EP3448592B1 - Verfahren zum walzen eines walzgutes - Google Patents

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EP3448592B1
EP3448592B1 EP17723941.5A EP17723941A EP3448592B1 EP 3448592 B1 EP3448592 B1 EP 3448592B1 EP 17723941 A EP17723941 A EP 17723941A EP 3448592 B1 EP3448592 B1 EP 3448592B1
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EP
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lubricant
rolling
rolled material
cooling
rolling stock
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EP17723941.5A
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EP3448592A1 (de
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Matthias Holzweber
Konrad Krimpelstaetter
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Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Austria GmbH
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Publication date
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Application filed by Primetals Technologies Austria GmbH filed Critical Primetals Technologies Austria GmbH
Publication of EP3448592A1 publication Critical patent/EP3448592A1/de
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/28—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates
    • B21B37/44—Control of flatness or profile during rolling of strip, sheets or plates using heating, lubricating or water-spray cooling of the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06—Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10—Lubricating, cooling or heating rolls externally
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/0248—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0251—Lubricating devices using liquid lubricants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a method for rolling, in particular for cold rolling, a rolling stock, in which the rolling stock is passed through a nip between two work rolls of a rolling stand and a contact zone in which a contact surface of the rolling stock rests on a work roll is lubricated.
  • the rolling stock is a metallic rolling strip that is pulled through the roll gap by the rotating work rolls in order to reduce its thickness.
  • Lubricating a contact zone in which the rolling stock is in contact with a work roll reduces the friction between the rolling stock and the work roll.
  • the work rolls are usually cooled.
  • Various methods and devices for lubricating contact zones in which a rolling stock is in contact with work rolls are known.
  • EP 2 651 577 B1 discloses a method for applying a lubricant during the rolling of a metallic rolled strip which is passed in a roll gap between two work rolls.
  • a mixture of the lubricant and a carrier gas is generated in an atomizing device, and the mixture is applied to the surface of at least one work roll and / or to the surface of the rolled strip using spray nozzles.
  • WO 2013/029886 A1 discloses an operating method for a reversing rolling mill with at least one reversing roll stand for rolling a rolling stock and a reel for reeling the rolling stock after a rolling pass.
  • a rolling oil application device which is arranged between the at least one reversing roll stand and the reel, Only rolling oil without water as a carrier medium is applied to the rolling stock.
  • WO 00/64605 A1 discloses a rolling arrangement with at least one rolling stand for rolling a metal strip and a lubricating device assigned to the rolling stand for applying an amount of lubricant to the metal strip distributed over the metal strip width.
  • the lubrication device has a basic lubrication device and an additional lubrication device, the amount and distribution of the lubricant to be applied by the basic lubrication device being constant during a puncture, and the amount and / or distribution of the lubricant to be applied by the additional lubrication device being adjustable.
  • a lubrication course is determined with a lubrication course detection device over the metal strip width and used to adjust the quantity and / or the distribution of the lubricant and / or at least one rolling parameter.
  • EP 1 750 864 B2 discloses a method and an apparatus for cooling and / or lubricating rolls and / or rolling stock. From several nozzles / rows of nozzles, on the one hand, a cooling medium is applied to the rollers and, for lubrication, on the other hand, a base oil is applied to the rolling stock in front of the roll gap, the cooling medium being separated from the base oil on the rollers and exclusively the base oil without water as a carrier medium in one The usual amount of very small amount is applied directly to the rolling stock across its entire width.
  • EP 0 794 023 A2 discloses a rolling mill and a method for cold rolling a rolling stock, in which rolling oil is introduced between the rolling stock and the work rolls directly in front of a roll gap and cooling water is applied to the work rolls.
  • WO 2013/120750 A1 discloses an apparatus and a method for lubricating the rolls of a roll stand, a mixture of water and oil being produced by means of a mixing and spraying device and this mixture being sprayed onto at least one of the rolls of the roll stand and / or onto the surface of the rolling stock.
  • the JP H01 218710 A discloses a generic method for lubricating and cooling a rolling stock in a roll stand, in which coolant is applied on the outlet side and a lubricant is applied to the rolls on the inlet side, and additional lubricant can be sprayed onto the roll belt before the roll stand.
  • lubricant is applied to the work rolls or directly to the top and bottom of the rolled strip on the inlet side in order to achieve better strip qualities through a more stable rolling process, in particular through a friction adjustment in the roll gap.
  • the total amount of lubricant applied is controlled by a computing model depending on process data, so that only as much lubricant is applied as is required in the rolling process.
  • the invention has for its object to provide an improved method for rolling a rolling stock, in which the rolling stock is passed through a nip between two work rolls of a rolling stand and contact zones in which the rolling stock is in contact with the work rolls are lubricated.
  • the rolling stock is guided in a rolling direction through a roll gap between two work rolls of a roll stand and into a contact zone in which a contact surface of the rolling stock lies against a work roll, a cooling lubricant is introduced to lubricate the contact zone.
  • a lubrication requirement of the contact zone is determined as a function of at least one process parameter of the rolling process, and an additional lubricant is applied to the contact surface of the rolling stock with respect to the rolling direction in front of the roll gap at a predetermined application distance from the rolling gap if the quantity of cooling lubricant currently introduced into the contact zone meets the lubrication requirement does not cover.
  • the method therefore advantageously makes it possible, if necessary, to use an additional lubricant in addition to a cooling lubricant to lubricate a contact zone between the rolling stock and a work roll if the quantity of cooling lubricant introduced does not enable sufficient lubrication.
  • the additional lubrication reduces the nip friction between the rolling stock and the work roll in the contact zone and thereby advantageously enables energy savings due to the lower drive power required for the work roll.
  • Improved lubrication by means of the additional lubricant also offers the possibility of rolling even higher-strength rolling stock with acceptable pass reduction, since increased rolling forces arise during rolling of high-strength rolling stock and therefore there is an increased need for lubrication.
  • the additional lubricant is applied to the rolling stock at a predetermined application distance in front of the roll gap, the additional lubricant also acts on the rolling stock until it reaches the rolling gap.
  • This long exposure time advantageously improves the lubricating effect (the so-called plate-out) of the additional lubricant in the contact zone compared to applying the additional lubricant to the rolling stock directly in front of the roll gap.
  • the invention provides that the amount of cooling lubricant introduced into the contact zone is reduced if additional lubricant is applied to the contact surface. This takes into account that additional lubricant can be washed off by the cooling lubricant. It is therefore advisable to reduce the amount of cooling lubricant when additional lubricant is applied in order to prevent or reduce this washing-off effect of the cooling lubricant.
  • additional lubrication also increases the surface cleanliness of the rolling stock. H. reduces the iron abrasion remaining on the rolling stock after rolling.
  • the additional lubrication can therefore also be used advantageously for the production of rolling stock with increased demands on the rolling stock surface cleanliness.
  • One embodiment of the invention provides that the additional amount of lubricant applied to the contact surface of the rolling stock is adjusted as a function of the lubrication requirement determined for the contact zone.
  • the amount of additional lubricant used can advantageously be adapted to the lubrication requirement, so that, on the one hand, sufficient lubrication of the contact zone is achieved and, on the other hand, an excessive amount of additional lubricant, which would cause the work roll to slide on the rolling stock, is avoided.
  • a further embodiment of the invention provides that the process parameter for determining the lubrication requirement is a rolling stock speed of the rolling stock and / or a compression strength of the rolling stock and / or a roughness of the rolling stock and / or a relative speed between the contact surface of the rolling stock at a reference location and the surface of the work roll and / or a thickness of the rolling stock and / or a viscosity of the cooling lubricant is used.
  • the use of the rolling stock speed as a process parameter for determining the lubrication requirement is particularly advantageous because the roll gap friction between the rolling stock and the work rolls and thus the lubrication requirement depend strongly on the rolling stock speed.
  • the roll gap friction also depends largely on the compression strength and roughness of the rolling stock, which is why these material properties of the rolling stock are also advantageously suitable as process parameters for determining the lubrication requirement.
  • the consideration of these material properties of the rolling stock particularly advantageously enables product-specific lubrication of the contact zone.
  • the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll depends on the location in which the speed of the contact surface is considered, since the thickness of the rolling stock changes in the contact zone and the contact surface therefore changes more slowly in front of the roll gap and behind the roll gap moving faster than the surface of the work roll. Therefore, the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll must be related to a reference location that is fixed with respect to the roll gap. This relative speed is a measure of the relative movement of the contact surface to the work roll in the contact zone. This relative movement leads to plastic deformations of the surface microstructure of the rolling stock and this influences the distribution of the additional lubricant adhering to depressions in the contact surface, which in turn influences the roll gap friction. Therefore, the relative speed between the contact surface of the rolling stock at a reference point and the surface of the work roll is also suitable as a process parameter for determining the lubrication requirement.
  • the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll at a reference location can be determined, for example, from an instantaneous angular velocity and a radius of the work roll, a distance of the reference location from the rolling gap, the thicknesses of the rolling stock in front of and behind the rolling gap, and a rolling stock speed before or calculate behind the roll gap, see z. B. Equation (3.13) Page 113 in H. Hoffmann, R. Neugebauer and G.
  • the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll at a reference point can thus be at least approximately determined from the quantities mentioned, which can easily be determined by measurements and are usually recorded anyway.
  • Another embodiment of the invention provides that the amount of cooling lubricant introduced into the contact zone in Dependence on the at least one process parameter of the rolling process is set.
  • a pure lubricant for example a rolling oil, or a lubricating emulsion that has a higher lubricant content than the cooling lubricant is used as the additional lubricant.
  • the additional lubricant has a higher lubricating effect than the cooling lubricant, so that even a relatively small amount of additional lubricant significantly increases the lubrication of the contact zone.
  • the use of a lubricating emulsion instead of a pure lubricant as an additional lubricant can be advantageous if the additional lubricant should also have a cooling function for cooling the rolling stock in addition to the lubricating effect.
  • a further embodiment of the invention provides that the additional lubricant is applied to the rolling stock with an additional lubrication device which is independent of a cooling lubrication device for introducing the cooling lubricant into the contact zone.
  • This embodiment of the invention thus sees a separation of the trades for the application of Coolant and the additional lubricant. This advantageously enables a flexible configuration of the entire cooling and lubricating complex for a rolling stand and simple retrofitting of existing systems without having to make changes to their cooling lubricating devices for introducing a cooling lubricant.
  • a further embodiment of the invention provides that the lubrication requirement of the contact zone is determined before the start of the rolling process and / or during the rolling process. Determining the lubrication requirement before the start of the rolling process enables lubrication of the contact zone that is adapted to the at least one process parameter already at the beginning of the rolling process. Determining the lubrication requirement during the rolling process enables the lubrication to be adapted to changes in the at least one process parameter that occur during the rolling process, for example changes in the rolling stock speed, compression strength and / or roughness of the rolling stock.
  • a further embodiment of the invention provides that the lubrication requirement of the contact zone is determined using a Stribeck diagram for a coefficient of friction of the friction between the contact surface and the work roll in the contact zone as a function of at least one process parameter.
  • Stribeck diagrams are, for example, from JBAF Smeulders, "Lubrication in the Cold Rolling Process Described by a 3D Stribeck Curve", AISTech 2013 Proceedings, pp. 1681-1689 known.
  • the determination of a coefficient of friction of the friction between the contact surface and the work roll in the contact zone advantageously enables a quantitative determination of the lubrication requirement as a function of the determined coefficient of friction.
  • This function can be used to assign a working point to the rolling stand, which determines the coefficient of friction of the rolling stand for the respective values of the rolling stock speed and the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll, taking into account the lubricating properties of the system.
  • This enables a very differentiated and the specific lubrication properties of the system to determine the lubrication requirement of the contact zone depending on the rolling stock speed and the relative speed between the contact surface of the rolling stock and the surface of the work roll, whereby a more targeted lubrication can be set to the rolling process, for example with regard to the To optimize throughput of the rolling stock, wear of the work rolls, lubricant and coolant consumption and / or the required drive power for the work rolls.
  • a further embodiment of the invention provides that the additional lubricant is applied to two opposing contact surfaces of the rolling stock. Different amounts of additional lubricant of the additional lubricant can be applied to the two contact surfaces of the rolling stock. Applying the additional lubricant to both contact surfaces of the rolling stock advantageously enables a coordinated lubrication of both contact zones of the rolling stock with the Work rolls. The application of different amounts of additional lubricant of the additional lubricant to the two contact surfaces makes it possible, in particular, to influence and optimize a torque distribution between the work rolls.
  • Figure 1 shows a block diagram of a rolling stand 1 for rolling a rolling stock 3, a cooling lubrication device 5 and an additional lubrication device 7.
  • the rolling stock 3 is a metallic rolled strip, for example a steel strip, the thickness of which is reduced by the rolling.
  • the roll stand 1 has two work rolls 9, 10 arranged one above the other, which are spaced apart from one another by a roll gap 11.
  • the work rolls 9, 10 are set in rotation and the rolling stock 3 is pulled through the rolling gap 11 by the rotating work rolls 9, 10 in a rolling direction 13.
  • the rolling stock 3 is in two contact zones 15, 16 in the area of the roll gap 11 in contact with the work rolls 9, 10, an upper contact surface 17 of the rolling stock 3 being in a first contact zone 15 against the upper work roll 9 and a lower contact surface 18 of the rolling stock 3 being in a second contact zone 16 against the lower work roll 10 ,
  • the cooling lubricant is a cooling lubricant emulsion which consists of a cooling liquid and lubricant, for example water as a cooling liquid and oil as a lubricant, and possibly emulsifiers.
  • the main component of the cooling lubricant emulsion is the cooling liquid, while the proportion of lubricant in the cooling lubricant is only a few percent, for example two to three percent.
  • the cooling lubrication device 5 comprises a cooling lubricant pump 19, at least one cooling lubricant spray bar 21 for each work roll 9, 10, cooling lubricant lines 23 and a cooling lubrication control 25.
  • Each cooling lubricant spray bar 21 comprises cooling lubricant nozzles for delivering cooling lubricant to the respective work roll 9, 10.
  • the cooling lubricant is supplied by the cooling lubricant pump 19 pumped through the cooling lubricant lines 23 to the cooling lubricant spray bars 21 and sprayed through the cooling lubricant spray bars 21 onto the work rolls 9, 10.
  • the cooling lubricant quantities C respectively output by the cooling lubricant spray bars 21 are set by the cooling lubrication control 25 by activating the cooling lubricant pump 19.
  • an additional lubricant can be applied to the rolling stock 3.
  • the additional lubricant is a pure lubricant, for example a rolling oil, or a lubricating emulsion composed of a carrier liquid and lubricant, for example made of water as a carrier liquid and rolling oil as a lubricant, the proportion of lubricant in the additional lubricant being higher than the proportion of lubricant in the cooling lubricant and being, for example, approximately 20%.
  • the additional lubrication device 7 comprises an additional lubricant pump 27, in each case at least one additional lubricant spray bar 29 for each contact surface 17, 18 of the rolling stock 3, additional lubricant lines 31 and an additional lubrication control 33.
  • Each additional lubricant spray bar 29 has additional lubricant nozzles for dispensing additional lubricant onto the respective contact surface 17, 18.
  • the additional lubricant is pumped by the additional lubricant pump 27 through the additional lubricant lines 31 to the additional lubricant spray bars 29 and sprayed onto the contact surfaces 17, 18 by the additional lubricant spray bars 29.
  • the additional lubricant quantities A respectively output by the additional lubricant spray bars 29 are set by the additional lubrication control 33 by activating the additional lubricant pump 27. Through the movement of the rolling stock 3, additional lubricant sprayed onto the contact surfaces 17, 18 is transported to the contact zones 15, 16.
  • the additional lubricant spray bars 29 are arranged at a predetermined application distance D with respect to the rolling direction 13 in front of the roll gap 11 in order to apply the additional lubricant at this application distance D from the roll gap 11 to the rolling stock 3.
  • the additional lubricant acts on the contact surfaces 17, 18 of the rolling stock 3 until it reached the roll gap 11.
  • the additional lubricant adheres to the contact surfaces 17, 18. This advantageously improves the lubricating effect (the so-called plate-out) of the additional lubricant in the contact zones 15, 16 compared to applying the additional lubricant to the contact surfaces 17, 18 in front of the nip 11.
  • a lubrication requirement is determined for each contact zone 15, 16 as a function of at least one process parameter of the rolling process.
  • a rolling stock speed v of the rolling stock 3 is used as a process parameter.
  • the rolling stock speed v is determined, for example, by the additional lubrication control 33 from the measurement signals 35 supplied to it by a strip speed sensor 37 for detecting a strip speed of the rolled strip.
  • Optional further process parameters for determining the lubrication requirement are material properties 41 of the respective rolling stock 3, for example a compression strength and / or a roughness of the rolling stock 3, which are fed to the additional lubrication control 33 as material property data 41 from a production system 43.
  • relative speeds between the contact surfaces 17, 18 of the rolling stock 3 at defined reference locations and the surfaces of the work rolls 9, 10 can optionally be used as process parameters for determining the lubrication requirement. These relative speeds can be determined, for example, from the rolling stock speed v at a reference location and measurement signals 35 from speed sensors 39 for detecting the speeds of the work rolls 9, 10 and the thicknesses of the rolling stock 3 in front of and behind the roll gap 11.
  • process parameters for determining the lubrication requirement are a viscosity of the cooling lubricant and / or a thickness of the rolling stock 3. If necessary, the cooling lubricant quantities C and / or the lubricant content of the cooling lubricant present in the contact zones 15, 16 can also be detected and used as process parameters become. In addition, control data 45 can be exchanged between the cooling lubrication control 25 and the additional lubrication control 33 in order to match the settings of the cooling lubricant quantities C and additional lubricant quantities A.
  • the additional lubricant is applied to each contact surface 17, 18 depending on the lubrication requirement determined for the contact zone 15, 16 of this contact surface 17, 18 if the quantity of cooling lubricant C currently introduced into the contact zone 15, 16 does not meet the lubrication requirement determined for the contact zone 15, 16 , for example because the rolling stock speed v changes or a rolling stock 3 is rolled with an increased compression strength.
  • the cooling lubricant quantities C applied to the work rolls 9, 10 are either kept constant or also set depending on the at least one process parameter of the rolling process and / or on the additional lubricant quantities A applied to the contact surfaces 17, 18, see the description of FIG Figure 2 ,
  • Figure 2 illustrates a method for rolling a rolling stock 3 with a roll stand 1, a cooling lubrication device 5 and an additional lubrication device 7, each in accordance with Figure 1 are trained.
  • the quantity of cooling lubricant C and the quantity of additional lubricant A are each defined as the volume applied per unit of time.
  • Figure 2 shows a case in which the rolling stock 3 consists of different partial rolled strips which are welded together.
  • a first partial rolling strip is rolled between times t 0 and t 4 .
  • a first transition region between the first partial rolling strip and a second partial rolling strip is rolled with a first weld seam connecting these two partial rolling strips.
  • the second partial rolling strip is then rolled between times t 5 and t 8 .
  • a second transition region between the second partial rolling strip and a third partial rolling strip is rolled with a second weld seam connecting these two partial rolling strips.
  • the third partial rolling strip is then rolled from time t 9 .
  • the second partial rolling strip has a higher compressive strength than the first partial rolling strip and the third partial rolling strip, which have the same compressive strength.
  • the quantity of cooling lubricant C and the quantity of additional lubricant A are respectively set by the cooling lubrication control 25 and the additional lubrication control 33 as a function of a lubrication requirement, which for the contact zone 15, 16 as a function of the rolling stock speed v and the compression strength of the respective sub-strip and optionally from above mentioned process parameters is determined.
  • a so-called Stribeck diagram for a coefficient of friction of the friction between the contact surface 17, 18 and the work roll 9 is used, for example.
  • the first partial rolling strip is rolled at a first rolling stock speed v 1 .
  • the rolling stock speed v is increased to a second rolling stock speed v 2 .
  • the second rolling stock speed v 2 is maintained until time t 3 .
  • the lubrication requirement between times t 0 and t 3 can be covered by cooling lubricants alone, so that no additional lubricant is applied.
  • Increasing the rolling stock speed v from the first rolling stock speed v 1 to the second rolling stock speed v 2 increases the need for lubrication.
  • the increased lubrication requirement is covered by a corresponding increase in the quantity of cooling lubricant C.
  • the rolling stock speed v is greatly reduced from the second rolling stock speed v 2 to a third rolling stock speed v 3 in order to prepare the rolling of the first transition area between the first partial rolling strip and the second partial rolling strip with the first weld seam.
  • the first transition area is then rolled between times t 4 and t 5 at the third rolling stock speed v 3 .
  • the rolling stock speed v is increased between times t 5 and t 6 to a fourth rolling stock speed v 4 , with which the second partial rolling strip is rolled between times t 6 and t 7 .
  • the lubrication requirement for the rolling of the first transition area increases compared to the lubrication requirement for the rolling of the first partial rolling strip due to the very low third rolling stock speed v 3 .
  • the lubrication requirement for the rolling of the second partial rolling strip is even higher than the lubricating requirement for the rolling of the first transition region due to the high compressive strength of the second partial rolling strip. Additional lubricant is therefore applied from time t 3 , a larger amount of additional lubricant A being applied for the rolling of the second partial rolling strip between times t 6 and t 7 than for the rolling of the first transition region between times t 4 and t 5 .
  • the quantity of cooling lubricant C applied is reduced between the times t 3 and t 6 and kept constant between the times t 6 and t 7 in order to prevent or reduce the washing of the additional lubricant applied by the cooling lubricant.
  • the rolling stock speed v is reduced again from the fourth rolling stock speed v 4 to the third rolling stock speed v 3 in order to prepare the rolling of the second transition area between the second partial rolling belt and the third partial rolling belt with the second weld seam.
  • the second transition area is then rolled between times t 8 and t 9 at the third rolling stock speed v 3 .
  • the rolling stock speed v is increased between times t 9 and t 10 to the second rolling stock speed v 2 , with which the third partial rolling strip is rolled between times t 10 and t 11 .
  • the amount of additional lubricant A applied is first reduced for the rolling of the second transition region, and no additional lubricant is applied at all for the rolling of the third partial rolling strip with the second rolling stock speed v 2 .
  • the amount of cooling lubricant C applied is increased again.
  • the rolling stock speed v is reduced from the second rolling stock speed v 2 to a fifth rolling stock speed v 5 , with which the third partial rolling strip is rolled from time t 12 .
  • the rolling of the third partial rolling belt with the fifth rolling stock speed v 5 requires a lubrication that cannot be covered by the cooling lubricant alone. Therefore, additional lubricant is again applied for the rolling of the third partial rolling belt with the fifth rolling stock speed v 5 and at the same time the amount of cooling lubricant C applied is reduced, the amount of additional lubricant A and the amount of cooling lubricant C being matched to one another, so that the lubrication requirement is covered and washing of applied Additional lubricant is prevented or reduced by the cooling lubricant.
  • Figure 3 shows schematically a rolling mill 47 of a rolling mill with a plurality of rolling stands 1 arranged one behind the other for rolling a rolling stock 3.
  • the rolling stands 1 each have two working rolls 9, 10 arranged one above the other and a supporting roll 49 for each working roll.
  • the rolling mill 47 has one in for each roll stand 1 Figure 3 Cooling lubrication device 5, not shown, and an additional lubrication device 7.
  • the cooling lubrication devices 5 are each like that in FIG Figure 1 Cooling lubrication device 5 shown formed and the additional lubrication devices 7 are each like that in Figure 1 shown additional lubrication device 7, wherein the additional lubricant spray bars 29 of each additional lubrication device 7 are arranged in the application distance D with respect to the rolling direction 13 in front of the roll gap 11 of the associated roll stand 1.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Walzen, insbesondere zum Kaltwalzen, eines Walzgutes, bei dem das Walzgut durch einen Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes geführt wird und eine Kontaktzone, in der eine Kontaktoberfläche des Walzgutes an einer Arbeitswalze anliegt, geschmiert wird.
  • Das Walzgut ist dabei ein metallisches Walzband, das von den rotierenden Arbeitswalzen durch den Walzspalt gezogen wird, um seine Dicke zu reduzieren. Das Schmieren einer Kontaktzone, in der das Walzgut mit einer Arbeitswalze in Kontakt steht, reduziert die Reibung zwischen dem Walzgut und der Arbeitswalze. Um die Temperatur und den Verschleiß der Arbeitswalzen zu reduzieren, werden die Arbeitswalzen in der Regel gekühlt. Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Schmieren von Kontaktzonen, in denen ein Walzgut mit Arbeitswalzen in Kontakt steht, bekannt.
  • EP 2 651 577 B1 offenbart ein Verfahren zum Aufbringen eines Schmiermittels beim Walzen eines metallischen Walzbandes, das in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen hindurch geführt wird. Dabei wird in einer Zerstäubungseinrichtung ein Gemisch aus dem Schmiermittel und einem Trägergas erzeugt, und das Gemisch wird mit Sprühdüsen auf die Oberfläche zumindest einer Arbeitswalze und/oder auf die Oberfläche des Walzbandes aufgebracht.
  • WO 2013/029886 A1 offenbart ein Betriebsverfahren für ein Reversierwalzwerk mit zumindest einem Reversierwalzgerüst zum Walzen eines Walzgutes und einer Aufhaspel zum Aufhaspeln des Walzgutes nach einem Walzstich. Dabei wird mittels einer Walzölauftragsvorrichtung, welche zwischen dem zumindest einen Reversierwalzgerüst und der Aufhaspel angeordnet ist, ausschließlich Walzöl ohne Wasser als Trägermedium auf das Walzgut aufgetragen.
  • WO 00/64605 A1 offenbart eine Walzanordnung mit mindestens einem Walzgerüst zum Walzen eines Metallbandes und einer dem Walzgerüst zugeordneten Schmiervorrichtung zum über die Metallbandbreite verteilten Aufbringen einer Menge an Schmiermittel auf das Metallband. Die Schmiervorrichtung weist eine Grundschmiervorrichtung und eine Zusatzschmiervorrichtung auf, wobei die Menge und die Verteilung des von der Grundschmiervorrichtung aufzubringenden Schmiermittels während eines Stiches konstant und die Menge und/oder die Verteilung des von der Zusatzschmiervorrichtung aufzubringenden Schmiermittels einstellbar ist. Hinter dem Walzgerüst wird mit einer Schmierungsverlauferfassungseinrichtung über die Metallbandbreite ein Schmierungsverlauf ermittelt und zur Einstellung der Menge und/oder der Verteilung des Schmiermittels und/oder mindestens eines Walzparameters herangezogen.
  • EP 1 750 864 B2 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kühlung und/oder Schmierung von Walzen und/oder Walzgut. Dabei wird aus mehreren Düsen/Düsenreihen einerseits ein Kühlmedium auf die Walzen und zur Schmierung andererseits ein Grundöl vor dem Walzspalt auf das Walzgut aufgebracht, wobei das Kühlmedium getrennt von dem Grundöl auf die Walzen und ausschließlich das Grundöl ohne Wasser als Trägermedium in einer bezogen auf die übliche Menge sehr kleinen Menge direkt auf das Walzgut über dessen gesamte Breite aufgebracht wird.
  • EP 0 794 023 A2 offenbart ein Walzwerk und ein Verfahren zum Kaltwalzen eines Walzgutes, bei dem unmittelbar vor einem Walzspalt Walzöl zwischen das Walzgut und die Arbeitswalzen eingebracht wird und Kühlwasser auf die Arbeitswalzen aufgebracht wird.
  • WO 2013/120750 A1 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Schmierung der Walzen eines Walzgerüstes, wobei mittels einer Misch- und Sprüheinrichtung ein Gemisch aus Wasser und Öl erzeugt wird und dieses Gemisch auf mindestens eine der Walzen des Walzgerüstes und/oder auf die Oberfläche des Walzgutes gesprüht wird.
  • Die JP H01 218710 A offenbart ein gattungsgemässes Verfahren zum Schmieren und Kühlen eines Walzgutes in einem Walzgerüst, bei dem auslaufseitig Kühlmittel und einlaufseitig ein Schmiermittel auf die Walzen aufgebracht wird und wobei bei Bedarf vor dem Walzgerüst zusätzliches Schmiermittel auf das Walzband aufgedüst werden kann.
  • Gemäß der WO2007/025682 A1 wird bei einem Walzgerüst einlaufseitig Schmiermittel auf die Arbeitswalzen bzw. direkt auf die Ober- und Unterseite des Walzbandes aufgebracht, um bessere Bandqualitäten durch einen stabileren Walzprozess, insbesondere durch eine Reibungsanpassung im Walzspalt, zu erzielen. Dabei wird die insgesamt aufgegebene Schmiermittelmenge durch ein Rechenmodell in Abhängigkeit von Prozessdaten gesteuert, sodass nur soviel Schmiermittel aufgetragen wird, wie im Walzprozess benötigt wird.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Walzen eines Walzgutes anzugeben, bei dem das Walzgut durch einen Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes geführt wird und Kontaktzonen, in denen das Walzgut mit den Arbeitswalzen in Kontakt steht, geschmiert werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Walzen eines Walzgutes wird das Walzgut in einer Walzrichtung durch einen Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen eines Walzgerüstes geführt und in eine Kontaktzone, in der eine Kontaktoberfläche des Walzgutes an einer Arbeitswalze anliegt, wird ein Kühlschmiermittel zur Schmierung der Kontaktzone eingebracht. Ferner wird ein Schmierungsbedarf der Kontaktzone in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter des Walzprozesses bestimmt, und bezüglich der Walzrichtung vor dem Walzspalt in einem vorgegebenen Aufbringabstand von dem Walzspalt wird ein Zusatzschmiermittel auf die Kontaktoberfläche des Walzgutes aufgebracht, wenn die momentan in die Kontaktzone eingebrachte Kühlschmiermittelmenge den Schmierungsbedarf nicht deckt.
  • Das Verfahren ermöglicht also vorteilhaft, bedarfsweise zusätzlich zu einem Kühlschmiermittel ein Zusatzschmiermittel zur Schmierung einer Kontaktzone zwischen dem Walzgut und einer Arbeitswalze einzusetzen, wenn die eingebrachte Kühlschmiermittelmenge keine ausreichende Schmierung ermöglicht. Die Zusatzschmierung verringert die Walzspaltreibung zwischen dem Walzgut und der Arbeitswalze in der Kontaktzone und ermöglicht dadurch vorteilhaft eine Energieersparnis durch eine geringere benötigte Antriebsleistung für die Arbeitswalze. Durch eine mittels des Zusatzschmiermittels verbesserte Schmierung entsteht ferner die Möglichkeit, auch höherfestes Walzgut bei akzeptabler Stichabnahme zu walzen, da beim Walzen höherfesten Walzgutes erhöhte Walzkräfte entstehen und daher ein erhöhter Schmierungsbedarf entsteht. Dadurch wird die mit dem Walzgerüst erzeugbare Produktpalette vorteilhaft erweitert. Durch eine produkt- und/oder prozessabhängige Wahl des verwendeten Zusatzschmiermittels kann die Produktionsflexibilität weiter gesteigert werden. Durch das bedarfsweise Aufbringen des Zusatzschmiermittels wird außerdem eine von der Kühlung unabhängige Schmierung ermöglicht.
  • Dadurch, dass das Zusatzschmiermittel in einem vorgegebenen Aufbringabstand vor dem Walzspalt auf das Walzgut aufgebracht wird, wirkt das Zusatzschmiermittel außerdem solange auf das Walzgut ein bis es den Walzspalt erreicht. Durch diese lange Einwirkzeit verbessert sich vorteilhaft die Schmierwirkung (das so genannte Plate-Out) des Zusatzschmiermittels in der Kontaktzone gegenüber einem Aufbringen des Zusatzschmiermittels auf das Walzgut unmittelbar vor dem Walzspalt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die in die Kontaktzone eingebrachte Kühlschmiermittelmenge reduziert wird, wenn Zusatzschmiermittel auf die Kontaktoberfläche aufgebracht wird. Dies berücksichtigt, dass Zusatzschmiermittel durch das Kühlschmiermittel wieder abgewaschen werden kann. Daher ist es sinnvoll, die Kühlschmiermittelmenge zu reduzieren, wenn Zusatzschmiermittel aufgebracht wird, um diese Abwaschwirkung des Kühlschmiermittels zu verhindern bzw. zu reduzieren.
  • Der Einsatz der Zusatzschmierung erhöht zudem die Walzgutoberflächensauberkeit, d. h. verringert den auf dem Walzgut nach dem Walzen verbleibenden Eisenabrieb. Daher kann die Zusatzschmierung auch vorteilhaft zur Produktion von Walzgut mit erhöhten Anforderungen an die Walzgutoberflächensauberkeit eingesetzt werden.
  • Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die auf die Kontaktoberfläche des Walzgutes aufgebrachte Zusatzschmiermittelmenge in Abhängigkeit von dem für die Kontaktzone bestimmten Schmierungsbedarf eingestellt wird. Dadurch kann die eingesetzte Zusatzschmiermittelmenge vorteilhaft dem Schmierungsbedarf angepasst werden, so dass einerseits eine jederzeit ausreichende Schmierung der Kontaktzone erreicht wird und andererseits eine überhöhte Zusatzschmiermittelmenge, die ein Rutschen der Arbeitswalze auf dem Walzgut hervorrufen würde, vermieden wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes eine Walzgutgeschwindigkeit des Walzgutes und/oder eine Kompressionsfestigkeit des Walzgutes und/oder eine Rauheit des Walzgutes und/oder eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes an einem Bezugsort und der Oberfläche der Arbeitswalze und/oder eine Dicke des Walzgutes und/oder eine Viskosität des Kühlschmiermittels verwendet wird oder werden.
  • Die Verwendung der Walzgutgeschwindigkeit als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes ist besonders vorteilhaft, weil die Walzspaltreibung zwischen dem Walzgut und den Arbeitswalzen und damit der Schmierungsbedarf stark von der Walzgutgeschwindigkeit abhängen. Die Walzspaltreibung hängt außerdem wesentlich von der Kompressionsfestigkeit und Rauheit des Walzgutes ab, weshalb sich auch diese Materialeigenschaften des Walzgutes vorteilhaft als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes eignen. Außerdem ermöglicht die Berücksichtigung dieser Materialeigenschaften des Walzgutes insbesondere vorteilhaft eine produktspezifische Schmierung der Kontaktzone.
  • Die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze hängt von dem Ort ab, in dem die Geschwindigkeit der Kontaktoberfläche betrachtet wird, da sich die Dicke des Walzgutes in der Kontaktzone ändert und sich die Kontaktoberfläche daher vor dem Walzspalt langsamer und hinter dem Walzspalt schneller als die Oberfläche der Arbeitswalze bewegt. Daher muss die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze auf einen Bezugsort bezogen werden, der gegenüber dem Walzspalt fest ist. Diese Relativgeschwindigkeit ist ein Maß für die Relativbewegung der Kontaktoberfläche zu der Arbeitswalze in der Kontaktzone. Diese Relativbewegung führt zu plastischen Verformungen der Oberflächenmikrostruktur des Walzgutes und beeinflusst dadurch die Verteilung des in Vertiefungen der Kontaktoberfläche anhaftenden Zusatzschmiermittels, wodurch wiederum die Walzspaltreibung beeinflusst wird. Daher eignet sich auch die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes an einen Bezugsort und der Oberfläche der Arbeitswalze als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes.
  • Die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze an einem Bezugsort lässt sich beispielsweise aus einer momentanen Winkelgeschwindigkeit und einem Radius der Arbeitswalze, einem Abstand des Bezugsortes von dem Walzspalt, den Dicken des Walzgutes vor und hinter dem Walzspalt und einer Walzgutgeschwindigkeit vor oder hinter dem Walzspalt errechnen, siehe dazu z. B. Gleichung (3.13) auf Seite 113 in H. Hoffmann, R. Neugebauer und G. Spur (Hrsg.), "Handbuch Umformen", 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, 2012, ISBN 978-3-446-42778-5. Die Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze an einem Bezugsort kann somit aus den genannten Größen, die leicht durch Messungen ermittelt werden können und meist ohnehin erfasst werden, zumindest näherungsweise bestimmt werden.
  • Eine Berücksichtigung der genannten Prozessparameter bei der Bestimmung des Schmierungsbedarfes ermöglicht es daher insbesondere, durch eine den Prozessparametern angepasste Zusatzschmierung die benötigte Antriebsleistung für die Arbeitswalzen zu verringern, Walzgut mit hoher Kompressionsfestigkeit zu walzen oder aber auch den Gesamtdurchsatz des Walzprozesses durch eine Erhöhung der Walzgutgeschwindigkeit und/oder eine Verringerung von Walzunterbrechungen aufgrund mangelnder Schmierung zu erhöhen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die in die Kontaktzone eingebrachte Kühlschmiermittelmenge in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter des Walzprozesses eingestellt wird. Durch eine Einstellung auch der Kühlschmiermittelmenge in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter kann insbesondere berücksichtigt werden, dass die Zusatzschmierung die Walzspaltreibung verringert, wodurch auch die Erwärmung der Arbeitswalzen und damit der Kühlungsbedarf sinken und somit die eingesetzte Kühlschmiermittelmenge entsprechend verringert werden kann.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass als Zusatzschmiermittel ein reiner Schmierstoff, beispielsweise ein Walzöl, oder eine Schmieremulsion, die einen höheren Schmierstoffanteil als das Kühlschmiermittel hat, verwendet wird. Gemäß diesen Ausgestaltungen hat das Zusatzschmiermittel eine höhere Schmierwirkung als das Kühlschmiermittel, so dass bereits eine relativ geringe Zusatzschmiermittelmenge die Schmierung der Kontaktzone deutlich erhöht. Die Verwendung einer Schmieremulsion statt eines reinen Schmierstoffes als Zusatzschmiermittel kann vorteilhaft sein, wenn das Zusatzschmiermittel zusätzlich zur Schmierwirkung auch eine Kühlfunktion zur Kühlung des Walzgutes haben soll.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass das Zusatzschmiermittel durch Sprühen auf das Walzgut aufgebracht wird, und/oder dass das Zusatzschmiermittel gleichmäßig über eine gesamte Walzgutbreite des Walzgutes auf die Kontaktoberfläche des Walzgutes aufgebracht wird. Diese Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen vorteilhaft eine gleichmäßige Verteilung des Zusatzschmiermittels in der Kontaktzone.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zusatzschmiermittel mit einer Zusatzschmiervorrichtung auf das Walzgut aufgebracht wird, die unabhängig von einer Kühlschmiervorrichtung zum Einbringen des Kühlschmiermittels in die Kontaktzone ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung sieht also eine Trennung der Gewerke für die Aufbringung des Kühlschmiermittel und des Zusatzschmiermittels vor. Dies ermöglicht vorteilhaft eine flexible Konfiguration des gesamten Kühl- und Schmierkomplexes für ein Walzgerüst sowie eine einfache Nachrüstbarkeit bestehender Anlagen, ohne an deren Kühlschmiervorrichtungen zum Einbringen eines Kühlschmiermittels Änderungen vornehmen zu müssen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schmierungsbedarf der Kontaktzone vor Beginn des Walzprozesses und/oder während des Walzprozesses bestimmt wird. Eine Bestimmung des Schmierungsbedarfs vor Beginn des Walzprozesses ermöglicht eine dem wenigstens einen Prozessparameter angepasste Schmierung der Kontaktzone bereits zu Beginn des Walzprozesses. Eine Bestimmung des Schmierungsbedarfs während des Walzprozesses ermöglicht eine Anpassung der Schmierung an während des Walzprozesses auftretende Änderungen des wenigstens einen Prozessparameters, beispielsweise an Änderungen der Walzgutgeschwindigkeit, Kompressionsfestigkeit und/oder Rauheit des Walzgutes.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Schmierungsbedarf der Kontaktzone unter Verwendung eines Stribeck-Diagramms für einen Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen der Kontaktoberfläche und der Arbeitswalze in der Kontaktzone in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter bestimmt wird. Derartige Stribeck-Diagramme sind beispielsweise aus J.B.A.F. Smeulders, "Lubrication in the Cold Rolling Process Described by a 3D Stribeck Curve", AISTech 2013 Proceedings, S. 1681-1689 bekannt. Die Ermittlung eines Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen der Kontaktoberfläche und der Arbeitswalze in der Kontaktzone ermöglicht vorteilhaft eine quantitative Bestimmung des Schmierungsbedarfs in Abhängigkeit von dem ermittelten Reibungskoeffizienten.
  • Insbesondere besteht für ein Walzgerüst eine starke Abhängigkeit des Reibungskoeffizienten (und damit der benötigten Antriebsleistung für die Arbeitswalzen) von der Walzgutgeschwindigkeit und der Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze, die durch ein dreidimensionales Stribeck-Diagramm für den Reibungskoeffizienten als Funktion der Walzgutgeschwindigkeit und dieser Relativgeschwindigkeit beschrieben werden kann. Dabei hängt die spezifische Form dieser Funktion von den Schmiereigenschaften des Systems ab, insbesondere von den Eigenschaften des Schmierstoffs selbst, dessen Anhaftung an der Walzgutoberfläche und der Rauhigkeit des Walzgutes. Dem Walzgerüst kann anhand dieser Funktion ein Arbeitspunkt zugeordnet werden, der den Reibungskoeffizienten des Walzgerüstes für die jeweiligen Werte der Walzgutgeschwindigkeit und der Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze unter Berücksichtigung der Schmiereigenschaften des Systems bestimmt. Dies ermöglicht eine sehr differenzierte und den spezifischen Schmiereigenschaften des Systems angepasste Bestimmung des Schmierungsbedarfs der Kontaktzone in Abhängigkeit von der Walzgutgeschwindigkeit und der Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche des Walzgutes und der Oberfläche der Arbeitswalze, wodurch eine gezieltere Schmierung eingestellt werden kann, um den Walzprozess beispielsweise hinsichtlich der Durchsatzmenge des Walzgutes, des Verschleißes der Arbeitswalzen, des Schmiermittel- und Kühlmittelverbrauchs und/oder der benötigten Antriebsleistung für die Arbeitswalzen zu optimieren.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Zusatzschmiermittel auf zwei sich gegenüber liegende Kontaktoberflächen des Walzgutes aufgebracht wird. Dabei können auf die beiden Kontaktoberflächen des Walzgutes voneinander verschiedene Zusatzschmiermittelmengen des Zusatzschmiermittels aufgebracht werden. Das Aufbringen des Zusatzschmiermittels auf beide Kontaktoberflächen des Walzgutes ermöglicht vorteilhaft eine aufeinander abgestimmte Schmierung beider Kontaktzonen des Walzgutes mit den Arbeitswalzen. Das Aufbringen voneinander verschiedener Zusatzschmiermittelmengen des Zusatzschmiermittels auf die beiden Kontaktoberflächen ermöglicht insbesondere, eine Drehmomentenaufteilung zwischen den Arbeitswalzen zu beeinflussen und zu optimieren.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
    • FIG 1 ein Blockdiagramm eines Walzgerüsts, einer Kühlschmiervorrichtung und einer Zusatzschmiervorrichtung,
    • FIG 2 zeitliche Verläufe einer Walzgutgeschwindigkeit, einer Kühlschmiermittelmenge und einer Zusatzschmiermittelmenge, und
    • FIG 3 schematisch eine Walzstraße eines Walzwerkes.
  • Einander entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Figur 1 zeigt ein Blockdiagramm eines Walzgerüsts 1 zum Walzen eines Walzgutes 3, einer Kühlschmiervorrichtung 5 und einer Zusatzschmiervorrichtung 7. Das Walzgut 3 ist ein metallisches Walzband, beispielsweise ein Stahlband, dessen Dicke durch das Walzen reduziert wird.
  • Das Walzgerüst 1 weist zwei übereinander angeordnete Arbeitswalzen 9, 10 auf, die voneinander durch einen Walzspalt 11 beabstandet sind. Zum Walzen des Walzgutes 3 werden die Arbeitswalzen 9, 10 in Rotation versetzt und das Walzgut 3 wird durch die rotierenden Arbeitswalzen 9, 10 in einer Walzrichtung 13 durch den Walzspalt 11 gezogen. Dabei steht das Walzgut 3 in zwei Kontaktzonen 15, 16 im Bereich des Walzspaltes 11 mit den Arbeitswalzen 9, 10 in Kontakt, wobei eine obere Kontaktoberfläche 17 des Walzgutes 3 in einer ersten Kontaktzone 15 an der oberen Arbeitswalze 9 anliegt und eine untere Kontaktoberfläche 18 des Walzgutes 3 in einer zweiten Kontaktzone 16 an der unteren Arbeitswalze 10 anliegt.
  • Mit der Kühlschmiervorrichtung 5 wird ein Kühlschmiermittel in die Kontaktzonen 15, 16 eingebracht. Das Kühlschmiermittel ist eine Kühlschmieremulsion, die aus einer Kühlflüssigkeit und Schmierstoff, beispielsweise aus Wasser als Kühlflüssigkeit und Öl als Schmierstoff, sowie eventuell aus Emulgatoren besteht. Die Hauptkomponente der Kühlschmieremulsion ist dabei die Kühlflüssigkeit, während der Schmierstoffanteil des Kühlschmiermittels nur wenige Prozent, beispielsweise zwei bis drei Prozent, beträgt.
  • Die Kühlschmiervorrichtung 5 umfasst eine Kühlschmiermittelpumpe 19, wenigstens einen Kühlschmiermittelsprühbalken 21 für jede Arbeitswalze 9, 10, Kühlschmiermittelleitungen 23 und eine Kühlschmiersteuerung 25. Jeder Kühlschmiermittelsprühbalken 21 umfasst Kühlschmiermitteldüsen zur Ausgabe von Kühlschmiermittel auf die jeweilige Arbeitswalze 9, 10. Das Kühlschmiermittel wird von der Kühlschmiermittelpumpe 19 durch die Kühlschmiermittelleitungen 23 zu den Kühlschmiersprühbalken 21 gepumpt und durch die Kühlschmiermittelsprühbalken 21 auf die Arbeitswalzen 9, 10 gesprüht. Die von den Kühlschmiermittelsprühbalken 21 jeweils ausgegebenen Kühlschmiermittelmengen C werden von der Kühlschmiersteuerung 25 durch Ansteuerung der Kühlschmiermittelpumpe 19 eingestellt. Durch die Rotation der Arbeitswalzen 9, 10 wird auf die Arbeitswalzen 9, 10 gesprühtes Kühlschmiermittel zu den Kontaktzonen 15, 16 transportiert.
  • Mit der Zusatzschmiervorrichtung 7 ist ein Zusatzschmiermittel auf das Walzgut 3 aufbringbar. Das Zusatzschmiermittel ist ein reiner Schmierstoff, beispielsweise ein Walzöl, oder eine Schmieremulsion aus einer Trägerflüssigkeit und Schmierstoff, beispielsweise aus Wasser als Trägerflüssigkeit und Walzöl als Schmierstoff, wobei der Schmierstoffanteil des Zusatzschmiermittels höher als der Schmierstoffanteil des Kühlschmiermittels ist und beispielsweise etwa 20 % beträgt.
  • Die Zusatzschmiervorrichtung 7 umfasst eine Zusatzschmiermittelpumpe 27, jeweils wenigstens einen Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 für jede Kontaktoberfläche 17, 18 des Walzgutes 3, Zusatzschmiermittelleitungen 31 und eine Zusatzschmiersteuerung 33. Jeder Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 weist Zusatzschmiermitteldüsen zur Ausgabe von Zusatzschmiermittel auf die jeweilige Kontaktoberfläche 17, 18 auf. Das Zusatzschmiermittel wird von der Zusatzschmiermittelpumpe 27 durch die Zusatzschmiermittelleitungen 31 zu den Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 gepumpt und durch die Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 auf die Kontaktoberflächen 17, 18 gesprüht. Die von den Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 jeweils ausgegebenen Zusatzschmiermittelmengen A werden von der Zusatzschmiersteuerung 33 durch Ansteuerung der Zusatzschmiermittelpumpe 27 eingestellt. Durch die Bewegung des Walzgutes 3 wird auf die Kontaktoberflächen 17, 18 gesprühtes Zusatzschmiermittel zu den Kontaktzonen 15, 16 transportiert.
  • Die Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 sind dabei in einem vorgegebenen Aufbringabstand D bezüglich der Walzrichtung 13 vor dem Walzspalt 11 angeordnet, um das Zusatzschmiermittel in diesem Aufbringabstand D von dem Walzspalt 11 auf das Walzgut 3 aufzutragen. Dadurch wirkt das Zusatzschmiermittel auf die Kontaktoberflächen 17, 18 des Walzgutes 3 ein bis es den Walzspalt 11 erreicht. Während dieser Einwirkzeit erhöht sich ein Anhaften des Zusatzschmiermittels an den Kontaktoberflächen 17, 18. Dadurch verbessert sich vorteilhaft die Schmierwirkung (das so genannte Plate-Out) des Zusatzschmiermittels in den Kontaktzonen 15, 16 gegenüber einem Aufbringen des Zusatzschmiermittels auf die Kontaktoberflächen 17, 18 unmittelbar vor dem Walzspalt 11.
  • Um die auf die Kontaktoberflächen 17, 18 aufzubringenden Zusatzschmiermittelmengen A einzustellen, wird für jede Kontaktzone 15, 16 ein Schmierungsbedarf in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter des Walzprozesses bestimmt. Als ein Prozessparameter wird dabei eine Walzgutgeschwindigkeit v des Walzgutes 3 verwendet. Die Walzgutgeschwindigkeit v wird dabei beispielsweise von der Zusatzschmiersteuerung 33 aus ihr zugeführten Messsignalen 35 eines Bandgeschwindigkeitssensors 37 zur Erfassung einer Bandgeschwindigkeit des Walzbandes. Optionale weitere Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes sind Materialeigenschaften 41 des jeweiligen Walzgutes 3, beispielsweise eine Kompressionsfestigkeit und/oder eine Rauheit des Walzgutes 3, die der Zusatzschmiersteuerung 33 als Materialeigenschaftsdaten 41 von einem Produktionssystem 43 zugeführt werden.
  • Ferner können als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes optional Relativgeschwindigkeiten zwischen den Kontaktoberflächen 17, 18 des Walzgutes 3 an festgelegten Bezugsorten und den Oberflächen der Arbeitswalzen 9, 10 verwendet werden. Diese Relativgeschwindigkeiten können beispielsweise aus der Walzgutgeschwindigkeit v an einem Bezugsort und Messsignalen 35 von Drehzahlsensoren 39 zur Erfassung der Drehzahlen der Arbeitswalzen 9, 10 sowie den Dicken des Walzgutes 3 vor und hinter dem Walzspalt 11 ermittelt werden, siehe dazu z. B. Gleichung (3.13) auf Seite 113 in H. Hoffmann, R. Neugebauer und G. Spur (Hrsg.), "Handbuch Umformen", 2. Auflage, Carl Hanser Verlag, 2012, ISBN 978-3-446-42778-5. Weitere optionale Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes sind eine Viskosität des Kühlschmiermittels und/oder eine Dicke des Walzgutes 3. Falls erforderlich können ferner die in den Kontaktzonen 15, 16 jeweils momentan vorhandenen Kühlschmiermittelmengen C und/oder der Schmierstoffanteil des Kühlschmiermittels erfasst und als Prozessparameter verwendet werden. Außerdem können zwischen der Kühlschmiersteuerung 25 und der Zusatzschmiersteuerung 33 Steuerungsdaten 45 ausgetauscht werden, um die Einstellungen der Kühlschmiermittelmengen C und Zusatzschmiermittelmengen A aufeinander abzustimmen.
  • Das Zusatzschmiermittel wird auf jede Kontaktoberfläche 17, 18 in Abhängigkeit des für die Kontaktzone 15, 16 dieser Kontaktoberfläche 17, 18 bestimmten Schmierungsbedarfes aufgebracht, wenn die momentan in die Kontaktzone 15, 16 eingebrachte Kühlschmiermittelmenge C den für die Kontaktzone 15, 16 bestimmten Schmierungsbedarf nicht deckt, beispielsweise weil sich Walzgutgeschwindigkeit v ändert oder ein Walzgut 3 mit einer erhöhten Kompressionsfestigkeit gewalzt wird. Die auf die Arbeitswalzen 9, 10 aufgebrachten Kühlschmiermittelmengen C werden dabei entweder konstant gehalten oder ebenfalls in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter des Walzprozesses und/oder von den auf die Kontaktoberflächen 17, 18 aufgebrachten Zusatzschmiermittelmengen A eingestellt, siehe dazu die Beschreibung von Figur 2.
  • Figur 2 illustriert ein Verfahren zum Walzen eines Walzgutes 3 mit einem Walzgerüst 1, einer Kühlschmiervorrichtung 5 und einer Zusatzschmiervorrichtung 7, die jeweils gemäß Figur 1 ausgebildet sind. Dazu zeigt Figur 2 in Abhängigkeit von einer Zeit t Verläufe v(t), C(t), A(t) einer Walzgutgeschwindigkeit v des Walzgutes 3, einer Kühlschmiermittelmenge C, die mit der Kühlschmiervorrichtung 5 auf eine Arbeitswalze 9, 10 des Walzgerüstes 1 aufgebracht wird, und einer Zusatzschmiermittelmenge A, die mit der Zusatzschmiervorrichtung 7 auf eine in einer Kontaktzone 15, 16 an der Arbeitswalze 9, 10 anliegenden Kontaktoberfläche 17, 18 des Walzgutes 3 aufgebracht wird. Die Kühlschmiermittelmenge C und die Zusatzschmiermittelmenge A sind dabei jeweils als pro Zeiteinheit aufgebrachtes Volumen definiert.
  • Figur 2 zeigt einen Fall, in dem das Walzgut 3 aus verschiedenen Teilwalzbändern besteht, die miteinander verschweißt werden. Dabei wird zunächst zwischen Zeitpunkten t0 und t4 ein erstes Teilwalzband gewalzt. Anschließend wird zwischen Zeitpunkten t4 und t5 ein erster Übergangsbereich zwischen dem ersten Teilwalzband und einem zweiten Teilwalzband mit einer diese beiden Teilwalzbänder verbindenden ersten Schweißnaht gewalzt. Anschließend wird zwischen Zeitpunkten t5 und t8 das zweite Teilwalzband gewalzt. Anschließend wird zwischen Zeitpunkten t8 und t9 ein zweiter Übergangsbereich zwischen dem zweiten Teilwalzband und einem dritten Teilwalzband mit einer diese beiden Teilwalzbänder verbindenden zweiten Schweißnaht gewalzt. Anschließend wird ab dem Zeitpunkt t9 das dritte Teilwalzband gewalzt. Das zweite Teilwalzband hat dabei eine höhere Kompressionsfestigkeit als das erste Teilwalzband und das dritte Teilwalzband, welche dieselbe Kompressionsfestigkeit aufweisen.
  • Die Kühlschmiermittelmenge C und die Zusatzschmiermittelmenge A werden dabei jeweils von der Kühlschmiersteuerung 25 und der Zusatzschmiersteuerung 33 in Abhängigkeit von einem Schmierungsbedarf eingestellt, der für die Kontaktzone 15, 16 in Abhängigkeit von der Walzgutgeschwindigkeit v und von der Kompressionsfestigkeit des jeweiligen Teilbandes sowie optional von weiteren oben genannten Prozessparametern bestimmt wird. Zur Bestimmung des Schmierungsbedarfs wird beispielsweise ein so genanntes Stribeck-Diagramm für einen Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen der Kontaktoberfläche 17, 18 und der Arbeitswalze 9, 10 in der Kontaktzone 15, 16 in Abhängigkeit von den Prozessparametern verwendet wie es beispielsweise aus J.B.A.F. Smeulders, "Lubrication in the Cold Rolling Process Described by a 3D Stribeck Curve", AISTech 2013 Proceedings, S. 1681-1689 bekannt ist.
  • Zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 wird das erste Teilwalzband mit einer ersten Walzgutgeschwindigkeit v1 gewalzt. Zwischen den Zeitpunkten t1 und t2 wird die Walzgutgeschwindigkeit v auf eine zweite Walzgutgeschwindigkeit v2 erhöht. Die zweite Walzgutgeschwindigkeit v2 wird bis zu dem Zeitpunkt t3 beibehalten. Der Schmierungsbedarf kann zwischen den Zeitpunkten t0 und t3 durch Kühlschmiermittel allein gedeckt werden, so dass kein Zusatzschmiermittel aufgebracht wird. Die Erhöhung der Walzgutgeschwindigkeit v von der ersten Walzgutgeschwindigkeit v1 auf die zweite Walzgutgeschwindigkeit v2 erhöht den Schmierungsbedarf. Der erhöhte Schmierungsbedarf wird durch eine entsprechende Erhöhung der Kühlschmiermittelmenge C gedeckt.
  • Zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 wird die Walzgutgeschwindigkeit v von der zweiten Walzgutgeschwindigkeit v2 auf eine dritte Walzgutgeschwindigkeit v3 stark reduziert, um das Walzen des ersten Übergangsbereiches zwischen dem ersten Teilwalzband und dem zweiten Teilwalzband mit der ersten Schweißnaht vorzubereiten. Der erste Übergangsbereich wird danach zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 mit der dritten Walzgutgeschwindigkeit v3 gewalzt. Anschließend wird die Walzgutgeschwindigkeit v zwischen den Zeitpunkten t5 und t6 auf eine vierte Walzgutgeschwindigkeit v4 erhöht, mit der das zweite Teilwalzband zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 gewalzt wird.
  • Der Schmierungsbedarf für das Walzen des ersten Übergangsbereiches erhöht sich dabei gegenüber dem Schmierungsbedarf für das Walzen des ersten Teilwalzbandes aufgrund der sehr geringen dritten Walzgutgeschwindigkeit v3. Der Schmierungsbedarf für das Walzen des zweiten Teilwalzbandes ist aufgrund der hohen Kompressionsfestigkeit des zweiten Teilwalzbandes noch höher als der Schmierungsbedarf für das Walzen des ersten Übergangsbereiches. Daher wird ab dem Zeitpunkt t3 Zusatzschmiermittel aufgebracht, wobei für das Walzen des zweiten Teilwalzbandes zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 eine größere Zusatzschmiermittelmenge A als für das Walzen des ersten Übergangsbereiches zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 aufgebracht wird. Gleichzeitig wird die aufgebrachte Kühlschmiermittelmenge C zwischen den Zeitpunkten t3 und t6 verringert und zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 konstant gehalten, um ein Abwaschen von aufgebrachtem Zusatzschmiermittel durch das Kühlschmiermittel zu verhindern bzw. zu reduzieren.
  • Zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 wird die Walzgutgeschwindigkeit v von der vierten Walzgutgeschwindigkeit v4 wieder auf die dritte Walzgutgeschwindigkeit v3 reduziert, um das Walzen des zweiten Übergangsbereiches zwischen dem zweiten Teilwalzband und dem dritten Teilwalzband mit der zweiten Schweißnaht vorzubereiten. Der zweite Übergangsbereich wird danach zwischen den Zeitpunkten t8 und t9 mit der dritten Walzgutgeschwindigkeit v3 gewalzt. Anschließend wird die Walzgutgeschwindigkeit v zwischen den Zeitpunkten t9 und t10 auf die zweite Walzgutgeschwindigkeit v2 erhöht, mit der das dritte Teilwalzband zwischen den Zeitpunkten t10 und t11 gewalzt wird.
  • Entsprechend wird die aufgebrachte Zusatzschmiermittelmenge A zunächst für das Walzen des zweiten Übergangsbereiches verringert, und für das Walzen des dritten Teilwalzbandes mit der zweiten Walzgutgeschwindigkeit v2 wird gar kein Zusatzschmiermittel aufgebracht. Gleichzeitig wird die aufgebrachte Kühlschmiermittelmenge C wieder erhöht.
  • Zwischen den Zeitpunkten t11 und t12 wird die Walzgutgeschwindigkeit v von der zweiten Walzgutgeschwindigkeit v2 auf eine fünfte Walzgutgeschwindigkeit v5 verringert, mit der das dritte Teilwalzband ab dem Zeitpunkt t12 gewalzt wird.
  • Das Walzen des dritten Teilwalzbandes mit der fünften Walzgutgeschwindigkeit v5 bedingt einen Schmierungsbedarf, der mit dem Kühlschmiermittel allein nicht gedeckt werden kann. Daher wird für das Walzen des dritten Teilwalzbandes mit der fünften Walzgutgeschwindigkeit v5 wieder Zusatzschmiermittel aufgebracht und gleichzeitig die aufgebrachte Kühlschmiermittelmenge C verringert, wobei die aufgebrachte Zusatzschmiermittelmenge A und die aufgebrachte Kühlschmiermittelmenge C aufeinander abgestimmt werden, so dass der Schmierungsbedarf gedeckt wird und ein Abwaschen von aufgebrachtem Zusatzschmiermittel durch das Kühlschmiermittel verhindert bzw. reduziert wird.
  • Figur 3 zeigt schematisch eine Walzstraße 47 eines Walzwerkes mit mehreren hintereinander angeordneten Walzgerüsten 1 zum Walzen eines Walzgutes 3. Die Walzgerüste 1 weisen jeweils zwei übereinander angeordnete Arbeitswalzen 9, 10 und für jede Arbeitswalze eine Stützwalze 49 auf. Die Walzstraße 47 weist für jedes Walzgerüst 1 eine in Figur 3 nicht dargestellte Kühlschmiervorrichtung 5 und eine Zusatzschmiervorrichtung 7 auf. Die Kühlschmiervorrichtungen 5 sind jeweils wie die in Figur 1 dargestellte Kühlschmiervorrichtung 5 ausgebildet und die Zusatzschmiervorrichtungen 7 sind jeweils wie die in Figur 1 dargestellte Zusatzschmiervorrichtung 7 ausgebildet, wobei die Zusatzschmiermittelsprühbalken 29 jeder Zusatzschmiervorrichtung 7 in dem Aufbringabstand D bezüglich der Walzrichtung 13 vor dem Walzspalt 11 des zugehörigen Walzgerüstes 1 angeordnet sind.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Walzen eines Walzgutes (3), wobei
    - das Walzgut (3) in einer Walzrichtung (13) durch einen Walzspalt (11) zwischen zwei Arbeitswalzen (9, 10) eines Walzgerüstes (1) geführt wird,
    - in eine Kontaktzone (15, 16), in der eine Kontaktoberfläche (17, 18) des Walzgutes (3) an einer Arbeitswalze (9, 10) anliegt, ein Kühlschmiermittel zur Schmierung der Kontaktzone (15, 16) eingebracht wird,
    - ein Schmierungsbedarf der Kontaktzone (15, 16) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter des Walzprozesses bestimmt wird,
    - und bezüglich der Walzrichtung (13) vor dem Walzspalt (11) in einem vorgegebenen Aufbringabstand (D) von dem Walzspalt (11) ein Zusatzschmiermittel auf die Kontaktoberfläche (17, 18) des Walzgutes (3) aufgebracht wird, wenn eine momentan in die Kontaktzone (15, 16) eingebrachte Kühlschmiermittelmenge (C) den Schmierungsbedarf nicht deckt, wobei der Aufbringabstand (D) so bemessen ist, dass sich ein Anhaften des Zusatzschmiermittels an die Kontaktoberfläche (17, 18) erhöht und sich die Schmierwirkung des Zusatzschmiermittels in der Kontaktzone (15, 16) gegenüber einem Aufbringen des Zusatzschmiermittels auf die Kontaktoberfläche (17, 18) unmittelbar vor dem Walzspalt (11) verbessert,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die in die Kontaktzone (15, 16) eingebrachte Kühlschmiermittelmenge (C) reduziert wird, wenn Zusatzschmiermittel auf die Kontaktoberfläche (17, 18) aufgebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine auf die
    Kontaktoberfläche (17, 18) des Walzgutes (3) aufgebrachte Zusatzschmiermittelmenge (A) in Abhängigkeit von dem für die Kontaktzone (15, 16) bestimmten Schmierungsbedarf eingestellt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Prozessparameter für die Bestimmung des Schmierungsbedarfes eine Walzgutgeschwindigkeit (v) des Walzgutes (3) und/oder eine Kompressionsfestigkeit des Walzgutes (3) und/oder eine Rauheit des Walzgutes (3) und/oder eine Relativgeschwindigkeit zwischen der Kontaktoberfläche (17, 18) des Walzgutes (3) an einem Bezugsort und der Oberfläche der Arbeitswalze (9, 10) und/oder eine Dicke des Walzgutes (3) und/oder eine Viskosität des Kühlschmiermittels verwendet wird oder werden.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die in die Kontaktzone (15, 16) eingebrachte Kühlschmiermittelmenge (C) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Prozessparameter des Walzprozesses eingestellt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzschmiermittel ein reiner Schmierstoff verwendet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass als Zusatzschmiermittel eine Schmieremulsion verwendet wird, die einen höheren Schmierstoffanteil als das Kühlschmiermittel hat.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzschmiermittel durch Sprühen auf das Walzgut (3) aufgebracht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzschmiermittel gleichmäßig über eine gesamte Walzgutbreite des Walzgutes (3) auf die Kontaktoberfläche (17, 18) des Walzgutes (3) aufgebracht wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzschmiermittel mit einer Zusatzschmiervorrichtung (7) auf das Walzgut (3) aufgebracht wird, die unabhängig von einer Kühlschmiervorrichtung (5) zum Einbringen des Kühlschmiermittels in die Kontaktzone (15, 16) ist.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierungsbedarf der Kontaktzone (15, 16) vor Beginn des Walzprozesses und/oder während des Walzprozesses bestimmt wird.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierungsbedarf der Kontaktzone (15, 16) unter Verwendung eines Stribeck-Diagramms für einen Reibungskoeffizienten der Reibung zwischen der Kontaktoberfläche (17, 18) und der Arbeitswalze (9, 10) in der Kontaktzone (15, 16) in Abhängigkeit von wenigstens einem Prozessparameter bestimmt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzschmiermittel auf zwei sich gegenüber liegende Kontaktoberflächen (17, 18) des Walzgutes (3) aufgebracht wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass auf die beiden Kontaktoberflächen (17, 18) des Walzgutes (3) voneinander verschiedene Zusatzschmiermittelmengen (A) des Zusatzschmiermittels aufgebracht werden.
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