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DE2927769C2 - Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes in einer Kaltwalzstraße - Google Patents

Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes in einer Kaltwalzstraße

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Publication number
DE2927769C2
DE2927769C2 DE2927769A DE2927769A DE2927769C2 DE 2927769 C2 DE2927769 C2 DE 2927769C2 DE 2927769 A DE2927769 A DE 2927769A DE 2927769 A DE2927769 A DE 2927769A DE 2927769 C2 DE2927769 C2 DE 2927769C2
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Germany
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rolling
flatness
strip
stands
spray nozzles
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DE2927769A
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Wilfried 5912 Hilchenbach Bald
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SMS Siemag AG
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SMS Schloemann Siemag AG
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Publication date
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes in einer Kaltwalzstraße mit mindestens zwei Walzgerüsten, bestehend aus einer quer zur Bandlaufrichtung messenden Planheitsmeßeinrichtung hinter dem letzten Gerüst, einer Vielzahl von Spritzdüsen zum zonenweise stellbaren Bespritzen der Arbeitswalzen aller Walzgerüste mit Kühlflüssigkeit und mit einer Steuereinrichtung zum Erzeugen von Stellsignalen für die Spritzdüsen aus den Meßsignalen der Planheitsmeßeinrichtung.
  • Eine solche Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes ist bekannt und bei einer von der Patentinhaberin projektierten und gebauten Aluminium-Kaltwalzanlage zum Einsatz gelangt, bei der die Arbeitswalzen jedes Gerüstes durch eine Vielzahl von Einzeldüsen mit Kühlflüssigkeit beaufschlagbar sind. Hierbei findet eine Regelung und Steuerung der Einzeldüsen zum Zwecke der Walzenkühlung mittels einer Planheitsmeßeinrichtung statt, wie sie in "Asea-Zeitschrift", 1977, Jahrgang 22, Heft 6, Seiten 133 bis 138 beschrieben ist. Eine Meßrolle, welche quer zur Bandlaufrichtung in eine größere Anzahl von Meßzonen unterteilt ist, erfaßt dabei in jeder dieser Meßzonen die vom Walzband ausgeübte radiale Kraft, welche die Zugspannung des Bandes in der betreffenden Meßzone darstellt. Die Spannungsverteilung quer zur Walzrichtung ist von der unterschiedlichen Dehnung bzw. der relativen Verlängerung des Bandes beim Walzen abhängig und damit ein Maß für die Bandplanheit.
  • Die der jeweiligen Bandspannungsverteilung entsprechenden Signale beeinflussen die mit Kühlflüssigkeit beaufschlagten, einzelnen Spritzdüsen und führen damit zu einer automatischen Regelung der Walzenkühlung, wie sie gemäß der Literaturstelle "Asea-Zeitschrift" 1977, Jahrgang 22, Heft 6, Seite 138 für das letzte Gerüst in Erwägung gezogen ist.
  • Beim praktischen Betrieb der bekannten Aluminium-Kaltwalzanlage hat sich aber ergeben, daß eine absolute Planheit des Fertigprodukts nicht erreicht werden kann, unabhängig davon, ob die Meßsignale der Planheitsmessung zwecks Optimierung der Bandplanheit gleichmäßig auf die Kühlsysteme sämtlicher Walzgerüste zurückwirken, oder aber die Meßsignale der Planheitsmessung nur das Kühlsystem des letzten Walzgerüstes steuernd und regelnd beeinflussen können.
  • In beiden Fällen müssen nämlich Planheitsabweichungen vom Idealzustand innerhalb gewisser Grenzen in Kauf genommen werden, weil steuerungs- und regelungsbedingt einerseits eine Überfunktion und andererseits eine Unterfunktion der Walzenkühlung eintritt.
  • Die Beseitigung gerade dieser Nachteile des Standes der Technik wird durch die vorliegende Erfindung bezweckt. Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäßige Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß eine Optimierung der Bandplanheit, d. h. eine Beeinflussung des Walzvorgangs im Sinne der Herstellung eines absolut planen Bandmaterials erreicht wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird dabei auf überraschend einfache Art und Weise durch die Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 erreicht.
  • Der besondere Vorteil dieser Maßnahmne liegt darin, daß die Regelvorrichtung als sogenannte Registersteuerung arbeitet, die mit Rückwärtsregelung - also entgegensetzt zur Bandlaufrichtung - jeweils auf die Walzenkühlung einer begrenzten Anzahl von in der Kaltwalzstraße befindlichen Walzgerüsten einwirkt. Diese Einwirkung findet dabei in solcher Weise statt, daß bei Planheitsabweichungen, die unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes liegen, nur Stellsignale entstehen, die die Walzenkühlung des letzten Gerüstes steuernd und regelnd beeinflussen, während beim Überschreiten dieses Grenzwertes Stellsignale gebildet werden, die mindestens auch die Walzenkühlung des vorletzten Walzgerüstes noch steuernd und regelnd beeinflussen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich gegebenenfalls auch noch so auslegen, daß eine Beeinflussung der Walzenkühlung in Abhängigkeit von der Planheitsmeßeinrichtung höchstens an den letzten drei Walzgerüsten einer Kaltwalzstraße möglich ist, während die Walzenkühlung an allen weiteren vorgeordneten Walzgerüsten unbeeinflußt bleibt. Die Walzenkühlung aller weiteren vorgeordneten Walzgerüste wird vielmehr so betrieben, daß die Arbeitswalzenpaare und auch die Stützwalzenpaare derselben eine möglichst gleichmäßige und gleichbleibende Oberflächentemperatur behalten und damit für die Leistung einer möglichst gleichmäßigen Walzarbeit über die gesamte Breite des Bandmaterials hinweg eingestellt sind.
  • Als besonders vorteilhaft hat sich erwiesen, wenn die erfindungsgemäße Planheitsregelvorrichtung auch die Merkmale des Anspruchs 2 benutzt. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei einer solchen Auslegung die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in bestmöglicher Weise gelöst werden kann.
  • Ein günstiger Betrieb der erfindungsgemäßen Planheitsregelvorrichtung ergibt sich durch Anwendung der Merkmale des Anspruchs 3, weil hierdurch die Möglichkeit besteht, die Kühlflüssigkeit nur dort in den Walzprozeß einzubringen, wo dies für die optimale Planheitsregelung des bandförmigen Metall-Walzgutes wesentlich ist.
  • Alle Arten von Planheitsfehlern, d. h. sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Planheitsfehler, lassen sich ausregeln, wenn für die erfindungsgemäße Vorrichtung die Merkmale des Anspruchs 4 zum Einsatz gelangen.
  • Für eine vollautomatische Planwalzung des bandförmigen Metall-Walzgutes sind die Merkmale des Anspruchs 5 zur Benutzung vorgesehen.
  • Eine bauliche besonders günstige Auslegung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 6, während die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 einer vorteilhaften baulichen Ausgestaltung dieser Vorrichtung dienlich sind.
  • In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Es zeigt
  • Fig. 1 in schematisch vereinfachter Seitenansicht eine fünfgerüstige Tandem-Kaltwalzstraße für bandförmiges Metall-Walzgut, während in
  • Fig. 2 in größerem Maßstab der erfindungswesentliche Endbereich der Tandem-Kaltwalzstraße nach Fig. 1 in seiner Auslegung zur Erzielung einer optimalen Planwalzung des bandförmigen Metall-Walzgutes wiedergegeben ist.
  • Nach Fig. 1 der Zeichnung wird das auszuwalzende, bandförmige Metall-Walzgut 1 von einem Abwickelhaspel 2 abgezogen und in eine Tandem-Kaltwalzstraße 3 eingeführt, die bspw. aus fünf Quarto-Walzgerüsen 4, 5, 6, 7 und 8 besteht. Nach dem Auslaufen aus dem letzten Quarto-Walzgerüst 8 wird dann das bandförmige Metall-Walzgut 1 wieder von einem Aufwickelhaspel 9 aufgenommen.
  • Jedes der fünf Quarto-Walzgerüste 4 bis 8 der Tandem-Kaltwalzstraße 3 ist in üblicher Weise mit einer - nicht dargestellten - Walzenanstellvorrichtung ausgestattet, die zur Einstellung des Walzspaltes zwischen dem Arbeitswalzenpaar sowie zur Erzeugung der Walzkraft dient. Jedem der Quarto- Walzgerüste 4 bis 8 ist aber auch eine bekannte, daher ebenfalls der Einfachheit halber nicht dargestellte - Arbeitswalzen-Biegevorrichtung zugeordnet, damit auch eine (positive und/oder negative) Biegung der Arbeitswalzen die Querschnittsform des bandförmigen Metall-Walzguts 1 im Sinne der Erzielung möglichst planparalleler Oberflächen beeinflußt werden kann.
  • Da bei der Durchführung des Walzvorgangs infolge der zu leistenden Walzarbeit beträchtliche Temperaturerhöhungen am bandförmigen Metall-Walzgut 1 sowie an den Arbeitswalzen und auch an den Stützwalzen der Quarto-Walzgerüste 4 bis 8 auftreten, können sich als Folge unterschiedlicher Wärmespannungen auch beträchtliche Planheitsfehler am fertiggewalzten Metall-Walzgut 1 einstellen.
  • Um die Temperatur des Metall-Walzgutes 1 und auch der Arbeitswalzen der einzelnen Quarto-Walzgerüste 4 bis 8 in ihrem für die ordnungsgemäße Durchführung des Walzvorgngs notwendigen Grenzen zu halten, ist jedem Quarto-Walzgerüst 4 bis 8 ein eigenes Kühlsystem 10, 11, 12, 13, 14 zugeordnet. Dabei besteht jedes dieser Kühlsysteme 10 bis 14 aus einer großen Anzahl von Spritzdüsen, die jeweils in Düsenreihen angeordnet sind, und zwar so, daß der größte Teil derselben gegen die Umfangsfläche der Arbeitswalzenpaare wirkt, während eine geringe Anzahl von Spritzdüsen auch gegen die Umfangsflächen der Stützwalzen gerichtet ist.
  • Das Arbeitswalzen-Kühlsystem bei den Quarto-Walzgerüsten 4 bis 7 besteht jeweils aus einer großen Anzahl einlaufseitiger Düsenreihen 10&min;, 11&min;, 12&min;, 13&min; sowie einer kleineren Anzahl von auslaufseitigen Düsenreihen 10&min;&min;, 11&min;&min;, 12&min;&min;, 13&min;&min;.
  • Einlaufseitig sind im gezeigten Beispiel jeweils auch Düsenreihen 10&min;, 11&min;, 12&min;, 13&min;, 14&min; vorgesehen, von denen wiederum vier der oberen Arbeitswalze und vier der unteren Arbeitswalze zugeordnet sind. Auslaufseitig befinden sich bei den Quarto-Walzgerüsten 4 bis 7 jeweils vier Düsenreihen 10&min;&min;, 11&min;&min;, 12&min;&min;, 13&min;&min; , von denen wiederum zwei der oberen Arbeitswalzen und zwei der unteren Arbeitwalze zugeordnet sind.
  • Die jeweils aus einer Vielzahl von Spritzdüsen bestehenden Kühlsysteme 10, 11, 12 der Quarto-Walzgerüste 4, 5 und 6 werden so betrieben, daß die Arbeitswalzenpaare und auch die Stützwalzenpaare eine möglichst gleichmäßige und gleichbleibende Oberflächentemperatur behalten und damit für die Leistung einer möglichst gleichmäßigen Walzarbeit über die gesamte Breite des bandförmigen Metall-Walzgutes 1 hinweg beeinflußt wird.
  • Trotz dieser Vorkehrungen können sich jedoch noch Planheitsfehler am Metall-Walzgut 1 einstellen, welche darauf zurückzuführen sind, daß das Metall-Walzgut 1 selbst eine für die ordnungsgemäße Durchführung des Walzvorgangs ungünstige - zu hohe - Temperatur hat und/oder in diesem Metall-Walzgut 1 Temperaturunterschiede vom Rand zur Mitte hin auftreten. Die hieraus resultierenden Planheitsfehler an dem aus dem letzten Quarto-Walzgerüst 8 austretenden - also fertiggewalzten - Metall-Walzgut 1 gilt es aber ebenfalls zu vermeiden. Deshalb wird gemäß Fig. 2 der Zeichnung hinter dem letzten Quarto-Walzgerüst 8 am Bandmaterial 1 eine Planheitsmessung, bspw. mit Hilfe einer Meßrolle 15 durchgeführt, die quer zur Bandlaufrichtung in eine Vielzahl von dicht nebeneinanderliegenden Meßzonen aufgeteilt ist. In jeder dieser Meßzonen wird die vom Metall-Walzgut 1 ausgeübte radiale Kraft, welche die Zugspannung des Metall-Walzgutes 1 in der betreffenden Meßzone darstellt, über magneto- elastische Kraftmeßgeber erfaßt. Die Spannungsverteilung im Metall-Walzgut 1 quer zur Walzrichtung ist von der unterschiedlichen Dehnung bzw. relativen Verlängerung des Metall-Walzgutes beim Walzen abhängig und damit ein Maß für die Bandplanheit.
  • Die aus der Planheitsmessung resultierenden Meßsignale werden einem Vergleichsrechner 16 zugeführt, welcher der Prozeßrechner der gesamten Walzwerksanlage sein kann. In diesem Vergleichsrechner 16 ist eine Abweichungs-Maximalwertvorgabe enthalten, mit der die durch die Meßrolle 14 gebildeten Meßsignale ständig verglichen werden. Dabei ist der Vergleichsrechner 16 so ausgelegt, daß er bis zum Erreichen eines bestimmten Abweichungs-Grenzwertes, welcher bspw. bei 30% des Abweichungs-Maximalwertes liegt, ausschließlich das Kühlsystem 14&min; des letzten Quarto-Walzgerüstes 8 beeinflußt und dessen Spritzdüsen in den einzelnen Düsenreihen selbsttätig steuert und regelt. Die Steuerung und/oder Regelung wirkt dabei auf die einzelnen Spritzdüsen derart, daß die aus diesen austretende Kühlmittelmenge dem für die jeweilige Meßzone gebildeten Abweichungssignal proportional ist.
  • Wird der vorgegebene Abweichungs-Grenzwert, z. B. 30% des Abweichungs-Maximalwertes, überschritten, dann setzt der Vergleichsrechner 16 zusätzlich auch die Düsenreihe 13&min; und/oder 13&min;&min; des Kühlsystems für das vorletzte Quarto- Walzgerüst 7 in Tätigkeit. Dabei werden auch in diesem Quarto-Walzgerüst 7 die Spritzdüsen einzeln in Abhängigkeit von den in den einzelnen Meßzonen gebildeten Meßsignalen so geregelt und gesteuert, daß die Menge des austretenden Kühlmittels dem Abweichungssignal in der betreffenden Meßzone proportional ist.
  • Obwohl es normalerweise zur Optimierung der Bandplanheit völlig ausreicht, mit Hilfe des Vergleichsrechners 16 nur die Kühlsysteme 13 und 14 der beiden letzten Quarto-Walzgerüste 7 und 8 zu beeinflussen, besteht durchaus auch die Möglichkeit, zusätzlich noch die Kühlsysteme 12, 12&min;, 12&min;&min; des Quarto-Walzgerüstes 6 in die rechnergesteuerte Regelung und/oder Steuerung einzubeziehen. In diesem Falle ist es dann vorteilhaft, auf das Kühlsystem 12 bzw. 12&min;, 12&min;&min; des Quarto-Walzgerüsts 6 durch den Vergleichsrechner 16 erst Einfluß zu nehmen, wenn sich bei der Planheitsmessung durch die Meßrolle 15 hinter dem letzten Quarto-Walzgerüst 8 Meßsignale ergeben, deren Abweichungs-Teilwert etwa 65% des Abweichungs-Maximalwertes überschreitet. Auch im Kühlsystem 12 bzw. 12&min;, 12&min;&min; des Quarto-Walzgerüstes 6 werden die einzelnen Spritzdüsen der Düsenreihen so gesteuert und/oder geregelt, daß die aus ihnen austretende Kühlflüssigkeitsmenge dem Abweichungssignal für die betreffende Meßzone der Meßrolle 15 proportional ist.
  • Damit die angestrebte Planparallelität des bandförmigen Metall-Walzgutes 1 in optimaler Weise erreicht wird, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn über den durch die Meßrolle 15 beaufschlagten Vergleichsrechner 16 auch die Walzenbiegung und/oder Anstellung in sämtlichen Quarto-Walzgerüsten 4 bis 8 in Abhängigkeit von den Abweichungssignalen - positiv und/oder negativ - nachgeregelt wird. Hierdurch lassen sich dann auf besonders einfache Art und Weise die symmetrischen Planheitsfehler am Metall-Walzgut 1 vermeiden, während die unsymmetrischen Planheitsfehler durch die Proportionalsteuerung und/oder -regelung der Spritzdüsen in den Kühlsystemen 14 bzw. 14&min; bzw. 13 bzw. 13&min;, 13&min;&min; der beiden letzten Quarto-Walzgerüste 7 und 8 ausgeregelt werden.
  • Hinter dem letzten Quarto-Walzgerüst 8 kann am bandförmigen Metall-Walzgut 1 gleichmäßig über dessen gesamte Breite verteilt eine Temperaturmessung mit Hilfe geeigneter Meßglieder 17 durchgeführt werden. Auch die durch die einzelnen Meßglieder 17 ermittelten Temperaturwerte werden dann in den Vergleichsrechner 16 eingegeben und mit einer darin gespeicherten Bezugstemperatur verglichen. Sofern der Istwert der Walzgut- Temperatur an irgendeiner Stelle über die Walzgutbreite den vorgegebenen Sollwert überschreitet, läßt sich über den Vergleichsrechner 16 eine spezielle Bandkühlung und/oder Bandeinölung bewirken. Die Bandkühlung wird dabei jeweils durch zwei Reihen von Spritzdüsen 18, 19, 20 gebildet, welche jeweils mit Abstand vor der Einlaufseite der Quarto-Walzgerüste 6, 7 und 8 angeordnet sowie einerseits gegen die Walzgutoberseite und andererseits gegen die Walzgutunterseite gerichtet sind. Auch zur Bandeinölung sind jeweils zwei Reihen von Spritzdüsen 21, 22, 23 vor der Einlaufseite jedes der Quarto-Walzgerüste 6, 7 und 8 vorgesehen und dabei einerseits gegen die Walzgutoberseite und andererseits gegen die Walzgutunterseite gerichtet.
  • Die der Bandkühlung dienenden Reihen von Spritzdüsen 18, 19 und 20 werden proportional zu den in den einzelnen Breitenzonen durch die Meßglieder 17 ermittelten Temperaturwerten gesteuert und geregelt, während die zur Bandeinölung vorgesehenen Reihen von Spritzdüsen 21, 22 und 23 zusätzlich in Tätigkeit gesetzt werden, wenn es erforderlich ist, das gesamte Temperaturniveau des Bandmaterials 1 zu reduzieren.
  • Durch Benutzung der vorstehend beschriebenen Vorrichtung wird eine optimale Planwalzung von bandförmigen Metall- Walzgut bei allen Walzgeschwindigkeiten erreicht. Die Tandem-Kaltwalzstraße 3 kann dabei vollautomatisch gefahren werden, d. h. der bisher hinter dem letzten Gerüst 8 notwendige Bedienungsmann läßt sich für andere Arbeiten einsetzen. Der optimale Arbeisbereich der Tandem-Kaltwalzstraße 3 wird infolge der Überwachung der Walzguttemperatur eingehalten und alle Arten von Planheitsfehlern, d. h., sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Planheitsfehler können vermieden bzw. ausgeregelt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Regelung der Planheit bandförmigen Metall-Walzgutes in einer Kaltwalzstraße mit mindestens zwei Walzgerüsten, bestehend aus einer quer zur Bandlaufrichtung messenden Planheitsmeßeinrichtung hinter dem letzten Gerüst, einer Vielzahl von Spritzdüsen zum zonenweisen stellbaren Bespritzen der Arbeitswalzen aller Walzgerüste mit Kühlflüssigkeit und mit einer Steuereinrichtung zum Erzeugen von Stellsignalen für die Spritzdüsen aus den Meßsignalen der Planheitsmeßeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) die Meßsignale der Planheitsmeßeinrichtung (15) mit einem vorgebbaren Grenzwert innerhalb eines eingespeicherten Abweichungs-Maximalwertes vergleicht und bei Unterschreiten dieses Grenzwertes nur die Spritzdüsen (14 bzw. 14&min;) des letzten Walzgerüstes (8) bei Überschreiten dieses Grenzwertes aber zusätzlich auch die Spritzdüsen (13 bzw. 13&min;, 13&min;&min;) mindestens des vorletzten Walzgerüstes steuernd beeinflußt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert 30% des Abweichungs-Maximalwertes beträgt.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am letzte Gerüst (8) die Arbeitswalzen nur einlaufseitig (14&min;), an dem vorhergehenden Gerüst (7) bzw. den vorhergehenden Gerüsten (7, 6) die Arbeitswalzen aber ein -und auslaufseitig (13&min;, 13&min;&min; bzw. 12&min;, 12&min;&min;) gekühlt werden.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Planwalzung gleichzeitig zusätzlich auch die Walzenbiegung und/oder -anstellung in sämtlichen Gerüsten (4 bis 8) nachgeregelt wird.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale und/oder Steuergrößen fortwährend in einem Prozeßrechner (16) verarbeitet und zu Stellsignalen umgeformt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Beeinflussung der Bandplanheit vorgesehenen Spritzdüsen (12&min;, 12&min;&min;; 13&min;, 13&min;&min;, 14&min;) in den einzelnen Gerüsten (6; 7; 8) ausschließlich gegen den Umfang der Arbeitswalzen gerichtet sind und mit einem an der Auslaufseite des letzten Gerüstes (8) angeordneten Planheits- Meßsystem (15) in Steuer- und Regelverbindung stehen (16).
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß an den Einlaufseiten sämtlicher Gerüste (4 bis 8) vor jeder Arbeitswalze vier Düsenreihen (10&min;, 11&min;, 12&min;, 13&min;, 14&min;) im Abstand übereinanderliegen, während die an den Auslaufseiten liegenden Spritzdüsen (10&min;&min;, 11&min;&min;, 12&min;&min;, 13&min;&min; ) hinter jeder Arbeitswalze in zwei Reihen übereinander angeordnet sind (Fig. 1 und 2).
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spritzdüse ein eigenes Steuer- und/oder Regelventil zugeordnet ist.
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