[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Walzen, insbesondere beim
kontinuierlichen Bandgiessen und beim Walzen von Metallen, wobei die Walzen mit je
einer sich vom Bereich des Walzspalts über einen Teil der Walzenoberfläche erstreckenden,
gegen die Walze abgedichtete Haube bedeckt sind, welche Mittel zum Zuführen eines
Kühlmediums auf Teile der Walzenoberfläche und zu dessen Entfernung sowie eine Abfluss-
bzw. Absaugvorrichtung für sich im unteren Teil der Haube sammelndes, flüssiges Kühlmedium
vorgesehen sind. Weiter bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Betrieb
der Vorrichtung.
[0002] Beim kontinuierlichen Bandgiessen von Metallen zwischen zwei Walzen beispielsweise
wird die Giessform im wesentlichen durch den Giesspalt zwischen den Walzen und durch
seitliche Abschlusswände gebildet. Die Einwirkzeit der Walzen ist verhältnismässug
kurz, auf einer kleinen Strecke muss eine grosse Wärmemenge abgeführt werden, insbesondere
die Erstarrungs-, Reibungs- und/oder Verformungswärme. Hierzu werden die Walzen mit
speziellen Einrichtungen bzw. Verfahren gekühlt, nämlich durch Anspritzen von aussen
oder durch eine Innenkühlung.
[0003] Aus betrieblichen Gründen zieht der Fachmann bei Bandgiessanlagen die Innenkühlung
der Walzen vor, bei welcher in der Regel zwischen einem Walzenkern und einem Walzenmantel
Kühlkanäle angeordnet sind, durch welche ein Kühlmedium strömt. Dieses Kühlmedium,
in der Regel Wasser, entzieht dem Walzenmantel die aufgenommene Wärme. Der Anordung
der Kühlkanäle muss grosse Aufmerksamkeit geschenkt werden, da sie nicht nur für die
Wärmemenge, welche dem zu kühlenden Gut entzogen wird, verantwortlich sind, sondern
während des Betriebs auch die Form bzw. die Abmessungen der Walze selbst bestimmen
können. Wird eine Walze entlang ihrer Län ge oder ihres Umfangs unterschiedlich abgekühlt,
so entstehen infolge unterschiedlicher Wärmeausdehnung Spannungen. Diese führen
unter anderem zu einer unterschiedlichen Durchbiegung der Walze, welche sich negativ
auf die Qualität des Walzguts auswirkt. Im speziellen ist aber auch der gleichmässigen
oder vorprogrammierten Abkühlung des Giessmaterials längs und quer grösste Beachtung
zu schenken.
[0004] Ein Vorteil aller bekannten Ausführungsformen der Innenkühlung besteht darin, dass
der Kontakt von Wasser mit dem Walzgut zum vornherein ausgeschlossen ist, was insbesondere
beim Walzgiessen wesentlich sein kann. So führt z.B. beim Bandgiessen von Aluminium
der Kontakt mit Wasser zu einer heftigen Reaktion, die im Oberflächenbereich des Walzgutes
Spuren hinterlässt oder sogar zu Unfällen führen kann.
[0005] Die Leistung durch Innenkühlung ist jedoch dadurch beschränkt, dass der Wärmedurchgang
von der Walzenoberfläche zum Kühlmedium durch den Walzenmantel erfolgen muss.
[0006] Aus der US-PS 4 422 318 ist eine Walze mit einem Kühl- oder Heizapparat für die Walzenoberfläche
bekannt. Dieser Apparat hat eine oder mehrere Kammern, welche gegen die Walzenoberfläche
offen sind. Die Kammern haben einen im wesentlichen quadratischen Querschnitt. Durch
die Einlasskanäle wird ein Fluid eingeführt. Während der Betätigung der betreffenden
Walze bilden sich in den Kammern Turbulenzen. Diese Turbulenzen bewirken, dass das
Fluid länger in den Kammern zurückbleiben und so einen grösseren Kühlungs- oder Heizeffekt
erzielen können. Obwohl diese Turbulenzen den Wirkungsgrad erhöhen, genügt dieses
System u.a. nicht für leistungsfähige Giesswalzen. Neue Materialien und hohe Produktionsraten
erfordern zudem eine erhöhte Wärmeabfuhr bei geringer Materialbeanspruchung.
[0007] Aus der JP-A 57-177863 ist eine Vorrichtung zum Aussenkühlen einer Walze einer Walzgiessanlage
für vertikal gegosse ne dünne Bänder bekannt. In einer nach dem Walzspalt entlang
der Mantelfläche der Walze angeordneten Haube sind Spritzdüsen für Wasser und Luftzufuhrdüsen
angeordnet. Abstreifvorrichtungen und Druckluft verhindern den Austritt von Wasserrückständen
aus der Haube und damit den Kontakt von Wasser mit dem geschmolzenen Metall. Eine
Absaugvorrichtung für das Kühlmedium ist nicht vorgesehen. Dagegen werden benachbart
der Seitenwände der Haube angeordnete Trennplatten zur Leckverhinderung mittels Federkraft
auf die Walze gedrückt.
[0008] Die Erfinder haben sich die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung und ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche die Vorteile einer wirksamen Aussenkühlung
mit höherem Wirkungsgrad anwenden lassen, dabei soll jedoch mit einfachen Mitteln
gearbeitet werden und - wie bei der Innenkühlung - keinerlei Beeinträchtigung des
gegossenen oder gewalzten Bandes erfolgen.
[0009] In bezug auf die Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass
in einer Haube mehrere sich in axialer Richtung über die ganze Walzenlänge erstreckende
Sprüheinrichtungen für die Zugabe eines mindestens teilweise flüssigen Kühlmediums
und Mittel zum Entfernen des flüssigen Kühlmediums von der Walzenoberfläche einzeln
oder in Gruppen alternierend angeordnet sind, mit beidseits endständigen Mitteln
zum Entfernen des Kühlmediums.
[0010] Im wesentlichen werden zur Entfernung des flüssigen Kühlmediums von der Walzenoberfläche
drei an sich bekannte, sich über die ganze Längsrichtung der Walzen erstreckende Mittel
verwendet, wobei diese einzeln oder beliebig miteinander kombiniert sein können.
In Querschnitt U-förmig ausgebildete, seitlich geschlossene Absaugelemente mit gegen
die Walze gerichteter Oeffnung,
- Abstreifer bzw. Dichtleisten, welche auf der Walze aufliegen oder - in Verbindung
mit einem in der Haube erzeugten Unterdruck - in einem Abstand von beispielsweise
0,1 mm angeordnet sind,
- auf Leisten angeordnete Druckluftdüsen oder Druckluftschlitze.
[0011] Die endständigen Mittel zum Entfernen des Kühlmediums gewährleisten, dass kein flüssiges
Kühlmedium zum gegossenen bzw. gewalzten Band gelangt. Dies ist insbesondere beim
Bandgiessen, mit oder ohne Plattierstreifen, von grundlegender Bedeutung.
[0012] Zur weiteren Sicherstellung des kühlmediumfreien Kontakts der Walzen mit dem Walzgut
ist das vom Walzspalt abgewandte Ende der Haube vorzugsweise als Trocknungskammer
ausgebildet, wobei z.B. warme oder kalte Trocknungsluft eingesetzt werden kann.
[0013] In Drehrichtung der Walzen kann den Hauben eine Reinigungs- und Verteilvorrichtung
für Trenn- und/oder Schmiermittel, insbesondere eine Bürste oder ein Balken zugeordnet
sein, welche/r auf die Walzenoberfläche einwirkt/einwirken.
[0014] Weiter kann in Drehrichtung der Walzen nach den Hauben bzw. nach der Reinigungsbürste
oder nach dem Reinigungsbalken eine Sprühvorrichtung zum Auftrag eines Trenn- und/oder
Schmiermittels, vorzugsweise einer Schlichte oder eines Walzöls, angeordnet sein.
Die Schlichte kann z.B. eine Graphitsuspension sein.
[0015] Die Walzengeometrie und das Bandprofil quer zur Walzrichtung können durch die Zonenkühlung
beeinflusst werden, indem die Hauben durch radiale Trennwände aufgeteilt sind. Den
dadurch gebildeten Kammern können unterschiedliche Mengen Kühlmedium, Kühlmedien
mit unterschiedlicher Wärmekapa zität und/oder Kühlmedien mit unterschiedlicher Temperatur
zugeführt werden.
[0016] Das Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Walzenoberfläche
in vom Walzspalt wegweisender Richtung mit zunehmender Intensität gekühlt wird.
[0017] Die Kühlung der Walzenoberfläche beider Walzen mit in vom Walzspalt wegweisender
Richtung zunehmender Intensität erfolgt, im wesentlichen analog zur Zonenkühlung,
vorzugsweise durch folgende Massnahmen, die auch in Kombination angewendet werden
können:
- Die Aufbringung einer zunehmenden Menge von Kühlmedium.
- Die Aufbringung von Kühlmedien mit zunehmender Wärmekapazität.
- Die Aufbringung von Kühlmedien mit abnehmender Temperatur.
[0018] Als besonders günstig hat es sich erwiesen, in vom Walzspalt wegweisender Richtung
folgende Medien auf die Walzenoberfläche aufzutragen: Ein Luft - Wassersprühgemisch,
Wasser und abschliessend Trocknungsluft, wobei zusätzlich zu Beginn trockene oder
feuchte Luft aufgebracht werden kann.
[0019] Die aussengekühlten Walzen können zusätzlich innengekühlt werden, wobei in bekannter
Weise in geschlossenem Kreislauf gearbeitet wird.
[0020] Das Trennmittel kann dem Kühlmittel beigegeben und zusammen mit diesem aufgetragen
werden.
[0021] Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es
zeigen schematisch:
- Fig. 1 eine Anlage zum Bandgiessen von Aluminium mit einer Haube,
- Fig. 2 eine Anlage zum Walzen von Stahl mit einer Haube,
- Fig. 3 eine Vorrichtung zum Kühlen von Walzen, bei welcher die Walzenoberfläche
in vom Walzspalt wegweisender Richtung mit zunehmender Intensität gekühlt wird,
- Fig. 4 eine Variante von Fig. 3,
- Fig. 5 eine Walze mit radialer Innenkühlung,
- Fig. 6 eine Walze mit axialer Innenkühlung, und
- Fig. 7 in radialer Richtung in je 16 Kammern unterteilte Hauben von Vorrichtungen
zum Kühlen von Walzen.
[0022] Die in Fig. 1 dargestellte Anlage zum Giessen von Aluminium umfasst zwei Walzen
10, 12, welche sich in Richtung der Pfeile 14, 16 drehen. Das flüssige Metall 18 wird
in einer Giessrinne 20 zugeführt und fliesst über eine von einem Düsenhalter 22 getragene
Giessdüse 24 in den Walzspalt 26.
[0023] Die Oberfläche 28 jeder Walze 10, 12 ist teilweise mit einer sich vom Bereich des
Walzspalts 26 erstreckenden Vorrichtung zum Kühlen der Walzen bedeckt. Diese Vorrichtung
besteht im wesentlichen aus einer Haube 30 mit einer Kombination von Spritzdüsen
32 für das Kühlmedium 56 und Absaugelementen 34 sowie einer Trocknungskammer 36,
welche sich alle mindestens über die ganze Länge der Walzen erstrecken.
[0024] Die Absaugelemente 34 sind als im Querschnitt U-förmige, gegen die Walzenoberfläche
28 offene Leisten ausgebildet, welche seitlich verschlossen sind. Die Absaugstutzen
38 münden in einen durch eine Zwischenwand 40 abgetrennten, peripheren Mantelraum
42, in welchem der absaugende Unterdruck erzeugt wird, und in welchem sich das abgezogene
Kühlmedium, insbesondere Wasser, sammelt und durch ein nicht dargestelltes Abflussrohr
abgeführt wird.
[0025] Die Zufuhrleitungen 44 zu den Spritzdüsen 32 durchgreifen den Mantelraum 42. Die
Zufuhr von Kühlmedium zu diesen Zufuhrleitungen erfolgt einzeln durch eine oder gemeinsame,
nicht dargestellte Leitung/en.
[0026] Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung zum Kühlen von Walzen mit alternierend angeordneten
Spritzdüsen und Absaugelementen entzieht der Walzenoberfläche 28 viel Energie. Durch
die wirksame Abdichtung ist zudem gewährleistet, dass kein Kühlmedium, insbesondere
Wasser, mit der im vorliegenden Fall aus Aluminium bestehenden Metallband 52 in Kontakt
treten.
[0027] Ein schwenkbar an der Trocknungskammer 36, mit andern Worten am vom Walzspalt 26
abgewandten Ende der Haube 30, verbundener Reinigungsbalken 46 trägt einen Filz 48.
Anstelle des Filzes kann auch ein anderer Werkstoff auf dem Reinigungsbalken 46 aufgebracht
sein. Der Reinigungsbalken erfüllt neben seiner Funktion, der Reinigung der Walze
von Ruckständen, noch die Aufgabe, ggf. vorgängig aufgetragene spezielle Trennmittel
regelmässig zu verteilen.
[0028] Im vorliegenden Beispiel werden spezielle Trenn- und/oder Schmiermittel nach dem
Reinigungsbalken 46 mit Düsen 50 aufgetragen.
[0029] Das Kühlmedium, beispielsweise Wasser, ein Walzöl eine Emulsion oder eine Suspension,
kann durch alle Düsen 32 in gleicher Zusammensetzung, gleicher Menge und mit gleicher
Temperatur zugeführt werden. Wie oben gezeigt, können die Parameter auch frei derart
miteinander kombiniert werden, dass die Intensität der Kühlung in Richtung der Pfeile
14, 16, zunimmt.
[0030] Die in Fig. 2 dargestellte Anlage zum Walzen eines Metall bands 52, im vorliegenden
Fall eines Stahlbands, unterscheidet sich, abgesehen von der Metallzufuhr, von der
Anlage gemäss Fig. 1 dadurch, dass
- nach der Trocknungskammer 36 eine Reinigungsbürste 54 zum Entfernen von Walzgutpartikeln
auf der Walze angeordnet ist, und
- das Trennmittel zusammen mit dem Kühlmedium 56 auf die Walzenoberfläche 28 gespritzt
wird.
[0031] Die Reinigungsbürste 54 entfernt mit dem Kühlmedium 56 aufgetragenes Trennmittel
nicht oder nur zu einem geringen Teil, vielmehr wird es regelmässig verteilt.
[0032] Fig. 3 zeigt eine Haube 30, in welcher - im Gegensatz zu Fig. 1 und 2 - kein Unterdruck
erzeugt wird. Das Kühlmedium 56, vorzugsweise Wasser, wird über eine Zufuhrleitung
44 zur Düse 32 geführt, welche - aus Fig. 3 nicht ersichtlich - als Spritzrohr ausgebildet
ist. Ein als Abstreifer 58 wirkendes Leitblech, welches sich ebenfalls über die ganze
Länge der Walze 10 erstreckt, leitet den weitaus grössten Teil des Wassers einem Abfluss
60 zu. Beidends der Haube 30 sind Druckkammern 62 mit Druckluftdüsen oder -schlitzen
63 angeordnet. Durch Einblasen von Druckluft 64 in diese speziell gestalteten Druckkammern
wird ein Austreten von restlichem Kühlmedium 56 wirkungsvoll verhindert.
[0033] Die in Fig. 4 dargestellte Vorrichtung zum Kühlen von Walzen umfasst eine Haube
30 mit Unterdruck und einem durch eine Zwischenwand 40 abgetrennten Mantelraum 42,
in welchen die Absaugstutzen 38 der Absaugelemente 34 münden.
[0034] In die beiden unteren Zufuhrleitungen 44 wird als Kühlmedium 56 ein Gemisch aus
Wasser und Luft zugeführt, in die beiden oberen Zufuhrleitungen 44 ausschliesslich
Wasser. Damit wird die Walzenoberfläche 28 in vom Walzspalt wegfüh render Richtung
vorerst sanfter, dann schroffer abgekühlt. Das von den oberen Spritzdüsen 32 zugeführte
Wasser wird von den Absaugelementen 34, das Wasser der untersten Spritzdüse 32 von
einem Abstreifer 58 von der Walzenoberflache 28 entfernt und in den Mantelraum 42
geführt, von wo es durch einen Abfluss 60 abfliesst. Durch endständige Druckluftrohre
65 mit Düsen 63 wird Druckluft zugeführt und die Walzenoberfläche 28 vollständig getrocknet.
[0035] Die in Fig. 5 dargestellte Walze 10, 12 zum Bandgiessen von Metallen ist zweiteilig
ausgebildet. Sie besteht aus einem Walzenkern 66 und einem Walzenmantel 68. Das Kühlmedium
wird über den Walzenzapfen 70, durch Bohrungen 72, zu- bzw. abgeführt. In einem geschlossenen
Kreislauf wird das Kühlmedium radial in den Oberflächenbereich gebracht, wo es in
umlaufende Kühlnuten 74 im Walzenkern 66, welche durch den Walzenmantel 68 begrenzt
sind, geführt wird. Das gegossene Band ist mit 76 bezeichnet.
[0036] Im Gegensatz zu Fig. 5 verlaufen gemäss Fig. 6 die Kühlnuten 78 in axialer Richtung
und arbeiten im Gegenstromprinzip. Das Kühlmedium wird in einem Rohr 80 in den Walzenstutzen
70 gebracht und fliesst in einem durch dieses Rohr 80 und eine koaxiale Bohrung im
Walzenzapfen 70 berenzten Ringraum 82 ab.
[0037] Die in Fig. 5 und 6 dargestellten Varianten für eine Innenkühlung sind an sich bekannt,
sie dokumentieren mit der erfindungsgemässen Aussenkühlung beispielsweise verwendbare
Ausführungsbeispiele von innengekühlten Walzen.
[0038] Die in Fig. 7 dargestellten Hauben 30 sind als Zonenkühler ausgebildet, sie unterteilen
die Haube in axialer Richtung in die Kammern 1 - 16. Das Kühlmedium kann zu jeder
einzelnen der 16 Kammern separat zugeführt werden. Dadurch kann eine Beeinflussung
des Temperaturprofils in Axialrichtung erreicht werden. Da ein Temperaturprofil den
Walzendurch messer entsprechend verändert, kann mit der gezeigten Zonenkühlung das
Bandprofil quer zur Walz- bzw. Giessrichtung beeinflusst werden. Diese Art der Bandbeeinflussung
ist bei Walzwerken an sich bekannt, sie entspricht jedoch einer Aussenkühlung ohne
Abdichtung. Die Variation der Wirkung des Kühlmediums erfolgt durch Regulierung der
Menge, der Temperatur und/oder allenfalls der Wärmekapazität des Kühlmittels. Weiter
zeigt Fig. 7, dass die Reinigungsbürste 54 auch vor der Trocknungskammer 36 angeordnet
sein kann.
[0039] Die erfindungsgemässe Vorrichtung und das Verfahren zum Kühlen von Walzen werden
in erster Linie für das Walzgiessen, zum Abführen der Erstarrungswärme, und zum Walzen
von Metallen, zum Abführen der Deformations- und Reibungswärme, verwendet. Die Vorrichtung
und das Verfahren können jedoch auch bei ähnlichen Anlagen zur Verarbeitung von nichtmetallischen
Werkstoffen, z.B. Kunststoffe, Papier, Gummi usw., angewendet werden.
1. Vorrichtung zum Kühlen von Walzen (10,12), insbesondere beim kontinuierlichen Bandgiessen
und beim Walzen von Metallen, wobei die Walzen mit je einer sich vom Bereich des Walzspalts
(26) über einen Teil der Walzenoberfläche (28) erstreckenden, gegen die Walze abgedichtete
Haube (30) bedeckt sind, in welcher Mittel zum Zuführen eines Kühlmediums (56) auf
Teile der Walzenoberfläche und zu dessen Entfernung sowie eine Abfluss- bzw. Absaugvorrichtung
für sich im unteren Teil der Haube (30) sammelndes, flüssiges Kühlmedium (56) vorgesehen
sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einer Haube (30) mehrere sich in axialer Richtung über die ganze Walzenlänge erstreckende
Sprüheinrichtungen (32) für die Zugabe eines mindestens teilweise flüssigen Kühlmediums
(56) und Mittel zum Entfernen dieses Kühlmediums (56) von der Walzenoberfläche (28)
einzeln oder in Gruppen alternierend angeordnet sind, mit beidseits endständigen
Mitteln zum Entfernen des Kühlmediums (56).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Entfernen
des flüssigen Kühlmediums (56) von der Walzenoberfläche (28) sich in Längsrichtung
der Walzen (10,12) erstreckende im Querschnitt U-förmig ausgebildete, seitlich geschlossene
Absaugelemente (34), Abstreifer (58) und/oder Druckluftdüsen bzw. wenigstens ein Druckluftschlitz
(63) sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Walzspalt
(26) abgewandte Ende der Hauben (30) als gegen die Walze (10,12) offene Trocknungskammer
(36) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Hauben
(30), in Drehrichtung (14,16) der Walzen (10,12), eine auf die Walzenoberfläche (28)
einwirkende Reinigungs- und Verteilvorrichtung, vorzugsweise eine Bürste (54) oder
ein Balken (46), nachgeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach
den Hauben (30) bzw. der Bürste (54) oder dem Balken (46), in Drehrichtung (14,16)
der Walzen (10,12), eine Sprühvorrichtung (50) zum Auftragen eines Trenn- und/oder
Schmiermittels, vorzugsweise einer Schlichte oder eines Walzöls, angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Anspüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauben
(30) in radialer Richtung unterteilt sind, vorzugsweise in wenigstens drei Kammern.
7. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Walzenoberfläche (28) in vom Walzspalt (26) wegweisender
Richtung mit zunehmender Intensität gekühlt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in vom Walzspalt (26) wegweisender
Richtung zunehmend mehr Kühlmedium (56) und/oder Kühlmedium mit zunehmender Wärmekapazität
und/oder Kühlmedium mit abnehmender Temperatur eingesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in vom Walzspalt
(26) wegweisender Richtung Luft, ein Luft-Wassersprühgemisch, Wasser und Trocknungsluft
eingesetzt werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Walzen
(10, 12) auch innengekühlt werden.