AT528309B1 - Variables kuehlsystem fuer baender und walzen - Google Patents

Abstract

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Düsenbalken (1) mit einer Vielzahl von seitlichen Austrittsöffnungen (3), durch die ein Fluid (4) auf eine Walze (5) oder auf ein Walzgut (6), aufbringbar ist. Wobei der Düsenbalken (1) eine Längsbohrung (8) aufweist, die sich in axialer Richtung (2) innerhalb des Düsenbalkens (1) erstreckt, und wobei diese Längsbohrung (8) über Querkanäle (9) mit den seitlichen Austrittsöffnungen (3) des Düsenbalkens (1) verbunden ist. Erfindungsgemäß ist in der Längsbohrung (8) ein Steuerrohr (10) mit seitlichen Öffnungen (11) im Rohrmantel (12) vorgesehen, sodass durch ein Verdrehen oder axiales Verschieben des Steuerrohres (10) die seitlichen Öffnungen (11) des Steuerrohres (10) zumindest teilweise die Öffnungen (14) zu den Querkanälen (9) freigeben und somit der Massenstrom des Fluids (4) zu den seitlichen Austrittsöffnungen (3) einstellbar ist. Den Gegenstand dieser Erfindung bildet auch ein Verfahren zur Einstellung des Massenstroms eines Fluids (4) zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen (3) eines Düsenbalkens (1).

Description

Ss N

Beschreibung

VARIABLES KUEHLSYSTEM EUER BAENDER UND WALZEN

[0001] Den Gegenstand dieser Erfindung bildet ein Düsenbalken mit einer Vielzahl von seitlichen Austrittsöffnungen, durch die ein Fluid auf eine Walze oder auf ein Walzgut, beispielsweise auf ein Band, aufgesprüht oder geblasen wird. Dabei weist der Düsenbalken an seiner Stirnseite einen Fluidanschluss auf, über den das Fluid der innerhalb des Düsenbalkens verlaufenden Längsbohrung zugeführt wird und über Querkanäle zu den seitlichen Austrittsöffnungen gelangt. Den Gegenstand der Erfindung bildet auch ein Verfahren zur Einstellung des Massenstromes eines Fluids zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen eines Düsenbalkens.

[0002] Düsenbalken werden in Walzwerken beispielsweise für die Kühlung oder Schmierung von Walzen oder des Walzgutes, beispielsweise Bänder oder Brammen, verwendet. Als Kühl- bzw. Schmiermedien wird häufig Öl, Wasser oder auch eine Emulsion verwendet. Düsenbalken werden aber auch als Abblasvorrichtung oder zum Trocknen verwendet, dazu wird als Fluid häufig Luft oder ein anderes Gas verwendet.

[0003] Speziell bei Reduzierwalzwerken ist die Kühlung des Bandes ein wichtiges Thema. Mit einer effektiven Kühlung wird maßgeblich Einfluss auf die Produktgualität (Oberfläche) und die Ausbringung (Durchsatz) genommen. Hinter dem Walzspalt muss das Band wieder getrocknet werden. Dazu versucht man nach Möglichkeit, das gesamte Kühlmedium (z.B. Öl) im Einlauf des Walzgerüstes aufzubringen, denn alles, was man im Auslauf nicht aufsprüht, muss später die Bandtrocknung nicht entfernen.

[0004] Ein großes Problem tritt auf, wenn die Düsen zur Schmierung oder Kühlung des Walzspalts das Öl zeitlich am Band vorbei in den Auslauf spritzen.

Dies könnte zwar verhindert werden, wenn die Länge des Sprühbalkens genau der Bandbreite angepasst ist, jedoch werden in der Praxis auch häufig unterschiedlich breite Bänder mit demselben Walzgerüst bearbeitet.

[0005] Zusätzlich wäre es auch günstig, wenn man die Durchflussmenge durch die einzelnen Sprühdüsen einstellen oder regeln könnte, da man dann über die Walzenbreite oder über die Bandbreite eine unterschiedlich starke Kühlwirkung erzielen könnte. Speziell bei der Herstellung von Elektrobändern ist eine gleichmäßige Bandtemperatur sehr wichtig. Da die Bänder in der Regel in ihren seitlichen Randbereichen durch Konvektion eine stärkere Kühlung erfahren, wäre es vorteilhaft, wenn die Sprühdüsen im Mittelbereich des Bandes mehr Kühlmedium aufbringen, sodass das Band über die Bandbreite eine möglichst einheitliche Temperatur aufweist.

[0006] Im Stand der Technik sind bereits Spritzbalkensysteme zur selektiven Kühlung oder Schmierung von Walzen oder Bändern bekannt. So beschreibt die EP 4 232 215 B1 ein modulares Spritzbalkensystem, bei dem der Spritzbalken aus einzelnen Blöcken individuell zusammengesetzt und so der jeweiligen Bandbreite angepasst werden kann. Dieses System besitzt jedoch einen komplizierten Aufbau.

Aus der EP 4 232 215 B1 ist auch bekannt, dass einzelne Spritzdüsen oder Gruppen von Spritzdüsen über integrierte Steuerventile individuell angesteuert werden können. Derartige Lösungen sind jedoch sehr teuer und fehleranfällig und können häufig aufgrund der Enge des Bauraums gar nicht eingesetzt werden.

Die JP S51124817 A und die JP S51124816 A offenbaren jeweils einen Düsenbalken mit einem innenliegenden Steuerrohr, wobei der Düsenbalken und das Steuerrohr relativ zueinander verdrehbar sind. Das Steuerrohr weist entweder einen oder mehrere achsparallele Schlitze oder achsparallele seitliche Öffnungen auf, sodass durch ein Verdrehen des Steuerrohres die Flüssigkeitsmenge zu den Düsen eingestellt werden kann. Dabei werden alle Düsen gleich angesteuert.

[0007] Die DE 19805377 A1 offenbart einen Düsenbalken mit einem verschiebbaren Verstellorgan innerhalb des Verteilerrohres, sodass damit seitliche Düsen gezielt zu oder abgeschaltet werden können.

A ‚hes AT 528 309 B1 2025-12-15

Ss N

[0008] Die US 3237872 A offenbart einen Düsenbalken mit einem Steuerrohr mit achsparallelen Bohrungen. Die einzelnen Düsen sind am Steuerrohr drehbar angeordnet, sodass sich dadurch die Flüssigkeitsmenge zu den einzelnen Düsen einstellen lässt.

[0009] Die DE 3733131 A1 offenbart einen Düsenbalken mit einem feststehenden Versorgungsrohr mit achsparallelen Öffnungen um das der Düsenbalken gedreht werden kann. Dadurch können unterschiedliche Düsenreihen angesteuert werden.

[0010] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Düsenbalken bereitzustellen, bei dem die Menge des aufgesprühten oder aufgeblasenen Fluids über die Band- oder Walzenbreite verändert bzw. eingestellt werden kann, wobei der Düsenbalken einen möglichst einfachen und platzsparenden Aufbau aufweisen soll.

[0011] Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Düsenbalken gemäß Patentanspruch 1. Erfindungsgemäß ist somit in der Längsbohrung des Düsenbalkens ein Steuerrohr mit seitlichen Öffnungen im Rohrmantel vorgesehen, wobei dieses Steuerrohr in der Längsbohrung verdreht und/oder verschoben werden kann, sodass dadurch die seitlichen Öffnungen des Steuerrohres die Öffnungen zu den Querkanälen schließen oder öffnen können, wodurch die Durchflussmenge (Massenstrom) des Fluids zu den seitlichen Austrittsöffnungen einstellbar ist.

[0012] Erfindungsgemäß sind die seitlichen :Öffnungen im Steuerrohr entweder in den Randbereichen des Steuerrohres in Umfangsrichtung versetzt oder die seitlichen Öffnungen haben im Mittelbereich des Steuerohres einen anderen Querschnitt, insbesondere einen größeren Querschnitt, als in den Randbereichen des Steuerrohres.

[0013] Der Grundgedanke der Erfindung ist also, dass ein äußerer Hohlkörper mit Austrittsöffnungen (Düsenbalken) sowie ein innerer Hohlkörper (Steuerrohr) mit wahlfrei angeordneten Steuerbohrungen oder Nuten (seitliche Öffnungen) gegeneinander verschoben oder verdreht werden, um die Strömungsquerschnitte an den einzelnen Austrittsöffnungen des Düsenbakens mit einer bestimmten Charakteristik zu verändern. Dadurch lässt sich eine gewünschte Steuergeometrie realisieren.

[0014] Wenn die Löcher im Mittelbereich des Steuerrohres in Umfangsrichtung länglich ausgebildet sind, können durch ein Verdrehen des Steuerrohres die äußeren Düsen abgeschaltet werden.

[0015] Ein derartiger Düsenbalken besitzt einen sehr einfachen und kompakten Aufbau.

[0016] Es ist günstig, wenn die Anzahl der seitlichen Öffnungen des Steuerrohres der Anzahl der Querkanäle des Düsenbalkens entspricht.

[0017] Es ist aber auch denkbar, dass alle Öffnungen im Steuerrohr den gleichen Querschnitt haben, jedoch entlang der Steuerrohrachse in Umfangsrichtung etwas versetzt sind. Auch dann können durch ein Verdrehen des Steuerrohres die Durchtrittsöffnungen zu den einzelnen Querkanälen unterschiedlich weit geöffnet werden.

[0018] Diese Lösung bietet auch die Möglichkeit die zugeführte Menge des Kühlmittels über die Bandbreite zu verändern, wenn eine gekrümmte Steuergeometrie verwendet wird, sodass beispielsweise die Strömungsquerschnitte vom Randbereich zur Düsenbalkenmitte hin zunehmen.

[0019] Alternativ könnte das System auch für die Abblasung genutzt werden, beispielsweise könnte der Düsenbalken so eingestellt werden, dass nur die Bandkanten abgeblasen werden.

[0020] Wenn die Steuergeometrie von innen nach außen hin (vom Mittelbereich zu den Randbereichen hin) abfallend ist, können die äußeren Düsen gezielt abgeschaltet werden.

[0021] In Abhängigkeit des Drehsinns könnte auch ein Steuerrohr mehrere Steuergeometrien aufweisen, beispielsweise können zwei oder mehr Lochreihen im Steuerrohr vorhanden sein.

[0022] Die seitlichen Öffnungen im Mittelbereich des Steuerohres können beispielsweise einen länglichen Querschnitt aufweisen und die Öffnungen im Randbereich einen runden Querschnitt, sodass durch ein Verdrehen oder durch ein axiales Bewegen des Steuerrohres zuerst die Quer-

A ‚hes AT 528 309 B1 2025-12-15

Ss N

kanäle im Mittelbereich des Düsenbalkens freigegeben bzw. geöffnet werden. Der längliche Querschnitt der seitlichen Öffnungen kann sich in Umfangsrichtung des Steuerrohres erstrecken.

[0023] Es ist auch denkbar, dass die Öffnungen im Mittelbereich des Steuerrohres einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen und dass auch vorzugsweise die seitlichen Austrittsöffnungen einen davon abweichenden Querschnitt aufweisen. Bei dieser Ausführungsform können durch ein Verdrehen und durch ein axiales Verschieben des Steuerrohres eine Vielzahl unterschiedlicher Einstellmöglichkeiten (Steuergeometrien) erreicht werden.

[0024] Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Einstellung des Massenstroms eines Fluids zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen des Düsenbalkens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5. Zur Einstellung des Massenstroms des Fluids zu den seitlichen Austrittsöffnungen wird das Steuerrohr um seine Längsachse verdreht und/oder in der Längsbohrung entlang seiner Längsachse verschoben.

[0025] Durch eine Überlagerung des Drehsinns mit einer Axialbewegung ließe sich die Steuergeometrie sehr variabel einstellen.

[0026] Als Fluide kommen vorzugsweise Öl, Wasser, eine Emulsion oder Luft in Frage. [0027] Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: [0028] Fig. 1 einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Düsenbalkens;

[0029] Fig. 2 einen schematischen Aufbau des erfindungsgemäßen Düsenbalkens, wobei das Steuerrohr separat dargestellt ist;

[0030] Fig. 3 Beispiele für unterschiedliche Massenströme, die sich mit dem erfindungsgemäßen Düsenbalken realisieren lassen;

[0031] Gleiche Bezugszeichen in den jeweiligen Figuren bezeichnen gleiche Bauteile.

[0032] In Figur 1 ist ein Düsenbalken 1 schematisch dargestellt. Über seitliche Austrittsöffnungen 3 bzw. über Düsen 13 wird ein Fluid 4, beispielsweise Wasser oder Ol, auf eine Walze 5 oder auf ein Walzgut 6 gesprüht. Im vorliegenden Beispiel handelt es sich bei dem Walzgut 6 um ein Metallband.

[0033] In Figur 2 ist der Düsenbalken 1 mit teilweise weggelassenem Gehäuse dargestellt, sodass die Längsbohrung 8 entlang der axialen Erstreckung 2 des Düsenbalkens 1 besser erkennbar ist. Man erkennt hier auch gut die Öffnungen 14 zu den Querkanälen 9 über die das Fluid 4 zu den Austrittsöffnungen 3 bzw. zu den Düsen 13 gelangt. Das Steuerrohr 10 befindet sich normalerweise in der Längsbohrung 8, ist jedoch hier zur besseren Übersichtlichkeit auf der linken Bildseite dargestellt. Der Außendurchmesser des Steuerrohres 10 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Längsbohrung 8. Das Steuerrohr 8 weist einen Rohrmantel 12 auf, in dem mehrere seitliche Öffnungen 11 angeordnet sind.

An der Stirnseite 7 des Düsenbalkens 1 wird ein Fluid 4, beispielsweise Öl, Wasser oder Luft, ins Innere des Steuerrohrs 10 zugeführt. Je nach Stellung des Steuerrohres 10 in der Längsbohrung 8 kann das Fluid 4 dann durch die Öffnungen 14 in die Querkanäle 9 gelangen.

Im vorliegenden Beispiel erkennt man, dass die seitlichen Bohrungen 11 im Steuerrohr 10 im Mittelbereich des Steuerrohres 10 größer sind als in den Randbereichen. In der mittleren Darstellung in Figur 2 ist die Zylindermanteloberfläche zwischen Längsbohrung 8 und Rohrmantel 12 dargestellt, damit die Funktionsweise des Steuerrohres 10 besser verständlich wird. Die Länge L des Steuerrohres 10 entspricht hier der Höhe des ausgerollten Zylindermantels.

Die seitlichen Öffnungen 11 im Rohrmantel 12 sind dabei schwarz dargestellt und die Öffnungen 14 zu den Querkanälen 9 sind als Kreise dargestellt. Im vorliegenden Beispiel weisen die Öffnungen 11 des Steuerrohres 10 nach oben und die Öffnungen 14 in der Längsbohrung nach unten. Da es hier keine Überlappung der Öffnungen 11 und 14 gibt, kann kein Fluid durch das Steuerrohr 10 zu den Querkanälen 9 strömen. Wenn das Steuerrohr 10 um den Drehwinkel Aa=180° bzw. um Tr um seine Längsachse 15 gedreht wird, würden sich die Öffnungen 11 und 14 überlappen und das Fluid 4 würde zu allen Querkanälen 9 gelangen. Da die seitlichen Öffnungen 11 im Mit-

A ‚hes AT 528 309 B1 2025-12-15

Ss N

telbereich des Steuerrohres 10 deutlich größer sind als in den Randbereichen, gibt es Drehwinkel Aa des Steuerrohres 10, bei denen ein Fluiddurchtritt nur zu den Querkanälen 9 im Mittelbereich des Düsenbalkens 1 ermöglicht wird. Abhängig von der Form bzw. vom Querschnitt der seitlichen Öffnungen 11 lassen sich somit für unterschiedliche Drehwinkel a, unterschiedliche Massenströme Q zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen 3 des Düsenbalkens 1 realisieren. Diese einstellbaren unterschiedlichen Massenströme Qm sind hier beispielhaft für einen definierten Drehwinkel Aa durch unterschiedlich lange Pfeile dargestellt. Ebenso kann ein unterschiedlicher Massenstrom zu den einzelnen Düsen 13 durch eine axiale Verschiebung Az des Steuerrohres 10 in der Längsbohrung 8 erreicht werden.

[0034] Der aus den seitlichen Austrittsöffnungen 3 strömende Massenstrom Qm hängt somit vom Drehwinkel Aa und von der Größe der axialen Verschiebung Az des Steuerrohres 10 ab.

[0035] In Figur 3 sind nun vier unterschiedliche Massenströme Qu entlang der Länge L des Steuerrohres 10 beispielhaft dargestellt. Das Steuerohr 10 weist in diesem Ausführungsbeispiel unterschiedlich große seitliche Öffnungen 11 auf, wie sie in Figur 2 dargestellt sind.

[0036] Die einzelnen Massenströme Qı, Q2, Q3 und Qu hängen vom Drehwinkel a und von der axialen Position z des Steuerrohres 10 in der Längsbohrung 8 ab. Für die Massenströme Qı und Q2 ist die axiale Position zı des Steuerrohres 10 gleich, jedoch ist der jeweilige Drehwinkel a4 und a2 unterschiedlich. Hierbei überlappen die seitlichen Öffnungen 11 im Mittelbereich des Steuerrohres 10 stärker mit den Öffnungen 14 zu den Querkanälen 9 als in den beiden Randbereichen. Somit ist der Massenstrom Q im Mittelbereich des Sprühbalkens 1 größer als in den Randbereichen. Hierbei kann also im Mittelbereich mehr Fluid 4 auf eine Walze 5 oder auf ein Walzgut 6 aufgebracht werden, wobei sich die Aufbringung über die gesamte Länge L des Düsenbalkens erstreckt. Beim Drehwinkel a4 überlappen sich die Öffnungen 11 des Steuerrohres 10 mit den Öffnungen 14 stärker als beim Drehwinkel a2, dadurch ist der Massenstrom Q+ zu den einzelnen Austrittsöffnungen 3 größer als der Massenstrom Q2. Für die Massenströme Q3 und Qua ist der jeweilige Drehwinkel a4 und a2 gleich wie für die Massenströme Q1 und Q,, jedoch befindet sich nun das Steuerrohr 10 an der Position z2. Das Steuerrohr 10 wurde also hier zusätzlich in axialer Richtung 2 verschoben.

Bei den Massenströmen Q3 und Qa ist das Steuerrohr 10 nun in axialer Richtung 2 so weit verschoben, dass sich in den Randbereichen die seitlichen Öffnungen 11 des Steuerrohres 10 nicht mehr mit den Öffnungen 14 zu den Querkanälen 9 überlappen. Zu den Austrittsöffnungen 3 in den Randbereichen gelangt somit kein Fluid 4 mehr, die Randdüsen 13 sind somit abgeschaltet. Mit dieser Einstellung kann man Randdüsen 13 abschalten und auch im Mittelbereich mehr Fluid 4 aufbringen. Durch das Steuerrohr 10 wird hier also eine gekrümmte Steuergeometrie realisiert.

[0037] Die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich eine bevorzugte Ausführung der Erfindung dar. Durch entsprechende Ausgestaltung der seitlichen Öffnungen 11 und entsprechende Drehwinkel a und axiale Positionen z können natürlich unterschiedlichste Massenströme Q über die Balkenlänge L erreicht werden.

A ‚hes AT 528 309 B1 2025-12-15

Ss N

BEZUGSZEICHEN

1 Düsenbalken

2 axiale Erstreckung, axiale Richtung des Düsenbalkens 3 seitliche Austrittsöffnung

4 Fluid

5 Walze

6 Walzgut (Band)

7 Stirnseite des Düsenbalkens 1

8 Längsbohrung

9 Querkanäle

10 Steuerrohr

11 seitliche Öffnungen im Mantel 12 des Steuerrohres 10 12 Rohrmantel

13 Düsen

14 Öffnungen zu den Querkanälen 9

15 Längsachse des Steuerrohrs 10

L Länge des Steuerrohres 10

Aa Drehwinkel

Q Massenstrom

Qin dem Steuerrohr 10 zugeführter Gesamtmassenstrom zZ Qn Gesamtmassenstrom durch die seitlichen Öffnungen 11 Az Verschiebung in axialer Richtung

X,y,‚Zz Koordinatensystem

Claims (7)

A ‚hes AT 528 309 B1 2025-12-15 Ss N Patentansprüche

1. Düsenbalken (1), der entlang seiner axialen Erstreckung (2) eine Vielzahl von seitlichen Austrittsöffnungen (3) aufweist, durch die ein flüssiges oder gasförmiges Fluid (4) auf eine Walze (5) oder auf ein Walzgut (6), beispielsweise auf ein Band, aufbringbar ist, wobei der Düsenbalken (1) an einer Stirnseite (7) einen Fluidanschluss aufweist, der in eine Längsbohrung (8) mündet, die sich in axialer Richtung (2) innerhalb des Düsenbalkens (1) erstreckt, wobei die Längsbohrung (8) über Öffnungen (14) zu Querkanälen (9) mit den seitlichen AustrittsÖffnungen (3) des Düsenbalkens (1) verbunden ist, wobei in der Längsbohrung (8) ein Steuerrohr (10) mit seitlichen Öffnungen (11) im Rohrmantel (12) vorgesehen ist, sodass durch ein Verdrehen oder axiales Verschieben des Steuerrohres (10) innerhalb der Längsbohrung (8) die Öffnungen (11) des Steuerrohres (10) zumindest teilweise die Öffnungen (14) zu den Querkanälen (9) freigeben und somit ein Massenstrom Q des Fluids (4) zu den seitlichen Austrittsöffnungen (3) einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Öffnungen (11) im Steuerrohr (10) in den Randbereichen des Steuerrohres (10) in Umfangsrichtung versetzt sind oder dass die seitlichen Öffnungen (11) im Mittelbereich des Steuerohres (10) einen anderen Querschnitt, insbesondere einen größeren Querschnitt aufweisen, als in einem Randbereich des Steuerrohres (10).

2. Düsenbalken (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der seitlichen Öffnungen (11) des Steuerrohres (10) der Anzahl der Querkanäle (9) des Düsenbalkens (1) entspricht.

3. Düsenbalken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Öffnungen (11) im Mittelbereich des Steuerohres (10) einen länglichen Querschnitt aufweisen und die Öffnungen (11) im Randbereich einen runden Querschnitt aufweisen, sodass durch ein Verdrehen oder durch ein axiales Verschieben des Steuerrohres (10) zuerst die Querkanäle (9) im Mittelbereich des Düsenbalkens (1) freigegeben werden.

4. Düsenbalken (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der längliche Querschnitt der seitlichen Öffnungen (11) in Umfangsrichtung des Steuerrohres (10) erstreckt.

5. Düsenbalken (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Öffnungen (11) im Mittelbereich des Steuerohres (10) einen asymmetrischen Querschnitt aufweisen.

6. Verfahren zur Einstellung des Massenstroms Q eines Fluids (4) zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen (3) eines Düsenbalkens (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Massenstroms Q des Fluids (4) zu den seitlichen Austrittsöffnungen (3) das Steuerrohr (10) um seine Längsachse (15) verdreht und/oder das Steuerrohr (10) in der Längsbohrung (8) entlang seiner Längsachse (15) verschoben wird.

7. Verfahren zur Einstellung der Massenstroms Q eines Fluids (4) zu den einzelnen seitlichen Austrittsöffnungen (3) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Fluid (4) Ol, Wasser, eine Emulsion oder Luft verwendet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen