PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10130445A1 02.01.2003
Titel Verfahren und Düsenanordnung zur breitenvariablen Walzspaltschmierung eines Walzgerüstes
Anmelder SMS Demag AG, 40237 Düsseldorf, DE
Erfinder Cerv, Horst, Dr., 57223 Kreuztal, DE;
Jäger, Rudolf-Franz, 57271 Hilchenbach, DE;
Hopfenziz, Heinz, Dr., 57258 Freudenberg, DE;
Seidel, Jürgen, 57223 Kreuztal, DE;
Armenat, Jürgen, 57223 Kreuztal, DE
Vertreter Hemmerich, Müller & Partner, 57072 Siegen
DE-Anmeldedatum 23.06.2001
DE-Aktenzeichen 10130445
Offenlegungstag 02.01.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 02.01.2003
IPC-Hauptklasse B21B 27/10
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Walzenschmierung, insbesondere zur Walzenspaltschmierung, in Walzgerüsten für Walzband mit einer Öl-in-Wasser-Dispersion unter vorgebbarer Einhaltung sowohl einer Mischungs-Charakteristik als auch eines Volumenstroms der Dispersion. Die Dispersion wird in einem Mixer (1) mit einstellbaren Mengenanteilen von Wasser und Öl zu einer homogenen Mischung aufbereitet. Die Dispersion wird zur bandbreitenvariablen Verteilung (Bi) unterschiedlichen Spühzonen (Zi) aufgegeben. Dieses Verfahren zur Walzenschmierung wird dahingehend verbessert, dass jeder Sprühzone (Zi) mit einer zugeordneten Sprühbandbreite (Bi) mindestens eine Düsenreihe (Di) zugeordnet wird, die jeweils von mindestens einem Schaltventil (Si) angesteuert wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Walzenschmierung, insbesondere zur Walzspaltschmierung, in Walzgerüsten für Walzband mit einer Öl-in-Wasser- Dispersion unter vorgebbarer Einhaltung sowohl einer Mischungs-Charakteristik als auch eines Volumenstroms der Dispersion, wobei diese in einem Mixer mit einstellbaren Mengenanteilen von Wasser und Öl zu einer homogenen Dispersion aufbereitet und zur bandbreitenvariablen Verteilung unterschiedlichen Sprühzonen aufgegeben wird. Die Erfindung betrifft auch eine Düsenanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Von ausschlaggebender Bedeutung für die Wirksamkeit der Walzenschmierung, insbesondere der Walzspaltschmierung, in Walzgerüsten zur Herstellung von Warmband ist die Erzeugung einer Dispersion in Form eines Wasser-in-Öl- Gemenges aus Öltröpfchen im Wasser, die jedoch nicht ineinander gelöst sind und deren Zusammensetzung konstant ist. Zugleich muß diese Dispersion im Hinblick auf die Walzbandbreite mit der Anforderung einer breitenabhängigen Walzen- bzw. Walzspaltschmierung in Einklang gebracht werden.

Bei bekannten Walzspaltschmierungen kann die Aufrechterhaltung der Mischungsbedingungen mit nur einem Mischer, dem sogenannten Mixer, durch das Zuschalten von Düsen zur Erweiterung der Breite von Sprühzonen nicht eingehalten werden. Die Dispersion wird in dem Mixer erzeugt. In diesen strömt Wasser mit vorzugebender Menge bei einem gegebenen Druck und somit zugeordneter Strömungsgeschwindigkeit durch das Mischsystem. Die Strömungsgeschwindigkeit kann dabei als wesentlicher Faktor der Durchmischung angesehen werden.

Wenn nun, wie bspw. im Schema einer Walzspaltschmierung nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 dargestellt ist, breitenabhängig Düsen zugeschaltet werden, nimmt dadurch die Wassermenge zu. Weil diese Wassermenge immer durch denselben Querschnitt im Mixer und durch das nachfolgende Rohrleitungssystem hindurch strömen muß, nimmt gemäß der Kontinuitätsgleichung die Strömungsgeschwindigkeit zu. Wenn dabei die Durchmischung von Öl und Wasser auf den maximalen Volumenstrom ausgelegt ist, wird die Wirkung bei minimaler Bandbreite und somit bei minimalem Volumenstrom infolge sinkender Strömungsgeschwindigkeit wesentlich nachlassen. Auch nimmt die Stabilität der Dispersion während der Strömung durch die Zuleitung zu den Rohren ab.

Wie hierzu im Beispiel gemäß Fig. 1 dargestellt ist, sind bei einem Aufbau einer breitenabhängigen Walzspaltschmierung z. B. zehn Düsen zu je drei Gruppen verschaltet. Die minimale Walzbandbreite erfordert vier Düsen. Je nach Bandbreite werden dann sequenziell jeweils zwei Düsen zusätzlich zugeschaltet. Dabei entsteht rein rechnerisch eine Ungleichförmigkeit von 4/10 oder 1/2,5 für die Wassermenge.

Wenn nun dieser Nachteil beseitigt werden soll, müßten mehrere Mixer und damit auch mehrere Pumpen mit Rohrleitungen je Bandbreite zum Einsatz kommen, um immer ideale Strömungs- und Mischungsverhältnisse zu erreichen.

Das Dokument EP 1 040 877 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Walzenschmierung bzw. zur Walzspaltschmierung der Walzen in einem Walzgerüst. Die Sprühvorrichtung, die dem vorgenannten Stand der Technik entspricht, zeigt drei Schaltventile. Dabei wird die verbrauchte Dispersion aufgefangen, in die unterschiedlichen Phasen Wasser/Öl getrennt und nach Wiederaufbereitung in die Vorrichtung eingespeist. Dabei wird eine Emulsion mit 2% Öl in Wasser in einem Mixertank aufbereitet und durch ein Rührwerk gemischt. Die Vorrichtung ist mit Dreifach- Schwalbenschwanz-Düsen für einen flachen, in die Breite sprühenden Sprühstrahl ausgebildet.

Das Dokument EP 0 367 967 B1 beschreibt ein Verfahren zur Kühlung und Schmierung der Walzen in einem Walzgerüst beim Kaltwalzen von Metallbändern unter Zuführung von Emulgatoren und zumindest eine Ölphase enthaltender Öl/Wasser-Emulsion mittels Walzspalt-Emulsionsdüsen, wobei die Emulsion vor den Walzen des Walzgerüstes bzw. vor dem Bandeinlauf in dem von Arbeitswalzen gebildeten Walzspalt in einem Dispergator durch getrennte Zuführung der die Emulsion bildenden Medien hergestellt wird und die Emulsion nach Erfüllung ihrer Kühl-/Schmierfunktion hinter dem Walzgerüst gesammelt, getrennt und die getrennten Flüssigphasen separat zur Bildung der Eingangsemulsion verwendet werden.

Mit dieser Emulsions-Umlaufanlage kann jede beliebige Ölkonzentration in der Emulsion jederzeit und mit äußerst geringer Zeitverzögerung auf die jeweiligen Vorgaben des Walzprozesses eingestellt werden. Infolge der verzögerungsfreien Flexibilität des Kühl- und Schmiersystems für Kaltwalzwerke ist eine bessere Produktqualität hinsichtlich der Oberflächengüte und der Planheit des Walzbandes erreichbar. Darüber hinaus wird die Aufbereitung der Emulsion vereinfacht und umweltschonender vorgenommen, wobei zugleich die Anlagenkosten im Vergleich zu bekannten Emulsions-Umlaufanlagen gesenkt werden.

Das Dokument EP 0 776 710 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Profils von gewalztem Walzband. Um möglichen beim Kaltwalzen von Band entstehenden "edge drops" entgegenzuwirken wird vorgeschlagen, die Bandkanten- Kontaktbereiche der Arbeitswalzen so geregelt zu kühlen, dass mittels der durch die Kühlung bewirkten Balligkeitsänderung dem im wesentlichen durch das Materialquerfließverhalten hervorgerufenen "edge drops" entgegen geregelt wird. Hierzu sind jeweils den beiden Endbereichen der Ballen der Walzen weitere Spritzbalken zugeordnet, deren Wirkungsbereich sich jeweils von einem Ballenende in den Bereich der diesem Ballenende zugewandten Walzbandkante hinaus erstrecken.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Düsenanordnung anzugeben, mit der sich unterschiedliche Walzbandbreiten besprühen lassen, wobei von einem konstanten, einstellbaren Volumenstrom des Wassers ausgegangen wird und die Mischung der Phasen Wasser/Öl immer konstant (ideal) bleiben soll.

Zur Lösung der Aufgabe sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Walzenschmierung, insbesondere zur Walzspaltschmierung, in Walzgerüsten für Walzband nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 vor, dass jeder Sprühzone mit einer zugeordneten Sprühbandbreite mindestens eine Düsenreihe zugeordnet wird, die jeweils von mindestens einem Schaltventil angesteuert wird. Mit diesen Maßnahmen lassen sich vorteilhafterweise bspw. die folgenden Walzbandbreiten besprühen:

  • 1. Bis 900 mm Bandbreite:

    Wasser ca. 20 l/min + 0,25 l/min Öl = 20,25 l/min
  • 2. Bis 1350 mm Bandbreite:

    Wasser ca. 20 l/min + 0,3 l/min Öl = 20,30 l/min
  • 3. Bis 1800 mm Bandbreite:

    Wasser ca. 20 l/min + 0,40 l/min Ö) = 20,40 l/min

Mit dem beanspruchten Verfahren werden breitenunabhängig ideale Durchmischungen erzeugt, wobei nur ein einziger Mixer mit Pumpe, Verrohrung und Rückführung für alle Bandbreiten erforderlich wird und es werden nur drei Schaltventile einer gleichen Baureihe zur Steuerung der Dispersionsmenge für alle Sprühzonen erforderlich. Zu diesem Zweck wird in Ausgestaltung der Erfindung vorgeschlagen, dass über jeweils nur ein Schaltventil die Dispersionsmenge einer Sprühzone ausgetragen wird.

In Fortbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass jede Düsenreihe so ausgelegt ist, dass die gesamte Anzahl ihrer Düsenbohrungen bei angesteuertem Schaltventil stets die gleiche Menge an Dispersion austrägt, und somit die Strömungsverhältnisse im Mixer für jede Sprühzone unverändert bleiben. Hierdurch werden immer ideale und vergleichbare Verhältnisse aufrechterhalten.

Weiterhin sieht das Verfahren nach der Erfindung vor, dass für eine zunehmende Breiteneinstellung einzelner Sprühzonen zusätzlich die anteilige Ölmenge in der Dispersion bspw. von 0,25% auf 0,40% vergrößert wird.

Und schließlich sieht das Verfahren nach der Erfindung in einer weiteren Ausgestaltung vor, dass der Öffnungswinkel α der Düsenbohrungen und/oder deren Anzahl nach Maßgabe der Sprühbreite jeder Düsenreihe ausgebildet wird.

Eine erfindungsgemäße Düsenanordnung zur Walzenschmierung, insbesondere zur Walzspaltschmierung in Walzgerüsten für Walzband zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens sieht vor, dass jeweils eine für den vorgebbaren Sprühmittel-Volumenstrom erforderliche Anzahl von Sprühdüsen einer Sprühzone in einer separaten Düsenreihe angeordnet ist, die jeweils mit mindestens einem ansteuerbaren Schaltventil in Verbindung steht. Hierbei wird über nur jeweils ein Schaltventil die gesamte Dispersionsmenge auf die Breite einer gezielt abgestimmten Düsenreihe zugeschaltet. Vorteilhafterweise sieht die Ausgestaltung der Düsenanordnung vor, dass jede Düsenreihe so ausgelegt ist, dass ihre gesamte Anzahl an Düsenbohrungen jeweils den gleichen Volumenstrom ergeben. Durch diese Maßnahme bleiben die Strömungsverhältnisse im Dispersionsmixer und damit die Durchmischung von Wasser- und Ölanteilen stets konstant. Maßgeblich für die Durchmischung ist folglich die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers und nicht die Ölmenge.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Düsenreihen in einem Düsenbalken in etwa gleichbleibendem Abstand parallel zu den Walzen bzw. zu dem Walzspalt angeordnet sind. Die Breiteneinstellung wird dann über den Düsenabstand jeder Düsenreihe, den Öffnungswinkel der Düsen, die Anzahl der Düsen oder einer Kombination aus Öffnungswinkel, Anzahl und Abstand in jeder Reihe genau abstimmbar.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Düsenanordnung sind in anderen Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Erläuterung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels. Es zeigen:

Fig. 1 das Funktions- und Schaltschema einer Vorrichtung zur Walzenschmierung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Walzenschmierung nach der Erfindung.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einer Walzspaltschmierung bzw. Walzenschmierung in einem nicht näher dargestellten Walzgerüst mit Breiteneinstellung nach dem Stand der Technik zeigt eine Wasserzufuhr 2 und eine Ölleitung 3. Beide Medien werden der Vorrichtung unter Druck zugeführt. Mit den Bezugsziffern 4 und 7 sind jeweils Durchflußmesser für die beiden Medien Wasser und Öl bezeichnet. Die Ziffer 6 zeigt eine Dosierpumpe für eine anteilige Zumessung geringer Mengen von Dispersions-Öl. Mit der Ziffer 1 ist ein an sich bekannter Mixer bezeichnet, in dem die beiden Medien Wasser und Öl miteinander innig gemischt werden. Mit S1 bis S3 sind drei Schaltventile bezeichnet, die bspw. mittels Druckluft 9 einzeln geschaltet werden. Jedes dieser Schaltventile S1 bis S3 ist mit einer Sprühzone Z1 bis Z3 verbunden.

Im gezeigten Beispiel sind der Sprühzone 21 vier Sprühdüsen d1 bis d4 zugeordnet. Der Sprühzone Z2 sind vier zuschaltbare Düsen d6 und der Sprühzone Z3 sind ebenfalls zwei weitere Sprühdüsen d7 zugeordnet.

Werden nun, wie bspw. in Fig. 1 dargestellt ist, der Zone Z1 die breitenabhängigen Düsen d6 und d7 der Zonen Z2 und Z3 zugeschaltet, dann nimmt die erforderliche Wassermenge zu. Weil diese Wassermenge immer durch denselben Querschnitt im Mixer 1 strömen muß, nimmt die Strömungsgeschwindigkeit mit dem Zuschalten der Schaltventile S2 und S3 jeweils zu. Wenn dabei die Durchmischung von Öl und Wasser auf den maximalen Durchfluß ausgelegt ist, wird die Wirkung bei minimaler Bandbreite und somit bei minimaler Wassermenge stark nachlassen. Auch die Stabilität der Dispersion während der Strömung durch die Zuleitung zu den Rohren nimmt dabei ab.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, sind bei dem gezeigten Beispiel insgesamt zehn Düsen in drei Sprühzonen Z1 bis Z3 verschaltet. Dabei erfordert die minimale Bandbreite vier Düsen d1 bis d4. Je nach Bandbreite werden dann bis zu sechs Düsen, jeweils rechts drei Düsen d5, d7 und links drei Düsen d5, d7, zusätzlich zugeschaltet. Rein rechnerisch entsteht auf diese Weise eine Ungleichförmigkeit von 4/10 bzw. 1/2,5 für die Wassermenge.

Mit der in Fig. 2 gezeigten Ausbildung einer Vorrichtung für die Walzenschmierung mit einer Öl-in-Wasser-Dispersion wird der Nachteil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 vermieden.

Das Schaltschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 zeigt ebenfalls die Zuleitung 2 für Wasser und die Leitung 3 für Öl und den Durchflußmesser 4 für Wasser sowie den Durchflußmesser 7 für Öl. Mit den Bezugsziffern 5 und 8 sind Druckmesser für Wasser und für Öl bezeichnet und mit der Bezugsziffer 6 ist eine Dosierpumpe für die Ölbemessung angegeben.

Die Medien Wasser und Öl werden im Mixer 1 innig zu einer homogenen Dispersion aufbereitet. Diese Dispersion ist eine Wasser-in-Öl-Mischung aus kleinsten Öltropfen im Wasser. Die Dispersion wird zur breitenvariablen Verteilung auf die nicht näher dargestellten Walzen eines Walzgerüsts zunächst drei Schaltventilen S1 bis S3 zugeleitet und von diesen wird der Weg zu den unterschiedlichen Sprühzonen Z1 bis Z3 freigegeben. Jeweils einem der Schaltventile S1 bis S3 ist eine separate Sprühzone Z1 bis Z3 zugeordnet. Jede Sprühzone weist eine zugeordnete Sprühbandbreite B1 bis B3 mit einer zugeordneten Düsenreihe D1 bis D3 auf.

Mit dieser erfindungsgemäßen Düsenanordnung wird erreicht, dass über jeweils nur ein Schaltventil S1 bis S3 die Dispersions-Gesamtmenge einer anschließbaren Sprühzone Z1 bis Z3 für die Breite B1 bis B3 einer zugeordneten Düsenreihe D1 bis D3 ausgetragen wird. Jede Düsenreihe D1 bis D3 ist so ausgelegt, dass die Anzahl ihrer Düsenbohrungen bei angesteuertem Schaltventil S1 bis S3 stets die gleiche Menge an Dispersion austrägt, und somit die Strömungsverhältnisse im Mixer 1 für jede Sprühzone Z1 bis Z3 unverändert bleiben. Für eine zunehmende Breiteneinstellung einzelner Sprühzonen wird zusätzlich die anteilige Ölmenge in der Dispersion bspw. von 0,25% auf 0,40% vergrößert. Für eine abnehmende Breiteneinstellung wird die anteilige Ölmenge in der Dispersion entsprechend reduziert.

Der in Fig. 2 gezeigte Öffnungswinkel α der Düsenbohrungen und/oder deren Anzahl wird nach Maßgabe der Sprühbandbreite B1 bis B3 jeder Düsenreihe ausgebildet. Jede Düsenreihe D1 bis D3 ist so ausgelegt, dass ihre Düsenbohrungen jeweils den gleichen Volumenstrom ergeben und infolge dessen die Strömungsverhältnisse im Mixer 1 und damit die Durchmischung von Wasser- und Ölanteilen stets konstant bleiben.

Besonders erkennbar ist in Fig. 2 die erfindungsgemäße Anordnung, dass den Düsenreihen D1 bis D3 bzw. den Schaltventilen S1 bis S3 nur ein einziger Mixer zugeordnet ist mit entsprechendem Anschluß für Wasser und Öl. Hierdurch wird die leicht erhöhte Anzahl der Düsen gegenüber dem Stand der Technik aufgewogen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Düsenanordnung sind:

  • - breitenunabhängig ideale Durchmischung
  • - nur ein Mixer für alle Bandbreiten
  • - z. B. nur drei Schaltventile einer Baureihe für die gesamte Dispersionsmenge für beispielhaft drei Sprühbreiten


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Walzenschmierung, insbesondere zur Walzspaltschmierung, in Walzgerüsten für Walzband mit einer Öl-in-Wasser-Dispersion unter vorgebbarer Einhaltung sowohl einer Mischungs-Charakteristik als auch eines Volumenstromes der Dispersion, wobei diese in einem Mixer (1) mit einstellbaren Mengenanteilen von Wasser und Öl zu einer homogenen Dispersion aufbereitet und zur bandbreitenvariablen Verteilung (Bi) unterschiedlichen Sprühzonen (Zi) aufgegeben wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass jeder Sprühzone (Zi) mit einer zugeordneten Sprühbandbreite (Bi) mindestens eine Düsenreihe (Di) zugeordnet wird, die jeweils von mindestens einem Schaltventil (Si) angesteuert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass über jeweils nur ein Schaltventil (Si) die Dispersionsgesamtmenge einer Sprühzone (Zi) ausgetragen wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Düsenreihe (Di) so ausgelegt ist, dass die gesamte Anzahl ihrer Düsenbohrungen bei angesteuertem Schaltventil (Si) stets die gleiche Menge an Dispersion austrägt, und damit die Strömungsverhältnisse im Mixer (1) für jede Sprühzone (Zi) unverändert bleiben.
  4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für eine zunehmende Breiteneinstellung einzelner Sprühzonen (Zi) zusätzlich die anteilige Ölmenge in der Dispersion bspw. von 0,25% auf 0,40% vergrößert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) der Düsen und/oder deren Anzahl und/oder deren Abstand nach Maßgabe der Sprühbandbreite (Bi) jeder Düsenreihe (Di) ausgebildet wird.
  6. 6. Düsenanordnung zur Walzenschmierung, insbesondere Walzspaltschmierung in Walzgerüsten für Walzband zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils eine für den vorgebbaren Sprühmittel-Volumenstrom erforderliche Anzahl von Sprühdüsen einer Sprühzone (Zi) in einer separaten Düsenreihe (Di) angeordnet ist, die jeweils mit mindestens einem ansteuerbaren Schaltventil (Si) in Verbindung steht.
  7. 7. Düsenanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede Düsenreihe (Di) so ausgelegt ist, dass ihre gesamte Anzahl an Düsenbohrungen jeweils den gleichen Volumenstrom ergeben.
  8. 8. Düsenanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenreihen (Di) in einem Düsenbalken in etwa gleichbleibendem Abstand parallel zu den Walzen bzw. zu dem Walzspalt des Walzgerüsts angeordnet sind.
  9. 9. Düsenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass den Düsenreihen (Di) bzw. den Schaltventilen (Si) nur ein einziger Mixer (1) zugeordnet ist mit entsprechendem Anschluß für Wasser und Öl sowie in den Anschlußleitungen angeordneten Dosierpumpen (6) und Durchflußmessern (4, 7).






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com