DE102006019544A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Entzunderung von Dünnbrammen und Bändern in Warmbandstraßen, Bandbehandlungsanlagen oder dergleichen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entzunderung von Dünnbrammen und gewalzten Bändern in einer Warmbandstraße und ist gekennzeichnet durch den Einsatz von einem Inertgas wie Stickstoff oder einer Verbindung von Kryogenen ggf. mit einem Trägermedium wie Druckluft, das flüssig, tiefkalt auf die Brammenoberfläche oder auf die Bandoberfläche gespritzt wird. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Entzunderung von Bändern in einer Bandbehandlungsanlage mit den genannten kennzeichnenden Merkmalen sowie einen entsprechend ausgestalteten Zunderwäscher 100.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entzunderung von Dünnbrammen und Bändern in Warmbandstraßen, Bandbehandlungsanlagen oder dergleichen sowie einen Zunderwäscher zur Durchführung des Verfahrens.
  • Aus der deutschen Patentschrift DE 102 59 132 B4 ist ein Verfahren zur Strahlreinigung von Werkstoffoberflächen bekannt. Gemäß diesem Verfahren wird zur Reinigung von verunreinigten Werkstoffoberflächen tiefkaltes flüssiges Kohlendioxid und gasförmiger Stickstoff als Inertgas zugeführt. Konkret wird das Kohlendioxid und der Stickstoff aus einer Düse mit einem Druck von mindestens 20 bar auf die Werkstoffoberfläche gespritzt. Das Verfahren eignet sich insbesondere zum Reinigen von Metalloberflächen von Fetten, Ölen, Farben, oder Klebstoffen etc.. Nach der Reinigung entweicht das Kohlendioxid rückstandfrei und ohne Beschädigung der gereinigten Werkstoffoberfläche in die Umgebung. Die gereinigte Werkstoffoberfläche ist eisfrei, wodurch eine kostenaufwendige Trocknung der Werkstoffteile entfällt. Das Verfahren ist nicht ohne weiteres auf das Entzundern von ca. 1200 Grad heißen Metallbändern zu übertragen.
  • Weiterhin ist aus der europäischen Patentschrift EP 0 630 295 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermindern der Zunderbildung beim Warmumformen von Metall, insbesondere von Stahl bekannt. Konkret sieht das Verfahren vor, eine mit Zunder beschichtete Oberfläche eines Warmbandes, nach Verlassen eines Walzspaltes mit einer Atmosphäre aus Inertgas, vorzugsweise Stickstoff zu umgeben bzw. abzudecken. Diese Stickstoffatmosphäre bewirkt vorteilhafterweise, dass eine erneute Zunderbildung hinter dem Walzspalt stark reduziert wird.
  • Beim Warmwalzprozess in Warmbandstraßen unterliegt die Bramme bzw. das Band beim Transport durch Ofen und Walzstraße einer ständigen Verzunderung. Dieser Zunder wird in der Regel mit Hilfe von Zunderwäschern 100 entfernt, bevor eine Walzung durchgeführt wird. Hierbei wird Wasser mit hohem Druck (ca. 200 ... 380 bar) auf die warme Oberfläche gespritzt. Infolge der Beaufschlagung mit Wasser kommt es neben dem erwünschten Reinigungsprozess zu einer nicht unwesentlichen Abkühlung des Bandes. Bei Walzanlagen, bei denen die Gießmaschine mit der Walzstraße direkt verbunden ist, d. h. mit Gießgeschwindigkeit gewalzt wird, wirkt sich dieser Kühleffekt infolge der niedrigen Transportgeschwindigkeiten besonders störend aus.
  • Bei Bandbehandlungsanlagen wird der Zunder in der Regel mit Hilfe von Beizlinien entfernt, bevor eine Walzung durchgeführt wird. Hierbei wird das Band durch ein warmes Säurebad (Salzsäure, Schwefelsäure, Mischsäuren usw.) gezogen. Infolge der chemischen Reaktionen kommt es zu dem erwünschten Reinigungsprozess. Dieser Prozess ist jedoch aufwendig und wegen des verwendeten Säurebades nicht umweltfreundlich.
  • In dem Dokument DE 199 53 230 C2 ist ein Kaltwalzverfahren beschrieben, bei dem im Bereich des Walzspalts Inertgas anstatt Kühlflüssigkeit auf ein Metallband geblasen wird, wobei die Temperatur des Intergases unterhalb von Raumtemperatur liegt und geringer ist als die Temperatur des Metallbandes im Walzspalt. Aus der WO 02/087803 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, wie beim Kaltwalzen das Inertgas nahe an den Walzspalt der Walzen herangeführt wird; jedoch sind die Verhältnisse beim Kaltwalzen nicht auf das Warmwalzen und die Oberflächenbehandlung von Bändern übertragbar.
    •
  • Es werden also aufgabegemäß Alternativen gesucht, beim Warmwalzen den Temperaturverlust beim Entzunderungsprozess zu minimieren und den Reinigungseffekt zu verbessern sowie bei Bandbehandlungsanlagen die Reinigung des Bandes zu verbessern.
  • Als vorteilhafte Lösung der Aufgabe erweist sich die Verwendung von flüssigem Inertgas für das Entzundern der Oberfläche des Metallbandes, insbesondere von Dünnbrammen oder Bändern in Warmbandstraßen oder in Bandbehandlungsanlagen.
  • Das flüssige Inertgas wird analog wie das Wasser eines traditionellen Zunderwäschers auf die Oberfläche des Metallbandes gespritzt und bewirkt dort, genau wie das Wasser, ein Absprengen des Zunders von der Oberfläche des Metallbandes. Da es sich jedoch bei dem Medium um flüssiges Inertgas handelt, verflüssigt sich dieses Inertgas nach dem Auftreffen auf die Oberfläche und bewirkt so – entgegen der Verwendung von Wasser – nur eine minimale Temperaturreduktion des Metallbandes. Daraus resultieren folgende Vorteile:
    Zusätzliche Heizenergie, die traditionell aufgewendet werden musste, um das Metallband nach einer Entzunderung mit Wasser wieder auf eine Warmwalztemperatur zu bringen, kann nunmehr eingespart bzw. deutlich reduziert werden. Außerdem kann die Fertigbanddicke bei ausreichender Endwalztemperatur vermindert werden. Auch besteht die Möglichkeit einer Erweiterung der Konfiguration einer Stranggussanlage in Richtung eines gekoppelten Gieß-Walzprozesses. Es kann vorteilhafterweise erwartet werden, dass Temperaturstreifigkeiten über der Bandbreite weniger werden und schließlich ist als weiterer Vorteil zu erwähnen, dass in dem Bereich, wo das Inertgas auf das Band auftritt, das Band auch gegen eine erneute Verzunderung geschützt ist bzw. dass eine solche in diesen Bereichen nur noch in abgeschwächtem Maße auftritt.
  • Bei dem Inertgas handelt es sich vorzugsweise um ein Kryogen, d. h. um ein flüssiges Gas, wie z.B. flüssigen Stickstoff oder Kohlendioxid. Das Inertgas kann in Reinform oder unter Verwendung mit Druckluft oder mit einem anderen geeigneten Trägermedium eingesetzt werden.
  • Die Absprengwirkung für den Zunder ist besonders effektiv, wenn das Medium mit einem Druck größer als 6 bar und/oder mit einem spitzen Winkel gegen die Laufrichtung des Metallbandes aufgespritzt wird.
  • Vorteilhafterweise wird das ungiftige Inertgas zusammen mit den durch es aufgewirbelten Staub- bzw. Zunderpartikeln von der Oberfläche oder aus der Umgebung des Metallbandes abgesaugt.
  • Vorteilhafterweise wird das Inertgas vor dem Einlauf des Metallbandes in einen Walzspalt aufgebracht und nachfolgend wieder abgesaugt, damit das Metallband vollständig befreit von Zunder in den Walzspalt einläuft. Der Zunder wird dann nicht in die Oberfläche des Metallbandes eingewalzt, wodurch Unebenheiten auf der Oberfläche vermieden werden.
  • Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bandbehandlungsanlagen, in denen die Bänder mit Säure gebeizt werden, ergeben sich folgende Vorteile:
    Weil der Zunder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bereits vor Eintritt eines Bandes in die Bandbehandlungsanlage entfernt wird, kann der Aufwand für die Säurebehandlung nunmehr reduziert werden.
  • So kann der Säureverbrauch und der Energieverbrauch verringert werden, die Größe des erforderlichen Beizbehälters kann verringert werden und es können evtl. sogar einzelne oder mehrere Beizstufen entfallen; daraus resultiert eine Erhöhung der Effizienz der vorhandenen Beizlinien im Vergleich zu anderen Entzunderungsverfahren.
  • Schließlich kann bei der beanspruchten Entzunderung, insbesondere bei der Verwendung von Stickstoff als Inertgas, ein traditionell verwendeter Streckrichter zum Aufbrechen des Zunders auf der Oberfläche des Metallbandes entfallen.
  • Die oben genannte Maßgabe der Erfindung wird weiterhin durch einen Inertgasbetriebenen Zunderwäscher gelöst. Die Vorteile dieses Zunderwäschers entsprechen den oben mit Bezug auf das beanspruchte Verfahren genannten Vorteilen.
  • In den 1 bis 6 sind mögliche Einbauorte für den erfindungsgemäßen Zunderwäscher für verschiedene Typen von Anlagen vorgeschlagen:
  • 1(a) + (b) zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Zunderwäschers 100 hinter einer Gießmaschine sowohl für einen gekoppelten Gieß-Walz-Prozess wie auch für eine CSP-Anlage;
  • 2(a), (b) + (c) zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Zunderwäschers 100 jeweils vor einer Fertigstraße und zwar bei einem Gieß-Walz-Prozess, einer CSP-Anlage oder bei einer konventionellen Warmbandstraße;
  • 3 zeigt verschiedene Einbauorte für den erfindungsgemäßen Zunderwäscher zwischen zwei Gerüsten einer Fertigstraße;
  • 4 zeigt den erfindungsgemäßen Zunderwäscher eingebaut unmittelbar vor einem Treiber bzw. vor einem Haspel;
  • 5 zeigt die Anordnung des erfindungsgemäßen Zunderwäscher auf der Ober- und/oder Unterseite des Metallbandes, vor oder hinter einem Rollenpaar oder in Kombination mit einem traditionellen Wasser-basierten Zunderwäscher, wobei dann der traditionelle Wasser-basierte Zunderwäscher vorzugsweise vor und der erfindungsgemäße Inertgas-betriebene Zunderwäscher 100 hinter einem Rollenpaar angeordnet ist; und
  • 6 zeigt die Anordnung einer Absaugung in der Umgebung eines erfindungsgemäßen Zunderwäschers.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren ist der erfindungsgemäße Inertgas-betriebene Zunderwäscher 100 als Flüssiggas-Entzunderung bezeichnet. Die Laufrichtung des Metallbandes ist in allen Figuren durch einen horizontalen Pfeil dargestellt.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren und ein Zunderwäscher zum Entfernen von Zunder von Metallbänder oder Bandoberflächen mit Hilfe von Inertgas. Die Entzunderungswirkung basiert dabei auf den drei folgenden Effekten:
    • 1. Einem thermischen Effekt, wonach aufgrund der hohen Temperaturdifferenz zwischen der heißen Metallbandoberfläche und dem tiefkalten aufgestrahlten Inertgas Mikrorisse in der Zunderschicht sowie zwischen dem Zunder und dem Metallband entstehen.
    • 2. Einem kinetischen Effekt, wonach die flüssigen Partikel des Inertgases aufgrund des hohen Druckes mit hoher kinetischer bzw. Aufprallenergie auf die Oberfläche des Metallbandes bzw. des Zunders aufprallen und in die durch den thermischen Effekt erzeugten Mikrorisse bzw. Spalten in den Zunder eindringen; und schließlich
    • 3. aufgrund einer Phasenumwandlung, wonach die in die Mikrorisse eingedrungenen flüssigen Inertgaspartikel eine schlagartige Volumenvergrößerung erfahren und auf diese Weise die Zunderschicht von der übrigen Oberfläche des Metallbandes absprengen.
  • In 1a ist gezeigt, dass der erfindungsgemäße Zunderwäscher 100 bei einer Anlage für einen Gieß-Walz-Prozess vorzugsweise hinter dem Auslauf der Gießmaschine aber vor dem ersten Walzgerüst einer nachgeschalteten Walzstraße angeordnet ist. Außerdem wird in 1b gezeigt, dass der erfindungsgemäße Zunderwäscher 100 bei einer typischen CSP-Anlage nach der Gießmaschine und vor einem nachgeschalteten Ofen angeordnet sein kann.
  • In den 2a), 2b) und 2c) ist gezeigt, dass der erfindungsgemäße Zunderwäscher 100 sowohl bei einem gekoppelten Gieß-Walz-Prozess, wie auch bei einer CSP-Anlage oder bei einer konventionellen Warmbandstraße jeweils vor dem ersten Walzgerüst einer Fertigstraße angeordnet sein kann.
  • In 3 ist gezeigt, dass der erfindungsgemäße Zunderwäscher 100 innerhalb einer Fertigstraße zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten Fi und Fi+1 angeordnet sein kann, und zwar dort unmittelbar hinter einem ersten Walzgerüst Fi, in der Mitte zwischen den zwei benachbarten Walzgerüsten oder kurz vor dem Einlauf des nachgeschalteten Walzgerüstes Fi+1. Wenn, wie in 2 gezeigt, der Zunder bereits vor dem ersten Walzgerüst der Fertigstraße einmal entfernt wurde, so besteht dennoch die Gefahr, dass sich danach wieder neuer, so genannter Se kundärzunder bildet, und dass dieser dann durch ein nachgeschaltetes Walzgerüst in die Oberfläche des Metallbandes eingewalzt würde. Um dies zu vermeiden, ist es zweckmäßig, vor jedem einzelnen Walzgerüst der Fertigstraße, oder an den gemäß 3 gezeigten Orten zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten der Fertigstraße, jeweils nochmals individuelle Inertgas-Zunderwäscher 100 vorzusehen.
  • 4 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Zunderwäschers kurz vor einem Treiber bzw. einem Haspel, um die Zunderdicke auf dem Fertigband vor seiner Aufwicklung zu vermindern; dies hat den Vorteil, dass dann in einem nachfolgenden Walzschritt die Beizgeschwindigkeit gesteigert werden kann.
  • 5 zeigt verschiedene Grundanordnungen für den erfindungsgemäßen Zunderwäscher 100 in Bezug auf das Metallband. So zeigt 5a), dass die Strahldüsen für das Inertgas auf einem Spritzbalken angeordnet sein können, wobei jeweils ein Spritzbalken zum Bestrahlen der Oberseite und ein weiterer Spritzbalken zum Bestrahlen der Unterseite des Metallbandes bzw. des Bandes vorgesehen sein kann. 5b) zeigt, dass jeweils ein Paar von Spritzbalken für die Ober- und Unterseite des Metallbandes vor und/oder hinter einem Walzgerüst angeordnet sein können. 5c) zeigt, dass die erfindungsgemäßen Inertgas-basierten Zunderwäscher 100 auch in Kombination mit traditionellen Wasserbasierten Zunderwäschern 100 eingesetzt werden können. Wie in 5c) gezeigt, besteht beispielsweise die Möglichkeit, vor dem Einlauf des Metallbandes in einen Walzspalt, Wasser-basierte Zunderwäscher für die Ober- und Unterseite des Metallbandes vorzusehen, während dem Walzgerüst nachgeschaltet erfindungsgemäße Inertgas-basierte Zunderwäscher 100 für die Ober- und/oder Unterseite des Metallbandes vorgesehen sein können. Schließlich zeigt 5d), dass die Strahldüsen bei dem erfindungsgemäßen Zunderwäscher 100 vorzugsweise mit einem spitzen Winkel α gegen die Laufrichtung des Bandes angestellt sind. Dies hat den Vorteil, dass der Zunder besonders effektiv von der Oberfläche des Metallbandes abgesprengt werden kann.
  • Alternativ zu der in 5c beispielhaft gezeigten Anordnung können auch die in 5b gezeigten erfindungsgemäßen Zunderwäscher 100 einzeln durch traditionelle Wasser-betriebene Zunderwäscher 100 ersetzt werden.
  • In 6 ist zunächst zu erkennen, dass der Abstand A zwischen einer Strahldüse und dem Metallbänder so eingestellt sein muss, dass das Inertgas nicht vor seinem Auftreffen auf die Oberfläche des Metallbandes bereits verdampft; dies gilt nicht nur für die Anordnung gemäß 6, sondern grundsätzlich für alle Anordnungen des erfindungsgemäßen Zunderwäschers 100. Um zu verhindern, dass sich das aufgebrachte Inertgas allzu schnell wieder von der Oberfläche des Metallbandes entfernt, sind an den Rändern der Strahldüsen vorzugsweise Abschirmungen angebracht, wie in 6 gezeigt.
  • 6 zeigt weiterhin ein Ausführungsbeispiel für eine Absaugung zum Absaugen des Inertgases und von Zunderpartikeln in der Umgebung der erfindungsgemäßen Zunderwäscher 100. Die Absaugung besteht im Wesentlichen aus einer großvolumigen Haube, welche zumindest teilweise über den erfindungsgemäßen Zunderwäscher 100 gestülpt ist. Innerhalb der Absaugung wird das Gas beispielsweise mit Hilfe eines Ventilators in einen Absaugkanal angesogen.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Entfernen von Zunder von der Oberfläche von Metallbändern, insbesondere von Dünnbrammen, durch Bestrahlen der Oberfläche mit einem Medium, welches unter gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhtem Druck steht; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um ein flüssiges Inertgas handelt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Inertgas um ein Kryogen wie Stickstoff oder eine Verbindung von Kryogenen ggf. mit einem Trägermedium, wie Druckluft, handelt, das flüssig, tiefkalt auf die Oberfläche des Metallbandes aufgespritzt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium mit einem Druck größer 6 bar, vorzugsweise ca. 12 bar aufgespritzt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium mit einem spitzen Winkel gegen die Laufrichtung des Metallbandes aufgespritzt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verflüchtigte Inertgas ggf. zusammen mit dem Trägermedium und abgesprengten Zunderpartikeln von der Oberfläche oder aus der Umgebung des Metallbandes abgesaugt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas zwischen einer Gießmaschine für das Metallband und einem nachgeschalteten Ofen oder einer nachgeschalteten Warmbandstraße aufgespritzt und vorzugsweise dort auch abgesaugt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas vor dem Einlauf des Metallbandes in den Walzspalt eines Warmwalzgerüstes, insbesondere vor dem Fertiggerüst einer CSP Anlage, aufgespritzt und vorzugsweise auch dort abgesaugt wird.
  8. Zunderwäscher (100) zum Entfernen von Zunder von der Oberfläche eines Metallbandes, umfassend: mindestens eine Strahldüse zum Aufbringen eines Mediums in Form von Strahlen unter gegenüber dem Atmosphärendruck erhöhtem Druck auf die Oberfläche des Metallbandes zum Entfernen des Zunders; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Medium um ein flüssiges Inertgas handelt.
  9. Zunderwäscher (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Inertgas um ein Kryogen, vorzugsweise flüssigen Stickstoff, handelt, ggf. in Verbindung mit einem Trägermedium.
  10. Zunderwäscher (100) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zunderwäscher (100) vor dem Walzspalt eines Walzgerüstes einer Warmwalzstraße angeordnet ist zum Entfernen des Zunders bevor das Metallband in den Walzspalt einläuft.
  11. Zunderwäscher (100) nach Anspruch 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen oberhalb und/oder unterhalb des Metallbandes angeordnet sind zum Bestrahlen des Metallbandes auf seiner Ober- und/oder Unterseite.
  12. Zunderwäscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen von einer Abschirmhaube mit einer Absaugung für das Inertgas und Zunderpartikel umgeben sind.
  13. Zunderwäscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der Strahldüsen an einem Streckrichter angeordnet sind.
  14. Zunderwäscher (100) nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüsen so ausgerichtet sind, dass das Medium unter einem spitzen Winkel entgegen der Laufrichtung des Metallbandes auf dessen Oberfläche auftrifft.
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