DE4430856C2 - Verfahren zur Reduzierung und Steuerung der Oberflächenverzunderung beim Warmwalzen von Flachprodukten, insbesondere Warmbändern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduzierung und Steuerung der Oberflächenverzunderung beim Warmwalzen von Flachprodukten, insbesondere Warmbändern, bei dem das durchlaufende Walzgut zwecks gleichzeitiger Abkühlung mit Wasser beaufschlagt wird.

Schon vor und während der Warmwalzverformung, im wesentlichen aber innerhalb der Abkühlstrecke bis zum Aufwickeln, bildet sich auf der Bandoberfläche von Stahl eine mehr oder weniger dicke Zunderschicht, die bei der Weiterbearbeitung durch den Abnehmer des Warmbandes stö­ rend in Erscheinung tritt. Sie muß daher üblicherweise durch eine anschließende Beizbehandlung entfernt werden.

Wird hingegen die Oberflächenverzunderung namentlich in der Abkühl­ phase nach einem Warmwalzvorgang weitgehend vermieden, so kann auf die umweltbelastende Beizbehandlung verzichtet oder diese doch wesentlich eingeschränkt werden, was sowohl Kosten spart als auch die anderenfalls in der Beize auftretenden Eisenverluste minimiert. Ein Warmbreitband, dessen Zunderschicht nur eine minimale Dicke aufweist und gegebenenfalls hinsichtlich ihrer Zusammensetzung in bestimmter Weise gesteuert ist, kann anschließend wesentlich besser verarbeitet, beispielsweise problemlos unmittelbar lackiert werden.

Es sind verschiedene Maßnahmen bekannt, um die Zunderbildung nach Verlassen des letzten Walzgerüstes auf der Abkühlstrecke bis zum Haspel, auf der die Temperatur des Walzgutes von etwa 1000°C bis etwa 500°C abnimmt, zu verringern. So ist vorgeschlagen worden, das Walzgut mit Inertgas - insbesondere Stickstoff - anzublasen und auf diese Weise gegenüber dem Sauerstoff der Luft abzuschirmen.

Es ist ferner bekannt, daß die Wasserabkühlung des Warmbandes die Zunderbildung beeinflußt. Bei dieser seit langem gebräuchlichen Abkühlung wird Wasser unter hohem Druck auf die Oberfläche des Warmbandes gespritzt, um zu verhindern, daß die spontane Verdampfung des Wassers an der Oberfläche des Warmbandes zur Ausbildung einer den Wärmeübergang behindernden Dampfschicht führt. Diese Art der Wasserbeaufschlagung ist zwangsläufig auf einen kleinen Teil der Abkühlstrecke beschränkt und kann allenfalls dort durch Verdrängung des Luftsauerstoffs die Zunderbildung beeinflussen. Vor allem aber hat die an der Oberfläche des um die 1000°C heißen Walzgutes gewis­ sermaßen explosionsartig stattfindende Verdampfung starke Turbulen­ zen zur Folge, welche große Mengen an Umgebungsluft an das Walzgut heranführen und auf diese Weise die Reaktion des Luftsauerstoffs mit dem Walzgut sogar begünstigen.

Letzteres ist auch dem in der DE 27 50 718 C2 vorgeschlagenen Abkühlungsverfahren und der zu seiner Durchführung benutzten Vorrichtung anzulasten. Denn der mit Hilfe einer Lavaldüse aus Wasser und Druckluft erzeugte, als Luft-Wasser-Nebel bezeichnete Sprühstrahl soll mit hoher Geschwindigkeit auf die Oberfläche beispielsweise eines heißen Walzproduktes treffen, was bedeutet, daß dabei zugleich immer wieder neuer Luftsauerstoff mit dieser reak­ tionsbereiten Oberfläche in Berührung kommt. Das infolge einer Wärmeschockwirkung vermeintlich eintretende Zerbröckeln der durch diese Berührung-entstehenden Zunderschicht ist jedenfalls gegenüber einer Vermeidung oder Verringerung der Zunderbildung nachteilig.

Deshalb sieht das aus der DE 40 36 043 A1 bekannte Verfahren zum Erreichen eingeschränkter Zunderbildung ein mehrteiliges Kühlaggre­ gat vor, welches wesentliche Teile der Abkühlstrecke einkapselt, um den Zutritt der Umgebungsluft weitgehend auszuschließen. Das Kühlaggregat weist durch Stau- und Abdichtungsvorrichtungen von Expansionsräumen getrennte Druckwasserbeaufschlagungsräume auf, in welche das Kühlwasser unter Druck eingeführt wird und mag sich zur Behandlung von Draht eignen, läßt sich aber - abgesehen von seinem komplizierten Aufbau - für Warmbreitband nicht einsetzen, weil sich derartiges Walzgut nicht so führen läßt, daß die zwangsläufig engen Toleranzen des Ein- und Durchtritts in bzw. durch das Druckkühl­ aggregat eingehalten werden könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 anzugeben, welches unter Beibehaltung der herkömmlichen Spritzwasserabkühlung die Zunderbildung zu steuern, namentlich zu verringern erlaubt.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß aus einem Teil des (zur gewünschten Abkühlung erforderlichen) Wassers durch mechanische Feinstzerstäubung ein Tröpfchen-Nebel erzeugt wird, mit dem die Oberflächen des Walzgutes umhüllt werden.

Das Walzgut wird also entlang eines bestimmten Abschnitts oder der gesamten Abkühl­ strecke vom Wassernebel vollflächig abgedeckt, so daß der Zutritt von Luftsauerstoff wirksam verhindert ist. Der Tröpfchen-Nebel umhüllt auch den Bereich der Wasserbeaufschlagung zu Abkühlzwecken, verhindert aber, daß der sich dort bildende Wasserdampf Luft "an­ saugt" und deren Sauerstoff an die Bandoberfläche führt. Soweit das Wasser des Nebels selbst verdampft, verhindert die geringe Tröpf­ chengröße die Entstehung unerwünschter Turbulenzen, und die im Bereich der Kühlwasserbeaufschlagung unerwünschte Bildung eines "Dampfpolsters" behindert die weitere Verdampfung, ohne den Ab­ schirmeffekt des Nebels nachteilig zu beeinflussen.

Auch wenn die Verdampfung der Kleinstwassertröpfchen an der Band­ oberfläche infolge der dabei eintretenden starken Volumenvergröße­ rung tendenziell eine Gasströmung erzeugt, die allseitig weg von der Bandoberfläche gerichtet ist, bleibt das Band von der Umgebungsluft abgeschirmt. Diese Abschirmwirkung wird unterstützt durch den band­ oberflächennahen Wärmeentzug durch die Kleinsttröpfchen-Verdampfung, welcher unmittelbar den exothermen Verzunderungsvorgang behindert, ihn quasi einfriert.

Von Bedeutung ist dabei die Tatsache, daß das Oxidationspotential des Wassers als auch des sich bildenden Wasserdampfes weit geringer ist als der Sauerstoffpartialdruck der Umgebungsluft. Die ober­ flächennahe einhüllende Verdampfungskühlung und die von der Ver­ dampfung ausgehende gerichtete Dampfströmung bewirkt eine Oxida­ tionsverarmung an der Bandoberfläche.

Für die Bildung des erfindungsgemäß eingesetzten Wassernebels eignen sich handelsübliche Zerstäuberdüsen, vorzugsweise jedoch solche Zer­ stäuberdüsen, in denen unter hohem Druck von beispielsweise 100 bar stehendes Wasser derart feinstzerstäubt wird, daß die Tröpfchengröße im Mittel zwischen 10 und 100 µ, namentlich bei etwa 65 µ liegt, wenn die Zerstäubung gegen Atmosphärendruck erfolgt. Dem Zerstäubungs­ wasser können Zusätze beigemischt werden, welche als Verdampfungs­ rückstände auf der Bandoberfläche zu einer oxidationshemmenden Haut führen. Solche Zusätze können beispielsweise aus Kalkmilch, aus Wasserglas oder auch aus Stärke bzw. anderen organischen Substanzen bestehen. Letztere ergeben kohlenstoffhaltige Rückstände, die bei ihrer Abscheidung auf der Walzgut-Oberfläche eine reduzierende Wirkung entfalten. Beim Einsatz derartiger Wasserzusätze ist deren verzunderungsbeeinträchtigende Wirkung mit ihren Einflüssen auf die Haftung und die Verträglichkeit mit einer - gleichwohl noch vorge­ sehenen - Beize zu optimieren.

Um die entlang der Abkühlstrecke auftretenden Strömungsvorgänge weiter zu beruhigen, ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß das Walzgut während des Einnebelns unterseitig und seitlich mittels einer halbschalenförmigen Abdeckung gegen die Umgebungsluft abgeschottet wird. Ferner kann mittels oberhalb des Walzgutes angeordneter Abdeckungen die von der Tröpfchen-Nebel- Verdampfung ausgelöste Dampfströmung beeinflußt werden. Solche Abdeckungen können aus Lichtgitterrosten bestehen, welche die Zugänglichkeit und Beobachtung des Warmbandes nicht einschränken; sie können sich auch auf bestimmte Abschnitte der Abkühlstrecke beschränken.

Schließlich sind vorzugsweise ein- und austrittsseitig der Abkühl­ strecke Wasservorhänge vorgesehen, welche das injektorartige Ein­ treten von Luft bzw. das Ausschwallen des Tröpfchen-Nebels verhin­ dern; beides wird von der hohen Vorschubgeschwindigkeit des aus­ laufenden Warmbandes angetrieben.

Generell erstreckt sich die "Nebel"-Zone über einen definierten Abschnitt oder die gesamte Länge der Abkühlstrecke, während die Spritzwasser-Beaufschlagung zur intensiven Abkühlung des Warmbandes nur einen relativ kurzen Abschnitt dieser Strecke - oder mehrere beabstandete relativ kurze Abschnitte - einnimmt. Wichtig ist, daß das Warmband unmittelbar nach Verlassen des letzten Walzgerüstes oder innerhalb einer relativ kurzen Zeit in den Tröpfchen-Nebel eintaucht und dieser auch im Bereich der Spritzwasser-Abkühlung aufrechterhalten bleibt. Die das Warmband einhüllende Nebel- Atmosphäre darf erst enden, wenn es so weit abgekühlt ist, daß praktisch keine weitere Zunderbildung mehr stattfindet.

Claims (5)

1. Verfahren zur Reduzierung und Steuerung der Oberflächenverzunde­ rung beim Warmwalzen von Flachprodukten, insbesondere Warmbändern, bei dem das durchlaufende Walzgut zwecks gleichzeitiger Abkühlung mit Wasser beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Teil des Wassers durch mecha­ nische Feinstzerstäubung ein Tröpfchen-Nebel erzeugt wird, mit dem die Oberflächen des Walzgutes umhüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wassernebel Zusätze beigemischt werden, welche sich auf der Oberfläche des Walzgutes absetzen und ggf. mit diesem reagieren bzw. reduzierend auf die Verzunderungs­ oxidation wirken.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Walzgut während der Einnebelung unterseitig und seitlich mittels einer halbschalenförmigen Abdeckung gegen die Umgebungsluft abgeschottet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels oberhalb des Walzgutes angeord­ neter Abdeckungen die von der Tröpfchen-Nebel-Verdampfung ausgelöste Dampfströmung beeinflußt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß mittels ein- und austrittsseitiger Wasservorhänge das injektorartige Eintreten von Luft bzw. das Aus­ schwallen des Tröpfchen-Nebels verhindert wird.