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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 zischen 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. Ein ähnliches Problem tritt beim Transfer zwischen den einzelnen Walzgerüsten der Fertigstraße auf.
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Es ist daher wünschenswert, den Sauerstoffzutritt an die metallische Oberfläche des Walzgutes in jeder Prozessstufe des Warmwalzverfahrens zu vermindern und so die immer wieder neu ablaufende Oxidation der Oberflächen zu verhindern. Eine komplette Einhausung einer komplexen Fertigungslinie wie beispielsweise ein Warmbandwerk und der Betrieb einer solchen Anlage unter Luftabschluss, beispielsweise durch Zugabe von Inertgas, ist technisch nur sehr aufwändig zu realisieren. Aus der Druckschrift
DE19852759 (A1) ist dazu ein Verfahren und eine Einrichtung zur Verringerung von Zunderbildung bekannt, bei dem ein, aus einem Walzgerüst auslaufendes Walzgut mit Wasser besprüht wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bildung von Sekundärzunder vor, zwischen und hinter den Walzgerüsten der Fertigstraße zu vermindern.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Unterdrückung von Zunderbildung auf einer Oberfläche eines metallischen Walzgutes, wobei das Walzgut nacheinander einen Zunderwäscher und eine mehrere Walzgerüste umfassende Fertigstraße durchläuft, wobei die Oberfläche des Walzgutes zwischen dem Zunderwäscher und dem ersten Walzgerüst und/oder zwischen zwei Walzgerüsten der Fertigstraße mit Wassernebel eingehüllt wird.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise erreicht, dass der Zugang des Luftsauerstoffs zur Oberfläche des Walzgutes auf einfache und wirtschaftlich günstige Weise gehemmt wird. Der erfindungsgemäß hervorgerufene Effekt besteht darin, lokal in der Nähe der Oberfläche eine dichte Nebelschicht zu erzeugen, die den Sauerstoffzutritt zur Oberfläche hemmt und auf diese Weise den Oxidationsprozess behindert. Durch das Einhüllen der Walzgutoberfläche mit Wassernebel wird die Nachverzunderung nach den Entzunderungssystemen vor der Fertigstraße, bzw. zwischen den Stationen der Fertigstraße effektiv vermindert. Vorteilhafterweise werden so die Ausfälle und Nacharbeiten, die durch eingewalzten Zunder entstehen wirkungsvoll vermieden. Vorzugsweise wird dazu ein Wassernebel mit sehr kleiner Tröpfchengröße erzeugt der mit geringer oder mäßiger Geschwindigkeit auf die Oberfläche des Walzgutes zuströmt bzw. absinkt. Durch die kleine Tröpfchengröße und die geringe Geschwindigkeit wird erreicht, dass zumindest ein Teil der Flüssigkeit bereits in der Nähe der Oberfläche verdampft, ohne in direkten Kontakt mit der Oberfläche zu gelangen. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise verhindert, dass die, der Oberfläche entzogene Verdampfungswärme zu einer Abkühlung der Oberfläche führt.
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Grundsätzlich ist ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in jedem Teilbereich eines Warmbandwerkes oder eines anderen warmumformenden Betriebes möglich. 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 Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Oberfläche an der Oberseite des Walzgutes und/oder eine Oberfläche an der Unterseite des Walzgutes mit Wassernebel eingehüllt. Auf diese Weise wird vorteilhafterweise erreicht, dass entweder die Ober- bzw. Unterseite des Walzgutes gezielt gegen Nachverzunderung geschützt wird oder sowohl Ober- als auch Unterseite des Walzgutes gegen den Luftsauerstoff abgeschirmt werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist der Wassernebel eine Temperatur auf, die maximal 30 °C, bevorzugt maximal 20 °C, besonders bevorzugt maximal 10 °C unterhalb des Siedepunktes von Wasser liegt. Durch die Temperatur des Wassers wird die Abkühlung des Walzgutes durch den Wasserkontakt vorteilhafterweise gering gehalten und Bearbeitungstemperatur für den nachfolgenden Walzprozess nicht oder nur geringfügig verändert.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wassernebel durch mit hydrostatischem Druck beaufschlagte Düsen erzeugt. Vorzugsweise wird der Wassernebel durch Zerstäubung des Wassers mit einer Einstoff-Druckdüse erzeugt. Bei einer mit hydrostatischem Druck beaufschlagten Düse wird das Wasser aufgrund des Drucks durch die Düsenöffnungen gepresst und bildet durch turbulenten Strahlzerfall einen Nebel aus feinen Tröpfchen, die die Walzgutoberfläche einhüllen. Auf diese Weise lässt sich durch einfache Mittel ein fein zerstäubter Wassernebel erzeugen, der die Walzgutoberfläche gegen Oxidation schützt. Die Dichte und Geschwindigkeit des Wassernebels können dabei durch die Wahl geeigneter Düsenformen und über den Abstand bzw. Sprühwinkel der Düsen gegenüber der Walzgutoberfläche beeinflusst werden.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die hydrostatische Druckbeaufschlagung maximal 6 bar. Der maximale Volumenstrom des Wassers wird im Wesentlichen durch die Abmessungen der Düsenöffnungen und durch die hydrostatische Druckbeaufschlagung der Düse (d.h. dem an der Düse anliegenden Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck) bestimmt. Die Düsenöffnungen (d.h. der Mündungsquerschnitt der Düsen oder der engste Querschnitt des Strömungskanals in der Düse) weisen vorzugsweise einen Durchmesser von maximal 4 mm, besonders bevorzugt von maximal 3 mm und ganz besonders bevorzugt von im Wesentlichen 2 mm auf. Durch eine Druckbeaufschlagung von maximal 6 bar wird ein optimaler Volumenstrom des Wassers erreicht, bei dem sich der Wassernebel mit relativ geringer Geschwindigkeit auf die Oberfläche absenkt, so dass auf diese Weise eine vorteilhaft dichte und gleichmäßige Vernebelung der Oberfläche erreicht wird.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wassernebel mittels Vollkegelzerstäubung und/oder Hohlkegelzerstäubung erzeugt. Die Begriffe Vollkegel und Hohlkegel beziehen sich dabei auf das Sprühbild, d.h. die Form des erzeugten Tröpfchenstrahls. Vorzugsweise wird der Wassernebel durch Hohlkegelzerstäubung erzeugt, durch die sich eine feine und äußerst gleichmäßige Zerstäubung des Wassers erreichen lässt. Alternativ ist auch denkbar, eine Vollkegelzerstäubung einzusetzen, mit der sich über den gesamten Winkelbereich des Sprühwinkels ein gleichförmig dichtes Sprühbild erzeugen lässt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Walzgut durch einen Schlingenheber mit einer Kraft beaufschlagt, wobei ein Abstand zwischen den Wassernebel-erzeugenden Vernebelungsdüsen und der Oberfläche des Walzgutes in Abhängigkeit von einer durch den Schlingenheber erzeugten Schlingenhöhe eingestellt wird. In einer Walzstraße durchläuft das Walzgut in Form eines kontinuierlichen Bandes nacheinander die verschiedenen Walzgerüste. Schlingenheber werden dazu eingesetzt, um zwischen den Walzgerüsten vertikale oder horizontale Schlingen zu bilden und dadurch einen kontinuierlichen Längszug zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten. Der Längszug wird dabei über die Einstellung der sogenannten Schlingenhöhe geregelt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Abstand zwischen den Düsen und der Walzgutoberfläche derart an die Schlingenhöhe gekoppelt, dass eine Anhebung des Walzgutes (d.h. eine Vergrößerung der Schlingenhöhe) mit einer Anhebung der Vernebelungsdüsen einhergeht, so dass ein konstanter Abstand zwischen Düsen und Oberfläche gewährleistet wird. Wird das Walzgut nach unten abgesenkt, werden umgekehrt die Düsen ebenfalls abgesenkt, um einen konstanten Abstand und damit gleichbleibende Vernebelungsbedingungen zu erreichen.
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Zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung ein Führungsmittel und eine Mehrzahl von Vernebelungsdüsen aufweist und das Führungsmittel derart gestaltet ist, dass das Walzgut entlang einer Transportrichtung an den Vernebelungsdüsen vorbei bewegt wird. Die Führungsmittel können dabei aktiv zum Transport des Walzgutes beitragen, indem sie das Walzgut in Transportrichtung mit einer Kraft beaufschlagen. Vorzugsweise dienen die Führungsmittel, beispielsweise in Form von Leit- oder Führungsrollen lediglich zur passiven Führung und leiten das Walzgut an den Vernebelungsdüsen vorbei, ohne eine zusätzliche Vorschubkraft auf das Walzgut auszuüben.
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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 Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Mehrzahl von Vernebelungsdüsen in einer senkrecht zur Oberfläche des Walzgutes verlaufenden Richtung verschiebbar. Durch die Positionierung vertikal zur Walzgutoberfläche lassen sich vorteilhafterweise die Vernebelungsbedingungen, wie insbesondere die Dichte und Strömungsgeschwindigkeit des Wassernebels gezielt einstellen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Mehrzahl von Vernebelungsdüsen nebeneinander entlang einer Richtung angeordnet, die senkrecht zu einer Bewegungsrichtung des Walzgutes verläuft.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Mehrzahl von Vernebelungsdüsen eine Mehrzahl von Sprührichtungen auf und zumindest ein Teil der Sprührichtungen ist entlang einer Senkrechten der Oberfläche des Walzgutes ausgerichtet und/oder zumindest ein Teil der Sprührichtungen ist schräg zur Senkrechten der Oberfläche des Walzgutes ausgerichtet. Neben dem Abstand zwischen Düsen und Walzgutoberfläche lassen sich die Vernebelungsbedingungen über den Winkel regulieren, mit dem der Wassernebel auf die Oberfläche gerichtet wird. Vorzugsweise tritt der Wassernebel aus jeder Düse in einen Raumwinkelbereich mit mehr oder weniger großem Öffnungswinkel, also in Form eines Sprühkegels aus. Unter der Sprührichtung ist dabei die Richtung der Mittelachse des Sprühkegels zu verstehen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere Düsen in einer quer zur Transportrichtung des Walzgutes verlaufenden Richtung nebeneinander angeordnet und ein Teil der Düsen weist eine erste Sprührichtung auf, während der andere Teil der Düsen eine zweite Sprührichtung aufweist. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Hälfte der Düsen gegenüber der Senkrechten in Transportrichtung geneigt, während die andere Hälfte der Düsen entweder in Richtung der Senkrechten ausgerichtet ist oder gegenüber der Senkrechten entgegen der Transportrichtung geneigt ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst das Führungsmittel einen Überleittisch und/oder Führungsrollen. Das Walzgut kann dabei entweder durch den Überleittisch geführt werden oder auf einer Führungsrolle aufliegen. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Führungsrolle Teil eines Schlingenhebers dient.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Vernebelungsdüsen Bündeldüsen. In einer Bündeldüse sind mehrere fein sprühende Einzeldüsen zusammengefasst, so dass sich eine besonders große Oberfläche der zerstäubten Flüssigkeit ergibt. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise eine feine Vollkegelzerstäubung mit großen Volumenströmen erzeugen. Vorzugsweise wird die Vollkegelzerstäubung durch mehrere ineinander-sprühende Hohlkegel erzeugt, so dass sich die Vorteile der Hohlkegelzerstäubung (feine und gleichmäßige Zerstäubung) mit den Vorteilen der Vollkegelzerstäubung (gleichmäßige Sprühdichte über den gesamten Winkelbereich) vorteilhaft kombinieren lassen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Vorrichtung einen Schlingenheber auf, wobei der Schlingenheber derart gestaltet ist, dass das Walzgut durch eine vertikale Verschiebung der Rolle mit einer Kraft beaufschlagt wird. Auf diese Weise wird die vor und zwischen den Walzgerüsten vorgenommene Regelung des Bandzuges mittels eines Schlingenhebers vorteilhafterweise mit der erfindungsgemäßen Einnebelung des Walzgutes in einer einzigen Vorrichtung kombiniert. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst der Schlingenheber zu diesem Zweck eine, das Walzgut führende Rolle, mit der eine Anhebung oder Absenkung des Bandes durchgeführt werden kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Schlingenheber derart mit den Vernebelungsdüsen gekoppelt, dass ein Abstand zwischen den Vernebelungsdüsen und der Oberfläche des Walzgutes in Abhängigkeit von einer durch den Schlingenheber erzeugten Schlingenhöhe eingestellt wird. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen Düsen und Oberfläche gleichermaßen durch die Schlingenhöhe und eine Verschiebung der Düsen vertikal zur Oberfläche beeinflusst. Alternativ kann der Abstand zwischen Düse und Oberfläche auch ausschließlich durch die Verschiebung der Düsen oder ausschließlich durch die Schlingenhöhe eingestellt werden. Durch die Kopplung zwischen der Positionierung der Düsen und der Schlingenhöhe lässt sich vorteilhafterweise der Abstand zwischen Vernebelungsdüsen und Oberfläche so regeln, dass auch bei Veränderung der Schlingenhöhe ein konstanter Abstand gewährleistet ist.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Fertigstraße zur Bearbeitung eines metallischen Walzgutes, aufweisend eine oder mehrere der oben beschriebenen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung kann dabei am Anfang der Fertigstraße und/oder zwischen zwei Walzgerüsten der Fertigstraße und/oder hinter dem letzten Walzgerüst der Fertigstraße angeordnet sein, so dass die Zunderbildung beim Eintritt in die Fertigstraße bzw. zwischen oder nach den Walzgerüsten durch den Wassernebel vorteilhafterweise vermindert wird.
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Figurenliste
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- 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Vernebelung eines Walzgutes gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 2 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Vernebelung eines Walzgutes gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 ist schematisch eine Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Die Vorrichtung ist zwischen einem (nicht dargestellten) Zunderwäscher und dem ersten Walzgerüst (schematisch durch die Walze 2 angedeutet) angeordnet. Die Führung des (nicht dargestellten) Walzgutes erfolgt über eine Rolle 5 eines Schlingenhebers 3, der gleichzeitig das Walzgut durch Anheben mit einer Kraft beaufschlagt, die dazu dient einen vorbestimmten Zug in Transportrichtung aufrechtzuerhalten. Die Anhebung erfolgt durch die in der Abbildung skizzierte Variation eines Winkels und der dadurch hervorgerufenen vertikalen Verschiebung der Rolle 5.
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Das Walzgut wird zwischen dem Zunderwäscher und dem ersten Walzgerüst 2 unter einer Mehrzahl von Vernebelungsdüsen 3 hindurchgeführt, die durch eine Wasserzufuhr 6 mit einem hydrostatischen Druck beaufschlagt werden. Bei den Vernebelungsdüsen 3 handelt es sich vorzugsweise um Bündeldüsen, die das Wasser zu einem feinen, gleichmäßigen Nebel zerstäuben, der sich auf die heiße Oberfläche des Walzgutes absenkt. Die Wassertropfen werden teilweise bereits vor Auftreffen auf die Walzgutoberfläche, teils beim Kontakt mit der Oberfläche verdampft. Die Hülle aus Nebel und Wasserdampf hindert den umgebenden Luftsauerstoff daran, zur Oberfläche des Walzgutes zu gelangen, so dass durch Vernebelung die Zunderbildung an der Oberfläche vermindert wird und ein Einwalzen des entstandenen Zunders verhindert wird.
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In 2 ist schematisch eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgebildet. Das (nicht dargestellte) Walzgut wird durch einen Überleittisch 7, der an den unteren Führungsbalken 8 verschiebbar angeordnet ist, zwischen den unteren Führungsbalken 8 und den oberen Führungsbalken 9 hindurchgeführt und in der Vorrichtung 1 mit Wassernebel eingehüllt. Die Vorrichtung 1 weist zu diesem Zweck einen Düsenbalken 13 auf (hier schematisch durch eine Linie angedeutet), der das Walzgut direkt hinter dem Zunderwäscher mit Wasser einsprüht und so die Bildung von Sekundärzunder vermindert. Ein weiterer Düsenbalken 14 (ebenfalls als Linie angedeutet) ist auf der gegenüberliegenden Seite der Vorrichtung 1 an der Unterseite angeordnet. Weiterhin weist die Vorrichtung 1 zwei Paare von Vernebelungsdüsen 3 auf, die an einer Traverse 11 angebracht sind, wobei die Traverse 11 wiederum an zwei Halterungen 10 befestigt ist, die an den beiden oberen Führungsbalken 9 verschiebbar angeordnet sind. Die Vorrichtung 1 weist eine weitere Reihe von Vernebelungsdüsen 3` auf, die etwas tiefer als die oberen Düsen 3 an der Vorderseite der Vorrichtung 1 angebracht sind und das Walzgut mit einem geringeren Abstand zur Walzgutoberfläche einnebeln. Die Flüssigkeitsversorgung der Düsen 3` erfolgt über die Wasserzufuhr 6. Als Gegenstück zu den Vernebelungsdüsen 3' weist die Vorrichtung 1 zusätzlich einen weiteren Düsenbalken 15 auf, der das Walzgut von unten her mit Wassernebel einhüllt. Ein entsprechendes Gegenstück zu den Vernebelungsdüsen 3 wird durch einen weiteren Düsenbalken 16 gebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zur Vernebelung des Walzgutes
- 2
- erstes Walzgerüst
- 3
- Vernebelungsdüsen
- 3`
- Vernebelungsdüsen
- 4
- Schlingenheber
- 5
- Führungsrolle
- 6
- Wasserzufuhr
- 7
- Überleittisch
- 8
- untere Führungsbalken
- 9
- obere Führungsbalken
- 10
- Halterung
- 11
- Traverse
- 12
- Untersatz
- 13
- Düsenbalken
- 14
- Düsenbalken
- 15
- Düsenbalken
- 16
- Düsenbalken
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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