactif non ionique, le lubrifiant ne contenant pas de borax ni de métasilicate de sodium.

2. Lubrifiant de mandrin selon la revendication 1, comprenant

a) 75-90 % en poids d'un graphite naturel ou synthétique,

b) 5-25 % en poids d'un ou de plusieurs minéraux d'argile réfractaire de la classe des smectites,

c) 0,5-1 % en poids d'un polysaccharide ou d'un de ses dérivés,

d) 0-2 % en poids d'un agent tensioactif non ionique.

3. Lubrifiant de mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme graphite naturel un graphite présentant une taille de cristal L_c supérieure à 100 nm et une teneur en cendres d'au maximum 5 % en poids.

4. Lubrifiant de mandrin selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme graphite synthétique un graphite présentant une taille de cristal L_c supérieure à 100 nm et une pureté de 99,9 % et plus.

5. Lubrifiant de mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme minéraux d'argile réfractaire de la classe des smectites de la montmorillonite présentant un pouvoir de gonflement dans l'eau de 3 à 50.

6. Lubrifiant de mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme polysaccharide un biopolysaccharide ou un dérivé d'alkylcellulose.

7. Lubrifiant de mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent tensioactif non ionique un oxyéthylate oligomère ou un oxyéthylate modifié par des groupes oxypropyle.

8. Lubrifiant de mandrin selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, sous forme d'une dispersion aqueuse.

9. Lubrifiant de mandrin selon la revendication 8, sous forme d'une suspension aqueuse présentant une teneur en matières solides de 20 à 40 % en poids.

10. Utilisation du lubrifiant de mandrin de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 dans le processus de fabrication de tubes sans soudures par application sur des mandrins qui ont traversé le bain de refroidissement à la fin d'un processus de laminage et qui sont préparés pour le processus de laminage suivant, la durée entre l'application du lubrifiant sur le mandrin, présentant une température de 60 à 100 °C, et le processus de laminage étant limitée à au maximum 5 secondes.