EP1456421B1 - Verfahren und einrichtung zum kontrollierten richten und kühlen von aus einem warmband-walzwerk auslaufendem, breitem metallband, insbesondere von stahlband oder blech - Google Patents

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EP1456421B1 EP20020785402 EP02785402A EP1456421B1 EP 1456421 B1 EP1456421 B1 EP 1456421B1 EP 20020785402 EP20020785402 EP 20020785402 EP 02785402 A EP02785402 A EP 02785402A EP 1456421 B1 EP1456421 B1 EP 1456421B1
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    • C21D11/00Process control or regulation for heat treatments
    • C21D11/005Process control or regulation for heat treatments for cooling

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum kontrollierten Richten und Kühlen von aus einem Warmband-Walzwerk auslaufenden, breiten Metallband, insbesondere von Stahlband oder Blech, unter Anwendung von Quetschrollen, die in Bandlaufrichtung hinter einer Doppelrolle mit zwei vertikal übereinander angeordneten Einzerollen angeordnet sind und eine in Längsrichtung wirkende Zugspannung erzeugen.
  • Das eingangs bezeichnete Verfahren und die Einrichtung sind im wesentlichen aus der DE 33 13 024 A1 bekannt. Dabei handelt es sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abschrecken von durchlaufenden Stahlblechen, insbesondere von Grob- und Mittelblechen, unter gleichzeitigem kontrolliertem Richten, bei dem die Bleche vor dem Abschrecken im warmen Zustand durch mindestens zwei hintereinander angeordnete vertikale Doppelrollen in einer Ebene ausgerichtet werden. Anschließend wird das Blech unter einer kontrollierten Zugspannung von mindestens einer Doppelrolle durch eine Abschreckeinrichtung gezogen. Dieses Verfahren soll durchlaufende Stahlbleche exakt auf die vorherbestimmten mechanischen Eigenschaften abschrecken, ohne dass sie sich verziehen oder dass Verwerfungen auftreten, wobei gleichzeitig schon vorher vorhandene Unebenheiten verringert werden sollen. Trotz dieser Maßnahmen treten immer wieder Unebenheiten des Bleches auf, die auf ein unzulängliches Aufbringen der Zugspannungen, auf eine nachteilige Kühlung und auf andere ungünstige Regelmaßnahmen zurückzuführen sind. Die in der Praxis angewendeten Kühlvorrichtungen, die im wesentlichen aus Düsen-Elementen oder für die Nachkühlung aus laminaren Wasservorhängen bestehen, können kaum noch verbessert werden. Für laminare Kühleinheiten wird im Prinzip ein U-Röhrchen verwendet. Mit Düsen lassen sich allerdings bei Auswahl entsprechender Parameter die höchsten erreichbaren Abkühlleistungen erzielen. Nachteilig wirkt sich noch das schlechte Steuerungs- und Regelverhalten im allgemeinen und bei niedrigen Durchflussmengen im besonderen aus.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Einsatzbereich konventioneller Blechkühlanlagen bis hin zu höherer Ebenheit des Bleches bei verstärkter Kühlwirkung zu erweitern.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren nach Anspruch 1 bzw. einer Einrichtung nach Anspruch 7. Das Metallband oder das Blech wird zwischen einer Vor-Richtmaschine und einer Spritzkühlung ohne Kühlung durch Regeln der Zugspannung unter definierte Zugspannungen gesetzt und innerhalb der Spritzkühlung zwischen aufeinander folgenden Quetschrollen-Paaren gekühlt und zusätzlich die Zugspannung kontrolliert.
  • Dabei wird vorzugsweise die Zugspannung in dem Metallband oder Blech innerhalb der Spritzkühlung zwischen jeweils zwei in Bandlaufrichtung aufeinander folgenden Quetschrollenpaaren zusätzlich geregelt und das Metallband zusätzlich gekühlt.
  • Dadurch wird eine plastische Deformation vor dem Einlaufen des Metallbandes oder des Blechs in die Kühlung unmittelbar bewirkt. Die plastische Deformation reduziert die einlaufenden Unebenheiten des Metallbandes oder des Blechs. Der Vorteil besteht weiterhin durch die unmittelbare Anordnung des Richtprozesses vor der Kühlung, wodurch der erneute Aufbau von Eigenspannungen und Deformationen, bedingt durch die ungleich-mäßige Abkühlung auf der Oberfläche des Metallbandes oder des Blechs, vermieden wird.
  • Die Kühlwirkung ist praktisch durch die Induktion von Spannungen und damit verbundenen Deformationen in dem Blech begrenzt, bedingt durch die ungleichförmige Kühlwirkung des Kühlmediums (Wasser) auf der Blechoberfläche. Dieser (nachteilige) Effekt tritt bei Anwendung höherer Kühlleistung auf dünne und gleichzeitig breite Bleche besonders in Erscheinung. Das kritische Produkt einer Anlage ist durch ein Blech mit der geringsten Dicke bei maximaler Breite und gleichzeitig hoher Intensität der Kühlung gegeben. Die Intensität der Kühlung ist durch eine hohe Temperaturdifferenz zwischen Start- und Kühlstopp-Temperatur bei kurzer Kühlzeit definiert. In der Praxis sollen Quetschrollen diesen Effekt der Deformation behindern. Der Einfluss dieser Form der Kompensation ist jedoch begrenzt. Die erfindungsgemäße Anordnung der Vor-Richtmaschinevor der Kühlung bewirkt die plastische Deformation und reduziert einlaufende Deformationen und Spannungen unmittelbar vor der Kühlung.
  • Besonders wirkungsvoll können die Deformationen bei Einlauf in die Kühlung bekämpft werden, indem die Zugspannung durch Umschalten der Geschwindigkeit zur jeweils nächsten, letzten, tragenden Quetschrolle mit fortschreitendem Durchlauf des Metallbandes oder des Blechs geregelt wird.
  • Eine Ausgestaltung besteht darin, dass die Quetschrollen mit einer Teilung festgelegt werden, wobei zwischen zwei Quetschrollen abhängig von der Teilung eine Kühleinheit gebildet wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass diese Teilung auf eine halbe Länge der resultierenden Eigenform für ein Band oder ein Blech mit geringster Dicke, bei maximaler Breite und hoher Kühlintensität abgestellt wird.
  • Die Einrichtung zum kontrollierten Richten und Kühlen von einem aus einem Warmband-Walzwerk auslaufenden breiten Metallband, insbesondere von einem Stahlband oder von einem Blech, umfasst eine Spritzkühlung mit einer Doppelrolle, welche zwei übereinander angeordnete Einzelrollen aufweist, mindestens ein in Bandlaufrichtung hinter der Doppelrolle angeordnetes erstes Quetschrollen-Paar und eine zwischen der Doppelrolle und dem ersten Quetschrollen-Paar angeordnete kühleinheit, wobei in dem durch die Spritzkühlung geführten Metallband oder Blech eine in längsrichtung wirkende Zugspannung zwischen der Doppelrollle und dem ersten Quetschrollen-Paar erzeugbar ist.
  • Die gestellte Aufgabe wird bei einer solchen Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gelost, dass eine von dem Metallband durchlaufene, der Spritzkühlung vorgeschaltete Vor-Richtmaschine mit Richtrollen und zugeordneten Drehantriebsmotoren vorgesehen ist zum Setzen des Metallbandes unter definierte Zugspanhungen ohne Kühlung zwischen der Vor-Richtmaschine und der Doppelrolle. Dadurch kann eine Zugspannung schon vor der Kühlung übertragen werden, wodurch die Größe der vorhandenen Deformationen schon hier reduziert wird. Sodann findet eine noch genauere Bestimmung der Zugspannungen innerhalb der Kühleinheiten statt.
  • Der Einfluss der Kühlung kann noch dadurch gesteigert werden, indem im Auslauf des Metallbandes die Kühleinheit mit fein einstellbaren Kühlelementen versehen ist.
  • Die Kühlung kann ferner dahingehend entwickelt werden, dass die Kühleinheit für eine hohe und / oder eine mittlere Kühlleistung im Sinn eines vorgegeben Produktspektrums ausgelegt ist.
  • Eine Verbesserung der Erfindung besteht noch darin, dass zwischen den letzten, tragenden Quetschrollen oder den Richtrollen am Ende des Metallbandes oder des Blechs und den Quetschrollen oder den Richtrollen am Anfang des Metallbandes oder des Blechs ebenfalls Zugspannungen erzeugbar sind.
  • In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert werden.
  • Es zeigen:
  • Fig. 1
    eine System-Darstellung der Kühlung mit Quetschrollen und der Antriebssteuerung mit den erzeugten Zugspannungen,
    Fig. 2A
    eine perspektivische Ansicht des Stahlbandes oder des Blechs mit Verwerfungen in Form von Mittenwellen,
    Fig. 2B
    eine Seitenansicht von zwei im Teilungsabstand angeordneten Quetschrollen-Paaren
    Fig. 3
    die Anordnung der Kühlvorrichtungen für die jeweilige Kühlintensität und
    Fig. 4
    eine Ansicht einer Gesamtanlage zum Richten und Kühlen.
  • Das Metall-, insbesondere das Stahlband 1 oder das Blech wird zum kontrollierten Kühlen und Richten unter Anwendung von in Bandlaufrichtung 2 hinter einer Doppelrolle, die zwei vertikal übereinander angeordnete Einzelrollen 3 und 4 aufweist, angeordneten Quetschrollen 5 über eine in Längsrichtung (Bandlaufrichtung 2) wirkende Zugspannung 6 geführt. Dabei wird das Metallband 1 zwischen einer Vor-Richtmaschine 7 und einer Spritzkühlung 8 unter definierten Zugspannungen 6 durch Regeln der Zugspannung (über die Drehantriebsmotoren für Richtrollen) versetzt und innerhalb der Spritzkühlung 8 wird das Metallband 1 zwischen aufeinander folgenden Quetschrollen-Paaren 5a gekühlt und zusätzlich die Zugspannung 6 kontrolliert. Die Spritzkühlung 8 besteht aus jeweils zwischen zwei Quetschrollen-Paaren 5a angeordneten Kühleinheiten 9 (Fig. 1). Während des mit RollgangsGeschwindigkeit 10 ankommenden Metallbandes 1 wird die Zugspannung 6 über ein entsprechendes Drehmoment 11 durch eine Rückmeldungssteuerung 12 kontrolliert mit (A) Eingriff der Quetsch-Rollen 5 (i) bis (i+nc) bezeichnet. Sobald das Bandende 1a durchläuft mit (B) Eingriff der Quetsch-Rollen 5 ((i+1) bis (i+nc+1) bezeichnet), wird auf das Bandende 1 a die entsprechende Zugspannung 6 übertragen und außerhalb des Bandendes 1a nur noch die Vergleichsgeschwindigkeit gemessen, ohne die Rückmeldungsregelung 12 einzusetzen. Sowohl für das Bandende 1 a als auch für den Bandanfang 1 b wird die Zugspannung 6 durch Umschalten der Geschwindigkeit zur jeweils nächsten, letzten, tragenden Quetschrolle 5 mit fortschreitendem Durchlauf des Metallbandes 1 geregelt (vgl. Fig. 1).
  • Die Quetschrollen 5 sind mit einer bestimmten Teilung 13 angeordnet, wobei zwischen zwei Quetschrollen 5 abhängig von der Teilung 13 die Kühleinheit 9 ausgebildet wird. So kann z.B. die Teilung 13 auf eine halbe Länge 14 der resultierenden Wellenlänge 15 für ein Metallband 1 mit geringster Dicke, bei maximaler Breite und hoher Kühlintensität bezogen sein. In dem Stahlband 11 stellt sich die typische Wellenlänge 15 ein (Fig. 2A).
  • Die Kühleinheiten 9 sind jeweils für eine hohe oder eine mittlere Kühlintensität ausgelegt (Fig. 2B), wobei die Teilung 13 der halben Wellenlänge 15 entspricht (vgl. Fig. 2B). Der Wellenverlauf 16 ist in den Fig. 2A und 2B durch gepunktete Linien 17 deutlich gemacht.
  • In Fig. 3 ist die Kühlwirkung der einzelnen unterschiedlichen Arten der Kühleinheiten 9 dargestellt. Im Temperatur-Zeit-Diagramm stellt die ausgezogene Linie den Temperaturverlauf in der Band- oder Blechmitte 20 und die gestrichelte Linie die Oberflächen-Temperatur 21 dar. In den Abschnitten (1) werden Spritzkühleinheiten 8a eingesetzt. Im Auslauf 18 des Stahlbandes 1 sind Kühleinheiten 9, bestehend aus U-Röhrchen - Einheiten 22 vorgesehen.
  • Aufgrund der Temperatur ΔT-Mitte (1) erreicht man die Temperatur in der Mitte des Stahlbandes 1 oder die Temperatur ΔT-Mitte (2).
  • Die Temperatur ΔT-Oberfläche wird noch in der Zone der Spritzkühleinheiten 8a erreicht. Beim Einsatz der U-Röhrchen-Einheiten 22 wird die erforderliche Kühl-Stopp-Temperatur in kleinen Schritten durch die U-Röhrchen-Einheiten 22 erzielt. Eine Martensit-Bildung durch Oberflächen-Unterkühlung wird oberhalb der Temperatur T-Martensit verhindert.
  • Zwischen den letzten, tragenden Quetschrollen 5 oder Richtrollen 23 am Ende 1 a des Metallbandes 1 oder des Blechs und den Quetschtrollen 5 oder den Richtrollen 24 am Anfang 1 b des Metallbandes 1 können in gleicher Verfahrensweise Zugspannungen 6 erzeugt werden.
  • Gemäß Fig. 4 ist eine Gesamtanlage dargestellt, in der in Bandlaufrichtung 2 auf die Vor-Richtmaschine 7 folgend die Spritzkühlung 8 mit den Quetschrollen-Paaren 5a und den Kühleinheiten 9 und dahinter eine Laminar-Kühlvorrichtung 25 folgen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Metallband, Stahlband oder Blech
    1a
    Bandende
    1b
    Bandanfang
    2
    Bandlaufrichtung
    3
    Einzelrolle einer Doppelrolle
    4
    Einzelrolle einer Doppelrolle
    5
    Quetschrolle
    5a
    Quetschrollen-Paar
    6
    Zugspannung
    7
    Vor-Richtmaschine
    8
    Spritzkühlung
    8a
    Spritzkühleinheiten
    9
    Kühleinheit
    10
    Rollgangsgeschwindigkeit
    11
    Drehmoment
    12
    Rückmeldungsregelung
    13
    Teilung
    14
    halbe Länge
    15
    resultierende Wellenlänge
    16
    Wellenverlauf
    17
    gepunktete Linie
    18
    Auslauf
    19
    Kühlelement
    20
    Band- oder Blechmitte
    21
    Oberflächentemperatur
    22
    U-Röhrchen-Einheiten
    23
    Richtrolle
    24
    Richtrolle
    25
    Laminar-Kühlvorrichtung

Claims (12)

  1. Verfahren zum kontrollierten Richten und Kühlen von einem aus einem Warmband-Walzwerk auslaufenden, breiten: Metallband (1), insbesondere Stahlband, oder Blech (1), wobei das Metallband oder Blech innerhalb einer Spritzkühlung (8) zunächst durch eine Doppelrolle, welche zwei vertikal übereinander angeordnete Einzelrollen (3,4) umfasst, und nachfolgend durch mindestens ein in Bandlaufrichtung (2) hinter der Doppelrolle (3,4) angeordnetes erstes Quetschrollenpaar (5a) geführt wird; das Metallband zwischen der Doppelrolle (3,4) und dem ersten Quetschrollenpaar (5a) eine erste Kühleinheit (9) durchläuft; und in dem Metallband eine in Längsrichtung wirkende Zugspannung zwischen der Doppelrolle (3,4) und dem ersten Quetschrollenpaar (5a) erzeugt wird;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Metallband (1) oder das Blech vor seinem Eintritt in die Doppelrolle (3, 4) eine Vor-Richtmaschine (7) mit Richtrollen und zugeordneten Drehantriebsmotoren durchläuft; und zwischen der Vor-Richtmaschine (7) und der Doppelrolle (3, 4) keine Kühleinheit (9) durchläuft, aber durch Regeln der Drehantriebsmotoren für die Richtrollen der Vor-Richtmaschine (7) unter definierte Zugspannungen gesetzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zugspannung in dem Metallband oder Blech innerhalb der Spritzkühlung (8) zwischen jeweils zwei in Bandlaufrichtung (2) aufeinanderfolgenden Quetschrollenpaaren (5a) zusätzlich geregelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Metallband oder Blech zwischen den aufeinanderfolgenden Quetschrollenpaaren (5a) zusätzlich gekühlt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zugspannung durch Umschalten der Geschwindigkeit zur jeweils nächsten, letzten, tragenden Quetschrolle mit fortschreitendem Durchlauf des Metallbandes oder des Blechs geregelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Quetschrollen mit einer Teilung festgelegt werden, wobei zwischen zwei Quetschrollen abhängig von der Teilung eine Kühleinheit gebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass diese Teilung auf eine halbe Länge der resultierenden Eigenform für ein Metallband oder ein Blech mit geringster Dicke, bei maximaler Breite und hoher Kühlintensität abgestellt wird.
  7. Einrichtung zum kontrollierten Richten und Kühlen von einem aus einem Warmband-Walzwerk auslaufenden breiten Metallband oder Blech (1), insbesondere von Stahlband, oder Blech (1), umfassend:
    eine Spritzkühlung (8) mit einer Doppelrolle, welche zwei vertikal übereinander angeordnete Einzelrollen (3,4) aufweist,
    mindestens ein in Bandlaufrichtung (2) hinter den Doppelrollen angeordnetes erstes Quetschrollenpaar (5a), und
    eine zwischen der Doppelrolle (3,4) und dem ersten Quetschrollenpaar (5a) angeordneten erste Kühleinheit (9); wobei
    in dem durch die Spritzkühlung (8) geführten Metallband oder Blech eine in Längsrichtung wirkende Zugspannung zwischen der Doppelrolle (3,4)
    und dem ersten Quetschrollenpaar (5a) erzeugbar ist;
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine von dem Metallband durchlaufene, der Spritzkühlung (8) vorgeschaltete Vor-Richtmaschine (7) mit Richtrollen und zugeordneten Drehantriebsmotoren vorgesehen ist zum Setzen des Metallbandes zwischen der Vor-Richtmaschine (7) und der Doppelrolle (3, 4) ohne Kühlung unter definierte Zugspannungen durch Regeln der Drehantriebsmotoren für die Richtrollen der Vor-Richtmaschine (7).
  8. Einrichtung nach Anspruch 7,
    gekennzeichnet durch
    eine Rückmeldungssteuerung zum Kontrollieren der Zugspannung zwischen zwei Quetschrollenpaaren (5a) durch Kontrolle von Drehmomenten.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen zwei Quetschrollenpaaren (5a) jeweils eine Kühleinheit (9) vorgesehen ist.
  10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Auslauf (18) des Metallbandes (1) die Kühleinheit (9) mit fein einstellbaren Kühlelementen (19) versehen ist.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühleinheit (9) für eine hohe und/oder eine mittlere Kühlleistung im Sinn eines vorgegebenen Produktspektrums ausgelegt ist.
  12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen den letzten, tragenden Quetschrollen (5) oder den Richtrollen (23) am Ende (1 a) des Metallbandes (1) oder des Blechs und den Quetschrollen (5) oder den Richtrollen (24) am Anfang des Metallbandes (1) ebenfalls Zugspannungen (6) erzeugbar sind.
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