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Die
Erfindung richtet sich auf eine Kühlvorrichtung für die Durchführung eines
Abschreckvorganges bei einer Durchlauf-Glühbehandlung eines Metallbandes,
vorzugsweise Stahlbandes, die einen Kühlflüssigkeit aufnehmenden Behälter mit
darin beidseits des senkrecht durch den Behälter geführten Metallbandes sowie unterhalb
des sich darin einstellenden Kühlflüssigkeitsniveaus
angeordneten und mit ihrem Sprühdüsenöffnungsquerschnitt
jeweils auf das Metallband ausgerichteten Kühlflüssigkeitssprühdüsen aufweist.
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Das
Durchlaufglühen
ist eine thermische Behandlung, die Stahlbänder nach dem Kaltwalzen durchlaufen.
Hierbei wird durch eine gezielte Erwärmung und anschließender Abschreckung
des Stahlbandes eine gewünschte
Gefügestruktur
eingestellt, die insbesondere für
in der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien verwendete Bleche
von Vorteil ist. Bei dem Durchlaufglühen durchläuft das Stahlband zunächst einen
Durchlaufglühofen
entlang einer Reihe von aufeinander folgenden aufsteigenden und
absteigenden Abschnitten (bei Glühtemperaturen
von 723–980°C) und durchläuft dann
in einer Ausführungsform
schnell einen Wasserabschreckschritt in welchem das Band auf deutlich
unterhalb 100°C
abgekühlt
wird, bevor es dann in anschließenden Schritten
erneut in einem zweiten Ofen erwärmt
(≈ 200–600°C) und wieder
gezielt abgekühlt
wird. Dieser Abkühlschritt
oder Abschreckschritt mit Wasser als Kühlflüssigkeit wird in einer Ausführungsvariante in
einem so genannten „Water-Quench-System” durchgeführt, in
welchem das Band eine Kühlvorrichtung
durchläuft,
in welcher aus Flüssigkeitssprühdüsen Wasserstrahlen
auf die Bandoberfläche
gesprüht werden,
um das Band auf die gewünschte
Temperatur abzukühlen.
Hierbei befinden sich die Kühlflüssigkeitssprühdüsen in einem
Behälter
unterhalb des sich in den Behälter
einstellenden Kühlflüssigkeitsniveaus.
In diesem Kühlschritt
wird das mit einer Geschwindigkeit von ca. 200–600 m/min durch den Behälter geführte Band
mit einer Abkühlgeschwindigkeit von
ca. 700–1000°C/s von ca.
900°C auf
60°C abgekühlt. Durch
diesen sehr starken Wasserabkühlungsprozess
wird das Band hart verfestigt, bevor es dann in einem späteren Anlassprozess
einer erneuten Änderung
seiner Gefügestruktur
unterworfene wird. Als besonders geeignetes Kühlmedium und besonders geeignete
Kühlflüssigkeit
wird in der Regel Wasser verwendet. Die zur mehreren in einer Gesamtkonfiguration
angeordneten Kühlflüssigkeitssprühdüsen sind
in ihrer Gesamtheit so ausgelegt, dass durch diese ein Kühlflüssigkeitsdurchsatz
oder Kühlwasserdurchsatz
von insgesamt ca. 600–950
l/s erfolgen kann, mit welchem sich die für die vorgesehene Abkühlung des
Metallbandes notwendige Abkühlenergie
bei einem Metallbanddurchsatz durch die Kühlvorrichtung und den Durchlaufglühofen vom
80–170 Tonnen
pro Stunde bereitstellen lässt.
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Bei
den aus der Praxis bekannten Anlagen werden in Abhängigkeit
von der jeweils zu kühlenden Bandbreite
und/oder dem jeweils zur Kühlung
des Bandes benötigten
Volumenstrom an Kühlflüssigkeit, insbesondere
Kühlwasser,
Kühlflüssigkeitsdüsen mit entsprechenden
Sprühdüsenöffnungsquerschnitten in
die Kühlvorrichtung
eingesetzt und aus Ihnen Kühlflüssigkeit
beziehungsweise Kühlwasser
auf das Stahlband gesprüht.
Dies führt
teilweise dazu, dass bei Versprühung
des maximal möglichen
Volumenstromes ein Rücklaufproblem
entstehen kann, was dazu führt,
dass am Band Bereiche mit unterschiedlicher Wassertemperatur auftreten,
die zu unterschiedlich abgekühlten
beziehungsweise abgeschreckten Metallbandbereichen führen. Weiterhin besteht
die physikalische Problematik, dass derart abgekühlte Metall- oder Stahlbänder an
ihren Bandrändern
schneller abkühlen
als in der Bandmitte, was ebenfalls zu unterschiedlich abgeschreckten
Bereichen des Metallbandes und damit zu unterschiedlichen Gefügestrukturen
sowie Bandspannungen führen
kann.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Lösung zu
schaffen, die eine gezielte Beeinflussung und Ausrichtung des aus
einer Kühlflüssigkeitsdüse austretenden
Flüssigkeitsvolumenstromes
ermöglicht.
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Bei
einer Kühlvorrichtung
der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Sprühdüsenöffnungsquerschnitte
mindestens eines Teils der, vorzugsweise aller, Kühlflüssigkeitssprühdüsen verstellbar
veränderbar
ausgebildet sind.
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Durch
die verstellbar veränderbare
Ausführungsform
der Sprühdüsenöffnungsquerschnitte
ist es möglich,
den von einer Kühlflüssigkeitssprühdüse zur Abgabe
von Kühlflüssigkeit
bereitgestellten Öffnungsquerschnitt
an die jeweiligen Bandgeometrie- und/oder Produktionsverhältnisse
anzupassen. Zum einen ist es dadurch möglich, Sprühdüsenöffnungsquerschnitte gezielt
zu verschließen,
so dass nur noch über
einen Bereich des insgesamt zur Verfügung stehenden Sprühdüsenöffnungsquerschnittes Kühlflüssigkeit
aus der Kühlflüssigkeitssprühdüse abgegeben
wird, wodurch es beispielsweise möglich ist, Randbereiche eines
Metallbandes nicht und ausschließlich die Mitte mittels einer
Kühlflüssigkeitssprühdüse mit Kühlflüssigkeit
zu beaufschlagen. Hierdurch ist es aber auch möglich, den insgesamt aus einer
Kühlflüssigkeitssprühdüse abgegebenen Volumenstrom
an Kühlflüssigkeit
zu regulieren und damit die Kühlwirkung
bezogen auf die jeweiligen Bandbreiten zu beeinflussen. Zum anderen
lässt sich durch
die Regelung und Variierung des aus jeweils einer Kühlflüssigkeitssprühdüse abgegebenen
Volumenstroms an Kühlwasser
gleichzeitig der von entsprechenden Rücklauföffnungen, Rücklaufkanälen oder Rücklaufschlitzen aufzunehmende
Volumenstrom an Rücklaufwasser
oder Rücklaufkühlflüssigkeit
variieren. Es ist somit sowohl ein geregelter Kühlwasserrücklauf aufgrund der möglichen
Einstellung eines geregelten Kühlwasserzulaufes
als auch eine an die Bandgeometrie und die Produktionsbedürfnisse
und Produktionsverhältnisse
angepasste Abkühlung
des Metallbandes mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung möglich.
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Um
die insbesondere schneller abkühlenden Bandränder des
Metallbandes geringer abkühlen
zu können,
sieht die Erfindung in Ausgestaltung vor, dass die in Breitenrichtung
des Metallbandes jeweils außen
liegenden Bereiche des Sprühdüsenöffnungsquerschnitts
einer, insbesondere einer jeden, Kühlflüssigkeitssprühdüse verschließbar und
wieder öffenbar
ausgebildet sind.
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Eine
besonders zweckmäßige Ausbildung des
Sprühdüsenöffnungsquerschnittes
lässt sich
gemäß Weiterbildung
der Erfindung dadurch erreichen, dass der Sprühdüsenöffnungsquerschnitt in Form
eines sich längs
der Kühlflüssigkeitssprühdüse erstreckenden
Sprühschlitzes
ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, längs einer Kühlflüssigkeitssprühdüse mehrere
zwar nebeneinander angeordnete, aber durch Materialabschnitte voneinander
getrennte Sprühdüsenöffnungsquerschnitte
auszubilden, die dann zum Teil oder insgesamt jeweils öffenbar
und verschließbar
ausgebildet sind.
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Um
an den seitlichen Außenrandbereichen einer
jeden Kühlflüssigkeitssprühdüse ausgebildete Bereiche
des jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnittes,
die den Bandrändern
des Metallbandes zugeordnet sind, gezielt öffnen und verschließen zu können, sieht
die Erfindung in einer ersten Alternative vor, dass innerhalb der
Kühlflüssigkeitssprühdüse in Richtung
der Kühlflüssigkeitssprühdüsenlängsachse bewegbare
Verschließelemente
angeordnet sind, mit welchen die in Breitenrichtung des Metallbandes
außenliegenden
Bereiche des Sprühschlitzes
verschließbar
und wieder öffenbar
sind. Hier können also
innerhalb der Kühlflüssigkeitssprühdüse bewegbare
Elemente längs
des Sprühdüsenöffnungsquerschnittes
oder der Sprühdüsenöffnungsquerschnitte derart
vorbei bewegt werden, dass die Verschließelemente durch Anlage an den
jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnitt
diesen verschließen.
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Es
ist in einer anderen Alternative aber auch möglich, ein innerhalb einer
Kühlflüssigkeitssprühdüse angeordnetes
Ventilelement vorzusehen, dass seinerseits einen Öffnungsquerschnitt
aufweist, der in unterschiedliche Relativpositionen zum jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnitt
und/oder den jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnitten
und damit in eine unterschiedliche Deckungs- und/oder Übereinanderlage
mit diesem/diesen Öffnungsquerschnitt(en)
bringbar ist, wobei in Übereinanderlage vom Öffnungsquerschnitt
des Ventilelementes und Sprühdüsenöffnungsquerschnitt
der Kühlflüssigkeitssprühdüse Kühlflüssigkeit
aus der Kühlflüssigkeitssprühdüse abgegeben
wird und die Bereiche, die eine solche Übereinanderlage nicht aufweisen,
für die
Abgabe von Kühlflüssigkeit
verschlossen bleiben. Die Erfindung zeichnet sich daher weiterhin
dadurch aus, dass innerhalb der Kühlflüssigkeitssprühdüse jeweils
ein mit einem derart ausgeformten Öffnungsquerschnitt ausgebildetes
Ventilelement um eine Längsachse
der Kühlflüssigkeitssprühdüse rotierbar ausgebildet
und angeordnet ist, das in Abhängigkeit von
der Rotationsposition des Ventilelementes der Öffnungsquerschnitte des Ventilelementes
ganz oder teilweise in Deckung mit dem Sprühdüsenöffnungsquerschnitt der Kühlflüssigkeitssprühdüse bringbar ist.
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Da
in der Kühlvorrichtung
mehrere Kühlflüssigkeitssprühdüsen längs des
die Kühlvorrichtung durchlaufenden
Metallbandes angeordnet sein müssen,
um den notwendigen Volumenstrom an Kühlflüssigkeit bereitzustellen, besteht
eine besonders vorteilhafte Weiterentwicklung der Erfindung darin, dass
jeweils mehrere Kühlflüssigkeitsdüsen in einer, insbesondere
auswechselbaren, Düsenkassette
angeordnet sind. Hierdurch können
die Kühlflüssigkeitssprühdüsen relativ
schnell und einfach ausgewechselt werden.
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Um
einen ausreichenden Rücklauf
von aus den Flüssigkeitssprühdüsen auf
das Band aufgesprühter
Kühlflüssigkeit
zu gewährleisten,
ist zwischen den üblicherweise übereinander
angeordneten Düsenkassetten
ein Rücklaufkanal
oder Rücklaufschlitz
ausgebildet. Um neben der Variierungsmöglichkeit hinsichtlich des
Sprühdüsenöffnungsquerschnittes
der Kühlflüssigkeitssprühdüsen eine weitere
Möglichkeit
vorzusehen, um einen geregelten Kühlwasser- beziehungsweise Kühlflüssigkeitsrücklauf zu
gewährleisten,
sieht die Erfindung weiterhin vor, dass zwischen zwei übereinander
angeordneten Düsenkassetten
jeweils mindestens ein Mittel zur Regelung des Rücklaufvolumens an Kühlflüssigkeit
aufweisender Rücklauf
ausgebildet ist. Hierbei ist es gemäß Ausgestaltung der Erfindung
dann weiterhin zweckmäßig, wenn
die Mittel zur Regelung des Rücklaufvolumens
an Kühlflüssigkeit
ein Rückflussabsperrdrehventil
umfassen.
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Die
Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung beispielhaft näher erläutert.
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Diese
zeigt in
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1 schematischer
Seiten- und Schnittansicht eine Kühlvorrichtung und in
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2 in schematischer Perspektivansicht eine
Flüssigkeitssprühdüsenkonfiguration.
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Die
insgesamt mit 1 bezeichnete Kühlvorrichtung für die Durchführung eines
Abschreckvorganges bei einer Durchlauf-Glühbehandlung eines Metallbandes 2,
wobei es sich im Ausführungsbeispiel
um ein Stahlband handelt, ist in 1 teilweise und
ausschnittsweise dargestellt. Der Kühlvorrichtung 1 ist
eine Ofenausgangsabdichteinheit 3 und eine Ofen-Kühlvorrichtungs-Verbindungseinheit 4 mit Metallbandtemperaturkontrolle
vorgeordnet. Die Kühlvorrichtung 1 umfasst
einen nicht näher
dargestellten Behälter,
innerhalb welchem bewegbare Kühlvorrichtungsrahmen 5 angeordnet
sind, die soweit in eine in dem Behälter befindliche Kühlflüssigkeit,
insbesondere Wasser, eintauchen, dass sich die oberste Reihe einer
Vielzahl an Kühlflüssigkeitssprühdüsen 6 unterhalb
eines in 1 angedeuteten Flüssigkeitsstandniveaus 7 befinden.
In senkrechter Übereinanderanordnung
sind in den Kühlvorrichtungsrahmen 5 Düsenkassetten 8 angeordnet,
die jeweils fünf übereinanderliegende
Reihen an Flüssigkeitssprühdüsen 6 aufweisen.
Zur Aufnahme der Düsenkassetten 8 sind
in dem Rahmen jeweils Aufnahmen 9 ausgebildet. Jede Kühlflüssigkeitsdüse 6 weist jeweils
einen Sprühdüsenöffnungsquerschnitt 10 in Form
eines sich über
im Wesentlichen die gesamte Länge
einer Kühlflüssigkeitsdüse 6 erstreckenden Schlitzes 11 auf.
Aus dem jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnitt 10 oder
dem jeweiligen Schlitz 11 wird aus jeder Kühlflüssigkeitsdüse 6 Kühlflüssigkeit auf
das in Richtung des Pfeiles 12 die Kühlvorrichtung 1 in
der zeichnerischen Darstellung senkrecht von oben nach unten verlaufende
Band 2 gesprüht. Für die Zuführung der
Kühlflüssigkeit,
insbesondere Wasser, sind in den Kühlvorrichtungsrahmen 5 Zuführleitungen 13 ausgebildet, über die
den Kühlflüssigkeitsdüsen 6 die
Kühlflüssigkeit
zugeführt
wird. Innerhalb einer jeden Kühlflüssigkeitsdüse 6 ist
ein Verschließ-
und/oder Ventilelement 14 angeordnet und ausgebildet, mittels
welchem sich der für
Kühlflüssigkeit
zugängliche
Sprühdüsenöffnungsquerschnitt 10 verstellbar
verändern,
insbesondere zumindest teilweise verschließen und wieder öffnen lässt. Mit
Hilfe des jeweiligen Verschließ-
und/oder Ventilelementes 14 lässt sich insbesondere die Breite,
dass heißt
die Längserstreckung
längs der
Breite des Metallbandes 2, des jeweiligen Sprühdüsenöffnungsquerschnittes 10 in
Richtung des in 2 gestrichelt dargestellten Pfeiles
einstellen und verändern.
Insbesondere lassen sich die äußeren Randbereiche
der jeweiligen Kühlflüssigkeitsdüse 6 öffnen und
verschließen.
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Zwischen
zwei übereinander
angeordneten Düsenkassetten 8 ist
innerhalb eines Kühlvorrichtungsrahmens 5 jeweils
ein Rücklaufkanal
oder Rücklaufschlitz 16ausgebildet,
mittels welchem jeweils versprühte
Kühlflüssigkeit
aus dem Bereich des Metallbandes 2 fort für ein erneutes
Versprühen
rückführbar ist.
Hierbei sind im Grunde des jeden Rücklaufkanals 16 Rückflussabsperrdrehventile 17 ausgebildet,
mittels welcher sich das durch den jeweiligen Rücklaufkanal 16 geführte Rücklaufvolumen
an Kühlflüssigkeit
regeln lässt.
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Die
Anzahl der Rücklaufkanäle 16 kann
je nach vorgesehenem Einsatzzweck, also je nach Bandgeometrie und
Produktionsbedingung, variieren, wobei weiterhin die Regelung des
Rückflussabsperrdrehventils 17 in
Abhängigkeit
von einem im jeweiligen Rücklaufkanal 16 erfassten
Drucks erfolgen kann. Ebenso ist die Form und Größe eines Rücklaufkanals 16 je
nach Einsatzzweck variierbar und ggf. unterschiedlich gestaltet.
Insbesondere aber kann mit Hilfe des Rückflussabsperrdrehventils 17 ebenso
wie mit den Verschließ-
und/oder Ventilelement 14 eine Anpassung des durch den
jeweiligen Rücklaufkanal 16 geführten Rücklaufvolumens
an Kühlflüssigkeit
in Abhängigkeit
von der Breite des jeweils vorbeigeführten Metallbandes 2 und
somit eine breitenabhängige
Einstellung auch der Rücklaufkanäle 16 vorgenommen
werden.
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Ebenso
ist die Anzahl an übereinander
angeordneten Düsenkassetten 8 und
damit die sich längs einer
Abkühlstrecke
ergebende Gesamtanzahl an Flüssigkeitsdüsen 6 beliebig
variierbar und wird je nach Einsatzzweck und Kühlanforderung ausgelegt. Mit
Hilfe der Düsenkassetten 8 ist
eine Schnellwechslung der Kühlflüssigkeitsdüsen 6 möglich, wobei
aufgrund der Breitenverstellung der Sprühdüsenöffnungsquerschnitte eine Standard-
oder Baugröße einer
Kühlflüssigkeitsdüse für einen
größeren Abmessungsbereich
an abzukühlendem
oder abzuschreckendem Metallband eingesetzt werden kann. Bei geringerer
Breite des Metallbandes 2 als der maximal möglichen
Länge des
Sprühdüsenöffnungsquerschnittes 10 wird
mit Hilfe der Verschließ- und/oder
Ventilelemente 14 der Sprühdüsenöffnungsquerschnitt 10 entsprechend
verkleinert beziehungsweise verkürzt.
Unabhängig
davon ist es natürlich
auch möglich,
eine grundsätzliche
Absperrung einer jeden Kühlflüssigkeitsdüse 6 von
der Kühlflüssigkeitszufuhr
vorzusehen. Ebenso ist vorgesehen, dass in die Aufnahmen 9 modulartig
Düsenkassetten 8 mit
jeweils unterschiedlich ausgeformten Kühlflüssigkeitsdüsen 6 und gegebenenfalls
unterschiedlich ausgerichteten und/oder ausgebildeten Sprühdüsenöffnungsquerschnitten 10 angeordnet
werden. Ebenso kann jede Düsenkassette 8,
insbesondere jedoch können
paarweise gegenüberliegende
Düsenkassetten 8 mit
unterschiedlichem Kühlflüssigkeitsdruck und
somit unterschiedlichem Volumenstrom an Kühlflüssigkeit betrieben werden.
