DE19621844A1

DE19621844A1 - Verfahren zum Kühlen von Walzgut

Info

Publication number: DE19621844A1
Application number: DE1996121844
Authority: DE
Inventors: Meinert Meyer; Klaus Kuepper; Uwe Plociennik; Dieter Waase
Original assignee: SMS Schloemann Siemag AG; Schloemann Siemag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1996-05-30
Filing date: 1996-05-30
Publication date: 1997-12-04

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von Walzgut mit Hilfe von Aerosol.

Die an sich bekannte Aerosol-Kühlung beruht auf dem Prinzip der Abkühlung mit übersättigter Luft, bei der das in Form von feinverteilten Tröpfchen (Nebel) eingebrachte Wasser bei Kontakt mit dem Kühlgut verdampft und die auf diese Weise entstehende Verdampfungswärme zur Kühlung genutzt wird.

Zur Kühlung von Profilstahl-Trägern und -Stäben ist hinter den entsprechenden Profil- und Stabstahlstraßen in der Regel ein Kühlbett angeordnet, auf dem die ausgewalzten Profile aus der Walzhitze abgekühlt werden. Bei modernen Anlagen ist die nachfolgende Adjustage an die Walzstraße online angebunden, was bedeutet, daß die Profile mit Richttemperatur in die Adjustage gelangen müssen. Es hat sich hierbei gezeigt, daß vor allem bei unsymmetrischen Profilen die Richttemperatur möglichst niedrig sein muß, um einen bleibenden, guten Richteffekt zugewährleisten. Die für das zu richtende Walzgut vorzusehenden Temperaturen sollten bei 60°C liegen. Damit sich diese niedrigen Temperaturen erreichen lassen, muß ein Kühlbett, auf dem die Profile durch natürliche Konvektion abkühlen, sehr lang sein, womit es entsprechend teuer wird. Eine Verkürzung - ca. 40° und damit Einsparung an Kühlbettlänge wird durch eine zu diesem Zweck häufig im hinteren Teil des Kühlbettes eingesetzte Zwangsbelüftung (entweder durch direkten Einsatz von Axialventilatoren oder indirekt durch Radialventilatoren) erreicht.

Eine weitere Einsparungs-Möglichkeit bringt der Einsatz von Kühlwasser mit sich, das - vorzugsweise über Düsen - sowohl von oben als auch von unten an das abzukühlende Walzgut gebracht wird. Der Kühlwasser-Einsatz ist jedoch mit einem erheblichen technischen Aufwand verbunden, da die betroffenen Bereiche wie Lager, Steuer- und Schalteinrichtungen wassergeschützt angeordnet werden müssen und außerdem das Kühlbett selbst eine Absicherung gegen Korrosion erfordert. Abgesehen davon, daß für die erforderlichen großen Kühlwassermengen für eine angepaßte Wasserzu- und abfuhr gesorgt werden muß, stellt sich ein zusätzlicher Nachteil dadurch ein, daß auf dem Walzgut Restwasser stehen bleibt, z. B. bei T-Trägern auf dem Steg.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile der bekannten Kühl-Verfahren und dennoch aber verringerter Kühlbettlänge wurde bereits vorgeschlagen, bei der Abkühlung des Walzgutes die Aerosol-Kühlung anzuwenden und damit vor allem die Verdampfungswärme des Wassers zum Kühlen auszunutzen. Hierbei hat sich jedoch immer als Nachteil herausgestellt, daß - vor allem bei niedrigen Außentemperaturen - der Wasserdampf nach dem Kühlen wieder kondensiert und zu erheblichen Korrosionsschäden sowohl am bzw. im Kühlbett als auch auch durch die abströmende Luft im Deckenbereich einer umgebenden Halle führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren zu schaffen, mit dem sich die Vorteile der Aerosol-Kühlung nutzen, deren Nachteile jedoch vermeiden lassen, insbesondere zu verhindern, daß das verdampfte Wasser im Hallenbereich rückkondensiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kühlluft eine derartige Wassermenge zugegeben wird, daß das Wasser vollständig verdampft und von der abströmenden Luft in Form von überhitztem Wasserdampf aufgenommen sowie abgeführt wird. Hierbei liegt die Überlegung zugrunde, mit einer gesteuerten bzw. geregelten Zugabe von Wasser an die Kühlluft sicherzustellen, daß die gesamte Kühlwassermenge als überhitzter Dampf mit der beispielsweise durch entsprechende Hallenöffnungen abströmenden Kühlluft abgeführt wird und daher eine Kondensation des mit der erwärmten Luft abströmenden, gelösten Wasserdampfes nicht auftreten kann. Ausgenutzt wird dabei weiterhin, daß feuchte Luft leichter ist als trockene, so daß der Auftrieb der Kühlluft durch die gezielte, d. h. gesteuerte bzw. geregelte Aerosol-Kühlung noch vergrößert wird.

Ein bevorzugter Vorschlag der Erfindung sieht vor, daß die zuzugebende Wassermenge aus den gemessenen Parametern der einströmenden Luft, wie Menge, Temperatur, relative Luftfeuchte und Temperaturerhöhung′ mit Hilfe des h, x-Diagrammes für feuchte Luft vorbestimmt wird. Durch die meßtechnische Erfassung dieser Parameter unter Einbeziehung des bekanntermaßen die Zustandsänderungen feuchter Luft übersichtlich darstellenden h, x-Diagrammes läßt sich die einzubringende Wassermenge so exakt errechnen, daß sie mit der abströmenden Luft als gelöster Wasserdampf abgeführt wird, ohne zu kondensieren. Es wird folglich die Wassermenge festgelegt, die bei einer z. B. im Deckenbereich der Halle gemessenen Temperaturerhöhung die Luft je Nm³ - am Beispiel einer Kühlbett-Kühlung - bei belegtem Kühlbett bis zum Erreichen des Sättigungsdruckes zusätzlich aufnehmen kann. Die beim Kühlbett-Betrieb umgewälzte Gesamtluftmenge läßt sich durch Messung der Luftausströmgeschwindigkeit an den Dachöffnungen bzw. der Lufteinströmgeschwindigkeit an den Eintrittsöffnungen ermitteln. Aus diesen Meß- bzw. Rechenwerten wird die für den Aerosol-Kühlbetrieb zuzuführende Wassermenge bestimmt und - vorzugsweise mit Hilfe von Zerstäuberdüsen - in die einströmende Luft eingedüst und mit dem zu kühlenden Material in Kontakt gebracht. Wie Versuche bestätigt haben, wird durch die gesteuerte Zugabe des Wassers dessen vollständiges Verdampfen erreicht, wodurch dem zu kühlenden Material eine entsprechende, berechenbare Wärmemenge entzogen wird.

Die erfindungsgemäße Aerosol-Kühlung ist nicht nur im Zusammenhang mit einem Kühlbett einzusetzen, sondern nach weiteren Vorschlägen der Erfindung läßt sich nach dem gleichen Prinzip Wasser in Nebelform auf dem Rollentransport für ausgefächerte Drahtwindungen in die zugeführte Kühlluft einbringen, oder selektive Bereiche bzw. Abschnitte eines gewalzten Trägerprofils lassen sich gezielt abkühlen.

Gleichermaßen kann ein gewickeltes Drahtbund auf dem Transportweg zur Bundbindestation oder ein Band vor dem Haspeln mit gesteuerter Aerosol-Kühlung, ggf. beschleunigt (Drahtbund), abgekühlt werden.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß bei der Kühlung von ausgefächerten Drahtwindungen die Länge der Kühlzonen und die Geschwindigkeit der Abkühlung in Abhängigkeit zur gewünschten Materialeigenschaft eingestellt wird.

Eine Ausführung der Erfindung sieht vor, daß die gesteuerte Aerosol-Kühlung beim Walzen von Band zur Erzielung einer bestimmten Bandwalztemperatur zwischen den Walzgerüsten eingesetzt wird. Hierbei läßt sich der Temperaturgradient über den Querschnitt des Walzbandes möglichst klein halten.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Aerosol-Kühlung am Beispiel von auf einem Kühlbett zu kühlenden Profilstahl erläutert.

Beispiel

Kühlbett für Profilstahl mit P = 300 t/h

Übergabetemperatur an Kühlbett: ϑ_A = 900°C. Ab ϑ=500° soll Aerosol-Küh lung eingesetzt werden, um ϑ_E = 60°C zu erreichen. Erforderliche Kühlleistung je t/h Stahl von ϑ = 900°C → 500°C

= Δh (900-500)·10³/3600
= (640 - 280) · 10³/3600 = 100 kW

Annahme: 80% Kühlleistung durch umgewälzte Kühlluft, wobei sich die Kühlluft um Δϑ_L = 20°C erwärmt.

D. h. je t/h Stahl:

_L = · 0,8/(Δϑ_L · C_PL) = 3,953 kg/s
→ _L = _L/1,292 · 3600 = 11 013 Nm³/h

Einströmende Luft ϑ_LE = 10°C und ϕ = 0,8 = 80% Luftfeuchte und Δϑ_L = 20°C. D. h. die Luft kann je Nm³ Wasser in Form von Wasserdampf aufnehmen:

Δρ_w = 22,84 g/Nm³

Wenn man annimmt, daß 60% der im vorderen Bereich des Kühlbettes benötig ten Luft im Bereich der Aerosol-Kühlung zur Wasseraufnahme zur Verfügung steht (Beeinflussung durch Anordnung der Zufuhr- und Dachöffnungen) kann je t/h Stahl zugeführt werden

_H₂O = 0,6 · v_L · Δp_w = 151 kg/h

Um Wasser mit ϑ_w = 10°C zu verdampfen, ist erforderlich

Δh_v = 2676 kJ/kg H₂O

d. h. Gesamtkühlleistung je t/h Stahl

_H₂O = Δh_v · _H₂O = 2676 · 151/3600
_H₂O = 112 kW

Um 1 t/h Stahl von 500°C auf 60°C abzukühlen, ist eine Kühlleistung erforder lich

_k = Δh_v (500-60°C) · 10³/3600
= (280-30) · 10³/3600
_k = 69,4 kW

D.h. die durch Verdampfung des zugeführten Wassers erforderliche Wärme ist ca. 60% größer als der zum Abkühlen des Stahles von 500°C auf 60°C benötig te Wärmeentzug.

Für das Beispiel

(P = 300 t/h, ϑ_LE = 10°C, ϕ_LE = 0,8 80% → ρ_WE = 7,526 g_H₂O/Nm³)

ist der Kühlluft also folgende Wassermenge mit Hilfe von Zerstäuberdüsen zuzuführen:

Berechnung der relativen Luftfeuchte der aus den Dachöffnungen abströmenden Kühlluft:

ϕ_A = ρ_w/ρ_s (30°C)
ρ_w - ρ_WE + _H₂O/_L = 7,526 + 151 · 10³/11 013 = 21,27 g/Nm³
ρ_s (30°C) = 30,364 g/Nm³
ϕ_A = ρ_w/ρ_s = 21,27/30,364 = 0,7 70%

D. h. die ausströmende Kühlluft ist noch deutlich vom Taupunkt entfernt, so daß die Gefahr von Kondensationswasser nicht gegeben ist.

Die Kühlluftmenge und die Temperaturerhöhung der Kühlluft und damit auch die einzubringende Wassermenge können je nach Außentemperatur und Kühlbettbelegung durch Vergrößern oder Verkleinern der Ausströmöffnungen im Dachbereich gesteuert werden.

Claims

1. Verfahren zum Kühlen von Walzgut mit Hilfe von Aerosol, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlluft eine derartige Wassermenge zugegeben wird, daß das Wasser vollständig verdampft und von der abströmenden Luft in Form von überhitztem Wasserdampf aufgenommen sowie abgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzugebende Wassermenge aus den gemessenen Parametern der einströmenden Luft, wie Menge, Temperatur, relative Luftfeuchte und Temperaturerhöhung, mit Hilfe des h, x-Diagrammes für feuchte Luft vorbestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, mit auf einem Kühlbett abgelegtem Walzgut, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlluftmenge abhängig von der Kühlbettbelegung und von den Parametern der einströmenden Kühlluft geregelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zuzugebende Wassermenge in den einströmenden Luftstrom eingedüst wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß Wasser in Nebelform auf dem Rollentransport für ausgefächerte Drahtwindungen in die zugeführte Kühlluft gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Kühlzonen und die Geschwindigkeit der Abkühlung in Abhängigkeit zur gewünschten Materialeigenschaft eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß selektive Bereiche bzw. Abschnitte eines Trägerprofils gezielt abgekühlt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein gewickeltes Drahtbund auf dem Transportweg zur Bundbindestation mit gesteuerter Aerosol-Kühlung beschleunigt abgekühlt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Walzband vor dem Haspeln mit gesteuerter Aerosol-Kühlung abgekühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesteuerte Aerosol-Kühlung beim Walzen von Band zur Erzielung einer bestimmten Endwalz-Temperatur zwischen den Walzgerüsten eingesetzt wird.