EP0608286B1 - Warmwalzverfahren und warmwalzwerk für metallband - Google Patents

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EP0608286B1
EP0608286B1 EP92921087A EP92921087A EP0608286B1 EP 0608286 B1 EP0608286 B1 EP 0608286B1 EP 92921087 A EP92921087 A EP 92921087A EP 92921087 A EP92921087 A EP 92921087A EP 0608286 B1 EP0608286 B1 EP 0608286B1
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EP
European Patent Office
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metal strip
cooling liquid
roll
roll gap
work rolls
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EP92921087A
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Waldemar Wolpert
Friedrich Heymann
Manfred MÖHLENKAMP
Günter Pietzko
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SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Schloemann Siemag AG
Schloemann Siemag AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices 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
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally

Definitions

  • a method for hot rolling metal strip in one or more passes is disclosed to the person skilled in the art in SU-A 1 227 275, it being on the inlet side and on the outlet side of the roll stand (s) together with their work rolls by spraying a cooling liquid in one cooling area extending over the entire width of the metal strip.
  • the spraying of a cooling liquid on the feed side takes place in such a way that the roller surfaces are cooled to a temperature below the boiling point of the cooling liquid immediately before the roll gap.
  • three differently arranged spray zones and thus cooling zones are provided on the inlet side of the roll strip into the roll gap on each work roll, all of which are separate from one another and each of these spray zones has to perform a specific function in itself.
  • the invention has for its object to provide a hot rolling process and a hot rolling mill for metal strip, with which it is possible to roll metal strips without surface defects caused by defects (peeling points or abrasion) occurring on the surfaces of the work rolls.
  • the invention is based on a process for hot rolling metal strip in one or more passes according to SU-A 1 227 275, which is the type of process.
  • the solution according to the invention consists in that the spraying of the cooling liquid on the inlet side takes place in such a way that it is carried out exclusively by a series of flat jet nozzles, the core jets of which first strike the jacket of the work rolls or in the roll gap for direct cooling and that at the same time that incoming metal strip is acted upon by the radiant heat of the metal strip with the same cooling liquid to protect the roller shells, the spraying of the cooling liquid being regulated so that the metal strip is only cooled in a very thin outer zone.
  • a hot rolling mill for metal strips consisting of one or more work rolls comprising rolling stands with the work rolls, at least on their inlet side, across the entire width of the metal strip to be rolled, assigned spray nozzles for a cooling liquid.
  • the solution according to the invention consists in that only one row of nozzles consisting of flat jet nozzles is arranged on the inlet side above and below the incoming metal strip, the spray nozzles of each row of nozzles with their core jets being primarily directed towards the jackets of the work rolls or all into the roll gap.
  • the cooling of work rolls in hot rolling mills is optimally used to keep the jackets of the work rolls at a temperature which is not critical for a deformation of the jackets.
  • coolant is not only applied specifically to the jackets of the work rolls, but also to the sides of the incoming warm metal strip facing the work rolls, the cooling liquid sprayed onto the metal strip protects the jackets of the work rolls from the radiant heat of the metal strip.
  • the cooling liquid preferably consists predominantly of water. Common lubricants can be added to the water.
  • the boiling point of the coolant thus depends on the type and composition of the coolant.
  • Such a coolant should be used, with which the surface temperature of the work rolls below a temperature of 90 ° C to 110 ° C is held.
  • the surface temperature should preferably be brought to and maintained at a value of ⁇ 75 ° C., in particular ⁇ 50 ° C.
  • the area to which cooling liquid is applied and which extends into the roll gap should have a maximum width of 800 mm, preferably less than 500 mm, in the rolling direction.
  • the cooling intensity of the sprayed-on cooling liquid is particularly great when the spray nozzles are directed with their core jets onto the jackets of the work rolls.
  • the cooling liquid primarily hits the jackets and is deflected into the roll gap and onto the metal strip.
  • favorable turbulence is generated for uniform cooling of the metal strip, so that no strips which are detrimental to the strip quality can form on the metal strip surfaces or can be avoided.
  • the roll stand has a lower and an upper work roll 1, 2 and supporting rolls 3, 4 supporting them.
  • An incoming warm metal strip 5, in particular steel strip, with a thickness D is reduced to a thickness d in this roll stand.
  • Spray nozzles 6, 7, 8, 9 for a cooling liquid are arranged on the inlet side of the metal strip 5 and on the outlet side over the entire width of the metal strip. While the outlet-side spray nozzles 8, 9 are directed towards the jackets of the work rolls 1, 2, the inlet-side spray nozzles 6, 7 are essentially directed towards or into the roll gap.
  • At least the inlet-side spray nozzles 6, 7 are designed as flat jet nozzles, the spray cones of which overlap in the edge regions with an angle ⁇ such that this alone results in a uniform Cooling across the width of the metal strip 5 is achieved. While the core jets 10 of the lower spray nozzles 6 are directed exactly into the roll gap, the core jets 11 of the spray nozzles 7 are deflected by an angle ⁇ with respect to the jet direction in the roll gap, so that they strike the jacket of the work roll 2 at an angle and here in the direction of Volume 5 are distracted.
  • This second setting of the core jets 11 is preferred because this leads to greater turbulence of the cooling liquid and the area covered by the spray cone with an opening angle ⁇ on the metal strip 5 has a smaller width a than the width a 'of the spray cone with the exactly in the roll gap directed core jets 10.
  • this second setting causes in particular a uniform cooling of the metal strip in the areas with the width a and a '.
  • the shells of the work rolls 1, 2 are assigned temperature sensors 12, 13. With them, the surface temperature of the jackets can be determined in order to adjust the temperature and volume of the coolant to be sprayed on in such a way that the jackets of the work rolls 1, 2 have a surface temperature at least immediately before the roll gap, which is below the boiling point of the cooling liquid. For this dimensioning, other influencing variables, such as the throughput speed of the metal strip 5 and possibly the surface temperature of the metal strip 5, can be taken into account, which can be determined by further sensors 14, 15.

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Description

  • Beim Warmwalzen von Metallband in einem aus einem oder mehreren Walzgerüsten bestehenden Walzwerk verformen sich die Arbeitswalzen infolge von Erwärmung in einem solchen Maß, daß mit ihnen ebene Bänder nicht mehr gewalzt werden können. Um dieser Verformung entgegenzuwirken, ist es aus der DE-C2 26 52 845 bekannt, die Arbeitswalzen durch direktes Aufsprühen von Kühlflüssigkeit auf deren Mäntel zu kühlen. Dieses Aufsprühen geschieht primär auf der Auslaufseite der Walzgerüste, wobei an den Arbeitswalzen, insbesondere auf der Zulaufseite der Gerüste wenn das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auch auf dieser Seite erfolgt, Abstreifer angestellt sind, die verhindern sollen, daß die Kühlflüssigkeit mit dem warmen einlaufenden Metallband in Berührung kommt.
  • Darüber hinaus ist es bekannt, sowohl auf der Zulaufseite als auch auf der Auslaufseite der Walzgerüste die Arbeitswalzen durch Aufsprühen von Kühlflüssigkeit ausschließlich und unmittelbar auf die Mäntel der Arbeitswalzen zu kühlen (EP-B1 0 191 199). In diesem Fall fehlen auf der Zulaufseite an die Arbeitswalzen angestellte Abstreifer, so daß die Kühlflüssigkeit durch die Walzendrehung in den Walzspalt und damit über die Breite des einlaufenden Metallbandes ungleichmäßig verteilt mit dem Metallband vor Eintritt in den Walzspalt in Kontakt gelangen kann. Dies führt aufgrund der nicht gesteuerten bzw. geregelten und damit nicht gleichmäßigen Abkühlung des Bandes über seine Breite zur Ausbildung unerwünschter Streifen (sogenannte "Kühlstreifen") auf den Metallbandoberflächen, die in jedem Fall aus Qualitätsgründen zu vermeiden sind. Zwar hat die Praxis gezeigt, daß es mit dieser Art der Walzenkühlung möglich ist, einer Verformung der Arbeitswalzen entgegenzuwirken; es treten jedoch an den Oberflächen der Arbeitswalzen auch bei Anwendung dieses Verfahrens nach wie vor Oberflächenfehler in Form von umlaufenden Fehlstellen (Abtragungen) auf, die wie die Ausbildung der Streifen ebenfalls nachteilig für die Oberflächenqualität der zu walzenden Metallbänder sind.
  • Schließlich ist noch bekannt, nicht nur die Mäntel der Arbeitswalzen, sondern auch das Band mit Kühlflüssigkeit zu beaufschlagen (EP-B1 0 138 503). Wie dabei die gleichzeitige Beaufschlagung des Metallbandes und der Arbeitswalzenoberflächen, insbesondere auf der Zulaufseite, im einzelnen verwirklicht werden soll, ist diesem vorbekannten Stand der Technik jedoch nicht zu entnehmen. Im Ausführungsbeispiel sind lediglich auf der Auslaufseite des Walzgerüstes den Arbeitswalzen Sprühdüsen zugeordnet.
  • Ferner wird dem Fachmann in der SU-A 1 227 275 ein Verfahren zum Warmwalzen von Metallband in einem oder mehreren Stichen offenbart, wobei es auf der Zulaufseite und auf der Auslaufseite des bzw. der Walzgerüste zusammen mit deren Arbeitswalzen durch Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit in einem sich über die gesamte Breite des Metallbandes erstreckenden Bereich gekühlt wird. Das Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit auf der Zulaufseite erfolgt dergestalt, daß die Walzenoberflächen unmittelbar vor dem Walzspalt auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit gekühlt werden. Dabei sind auf der Einlaufseite des Walzbandes in den Walzspalt an jeder Arbeitswalze drei unterschiedlich voneinander angeordnete Sprühzonen und damit Kühlzonen vorgesehen, die alle voneinander getrennt sind und jede dieser Sprühzonen für sich genommen eine bestimmte Funktion zu erfüllen hat. Dies erfordert eine komplizierte Anlagentechnik, da vorausgesetzt werden muß, daß eine separate Trennung der Kühlzonen nur mit Hilfe komplizierter mechanischer Teile bewirkt werden kann. Darüber hinaus ist die Regeltechnik äußerst kompliziert, wenn den einzelnen Sprühzonen die unterschiedlichen Kühlfunktionen zugedacht sein sollen. Schließlich ist eine starke Abkühlung der Walzgutoberfläche vor der Umformung im Walzspalt nachteilig, da unkontrollierte Rückwirkungen auf Walzkraft und sonstige Umformbedingungen zu befürchten sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Warmwalzverfahren und ein Warmwalzwerk für Metallband zu schaffen, mit dem es möglich ist, Metallbänder ohne durch auf den Oberflächen der Arbeitswalzen auftretende Fehler (Schälstellen bzw. Abtragungen) bedingte Oberflächenfehler zu walzen.
  • Bei der verfahrensmäßigen Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung von einem Verfahren zum Warmwalzen von Metallband in einem oder mehreren Stichen nach der die Verfahrensgattung bildenden SU-A 1 227 275 aus.
  • Die erfindungsgemäße Lösung besteht dabei darin, daß das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf der Zulaufseite dergestalt erfolgt, daß es ausschließlich durch eine Reihe von Flachstrahldüsen vorgenommen wird, deren Kernstrahlen zur direkten Kühlung primär zunächst auf den Mantel der Arbeitswalzen oder in den Walzspalt auftreffen und daß gleichzeitig das einlaufende Metallband mit der gleichen Kühlflüssigkeit zum Schutze der Walzenmäntel von der Strahlungswärme des Metallbandes beaufschlagt wird, wobei das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit so geregelt wird, daß das Metallband nur in einer sehr dünnen äußeren Zone gekühlt wird.
  • Vorrichtungsmäßig wird bei der Lösung dieser Aufgabe von einem Warmwalzwerk für Metallbänder aus einem oder mehreren Arbeitswalzen umfassenden Walzgerüsten ausgegangen mit den Arbeitswalzen mindestens auf deren Zulaufseite über die gesamte Breite des zu walzenden Metallbandes zugeordneten Sprühdüsen für eine Kühlflüssigkeit. Die erfindungsgemäße Lösung besteht dabei darin, daß auf der Zulaufseite oberhalb und unterhalb des einlaufenden Metallbandes nur eine aus Flachstrahldüsen bestehende Düsenreihe angeordnet ist, wobei die Sprühdüsen einer jeden Düsenreihe mit ihren Kernstrahlen primär alle auf die Mäntel der Arbeitswalzen oder alle in den Walzspalt gerichtet sind.
  • Mit der Erfindung wird die Kühlung von Arbeitswalzen in Warmwalzwerken optimal genutzt, um die Mäntel der Arbeitswalzen auf einer Temperatur zu halten, die für eine Verformung der Mäntel unkritisch ist. Da jedoch nicht nur die Mäntel der Arbeitswalzen gezielt mit Kühlflüssigkeit beaufschlagt werden, sondern auch die den Arbeitswalzen zugekehrten Seiten des einlaufenden warmen Metallbandes, schützt die auf das Metallband aufgesprühte Kühlflüssigkeit die Mäntel der Arbeitswalzen vor der Strahlungswärme des Metallbandes. Eine Wiedererwärmung der bereits abgekühlten Oberflächen der Arbeitswalzen kurz vor Eintritt in den Walzspalt, wie dies nach dem aus der DE-C2 26 52 845 bekannten Verfahren mit Abstreifern auf der Zulaufseite geschieht, findet damit nicht statt.
  • Da darüber hinaus das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf das Metallband auf einen unmittelbar vor dem Walzspalt befindlichen Bereich beschränkt wird, wird das Metallband auf beiden Seiten nur in einer sehr dünnen äußeren Zone abgekühlt, so daß dies für die anschließende Verformung zwischen den Arbeitswalzen unkritisch ist. Eine für den Walzschritt bzw. die Verformung nachteilige Abkühlung des Metallbandes über die Banddicke wird in jedem Fall vermieden.
  • Die Kühlflüssigkeit besteht vorzugsweise überwiegend aus Wasser. Dabei können dem Wasser übliche Schmiermittel zugesetzt sein. Die Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit hängt somit von der Art und Zusammensetzung der Kühlflüssigkeit ab. Es sollte eine solche Kühlflüssigkeit verwendet werden, mit der die Oberflächentemperatur der Arbeitswalzen unterhalb einer Temperatur von 90°C bis 110°C gehalten wird. Vorzugsweise sollte die Oberflächentemperatur auf einen Wert von < 75°C, insbesondere < 50°C gebracht und gehalten werden. Der mit Kühlflüssigkeit beaufschlagte, bis in den Walzspalt reichende Bereich sollte in Walzrichtung eine maximale Breite von 800 mm, vorzugsweise von weniger als 500 mm haben.
  • Die Kühlintensität der aufgesprühten Kühlflüssigkeit ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung dann besonders groß, wenn die Sprühdüsen mit ihren Kernstrahlen auf die Mäntel der Arbeitswalzen gerichtet sind. In diesem Falle trifft die Kühlflüssigkeit primär zunächst auf die Mäntel auf und wird in den Walzspalt und auf das Metallband abgelenkt. Dadurch werden für eine gleichmäßige Kühlung des Metallbandes günstige Turbulenzen erzeugt, so daß sich auf den Metallbandoberflächen keine für die Bandqualität nachteiligen Streifen ausbilden können bzw. diese vermieden werden.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, die schematisch in Seitenansicht einen Schnitt durch ein Walzgerüst eines Warmwalzwerkes zeigt.
  • Das Walzgerüst weist eine untere und eine obere Arbeitswalze 1, 2 sowie diese abstützende Stützwalzen 3, 4 auf. In diesem Walzgerüst wird ein einlaufendes warmes Metallband 5, insbesondere Stahlband, mit einer Dicke D auf eine Dicke d reduziert. Auf der Zulaufseite des Metallbandes 5 und auf der Auslaufseite sind über die gesamte Breite des Metallbandes verteilt Sprühdüsen 6, 7, 8, 9 für eine Kühlflüssigkeit angeordnet. Während die auslaufseitigen Sprühdüsen 8, 9 auf die Mäntel der Arbeitswalzen 1, 2 gerichtet sind, sind die zulaufseitigen Sprühdüsen 6, 7 im wesentlichen auf bzw. in den Walzspalt gerichtet.
  • Zumindest die zulaufseitigen Sprühdüsen 6, 7 sind als Flachstrahldüsen ausgebildet, deren Sprühkegel mit einem Winkel β in den Randbereichen derart überlappen, so daß schon dadurch eine gleichmäßige Kühlung über die Breite des Metallbandes 5 erreicht wird. Während die Kernstrahlen 10 der unteren Sprühdüsen 6 exakt in den Walzspalt gerichtet sind, sind die Kernstrahlen 11 der Sprühdüsen 7 gegenüber der Strahlrichtung in den Walzspalt um einen Winkel α abgelenkt, so daß sie schräg auf den Mantel der Arbeitswalze 2 treffen und hier in Richtung des Bandes 5 abgelenkt werden. Diese zweite Einstellung der Kernstrahlen 11 ist bevorzugt, weil es dadurch zu größeren Turbulenzen der Kühlflüssigkeit kommt und der vom Sprühkegel mit einem Öffnungswinkel β erfaßte Bereich auf dem Metallband 5 eine kleinere Breite a hat als die Breite a' des Sprühkegels mit den exakt in den Walzspalt gerichteten Kernstrahlen 10. Darüber hinaus bewirkt diese zweite Einstellung insbesondere eine gleichmäßige Kühlung des Metallbandes in den Bereichen mit der Breite a und a'.
  • Den Mänteln der Arbeitswalzen 1, 2 sind Temperaturfühler 12, 13 zugeordnet. Mit ihnen läßt sich die Oberflächentemperatur der Mäntel feststellen, um das aufzusprühende Kühlmittel bezüglich Temperatur und Volumen derart einzustellen, daß die Mäntel der Arbeitswalzen 1, 2 mindestens unmittelbar vor dem Walzspalt eine Temperatur an der Oberfläche haben, die unterhalb der Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit liegt. Für diese Bemessung können weitere Einflußgrößen, wie die Durchlaufgeschwindigkeit des Metallbandes 5 und gegebenenfalls die Oberflächentemperatur des Metallbandes 5 berücksichtigt werden, die durch weitere Fühler 14, 15 festgestellt werden können.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Warmwalzen von Metallband (5) in einem oder mehreren Stichen, wobei es auf der Zulaufseite und der Auslaufseite des bzw. der Walzgerüste zusammen mit deren Arbeitswalzen (1, 2) durch Aufsprühen einer Kühlflüssigkeit in einem sich über die gesamte Breite des Metallbandes (5) erstreckenden Bereich gekühlt wird, wobei das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf der Zulaufseite dergestalt erfolgt, daß die Walzenoberflächen unmittelbar vor dem Walzspalt auf eine Temperatur unterhalb der Siedetemperatur der Kühlflüssigkeit gekühlt werden,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit auf der Zulaufseite dergestalt erfolgt, daß es ausschließlich durch eine Reihe von Flachstrahldüsen (6, 7) vorgenommen wird, deren Kernstrahlen (10, 11) zur direkten Kühlung primär zunächst auf den Mantel der Arbeitswalzen (1, 2) oder in den Walzspalt auftreffen und daß gleichzeitig das einlaufende Metallband (5) mit der gleichen Kühlflüssigkeit zum Schutze der Walzenmäntel vor der Strahlungswärme des Metallbandes beaufschlagt wird, wobei das Aufsprühen der Kühlflüssigkeit so geregelt wird, daß das Metallband (5) nur in einer sehr dünnen äußeren Zone gekühlt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der bis in den Walzspalt reichende Kühlbereich auf dem Metallband (5) eine maximale Breite (a, a') von 800 mm, vorzugsweise weniger als 500 mm hat.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kühlflüssigkeit überwiegend aus Wasser besteht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Temperatur an der Oberfläche der Mäntel der Arbeitswalzen (1, 2) auf unter 110°C gebracht und gehalten wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Temperatur auf einem Wert unter 75°C, insbesondere unter 50°C gehalten wird.
  6. Warmwalzwerk für Metallbänder (5) aus einem oder mehreren Arbeitswalzen (1, 2) umfassenden Walzgerüsten mit den Arbeitswalzen (1, 2) mindestens auf deren Zulaufseite über die gesamte Breite des zu walzenden Metallbandes (5) zugeordneten Sprühdüsen (6, 7) für eine Kühlflüssigkeit zur Verwendung bei einem Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß auf der Zulaufseite oberhalb und unterhalb des einlaufenden Metallbandes (5) nur eine aus Flachstrahldüsen (6, 7) bestehende Düsenreihe angeordnet ist, wobei die Sprühdüsen (6, 7) einer jeden Düsenreihe mit ihren Kernstrahlen (10, 11) primär alle auf die Mäntel der Arbeitswalzen (1, 2) oder alle in den Walzspalt gerichtet sind.
  7. Warmwalzwerk nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sprühkegel der Sprühdüsen (6, 7) mit einem Öffnungswinkel (β) zugleich auf das Metallband (5) gerichtet ist.
  8. Warmwalzwerk nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Sprühkegel der Sprühdüsen (6, 7) einen solchen Winkel (β) aufweist, daß die maximale Breite (a, a') des Sprühbereichs vor dem Walzspalt auf dem Metallband (5) 800 mm, vorzugsweise weniger als 500 mm beträgt.
EP92921087A 1991-10-18 1992-10-08 Warmwalzverfahren und warmwalzwerk für metallband Expired - Lifetime EP0608286B1 (de)

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DE4134599A DE4134599C1 (de) 1991-10-18 1991-10-18
DE4134599 1991-10-18
PCT/EP1992/002314 WO1993007974A1 (de) 1991-10-18 1992-10-08 Warmwalzverfahren und warmwalzwerk für metallband

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EP0608286A1 EP0608286A1 (de) 1994-08-03
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EP (1) EP0608286B1 (de)
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DE (1) DE4134599C1 (de)
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