Reinigungsvorrichtung und Verfahren zum Entfernen eines

Schmiermittels von den Walzen eines Walzgerüstes

Die Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Entfernen eines Schmiermittels von den Walzen eines Walzgerüstes. Walzgerüste, insbesondere in Warmbreitbandstraßen, enthalten in der Regel Vorrichtungen zur Walzspaltschmierung, die für gewöhnlich an der Einlaufseite des Walzgerüsts im Bereich der Arbeitswalze montiert sind. Ein Schmierstoff wird auf die Ar ^¬ beitswalze aufgebracht, wobei als Schmierstoff meist eine Wasser-Öl-Emulsion aufgesprüht wird. Der Schmierstoff redu ^¬ ziert den Reibungskoeffizienten zwischen der jeweiligen Walze und dem Walzgut deutlich. Dadurch sinken die Walzkräfte und die Oberflächenqualität des Walzguts wird verbessert. Dies führt dazu, dass wenige Walzschritte erforderlich sind und/oder das Profil und die Planheit des Walzgutes können durch einen größeren Freiheitsgrad bei der Walzkraft besser beeinflusst werden. Zudem ist der Energieverbrauch reduziert und das Produktionsspektrum vergrößert. Vor dem Anstich des Walzguts, welches beispielsweise ein

Walzband ist, müssen die Walzen, insbesondere die Arbeitswal ^¬ zen, jedoch frei von Schmierstoff sein, um den Reibungskoef ^¬ fizienten der Walze wieder zu erhöhen, sonst besteht das Risiko, dass das Walzgut nicht in das Walzgerüst eingezogen wird, was zu einer Unterbrechung des Walzprozesses führt. Aus diesem Grund wird kurz vor Ausfädeln des Walzguts die Walzspaltschmierung abgeschaltet, dadurch verbrennt das Schmiermittel durch die hohe Bandtemperatur vollständig bei den restlichen Walzenumläufen. Erst nach dem erneuten Einfädeln des nächsten Walzguts wird die Walzspaltschmierung wieder zugeschaltet. Kopf und Fuß des Walzguts werden also unge- schmiert gewalzt. Dies wirkt sich jedoch nachteilig auf den Walzvorgang aus, da der Fuß des Walzguts, der in der Regel am kältesten ist, die höchste Walzkraft erfordert.

Aus der Offenlegungsschrift JP 2002-178011-A ist bekannt nach dem Ausfädeln des vorherigen Walzbandes durch Aufsprühen von warmem Wasser unter Druck den Schmierstoff von der Walze gezielt zu entfernen. Der dafür benötigte Wasserdruck liegt, je nach Temperatur des Wassers, zwischen 3 MPa und 15 MPa. Die Wassertemperatur beträgt dabei mindestens 50°C. Nachteilig hierbei ist, dass die Erzeugung von Druck und das Aufheizen des Wassers, um einen guten Wirkungsgrad zu erreichen, jedoch sehr energieaufwendig sind.

Aus der WO 2006/089730 AI ist zudem ein Verfahren zum Reini- gen eines Metallbandes bekannt, bei dem das Metallband einer Ultraschallreinigung unterzogen wird, bei der das Metallband durch einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Behälter geführt wird . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Betrieb eines Walzgerüsts die Effizienz bei der Reinigung der Walzen des Walzgerüsts zu erhöhen, ohne den Wasserverbrauch zum Kühlen der Walzen wesentlich zu erhöhen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Reini ^¬ gungsvorrichtung zum Entfernen eines Schmierstoffs von den Walzen eines Walzgerüsts, wobei die Reinigungsvorrichtung mindestens einen Ultraschallgenerator zum Erzeugen von Ultraschallwellen umfasst, wobei die Ultraschallwellen mit Hilfe von Reinigungswasser zur Oberfläche der Walzen leitbar sind, wobei die Reinigungsvorrichtung eine Zufuhrleitung für das Reinigungswasser umfasst, wobei die Zufuhrleitung eine Abzweigung eines Kühlwasserkreislaufs für das Walzgerüst ist. Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch ein Ver ^¬ fahren zum Entfernen eines Schmierstoffs von den Walzen eines Walzgerüsts, wobei Reinigungswasser zur Oberfläche der Walzen befördert wird und mittels des Reinigungswassers Ultraschall- wellen zur Oberfläche der Walzen geleitet werden, wobei das Reinigungswasser von einem Kühlwasserkreislauf für das Walzgerüst abgezweigt wird. Die im Zusammenhang mit der Reinigungsvorrichtung nachstehend aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf das Verfahren übertragen.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der Druck der Reinigungsflüssigkeit reduziert werden kann, wobei jedoch weiterhin eine intensive Oberflächenreinigung mit einer hohen Effizienz vorliegt, indem die Reinigung durch Ultraschallwellen ergänzt wird, welche mit der Reinigungsflüssigkeit zu der Oberfläche der Walze propagieren und die Reinigungswirkung erhöhen. Ultraschall ist dafür bekannt, auch in kleinen Vertiefungen der Oberfläche zu wirken und anhaftende Partikel oder Stoffe mechanisch in Lösung zu bringen. Dank der Ultraschallwellen wird die Gefahr einer Beschädigung der Oberfläche der Walze minimiert. Zudem können auch Kerben an der Oberfläche der Walze, z.B. Brandrisse, effizient gereinigt werden. Die Reinigungsflüssigkeit wird insbesondere mit einem Druck von 5 bis 15 bar auf die Walzenoberfläche aufgebracht, wobei der Druck etwa um das Zehnfache niedriger ist als der erforderliche Druck gemäß JP 2002-178011-A. Der mindestens eine Ultraschallgenerator ist insbesondere in der Reinigungs ^¬ vorrichtung integriert, und von der Reinigungsflüssigkeit um ^¬ geben, so dass die Ultraschallwellen unmittelbar an die Reinigungsflüssigkeit abgegeben werden und mit dieser weiterge ^¬ leitet werden. Es entsteht eine Flüssigkeitsbrücke zwischen dem Ultraschallgenerator und der Walzenoberfläche, die die Schallwellen überträgt. Diese Art der Reinigung kann sowohl bei den Arbeitswalzen als auch bei den Stützwalzen eines Walzgerüsts angewendeten werden. Zweckdienlicherweise wird als Reinigungsmittel Wasser verwen ^¬ det. Da Wasser chemisch neutral ist, ist die Verwendung von Wasser schonend für die Walzen. Zudem findet Wasser ohnehin eine breite Anwendung beim Walzvorgang, so dass bei einer Walzstraße große Mengen an Wasser zur Verfügung stehen.

Der Hauptvorteil einer derartigen Reinigung ist, dass die Schmierung für den ganzen Bandfuß und für den wesentlichen Teil des Bandkopfes verwendet werden kann. Dadurch sinkt die Walzkraft, was einen wesentlichen Energiespareffekt nach sich zieht. Außerdem erweitert sich deswegen das Produktspektrum: mit identischer Auslegung der Anlage (Antriebe, Hydraulik und Ständer) können härtere Stahlgüter gewalzt werden.

Ein besonders guter Synergieeffekt, der die Effizienz der Reinigung steigert, wird erreicht, indem das Reinigungswasser vom Kühlwasserkreislauf für das Walzgerüst abgezweigt wird, wobei das Wasser über eine Zufuhrleitung der Reinigungsvorrichtung zugeführt wird und diese Zufuhrleitung eine Abzwei ^¬ gung des Kühlwasserkreislaufs für die Walze ist. Insbesondere kann dabei während der Reinigungsphase der Wasserverbrauch für das Walzgerüst konstant gehalten werden, es erfolgt le- diglich eine Umverteilung des Wassers, indem ein Teil des

Kühlwassers der Reinigungsvorrichtung zugeführt wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Walzentemperatur etwas an ^¬ steigt, so dass die Reinigungsleistung durch die höhere Wal ^¬ zentemperatur, bei der sich der Schmierstoff besser von der Walzenoberfläche löst, unterstützt wird.

Vorzugsweise wird der Ultraschallgenerator zum Erzeugen von

Ultraschallwellen mit einer Frequenz zwischen 20 kHz und

2 MHz, insbesondere zwischen 35 kHz und 200 kHz, eingestellt. Dieser Frequenzbereich hat sich für die Ultraschallreinigung von Feinschmutz als besonders vorteilhaft erwiesen. Zweckdienlicherweise sind mindestens zwei Ultraschallgeneratoren mit unterschiedlicher Frequenz vorgesehen, z.B. ein Ultraschallgenerator mit 40 kHz und ein Ultraschallgenerator mit 80 kHz Frequenz.

Gemäß einer bevorzugten Variante ist ein Dichtungselement vorgesehen, das einem Walzspalt zwischen den Walzen zugewandt ist, so dass das Dichtungselement die Walze gegen eine her ^¬ ausströmende Flüssigkeit in Drehrichtung der Walze abdichtet. Mit Hilfe des Dichtungselements wird verhindert, dass das Reinigungswasser aufgrund der Drehbewegung der Walze zum Walzgut fließt und dabei das Walzgut unnötig gekühlt wird.

Um eine Ausbreitung des Reinigungswassers entgegen der Drehrichtung der Walze zu ermöglichen, ist eine dem Walzspalt ab ^¬ gewandte Öffnung an der Reinigungsvorrichtung vorgesehen, durch welche das Reinigungswasser zur Oberfläche der Walze befördert wird. Durch den Austritt des Reinigungswassers ge ^¬ gen die Drehrichtung der Walze wird sichergestellt, dass von der Walzenoberfläche gelöster Schmierstoff nicht in Drehrich ^¬ tung der Walze abgeführt wird und mit dem Walzgut nicht in Kontakt kommt.

Vorzugsweise ist die Reinigungsvorrichtung mindestens ein- laufseitig der jeweiligen Walze angeordnet. Bei einem rever ^¬ siblen Walzgerüst können auch auslaufseitig Reinigungsvor- richtungen vorgesehen sein. Da die Reinigungsvorrichtung sich durch eine überschaubare Anzahl an zusätzlichen Bauteilen auszeichnet, benötigt sie einen geringen Einbauplatz und kann auf einfache Weise in geschützter Einbauposition in bereits vorhandenen Komponenten des Walzgerüstes installiert werden. Dabei ist die Reinigungsvorrichtung insbesondere in einem Einbaustück der Arbeitswalzen oder in einem Kühlbalken für das Walzgerüst integriert. Im Hinblick auf eine besonders wirkungsvolle Oberflächenreinigung ist pro Walze mindestens eine, einlaufseitig angeordnete Reinigungsvorrichtung vorge- sehen, bei reversibel betriebenen Walzgerüsten sind zwei Reinigungsvorrichtungen pro Walze sinnvoll - eine einlauf- und eine auslaufseitige .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante enthält das Reinigungswasser einen Emulgator. Mit Hilfe des Emulga- tors wird die Reinigungsleistung erhöht, da SchmierstoffPartikel, die im Reinigungsprozess hoch geschleudert werden, sich nicht so leicht an der Walzenoberfläche wieder absetzen können. Verwendet wird dabei insbesondere der gleiche Emulga- tor, der dem Schmierstoff beigemischt wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass keine zusätzlichen Betriebsmittel zur Verfügung gestellt werden müssen, sondern die Reinigung der Walzenoberfläche erfolgt nur mit Hilfe von Betriebsmit ^¬ teln, die ohnehin zum Betrieb des Walzgerüstes erforderlich und zugelassen sind.

Zweckdienlicherweise beträgt die Temperatur des Reinigungs- wassers zwischen 0°C und 70°C. Insbesondere entspricht die Temperatur des Reinigungswassers einer Umgebungstemperatur, so dass kein zusätzlicher Heizaufwand für das Reinigungswas ^¬ ser erforderlich ist, oder ein solcher Heizaufwand sich in Grenzen hält.

Um die Reinigungszeit möglichst kurz zu halten, ist die Rei ^¬ nigungsvorrichtung bevorzugt nur zwischen einem Abstich eines vorhergehenden Walzguts mittels des Walzgerüsts und einem An ^¬ stich eines nachfolgenden Walzguts aktiv. Dadurch wird nur der Teil der Walze gereinigt, der mit dem Kopf des nachfol ^¬ genden Walzguts in Kontakt kommt. Wenn das nachfolgende Walz ^¬ band bereits im Walzspalt eingezogen ist, wird der Reini ^¬ gungsvorgang unterbrochen und der Normalbetrieb des Walzgerüstes wieder aufgenommen. Insbesondere bei längeren Pausen zwischen zwei Walzbändern kann es jedoch vorkommen, dass die Reinigung der Walzenoberfläche nicht mit dem Abstich beginnt bzw. dass nicht bis zum Anstich durchgehend gereinigt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer

Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein Walzgerüst mit einer Ultra ^¬ schallreinigung der Arbeitswalzen,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Reinigungsvorrichtung für eine obere Arbeitswalze des Walzgerüsts gemäß Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Reinigungsvorrichtung gemäß Fig. 2,

Fig. 4 einen Kühlmittelkreislauf und einen Schmiermittel- kreislauf einer Walze.

Die gleichen Bezugszeichen haben in den verschiedenen Figuren die gleiche Bedeutung. In Fig. 1 ist ein Walzgerüst 2 dargestellt, das zwei Arbeits ^¬ walzen 4 sowie zwei Stützwalzen 6 umfasst. Zwischen den Arbeitswalzen ist ein Walzspalt 8 gebildet, durch welchen Walzgüter, im gezeigten Ausführungsbeispiel Walzbänder laufen. In Fig. 1 ist ein vorhergehendes, bereits gewalztes Walzband 10 mit einer reduzierten Dicke, abgebildet, dessen Fußteil sich noch im Walzspalt 8 befindet, sowie ein nachfolgendes, zum Walzen vorbereitetes Walzband 12.

Zum Reduzieren des Reibungskoeffizienten zwischen dem jewei- ligen Walzband 10, 12 und den Arbeitswalzen 4 wird den Arbeitswalzen 4 durch Schmierstoffdüsen 14 ein Schmierstoff zugeführt. Vor dem Anstich des nachfolgenden Walzbandes 12 muss jedoch der Walzspalt 8 Schmierstofffrei sein, damit das Walz ^¬ band 12 problemlos in das Walzgerüst 2 eingezogen werden kann. Hierfür ist pro Antriebswalze 4 je eine Reinigungsvor ^¬ richtung 16 vorgesehen, mit deren Hilfe eine Reinigungsflüs ^¬ sigkeit, im gezeigten Ausführungsbeispiel Wasser, auf die Oberflächen der Arbeitswalzen 4 aufgebracht wird. Dabei wird das Reinigungswasser nur auf einen Teil der Oberfläche aufge- bracht. Durch die Drehung der Arbeitswalzen 4 verschiebt sich jedoch der Wirkbereich des Reinigungswassers um den Umfang der jeweiligen Arbeitswalze 4, so dass letztendlich die gesamte Mantelfläche der Arbeitswalzen 4 dem Reinigungswasser ausgesetzt wird. In der Reinigungsvorrichtung 16 ist ein Ultraschallgenerator 18 integriert, mit dessen Hilfe Ultra ^¬ schallwellen erzeugt werden, die mittels des Wassers aus der Reinigungsvorrichtung 16 zur Oberfläche der Arbeitswalzen 4 geleitet werden. Die jeweilige Reinigungsvorrichtung 16 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel 16 im Kühlkreislauf der Ar ^¬ beitswalzen 4 eingebaut und an einem einlaufseifigen Schutzblech 20 befestigt. Die Funktion des Schutzblechs 20 ist es zu verhindern, dass Kühlwasser zum Walzband 10, 12 gelangt.

Der Kühlmittelkreislauf weist pro Arbeitswalze einlauf- und auslaufseitig eine Kühlmittelzuführung 22 auf, die in einen Kühlbalken 24 mündet, der sich im Wesentlichen über die Länge der Arbeitswalzen senkrecht zur Zeichnungsebene erstreckt. Von der Kühlmittelzuführung 22 ist einlaufseitig außerdem eine Zufuhrleitung 26 abgezweigt, durch welche Wasser in die Reinigungsvorrichtung 16 eingeleitet wird.

Der Aufbau der Reinigungsvorrichtung 16 ist den Figuren 2 und 3 zu entnehmen. Die Reinigungsvorrichtung 16 weist einen

Hohlraum 28 auf, der in Betrieb mit Wasser befüllt ist. Im Hohlraum 28 ist der Ultraschallgenerator 18 angeordnet, so dass der Ultraschallgenerator 18 im Betrieb insbesondere kontinuierlich vom Wasser umspült wird, das in Richtung zur Wal- zenoberfläche hin befördert wird. An einer dem Walzspalt 8 zugewandten Seite 30 der Reinigungsvorrichtung 16 ist ein Dichtungselement 32, das nach Art einer Dichtungslippe ausge ^¬ bildet ist, angeordnet. Insbesondere durch seinen Kontakt mit der Walzenoberfläche verhindert das Dichtungselement, dass Wasser aus der Reinigungsvorrichtung 16 bei der Drehbewegung der Arbeitswalze 4 nach unten, zum Walzband 10, 12, fließt. Lediglich an einer dem Walzspalt 8 abgewandten Seite 34 der Reinigungsvorrichtung 16 ist eine Öffnung 36 ausgebildet, durch welche das Wasser aus der Reinigungsvorrichtung 16 in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung der Arbeitswalze 4 zur Walzenoberfläche geleitet wird. Bei der unteren Walze 4 (siehe Fig. 1) zeigt die Öffnung 36 nach unten, so dass zu ^¬ sätzlich die Schwerkraft wirkt und den Abfluss des Reini ^¬ gungswassers verstärkt. Alternativ oder ergänzend zu den dem Walzspalt 8 abgewandten Öffnungen 36 können auch hier nicht näher gezeigte Öffnungen im Bereich der Stirnseiten der Arbeitswalzen 4 vorgesehen sein. In diesem Fall wird der seit- liehe Abfluss des Reinigungswassers z.B. über Leitungen oder Leitbleche aufgefangen und kann in Kreislauf geführt werden.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind in der Reinigungsvorrichtung 16 optional Leitbleche 38 vorgesehen, die eine gleichmäßige Durchflutung des Hohlraums 38 bewirken, so dass die Bildung von Totzonen im Hohlraum 28 unterdrückt wird.

Das Wasser überträgt die Schallwellen vom Ultraschallgenera- tor 18 zur Walzenoberfläche und bildet dadurch eine Art Flüs ^¬ sigkeitsbrücke zwischen dem Ultraschallgenerator 18 und der Arbeitswalze 4. Über die Ultraschallwellen im Wasser wird der Schmierstoff an der Walzenoberfläche zerstäubt und über das Wasser entfernt. Das Wasser, das als Reinigungswasser einge- setzt wird, wird mit einem Druck von ca. 10 bar zur Arbeits ^¬ walze 4 befördert und weist insbesondere eine Temperatur auf, die der aus der Prozessführung und/oder den Anlagenzustand resultierenden Temperatur entspricht. Somit sind insbesondere keine weiteren Heizungsmaßnahmen für die Entfernung des

Schmierstoffes von der Walzenoberfläche erforderlich.

Die strömungstechnische Verbindung zwischen der Reinigungs ^¬ vorrichtung 16, dem Kühlwasserkreislauf und einem Schmierstoffkreislauf des Walzgerüstes 2 ist in Fig. 4 gezeigt. Mit dem Bezugszeichen 40 ist in Fig. 4 ein Schmierstofftank bezeichnet und mit dem Bezugszeichen 42 ein Emulgatortank . Der Schmierstoff, der Emulgator sowie Wasser aus einer Wasserversorgungsleitung 48 für die Gerüstkühlung werden in einem Mischer 44 zusammengebracht und über eine Schmierstoffleitung 46 der Schmierstoffdüse 14, die im gezeigten Ausführungsbei ^¬ spiel unterhalb des Schutzbleches 20 in der Nähe des Walz ^¬ spaltes 8 angeordnet ist, zugeführt.

Aus der Wasserversorgungsleitung 48 wird in die Kühlwasser- leitung 22 Kühlwasser eingeleitet, das über die Kühlbalken 24 auf die Oberfläche der Arbeitswalze 4 aufgesprüht wird. Ein Teil des Kühlwassers wird über die Zufuhrleitung 26 umgelei ^¬ tet, bevor es die Kühlbalken 24 erreicht hat. Der Kühlwasser- ström steht dabei in einem Verhältnis zum Reinigungsstrom zwischen 10:1 bis 2:1. Der Teil des Wassers in der Zufuhrlei ^¬ tung 26 wird in einem zweiten Mischer 50 mit dem Emulgator aus dem Emulgatortank 42 vermischt und anschließend in die Reinigungsvorrichtung 16 eingeleitet. Zu diesem Zweck führt eine Emulgatorleitung 52 direkt vom Emulgatortank 42 zum zweiten Mischer 50, der ebenfalls wie die Reinigungsvorrichtung 16 am Schutzblech 20 angeordnet. Durch den Emulgator wird die Effizienz des Reinigungswassers erhöht. Auch die Zu- fuhrleitung 26 mündet in den zweiten Mischer 50.

Das Kühlwasser sowie das Reinigungswasser, das seitlich an den Arbeitswalzen 4 abläuft, wird schließlich in einem Kühlwassersumpf 54 aufgefangen und zur Aufbereitung aus dem Walz- gerüst 2 abgeleitet.

Charakteristisch für den Kühlwasserkreislauf gemäß Fig. 4 ist, dass mit Hilfe der Ventile 56a und 56b die Wasserzufüh ^¬ rung in den Leitungen 22 und 26 in Abhängigkeit vom Walzvor- gang dynamisch und in kurzer Zeit gesteuert werden kann. Beispielsweise wird während des Walzens des vorhergehenden Walz ^¬ bandes 10 die Wasserzufuhr zur Reinigungsvorrichtung 16 unterbrochen, so dass die gesamte Wassermenge in der Kühlwas ^¬ serleitung 22 zu Kühlzwecken verwendet wird. Die Reinigungs- Vorrichtung 16 wird nur kurzzeitig zwischen einem Abstich des vorhergehenden Walzbandes 10 und einem Anstich des nachfol ^¬ genden Walzbandes 12 eingeschaltet. Hierfür wird ein Teil des Wassers in der Kühlwasserleitung 22 in die Zufuhrleitung 26 umgeleitet und gelangt schließlich in die Reinigungsvorrich- tung 16. Insbesondere solange die Reinigungsvorrichtung 16 aktiv ist, fließt zumindest aus dem einlaufseifigen Kühlbal ^¬ ken 24 weniger Wasser zur Walzenoberfläche. Dies hat jedoch den positiven Nebeneffekt, dass durch das Aufheizen der Walzenoberfläche der Schmierstoff leichter lösbar ist.

Insgesamt wird sowohl während des Walzens des Walzbandes 10 als auch zwischen dem Abstich und dem darauffolgenden Anstich des neuen Walzenbandes 12 trotz Reinigung der Walzenoberflä- che mit Kühlwasser die gleiche Menge an Kühlwasser verwendet. Das Walzgerüst 2 zeichnet sich somit nicht nur durch einen effizienten Betrieb dank der Erhöhung des Reibungskoeffizienten beim Anlauf der Walzbänder 10, 12, sondern auch durch ei- nen minimierten Energiebedarf und durch einen potentiell konstanten Wasserbedarf aus.