[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufspritzen von Beiz- und/oder
Spülflüssigkeit auf ein metallisches Behandlungsgut, insbesondere Stahlband oder Metallband,
mit einem Düsenrohr in dessen Wandung auf das Behandlungsgut gerichtete Spritzdüsen
integriert sind, wobei das Düsenrohr ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende aufweist,
letzteres zum Zuführen der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit in das Düsenrohr. Die Erfindung
bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung.
[0002] Grundsätzlich wird zur Erhöhung der Beizwirkung in Beizen für Stähle (C- Stähle und
Rostfreistähle) und Metalle (z.B. Titanlegierungen) das Beizmedium in modernen Beizenbehältern
mittels Düsenrohren in einen flachen, mit Flüssigkeit gefüllten Kanal eingespritzt,
durch den das Stahlband gezogen wird. Die Düsen sind gleichmäßig über die Länge des
Rohres verteilt. Diese Düsenrohre sind z.B. aus der Turbulenzbeize bekannt.
[0003] Üblicherweise wird das Beizmedium an einer Seite in das Rohr eingeleitet und tritt
durch Düsenöffnungen, die regelmäßig über die Breite des Beizbehälters verteilt sind,
aus. Am Ende ist die Rohrleitung geschlossen. Dabei stellt sich Prinzip bedingt eine
unterschiedliche Verteilung der ausströmenden Flüssigkeit ein. Bei gleicher Geometrie
der Düsen liegt an den zuerst im Strömungsfluss liegenden Düsen der größte Volumenstrom/Druck
und an den letzten im Rohr liegenden Düsen der geringste Volumenstrom/Druck vor. Dies
wird durch den mit zunehmender Länge des Rohres auftretenden Druckabfall verursacht.
[0004] Dies kann durch unterschiedliche Ausbildung der Düsen z.B. durch in Strömungsrichtung
gesehen kleiner werdende Düsenöffnungen oder durch eine Verengung des Düsenrohres
zum Ende hin ausgeglichen werden. Dies gilt streng genommen aber nur für einen speziellen
Betriebspunkt, da sich bei vorgegebenem Druck dort die entsprechenden durch die Geometrie
eingestellten Volumenströme einstellen. Wird der Druck variiert, verändern sich die
Ausströmungen der verschiedenen Düsen und es stellt sich wieder eine ungleiche Verteilung
ein. Die Betriebsweise moderner Beizlinien benötigt eine Druckveränderung des zugeführten
Beizmediums, um die Beizwirkung und den Temperaturaustausch zum Stahlband einzustellen.
[0005] Bezogen auf das zu beizende Produkt führt eine unterschiedliche Strömungsverteilung
über die Bandbreite gesehen zu unterschiedlichem Beizangriff und damit zu Beeinträchtigungen
der Produktqualität. Ebenfalls stellen sich unterschiedliche Strömungsverhältnisse
im Beizbecken ein, die zu Ablagerungen und Absetzerscheinungen (Schlammbildung) führen.
Die Düsen, die der Zuführung am nächsten liegen, erzeugen eine hohe Strömungsgeschwindigkeit
in dem Beizbecken und die, die am Ende des Düsenrohres liegen, erzeugen eine geringere
Strömungsgeschwindigkeit. Damit gibt es Bereiche im Behälter, bei denen die Schwebestoffe
im Beizmedium aufgrund geringerer Strömungsgeschwindigkeit nicht in Bewegung gehalten
werden können. Es besteht die Gefahr des Absetzens und Verschlammens des Behälters
(Totbereiche des Behälters).
[0006] Bezüglich des Standes der Technik sei dazu beispielhaft auf die folgenden Druckschriften
verwiesen:
[0007] Die
EP 1 122 338 B1 betrifft eine Vorrichtung zum Aufspritzen von Beiz- oder Spülflüssigkeit auf ein
langgestrecktes, metallisches Behandlungsgut, insbesondere Metallband, umfassend in
einem Beizbehälter oder dergleichen ober- und/oder unterhalb der Transportebene des
Behandlungsgutes in den Behälterwandungen angeordnete, mit Spritzdüsen ausgebildete,
an eine Flüssigkeitsversorgung angeschlossene, äußere zylindrische Spritzrohre, wobei
das äußere Spritzrohr abgedichtet auf einem Innenrohr angeordnet ist, das mit im Längenabstand
der Spritzdüsen des äußeren Spritzrohres in einer Reihe vorgesehenen Öffnungen ausgebildet
ist und in situ mit diesen Öffnungen auf das Behandlungsgut weisend sowie mit den
Spritzdüsen des äußeren Spritzrohres fluchtend ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen,
dass das äußere Spritzrohr um seine Längsachse verstellbar ist, mindestens zwei voneinander
beabstandete Düsenreihen (I bis IV) aufweist und die Öffnungen des Innenrohres als
Langlöcher ausgebildet sind. Mit einer derartigen Ausbildung sollen insbesondere die
Stand- bzw. Betriebszeiten der Spritzrohre erhöht werden, wobei es dabei in einfacher
Weise möglich sein soll, entweder in vorbestimmten Zeitintervallen oder bei ermittelten
Verstopfungen von Spritzdüsen einer in die Betriebslage gestellten Düsenreihe durch
lediglich Verdrehen des äußeren Spritzrohres eine saubere Düsenreihe in Einsatz zu
bringen. Nachteilig ist bei dieser Ausführung insbesondere der hohe konstruktive Aufwand.
[0008] Die
EP 1 154 043 B1 betrifft eine Anlage für die Oberflächenbehandlung eines Metallstranges, insbesondere
zum Beizen eines Stahlbandes, mit einem für den in Längsrichtung beweglichen Metallstrang
gebildeten Behandlungskanal und mit zur Oberfläche des Metalistranges einstellbaren
Spritzdüsen, die an ein Düsenrohr für die Zufuhr der Behandlungsflüssigkeit angeschlossen
sind. Dabei ist vorgesehen, dass der durch eine Bodenausmauerung und Seitenwände gebildete
Behandlungskänal- Querschnitt an der Oberseite mittels eines Schwimmkörpers begrenzt
ist und dass die Spritzdüsen jeweils von einer nach unten auf den Metallstrang gerichteten,
steilen Stellung bis in einen zwischen dem Metallstrang und dem Schwimmkörper gebildeten
Behandlungskanal unter einem spitzen, flachen Winkel mit Spritzrichtung entgegen der
Bewegungsrichtung des Metallstrangs einstellbar sind. Dadurch soll es möglich sein,
zum Beizen, Spülen, Reinigen oder Entfetten die kinetische Energie an den Spritzdüsen
in Abhängigkeit einer Dichtwirkung am Ausgang des Behandlungskanales zu regulieren
bzw. die kinetische Energie am Einlauf zu erhöhen oder reduzieren.
[0009] Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannten Vorrichtungen
bzw. Verfahren unter Beibehaltung der bisherigen Vorteile in der Weise zu verbessern
bzw. weiterzuentwickeln, dass die genannten Nachteile vermieden werden, wobei insbesondere
eine Vergleichmäßigung des Spritzbildes erreicht werden soll.
[0010] Die Aufgabe wird bezüglich der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch
gelöst, dass ein Zuführungsrohr im Bereich der Spritzdüsen im Innern des Düsenrohres
so angeordnet ist, dass eines der beiden offenen Enden des Zuführungsrohres dem geschlossenen
Ende des Düsenrohres beabstandet gegenüber steht.
[0011] Durch die beanspruchte Anordnung von Düsenrohr und innerem Zuführungsrohr kann der
Haupteil des einseitig in das Zuführungsrohr zugeführten Beiz- und Spü-Imediums verlustfrei
bis zur letzten Spritzdüse, die im Bereich des geschlossenen Endes des Düsenrohres
angeordnet ist, strömen. Am anderen offenen Ende tritt das Medium aus dem Zuführungsrohr
aus und prallt dann gegen das geschlossene Ende des Düsenrohres, um dort eventuell
auch in einen Zwischenraum zwischen dem Zuführungsrohr und dem Düsenrohr zu verwirbeln.
In dem gesamten Zwischenraum stellt sich dann ein Druckausgleich ein. Aufgrund des
gleichen bzw. einheitlichen Druckes und der daraus resultierenden gleichmäßigen Strömungsverteilung
in dem Zwischenraum und damit an allen Spritzdüsen, ist dann ein gleichmäßiges Besprühen
des Behandlungsgutes über dessen gesamter Breite mit dem Beiz- und Spülmedium möglich.
Somit kann trotz einseitiger Zuführung und prozessbedingt zeitlich unterschiedlich
eingestellter Drücke immer eine gewünschte Gleichverteilung des Mediums auf dem Behandlungsgut
erzielt werden.
[0012] Bei der bevorzugten Ausführungsform der vorliegende Erfindung ist vorgesehen, dass
die Querschnittsfläche des äußeren Düsenrohres zwischen 2,5 bis 3,5 mal der Querschnittsfläche
des inneren Zuführungsrohres entspricht. Diese Ausbildung ergab sich insbesondere
aus Messungen und theoretischen Überlegungen der Strömungstechnik zur Erzielung einer
gleichmäßigen Strömungsverteilung.
[0013] Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Länge
des inneren Zuführungsrohres mindestens vor der letzten Spritzdüse des äußeren Düsenrohres
endet.
[0014] Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bezüglich des Verfahrens erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass die Beiz- und/oder Spülflüssigkeit unter Druck in das offene
Ende des Düsenrohres und gleichzeitig in das dem geschlossenen Ende des Düsenrohres
abgewandte offene Ende des inneren Zuführungsrohres eingebrachtwird; dass der Anteil
an der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit, welcher in das innere Zuführungsrohr eingebracht
wird, nahezu ohne Druckverlust durch das Zuführungsrohr fließt, um dann aus dem anderen
offenen Ende des Zuführungsrohres auszutreten, gegen das beabstandete geschlossenen
Ende des Düsenrohres zu prallen und um in dem Bereich zwischen dem geschlossenen Ende
des Düsenrohres und dem zugewandten offenen Ende des Zuführungsrohres und eventuell
auch in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Zuführungsrohr und dem Düsenrohr hinein
zu verwirbeln; und dass die unter Druck stehende Beiz- und/oder Spülflüssigkeit in
dem Zwischenraum über die Spritzdüsen nach außerhalb des Düsenrohres auf das Behandlungsgut
gespritzt wird.
[0015] Bezüglich der sich ergebenden Vorteile dieses Verfahrens wird zur Vermeidung von
Wiederholungen auf die beschriebenen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwiesen.
[0016] Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Verschlammung und ruhende
Flüssigkeitsbereiche im Düsenrohr aufgrund der erfindungsgemäß realisierten Vergleichmäßigung
der Eindüsung vermieden. Messungen haben dabei eine symmetrisch zur Mitte des Düsenrohres
angeordnete Strömung durch die Verwendung des inneren Zuführungsrohres ergeben.
[0017] Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in den Figuren der Zeichnung dargestellte
Ausführungsform der Erfindung näher erläutert wird. Dabei sind neben den oben angeführten
Kombinationen von Merkmalen auch Merkmale allein oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich.
[0018] Es zeigen:
- Fig. 1
- eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Aufspritzen von Beiz-
und/oder Spülflüssigkeit gemäß dem Stand der Technik,
- Fig. 2
- eine schematische Querschnittsansicht einer Vorrichtung zum Aufspritzen von Beiz-
und/oder Spülflüssigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung,
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung der Strömungsverteilung der erfindungs- gemäßen Vorrichtung
im Vergleich zum Stand der Technik.
[0019] Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist generell mit 10 bezeichnet und dient zum Aufspritzen
von Beiz- und/oder Spülflüssigkeit auf ein langgestrecktes, metallisches Behandlungsgut
12, insbesondere Stahlband oder Metallband. Es ist dazu in der Fig. 1 eine Vorrichtung
gemäß dem Stand der Technik und in der Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10
dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 ist mit einem für das in Längsrichtung
bewegliche Behandlungsgut 12 gebildeten, in den Fig. nicht separat dargestellten Behandlungskanal
zum Aufnehmen von von dem Behandlungsgut abfließenden Resten der Beiz- und Spülflüssigkeit
versehen. Außerdem weist die Vorrichtung zur Oberfläche 13 des Behandlungsgutes 12
gerichtete, vorzugsweise einstellbare Spritzdüsen 14 auf, die in die Wandung eines
Düsenrohres 15 integriert sind. Die Zuführung der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit 11
ist von einer Seite des Düsenrohres 15 vorgesehen. Bei der in der Fig. 1 dargestellten
Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ergeben sich dabei die oben ausführlich beschriebenen
Probleme.
[0020] Es ist deshalb bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 vorgesehen, dass die Vorrichtung
mit einseitiger Zuführung der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit 11 aus einem äußeren
Düsenrohr 16 mit darin integrierten Spritzdüsen 14 und einem inneren Zuführungsrohr
17 besteht, siehe die Fig. 2 der Zeichnung. Der Hauptteil des einseitig zugeführten
Mediums strömt dabei verlustfrei durch das innere Zuführungsrohr bis zur letzten Düsenöffnung.
Am Ende des Zuführungsrohres 17 tritt das Medium aus und es ergibt sich eine gleichmäßige
Strömungsverteilung über der Bandbreite des Behandlungsguts.
[0021] In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Querschnittsfläche
des äußeren Düsenrohres 16 zwischen 2,5 bis 3,5 mal der Querschnittsfläche des inneren
Zuführungsrohres 17 entspricht.
[0022] Unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden Verschlammung und ruhende
Flüssigkeitsbereiche im Düsenrohr 15 durch die Vergleichmäßigung der Eindüsung vermieden.
Messungen haben dabei eine symmetrisch zur Mitte angeordnete Strömung durch Verwendung
des Innenrohres 17 ergeben, siehe dazu die Fig. 3 der Zeichnung mit einer schematischen
Darstellung der Strömungsverteilung der erfindungsgemäßen Vorrichtung (Kurve II) im
Vergleich zum Stand der Technik (Kurve I).
Bezugszeichenliste
[0023]
- 10
- Vorrichtung zum Aufspritzen von Beiz- und/oder Spülflüssigkeit
- 11
- Beiz- und/oder Spülflüssigkeit
- 12
- Behandlungsgut
- 13
- Oberfläche (von 12)
- 14
- Spritzdüse
- 15
- Düsenrohr
- 16
- äußeres Düsenrohr
- 17
- inneres Zuführungsrohr
1. Vorrichtung (10) zum Aufspritzen von Beiz- und/oder Spülflüssigkeit (11) auf ein metallisches
Behandlungsgut (12), insbesondere Stahlband oder Metallband, mit einem Düsenrohr (15)
in dessen Wandung auf das Behandlungsgut gerichtete Spritzdüsen (11) integriert sind,
wobei
das Düsenrohr ein geschlossenes Ende und ein offenes Ende aufweist, letzteres zum
Zuführen der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit (11) in das Düsenrohr (15);
gekennzeichnet durch
ein Zuführungsrohr (17), welches im Bereich der Spritzdüsen im Innern des Düsenrohres
so angeordnet ist, dass eines der beiden offenen Enden des Zuführungsrohres dem geschlossenen
Ende des Düsenrohres beabstandet gegenüber steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Querschnittsfläche des äußeren Düsenrohres (16) zwischen 2,5 bis 3,5 mal der
Querschnittsfläche des inneren Zuführungsrohres (17) entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Länge des inneren Zuführungsrohres (17) mindestens vor der letzten Spritzdüse
(14) des äußeren Düsenrohres (16) endet.
4. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das innere Zuführungsrohr koaxial zu dem Düsenrohr in dessen Innern angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Zuführungsrohr im Innern des Düsenrohres lediglich punktuell, z.B. durch einzelne
radiale Streben, gegen das Düsenrohr abgestützt ist, so dass sich die Beiz- und/oder
Spülflüssigkeit in einem gesamten Zwischenraum zwischen der Außenseite des Zuführungsrohrs
und der Innenseite des Düsenrohrs verteilen und ausbreiten kann.
6. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Beiz- und/oder Spülflüssigkeit unter Druck in das offene Ende des Düsenrohres
und gleichzeitig in das dem geschlossenen Ende des Düsenrohres abgewandte eine offene
Ende des inneren Zuführungsrohres eingebracht wird;
dass der Anteil an der Beiz- und/oder Spülflüssigkeit, welcher in das innere Zuführungsrohr
eingebracht wird, nahezu ohne Druckverlust durch das Zuführungsrohr fließt, um dann
aus dem anderen offenen Ende des Zuführungsrohres auszutreten, gegen das beabstandete
geschlossenen Ende des Düsenrohres zu prallen und um in dem Bereich zwischen dem geschlossenen
Ende des Düsenrohres und dem zugewandten anderen offenen Ende des Zuführungsrohres
und eventuell auch in einen Zwischenraum zwischen dem inneren Zuführungsrohr und dem
Düsenrohr hinein zu verwirbeln; und dass die unter Druck stehende Beiz- und/oder Spülflüssigkeit
in dem Zwischenraum über die Spritzdüsen nach außerhalb des Düsenrohres auf das Behandlungsgut
gespritzt wird.