EP2162246B1 - Kühlvorrichtung zum kühlen eines metallbandes - Google Patents

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EP2162246B1
EP2162246B1 EP08759198A EP08759198A EP2162246B1 EP 2162246 B1 EP2162246 B1 EP 2162246B1 EP 08759198 A EP08759198 A EP 08759198A EP 08759198 A EP08759198 A EP 08759198A EP 2162246 B1 EP2162246 B1 EP 2162246B1
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EP
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metal strip
cooling
cooling device
plate
coolant
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EP08759198A
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Dietrich Mathweis
Hartmut Pawelski
Hans-Peter Richter
Friedhelm Gieseler
Heiko Zetzsche
Stefan Tammert
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SMS Siemag AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a cooling device for cooling a metal strip after forming in a cold rolling mill.
  • the Japanese publication JP-60206516 discloses a cooling device which is arranged in a plurality of cooling units between the roller pairs, which is arranged along the conveying direction of the steel plate M and across the width of the steel plate.
  • the coolant heads are located above and below the thick steel plate M and consist of several nozzles at an angle of 30 to 75 degrees in the conveying direction.
  • a cooling device is also known for example from the Japanese publication JP 11129017 A1 basically known.
  • the cooling device disclosed therein comprises a plurality of nozzles, which are arranged below the metal strip to be cooled and in each case inject a coolant from a common tank at a right angle onto the underside of the metal strip. After a rectangular impact on the underside, the coolant initially deviates radially from the underside of the metal strip or is displaced radially on the underside until it falls back from the underside of the metal strip into the tank at some distance from the nozzle.
  • the radial displacement causes individual particles the sprayed cooling medium displaced with a movement component in the direction of the metal strip, while other particles are displaced with a component counter to the direction of the metal strip.
  • the invention has the object, further to form a known cooling device, a known use for the cooling device and a method for operating the known cooling device to the effect that the heat dissipation is much more effective and efficient.
  • the solution provides that a flat plate is provided, which is arranged in an operating position parallel to the surface of the metal strip in the outlet of the cold rolling mill; and in that the nozzle is arranged in the operating position for injecting the cooling medium at an acute spraying angle ⁇ with 10 ° ⁇ ⁇ ⁇ 20 ° into a cavity between the surface of the metal strip and the opposite plate with an injection direction against the running direction of the metal strip.
  • the present invention advantageously provides that an equal amount of the cooling medium allows a much greater heat transfer, ie a discharge of a larger amount of heat than was possible in the prior art; insofar the subject of the invention is more efficient than comparable prior art.
  • the claimed acute-angled impact of the cooling medium on the surface of the metal strip that the cooling medium is moved immediately after leaving the nozzle with a moving component against the direction of the metal strip.
  • the reflection losses occurring here at an acute angle are substantially lower than in the case of a vertical impact, and therefore the expansion of the coolant counter to the running direction on the surface of the metal strip, ie the effective cooling length, is considerably greater than in the prior art.
  • the inventively formed turbulent flow field in the cavity opposite to the direction of travel is much longer / deeper than in the prior art, whereby a much better heat transfer is achieved and more heat can be removed from the metal strip.
  • the claimed device is much more effective than the device known from the prior art.
  • the surfaces of the metal strip are advantageously also completely or at least partially freed from previously applied rolling emulsions.
  • demineralized water possibilities of media separation eg. B. between scaffolds with different emulsion loading, and the band cleaning.
  • the cooling device according to the invention is particularly advantageous to use in the outlet of scaffolding, where applied in the inlet only minimal amounts of lubricant to the tape be used to achieve a friction coefficient in the nip.
  • the rolling emulsion applied on the inlet side is largely consumed during rolling in the roll nip.
  • the remaining after the roller in the outlet on the surface of the metal strip emulsion residues are minimal and can be easily eliminated by the inventive device - almost in a side effect - with.
  • the use of minimum quantities of lubrication devices for targeted friction coefficient adjustment can be optimally utilized by belt cleaning and media separation.
  • the cooling device comprises a plurality of nozzles, which are preferably arranged in at least one nozzle bar transversely to the direction of the metal strip.
  • This arrangement of a plurality of nozzles advantageously a larger areal extent of the turbulent flow field is also achieved transversely to the strip running direction; its cooling effect is thereby further improved.
  • the nozzles are built into the plate.
  • the cooling device advantageously comprises a control device for controlling the cooling performance of the cooling device by suitably individually varying the pressure and / or the flow rate at which the cooling medium leaves the individual nozzles, the amount of cooling medium injected into the cavity the injection direction.
  • the claimed control or regulating device at any time allows an optimal desired temperature control of the metal strip during a rolling process.
  • the control is advantageously supported by a process model.
  • a three-dimensional adjustment of the spray direction of the cooling medium advantageously allows not only a variable adjustment of the acute spray angle ⁇ in a plane perpendicular to the plane of the metal strip, but also an adjustment of the azimuth angle ⁇ in a plane parallel to the plane of the metal strip.
  • the variable adjustment of the azimuth angle ⁇ is particularly advantageous for the nozzles in the edge region of the metal strip, because then can be achieved by adjusting the nozzle with an injection direction which is slightly inclined towards the center of the metal strip, the less coolant from the region of the metal strip is displaced and drains more or less unused.
  • the device may include a positioning device for variably positioning the plate in the operative position or a maintenance position outside of the strip.
  • the maintenance position is much more convenient for maintenance purposes, especially when the nozzles are integrated into the plate, than the operating position.
  • the maintenance or rest position is preferably approached automatically in the event of a fault or after completion of a rolling process. A disturbance of the rolling program is particularly present when a tape rupture has occurred, the z. B. is signaled by a signal of the falling strip tension. The retraction of the plate from the tape is then required to eliminate tape scrap.
  • the nozzles and the plate can be provided both opposite to the top of the metal strip as well as opposite to the underside of the metal strip.
  • the plate is slightly wider than the metal strip and has the plate at its edges parallel to the direction of the metal strip protruding edges, which the edges of the metal strip in the operating position - if also encompass a minimum distance.
  • These edges on the plates also counteract the problem described above that the cooling medium in the edge region to drain too fast and would not have a large cooling effect.
  • the edges meet the laterally draining water and thus contribute to an improved cooling performance of the cooling device.
  • the lateral flow-off of the cooling medium is particularly effectively prevented if the edges of a plate facing the upper side of the metal strip and the edges of a plate facing the underside of the metal strip overlap in the edge regions of the metal strip and, in particular, if there is still a seal between these edges is. Then, a lateral outflow of the cooling medium is advantageously completely prevented and the cooling medium can flow only in the rolling direction or against the rolling direction. The cooling effect is then particularly large.
  • the cooling device according to the invention advantageously also causes an expansion of the power spectrum of (cold) rolling mills, especially when used in conjunction with a reversing mill or as an intermediate stand cooling between two adjacent rolling mills of a rolling train.
  • the cooling device according to the invention allows a very effective cooling, that is, a strong cooling per unit time due to the functional principle described above. This strong cooling prevents the strip between the stitches is too warm and thus advantageously allows an increased rolling speed and / or a higher and / or faster consecutive stitch loss than in the prior art. In this way, the performance of the cold rolling mill is significantly increased.
  • FIG. 1 shows the outlet of a cold rolling stand 300 with a leaking to the left metal strip 200.
  • a plate 500 is arranged in the form of a transfer table.
  • a nozzle bar 110 with a plurality of individual nozzles 112 is arranged transversely to the running direction of the metal strip in the transfer table.
  • FIG. 2 Specifically, it can be seen that the nozzles in the transfer table are oriented so that they receive a cooling medium 400 at an acute spray angle ⁇ against the underside of the metal strip opposite its direction of travel L. squirt.
  • a cooling medium 400 at an acute spray angle ⁇ against the underside of the metal strip opposite its direction of travel L. squirt.
  • shearing forces act on the particles of the cooling medium involved, these shearing forces in the cooling medium causing the formation of a turbulent flow field.
  • the turbulent flow field is formed in a shallow cavity H between the underside of the metal strip 200 and the top of the transfer table 500.
  • the gap height S of this flat cavity H on the one hand must not be too small to direct contact of the metal strip 200 with the transfer table 500th to avoid.
  • the gap height S may not be too large, because the larger the gap height, the larger the required amount of cooling medium in order to achieve a desired cooling performance.
  • the cooling capacity of the cooling device according to the invention can be individually controlled by means of a control or regulating device 120 by each of the individual nozzles 112, the pressure or the flow velocity with which the cooling medium 400 leaves the individual nozzles, the amount of cooling medium and / or the three-dimensional injection direction R of the cooling medium is suitably adjusted or varied.
  • the efficiency and efficiency of the cooling device according to the invention can be further improved by the azimuth angle ⁇ at the nozzles 112-n in the center of the nozzle beam 110 being zero, but at the nozzles 112-1, 112-N near the edges of the nozzle Metal band is set non-zero. Concrete It is advisable to adjust the nozzles near the edges of the metal strip in such a way that the cooling medium is injected slightly towards the middle of the metal strip on its underside.
  • the cooling device according to the invention allows a cooling capacity of up to 30,000 W / m 2 K.
  • FIG. 3 shows the plates 500 according to the invention, each with a nozzle bar 110; This arrangement is also referred to below as a cooling cassette.
  • FIG. 3 shows a cooling cassette for the top of the metal strip 200, denoted by the additional I at the reference numeral, and a cooling cassette for the underside of the metal strip, denoted by the suffix II to the reference numerals.
  • Reference numerals 510-I and 510-II denote the edges at the edges of the plates.
  • the cooling cassettes associated with positioning devices 600-I and 600-II can be seen, which pivoting of the cooling cassettes from the in FIG. 3 shown maintenance or rest position in a later in FIG. 4 allow shown operating position and back.
  • FIG. 3 shows a cooling cassette for the top of the metal strip 200, denoted by the additional I at the reference numeral, and a cooling cassette for the underside of the metal strip, denoted by the suffix II to the reference numerals.
  • FIG. 4 shows the already mentioned operating position of the cooling cassettes 500-I, 500-II, in which the cooling cassettes or the plates are positioned parallel to the bottom and / or top of the rolled metal strip 200.
  • FIG. 5 shows a cross section through the cooling cassettes in the operating position. It can be seen that the lateral edges 510-I, 510-II of the upper and lower cooling cassettes enclose the metal band 200 at its edges. In this way, a lateral flow of cooling water is difficult, whereby the cooling effect of the cooling device is improved overall. By a seal 520 between the edges of the upper cooling cassette 500-I and the lower cooling cassette 500-II, the lateral flow-off of the cooling medium can even be completely prevented, whereby the cooling effect is maximized. The cooling water can then emerge only in the rolling direction or against the rolling direction from the frame formed by the cooling cassettes.
  • FIG. 6 shows the upper cooling cassette 500-I and the lower cooling cassette in the maintenance or rest position similar to in FIG. 3 but from a different perspective.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung (100) zum Kühlen eines Metallbandes (200) nach einer Umformung in einem Kaltwalzgerüst (200) mit mindestens einer Düse (112) zum Aufspritzen eines Kühlmediums (400) auf die Oberfläche des Metallbandes (200). Um derartige bekannte Kühlvorrichtungen noch effektiver und effizienter zu machen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, eine Platte (500) vorzusehen, welche in einer Betriebsposition parallel zur Oberfläche des Metallbandes (200) im Auslauf des Kaltwalzgerüstes (300) angeordnet ist und die Düse in der Betriebsposition so anzuordnen, dass das Kühlmedium unter einem spitzen Spritzwinkel α in einen Hohlraum zwischen der Oberfläche des Metallbandes und der gegenüberliegenden Platte eingespritzt wird mit einer Spritzrichtung (R) gegen die Laufrichtung (L) des Metallbandes.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen eines Metallbandes nach einer Umformung in einem Kaltwalzgerüst.
  • Die japanische Druckschrift JP-60206516 offenbart eine Kühlvorrichtung, die in mehreren Kühleinheiten zwischen den Walzenpaaren angeordnet ist, die entlang der Förderrichtung der Stahlplatte M und über die Breite der Stahlplatte angeordnet ist. Die Kühlmittelköpfe befinden sich oberhalb und unterhalb der dicken Stahlplatte M und bestehen aus mehreren Düsen, die in einem Winkel von 30 bis 75 Grad in Förderrichtung.
  • Eine Kühlvorrichtung ist auch zum Beispiel aus der japanischen Druckschrift JP 11129017 A1 grundsätzlich bekannt. Die dort offenbarte Kühlvorrichtung umfasst eine Mehrzahl von Düsen, welche unterhalb des zu kühlenden Metallbandes angeordnet sind und jeweils ein Kühlmittel aus einem gemeinsamen Tank in einem rechten Winkel auf die Unterseite des Metallbandes spritzen. Nach rechtwinkligem Auftreffen auf die Unterseite weicht das Kühlmittel der Unterseite des Metallbandes zunächst radial aus bzw. wird radial auf der Unterseite verdrängt, bis es in einiger Entfernung von der Düse wieder von der Unterseite des Metallbandes in den Tank zurückfällt Bei der radialen Verdrängung werden einzelne Teilchen des aufgespritzten Kühlmediums mit einer Bewegungskomponente in Laufrichtung des Metallbandes verdrängt, während andere Teilchen mit einer Komponente entgegen der Laufrichtung des Metallbandes verdrängt werden. Die letztgenannten Teilchen sind im Kontaktbereich der Unterseite des entgegenlaufenden Metallbandes Scherkräften ausgesetzt, welche zu einer Turbolenzbildung bei diesen Teilchen des Kühlmediums und damit zu einem erhöhten Wärmeübergang zwischen dem Metallband und dem Kühlmedium führen. Diejenigen Teilchen des Kühlmediums, welche in Laufrichtung des Metallbandes verdrängt werden, tragen aufgrund der fehlenden Turbulenzen nur zu einem wesentlich geringeren Maße zur Wärmeabfuhr bei, als die entgegen der Laufrichtung verdrängten Teilchen. Außerdem werden die einzelnen Teilchen des Kühlmediums beim senkrechten Auftreffen auf die Unterseite des Metallbandes zunächst auf eine Geschwindigkeit Vsenkrecht = 0 abgebremst um danach erst wieder in radialer Richtung beschleunigt zu werden; auf diese Weise geht beim Stand der Technik sehr viel Energie verloren. Die verfügbare Energie zur radialen Beschleunigung der Teilchen ist deshalb eher begrenzt, was zur Folge hat, dass auch die radiale Verdrängung des Kühlmediums entgegen der Laufrichtung des Metallbandes nur auf einer begrenzten Länge bzw. Fläche erfolgt. Dies wiederum hat zur Folge, dass die entsprechende Kühlfläche ebenfalls nur entsprechend gering ist. Insofern ist die Kühlvorrichtung im Stand der Technik ineffektiv und ineffizient.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühlvorrichtung, eine bekannte Verwendung für die Kühlvorrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben der bekannten Kühlvorrichtung dahingehend weiter zu bilden, dass die Wärmeabfuhr wesentlich effektiver und effizienter wird.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Konkret sieht die Lösung vor, dass eine ebene Platte vorgesehen ist, welche in einer Betriebsposition parallel zur Oberfläche des Metallbandes im Auslauf des Kaltwalzgerüstes angeordnet ist; und
    dass die Düse in der Betriebsposition angeordnet ist zum Einspritzen des Kühlmediums unter einem spitzen Spritzwinkel α mit 10° ≤ α ≤ 20° in einen Hohlraum zwischen der Oberfläche des Metallbandes und der gegenüberliegenden Platte mit einer Spritzrichtung gegen die Laufrichtung des Metallbandes.
  • Durch das beanspruchte Aufspritzen des gesamten Kühlmediums unter dem spitzen Spritzwinkel α mit 10° ≤ α ≤ 20° gegen die Laufrichtung des Metallbandes wird vorteilhafterweise erreicht, dass vorzugsweise die gesamte Menge des aufgespritzten Kühlmediums den durch das entgegenlaufende Metallband verursachten Scherkräften ausgeliefert und zur Ausbildung eines durch die Scherkräfte bedingten turbulenten Strömungsfeldes des Kühlmediums in dem flachen Hohlraum zwischen der Oberfläche des Metallbandes und der gegenüberliegenden Platte beiträgt. Weil im Unterschied zum Stand der Technik nicht nur ein Teil, sondern die gesamte aufgespritzte Menge des Kühlmediums zur Bildung des turbulenten Strömungsfeldes beiträgt, bewirkt die vorliegende Erfindung vorteilhafterweise, dass eine gleiche Menge des Kühlmediums einen wesentlich größeren Wärmeübergang, d.h. ein Abführen einer größeren Wärmemenge ermöglicht, als das im Stand der Technik möglich war; insofern ist der Gegenstand der Erfindung effizienter als vergleichbarer Stand der Technik.
  • Im Unterschied zum Stand der Technik wird bei der vorliegenden Erfindung durch das beanspruchte spitzwinklige Auftreffen des Kühlmediums auf die Oberfläche des Metallbandes sichergestellt, dass das Kühlmedium sofort nach Verlassen der Düse mit einer Bewegungs-Komponente entgegen der Laufrichtung des Metallbandes bewegt wird. Die hier bei spitzem Winkel auftretenden Reflexionsverluste sind wesentlich geringer als bei senkrechten Aufprall und deshalb ist die Ausdehnung des Kühlmittels entgegen der Laufrichtung auf der Oberfläche des Metallbandes, das heißt die effektive Kühllänge, wesentlich größer als im Stand der Technik. Demzufolge ist auch das erfindungsgemäß ausgebildete turbulente Strömungsfeld in dem Hohlraum entgegen der Laufrichtung wesentlich länger/tiefer ausgebildet als im Stand der Technik, wodurch ein wesentlich besserer Wärmeübergang erzielt wird und mehr Wärme vom Metallband abgeführt werden kann. Insofern ist die beanspruchte Vorrichtung wesentlich effektiver als die aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung. Schließlich sei noch ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens erwähnt. Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Anströmung der Oberflächen des Metallbandes mit dem Kühlmedium im spitzen Winkel gegen den Bandlauf werden die Oberflächen des Metallbandes vorteilhafterweise auch ganz oder zumindest teilweise von zuvor aufgetragenen Walzemulsionen befreit. Dadurch ergeben sich in Kombination mit dem Einsatz von Abquetschrollenaggregaten und einem oder mehreren Düsenbalken zum Aufspritzen von beispielsweise demineralisiertem Wasser Möglichkeiten der Medientrennung, z. B. zwischen Gerüsten mit unterschiedlicher Emulsionsbeaufschlagung, und der Bandreinigung. Erforderlich sind derartige Einrichtungen zur Erzeugung bestimmter Oberflächenbeschaffenheiten- und Reinheiten. Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist besonders vorteilhaft einzusetzen im Auslauf von Gerüsten, bei denen im Einlauf nur minimale Schmiermittelmengen auf das Band aufgetragen werden zur Erzielung einer Reibwertanpassung im Walzspalt. In diesen Fällen wird die einlaufseitig aufgetragene Walzemulsion weitestgehend beim Walzen im Walzspalt verbraucht. Die nach dem Walze im Auslauf auf der Oberfläche des Metallbandes verbleibenden Emulsionsrückstände sind minimal und können problemlos durch die erfindungsgemäße Vorrichtung - quasi in einem Nebeneffekt - mit beseitigt werden. Der Einsatz von Minimalmengen Schmiereinrichtungen zur gezielten Reibungszahlanpassung kann durch Bandreinigung und Medientrennung optimal genutzt werden.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung eine Mehrzahl von Düsen, die vorzugsweise in mindestens einem Düsenbalken quer zur Laufrichtung des Metallbandes angeordnet sind. Durch diese Anordnung einer Mehrzahl der Düsen wird vorteilhafterweise eine größere flächige Ausdehnung des turbulenten Strömungsfeldes auch quer zur Bandlaufrichtung erreicht; seine Kühlwirkung wird dadurch weiter verbessert. Optional sind die Düsen in die Platte eingebaut.
  • Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung umfasst vorteilhafterweise eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung zum Steuern oder Regeln der Kühlleistung der Kühlvorrichtung durch geeignetes individuelles Variieren des Druckes und/oder der Strömungsgeschwindigkeit, mit welchem/welcher das Kühlmedium die einzelnen Düsen verlässt, der in den Hohlraum eingespritzten Menge des Kühlmediums oder der Spritzrichtung. Auf diese Weise ermöglicht die beanspruchte Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung jederzeit eine optimale gewünschte Temperaturführung des Metallbandes während eines Walzprozesses. Die Steuerung oder Regelung wird vorteilhafterweise durch ein Prozessmodell unterstützt.
  • Eine dreidimensionale Einstellung der Spritzrichtung des Kühlmediums ermöglicht vorteilhafterweise nicht nur eine variable Einstellung des spitzen Spritzwinkels α in einer Ebene senkrecht zur Ebene des Metallbandes, sondern auch eine Einstellung des Azimutwinkels β in einer Ebene parallel zur Ebene des Metallbandes. Die variable Einstellung des Azimutwinkels β ist insbesondere für die Düsen im Randbereich des Metallbandes vorteilhaft, weil dann durch eine Einstellung der Düsen mit einer Spritzrichtung, die leicht gegen die Mitte des Metallbandes geneigt ist, erreicht werden kann, das weniger Kühlmittel aus dem Bereich des Metallbandes verdrängt wird und mehr oder weniger ungenutzt abfließt.
  • Wichtig ist jedoch, dass bei jeder Einstellung des Spritzwinkels α oder Azimutwinkels β die Spritzrichtung immer noch eine Komponente gegen die Laufrichtung des Metallbandes aufweist, weil nur dadurch die Ausbildung des für die starke Kühlwirkung verantwortlichen turbulenten Strömungsfeldes gewährleistet ist.
  • Optional kann die Vorrichtung eine Positionierungsvorrichtung aufweisen zum variablen Positionieren der Platte in die Betriebsposition oder eine Wartungsposition außerhalb des Bandlaufes. Wie der Name bereits vermuten lässt, ist die Wartungsposition für Wartungszwecke, insbesondere wenn in die Platte auch die Düsen integriert sind, wesentlich bequemer als die Betriebsposition. Die Wartungs- oder Ruheposition wird vorzugsweise automatisch bei einer Störung oder nach Abschluss eines Walzvorganges angefahren. Eine Störung des Walzprogrammes liegt insbesondere dann vor, wenn ein Bandriss stattgefunden hat, der z. B. durch ein Signal des abfallenden Bandzuges signalisiert wird. Das Herausfahren der Platte aus dem Bandlauf ist dann erforderlich, um Bandschrott zu beseitigen.
  • Die Düsen und die Platte können sowohl gegenüberliegend zur Oberseite des Metallbandes wie auch gegenüberliegend zur Unterseite des Metallbandes vorgesehen sein.
  • Optional ist die Platte geringfügig breiter als das Metallband und weist die Platte an ihren Rändern parallel zur Laufrichtung des Metallbandes überstehende Kanten auf, die die Ränder des Metallbandes in der Betriebsposition - wenn auch in einem möglichst geringen Abstand umgreifen. Diese Kanten an den Platten wirken ebenfalls dem oben beschriebenen Problem entgegen, dass das Kühlmedium im Randbereich zu schnell abfließen und keine große Kühlwirkung haben würde. Die Kanten treten dem seitlich abfließenden Wasser entgegen und tragen so zu einer verbesserten Kühlleistung der Kühlvorrichtung bei. Besonders effektiv wird das seitliche Abfließen des Kühlmediums verhindert, wenn sich die Kanten von einer der Oberseite des Metallbandes zugewandten Platte und die Kanten einer der Unterseite des Metallbandes zugewandten Platte in den Randbereichen des Metallbandes überlappen und insbesondere, wenn dann noch eine Dichtung zwischen diesen Kanten vorhanden ist. Dann ist ein seitliches Abfließen des Kühlmediums vorteilhafterweise ganz unterbunden und das Kühlmedium kann nur noch in Walzrichtung oder entgegen der Walzrichtung abfließen. Die Kühlwirkung ist dann besonders groß.
  • Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung bewirkt vorteilhafterweise auch eine Erweiterung des Leistungsspektrums von (Kalt-)Walzanlagen, insbesondere wenn sie im Zusammenwirken mit einem Reversiergerüst oder als Zwischengerüstkühlung zwischen zwei benachbarten Walzgerüsten einer Walzstraße verwendet wird. Insbesondere bei diesen Anwendungsfällen ermöglicht die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung aufgrund des oben beschriebenen Funktionsprinzips eine sehr effektive Kühlung, das heißt eine starke Kühlung pro Zeiteinheit. Diese starke Kühlung verhindert, dass das Band zwischen den Stichen zu warm wird und ermöglicht so vorteilhafterweise eine erhöhte Walzgeschwindigkeit bzw. eine höhere und/oder rascher aufeinander folgende Stichabnahme als im Stand der Technik. Auf diese Weise wird die Leistung der Kaltwalzanlage wesentlich gesteigert.
  • Die oben genannte Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf die Kühlvorrichtung genannten Vorteilen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben der Kühlvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der Beschreibung sind sechs Figuren beigefügt, wobei
    • Figur 1
    den Auslauf einer Kaltwalzanlage mit einem auslaufenden Metallband und einem darunter angeordneten Überleittisch;
    Figur 2
    Düsen eingebaut in den Überleittisch,
    Figur 3
    eine erfindungsgemäße Platte mit Düsenbalken in Form einer Kühlkassette für die Unterseite und die Oberseite des Metallbandes;
    Figur 4
    die Kühlkassetten in Betriebsposition;
    Figur 5
    einen Querschnitt durch die Kühlkassetten in Betriebsposition mit seitlich überlappenden Kanten; und
    Figur 6
    die Kühlkassetten ausgeschwenkt aus dem Bandlauf in eine Wartungsposition
    zeigt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben.
  • Figur 1 zeigt den Auslauf eines Kaltwalzgerüstes 300 mit einem nach links auslaufenden Metallband 200. Unter dem Metallband ist eine Platte 500 in Form eines Überleittisches angeordnet. In einem Abstand Kmin von dem Kaltwalzgerüst ist quer zur Laufrichtung des Metallbandes in dem Überleittisch ein Düsenbalken 110 mit einer Mehrzahl einzelner Düsen 112 angeordnet.
  • Figur 2 zeigt die Anordnung der Düsen 112 bzw. des Düsenbalkens 110 in dem Überleittisch 500. Konkret ist zu erkennen, dass die Düsen in dem Überleittisch so ausgerichtet sind, dass sie ein Kühlmedium 400 unter einem spitzen Spritzwinkel α gegen die Unterseite des Metallbandes entgegen dessen Laufrichtung L spritzen. Durch den Kontakt mit dem in entgegen gesetzter Richtung L laufenden Metallband 200 wirken Scherkräfte auf die beteiligten Partikel des Kühlmediums, wobei diese Scherkräfte in dem Kühlmedium die Ausbildung eines turbulenten Strömungsfeld bewirken. Das turbulente Strömungsfeld bildet sich aus in einem flachen Hohlraum H zwischen der Unterseite des Metallbandes 200 und der Oberseite des Überleittisches 500. Die Spalthöhe S dieses flachen Hohlraums H darf einerseits nicht zu klein gewählt werden, um eine direkte Berührung des Metallbandes 200 mit dem Überleittisch 500 zu vermeiden. Andererseits darf die Spalthöhe S auch nicht zu groß gewählt werden, denn je größer die Spalthöhe ist, desto größer ist die erforderliche Menge an Kühlmedium, um eine gewünschte Kühlleistung realisieren zu können.
  • Die Kühlleistung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung kann mit Hilfe einer Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung 120 individuell gesteuert bzw. geregelt werden, indem bei den einzelnen Düsen 112 jeweils der Druck oder die Strömungsgeschwindigkeit mit welchem/welcher das Kühlmedium 400 die einzelnen Düsen verlässt, die Menge des Kühlmediums und/oder die dreidimensionale Spritzrichtung R des Kühlmediums geeignet eingestellt bzw. variiert wird. Besonders effektiv arbeitet die Kühlvorrichtung bei einem Spritzwinkel α mit α = 10° - 20°.
  • Die Effektivität und Effizienz der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung lässt sich weiterhin dadurch verbessern, dass der Azimutwinkel β bei den Düsen 112-n in der Mitte des Düsenbalkens 110 zu Null, aber bei den Düsen in 112-1, 112-N in der Nähe der Ränder des Metallbandes ungleich Null eingestellt wird. Konkret ist es empfehlenswert, die Düsen in der Nähe der Ränder des Metallbandes so einzustellen, dass das Kühlmedium jeweils leicht zur Mitte des Metallbandes hin auf dessen Unterseite gespritzt wird. Durch die Ausrichtung der Düsen zur Mitte des Metallbandes hin wird vorteilhafterweise erreicht, dass auch das von diesen Düsen ausgespritzte Kühlmedium möglichst effektiv an der Bildung des turbulenten Strömungsteils beteiligt wird und nur möglichst wenig des von diesen Düsen ausgegebenen Kühlmediums über die Ränder des Metallbandes hinaus quer zur Laufrichtung L des Metallbandes in Richtung der in Figur 1 gezeigten Pfeile V ohne zur Kühlung beizutragen, abfließt.
  • Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ermöglicht eine Kühlleistung von bis zu 30.000 W/m2K.
  • Figur 3 zeigt die erfindungsgemäßen Platten 500 mit jeweils einem Düsenbalken 110; diese Anordnung wird nachfolgend auch als Kühlkassette bezeichnet. Figur 3 zeigt eine Kühlkassette für die Oberseite des Metallbandes 200, mit dem Zusatz I an den Bezugszeichen bezeichnet, und eine Kühlkassette für die Unterseite des Metallbandes, mit dem Zusatz II zu den Bezugszeichen bezeichnet. Die Bezugszeichen 510-I und 510-II bezeichnen die Kanten an den Rändern der Platten. In Figur 3 sind weiterhin die den Kühlkassetten zugeordneten Positionierungsvorrichtungen 600-I und 600-II zu erkennen, die ein Schwenken der Kühlkassetten aus der in Figur 3 gezeigten Wartungs- bzw. Ruheposition in eine später in Figur 4 gezeigte Betriebsposition und zurück ermöglichen. Weiterhin sind in Figur 3 Spindeln 700 zu erkennen, die in der Betriebsposition eine feine Einstellung des Abstandes der Kühlkassette von der Bandoberfläche ermöglichen. Wie einleitend erläutert, hat die konkrete Spalthöhe einen großen Einfluss auf die Ausbildung des turbulenten Strömungsfeldes und damit auf die Effektivität der Kühlwirkung. Die Spalthöhe bestimmt den Strömungsquerschnitt des turbulenten Strömungsfeldes; sie wird deshalb vorzugsweise in Abhängigkeit von der Bandgeschwindigkeit und in Abhängigkeit von Bandschwingungen individuell eingestellt.
  • Figur 4 zeigt die bereits erwähnte Betriebsposition der Kühlkassetten 500-I, 500-II, in der die Kühlkassetten bzw. die Platten parallel zur Unterseite und / oder Oberseite des gewalzten Metallbandes 200 positioniert sind.
  • Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die Kühlkassetten in der Betriebsposition. Es ist zu erkennen, dass die seitlichen Kanten 510-I, 510-II der oberen und der unteren Kühlkassette das Metallband 200 an seinen Rändern umschließen. Auf diese Weise wird ein seitliches Abfließen von Kühlwasser erschwert, wodurch die Kühlwirkung der Kühlvorrichtung insgesamt verbessert wird. Durch eine Dichtung 520 zwischen den Kanten der oberen Kühlkassette 500-I und der unteren Kühlkassette 500-II kann das seitliche Abfließen des Kühlmediums sogar ganz unterbunden werden, wodurch die Kühlwirkung maximiert wird. Das Kühlwasser kann dann nur noch in Walzrichtung oder entgegen der Walzrichtung aus dem durch die Kühlkassetten gebildeten Rahmen austreten.
  • Figur 6 zeigt die obere Kühlkassette 500-I und die untere Kühlkassette in der Wartungs- bzw. Ruheposition ähnlich wie in Figur 3, allerdings aus einer anderen Perspektive.

Claims (21)

  1. Kühlvorrichtung (100) zum Kühlen eines Metallbandes (200) nach einer Umformung in einem Kaltwalzgerüst (300), wobei die Kühlvorrichtung umfaßt:
    mindestens eine Düse (112) zum Aufspritzen eines Kühlmediums (400) auf das Metallband (200);
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Platte (500) vorgesehen ist, welche in einer Betriebsposition parallel zur Oberfläche des Metallbandes (200) angeordnet ist; und
    dass die Düse in der Betriebsposition angeordnet ist zum Einspritzen des Kühlmediums (400) unter einem spitzen Spritzwinkel α mit 10° ≤ α ≤ 20° in einen Hohlraum (H) zwischen der Oberfläche des Metallbandes (200) und der gegenüberliegenden Platte (500) mit einer Spritzrichtung (R) gegen die Laufrichtung (L) des Metallbandes (200).
  2. Kühlvorrichtung (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düse oder eine Mehrzahl der Düsen (112) in der Platte (500) angeordnet ist / sind.
  3. Kühlvorrichtung (100) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Mehrzahl der Düsen in Form von mindestens einem Düsenbalken (110) quer zur Laufrichtung (L) des Metallbandes (200) in der Platte angeordnet sind.
  4. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Düsen (112) oder der Düsenbalken (110) in der Betriebsposition mindestens in einem Abstand Kmin von dem Kaltwalzgerüst entfernt angeordnet sind.
  5. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    gekennzeichnet durch,
    eine Steuerungs- oder Regelungsvorrichtung (120) zum Steuern oder Regeln der Kühlleistung der Kühlvorrichtung (100) durch geeignetes individuelles Variieren des Druckes oder der Strömungsgeschwindigkeit mit welchem/welcher das Kühlmittel (400) die einzelnen Düsen (112) verlässt, der in den Hohlraum (H) eingespritzten Menge des Kühlmediums und/oder der Spritzrichtung (R) in Abhängigkeit vorbestimmter Prozessparameter, wie z.B. der Bandgeschwindigkeit.
  6. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Spritzrichtung (R) der Düse (112) dreidimensional, aber immer mit einer Komponente I>0 gegen die Laufrichtung (L) des Metallbandes (200) variabel einstellbar ist.
  7. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    gekennzeichnet durch,
    eine Positionierungsvorrichtung (600) zum variablen Positionieren der Platte (500) in die Betriebsposition oder in eine Wartungsposition außerhalb des Bandlaufs.
  8. Kühlvorrichtung (100) nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Positionierungsvorrichtung ausgebildet ist, in der Betriebsposition den Abstand (S) zwischen der Oberfläche des Metallbandes und der gegenüberliegenden Oberfläche der Platte in Abhängigkeit bestimmter Prozessparameter variabel einzustellen.
  9. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an zumindest einer Seite der Platte eine Kante (510) übersteht, welche parallel zur Walzrichtung (L) ausgebildet ist und in der Betriebsposition die Ränder des Metallbandes (200) in einem vorbestimmten Abstand zumindest ein Stück weit umgreift.
  10. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine erste Platte (500-I)vorgesehen ist, welche in der Betriebsposition gegenüberliegend zur Oberseite des Metallbandes (200) positionierbar ist, und dass eine zweite Platte (500-II) vorgesehen ist, welche in der Betriebsposition gegenüberliegend zur Unterseite des Metallbandes positionierbar ist.
  11. Kühlvorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der Betriebsposition zumindest auf einer Seite des Metallbandes (200) die gegenüberliegenden Kanten (510-I, 510-II) der ersten und der zweiten Platte durch eine Dichtung (520) gegeneinander abgedichtet sind.
  12. Kühlvorrichtung (100) nach Anspruch 10 oder 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es sich bei der zweiten Platte um einen Überleittisch für das Metallband handelt.
  13. Kühlvorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass es sich bei dem Kaltwalzgerüst (300) um ein Reversiergerüst oder ein Einweg- Kaltwalzgerüst oder ein Dressiergerüst handelt.
  14. Verwendung der Kühlvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis10,
    als Zwischengerüstkühlung zwischen zwei benachbarten Kaltwalzgerüsten einer Walzstraße.
  15. Verfahren zum Betreiben einer Kühlvorrichtung (100) zum Kühlen eines Metallbandes (200) nach einer Umformung in einem Kaltwalzgerüst (300), umfassend folgende Schritte: Aufspritzen eines Kühlmediums (400) auf die Oberfläche des Metallbandes (200); dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlmedium (400) in einen Hohlraum (H) zwischen der Oberfläche des Metallbandes und einer gegenüberliegenden Platte (500) mit einem spitzen Spritzwinkel α mit 10° ≤ α ≤ 20° gegen die Laufrichtung (L) des Metallbandes (200) eingespritzt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühlleistung der Kühlvorrichtung (100) gesteuert oder geregelt wird durch geeignetes Variieren des Druckes oder der Strömungsgeschwindigkeit mit welchem/welcher das Kühlmedium (400) in den Hohlraum eingespritzt wird, der in den Hohlraum (H) eingespritzten Menge des Kühlmediums und/oder des Spritzwinkels (α).
  17. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Druck oder Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit der jeweils aktuellen Geschwindigkeit des Metallbandes eingestellt wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass Druck oder Strömungsgeschwindigkeit in Abhängigkeit gemessener oder berechneter Prozessgrößen durch ein Prozessmodell vorgegeben werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kühlmedium in der Nähe der Ränder des Metallbandes mit einer Komponente der Spritzrichtung (R) quer zur Laufrichtung des Metallbandes, das heißt zur Mitte des Metallbandes, auf dessen Oberfläche gespritzt wird.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kühlmedium (400) auf die Oberseite und/oder auf die Unterseite des Metallbandes aufgespritzt werden kann, wobei die Kühlleistung für die Oberseite und die Unterseite unabhängig voneinander einstellbar oder regelbar ist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 - 20,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Platte zusammen mit der Düse im Falle eines Bandrisses automatisch aus dem Bandlauf herausgefahren wird.
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