EP1913165B1

EP1913165B1 - Vorrichtung zum kühlen eines metallbandes

Info

Publication number: EP1913165B1
Application number: EP06760789A
Authority: EP
Inventors: Peter Ebner; Gerald Eckertsberger
Original assignee: Ebner Industrieofenbau GmbH
Current assignee: Ebner Industrieofenbau GmbH
Priority date: 2005-08-01
Filing date: 2006-07-14
Publication date: 2009-09-02
Anticipated expiration: 2026-07-14
Also published as: US7968046B2; RU2396137C2; JP5504417B2; BRPI0614131A2; CA2617391A1; KR101244110B1; US20090115113A1; DE502006004754D1; ATE441731T1; EP1913165A1; RU2008107939A; WO2007014406A1; CA2617391C; KR20080037003A; BRPI0614131B1; JP2009503258A

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Kühlen eines Metallbandes mit wenigstens zwei einander bezüglich des in seiner Längsrichtung kontinuierlich geförderten Metallbandes gegenüberliegenden Düsenfeldern, die gegen die jeweilige Bandoberfläche gerichtete, an Blaskästen für ein Kühlgas angeschlossene Düsen umfassen, und mit zwischen den Düsen vorgesehenen Strömungskanälen zum Abführen der an der Bandoberfläche umgelenkten Kühlgasströme aus den Düsen.

Stand der Technik

Um unerwünschte Gefügeausbildungen oder Ausscheidungen nach einer Wärmebehandlung von Metallbändern, insbesondere aus Stahl, zu unterbinden, müssen diese Metallbänder sehr rasch gekühlt werden, und zwar mit Hilfe eines Schutzgases, üblicherweise ein Wasserstoff-Stickstoffgemisch, zur Vermeidung von Oxidationsreaktionen im Bereich der Bandoberfläche. Damit die erforderlichen Abkühlgradienten, die für Stahlbänder mit einer Banddicke von 1 mm je nach der Legierungszusammensetzung zwischen 50 bis 150°Cls liegen, zu erreichen, muß das Kühlgas mit hoher Geschwindigkeit gegen die Bandoberfläche geblasen und von dort wieder abgeführt werden. Zu diesem Zweck ist es bekannt ( EP 1 029 933 B1 ), auf beiden Seiten des Metallbandes in dessen Längsrichtung verlaufende, mit seitlichem Abstand voneinander nebeneinandergereihte Blaskästen vorzusehen, die gegen die jeweilige Bandoberfläche gerichtete, sich quer zur Bandlängsrichtung erstreckende Flachstrahldüsen aufweisen. Diese in Bandlängsrichtung mit Abstand hintereinandergereihten Flachstrahldüsen der einzelnen Blaskästen ergänzen einander zu durchgehenden Düsenreihen, die quer zur Bandlängsrichtung verlaufen. Das aus den Flachstrahldüsen ausströmende, an der Bandoberfläche umgelenkte Kühlgas kann somit zwischen den Düsenreihen abgeführt werden. Abgesehen davon, daß sich im Vergleich zu Flachstrahldüsen mit Düsenfeldern aus Rundstrahldüsen im allgemeinen eine gleichmäßigere Beaufschlagung der Bandoberfläche mit dem Kühlgas erreichen läßt, werden bei dieser bekannten Vorrichtung die sich zwischen den einzelnen Düsenreihen ergebenden Strömungskanäle von den Blaskästen durchsetzt, was ungleichmäßige Abströmbedingungen mit der Gefahr mit sich bringt, daß aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlung Bandverwerfungen auftreten, die ein nachträgliches Richten des Metallbandes notwendig machen.

Darstellungen der Erfindung

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Kühlen eines Metallbandes der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, daß eine gleichmäßige Kühlung des Metallbandes mit einem hohen Abkühlgradienten ohne Gefahr von Bandverwerfungen sichergestellt werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Düsen gruppenweise in mit seitlichem Abstand parallel nebeneinandergereihten Düsenleisten zusammengefaßt sind, die aus mit den Blaskästen verbundenen Gaskanälen mit gegen die jeweilige Bandoberfläche gerichteten, über die Länge der Düsenleisten verteilten Düsenöffnungen bestehen, und daß die Strömungskanäle zum Abführen der Kühlgasströme zwischen den sich quer zu den Blaskästen erstreckenden Düsenleisten vorgesehen sind.
Durch den Einsatz von Gaskanäle für das Kühlgas bildenden Düsenleisten können in einfacher Weise Düsenfelder mit Rundstrahldüsen vorgesehen werden, die sich durch die in den Düsenleisten angeordneten, über die Länge der Düsenleisten verteilten Düsenöffnungen ergeben. Wegen der Abstände zwischen den nebeneinandergereihten Düsenleisten ist für eine vorteilhafte Abfuhr der an der Bandoberfläche umgelenkten Kühlgasströme gesorgt, die mit einem vergleichsweise geringen Druckverlust durch die Strömungskanäle zwischen den Düsenleisten abgezogen werden können. Aufgrund der Rundstrahldüsen und der Abfuhr der an der Bandoberfläche umgelenkten Kühlgasströme zwischen den Düsenleisten können somit vorteilhafte Kühlbedingungen für das Metallband eingehalten werden, so daß eine gleichmäßige Abkühlung des Metallbandes ohne Verwerfungsgefahr gewährleistet werden kann.
Um einen nachteiligen Einfluß der Blaskästen auf die Abfuhr des Kühlgases auszuschließen, können die Düsenleisten an einer ihrer Stirnseiten mit den Blaskästen verbunden werden. In diesem Fall befinden sich die Blaskästen außerhalb des Strömungsbereiches des zwischen den Düsenleisten abströmenden Kühlgases. Es ist aber auch möglich, die Düsenleisten in ihrer Längsmitte an die Blaskästen anzuschließen, was das Aneinanderreihen der Düsenleisten in ihrer Längsrichtung unter Beibehaltung des Düsenabstandes über die aneinandergereihten Düsenleisten hinweg erleichtert. Damit innerhalb der Düsenleisten eine gleichmäßige Kühlgasströmung zu den einzelnen Düsenöffnungen aufrechterhalten werden kann, können sich die Düsenleisten in ihrem Strömungsquerschnitt vom Anschluß am jeweiligen Blaskasten weg gegen ihr Ende hin verjüngen.
Um besonders vorteilhafte Konstruktionsbedingungen zu schaffen, kann außerdem vorgesehen sein, daß die je mit zwei gegeneinander auf Lücke versetzten Düsenreihen versehenen Düsenleisten die Düsen zwischen zwei Längswandabschnitten mit einander zum jeweiligen Düsenkanal ergänzenden Auswölbungen formen und daß die zwischen den Auswölbungen in einem Randabschnitt aneinanderliegenden Längswandabschnitte die Düsen der beiden Düsenreihen abwechselnd miteinander verbindende Trennwände ergeben, von denen die Längswandabschnitte zu den Längswänden des Gaskanals auseinanderlaufen. Da zufolge dieser Maßnahmen lediglich die Stirnflächen der Längsränder der Längswandabschnitte gegen die Bandoberfläche gerichtet sind und diese Längswandabschnitte zwischen den einzelnen Düsen in einem Randabschnitt aneinanderliegen, so daß sich im Bereich der aneinanderliegenden Randabschnitte zur Bandoberfläche senkrecht verlaufende Trennwände ergeben, die die Düsen der beiden Reihen abwechselnd verbinden, werden die bei Rundstrahldüsen an der Bandoberfläche nach allen Seiten gleichmäßig umgelenkten Kühlgasströme im Bereich der Düsenleisten durch die Trennwände in strömungstechnisch vorteilhafter Weise in zwei Teilströme unterteilt, die über die Strömungskanäle zwischen den Düsenleisten abgeführt werden. Die von den aneinanderliegenden Randabschnitten zu den Längswänden der Gaskanäle auseinanderlaufenden Längswandabschnitte bilden für den Rückfluß der Kühlgasströme Leitflächen, die entlang die umgelenkten Kühlgasströme zu den Strömungskanälen zwischen den Düsenleisten strömen, und zwar mit einer das Abströmen unterstützenden, verminderten Wirbelausbildung.
Die Düsen selbst werden nicht nur durch eine Düsenöffnung, sondern zusätzlich durch einen Düsenkanal geformt, der sich jeweils zwischen den einander paarweise gegenüberliegenden Auswölbungen der beiden Längswandabschnitte jeder Düsenleiste ergibt. Damit wird eine durch die Ausrichtung des Düsenkanals bestimmte Austrittsrichtung für die Kühlgasströme unabhängig vom Querschnittsverlauf der Düsenleiste im Bereich der Düsen gewährleistet, insbesondere wenn die in Richtung der Düsenachsen gemessene Höhe der durch die aneinanderliegenden Längswandabschnitte der Düsenleisten gebildeten Trennwände zumindest dem mittleren Düsendurchmesser entspricht, weil in diesem Fall die Düsenkanäle eine ihrem mittleren Durchmesser entsprechende Mindestlänge aufweisen.
Da die Trennwände die Düsen der beiden Düsenreihen jeder Düsenleiste abwechselnd miteinander verbinden, würde bei einem Trennwandverlauf durch die Achsen der unmittelbar miteinander verbundenen Düsen die Auswölbung des Längswandabschnittes jeweils auf der von der anderen Düsenreihe abgekehrten Außenseite größer als die auf der der anderen Düsenreihe zugekehrten Innenseite ausfallen, was bei einem Prägen der Auswölbungen zu unterschiedlichen Belastungen der Längswandabschnitte auf der Außen- und der Innenseite führt. Um die damit verbundenen Nachteile zu vermeiden, können die Stoßflächen zwischen den die Düsen formenden Längswandabschnitten im Bereich der einzelnen Düsen in einer in Längsrichtung der Düsenleiste verlaufenden Durchmesserebene der Düsen liegen, so daß sich hinsichtlich der einander paarweise gegenüberliegenden Auswölbungen der beiden Längswandabschnitte der Düsenleisten symmetrische Verhältnisse ergeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Es zeigen

Fig. 1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Kühlen eines Metallbandes in einem vereinfachten Längsschnitt,
Fig. 2: diese Vorrichtung in einem Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3: einen Schnitt nach der Linie III-III der Fig. 1,
Fig. 4: eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 5: einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4,
Fig. 6: eine Düsenleiste einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
Fig. 7: die Düsenleiste nach der Fig. 6 ausschnittsweise im Bereich der die Düsenreihen bildenden Längswandabschnitte in einer Seitenansicht in einem größeren Maßstab,
Fig. 8: eine Draufsicht auf die Düsenleiste nach der Fig. 7 und
Fig. 9: einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die dargestellte Kühlvorrichtung für ein Metallband 1 weist gemäß den Fig. 1 bis 3 ein Gehäuse 2 auf, durch das das zu kühlende Metallband 1 in Vorschubrichtung s kontinuierlich gefördert wird. Zu beiden Seiten des Metallbandes 1 sind Blaskästen 3 für ein Kühlgas, beispielsweise ein Gasgemisch aus 95 Vol.% Stickstoff und 5 Vol.% Wasserstoff, vorgesehen. An diese Blaskästen 3 sind Düsenleisten 4 angeschlossen, die parallel nebeneinandergereiht verlaufen und zwischen sich Strömungskanäle 5 bilden. Die Düsenleisten 4 selbst sind in Form eines im Querschnitt rechteckigen Gaskanals 6 ausgebildet, der sich von den Blaskästen 3 weg verjüngt und auf der dem Metallband 1 zugekehrten Seite runde Düsenöffnungen 7 aufweist. Die Düsenöffnungen 7 sind über die Länge der stirnseitig am jeweiligen Blaskasten 3 angeschlossenen Düsenleisten 4 verteilt und in einer Reihe angeordnet, so daß sich ein Düsenfeld mit gleichmäßig über einen Oberflächenabschnitt des Metallbandes 1 verteilten Rundstrahldüsen ergibt, wie dies insbesondere der Fig. 2 entnommen werden kann. Die Düsenöffnungen 7 benachbarter Düsenleisten 4 sind gegeneinander auf Lücke versetzt.
Die aus den Düsenöffnungen 7 gegen die Bandoberfläche austretenden Kühlgasströme werden an der Bandoberfläche umgelenkt und durch die Strömungskanäle 5 zwischen den Düsenleisten 4 vom Metallband 1 abgeführt, wie dies durch Strömungspfeile in der Fig. 3 angedeutet ist. Da das Gehäuse 2 für die abgeführten Kühlgasströme einen Sammelraum bildet, kann das Kühlgas aus dem Gehäuse 2 über Abzugstutzen 8 abgeleitet werden. Gemäß dem Ausführungsbeispiel verlaufen die Düsenleisten 4 in Längsrichtung des Metallbandes 1, also in Vorschubrichtung s, was unter anderem die Ausbildung von Düsen 7 mit über die Länge der Düsenleisten unterschiedlichen Strömungsquerschnitten erlaubt, ohne eine ungleichmäßige Bandabkühlung befürchten zu müssen, weil aufgrund der untereinander gleichen Düsenleisten 4 eine gleichmäßige Strömungsverteilung des Kühlgases quer zur Bandlängsrichtung sichergestellt ist. Außerdem läßt sich die Kühlvorrichtung in einfacher Weise auf unterschiedliche Bandbreiten einstellen, wenn randseitige Düsenleisten 4 von den zugehörigen Blaskästen 3 abgesperrt werden, so daß diese Düsenleisten 4 außerhalb der Breite des Metallbandes 1 nicht mehr mit Kühlgas beaufschlagt werden. Die Ausrichtung der Düsenleisten 4 in Längsrichtung des Metallbandes 1 ist jedoch nicht zwingend.
Das Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4 und 5 unterscheidet sich von dem nach den Fig. 1 bis 3 im wesentlichen nur durch die Form der Düsenleisten 4, die in ihrer Längsmitte an die Blaskästen 3 angeschlossen sind. Der Gaskanal 6 der Düsenleisten 4 erstreckt sich somit nach beiden Seiten des zugehörigen Blaskastens 3, wobei sich wiederum eine Verjüngung gegen die Enden des Gaskanals 6 hin ergibt, um eine gleichmäßige Beaufschlagung der Düsenöffnungen 7 zu erreichen. Wie der Fig. 5 entnommen werden kann, sind zwei Reihen von Düsenöffnungen 7 je Düsenleiste 4 vorgesehen, wobei die Düsenöffnungen 7 der beiden Reihen gegeneinander versetzt sind. Mit einer solchen Anordnung der Düsenöffnungen 7 können übereinstimmende Düsenleisten 4 eingesetzt werden, was die Herstellung vereinfacht.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 6 bis 9 wird das Düsenfeld durch gleichmäßig über den Oberflächenabschnitt des Metallbandes 1 verteilte Düsenkanäle 9 gebildet. Nach der Fig. 9 werden die aus den Düsenkanälen 9 gegen die Bandoberfläche austretenden Kühlgasströme wiederum an der Bandoberfläche umgelenkt und durch die Strömungskanäle 5 zwischen den Düsenleisten 4 vom Metallband 1 abgeführt, wie dies durch Strömungspfeile angedeutet ist.
Die einzelnen Düsen 7 jeder Düsenleiste 4 werden zwischen zwei Längswandabschnitten 10 der Düsenleisten 4 geformt. Diese Längswandabschnitte 10 sind mit einander paarweise gegenüberliegenden, sich zu den Düsenkanälen 9 ergänzenden Auswölbungen 11 versehen, zwischen denen die Längswandabschnitte 10 in einem Randabschnitt aneinanderliegen und die Düsen 7 der beiden Düsenreihen abwechselnd miteinander verbindende Trennwände 12 ergeben, wie dies vor allem aus der Fig. 8 hervorgeht. Von diesen Trennwänden 12 laufen die Längswandabschnitte 10 unter Ausbildung von Leitflächen 13 für die in die Strömungskanäle 5 rückfließenden Kühlgasströme zu den Längswänden 14 der Gaskanäle 6 der Düsenleisten 4 auseinander. Die Trennwände 12 teilen somit die an der Bandoberfläche umgelenkten Kühlgasströme im Bereich jeder Düsenleiste 4 in zwei Teilströme und leiten sie entsprechend der Darstellung in der Fig. 9 nach beiden Seiten der Düsenleisten 4 ab, was für die Rückleitung der umgelenkten Kühlgasströme vorteilhafte Strömungsbedingungen schafft. Wegen der zu den Längswänden 14 des Gaskanals 6 auseinaderlaufenden Längswandabschnitte 10 ergeben sich im Einströmbereich der einzelnen Düsenkanäle 9 allerdings Unsymmetrien, die sich auf die Ausrichtung der aus den Düsen 7 austretenden Kühlgasströme nachteilig auswirken können. Um einen solchen nachteiligen Einfluß auszuschließen können die Düsenkanäle 9 eine Mindestlänge aufweisen, die ihrem mittleren Durchmesser entspricht.
Aus der Fig. 8 geht hervor, daß die Stoßflächen 15 zwischen den Längswandabschnitten 10 im Bereich der Düsen 7 in einer in Längsrichtung der Düsenleisten 4 verlaufenden Durchmesserebene der Düsenkanäle 9 liegen. Dies stellt eine vorteilhafte Voraussetzung für eine gleichmäßige Ausformung der einander paarweise gegenüberliegenden Auswölbungen 11 und damit eine gleichmäßigere Belastung der beiden Längswandabschnitte 10 beim Prägen der Auswölbungen 11 dar.

Claims

Vorrichtung zum Kühlen eines Metallbandes (1) mit wenigstens zwei einander bezüglich des in seiner Längsrichtung kontinuierlich geförderten Metallbandes (1) gegenüberliegenden Düsenfeldern, die gegen die jeweilige Bandoberfläche gerichtete, an Blaskästen (3) für ein Kühlgas angeschlossene Düsen umfassen, und mit zwischen den Düsen vorgesehenen Strömungskanälen (5) zum Abführen der an der Bandoberfläche umgelenkten Kühlgasströme aus den Düsen, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen gruppenweise in mit seitlichem Abstand parallel nebeneinandergereihten Düsenleisten (4) zusammengefaßt sind, die aus mit den Blaskästen (3) verbundenen Gaskanälen (6) mit gegen die jeweilige Bandoberfläche gerichteten, über die Länge der Düsenleisten (4) verteilten Düsenöffnungen (7) bestehen, und daß die Strömungskanäle (5) zum Abführen der Kühlgasströme zwischen den sich quer zu den Blaskästen (3) erstreckenden Düsenleisten (4) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenleisten (4) an einer ihrer Stirnseiten mit den Blaskästen (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenleisten (4) in ihrer Längsmitte mit den Blaskästen (3) verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Düsenleisten (4) in ihrem Strömungsquerschnitt vom Anschluß an den jeweiligen Blaskästen weg gegen ihr Ende hin verjüngen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die je mit zwei gegeneinander auf Lücke versetzten Düsenreihen versehenen Düsenleisten (4) die Düsen (7) zwischen zwei Längswandabschnitten (10) mit einander zum jeweiligen Düsenkanal (9) ergänzenden Auswölbungen (11) formen und daß die zwischen den Auswölbungen (11) zumindest in einem Randabschnitt aneinanderliegenden Längswandabschnitte (10) die Düsen (7) der beiden Düsenreihen abwechselnd miteinander verbindende Trennwände (12) ergeben, von denen die Längswandabschnitte (10) zu den Längswänden (14) des Gaskanals (6) auseinanderlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Düsenkanäle (9) gemessene Höhe der durch die aneinanderliegenden Längswandabschnitte (10) der Düsenleisten (4) gebildeten Trennwände (12) zumindest dem mittleren Düsendurchmesser entspricht:
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stoßflächen (15) zwischen den die Düsen (7) formenden Längswandabschnitten (10) im Bereich der einzelnen Düsen (7) in einer in Längsrichtung der Düsenleiste (4) verlaufenden Durchmesserebene der Düsen (7) liegen.