DE69916999T2

DE69916999T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Hochgeschwindigkeitsbehandlung eines Bandes

Info

Publication number: DE69916999T2
Application number: DE69916999T
Authority: DE
Inventors: Richard Kenneth Lordo; Thomas Sven Persson
Original assignee: Danieli Technology Inc
Current assignee: Danieli Technology Inc
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-06-08
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2019-06-09
Also published as: WO2000071267A1; US20010011547A1; ES2221265T3; EP1054079B1; ATE266108T1; US6260563B1; CA2374017A1; US6551413B2; DE69916999D1; AU4849800A; EP1054079A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Stahl, insbesondere das Beizen von Stahl und speziell die Steuerung des Beizbades, das zum Beizen von Stahlband, das sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegt, verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung ist in seiner Anwendung nicht auf Beizbäder beschränkt, sondern kann mit anderen Typen von Fluidbehandlungssystemen für Hochgeschwindigkeits-Band wie etwa Spülen und Reinigen angewandt werden.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen zehn bis fünfzehn Jahren hat eine erheblich Entwicklung in bezug auf das Beizen von Stahl stattgefunden. Die Technik hat sich von einfachen Tauchbehältern zu horizontalen Beizbehältern und weiter zu äußerst fortgeschrittenen Wirbelströmungssystemen fortentwickelt, was zur Erzeugung von ökologischeren und wirtschaftlicheren Verfahren geführt hat, während gleichzeitig die Güte der Behandlung, der das Material unterzogen werden mußte, verbessert wurde.
Dessen ungeachtet wurden praktisch sämtliche der neueren Behandlungsanlagen (hauptsächlich Stahlband-Beizanlagen) für Warmbänder mit Dicken im Bereich von 1,8 bis 6 mm ausgebildet. Weltweit ist die durchschnittliche Banddicke ungefähr 3 mm.
Dank der Warmwalztechnologie in Verbindung mit der Technologie zum Gießen dünner Brammen erzeugt der Warmbandsektor heute Dicken von nur 0,7 mm, während gleichzeitig die Fähigkeit zur Handhabung von Dicken von 6 mm aufrechterhalten worden ist. Zur Produktion von erheblich dünneren Warmbändern in den Anlagen muß das Band während der Behandlung mit höheren Geschwindigkeiten laufen. Beispielsweise ist bei einer Produktion von 1,5 Millionen Tonnen/Jahr und einem beispielhaften Band mit einer Dicke von 3 mm die Bandgeschwindigkeit 250 m/min. Bei einem Band mit einer Dicke von 1,5 mm ist die Produktionsgeschwindigkeit bei der gleichen Produktionskapazität 500 m/min; 400 m/min sind bei der gleichen Produktionsrate bei einem Band mit einer Dicke von 2,4 mm zu erwarten.
Zur Zeit auf dem Markt zur Verfügung stehende Beiztechnologien sind im allgemeinen mit solch hohen Geschwindigkeiten nicht kompatibel, da die Anlage gewöhnlich zum Vorwärtsbewegen des Bands durch eine horizontale Beizanlage unter geringer mechanischer Spannung ausgelegt ist. Dies bedeutet Führungsprobleme, und der zusätzliche Zustand einer hohen Geschwindigkeit des Bands bewirkt, daß das Band die Beizflüssigkeit an seiner Oberfläche mitnimmt. Wenn das Band mit erheblicher Kinetik horizontal in das Säurebad vorwärtsbewegt wird, kann die Flüssigkeitsmenge, die mitgenommen wird, so groß sein, daß es schwierig ist, ein angemessenes Beizen und einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Eine Säuregrenzschicht tendiert dazu, in bezug auf das Band stationär zurückzubleiben, was in einem geringen Kontaktwirkungsgrad resultiert.
In der Vergangenheit sind Beizbehälter und ihre Abdeckungen so ausgebildet worden, daß Säuredämpfe gesteuert wurden, siehe zum Beispiel die US-Patente 3 803 996 und 3 648 593 von Marshall sowie 4 592 784 von Ghizzi. Es sind Wehre verwendet worden, um von dem einen Behälter oder der einen Zone zu der nächsten Säurekaskaden zu erzeugen. Siehe das US-Patent 3 473 962 von Hampel und das US-Patent 5 179 967 von Matiussi. Säure ist in separaten Behältern zur Kreislaufrückführung gesammelt worden, siehe zum Beispiel das US-Patent 4 007 750 von Galloway und das US-Patent 5 853 495 von Gravert et al.; siehe auch das US-Patent 5 716 455 von Zednicek et al., das Verengungen beschreibt, die gebaut wurden, um die Säure an dem Band zu abzuscheren, was Verwirbelungen verursacht; die Säure wird durch Ablaufeinrichtungen im Kreislauf rückgeführt. Beim Beizen von Draht nutzen Hone et al. in den US-Patenten 4 950 333 und 4 951 694 die Dynamik des Verfahrens durch Erzeugung von Säurewellen, die durch Wehre gesteuert werden.
Insbesondere das US-Patent 5 853 495, das EP-A-0795629 entspricht, beschreibt eine Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung von sich kontinuierlich bewegendem Band, insbesondere zum Beizen von Walzband aus Metall, die einen trogförmigen Behälter aufweist, der ein Behandlungsflüssigkeitsbad enthält. Der Trog weist eine Platte auf, die darin angebracht ist und in die Flüssigkeit taucht und ungefähr parallel zu dem Band ausgefluchtet ist. Die Platte unterteilt das Behandlungsbad in einen Behandlungsbereich unterhalb der Platte, durch den das Band, das gerade behandelt wird, hindurchläuft, und einen Rückflußsektor für die Flüssigkeit über der Platte. Die Behandlungsflüssigkeit wird in dem Rückflußsektor an einem Abgabeende des Trogs gesammelt und entlang dem Rückflußsektor zu einem Aufnahmeende des Trogs geleitet.
Säure wird von einem hohen Ende eines Säurebehälters durch Schwerkraft durch ein Rohr zu einem unteren Ende im Kreislauf rückgeführt, wie von Lordo in dem US-Patent 5 803 981 vorgesehen ist. Kimura et al. führen in dem US-Patent 5 116 447 "Nachströme" von Säure im Kreislauf zurück, die von Wehrelementen abgestreift werden, die eine solche Gestalt haben, daß sie Überschußsäure zu den Seiten der Wehre leiten, um sie ablaufen zu lassen.
Wie oben erwähnt, resultiert die Kinetik der außerordentlich hohen Geschwindigkeit der neueren Beizstraßen in einer raschen Bewegung der Säure in dem Bad, insbesondere derjenigen über dem Band, zu dem abstromseitigen Ende des Verfahrens und der Vorrichtung.
Dies führt zu zunehmenden Tiefen von Säure in den abstromseitigen Enden der Beizbehälter, was die Gefahren für Arbeiter erhöht und aufgrund der Möglichkeit, daß Säure aus der Vorrichtung entweicht, Umweltprobleme verursacht, sowie zu wirtschaftlichen Verlusten aufgrund von ungenügender Nutzung der Säure.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ermöglicht das effiziente Beizen von Stahlband, das sich mit hohen Geschwindigkeiten bewegt, während gleichzeitig Säure konserviert wird und verbesserte ökologische und wirtschaftliche Vorteile erzielt werden. Sie ist nicht nur zum Hochgeschwindigkeits-Beizen anwendbar, sondern auch für andere Hochgeschwindigkeits-Bandbehandlungen wie etwa Spülen und Reinigen.
Die vorliegende Erfindung weist eine Beizvorrichtung zum Beizen von Stahlband auf, das sich im wesentlichen horizontal mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Vielzahl von Säure enthaltenden Abschnitten in Reihe zum In-Kontakt-Bringen des Bands mit Säure, wobei jeder Säure enthaltende Abschnitt ein aufstromseitiges Ende und ein abstromseitiges Ende aufweist sowie folgendes aufweist: (a) Einrichtungen, um ein gewünschtes Niveau des Bands darin aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig zugelassen wird, daß Säure an seiner Unter- sowie seiner Oberseite fließt, (b) einen Auslaß für das Band in dem abstromseitigen Ende, der eine bogenförmige Umlenkeinrichtung für Säure aufweist, die mit dem Band und an dessen Oberseite fließt, wobei die bogenförmige Umlenkeinrichtung eine solche Gestalt hat, daß sie die fließende Säure aufnimmt und ihre Durchflußrichtung auf einem Niveau umkehrt, das höher als das der Säure an dem Band ist, und (c) eine geneigte Separatorplatte zur Aufnahme von Säure von der Umlenkeinrichtung in der umgekehrten Durchflußrichtung und zum Leiten der Säure nach unten zu dem aufstromseitigen Ende des Abschnitts.
Unter der Umlenkeinrichtung ist eine Verengung für den Durchfluß von Säure an der Oberseite des Bands angeordnet, gefolgt von einer divergierenden Zone. Die Verengung in Verbindung mit der divergierenden Zone beschleunigt den Durchfluß der Säure, die an der Oberseite des Bands zurückbleibt, so daß sie nicht mehr lediglich von dem Band mitgenommen wird. Die Verengung unterstützt ferner die Funktion der Umlenkeinrichtung, indem sie die höheren Säureniveaus nach oben zu der Umlenkeinrichtung hin drängt, so daß sie im Kreislauf rückgeführt werden kann.
Die vorliegende Erfindung weist fakultativ die Verwendung einer speziellen Abdeckung für die Beizbehälter und weitere fakultative Merkmale und Abwandlungen auf, wie sich aus dem Nachstehenden ergibt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Figuren dienen als ein nicht einschränkendes Beispiel und zeigen wie folgt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung:
1 ist eine seitliche Schnittansicht eines Bereich einer Hochgeschwindigkeits-Bandbeizstraße, die die vorliegende Erfindung aufweist. In dieser Darstellung ist keine Säure gezeigt.
2 ist eine vergrößerte Ansicht von nur einem Abschnitt der Beizstraße von 1, die ein besseres Verständnis ihrer Wirkung ermöglicht.
GENAUE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Wie aus 1 ersichtlich ist, bewegt sich ein Stahlband 1 durch eine Beizanlage 2 mit einer hohen Geschwindigkeit – das heißt, mindestens 150 m/min und möglicherweise 400 oder 500 m/min – die durch jede herkömmliche Einrichtung, nicht gezeigt, erreicht wird. Das Stahlband 1 wird anfangs von Quetschrollen 3 in einer Vorschubkammer 4 auf dem gewünschten Niveau gehalten und wird dann von Blöcken 5, die in der Anlage 2 verteilt sind, auf einem gewünschten Niveau gehalten.
Die Blöcke 5 können aus Granit, Polypropylen oder anderem Material, das für die Säure 13 mehr oder weniger undurchlässig ist, bestehen, wie in der Technik bekannt ist. Die Blöcke 5 unterteilen das Säurebad in Badabschnitte 8. Eine Behälterabdeckung 12 bedeckt drei aufeinanderfolgende Badabschnitte 8.
Quetschrollen, nicht gezeigt, die den Quetschrollen 3 ähnlich sind, können an dem abstromseitigen Ende der Anlage 2 angeordnet sein. Beizsäure 13 oder ein anderes Fluid kann durch Sprüheinrichtungen 6 unmittelbar auf die Oberseite des sich bewegenden Bands 1 eingeleitet werden und kann den Badabschnitt 8 bevorzugt im wesentlichen füllen, so daß das Band 1 vollständig eintaucht. Die Beizsäure 13 bildet ein Bad 7, das mit der Unterseite des Bands 1 in Kontakt ist.
In 2 ist das aufstromseitige Ende des Badabschnitts 8 von einem unteren Block 5A und einem oberen Block 5B definiert, und die abstromseitigen Begrenzungen sind von einem unteren Block 5C und einem oberen Block 5D definiert. Die Säure 13 wird gemeinsam mit dem sich bewegenden Band in jedem Badabschnitt 8 getrieben, so daß sie zu dem abstromseitigen Ende des Badabschnitts 8 hin fließt. Die oberen Niveaus der Säure 13 in dem abstromseitigen Ende werden von einer Umlenkeinrichtung 14 abgefangen, die vorteilhafterweise eine bogenförmige Konfiguration ähnlich einem Schneepflug hat und die Tendenz hat, die Durchflußrichtung der Säure 13 umzukehren, wie durch einen Pfeil 9 gezeigt ist. Von dem oberen Rand der Umlenkeinrichtung 14 austretende Säure 13 wird durch ihre kinetische Energie in Richtung des aufstromseitigen Endes des Badabschnitts 8 gefördert und fließt auf die Oberfläche einer Separatorplatte 10. Die Separatorplatte 10 hat eine leichte Neigung nach unten zu dem aufstromseitigen Ende des Badabschnitts 8 hin; die Säure 13 fließt also zu dem aufstromseitigen Ende des Badabschnitts 8 zurück und fließt oder läuft durch Öffnungen 11 nach unten auf die Oberfläche des Bands 1 ab oder wird dorthin angesaugt.
Die Separatorplatte 10 kann in jeden Badabschnitt 8 eingebaut sein oder kann in die Behälterabdeckung 12 eingebaut sein, die ebenfalls obere Blöcke 5B und 5D aufweisen kann. Die Separatorplatte 10 kann Kanäle oder Riffelungen enthalten, um sicherzustellen, daß die Säure 13 nicht dazu tendiert, zu der einen oder der anderen Seite der Separatorplatte 10 zu fließen. Die Öffnung 11 kann in die Separatorplatte 10 eingebaut sein oder kontinuierlich über die Bereite des Badabschnitts 8 sein.
Es ist zu beachten, daß gerundete Blöcke 5B und 5D eine Verengung 15 für den Durchfluß des Anteils der Säure 13 bilden, der keiner Strömungsumkehrung unterliegt, wie der Pfeil 9 zeigt. Die Verengung 15 tendiert dazu, den Durchfluß an der Oberseite und unterhalb des Bands 1 zu beschleunigen, und ihr folgt an der Abstromseite eine divergierende Zone 16, die den Durchfluß der Säure 13 an der Oberseite und unterhalb des Bands 1 beschleunigt und ihr eine Verwirbelung hinzufügt, während ihr gleichzeitig im Kreislauf rückgeführte Säure 13 durch die Öffnungen 11 zugefügt wird. Die Beschleunigung der Säure 13 in der divergierenden Zone 16 tendiert dazu, einen negativen Druck in bezug auf die Säure 13 über den Öffnungen 11 zu erzeugen, was dazu beiträgt, die Säure abwärts und durch die Öffnungen 11 zu saugen, was wiederum das gesamte Zirkulationsmuster über dem Band 1 unterstützt, wie durch Pfeile 9 und 18 gezeigt ist. Die Verengung 15 trägt gemeinsam mit der divergierenden Zone 16 zu dem Wirkungsgrad des Behandlungsschritts bei, indem der Kontakt der Säure 13 mit dem Band 1 verbessert wird, und zwar indem sowohl der Kontakt der Säure 13 mit dem Band verstärkt als auch eine Verwirbelung darin verursacht wird.
Durch Strömungsumkehrung eines signifikanten Anteils der Säure 13 in jedem Segment (Behälter) und Kreislaufrückführung der Säure in dem Segment trägt die vorliegende Erfindung dazu bei, Kreuzkontaminierung vom einen Behälter (Segment) zum anderen Behälter (Segment) zu verringern, wobei es erwünscht ist, unterschiedliche Säurekonzentrationen in dem Segment aufrechtzuerhalten.
Es ist ersichtlich, daß die Erfindung ein Verfahren zur Kreislaufrückführung von Bandbehandlungsfluid in einem Hochgeschwindigkeits-Bandbehandlungsbad aufweist, wobei das Behandlungsfluid gemeinsam mit dem Band und an dessen Oberseite mit hoher Geschwindigkeit gefördert wird, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: (a) Leiten des Behandlungsfluids, das gemeinsam mit dem Band und an dessen Oberseite gefördert wird, nach oben und in einer Durchflußumkehrbahn, die so ausgebildet ist, daß das Moment des Behandlungsfluids dazu genutzt wird, die Durchflußrichtung des Behandlungsfluids umzukehren, (b) Leiten des Behandlungsfluids, bevorzugt unter Nutzung seiner kinetischen Energie, auf eine Aufnahmeoberfläche über dem Behandlungsfluid, das mit dem Band gefördert wird, und (c) Leiten des Behandlungsfluids, das in einer umgekehrten Richtung fließt, zu einer Stelle an der Aufstromseite der Durchflußumkehrbahn und Rückführen des Behandlungsfluids im Kreislauf durch Aufbringen des Behandlungsfluids auf das Band.

Claims

Vorrichtung für ein Behandlungsbad für Stahlband (1), wobei sich das Band (1) im wesentlichen horizontal mit hoher Geschwindigkeit bewegt, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Vielzahl von Fluid enthaltenden Abschnitten (8) ein Reihe zum in-Kontakt-Bringen des Bands (1) mit einem Behandlungsfluid, wobei jeder Fluid enthaltende Abschnitt (8) ein aufstromseitiges Ende und ein abstromseitiges Ende aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluid enthaltende Abschnitt (8) aufweist: Einrichtungen (5), um ein gewünschtes Niveau des Bands (1) darin aufrechtzuerhalten, während gleichzeitig zugelassen wird, daß Fluid sowohl mit dem oberen als auch dem unteren Ende des Bands (1) in Kontakt ist, wobei die Einrichtungen (5) gerundete Blöcke (5B, 5D) aufweisen, die imstande sind, eine Verengung (15) für den Durchfluß des Behandlungsfluids zu definieren, einen Auslaß für das Band in dem abstromseitigen Ende, der eine Umlenkeinrichtung (14) für Fluid aufweist, das mit dem Band (1) und an dessen Oberseite fließt, wobei die Umlenkeinrichtung (14) eine solche Gestalt hat, daß sie mindestens einen Anteil des fließenden Fluids aufnimmt und seine Durchflußrichtung auf einem Niveau umkehrt, das höher als das des Fluids an dem Band (1) ist, und eine geneigte Separatorplatte (10) zur Aufnahme von Fluid von der Umlenkeinrichtung (14) in der umgekehrten Durchflußrichtung und zum Leiten dieses Fluid zu dem aufstromseitigen Ende des Abschnitts (8).
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fluid eine Säure (13) zum Beizen des Stahlbands (1) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Umlenkeinrichtung einen bogenförmigen Deflektor (14) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Abdeckung (12) aufweist und wobei die geneigte Separatorplatte (10) in die Abdeckung (12) eingebaut ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Separatorplatte (10) gewellt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Auslaß für das Band (1) aufweist: eine Verengung (15) und eine divergierende Zone (16) zur Verstärkung der Verwirbelung des Fluids an dem Band (1).
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Einrichtungen zum Aufrechterhalten eines gewünschten Niveaus des Bands (1) säurefeste Blöcke aufweist, über die das Band (1) läuft.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der bogenförmige Deflektor (14) ferner eine solche Gestalt hat, daß er die Verengung über dem Band (1) definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei einer von den säurefesten Blöcken unterhalb der Verengung orientiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, die ferner eine Einrichtung zum Aufbringen von Säure (13) auf die Oberseite des Bands (1) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der säurefeste Block unterhalb der Verengung ebenfalls eine Verengung erzeugt.
Verfahren zur Kreislaufrückführung von Bandbehandlungsfluid in einem Hochgeschwindigkeits-Behandlungsbad für Bandmaterial (1) unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Bandbehandlungsfluid gemeinsam mit einem Band (1) mit hoher Geschwindigkeit gefördert wird, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: (a) Leiten des Behandlungsfluids, das gemeinsam mit dem Band und an dessen Oberseite gefördert wird, in einer Durchflußumkehrbahn, die so ausgebildet ist, daß das Moment dieses Behandlungsfluids dazu genutzt wird, die Durchflußrichtung des Behandlungsfluids umzukehren, (b) Aufnehmen des Behandlungsfluids auf einer Separatorplatte (10) zwischen dem Behandlungsfluid, das mit dem Band (1) gefördert wird, und dem Behandlungsfluid, das in einer umgekehrten Richtung fließt, und (c) Leiten des Behandlungsfluids, das in einer umgekehrten Richtung auf der Separatorplatte (10) fließt, zu einer Stelle an der Aufstromseite der Durchflußumkehrbahn und Rückführen des Behandlungsfluids im Kreislauf durch Aufbringen des Behandlungsfluids von der Separatorplatte (10) auf das Band (1).
Verfahren nach Anspruch 12, wobei vor Schritt (b) das Fluid in einer umgekehrten Richtung fließt.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Separatorplatte (10) im wesentlichen eben ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Aufnahmeoberfläche gewellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner an einer Stelle unter der Durchflußumkehrbahn das Leiten eines Anteils des Fluids an der Oberseite des Bands (1) in eine Verengung (15) und dann in eine divergierende Zone (16) aufweist, so daß sich der Durchfluß dieses Anteils des Fluids beschleunigt und in der divergierenden Zone (16) turbulent wird.