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EP0998993A2 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von walzwarmem Walzgut, insbesondere Warmbreitband - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von walzwarmem Walzgut, insbesondere Warmbreitband Download PDF

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Publication number
EP0998993A2
EP0998993A2 EP99121521A EP99121521A EP0998993A2 EP 0998993 A2 EP0998993 A2 EP 0998993A2 EP 99121521 A EP99121521 A EP 99121521A EP 99121521 A EP99121521 A EP 99121521A EP 0998993 A2 EP0998993 A2 EP 0998993A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling
roller
rolling stock
roll
cooling medium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP99121521A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0998993B1 (de
EP0998993A3 (de
Inventor
Uwe Dipl.-Ing. Plociennik
Meinert Dipl.-Ing. Meyer
Ludwig Dipl.-Math. Weingarten
Martin Dipl.-Ing. Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SMS Siemag AG
Original Assignee
SMS Schloemann Siemag AG
SMS Demag AG
Schloemann Siemag AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SMS Schloemann Siemag AG, SMS Demag AG, Schloemann Siemag AG filed Critical SMS Schloemann Siemag AG
Publication of EP0998993A2 publication Critical patent/EP0998993A2/de
Publication of EP0998993A3 publication Critical patent/EP0998993A3/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0998993B1 publication Critical patent/EP0998993B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B27/00Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/06Lubricating, cooling or heating rolls
    • B21B27/10Lubricating, cooling or heating rolls externally
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B45/00Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203Cooling
    • B21B45/0209Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling hot rolling Rolled stock, preferably for double-sided cooling of hot wide strip heat exchange between two spaced frames between rolling stock and cooling medium with the help of a pressurized water flow made by a sequence of a pressure and convection space and the rolling stock by controlling the intensity of the forced convection is cooled.
  • the invention also relates to a device to carry out the procedure.
  • DE 39 27 276 A1 discloses a method for hardening steel with liquid cooling media. It follows that with the previously known methods for hardening steel with the aid of liquid cooling media, only a small hardening depth, based on the edge zone, is achieved even with rods with small rod diameters. In contrast, with the method according to DE 39 29 276 A1 not only a considerable increase in the hardening depth, but also a complete hardening, in particular of rod-shaped rolled products up to 70 mm in diameter, is made possible in a particularly simple manner in that the rolled product made of steel immediately after the rolling process a cooling section provided with cooling media is exposed to high flow velocities.
  • the flow velocities in the cooling section are expediently so high that heat transfer numbers greater than or equal to 50,000 W / m 2 K are generated and the rolling stock is cooled therein until the average temperature of the rolling stock cross-section is below the MS temperature, so that after leaving the cooling section
  • the temperature compensation over the cross-section converts the austenite still present in the core into intermediate stage structure (bainite), while at the same time a large part of the superimposed thermal and transformation stresses is reduced in the martensitic marginal zone by increasing the temperature to a maximum of MS temperature.
  • roller cooling is that the roller is a certain temperature must not exceed the strength the roller surface and thus the service life accordingly.
  • gap cooling proposed, cooling water via a infeed opening arranged at the lower end of a heat sink a cooling gap partially surrounding the roll barrel on the circumference fed in and arranged at the upper end of the heat sink Exit opening is fed out of the cooling gap again.
  • a seal of the Cooling gap is caused in that the heat sink made of elastic Material is placed under pressure on the roller. It can damage, e.g. caused by abrasion of the roller shell, causing marks on the strip to be rolled can.
  • the present invention is based on the aforementioned prior art the task is based on a method in the preamble of claim 1 mentioned type to further improve and train to the same Length of the cooling section between two scaffolds one clearly to realize increased cooling effect of the rolling stock, or at the same Cooling effect to significantly reduce the length of the cooling section.
  • the device provided for this purpose according to the invention is to be found under Avoiding the disadvantages and difficulties of the prior art a problem-free implementation of the method according to the invention enable.
  • An embodiment of the invention provides that the cooling of the hot rolled rolling stock between the stands mutually complementary pressurized water flows for a functional overall cooling effect he follows.
  • An embodiment of the method according to the invention provides that the intermediate stand cooling directly to the roll cooling on Outlet of the roll gap is connected.
  • the method provides that the Intensity of forced convection and thus the cooling effect on the one hand the roller cooling and on the other hand the intermediate stand cooling individually adjustable parameters such as quantity, pressure and flow speed the cooling water flow independently is regulated.
  • roller cooling as well as the interframe cooling from a common pressurized water source, however with independently adjustable pressure and quantity be fed.
  • the method also provides a great advantage, the cooling medium by means of contactless sealing of its flow paths the areas to be cooled of roll bales or rolling stock is dissipated.
  • the inventive device for intensive cooling of hot whales Rolled material consists of at least one cooling unit for both sides Cooling hot wide strip between two spaced frames one Finishing line, with one on each side of the belt for heat exchange formed between the rolling stock and the cooling medium by forced convection Pressure chamber and convection space of a flow channel for training a directed flow of the cooling medium and control of the intensity forced convection according to the flow velocity, combined with at least one upstream of the rolling direction arranged heat sink for cooling the work rolls of an upstream Framework, the heat sink each on one of the rollers a gap to which cooling medium can be applied by forced convection in the flow area between a cooling water supply and one Cooling water discharge formed and the cooling unit or the heat sink non-contact seals against those to be cooled Have areas of belt and roller.
  • An advantageous embodiment of the device provides that the Gap to form two opposing flow paths preferably an adjustable feed at both ends for cooling medium and formed approximately in the middle with a diffuser is and this with a collecting space for cooling medium to be removed communicates.
  • Any flow path can be used to control the quantity of cooling medium supplied advantageously a throttle element in the form of an adjustable nozzle gap be assigned.
  • the pressure chamber of the cooling unit on the inlet side of the rolling stock for the cooling medium in the form of a quantity and pressure adjustable Nozzle gap and a terminal diffuser with means for Deducting the cooling medium and that in the rolling direction before
  • a baffle element delimiting the pressure space is arranged that represents the beginning of the convection room. That is advantageous Damming element while changing the length of the pressure chamber and the Convection room longitudinally adjustable in the rolling direction.
  • the nozzle gap has a wedge as an actuator.
  • a practical design of the cooling unit provides that the diffuser in the area of increased cooling medium pressure Removing heated cooling medium. It is particularly advantageous that the cooling unit for roller cooling and the cooling unit for Rolling stock cooling are combined to form a structural unit. Here the outlet of the cooling water on the roller cooling unit is closed, so that the cooling water of the roller cooling unit in the inlet funnel of the rolling stock cooling unit flows.
  • Figure 1 shows the device for cooling hot rolled rolling stock or Hot wide strip 10. It is preferred for cooling on both sides of Hot wide strip between two spaced frames 8, 9 Heat exchange between hot strip 10 and cooling medium with the help a forced pressure water flow 14 between one Water inlet 12 and a water outlet 13 by a sequence of Pressure 21 and convection space 22 and the rolling stock 10 through targeted control of the flow rate cooling intensity of the forced convection.
  • 15 denotes a terminal diffuser at the end of the cooling section, from the cooling water consumed with the water outlet 13 is dissipated.
  • the intermediate frame cooling 20 is according to the invention an additional roller cooling 19 in the area of the outlet side Roll gap 11 using a directionally enforceable flow of pressurized water 25 along a circumferential area of the roll barrel 2 each work roll 3 is provided.
  • the cooling of the hot rolled material 10 is due to the combination an inter-stand cooling 20 of the strip between the stands 8, 9 with intensive roller cooling 19 two under forced convection mutually complementary pressurized water flows 25 to one functional unit with significantly increased total cooling effect optimized.
  • the temperature curve assigned to the two cooling devices 19, 20 in the form a dashed line shows that the surface temperature of the Rolling strip in the nip 11 first drops sharply and then until the entry of the rolled strip 10 into the cooling unit 20 as a result the core heat of the belt (temperature compensation) increases again and after entering the cooling unit 20 gradually drops until after Exit from the cooling unit 20 again slowly due to temperature compensation increases.
  • Figure 1 further shows that at least the water inlets 12 of the cooling section 20 and the water inlets 12 'of the roller cooling 19 with a - symbolically indicated - throttle body can be equipped.
  • the intensity of the forced convection and thus the cooling effect on the one hand the roller cooling 19 and on the other hand the intermediate stand cooling 20 through individually adjustable parameters such as Amount, pressure and flow rate of the cooling water flow regulated independently of each other.
  • Both the roller cooling 19 and the interframe cooling 20 can also be from a common source of pressurized water, however with independently adjustable pressure and quantity be fed.
  • the cooling media are guided by means of contactless sealing of the flow paths, for example in the cooling unit 20 by terminal labyrinth seals 16, 16 ' and in the cooling body 19 by fluidic measures in the area of the nozzle gaps 1.
  • E.g. becomes the cooling medium for the roll cooling 19 of each work roll 3 via an adjustable nozzle gap 1 along one on the roll bale 2 adjacent cooling water channel 25 from above and from fed under pressure at the bottom, guided in counterflow and on the outlet side introduced into a diffuser 4, from which used Cooling medium 7 through outlet openings 5 into a discharge space 6 managed and deducted from it in a controlled manner.
  • the cooling unit 20 has at the end for removing cooling medium of the flow channel 23 a diffuser 15, from which used Cooling medium is discharged with the water outlet 13.
  • FIG. 2 shows that the cooling unit 20 and the heat sink 19 to a structural unit are summarized. Occurs in the heat sink 19 at 12 'cooling water and flows along the roll barrel 2 onto the Warm broadband 10, is deflected there and flows in a channel above and below the hot wide strip 10 in the cooling unit 20. The cooling of the hot wide strip in the cooling unit takes place in the same way as explained for Figure 1. That of the unit of heat sink 19 and cooling unit 20 assigned temperature curve in the form of a dashed line resembles the temperature curve of the Cooling according to FIG. 1, but with the difference that the temperature of the hot broadband is comparatively lower due to its core heat increases before the gradual temperature drop in the cooling unit 20 takes place.

Landscapes

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

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von walzwarmem Walzgut, wobei zur bevorzugt beidseitigen Kühlung von Warmbreitband zwischen jeweils zwei beabstandeten Gerüsten (8,9) ein Wärmeaustausch zwischen Walzgut (10) und Kühlmedium mit Hilfe einer Druckwasserströmung (14) durch eine Folge eines Druck-(21) und Konvektionsraumes (22) vorgenommen und das Walzgut (10) durch gezieltes Steuern der Intensität der Zwangskonvektion gekühlt wird. Die Zwischengerüst-Kühlung (20) wird kombiniert mit einer zusätzlichen Walzenkühlung (19) im Bereich des auslaufseitigen Walzspaltes (11) unter Verwendung einer gerichteten Druckwasserströmung (25) entlang eines Umfangbereiches des Walzenballens (2) jeder Arbeitswalze (3), wobei die Zwischengerüst-Kühlung (20) und die Walzenkühlung (19) jeweils mit berührungslosen Abdichtungen bezüglich der Walzgutoberfläche bzw. des Walzenballens (21) arbeiten. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen von walzwarmem Walzgut, wobei zur bevorzugt beidseitigen Kühlung von Warmbreitband zwischen jeweils zwei beabstandeten Gerüsten ein Wärmeaustausch zwischen Walzgut und Kühlmedium mit Hilfe einer Druckwasserströmung durch eine Folge eines Druck- und Konvektionsraumes vorgenommen und das Walzgut durch gezieltes Steuern der Intensität der Zwangskonvektion gekühlt wird. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erkenntnisse beim Kühlen von walzwarmem Walzgut beruhen auf langjährigen praktischen Erfahrungen. Diese zeigen, daß bspw. bei Draht und Stabstahl in Wasserkühletrecken wesentlich höhere Kühlintensitäten erzielt werden, als in Wasserkühlstrecken von Warmbreitbandstraßen. In Kühlstrecken für Draht und Stabstahl betragen die Wärmeübergangszahlen bspw. ca. 20.000 bis 40.000 W/m2K, während in einer Laminarkühlstrecke hinter dem Fertiggerüst für Warmbreitband Wärmeübergangszahlen von ca. 800 bis 1.500 W/m2K, also eine um ca. 10-15fach niedrigere Kühlintensität erzielt werden. Dies hat zur Folge, daß für die gleiche Temperaturabsenkung bei Warmbreitband im Verhältnis zu Draht und Stabstahl eine wesentlich längere Kühlstrecke benötigt wird.
Durch neuere Technologien beim Walzen von Warmbreitband, insbesondere zur Ausbildung eines ferritischen Gefüges, muß insbesondere zwischen den letzten Gerüsten einer Walzstraße intensiv gekühlt werden, um niedrigere Endwalztemperaturen bei nicht zu großen Gerüstabständen zu erhalten. Beim Walzen von dünnen Abmessungen, bei welchen der Warmbandhaspel zur Vermeidung von unruhig laufendem Band näher am Fertiggerüst angeordnet werden muß, werden gleichfalls Wasserkühlstrecken mit höherer Kühlintensität erforderlich.
Die DE 39 27 276 A1 offenbart ein Verfahren zum Härten von Stahl mit flüssigen Kühlmedien. Daraus geht hervor, daß mit den bisher bekannten Verfahren zum Härten von Stahl mit Hilfe von flüssigen Kühlmedien auch bei Stäben mit geringen Stabdurchmessern eine nur geringe, auf die Randzone bezogene Einhärtungstiefe erreicht wird. Demgegenüber wird mit dem Verfahren gemäß DE 39 29 276 A1 nicht nur eine erhebliche Steigerung der Einhärtungstiefe, sondern auch ein vollständiges Durchhärten insbesondere von stabförmigen Walzprodukten bis zu 70 mm Durchmesser in besonders einfacher Weise dadurch ermöglicht, daß das Walzprodukt aus Stahl unmittelbar nach dem Walzprozeß in einer mit Kühlmedien versehenen Kühlstrecke hohen Strömungsgeschwindigkeiten ausgesetzt wird. Zweckmäßigerweise sind die Strömungsgeschwindigkeiten in der Kühlstrecke so hoch, daß Wärmeübergangszahlen größer oder gleich 50.000 W/m2K erzeugt werden und das Walzgut darin so lange gekühlt wird, bis die Durchschnittstemperatur des Walzgutquerschnittes unterhalb der MS-Temperatur liegt, so daß nach Verlassen der Kühlstrecke durch den Temperaturausgleich über den Querschnitt der im Kern noch vorliegende Austenit in Zwischenstufengefüge (Bainit) umgewandelt wird, während gleichzeitig in der martensitischen Randzone durch Wiederansteigen der Temperatur bis auf maximal MS-Temperatur ein großer Teil der sich überlagernden Wärme- und Umwandlungsspannungen abgebaut wird.
Zur Verwirklichung vergleichsweise niedriger Endwalztemperaturen bei nicht zu großen Gerüstabständen wird bekanntlich außer dem Einsatz von Wasserkühlstrecken zwischen einzelnen Gerüsten eine möglichst intensive Kühlung der Walzballenoberflächen gefordert.
Der Hauptgrund für die Walzenkühlung liegt darin, daß die Walze eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten darf, um die Festigkeit der Walzenoberfläche und damit die Standzeit entsprechend zu erhalten.
Ein weiterer Grund ist die Durchmessertoleranz der Walze, die nur bei konstanter Walzentemperatur sichergestellt wird.
Beim Stand der Technik wird eine herkömmliche Walzenkühlung durch Beaufschlagung der Walze mit Hilfe von Wasser aus Sprühdüsen praktiziert. Hierbei sind große Wassermengen erforderlich, um das niedrige Temperaturniveau einer Walze von 60 bis 80 °C zu halten. Das Abführen dieser Wassermengen stellt jedoch ein großes Problem dar, weil die abfließende Wassermenge einen Rückstau bilden kann, der verhindert, daß die zufließende Flüssigkeit die Walzenoberfläche ungehindert erreicht, wodurch die Kühlwirkung erheblich reduziert wird.
Zur Abhilfe wurde bereits gemäß dem Dokument DE 36 16 070 C2 eine sogenannte Spaltkühlung vorgeschlagen, wobei Kühlwasser über eine am unteren Ende eines Kühlkörpers angeordnete Einspeiseöffnung in einen den Walzenballen am Umfang teilweise umgebenden Kühlspalt eingespeist und über eine am oberen Ende des Kühlkörpers angeordneter Ausspeiseöffnung wieder aus dem Kühlspalt ausgespeist wird. Bei dieser Anordnung ist es nachteilig, daß eine Abdichtung des Kühlspaltes dadurch bewirkt wird, daß der Kühlkörper aus elastischem Material unter Druck an die Walze angelegt wird. Dadurch kann es zu Beschädigungen bspw. durch Abrieb des Walzenmantels kommen, wodurch Markierungen auf dem zu walzenden Band verursacht werden können.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Art weiter zu verbessern und auszubilden, um bei gleicher Länge der Kühlstrecke zwischen zwei Gerüsten eine deutlich erhöhte Kühlwirkung des Walzgutes zu verwirklichen, oder bei gleicher Kühlwirkung die Länge der Kühlstrecke deutlich zu verringern.
Die hierfür vorgesehene Vorrichtung nach der Erfindung soll unter Vermeidung der Nachteile und Schwierigkeiten des Standes der Technik eine problemlose Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen.
Zur Lösung der Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Kombination einer Zwischengerüst-Kühlung mit einer zusätzlichen Walzenkühlung im Bereich des auslaufseitigen Walzenspaltes unter Verwendung einer gerichteten Druckwasserströmung entlang eines Umfangsbereiches des Walzenballens jeder Arbeitswalze vorgeschlagen, wobei die Zwischengerüst-Kühlung und die Walzenkühlung jeweils mit berührungslosen Abdichtungen bezüglich der Walzgutoberfläche bzw. des Walzenballens arbeiten.
Dabei sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Kühlung des walzwarmen Walzgutes zwischen den Gerüsten sich gegenseitig ergänzender Druckwasserströmungen zu einer funktionellen Gesamtkühlwirkung erfolgt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch Absenken der Walzenballentemperatur die Oberflächentemperatur des Walzgutes bzw. des Warmbandes im Walzspalt derart gesenkt wird, daß die Leidenfrost-Temperatur in der anschließenden Zwischengerüstkühlung entlang der Kühlstrecke unterschritten wird.
Infolge der erfindungsgemäßen Kombination der beiden Kühlverfahren zu einer funktionellen Einheit können die Kühlwirkungen sowohl für das Band als auch für die Walze insgesamt weiter erhöht werden, weil sich durch diese Kombination folgende Vorteile bieten:
  • Die Zwischengerüstkühlung beginnt bereits im Bereich des Walzenspaltaustrittes. Infolge der im Walzenspalt abgesenkten Oberflächentemperatur des Bandes kann die Kühlwirkung der anschließenden Zwischengerüstkühlung deutlich intensiviert werden, weil die Leidenfrost-Temperatur jetzt schneller unterschritten und damit die Kühlwirkung verstärkt wird;
  • Die oberflächennahe Wärme wird der Walze entzogen und kann nicht in die inneren Bereiche der Walze eindiffundieren;
  • bei gleichem Gerüstabstand kann nunmehr bei gleicher Kühlstreckenlänge ein besserer Temperaturausgleich verwirklicht werden;
  • bei gleichem Gerüstabstand kann nunmehr bei gleicher Ausgleichsstrecke die Wasserstreckenlänge vergrößert und somit die Temperaturabsenkung intensiviert werden;
  • beide Kühlsysteme können bspw. mit einer gemeinsamen Wasserversorgung ausgerüstet werden;
  • im Gegensatz zur konventionellen Walzenkühlung mittels Sprühdüsen wird die zusätzliche Walzenkühlung unter Verwendung einer gerichtet erzwingbaren Druckwasserströmung entlang eines Umfangsbereiches des Walzenballens bezüglich der Wärmeübergänge auf ein wesentlich höheres Niveau gehoben;
  • infolge gezielter Wasserrückführung im Kühlkörper der Walzen gelangt weniger Wasser ungeordnet auf die Bandoberfläche;
  • im Vergleich zur konventionellen Sprühdüsenkühlung der Walzen wird mit wesentlich verringerter Kühlwassermenge eine wesentlich höhere Kühlwirkung erzielt;
  • infolge erheblich intensiverer Wärmeübergänge zwischen der Druckwasserströmung entlang eines Umfangsbereiches des Walzenballens muß nur auf einer Seite der Walze gekühlt werden, was eine Vereinfachung der Gerüstbauweise zur Folge hat.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, daß die Zwischengerüstkühlung unmittelbar an die Walzenkühlung am Austritt des Walzspaltes angeschlossen wird.
Weiterhin ist erfindungsgemäß mit dem Verfahren vorgesehen, daß die Intensität der Zwangskonvektion und damit die Kühlwirkung einerseits der Walzenkühlung und andererseits der Zwischengerüstkühlung durch individuell einstellbare Parameter wie Menge, Druck und Strömungsgeschwindigkeit der Kühlwasserströmung unabhängig voneinander eingeregelt wird.
Und weiterhin ist mit Vorteil vorgesehen, daß sowohl die Walzenkühlung, als auch die Zwischengerüstkühlung aus gemeinsamer Druckwasserquelle, jedoch mit unabhängig einstellbarem Druck und Menge gespeist werden.
Mit großem Vorteil sieht das Verfahren weiter vor, das Kühlmedium mittels berührungsloser Abdichtung seiner Strömungswege gegenüber den zu kühlenden Flächen von Walzenballen bzw. Walzgut zu- und abgeführt wird.
Und schließlich sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, das Kühlmedium für die Walzenkühlung jeder Walze über jeweils einen bevorzugt einstellbaren Düsenspalt entlang mindestens eines am Walzenballen anliegenden Kühlwasserkanals von oben und von unten eingespeist, im Gegenstrom geführt und auslaufseitig in einen Diffusor eingeleitet und aus diesem in einen Abführraum geführt und daraus kontrolliert abgezogen wird.
Infolge der kontrollierten Abführung von Kühlwasser aus der Walzenkühlung werden umfangreiche Vorrichtungen und Maßnahmen zum Auffangen ablaufenden Kühlwassers vermieden und dadurch der hierfür bisher erforderliche technische Aufwand signifikant verringert.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Intensivkühlung von walzwarmen Walzgut besteht aus mindestens einem Kühlaggregat zum beidseitigen Kühlen von Warmbreitband zwischen zwei beabstandeten Gerüsten einer Fertigstraße, mit an jeder Bandseite einem zum Wärmeaustausch zwischen Walzgut und Kühlmedium durch Zwangekonvektion ausgebildetem Druckraum und Konvektionsraum eines Strömungskanals zur Ausbildung einer gerichteten Strömung des Kühlmediums und Steuern der Intensität der Zwangskonvektion nach Maßgabe der Strömungsgeschwindigkeit, kombiniert mit wenigstens einem stromaufwärts der Walzrichtung angeordneten Kühlkörper zum Kühlen der Arbeitswalzen eines vorgeordneten Gerüstes, wobei der Kühlkörper jeweils an einer der Walzen einen mit Kühlmedium unter Zwangskonvektion beaufschlagbaren Spalt im Strömungsbereich zwischen einer Kühlwasserzuführung und einer Kühlwasserabführung augebildet und das Kühlaggregat bzw. der Kühlkörper berührungslose Abdichtungen gegenüber den zu kühlenden Flächen von Band und Walze aufweisen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, daß der Spalt unter Ausbildung zweier einander entgegengerichteter Strömungsbahnen bevorzugt an beiden Enden je eine regelbare Zuführung für Kühlmedium aufweist und etwa mittig mit einem Diffusor ausgebildet ist und dieser mit einem Auffangraum für abzuführendes Kühlmedium in Verbindung steht.
Zur Mengenregelung zugeführten Kühlmediums kann jeder Strömungsbahn mit Vorteil ein Drosselorgan in Form eines einstellbaren Düsenspaltes zugeordnet sein.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Druckraum des Kühlaggregats an der Eintrittsseite des Walzgutes eine Einströmung für das Kühlmedium in Form eines mengen- und druckeinstellbaren Düsenspaltes und einen endständigen Diffusor mit Mitteln zum Abziehen des Kühlmediums aufweist und daß in Walzrichtung vor dem Diffusor ein den Druckraum begrenzendes Stauelement angeordnet ist, das den Beginn des Konvektionsraumes darstellt. Vorteilhaft ist das Stauelement unter Veränderung der Länge des Druckraumes und des Konvektionsraumes in Walzrichtung längsverstellbar ausgebildet. Dabei weist der Düsenspalt einen Keil als Stellglied auf.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung des Kühlaggregates sieht vor, daß der Diffusor im Bereich erhöhten Kühlmediumdruckes Auslässe zum Abziehen erwärmten Kühlmediums besitzt. Besonders vorteilhaft ist, daß das Kühlaggregat zur Walzenkühlung und das Kühlaggregat zur Walzgutkühlung zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind. Dabei wird der Auslaß des Kühlwassers am Walzenkühlaggregat geschlossen, so daß das Kühlwasser des Walzenkühlaggregats in den Einlauftrichter des Walzgutkühlaggregats fließt.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles.
Figur 1 zeigt die Vorrichtung zum Kühlen von walzwarmem Walzgut bzw. Warmbreitband 10. Dabei wird zur bevorzugt beidseitigen Kühlung von Warmbreitband zwischen jeweils zwei beabstandeten Gerüsten 8, 9 ein Wärmeaustausch zwischen Warmbreitband 10 und Kühlmedium mit Hilfe einer erzwungenen Druckwasserströmung 14 zwischen jeweils einem Wasserzulauf 12 und einem Wasserablauf 13 durch eine Folge eines Druck- 21 und Konvektionsraumes 22 vorgenommen und das Walzgut 10 durch gezieltes Steuern der nach Maßgabe der Strömungsgeschwindigkeit sich einstellenden Intensität der Zwangskonvektion gekühlt. Mit 15 ist ein endständiger Diffusor am Ende der Kühlstrecke bezeichnet, aus dem mit dem Wasserablauf 13 verbrauchtes Kühlwasser abgeführt wird. Mit der Zwischengerüstkühlung 20 ist gemäß Erfindung eine zusätzliche Walzenkühlung 19 im Bereich des auslaufseitigen Walzspaltes 11 unter Verwendung einer gerichtet erzwingbaren Druckwasserströmung 25 entlang eines Umfangsbereiches des Walzenballens 2 jeder Arbeitswalze 3 vorgesehen.
Die Kühlung des walzwarmen Walzgutes 10 wird infolge der Kombination einer zwischengerüstkühlung 20 des Bandes zwischen den Gerüsten 8, 9 mit einer intensiven Walzenkühlung 19 zweier sich unter Zwangskonvektion gegenseitig ergänzender Druckwasserströmungen 25 zu einer funktionellen Einheit mit wesentlich erhöhter Gesamtkühlwirkung optimiert.
Die der beiden Kühlungen 19, 20 zugeordnete Temperaturkurve in Form einer gestrichelten Linie zeigt, daß die Oberflächentemperatur des Walzbandes im Walzenspalt 11 zunächst schroff absinkt und danach bis zum Eintritt des Walzbandes 10 in das Kühlaggregat 20 infolge der Kernwärme des Bandes (Temperaturausgleich) wieder ansteigt und nach Eintritt in das Kühlaggregat 20 graduell absinkt, bis sie nach Austritt aus dem Kühlaggregat 20 wieder langsam infolge Temperaturausgleichs ansteigt.
Der Vorteil der Kombination der Kühlverfahren zeigt sich besonders deutlich darin, daß die Zwischengerüstkühlung 20 unmittelbar an die Walzenkühlung 19 am Austritt des Walzspaltes 11 angeschlossen wird.
Figur 1 zeigt weiter, daß zumindest die Wasserzuläufe 12 der Kühlstrecke 20 und die Wasserzuläufe 12' der Walzenkühlung 19 mit einem - symbolisch angedeuteten - Drosselorgan ausgestattet sein können. Damit wird die Intensität der Zwangskonvektion und damit die Kühlwirkung einerseits der Walzenkühlung 19 und andererseits der Zwischengerüstkühlung 20 durch individuell einstellbare Parameter wie Menge, Druck und Strömungsgeschwindigkeit der Kühlwasserströmung unabhängig voneinander eingeregelt. Sowohl die Walzenkühlung 19 als auch die Zwischengerüstkühlung 20 können aus gemeinsamer Druckwasserquelle, jedoch mit unabhängig einstellbarem Druck und Menge gespeist werden.
Die Kühlmedien werden mittels berührungsloser Abdichtung der Strömungswege, bspw. bei dem Kühlaggregat 20 durch endständige Labyrinthdichtungen 16, 16' und bei dem Kühlkörper 19 durch strömungstechnische Maßnahmen im Bereich der Düsenspalte 1 geführt.
Bspw. wird das Kühlmedium für die Walzenkühlung 19 jeder Arbeitswalze 3 über jeweils einen einstellbaren Düsenspalt 1 entlang eines am Walzenballen 2 anliegenden Kühlwasserkanals 25 von oben und von unten unter Druck eingespeist, im Gegenstrom geführt und auslaufseitig in einen Diffusor 4 eingeleitet, aus welchem verbrauchtes Kühlmedium 7 durch Austrittsöffnungen 5 in einen Abführraum 6 geführt und daraus kontrolliert abgezogen wird.
Zur Abführung von Kühlmedium besitzt das Kühlaggregat 20 am Ende des Strömungskanals 23 einen Diffusor 15, aus welchem verbrauchtes Kühlmedium mit dem Wasserablauf 13 abgeführt wird.
Figur 2 zeigt, daß das Kühlaggregat 20 und der Kühlkörper 19 zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind. Im Kühlkörper 19 tritt bei 12' Kühlwasser ein und strömt am Walzenballen 2 entlang auf das Warmbreitband 10 zu, wird dort umgelenkt und strömt in einem Kanal oberhalb und unterhalb des Warmbreitbandes 10 in das Kühlaggregat 20. Die Kühlung des Warmbreitbandes im Kühlaggregat erfolgt in der gleichen Weise wie zu Figur 1 erläutert wurde. Die der Baueinheit von Kühlkörper 19 und Kühlaggregat 20 zugeordnete Temperaturkurve in Form einer gestrichelten Linie ähnelt dem Temperaturverlauf der Kühlung gemäß Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß die Temperatur des Warmbreitbandes infolge seiner Kernwärme vergleichsweise geringer ansteigt, bevor die graduelle Temperaturabsenkung im Kühlaggregat 20 erfolgt.
Bezugszeichenliste
1
Düsenspalt
2
Walzenballen
3
Walze, Arbeitswalze
4
Diffusor
5
Austrittsöffnung
6
Abführraum
7
verbrauchtes Kühlmedium
8
Gerüst
9
Gerüst
10
Warmbreitband, Walzgut
11
Walzspalt
12
Wasserzulauf, Einströmung
13
Wasserablauf, Abströmung
14
Druckwasserströmung
15
Diffusor
16, 16'
Labyrinthdichtung
19
Walzenkühlung, Kühlkörper
20
Zwischengerüstkühlung, Kühlaggregat
21
Druckraum
22
Konvektionsraum
23
Strömungskanal
24
Walzrichtung
25
Kühlwasserkanal, Druckwasserströmung

Claims (16)

  1. Verfahren zum Kühlen von walzwarmem Walzgut, wobei zur bevorzugt beidseitigen Kühlung von Warmbreitband zwischen jeweils zwei beabstandeten Gerüsten (8,9) ein Wärmeaustausch zwischen Walzgut (10) und Kühlmedium mit Hilfe einer Druckwasserströmung (14) durch eine Folge eines Druck-(21) und Konvektionsraumes (22) vorgenommen und das Walzgut (10) durch gezieltes Steuern der Intensität der Zwangskonvektion gekühlt wird,
    gekennzeichnet durch
    eine Kombination der Zwischengerüst-Kühlung (20) mit einer zusätzlichen Walzenkühlung (19) im Bereich des auslaufseitigen Walzspaltes (11) unter Verwendung einer gerichteten Druckwasserströmung (25) entlang eines Umfangsbereiches des Walzenballens (2) jeder Arbeitswalze (3), wobei die Zwischengerüst-Kühlung (20) und die Walzenkühlung (19) jeweils mit berührungslosen Abdichtungen bezüglich der Walzgutoberfläche bzw. des Walzenballens (21) arbeiten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühlung (20) des walzwarmen Walzgutes (10) zwischen den Gerüsten (8,9) und die Walzenkühlung (19) mit sich gegenseitig ergänzenden Druckwasserströmungen (25) zu einer funktionellen Gesamtkühlwirkung erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass durch Absenken der Walzenballentemperatur die Oberflächentemperatur des Walzgutes (10) im Walzapalt (11) derart gesenkt wird, daß sie bei Eintritt des Walzgutes in die anschließende Zwischengerüstkühlung (20) nahe an bzw. unter der Leidenfrost-Temperatur des Kühlmediums liegt, was zu einer erhöhten Kühlwirkung in der Zwischengerüstkühlung (20) führt.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zwischengerüstkühlung (20) unmittelbar an die Walzenkühlung (19) am Austritt des Walzenspaltes (11) angeschlossen wird.
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Intensität der Zwangskonvektion und damit die Kühlwirkung einerseits der Walzenkühlung (19) und andererseits der Zwischengerüstkühlung (20) durch individuell einstellbare Parameter wie Menge, Druck und Strömungsgeschwindigkeit der Kühlwasserströmung unabhängig voneinander eingeregelt wird.
  6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sowohl die Walzenkühlung (19), als auch die Zwischengerüstkühlung (20) aus gemeinsamer Druckwasserquelle, jedoch mit unabhängig einstellbarem Druck und Menge gespeist werden.
  7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kühlmedium mittels berührungsloser Abdichtung seiner Strömungswege gegenüber den zu kühlenden Flächen von Walzenballen (2) bzw. Walzgut (10) gezielt zu- und abgeführt wird.
  8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Kühlmedium für die Walzenkühlung (19) jeder Walze (3) über jeweils einen bevorzugt einstellbaren Düsenspalt (1) entlang mindestens eines am Walzenballen (2) anliegenden Kühlwasserkanals (25) von oben und von unten eingespeist, im Gegenstrom geführt und auslaufseitig in einen Diffusor (4) eingeleitet, aus diesem in einen Abführraum (6) geführt und daraus kontrolliert abgezogen wird.
  9. Vorrichtung zur Intensivkühlung von walzwarmem Walzgut (10), nach mindestens einem der Verfahrensansprüche 1 bis 8,
    gekennzeichnet durch
    mindestens ein Kühlaggregat (20) zum beidseitigen Kühlen von Warmbreitband zwischen zwei beabstandeten Gerüsten (8,9) einer Fertigstrasse, mit an jeder Bandseite einem zum Wärmeaustausch zwischen Walzgut und Kühlmedium durch Zwangskonvektion ausgebildetem Druckraum (21) und Konvektionsraum (22) eines Strömungskanals (23) zur Ausbildung einer gerichteten Strömung des Kühlmediums und Steuern der Intensität der Zwangskonvektion nach Massgabe der Strömungsgeschwindigkeit, kombiniert mit wenigstens einem stromaufwärts der Walzrichtung (24) angeordneten Kühlkörper (19) zum Kühlen der Arbeitswalzen (3) eines vorgeordneten Gerüstes (8), wobei der Kühlkörper jeweils an einer der Walzen (3) einen mit Kühlmedium unter Zwangskonvektion beaufschlagbaren Spalt (25) im Strömungsbereich zwischen einer Kühlwasserzuführung (1) und einer Kühlwasserabführung (4) ausbildet und das Kühlaggregat (20) bzw. der Kühlkörper (19) berührungslose Abdichtungen gegenüber den zu kühlenden Flächen (2, 10) von Band und Walze aufweisen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Spalt (25) unter Ausbildung zweier einander entgegengerichteter Strömungsbahnen bevorzugt an beiden Enden je eine regelbare Zuführung (1) für Kühlmedium aufweist und etwa mittig mit einem Diffusor (4) ausgebildet ist und dieser mit einem Auffangraum (6) für abzuführendes Kühlmedium in Verbindung steht.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zur Mengenregelung zugeführten Kühlmediums jeder Strömungsbahn ein Drosselorgan in Form eines einstellbaren Düsenspaltes (1) zugeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Druckraum (21) des Kühlaggregates (20) an der Eintrittsseite des Walzgutes (10) eine Einströmung (12) für das Kühlmedium in Form eines mengen- und druckeinstellbaren Düsenspaltes und einen endständigen Diffusor (15) mit Mitteln (13) zum Abziehen des Kühlmediums aufweist und daß in Walzrichtung vor dem Diffusor (15) ein den Druckraum begrenzendes Stauelement angeordnet ist, das den Beginn des Konvektionsraumes (22) darstellt.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Stauelement unter Veränderung der Länge des Druckraumes (21) und des Konvektionsraumes (22) in Walzrichtung (24) längsverstellbar ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Düsenspalt als Stellglied einen Keil aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Diffusor (15) im Bereich erhöhten Kühlmediumdruckes Auslässe (13) zum Abziehen erwärmten Kühlmediums besitzt.
  16. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 15
    dadurch gekennzeichnet,
    daß das Kühlaggregat (20) und der Kühlkörper (19) zu einer baulichen Einheit zusammengefaßt sind.
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