DE3704599A1 - Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von walzband - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur kuehlung von walzband

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DE3704599A1
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Paul Heinz Gollor
Paul Kreisel
Benedikt Kusch
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0233Spray nozzles, Nozzle headers; Spray systems

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Kühlung von warmem, bewegtem Walzband auf einem horizontalen Transportweg, insbesondere einem Rollgang, wobei flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise Wasser in Form von laminaren Wasservorhängen von oben und unten auf das Walzband aufgebracht wird.
Die Temperaturverteilung in Richtung der Breite des Walzbandes beim Warmwalzen ist nicht gleichmäßig, insbesondere ist die Temperatur an den Seitenrandabschnitten geringer als im Mittelabschnitt. Bei der Kühlung von Walzband nach bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird entweder mit oberhalb und unterhalb des Bandes angeordneten Kühlwasserstrahlen oder mit Kühlwasservorhängen gearbeitet. Kühlwasserstrahlen werden zumeist mittels Spritzrohren erzeugt, die mit Düsen zum Aufspritzen des Kühlwassers auf die Oberflächen versehen sind. Der Temperaturunterschied zwischen den Seitenabschnitten und dem Mittelabschnitt des Bandes wird dadurch weiter vergrößert, daß das Kühlwasser der oberen Spritzrohre zu beiden Seiten des Walzbandes herunterströmt und über die Breite gesehen somit das Walzband an den Seitenrandabschnitten stärker abgekühlt wird als im mittleren Abschnitt. Ferner ergibt sich aus dem Mechanismus der Wärmeleitung bei Wasserkühlung im Hochtemperaturbereich, daß die Seitenrandabschnitte stärker gekühlt werden als der Mittelabschnitt, da in den Randzonen die Wärme schneller abgeführt werden kann. Infolge der ungleichmäßigen Wärmeabfuhr kommt es zu erheblichen Abweichungen in den Werkstoffeigenschaften. Ferner können sich wellige Oberflächen mit Nachteilen bei der Weiterverarbeitung ergeben.
Nach einer aus der deutschen Patentschrift 32 30 866 bekannten Vorrichtung ist vorgesehen, daß derartige Spritzrohre in Breitenrichtung direkt über dem Walzband angeordnet sind und eine Länge haben, die im wesentlichen gleich der Breite des Walzbandes ist. Die Spritzrohre sind mit mehreren Düsen zum Aufspritzen von Kühlwasser auf Walzband bzw. Stahlblechtafeln versehen. Im Bereich der beiden Seitenränder sind Abschirmglieder bzw. Abschirmplatten zum Unterbrechen der Kühlwasserstrahlen angeordnet, deren Böden von der Mitte des Bandes aus nach unten geneigt sind, wobei die Abschirmplatten mittels einer Verschiebeeinrichtung aufeinander zu und voneinander weg in beiden Richtungen der auf dem Rollgang liegenden Stahlblechtafeln bewegbar sind. Mittels der verwendeten Abschirmplatten kann zwar der Kühlwasseraustritt in etwa an die Walzgutbreite angepaßt werden, eine Verringerung des Kühlwasserverbrauchs ist jedoch nicht gegeben. Ferner ist eine gezielte Abkühlung auf diese Weise nicht zu erreichen. Bei Einsatz von Düsen auftretende Verstopfungen durch Ablagerungen können bei vorgenannter Konstruktion nicht vermieden werden.
Vorrichtungen zur Erzeugung sogenannter Wasservorhänge gehören ebenfalls zum bekannten Stand der Technik. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der DE-PS 28 04 982 beschrieben, wobei die den Wasservorhang bildende Düse einen schlitzförmigen rechteckigen Querschnitt besitzt und zur Erzeugung eines bandkantenorientierten Wasservorhanges konstanter Breite und Dicke geeignet ist. Eine gezielte laminare Abkühlung aller zu walzenden Walzgutbreiten und -dicken sowie eine variable Anpassung an sich dynamisch ändernde Temperaturprofile zur Verhinderung der Bandkantenunterkühlung ist mittels dieser Vorrichtung nicht zu erreichen.
Aus der DE-OS 35 23 829 ist ebenfalls eine gattungsgleiche Kühleinrichtung zur Erzeugung von Wasservorhängen bekannt, allerdings wird wiederum nur ein Wasservorhang bzw. ein sogenanntes "Wasserblatt" konstanter Dicke und Breite mit den bereits aufgezeigten Nachteilen erzeugt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren vorzustellen und eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, unter Vermeidung eines überhöhten Kühlwasserverbrauches eine gezielte laminare Abkühlung aller zu walzenden Walzgutbreiten und -dicken zu erreichen. Insbesondere soll eine Unterkühlung der Bandkanten vermieden und eine durch den normalen Walzprozeß verursachte unterschiedliche Temperaturverteilung über Länge und Breite des Walzgutes ausgeglichen und eine bestimmte Endwalztemperatur oder Haspeltemperatur einstellbar sein, auch im Hinblick auf eine gezielte Gefügeumwandlung zur Verbesserung bestimmter Materialqualitäten.
Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die Wasservorhänge in Breite und Dicke stufenlos und unabhängig voneinander eingestellt werden. Auf diese Weise werden vorteilhaft ein oder mehrere laminare Wasservorhänge zur gleichmäßigen, gezielten und intensiven Kühlung von Walzgut gebildet, unter Vermeidung von Randunterkühlung, bei reduziertem Wasserbedarf und zum Zwecke der Erreichung einer gezielt verbesserten Materialqualität. Unter Verwendung von Wasservorhängen kann vorteilhaft auf Ventile verzichtet werden, wodurch eine besonders hohe Betriebssicherheit durch Einsatz einfachster Technik gewährleistet werden kann.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Breite der Wasservorhänge geringer als die Walzbandbreite eingestellt wird, wobei vorzugsweise die nicht mit Kühlwasser beaufschlagten Randstreifen in etwa der dreifachen Dicke des Walzbandes entsprechen. Auf diese Weise kann in der Praxis eine Bandkantenunterkühlung wirksam verhindert werden.
Ferner wird vorteilhaft die Höhe der Wasservorhänge zur einfachen Beeinflussung der Kühlintensität erändert.
Mit Vorteil kommt das Verfahren als Zwischengerüst- Kühlung zur Anwendung, da entsprechende Kühlvorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung wegen geringen Platzbedarfs in bestehende Walzstraßen mit vorgegebenen Gerüstabständen besonders einfach auch nachträglich integriert werden können. Die Kühlung erfolgt jeweils hinter den einzelnen Gerüsten in gleichem Maße (oder in einem bestimmten Verhältnis) von oben und unten auf das Walzgut. Der sich auf dem Walzgut bildende Wasserfilm wird zweckmäßigerweise am Ende der vorgegebenen Kühlstrecke mittels seitlich angeordneter Wasserstrahlen vom Walzgut hinuntergeblasen, um zu verhindern, daß bei der Zwischengerüst-Kühlung Kühlwasser in das nachfolgende Gerüst einläuft. Bei Einsatz des Schlingenhebers verhindert dieser das Weiterlaufen des Kühlwasserfilms in das nachfolgende Gerüst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Kühlung von warmem, bewegtem Walzband sieht zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß ober- und unterhalb des Walzbandes Wasserkästen angeordnet sind, die im Bodenbereich schlitzförmige Öffnungen zum Austritt der laminaren Kühlwasservorhänge aufweisen, die in Breite und Dicke stufenlos und unabhängig voneinander verstellbar sind. Die Einrichtung ermöglicht auf einfache Weise, die Breite und Dicke des Kühlwasser- Vorhanges während des Walzens unabhängig voneinander den Erfordernissen entsprechend einzustellen und dadurch die Wassermenge für ein gezieltes Abkühlen des Walzgutes einzusetzen und mengenmäßig zu begrenzen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorteilhaft oberhalb der schlitzförmigen Öffnungen eine Schlitzplatte mit zumindest einem v-förmigen Ausschnitt (für einen Wasservorhang) angeordnet und durch einen Antrieb in oder entgegen der Walzrichtung verschiebbar ausgebildet, wobei sich ferner oberhalb oder unterhalb der Schlitzplatte quer zur Walzrichtung fest angeordnete Leisten sowie parallel dazu in oder entgegen der Walzrichtung bewegliche Verschiebeleisten mit jeweils dazwischen gebildeten Spalten befinden. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausführung wird eine sehr einfache, preiswerte Konstruktion vorgestellt, die auch ein leichtes Auswechseln von Verschleißteilen gestattet.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung sieht vor, daß als Antriebe für die Schlitzplatte und die Verschiebeleisten z. B. gesteuerte Hydraulikzylinder außerhalb der Wasserkästen angeordnet sind, die vorzugsweise über Gestänge und Exzenter mit der Schlitzplatte bzw. den verschiebbaren Leisten technisch funktionell verbunden sind. Hierbei handelt es sich um im Antriebsbereich bewährte Konstruktionselemente, die besonders funktionssicher und einfach handhabbar sind. Darüberhinaus sind aber auch andere technische Lösungen möglich.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind mit Vorteil die Schlitze für den Austritt der Kühlwasservorhänge in einer Vertikalebene oder in einem bestimmten Winkel zur Vertikalebene quer zur Bandlaufrichtung ausgerichtet. Eine derartige Anordnung gestattet eine besonders schmale Bauweise der Wasserkästen und eignet sich daher besonders für die Zwischengerüstkühlung. Es kann dabei besonders sinnvoll sein, wenn an den Längsseiten der schlitzförmigen Öffnungen parallele, vorzugsweise winklig anstellbare Führungsplatten angebracht sind. Dadurch können die Wasservorhänge in Bandlaufrichtung geneigt werden, so daß sie eine Geschwindigkeitskomponente in Walzrichtung zur Verbesserung der laminaren Strömungseigenschaften erhalten.
Besonders zweckmäßig sind die Schlitze breiter als die maximale Breite des Walzbandes ausgebildet. Hierdurch wird dem bei Wasservorhängen auftretenden physikalischen Effekt Rechnung getragen, daß sich vom Kühlwasseraustritt bis zum Auftreffen auf dem Walzband die Wasservorhänge der Breite nach einschnüren, in den Randzonen aber gleichzeitig dicker werden.
Zweckmäßigerweise ist der Kühlwasserdruck in den Wasserkästen veränderbar. Ein spezielles System zur Veränderung der Wasser-Überlaufhöhe in den Wasserkästen dient dabei zur Regulierung des Wasserdruckes am Austrittsspalt. Vorzugsweise herrscht am Kühlwasseraustritt ein Druck im Bereich von 0,2- 0,5 bar. über 0,5 bar entstehen im allgemeinen Turbulenzen, so daß kein Laminar-Vorhang erreicht wird. Unterhalb von 0,1 bar reißt der Vorhang ab.
Mit Vorteil sind nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung die Wasserkästen schwenkbar ausgebildet, und angeordnet. Mit dieser Maßnahme wird ein Walzenwechsel sowie der Zugang zum Kühlschacht stark erleichtert.
Darüberhinaus ist auch vorgesehen, daß zur Kühlung von Walzband nach dem letzten Walzvorgang eine Anzahl Kühlkästen als Kühlstrecke hinter dem letzten Walzgerüst angeordnet sind. Dabei können beispielsweise mehrere Kühlkästen kombiniert und mit einer Rahmenkonstruktion verbunden sein. Hierdurch ist es möglich, durch Zusammenschluß mehrerer Kühleinrichtungen bzw. eine entsprechende Unterteilung einzelner Kästen beliebig viele Kühlabschnitte bzw. Wasservorhänge zu bilden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Erläuterung eines in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles:
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei Kühlwasserkästen oberhalb und unterhalb des Walzbandes als Zwischengerüst-Kühlung,
Fig. 2 geschnittene Seitenansicht eines Wasserkästens mit zwei Wasservorhängen,
Fig. 3 der erfindungsgemäße Wasserkasten im Horizontalschnitt oberhalb der Verschiebeleisten.
Gemäß Fig. 1 sind zwischen den Walzgerüsten (1, 2) zwei Wasserkästen (3, 4) unter- und oberhalb des sich in Walzrichtung (5) bewegenden Walzbandes (6) angeordnet. Die Wasserkästen (3, 4) werden über Zulaufleitungen mit Kühlwasser (7, 8) versorgt. In den Bodenbereichen der Kühlwasserkästen (3, 4) sind in Breite und Dicke verstellbare schlitzförmige Öffnungen vorgesehen, aus denen laminare Wasservorhänge (10, 11; 12, 13) jeweils von unten und von oben auf das zu kühlende Walzband (6) auftreffen.
Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Bodenbereich des oberen Wasserkastens (3) mit den austretenden Wasservorhängen (10, 11). Im Bodenbereich des Wasserkastens (3) sind zwei sich in Richtung der Walzbandbreite und diese überdeckende schlitzförmige Öffnungen (20, 21) vorgesehen, die gleich oder dicker als die gewünschte maximale Dicke der Wasservorhänge (10, 11) sein müssen. Oberhalb der schlitzförmigen Öffnungen (20, 21) liegt eine Schlitzplatte (23) mit zwei v-förmigen Schlitzen (24, 25), die in oder entgegen der Walzrichtung (5) verschiebbar ausgebildet ist. Oberhalb der Schlitzplatte (23) befinden sich zwei quer zur Walzrichtung fest angeordnete Leisten (30, 31) sowie zwei parallele Verschiebeleisten (32, 33). Die Verschiebeleisten (32, 33) sind gegenüber den fest angeordneten Leisten (30, 31) beweglich und bilden dazwischen die Spalten (34, 35), mittels derer die Dicken (36, 37) der Wasservorhänge (10, 11) verstellbar sind.
Die Horizontalbewegung der Schlitzplatte (23) sowie der Verschiebeleisten (32, 33) in oder entgegen der Walzrichtung (5) geschieht über Hydraulikzylinder (40, 41), deren Hubbewegung über Gestänge und Exzenter (42, 43) in die gewünschte Bewegungsrichtung umgesetzt wird. Die Hydraulikzylinder (40, 41) sind dabei zweckmäßigerweise außerhalb des Wasserkastens (3) angeordnet. Der unterhalb des Walzbandes angeordnete Wasserkasten (nicht dargestellt, vgl. aber Fig. 1, Ziffer 4) ist in gleicher Weise aufgebaut.
Der Horizontalschnitt durch den Wasserkasten (3) gemäß Fig. 3 zeigt im wesentlichen die Schlitzplatte (23) mit deren v-förmigen Schlitzen (24, 25), die in und entgegen der Walzrichtung (5) verschiebbar sind. Auf diese Weise werden die Schlitzbreiten (26, 27) verstellt, wobei die Kühlwasservorhänge (10, 11) entsprechend den freibleibenden Öffnungen (28, 29) an die Breite des Walzbandes bzw. einzustellende spezielle Abkühlbedingungen auf einfache Weise angepaßt werden können. Die Dicken (36, 37) der Wasservorhänge (10, 11) können gleichzeitig stufenlos und unabhängig von der Breitenverstellung durch Bewegung der Verschiebeleisten (32, 33) verändert werden.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind nicht auf das in den Zeichnungsfiguren dargestellte bzw. beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann ein Wasserkasten auch in beliebig anderer Weise so ausgebildet werden, daß ein oder mehrere Wasservorhänge gebildet werden, die in Dicke und Breite stufenlos verstellbar sind. Die jeweilige konstruktive Ausgestaltung ist dem Fachmann anheimgestellt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Kühlung von warmem, bewegtem Walzband auf einem horizontalen Transportweg, insbesondere einem Rollgang, wobei flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise Wasser in Form von laminaren Wasservorhängen von oben und unten auf das Walzband aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasservorhänge in Breite und Dicke stufenlos und unabhängig voneinander eingestellt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Wasservorhänge geringer als die Walzbandbreite eingestellt wird, wobei vorzugsweise die nicht mit Kühlwasser beaufschlagten Randstreifen in etwa der dreifachen Dicke des Walzbandes entsprechen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Wasservorhänge verändert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es als Zwischengerüst- Kühlung zur Anwendung kommt.
5. Vorrichtung zur Kühlung von warmem, bewegtem Walzband auf einem horizontalen Transportweg, insbesondere einem Rollgang, wobei flüssiges Kühlmittel, vorzugsweise Wasser in Form von laminaren Wasservorhängen von oben und unten auf das Walzband aufgebracht wird, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ober- und unterhalb des Walzbandes (6) Wasserkästen (3, 4) angeordnet sind, die im Bodenbereich schlitzförmige Öffnungen (20, 21) zum Austritt der laminaren Kühlwasservorhänge (10, 11) aufweisen, die in Breite (26, 27) und Dicke (36, 37) stufenlos und unabhängig voneinander verstellbar sind.
6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der schlitzförmigen Öffnungen (20, 21) eine Schlitzplatte (23) mit zumindest einem v-förmigen Ausschnitt (24, 25) angeordnet und durch einen Antrieb in oder entgegen der Walzrichtung (5) verschiebbar ausgebildet ist, wobei sich ferner oberhalb oder unterhalb der Schlitzplatte (23) quer zur Walzrichtung (5) fest angeordnete Leisten (30, 31) sowie parallel dazu in oder entgegen der Walzrichtung (5) bewegliche Verschiebeleisten (32, 33) mit jeweils dazwischen gebildeten Spalten (34, 35) befinden.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Antriebe für die Schlitzplatte (23) und die Verschiebeleisten (32, 33) gesteuerte Hydraulikzylinder (40, 41) außerhalb der Wasserkästen (3, 4) angeordnet sind, die vorzugsweise über Gestänge und Exzenter (42, 43) mit der Schlitzplatte (23) bzw. den verschiebbaren Leisten (32, 33) technisch funktionell verbunden sind.
8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (20, 21) für den Austritt der Kühlwasservorhänge (10, 11) in einer Vertikalebene oder in einem bestimmten Winkel zur Vertikalebene quer zur Bandlaufrichtung (5) ausgerichtet sind.
9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an den Längsseiten der schlitzförmigen Öffnungen (20, 21) parallele, vorzugsweise winklig anstellbare Führungsplatten angebracht sind.
10. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (20, 21) breiter als die maximale Breite des Walzbandes (6) ausgebildet sind.
11. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasserdruck in den Wasserkästen (3, 4) veränderbar ist.
12. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserkästen (3, 4) schwenkbar ausgebildet und angeordnet sind.
13. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung von Walzband nach dem letzten Walzvorgang eine Anzahl Kühlkästen als Kühlstrecke hinter dem letzten Walzgerüst kombiniert angeordnet sind.
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