Hilchenbach, 09. Dezember 2017

Energie und Kosten sparen durch neue Kühlung der Arbeitswalzen

Die Reduzierung von Produktionskosten steht im Mittelpunkt vieler unserer Entwicklungen, um etwa durch Energieeinsparungen eine Senkung der Betriebskosten zu erreichen. Die neue Konvektions-Arbeitswalzenkühlung (Convection Roll Cooling, CRC) ist eine solche Entwicklung und ermöglicht bei der Warmbandherstellung Kostenreduzierungen von bis zu einer Million Euro jährlich.

Neues Kühlprinzip: Konvektion

Konventionelle Arbeitswalzenkühlungen arbeiten als Sprühkühlungen mit einem Druck von 7 bis 12 bar. Eine siebengerüstige Fertigstraße braucht rund 7.000 m³ Wasser pro Stunde. Die neue Arbeitswalzenkühlung der SMS group basiert dagegen auf dem Konvektionsprinzip. Dabei wird die Kühlung durch einen Wasserstrom erzeugt, der gleichmäßig entgegen der Walzendrehrichtung verläuft.

Um dies zu erreichen, wird der Kühlwasserstrom durch eine intelligente Konstruktion gleichgerichtet und dann durch einen Düsenspalt definiert in den Raum zwischen der Walzenoberfläche und der Kühlschale geführt, die einen ähnlichen Krümmungsradius wie die Arbeitswalze aufweist. Die Schale selbst hat keinen Kontakt zur Walze.

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Die Entwicklung der Konvektions-Arbeitswalzenkühlung erfolgte auch mit numerischen Strömungssimulationen (CFD, Computational Fluid Dynamics).
Simulation und Tests beschleunigen Entwicklung

Bei der konstruktiven Entwicklung der neuen Konvektions-Arbeitswalzenkühlung wurden von Anfang an konsequent moderne, leistungsfähige Berechnungsverfahren angewandt. So wurden etwa das Design der Kühlschale, Abstände und Kühlwassermengen mit CFD-Simulationen überprüft und in iterativen Prozessen optimiert. In einem nächsten Schritt bauten wir in unserer Werkstatt in Hilchenbach einen Prototyp, an dem die Funktion und der Anschwenkmechanismus an die Walze geprüft wurden. Besonderes Augenmerk legten die Entwickler auf die Nachbildung der Umgebungssituation in der Walzstraße, um das Ablaufverhalten des Kühlwassers im Walzgerüst beurteilen zu können. Die Kühlwasserzuführung war wie in der originalen Konstruktion ausgeführt.  

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Versuchsaufbau in der SMS group-Werkstatt.
Praxistest bei Salzgitter Flachstahl

Dank der Ergebnisse aus Simulation und Test konnten wir die Salzgitter Flachstahl GmbH dafür gewinnen, die Neuentwicklung testweise in Fertiggerüsten ihrer Warmbandstraße einzubauen. Hierbei tauschten wir die bestehende Sprühkühlung der Arbeitswalzen durch die Schalenkühlung aus. Da die vorhandenen Befestigungen und Schnittstellen verwendet werden konnten, ließ sich der Umbau während eines üblichen Reparaturstillstands realisieren. Neben dem Austausch der eigentlichen Kühleinheit musste lediglich die Medienversorgung angepasst werden. Die Automation blieb von Änderungen unberührt.

Die Dauer des Testbetriebs beträgt nun mehrere Monate und verlief während der gesamten Zeit störungsfrei. Der Einsatz bestätigte, dass die neuartige Kühlung mit einem Betriebsdruck von nur 1,5 bar die erforderliche Kühlleistung der Arbeitswalzenballen erreicht. Ein positiver Nebeneffekt war, dass aufgrund der geänderten Wasserzufuhr und Verfahrensweise nahezu kein Kühlwasser auf die Bandoberfläche gelangte. Dies verringerte die Temperaturverluste des Bands in der Fertigstraße erheblich.

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Ihren Praxistest bestand die neue Schalenkühlung in der Warmbandstraße von Salzgitter Flachstahl.
Schneller ROI dank niedriger Betriebs- und Investitionskosten

Die patentierte Konvektions-Arbeitswalzenkühlung ermöglicht dank des geringeren Energiebedarfs der Pumpen Einsparungen von bis zu einer Millionen jährlich und damit einen schnellen „Return on Investment“. Sie kann ohne großen Aufwand auch in vorhandene Warmbandstraßen und CSP®-Anlagen eingebaut werden und führt damit auch dort zu einer spürbaren Senkung der Betriebskosten.

Bei Neuanlagen kommt hinzu, dass sich dank des wesentlich geringeren Energie- und Wasserverbrauchs auch die Investitionen für die Wasserwirtschaft  erheblich reduzieren lassen. Das Einsparpotential beträgt hier rund 1,5 Millionen Euro.