DE102012202340A1

DE102012202340A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Walzen

Info

Publication number: DE102012202340A1
Application number: DE201210202340
Authority: DE
Inventors: Matthias Kipping; Ralf Seidel; Johannes Alken
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2011-12-23
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2013-06-27
Also published as: RU2586375C2; CN104169013B; KR20140088620A; US20150013405A1; WO2013092152A1; JP2015502262A; JP5777129B2; CN104169013A; US9108235B2; EP2794136A1; RU2014130217A; EP2794136B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung einer Walze (1), insbesondere einer Arbeitswalze (1) einer Warmwalzanlage, welches den Schritt des Zuführens von Kühlmittel (3) mittels einer Düse (5) in einen Spalt (7) zwischen zumindest einem Teil der Walzenoberfläche und einer an den Teil der Walzenoberfläche anstellbaren Kühlschale (9, 11) sowie das Einstellen der Spalthöhe (h) zwischen der Kühlschale (9, 11) und der Walzenoberfläche umfasst. Die Einstellung der Spalthöhe (h) umfasst dabei erfindungsgemäß entweder die Messung des Drucks (pIst) des zugeführten Kühlmittels (3) oder die Messung des Volumenstroms (VIst) des zugeführten Kühlmittels (3). Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Vorrichtung (10) zum Kühlen einer Walze (1).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Kühlung von Walzen, insbesondere von Arbeitswalzen in einem Walzwerk mit einer Kühlflüssigkeit.
Stand der Technik
Im Stand der Technik werden Strömungskühlungen beschrieben, bei denen Wasser bzw. ein Kühlmittel zwischen einer Kühlschale und einer Walze vorbeigeführt wird. Häufig wird bei der Verwendung solcher Systeme eine Einstellbarkeit des Spalts zwischen der Arbeitswalze und der Kühlschale ermöglicht. Insbesondere haben Arbeitswalzen in der Regel einen Abschliffbereich, sodass die Kühlschalen an die Krümmung der Arbeitswalzen anpassbar sein sollen, um eine genügende Kühlwirkung zu erreichen. Außerdem können die Arbeitswalzen unterschiedliche Positionen im Walzgerüst einnehmen. Diese Positionen sind zum Beispiel von der Dicke des einlaufenden Walzgutes und der vorgesehenen Stichabnahme abhängig.
In einem Walzwerk wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Walzgutes und der geleisteten Umformarbeit eine variierende Menge von Wärmeenergie in die Walzen eingebracht. Um eine ausreichende Kühlwirkung zu erreichen, muss der Spalt zwischen Kühlschale und Walze geregelt werden. Es ist wünschenswert, dass Kühlmedium mit einer hohen Geschwindigkeit an der Walzenoberfläche vorbeiströmt, um die Walze effektiv zu kühlen. Um ein Kühlmedium durch den Spalt zu pressen, ist ein entsprechender Druck nötig. Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist bekannt, dass man mit Abstandssensoren die Höhe eines Spalts messen kann.
Nachteilig an einer solchen Abstandsmessung ist allerdings häufig, dass Abstandsmessungen in der Strömung zwischen der Kühlschale und der Walzenoberfläche schwierig bzw. ungenau sind. Werden die Abstände hingegen zum Beispiel indirekt über eine Messung des Verfahrwegs eines Kolbens zur Anstellung der Kühlschale an die Walzenoberfläche bestimmt, können ebenfalls Messungenauigkeiten und somit Anstellungsfehler auftreten. Insbesondere ist in diesem Fall nicht die aktuelle Walzenposition bekannt, sodass die Regelung bei kurzfristig auftretenden Sprüngen der Walze nicht hinreichend reagieren kann.
Fehler bei der Anstellung der Kühlschale an die Walze können zu Schäden durch eine Kollision der Walze mit der Kühlschale oder zur Überhitzung der Walze führen. Durch eine Überhitzung der Walze kann die Walze Schaden nehmen oder ebenso die Qualität des gewalzten Bandes gemindert werden.
Weiterhin weisen viele bekannte Positionsgeber den Nachteil auf, dass diese nicht unter Walzwerksbedingungen hinreichend zuverlässig funktionieren. So können optische Sensoren zum Beispiel verschmutzen und somit fehlerhafte Informationen liefern oder sogar vollständig ausfallen. Gleiches gilt beispielsweise für induktive Sensoren.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein verbessertes, insbesondere zuverlässiges und robustes System zur Anstellung einer Kühlschale an eine Walzenoberfläche bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, mindestens einen der oben genannten Nachteile zu überwinden.
Offenbarung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, welcher auf ein Verfahren zur Kühlung einer Walze, insbesondere einer Arbeitswalze einer Warmwalzanlage, gerichtet ist. Das Verfahren umfasst das Zuführen von Kühlmittel mittels einer Düse in einen Spalt zwischen zumindest einem Teil der Walzenoberfläche und einer an den Teil der Walzenoberfläche anstellbaren Kühlschale sowie das Einstellen bzw. Regeln der Spalthöhe zwischen der Kühlschale und der Walzenoberfläche. Dabei erfolgt die Einstelllung bzw. Regelung der Spalthöhe erfindungsgemäß entweder auf Basis einer Messung des Kühlmitteldrucks oder einer Messung des Volumenstroms des zugeführten Kühlmittels. Mit anderen Worten stellt entweder der Kühlmitteldruck oder der Volumenstrom des Kühlmittels einen Indikator für den Spaltabstand dar.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht mehr auf eine fehleranfällige Abstandsmessung zwischen Kühlschale und Walzenoberfläche angewiesen und erlaubt eine genaue Bestimmung des Spaltabstands in Abhängigkeit des gemessenen Kühlmitteldrucks oder -volumenstroms. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere automatisch eine Positionsänderung der Walze mit erfasst.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Einstellung bzw. Regelung eine Vergrößerung des Abstands (der Spalthöhe) zwischen der Walze und der Kühlschale, wenn der gemessene Kühlmitteldruck oder Volumenstrom über einem vorgebbaren oberen Grenzwert liegt. Dadurch kann insbesondere einer Kollision zwischen Walze und Kühlschale entgegengewirkt werden. Es ist ebenfalls möglich, bei der Unterschreitung eines oberen Grenzwerts eine Notabschaltung der Anlage vorzunehmen, um einen Schaden und längere Stillstandszeiten sowie Produktionsausfälle zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird der Abstand (die Spalthöhe) zwischen der Walze und der Kühlschale verringert, wenn der gemessene Kühlmitteldruck oder Volumenstrom des Kühlmittels unter einem vorgebbaren unteren Grenzwert liegt.
Der Einstellung des Abstands bzw. der Spalthöhe kann dabei durch dem Fachmann bekannte Anstelleinrichtungen erfolgen, wie zum Beispiel durch (hydraulische oder pneumatische) Kolben-Zylinder-Einheiten. Aber auch andere elektrische, mechanische bzw. elektromechanische Anstelleinrichtungen sind möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Kühlmittel mit einem bekannten bzw. definierten Volumenstrom der Düse (und somit dem Spalt) zugeführt. Die Einstellung bzw. Regelung des Abstands zwischen der Walze und der Kühlschale erfolgt nach Messung des Kühlmitteldrucks bevorzugt unter Verwendung einer zuvor ermittelten Druck-Abstand-Kennlinie, welche dem bekannten Volumenstrom des Kühlmittels entspricht. Andernfalls ist es möglich, das Kühlmittel mit einem bekannten bzw. definierten Druck der Düse (und somit dem Spalt) zuzuführen, wobei die Einstellung bzw. Regelung des Abstands zwischen der Walze und der Kühlschale nach Messung des Volumenstroms bevorzugt unter Verwendung einer zuvor für den bekannten Druck des Kühlmittels ermittelten Volumenstrom-Abstand-Kennlinie erfolgt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Volumenstrom des zugeführten Kühlmittels konstant gehalten und der gemessene Kühlmitteldruck mittels einer dem konstant gehaltenen Volumenstrom entsprechenden Druck-Abstand-Kennlinie mit einer vorgebbaren Sollhöhe des Spalts verglichen. Vorzugsweise kann eine aus dem Vergleich resultierende Regeldifferenz als Maßgabe zur Verstellung bzw. Anpassung der Spalthöhe verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Druck des zugeführten Kühlmittels konstant gehalten und der gemessene Volumenstrom des Kühlmittels über eine dem konstant gehaltenen Druck entsprechende Volumenstrom-Abstand-Kennlinie mit einer vorgebbaren Sollhöhe des Spalts verglichen. Vorzugsweise kann eine aus diesem Vergleich resultierende Regeldifferenz als Maßgabe zur Verstellung der Spalthöhe verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ist-Kühlmitteldruck durch einen Drucksensor gemessen und mit Hilfe einer Druck-Abstand-Kennlinie einer Ist-Spalthöhe zugeordnet. Der Kühlmittelvolumenstrom wird entsprechend der verwendeten Druck-Abstand-Kennlinie konstant gehalten. Diese Ist-Spalthöhe wird mit einer vorgebbaren Soll-Spalthöhe verglichen. Die Differenz aus diesem Vergleich wird bevorzugt an einen Regler geleitet. Nach Maßgabe der Differenz wird nachfolgend der Spaltabstand (durch Ausgabe eines Verstellwerts) verstellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ist-Kühlmitteldruck durch einen Drucksensor gemessen. Der Kühlmittelvolumenstrom wird konstant gehalten. Eine vorgebbare Sollhöhe wird mit Hilfe einer dem konstant gehaltenen Volumenstrom entsprechenden Druck-Abstand-Kennlinie einem Solldruck zugeordnet. Dieser Solldruck wird mit dem gemessenen Ist-Kühlmitteldruck verglichen. Eine sich daraus ergebende Differenz wird bevorzugt an einen Regler geleitet. Nach Maßgabe der Differenz wird nachfolgend der Spaltabstand (durch Ausgabe eines Verstellwerts) verstellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ist-Volumentstom durch einen Volumenstrommesser gemessen und mit Hilfe einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie einer Ist-Spalthöhe zugeordnet. Der Kühlmitteldruck wird entsprechend der verwendeten Druck-Abstand-Kennlinie konstant gehalten. Die Ist-Spalthöhe wird mit einer vorgebbaren Soll-Spalthöhe verglichen. Die Differenz aus diesem Vergleich wird bevorzugt an einen Regler geleitet. Dieser gibt einen Stellwert an eine Anstelleinrichtung aus, welche den Spaltabstand verstellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Ist-Volumenstrom durch einen Volumenstrommesser gemessen. Der Kühlmitteldruck wird konstant gehalten. Eine vorgebbare Sollhöhe wird mit Hilfe einer dem konstant gehaltenen Kühlmitteldruck entsprechenden Volumenstrom-Abstand-Kennlinie einem Soll-Volumenstrom zugeordnet. Dieser Sollvolumenstrom wird mit dem gemessenen Ist-Volumenstrom verglichen. Eine sich daraus ergebende Differenz wird bevorzugt an einen Regler geleitet. Dieser gibt vorzugsweise einen Stellwert an eine Anstelleinrichtung aus, welche den Spaltabstand verstellt. Mit anderen Worten dient die Differenz als Maßgabe für die Verstellung des Spaltabstands.
Eine Kennlinie kann zum Beispiel experimentell oder mittels einer numerischen Simulation ermittelt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Kennlinie (im Falle der Messung des Drucks) für eine Vielzahl von verschiedenen Volumenströmen (mindestens zwei) ermittelt, insbesondere für mindestens einen zur Kühlung der Walze zugeführten, definierten Kühlmitteldruck. Im Falle der Messung des Volumenstroms des Kühlmittels ist es jedoch ebenfalls möglich, die Kennlinie für eine Vielzahl von verschiedenen Drücken zu ermitteln (mindestens zwei), insbesondere für mindestens einen zur Kühlung der Walze zugeführten, definierten Volumenstrom des Kühlmittels.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist die Kennlinie durch eine Zuordnung von Kühlmitteldruck gegen die Spalthöhe zwischen Walzenoberfläche und Kühlschale gegeben. Wird hingegen der Volumenstrom des Kühlmittels gemessen, so ist die Kennlinie durch eine Zuordnung von Volumenstrom gegen die Spalthöhe zwischen Walzenoberfläche und Kühlschale gegeben.
Der gegen die Spalthöhe aufgetragene Kühlmitteldruck bzw. Volumenstrom wird an der Stelle bestimmt bzw. angegeben, an der auch der Druck bzw. der Volumenstrom gemessen wird. Die Messung des Drucks bzw. des Volumenstroms erfolgt im Allgemeinen bevorzugt im Bereich der Düse oder insbesondere in der Düse, wie zum Beispiel im Düseneintritt.
Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Kühlen einer Arbeitswalze, vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäß einer der vorhergehenden Ausführungsformen, wobei die Vorrichtung eine an die Walze anstellbare Kühlschale umfasst, welche eine, zu einem Bereich der Walzenoberfläche im Wesentlichen komplementäre Form aufweist und sich zumindest über einen Teilbereich der axialen Breite der Walze sowie über zumindest einen Teil der Umfangsrichtung der Walze erstreckt. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Düse zum Zuführen eines Kühlmittels in einen Spalt zwischen der Kühlschale und der Walzenoberfläche sowie einen Drucksensor zur Messung des Kühlmitteldrucks, vorzugsweise im Bereich der Düse und eine (Regel-)Einrichtung zur Regelung bzw. Einstellung der Spalthöhe zwischen der Kühlschale und der Walze in Abhängigkeit des durch den Drucksensor gemessenen Kühlmitteldrucks. Alter-nativ kann die Vorrichtung ebenfalls einen Volumenstrommesser (bzw. -geber/-sensor) zur Messung des Volumenstroms des Kühlmittels, vorzugsweise im Bereich der Düse und eine (Regel-)Einrichtung zur Regelung bzw. Einstellung der Spalthöhe zwischen der Kühlschale und der Walze in Abhängigkeit des durch den Volumenstrommesser gemessenen Volumenstroms umfassen.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ebenso eine kühlbare Walzvorrichtung, vorzugsweise zur Ausführung des obigen Verfahrens, umfassend eine zum Walzen eines Metallbandes anstellbare Walze sowie die obengenannte Vorrichtung zum Kühlen der Walze.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung führt die Düse das Kühlmittel im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung der Walze oder tangential an die Walze heran. Das lichte Maß der Düse kann sich im Allgemeinen zur Walzenoberfläche hin verjüngen, das heißt sich von einem Düseneintritt zu einem Düsenaustritt hin verjüngen. Ferner kann die Düse sich vom Düseneintritt zum Düsenaustritt hin bei gleichzeitiger Umlenkung des Kühlmittelstroms in eine tangential zur Walzenoberfläche stehende Richtung verjüngen. Die Düse bzw. der Düsenaustritt kann im Allgemeinen durch einen sich parallel zur Walzenachse liegenden Schlitz gebildet sein. Alternativ kann eine Vielzahl von Düsen parallel zur Walzenachse zum Zuführen von Kühlmittel in den Spalt vorgesehen sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit im Spalt der Drehrichtung der Walze entgegengesetzt. Dadurch kann die Wärmeübertragung von der Walze auf das Kühlmedium durch Erhöhung der relativen Geschwindigkeit zwischen Walze und Kühlmedium weiter erhöht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Düse in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit im Spalt in einem stromaufwärtsliegenden Endbereich der Kühlschale angeordnet.
Die Düse kann im Allgemeinen ein integraler Bestandteil der Kühlschale bzw. in dieser geformt sein oder aber auch durch eine Öffnung in der Kühlschale separat eingesetzt sein. Als eine weitere Alternative könnte die Düse an einem in Umfangsrichtung der Walze liegendem Ende der Kühlschale separat angeordnet sein. Die Düse kann ebenfalls zum Beispiel durch ein Rohr oder einen Schlauch gebildet sein.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Abstreifer zum Abstreifen von Kühlmittel von der Walzenoberfläche am stromabwärtsliegenden Ende der Kühlschale angeordnet, sodass weniger Kühlmittel auf ein zu walzendes Metallband gelangt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Anstellung der Kühlschale an die Walzenoberfläche durch ein Verkippen und/oder eine translatorische Bewegung der Kühlschale.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlschale in Umfangsrichtung der Walze zumindest zweiteilig ausgebildet, wobei beide Teile der Kühlschale miteinander schwenkbar um eine parallel zur Achsrichtung der Walze liegende Achse verbunden sind.
Es ist ebenso möglich, dass die Kühlschale in Umfangsrichtung mehrteilig aufgebaut ist und die benachbarten Teile (jeweils) schwenkbar miteinander verbunden sind, sodass eine noch bessere Anpassung an den Umfang der Walze möglich ist.
Sämtliche Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung zum Kühlen einer Walze gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel;
2a eine exemplarische Druck-Abstand-Kennlinie bei einem vorgegebenen Volumenstrom des Kühlmittels;
2b eine exemplarische Volumenstrom-Abstand-Kennlinie bei einem vorgegebenen Druck des Kühlmittels;
3a ein Regelschema zur Regelung der Spalthöhe bzw. des Abstands zwischen einer Kühlschale und einer Walzenoberfläche mittels einer Druck-Abstand-Kennlinie;
3b ein weiteres mögliches Regelschema zur Regelung der Spalthöhe bzw. des Abstands zwischen einer Kühlschale und einer Walzenoberfläche mittels einer Druck-Abstand-Kennlinie;
4a ein Regelschema zur Regelung der Spalthöhe bzw. des Abstands zwischen einer Kühlschale und einer Walzenoberfläche mittels einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie; und
4b ein weiteres mögliches Regelschema zur Regelung der Spalthöhe bzw. des Abstands zwischen einer Kühlschale und einer Walzenoberfläche mittels einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie.
Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt eine Vorrichtung 10 gemäß einem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel zur Kühlung einer Arbeitswalze 1. Die Vorrichtung 10 umfasst eine Kühlschale 9, 11, welche eine im Wesentlichen komplementäre Form zu zumindest einem Teil des Walzenumfangs U aufweist. Die Kühlschale 9, 11 ist an die Walze mittels einer nicht dargestellten Anstelleinrichtung anstellbar und kann sich in axialer Richtung der Walze 1 ebenfalls über zumindest einen Teilbereich der axialen Walzenbreite erstrecken. Zwischen der Walzenoberfläche und der Kühlschale 9, 11 ist ein Spalt 7 gebildet, dessen Höhe h durch die Vorrichtung 10 regel- bzw. einstellbar ist. Mit anderen Worten ist der Abstand h zwischen der Kühlschale 9, 11 und der Walze 1 verstellbar ausgebildet. Im Betrieb der Vorrichtung kann die Spalthöhe zwischen 0,1 cm und 2,5 cm und bevorzugt zwischen 0,2 cm und 1 cm liegen.
Die Arbeitswalze 1 dreht sich wie dargestellt bevorzugt in die Drehrichtung D und übt dabei eine Kraft auf ein zu walzendes Band 15 aus. Auf der dem Band 15 gegenüberliegenden Seite der Arbeitswalze 1, kann diese durch mindestens eine weitere Rolle abgestützt sein.
Zwischen Walze 1 und Kühlschale 9, 11 kann über eine Düse 5 Kühlmittel 3 in den Spalt 7 eingeleitet werden. Bevorzugt wird der Spalt 7 nahezu vollständig mit Kühlmittel 3 zur Kühlung der Walze 1 durchströmt. Die Düse 5 kann dabei wie dargestellt in dem Körper der Kühlschale 9, 11 geformt sein. Bevorzugt leitet die Düse 5 Kühlmittel 3 in den Spalt 7 in einer der Walzendrehrichtung D entgegengesetzten Richtung ein. Bevorzugt erfolgt diese Einleitung im Wesentlichen parallel bzw. tangential zur Umfangsrichtung U der Walze 1. Der Begriff Umfangsrichtung soll hier allerdings nicht einschränkend in Bezug auf eine Orientierung verstanden werden, sondern vielmehr eine Richtung beschreiben, die durch die Oberflächenkrümmung der Walze 1 definiert ist. Ferner kann die Düse 5 eine sich stromabwärts verjüngende Form besitzen. Zum Beispiel kann sich die Düse 5 von einem Maß, welches ca. der 5 bis 20-fachen Spalthöhe entspricht, auf ein Maß, welches ungefähr der 0,5 bis 3-fachen Spalthöhe entspricht, verjüngen.
Bevorzugt wird Kühlmittel 3 mit einem definierten Volumenstrom V_x in die Düse 5 eingeleitet. Der Druck p des Kühlmittels 3 kann bevorzugt noch im Bereich der Düse 5, also zum Beispiel in dem sich verjüngenden Bereich der Düse 5 zwischen dem Düseneintritt und dem Düsenaustritt gemessen werden. Generell kann die Druckmessung mit einem dem Fachmann bekannten und geeigneten Drucksensor 13 erfolgen.
Ebenso ist es jedoch möglich, dass das Kühlmittel 3 mit einem definierten Druck p_x in die Düse 5 eingeleitet wird. Der Volumenstrom des Kühlmittels 3 kann bevorzugt noch im Bereich der Düse 5, also zum Beispiel in dem sich verjüngenden Bereich der Düse 5 zwischen dem Düseneintritt und dem Düsenaustritt gemessen werden. Generell kann die Volumenstrommessung mit einem dem Fachmann bekannten und geeigneten Volumenstrommesser 13 erfolgen. Es ist natürlich auch möglich, dass beide Sensortypen installiert sind, sodass wahlweise eine Messung des Drucks bei bekanntem bzw. festem Volumenstrom oder eine Messung des Volumenstroms bei bekanntem bzw. festem Druck erfolgen kann.
Es ist nicht zwingend notwendig, dass die Düse 5 wie abgebildet ein integrierter Bestandteil der Kühlschale 9 ist. Die Düse 5 könnte ebenfalls separat in eine Öffnung der Kühlschale 5 eingesetzt sein oder auch an einem in Umfangsrichtung U der Kühlschale 9, 11 liegenden Ende, an die Kühlschale 9, 10 angrenzen.
Die Kühlschale 9, 11 kann ferner mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Kühlschale in Umfangsrichtung U mehrere Mittel zum Schwenken um eine zur Walzenachse parallele Achse A aufweisen. Durch eine oder mehrere solcher Schwenkachsen A entlang der Umfangsrichtung U, kann die Anstellung der Kühlschale 9, 11 an verschiedene Walzendurchmesser noch besser angepasst werden.
Bevorzugt kann im Allgemeinen ebenfalls ein Abstreifer 17 (zum Beispiel aus Metall, Holz oder Hartgewebe) am in Strömungsrichtung des Kühlmittels 3 stromabwärtsliegenden Ende des Spalts 7 angeordnet sein bzw. an dem Ende des Spalts 7, welches dem zu walzenden Band 15 am nächsten liegt, angeordnet sein. Dadurch ist ein Auftreffen von Kühlmittel 3 auf das Band 15 nahezu ausgeschlossen. Der Abstreifer 17 kann zum Beispiel durch eine Platte gebildet sein, welche entlang einer ihrer Kanten an den Umfang U der Walze 1 anstellbar ist. Es ist möglich, dass der Abstreifer 17 mittel- oder unmittelbar mit der Kühlschale 7 verfahrbar ist und/oder mit einem ihrer Teile 11 schwenkbar ausgebildet ist. Der Abstreifer 17 kann jedoch ebenfalls separat bereitgestellt werden. Vom Abstreifer 17 kann das den Spalt 7 verlassende Kühlmittel 5 abgesaugt werden. Ferner kann der Abstreifer 17 entsprechend der Arbeitswalze profiliert sein.
Die Regelung bzw. Einstellung der Spalthöhe h des Spalts 7 zwischen der Walzenoberfläche und der Kühlschale 9, 11 könnte durch Messung bzw. Überwachung des Drucks p im Bereich der Düse 3 erfolgen. Eine Messung mittels eines in der Düse 3 angeordneten Drucksensors 13 ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung des Spaltabstands h.
Generell kann die Messung durch den Sensor 13 jedoch ebenfalls im Spalt 7 selbst, im Bereich der Düse 5 oder auch stromaufwärts der Düse 5 erfolgen und ist demnach nicht auf den Bereich der Düse 5 eingeschränkt.
Bevorzugt wird der Druck p mittels des Messgebers 13 gemessen und einem Ist-Abstand zwischen Kühlschale 9, 11 und Walzenoberfläche zugeordnet bzw. einer Ist-Spalthöhe h zugeordnet. Diese Zuordnung kann zum Beispiel anhand von zuvor ermittelten Kennlinien K_x erfolgen. Solche Kennlinien K_x könnten entweder gemessen oder aber bevorzugt durch eine numerische Simulation rechnerisch ermittelt werden. Die 2a stellt beispielhaft eine solche Kennlinie K_x dar. Die Kennlinie K_x(V_x) ist für einen bestimmten (vorgegebenen bzw. definierten) Volumenstrom V_x dargestellt und beschreibt das Verhältnis zwischen dem Druck p (an der Stelle der Druckmessung) und der Spalthöhe h. Durch eine solche Kennlinie K_x kann jedem Druck p eine Spalthöhe h bei bekanntem Volumenstrom V_x zugeordnet werden. Soll zum Beispiel nur ein Volumenstrom V_x zur Kühlung verwendet werden, genügt eine Kennlinie K_x. Sollen andere oder mehrere Volumenströme V_y einsetzbar sein, werden bevorzugt entsprechende Kennlinien K_y bereitgestellt. Die in der 2a gezeigte Kennlinie K_x beschreibt demnach den Verlauf zwischen Druck p und Spalthöhe h für einen festen Volumenstrom V_x. Die Kennlinie würde sich im dargestellten Diagramm für andere Volumenströme V, welche größer oder kleiner sind als V_x, wie durch die Pfeile dargestellt verschieben. Ferner ist ein bevorzugter Arbeitsbereich zwischen den Punkten A1 und A2 dargestellt. Solch ein Arbeitsbereich muss nicht zwingend definiert sein und richtet sich nach den Gegebenheiten einer bestehenden Anlage sowie nach den vorhandenen Walzen, dem zu walzenden Produkt oder der beabsichtigten Banddickenreduktion. Der dargestellte, bevorzugte Arbeitsbereich ist durch die Wertepaare p_max, h_min (A1) und p_min, h_max (A2) begrenzt. Insbesondere liegt die Steigung der Kennlinie im Arbeitsbereich, also zwischen A₁ und A₂, bevorzugt in der Größenordnung von 1 (z. B. zwischen 0,1 und 10), was die Regelbarkeit des Systems gegenüber größeren oder kleineren Werten verbessert. Der maximale Druck p_max kann sowohl aus konstruktiven Gründen als auch aus Kostengründen eingeschränkt sein. Die maximale Spalthöhe h_max kann insofern eingeschränkt sein, als dass bei zu großen Spalthöhen h sehr große Kühlmittelmengen benötigt werden, um eine hinreichende Kühlung (insbesondere durch eine hohe Fließgeschwindigkeit und/oder den ständigen Kontakt der Walzenoberfläche mit Kühlmittel) zu gewährleisten.
Alternativ kann im Falle einer Messung des Volumenstroms V der Spaltabstand h mit Hilfe einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie K_X(p_X) eingestellt bzw. geregelt werden. Eine solche Kennlinie K_X(p_X) ist in 2b dargestellt. Die Bestimmung kann hierbei analog wie in 2a erfolgen, jedoch ist die Kennlinie K_X(p_X) nun für einen bekannten Druck p_X abgebildet. Aufgetragen ist der Volumenstrom V gegen die Spalthöhe h. Wird der vorgebbare Druck p größer oder kleiner als p_x gewählt, würde sich die Kennlinie K_X(p_X) wie dargestellt verschieben. Die weitere Interpretation der Kennlinie ist analog zu der Kennlinie aus 2a anzusehen, bis auf dass der Druck p für eine Kennlinie K_X(p_X) festgehalten wird und der Volumenstrom V variiert.
Natürlich ist es nicht notwendig, dass die Kennlinie K_x in grafischer Form vorliegt, vielmehr kann die Kennlinie K_x auch in Form von Wertetabellen, Matrizen, Arrays oder einem Funktionsverlauf vorliegen und/oder in einer Auswertungseinrichtung gespeichert sein, welche dazu ausgebildet ist, gemessenen Drücken p_Ist bzw. gemessenen Volumenströmen V_Ist Spalthöhen h_Ist zuzuordnen. Dies ist bevorzugt automatisch und während des Walzbetriebs möglich.
Alternativ ist es möglich, dass die Kennlinie K_x derart verwendet wird, dass sie dazu dient einer Sollhöhe des Spalts h_Soll einen Solldruck p_Soll oder einen Sollvolumenstrom V_Soll zuzuordnen. Dies ist in Bezug auf die 3b und 4b näher beschrieben.
Zunächst zeigt die 3a exemplarisch eine mögliche Regelung bzw. Einstellung der Spalthöhe h, welche zum Beispiel durch eine Positionsänderung der Walzenoberfläche verändert wird (Störgröße). Solche Positionsveränderung können durch einen Walzenwechsel oder -verschleiß hervorgerufen werden. Es ist auch möglich, dass nichtvorhersehbare Sprünge der Walze 1 im Walzbetrieb auftreten. Eine vorliegende Spalthöhe führt zu einem vorliegenden Kühlmitteldruck p_Ist (Regelgröße), welcher durch einen Drucksensor 13 (Messglied) feststellbar ist. Diesem gemessenen (Ist-)Druck p_Ist wird mit Hilfe einer Druck-Abstand-Kennlinie gemäß 3a eine (Ist-)Höhe des Spalts h_Ist zugeordnet. Diese Höhe h_Ist wird folgend mit einem Sollwert der Spalthöhe h_Soll verglichen. Eine möglicherweise vorhandene Differenz e_h zwischen Ist- und Sollhöhe (Regeldifferenz) wird bevorzugt einer Regeleinrichtung (Regler) zugeführt. Die Regeleinrichtung gibt dann bevorzugt einen Verstellwert S_Stell an eine Anstellvorrichtung (Stellglied) aus. Diese verstellt dann entsprechend den Spaltabstand h, sodass der gewünschte Abstand h_Soll (zumindest kurzfristig) wieder hergestellt wird. Je nach Auslegung des Systems kann die Regeldifferenz auch direkt einer Anstelleinrichtung zugeführt werden.
Alternativ ist es gemäß 3b möglich, dass ein Drucksensor 13 einen Kühlmittedruck p_Ist (Regelgröße) bestimmt und dieser Ist-Wert einem Differenzglied bzw. Differenzbildner zugeführt und dort mit einem Sollwert des Kühlmitteldrucks p_Soll verglichen wird. Dieser Solldruck p_Soll kann bevorzugt aus einer Druck-Abstand-Kennlinie resultieren, wobei ein Sollabstand des Spalts h_Soll vorgegeben wird und mit Hilfe der Druck-Abstand-Kennlinie dem Sollabstand des Spalts h_Soll ein Solldruck des Kühlmittels p_Soll zugeordnet wird. Die sich aus dem Vergleich des Istdrucks p_Ist und des Solldrucks p_Soll ergebende Regeldifferenz wird bevorzugt der Regeleinrichtung zugeführt, welche einen Stellwert für die Anstelleinrichtung ausgibt, sodass der Spaltabstand h auf Basis der ermittelten Druckdifferenz e_p eingestellt bzw. verstellt werden kann.
In den gemäß den 3a und 3b beschriebenen Fällen wird jeweils bevorzugt angenommen, dass der Volumenstrom V des Kühlmittels konstant gehalten wird und ein gemessener Kühlmitteldruck p_Ist mittels einer Druck-Abstand-Kennlinie K_x (entsprechend dem konstant gehaltenen Volumenstrom V) mit einer Sollhöhe h_Soll verglichen wird. Eine ermittelte Regeldifferenz e_h, e_p kann nachfolgend zur Verstellung des Spaltabstands h verwendet werden.
Alternativ ist es wie in 4a dargestellt möglich, dass der Kühlprozess durch einen Volumenstrommesser 13 (Messglied) überwacht wird. Ändert sich die Spalthöhe h führt dies zu einem geänderten Kühlmittel-Volumenstrom V_Ist (Regelgröße). Der gemessene (Ist-)Volumenstrom V_Ist kann mit Hilfe einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie K_x(p_x) bei einem bekannten, festen Druck p_x in eine Ist-Spalthöhe h_Ist umgewandelt werden. Analog zur 3a kann dann der mit Hilfe der Kennlinie K_x ermittelte Wert der Ist-Spalthöhe h_Ist mit einer gewünschten Soll-Spalthöhe h_Soll verglichen werden. Dieser Vergleich kann zu einer Regeldifferenz e_h führen. Dies kann an eine Regeleinrichtung (Regler) geleitet werden, welche bevorzugt einen Verstellwert S_Stell an eine Anstelleinrichtung (Stellglied) ausgibt. Die Anstelleinrichtung stellt dann entsprechend den Spaltabstand h ein, sodass der gewünschte Abstand h_Soll wieder hergestellt wird.
Ähnlich wie für die 3b und eine Messung des Drucks beschrieben, kann die Kennlinie gemäß der 4b dazu dienen, einem Sollabstand h_Soll einen Soll-Volumenstrom V_Soll zuzuordnen, wobei letzterer mit einem durch einen Volumenstrommesser 13 ermittelten Ist-Volumenstrom V_Ist verglichen werden kann. Eine aus einem solchen Vergleich resultierende Regeldifferenz e_V kann nachfolgend durch eine Regeleinrichtung in einen Stellwert umgerechnet werden, um den gewünschten Sollabstand h_Soll nach Maßgabe der Regeldifferenz e_V einzustellen.
In den gemäß den 4a und 4b beschriebenen Fällen wird jeweils bevorzugt angenommen, dass der Druck p des Kühlmittels konstant gehalten wird und ein gemessener Volumenstrom V_Ist mittels einer Volumenstrom-Abstand-Kennlinie K_x(p_x) (entsprechend dem konstant gehaltenen Druck p) mit einer Sollhöhe h_Soll verglichen wird. Eine ermittelte Regeldifferenz e_h, e_V kann schließlich zur Verstellung des Spaltabstands h verwendet werden.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen vor allem dem besseren Verständnis der Erfindung und sollten nicht einschränkend verstanden werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Patentanmeldung ergibt sich aus den Patentansprüchen.
Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
Ferner können die beschriebenen Merkmale durch den Fachmann an vorhandene Gegebenheiten oder vorliegende Anforderungen angepasst werden.
Bezugszeichenliste

1: Walze
3: Kühlmittel/-flüssigkeit
5: Düse
7: Spalt
9: Kühlschale/erster Teil einer Kühlschale
10: Vorrichtung zum Kühlen einer Walze
11: Kühlschale/zweiter Teil einer Kühlschale
13: Drucksensor/Volumenstrommesser
15: Metallband
17: Abstreifer
100: Walzvorrichtung
A: Schwenkachse
A₁: erster Arbeitspunkt
A₂: zweiter Arbeitspunkt
D: Drehrichtung der Walze
e_h: Regeldifferenz
e_p: Regeldifferenz
e_V: Regeldifferenz
h: Spalthöhe
h_Ist: Ist-Spalthöhe
h_Soll: Soll-Spalthöhe
U: Umfangsrichtung der Walze
p: Kühlmitteldruck
p_Ist: Ist-Kühlmitteldruck
p_Soll: Soll-Kühlmitteldruck
p_max: maximaler Arbeitsdruck
p_min: minimaler Arbeitsdruck
p_x: Druck x (definierter Druck)
h_max: maximale Spalthöhe
h_min: minimale Spalthöhe
V: Volumenstrom
V_Ist: Ist-Volumenstrom
V_Soll: Soll-Volumenstrom
V_max: maximaler Volumenstrom
V_min: minimaler Volumenstrom
V_x: Volumenstrom x (definierter Volumenstrom)
K_x: Kennlinie
S_Stell: Verstellwert für die Anstelleinrichtung

Claims

Verfahren zur Kühlung einer Walze (1), insbesondere einer Arbeitswalze (1) einer Warmwalzanlage, welches die folgenden Schritte umfasst: Zuführen von Kühlmittel (3) mittels mindestens einer Düse (5) in einen Spalt (7) zwischen zumindest einem Teil der Walzenoberfläche und einer an den Teil der Walzenoberfläche anstellbaren Kühlschale (9, 11), Einstellen der Spalthöhe (h) zwischen der Kühlschale (9, 11) und der Walzenoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p_Ist) des zugeführten Kühlmittels (3) gemessen wird und die Spalthöhe (h) auf Basis des gemessenen Drucks (p_Ist) eingestellt wird; oder der Volumenstrom (V_Ist) des zugeführten Kühlmittels (3) gemessen wird und die Spalthöhe (h) auf Basis des gemessenen Volumenstroms (V_Ist) eingestellt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Spalthöhe (h) zwischen der Walze (1) und der Kühlschale (9, 11) vergrößert wird, wenn der gemessene Kühlmitteldruck (p_Ist) oder der gemessene Volumenstrom (V_Ist) über einem vorgebbaren oberen Grenzwert liegt; und/oder wobei die Spalthöhe (h) zwischen der Walze (1) und der Kühlschale (9, 11) verringert wird, wenn der gemessene Kühlmitteldruck (p_Ist) oder der gemessene Volumenstrom (V_Ist) unter einem vorgebbaren unteren Grenzwert liegt.
Das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle der Messung des Drucks, das Kühlmittel (3) mit einem definierten Volumenstrom (V_x) dem Spalt (7) zugeführt wird und die Einstellung der Spalthöhe (h) zwischen der Walze (1) und der Kühlschale (9, 11) nach Messung des Kühlmitteldrucks (p_Ist) anhand einer zuvor ermittelten Druck- Abstand-Kennlinie (K_x) zu dem definierten Volumenstrom (V_x) des Kühlmittels (3) erfolgt; oder wobei im Falle der Messung des Volumenstroms, das Kühlmittel (3) mit einem definierten Druck (p_x) dem Spalt (7) zugeführt wird und die Einstellung der Spalthöhe (h) zwischen der Walze (1) und der Kühlschale (9, 11) nach Messung des Volumenstroms (V_Ist) anhand einer zuvor ermittelten Volumenstrom-Abstand-Kennlinie (K_x) zu dem definierten Druck (p_x) des Kühlmittels (3) erfolgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei im Falle der Messung des Drucks, der gemessene Kühlmitteldruck (p_Ist) mit Hilfe der Druck-Abstand-Kennlinie (K_x) mit einer vorgebbaren Sollhöhe (h_Soll) des Spalts (7) verglichen wird und nach Maßgabe einer sich aus diesem Vergleich ergebenden Differenz ein Verstellwert (S_Stell) für die Einstellung der Spalthöhe (h) ausgegeben wird; und im Falle der Messung des Volumenstroms, der gemessene Volumenstrom (V_Ist) mit Hilfe der Volumenstrom-Abstand-Kennlinie (K_x) mit einer vorgebbaren Sollhöhe (h_Soll) des Spalts (7) verglichen wird und nach Maßgabe einer sich aus diesem Vergleich ergebenden Differenz ein Verstellwert (S_Stell) für die Einstellung der Spalthöhe (h) ausgegeben wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Kennlinie (K_x) mittels einer numerischen Simulation oder experimentell ermittelt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei im Falle eines definierten zugeführten Volumenstroms die Kennlinie (K_x) für eine Vielzahl von verschiedenen Volumenströmen (V) ermittelt wird, insbesondere für mindestens einen zur Kühlung der Walze (1) verwendeten Volumenstrom (V_x) des Kühlmittels (3); oder wobei im Falle eines definierten zugeführten Drucks die Kennlinie (K_x) für eine Vielzahl von verschiedenen Drücken (p) ermittelt wird, insbesondere für mindestens einen zur Kühlung der Walze (1) verwendeten Druck (p_x) des Kühlmittels (3).
Das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Kennlinie (K_x) im Falle der Messung des Drucks durch eine Zuordnung von Kühlmitteldruck gegen die Spalthöhe (h) zwischen Walzenoberfläche und Kühlschale (9, 11) gegeben ist; oder im Falle der Messung des Volumenstroms durch eine Zuordnung von Volumenstrom gegen die Spalthöhe (h) zwischen Walzenoberfläche und Kühlschale (9, 11) gegeben ist.
Eine Vorrichtung (10) zum Kühlen einer Arbeitswalze (1), vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (10) Folgendes umfasst: eine an die Walze (1) anstellbare Kühlschale (9, 11), welche eine zu einem Bereich der Walzenoberfläche im Wesentlichen komplementäre Form aufweist und sich zumindest über einen Teilbereich der axialen Breite der Walze (1) sowie zumindest über einen Teil des Umfangs (U) der Walze (1) erstreckt; eine Düse (5) zum Zuführen eines Kühlmittels (3) in einen Spalt (7) zwischen der Kühlschale (9, 11) und der Walze (1); und einen Drucksensor (13) zur Messung des Kühlmitteldrucks, vorzugsweise im Bereich der Düse (5) sowie eine Einrichtung zur Einstellung der Spalthöhe (h) zwischen der Kühlschale (9, 11) und der Walze (1) in Abhängigkeit des durch den Drucksensor (13) gemessenen Kühlmitteldrucks (p_Ist); oder einen Volumenstrommesser (13) zur Messung des Kühlmittelvolumenstroms, vorzugsweise im Bereich der Düse (5) sowie eine Einrichtung zur Einstellung der Spalthöhe (h) zwischen der Kühlschale (9, 11) und der Walze (1) in Abhängigkeit des durch den Volumenstrommesser (13) gemessenen Volumenstroms (V_Ist).
Eine kühlbare Walzvorrichtung (100), vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend: eine zum Walzen eines Metallbandes (15) anstellbare Walze (1); und eine Vorrichtung (10) zum Kühlen der Walze (1) gemäß Anspruch 8.
Das Verfahren oder eine Vorrichtung (10, 100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Düse (13) das Kühlmittel (3) im Wesentlichen parallel zur Umfangsrichtung (U), tangential an die Walze (1) heranführt.
Das Verfahren oder eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit (3) im Spalt (7) der Drehrichtung (D) der Walze (1) entgegengesetzt ist.
Das Verfahren oder die Vorrichtung (10, 100) gemäß Anspruch 11, wobei die Düse (5) in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit (3) im Spalt (7) an einem stromaufwärtsliegenden Ende der Kühlschale (9, 11) angeordnet ist.
Das Verfahren oder eine Vorrichtung (10, 100) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei in Bezug auf die Strömungsrichtung der Kühlflüssigkeit (3) im Spalt (7) ein Abstreifer (17) zum Abstreifen von Kühlmittel (3) von der Walzenoberfläche am stromabwärtsliegenden Ende der Kühlschale (9, 11) angeordnet ist, sodass weniger Kühlmittel (3) auf ein zu walzendes Metallband (15) gelangt.
Das Verfahren oder eine Vorrichtung (10, 100) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlschale (9, 11) durch ein Verkippen der Kühlschale (9, 11) und/oder eine translatorische Bewegung der Kühlschale (9, 11) an die Walzenoberfläche anstellbar ist.
Das Verfahren oder eine Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Kühlschale (9, 11) in Umfangsrichtung (U) der Walze (1) gesehen, mindestens zweiteilig ausgebildet ist und beide Teile (9, 11) der Kühlschale (9, 11) miteinander schwenkbar um eine parallel zur Achsrichtung der Walze (1) liegende Achse (A) verbunden sind.