Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Walze zum Walzen eines Bandes, insbesondere eines Metallbandes

Abstract

 Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Walze mit einer sich in horizontaler Richtung erstreckenden Walzenachse (3) und einem Walzenmantel (2) zum Walzen eines Bandes (5), insbesondere eines Metallbandes (5),

• wobei neben der Walze (1) mindestens ein sich parallel zu der Walzenachse (3) erstreckender Kühlkörper (6) mit seitlichen Enden (17,18), einem oberen Ende (7), einem unteren Ende (8) und einem Mittelabschnitt (9) angeordnet ist,
• wobei der Kühlkörper (6) die Walze (1) auf einem Teil ihres Walzenmantels (2) umgreift und mit dem Walzenmantel (2) einen Kühlspalt (10) für eine Kühlflüssigkeit bildet,
• wobei der Kühlkörper (6) an seinem oberen und an seinem unteren Ende (7,8) eine obere und eine untere Einspeiseöffnung (11,12) zum Einspeisen der Kühlflüssigkeit in den Kühlspalt (10) und im Mittelabschnitt (9) eine diffusorartige Erweiterung (13) aufweist,
• wobei die Einspeiseöffnungen (11,12) düsenartig ausgebildet sind,
• wobei in der diffusorartigen Erweiterung (13) mindestens eine Ausspeiseöffnung (14) zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlspalt (10) angeordnet ist,
• wobei die Ausspeiseöffnung (14) mit einem Kühlflüssigkeitsrückführraum (15) verbunden ist.

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Walze mit einer sich in horizontaler Richtung erstreckenden Walzenachse und einem Walzenmantel zum Walzen eines Bandes, insbesondere eines Metallbandes,

• wobei neben der Walze mindestens ein sich parallel zu der Walzenachse erstreckender Kühlkörper mit seitlichen Enden, einem oberen Ende, einem unteren Ende und einem Mittelabschnitt angeordnet ist,
• wobei der Kühlkörper die Walze auf einem Teil ihres Walzenmantels umgreift und mit dem Walzenmantel einen Kühlspalt für eine Kühlflüssigkeit bildet,
• wobei der Kühlkörper an seinem unteren Ende eine untere Einspeiseöffnung zum Einspeisen der Kühlflüssigkeit in den Kühlspalt und eine Ausspeiseöffnung zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlspalt aufweist,
• wobei die Ausspeiseöffnung mit einem Kühlflüssigkeitsrückführraum verbunden ist.

[0002] Derartige Kühlvorrichtungen sind bekannt.

[0003] Üblicherweise werden Walzen dadurch gekühlt, daß sie aus Sprühdüsen mit Wasser beaufschlagt werden. Hierbei sind große Wassermengen erforderlich, um die Walze auf einem niedrigen Temperaturniveau (60-80°C) zu halten. Ferner stellt auch das Abführen der Wassermengen ein Problem dar, da die abfließende Wassermenge einen Rückstau bilden kann, der verhindern kann, daß frisches Kühlwasser die Walzenoberfläche erreicht.

[0004] Aus der DE 36 16 070 A1 ist eine Kühlvorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen bekannt. Bei dieser Schrift wird die Kühlflüssigkeit über eine am unteren Ende des Kühlkörpers angeordnete Einspeiseöffnung in den Kühlspalt eingespeist und über eine am oberen Ende des Kühlkörpers angeordnete Ausspeiseöffnung wieder aus dem Kühlspalt ausgespeist.

[0005] Bei der DE 36 16 070 A1 beschriebenen Anordnung ist nachteilig, daß die Abdichtung des Kühlspaltes dadurch bewirkt wird, daß der Kühlkörper an die Walze angedrückt wird. Dadurch kann es zu Beschädigungen des Walzenmantels kommen, welche wiederum Markierungen auf dem zu walzenden Band verursachen können.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, eine Kühlvorrichtung für eine mit sogenannter Spaltkühlung gekühlte Walze zur Verfügung zu stellen, bei der Beschädigungen der Walze durch den Kühlkörper mit Sicherheit vermieden werden.

[0007] Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kühlkörper auch an seinem oberen Ende eine Einspeiseöffnung zum Einspeisen der Kühlflüssigkeit in den Kühlspalt und im Mittelabschnitt eine diffusorartige Erweiterung aufweist, daß die Einspeiseöffnungen düsenartig ausgebildet sind und daß die Ausspeiseöffnung zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlspalt in der diffusorartigen Erweiterung angeordnet ist.

[0008] Dadurch kann nämlich die über die obere düsenartig ausgebildete Einspeiseöffnung eingespeiste Kühlflüssigkeit im Kühlspalt aufgrund der Einspeiserichtung nach unten zum Mittelabschnitt und die über die untere düsenartig ausgebildete Einspeiseöffnung eingespeiste Kühlflüssigkeit im Kühlspalt ebenfalls aufgrund der Einspeiserichtung nach oben ebenfalls zum Mittelabschnitt fließen, so daß sowohl am oberen als auch am unteren Ende keine Kühlflüssigkeit austreten kann. Im Mittelabschnitt treffen die Kühlflüssigkeitsströme dann im Gegenstromprinzip aufeinander und bremsen sich gegenseitig und aufgrund der diffusorartigen Erweiterung ab. So kann die Kühlflüssigkeit dann über die Ausspeiseöffnung in den Kühlflüssigkeitsrückführraum abfließen.

[0009] Wenn die obere und/oder die untere Einspeiseöffnung verstellbar sind, kann die Einspeiserichtung und/oder die Menge der eingespeisten Kühlflüssigkeit besser eingestellt werden.

[0010] Wenn an den seitlichen Enden des Kühlkörpers Abschlußdichtungen angeordnet sind, kann auch seitlich keine Kühlflüssigkeit austreten. Zur Anpassung des Kühlspalts an die Breite des zu walzenden Bandes sind die Dichtungen vorzugsweise parallel zu der Walzenachse verstellbar.

[0011] Wenn die obere und/oder die untere Einspeiseöffnung parallel zu der Walzenachse Unterteilungen aufweisen, kann durch selektives Steuern der eingespeisten Kühlflüssigkeit die temperaturbedingte Balligkeit der Walze und damit die Planheit des zu walzenden Bandes beeinflußt werden. Alternativ zum Unterteilen der Einspeiseöffnungen eines Kühlkörpers können selbstverständlich auch mehrere Kühlkörper nebeneinander angeordnet werden.

[0012] Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen:

FIG 1

eine Walze mit einem Kühlkörper von der Seite und

FIG 2

den Kühlkörper von der Walze aus gesehen.

[0013] Gemäß FIG 1 weist eine Walze 1 einen Walzenmantel 2 auf. Der Walzenmantel 2 dreht sich im Betrieb in einer Arbeitsdrehrichtung um eine Walzenachse 3, die sich in horizontaler Richtung erstreckt. Die Arbeitsdrehrichtung ist durch den Pfeil 4 angedeutet.

[0014] Die Walze 1 ist oberhalb eines zu walzenden Metallbandes 5 angeordnet und wirkt im Betrieb mit einer weiteren, unterhalb des zu walzenden Metallbandes 5 angeordneten Walze zusammen. Diese weitere Walze ist der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Ebenfalls nicht dargestellt sind eine Stütz- und eine Zwischenwalze, welche der Walze 1 gegebenenfalls zugeordnet sein können.

[0015] Neben der Walze 1 ist mindestens ein Kühlkörper 6 angeordnet. Der Kühlkörper 6 erstreckt sich parallel zu der Walzenachse 3 und weist ein oberes Ende 7, ein unteres Ende 8 und einen Mittelabschnitt 9 auf. Wie aus FIG 1 ersichtlich ist, umgreift der Kühlkörper 6 die Walze 1 auf einem Teil ihres Walzenmantels 2 und bildet mit dem Walzenmantel 2 einen Kühlspalt 10 für eine Kühlflüssigkeit, z.B. Wasser. Ferner ist ersichtlich, daß der Walzenmantel 3 im Betrieb innerhalb des Kühlspalts 10 eine nach oben gerichtete Umfangsgeschwindigkeitskomponente aufweist. Der Kühlspalt 10, also der Abstand des Kühlkörpers 6 von der Walze 1, ist einstellbar.

[0016] Die Kühlung der Walze 1 geschieht wie folgt:

[0017] Am unteren Ende 8 des Kühlkörpers 6 ist eine düsenartig ausgebildete untere Einspeiseöffnung 11 zum Einspeisen von Kühlflüssigkeit angeordnet. Über die untere Einspeiseöffnung 11 wird unter Druck, z.B. 3 bis 6 bar, ein Teil der Kühlflüssigkeit, in der Regel der Großteil der Kühlflüssigkeit, z.B. 70-90%, in den Kühlspalt 10 eingespeist. Aufgrund des Einspritzdruckes in Verbindung mit der Einspeiserichtung, die durch die untere Einspeiseöffnung 11 vorgegeben ist, wird dieser Teil der Kühlflüssigkeit im Kühlspalt 10 nach oben befördert.

[0018] Am oberen Ende 7 des Kühlkörpers 6 ist eine ebenfalls düsenartig ausgebildete obere Einspeiseöffnung 12 zum Einspeisen von Kühlflüssigkeit angeordnet. Über die obere Einspeiseöffnung 12 wird ebenfalls unter Druck, z.B. 3 bis 6 bar, ein Teil der Kühlflüssigkeit, in der Regel nur ein Bruchteil der Kühlflüssigkeit, z.B. 10-30%, in den Kühlspalt 10 eingespeist. Aufgrund des Einspritzdruckes in Verbindung mit der Einspeiserichtung, die durch die obere Einspeiseöffnung 12 vorgegeben ist, wird dieser Teil der Kühlflüssigkeit im Kühlspalt 10 nach unten befördert.

[0019] Im Mittelabschnitt 9 weist der Kühlkörper 6 eine diffusorartige Erweiterung 13 auf, so daß der Kühlspalt 10 im Bereich der Erweiterung 13 größer ist als im übrigen Bereich. Die Erweiterung 13 wirkt als Diffusor, in dem die von oben und die von unten eingespeiste Kühlflüssigkeit im Gegenstromprinzip aufeinandertreffen und sich gegenseitig und aufgrund der Erweiterung 13 abbremsen. Innerhalb der Erweiterung 13 sind Ausspeiseöffnungen 14 zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlspalt 10 angeordnet, welche mit einem Kühlflüssigkeitsrückführraum 15 verbunden sind.

[0020] Die Kühlflüssigkeit fließt somit von den Einspeiseöffnungen 11, 12 zu den Ausspeiseöffnungen 14 und wird von dort in den Kühlflüssigkeitsrückführraum 15 geleitet. Dadurch kann weder am oberen Ende 7 noch am unteren Ende 8 Kühlflüssigkeit austreten, obwohl der Kühlkörper 6 nicht mechanisch an dem Walzenmantel 2 anliegt.

[0021] Der Sitz der Erweiterung 13 ist im Prinzip frei wählbar. Im Ausführungsbeispiel ist die Erweiterung 13 aber vorzugsweise näher an der oberen Einspeiseöffnung 12 angeordnet, da über diese im Gegensatz zur unteren Einspeiseöffnung 11 nur ein Bruchteil der Kühlflüssigkeit eingespeist wird.

[0022] Die Kühlflüssigkeit, die in den Kühlflüssigkeitsrückführraum 15 geleitet wird, kann in einem nicht dargestellten Wärmetauscher wieder abgekühlt und dann erneut den Einspeiseöffnungen 11, 12 zugeführt werden, so daß sich ein geschlossener Kühlflüssigkeitskreislauf ergibt.

[0023] Die Einspeiserichtung der Einspeiseöffnungen 11, 12 ist von der Orientierung der Einspeiseöffnungen 11, 12 abhängig. Um die Kühlflüssigkeit, die von der oberen Einspeiseöffnung 12 in den Kühlspalt 10 eingespeist wird, gezielt nach unten zu leiten, ist die obere Einspeiseöffnung 12 daher nach unten gerichtet. Umgekehrt ist auch die untere Einspeiseöffnung 11 nach oben gerichtet, um die Kühlflüssigkeit, die von der unteren Einspeiseöffnung 11 in den Kühlspalt 10 eingespeist wird, gezielt nach oben zu leiten. Zur Steuerung der eingespeisten Kühlflüssigkeitsmenge sind die Einspeiseöffnungen 11, 12 ferner verstellbar. Dies ist in FIG 1 durch die Pfeile 16 angedeutet.

[0024] Wie aus FIG 2 ersichtlich ist, weist der Kühlkörper 6 seitliche Enden 17, 18 auf, an denen Abschlußdichtungen 19, 20 angeordnet sind. Mittels dieser Abschlußdichtungen 19, 20 wird ein Austreten der Kühlflüssigkeit an den seitlichen Enden 17, 18 des Kühlkörpers 6 verhindert. Die Abschlußdichtungen 19, 20 sind in an sich bekannter Weise ausgebildet, z.B. als Labyrinthdichtungen. Wie durch die Pfeile 21, 22 angedeutet ist, sind die Abschlußdichtungen 19, 20 zur Anpassung der Breite des Kühlspalts 10 an die Breite des Metallbandes 5 verstellbar.

[0025] Schließlich ist aus FIG 2 noch ersichtlich, daß die obere Einspeiseöffnung 12 parallel zu der Walzenachse 3 Unterteilungen 23 aufweist. So können in axialer Richtung gesehen unterschiedliche Kühlflüssigkeitsmengen in den Kühlspalt 10 eingespeist werden. Es können also unterschiedliche Mengen an Kühlflüssigkeit durch die einzelnen Unterteilungen 23 geleitet werden. Durch selektives Steuern der eingespeisten Kühlflüssigkeit in die einzelnen Unterteilungen 23 kann somit die temperaturbedingte Balligkeit der Walze 1 (sogenannter thermischer Crown) und damit die Planheit des zu walzenden Metallbandes 5 beeinflußt werden. Aus dem gleichen Grund weist auch die untere Einspeiseöffnung 11 parallel zu der Walzenachse 3 Unterteilungen 24 auf. Die einzelnen Unterteilungen 23, 24 sind gemäß Ausführungsbeispiel einstellbar, und zwar unabhängig voneinander.

[0026] Bei unterschiedlich eingestellten Unterteilungen 23, 24 könnte ein Querfluß der Kühlflüssigkeit im Kühlspalt 10 auftreten. Um einen derartigen Querfluß zu unterbinden, sind zwischen den Unterteilungen 23, 24 Trenndichtungen 25 angeordnet. Diese sind - vorzugsweise stufenlos - unabhängig voneinander parallel zur Walzenachse 3 verschiebbar und so einstellbar.

[0027] Alternativ zum Einsatz von Unterteilungen 23, 24 innerhalb eines einzigen Kühlkörpers 6 ist es selbstverständlich auch möglich, mehrere Kühlkörper 6 nebeneinander anzuordnen.

[0028] Abschließend sei noch erwähnt, daß der Kühlkörper 6 auch an der unteren Walze 5 angeordnet sein könnte. In diesem Fall

• wiese der Walzenmantel im Betrieb innerhalb des Kühlspalts eine nach unten gerichtete Umfangsgeschwindigkeitskomponente auf.
• würde der Großteil der Kühlflüssigkeit über die obere Einspeiseöffnung eingespeist und
• wäre die Erweiterung näher an der unteren Einspeiseöffnung angeordnet.

[0029] Im übrigen bliebe der Aufbau der Kühlvorrichtung gleich.

Bezugszeichenliste

[0030] 

1

Walze

2

Walzenmantel

3

Walzenachse

4,16,21,22

Pfeile

5

Metallband

6

Kühlkörper

7

oberes Ende

8

unteres Ende

9

Mittelabschnitt

10

Kühlspalt

11

untere Einspeiseöffnung

12

obere Einspeiseöffnung

13

Erweiterung

14

Ausspeiseöffnungen

15

Kühlflüssigkeitsrückführraum

17,18

seitliche Enden

19,20

Abschlußdichtungen

23,24

Unterteilungen

25

Trenndichtungen

Ansprüche

1. Kühlvorrichtung zum Kühlen einer Walze mit einer sich in horizontaler Richtung erstreckenden Walzenachse (3) und einem Walzenmantel (2) zum Walzen eines Bandes (5), insbesondere eines Metallbandes (5),

- wobei neben der Walze (1) mindestens ein sich parallel zu der Walzenachse (3) erstreckender Kühlkörper (6) mit seitlichen Enden (17,18), einem oberen Ende (7), einem unteren Ende (8) und einem Mittelabschnitt (9) angeordnet ist,

- wobei der Kühlkörper (6) die Walze (1) auf einem Teil ihres Walzenmantels (2) umgreift und mit dem Walzenmantel (2) einen Kühlspalt (10) für eine Kühlflüssigkeit bildet,

- wobei der Kühlkörper (6) an seinem oberen und an seinem unteren Ende (7,8) eine obere und eine untere Einspeiseöffnung (11,12) zum Einspeisen der Kühlflüssigkeit in den Kühlspalt (10) und im Mittelabschnitt (9) eine diffusorartige Erweiterung (13) aufweist,

- wobei die Einspeiseöffnungen (11,12) düsenartig ausgebildet sind,

- wobei in der diffusorartigen Erweiterung (13) mindestens eine Ausspeiseöffnung (14) zum Ausspeisen der Kühlflüssigkeit aus dem Kühlspalt (10) angeordnet ist,

- wobei die Ausspeiseöffnung (14) mit einem Kühlflüssigkeitsrückführraum (15) verbunden ist.

2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere und/oder die untere Einspeiseöffnung (11, 12) verstellbar sind.

3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß an den seitlichen Enden (17,18) des Kühlkörpers (6) Abschlußdichtungen (19,20) angeordnet sind.

4. Kühlvorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Abschlußdichtungen (19,20) parallel zu der Walzenachse (3) verstellbar sind.

5. Kühlvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die obere und/oder die untere Einspeiseöffnung (11, 12) parallel zu der Walzenachse (3) Unterteilungen (23, 24) aufweisen.

6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterteilungen (23, 24) - vorzugsweise unabhängig voneinander - einstellbar sind.

7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Unterteilungen (23, 24) durch Trenndichtungen (25) voneinander getrennt sind.

8. Kühlvorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Trenndichtungen (25) - vorzugsweise stufenlos - einstellbar sind.

9. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlspalt (10) einstellbar ist.

10. Kühlvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß von der oberen und der unteren Einspeiseöffnung (11, 12) eine als Haupt- und eine als Nebeneinspeiseöffnung ausgebildet ist und daß die diffusorartige Erweiterung (13) näher an der Nebeneinspeiseöffnung als an der Haupteinspeiseöffnung angeordnet ist.

11. Kühlvorrichtung nach einem der obigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kühlkörper (6) derart angeordnet ist, daß der Walzenmantel (2) im Betrieb innerhalb des Kühlspalts (10) eine nach oben gerichtete Geschwindigkeitskomponente aufweist.

12. Kühlverfahren für eine Walze zum Walzen eines Bandes (5), insbesondere eines Metallbandes (5), deren Walzenachse (3) sich in horizontaler Richtung erstreckt und von einem Walzenmantel (2) umgeben ist,

- wobei neben der Walze (1) ein sich parallel zu der Walzenachse (3) erstreckender Kühlkörper (6) mit seitlichen Enden (17,18), einem oberen Ende (7), einem unteren Ende (8) und einem Mittelabschnitt (9) angeordnet ist,

- wobei der Kühlkörper (6) die Walze (1) auf einem Teil ihres Walzenmantels (2) umgreift und mit dem Walzenmantel (2) einen Kühlspalt (10) für eine Kühlflüssigkeit bildet,
dadurch gekennzeichnet,

- daß ein erster Teil einer Kühlflüssigkeit vom oberen Ende (7) unter Druck nach unten in den Kühlspalt (10) eingespritzt wird,

- daß ein zweiter Teil der Kühlflüssigkeit vom unteren Ende (8) unter Druck nach oben in den Kühlspalt (10) eingespritzt wird,

- daß der erste und der zweite Teil der Kühlflüssigkeit in einer im Mittelabschnitt (9) angeordneten diffusorartigen Erweiterung (13) aufeinandertreffen und

- daß die Kühlflüssigkeit über mindestens eine in der diffusorartigen Erweiterung (13) angeordnete Ausspeiseöffnung (14) aus dem Kühlspalt (10) ausgespeist wird.

13. Kühlverfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß in axialer Richtung gesehen unterschiedliche Kühlflüssigkeitsmengen in den Kühlspalt (10) eingespeist werden.

14. Kühlverfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste und der zweite Teil der Kühlflüssigkeit unterschiedlich groß sind.

Zeichnung