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Querverweis auf verwandte Anwendungen
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
US-Provisional-Anmeldung Nr. 61/990,890 eingereicht am 09. Mai 2014 mit dem Titel „Wassergekühltes Walzen“.
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Technischer Bereich
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Hybrid-Kühlsystem zum Walzen unter Verwendung einer Kombination aus Öl- und Wasserkühlung.
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Hintergrund
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Walzen ist ein Metallformverfahren bzw. Metallumformverfahren, bei dem Ausgangsbleche oder Bänder durch ein Paar Arbeitswalzen geführt werden, um die Dicke des Ausgangsblechs oder Bandes zu reduzieren. Während des Walzprozesses werden die Arbeitswalzen üblicherweise mit Öl gekühlt und können sehr heiß werden. Hohe Hitze in den Arbeitswalzen kann zu unerwünschter Bandplanheit, geringer Produktivität und Bandrissen mit nachfolgender Brandgefahr führen. Arbeitswalzen können alternativ mit Wasser gekühlt werden, das eine wesentlich höhere Wärmeableitfähigkeit als Öl hat und nicht brennbar ist. Wassergekühlte Walzwerke sind jedoch teuer und schwierig zu entwerfen, zu installieren, zu warten und zu betreiben, und durch Wassertropfen bedingte Oberflächendefekte können auf in einem wassergekühlten Walzwerk gewalzten Bändern auftreten. Bänder mit durch Wassertropfen bedingten Oberflächendefekten können für den Verkauf oder die weitere Produktion ungeeignet sein. Dementsprechend wird ein Großteil der Kosten für ein wassergekühltes Walzwerk durch das Einrichten von Kühlmittelrückhaltesystemen verursacht, die verhindern, dass Wasser von überhalb der Durchgangslinie (z.B. der Weg, den das Band durch das Walzwerk nimmt) auf das Band fällt.
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Zusammenfassung
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Der Ausdruck Ausführungsform und dergleichen Ausdrücke sollen sich breit auf alle Gegenstände dieser Offenbarung und der beigefügten Ansprüche beziehen. Angaben, die solche Ausdrücke enthalten, sind so zu verstehen, dass sie den hierin beschriebenen Gegenstand nicht beschränken oder die Bedeutung oder den Umfang der beigefügten Ansprüche nicht beschränken. Aspekte der hierin abgedeckten Offenbarung werden durch die folgenden Ansprüche definiert, nicht durch diese Zusammenfassung. Diese Zusammenfassung ist ein Überblick über verschiedene Aspekte der Offenbarung und stellt einige der Konzepte vor, die im Abschnitt Detaillierte Beschreibung weiter unten näher beschrieben werden. Diese Zusammenfassung dient weder dazu, die wichtigsten oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu kennzeichnen, noch soll sie isoliert verwendet werden, um den Umfang des beanspruchten Gegenstands zu bestimmen. Der Gegenstand ist unter Bezugnahme auf geeignete Teile der gesamten Beschreibung dieser Offenbarung, eine oder alle Zeichnungen und jeden Anspruch zu verstehen.
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Offenbart werden Systeme zur Kühlung von Arbeitswalzen während des Walzens. Gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird die Wasserkühlung auf der Ausgangsseite der Walze auf die untere Walze und die Ölkühlung auf der Eingangsseite auf die oberen und unteren Walzen angewendet. In einigen Fällen kann ein Teil des Öls, das nicht mehr zum Kühlen der unteren Arbeitswalze benötigt wird, auf die obere Arbeitswalze umgeleitet werden.
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Figurenliste
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Die Beschreibung verweist auf die folgenden beigefügten Figuren, in denen die Verwendung gleichartiger Bezugszahlen in verschiedenen Figuren zur Veranschaulichung gleichartiger oder analoger Komponenten vorgesehen ist.
- 1 ist eine schematische Darstellung, welche das Walzen eines Metallbandes gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschau licht.
- 2 ist eine schematische Darstellung, welche das Walzen eines weichen Metallbandes gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschau licht.
- 3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Aufrüstung eines bestehenden Walzwerks.
- 4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Aufrüstung eines bestehenden Walzwerks.
- 5 ist eine schematische Draufsicht auf ein Metallband, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gewalzt wird.
- 6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Kühlen von Arbeitswalzen eines Walzwerks darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hybrid-Kühlsystem für ein Walzwerk 100, umfassend einen oberen Ölsprühkopf 110 nahe einer oberen Arbeitswalze 102, einen unteren Ölsprühkopf 114 nahe einer unteren Arbeitswalze 104, und einen Wassersprühkopf 130 nahe der unteren Arbeitswalze 104.
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Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufrüsten eines Walzwerkkühlsystems, um das Hybridkühlsystem nach Anspruch 1 aufzunehmen, umfassend Bereitstellen eines ölbasierten Kühlsystems, das den oberen Ölsprühkopf 110 und den unteren Ölsprühkopf 114 umfasst, und Installieren des Wassersprühkopfes 130 nahe der unteren Arbeitswalze 104.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Walzwerk mit ölgekühlten oberen und unteren Arbeitswalzen auf der Eingangsseite und Wasserkühlung auf der Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze. Wasserkühlung kann nur unterhalb der Durchgangslinie eingesetzt werden, was die Wärme im Walzwerk wesentlich reduziert ohne die Gefahr des Tropfens auf die Oberseite des Walzbandes. Die Wasserkühlung kann verwendet werden, um die Wärme auf der unteren Arbeitswalze vollständig zu regeln, so dass nur eine geringe Ölmenge für Schmierzwecke auf der unteren Arbeitswalze verwendet werden muss, wobei die verbleibende Ölmenge, die nicht mehr zum Kühlen der unteren Arbeitswalze benötigt wird, zur zusätzlichen Kühlung der oberen Walze auf die obere Arbeitswalze umgeleitet wird. In einigen Fällen kann der Kühlmittelanteil der Planheitssteuerung ausschließlich durch Wasserkühlung der unteren Walze gesteuert werden. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es die Vorteile von wassergekühltem Walzen zu nutzen und gleichzeitig die komplexe Ausstattung zur Wasserrückhaltung, die oberhalb der Durchgangslinie benötigt wird, zu vermeiden, indem das gesamte Wasser unterhalb der Durchgangslinie gehalten wird.
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Darüber hinaus wird die Nachrüstung eines ölgekühlten Walzwerks mit einem Wassersprühkopf auf der Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze beschrieben. Beim Walzen von Hartmetallen (z.B. Bänder, die einen vorhergehenden Kaltwalzdurchgang erfahren haben, oder kaltverfestigtes Metall) kann die Wasserkühlung an der unteren Arbeitswalze und die Ölkühlung auf beide Arbeitswalzen angewendet werden. Beim Walzen von Weichmetallen (z.B. Bänder aus einem Glühofen bzw. Temperofen oder nicht kaltverfestigtes Metall) kann nur die Ölkühlung verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung ermöglicht es einem nachgerüsteten Walzwerk sowohl weiche als auch harte Metalle mit verbesserter Planheit bzw. Flachheit besser zu verarbeiten, ohne die Kosten für die vollständige Nachrüstung eines ölgekühlten Walzwerks in ein vollständig wassergekühltes Walzwerk.
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Die veranschaulichenden Beispiele dienen dazu, den Leser mit dem hier behandelten Hauptthema vertraut zu machen und sollen den Umfang der offenbarten Konzepte nicht begrenzen. Die folgenden Abschnitte beschreiben verschiedene zusätzliche Merkmale und Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Zahlen gleiche Elemente anzeigen und gerichtete Beschreibungen zur Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen verwendet werden, die jedoch ebenso wie die veranschaulichenden Ausführungsformen nicht zur Begrenzung der vorliegenden Offenbarung verwendet werden sollen. Die in den Abbildungen enthaltenen Elemente können nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein.
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1 ist eine schematische Darstellung, welche das Walzen eines Metallbandes 106 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Ein Walzwerk 100 umfasst eine obere Arbeitswalze 102 und eine untere Arbeitswalze 104. Die obere Arbeitswalze 102 und die untere Arbeitswalze 104 walzen das Band 106 während sich das Band 106 in die Richtung 108 bewegt. Das Band 106 tritt in die Arbeitswalzen 102, 104 auf der Eingangsseite 124 ein und tritt auf der Ausgangsseite 126 aus. Während des Walzvorgangs werden die obere Arbeitswalze 102 und die untere Arbeitswalze 104 beide heiß und müssen gekühlt werden. Eine obere Stützwalze 150 kann der oberen Arbeitswalze 102 Kraft zuführen und eine untere Stützwalze 152 kann der unteren Arbeitswalze 104 Kraft zuführen.
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Die Wasserkühlungsaspekte der vorliegenden Offenbarung können zu einem bestehenden ölgekühlten Walzwerk hinzugefügt oder mit der ölbasierten Kühlung/Schmierung in einem neuen Walzwerk integriert werden.
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Die ölbasierte Kühlung/Schmierung in einem bestehenden ölgekühlten Walzwerk oder einem neuen Walzwerk kann Ölversorgungen, Kopfteile, Ventile und andere Merkmale beinhalten, wie hierin beschrieben.
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Ein oberer Ölsprühkopf 110 befindet sich in der Nähe der oberen Arbeitswalze 102 auf der Eingangsseite 124. Der obere Ölsprühkopf 110 befindet sich oberhalb der Durchgangslinie 128. Der obere Ölsprühkopf 110 umfasst eine oder mehrere Düsen, die einen oberen Ölsprühstrahl 112 abgeben, der die obere Arbeitswalze 102 schmiert und kühlt. Ein unterer Ölsprühkopf 114 befindet sich in der Nähe der unteren Arbeitswalze 104 auf der Eingangsseite 124. Der untere Ölsprühkopf 114 befindet sich unterhalb der Durchgangslinie 128. Der untere Ölsprühkopf 114 umfasst eine oder mehrere Düsen, die einen unteren Ölsprühstrahl 116 abgeben, der die untere Arbeitswalze 104 schmiert und kühlt.
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Der obere Ölsprühkopf 110 und der untere Ölsprühkopf 114 werden von einer Ölversorgung 118 gespeist. Ein oberes Ölventil 120 steuert den Zeitpunkt und die Menge des oberen Ölsprühstrahls 112 durch den oberen Ölsprühkopf 110 und ein unteres Ölventil 122 steuert den Zeitpunkt und die Menge des unteren Ölsprühstrahls 116 durch den unteren Ölsprühkopf 114. In anderen Fällen können verschiedene ölabgebende Vorrichtungen zum Kühlen und/oder Schmieren der oberen Arbeitswalze 102 und der unteren Arbeitswalze 104 verwendet werden, einschließlich einer beliebigen Anzahl von Ventilen und Düsen. In einigen Fällen kann der obere Ölsprühkopf 110 und/oder der untere Ölsprühkopf 114 oder andere ölabgebende Vorrichtungen auf der Eingangsseite 124 oder der Ausgangsseite 126 angeordnet werden. Der obere Ölsprühkopf 110 und der untere Ölsprühkopf 114 bilden das ölbasierte Kühlsystem.
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Ein Wassersprühkopf 130 ist auf der Ausgangsseite 126 in der Nähe der unteren Arbeitswalze 104 angeordnet. Der Wassersprühkopf 130 ist unterhalb der Durchgangslinie 128 angeordnet. Der Wassersprühkopf 130 umfasst eine oder mehrere einzelne Düsen, die einen Wassersprühstrahl 132 abgeben, der die untere Arbeitswalze 104 kühlt. Der Wassersprühkopf 130 wird von einer Wasserversorgung 134 gespeist. Ein Wasserventil 136 steuert den Zeitpunkt und die Menge des Wassersprühstrahls 132 durch den Wassersprühkopf 130. In anderen Fällen können verschiedene wasserabgebende Vorrichtungen zum Kühlen der unteren Arbeitswalze 104 verwendet werden, einschließlich einer beliebigen Anzahl von Ventilen und Düsen. Die Ventile und Düsen im Sprühkopf können zu den Messzonen des Planheitsmesssystems des Walzwerks ausgerichtet werden, wie im Folgenden näher erläutert wird. Der Wassersprühkopf 130 und seine Komponenten können den inneren Teil des wasserbasierten Kühlsystems bilden.
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In einigen Fällen wird das auf die untere Arbeitswalze 104 gesprühte Wasser von der unteren Arbeitswalze 104 entfernt, bevor es mit dem Band 106 in Kontakt kommen kann, z.B. durch Walzen auf die Unterseite des Bandes 106. In einigen Fällen wird das auf die untere Arbeitswalze 104 gesprühte Wasser von der unteren Arbeitswalze 104 entfernt indem die untere Stützwalze 152 als Rakel wirkt. In einigen Fällen wird das auf die untere Arbeitswalze 104 gesprühte Wasser von der unteren Arbeitswalze 104 durch ein Wischerblatt (nicht dargestellt) entfernt, das angrenzend an die untere Arbeitswalze 104 installiert ist. In einigen Fällen kann der Wassersprühkopf 130 an der Ausgangsseite 126 angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Wassersprühkopf 130 an der Eingangsseite 124 angeordnet werden, jedoch nur, wenn ein Wischerblatt oder ein anderer Mechanismus verwendet wird, um Wasser von der unteren Arbeitswalze 104 zu entfernen, bevor dieses Wasser die Möglichkeit hat, auf das Band 106 gewalzt zu werden.
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Da das Walzwerk 100 in der Nähe der oberen Arbeitswalze 102 keine Wasserkühlvorrichtung aufweist, tropft Wasser nicht von einer Wasserkühlvorrichtung auf das Band 106 und verursacht durch Tropfen bedingte Oberflächenfehler, die üblicherweise bei wassergekühlten Kaltwalzen auftreten.
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Jeder der oberen Ölsprühköpfe 110, unteren Ölsprühköpfe 114 und Wassersprühköpfe 130 kann genügend Düsen und Ventile umfassen, um die gesamte Längsachse (z.B. in eine Richtung, die sich von der Seite heraus erstreckt, wie in 1 dargestellt) der oberen Arbeitswalze 102 und ggf. der unteren Arbeitswalze 104 zu besprühen.
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Da der Wassersprühstrahl 132 die untere Arbeitswalze 104 sehr effizient kühlen kann, kann Öl vom unteren Ölsprühkopf 114 zum oberen Ölsprühkopf 110 umgeleitet werden. Eines oder beide der oberen Ölventile 120 und unteren Ölventile 122 ist so eingestellt, dass das Öl entsprechend umgeleitet wird. Ein Druckminderventil 138 in Leitung mit dem unteren Ölsprühkopf 114 kann verwendet werden, um den Druck des unteren Ölsprühstrahls 116 zu verringern und das Öl auf den oberen Ölsprühkopf 110 umzuleiten. Wenn das Öl umgeleitet wird, ist der untere Ölsprühstrahl 116 schwächer als der obere Ölsprühstrahl 112. Unter bestimmten Umständen liefert der untere Ölsprühstrahl 116 nur so viel Öl, wie notwendig ist, um eine ausreichende Schmierung zum Walzen zu gewährleisten. Mit anderen Worten, bedeutet dies, dass die wasserbasierte Kühlung verwendet werden, um einen Großteil der durch die Kombination von wasserbasierter und ölbasierter Kühlung abgeleiteten Wärme abzuleiten. Der obere Ölsprühkopf 110 kann, muss aber nicht, mehr Düsen beinhalten als der untere Ölsprühkopf 114.
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Ein Prozessor 140 kann an eine Sensorausstattung und das obere Ölventil 120, das untere Ölventil 122 und das Wasserventil 136 angeschlossen werden. Der Prozessor 140 steuert jedes Ventil 120, 122, 136, um die obere Arbeitswalze 102 und die untere Arbeitswalze 104 optimal zu kühlen, unter Verwendung von sowohl öl- als auch wasserbasierter Kühlung. Der Prozessor 140 kann die Planheit des gewalzten Bandes 106 steuern, indem er das Kühlprofil der oberen Arbeitswalze 102 und der unteren Arbeitswalze 104 einstellt. Der Prozessor 140 kann das Kühlprofil der oberen Arbeitswalze 102 steuern, indem er Einstellungen am oberen Ölsprühstrahl 112 vornimmt, und steuert das Kühlprofil der unteren Arbeitswalze 104, indem er Einstellungen am Wassersprühstrahl 132 vornimmt. In solchen Fällen steuert der Prozessor 140 das Kühlprofil der unteren Arbeitswalze 104 nicht durch Einstellungen am unteren Ölsprühstrahl 116.
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2 ist eine schematische Darstellung, welche das Walzen eines Weichmetallbandes 202 gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Da die erforderliche Kühlleistung beim Walzen von Weichmetall geringer ist als beim Walzen von Hartmetall, kann ein Walzwerk 100 beim Walzen von Weichmetallen manchmal nur ölbasierte Kühlsysteme verwenden, wie in 2 dargestellt. Da nur ölbasierte Kühlsysteme verwendet werden, werden mit dem oberen Ölsprühstrahl 112 und dem unteren Ölsprühstrahl 116 ähnliche Ölmengen abgegeben. Das Wasserventil 136 kann ausgeschaltet sein.
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Wenn zusätzliche Kühlung erforderlich ist, kann die wasserbasierte Kühlung durch Einschalten des Wasserventils 136 eingeleitet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann das Öl vom unteren Ölsprühstrahl 116 zum oberen Ölsprühstrahl 112 umgeleitet werden, um die obere Arbeitswalze 102 zusätzlich zu kühlen, während die untere Arbeitswalze 104 sowohl durch ölbasierte als auch durch wasserbasierte Kühlung gekühlt wird.
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Ein Ölabfluss 142 und ein Wasserabfluss 144 können vom Ölabfluss 143 getrennt vorgesehen sein. Der Ölabfluss 142 sammelt gebrauchte Öl und leitet das gebrauchte Öl über einen Ölfilter zurück zur Ölversorgung 118. Der Wasserabfluss 144 sammelt gebrauchtes Wasser und leitet das Wasser durch einen Wasserfilter zurück zur Wasserversorgung 134. In einigen Fällen ist der Wassersprühstrahl 132 zur Mittellinie des Walzwerks auf der Ausgangsseite 126 gerichtet, um zu verhindern, dass sich Wasser mit dem unteren Ölsprühstrahl 116 von der der Eingangsseite 124 vermischt.
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In einigen Fällen wird ein gemeinsamer Abfluss (z.B. ein einzelner Abfluss oder mehrere Abflüsse, die zusammenfließen) verwendet, und es werden Filter- und Trennverfahren eingesetzt, um das Öl vom Wasser zu trennen. Das Wasser und Öl aus dem gemeinsamen Abfluss (z.B. Wasserabfluss 144 und Ölabfluss 142) kann in einem Wasser- und Ölabscheidebehälter 154 gesammelt werden. Da das Öl natürlich auf dem Wasser im Wasser- und Ölabscheidungstank 154 schwimmt, kann der Wasser- und Ölabscheidungstank 154 einen oberen Anschluss (z.B. einen Ölabsauganschluss 156), aus dem das Öl gesammelt und der Ölversorgung 118 zugeführt wird, und einen unteren Anschluss (z.B. einen Wasserabsauganschluss 158) umfassen, aus dem das Wasser gesammelt und der Wasserversorgung 134 zugeführt wird. Andere Mechanismen und Ausstattungen können verwendet werden, um das Öl vom Wasser zu trennen und zu der Ölversorgung 118 und zu der Wasserversorgung 134 zurückzuführen.
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3 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 300 zur Aufrüstung bzw. Modernisierung eines bestehenden Walzwerks. Ein bestehendes ölgekühltes Walzwerk wird mit Feld 302 bereitgestellt. Bei Feld 304 wird ein Wassersprühkopf in der Nähe der unteren Arbeitswalze installiert. Ebenfalls werden bei Feld 304 alle zusätzlichen Steuerungen und Einrichtungen installiert, die für den Betrieb des Wassersprühkopfes, wie hierin beschrieben, erforderlich sind.
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4 ist ein Flussdiagramm eines Prozesses 400 zur Aufrüstung eines bestehenden Walzwerks. Ein bestehendes wassergekühltes Walzwerk wird mit Feld 402 bereitgestellt. Bei Feld 404 wird der Wassersprühkopf in der Nähe der oberen Arbeitswalze entfernt. Bei Feld 406 wird ein oberer Ölsprühkopf in der Nähe der oberen Arbeitswalze und ein unterer Ölsprühkopf in der Nähe der unteren Arbeitswalze installiert. Ebenfalls werden bei Feld 406 alle zusätzlichen Steuerungen und Ausrüstungen installiert, die zum Betreiben des oberen Ölsprühkopfes und des unteren Ölsprühkopfes, wie hierin beschrieben, erforderlich sind.
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5 ist eine schematische Draufsicht auf ein Metallband 502, das gemäß bestimmten Aspekten der vorliegenden Offenbarung gewalzt wird. Das Metallband 502 durchläuft eine untere Arbeitswalze (nicht sichtbar) und eine obere Arbeitswalze 506. Die obere Arbeitswalze wird von einer oberen Stützwalze 508 getragen. Ein oberer Ölsprühstrahl 504 ist benachbart der oberen Arbeitswalze 506 und ein unterer Ölsprühkopf (nicht sichtbar) ist benachbart der unteren Arbeitswalze angeordnet, um Öl auf die Arbeitswalzen zu sprühen, um sie zu schmieren und zu kühlen. Ein Wassersprühkopf 510 ist unter dem Band 502 und benachbart der unteren Arbeitswalze angeordnet, um Wasser auf die untere Arbeitswalze zu sprühen.
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Ein Planheitsmesssystem 514 kann benachbart des Bandes 502 angeordnet werden. Das Planheitsmesssystem 514 kann an einer Stelle nach den Arbeitswalzen angeordnet werden (z.B. nachdem das Band 502 von den Arbeitswalzen gewalzt wurde). Das Planheitsmesssystem 514 kann mit der Steuerung 518 gekoppelt werden, um Messsignale bereitzustellen, die die Planheitheit des Bandes 502 anzeigen. Basierend auf diesen Signalen kann eine Steuerung 518 (z.B. eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC), digitale Signalprozessoren (DSP), digitale Signalverarbeitungsvorrichtungen (DSPD), programmierbare Logikvorrichtungen (PLD), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGA), Prozessoren, Mikrosteuerungen, Mikroprozessoren, andere elektronische Einheiten, die zur Ausführung der hierin beschriebenen Funktionen vorgesehen sind, und/oder eine Kombination davon) die Kühlung der oberen und/oder unteren Arbeitswalzen steuern, um eine gewünschte Planheitheit (z.B. laterale Planheitheit) des Bandes 502 zu erreichen.
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Das Planheitsmesssystem 514 kann einen oder mehrere Sensoren 516a - 516k (z.B. interne Wandler oder Druckmesser einer Planheitsmesswalze) umfassen, die die Planheit des Bandes 502 über eine oder mehrere laterale Zonen 520a-520k des Bandes 502 erfassen. Wenngleich in 5 elf Sensoren und laterale Zonen dargestellt sind, können beliebig viele Sensoren und laterale Zonen verwendet werden. In einigen Fällen ist die Anzahl der lateralen Zonen gleich der Anzahl der Sensoren. Wenngleich eine Planheitsmesswalze als spezielles Planheitsmesssystem 514 dargestellt ist, kann jedes geeignete Planheitsmessgerät verwendet werden.
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In einigen Fällen verwendet die Steuerung 518 Messsignale des Planheitsmesssystems 514, um die Steuerung der Planheit durch andere Mechanismen als die Kühlung der Arbeitswalzen vorzusehen.
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In einigen Fällen verwendet die Steuerung 518 Messsignale des Planheitsmesssystems 514, um eine Planheitskontrolle durch selektives stärkeres Kühlen bestimmter lateraler Teile der Arbeitswalzen als anderer Teile zu ermöglichen. Eine solche kontrollierte Kühlung kann die Steuerung des Öls umfassen, das auf eine oder beide Arbeitswalzen gesprüht wird (z.B. Öl aus dem oberen Ölsprühlkopf 504), die Steuerung des Wassers, das auf die untere Arbeitswalze gesprüht wird, oder eine beliebige Kombination davon. Wenn beispielsweise eine Planheitsmessung erhalten wird, die eine unerwünschte Planheit in einer bestimmten lateralen Zone (z.B. der lateralen Zone 520e) anzeigt, kann die Steuerung 518 Signale senden, um die Kühlung des jeweiligen lateralen Teils bzw. der jeweiligen lateralen Teile einer oder beider Arbeitswalzen zu verringern, so dass sich die Arbeitswalze(n) an dieser lateralen Position proportional leicht expandieren kann (können).
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Die kontrollierte Kühlung unter Verwendung des Wassersprühkopfs 510 kann durch einen Wassersprühkopf 510 mit mehreren einzeln steuerbaren Düsen 512a-512k erfolgen, die lateral mit Abstand über dem Wassersprühkopf 510 angeordnet sind. Da die Düsen 512a-512k lateral voneinander beabstandet sind, sind sie daher lateral über eine Breite der unteren Arbeitswalze angeordnet. Wenngleich in 5 elf Düsen 512a-512k dargestellt sind, kann eine beliebige Anzahl von Düsen verwendet werden. In einigen Fällen ist jede Düse 512a-512k einer jeweiligen lateralen Zone 520a-520k und damit einem entsprechenden Sensor 516a-516k des Planheitsmesssystems 514 zugeordnet. Jede Düse 512a-512k kann basierend auf den Steuersignalen der Steuerung 518 gesteuert werden (z.B. zur Verringerung oder Erhöhung des Wasserdurchflusses). Daher können Messungen von einem bestimmten Sensor 516a-516k von der Steuerung 518 genutzt werden, um die Wasserdurchflussmenge der jeweiligen Düsen 512a-512k zu steuern und so die Menge der Kühlung zu steuern, die auf bestimmte laterale Segmente der unteren Arbeitswalze angewendet wird.
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Kontrollierte Kühlung mit Ölsprühköpfen kann ebenfalls durch einen Ölsprühkopf (z.B. oberer Ölkopf 504) mit einer Vielzahl von einzeln steuerbaren Düsen erfolgen, durch die das Öl gesprüht wird. Steuersignale der Steuerung 518, basierend auf den Messsignalen des Planheitsmesssystems 514, können steuern wieviel Öl aus jeder der einzeln steuerbaren Düsen austritt. Jede einzeln steuerbare Düse kann einer jeweiligen lateralen Zone 520a-520k des Bandes 502 zugeordnet werden. Ein oder beide Ölsprühköpfe können so gesteuert werden.
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In einigen Fällen wird eine Kombination aus ölbasierter und wasserbasierter Kühlung von der Steuerung 518 basierend auf Messsignalen des Planheitsmesssystems 514 gesteuert.
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In einigen Fällen kann die wasserbasierte Kühlung verwendet werden, um einen Großteil der Wärme von der unteren Arbeitswalze gleichmäßig abzuleiten, während die ölbasierte Kühlung verwendet wird, um eine kontrollierbare Kühlung der unteren Arbeitswalze, basierend auf Rückmeldungen aus dem Planheitsmesssystem, bereitzustellen.
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6 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren 600 zum Kühlen von Arbeitswalzen eines Walzwerks darstellt. Das Verfahren 600 kann erfolgen während ein Metallband von Arbeitswalzen gewalzt wird. Bei Feld 602 kann Öl auf die obere Arbeitswalze gesprüht werden, um die Walze zu kühlen. Bei Feld 604 kann Öl auf die untere Arbeitswalze gesprüht werden, um die Walze zu kühlen. Bei Feld 606 kann Wasser auf die untere Arbeitswalze gesprüht werden, um die Walze zu kühlen. In einigen Fällen kann die Temperatur der unteren Arbeitswalze überwacht oder vorhergesagt werden, und basierend auf dem Ausmaß in dem das Wasser, das während des Felds 606 gesprüht wird, der unteren Arbeitswalze Wärme entzieht, kann die Menge des auf die untere Arbeitswalze bei Feld 604 gesprühten Öls reduziert werden. In einigen Fällen kann bei dem optionalen Feld 608 Öl, das nicht mehr auf die untere Arbeitswalze bei Feld 604 gesprüht wurde, von dort in den oberen Ölsprühstrahl bei Block 602 umgeleitet werden.
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Beim optionalen Feld 610 kann die Planheit des zu walzenden Bandes gemessen werden. Basierend auf dieser Messung kann die laterale gesteuerte Kühlung der Arbeitswalze(n) (z.B. untere Arbeitswalze, obere Arbeitswalze oder eine Kombination davon) beim Feld 612 durchgeführt werden. Laterale gesteuerte Kühlung kann das Erhöhen oder Verringern einer beliebigen Kombination von Öl, das auf die obere Arbeitswalze bei Feld 602, Öl, das auf die untere Arbeitswalze bei Feld 604 und Wasser, das auf die untere Arbeitswalze bei Feld 606 aufgebracht wird, umfassen.
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Mit den hierin beschriebenen Konzepten kann eine obere Arbeitswalze 102 ohne Investitionen in die Pumpleistung mit deutlich mehr Öl gekühlt werden, als dies bei herkömmlichen ölgekühlten Walzwerken der Fall ist, da das meiste Öl vom unteren Ölsprühstrahl 116 zum oberen Ölsprühstrahl 112 umgeleitet wird. Vorteilhaft ist, dass die obere Arbeitswalze 102 durch das zusätzliche Ölvolumen, das darauf gesprüht wird, viel kühler bleibt, während die untere Arbeitswalze 104 durch Wasserkühlung oder eine Kombination aus Öl- und Wasserkühlung gekühlt wird.
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Darüber hinaus können Arbeitswalzen (z.B. obere Arbeitswalze 102 und untere Arbeitswalze 104) ohne Ausstattung oder Verfahren zum speziellen Mischen von Öl und Wasser zu einer bestimmten Emulsion oder mechanischen Dispersion ausreichend und effizient gekühlt werden. Stattdessen können in einigen Aspekten leicht zu trennendes Öl und Wasser bei Bedarf einzeln der unteren Arbeitswalze zugeführt werden.
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Das hybride öl- und wassergekühlte Walzwerk, wie hierin beschrieben, kann eine Möglichkeit bieten, um die Produktivität bestehender Walzwerke zu verbessern und zu steigern. Ein bestehendes ölgekühltes Walzwerk kann aufgerüstet werden, um eine verbesserte Planheit und ein geringeres Brandrisiko bei niedrigeren Kosten zu erreichen als ein vollständiger Umbau in ein wassergekühltes Walzwerk. Das Hybridwalzwerk, wie hierin beschrieben, kann die Kühlung dynamisch anpassen, von der reinen ölbasierten Kühlung bis hin zur vollständigen oder fast vollständigen wasserbasierten Kühlung auf der unteren Arbeitswalze 104 und der Umleitung des gesamten oder fast gesamten Öls zur Kühlung der oberen Arbeitswalze 102. Das hierin beschriebene Hybridwalzwerk kann eine hervorragende Planheitsregelung bieten, kann schnelle Walzgeschwindigkeiten ermöglichen, kann hohe Reduzierungen bei jedem Durchgang ermöglichen, kann die Anzahl der Durchgänge reduzieren, die erforderlich sind, um die Solldicke zu erreichen, und kann mit zu niedrigeren Kosten betrieben werden.
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Einzelne Ausführungsformen können als Prozesse beschrieben werden, die als Flowcharts, Flussdiagramme, Datenflussdiagramme, Strukturdiagramme oder Blockdiagramme dargestellt werden. Obwohl ein Flussdiagramm Vorgänge als sequentiellen Prozess beschreiben kann, können viele der Vorgänge parallel oder gleichzeitig ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die Reihenfolge der Vorgänge neu geordnet werden. Ein Prozess wird abgebrochen, wenn seine Vorgänge abgeschlossen sind, könnte aber zusätzliche Schritte enthalten, die nicht in einer Figur enthalten sind.
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Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen, einschließlich der veranschaulichten Ausführungsformen, wurde nur zur Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt und soll nicht erschöpfend sein oder eine auf die konkret offenbarten Formen begrenzt sein. Zahlreiche Modifikationen, Anpassungen und Anwendungen davon werden für den Fachmann ersichtlich sein.
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Wie im Folgenden verwendet, ist jede Bezugnahme auf eine Reihe von Beispielen als Bezugnahme auf jedes einzelne dieser Beispiele zu verstehen (z.B. „Beispiele 1-4“ ist als „Beispiele 1, 2, 3 oder 4“ zu verstehen).
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Beispiel 1 ist ein Hybridkühlsystem für ein Walzwerk, das einen oberen Ölsprühkopf in der Nähe einer oberen Arbeitswalze, einen unteren Ölsprühkopf in der Nähe einer unteren Arbeitswalze und einen Wassersprühkopf in der Nähe der unteren Arbeitswalze umfasst.
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Beispiel 2 ist das System von Beispiel 1, weiterhin umfassend eine Ölzufuhr in Fluidverbindung mit dem oberen Ölsprühkopf und dem unteren Ölsprühkopf; und ein Ventil, das in Reihe zwischen dem unteren Ölsprühkopf und der Ölzufuhr angeordnet ist, worin das Ventil betätigbar ist, um Öl von dem unteren Ölsprühkopf auf den oberen Ölsprühkopf umzuleiten.
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Beispiel 3 ist das System der Beispiele 1 oder 2, wobei sich der Wassersprühkopf in der Nähe einer Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze befindet.
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Beispiel 4 ist das System der Beispiele 1-3, weiterhin umfassend einen Abfluss, der so angeordnet ist, dass er gesprühtes Öl und Wasser sammelt; und einen Wasser- und Ölabscheidungstank, der mit dem gemeinsamen Abfluss gekoppelt ist und eine mit dem Wassersprühkopf gekoppelte Wasserabsaugöffnung und eine mit dem oberen Ölsprühkopf und dem unteren Ölsprühkopf gekoppelte Ölabsaugöffnung aufweist.
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Beispiel 5 ist das System der Beispiele 1-4, das weiterhin umfassend ein Planheitsmesssystem; und eine Steuerung, die mit dem Planheitsmesssystem und mit einer Vielzahl von einzeln steuerbaren Düsen gekoppelt ist, wobei sich die Vielzahl von einzeln steuerbaren Düsen auf dem oberen Ölsprühkopf, dem unteren Ölsprühkopf oder dem Wassersprühkopf befindet.
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Beispiel 6 ist das System der Beispiele 1-5, weiterhin umfassend einen Wischer, der in der Nähe der unteren Arbeitswalze angeordnet ist, um Wasser von der unteren Arbeitswalze zu entfernen.
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Beispiel 7 betrifft die Aufrüstung eines Walzwerk-Kühlsystems, umfassend das Bereitstellen eines ölbasierten Kühlsystems mit einem oberen Ölsprühkopf in der Nähe einer oberen Arbeitswalze und einem unteren Ölsprühkopf in der Nähe einer unteren Arbeitswalze; und das Installieren eines Wassersprühkopfes in der Nähe der unteren Arbeitswalze.
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Beispiel 8 betrifft die Aufrüstung von Beispiel 7, worin die Installation des Wassersprühkopfes die Installation des Wassersprühkopfes in der Nähe einer Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze umfasst.
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Beispiel 9 betrifft die Aufrüstung der Beispiele 7 oder 8, weiterhin umfassend das Installieren eines Abstroms bzw. Abflusses, der so angeordnet ist, dass er Wasser und Öl von mindestens der unteren Arbeitswalze sammelt; das Koppeln eines Wasser- und Ölabscheidungstanks mit dem Abfluss; das Koppeln einer Wasserentnahmeöffnung des Wasser- und Ölabscheidungstanks mit dem Wassersprühkopf; und das Koppeln einer Ölabsaugöffnung des Wasser- und Ölabscheidungstanks mit dem unteren Ölsprühkopf.
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Beispiel 10 betrifft die Aufrüstung der Beispiele 7-9, weiterhin umfassend das Anordnen eines Planheitsmesssystems in der Nähe einer Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze; und das Koppeln einer Steuerung mit dem Planheitsmesssystem und mit einer Vielzahl von einzeln steuerbaren Düsen, wobei sich die Vielzahl von einzeln steuerbaren Düsen auf dem oberen Ölsprühkopf, dem unteren Ölsprühkopf oder dem Wassersprühkopf befindet.
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Beispiel 11 betrifft das Kühlen eines Walzwerks, umfassend das Anwenden eines oberen Ölsprühstrahls auf eine obere Arbeitswalze, das Anwenden eines unteren Ölsprühstrahls auf eine untere Arbeitswalze und das Anwenden eines Wassersprühstrahls auf die untere Arbeitswalze.
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Beispiel 12 betrifft das Kühlen des Beispiels 11, worin das Anwenden des Wassersprühstrahls das Anwenden des Wassersprühstrahls auf eine Ausgangsseite der unteren Arbeitswalze umfasst.
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Beispiel 13 betrifft das Kühlen der Beispiele 11 oder 12, weiterhin umfassend das Entfernen von Wasser von der unteren Arbeitswalze mit einem Wischer.
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Beispiel 14 betrifft das Kühlen der Beispiele 11-13, weiterhin umfassend das Umleiten von Öl vom unteren Ölsprühstrahl zum oberen Ölsprühstrahl.
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Beispiel 15 betrifft das Kühlen der Beispiele 11-14, weiterhin umfassend das Messen der Planheit eines Metallbandes, das unter Verwendung der oberen Arbeitswalze und der unteren Arbeitswalze gewalzt wurde, um Planheitsmessungen zu erhalten; und das Steuern der Planheit des Metallbandes unter Verwendung der Planheitsmessungen, worin das Steuern der Planheit des Metallbandes das Einstellen mindestens eines der oberen Ölsprühstrahle, der unteren Ölsprühstrahle oder der Wassersprühstrahle umfasst.
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Beispiel 16 betrifft das Kühlen von Beispiel 15, wobei das Messen der Planheit des Metallbandes das Erhalten einer individuellen Planheitsmessung für jede einer Vielzahl von lateralen Zonen umfasst, wobei jede der Vielzahl von lateralen Zonen einer jeweiligen Düse einer Vielzahl von lateralen beabstandeten Düsen entspricht, und wobei das Steuern der Planheit des Metallbandes das individuelle Steuern jeder der Vielzahl von lateralen beabstandeten Düsen basierend auf der jeweiligen individuellen Planheitsmessung umfasst.
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Beispiel 17 betrifft das Kühlen von Beispiel 16, bei dem der Wassersprühstrahl über die Vielzahl der lateral angeordneten Düsen austritt.
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Beispiel 18 betrifft das Kühlen des Beispiels 16, bei dem der untere Ölsprühstrahl über die Vielzahl der lateralen beabstandeten Düsen austritt.
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Beispiel 19 betrifft das Kühlen des Beispiels 18, worin das Anwenden des Wassersprühstrahls die gleichmäßige Wärmeableitung von der unteren Arbeitswalze über eine Breite der unteren Arbeitswalze umfasst.
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Beispiel 20 betrifft das Kühlen der Beispiele 11-19, wobei das Anwenden des Wassersprühstrahls und das Anwenden des Ölsprühstrahls zusammen das Ableiten von Wärme aus der unteren Walze umfassen, wobei das Anwenden des Wassersprühstrahls das Ableiten eines Großteils der Wärme umfasst, und wobei das Anwenden des unteren Ölsprühstrahls das Schmieren der unteren Arbeitswalze umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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