CN112469516A - 通过泵调整冷却剂流的冷却部段 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种布置在轧机机组之中或在轧机机组之前或之后的冷却部段(2)。借助于冷却部段(2)来冷却由金属制成的热轧件(1)。为冷却部段(2)的施加装置(6)经由相应的供应管线(8)和相应的泵(10)来输送水性液态冷却剂(7)的相应的实际流量(F)。该冷却剂的相应的实际流量(F)借助于相应的施加装置(6)被施加到热轧件(1)上。在施加冷却剂(7)期间，热轧件(1)在冷却部段(2)之中在水平运输方向(x)上被运输。冷却部段(2)的控制装置(11)根据借助于相应的施加装置(6)施加到热轧件(1)上的冷却剂(7)的相应的目标流量(F*)动态地得出用于相应的泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)并且相应地驱控相应的泵(10)，使得由相应的泵(10)输送的相应的实际流量(F)在任何时候都尽可能接近相应的目标流量(F*)。

Description

通过泵调整冷却剂流的冷却部段

技术领域

本发明起始于一种用于冷却部段的运行方法，该冷却部段布置在轧机机组之中或在轧机机组之前或之后，并且借助于其冷却由金属制成的热轧件，

-其中，经由相应的供应管线和相应的泵输为多个冷却部段的多个施加装置送水性液态冷却剂的相应的实际流量，

-其中，冷却剂的相应的实际流量借助于相应的施加装置被施加到热轧件上，

-其中，在施加冷却剂期间，热轧件在冷却部段之中在水平运输方向上被运输。

本发明还从冷却部段出发，其布置在轧机机组之中或在轧机机组之前或之后并且借助于其冷却由金属制成的热轧件，

-其中，冷却部段具有多个施加装置，经由冷却部段的相应的供应管线和冷却部段的相应的泵为施加装置输送水性液态冷却剂的相应的实际流量，

-其中，冷却剂的相应的实际流量借助于相应的施加装置被施加到热轧件上，

-其中，在施加冷却剂期间，热轧件在冷却部段之中在水平运输方向上被运输。

背景技术

在轧机的冷却部段中冷却轧制之后的金属轧件。轧件例如能够由钢或铝制成。其能够根据需求涉及扁平的轧件(带或厚板)、杆状的轧件或型材。通常，在冷却部段中有准确的温度管理，以便调整所期望的材料特性并且在较低的散射的情况下保持恒定。为了该目的，特别地在布置在轧机机组后面的冷却部段的情况下，沿着冷却部段建立多个喷杆，借助于其为了从上到下冷却热轧件而将液体的冷却剂(大多是水)施加到轧件上。流过相应的喷杆的水量应当能尽可能快并且尽可能准确地被调整。

为了调整输送给喷杆的水量例如已知的是，在供应管线中布置开关阀或调节阀。开关阀能够仅纯二进制地被驱控。其因此或者完全打开或者完全关闭。调节阀能够连续地进行调整，从而也能够连续地调整输送给相应的喷杆的水量。

在调节阀的情况中，阀能够构造为调节阀瓣或球形阀。调节阀瓣相对简单并且是低成本的。然而其能够仅以大多最大1bar的相对较小的压力差运行。否则出现气穴，其非常快地损坏调节阀瓣。因此特别地，调节阀瓣不适用于加强冷却。然而也在层流冷却部段中其常常是有缺点的。特别地，其常常表现出开关滞后。开关滞后的影响为，在相同的驱控下调整的阀瓣角度是不同大小的，根据调节阀瓣是否从进一步打开的位置或进一步关闭的位置调整到要待采用的位置上。球形阀不具有阀瓣，而是有穿孔的球，其在管中旋转。随着球的转动为冷却剂提供用于穿流的更大或更小的横截面。球形阀能够以更高的直到3bar的压力差运行。在其中不出现滞后或者滞后小的能忽略。然而球形阀贵。

在其它的解决方案中，为喷杆持续地输送冷却剂。然而存在能驱控的导向板。根据导向板的位置，冷却剂或者输送给轧件，或者从侧面流走而不用于轧件的冷却。在该布置中能够在没有压力波动的情况下实现快速的开关过程。然而，不能够实现水量的连续的调整。此外，必须持续地输送满的冷却剂流。

所有类型的阀以及导向板需要相应的执行器。通常是气动的伺服电机。对于调节阀来说附加地需要位置调节器。其持续地将相应的调节阀的实际位置与其目标位置进行比较并且调节实际位置，直到其与目标位置足够一致。

另外，所有的布置共同的地方在于，必须存在冷却剂的外部的供应。冷却剂例如能够从重力水箱获得或者经由较大的管道从远距离的泵站输送。这些操作方法的组合也是可行的。例如在所谓的加强冷却中水经常首先从重力水箱获得。然后压力经由增压泵可变地升高并且由此以相应的可变的压力提供加强冷却。大部分情况下存在多个增压泵，然而其全部并联连接，即其全部将冷却液在输入侧从相同的存储器中提取并且在输出侧输送到共同的收集点。加强冷却设置有多个喷杆，其(从增压泵或共同的收集点出发)单独经由相应的供应管线输送冷却剂。在供应管线中布置球形阀，其被驱控用于调整为相应的喷杆输送的冷却剂的量。

在现有技术中存在各种缺点。

-开关阀在关闭时存在压力冲击。因此开关阀不能够任意快速地关闭。常规的开关时间大于1秒，有时直至2秒。

-利用调节阀和球形阀实现类似的调节时间。此外，对于每个调节阀来说需要位置调节器。能实现的精度在大约1％至2％。

-调节阀在关闭时也存在压力冲击。因此调节阀也不能够任意快速地关闭。常规的开关时间在大约1秒的范围中。

-在所有的阀中都存在流动损失，其导致升高的摩擦以及升高的能量消耗。

-气动驱动装置是容易受故障影响的。特别地，其承受频繁的调整过程。此外，其需要附加的能量用于控制空气，此外，该空气必须是被净化和干燥的并且例如必须由自己的压缩机提供。

从WO 2010/040 614 A2中已知一种除垢装置，其中，经由转速可变的驱动器驱动泵。在驱控驱动器时考虑除垢范围的运行状态和高压存储器的填充度。

从US 2008/0 035 298 A1中已知一种铸造过程，其中，还应用冷却水源，其包括用水冷却的线圈，冷却水经由泵输送给线圈，泵能够被打开和关闭并且经由机械装置提供冷却剂量的控制。其实现了液体的再循环(recirculating)。铸造的金属线的温度被检测并且被输送给控制装置。控制装置根据该温度控制冷却水源。

从US 2010/0 218 516 A1已知一种方法，其中，在金属带的热处理的范畴中，在具有液体冷却剂的冷却装置中冷却金属带。金属带垂直地从下延伸到上。冷却剂是戊烷或戊烷和己烷的混合物。在冷却剂的施加期间，金属带位于由保护气体组成的大气中。根据冷却装置的输入侧和输出侧的金属带的温度和金属带的速度确定冷却剂量，该冷却剂量应该由泵输送到冷却装置的施加装置。根据结果驱控泵。

从US 2007/0 074 846 A1中已知一种铸造过程，其中，铸造线被引导通过冷却室，在冷却室中利用液体的冷却介质冷却铸造线。液体的冷却介质是金属或熔化的盐。液体的冷却介质借助于循环泵从存储器中被提取、被输送给冷却室并且随后从冷却室出来再被输送给存储器。根据输送给冷却室的或从冷却室中导出的液体的冷却剂的温度并且根据冷却室的输入侧压力来调节液体量

从US 2009/0 314 460 A1中已知一种铸造过程，其中，铸造线借助于双滚轮铸造机形成。滚轮在内部利用液体的冷却剂被冷却。液体的冷却剂是金属或熔化的盐。液体的冷却剂借助于循环泵从存储器中被提取、被输送给滚轮并且随后从冷却室出来再被输送给存储器。

从US 2012/0 298 224 A1中已知一种在具有布置在之后的冷却部段的轧机的范畴中的泵的预期的运行。然而，该泵不直接供应将冷却剂施加到热轧件上的施加装置，而是仅将冷却剂输送到存储器中，从而使存储器始终被充分填充。冷却剂在轧件上的施加本身不详细阐述。

从EP 2 898 963 A1中已知一种冷却部段，其布置在轧机机组之后并且借助于该冷却部段冷却由金属制成的热轧件。在该冷却部段中存在多个施加装置，其经由相应的供应管线被输送水性液态冷却剂的相应的实际流量。冷却剂的相应的实际流量借助于相应的施加装置被施加到热轧件上。即在施加冷却剂期间，轧件在冷却部段之中在水平的运输方向上被运输。

从EP 2 767 353 A1中同样已知一种冷却部段，其布置在轧机机组之后并且借助于其冷却由金属制成的热轧件。在该冷却部段中存在多个施加装置，其经由相应的供应管线输送水性液态冷却剂的相应的实际流量。冷却剂的相应的实际流量借助于相应的施加装置被施加到热轧件上。即在施加冷却剂期间轧件在冷却部段之中在水平的运输方向上被运输。在供应管线中布置有阀，其开口位置由冷却部段的控制装置动态地调整。布置在供应管线之前的共同的泵由控制装置根据借助于施加装置全部要施加到轧件上的总流量进行调整。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种可行性，借助其以简单并且可靠的方式实现具有优越的运行特性的冷却部段。

该任务通过具有权利要求1所述的特征的运行方法实现，该运行方法的有利的设计方案是从属权利要求2至9的主题。

根据本发明，开头所述类型的运行方法设计为，使得冷却部段的控制装置根据要借助于相应的施加装置施加到热轧件上的冷却剂的相应的目标流量来地动态地得出用于相应的泵的相应的目标驱控状态，并且相应地驱控相应的泵，从而使由相应的泵输送的相应的实际流量在任何时候都尽可能接近相应的目标流量。

因此，相应的泵(准确地说：用于相应的泵的驱动器)是转速可变的驱动器。其例如能够是变流器控制的。在动态的驱控的范畴中，仅驱控相应的泵，然而不驱控可能布置在相应的供应管线中的阀。

能够根据需要实现控制或调节。在调节的情况下，在相应的泵的输入侧或输出侧检测液体的冷却剂的相应的实际流量并且将该实际流量输送给控制装置。

在许多情况下轧件是扁平的轧件，例如带或厚板。在该情况下能够实现的是，液体的冷却剂借助于相应的施加装置从两侧被施加到轧件上。替代地，液体的冷却剂能够借助于相应的施加装置仅从一侧、特别是从上侧或从下侧被施加到轧件上。当然，也在该情况下能够实现将冷却剂施加到扁平的轧件的另一侧上，使得例如同时从上侧或从下侧冷却扁平的轧件。然而在该情况下需要两个施加装置，其单独被驱控并且原则上也相互独立地运行。根据本发明的运行方法，在该情况下因此可以说双倍地实施。然而，两个泵的控制能够统一地通过一个或相同的控制装置实现。控制装置在该情况下只要需要还能够考虑在冷却中的依赖性。

可行的是，相应的施加装置具有多个喷头，其在轧件的运输方向上看依次布置。例如能够在各个喷杆之中形成喷头组，其经由相应的供应管线和相应的供应管线和相应的泵统一地供应冷却剂。也能够形成喷头组，其涉及多个喷杆并且经由相应的供应管线和相应的泵统一地供应冷却剂。特别地，该设计方案由此能够具有的优点为：与当每个喷杆都经由自己的供应管线和自己的泵供应冷却剂时相比，需要较少的泵。

在许多情况下，相应的施加装置具有多个喷头，其横向于轧件的运输方向看是并排布置的。特别地，其能够在扁平的轧件(带或厚板)的情况下是合理的。相应的施加装置能够在该情况下延伸经过轧件的整个宽度或仅经过宽度的一部分。在后一种情况下依次布置多个施加装置，其分别经由自己的供应管线和自己的泵输送冷却剂被供应冷却剂，其中，泵相互独立地被驱控。

可行的是，在相应的泵与相应的施加装置之间不布置阻断装置。替代地可行的是，在相应的泵与相应的施加装置之间布置阻断装置。然而，在该情况下，在运输轧件通过冷却部段期间，阻断装置或者持续地保持完全打开，或者仅当相应的泵的转速小于最小转速的时候，阻断装置不仅被操作为打开而且还被操作为关闭。相应的最小转速在该情况下小到仅需要微不足道的实际流量。也可行的是，阻断装置仅能被手动操作，以便能够例如为了维护目的而使相应的施加装置不运行。

还可行的是，与相应的泵并行地布置有回流管线。在该情况下回流管线具有比相应的供应管线更小的横截面。由此能够应用这样的泵，其中结构决定地总是必须维持冷却剂的一定的最小流量。然而，最小流量明显小于相应的冷却剂的最大可能的流量。当在这样的情况下应该施加小于相应的最小流量的量的冷却剂到轧件上时，仅需要相应地打开布置在回流管线中的阀(旁路运行)。

还可行是，当相应的目标流量低于相应的下边界值的时候，相应的泵总是作为发电机来运行更或以反向的转动方向运行。由此能够也实现非常小的实际流量。此外，在小的目标流量的情况下，能够由此防止过大的实际流量流过非自锁式的泵。

在一个优选的设计方案中提出，在相应的泵与相应的施加装置之间的相应的供应管线中布置止回阀或旋启式止回阀。由此能够阻止相应的泵干燥地运行并且由此受损。

优选地提出，在相应的泵之前检测液体的冷却剂的输入侧压力，并且控制装置在得出相应的泵的相应的目标驱控状态时考虑检测到的输入侧压力。由此能够实现相应的泵的相应的目标驱控状态的准确的得出。

可行的是，在相应的泵之后检测液体的冷却剂的输出侧压力，并且在得出相应的泵的相应的目标驱控状态时，控制装置考虑检测到的输出侧压力。这导致了相应的目标驱控状态的更准确的得出。

优选地，制装置根据紧接在到达相应的施加装置之前存在的轧件的相应的热力学能量状态得出相应的目标流量。由此，能够实现特别准确的温度管理。由于之前的测量，控制装置例如能够已知轧件的热力学能量状态。替代地可行的是，从已知的热力学能量状态出发实现相应的热力学能量状态的模型支持的计算。

冷却部段通常连续依次布置有多个施加装置。冷却剂的配属的实际流量由此借助于施加装置连续依次地被施加到热轧件上。在该情况下，根据本发明的运行方法优选地设计为，控制装置根据在紧接在前的施加装置之前轧件的热力学能量状态在附加地考虑冷却剂的目标流量或冷却剂的实际流量的情况下得出轧件的相应的热力学能量状态，实际流量借助于紧接在前的施加装置应该被施加或被施加到热轧件上。因此，热力学能量状态的计算能够连续依次地进行。

该目的还通过具有权利要求10所述的特征的冷却部段实现。冷却部段的有利的设计方案是从属权利要求11至18的主题。

根据本发明，开头所述的冷却部段由此设计为：控制装置设计为，其根据借助于相应的施加装置施加到热轧件上的冷却剂的相应的目标流量动态地得出用于相应的泵的相应的目标驱控状态，并且相应地驱控相应的泵，使得由相应的泵输送的相应的实际流量在任何时候都尽可能接近相应的目标流量。

冷却部段的有利的设计方案基本上与运行方法的那些有利的设计方案相应一致。由此实现的优点也与运行方法的相应的设计方案相应一致。

附图说明

结合下述联系附图详细阐述的实施例的说明，清楚和明白易懂地阐述了本发明的上述特性、特征和优点以及实现的方式和方法。在此示意性示出：

图1示出布置在轧机机组之后的冷却部段，

图2示出布置在轧机机组之前的冷却部段，

图3示出布置在轧机机组内的冷却部段，

图4示出单独的施加装置，

图5示出时间图，

图6示出图表，

图7示出具有泵的供应管线的局部，

图8示出图表，

图9示出具有泵的供应管线的局部，

图10示出控制装置的工作原理，

图11示出喷杆和喷头，并且

图12示出喷杆和喷头。

具体实施方式

根据图1，由金属制成的热轧件1应当在冷却部段2中冷却。冷却部段2根据图1布置在轧机机组之后。图1仅示出了轧机机组的一个轧机机架3，即轧机机组的最后一个轧机机架3。然而，轧机机组通常具有多个轧机机架3，其被热轧件1连续依次穿过。在根据图1的设计方案的情况中，热轧件1在穿过轧机机组的最后的轧机机架3之后直接进入到冷却部段2中。在轧机机组的最后的轧机机架3中的辗压与进入到冷却部段2之间的时间间隔在几秒钟的范围中。

替代地，冷却部段2能够根据图2所示布置在轧机机组之前。图2同样仅示出了轧机机组的一个单独的轧机机架4，即轧机机组的第一个轧机机架4。然而常常地，轧机机组-同样如根据图1的设计方案那样-具有多个轧机机架3，其从热轧件1连续依次穿过。在根据图2的设计方案的情况中，热轧件1在从冷却部段驶出后直接在轧机机组的第一个轧机机架4中被辗压。在冷却部段2中冷却与在轧机机组的第一个轧机机架4中辗压之间的时间间隔在分钟的范围中。然而该时间间隔也能够为仅几秒钟。

替代地，冷却部段2能够根据图3布置在轧机机组之中。图3示出了轧机机组的两个轧机机架5。在该情况下，实现轧件1(更确切地：轧件1的一个部段)在轧机机组的两个轧机机架5中的辗压之间的被冷却。冷却部段2中的冷却与轧机机组的两个依次连续的轧机机架5中的辗压之间的时间间隔在几秒钟的范围中。根据图3所示，冷却部段2布置在轧机机组的两个依次连续的轧机机架5之间。然而，该冷却部段也能够延伸经过更大的范围，从而使冷却部段2通过至少一个未在图3中示出的另外的轧机机架分为相应数量的部段。

轧件1由金属制成。例如轧件1能够由钢或铝制成。其它的金属也是可行的。在钢的情况下轧件1在冷却部段2之前的温度通常在750℃与1200℃之间。在冷却部段2中实现到更低温度的冷却。在个别情况下能够实现的是，更低的温度是仅比冷却部段2之前的温度低一点。特别地在冷却部段2布置在轧机机组之后的情况中，然而，轧件1通常被冷却到明显更低的温度、例如200℃与700℃之间。

也就是说，热轧件1在水平的运输方向x上被输送给冷却部段2。在冷却部段2内，热轧件1不改变其运输方向x。因此也在冷却部段2内水平地运输。在离开冷却部段2之后，轧件1能够或者保持、或者改变其运输方向。如果过热轧件1是带，那么其例如能够斜向下偏转，以便输送到卷轴。如果热轧件1是厚板，那么其就大多保持运输方向x。对于热轧件1的运输在可能的情况下需要的卷起过程在附图中未被示出。

冷却部段2具有多个施加装置6。借助于施加装置6将冷却剂7施加到轧件1上。冷却剂7是水。或者能够为被添加少量(最大1％至2％)添加剂的水。然而在该情况下，冷却剂是液体的基于水的冷却剂。

最少存在单独的施加装置6。然而在多数情况下存在多个施加装置6。例如能够根据图1所示依次布置施加装置。在该情况下，施加装置6将其冷却剂7的相应的部分连续依次地施加到轧件1上。“连续依次”的概念在这种情况中涉及轧件1的确定的部段，因为该确定的部段穿过该连续依次的范围，在其中，各个施加装置6将其冷却剂7的相应的部分施加到轧件1的相应的部段上。施加装置6的数量常常在两位数、有时甚至在两位数的上部的范围中。然而，特别地，连续依次的布置通常实现为，当冷却部段2布置在轧机机组之后时。然而该布置也能够在其它的情况设计方案中给出。

施加装置6经由相应的供应管线8与冷却剂7的存储器9连接。在当前情况下，存储器9对于所有的施加装置6来说是统一的。然而，也能够存在多个相互独立的存储器9。在每个供应管线8中布置有相应的泵10。泵10原则上能够布置在供应管线8之中的任意位置。然而在实际中有利的是，泵尽可能布置在离存储器9近的地方。

接下来，作为对所有的施加装置6的代表，结合图4详细阐述施加装置6中的一个的运行。其它的施加装置6原则上以相同的类型和方式运行。然而，对于每个施加装置6来说能够特殊地确定相应的运行方式。因此，虽然可行但不需要的是：以相同的类型运行施加装置6。

为施加装置6经由供应管线8和泵10从存储器9中输送冷却剂7的实际流量F。实际流量F借助于相应的施加装置6被施加到热轧件1上。施加装置(例如从喷头)到轧件1的间距通常在20cm与200cm之间。

对冷却部段2的控制装置11来说，相应一致的目标流量F*是已知的，该目标流量应当借助于施加装置6被施加到热轧件1上。目标流量F*通常在时间上不是恒定的，而是可变的，即是关于时间t的函数。控制装置11根据冷却剂7的目标流量F*动态地得出用于泵10的目标驱控状态S*。控制装置相应地驱控泵10。泵10由此对泵10的输出侧的冷却剂7施加输出侧压力pA。输出侧压力pA根据目标驱控状态S*变化。然而，该压力在每个运行状态中都在10bar以下。该压力甚至大多最大为6bar。然而，在每个运行状态中，由泵10输送的实际流量F在任何时间都尽可能接近目标流量F*。

目标驱控状态S*也是容易得出的。其应当接下来根据简单的实例阐述。

假定泵10直接布置在存储器9的附近。供应管线8具有长1和横截面A。下面利用pE表示的是泵10的输入侧压力。利用p0表示施加装置6中的压力。

因此首先适用关系式

FN是目标流量，当冷却剂7在施加装置中具有额定压力pN时，该目标流量从施加装置6中流出。目标流量FN和额定压力pN通过施加装置6的结构类型来明确和确定。其例如能够通过一次性测量流量确定，其在(原则上任意确定的)一个压力上得到。

此外，对于实际流量F适用关系式

其中，ρ＝冷却剂7的密度，并且r＝供应管线8中的冷却剂7的流动阻力的阻力系数。

当现在根据压力p0解开等式(1)并且带入到等式(2)中，得到下述等式(3)：

现在起根据pA解开等式(3)：

实际流量F容易得到。例如其能够被测量。实际流量F的所期望的关于时间的导数直接从目标流量F*与实际流量F的差中得到。或者实际流量F的关于时间的导数能够被限制，以便使输出侧压力pA保持在允许的边界内。

因此，能容易地得出所需要的输出侧压力pA。然而，利用所期望的输出侧压力pA和输入侧压力pE能够根据通常容易已知的泵10的特征曲线f得出配属的转速n：

n＝f(pA-pE，F) (5)

此外如果不以测量技术的方式检测实际流量F，其能够容易地根据关系式

得出，其中，F0是合适的选择的常数。

此外，实际流量F始终可供控制装置11使用，或者通过以测量技术的方式检测，或者通过根据等式(6)以计算技术的方式得出。必要的是，以便能够计算地更新轧件1的热力学能量状态H。之后还对此更加详细研究。作为施加装置6的停滞时间仅仍出现通常非常小的时间，冷却剂7需要该时间，以便(从施加装置中出来开始计算)碰撞到轧件1上。

能够根据需要进行控制或调节。在调节的情况下，在泵10的输入侧或输出侧检测实际流量F，并且输送给控制装置11。当没有进行这样的检测的时候，进行实际流量F的控制。

为了能够相应地驱控泵10，泵10必须(更确切地：其驱动器12)能够以可变的转速运行。例如，泵10的驱动器12为了该目的是变流器控制的。这样的控制对于专业人员来说是普遍已知的并且因此不必详细阐述。泵10优选地能在0与最大转速之间的调节范围中运行。泵10的密封也应当设计用于低转速。当然，这是容易实现的。相应的泵10对于专业人员来说是已知的。

因此，为了将实际流量F匹配目标流量F*而相应地动态驱控泵10并且由此使得实际流量F尽可能接近目标流量F*。相反(与现有技术相比)不驱控布置在供应管线8中的阀。这样的阀(其本该存在)其实是持续保持完全打开。

因此，在根据本发明的运行方法的范畴中能够实现的是，在泵10与施加装置6之间不布置阻断装置。替代地，根据图4所示能够实现的是，在泵10与施加装置6之间布置这样的阻断装置13。该阻断装置13在图4中仅以虚线标记，因为其虽然能够存在，但不必一定存在。当存在阻断装置13的时候，阻断装置13能够以两种不同的方式运行。

首先能够实现的是，阻断装置13在运输轧件1通过冷却部段2期间持续保持完全打开。这在图5中表示为，轧件1在时间点t1进入到冷却部段2。然而在时间点t1之前已经在时间t2打开了阻断装置13。以类似的方式，轧件1在时间点t3从冷却部段2离开。直到时间点t3之后阻断装置13在时间点t4被关闭。在时间点t2与t4之间阻断装置13持续保持完全打开。

另一方面能够实现的是，当泵10的转速在最小转速nmin之下时，阻断装置13才被操作。这接下来结合图6详细阐述。根据图6，泵10的转速能够在0与额定转速nmax之间变化。如果并且只要转速保持在最小转速nmin之下，则能够驱控阻断装置13。这适用于阻断装置13的打开以及关闭。然而，如果并且一旦转速n达到或超过最小转速nmin，阻断装置13保持打开。因此特别地，必须在该情况下首先在非常小的转速n的情况下打开阻断装置13。之后，进行施加装置6的运行，与此同时，仅相应地驱控泵10从而调整实际流量。仅当转速n低于最小转速nmin的时候，才能够并且允许再次操作阻断装置13。

根据泵10的类型，当泵运行的时候，泵10必须始终供应最小流量。最小流量能够大于目标流量F*。也为了能够覆盖该情况，根据图7所示能够实现的是，给泵10并行地安排回流管线14。然而，回流管线14具有小于供应管线8的横截面。因为特别地流线14必须仅被设计为能够供应最小流量。供应管线8必须相反地被设计为能够供应最大流量，其中，最大流量大于(通常显著大于)最小流量。通过根据图7的设计方案能够实现的是，应用必须结构决定地总是维持一定的最小流量的冷却剂7的泵作为泵10。然而，最小流量显著地小于冷却剂7的最大可能流量。当在根据图7的设计方案的情况下应当在轧件1上施加小于最小流量的量的冷却剂7时，仅需要相应地打开布置在回流管线14中的阀15(旁路运行)。此外，在该情况下必须存在阻断装置13。在该情况下阻断装置13和阀15必须被设计为调节阀。然而，也在该情况下仅当实际流量小于最小流量时，(完全或部分)关闭阻断装置13。假设目标流量F*的值小于最小流量的情况在实际中仅非常偶尔地出现。因此，通常情况中(即当实际流量大于最小流量的时)阻断装置能够保持完全打开并且旁路阀15保持完全关闭。

根据图8，目标流量F*能够变化。在较大的值时，泵10的转速n为显著的值，从而使泵10主动供应(泵送)冷却剂7。泵10由此消耗能量E。然而，当目标流量F*较小的时候，能够发生的是，泵10虽然还在和目标流量较大的值的时候在相同的转动方向上旋转，但是泵10以发电机的形式运行。因此泵发出能量。例如能量E能够经由泵10的驱动器12反馈到电网中。甚至能够实现的是，泵10以反向的转动方向运行(“转速n＜0”)。在该情况下，泵10还消耗能量，因为其主动尝试收回冷却剂7。

当泵10在有些运行状态中以反向的转动方向运行的时候，根据图9所示，优选地在泵10与施加装置6之间布置止回阀16或旋启式止回阀。止回阀16或旋启式止回阀能够纯被动的工作。止回阀16或旋启式止回阀例如能够施加小的弹簧力，使得其虽然在关闭的位置被预加载，但是已经在很小的压力的情况下打开。止回阀16或旋启式止回阀不必由控制装置11主动驱控。止回阀16或旋启式止回阀特别地阻止的是，供应管线8在泵10与施加装置6之间在反向的转动方向的情况下空转。在该情况下，能够在阻断装置13可能的关闭之后关闭泵10，一旦阻断装置13关闭，就封闭了冷却剂7的进一步流动。然而，因为阻断装置13不必对冷却剂7的流动进行制动，而是仅当冷却剂7的流动已经停止或至少基本上停止的时候关闭，阻断装置13的相对简单的实施方式是足够的。此外，阻断装置13能够具有小的动力，因为通过泵10实现动态的调整。此外，当经由泵10供给布置在轧件1之上的施加装置6的时候，也需要这样的止回阀16或这样的旋启式止回阀。因为否则冷却剂7在转速0的情况下通过泵10回流到存储器9中。由此能够清空施加装置6的缓冲区域。必须仅当泵10再次被接通的时候，缓冲区域才再次被填充。这提增大了施加装置的有效反映时间，这(当然)是不期望的。

当冷却剂17在泵10的输入侧无压力地提供的时候，泵10能够具有常规的叶轮。如果相反地冷却剂7具有预压力、例如1bar，那么泵10能够设计为，在泵10的停机状态下冷却剂7不能够简单地穿流过。泵10在该情况下设计为，其在停机状态下至少尽可能地密封。替代地，泵10能够设计为，其也能反向运行。特别地，在后面的情况下，在实际流量F减小到0之后，合理地操作阻断装置13。特别地在冷却剂7具有预压力的情况中，上面结合图9阐述的运行方式是合理的。

如上所述，能够进行泵10的纯控制。然而优选地，根据图4所示在泵10之前检测液体的冷却剂7的输入侧压力pE并且将其输送给控制装置11。在该情况下，控制装置11在得出泵10的目标驱控状态时考虑检测到的输入侧压力pE。与压力检测一样地在许多情况下检测存储器9中的水位。必要时、如同样图4所示还能够实现的是：附加地也在泵10之后检测输出侧压力pA并且将其输送给控制装置11。在该情况中控制装置11在得出泵10的目标驱控状态时也附加地考虑检测到的输出侧压力pA。

可行的是，直接并且立刻预设控制装置11的目标流量F*。然而，优选地，在轧件紧接到达施加装置6之前，控制装置11已知轧件1的热力学能量状态H。其中，热力学能量状态H能够是轧件1的相应的部段的焓或温度。在该情况下，控制装置11根据图10所示首先根据热力学能量状态H得出目标流量F*，并且随后根据目标流量F*得出配属的目标驱控状态S*。特别地能够实现的是，为控制装置11预设根据可能性应当遵守的热力学与位置或时间相关的能量状态H的额定曲线。因此，控制装置11能够得出的是，紧接在施加装置6之后应当存在哪个热力学能量状态H。因此，通过与紧接在施加装置6之后的实际的热力学能量状态H进行比较，控制装置11能够得出必须在轧件1的相应的部段上施加多少量的冷却剂7，由此使紧接在施加装置6之后的实际的热力学能量状态H与所期望的额定状态尽可能好地对应。然后，冷却剂7的所需要的量与时间结合限定目标流量F*，该时间是轧件1的相应的部段穿过施加装置6所需要的。

上面结合施加装置6和其配属的部件阐述的全部操作方法能够以完全类似的方式和方法也实施用于其它的施加装置6。所谓的操作方法还如所述那样分别实施用于轧件1的部段。

轧件1的相应的部段的热力学能量状态H从施加装置6到施加装置6进行变化。特别地，热力学能量状态由于施加装置6中的每个而改变。对于其首先将冷却剂7的部分施加到轧件1上的施加装置6来说，能够为控制装置这样预设热力学能量状态H。例如能够根据图1所示在冷却部段2的输入侧布置温度测量区17，借助于其分别为轧件1的各个部段检测温度T。检测的温度T随后对应各个部段。

在每个部段穿过冷却部段2期间对每个部段执行路径跟踪。然而，对于每个施加其冷却剂7的部分的另外的施加装置6来说，必须更新轧件1(或者轧件1的相应的部段)的对应的热力学能量状态H。在此，特别地，控制装置11直接考虑在紧接在前的施加装置6的前面的热力学能量状态H和由紧接在前的施加装置6施加到轧件1上冷却剂7的量。关于冷却剂7的量，控制装置11能够替代地考虑目标流量F*或紧接在前的施加装置6的实际流量F。因此，控制装置连续依次地针对施加装置6分别得出轧件1的热力学能量状态H。只要需要，控制装置能够就此而言建立并且迭代求解导热方程和相位变换方程。

在很多情况下，轧件1是扁平的轧件、例如带或厚板。在该情况下，液体的冷却剂7能够借助于每个单独的施加装置6从两侧被施加到轧件1上。该操作方法常常在布置在轧机机组之前或布置在轧机机组中的冷却部段2中采用。然而，其也能够在当冷却部段2布置在轧机机组之后时采用。然而，特别地，当冷却部段2布置在轧机机组之后时，液体的冷却剂7通常借助于每个单独的施加装置6仅从一侧(特别是从上方或从下方)被施加到轧件1上。当然，在该情况下也能够在扁平的轧件1的两侧施加冷却剂7。然而，在该情况下这是通过相互不同的施加装置6来实现的，其分别分配有自己的泵10，其中，泵10独立于其它的施加装置6的泵10被驱控。

在极端的情况下能够实现的是，施加装置6分别仅具有一个单独的喷头18。然而通常，施加装置6分别具有多个喷头18。喷头18能够根据图11所示在轧件11的运输方向x上看依次布置。喷头18例如能够在单独的喷杆19中依次布置。多个在运输方向x上依次布置的喷杆19也能够组合成一个(1)施加装置6。无论相应的喷杆19是否具有这样多个依次布置的喷头18或没有这都适用。在该情况下决定性的是，每个施加装置6分别经由其自己的供应管线8、其自己的泵10单独地被供应冷却剂7，其中，泵10为了调整相应的实际流量F而被单独地驱控。

此外，施加装置6能够根据图12所示常常具有多个喷头18，这些喷嘴在横向于轧件1的运输方向x看并排布置。特别地，这样的设计方案能够在扁平的轧件1中是合理的，即带或厚板的情况。施加装置6能够在该情况下延伸经过轧件1的整个宽度。替代地，施加装置6能够仅延伸经过宽度的一部分。这纯示例性地在用于喷杆19的图12的左边部分中示出，该喷杆(纯示例性地)在其宽度上分布有三个施加装置6。因此，在该情况下并排布置多个施加装置6，其分别经由自己的供应管线8和自己的泵10相互独立地被驱控。

本发明具有许多优点，接下来举出其中的几个优点。

因为不阻断冷却剂7的输送，所以当冷却剂7的量突然减少的时候不存在压力冲击。在几个十分之一秒(常常在0.2s之内，有时甚至在0.1s之内)的范围中的关闭是可行的。同样在所需要的冷却剂7量提高时也适用。也能够相应快速地调整相应的施加装置6的实际流量F。泵10的驱动器12能够非常准确的被控制。转速n的正常的精确度在0.1％的范围中。利用相同或类似的精确度也能够调整相应的施加装置的实际流量F。在考虑驱动器12的相应特性的情况下，在少于0.5s、甚至可能在0.2s至0.3s的时间内，完全可能能够实现以1％的精确度校正实际流量F，。

如果冷却剂7在输入侧无压力地提供给泵10，那么就能够实现特别快速的调节时间。对此的数字实例：假设存储器9到施加装置6的距离以及配属的供应管线8的长度为完全常规的长度10m。供应管线8在最大流量的情况下的流动速度正常为大约3m/s。如果将这样的液体量以2bar的压力加速，那么就能得到加速度20m/s²。利用这样的加速度能够将液体量以150ms的时间常数从0加速到最大流量。如果压力升高通过泵10突然减小到0，那么液体量就以150ms的时间常数再次降低到0，因为施加装置6开始以2bar的反压力对抗流量。以该方式得到极快的调整时间，其在现有技术中甚至不能接近实现的。当泵10不仅将压力升高减小到零，而且甚至主动制动液体量的时候，则调节会更快。

当为泵10(具有或没有预压力)在输入侧经由共同的管道输送冷却剂7的时候，泵10在输入侧是耦连的。在该情况下也必须考虑该共同的管道中的有效的液柱的加速。特别地，当泵10中的多个需要同时提高功率或同时降低功率时，这然后能够具有影响。然而实际上该状态仅偶尔出现，从而在此出现的问题是能容忍的。此外，该问题能够通过泵10的合适的预期的驱控被避免。

根据本发明的冷却部段2能以较低的能量消耗运行。例如，施加装置6中的一些能够构造为具有20m的喷射高度的、通常在下侧的加强喷杆，其将冷却剂7从下方施加到轧件1上。在该情况下能够在假设冷却剂7的量是360m³/h的情况下利用具有25kW的额定功率的泵10运行相应的施加装置6。因为360m³/h对应0.1m³/s。20m的喷射高度对应2bar、即200kPa的运行压力。因此，用于输送这样的实际流量F的机械功率为0.1m³/s×200kPa＝20kW。因此，在仅80％的效率的情况下25kW的泵功率完全足够。相反地，在现有技术的加强冷却中以大约双倍的压力工作。对于上侧的加强冷却来说得到类似的数字。

当相应的施加装置6以较小的水量运行的时候，能量节省的还能更多。因为在常规的加强冷却中通过关闭阀实现水量的减少。维持压力(4bar)，泵10常常继续以完全的供应量运行。相反，在根据本发明的冷却部段2中简单地减小泵10的转速n。在此，在一半的水量的情况下仅仍出现5m的喷射高度。因此必须还仅以四分之一的喷射高度供应一半的数量。因此仅还需要完全功率的1/8，即大约超过3kW。相反，在现有技术的加强冷却中必须还消耗大约25kW。

泵10和驱动器12的磨损是很小的。泵调节器的典型的耐用时间为100000小时或更多。因此，泵10能够连续运行超过11年，而不必进行维护。因此，根据本发明的冷却部段2是非常可靠的并且几乎不需要关于泵10和驱动器12的维护。

另外的优点在于冷却部段2的非常灵活的运行。特别地，能够应用一个或相同的施加装置6并且根据需要作为加强冷却或作为层流冷却运行。可用的调节范围大多在最大能输送的冷却剂量的5％与100％之间。

虽然冷却部段2的装备有需要的数量的泵10和配属的驱动器12(包括同样配属的驱动调节器)需要一定的投资。然而，该一次性投资相对快速地通过较小的运行成本和提高的设施可用性来补偿。此外，当考虑也为常规的冷却部段而应用高品质的球形阀时累积了显著的成本时，成本是相对的。对此的估算是：在具有100个上部喷杆19和100个下部喷杆19的冷却部段中，其中喷杆分别单独地利用相应的球形阀调节，针对球形阀累积了大约

的成本。对于相同的金额还能够构件根据本发明的冷却部段2，其中，经由50个泵10供给100个上部喷杆并且经由50个下面的泵供给100个下部喷杆。尽管单独能驱控的喷杆数量减少但得到优越的冷却，因为这些喷杆19能够以明显更高动态的方式被驱控。

在加强冷却中，用于根据本发明的冷却部段2的成本在与用于常规的加强冷却的成本一样的数量级中移动。例如，在每16个上和下部喷杆19中，总共32个相关的小泵10和配属的每个25kW的驱动器的情况下，需要800kW的总功率。相对地，在常规的冷却部段中投资32个球形阀、32个气动伺服电机、每个400kW的5个增压泵(一个泵是备用的)和5个相应大小尺寸的变频器。

尽管通过优选的实施例在细节上详细地阐述并描述了本发明，但本发明并不被所公开的实例限制，并且在不脱离本发明的保护范围中，本领域的专业人员能够推导出其他的变体方案。

附图标记列表

1 轧件

2 冷却部段

3至5 轧机机架

6 施加装置

7 冷却剂

8 供应管线

9 存储器

10 泵

11 控制装置

12 驱动器

13 阻断装置

14 回流管线

15 阀

16 止回阀

17 温度测量区

18 喷头

19 喷杆

E 能量

F 实际流量

F* 目标流量

Fmax 最大流量

Fmin 最小流量

H 热力学能量状态

n 转速

nmin 最小转速

nmax 最大转速

p0 施加装置中的压力

pA 输出侧压力

PE 输入侧压力

S* 驱控状态

t 时间

t1至t4 时间点

x 运输方向。

Claims (18)

1.一种用于冷却部段(2)的运行方法，所述冷却部段布置在轧机机组之中或在所述轧机机组之前或之后，并且借助于所述冷却部段冷却由金属制成的热轧件(1)，

-其中，为所述冷却部段(2)的多个施加装置(6)经由相应的供应管线(8)和相应的泵(10)输送水性液态冷却剂(7)的相应的实际流量(F)，

-其中，将所述冷却剂(7)的相应的所述实际流量(F)借助于相应的所述施加装置(6)施加到所述热轧件(1)上，

-其中，在施加所述冷却剂(7)期间，在所述冷却部段(2)之中在水平运输方向(x)上运输所述热轧件(1)，

其特征在于，

所述冷却部段(2)的控制装置(11)根据借助于相应的所述施加装置(6)施加到所述热轧件(1)上的所述冷却剂(7)的相应的目标流量(F*)动态地得出用于相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)，并且相应地驱控相应的所述泵(10)，使得由相应的所述泵(10)输送的相应的所述实际流量(F)在任何时候都尽可能接近相应的所述目标流量(F*)。

2.根据权利要求1所述的运行方法，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)与相应的所述施加装置(6)之间

-或者不布置阻断装置(13)

-或者尽管布置有所述阻断装置(13)，但是所述阻断装置(13)在运输轧件(1)通过所述冷却部段(2)期间持续保持完全打开

-或者尽管布置有所述阻断装置(13)，但是仅当相应的所述泵(10)的转速小于最小转速的时候，所述阻断装置(13)不仅能被操作为打开而且还能被操作为关闭。

3.根据权利要求2所述的运行方法，

其特征在于，

与相应的所述泵(6)并行地布置有回流管线(14)，并且所述回流管线(14)具有比相应的所述供应管线(8)更小的横截面。

4.根据权利要求1、2或3所述的运行方法，

其特征在于，

每当相应的所述目标流量(F*)低于相应的下边界值时，相应的所述泵(10)以发电机的形式运行或者以反向的转动方向运行。

5.根据权利要求4所述的运行方法，其特征在于，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)与相应的所述施加装置(6)之间的相应的所述供应管线(8)中布置有止回阀(16)或旋启式止回阀。

6.根据前述权利要求中任一项所述的运行方法，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)之前检测所述液态冷却剂(7)的输入侧压力(pE)，并且所述控制装置(11)在得出相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)时考虑检测到的所述输入侧压力(pE)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的运行方法，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)之后检测所述液态冷却剂(7)的输出侧压力(pA)，并且所述控制装置(11)在得出相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)时考虑检测到的所述输出侧压力(pA)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的运行方法，

其特征在于，

所述控制装置(11)根据紧接在到达相应的所述施加装置(6)之前存在的轧件(1)的相应的热力学能量状态(H)得出相应的所述目标流量(F*)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的运行方法，

其特征在于，

-将所述冷却剂(7)的所述实际流量(F)借助于所述施加装置(6)连续依次地施加到所述热轧件(1)上，并且

-所述控制装置(11)根据在紧接在前的所述施加装置(6)之前的轧件(1)的热力学能量状态(H)、在附加地考虑所述冷却剂(7)的所述目标流量(F*)或所述冷却剂(7)的所述实际流量(F)的情况下得出所述轧件(1)的相应的所述热力学能量状态(H)，其中所述实际流量借助于紧接在前的所述施加装置(6)施加或待施加到所述热轧件(1)上。

10.一种冷却部段，所述冷却部段布置在轧机机组之中或在所述轧机机组之前或之后，并且借助于所述冷却部段来冷却由金属制成的热轧件(1)，

-其中，所述冷却部段具有多个施加装置(6)，经由所述冷却部段的相应的供应管线(8)和所述冷却部段的相应的泵(10)为所述施加装置输送水性液态冷却剂(7)的相应的实际流量(F)，

-其中，所述冷却剂(7)的相应的所述实际流量(F)借助于相应的所述施加装置(6)被施加到所述热轧件(1)上，

-其中，在施加所述冷却剂(7)期间，所述热轧件(1)在所述冷却部段之中在水平运输方向(x)上被运输，

-其中，所述冷却部段具有控制装置(11)，

其特征在于，

所述控制装置(11)设计为，所述控制装置根据借助于相应的所述施加装置(6)施加到所述热轧件(1)上的所述冷却剂(7)的相应的目标流量(F*)动态地得出用于相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)，并且相应地驱控相应的所述泵(10)，使得由相应的所述泵(10)输送的相应的所述实际流量(F)在任何时候都尽可能接近相应的所述目标流量(F*)。

11.根据权利要求10所述的冷却部段，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)与相应的所述施加装置(6)之间

-或者不布置阻断装置(13)

-或者尽管布置有所述阻断装置(13)，但是所述阻断装置(13)在由所述控制装置(11)运输所述轧件(1)通过所述冷却部段(2)期间持续保持完全打开

-或者尽管布置所述阻断装置(13)，但是仅当相应的所述泵(10)的转速小于最小转速时，所述阻断装置(13)由所述控制装置(11)不仅能被操作为打开而且还能被操作为关闭。

12.根据权利要求11所述的冷却部段，

其特征在于，

与相应的所述泵(6)并行地布置回流管线(14)，并且所述回流管线(14)具有比相应的所述供应管线(8)更小的横截面。

13.根据权利要求10、11或12所述的冷却部段，

其特征在于，

每当相应的所述目标流量(F*)低于相应的下边界值时，相应的所述泵(10)以发电机的形式运行或者以反向的转动方向运行。

14.根据权利要求12所述的冷却部段，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)与相应的所述施加装置(6)之间的相应的所述供应管线(8)中布置有止回阀(16)或旋启式止回阀。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的冷却部段，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)之前检测的所述液态冷却剂(7)的输入侧压力(pE)，并且所述控制装置(11)在得出相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)时考虑检测到的所述输入侧压力(pE)。

16.根据权利要求10至15中任一项所述的冷却部段，

其特征在于，

在相应的所述泵(10)之后检测所述液态冷却剂(7)的输出侧压力(pA)，并且所述控制装置(11)在得出相应的所述泵(10)的相应的目标驱控状态(S*)时考虑检测到的所述输出侧压力(pA)。

17.根据权利要求10至16中任一项所述的冷却部段，其特征在于，

所述控制装置(11)根据紧接在到达相应的所述施加装置(6)之前存在的轧件(1)的相应的热力学能量状态(H)得出相应的所述目标流量(F*)。

18.根据权利要求17所述的冷却部段，

其特征在于，

-所述冷却剂(7)的所述实际流量(F)借助于所述施加装置(6)被连续依次地施加到所述热轧件(1)上，并且

-所述控制装置(11)根据在紧接在前的所述施加装置(6)之前的轧件(1)的所述热力学能量状态(H)、在附加地考虑所述冷却剂(7)的所述目标流量(F*)或所述冷却剂(7)的所述实际流量(F)的情况下得出所述轧件(1)的相应的所述热力学能量状态(H)，其中所述实际流量借助于紧接在前的所述施加装置(6)施加或待施加到所述热轧件(1)上。

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