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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines Stahlprodukts, bei dem aus einer Düse, die sich an einer einem Rand der zu reinigenden Oberfläche zugeordneten Position befindet, ein Flüssigkeitsstrahl auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird. Dabei findet während des Reinigungsvorgangs eine Relativbewegung zwischen der Düse und dem Stahlprodukt statt und der Flüssigkeitsstrahl ist quer zur Richtung der Relativbewegung von Stahlprodukt und Düse ausgerichtet.
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Ebenso betrifft die Erfindung eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Vorrichtung, die eine einem Rand der zu reinigenden Oberfläche des Stahlprodukts zugeordnete Düse zum Ausbringen eines ersten Flüssigkeitsstrahls aufweist.
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Unter dem Begriff ”Stahlprodukte” sind hier insbesondere Brammen, Dünnbrammen oder Stahlflachprodukte, wie aus Dünnbrammen oder Brammen warmgewalztes Warmband oder -blech zusammengefasst, die jeweils mindestens eine ebene, sich über die Breite des jeweiligen Stahlprodukts erstreckende Oberfläche aufweisen.
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Verfahren und Vorrichtungen der erfindungsgemäßen Art sind insbesondere zum Einsatz in einer so genannten ”Gießwalzanlage” bestimmt. In solchen Anlagen wird in einem kontinuierlich ablaufenden Fertigungsprozess Stahlschmelze zu einem Strang vergossen, von dem dann Dünnbrammen mit einer Dicke, die typischerweise bis 100 mm beträgt, abgeteilt werden, die anschließend in einer in Linie zu der Gießanlage stehenden Warmwalzstrecke zu einem Warmband warmgewalzt werden. Zwischen ihrer Erzeugung und dem Warmwalzen durchlaufen die Dünnbrammen dabei erforderlichenfalls noch einen Ofen, in dem sie auf die für das Warmwalzen jeweils optimale Temperatur gebracht werden.
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Bei der Herstellung von Stahlprodukten ist es an verschiedenen Zeitpunkten des Herstellungsprozesses erforderlich, mindestens eine der Oberflächen des zu diesen Zeitpunkten jeweils vorliegenden Zwischenprodukts von auf ihr haftenden Verschmutzungen oder Reaktionsprodukten zu befreien, die in Folge der Reaktion der an der Oberfläche des Stahlprodukts vorhandenen Stahlbestandteile mit der Umgebungsatmosphäre entstehen. Um eine optimale Oberflächenbeschaffenheit des Warmbands zu gewährleisten, wird beispielsweise bei der Erzeugung von Warmband in einer Gießwalzanlage der voranstehend erwähnten Art der auf der jeweils warmzuwalzenden Dünnbramme haftende Zunder weitestgehend entfernt, bevor die Dünnbramme in das erste Walzgerüst der Warmwalzstrecke einläuft.
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Wenn Zunderteilchen auf der Oberfläche eines Stahlflachprodukts beim Einlaufen in ein Walzgerüst auf der jeweils warmzuwalzenden Bramme vorhanden sind, so werden diese mit in den Walzspalt eingetragen und führen zu Fehlstellen in Gestalt von so genannten ”Zunderschiffchen” an der Oberfläche des erhaltenen Warmbands. Diese Zunderschiffchen sind hochgradig problematisch, da sie schlecht ausbeizbar sind, eine erhöhte Rauhigkeit an der Bandoberfläche bewirken und im Fall, dass das Warmband mit einer metallischen, vor Korrosion schützenden Schicht belegt werden soll, Beschichtungsfehler verursachen können.
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Im Fall eines gehäuften Auftretens von Zunderanhaftungen auf dem jeweils zu walzenden Stahlprodukt ist zusätzlich das Problem zu erwarten, dass die mit der zunderbehafteten Oberfläche in Kontakt kommenden Arbeitswalzen der Walzgerüste beschädigt werden. So kann es zum Abschälen von Walzenmaterial kommen oder es kann sich Zunder an der Walzenoberfläche ansammeln. Beide Ereignisse können so genannte ”Zundernarben” auf dem gewalzten Band verursachen und führen zu erhöhtem Verschleiß der Walzen des jeweils betroffenen Walzgerüstes.
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Auf dem Stahlband vorhandene Verschmutzungen und Reaktionsprodukte lassen sich in der Praxis durch Hochdruckstrahlen der jeweils betroffenen Oberfläche entfernen. Dabei wird ein unter hohem Druck ausgebrachter Flüssigkeitsstrahl auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet. Die auf der Oberfläche haftenden Verschmutzungen und Oxidansammlungen sollen durch den mit hoher kinetischer Energie auf sie treffenden Flüssigkeitsstrahl von der Oberfläche abgetrennt und von der abströmenden Flüssigkeit von dem Stahlprodukt weggeschwemmt werden. Als Strahlflüssigkeit wird dabei typischerweise Wasser eingesetzt.
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In der Praxis an Gießwalzanlagen zum Reinigen von Dünnbrammen vor dem Warmwalzen eingesetzte Strahlvorrichtungen umfassen in der Regel mindestens eine auf der Bedienseite vor dem ersten Walzgerüst der Walzstrecke angeordnete Düseneinrichtung, die unter einem fest eingestellten flachen Winkel die Oberfläche der auf Relief geführten Brammen mit einem Wasserstrahl beaufschlagt. Als problematisch hat sich dabei erwiesen, dass mit solchen Strahlvorrichtungen nur schlecht reagiert werden kann, wenn nacheinander Stahlprodukte unterschiedlicher Breite verarbeitet werden sollen. So muss bei den bekannten Strahlvorrichtungen stets sichergestellt sein, dass der Flüssigkeitsstrahl jeweils die gesamte Breite der zu reinigenden Oberfläche gleichmäßig überstreicht. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass bei einer derart mit einem Flüssigkeitsstrahl ausgeführten Oberflächenreinigung die Gefahr einer Rissbildung im Bereich der vom Flüssigkeitsstrahl getroffenen Kanten des Stahlprodukts besteht.
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Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von auf der Oberfläche eines Stahlprodukts haftenden Verschmutzungen und Oxidationsprodukten zu schaffen, welche auf einfache Weise an geänderte Abmessungen des jeweils zu reinigenden Stahlprodukts angepasst werden können und bei denen gleichzeitig die Gefahr der Entstehung von Rissen an den Kanten des zu reinigenden Stahlprodukts minimiert ist.
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In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass ein solches Verfahren die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte umfasst.
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In Bezug auf die Vorrichtung ist die voranstehend genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass eine solche Vorrichtung die in Anspruch 12 genannten Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke näher erläutert.
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Demnach wird in Übereinstimmung mit dem eingangs angegebenen Stand der Technik beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Reinigen einer Oberfläche eines Stahlprodukts aus einer Düse, die sich an einer einem Rand der zu reinigenden Oberfläche zugeordneten Position befindet, ein Flüssigkeitsstrahl auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet. Gleichzeitig findet während des Reinigungsvorgangs eine Relativbewegung zwischen der Düse und dem Stahlprodukt statt. Der Flüssigkeitsstrahl ist dabei quer zur Richtung der Relativbewegung von Stahlprodukt und Düse ausgerichtet.
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Erfindungsgemäß wird nun aus einer weiteren Düse, die sich an einer demjenigen Rand der zu reinigenden Oberfläche zugeordneten Position befindet, der dem der ersten Düse zugeordneten Rand des Stahlprodukts gegenüberliegt, ein weiterer quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen den Düsen und dem Stahlprodukt ausgerichteter Flüssigkeitsstrahl in Bezug auf den ersten Flüssigkeitsstrahl überschneidungsfrei auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet.
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Gleichzeitig ist erfindungsgemäß der jeweilige Auftreffbereich, in dem die Flüssigkeitsstrahlen jeweils auf die zu reinigende Oberfläche treffen, beabstandet zu dem Rand, der der den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringenden Düse zugeordnet ist.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist dementsprechend eine einem Rand der zu reinigenden Oberfläche des Stahlprodukts zugeordnete Düse zum Ausbringen eines ersten Flüssigkeitsstrahls auf, wobei erfindungsgemäß eine zweite Düse zum Ausbringen eines zweiten auf die Oberfläche gerichteten Flüssigkeitsstrahls vorgesehen ist, wobei die zweite Düse dem Rand der zu reinigenden Oberfläche zugeordnet ist, die dem Rand gegenüberliegt, der der den anderen Flüssigkeitsstrahl ausbringenden Düse zugeordnet ist, und wobei die Düsen derart ausgerichtet sind, dass sich die von ihnen ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen überschneidungsfrei in einem Auftreffbereich auf der zu reinigenden Oberfläche des Stahlprodukts treffen, der beabstandet ist zu dem Rand, dem die den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringende Düse zugeordnet ist.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Reinigung der jeweiligen Oberfläche des Stahlprodukts durch Flüssigkeitsstrahlen, die von gegenüberliegenden Rändern des Stahlprodukts her und in ihrer Strömungsrichtung gegeneinander gerichtet ausgebracht werden. Die Flüssigkeitsstrahlen sind dabei so ausgerichtet, dass sich ihre Auftreffbereiche in Richtung der Relativbewegung gesehen in einem mittleren Bereich der zu reinigenden Oberfläche überschneiden.
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Wenn hier der Begriff ”quer zur Richtung der Relativbewegung” zur Beschreibung der Ausrichtung der Flüssigkeitsstrahlen verwendet wird, dann ist damit jede Ausrichtung gemeint, die eine quer zur Richtung der Relativbewegung gerichtete Komponente aufweist, also grundsätzlich jede von einer Parallele zur Richtung der Relativbewegung abweichende Ausrichtung. In Draufsicht auf die zu reinigende Oberfläche gesehen können die Flüssigkeitsstrahlen somit die Richtung der Relativbewegung bzw. eine in Richtung der Relativbewegung ausgerichtete Gerade jeweils unter einem Winkel von beispielsweise 30–90° schneiden, wobei bei einer in Bezug auf die Richtung der Relativbewegung bzw. einer entsprechend ausgerichteten Gerade orthogonaler Ausrichtung der Flüssigkeitsstrahlen optimale Reinigungsergebnisse erwartet werden.
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Durch die überschneidungsfreie Ausrichtung der erfindungsgemäß gegenläufig zueinander ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen wird verhindert, dass sich die Flüssigkeitsstrahlen treffen und durch einen Zusammenprall kinetische Energie verloren geht, die dann nicht mehr zum Entfernen der auf der zu reinigenden Oberfläche vorhandenen Verschmutzungen, Oxide und Ablagerungen zur Verfügung steht.
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Gleichzeitig werden die Flüssigkeitsstrahlen erfindungsgemäß so ausgerichtet, dass sie die zu reinigende Oberfläche jeweils in einem gewissen Abstand zu dem Rand treffen, der der sie jeweils ausbringenden Düse zugeordnet ist. Der Auftreffbereich der Flüssigkeitsstrahlen ist demnach in Richtung des jeweils gegenüberliegenden Rands der zu reinigenden Oberfläche versetzt angeordnet. In Folge dessen wird der Randbereich der zu reinigenden Oberfläche, der an den der jeweiligen Düse zugeordneten Oberflächenrand grenzt, nicht direkt vom aus der diesem Rand zugeordneten Düse austretenden Flüssigkeitsstrahl getroffen, sondern nur von demjenigen Flüssigkeitsstrahl überstrichen, der von der dem gegenüberliegenden Rand der Oberfläche zugeordneten Düse ausgebracht wird. Da letzterer Flüssigkeitsstrahl auf seinem Weg zu dem betreffenden Randbereich bereits eine größere Strecke zurückgelegt hat, trifft er den kritischen Randbereich nur noch mit einer geringeren kinetischen Energie. Der Auftreffbereich des Flüssigkeitsstrahls kann alternativ auch so auf der zu reinigenden Oberfläche fokussiert werden, dass die Flüssigkeit des Flüssigkeitsstrahls den kritischen Bereich in einer schießenden Strömung nur noch überspült, ohne dass vom Flüssigkeitsstrahl ein direkter Impuls auf den kritischen Randbereich gerichtet wird. Im Ergebnis wird so eine weniger schroffe Abkühlung des Randbereichs erzielt, so dass das andernfalls bestehende Risiko der Entstehung von Spannungsrissen in Folge von Überkühlung minimiert ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorschrift, die Flüssigkeitsstrahlen mit einem gewissen Abstand von ihrem Rand auf die zu reinigende Oberfläche treffen zu lassen und mindestens zwei von entgegengesetzten Seiten und in entgegengesetzte Richtungen strömende Flüssigkeitsstrahlen vorzusehen, besteht darin, dass auf diese Weise ohne größere Umbauarbeiten oder größeren Justageaufwand Oberflächen unterschiedlicher Breite mit derselben erfindungsgemäß betriebenen Vorrichtung gereinigt werden können. Wesentlich ist lediglich, dass zwischen dem Rand, dem die den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringende Düse zugeordnet ist, und dem Auftreffbereich des betreffenden Flüssigkeitsstrahls ein ausreichender Abstand vorhanden ist, so dass der kritische Randkantenbereich vom Flüssigkeitsstrahl nicht direkt getroffen wird.
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Die Auftreffbereiche der in entgegengesetzte Richtungen strömenden, jedoch einander nicht kreuzenden Flüssigkeitsstrahlen auf der zu reinigenden Oberfläche sind erfindungsgemäß so ausgerichtet, dass die zu reinigende Oberfläche insgesamt über ihre gesamte Breite von Flüssigkeit überstrichen wird. Im extremsten Fall könnten dazu die Flüssigkeitsstrahlen so ausgerichtet sein, dass ihr Auftreffbereich in ihrer jeweiligen Strömungsrichtung gesehen jeweils an der Mittellinie der zu reinigenden Oberfläche beginnt. In diesem Fall würde der eine Flüssigkeitsstrahl die eine Hälfte und der andere Flüssigkeitsstrahl die andere Hälfte der zu reinigenden Oberfläche überstreichen. Da eine derart exakte Ausrichtung in der Praxis jedoch in der Regel nicht mit der notwendigen Zuverlässigkeit bewerkstelligt werden kann und um eine gute Reinigungswirkung speziell im Mittenbereich der zu reinigenden Oberfläche zu gewährleisten, ist es jedoch vorteilhaft, wenn in Strömungsrichtung des jeweiligen Flüssigkeitsstrahls gesehen der Auftreffbereich der Flüssigkeitsstrahlen jeweils zwischen der Mittenlinie des Stahlprodukts und demjenigen Rand des Stahlprodukts beginnt, der der den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringenden Düse zugeordnet ist.
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In der Praxis kann dazu der Abstand KR zwischen dem Beginn des Auftreffbereichs des jeweiligen Flüssigkeitsstrahls und demjenigen Rand, dem die den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringende Düse zugeordnet ist, in Abhängigkeit von der Breite B des Stahlprodukts und der Breite KA, über die sich die von den den gegenüberliegenden Rändern des Stahlprodukts zugeordneten Düsen ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen in Richtung der Relativbewegung gesehen überlappen, gemäß der Formel KR ≥ 0,5 × (B – KA) abgeschätzt werden. Babel wird dadurch, dass die Bedingung KA ≤ B – 60 mm eingehalten wird, der Abstand KR also jeweils mindestens 30 mm beträgt, ein ausreichender Abstand zum jeweiligen Rand gewährleistet.
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Dadurch, dass ein Abstand KR von mindestens 30 mm eingehalten wird, ist unter den in der Praxis herrschenden Bedingungen sichergestellt, dass die hinsichtlich einer zu schnellen Abkühlung kritischen Randkantenbereiche des zu reinigenden Stahlprodukts nicht direkt vom Flüssigkeitsstrahl getroffen werden und dort eine optimale, Rissbildungen vermeidende Duktilität erhalten bleibt. Abhängig von der jeweiligen Breite der zu reinigenden Oberfläche und der zur Verfügung stehenden Anlagentechnik haben sich in der Praxis Abstände zwischen dem Beginn des Auftreffbereichs des jeweiligen Flüssigkeitsstrahls und demjenigen Rand, dem die den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl ausbringende Düse zugeordnet ist, von 30–500 mm, insbesondere 30–200 mm bewährt.
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Um eine optimale Reinigungswirkung im Mittenbereich der zu reinigenden Oberfläche zu gewährleisten, ist es günstig, wenn sich in Richtung der Relativbewegung gesehen die Auftreffbereiche der Flüssigkeitsstrahlen über eine Breite überlappen, die mindestens 20% des Abstands entspricht, der zwischen den Rändern des Stahlprodukts vorhanden ist, die den den Flüssigkeitsstrahlen ausbringenden Düsen zugeordnet sind. Im Fall der Reinigung der Oberflächen von Dünnbrammen, bei denen die Breite der zu reinigenden Oberfläche heutzutage typischerweise im Bereich von 900–2100 mm, insbesondere 900–1600 mm, liegt, hat es sich bei praktischen Versuchen als günstig erwiesen, wenn die Auftreffbereiche der Flüssigkeitsstrahlen jeweils so ausgewählt werden, dass sich in Richtung der Relativbewegung gesehen ein mindestens 500 mm breiter Überlappungsbereich einstellt.
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Die Flüssigkeitsstrahlen werden erfindungsgemäß derart auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet, dass sie über ihren Auftreffbereich einen zum Abtragen der auf der zu reinigenden Oberfläche vorhandenen Verschmutzungen ausreichenden Impuls aufbringen. Hierzu können mit entsprechend gestalteten handelsüblichen Spritzdüsen die Flüssigkeitsstrahlen über einen bestimmten Spritzwinkelbereich aufgefächert ausgebracht werden. In der Praxis haben sich hierbei Spritzwinkel bewährt, die zwischen 10° und 45°, vorzugsweise zwischen 15° und 30°, betragen. Bei einer zu geringen Auffächerung ist der vom jeweiligen Flüssigkeitsstrahl direkt überstrichene Auftreffbereich erfahrungsgemäß zu klein, um auf der Oberfläche haftende Zunderpartikel betriebssicher zu entfernen.
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Die erfindungsgemäße Vorgehensweise und eine erfindungsgemäße Vorrichtung lassen sich besonders vorteilhaft zum Reinigen von ebenen Flächen einsetzen, wie sie beispielsweise bei quaderförmigen Stahlprodukten, insbesondere Brammen oder Dünnbrammen, vorhanden sind, bei denen sich die zu reinigende Oberfläche jeweils eben über die Breite und Länge des Stahlprodukts erstreckt. So eignet sich die Erfindung insbesondere in einer Gießwalzanlage zum Reinigen der beim Warmwalzen mit den Arbeitswalzen der Walzgerüste der Warmwalzstrecke in Kontakt kommenden Dünnbrammenoberflächen, wobei die erfindungsgemäße Reinigung dieser Oberflächen vor dem Eintritt der jeweiligen Dünnbramme in das erste Warmwalzgerüst erfolgt. Ein anderes Beispiel für Stahlprodukte, für die sich die Erfindung besonders eignet, sind Stahlflachprodukte, wie warmgewalzte Stahlbänder oder -bleche. Hier kann die Erfindung beispielsweise im Anschluss an einen konventionellen Entzunderer oder Zunderwäscher zum Einsatz kommen, um nach dem Brechen des Zunders noch auf dem Stahlband vorhandenen Zunder schonend von der Oberfläche des Stahlflachprodukts zu entfernen.
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Grundsätzlich ist es denkbar, die den Rändern der zu reinigenden Oberfläche zugeordneten Düsen, über die Flüssigkeitsstrahlen ausgebracht werden, so oberhalb der zu reinigenden Oberfläche anzuordnen, dass sie in Draufsicht auf die zu reinigende Oberfläche betrachtet in Richtung des ihnen jeweils zugeordneten Rands versetzt jeweils innerhalb der zu reinigenden Oberfläche sitzen. Gemäß einer robusten und funktional stabilen Ausgestaltung der Erfindung sind die Düsen jedoch so angeordnet, dass sie während des Reinigungsvorgangs mit einem gewissen Abstand seitlich neben dem ihnen jeweils zugeordneten Rand des zu reinigenden Stahlprodukts angeordnet sind. Der betreffende Abstand ist dabei vorteilhafterweise so bemessen, dass das für die erfindungsgemäß zu reinigenden Stahlprodukte vorgesehene Breitenspektrum die erfindungsgemäße Vorrichtung durchlaufen kann, ohne dass eine Anpassung des Abstands der Düsen vorgenommen werden muss.
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Die Relativbewegung zwischen dem zu reinigenden Stahlprodukt und den die Flüssigkeitsstrahlen in erfindungsgemäßer Weise ausbringenden Düsen kann dadurch erfolgen, dass die Düsen längs der ihnen zugeordneten Ränder der zu reinigenden Oberfläche bewegt werden. Bei Produktionsabläufen, bei denen das Stahlprodukt in einem kontinuierlichen Vorgang auf einer Förderstrecke von der einen zur nächsten Bearbeitungsstation gefördert wird, ist es dagegen zweckmäßig, wenn die Düsen ortsfest angeordnet sind und die ohnehin vorgesehene Bewegung des Stahlprodukts für die Relativbewegung genutzt wird. Solche Bedingungen sind beispielsweise beim Reinigen von Dünnbrammen im Zulauf zu der Warmwalzstrecke einer Gießwalzanlage gegeben.
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Eine optimal gleichmäßige Reinigungswirkung kann dadurch erzielt werden, dass die in erfindungsgemäßer Weise ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen parallel zueinander ausgerichtet werden. Die überschneidungsfreie Ausrichtung der Flüssigkeitsstrahlen quer zur Richtung der Relativbewegung kann dabei auf einfache Weise dadurch bewerkstelligt werden, dass in Richtung der Relativbewegung zwischen den Düsen und dem Stahlprodukt gesehen, die dem einen Rand zugeordnete Düse versetzt zu der dem anderen Rand zugeordneten Düse positioniert ist. Auf diese Weise lässt sich der Abstand sowohl der beiden Flüssigkeitsstrahlen als auch ihrer jeweiligen Auftreffbereiche beliebig vergrößern, wodurch eine gegenseitige Beeinflussung der beiden Flüssigkeitsstrahlen auch nach ihrem jeweiligen Auftreffen auf der Oberfläche des Stahlflachprodukts vermieden werden kann.
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Alternativ ist es auch möglich, die Düsen direkt gegenüberliegend zueinander anzuordnen und die von ihnen ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen so auszurichten, dass sie die Mittellinie der zu reinigenden Oberfläche jeweils unter einem spitzen Winkel schneiden. Auch hier kann eine parallele Ausrichtung der Flüssigkeitsstrahlen erfolgen, um eine intensive gleichmäßige Reinigungswirkung zu erzielen.
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Der Auftreffwinkel der Flüssigkeitsstrahlen kann auch durch die Höhe beeinflusst werden, in der die Düsen in Bezug auf die zu reinigende Oberfläche des Stahlflachprodukts angeordnet sind. Je weiter die Düsen von dieser Oberfläche entfernt sind, umso steiler ist der Auftreffwinkel der Flüssigkeitsstrahlen. Bei einem zu steilen Auftreffwinkel der Flüssigkeitsstrahlen besteht allerdings die Gefahr, dass sie zu stark reflektiert werden. Daher beträgt gemäß einer weiteren praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung der jeweilige Lotabstand der Düsen zu der zu reinigenden Oberfläche des Stahlflachprodukts höchstens 45 insbesondere höchstens 12,5 der maximalen Breite des Stahlflachprodukts. Bei einer in der Praxis typischen Breite des Stahlflachprodukts von 900–1600 mm entspricht dies einem Lotabstand von höchstens 700 mm, vorzugsweise einem Lotabstand von höchstens 200 mm. Um sicherzustellen, dass die Düsen unter den in der Praxis herrschenden Bedingungen nicht mit dem jeweils zu reinigenden Stahlprodukt kollidieren, sollte der Mindestabstand zwischen den Düsen und der zu reinigenden Oberfläche in der Höhe mindestens 20 mm, insbesondere mindestens 40 mm, betragen.
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Der Auftreffwinkel der Flüssigkeitsstrahlen auf die zu reinigende Oberfläche wird darüber hinaus maßgeblich von dem als stumpfer Winkel zwischen einer Vertikalen und der zentralen Achse der Flüssigkeitsstrahlen eingeschlossenen Neigungswinkel, unter dem die zentrale Achse der jeweils von den Düsen ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen ausgerichtet ist, bestimmt. Um zu vermeiden, dass die Flüssigkeitsstrahlen ganz oder teilweise an der Oberfläche des Stahlflachprodukts vorbeischießen, sollten die Düsen nicht von der zu reinigenden Oberfläche weggerichtet sein. Gleichzeitig sollte der Neigungswinkel auch nicht zu groß sein, um zuverhindern, dass die Flüssigkeitsstrahlen unter einem zu steilen Auftreffwinkel auf die zu reinigende Oberfläche treffen. Dementsprechend liegt gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der Neigungswinkel im Bereich von > 90°–135°, insbesondere > 90°–105°, so dass die zentrale Achse der Flüssigkeitsstrahlen bei horizontaler Ausrichtung der zu reinigenden Fläche des Stahlprodukts unter einem Winkel von > 0°–45°, insbesondere > 0°–15°, auf die zu reinigende Oberfläche trifft.
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Selbstverständlich können den Rändern der zu reinigenden Oberfläche des Stahlprodukts jeweils auch zwei oder mehr Düsen zugeordnet sein, wenn dies beispielsweise zur Erhöhung der Produktivität oder zur Vergleichmäßigung des Reinigungsergebnisses zweckmäßig ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eignen sich besonders für den Einsatz in Gießwalzanlagen, Bandgießanlagen oder Warmbandwerken zur Reinigung von Brammen, Dünnbrammen, gegossenem Band oder warmgewalzten Stahlbändern (”Warmbändern”).
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 eine an einem Rollgang einer Gießwalzanlage angeordnete Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche von Dünnbrammen in Draufsicht auf die zu reinigende Oberfläche der Dünnbramme;
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2 die Vorrichtung gemäß 1 in einer Ansicht von vorne;
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3 die Vorrichtung gemäß 1 und 2 in einer seitlichen Ansicht.
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Die Vorrichtung 1 zum Reinigen einer Oberfläche 2 einer quaderförmigen Dünnbramme 3 ist an einem Rollgang 4 angeordnet, auf dem die Dünnbramme 3 beispielsweise zum ersten Walzgerüst einer hier nicht dargestellten Warmwalzstrecke transportiert wird, die Teil einer hier ebenfalls nicht weiter gezeigten Gießwalzanlage ist.
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Die Dünnbramme 3 weist beispielsweise eine Dicke D von 60 mm, eine Breite B von 1500 mm und eine Länge L von 40 m auf. Die zu reinigende, weitestgehend eben ausgebildete Oberfläche 2 befindet sich hier an der frei liegenden Oberseite der Dünnbramme 3, die mit ihrer der zu reinigenden Oberfläche 2 gegenüberliegenden Unterseite auf den Rollen 5 des Rollgangs 2 liegend in Förderrichtung R bewegt wird. Die Dünnbramme 3 wird so in einer geradlinigen Relativbewegung entlang der ortsfest angeordneten Vorrichtung 1 gefördert. Die Dünnbramme 3 ist dabei in Bezug auf die Breite B4 des Rollgangs 4 im Wesentlichen mittig ausgerichtet, so dass die sich in Förderrichtung R der Relativbewegung erstreckende Mittellinie M der zu reinigenden Oberfläche 2 unter optimalen Betriebsbedingungen in Draufsicht gesehen (1) mit der Mittellinie des Rollgangs 4 zusammenfällt.
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Auf der zu reinigenden Oberfläche 2 der Dünnbramme 3 befinden sich Zunderpartikel und andere aus den vorangehenden Arbeitsschritten der Dünnbrammenherstellung stammende Verschmutzungen.
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Die Vorrichtung 1 zum Reinigen der Oberfläche 2 umfasst zwei Düsen 6, 7, von denen die eine Düse 6 auf der so genannten Bedienerseite 8a des Rollgangs 4, von der aus üblicherweise Servicearbeiten an dem Rollgang 4 vorgenommen werden, und die andere Düse 7 auf der so genannten Antriebsseite 8b des Rollgangs 4 angeordnet ist, an der sich die hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Antriebe der Rollen 5 des Rollgangs 4 befinden.
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Bei den Düsen 6, 7 kann es sich beispielsweise um konventionelle Flachstrahldüsen und Flachstrahl-Zungendüsen handeln.
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Die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 bestehen aus Wasser, das mit ausreichend hohem Druck beaufschlagt über eine hier nicht dargestellte Versorgungseinrichtung zu den Düsen 6, 7 gefördert wird.
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Die Düsen 6, 7 sind jeweils an einem Gestell 9, 10 befestigt, über das ihre Höhe h über der zu reinigenden Oberfläche 2, der Abstand b zum ihnen jeweils zugeordneten Rand 11, 12 der Dünnbramme 3 und der zwischen der Vertikalen V und der zentralen Achse A der von den Düsen 6, 7 jeweils ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 gemessene Neigungswinkel Θ eingestellt werden kann. Die Düsen 6, 7 sind dazu an jeweils einem horizontal ausgerichteten Tragarm 13, 14 der Gestelle 9, 10 derart montiert, dass sie in Förderichtung R gesehen in einem Abstand c versetzt zueinander angeordnet sind. Der maximale Abstand der Düsen 6, 7 ist dabei so bemessen, dass das gesamte Breitenspektrum, in dem die Dünnbrammen in der Gießwalzanlage erzeugt werden können, ohne grundsätzliche Umbauten die Vorrichtung 1 durchlaufen kann.
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Die Düsen 6, 7 bringen die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 nach Art eines Schneidmesserstrahls derart aus, dass, in Draufsicht gesehen, ihre zentrale Achse A die Mittellinie M der zu reinigenden Oberfläche 2 unter einem rechten Winkel schneidet und einerseits die in Förderrichtung R gemessene Breite BS der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 jeweils eng begrenzt ist und andererseits die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 sich nach Verlassen der Düsen 6, 7 unter einem Spritzwinkel γ auffächern. Die Ausrichtung der Düsen 6, 7 bzw. der von ihnen ausgebrachten Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 ist gleichzeitig so gewählt, dass die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 parallel zueinander und mit entgegengesetzt zueinander ausgerichteten Strömungsrichtungen SR1, SR2 auf die zu reinigende Oberfläche 2 der Dünnbramme 3 treffen, ohne sich gegenseitig durch Überschneidungen zu behindern. Die Auftreffbereiche 15, 16, in denen die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 auf die zu reinigende Oberfläche 2 treffen, sind dabei in einem Abstand KR zum der den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl S1, S2 ausbringenden Düse 6, 7 zugeordneten Rand 11, 12 angeordnet, so dass sich die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 in Förderrichtung R gesehen (2) über eine im Idealfall zur Mittellinie M symmetrisch ausgerichteten Breite KA überlappen.
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In den an den jeweiligen Rand 11, 12 angrenzenden, sich jeweils über den Abstand KR und die Länge L der Dünnbramme KR erstreckenden Randbereich 17, 18 trifft derjenige Flüssigkeitsstrahl S1, S2, der aus der dem jeweiligen Rand 11, 12 zugeordneten Düse 6, 7 ausgebracht wird, demnach nicht direkt auf. Stattdessen werden die betreffenden Randbereiche 15, 16 nur von dem Flüssigkeitsstrahl S2, S1 überspült, der von der an der jeweils gegenüberliegenden Seite angeordneten Düse 7, 6 ausgebracht wird.
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Der Abstand KR beträgt in der Praxis 30–200 mm, vorzugweise 100–150 mm, um sicherzustellen, dass die Kanten an den seitlichen Rändern 11, 12 der Oberfläche 2 nicht getroffen werden. Auf diese Weise wird eine zur Vermeidung von Kantenfehlern beim nachfolgenden Warmwalzen ausreichende Duktilität der Dünnbramme 2 in den Randbereichen 15, 16 gewährleistet.
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Die Breite KA der Überlappung der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 sollte in der Praxis mindestens 250 mm betragen, um eine ausreichend intensive Reinigung des Mittenbereichs der zu reinigenden Oberfläche 2 zu gewährleisten.
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Der Spritzwinkel γ sollte im Bereich von 10–45°, insbesondere 10–30° liegen. Bei einem zu geringen Spritzwinkel γ überstreichen die Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 beim Auftreffen auf die zu reinigende Oberfläche 2 einen zu kleinen Auftreffbereich AB1, AB2, so dass keine ausreichende Säuberung oder Entfernung loser Zunderpartikel erfolgt. Bei einer deutlichen Überschreitung von 45° ist hingegen der Spritzfächer zu stark gespreizt und der durch das Auftreffen und Abströmen des Flüssigkeitsstrahls erreichbare Impuls zu gering für eine ausreichende Säuberung.
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Je größer die Höhe h der Düsen über der zu reinigenden Oberfläche 2 gewählt wird, umso größer sollte der Neigungswinkel Θ gewählt werden, um mit der Unterseite des aus dem jeweiligen Flüssigkeitsstrahl S1, S2 gebildeten Wasserfächers den vorgegebenen Auftreffbereich AB1, AB2 auf der zu reinigenden Oberfläche 2 zu erreichen. Bei einer Höhe oberhalb von 700 mm wäre dieser Winkel bei den heute üblichen Dünnbrammen 3 so steil, dass der jeweilige Flüssigkeitsstrahl S1, S3 beim Auftreffen auf die Oberfläche 2 stark nach oben reflektiert würde und keine ausreichende Säuberung mehr gegeben wäre. Eine deutliche Unterschreitung von 20 mm ist nicht zweckmäßig, da dann die Gefahr besteht, dass die Düsen 6, 7 in Folge einer Kollision mit einer nicht zentrisch über den Rollgang 4 transportierten Dünnbramme 3 beschädigt werden.
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Der Neigungswinkel Θ wird in Abhängigkeit von der Höhe h so gewählt, dass der aus dem jeweiligen Flüssigkeitsstrahl S1, S2 gebildete Wasserfächer den vorgegebenen Auftreffbereich AB1, AB2 sicher erreicht. Neigungswinkel Θ deutlich unterhalb von 90° sind in der Regel nicht sinnvoll, da dann das meiste Spritzwasser ungenutzt über die Dünnbramme hinwegschießt. Winkel wesentlich größer als 135° sind gleichfalls nicht sinnvoll, da diese dann so steil sind, dass der Wasserstrahl beim Auftreffen auf die Brammenoberseite stark nach oben reflektiert werden könnte und keine ausreichende Säuberung mehr gegeben wäre.
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Der Abstand c der beiden Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 voneinander in Richtung R der Relativbewegung wird so gewählt, dass sich die Flüssigkeitsstrahlen nicht gegenseitig behindern.
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Mit der in den Figuren schematisch dargestellten Vorrichtung 1 sind zehn Versuche E1–E10 durchgeführt worden. Die dabei eingestellten Parameter Breite B der jeweils gereinigten Dünnbramme 3, Spritzwinkel γ der Düsen 6, 7, Neigungswinkel Θ, Abstand KR, Breite KA des Überlappungsbereichs, Höhe h der Düsen 6,7 über der zu reinigenden Oberfläche 2, seitlicher Abstand b der Düsen 6, 7 zu der Dünnbramme 3 und Abstand c der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 in Förderrichtung R sowie der jeweils eingesetzte Düsentyp, eine Bewertung der am fertigen Band in Form von Zundereinwalzungen feststellbaren ”Zunderfehler” und eine Bewertung der beim anschließenden Warmwalzen eingetretenen Kantenfehler sind in Tabelle 1 angegeben.
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Es zeigte sich, dass bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise (Versuche E1–E10) allenfalls wenige leichte Fehler (Bewertung ”+”) oder gar keine Fehler (Bewertung ”++”) am aus einer Dünnbramme 3 in erfindungsgemäßer Weise jeweils erzeugten Warmband festgestellt werden.
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Zum Vergleich sind zwei weitere Versuche V1, V2 mit einer hier nicht gezeigten Vorrichtung durchgeführt worden, deren grundsätzlicher Aufbau der Vorrichtung 1 entsprach, bei der jedoch zwei Düsen auf derselben Seite 11 aufgestellt und ohne Einhaltung eines Abstands KR auf die Kante der jeweils zu reinigenden Bramme gerichtet worden sind. Diese Anordnung hatte jedoch deutliche Fehler (Bewertung ”–”) bzw. viele schwere Fehler (Bewertung ”––”) zur Folge.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung zum Reinigen der Oberfläche der Dünnbramme 3
- 2
- zu reinigende Oberfläche der Dünnbramme 3
- 3
- Dünnbramme
- 4
- Rollgang
- 5
- Rollen des Rollgangs 2
- 6, 7
- Düsen zum Ausbringen der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2
- 8a
- Bedienerseite des Rollgangs 4
- 8b
- Antriebsseite des Rollgangs 4
- 9, 10
- Gestelle
- 11, 12
- Rand der zu reinigenden Oberfläche 2 der Dünnbramme 3
- 13, 14
- Tragarm der Gestelle 9, 10
- 15, 16
- Auftreffbereiche der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2 auf der zu reinigende Oberfläche 2
- 17, 18
- Randbereiche der zu reinigenden Oberfläche 2
- γ
- Spritzwinkel
- Θ
- Neigungswinkel
- b
- Abstand der Düsen 6, 7 zum ihnen jeweils zugeordneten Rand 11, 12 der Dünnbramme 3
- c
- Abstand
- h
- Höhe der Düsen 6, 7
- A
- jeweilige zentrale Achse der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2
- AB1, AB2
- Auftreffbereich der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2
- B
- Breite der Dünnbramme 3
- B4
- Breite des Rollgangs 4
- BS
- Breite der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2
- D
- Dicke der Dünnbramme 3
- KA
- Breite, über die sich die Flüssigkeitsstrahlen in Förderrichtung R gesehen überlappen
- KR
- Abstand zum der den jeweiligen Flüssigkeitsstrahl S1, S2 ausbringenden Düse 6, 7 zugeordneten Rand 11, 12
- L
- Länge der Dünnbramme 3
- M
- Mittellinie der zu reinigenden Oberfläche 2
- R
- Förderrichtung, in der die jeweilige Dünnbramme 3 relativ zu den ortsfest angeordneten Düsen 6, 7 bewegt wird
- S1, S2
- Flüssigkeitsstrahlen
- SR1, SR2
- Strömungsrichtung der Flüssigkeitsstrahlen S1, S2
- V
- Vertikale
-
