AURIN NORBERT (DE)
EP0164637A1 | 1985-12-18 | |||
EP0554822A1 | 1993-08-11 | |||
DE1594377A1 | 1971-04-29 | |||
DE634622C | 1936-08-31 |
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 13, no. 536 (C - 660) 29 November 1989 (1989-11-29)
1. | Schmiermittel mit einem Gehalt von 75 bis 90 Gew.% Graphit, dadurch gekennzeichnet, daà es 1 bis 10 Gew.% Phosphate enthält. |
2. | Schmiermittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daà es 3 bis 5 Gew.% Phosphate enthält. |
3. | Schmiermittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daà es zusätzlich 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 2,5 Gew.% Alkalisilikat enthält. |
4. | Schmiermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daà es als Alkalisilikat Natriumsilikat, zweckmäÃig mit einem Verhältnis von SiO2 : NagO von etwa 2 enthält. |
5. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daà es zusätzlich 1 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.% Bentonit enthält. |
6. | Schmiermittel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daà es einen Bentonit mit einer BETOberfläche von 6 m2/g enthält. |
7. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daà es zusätzlich 0,5 bis 1 , vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.% Silikophosphat enthält. |
8. | Schmiermittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daà es ein Silikophosphat mit etwa 22 % SiO2 und etwa 54 % P2O5 enthält. |
9. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daà es als Graphit einen natürlichen oder synthetischen Graphit mit hoher Kristallinität und einem Aschegehalt unter 5 % enthält. |
10. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daà es als Phosphate eine Phosphat ischuÏg aus Tetranatriumdiphosphat, primärem Zinkortho¬ phosphat, primärem Manganorthophosphat, Dinatriumdihydrogendiphosphat und Kalium¬ polyphosphat enthält. |
11. | Schmiermittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daà es eine Phosphatmi¬ schung enthält, die 25 bis 50, vorzugsweise 33 bis 43 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 11 Gew.% primäres Zinkorthophosphat, 0,5 bis 20, vorzugs¬ weise 1 bis 10 Gew.% primäres Manganorthophosphat, 2 bis 25, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat und 8 bis 35, vorzugsweise 15 bis 25 Gew.% Kaliumpolyphosphat enthält. |
12. | Schmiermittel nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, daà die Phosphat¬ mischung zusätzlich Borsäure und/oder Hydroxylapatit enthält. |
13. | Schmiermittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daà die Phosphatmischung zusätzlich 5 bis 25, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.% Borsäure und/oder 0,5 bis 15, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.% Hydroxylapatit enthält. |
14. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daà die Phosphatmischung etwa 38 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, etwa 7 Gβw.% primäres Zinkorthophosphat, etwa 5 Gew.% primäres Manganorthophosphat, etwa 10 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat, etwa 20 Gew.% Kaliumpolyphosphat, etwa 15 Gew.% Borsäure und etwa 5 Gew.% Hydroxylapatit enthält. |
15. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daà es als wäÃrige Dispersion mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 24 bis 35 Gew.% vorliegt, wobei sich die Prozentsätze von Graphit, Phosphaten bzw. Phosphat¬ gemisch, Alkalisilikat, Bentonit und Silikophosphat auf den Feststoffanteil der wäÃrigen Dispersion beziehen. |
16. | Schmiermittel nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daà es zusätzlich wenigstens einen Festschmierstoff, vorzugsweise in einer Menge von 1 bis 5 Gew.% enthält. |
17. | Schmiermittelzusatz, gekennzeichnet durch ein Phosphatgemisch, das aus 25 bis 50 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, 1 bis 20 Gew.% primärem Zinkorthophosphat, 0,5 bis 20 Gew.% primärem Manganorthophosphat, 2 bis 25 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat und 8 bis 35 Gew.% Kaliumpolyphosphat besteht. |
18. | Schmiermittelzusatz nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daà er 33 bis 43 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, 3 bis 11 Gew.% primäres Zinkorthophosphat, 1 bis 10 Gew.% primäres Manganorthophosphat, 5 bis 15 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat und 15 bis 25 Gew.% Kaliumpolyphosphat enthält. |
19. | Schmiermittelzusatz nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, daà er zusätzlich 5 bis 25 Gew.% Borsäure und/oder 0,5 bis 15 Gew.% Hydroxylapatit enthält. |
20. | Schmiermittelzusatz nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daà er 10 bis 20 Gew.% Borsäure und/oder 1 bis 10 Gew.% Hydroxylapatit enthält. |
21. | Schmiermittelzusatz nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daà er aus etwa 38 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, etwa 7 Gew.% primärem Zink¬ orthophosphat, etwa 5 Gew.% primärem Manganorthophosphat, etwa 10 Gew.% Dinatri¬ umdihydrogendiphosphat, etwa 20 Gew.% Kaliumpolyphosphat, etwa 15 Gew.% Borsäure und etwa 5 Gew.% Hydroxylapatit besteht. |
22. | Verwendung eines Schmiermittels nach einem der Ansprüche 1 bis 15 als Dornschmier¬ mittel. |
Schmiermi tel und dessen Verwendung
Schmiermittel, die bei der HeiÃumformung von Metallen verwendet werden, sind seit langem bekannt. Solche Schmiermittel bestehen beispielsweise aus Gemischen von Graphit und Mineral¬ öl. Derartige Gemische zersetzen sich bei den üblichen Anwendungstemperaturen von 1100 bis 1300 °C und ergeben dabei eine starke Umweltbeeinträchtigung.
Schmiermittel, die bei der Herstellung nahtloser Rohre zur Schmierung der sogenannten Dorn¬ stangen verwendet werden, müssen besonderen Anforderungen genügen und bestehen deshalb aus Graphit und Stoffgemischen, die diese besonderen Eigenschaften erbringen. So beschreibt die DE-B-2 350 716 ein Hochtemperaturschmiermittel aus 10 bis 90 % Graphit, 2 bis 60 % Alkylenpolymerisat oder -mischpolymerisat, 0,2 bis 8 % SuspensioÏshilfsmittel und 2 bis 40 % Filmstabilisator. Die EP-A-0 554 822 beschreibt ein Schmiermittel, das neben Graphit ein oder mehrere Tonminerale aus der Klasse der Smectite sowie Polysaccharid und ein nichtionisches Tensid enthält.
Insgesamt enthalten die bisher bekannten Schmiermittel neben Graphit organische und damit zersetzliche Stoffe und/oder Zusätze, die die später anfallenden Abwässer beispielsweise durch Schlammbildung stark verunreinigen und damit eine groÃe Umweltbelastung darstellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe bestand somit darin, ein Schmiermittel, das insbesondere als Dornschmiermittel verwendbar ist, zu bekommen, das neben Graphit im wesentlichen möglichst keinerlei verschwelbare organische Stoffe enthält und möglichst geringe Umweltschädlichkeit bezüglich der Abwasserbelastung aufweist.
Erfindungsgemäà wird diese Aufgabe mit einem Schmiermittel mit einem Gehalt von 75 bis 90 Gew.% Graphit gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daà es 1 bis 10 Gew.% Phosphate enthält.
Der Vorteil der erfindungsgemäÃen Schmiermittel gegenüber denen nach dem Stand der Technik, insbesondere gegenüber Domschmiermitteln, ist darin zu sehen, daà sie keine organischen Stoffe zu enthalten brauchen und vorzugsweise gar keine organischen Stoffe enthalten, so daà der Graphit der einzige zersetzliche Bestandteil ist. Sie enthalten also vorzugsweise ausschlieì lich anorganische Stoffe. Graphit, dem die Hauptschmierwirkung solcher Schmierstoffe zukommt, besteht aus reinem Kohlenstoff, der bei den hohen Anwendungstemperaturen in sauerstoffhaltiger Umgebung verbrennt, wobei Kohlendioxid entsteht, das ein Gaspolster erzeugt, auf dem in erster
ERSATZBLArT (REGEL 26)
Linie die Trennung von Rohr und Dornstange beruht.
Die anderen Inhaltsstoffe des Schmiermittels haben die Aufgabe, einen gleichmäÃigen Schmier¬ film zu erzeugen, eine schnelle Trocknung des Schmierfilmes zu bewirken und Beschädigungen der Dornstange bzw. der Rohrinnenfläche zu vermeiden. Diese Aufgaben werden erfindungs¬ gemäà primär durch die Phosphate gelöst, die bei den hohen Anwendungstemperaturen eine dünnflüssige, reaktive Schmelze bilden, die in der Lage ist, Zunder und ähnliche Verunreinigun¬ gen zu lösen und damit deren schädliche Wirkung zu vermeiden.
Die erfindungsgemäÃen Schmiermittel enthalten vorzugsweise 85 bis 90 Gew.% Graphit und günstigerweise 3 bis 5 Gew.% Phosphate.
Besonders zweckmäÃig ist es, als Phosphate in dem erfindungsgemäÃen Schmiermittel eine Phosphatmischung aus Tetranatriumdiphosphat, primärem Zinkorthophosphat, primärem Mang- anorthophosphat, Dinatriumdihydrogendiphosphatund Kaliumpolyphosphat zu verwenden. Diese Phosphatmischung enthält günstigerweise 25 bis 50, vorzugsweise 33 bis 43 Gew.% Tetranatri¬ umdiphosphat, 1 bis 20, vorzugsweise 3 bis 11 Gew.% primäres Zinkorthophosphat, 0,5 bis 20, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.% primäres Manganorthophosphat, 2 bis 25, vorzugsweise 5 bis 15 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat und 8 bis 35, vorzugsweise 15 bis 25 Gew.% Kaliumpoly¬ phosphat. Eine zu diesem Zweck fein abgestimmte Phosphatmischung enthält etwa 38 Gew.% Tetranatriumdiphosphat, etwa 7 Gew.% primäres Zinkorthophosphat, etwa 5 Gew.% primäres Manganorthophosphat, etwa 10 Gew.% Dinatriumdihydrogendiphosphat und etwa 20 Gew.% Kaliumpolyphosphat.
Günstigerweise enthält die dem Schmiermittel als Phosphate zugegebene Phosphatmischung zusätzlich 5 bis 25, vorzugsweise 10 bis 20 Gew.% Borsäure und/oder 0,5 bis 15, vorzugsweise 1 bis 10 Gew.% Hydroxylapatit. Die oben aufgeführte fein abgestimmte Phosphatmischung enthält hiervon zweckmäÃige etwa 15 Gew.% Borsäure und etwa 5 Gew.% Hydroxylapatit.
Zusätzlich zu den 1 bis 10 Gew.% Phosphaten, insbesondere der oben angegebenen bevorzug¬ ten Phosphatmischung, und den 95 bis 90 Gew.% Graphit enthält das erfindungsgemäÃe Schmiermittel zweckmäÃig noch 1 bis 4, vorzugsweise 2 bis 2,5 Gew.% Alkalisilikat, insbesonde¬ re Natriumdisilikat, und/oder 1 bis 10, vorzugsweise 4 bis 6 Gew.% Bentonit, vorzugsweise handelsüblichen Bentonit 34 mit 6 m 2 /g BET-Oberfläche, und/oder 0,5 bis 1 , vorzugsweise 0,7 bis 0,9 Gew.% Silikophosphat, die die Wirkung der oben beschriebenen Phosphatmischung ver¬ stärken. Die zuletzt genannten Prozentsätze beziehen sich auf das Gesamtgewicht des Feststoff¬ gehaltes des erfindungsgemäÃen Schmiermittels, während sich die Prozentsätze des Phosphat-
gemisches einschlieÃlich jener der Borsäure und des Hydroxylapatits auf das Gesamtgewicht der Feststoffe nur des Phosphatgemisches allein beziehen.
Als Graphit kann jeder für Schmiermittel übliche Graphit, natürlicher oder synthetischer Graphit, zweckmäÃig einer mit hoher Kristallin ität und einem Aschegehalt unter 5 % verwendet werden. Als Natriumsilikat wird zweckmäÃig ein solches mit einem Verhältnis von SiO 2 : Na^-O von 2 verwendet. Das verwendete Silikophosphat enthält günstigerweise etwa 22 % SiO 2 und etwa 54 % P 2 0 5 .
Die erfindungsgemäÃen Dornschmiermittel werden bevorzugt als wäÃrige Suspensionen mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 Gew.%, vorzugsweise 25 bis 35 Gew.% angewendet. Das Aufbringen des Schmiermittels erfolgt auf übliche Weise durch Versprühen der Suspension auf die Dornstange, nachdem diese das Kühlbad verlassen hat und wieder zum Walzprozeà trans¬ portiert wird.
ZweckmäÃig können die erfindungsgemäÃen Schmiermittel zusätzlich übliche Festschmierstoffe, wie Calciumfluorid, Kryolith, Antimontrioxid, Molybdänsulfid, Zinkpyrophosphat, Bornitrid oder Eisen-lll-pyrophosphat, enthalten.
Die unerwartete Wirksamkeit der erfindungsgemäÃen Schmiermittelzusätze bzw. Schmiermittel wurde in einer Vielzahl von Untersuchungen und Erprobungen getestet. Durch Auftragen eines erfindungsgemäÃen Schmiermittels auf den Dornkopf wird erreicht, daà ein Steckenbleiben nicht mehr vorkommt und bis zu 50 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden können. Im Gegensatz dazu bekam man früher beim Lochen von hochlegiertem Stahl durch Schrägwalzen über einen Dorn erhebliche Ausfälle, da es oft unmöglich war, den im Rohr festgefressenen Dorn wieder zu entfernen. Selbst wenn dies glückte, war der Dornverschleià so hoch, daà im Durchschnitt nur 3,8 Blöcke über einen Dorn gewalzt werden konnten.
Auch beim sogenannten Pilgerwalzen austenitischer Rohre aus den vorgebohrten Blöcken ergeben sich mit dem erfindungsgemäÃen Schmiermittel erhebliche Vorteile. Der technische Vorgang besteht darin, daà in eine vorher gelochte, glühende Luppe ein langer, zunächst kalter Dorn gleichmäÃiger Dicke geführt wird. Dieser wird nun mit der Luppe im Pilgerschritt, d. h. abwechselnd nach vorn und wieder rückwärts, durch das Pilgerwalzwerk geführt. Dort wird mit Hilfe exzentrisch geformter Walzen eine Art Walz- und Schmiedeprozeà durchgeführt, der aus der Luppe Schritt für Schritt ein nahtloses Rohr formt, welches dabei über die gesamte Länge des Pilgerdorns gewalzt wird. Es entstehen so Rohre erheblicher Länge. Aus diesen muà der
inzwischen auch glühend gewordene Dorn wieder herausgezogen werden. Nach dem Stand der Technik glückte dies oftmals überhaupt nicht, so daà das fertige Rohr vom Dorn herunterge- schweiÃt und dabei zerstört werden muÃte. Wenn die Trennung überhaupt gelang, war der erforderliche Trenndruck sehr hoch, im Mittel 200 atü. Beim Schmieren der Dorne mit den erfindungsgemäÃen Schmiermitteln, die als viskose Lösung aufgetragen werden, sinkt der erforderliche Trenndruck im Mittel auf 20, maximal auf 60 atü. Ein Steckenbleiben der Dorne kommt dabei nicht mehr vor.
Sehr gute Erfolge werden auch bei der Herstellung nahtloser Rohre auf der StoÃbank erzielt. Hierbei wird die erhitzte Luppe mittels einer StoÃstange durch ein System sich ständig ver¬ engender Ringe bzw. nichtangetriebener Walzkaliber gestoÃen, wodurch die Luppe reduziert und gestreckt wird. Dabei soll das nach hinten flieÃende Material möglichst ohne starke Reibung über die StoÃstange gleiten. Es zeigte sich, daà die Schmierung der StoÃstange mit den erfindungs¬ gemäÃen Schmiermitteln zu sehr guten Ergebnissen führt und daà insbesondere die bei Ãl- Graphit-Schmierung auftretenden VerschweiÃungen und Riefen fortfallen.
Auch beim WarmflieÃpressen, beispielsweise von Schwungrädern, hat sich das Auftragen sehr dünner Schichten der erfindungsgemäÃen Schmiermittel bestens bewährt. Während bei Ãl- Graphit-Schmierung die aus legiertem Material bestehende PreÃform häufig schnell durch RiÃbildung zerstört wurde, so daà sie häufig ausgewechselt werden muÃte, wird durch das Schmiermittel nach der Erfindung die Standzeit der Form verdoppelt. Es ist nur noch eine energische Säuberung, nicht aber eine völlige Erneuerung der PreÃform erforderlich.
Die anwendungstechnischen Vorteile der erfindungsgemäÃen Schmiermittel sind folgende:
- keinerlei Umweltbeeinträchtigung durch Zersetzungsprodukte organischer Inhaltsstoffe,
- keine Schlammbildung beim Kühlen und Spülen der benutzten DorÏstange, wie dies z. B. bei Verwendung von tonhaltigen Schmiermitteln der Fall ist,
- keine Schädigung der Dornstangen bzw. der Rohrinnenflächen durch schmirgelnde und riefenbildende Zunderpartikel und dergleichen.
Beispiel 1
Ein eriindungsgemäÃes Schmiermittel wurde in Form einer 30 %igen wäÃrigen Aufschlämmung hergestellt, deren Feststoffanteil folgende Zusammenetzung hatte:
85 Gewichtsteile Naturgraphit mit 95 %iger Reinheit in Form von Kohlenstoff
3 Gewichtsteile Bentonit
2,5 Gewichtsteile Natriumsilikat mit einem Verhältnis Si0 2 : Na<>0 von 2,0
0,8 Gewichsteile eines Silicophosphates
8,7 Gewichtsteile eines Phosphatgemisches aus
40 Gewichtsteilen Tetranatriumdiphosphat
5 Gewichtsteilen primärem Zinkorthophosphat
5 Gewichtsteilen Manganorthophosphat
10 Gewichtsteilen Dinatriumdihydrogenphosphat
20 Gewichtsteilen Kaliumpolyphosphat
5 Gewichtsteilen Borsäure
5 Gewichtsteilen Hydroxylapatit
An einer MPM-StraÃe zur Herstellung von nahtlosen Stahlrohren wurden die im Umlauf befindli¬ chen Dornstangen mit dem obigen erfindungsgemäÃen Schmiermittel besprüht. Nach Verdamp¬ fen des Wasseranteils betrug das Schichtgewicht des trockenen Schmiermittelfilmes 60 g/m 2 der Dornstangenoberfläche.
Bei Kontakt mit dem heiÃen Stahl während des Walzprozesses wurden keine Schwelgase erzeugt. Eine Absaugvorrichtung war nicht erforderlich.
Im Gegensatz dazu muÃten bei Verwendung eines Schmierstoffes nach dem Stand der Technik 150 mg Schwelgas pro Kubimeter Abluft entsorgt werden.
Beispiel 2
Ein erfindungsgemäÃes Schmiermittel wurde in Form einer 15 gew.%igen wäÃrigen Aufschläm- mung hergestellt, deren Feststoffanteil aus folgenden Komponenten bestand:
73 Gwichtsteile eines Synthesegraphits mit einer Reinheit von über 98 % Kohlenstoff
3,5 Gewichsteile Bentonit
3,0 Gewichtsteile Natriumsilicat mit einem Verhältnis SiO 2 : agO von 2,2
0,5 Gewichtsteile eines Silicophosphates mit 22 Gew.% SiO 2 und 54 Gew.% P 2 O 5
20 Gewichtsteile eines Phosphatgemisches aus
35 Gewichtsteilen Tetranatriumpyrophosphat
10 Gewichtsteilen primärem Zinkphosphat
5 Gewichtsteilen Manganorthophosphat
5 Gewichtsteilen Dinatriumdihydrogenphosphat
15 Gewichtsteilen Kaliumpolyphosphat
20 Gewichtsteilen Borsäure
10 Gewichtsteilen Hydroxylapatit
An einer PilgerstraÃe zur Herstellung von nahtlosen Rohren wurden die Pilgerdorne mit einer wäÃrigen Suspension des obigen erfindungsgemäÃen Schmiermittels besprüht. Das Schicht¬ gewicht auf der Dornstange betrug 20 g/m 3 , bevor der Umformvorgang begann.
Nach dem Pilgerprozeà war die Dornstange glatt und frei von Zunderpartikeln. Die Rohrinnen¬ oberfläche war ebenfalls glatt. Die Innenrauhigkeit der Rohre hatte bedeutend abgenommen. Sie betrugt im Mittelwert 10 μm.
Im Gegensatz dazu war bei Verwendung eines bekannten Schmierstoffes die Oberfläche der Dornstange mit Zunderpartikeln behaftet. Diese Partikel muÃten nach zwölf Umformvorgängen von Hand abgeschliffen werden, was eine erheblichθ Verzögerung der Produktion darstellt und als unwirtschaftlich zu betrachten ist. Der Mittelwert der Innenrauhigkeit der Rohre war 53 μm.
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