EP4724214A1

EP4724214A1 - Kaltwalzgerüst zum kaltwalzen eines kaltbandes, verfahren zum herstellen eines kaltbandes, verfahren zum wechsel einer walzenkonfiguration in einem kaltwalzgerüst sowie walzenanordnung zur verwendung bei dem verfahren

Info

Publication number: EP4724214A1
Application number: EP24732857.8A
Authority: EP
Inventors: Hartmut Pawelski; Holger Pulst; Christian WIETZIG
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2023-06-09
Filing date: 2024-06-07
Publication date: 2026-04-15
Also published as: CN121311317A; WO2024252000A1; DE102024205279A1; KR20260009935A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kaltwalzgerüst (2) zum Kaltwalzen eines Kaltbandes, wobei das Kaltwalzgerüst (2) eine obere und eine untere Arbeitswalze (4,6) aufweist und die obere und untere Arbeitswalze (4,6) einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines Kaltbandes (7) mit einem Kaltwalzgerüst (2) sowie weiterhin ein Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst (2).

Description

Kaltwalzgerüst zum Kaltwalzen eines Kaltbandes, Verfahren zum Herstellen eines Kaltbandes, Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst sowie Walzenanordnung zur Verwendung bei dem Verfahren

Die Erfindung betrifft ein Kaltwalzgerüst zum Kaltwalzen eines Kaltbandes sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Kaltbandes mit einem solchen Kaltwalzgerüst. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst sowie eine Walzenanordnung als Austauschsatz zur Durchführung des Verfahrens zum Wechsel der Walzenkonfiguration.

Im Bereich des Kaltwalzens werden zunehmend dünnere Werkstoffe und/oder Werkstoffe mit höherer Festigkeit oder allgemein verbesserten mechanischen Eigenschaften verarbeitet. Insbesondere für das DCR-Verfahren (Double Cold Reduction) in der Weißblechindustrie bedeutet dies die Herstellung von Güten der Güte DR9.5 (AISI/ASTM 623) oder darüber hinaus, eine Enddicke der zu walzenden Bänder in Richtung 0,1 mm und eine Dickenabnahme beim Walzen mit einer Reduzierung um bis zu 50 % in einem einzigen Arbeitsgang.

Bei der Herstellung von Verpackungsstahl ist es grundsätzlich bekannt, verzinnten oder elektrolytisch verchromten Stahl in Dicken von 0,100 bis 0,499 mm - wahlweise mit oder ohne organische Beschichtungen (Lack, Polymer) - bereitzustellen. Nach einer ersten Kaltreduktion des gebeizten Stahlbandes werden beispielsweise in einer Tandemstraße die Bänder elektrolytisch gereinigt, zum Rekristallisationsglühen in einen Ofen gebracht und anschließend zur Einstellung der Oberflächen- und mechanischen Eigenschaften in eines von drei zweigerüstigen Anlasswalzwerke verbracht. Dabei kann es sich entweder um ein trockenes Dressierwalzwerk mit geringen Dehnungen oder um ein Nasswalzwerk mit größerer Banddickenreduzierung in einem ersten Kaltwalzgerüst handeln, die so genannte DCR-Straße (Double Cold Reduction). Schließlich folgt ein elektrolytischer Verzinnungs- oder Verchromungsprozess.

DCR-Bänder sind dünn und stark, was sie als Verpackungsmaterial attraktiv macht, da sie beispielsweise Transportkosten sparen und den Kohlendioxidausstoß verringern. Typische Anwendungen sind Schraubverschlüsse und DRD-Dosen (Drawn and Redrawn).

Da legierter Stahl für Lebensmittel- und Getränkebehälter nicht verwendet werden kann, ist die Kaltverfestigung durch höhere Reduktionen der bevorzugte Weg, um eine höhere Festigkeit zu erreichen. Darüber hinaus ist bei weichen Güten eine hohe Banddickenreduzierung im DCR-Verfahren vorteilhaft für die Ohrenbildung beim Ziehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kaltwalzgerüst bereitzustellen, welches eine hohe Dickenreduzierung bei der Herstellung von besonders dünnen Bändern insbesondere von Stahlbändern in der Größenordnung von bis zu einer Dicke von 0,1 mm ermöglicht.

Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine solche Dickenreduktion unter Aufwendung verhältnismäßig geringer Walzkräfte zu erzielen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Bereitstellung eines Kaltwalzgerüsts mit den Merkmalen des Anspruchs 1 .

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch die Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Kaltbandes unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kaltwalzgerüsts.

Ein weiterer, für sich genommen schutzfähiger Gesichtspunkt der Erfindung, betrifft ein Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst mit einer herkömmlichen Arbeitswalzenkonfiguration. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird schließlich gelöst durch die Bereitstellung einer Walzenanordnung als Austauschsatz zur Durchführung des Konfigurationswechsels.

Vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.

Ein erster Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Kaltwalzgerüst zum Kaltwalzen eines Kaltbandes, wobei das Kaltwalzgerüst wenigstens eine obere und eine untere Arbeitswalze aufweist und die obere und die untere Arbeitswalze einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Die erfindungsgemäße Konfiguration hat den Vorzug, dass insbesondere eine Verringerung des Durchmessers einer Arbeitswalze bei einer asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration eine hohe Reduzierung der Banddicke von bis zu 50 % in Kombination mit einer verhältnismäßig geringen erreichbaren Dicke des Bandes ergibt. Mit etwa gleicher Walzkraft im Vergleich zu einer symmetrischen Walzenkonfiguration kann erfindungsgemäß die Banddicke wesentlich stärker reduziert werden. Bevorzugt besitzt die obere Arbeitswalze einen kleineren Durchmesser als die untere Arbeitswalze.

Vorzugsweise ist der Durchmesser der oberen und der unteren Arbeitswalze 2 g ^aemäß der Formel De ⁷ f⁷f = - l/Dtop + l/Dbot bemessen, wobei De ⁷ f ⁷f der effektive

Durchmesser der Arbeitswalzen, Dtop der Durchmesser der oberen Arbeitswalze und Dbot der Durchmesser der unteren Arbeitswalze ist. Der effektive Durchmesser der Arbeitswalzen wird als gemeinsamer Durchmesser der Arbeitswalzen bezeichnet. Die Summe der Arbeitswalzenkrümmung ist der Kehrwert der Arbeitswalzenradien.

Durch diese Berechnung lässt sich einfach ein theoretischer symmetrischer Walzendurchmesser ermitteln, der als Grundlage für Walzkraft und Abnahmeberechnungen in Stichplanberechnungen eingesetzt werden kann. Die aus der Stichplanberechnung ermittelten Betriebsparameter können zur Einstellung der Betriebsparameter eingesetzt werden.

Vom Standpunkt des Walzspaltverhaltens aus betrachtet, kombiniert eine 5-high- Konfiguration eine angetriebene große untere Arbeitswalze mit einer viel kleineren, nicht angetriebenen oberen Arbeitswalze. Der unterschiedliche Arbeitswalzendurchmesser (ca. 300 mm) und der Einzelantrieb führen zu asymmetrischen Walzbedingungen. Diese asymmetrischen Walzbedingungen führen zu internen Schubspannungen, die die Umformung unterstützen.

Ein erster daraus resultierender technischer Effekt ist eine große Reduzierung der Walzenkraft im 5-high-Modus im Vergleich zum 4-high-Modus. Mit der gleichen Walzenkraft kann die Banddicke wesentlich stärker reduziert werden. In einem erfolgreichen Versuch der Anmelderin wurde eine Reduzierung um 50 % erreicht. Mehrere Coils wurden mit einer Reduzierung von 40-42 % gewalzt, die maximale Bandgeschwindigkeit am Ausgang betrug 2000 m/min. Die Planheitsregelung war im Normalbetrieb und die Qualität der Bandplanheit lag im bekannten Bereich. Die Parameter der Dickenregelung wurden aufgrund des geringeren Verhältnisses von Walzkraftdifferenz zu Reduktionsdifferenz angepasst.

Zum besseren Verständnis des Walzspaltverhaltens in einer 5-high Konfiguration mit asymmetrischen Arbeitswalzen ist es hilfreich, sich eine hypothetisch symmetrische Konfiguration vorzustellen, die die gleiche Summe der Arbeitswalzenkrümmungen (Kehrwert der Arbeitswalzenradien) aufweist wie im asymmetrischen Fall. Dann wird der gemeinsame Arbeitswalzendurchmesser, der sogenannte effektive Arbeitswalzendurchmesser, wie folgt berechnet:

2

Deff =

Dtop Dbot Im Vergleich zu einer 4-high Arbeitswalzenkonfiguration mit zwei Arbeitswalzen, die jeweils einen Durchmesser von 512 mm aufweisen, beträgt der effektive Arbeitswalzendurchmesser einer asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration, bei der die obere Arbeitswalze einen Durchmesser von 240 mm aufweist und die untere Arbeitswalze einen Durchmesser von 512 mm aufweist, 327 mm.

Auf diese Art und Weise lassen sich sehr effektiv besonders dünne Bänder walzen, welche durch den 4-hi Modus nicht erreichbar wären. Weiterhin wird eine bemerkenswerte Reduzierung der Walzkraft bei gleichzeitig hoher Dickenreduzierung und größerer Streckspannung erzielt, sodass auch der Energieverbrauch bei einer solchen Arbeitswalzenkonfiguration geringer ist.

Die Vorteile der Erfindung lassen sich auch mit einem Kaltwalzgerüst mit einer asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration erzielen, bei welcher die untere Arbeitswalze einen kleineren Durchmesser als die obere Arbeitswalze aufweist. Dementsprechend gelten die vorstehenden Ausführungen auch für eine solche Konfiguration.

Unter einer kleinen Arbeitswalze wird ein Arbeitswalze mit einem Durchmesser verstanden, der deutlich kleiner ist als der Durchmesser der großen Arbeitswalze, selbst in maximal abgeschliffenem Zustand der großen Arbeitswalze weist die kleine Arbeitswalze einen geringeren Durchmesser auf.

Vorzugsweise beträgt der Durchmesser der kleineren Arbeitswalze zwischen 120 mm und 380 mm, bevorzugt zwischen 180 und 320 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 200 und 250 mm .

Bevorzugt beträgt der Durchmesser der oberen Arbeitswalze zwischen 180 und 320 mm. Weiterhin bevorzugt besitzt das Kaltwalzgerüst gemäß der Erfindung eine 5-high Konfiguration. Zweckmäßigerweise ist vorgesehen, dass eine vorzugsweise als Zwischenwalze ausgebildete Stützrolle die kleinere Arbeitswalze , vorzugsweise die obere Arbeitswalze abstützt und die Stützrolle vorzugsweise einen Durchmesser zwischen einen Durchmesser zwischen 180 mm und 520 mm, bevorzugt zwischen 250 mm und 450 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 280 und 300 mm aufweist.

Vorzugsweise entspricht die Summe der Durchmesser der kleineren Arbeitswalze und der Durchmesser der Stützrolle etwa dem Durchmesser der größeren Arbeitswalze.

Vorzugsweise sind die kleine Arbeitswalze und die Zwischenwalze in Wälzlagern gelagert und mit einer Öl-Luftschmierung geschmiert. Die Öl-Luftschmierung ist besonders vorteilhaft bei hohen Bandgeschwindigkeiten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Kaltwalzgerüsts gemäß der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Arbeitswalzen eine Hartbeschichtung als Verschleiß- und Korrosionsschutzbeschichtung, vorzugsweise eine Chrombeschichtung aufweisen. Verchromte Walzen sind insbesondere verschleißfest und ermöglichen das Walzen mit geringer Oberflächenrauigkeit.

Bevorzugt ist wenigstens eine Zwischenwalze zylindrisch ausgebildet und wenigstens eine Arbeitswalze weist eine vorzugsweise positive und/oder , vorzugsweise mittig angeordnete, Bombierung auf. Durch die vorzugsweise positive Bombierung der Arbeitswalze lassen sich gezielt Biegelinien einstellen, welche als Stellglieder einer Planheitsregelung zu einer Verbesserung der Bandplanheit beitragen.

Bei der 5-high Konfiguration des Kaltwalzgerüstes gemäß der Erfindung ist bevorzugt vorgesehen, dass die kleinere, vorzugsweise die obere Arbeitswalze und die zugehörige, vorzugsweise die obere Zwischenwalze nicht angetrieben sind. Die Bergriffe „oben“ und „unten“ beziehen sich grundsätzlich auf die Einbaulage. Bei einer bevorzugten Variante des Kaltwalzgerüsts gemäß der Erfindung kann je eine Bandzugeinstelleinrichtung auf der Einlaufseite und der Auslaufseite der Walzen angeordnet sein.

Bei den Bandzugeinstelleinrichtungen kann es sich um die Auf- und/oder Abwickelhaspel handeln und/oder spezielle Umlenk-oder Breideleinrichtungen. Mit den Bandzugeinstelleinrichtungen lassen sich gezielt Bandvorzug und Bandrückzug, sowie Bandgeschwindigkeiten einstellen, die von der Walzenumfangsgeschwindigkeit abweichen. Diese ist für die Einstellung der Walzspaltgeometrie von Bedeutung und können vorteilhafte Effekte im Rahmen der Erfindung einstellen.

Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Kaltbandes mit einem Kaltwalzgerüst der vorstehend beschriebenen Art mit einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmale. Das Verfahren umfasst eine Dickenreduktion des Kaltbandes zwischen zwei Arbeitswalzen mit einer asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration bzw. mit unterschiedlichen Durchmessern.

Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dicke des Kaltbandes, vorzugsweise in einem Walzstich oder einem einzigen Banddurchlauf, um mehr als 30%, vorzugsweise um mehr als 35 %, vorzugsweise mehr als 40 %, besonders bevorzugt um mehr als 45 % reduziert wird.

Die Dickenreduktion bzw. Dickenabnahme kann mit einer Banddurchlaufgeschwindigkeit > 1200m/min, vorzugsweise > 2000 m/min durchgeführt werden.

Bevorzugt wird beim Walzen der Bandvorzug höher als der Bandrückzug durch die Bandzugeinstelleinrichtungen eingestellt. Bei einer zweckmäßigen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung wird die Walzkraft auf einen Wert eingestellt, der um mindestens 30%, vorzugsweise um mindestens 40% ganz besonders bevorzug um mindestens 50% geringer ist als die erforderliche Walzkraft beim Einsatz eines symmetrischen Walzensatzes mit ausschließlich großen Walzen (4-high Konfiguration)

Besonders bevorzugt wird das Kaltband in dem Kaltwalzgerüst in einem einzigen Durchlauf von einer Ausgangsdicke von 0,13 mm bis 0,2 mm auf eine Enddicke von > 0,1 mm reduziert, was insbesondere auch dem Umstand geschuldet ist, dass mit der vorstehend beschriebenen asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration eine Dickenabnahme von bis zu 50 % bei gleicher Walzkraft verglichen mit einer symmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration erzielbar ist, bei welcher jede der Arbeitswalzen einen Durchmesser aufweist, welcher dem Durchmesser der größten Arbeitswalze bei der asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration gemäß der Erfindung entspricht.

Bevorzugt wird die Dickenreduktion bei dem Verfahren gemäß der Erfindung mit einer Banddurchlaufgeschwindigkeit im Auslauf > 1200m/min, vorzugsweise > 2000 m/min durchgeführt.

Ein weiterer, für sich genommen schutzfähiger Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst, vorzugsweise in Kassettenbauweise, von einer 4-high Konfiguration mit symmetrischen Arbeitswalzendurchmessern in eine 5-high Konfiguration mit asymmetrischen Arbeitswalzendurchmessern, die zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgebildet ist, wobei bei einem Konfigurationswechsel mindestens eine der Arbeitswalzen des Kaltwalzgerüsts durch eine Walzenanordnung als Austauschsatz ausgetauscht wird, wobei der Austauschsatz wenigstens zwei Austauschwalzen umfasst, die in einer gemeinsamen Kassette gelagert sind, wobei die obere und untere Arbeitswalze nach dem Konfigurationswechsel einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen. Auf diese Art und Weise lässt sich in besonders vorteilhafter und einfacher Art und Weise eine vorhandene 4-high Konfiguration so umrüsten, dass mit etwa gleicher Walzkraft eine deutlich höhere Dickenabnahme des Kaltbandes erzielt werden kann.

Vorzugsweise entspricht die Summe der Arbeitswalzenkrümmungen der asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration der Summe der Arbeitswalzenkrümmungen der symmetrischen Walzenkonfiguration.

Bei einer vorteilhaften Variante des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Durchmesser der oberen und der unteren Arbeitswalze gemäß der Formel bemessen ist, wobei De ff der effektive Durchmesser der Arbeitswalzen, Dtop der Durchmesser der oberen Arbeitswalze und Dbot der Durchmesser der unteren Arbeitswalze ist.

Bevorzugt umfasst das Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration, dass der Austauschsatz über eine Walzen-Schnell-Wechselvorrichtung in weniger als 15 Minuten Stillstand, vorzugweise weniger als 12 Minuten Stillstand ganz besonders bevorzugt in weniger als 7 Minuten Stillstand und besonders- besonders bevorzugt in weniger als 5 Minuten Stillstand erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt der Walzenwechsel in einem 4-Hi Modus mit der identischen Schnellwechselvorrichtung wie im 5-Hi Modus. Schließlich betrifft ein weiterer Gesichtspunkt eine Walzenanordnung als Austauschsatz zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens zum Wechsel der Walzenkonfiguration umfassend eine Arbeitswalze und wenigstens eine Zwischenwalze, die in einer gemeinsamen Kassette gelagert sind, wobei die Kassette Arbeitswalzen- Einbaustücke aufweist, deren Einbaumaße denjenigen der Arbeitswalzen- Einbaustücke des Kaltwalzgerüsts in der 4-high Konfiguration im Wesentlichen entsprechen.

Um bei einer solchen umgerüsteten 5-high Konfiguration zu gewährleisten, dass die obere Arbeitswalze und die obere Stützwalze nicht angetrieben sind, kann vorgesehen sein, dass bei einem antriebsseitig vorgesehenen Arbeitswalzen- Einbaustück eine Antriebszapfenattrappe vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass die Arbeitswalze des Austauschsatzes in der Einbaulage nicht angetrieben ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand und unter Bezugnahme auf ein in den Zeichnungen veranschaulichtes Ausführungsbeispiel erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Kaltwalzwerks mit einem Kaltwalzgerüst gemäß der Erfindung,

Figur 2 eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Walzenanordnung gemäß der Erfindung in Form einer Wechselkassette als Explosionsansicht der einzelnen Bestandteile der Wechselkassette,

Figur 3 eine schematische Gegenüberstellung einer 4-high Konfiguration gemäß Stand der Technik und einer 5-high Konfiguration gemäß der Erfindung,

Figur 4 eine grafische Darstellung der Streckenlast des Walzguts beim Kaltwalzen mit einer 5-high Konfiguration im Vergleich mit Coils, die mit einer konventionellen 4-high Konfiguration gewalzt wurden,

Figur 5 eine grafische Darstellung einer stationären FEM-Lösung für asymmetrische und äquivalente symmetrische Arbeitswalzenkonfigurationen basierend auf Messdaten für die Stahlsorte DR 8 Bandgeometrie 960 mm x 0,244 -> 0,142 mm, Figur 6 ein Rechenbeispiel für die berechnete Reduzierung der Walzkraft und des Energieverbrauchs eines Hauptantriebs des Kaltwalzgerüsts im erfindungsgemäßen 5-high-Modus im Vergleich zu einem konventionellen 4-high-Modus basierend auf der gemessenen Walzkraft für die Stahlsorte DR 8, Bandgeometrie 960 mm x 0,244 -> 0,142 mm,

Figur 7 einer grafischen Darstellung einer 3-D Profil-Höhenmessung der Arbeitswalzenoberfläche vor und nach dem Walzen von vier Coils mit der 5-high Konfiguration gemäß der Erfindung durch konfokale Mikroskopie,

Fig 7a) eine der Figur 7 entsprechende Darstellung

Das in Figur 1 dargestellte Kaltwalzwerk 1 besteht aus einem ersten und einem zweiten Kaltwalzgerüst 2,3 beide in 4-high - Konfiguration mit Arbeitswalzendurchmessern 563 / 505 mm. Der geringere Durchmesser einer der beiden Arbeitswalzen 4 ist dem Umstand geschuldet, dass die betreffende Arbeitswalze 4 verschleißbedingt das Ende der Lebensdauer erreicht hat.

Das erste Kaltwalzgerüst 2 reduziert die Dicke eines Kaltbandes 7 (typischerweise 8 bis 32 %) in einer Dickenregelung (Dickenabnahme), während das zweite Kaltwalzgerüst 3 als Dressiergerüst ausgebildet ist, welches die Bandoberfläche in der Kraftregelung verbessert (nahezu keine Dehnung). Das erste Kaltwalzgerüst 2 wird durch einen Kammwalzen-Arbeitswalzenantrieb angetrieben, bei dem zweiten Kaltwalzgerüst 3 wird nur die untere Arbeitswalze 4 angetrieben. Die maximale Bandauslaufgeschwindigkeit beträgt über 2000 m/min.

Das Kaltwalzwerk weist Bandzugspannungseinrichtungen auf, mit denen sich gezielt Bandvorzug und Bandrückzug einstellen lassen.

Wenn die Bedingungen für die Walzspaltschmierung und die Bandzugspannungen bereits auf einem angemessenen oder maximal ausgelasteten Niveau sind, ist die Verringerung des Arbeitswalzendurchmessers für ein solches Walzwerk der effizienteste Weg, um das Ziel einer hohen Reduzierung (bis zu 50 %) in Kombination mit dünnen Dicken (Mindestenddicke des Bandes 0,1 mm) zu erreichen. Für ein bestehendes Walzwerk bedeutet dies in der Regel eine umfangreiche Umrüstung.

Ein Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung betrifft die Umrüstung eines Kaltwalzgerüsts 2 derart, dass eine asymmetrische Arbeitswalzenkonfiguration realisierbar ist. Dazu ist erfindungsgemäß vorgesehen, eine Wechselkassette 5 bereitzustellen, wie sie beispielsweise in Figur 2 schematisch dargestellt ist.

Die Wechselkassette 5 gemäß der Erfindung ist dazu ausgebildet, die obere Arbeitswalze 4 des ersten Kaltwalzgerüsts 2 wenigstens vorübergehend zu ersetzen, um eine 5-high statt der 4-high Konfiguration zu schaffen. Sie besteht aus einer kleinen Arbeitswalze (AR) 6 mit einem Durchmesser von 240 / 220 mm und einer Zwischenwalze (IMR) 8 mit einem Durchmesser von 320 / 300 mm. Die Summe der beiden Durchmesser (560 / 520 mm) ist im Bereich der normalerweise verwendeten großen Arbeitswalze 4 gewählt, so dass keine zusätzlichen Maßnahmen zur Höhenanpassung notwendig sind. Die äußere Einbaustückgeometrie der Wechsel kassette 5 entspricht exakt den Abmessungen der großen Arbeitswalze 4, so dass die Umrüstung von einem 4-high - auf einen 5- high -Modus und zurück so schnell und einfach ist wie ein normaler Arbeitswalzenwechsel.

Die Zwischenwalzeneinbaustücke 9 weisen Wirkflächen auf, so dass Biegekräfte auf die Zwischenwalze 8 übertragen werden. Positive und negative Biegekräfte konnten genutzt werden, wurden aber bei den von der Anmelderin durchgeführten Versuchen auf den halben Wert begrenzt, um eine Überlastung des Lagers der Zwischenwalze 8 zu vermeiden. Aufgrund des kleineren Durchmessers der Zwischenwalze 8 im Vergleich zu der größeren (unteren) Arbeitswalze 4 ist die Biegung immer noch wirksam. Die Einbaustücke der kleinen oberen Arbeitswalze 6 sind in Einbaustücke 9 der Zwischenwalze 8 integriert (Einbaustück in Einbaustück-Konstruktion) und können frei in Höhenrichtung gleiten. Somit werden nur horizontale Kräfte und keine Biegekräfte auf die Arbeitswalze 6 übertragen.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Zwischenwalze 8 der Wechselkassette 5 zylindrisch, während die Arbeitswalze 6 eine positiven Bombierung aufweist , die so berechnet wurde, dass sie den Planheitszielen innerhalb des Biegekraftbereichs entspricht. Eine Planheitsregelung für das erste Kaltwalzgerüst 2 mittels gerüstübergreifenden Planheitsmessrollen funktioniert ohne Änderungen.

Auf der Antriebsseite des zweiten Kaltwalzgerüsts 2 ist an dem Einbaustück 9 der Wechselkassette 5 eine Antriebszapfenattrappe 10 zur Aufnahme einer oberen Antriebsspindel montiert. Die Antriebszapfenattrappe 10 umfasst ein frei laufendes 2fach-Kugellager, das in keiner weiteren Verbindung zu den Walzen steht. Das heißt, die obere Zwischenwalze 8 und die obere Antriebswalze 6 sind nicht angetrieben, während das gesamte Hauptantriebsmoment auf die ursprüngliche untere Arbeitswalze 4 übertragen wird. Diese Konfiguration hat den Vorteil, dass keine Änderungen des Getriebefaktors oder der Drehrichtung notwendig sind.

Die 5-hi-Konfiguration gemäß der Erfindung kombiniert eine angetriebene große untere Arbeitswalze 4 mit einer viel kleineren, nicht angetriebenen Arbeitswalze 6. Der unterschiedliche Arbeitswalzendurchmesser (ca. 300 mm) und der Einzelantrieb führen zu asymmetrischen Walzbedingungen.

Die Reduzierung der Walzenkraft im 5-hi-Modus im Vergleich zum 4-hi-Modus ist in Figur 4 veranschaulicht. Mit der gleichen Walzenkraft kann die Banddicke wesentlich stärker reduziert werden als mit einer 4-high Walzenkonfiguration.

Figur 5 veranschaulicht das Walzspaltverhalten im 5-high-Betrieb (linke Konfiguration) im Vergleich mit einer hypothetisch symmetrischen Konfiguration (rechte Konfiguration), die die gleiche Summe der Arbeitswalzenkrümmungen (Kehrwert der Arbeitswalzenradien) aufweist wie im asymmetrischen Fall. Dann wird der gemeinsame Arbeitswalzendurchmesser, der sogenannte effektive Arbeitswalzendurchmesser, wie folgt berechnet:

Wenn zum Beispiel, wie in einigen von der Anmelderin durchgeführten Versuchen, eine neue kleine obere Arbeitswalze 6 (Durchmesser Dtop = 240 mm) mit einer gebrauchten großen unteren Arbeitswalze 4 (Durchmesser Dbot = 512 mm) gekoppelt wird, ergibt die Formel etwa 327 mm als effektiven Durchmesser.

Die Druckverteilung im Walzenspalt, die mit einem proprietären stationären (viskoplastischen) Finite-Elemente-Algorithmus berechnet wurde, ist für den symmetrischen und den realen asymmetrischen Fall nahezu identisch (Figur 5, Mitte). Der Reibungskoeffizient des Walzspalts wurde genau eingestellt, um die gemessene Walzkraft für einen der Versuche zu erreichen. Die Walzspaltlänge ist gleich, nur im Bereich des maximalen Drucks ist die Spitze des so genannten Druckgebirges bei der asymmetrischen Lösung im Vergleich zum symmetrischen Fall abgeflacht, was zu einer etwas geringeren Walzkraft führt. Da der Unterschied gering ist und der effektive Arbeitswalzendurchmesser eingesetzt wird, ergeben die Berechnungen mit einem Standardprogramm für den Stichplan gute Ergebnisse hinsichtlich der Walzkraft.

Hinsichtlich des Vorwärtsschlupfs unterscheiden sich die Lösungen. Da nur die untere Arbeitswalze 4 angetrieben wird, ist die Umfangsgeschwindigkeit höher als bei der nicht angetriebenen oberen Arbeitswalze 6 (Figur 5, rechts). Die Bandausgangsgeschwindigkeit im Vergleich zur Umfangsgeschwindigkeit der unteren Arbeitswalze 4, die direkt mit einem von einem Automatisierungssystem registrierten und angezeigten Vorwärtsschlupfwert zusammenhängt, ist bei der asymmetrischen Lösung kleiner als bei der symmetrischen.

Die gemessene Voreilung (5,7%) kommt einer asymmetrisch berechneten Voreilung (5,2%) recht nahe. Generell ist darauf zu achten, dass kein Durchrutschen der angetriebenen Walze auf dem Band auftritt. Wie Messungen und Berechnungen zeigen, ist der Bandvorzug bei dünnem Band hoch genug, um einen sicheren Durchzug zu gewährleisten. Die Situation verbessert sich sogar noch, wenn der spezifische Bandvorzug höher ist als der Bandrückzug, was normalerweise im erste Kaltwalgerüst eines DCR-Walzwerks der Fall ist.

Die erfindungsgemäß erzielte Reduzierung der Walzkraft im 5-hi-Modus im Vergleich zum 4-hi-Modus ist ein Vorteil beim Walzen von dünnen Bändern mit hoher Dickenreduzierung und daher erhöhter Zugspannung. Bei der Betrachtung der Energieeinsparung muss man jedoch beachten, dass die Walzkraft selbst keine Energie verbraucht. Es gibt jedoch zwei damit verbundene Auswirkungen: Die eine ist der geringere Lagerreibungsverlust der oberen Stützwalze, die andere das geringere Antriebsmoment, das durch die verringerte Walzspaltlänge und damit geringere Reibungsverluste durch die Relativbewegung zwischen Band und Arbeitswalze 6 entsteht.

Figur 6 zeigt das Potenzial der Energieeinsparungen bei einem Hauptantrieb des Kaltwalzgerüsts 2 für den bereits oben diskutierten Beispielfall. Es wurden folgende Annahmen getroffen: Konstante (recht niedrige) Stützwalzenlagerreibung p=0,001 , konstanter Walzenspalt-Reibungskoeffizient, kein Walzenkontakt an den Bandkanten, konstante Bandauslaufgeschwindigkeit (gleiche Produktivität). Insgesamt ist eine Einsparung von fast 10 % bei der Hauptantriebsleistung realistisch.

Zwischen der kleinen Arbeitswalze 6 der Wechselkassette 5 im 5-hi-Modus und der normalen Arbeitswalze 4 im 4-hi -Modus liegt ein Faktor 2,1 bis 2,56 im Durchmesser. Um diesen Faktor erhöht sich die Anzahl der Umdrehungen pro Bandlänge bei der kleinen Arbeitswalze 6, was zu einem höheren Verschleiß führt. Auf der anderen Seite ist die Walzenkraft deutlich geringer, was mit weniger Verschleiß verbunden ist. Um einen Eindruck von der Größenordnung zu bekommen, wird für den in den vorangegangenen Abschnitten diskutierten Beispielfall der maximale Druck im Walzenspalt von etwa 2100 MPa im 4-high- Modus auf etwa 1100 MPa im 5-high-Modus reduziert, Figur 5, Mitte.

Ein weiterer Aspekt ist der Unterschied zwischen oberer und unterer Arbeitswalze und die Entwicklung der Bandoberflächenrauhigkeit im 5-high-Modus selbst. In Bezug auf den Verschleiß wird erwartet, dass die große untere Arbeitswalze 4 doppelt profitiert: Erstens durch ihren größeren Durchmesser und damit mehr Fläche und zweitens durch eine geringere Hertz'sche Pressung im Kontakt mit der Stützwalze im Vergleich zur kleinen oberen Arbeitswalze 6, die in Kontakt mit der Zwischenwalze 8 steht.

Für die letzte Testkampagne mit vier Coils im 5-high-Modus wurden beide Arbeitswalzen 4,6 frisch geschliffen und verchromt. Die 3D- Oberflächenrauhigkeitsmessungen vor und nach dem Walzen zeigen für beide Walzen nur geringe Unterschiede (Figur 7). Der Ra-Wert (arithmetischer Mittelrauwert) bleibt in den statistischen Grenzen ähnlich. Offensichtlich ist der Walzspaltdruck und die daraus resultierende Walzkraft so gering, dass kein großer Verschleißeffekt an den verchromten Walzen sichtbar ist. Der Rp-Wert (Höhe der größten Profilspitze des Rauheitsprofils) nimmt bei beiden Walzen gleichzeitig ab, was die bekannte Abflachung der Oberflächenunebenheiten widerspiegelt, die durch den ersten Kontakt mit dem Band und den anderen Walzen entsteht. Es wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede in der Bandrauhigkeit zwischen Ober- und Unterseite festgestellt.

Bezugszeichenliste

1 Kaltwalzwerk

2 erstes Kaltwalzgerüst 3 zweites Kaltwalzgerüst

4 Arbeitswalze

5 Wechselkassette

6 kleinere obere Arbeitswalze der 5-high Konfiguration

7 Kaltband 8 obere Zwischenwalze der 5-high Konfiguration

9 Einbaustücke der Wechselkassette

10 Antriebszapfenattrappe

Claims

Patentansprüche

1 . Kaltwalzgerüst (2) zum Kaltwalzen eines Kaltbandes, wobei das Kaltwalzgerüst (2) eine obere und eine untere Arbeitswalze (4,6) aufweist und die obere und untere Arbeitswalze (4,6) einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.

2. Kaltwalzgerüst (2) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der oberen und der unteren Arbeitswalze gemäß der

2

Formel Deff = - bemessen ist, wobei Deff der effektive

Durchmesser der Arbeitswalzen, Dtop der Durchmesser der oberen Arbeitswalze und Dbot der Durchmesser der unteren Arbeitswalze ist.

3. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der kleineren Arbeitswalze (6) zwischen 120 mm und 380 mm, bevorzugt zwischen 180 und 320 mm. weiterhin bevorzugt zwischen 200 und 250 mm beträgt.

4. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass, das Kaltwalzgerüst (2) mit einer 5-high Konfiguration ausgebildet ist.

5. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine vorzugsweise als Zwischenwalze (8) ausgebildete Stützrolle die kleinere Arbeitswalze (6) abstützt; und die Stützrolle einen Durchmesser zwischen 180 mm und 520 mm, bevorzugt zwischen 250 mm und 450 mm, weiterhin bevorzugt zwischen 280 und 300 mm aufweist.

6. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Durchmesser der kleineren Arbeitswalze (6) und der Durchmesser der Zwischenwalze (8) etwa dem Durchmesser der großen Arbeitswalze (4) entspricht.

7. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitswalzen (4,6) eine Verschleiß- und/oder Korrosionsschutzschicht, vorzugsweise eine Chrombeschichtung aufweisen.

8. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Zwischenwalze (8) zylindrisch ist; und wenigstens eine Arbeitswalze (6) eine Bombierung aufweist, welche vorzugsweise positiv und / oder mittig angeordnet ist..

9. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Arbeitswalze (6) und die mit dieser zusammenwirkende Stützrolle nicht angetrieben sind.

10. Kaltwalzgerüst (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch wenigstens eine vorzugsweise zwei jeweils einlaufseitig und auslaufseitig vorgesehene Bandzugeinrichtungen.

11. Verfahren zum Herstellen eines Kaltbandes (7) mit einem Kaltwalzgerüst (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kaltband zwischen zwei Arbeitswalzen (4,6) eine Dickenreduktion erfährt und Arbeitswalzen mit unterschiedlichen Durchmessern verwendet werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Kaltbandes (7), vorzugsweise in einem Walzstich, um mehr als 30%, vorzugsweise um mehr als 35 %, vorzugsweise mehr als 40 %, besonders bevorzugt um mehr als 45 % reduziert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dickenreduktion mit einer Bandauslaufgeschwindigkeit > 1200m/m in, vorzugsweise > 2000 m/min durchgeführt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband (7) in dem Kaltwalzgerüst (2) in einem Durchlauf von einer Ausgangsdicke von 0,13 mm bis 0,2 mm auf eine Enddicke von > 0,1 mm reduziert wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der beim Walzen ein Bandvorzug höher als ein Bandrückzug eingestellt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzkraft auf einen Wert eingestellt wird der um mindestens 30%, vorzugsweise um mindestens 40% ganz besonders bevorzug um mindestens 50% geringer ist als die erforderliche Walzkraft beim Einsatz eines symmetrischen Walzensatzes mit ausschließlich großen Walzen (4-hi Konfiguration.

17. Verfahren zum Wechsel einer Walzenkonfiguration in einem Kaltwalzgerüst (2), vorzugsweise in Kassettenbauweise, von einer 4-high Konfiguration mit symmetrischen Arbeitswalzendurchmessern in eine 5-high Konfiguration mit asymmetrischen Arbeitswalzendurchmessern, die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 10 bis 13 ausgebildet ist, wobei bei einem Konfigurationswechsel mindestens eine der Arbeitswalzen (4) des Kaltwalzgerüsts durch eine Walzenanordnung als Austauschsatz ausgetauscht wird, wobei der Austauschsatz wenigstens zwei Austauschwalzen umfasst, die in einer gemeinsamen Kassette gelagert sind, wobei die obere und untere Arbeitswalze (4,6) nach dem Konfigurationswechsel einen unterschiedlichen Durchmesser aufweisen.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der Arbeitswalzenkrümmungen der asymmetrischen Arbeitswalzenkonfiguration der Summe der Arbeitswalzenkrümmungen der symmetrischen Walzenkonfiguration entspricht.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18 , dadurch gekennzeichnet dass der Durchmesser der oberen und der unteren

2 Arbeitswalze gemäß der Formel Deff = - bemessen ist, wobei

Deff der effektive Durchmesser der Arbeitswalzen, Dtop der Durchmesser der oberen Arbeitswalze und Dbot der Durchmesser der unteren Arbeitswalze ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zum Wechsel der Walzenkonfiguration in eine 5-high Konfiguration eine Antriebszapfenattrappe des Austauschsatzes mit einem Antrieb des Kaltwalzgerüstes gekoppelt wird.

21. Walzenanordnung als Austauschsatz zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 20, umfassend eine Arbeitswalze (6) und eine Zwischenwalze (8) , die in einer gemeinsamen Kassette gelagert sind, wobei die Kassette Zwischenwalzen-Einbaustücke (9) aufweist, deren Einbaumaße denjenigen der Arbeitswalzen-Einbaustücke des Kaltwalzgerüsts in der 4-high Konfiguration im Wesentlichen entsprechen.

22. Walzenanordnung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass an einem antriebsseitig vorgesehenen Arbeitswalzen-Einbaustück (9) eine Antriebszapfenattrappe (10) vorgesehen ist, die so ausgebildet ist, dass die Arbeitswalze (6) des Austauschsatzes in der Einbaulage nicht angetrieben ist.

23. Walzenanordnung nach einem der Ansprüche 21 oder 22 , gekennzeichnet durch die Merkmale eines der Ansprüche 3 bis 8.