EP3184182B1 - Vorrichtung und verfahren zum reinigen eines körpers mit einer abzutragenden oberflächenschicht - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum reinigen eines körpers mit einer abzutragenden oberflächenschicht Download PDF

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EP3184182B1
EP3184182B1 EP15202475.8A EP15202475A EP3184182B1 EP 3184182 B1 EP3184182 B1 EP 3184182B1 EP 15202475 A EP15202475 A EP 15202475A EP 3184182 B1 EP3184182 B1 EP 3184182B1
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EP
European Patent Office
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nozzle
jet
jet nozzle
surface layer
nozzle holder
Prior art date
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EP15202475.8A
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EP3184182A1 (de
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Michael Jarchau
Martin Oberscheidt
Malte Willems
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Hammelmann GmbH
Original Assignee
Hammelmann GmbH
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Publication date
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Priority to JP2018533081A priority patent/JP6903665B2/ja
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    • B05B3/00—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements
    • B05B3/02—Spraying or sprinkling apparatus with moving outlet elements or moving deflecting elements with rotating elements
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    • 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
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    • B21B45/0269—Cleaning

Definitions

  • the present invention relates to a device for cleaning, in particular descaling, a body moved relative to the device in a movement direction with a surface layer to be removed according to the preamble of claim 1 and a method for cleaning a body according to the preamble of claim 10.
  • descaling of bodies with a surface layer to be removed in particular warm rolling stock with a scale layer to be removed, are known for example from US Pat DE 43 28 303 C2 known.
  • Such a descaling device serves to dissolve a scale layer present on the steel by means of a liquid jet impinging on a surface of the rolling stock at high pressure, for example a high-pressure water jet.
  • the flat-jet nozzles used for this purpose are fastened to a cylindrical nozzle holder, wherein the nozzle holder is rotatable about an axis perpendicular to the rolling stock and thus the surface of the rolling stock moved past the apparatus is repeatedly swept over in order to detach the scale from the rolling stock.
  • parts of the scale can be removed in the direction of the direction of movement of the rolling stock when removing the scale from the rolling surface, which involves the risk that during the next rolling previously Tinder pieces dissolved by the application of pressurized liquid are rolled back into the rolling stock surface during the subsequent rolling process.
  • the object of the present invention is to provide an apparatus and a method for cleaning bodies moved in a direction of movement relative to the apparatus with a surface layer to be removed, with which the abovementioned disadvantages are eliminated and which can be operated both liquid and energy-saving.
  • the device according to the invention for cleaning has at least one nozzle holder which is rotatably held on a central bearing which is perpendicular or inclined to the surface layer to be processed.
  • the at least one nozzle holder has at least one jet nozzle held in an arm of the nozzle holder, from which the pressurized liquid emerges in operation.
  • the jet nozzle is oriented in such a way that the surface layer is acted upon by a liquid jet emerging from the jet nozzle during operation obliquely to the surface layer.
  • the at least one jet nozzle is rotatably mounted about a parallel to the central bearing of the nozzle holder rotation axis of the nozzle holder, wherein the jet nozzle is driven in rotation so that an angle between the direction of movement of the body and the orientation of the jet nozzle exiting liquid jet in the plane of the surface layer is constant.
  • an axis of rotation is received with a supply line for the pressurized liquid therein, which is connected to a supply line in the respective arm of the nozzle holder, which opens into an inlet opening of a nozzle housing of the jet nozzle.
  • a vector which defines the emission direction of the liquid jet from the jet nozzle under a pressure of from 80 bar to 1000 bar has no component in the direction of movement of the body.
  • the beam nozzle kept constant by the beam nozzle allows aligning the jet nozzles so that they always radiate with a presettable speed component counter to the direction of movement of the body and thus can be avoided that particular detached scale parts remain on the rolling stock beyond the device for descaling, which would be rolled back into the surface of the rolling stock in a subsequent rolling process, and that the jet liquid remains too long on the top of the rolling stock, which would lead to disadvantageous cooling and thermal asymmetry.
  • the at least one jet nozzle by means of a gearbox is driven by a motor.
  • This transmission according to the invention is designed so that in each arm of the nozzle holder, a first gear is rotatably mounted, which meshes with a central rotatably mounted on the central bearing second gear and a non-rotatably attached to the jet third gear, wherein the first and the third gear are the same size , whereby the amount of rotational speeds of the jet nozzle and the nozzle holder is the same.
  • the choice of the radius of the first gear wheel also makes it possible to position the jet nozzles at different distances from the rotational axis of the nozzle holder, so that it is also possible to form nozzle holders with several arms of different length, which is advantageous in terms of a uniform area distribution of the hydraulic beam energy is.
  • nozzle holder For rotational drive of the nozzle holder according to a preferred embodiment of the nozzle holder rotatably connected to a rotatably driven, received in the central bearing axis of rotation, wherein in the axis of rotation a supply line of the pressurized fluid is added.
  • a fourth gear driven by a drive gear is rotatably mounted on the nozzle holder itself.
  • the nozzle holder has, according to a preferred embodiment, at least two arms, to each of which a jet nozzle is rotatably mounted.
  • a plurality of nozzle holders are arranged next to one another, the rotational radii of the surfaces swept by the arms of the nozzle holders partially overlapping one another. This makes it possible to equip the device according to the width of the rolling stock with a plurality of such nozzle holder.
  • the angle between the direction of movement of the rolling stock and the impact line the orientation of the jet nozzles determining the jet of liquid emerging from the jet nozzle can be preset.
  • the inventive method is characterized in that the at least one jet nozzle is rotated relative to the rotating nozzle holder when the surface layer, in particular a Walzgutober Structure with the liquid jet to such a parallel to the central bearing of the nozzle holder rotational axis relative to the rotating nozzle holder that an angle between the direction of movement of Body, in particular rolling stock and the impingement of the emerging from the jet nozzle liquid jet is maintained constant.
  • the jet nozzle is rotated relative to the rotating nozzle holder so that the emission direction of the liquid jet from the jet nozzle is always opposite to the direction of movement of the body.
  • top, bottom, left, right, front, back, etc. refer exclusively to the exemplary representation and position of the rolling stock, central warehouse, nozzle holder, arm, jet nozzle and the like chosen in the respective figures. These terms are not intended to be limiting, that is to say, by different working positions or the mirror-symmetrical design or the like, these references may change.
  • FIGS. 1 . 2 and 6a to 6d is a first embodiment of a device 1 according to the invention for cleaning, in particular descaling, a relative to the device in a movement direction x moving body 2 with a surface layer to be removed, in particular hot rolling, in particular slabs or belts, shown with a pressurized liquid.
  • the invention will be further elucidated on the basis of an apparatus and a method for descaling warm rolling material translating relative to the apparatus in a movement direction X, but not limited to this application.
  • the rolling stock to be descaled is in particular slabs or strips. Also conceivable is the use of the device for other shapes of the crude steel.
  • the device has in the in FIGS. 1 . 2 and 6a to 6d shown variants a two-armed nozzle holder 3 with two arms 31 and 32 which is rotatably mounted relative to a central warehouse 5.
  • a gear 6 is rotatably mounted on the nozzle holder 3, which with a (not shown) drive gear is in positive operative connection and so the nozzle holder 3 is set in operation in rotation.
  • a jet nozzle 4 From the rolling stock 2 facing the underside of the nozzle holder 3 protrudes from each of the arms 31, 32 a jet nozzle 4, through the function of a pressurized liquid, such as water, emerges to solve an existing on the surface of the rolling scale layer and ablate.
  • a pressurized liquid such as water
  • the jet nozzle 4 is formed in the embodiments shown in the figures as a flat jet nozzle, which emits a liquid jet 12 at a spray angle ⁇ of 0 ° to 90 °, particularly preferably from 10 ° to 50 ° on the surface of the rolled stock.
  • spraying angle ⁇ is here understood the fanning of the liquid jet from the channel end of the jet nozzle towards the surface to be processed.
  • the jet nozzle 4 is aligned so that the outgoing liquid jet 12 is aligned at an angle ⁇ of 0 ° to 40 °, preferably from 5 ° to 20 ° to the surface normal of the machined surface.
  • the pressures used are between 80 and 1000 bar, preferably in a range of 200 to 400 bar.
  • Each of the jet nozzles 4 is surrounded by a housing 41, on the outside of a second gear 9, 10 is rotatably attached.
  • the housing 41 is rotatably mounted in the nozzle holder 3.
  • the first gear 7, 8 and the third gear 9, 10 have the same radius, so that the rotational speed of the nozzle holder 3 about the central axis 5 corresponds to the rotational speed of the jet nozzles 4 with respect to the nozzle holder 3.
  • the liquid jet 12 which impinges linearly and obliquely to the Walzgutober construction on Walzgutober decoration, thereby causing a constant removal of the scale from the Walzgutober requirements, the abraded scale and the jet liquid is always radiated in the same direction relative to the direction of movement X of the rolling stock.
  • the nozzle holder 3 is formed with three arms three arms 31, 32 and 33.
  • the arms 31, 32, 33 differ in their radial length radially to the central warehouse 5, wherein the jet nozzles 4 are arranged on the respective arms of the nozzle holder 3, that their distance from the axis of rotation of the nozzle holder 3 is different.
  • the drive of the nozzle holder 3 takes place in the in the Figures 3 - 5 and 7
  • One end of the axis of rotation 16 projects from a motor flange, on which a motor can be fastened, with which the axis of rotation 16 is driven by a motor.
  • the axis of rotation 16 is preferably mounted via roller bearings in the housing 51 of the central warehouse 5.
  • a fastening flange 52 is provided on the housing 51 of the central bearing 5, with which the housing 51 can be fastened to a carrier which is arranged above or below a transport path along which the rolling stock 2 is moved.
  • the second gear 11 On a cylindrical, engaging in the nozzle holder 3 part of the housing 51, the second gear 11 is circumferentially and rotationally fixed, while a reaching into the nozzle holder 3 region of the rotation axis 16 is rotatably connected to the nozzle holder 3.
  • FIG. 5 shows an arrangement of several juxtaposed devices for descaling with three-arm nozzle holders.
  • the devices 1 are arranged with each other in such a way that they rotate in opposite directions. It is also conceivable to position and drive the individual devices so that adjacent nozzle holders 3 in each case rotate in the same direction.
  • FIG. 8 shows an alternative orientation of the jet nozzles 4, wherein the rotational positions of the nozzle holder 3 of a over a left portion of the rolling stock surface at a spray angle ⁇ of about 45 ° opposite to the moving direction x of the rolling stock to the outside and the rotational positions of the nozzle holder 3 a over a right portion of the Walzgutober #3 are aligned in a spray angle ⁇ of about 45 ° opposite to the direction of movement x of the rolling stock to the outside.
  • each of the jet nozzles 4 it is important to align the spray angle ⁇ of the jet nozzles 4 against the direction of movement of the rolling stock and thus to avoid that detached scale parts remain on the rolling stock on the other side of the device for descaling, in a subsequent Rolling be rolled back into the surface of the rolling stock, and that the jet liquid remains too long on the top of the rolling stock, which would lead to adverse cooling and thermal asymmetry.
  • the at least one jet nozzle 4 becomes parallel to the liquid jet 12 during operation of the rolling stock surface to the central warehouse 5 of the nozzle holder 3 aligned rotational axis relative to the rotating nozzle holder 3 is rotated so that an angle a between the direction of movement x of the rolling stock 2 and the impingement of the emerging from the jet nozzle 4 liquid jet 12 is maintained constant.
  • the jet nozzle 4 is preferably rotated relative to the rotating nozzle holder 3 so that the emission direction of the liquid jet 12 from the jet nozzle 4th always takes place with a preset speed component counter to the direction of movement x of the rolling stock 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cleaning By Liquid Or Steam (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Cleaning In General (AREA)
  • Cleaning And De-Greasing Of Metallic Materials By Chemical Methods (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Reinigen, insbesondere Entzundern, eines relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung bewegten Körpers mit einer abzutragenden Oberflächenschicht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Körpers gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10. Gattungsgemäße Vorrichtungen zum Reinigen, insbesondere Entzundern von Körpern mit einer abzutragenden Oberflächenschicht, insbesondere warmem Walzgut mit einer abzutragenden Zunderschicht, sind beispielsweise aus der DE 43 28 303 C2 bekannt. Eine solche Entzunderungsvorrichtung dient dazu, eine auf dem Stahl vorhandene Zunderschicht mittels eines unter Hochdruck auf eine Oberfläche des Walzgutes auftreffenden Flüssigkeitsstrahls, beispielsweise eine Hochdruckwasserstrahls zu lösen. Die dazu eingesetzten Flachstrahldüsen sind an einem zylindrischen Düsenhalter befestigt, wobei der Düsenhalter um eine zum Walzgut senkrechte Achse rotierbar ist und so die an der Vorrichtung vorbeibewegte Oberfläche des Walzgutes mehrfach überstrichen wird, um den Zunder von dem Walzgut zu lösen.
  • In den beiden genannten Schriften sind mehrere Düsenköpfe mit jeweils mehreren Flachstrahldüsen in einer Reihe nebeneinander senkrecht zur Bewegungsrichtung des Walzgutes angeordnet.
  • Nachteilig bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Reinigungsvorrichtungen ist, dass zum einen durch die Rotation der Düsenköpfe mit daran angeordneten Flachstrahldüsen Randbereiche des Walzgutes stärker mit der Flüssigkeit beaufschlagt werden als zentrale Bereiche, wodurch sich sogenannte Wärmestreifen auf dem Walzgut infolge einer inhomogenen Abkühlung des Walzgutes durch die Bestrahlung bilden.
  • Des Weiteren können beim Abtragen des Zunders von der Walzgutoberfläche Teile des Zunders in Richtung der Bewegungsrichtung des Walzgutes abgetragen werden, was die Gefahr birgt, dass beim nächsten Walzvorgang zuvor durch die Druckflüssigkeitsbeaufschlagung gelöste Zunderstücke beim darauf folgenden Walzvorgang wieder in die Walzgutoberfläche eingewalzt werden.
  • Ein zusätzlicher Nachteil aus dem Stand der Technik entsteht dadurch, dass auf der Walzgutoberseite nicht nur der Zunder, sondern auch die Strahlflüssigkeit selbst nicht gerichtet vom Walzgut abgeführt wird. Die dadurch bedingte längere und unbestimmte Verweildauer der Flüssigkeit auf der Walzgutoberfläche bewirkt eine qualitätsmindernde Dämpfungswirkung für nachfolgend auftreffende Flüssigkeitsstrahlen, eine aus energetischen Gründen unerwünschte Abkühlung des Walzguts sowie eine in Hinblick auf die Betriebssicherheit unvorteilhafte Temperaturdifferenz zwischen der Unterseite und der kälteren Oberseite des Walzguts.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Reinigung von relativ zur Vorrichtung in eine Bewegungsrichtung bewegtem Körpern mit einer abzutragenden Oberflächenschicht bereitzustellen, mit der die oben genannten Nachteile beseitigt sind und die bzw. das sowohl flüssigkeitsals auch energiesparender betreibbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zum Reinigen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die gestellte Aufgabe des Weiteren durch ein Verfahren zum Reinigen mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen weist wenigstens einen an einem senkrecht oder geneigt zur zu bearbeitenden Oberflächenschicht stehenden Zentrallager drehbar gehaltenen Düsenhalter auf.
  • Der wenigstens eine Düsenhalter weist wenigstens eine in einem Arm des Düsenhalters gehalten Strahldüse auf, aus der in Funktion die unter Druck stehende Flüssigkeit austritt.
  • Die Strahldüse ist dabei derart ausgerichtet, dass die Oberflächenschicht mit einem aus der Strahldüse im Betrieb austretenden Flüssigkeitsstrahl schräg zur Oberflächenschicht beaufschlagt ist.
  • Dabei ist die wenigstens eine Strahldüse um eine parallel zum Zentrallager des Düsenhalters ausgerichtete Drehachse drehbar an dem Düsenhalter gelagert, wobei die Strahldüse im Betriebe derart drehend angetrieben ist, dass ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Körpers und der Ausrichtung des aus der Strahldüse austretenden Flüssigkeitsstrahls in der Ebene der Oberflächenschicht konstant ist.
  • In dem Zentrallager ist eine Drehachse mit einer darin eingelassenen Zuleitung für die unter Druck stehende Flüssigkeit aufgenommen ist, die mit einer Zuleitung im jeweiligen Arm des Düsenhalters verbunden ist, die in eine Zulauföffnung eines Düsengehäuses der Strahldüse mündet.
  • Ein die Abstrahlrichtung des unter einem Druck von 80 bar bis 1000 bar stehenden Flüssigkeitsstrahls aus der Strahldüse definierender Vektor weist dabei keine Komponente in Bewegungsrichtung des Körpers auf.
  • Dadurch ist ermöglicht, den die abzutragende Schicht, insbesondere eine Zunderschicht, abtragenden Flüssigkeitsstrahl bei gleichzeitiger Rotation des Düsenhalters stets in die gleiche Richtung auszurichten, was zum einen eine gleichmäßige Beaufschlagung der Oberflächenschicht, insbesondere der Walzgutoberfläche, ermöglicht und damit die Möglichkeit eröffnet, deutlich weniger Flüssigkeit einzusetzen, bedingt durch eine Reduzierung der Unterschiede im spezifischen Energieeintrag von mehrfach beaufschlagten Flächen des Walzgutes.
  • Zum zweiten ist durch die konstant gehaltene Strahlrichtung der Strahldüse ermöglicht, die Strahldüsen so auszurichten, dass sie stets mit einer voreinstellbaren Geschwindigkeitskomponente entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers strahlen und damit vermieden werden kann, dass insbesondere losgelöste Zunderteile auf dem Walzgut jenseits der Vorrichtung zum Entzundern verbleiben, die in einem nachfolgenden Walzvorgang wieder in die Oberfläche des Walzgutes eingewalzt würden, sowie dass die Strahlflüssigkeit zu lange auf der Oberseite des Walzguts verbleibt, was zu nachteiliger Abkühlung und thermischer Asymmetrie führen würde.
  • Aufgrund der Abstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls aus der Strahldüse werden durch die Einwirkung des Flüssigkeitsstrahls gelöste Oberflächenstücke stets entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers von der Oberfläche des Körpers abgetragen.
  • Vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist die wenigstens eine Strahldüse mittels eine Getriebes motorisch antreibbar. Dieses Getriebe ist erfindungsgemäss so ausgebildet, dass in jedem Arm des Düsenhalters ein erstes Zahnrad drehbar gelagert ist, das mit einem zentralen drehfest am Zentrallager befestigten zweiten Zahnrad und einem drehfest an der Strahldüse befestigten dritten Zahnrad kämmt, wobei das erste und das dritte Zahnrad gleichgroß sind, wodurch der Betrag der Drehgeschwindigkeiten der Strahldüse und des Düsenhalters gleich ist.
  • Durch die Wahl des Radius des ersten Zahnrades ist auch ermöglicht, die Strahldüsen in unterschiedlichen Abständen von der Drehachse des Düsenhalters zu positionieren, so dass damit auch eine Ausbildung von Düsenhaltern mit mehreren unterschiedlich langen Armen ermöglicht ist was im Sinne einer gleichmäßigen Flächenverteilung der hydraulischen Strahlenergie vorteilhaft ist.
  • Zum Drehantrieb des Düsenhalters ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Düsenhalter drehfest mit einer drehbar angetriebenen, im Zentrallager aufgenommen Drehachse verbunden, wobei in der Drehachse eine Zuleitung der unter Druck stehenden Flüssigkeit aufgenommen ist.
  • Alternativ ist gemäß einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung an den Düsenhalter selbst ein von einem Antriebszahnrad angetriebenes viertes Zahnrad drehfest angeordnet.
  • Der Düsenhalter weist nach einer bevorzugten Ausführungsvariante wenigstens zwei Arme auf, an denen jeweils eine Strahldüse drehbar befestigt ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sind mehrere Düsenhalter nebeneinander angeordnet, wobei die Drehradien der von den Armen der Düsenhalter überstrichenen Flächen einander teilweise überlappen. Dies ermöglicht, die Vorrichtung entsprechend der Breite des Walzgutes mit mehreren solcher Düsenhalter auszustatten.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die den Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Walzgutes und der Auftrefflinie des aus der Strahldüse austretenden Flüssigkeitsstrahls bestimmende Ausrichtung der Strahldüsen voreinstellbar.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die wenigstens eine Strahldüse bei der Beaufschlagung der Oberflächenschicht, insbesondere einer Walzgutoberfläche mit dem Flüssigkeitsstrahl derart um eine parallel zum Zentrallager des Düsenhalters ausgerichtete Drehachse relativ zum sich drehenden Düsenhalter gedreht wird, dass ein Winkel zwischen der Bewegungsrichtung des Körpers, insbesondere Walzgutes und der Auftrefflinie des aus der Strahldüse austretenden Flüssigkeitsstrahls konstant beibehalten wird.
  • Die Strahldüse wird dabei gegenüber dem sich drehenden Düsenhalter so gedreht, dass die Abstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls aus der Strahldüse stets entgegen der Bewegungsrichtung des Körpers erfolgt.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsvarianten der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einem zwei Arme aufweisenden Düsenhalter,
    Figur 2
    eine Schnittansicht durch die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung,
    Figur 3
    eine perspektivische Ansicht einer alternativen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem drei Arme ausweisenden Düsenhalter,
    Figur 4
    eine Aufriss-Darstellung der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung,
    Figur 5
    eine perspektivische Ansicht mehrerer in einer Reihe angeordneter Vorrichtungen gemäß Figur 3,
    Figuren 6a bis 6d
    eine Ansicht von unten auf die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung in jeweils zeitlich unterschiedlichen Drehpositionen,
    Figur 7a bis 7d
    eine Draufsicht von oben auf entsprechend der Figur 3 ausgebildete Vorrichtungen in zeitlich unterschiedlichen Drehpositionen und
    Figur 8
    eine Draufsicht von oben auf entsprechend der Figur 3 ausgebildete Vorrichtungen mit unterschiedlich ausgerichteten Strahldüsen.
  • In der nachfolgenden Figurenbeschreibung beziehen sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten usw. ausschließlich auf die in den jeweiligen Figuren gewählte beispielhafte Darstellung und Position des Walzguts, des Zentrallagers, Düsenhalters, Armes, der Strahldüse und dergleichen. Diese Begriffe sind nicht einschränkend zu verstehen, das heißt, durch verschiedene Arbeitsstellungen oder die spiegelsymmetrische Auslegung oder dergleichen können sich diese Bezüge ändern.
  • In den Figuren 1, 2 und 6a bis 6d ist eine erste Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Reinigen, insbesondere Entzundern, eines relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung x bewegten Körpers 2 mit einer abzutragenden Oberflächenschicht, insbesondere warmem Walzgut, insbesondere Brammen oder Bänder, mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit dargestellt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Vorrichtung und eines Verfahrens zum Entzundern von relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung X translatorisch bewegtem, warmem Walzgut weiter erläutert, aber nicht auf diese Anwendung beschränkt.
  • Bei dem zu entzundernden Walzgut handelt es sich insbesondere um Brammen oder Bänder. Denkbar ist auch der Einsatz der Vorrichtung für andere Formgestaltungen des Rohstahls.
  • Die Vorrichtung weist in der in den Figuren 1, 2 und 6a bis 6d gezeigten Ausführungsvarianten einen zweiarmigen Düsenhalter 3 mit zwei Armen 31 und 32 auf, der gegenüber einem Zentrallager 5 drehbar gelagert ist.
  • Zum Rotationsantrieb des Düsenhalters 3 ist auf dem Düsenhalter 3 ein Zahnrad 6 drehfest angeordnet, das mit einem (nicht dargestellten) Antriebszahnrad in formschlüssiger Wirkverbindung steht und so den Düsenhalter 3 im Betrieb in Rotation versetzt.
  • Aus der dem Walzgut 2 zugewandten Unterseite des Düsenhalters 3 steht aus jedem der Arme 31, 32 eine Strahldüse 4 hervor, durch die in Funktion eine unter Druck stehenden Flüssigkeit, beispielsweise Wasser, austritt, um eine auf der Oberfläche des Walzgutes vorhandene Zunderschicht zu lösen und abzutragen.
  • Die Strahldüse 4 ist in den in den Figuren gezeigten Ausführungsvarianten als Flachstrahldüse ausgebildet, die einen Flüssigkeitsstrahl 12 in einem Spritzwinkel β von 0° bis 90°, besonders bevorzugt von 10° bis 50° auf die Oberfläche des Walzguts ausstrahlt. Als Spritzwinkel β wird hier die Auffächerung des Flüssigkeitsstrahles vom Kanalende der Strahldüse hin zur zu bearbeitenden Oberfläche verstanden.
  • Die Strahldüse 4 ist dabei so ausgerichtet, dass der ausgehende Flüssigkeitsstrahl 12 in einem Anstellwinkel γ von 0° bis 40°, vorzugsweise von 5° bis 20° zur Flächennormalen der bearbeitenden Oberfläche ausgerichtet ist.
  • Die dabei eingesetzten Drücke bewegen sich zwischen 80 und 1000 bar, vorzugsweise in einem Bereich von 200 bis 400 bar.
  • Jede der Strahldüsen 4 ist dabei von einem Gehäuse 41 umgeben, an dem außen ein zweites Zahnrad 9, 10 drehfest befestigt ist. Das Gehäuse 41 ist dazu drehbar in dem Düsenhalter 3 gelagert.
  • Die Zufuhr der unter Druck stehenden Flüssigkeit, die im Betrieb aus der Strahldüse 4 austritt, erfolgt über eine Zuleitung 14, die über eine Drehdichtung 42 abgedichtet wird und in eine Zulauföffnung 43 im Düsengehäuse 41 mündet.
  • Um die Rotation des Düsenhalters 3 mit der entsprechend gegenläufigen Rotation der Strahldüse 4 zu koppeln, ist gemäß Fig. 2 in jedem Arm 31, 32 des Düsenhalters 3 ein erstes Zahnrad 7, 8 drehbar gelagert, das mit einem zentralen drehfest am Zentrallager 5 befestigten zweiten Zahnrad 11 und an dem drehfest an der Strahldüse 4 befestigten dritten Zahnrad 9, 10 kämmt.
  • Das erste Zahnrad 7, 8 und das dritte Zahnrad 9, 10 weisen dabei den gleichen Radius auf, so dass die Drehgeschwindigkeit des Düsenhalters 3 um die Zentralachse 5 der Drehgeschwindigkeit der Strahldüsen 4 gegenüber dem Düsenhalter 3 entspricht.
  • Durch die Drehbarkeit der Strahldüsen 4 gegenüber dem hier als Düsenbalken ausgebildeten Düsenhalter 3 und der Drehbewegung des Düsenhalters 3 gegenüber der Zentralachse 5 ist ermöglicht, dass, wie in den zeitlich versetzt dargestellten Figuren 6a bis 6d gezeigt, ein Winkel a zwischen der Bewegungsrichtung X des Walzgutes und der Auftrefflinie des aus der Strahldüse 4 austretenden Flüssigkeitsstrahls 12 konstant gehalten ist. Unter dem Begriff der Auftrefflinie ist dabei die große Achse der bei einer normalen Beaufschlagungsrichtung ellipsenförmigen Auftrefffläche zu verstehen.
  • Der Flüssigkeitsstrahl 12, der linienförmig und schräg zur Walzgutoberfläche auf der Walzgutoberfläche auftrifft, bewirkt dadurch eine stetige Abtragung des Zunders von der Walzgutoberfläche, wobei der abgetragene Zunder und die Strahlflüssigkeit stets in die gleiche Richtung relativ zur Bewegungsrichtung X des Walzgutes abgestrahlt wird. Außerdem kann der Wasser- und Energieeinsatz gegenüber aus dem Stand der Technik bekannten Entzunderungsvorrichtungen auf diese Weise deutlich reduziert werden, da die Mehrfachbeaufschlagung der Walzgutoberfläche homogener und effektiver erfolgt, was zum einen zu einem geringeren Flüssigkeits-, insbesondere Wasserverbrauch, und andererseits auch zu einem reduzierten Energieverbrauch beiträgt, da die optimierte Mehrfachbeaufschlagung mit Druckwasser das Walzgut weniger abkühlt und dieses vor dem nächsten Walzvorgang dadurch weniger stark wiederaufgeheizt werden muss.
  • Bei der Ausbildung des Antriebs der Strahldüse und des Düsenhalters 3 über das aus den mehreren Zahnrädern 7, 8, 9, 10, 11 gebildeten Getriebe ist bevorzugt durch anfängliche Einstellung der Abstrahlrichtung b der Strahldüse 4 die Abstrahlrichtung b derart einstellbar, dass ein die Abstrahlrichtung b des Flüssigkeitsstrahls 12 aus der Strahldüse 4 definierender Vektor keine Komponente in Bewegungsrichtung X des Walzgutes 2 aufweist, wodurch sichergestellt ist, dass gelöste Zunderteile nicht in Bewegungsrichtung X des Walzgutes abgetragen werden, was zu einem erneuten Einwalzen der mit der Vorrichtung zuvor abgelösten Zunderstücken in einem anschließenden Walzvorgang führen würde.
  • In den Figuren 3 bis 5 und 7 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung gezeigt. In dieser Ausführungsvariante ist der Düsenhalter 3 dreiarmig mit drei Armen 31, 32 und 33 ausgebildet.
  • Die Arme 31, 32, 33 unterscheiden sich dabei in ihrer radialen Länge radial zum Zentrallager 5, wobei auch die Strahldüsen 4 so an den jeweiligen Armen des Düsenhalters 3 angeordnet sind, dass deren Abstand zur Rotationsachse des Düsenhalters 3 unterschiedlich ist.
  • Der Antrieb des Düsenhalters 3 erfolgt in der in den Figuren 3 - 5 und 7 gezeigten Ausführungsvariante über eine im Zentrallager 5 aufgenommene Drehachse 16. Ein Ende der Drehachse 16 ragt aus einem Motorflansch hervor, auf dem ein Motor befestigbar ist, mit dem die Drehachse 16 motorisch antreibbar ist.
  • Unterhalb dieses Endes der Drehachse 16 ist eine Einlassöffnung für einen an einem Gehäuse 51 des Zentrallagers 5 angeordneten Hochdruckanschluss 17, durch den die unter Druck stehende Flüssigkeit in eine Zuleitung 13 eingebracht wird, die in der Drehachse 16 eingelassen ist.
  • Die Drehachse 16 ist dabei vorzugsweise über Wälzlager im Gehäuse 51 des Zentrallagers 5 gelagert.
  • An dem Gehäuse 51 des Zentrallagers 5 ist des Weiteren ein Befestigungsflansch 52 vorgesehen, mit dem das Gehäuse 51 an einem Träger befestigt werden kann, der oberhalb oder unterhalb einer Transportbahn angeordnet ist, entlang der das Walzgut 2 bewegt wird.
  • An einem zylindrischen, in den Düsenhalter 3 eingreifenden Teil des Gehäuses 51 ist das zweite Zahnrad 11 umfänglich und drehfest befestigt, während ein in den Düsenhalter 3 reichender Bereich der Drehachse 16 drehfest mit dem Düsenhalter 3 verbunden ist.
  • Wird die Drehachse 16 in Rotationsbewegung versetzt, dreht sich mit dieser der Düsenhalter 3. Dadurch werden die ersten Zahnräder 7, 8 und 18 im Düsenhalter 3 gegenüber dem stillstehenden zweiten Zahnrad 11 in Drehbewegung versetzt, so dass durch die Drehbewegung der ersten Zahnräder 7, 8, 18 auch die dritten Zahnräder 9, 10, 19 in entgegengesetzter Richtung drehen und damit die Ausrichtung der Strahldüsen 4 relativ zum Gehäuse 51 des Zentrallagers 5 konstant gehalten wird.
  • Figur 5 zeigt eine Anordnung von mehreren nebeneinander platzierten Vorrichtungen zum Entzundern mit dreiarmigen Düsenhaltern. Die Vorrichtungen 1 sind dabei derart miteinander angeordnet, dass sie gegensinnig rotieren. Denkbar ist auch, die einzelnen Vorrichtungen so zu positionieren und anzutreiben, dass jeweils benachbarte Düsenhalter 3 gleichsinnig rotieren.
  • Die Beibehaltung der Ausrichtung der Strahldüsen 4 ist nochmals in den Figuren 7a bis 7d dargestellt. Gut zu erkennen ist, dass die linienförmige Aufprallfläche der unter Druck stehenden Flüssigkeit in jeder der Drehpositionen des Düsenhalters 3 gleich ausgerichtet ist.
  • Figur 8 zeigt eine alternative Ausrichtung der Strahldüsen 4, bei der die Drehpositionen der Düsenhalter 3 einer über einem linken Abschnitt der Walzgutoberfläche in einem Spritzwinkel β von etwa 45° entgegen der Bewegungsrichtung x des Walzguts nach außen und die Drehpositionen der Düsenhalter 3 einer über einem rechten Abschnitt der Walzgutoberfläche in einem Spritzwinkel β von etwa 45° entgegen der Bewegungsrichtung x des Walzguts nach außen ausgerichtet sind.
  • Denkbar ist beispielsweise auch eine individuelle Ausrichtung jeder der Strahldüsen 4, wichtig ist dabei, den Spritzwinkel β der Strahldüsen 4 entgegen der Bewegungsrichtung des Walzguts auszurichten und damit zu vermeiden, dass losgelöste Zunderteile auf dem Walzgut jenseits der Vorrichtung zum Entzundern verbleiben, die in einem nachfolgenden Walzvorgang wieder in die Oberfläche des Walzgutes eingewalzt würden, sowie dass die Strahlflüssigkeit zu lange auf der Oberseite des Walzguts verbleibt, was zu nachteiliger Abkühlung und thermischer Asymmetrie führen würde.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entzundern von relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung x translatorisch bewegtem warmem Walzgut mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit mit einer oben beschriebenen Vorrichtung wird im Betrieb die wenigstens eine Strahldüse 4 bei der Beaufschlagung der Walzgutoberfläche mit dem Flüssigkeitsstrahl 12 derart um eine parallel zum Zentrallager 5 des Düsenhalters 3 ausgerichtete Drehachse relativ zum sich drehenden Düsenhalter 3 gedreht, dass ein Winkel a zwischen der Bewegungsrichtung x des Walzguts 2 und der Auftrefflinie des aus der Strahldüse 4 austretenden Flüssigkeitsstrahls 12 konstant beibehalten wird. Dabei wird die Strahldüse 4 gegenüber dem sich drehenden Düsenhalter 3 bevorzugt so gedreht, dass die Abstrahlrichtung des Flüssigkeitsstrahls 12 aus der Strahldüse 4 stets mit einer voreingestellten Geschwindigkeitskomponente entgegen der Bewegungsrichtung x des Walzguts 2 erfolgt.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Vorrichtung
    2
    Körper
    3
    Düsenhalter
    31
    Arm
    32
    Arm
    33
    Arm
    4
    Strahldüse
    41
    Gehäuse
    42
    Drehdichtung
    43
    Zulauföffnung
    5
    Zentrallager
    51
    Gehäuse
    52
    Befestigungsflansch
    6
    Zahnrad
    7
    Zahnrad
    8
    Zahnrad
    9
    Zahnrad
    10
    Zahnrad
    11
    Zahnrad
    12
    Flüssigkeitsstrahl
    13
    Zuleitung
    14
    Zuleitung
    15
    Wälzlager
    16
    Drehachse
    17
    Hochdruckanschluss
    18
    Zahnrad
    19
    Zahnrad
    a
    Drehrichtung
    X
    Bewegungsrichtung
    b
    Abstrahlrichtung
    α
    Winkel zwischen X und Auftrefflinie
    β
    Spritzwinkel
    γ
    Anstellwinkel

Claims (10)

  1. Vorrichtung zum Reinigen, insbesondere Entzundern, eines relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung (x) bewegten Körpers (2) mit einer abzutragenden Oberflächenschicht, insbesondere warmem Walzgut, insbesondere Brammen oder Bänder, mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, aufweisend
    - wenigstens einen an einem senkrecht oder geneigt zur zu bearbeitenden Oberflächenschicht stehenden Zentrallager (5) drehbar gehaltenen Düsenhalter (3),
    - wenigstens eine in einem Arm (31, 32, 33) des Düsenhalters (3) gehaltene Strahldüse (4), aus der in Funktion die unter Druck stehende Flüssigkeit austritt,
    - wobei die Strahldüse (4) derart ausgerichtet ist, dass die Oberflächenschicht mit einem aus der Strahldüse (4) im Betrieb austretender Flüssigkeitsstrahl (12) schräg unter einem Anstellwinkel (γ) zur Oberflächenschicht beaufschlagt ist,
    - wobei in dem Zentrallager (5) eine Drehachse (16) mit einer darin eingelassenen Zuleitung (13) für die unter Druck stehende Flüssigkeit aufgenommen ist, die mit einer Zuleitung (14) im jeweiligen Arm (31, 32, 33) des Düsenhalters (3) verbunden ist, die in eine Zulauföffnung (43) eines Düsengehäuses (41) der Strahldüse (4) mündet,
    - wobei die Strahldüse (4) im Betrieb derart drehend angetrieben ist, dass ein Winkel (α) zwischen der Bewegungsrichtung (x) des Körpers (2) und der Ausrichtung des aus der Strahldüse (4) austretenden Flüssigkeitsstrahls (12) in der Ebene der Oberflächenschicht konstant ist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    - die wenigstens eine Strahldüse (4) um eine parallel zum Zentrallager (5) ausgerichtete Drehachse drehbar an dem Düsenhalter (3) gelagert und als Flachstrahldüse mit einem Spritzwinkel (β) von 0° bis 90° ausgebildet ist und dass
    - in jedem Arm (31, 32, 33) des Düsenhalters (3) ein erstes Zahnrad (7, 8, 18) drehbar gelagert ist, das mit einem zentralen drehfest am Zentrallager (5) befestigten zweiten Zahnrad (11) und einem drehfest an der Strahldüse (4) befestigten dritten Zahnrad (9, 10, 19) kämmt, wobei das zweite Zahnrad (11) und das dritte Zahnrad (9, 10, 19) gleich groß sind,
    - so dass im Betrieb der Vorrichtung ein die Abstrahlrichtung des unter einem Druck von 80 bar bis 1000 bar stehenden Flüssigkeitsstrahls (12) aus der Strahldüse (4) definierender Vektor keine Komponente in Bewegungsrichtung (x) des Körpers (2) aufweist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Strahldüse (4) mittels eines Getriebes motorisch antreibbar ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter (3) drehfest mit einer drehbar angetriebenen, im Zentrallager (5) aufgenommenen Drehachse (16) verbunden ist, wobei in der Drehachse (16) eine Zuleitung (13) der unter Druck stehenden Flüssigkeit aufgenommen ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Düsenhalter (3) ein von einem Antriebszahnrad angetriebenes viertes Zahnrad (6) drehfest angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenhalter (3) wenigstens zwei Arme (31, 32) aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsenhalter (3) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Drehradien der von den Armen (31, 32, 33) der Düsenhalter (3) überstrichenen Flächen einander teilweise überlappen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Düsenhalter (3) in gleicher Drehrichtung (a) angetrieben sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Düsenhalter (3) jeweils mit unterschiedlicher Drehrichtung (a) angetrieben sind.
  9. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Winkel (α) zwischen der Bewegungsrichtung (x) des Körpers (2) und der Auftrefflinie des aus der Strahldüse (4) austretenden Flüssigkeitsstrahls (12) bestimmende Ausrichtung der Strahldüse (4) voreinstellbar ist.
  10. Verfahren zum Reinigen, insbesondere Entzundern, eines relativ zur Vorrichtung in einer Bewegungsrichtung (x) bewegten Körpers (2) mit einer abzutragenden Oberflächenschicht, insbesondere warmem Walzgut, insbesondere Brammen oder Bänder, mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit mit einer Vorrichtung, die wenigstens einen an einem senkrecht oder geneigt zur zu bearbeitenden Oberflächenschicht stehenden Zentrallager (5) drehbar gehaltenen Düsenhalter (3) aufweist sowie wenigstens eine in einem Arm (31, 32, 33) des Düsenhalters (3) gehaltene Strahldüse (4), aus der in Funktion die unter Druck stehende Flüssigkeit austritt, wobei die Strahldüse (4) derart ausgerichtet ist, dass die Oberflächenschicht mit einem aus der Strahldüse (4) im Betrieb austretender Flüssigkeitsstrahl (12) schräg zur Oberflächenschicht beaufschlagt ist, wobei die wenigstens eine Strahldüse (4) bei der Beaufschlagung der Oberflächenschicht mit dem Flüssigkeitsstrahl (12) derart um eine parallel zur Zentrallager (5) des Düsenhalters (3) ausgerichtete Drehachse relativ zum sich drehenden Düsenhalter (3) gedreht wird, dass ein Winkel (α) zwischen der Bewegungsrichtung (x) des Körpers und der der Ausrichtung des aus der Strahldüse (4) austretenden Flüssigkeitsstrahls (12) in der Ebene der Oberflächenschicht konstant beibehalten wird, wobei die unter Druck stehende Flüssigkeit über eine Zuleitung (13) eingebracht wird, die in einer in dem Zentrallager (5) eingelassenen Drehachse (16) aufgenommen ist, die mit einer Zuleitung (14) im jeweiligen Arm (31, 32, 33) des Düsenhalters (3) verbunden ist, die in eine Zulauföffnung (43) eines Düsengehäuses (41) der Strahldüse (4) mündet, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahldüse (4) im Betrieb gegenüber dem sich drehenden Düsenhalter (3) so gedreht wird, dass die Abstrahlrichtung des unter einem Druck von 80 bar bis 1000 bar stehenden Flüssigkeitsstrahls (12) aus der Strahldüse (4) stets mit einer Vektorkomponente entgegen der Bewegungsrichtung (x) des Körpers (2) erfolgt.
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