Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet des Walzens eines metallischen
Walzgutes, insbesondere eines in einem Walzspalt zwischen zwei Arbeitswalzen hindurch
geführten Walzbandes, wobei zum Zwecke der Schmierung ein Schmiermittel verwendet
wird.
Stand der Technik
[0002] Es ist bekannt, dass beim Walzen von metallischem Walzgut, beispielsweise eines Metallbandes,
zum Zwecke der Schmierung und der Kühlung flüssige oder gasförmige Behandlungsmedien
verwendet werden. Diese Behandlungsmedien sind je nach Typ des Walzprozesses unterschiedlich:
beim Warmwalzen, bei dem das Walzgut auf mehrere 100°C erhitzt wird, wird üblicherweise
eine Wasser-Öl-Emulsion verwendet; beim Kaltwalzen, bei dem die Temperatur des Walzgutes
vor dem Walzvorgang üblicherweise unterhalb von 100° C liegt, erfolgt die Schmierung
im Walzspalt meist durch ein Kaltwalzöl, wobei zusätzlich eine Kühlflüssigkeit verwendet
wird.
[0003] Obwohl die zugeführte Walzflüssigkeit sowohl beim Warmwalzen als auch beim Kaltwalzen
am Gerüstboden aufgefangen und nach einer Aufbereitung im Walzprozess prinzipiell
wieder verwendet werden kann, ist man bestrebt, den Verbrauch an Schmier- und Kühlmittel
möglichst gering zu halten.
Darstellung der Erfindung
[0004] Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Aufbringen eines Schmiermittels beim Walzen eines metallischen Walzgutes anzugeben,
bei dem der Schmiermittelverbrauch möglichst gering ist.
[0005] Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch
eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen definiert.
[0006] Gemäß einem Grundgedanken der Erfindung wird als Medium zur Walzspaltschmierung nicht
eine Walzflüssigkeit, sondern ein Spray, das heißt ein Gemisch aus Walzöl und einem
Trägergas verwendet. Das Schmiermittel wird in einem Zerstäuber in fein verteilte
Flüssigkeitstropfen zerteilt und mittels des Trägergases in den Walzspalt eingetragen.
Dies Aufbringen beziehungsweise Einbringen in den Walzspalt kann entweder durch Sprühen
auf die Oberfläche der Arbeitswalzen, und/oder auf die Oberfläche des in den Walzspalt
einlaufenden Walzgutes erfolgen. Durch den homogenen Auftrag des Schmiermittels als
Spray, kann der Schmiermittel-Verbrauch vergleichsweise gering gehalten werden. Das
in Tröpfchenform vorliegende Schmiermittel benetzt sehr gezielt nur jene Bereiche
der Oberfläche von Arbeitswalze und/oder Walzgut, welche für die Reibung beim Walzen
maßgeblich sind. Entscheidend ist dabei lediglich, dass eine zur Schmierung ausreichende
Ölmenge in den Walzspalt gelangt; dies kann grundsätzlich durch ein Aufsprühen auf
die Oberfläche der Arbeitswalzen oder auf die Oberfläche des einlaufenden Walzbandes,
oder auf beide Oberflächen erreicht werden. Verglichen mit einer Emulsion, ist die
Konzentration des Schmiermittels im Walzspalt deutlich höher. Damit erhöht sich die
Effizienz des eingesetzten Schmierstoffs, denn in den Walzspalt gelangt gerade so
viel Walzöl, wie je nach Art des Walzgutes zur Verringerung der Reibung im Walzspalt
gefordert ist. In Breitenrichtung des Walzbandes gesehen ermöglicht die Erfindung
einen gleichmäßigen Auftrag des Schmiermittels. Dadurch verringert sich die Gefahr,
dass sich im Walzspalt in Breitenrichtung unterschiedliche Reibungsverhältnisse einstellen.
Dies ist insbesondere beim Kaltwalzen von besonderem Vorteil, da die gewünschte Enddicke
des Metalls vergleichsweise gering ist und es leicht zu einem lokalen Brechen des
Schmierfilms kommen kann. Außerdem wird beim Kaltwalzen in der Regel eine gute Oberflächenqualität
des Metallbandes angestrebt, was eine ausreichende Schmierung im Walzspalt voraussetzt.
Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass der Schmierstoff in reiner Form, dass
heißt nicht in Form einer Emulsion, verwendet wird, so dass ein Emulgator im Schmierstoff
nicht erforderlich ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Öl verhältnismäßig
leicht vom Kühlmittel, z.B. Wasser, getrennt und gegebenenfalls nach einer Aufbereitung
wieder verwendet, das heißt in einem Umlauf geführt werden kann.
[0007] Günstig ist, wenn das Auftragen des Schmiermittels durch einzelne Sprühdüsen erfolgt,
welche in einer Reihe angeordnet sind und jeweils einen im Querschnitt gesehen im
Wesentlichen flach ausgebildeten Sprühstrahl erzeugen. Die einzelnen Querschnitte
können sich dabei im Randbereich überlagern. Auf diese Weise kann über die Breite
des Walzbandes gesehen ein fächerförmiger Gesamt-Sprühstrahl erzeugt werden, mit dem
das Schmiermittel homogen und gezielt in den Walzspalt eingebracht werden kann. Um
eine über die Querschnittsfläche des Sprühstrahls gesehen möglichst homogene Verteilung
des Schmiermittels zu erreichen, ist es günstig, wenn Sprühdüsen verwendet werden,
die zumindest zwei Austrittsöffnungen aufweisen. Je nach Form dieser zumindest zwei
Austrittsöffnungen lässt sich sehr gut eine gleichmäßige Flächenkonzentration des
Schmiermittels beim Auftrag erreichen.
[0008] Für einen gleichmäßigen Schmiermittel-Auftrag kann es günstig sein, wenn Düsen verwendet
werden, die ein sphärisch gekrümmtes Mundstück aufweisen. Auf diesem gekrümmten Mundstück
sind zwei bezüglich einer Symmetrieachse symmetrisch ausgebildete C-förmige Schlitze
vorgesehen. Dadurch kann mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Düsen ein Spray
gebildet werden, der das Schmiermittel gleichmäßig aufträgt. Je nach Tiefe und Winkellage
dieser Schlitze kann der Querschnitt dieser Sprühstrahlen beeinflusst werden.
[0009] Um das Schmiermittel möglichst effizient in den Walzspalt einzubringen kann es vorteilhaft
sein, wenn der Spray aus einer Aneinanderreihung von einzelnen Sprühstrahlen gebildet
wird, wobei jeder dieser Sprühstrahlen in seiner Breitenrichtung gesehen etwa parallel
zur Achse der beiden Arbeitswalzen gerichtet wird.
[0010] Als Trägermedium für die Schmierstofftröpfchen kann in einfacher Ausgestaltung des
Verfahrens Luft verwendet werden.
[0011] Hinsichtlich des Energieeinsatzes kann es von besonderem Vorteil sein, wenn Walzöl
verwendet wird, welches nicht erhitzt, sondern im Wesentlichen mit einer Temperatur
verwendet wird, welche der Umgebungstemperatur entspricht.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
[0012] Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im nachfolgenden Teil der Beschreibung
auf die Zeichnungen Bezug genommen, aus denen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen,
Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung anhand eines nicht einschränkenden
Ausführungsbeispiels zu entnehmen sind.
[0013] Es zeigen:
- Figur 1
- einen schematischen Vertikalschnitt durch ein Walzgerüst, der Anordnung der erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Einbringung eines Schmiermittels in den Walzspalt;
- Figur 2
- einen Sprühbalken mit aneinander gereihten Sprühdüsen in einer räumlichen Darstellung,
wobei der aus einzelnen Sprühstrahlen zusammengesetzte Gesamt-Sprühstrahl skizziert
ist;
- Figur 3
- eine Schnittdarstellung einer Zerstäubungseinrichtung samt Sprühdüse;
- Figur 4
- eine Ausführungsform des Mundstücks einer Sprühdüse in einer räumlichen und in einer
geschnittenen Darstellung;
- Figur 5
- eine Detaildarstellung der Walzspaltschmierung in einer vergleichenden Darstellung
zwischen einer Schmierung mit Emulsion und einer Schmierung mit Walzöl.
Ausführung der Erfindung
[0014] Die Figur 1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung einen vertikalen Schnitt
durch ein Walzgerüst. Das Walzgerüst besteht im Wesentlichen aus den beiden Arbeitswalzen
2' und 2'', sowie den jeweiligen Stützwalzen 3' und 3''. Im Walzspalt 8 wird zwischen
den beiden Arbeitswalzen 2' und 2" ein Walzband 28 in der durch den Pfeil angegebenen
Richtung von links nach rechts hindurchgeführt. Einlaufseitig ist jeweils an der Oberseite
und der Unterseite des Walzbandes 28 die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 skizziert,
welche ein verdüstes Walzöl in Richtung des Walzspaltes 8 sprüht. Die Zerstäubung
des Walzöls erfolgt jeweils in einer Zerstäubungseinrichtung 4, welcher über Leitungen
6 bzw. 7 Walzöl bzw. Luft zugeführt wird.
[0015] Wie unten stehend noch näher erläutert, wird in der Zerstäubungseinrichtung 4 ein
Gemisch aus Luft und Schmiermittelteilchen gebildet, welches mittels einer Anordnung
von Sprühdüsen 5 als Spray aufgetragen wird. Dieser Spray schlägt sich auf der Oberfläche
21 der Arbeitswalzen 2' und 2'' und/oder an der Oberfläche 23 des Walzbandes 28 nieder,
wodurch die angestrebte Herabsetzung der Reibungsverhältnisse im Walzspalt 8 bewirkt
wird. In der Wanne 17 wird Walzöl zusammen mit dem Kühlmittel aufgefangen und mittels
einer Förder- und Wiederaufbereitungsanlage recycelt.
[0016] Die Figur 2 zeigt eine Anordnung von Sprühdüsen 5 auf einem Sprühbalken 13. Jeder
Sprühdüse 5 ist jeweils über eine erste Leitung 6 Walzöl und über eine zweite Leitung
7 Luft zugeführt. Jede Sprühdüse 5 erzeugt einen Sprühstrahl 9, der im Querschnitt
15 gesehen flach ausgebildet ist. Die Aneinanderreihung dieser einzelnen flachen Sprühstrahlen
9 bildet einen hinsichtlich der Ölkonzentration homogenen Gesamt-Sprühstrahl 19.
[0017] Die Figur 3 zeigt eine Schnittzeichnung der Zerstäubungseinrichtung 4. Wie bereits
gesagt wird dieser Zerstäubungseinrichtung 4 jeweils über eine Anschlussleitung 6
Walzöl und über eine andere Anschlussleitung 7 Luft zugeführt. Die Erzeugung des Öl-Luft-Gemischs
erfolgt in an sich bekannter Weise: In einer Verwirbelungskammer 31 treffen die beiden
Medien Luft 27 und Öl 26 aufeinander. Die mit hoher Geschwindigkeit an einer Blende
des Walzöl-Zulaufs 6 vorbei strömende Luft 27 reißt dabei Öl-Partikel 26 mit, so dass
sich in der Verwirbelungskammer 31 ein Gemisch aus Luft und fein verteilten Öl-Flüssigkeitströpfchen
bildet. Größe und Ausbildung dieser Flüssigkeitströpfchen können dabei jeweils durch
die Menge der zugeführten Medien und durch Blenden in einem breiten Bereich eingestellt
werden. Diese Blenden im Zulauf von Luft und Öl sind in der Zerstäubungseinrichtung
4 auswechselbar. Dadurch ist es möglich, je nach Anforderung ein geeignetes Gemisch
aus Luft und Flüssigkeitsteilchen herzustellen. Dieses Gemisch wird über ein kurzes
Verbindungsstück einer Sprühdüse 5 zugeführt. Die Sprühdüse 5 ist im Bereich einer
Mündung 18 sphärisch gekrümmt. Im Bereich der sphärischen Krümmung 12 sind zwei Austrittsöffnungen
10 ausgebildet. Jede dieser Austrittsöffnungen 10 wird durch einen Schlitz im Bereich
der Mündung 18 gebildet. Die Herstellung dieses Schlitzes in der sphärischen Krümmung
10 kann einfach durch einen Einschnitt mit einem Sägeblatt erfolgen.
[0018] Die Figur 4 zeigt zwei Ansichten des Mundstücks 18: in der oberen Darstellung ist
das Mundstück 18 in einer geschnittenen Ansicht, in der unteren Darstellung in einer
räumlichen Ansicht zu sehen. Das Mundstück 18 ist nach außen konvex gekrümmt. In der
vorliegenden Ausführungsform ist die Krümmung 12 ein Kreisbogen. Eine korrespondierende
Krümmung ist auch an der inneren Wand des Mundstücks 18 ausgebildet. Am Zenit der
Krümmung 12 sind zwei durch Einschnitte gebildete Austrittsöffnungen 10 für das Gemisch
zu sehen, die - in einer der Ausströmrichtung entgegengesetzten Richtung gesehen -
jeweils die Form eines "C " aufweisen. Die Anordnung dieser beiden C-förmigen Austrittsöffnungen
10 ist dabei so gewählt, dass die Schenkel 25 der beiden "C" von einer Symmetrieachse
11 weg weisen. Anders ausgedrückt, die beiden Einschnitte "C" liegen Rücken-an-Rücken.
Die Herstellung dieser Austrittsöffnungen 10 erfolgt durch Einschnitte. Die Ebenen
der Einschnitte 10 stehen in einem Winkel 30 zueinander. Die Schlitzbreite 14 dieser
Einschnitte liegt vorteilhaft etwa zwischen 0,6 bis 0,7 mm. Durch diese Ausbildung
des Mündungsbereichs der Sprühdüse 5 wird erreicht, dass ein Sprühstrahl 9 gebildet
wird, der eine flache Querschnittsfläche und eine weitgehend homogene Verteilung der
Schmiermittelkonzentration aufweist.
[0019] Die Figur 5 veranschaulicht in einer stark vereinfachten Darstellung die Schmierung
im Walzspalt, wobei die obere Darstellung die Schmierung mit Emulsion gemäß Stand
der Technik, die untere Darstellung, die erfindungsgemäße Aufbringung des Walzöls
mittels eines Sprays darstellt. Obwohl es auch bei der Emulsionsschmierung zu einer
Anlage von Schmierstoff 26 an der Oberfläche 21 der Arbeitswalze 2', 2" und an der
Oberfläche 23 des Walzbandes 8 kommt, ist aufgrund der Emulsion 20 die Schmiermittelkonzentration
im Walzspalt 8 geringer als bei der Einbringung des Schmiermittels in Form eines Sprays,
was in der unteren Darstellung der Figur 5 veranschaulicht ist.
[0020] Dank der Erfindung bildet sich im Walzspalt 8 eine verglichen mit Emulsions-Schmierung
höhere Konzentration von Schmiermittel aus. Abhängig von der Walzgeschwindigkeit,
der Walzenrauheit und anderen Prozessgrößen kann ein vergleichsweise niedriger Ölverbrauch
von 50 ml pro Minute bis 200 ml pro Minute pro Walzgerüst erreicht werden. Bei der
Herstellung von Walzband ist dies ein erheblicher Kostenvorteil. Ein weiterer Vorteil
ergibt sich durch die sehr stark verringerte Reibung im Walzspalt, wodurch die Walzkräfte
und Walzmomente für den Walzprozess verringert werden können. Insbesondere beim Kaltwalzen
kann eine sehr gute Oberflächenqualität des Walzbandes erzielt werden.
Zusammenstellung der verwendeten Bezugszeichen
[0021]
- 1
- Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels
- 2', 2''
- Arbeitswalze
- 3', 3''
- Stützwalze
- 4
- Zerstäubungseinrichtung
- 5
- Sprühdüse
- 6
- Leitung (Schmiermittel)
- 7
- Leitung (Trägergas)
- 8
- Walzspalt
- 9
- Sprühstrahl
- 10
- Austrittsöffnung
- 11
- Symmetrieachse
- 12
- Krümmung
- 13
- Sprühbalken
- 14
- Schlitzbreite
- 15
- Querschnitt
- 16
- Förder- und Aufbereitungsanlage
- 17
- Wanne
- 18
- Mundstück
- 19
- Gesamt-Sprühstrahl
- 20
- Emulsion
- 21
- Oberfläche der Arbeitswalzen
- 22
- Kühlmittel
- 23
- Oberfläche des Walzbandes
- 24', 24''
- Achse der Arbeitswalze 2', 2"
- 25
- Schenkel
- 26
- Schmiermittel, Walzöl
- 27
- Trägergas, Luft
- 28
- Walzband
- 29
- Dosierpumpe
- 30
- Winkel
- 31
- Verwirbelungskammer
1. Verfahren zum Aufbringen eines Schmiermittels beim Walzen von metallischem Walzgut,
insbesondere eines in einem Walzspalt (8) zwischen zwei Arbeitswalzen (2', 2'') hindurch
geführten Walzbandes (28),
gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte:
Erzeugen eines Gemischs aus Schmiermittel und einem Trägergas in einer Zerstäubungseinrichtung
(4);
Zuführen des Gemischs zu einzelne Sprühdüsen (5) einer Anordnung von Sprühdüsen (5),
um einen in Richtung der Breite des Walzbandes zusammenhängenden Gesamt-Sprühstrahl
(19) zu erzeugen, wobei der Gesamt-Sprühstrahl (19) aus im Querschnitt im wesentlichen
flache ausgebildeten Sprühstrahlen (9) zusammengesetzt wird;
Auftragen des Gesamt-Sprühstrahls (19) auf die Oberfläche (21) zumindest einer der
Arbeitswalzen und/oder auf die Oberfläche (23) des Walzbandes (28).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sprühstrahl (9) mittels einer Sprühdüse (5) gebildet wird, welche ein Mundstück
(18) mit zumindest zwei Austrittsöffnungen (10) aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein sphärisch gekrümmtes Mundstück (18) mit zumindest zwei bezüglich einer Symmetrieachse
(11) symmetrisch angeordneten Austrittsöffnungen (10) verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftragen des Gesamt-Sprühstrahls (19) eine Anordnung von Sprühdüsen (5) verwendet
wird, welche in einer Reihe auf einem Sprühbalken (13) angeordnet sind, und wobei
jede der Sprühdüsen (9) einen im Querschnitt gesehen im wesentlichen flache ausgebildeten
Sprühstrahl (9) erzeugt und wobei jeder der Sprühstrahlen (9) in seiner Breitenrichtung
gesehen etwa parallel zur Achse (24', 24'') einer Arbeitswalze (2',2'') gerichtet
wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Luft als Trägergas verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Schmiermittel ein Walzöl verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen des Gemischs der Zerstäubungseinrichtung Walzöl und Luft mit einer
Temperatur zugeführt werden, welche der Umgebungstemperatur entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzöl der Zerstäubungseinrichtung mittels einer Dossierpumpe (29) zugeführt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzöl in einer Menge von kleiner als 200 ml pro Minute zugeführt wird.
10. Vorrichtung zum Aufbringen eines Schmiermittels in den Walzspalt eines Walzgerüstes,
wobei durch den Walzspalt ein metallisches Walzband (28) hindurchgeführt wird, umfassend:
eine Zerstäubungseinrichtung (4), welcher das Schmiermittel und ein Trägergas zugeführt
ist, um ein Gemisch aus Schmiermittel und Trägergas zu erzeugen;
eine Anordnung von Sprühdüsen (5), die mit der Zerstäubungseinrichtung (4) verbunden
sind und denen jeweils das Gemisch über Verbindungsleitungen (6, 7) zugeführt ist,
wobei die Anordnung so gewählt ist, dass jede Sprühdüse (5) einen im Querschnitt gesehen
im wesentlichen flach ausgebildeten Sprühstrahl (9) erzeugt, welcher auf die Oberfläche
einer Arbeitswalze (2', 2'') und/oder auf die Oberfläche (23) des Walzbandes (28)
gerichtet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede Sprühdüse (5) eine Mundstück (18) mit zumindest zwei Austrittsöffnungen (10)
aufweist, die dazu eingerichtet sind, einen im Querschnitt im Wesentlichen flach ausgebildeten
Sprühstrahl (9) zu erzeugen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Mundstück im Bereich der Ausbildung der zumindest zwei Austrittsöffnungen sphärisch
gekrümmt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der sphärisch in Krümmung (12) des Mundstücks (18) zwei Austrittsöffnungen
(10) ausgebildet sind, welche bezüglich einer Symmetrieachse (11) symmetrisch sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Austrittsöffnungen (10) C-förmig mit einer von der Symmetrieachse (11)
wegweisenden Schenkeln (25) ausgebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen (10) jeweils eine Breite (14) aufweisen, wobei in diese Breite
(14) kleiner als ein Millimeter, bevorzugt 0,6 bis 0,7 mm ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung der Sprühdüsen (5) so gewählt ist, dass durch die einzelnen Sprühstrahlen
(9) der Sprühdüsen (5) ein zusammenhängender Gesamt-Sprühstrahl (19) gebildet wird,
welcher auf die Oberfläche einer Arbeitswalze (2', 2'') gerichtet ist und eine Breitseite
aufweist, die etwa parallel zur Achse (24', 24") der Arbeitswalze (2', 2'') ausgerichtet
ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein Walzöl und das Trägergas Luft ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzöl mittels einer Dossierpumpe (29) der Zerstäubungseinrichtung (4) zugeführt
ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Dossierpumpe (29) der Zerstäubungseinrichtung (4) das Walzöl in einem Volumenstrom
von kleiner als 200 ml pro Minute zuführt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Walzöl eine Temperatur aufweist, welche in etwa der Umgebungstemperatur des Walzgerüstes
entspricht.
21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Austrittsöffnungen (10) durch jeweils in einer Ebene liegende Einschnitte
im Mundstück (18) gebildet sind, wobei die Ebenen zueinander einen Winkel (30) einschließen.