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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterdrückung von Zunderbildung auf der Oberfläche eines metallischen Walzgutes.
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Bei der Metallverarbeitung, insbesondere bei der Warmumformung von Stahlbändern kommt es aufgrund der hohen Temperaturen zu einer Reaktion der Metalloberflächen mit dem umgebenden Luftsauerstoff. Um zu verhindern, dass das dadurch an der Oberfläche gebildete Eisenoxid (Zunder) die Qualität des Produkts herabsetzt und beispielsweise beim anschließenden Umformen in die Oberfläche eingewalzt wird, wird das Vorband vor dem Walzprozess durch einen Zunderwäscher geführt, in dem der Zunder durch einen Hochdruck-Wasserstrahl entfernt wird. Aufgrund der hohen Temperaturen an der Vorbandoberfläche bildet sich jedoch auf dem kurzen Weg zwischen Zunderwäscher und Eintritt in das erste Walzgerüst der Fertigstaffel in der sauerstoffhaltigen Luftatmosphäre Sekundärzunder aus. Dieser Zunder kann am späteren Produkt zu Oberflächenfehlern, u.a. in Form von sogenannten Zundernarben oder Zundermaserung führen.
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Aus dem Stand der Technik sind mehrere Verfahren bekannt, in denen die Zunderbildung durch den Einsatz von Schutzgasen vermindert wird. Die
EP 2 524 971 beschreibt einen Ofen mit einer Schutzgasatmosphäre und in der
DE 199 360 10 A1 wird eine Schutzatmosphäre mit dem innerhalb des Herstellungsverfahrens anfallenden Rauchgas hergestellt. In der Druckschrift
US 4,727,747 wird ein Verfahren und eine Anlage vorgeschlagen, in der in einem Gehäuse eine Schutzatmosphäre mit einem Inertgas erzeugt wird und in der WO 2007/054237 wird das vorgewalzte Warmband in einer Temperatureinstelleinrichtung in einer Schutzgasatmosphäre gehalten. Die Druckschrift
WO 2007/062749 beschreibt ein Verfahren zum Raffinieren oder Entzundern von Dünnbrammen und Walzbändern, bei dem Kryogene mit einem Trägermedium wie Druckluft auf die Oberfläche aufgesprüht werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Sekundärzunder vor und zwischen den Verarbeitungsschritten des Warmbandes zu vermindern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Unterdrückung von Zunderbildung auf der Oberfläche eines metallischen Walzgutes, wobei zumindest vorübergehend eine Flüssigkeit und/oder ein Feststoff auf die Oberfläche des Walzgutes aufgebracht wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise die Sauerstoffzufuhr zur Oberfläche des Walzgutes unterbunden und auf diese Weise die Oxidationsprozesse an der Metalloberfläche vermindert. Im Falle des Aufbringens einer Flüssigkeit wird zum einen die Temperatur des Walzgutes etwas reduziert, wodurch der Zunderbefall positiv beeinflusst werden kann. Auf der anderen Seite kann es dagegen im Hinblick auf den anschließenden Walzprozess wünschenswert sein, die Abkühlung möglichst gering zu halten. Kommt es durch den Kontakt mit dem heißen Walzgut zu einem Verdampfen der Flüssigkeit, bildet sich darüber hinaus ein Gaspolster, durch das Sauerstoff von der Oberfläche verdrängt wird wodurch die Zunderbildung unterdrückt wird. Bildet die unvollständig oder gar nicht verdampfte Flüssigkeit auf der Oberfläche einen Tröpfchenfilm, so wird auch hierdurch der Sauerstoff von der Oberfläche abgehalten und die Verzunderung reduziert. Das Auftragen eines Feststoffes auf die Walzgutoberfläche dient ebenfalls dazu, den Sauerstoffzutritt zu vermeiden oder zumindest zu verringern. Zum einen kann durch den Feststoff die Oberfläche zumindest teilweise bedeckt werden, zum anderen kann der Feststoff durch zusätzliche Umwandlungsprozesse, wie Gasbildung oder chemische Reaktionen, beispielsweise die Bindung von freiem Sauerstoff, die Zunderbildung herabsetzen.
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Die Unterdrückung der Zunderbildung kann entweder durch das Aufbringen einer Flüssigkeit, durch das Aufbringen eines Feststoffs oder durch eine Kombination beider Möglichkeiten erreicht werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zwischen zwei Prozessschritten der Warmbandbearbeitung eingesetzt, beispielsweise während das Walzgut von einer Station des Fertigungsprozesses in eine nachfolgende Station überführt wird. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise vermieden oder unterdrückt, dass sich zwischen den Fertigungsschritten eine Zunderschicht auf dem Walzgut bildet, die in den nachfolgenden Schritten des Herstellungsprozesses zu Qualitätseinbußen führen würde. Die Entfernung der einzelnen Stationen beträgt in der Regel nur wenige Meter, so dass die Transferzeit teilweise relativ kurz, beispielsweise nur wenige Sekunden lang ausfallen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es vorteilhafterweise, die auch während dieser kurzen Zeit stattfindende Zunderbildung zu vermindern. Besonders bevorzugt wird das Verfahren zwischen dem Austritt des Walzguts aus dem Zunderwäscher und vor dem Eintritt in das erste Walzgerüst der Fertigstaffel eingesetzt. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise vermieden, dass sich auf der zunächst zunderfreien Oberfläche durch den Luftkontakt Sekundärzunder ausbildet. Vorzugsweise sind die Flüssigkeit und/oder der Feststoff so gewählt, dass sie den anschließenden Walzprozess nicht stören oder sogar verbessern. Alternativ können Flüssigkeit und/oder Feststoff vor dem Eintritt in die nachfolgende Station von der Oberfläche entfernt werden. Vorzugsweise werden die Flüssigkeit und/oder der Feststoff jeweils auf die Oberfläche an der Oberseite und der Unterseite des Walzgutes aufgebracht. Das Aufbringen der Flüssigkeit und/oder des Feststoffs kann beispielsweise durch Sprühbalken, Düsensysteme oder sonstige Förder- oder Zugabevorrichtungen erfolgen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Zugabe durch Beimischung im Zunderwäscher-Wasser oder durch eine separate Zuführung innerhalb des Zunderwäschers erfolgt.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeit durch ein Gemisch aus einer Gaskomponente und einer Flüssigkeitskomponente auf die Oberfläche aufgebracht. Vorzugsweise liegt die Flüssigkeitskomponente in der Gaskomponente in Form sehr feiner Tröpfchen vor. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Flüssigkeitskomponente durch die Gaskomponente pneumatisch zerstäubt. Auf diese Weise lässt sich vorteilhafterweise ein Zustrom fein zerstäubter Flüssigkeitströpfchen zur Oberfläche hin erzeugen, so dass die Flüssigkeitskomponente gleichmäßig auf die Oberfläche des Walzgutes aufgebracht wird. Denkbar ist auch, dass das Gemisch aus Flüssigkeitskomponente und Gaskomponente in Form eines Schaums vorliegt oder einen Schaum auf der Oberfläche bildet. Durch den Schaum wird die Oberfläche vorübergehend im Wesentlichen vollständig versiegelt und die Zunderbildung unterdrückt. Die Mischung kann auch in Form eines Aerosols vorliegen, so dass durch die langsame Sinkgeschwindigkeit der flüssigen Schwebeteilchen ein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrom mit geringer Auftragsrate auf der Oberfläche erzeugt wird. Durch die geringe Größe der flüssigen Schwebeteilchen wird weiterhin erreicht, dass die Flüssigkeitskomponente vorteilhafterweise besonders schnell in die Gasphase übergeht.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Flüssigkeit oder Flüssigkeitskomponente Wasser und/oder Walzöl und/oder flüssiges Zunderschutzmittel. Daneben steht dem Fachmann ein breites Spektrum weiterer anorganischer oder organischer, wasserbasierter oder nicht wasserbasierter Flüssigkeiten zur Verfügung um den erfindungsgemäßen Effekt zu erzielen. Im Falle einer Verwendung von Wasser wird durch das Aufbringen auf die heiße Oberfläche des Walzgutes eine Dampfatmosphäre über der Oberfläche erzeugt, durch die der Sauerstoff von der Oberfläche verdrängt wird. Zusätzlich kann ein Film aus Wassertröpfchen auf der Oberfläche erzeugt werden, der Sauerstoff von der Oberfläche abhält und dadurch die Zunderbildung vermindert. Bei der Verwendung von Walzöl lässt sich zusätzlich zu der Verminderung der Zunderbildung vorteilhafterweise eine Verbesserung bzw. Optimierung der Reibungseigenschaften der Walzgutoberfläche für einen anschließenden Walzprozess erreichen. Das Walzöl kann dabei entsprechend der Prozessbedingungen gewählt werden. So kann beispielsweise durch ein Walzöl hoher Viskosität verhindert werden, dass es zu einer Gleitbewegung zwischen Walzenoberfläche und Walzgutoberfläche kommt. Die Flüssigkeitskomponente kann auch in Form eines flüssigen Zunderschutzmittels vorliegen. Die Flüssigkeitskomponente kann auch aus einer Mischung mehrerer flüssiger Teilkomponenten bestehen. Beispielsweise kann die Flüssigkeitskomponente in Form einer Emulsion aus Wasser und Walzöl vorliegen. Auf diese Weise wird durch das verdampfende Wasser eine Sauerstoff-verdrängende Schutzatmosphäre geschaffen, während der zurückbleibende Walzöl-Film die Oberfläche zusätzlich gegen Sauerstoffeinwirkung versiegelt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Gaskomponente ein nichtoxidierendes Gas oder Inertgas, insbesondere Stickstoff und/oder Kohlenstoffdioxid und/oder ein Edelgas, oder ein Sauerstoff-reduzierendes Gas, insbesondere Kohlenstoffmonoxid oder eine Mischung aus einem nichtoxidierenden Gas oder Inertgas und/oder einem Sauerstoff-reduzierenden Gas. Die Begriffe „nichtoxidierend“ und „Sauerstoff-reduzierend“ sind in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die jeweils herrschenden Bedingungen, insbesondere der Temperatur des Walzgutes zu verstehen. Die Gaskomponente ist vorzugsweise so gewählt, dass sie unter den gegebenen Bedingungen keine Reaktion von Sauerstoff mit der Walzgutoberfläche auslöst, bzw. der Oberfläche durch eine Reduktionsreaktion sogar Sauerstoff entzieht. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Gemisch aus einem nichtoxidierenden Gas, insbesondere Stickstoff, und Wasser auf die Oberfläche aufgebracht. Vorzugsweise wird dazu ein Wasser-Stickstoff-Nebel erzeugt, der die Walzgutoberfläche einhüllt. Das Wasser erzeugt durch Verdampfen bzw. Benetzen eine Verminderung der Zunderbildung, während das Stickstoffgas zu einer zusätzlichen Verdrängung des Sauerstoffs von der Oberfläche führt. Die Funktion des Stickstoffs kann auch durch nichtoxidierende Gase wie Kohlenstoffdioxid oder ein Edelgas wie beispielsweise Helium oder durch Mischung dieser Gase erreicht werden. Bei der Verwendung eines Sauerstoff-reduzierenden Gases wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid wird neben der Verdrängung des Sauerstoffs vorteilhafterweise zusätzlich erreicht, dass bereits in der Form von Oxiden in der Oberfläche gebundener Sauerstoff aus der Oberfläche entfernt wird. Denkbar ist auch, eine Mischung aus nichtoxidierenden und Sauerstoff-reduzierenden Gasen wie beispielsweise ein Kohlenstoffdioxid-Kohlenstoffmonoxid-Gemisch zu verwenden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Flüssigkeit oder das Gemisch aus Gaskomponente und Flüssigkeitskomponente und/oder der Feststoff vor dem Aufbringen auf die Oberfläche erhitzt. Durch eine Erhitzung der Flüssigkeit bzw. des Flüssigkeits-Gas-Gemisches wird vorteilhafterweise erreicht, dass das Verdampfen der Flüssigkeit im Wesentlichen unmittelbar bei Kontakt mit der Oberfläche erfolgt. Weiterhin lässt sich auf diese Weise vorteilhafterweise erreichen, dass die Temperaturverminderung reduziert wird, den die Walzgutoberfläche durch den Wärmeverlust beim Kontakt mit der Flüssigkeit erfährt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Feststoff in Form eines Pulvers und/oder Granulats auf die Oberfläche aufgebracht. Auf diese Weise lässt sich eine gleichmäßige Verteilung des Feststoffs auf der Oberfläche und dadurch eine im Wesentlichen fast vollständige Bedeckung der Oberfläche erreichen. Der Feststoff kann beispielsweise als Grobgranulat mit einer Partikelgröße von 2 mm bis 5 mm oder als Feingranulat mit einer Partikelgröße von 0,2 mm bis 2 mm oder als Mikrogranulat mit einer Partikelgröße von 0,02 mm bis 0,2 mm vorliegen. Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann der Feststoff auch mit einer der oben beschriebenen Flüssigkeiten vermischt sein und insbesondere als Suspension vorliegen. Beim Verdampfen des flüssigen Anteils bleibt auf diese Weise ein Belag aus Feststoffpartikeln auf der Oberfläche zurück, der zusammen mit der durch die Verdampfung entstehenden Gasphase den Zugang des Luftsauerstoffs zur Oberfläche hemmt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Feststoff Kohlenstoff und/oder eine Kohlenstoffverbindung und/oder ein festes Zunderschutzmittel. Weitere Möglichkeiten sind Partikel aus hochschmelzenden Metall-, Übergangsmetall- oder Nichtmetallverbindungen. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Feststoff Phosphate oder ein oder mehrere Oxide, insbesondere Metalloxide. Beispielsweise kann der Feststoff aus Aluminiumoxid, Eisenoxid, Kalziumoxid, Magnesiumoxid, Siliziumoxid oder aus einer Mischung dieser Oxide bestehen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Feststoff eine Siedetemperatur oder Sublimationstemperatur auf, die unter der Temperatur des Walzgutes liegt oder der Feststoff setzt unter Temperatureinwirkung ein nichtoxidierendes Gas frei. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt der Feststoff in Form von Trockeneis vor, beispielsweise als Trockeneis-Granulat. Beim Aufbringen auf die heiße Walzgutoberfläche geht das Trockeneis durch Sublimation in die Gasphase über. Beim Kontakt mit der Oberfläche entsteht dabei ein gasförmiges Kohlenstoffdioxid-Polster, das einerseits den direkten Kontakt der Trockeneis-Partikel mit der Oberfläche verhindert und die weitere Freisetzung von Kohlenstoffdioxid vorteilhafterweise verlangsamt. Andererseits wird das Gas durch die Trockeneis-Partikel in der Nähe der Oberfläche gehalten, so dass ein schnelles Entweichen des Gases verhindert wird. Die so entstehende Kohlenstoffdioxid-Trockeneis-Schicht hemmt den Zutritt von Luftsauerstoff und schützt auf diese Weise die Oberfläche vor Verzunderung.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Feststoff durch Abblasung und/oder Abspritzung von der Oberfläche entfernt. Durch das Aufbringen des Feststoffs und das anschließende Entfernen wird eine zeitweilige Bedeckung der Walzgutoberfläche geschaffen, die während der Dauer zwischen Aufbringen und Entfernen die Verzunderung der Oberfläche vermindert. Durch das Abblasen und/oder Abspritzen wird vorteilhafterweise erreicht, dass der auf die Oberfläche aufgebrachte Feststoff den weiteren Verarbeitungsprozess nicht stört und beispielsweise nicht in das Warmband eingewalzt wird. Auf diese Weise wird verhindert, dass es zu einer Verminderung der Produktqualität kommt und die Walzen eventuell sogar beschädigt werden. Zum Entfernen des Feststoffs kann entweder ein Gasstrom, vorzugsweise aus einem nichtoxidierendes Gas oder Inertgas auf die Oberfläche gerichtet werden oder der Feststoff durch eine Flüssigkeit, wie beispielsweise einen Wasserstrahl von der Oberfläche gespült werden. Vorzugsweise findet das Entfernen des Feststoffs von der Oberfläche unmittelbar vor dem nächsten Verarbeitungsschritt statt, so dass die zundervermindernde Wirkung möglichst während der gesamten Transferzeit aufrecht erhalten bleibt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung benetzt die Flüssigkeit die Oberfläche zumindest teilweise und/oder der Feststoff bedeckt die Oberfläche zumindest teilweise. Die Flüssigkeit kann die Oberfläche in Form eines Tröpfchenfilms benetzen oder einen geschlossenen Flüssigkeitsfilm bilden. In ähnlicher Weise kann der Feststoff beispielsweise als dünne Pulverschicht einen Teil oder die Gesamtheit der Walzgutoberfläche bedecken und so einen maximalen Schutz gegenüber dem Luftsauerstoff bereitstellen.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird ferner eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Flüssigkeit auf die Oberfläche eines metallischen Walzguts vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung einen Zweistoff-Zerstäuber aufweist, wobei der Zweistoff-Zerstäuber derart ausgestaltet ist, dass eine Flüssigkeit durch einen Gasstrom, insbesondere durch einen nichtoxidierenden Gasstrom pneumatisch zerstäubt wird und durch eine Austrittsöffnung auf das metallische Walzgut gesprüht wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Vorrichtung zur Durchführung einer der weiter oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Der Zweistoff-Zerstäuber kann beispielsweise nach dem Funktionsprinzip einer Sprühpistole, insbesondere analog zu einer Airbrushpistole, arbeiten, so dass eine Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser mit Hilfe eines Druckgases zerstäubt und auf die Oberfläche des Walzgutes aufgetragen wird. Der dafür notwendige Druck kann beispielsweise durch ein, in einem Druckbehälter komprimiertes Gas bereitgestellt werden oder durch einen Kompressor oder eine Pumpe erzeugt werden. Durch die pneumatische Zerstäubung wird vorteilhafterweise ein besonders feiner und gleichmäßiger Auftrag des Flüssigkeits-Gas-Gemisches auf die Walzgutoberfläche erreicht.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränkt.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Das Walzgut 1 liegt als ein kontinuierliches Stahlband vor, das sich in Walzrichtung 8 bewegt und nach den (nicht dargestellten) Walzstichen im Vorgerüst zunächst durch einen Zunderwäscher 6 geführt wird. Dort wird der auf der Oberfläche 2 des Walzgutes 1 gebildete Primärzunder durch einen Hochdruck-Wasserstrahl entfernt. Zwischen dem Austritt aus dem Zunderwäscher 6 und vor dem Eintritt in das erste Walzgerüst 7 ist das zunächst zunderfreie Walzgut 1 über eine Strecke von einigen Metern (und einer entsprechenden Aufenthaltsdauer im Bereich mehrerer Sekunden) der Umgebungsluft ausgesetzt, so dass aufgrund der hohen Temperatur der Walzgutoberfläche 2 unter Sauerstoffeinwirkung zur Bildung von Sekundärzunder kommt. Um die Sekundärzunderbildung zu unterdrücken, ist in dem zwischen Zunderwäscher 6 und Walzgerüst 7 liegenden Transferbereich eine Vorrichtung 5 vorgesehen, die dazu konfiguriert ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. Dabei wird durch die Vorrichtung 5 eine Flüssigkeit 3 und/oder ein Feststoff 4 auf die Oberfläche 2 des Walzgutes 1 aufgebracht, der Sauerstoff von der Oberfläche 2 verdrängt und auf diese Weise die Verzunderung vermindert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Flüssigkeit um Wasser, dass durch einen Strom von gasförmigem Stickstoff pneumatisch zerstäubt wird und in Form eines Wasser-Stickstoff-Nebels die Oberfläche 2 des Walzgutes 1 einhüllt. Beim Kontakt des Wassers 3 mit der heißen Oberfläche 2 wird die Oberfläche 2 leicht abgekühlt, wodurch der Zunderbefall bereits positiv beeinflusst werden kann. Der weitaus stärkere Schutzeffekt wird jedoch dadurch erreicht, dass das Wasser beim Kontakt mit der Oberfläche 2 verdampft und sich eine Dampfschicht bildet, die, zusammen mit dem Stickstoffgas den Zutritt von Sauerstoff zur Oberfläche 2 unterdrückt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Walzgut
- 2
- Oberfläche des Walzgutes
- 3
- Flüssigkeit
- 4
- Feststoff
- 5
- Vorrichtung zum Aufbringen von Flüssigkeit und/oder Feststoff
- 6
- Zunderwäscher
- 7
- Walzgerüst
- 8
- Walzrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2524971 [0003]
- DE 19936010 A1 [0003]
- US 4727747 [0003]
- WO 2007/062749 [0003]
