DE69201173T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Entzundern eines warmgewalzten Metallgegenstandes. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entzundern eines warmgewalzten Gegenstands sowie eine Vorrichtung für die Anwendung dieses Verfahrens.
• Eine zur Zeit häufig angewandte Entzunderungstechnik besteht in der Verwendung flacher Wasserstrahlen unter hohem Druck, die auf die Oberfläche des gewalzten Gegenstands aufgespritzt werden. Diese Strahlen sind üblicherweise ortsfest, wobei der zu entzundernde Gegenstand an den Sprühdüsen vorbeiläuft. Daraus folgt, daß die Strahlen die gesamte Oberfläche des Gegenstands und noch mehr bedecken, da bestimmte Bereiche aufgrund der Überdeckung der benachbarten Düsen zweimal besprüht werden.
• Diese Technik erfordert hohe Spritzdrücke, was wiederum einen erheblichen Energieverbrauch mit sich bringt. Außerdem hat sie einen hohen Wasserverbrauch zur Folge.
• Ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 6 sind aus der US-A-3 811 305 bekannt.
• Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in einem Entzunderungsverfahren, das eine im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren zumindest gleichwertige Entzunderung ermöglicht, wobei gleichzeitig mit einem Flüssigkeitsdruck und einem Wasserverbrauch gearbeitet werden kann, die deutlich niedriger als bei diesen herkömmlichen Verfahren ausfallen.
• Die Erfindung beruht auf der unlängst durch den Anmelder gemachten unerwarteten Beobachtung, daß es nicht notwendig ist, Druckwasser auf die gesamte Oberfläche des Gegenstands aufzuspritzen, um eine sachgerechte Entzunderung herbeizuführen. Mit anderen Worten: Der Deckungsfaktor liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren unter 100 %, während er bei den herkömmlichen Verfahren - zuweilen in beträchtlichem Maße - über 100 % liegt. Der Deckungsfaktor ist hier definiert als das Verhältnis zwischen dem Teil der Oberfläche des Gegenstands, der direkt durch den Druckwasserstrahl berührt wird, und der Gesamtoberfläche des Gegenstands.
• Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Entzundern eines warmgewalzten Metallgegenstands, bei welchem man ein flüssiges Mittel in Form einer Vielzahl von untereinander parallelen Strahlen auf die Oberfläche des besagten Gegenstands spritzt, der in einer ersten Richtung vorbeiläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen kohärent sind und einen Durchmesser von weniger als 2,5 mm aufweisen und daß man die besagte Vielzahl von Strahlen in einer alternierenden Abtastbewegung in einer zweiten Richtung, welche keine Parallelität zu der besagten ersten Richtung aufweist, fortbewegt.
• Im Sinne der vorliegenden Patentanmeldung handelt es sich bei einern kohärenten Strahl um einen vollen Stahl mit einem in etwa konstanten Querschnitt. Mit anderen Worten: Ein kohärenter Strahl enthält keine Luftblasen, er umfaßt weder Wirbel noch eine Aufspaltung oder Erweiterung des Flüssigkeitsstrangs.
• Die kohärenten Flüssigkeitsstrahlen haben vorteilhafterweise einen Durchmesser zwischen 0,8 mm und 2 mm.
• Nach einer besonderen Anwendung sind die besagten Strahlen quer im Verhältnis zu dem zu entzundernden Gegenstand verteilt, und zwar in einer Richtung, die nicht parallel und vorzugsweise senkrecht zur Fortbewegungsrichtung des besagten Gegenstands verläuft.
• Die Richtung der besagten alternierenden Bewegung der kohärenten Strahlen in der Ebene der zu entzundernden Oberfläche kann im Prinzip beliebig sein, außer parallel zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstands. Diese alternierende Bewegung erfolgt jedoch vorzugsweise in einer Richtung, die senkrecht zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstands steht, um einerseits die Anzahl der Strahlen und andererseits ihre Querbewegung zu begrenzen.
• Der Versorgungsdruck der besagten Strahlen ist kleiner als 75 bar, wobei er vorzugsweise zwischen 20 bar und 60 bar liegt.
• Nach einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung für die Anwendung des vorstehend beschriebenen Entzunderungsverfahrens.
• Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Entzundern eines warmgewalzten Metallgegenstands umfaßt eine Vielzahl von Düsen, die parallel zueinander angeordnet und zu dem zu entzundernden Gegenstand hin gerichtet sind, ferner Einrichtungen zur Versorgung der besagten Düsen mit unter Druck stehendem flüssigem Mittel sowie Hilfsmittel, um den besagten Düsen eine alternierende Abtastbewegung in einer Richtung zu verleihen, die nicht parallel zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstands verläuft.
• Die Düsen haben eine Austrittsöffnung, deren Durchmesser kleiner als 2,5 mm ist, wobei er vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 2 mm liegt.
• Der Abstand der Düsen, d.h. die Entfernung, die sie in Richtung ihrer alternierenden Bewegung trennt, und der Weg der Düsen im Verlauf dieser Bewegung müssen sinnvoll aufeinander abgestimmt sein, damit die Endstrahlen am Ende des Abtastwegs die Kanten des zu entzundernden Gegenstands erreichen.
• Nach einem besondere Merkmal liegt der Abstand der Düsen zwischen 15 mm und 80 mm. Eine Entfernung von 15 mm entspricht praktisch dem minimalen Zwischenraum, der für die Montage der Düsen erforderlich ist. Dagegen müßten Düsen mit einem Abstand von mehr als 80 mm eine zu lange Abtastung vornehmen, um die erforderlich Abdeckung des Gegenstands herbeizuführen. Der Abtastweg der Düsen, der sich aus der Amplitude ihrer alternierenden Bewegung ergibt, muß mindestens gleich dem Abstand der Düsen sein, um zu verhindern, daß auf dem Gegenstand Längszonen bestehen bleiben, die durch zwei benachbarte Strahlen nicht erreicht werden.
• Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden detaillierteren Beschreibung, die sich auf Anwendungsbeispiele bezieht und die durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird, auf denen folgendes dargestellt ist:
• Figur 1 zeigt eine Draufsicht zur Darstellung der Position von Flachstrahldüsen nach dem Stand der Technik, die entlang der Breite eines zu entzundernden Stahlbands verteilt sind.
• Figur 2 zeigt eine Vorderansicht zur Darstellung einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung in einer Position oberhalb eines Stahlbands.
• Figur 3 zeigt den Verlauf von zwei benachbarten Wasserstrahlen auf der Oberfläche eines Stahlgegenstands.
• Figur 4 und 5 zeigen Draufsichten des Stahlbands von Fig. 2 mit Einzeichnung der Zonen, die durch zwei benachbarte Wasserstrahlen mit unterschiedlichen Strahldurchmessern entzundert werden.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen schematische Darstellungen ohne besonderen Maßstab, in denen nur die für das richtige Verständnis der Erfindung erforderlichen Elemente wiedergegeben werden. So werden insbesondere keine Mittel für die Zuleitung von Entzunderungsflüssigkeit und keine Mittel für die Anwendung der alternierenden Bewegung dargestellt, bei denen es sich um jede bekannte Ausführung handeln kann. Die Bewegungsrichtung der beweglichen Elemente, wie etwa des Bands und der Düsen, sowie die Umlaufrichtung der Entzunderungsflüssigkeit werden jeweils durch entsprechende Pfeile angegeben. Die Figuren 3 und 4 werden nur als beziffertes Beispiel angeführt und können auf keinen Fall eine Einschränkung des Anwendungsbereichs der Erfindung zur Folge haben.
• Fig. 1 zeigt einen Gegenstand, im vorliegenden Falle ein Stahlband 1, das sich in Richtung des Pfeils 2 bewegt. Über dem Stahlband 1 sind ortsfeste Flachstrahldüsen 3 angeordnet, die über die Breite des Bands 1 verteilt und schräg im Verhältnis zu dessen Fortbewegungsrichtung angeordnet sind. Bei dieser für den Stand der Technik typischen Anordnung der Flachstrahldüsen wird die gesamte Oberfläche des Bands direkt durch die Entzunderungsflüssigkeit, im vorliegenden Falle Wasser, erfaßt. Ein nicht unerheblicher Teil dieser Oberfläche wird darüber hinaus zweimal direkt durch das Wasser berührt, was mit der Überdeckung der Düsen 3 zusammenhängt. In Fig. 1 werden die direkt von jedem Flachstrahl erfaßten Streifen 4 der Oberfläche dargestellt, wobei die Überlagerungszonen 5 durch Schraffierung angedeutet werden. Dadurch wird häufig ein Deckungsfaktor von 1,1 bis 1,3 entsprechend den derzeitigen Anlagen erreicht. Diese Anlagen arbeiten typischerweise mit Wasserzuleitungsdrücken in einer Größenordnung von 110 bis 150 bar und mit spezifischen Wasserdurchsätzen in einer Größenordnung von 25 Litern pro Quadratmeter Bandoberfläche. Derartige Wasserdurchsätze bewirken im übrigen eine erhebliche Abkühlung der zu entzundernden Gegenstände, insbesondere der Stahlbänder.
• Eine Vorrichtung gemäß einer Variante der Erfindung wird schematisch in Fig. 2 dargestellt, die sich ebenfalls auf das Entzundern eines Stahlbands bezieht, das hier im Querschnitt zu sehen ist und das sich in Richtung des Pfeils 2 bewegt. Diese Vorrichtung umfaßt einen horizontalen Versorger 6, der quer über dem Band 1 angeordnet ist und sich in etwa über dessen gesamte Breite erstreckt. Der Versorger 6 ist mit vertikalen Rohren 7 versehen, die zum Band 1 hin gerichtet sind und die an ihrem unteren Ende Düsen 8 tragen. Dem Versorger 8 wird Druckwasser über geeignete Mittel zugeleitet, die hier nicht dargestellt, sondern durch den Pfeil 9 nur symbolisch angedeutet werden.
• Die aus dem Versorger 6, den Rohren 7 und den Düsen 8 bestehende Einheit wird in einer alternierenden Schwenkbewegung um einen Drehpunkt P angetrieben. Diese quer im Verhältnis zur Fortbewegungsrichtung des Bands 1 ausgerichtete Bewegung wird durch den Doppelpfeil 10 angedeutet. Dies kann beispielsweise über einen Kurbeltrieb erfolgen.
• Der Abstand der Düsen, das heißt ihre Entfernung D in Richtung der Breite des Bands, liegt zwischen 15 mm und 80 mm. Im vorliegenden Beispiel beträgt er vorzugsweise 25 mm. Ihr Abtastweg C, das heißt die Amplitude der alternierenden Querbewegung, liegt zwischen dem einfachen und zweifachen Abstand, das heißt vorzugsweise zwischen 30 mm und 160 mm. In diesem besonderen Fall beträgt er 37,5 mm.
• In Fig. 2 wird die Vorrichtung in ihrer mittleren Position dargestellt. Während des Betriebs schwenkt sie abwechselnd zu einer der beiden Kanten des Bands bis zu Endpositionen oder Totpunkten, in denen sich ihre Geschwindigkeit umkehrt und die Strahlen der Enddüsen praktisch die jeweiligen Ränder des Bands 1 erreichen.
• Bei den Düsen 8 handelt es sich um Düsen mit konzentriertem Rundstrahl, deren Austrittsöffnung einen Durchmesser d zwischen 0,8 mm und 2 mm aufweist. Der Durchmesser der Strahlen bleibt über ihre gesamte Länge in etwa konstant, so daß ihre Auftrefffläche auf der Bandoberfläche einen Kreis bildet, der diesen gleichen Durchmesser d besitzt.
• Bei der alternierenden Bewegung der Düsen 8, die in Verbindung mit der in Längsrichtung verlaufenden Fortbewegung des Bands 1 erfolgt, beschreiben die Auftreffflächen der Wasserstrahlen einen sinusförmige Verlauf auf dem Band. Die direkt durch einen Strahl getroffene Bandoberfläche bildet somit eine in etwa sinusförmige Bahn, wobei zwei benachbarte Bahnen je nach der Amplitude der alternierenden Bewegung der entsprechenden Düsen mehr oder weniger tief ineinandergreifen können. Der Teil der Oberfläche des Gegenstands, auf den direkt n Strahlen mit dem Durchmesser d auftreffen, ist folglich gleich (n x d x l), wobei L die Länge einer sinusförmigen Bahn ist. Dieser Teil bildet nur einen Bruchteil der Gesamtoberfläche, so daß der Deckungsfaktor stets unter 100 % liegt. Der Verlauf zweier dieser sinusförmigen Bahnen 11, 11' wird in Fig. 3 dargestellt. In diesem Falle hatten die Strahlen einen Durchmesser d = 0,95 mm, einen Abstand D = 30 mm und einen Weg C = 40 mm. Ihre Abtastfrequenz war f = 12,4 Hz. Der Gegenstand - in diesem Falle ein Knüppel - bewegte sich mit einer Geschwindigkeit v = 0,11 m/s. Unter diesen Bedingungen lag der Deckungsfaktor bei 29,8 %.
• Darüber hinaus wurde bei Tests festgestellt, daß die Wirkungszone eines Strahls deutlich über die direkte Auftrefffläche dieses Strahls auf dem Band hinausgeht. Die Breite der durch einen Stahl mit dem Durchmesser d entzunderten Bahn liegt zwischen 5 d und 10 d, je nach dem Durchmesser des Strahls, dem Auftreffdruck der Entzunderungsflüssigkeit, der Bewegungsgeschwindigkeit des Strahls und der Art des Zunders.
• Die Figuren 4 und 5 zeigen als Beispiel die Bereiche der Oberlfäche eines Stahlbands, das durch zwei benachbarte Strahlen mit jeweils unterschiedlichen Durchmessern entzundert wurden.
• In der Darstellung von Fig. 4 bewegt sich das Band - mit Blick auf die Zeichnung - von links nach rechts mit einer Geschwindigkeit v = 0,25 m/s. Dabei werden durch gestrichelte Linien die Bahnen 11, 11' angedeutet, die durch die Strahlen der beiden Düsen 8, 8' beschrieben werden, und mit durchgezogenen Linien 12, 12' und 13, 13' die Grenzen der Wirkungszonen der Strahlen, die aus jeder dieser Düsen austreten. Quer im Verhältnis zur Fortbewegungsrichtung des Bands 1 weisen diese Düsen einen Abstand D von 25 mm und einen Abtastweg C von 37,5 mm auf. Die Bahnen 11, 11' verlaufen in etwa sinusförmig. In den dargestellten Beispielen wurde ihre Frequenz f so gewählt, daß die Tangente am Ursprung der Sinuskurve einen Winkel α = 15 Grad mit der Bewegungsrichtung der Düsen 8, 8' bildet. Unter Berücksichtigung der Geschwindigkeit v des Bands und des Wegs C der Düsen hat die Frequenz der Düsenbewegung den Wert f = 13,5 Hz. Aufgrund der gegenwärtigen Bewegungsgeschwindigkeiten von warmgewalzten Gegenständen liegt die Frequenz f vorzugsweise zwischen 5 Hz und 50 Hz, um zum einen die Bahnen ausreichend eng zu halten und um zum anderen die mechanischen Belastungen der beweglichen Einheit zu begrenzen. Darüber hinaus erfolgt die Wasserzuleitung zu den Düsen mit einem Druck von 70 bar.
• In Fig. 4 hatten die Düsen einen Austrittsdurchmesser d = 0,85 mm, und die durch jede Düse entzunderte Bahn hatte eine Breite L = 6 mm. Es ist festzustellen, daß unter den gewählten Bedingungen bei jedem Wechsel ein dreieckiger Bereich 14, 14' außerhalb der Wirkungszonen der Strahlen 8, 8' bestehen bleibt.
• In Fig. 5 sind alle Bedingungen die gleichen wie in Fig. 4, mit Ausnahme des Austrittsdurchmessers der Düsen 8, 8', der hier den Wert d = 1,3 mm hat. Ihre jeweiligen Wirkungszonen haben von daher eine Breite L = 9 mm. Dadurch werden die dreieckigen Bereiche 14, 14' ganz erheblich verkleinert.
• Es dürfte leicht verständlich sein, daß es möglich ist, diese Bereiche 14, 14' vollständig verschwinden zu lassen, indem einer oder mehrere der folgenden Parameter entsprechend geändert werden: der Durchmesser der Strahlen d und folglich die Breite L, der Winkel α und folglich die Frequenz f, der Weg C oder der Abstand D der Düsen, der Druck p des zugeleiteten Wassers.

Claims (10)

1. Verfahren zum Entzundern eines warmgewalzten Metallgegenstandes, bei welchem man ein flüssiges Mittel, unter der Form einer Vielzahl von untereinander parallelen Strahlen, auf die Oberfläche des besagten Gegenstandes spritzt, der in einer ersten Richtung vorbeiläuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen kohärent sind und einen Durchmesser von weniger als 2,5 mm aufweisen, und dar man die besagte Vielzahl von Strahlen in einer alternativen abtastenden Bewegung in eine zweite Richtung, welche keine Parallelität zu der besagten ersten Richtung aufweist, fortbewegt.

2. Verfahren zum Entzundern gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlen des flüssigen Mittels einen zwischen 0,8 mm und 2 mm liegenden Durchmesser aufweisen.

3. Verfahren zum Entzundern gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung der besagten Bewegung der Strahlen des flüssigen Mittels senkrecht zu der besagten ersten Richtung steht.

4. Verfahren zum Entzundern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Versorgungsdruck der besagten Strahlen des flüssigen Mittels kleiner als 75 bar ist und dar er vorzugsweise zwischen 20 bar und 60 bar liegt.

5. Verfahren zum Entzundern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz der besagten alternativen Bewegung zwischen 5 HZ und 50 HZ liegt.

6. Vorrichtung zum Entzundern eines warmgewalzten Metallgegenstandes zwecks Anwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, welche in sich eine Vielzahl von Düsen (8), welche parallel zueinander und gegen den zu entzundernden Gegenstand gerichtet sind, Einrichtungen (6,9) für die Versorgung besagter Düsen mit flüssigem unter Druck stehenden Mittel, sowie Hilfsmittel (10) um den besagten Düsen (8) eine alternative abtastenden Bewegung in einer Richtung zu verleihen, umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die alternative abtastende Bewegung in eine Richtung erfolgt, welche nicht parallel zur Fortbewegungsrichtung des Gegenstandes (1) ist.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser am Ausgang der besagten Düsen (8) kleiner als 2,5 mm ist und vorzugsweise zwischen 0,8 mm und 2 mm liegt.

8. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (D) zwischen den Düsen (8) zwischen 15 mm und 80 mm liegt.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude (C) der alternativen abtastenden Bewegung zwischen einmal und zweimal dem Abstand (D) der Düsen (8) liegt.

10. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Versorger (6) umfaßt, auf welchem Rohre (7) montiert sind, welche ihrerseits die Düsen (8) tragen, während die aiternative Bewegung dem besagten Versorger (6) unmittelbar auferlegt wird.