DE112015001515B4

DE112015001515B4 - Axial exzentrisch angeordnete Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Rohres

Info

Publication number: DE112015001515B4
Application number: DE112015001515.9T
Authority: DE
Inventors: Mingnan Duan
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2019-01-10
Anticipated expiration: 2035-01-31
Also published as: CN103909105A; KR20160138096A; WO2015143947A1; KR102240067B1; US10888907B2; JP6445674B2; US20180345344A1; CN103909105B; JP2017509492A; DE112015001515T5

Abstract

Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100), mit:- eine Abstützstange (1), die innerhalb des Metallrohres (100) angeordnet ist,- mindestens zwei zum Ausgeben eines Mischstrahls (100) dienende Düseneinheiten (2), die entlang der Längsrichtung der Abstützstange (1) und bezüglich der Innenwand des Metallrohres (100) axial exzentrisch an der Abstützstange (1) angeordnet sind, wobei in jeder der Düseneinheiten (2) eine Mischstrahldüse (21) vorgesehen ist, die sich an einer von der Innenwand weiter entfernt liegenden Seite der Abstützstange (1) befindet, wobei die Mischstrahldüsen (21) der mindestens zwei Düseneinheiten (2) ausgehend von der Achse der Abstützstange als Kreismittelpunkt ausstrahlend angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dassdie Abstützstange (1) einen ersten Abstützabschnitt (11) und einen durch räumliche Abbiegung und Erstreckung von einem Ende des ersten Abstützabschnitts (11) gebildeten zweiten Abstützabschnitt (12) umfasst, welcher erste und zweite Abstützabschnitt (11, 12) jeweils zum Anordnen der Düseneinheiten (2) dienen, wobei sich die Mittelachsen des ersten und zweiten Abstützabschnitts (11, 12) bezüglich der Mittelachse des zu entzundernden Metallrohres (100) jeweils exzentrisch verlaufen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung gehört zu dem Bereich der Entzunderungstechnik für die Innenwand eines Rohres aus Kaltmetall mit einem kreisförmigen Querschnitt oder einem Querschnitt atypischer Form und dient vor allem zu fortlaufendem Entfernen von Zunder an der Innenwandoberfläche eines Kaltmetallrohres. Konkret betrifft die Erfindung eine Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Einrichtung ist aus der JP 2002 144 237 A bekannt.
Technischer Hintergrund
Bei Warmwalzen oder thermischer Behandlung entsteht an der Oberfläche eines Metallmaterials eine Schicht dichter Abdeckung aus Metalloxid, welche auch als Zunder bezeichnet wird. Das Vorhandensein solcher Zunder beeinträchtigt weitere Bearbeitung bzw. Behandlung: einerseits wird eine vorzeitige Entdeckung von Oberflächenrissen des Materials erschwert, was einen Qualitätsmangel angefertigter Produkte zur Folge hat, wobei andererseits die Zunder sich leicht in die Metalloberfläche eindrücken lassen und somit eine Qualitätsmangel der Oberfläche verursacht wird. Zudem beschleunigt das Vorhandensein eines harten Oxides den Verschleiß einer Walze oder einer Ziehbank und erschwert die Konservierung solcher Stabmaterialien vor praktischer Verwendung. Darüber hinaus ist es bei speziellen Stahlstäben zum Freilegen eines Qualitätsmangels an Oberfläche eines Stahlstabs, wie z.B. Rissen und Streifen notwendig, Zunder an der Oberfläche zu entfernen und den Körper freizulegen, um den Produktionsmitarbeitern zu ermöglichen, Mangel zu entdecken und entsprechende Korrekturmaßnahmen zu erarbeiten.
Aus diesem Grund müssen die Zunder an der Oberfläche eines Metallrohres nach Warmwalzen und vor einer Prozessbehandlung vollständig entfernt werden.
In Bezug auf das Verfahren zur Entzunderung für die Oberfläche eines Metallrohres werden bei sowohl inländischen als auch ausländischen Herstellern angesichts von Kosten und der Reife des Herstellungsprozesses Zunder an der Oberfläche vor allem durch Waschen mittels eines nasschemischen Verfahrens entfernt. Für Rohre stehen in der Regel zwei Möglichkeiten zur Entzunderung zur Verfügung, also physische Entzunderung durch Kugelstrahlung, usw. und nasschemisches Verfahren, bei dem mittels einer starken Säurelösung wie z.B. Schwefelsäure, Salzsäure sowie Flusssäure das Entfernen der Zunder an der Oberfläche verwirklicht wird.
Darunter sorgt der Säurewaschprozess im Rahmen des nasschemischen Verfahrens für eine schlechte Produktionsumgebung, wobei die große Menge der Restsäure, die infolge der Produktion erzeugt wird, wiederverwertet werden muss und bei der gängigen Recyclingtechnik unvermeidlich entsprechende Abgase erzeugt werden und abgeführt werden müssen, welche Abgase saure und korrosive Substanzen in großer Menge enthalten, wie z.B. HCL und SO2 und somit für unmittelbare Luftverschmutzung sorgen.
Bei Entzunderung durch Kugelstrahlung wird aufgrund beschränkten Raums an der Innenoberfläche eines Rohres und des Bedarfs an einem großen Bedienungsraum lässt sich die Oberfläche des Rohres nicht völlig reinigen, wobei zudem eine Verschmutzung durch Staub in großer Menge verursacht und die Arbeitsumgebung in Produktionswerkstatt verschlechtert. Mit der unzureichenden Entzunderungswirkung kann die durch den Folgeprozess erforderte Qualität der Innenwandoberfläche nicht erreicht werden.
Zum Lösen der Probleme bei der Entzunderung für die Oberfläche eines Rohres haben Wissenschaftsforscher zahlreiche Forschungen durchgeführt und viele Technologien und Anlagen entwickelt, um solche Chemieverfahren zur Entzunderung für Metalloberfläche zu ersetzen wie z.B. Elektrolyse-Entzunderung, Elektrolyse- und Schleifentzunderung, Entladungs-Entzunderung, Elektronenstrahl-Entzunderung, Laserentzunderung, Schleifentzunderung, Entzunderung durch wiederholte Biegung sowie eine Kombination davon. Unter solchen Verfahren erfährt die Entzunderungstechnik durch Hochdruck-Wasserstrahl die schnellste Entwicklung in den letzten Jahren und erlebt einen zunehmend offensichtlichen Industrialisierungsprozess.
Wie aus einschlägigen Patenten zu entnehmen ist, wurde bislang keine effektive Entzunderungstechnik für die Oberfläche eines Stab- bzw. Drahtmaterials auch in Japan, Deutschland sowie anderen Ländern mit hochentwickelten metallurgischen Technologien vorschlagen, obwohl bereits zahlreiche Entzunderungstechnologien durch einen kontinuierlichen Strahl sowie Polieren bzw. Bürsten bereitgestellt wurden, wie u.a. das durch die japanische Patent JP 06 108 277 A offenbarte Entzunderungsverfahren durch Säuresprühen und Bürstenrolle auf einer durchgehenden Kaltwalzlinie, das durch die japanische Patent JP 55 034 688 A offenbarte Entzunderungsverfahren durch einen Hochdruckstrahl aus Schleifmittel in Verbindung mit Zunderbrechen für PV-Walzen, die japanischen Patente JP 57 142 710 A , JP 57 068 217 A , JP 59 097 711 A , eine Reihe von amerikanischen Patenten hinsichtlich der Entzunderungstechnologien für die Oberfläche einer Stahlplatte, wie z.B. US 2008 0108281 A1 , US 2008 0182486 A1 und US 2009 0227184 A1 , die von der kanadischen Firma TMW seit 2001 offenbart wurden, sowie die westeuropäische Patent US 5 388 602 , die japanischen Patente JP 05 092 231 A , JP 09 085 329 A sowie JP 02 102 915 .
Die eingangs genannte JP 2002 144 237 A zeigt eine Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres mit zwei Düsen, welche an einer gemeinsamen Abstützstange angeordnet sind.
Aus der CN 201 244 599 Y ist eine Entzunderungseinrichtung mit mehreren am Umfang einer Abstützstange angeordneten Düsen bekannt. Jede der Düsen strahlt unter dem gleichen Winkel bezogen auf die Längsachse der Abstützstange.
Die CN 102 764 778 A lehrt eine Entzunderungseinrichtung mit zwei Düsen an einer Abstützstange, welche jeweils senkrecht auf die Rohrinnseite strahlen.
Aus der CN 201 186 303 Y Entzunderungseinrichtung mit einer Strahldüse für die Innenseite des Rohres bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Bei Entzunderung für die Innenwand eines Metallrohres mit einem großen Durchmesser kann die Anforderung an den für die Düsen und Strahle in einem Strahlentzunderungsverfahren benötigten geometrischen Raum aufgrund der großen Innenwandgröße des Rohres weitgehend erfüllt werden, weshalb eine einfache, gleichmäßige Anordnung in Umfangsrichtung schon ausreicht, eine gleichmäßige Entzunderung für die Innenwand zu erzielen, während bei der Innenwand eines Metallrohres mit einem geringen Durchmesser und einem beschränkten Innenraum gleichzeitig auch der Raum zum Anordnen von Strahldüsen und Medienzufuhrleitungen ausreichend in Betracht gezogen werden muss, wodurch eine gezielte, besondere, exzentrische Anordnung zum Verwirklichen der Entzunderung für die Innenwand benötigt wird. Nach einer Suche in Publikationen und Patenten lässt es sich feststellen, dass bislang noch keine ähnliche Veröffentlichung vorliegt.
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine axial exzentrisch angeordnete Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres zu konstruieren, mit der eine fortlaufende, effiziente, stabile und umweltfreundliche Entzunderung der Innenwandoberfläche eines Kaltmetallrohres erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei die erfindungsgemäße Einrichtung zur kontinuierlichen Entzunderung der Innenwandoberfläche eines Metallrohres wird durch eine axial exzentrische Anordnung mittels einer einfachen linearen Bewegung einer Mischstrahldüse relativ zu dem Metallrohr die Aufgabe eine effektiven Entfernung der Zunder an der Innenwandoberfläche eines Metallrohes mit einem bestimmen Durchmesser erfüllt.
Bei der vorliegenden Erfindung wird durch eine axial exzentrische Anordnung von Mischdüsen aus mehreren Einheiten mittels einer einfachen linearen Bewegung einer Düseneinheit relativ zu der Innenwand des Metallrohres eine gleichmäßige und stabile Entzunderung der Innenwand eines Metallrohres mit einem geringerem Innendurchmesser ermöglicht und somit die Aufgabe einer effizienten Entzunderung erfüllt.
Die durch einen Mischstrahl ermöglichte Entzunderung der Innenwand eines Rohres im kalten Zustand zeichnet sich gegenüber dem herkömmlichen Entzunderungsverfahren durch bessere Umweltfreundlichkeit und stärkere Wettbewerbsvorteile hinsichtlich der Produktionskosten aus.
Figurenliste
Es zeigen

1 den Aufbau nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
2 die Seitenansichtsdarstellung von 1,
3 die Schnittdarstellung durch A-A in 1,
4 die Schnittdarstellung durch B-B in 1,
5 die Schnittdarstellung durch C-C in 1,
6 den Aufbau nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung,
7 die Seitenansichtsdarstellung von 6,
8 den Aufbau der Abstützstange nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in einer schematischen Darstellung,
9 die Schnittdarstellung durch A-A in 6,
10 die Schnittdarstellung durch B-B in 6, und
11 die Schnittdarstellung durch C-C in 6.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Es wird auf 1 bis 5 hingewiesen, wobei eine axial exzentrisch angeordnete Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres nach der vorliegenden Erfindung eine Abstützstange 1, die innerhalb des zu entzundernden Metallrohres 100 exzentrisch bzw. nicht koaxial mit der Mittelachse des Metallrohres angeordnet ist und parallel zu der Mittelachse des Metallrohres 100 verläuft, und drei zum Ausgeben eines Mischstrahls dienende Düseneinheiten 2, 2', 2", die entlang der Längsrichtung der Abstützstange 1 hintereinander angeordnet sind, wobei in jeder der Düseneinheiten 2, 2', 2" mindestens zwei Mischstrahldüsen 21, 21', 21" vorgesehen sind, die entlang des Umfangs der Abstützstange 1 gleichmäßig angeordnet und ausgehend von der Achse der Abstützstange 1 als Kreismittelpunkt in alle Richtungen ausstrahlend ausgerichtet sind, wobei die Mischstrahldüsen 21, 21', 21" der hintereinander angeordneten Düseneinheiten entlang der Umfangsrichtung der Innenwand des zu entzundernden Metallrohres hintereinander versetzt angeordnet sind, um eine Mischstrahldüsenmatrix zu bilden und somit einen effektiven Entzunderungsbereich bereitzustellen, welcher die Mantelfläche der Innenwand des Metallrohres decken kann. Zwischen der Abstützstange und der Innenwand des Metallrohres 100 bestehen ein größerer Abstand und ein kleinerer Abstand, wobei der größere Abstand größer als der kleinere Abstand und in den Zeichnungen der Abstand zwischen der oberen Innenwand und der Abstützstange den größeren Abstand und der Abstand zwischen der unteren Innenwand und der Abstützstange den kleineren Abstand darstellen, wobei die obere und untere Innenwand durch eine horizontale Linie der Abstützstange voneinander getrennt und die Mischstrahldüsen 21, 21', 21" an einer von der Innenwand des Metallrohres weiter entfernt liegenden Seite der Abstützstange angeordnet sind.
Es wird auf 6 bis 11 hingewiesen, die jeweils ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, wobei die Abstützstange 1 einen ersten Abstützabschnitt 11, einen durch zwei räumliche Abbiegungen und Erstreckung von einem Ende des ersten Abstützabschnitts 11 gebildeten und parallel zu dem ersten Abstützabschnitt 11 verlaufenden zweiten Abstützabschnitt 12 und einen durch zwei räumliche Abbiegungen und Erstreckungen von einem Ende des zweiten Abstützabschnitts 12 gebildeten und parallel zu dem zweiten Abstützabschnitt verlaufenden 12 dritten Abstützabschnitt 13 umfasst, welcher erste, zweite und dritte Abstützabschnitt 11-13 jeweils mit dem gleichen Exzentrizitätswert exzentrisch und um einen Winkel zueinander versetzt an dem Umfang eines durch die Mittelachse des Metallrohres 100 als Kreismittelpunkt definierten Kreises angeordnet sind, wobei die Mischstrahldüsen in den Düseneinheiten 21, 21', 21" an dem ersten, zweiten und dritten Abstützabschnitt 11-13 entlang der Umfangsrichtung der Innenwand des zu entzundernden Metallrohres hintereinander versetzt angeordnet sind, um eine Mischstrahldüsenmatrix zu bilden und somit einen effektiven Entzunderungsbereich bereitzustellen, welcher die Mantelfläche der Innenwand des Metallrohres 100 decken kann.
Ferner ist vorgesehen, dass die Achsen des ersten, zweiten und dritten Abstützabschnitts 11-13 um den gleichen Winkel zueinander versetzt an dem Umfang eines durch die Mittelachse des Metallrohres 100 als Kreismittelpunkt definierten Kreises angeordnet sind.
Darüber hinaus schließt die Axialrichtung der Mischstrahldüsen einen Winkel mit der Mittelachse der Abstützstange ein.
Bei der vorliegenden Erfindung sind die Düseneinheiten an einer exzentrisch abgebogenen Abstützstange befestigt, wobei die Mischstrahldüsen in jeder Düseneinheit ausgehend von dem jeweiligen Kreismittelpunkt in alle Richtungen ausstrahlend ausgerichtet sind, so dass die Mischstrahle ausstrahlend ausgerichtet sind. Die Mischdüsen in den einzelnen Düseneinheiten sind entlang der Umfangsrichtung des kreisförmigen Querschnitts des Rohres typischerweise exzentrisch ausstrahlend ausgerichtet, wobei jeweils zwei benachbarte Düsen in einer und dergleichen Düseneinheit entlang der Umfangsrichtung des Querschnitts um den gleichen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind und wenn sich die drei Düseneinheiten miteinander überlappen, jeweils zwei benachbarte Düsen nach Überlappen der drei Düseneinheit entlang der Umfangsrichtung des Querschnitts um den gleichen Winkel versetzt zueinander angeordnet sind, wie sich aus der Ansicht in Richtung der Überlappung ergibt.
Bei einer linearen Bewegung des Rohres in Axialrichtung geben alle Düseneinheiten Strahle aus und bleiben unbewegt, wobei eine vollständige Entzunderung der Innenwand des Rohres abgeschlossen ist, wenn die Innenwand des Rohres alle Düseneinheiten passiert hat.
Unter Verwendung der Entzunderungswirkung durch einen Mischstrahl und das Merkmal des Rohrquerschnitts ermöglicht die vorliegende Erfindung durch derartigen Hochdruckstrahl eine fortlaufende Entzunderung hoher Geschwindigkeit für Rohre.

Claims

Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100), mit: - eine Abstützstange (1), die innerhalb des Metallrohres (100) angeordnet ist, - mindestens zwei zum Ausgeben eines Mischstrahls (100) dienende Düseneinheiten (2), die entlang der Längsrichtung der Abstützstange (1) und bezüglich der Innenwand des Metallrohres (100) axial exzentrisch an der Abstützstange (1) angeordnet sind, wobei in jeder der Düseneinheiten (2) eine Mischstrahldüse (21) vorgesehen ist, die sich an einer von der Innenwand weiter entfernt liegenden Seite der Abstützstange (1) befindet, wobei die Mischstrahldüsen (21) der mindestens zwei Düseneinheiten (2) ausgehend von der Achse der Abstützstange als Kreismittelpunkt ausstrahlend angeordnet sind dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützstange (1) einen ersten Abstützabschnitt (11) und einen durch räumliche Abbiegung und Erstreckung von einem Ende des ersten Abstützabschnitts (11) gebildeten zweiten Abstützabschnitt (12) umfasst, welcher erste und zweite Abstützabschnitt (11, 12) jeweils zum Anordnen der Düseneinheiten (2) dienen, wobei sich die Mittelachsen des ersten und zweiten Abstützabschnitts (11, 12) bezüglich der Mittelachse des zu entzundernden Metallrohres (100) jeweils exzentrisch verlaufen.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abstützabschnitt (12) durch zwei räumliche Abbiegungen und Erstreckungen von einem Ende des ersten Abstützabschnitts (11) ausgebildet ist, wobei der erste Abstützabschnitt (11) parallel zu dem zweiten Abstützabschnitt (12) verläuft.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der erste Abstützabschnitt (11) und der zweite Abstützabschnitt (12) jeweils parallel zur Mittelachse des Metallrohres (100) verlaufen.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen des ersten Abstützabschnitts (11) und des zweiten Abstützabschnitts (12) um einen gleichen Winkel zueinander versetzt an dem Umfang eines durch die Mittelachse des Metallrohres (100) als Kreismittelpunkt definierten Kreises angeordnet sind.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützstange (1) ferner einen zum Anordnen der Düseneinheiten (2) dienenden und durch räumliche Abbiegung und Erstreckung von einem Ende des zweiten Abstützabschnitts (12) gebildeten dritten Abstützabschnitt (13) umfasst, dessen Mittelachse sich bezüglich der Mittelachse des zu entzundernden Metallrohres (100) exzentrisch verläuft.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Abstützabschnitt (13) durch zwei räumliche Abbiegungen und Erstreckungen von einem Ende des zweiten Abstützabschnitts (12) ausgebildet ist, wobei sich der dritte Abstützabschnitt (13) parallel zu dem zweiten Abstützabschnitt (12) verläuft.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen des ersten, zweiten und dritten Abstützabschnitts (12, 13) um einen gleichen Winkel zueinander versetzt an dem Umfang eines durch die Mittelachse des Metallrohres (100) als Kreismittelpunkt definierten Kreises angeordnet sind.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstrahldüsen (21) der mindestens zwei Düseneinheiten (2) eine Mischstrahldüsenmatrix bilden, die einen effektiven Entzunderungsbereich bereitstellt, welcher die Mantelfläche der Innenwand des Metallrohres (100) decken kann.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass von Axialrichtung der Abstützstange ((1) gesehen die Mischstrahldüsen (21) der mindestens zwei Düseneinheiten (2) so gleichmäßig angeordnet sind dass sie ausgehend von der Kreismitte zur Peripherie der Abstützstange (1) ausstrahlend.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialrichtung der Mischstrahldüsen (21) einen Winkel mit der Mittelachse der Abstützstange (1) einschließt.
Mischstrahl-Entzunderungseinrichtung für die Innenwand eines Metallrohres (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der Düseneinheiten (2) mindestens zwei Mischstrahldüsen (21) vorgesehen sind.