DE102017220891A1

DE102017220891A1 - Verfahren zum Kühlen eines metallischen Guts und Kühlbalken

Info

Publication number: DE102017220891A1
Application number: DE102017220891.0A
Authority: DE
Inventors: Frederik Große Lordemann
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2017-11-22
Filing date: 2017-11-22
Publication date: 2019-05-23
Also published as: CN111372695B; JP6947926B2; CN111372695A; EP3713687A1; US20200362427A1; WO2019101610A1; EP3713687B1; JP2021501695A; RU2741312C1; US11371107B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines metallischen Guts (1) durch Ausbringung eines Kühlmediums aus einem Kühlbalken (2) auf das Gut (1), wobei das Kühlmedium durch einen Schlitz (3) des Kühlbalkens (2) ausgebracht wird. Um eine verbesserte Kühlung zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass während des Kühlvorgangs die Breite (B) des Schlitzes (3) in Förderrichtung (F) des Guts (1) oder des Kühlbalkens (2) verändert wird, um die Kühlleistung des Kühlmediums auf ein gewünschtes oder vorgegebenes Niveau zu steuern oder zu regeln. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Kühlbalken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen eines metallischen Guts durch Ausbringung eines Kühlmediums aus einem Kühlbalken auf das Gut, wobei das Kühlmedium durch einen Schlitz des Kühlbalkens ausgebracht wird. Des weiteren betrifft die Erfindung einen Kühlbalken zur Ausbringung eines Kühlmediums auf ein zu kühlendes Gut.
Ein gattungsgemäßer Kühlbalken sowie ein Verfahren zum Kühlen eines metallischen Guts durch einen solchen ist beispielsweise aus der CN 101020196 A bekannt. Ein unter Druck stehendes Kühlmedium (üblicherweise Wasser) wird dabei durch den Kühlbalken geleitet und tritt durch einen Schlitz (Düsenschlitz) aus dem Kühlbalken aus, um auf das zu kühlende Gut zu gelangen. Dabei wird durch ein linealförmiges Bauteil, welches am Kühlbalken festgeschraubt werden kann, die gewünschte Schlitzbreite eingestellt. Diese liegt dann allerdings während des laufenden Prozesses fest. Variationen in der Kühlleistung sind dann nur noch durch Änderung des Drucks des Kühlmediums möglich. Eine ähnliche Lösung zeigt die EP 1 420 912 B1 .
Beim Kühlen von Blech wird in der Regel Wasser auf die Blechoberfläche beaufschlagt. Bei einem langen Blech kann das Kühlwasser lediglich über die Blechkanten ablaufen. Das führt dazu, dass bei einer gleichmäßigen Beaufschlagung über die Blechbreite der Volumenstrom des Kühlwassers auf der Blechoberfläche zu den Blechrändern zunimmt. Dies führt zu einer ungleichmäßigen Kühlwirkung bzw. Abkühlung. Des weiteren kann es zu einer prozessbedingten Inhomogenität im Temperaturprofil kommen. Beides führt zu ungleichmäßigen mechanischen Eigenschaften und zur Unebenheit des Blechs.
Bei den vorbekannten Lösungen lässt sich die Düsengeometrie zwar verstellen, diese Einstellung kann aber nicht im laufenden Betrieb geändert werden. Somit kann nicht auf sich ändernde Prozessparameter reagiert werden.
Nachteilig ist es also, dass bei den vorbekannten Lösungen keine Möglichkeit besteht, während des Prozesses die Kühlleistung über das vorbekannte Maß hinaus zu variieren. Dies gilt insbesondere auch mit Blick auf Einstellung des Volumenstroms des Kühlmediums in Richtung quer zur Förderrichtung des metallischen Guts (bzw. des Kühlbalkens, falls dieser relativ zum zu kühlenden Gut bewegt wird).
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie einen Kühlbalken bereitzustellen mit dem es möglich wird, eine optimale Einstellung der Kühlleistung an gewünschte bzw. geforderte Randbedingungen zu erlauben, wobei besagte Einstellung schnell und während des Prozesses möglich sein soll. Die Kühlung soll insoweit verbessert werden.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist verfahrensgemäß dadurch gekennzeichnet, dass während des Kühlvorgangs die Breite des Schlitzes in Förderrichtung des Guts oder des Kühlbalkens (falls dieser relativ zum Gut bewegt wird) verändert wird, um die Kühlleistung des Kühlmediums auf ein gewünschtes oder vorgegebenes Niveau zu steuern oder zu regeln.
Dabei wird insbesondere vorgesehen, dass der Schlitz durch mindestens zwei Abschnitte des Kühlbalkens begrenzt wird, wobei die mindestens zwei Abschnitte relativ zueinander in eine Zustellrichtung bewegt werden.
Die Breite des Schlitzes in Richtung quer zur Förderrichtung und senkrecht zur Austrittsrichtung des Kühlmediums kann dabei gemäß einer Fortbildung der Erfindung auch abschnittsweise unterschiedlich verändert werden.
Die beiden Abschnitte des Kühlbalkens können dabei, gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung des Kühlmediums, einen nichtlinearen Verlauf aufweisen. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die beiden Abschnitte des Kühlbalkens, gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung des Kühlmediums, jeweils einen konkaven und einen sich hieran anschließenden konvexen Teil aufweisen. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass zwecks Einstellung des Düsenspalts die mindestens zwei Abschnitte des Kühlbalkens zur Veränderung der Breite des Schlitzes in eine Richtung senkrecht zur Austrittsrichtung des Kühlmediums und senkrecht zur Förderrichtung verschoben werden (also in Richtung quer zur Förderrichtung).
Die Breite des Schlitzes kann dabei so eingestellt werden, dass die Breite in einem Mittenbereich des zu kühlenden Guts größer ist als in den seitlichen Endbereichen des zu kühlenden Guts.
Der vorgeschlagene Kühlbalken zur Ausbringung eines Kühlmediums auf ein zu kühlendes Gut zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass elektrische, pneumatische oder hydraulische Verstellmittel vorhanden sind, mit denen die Breite des Schlitzes in Förderrichtung (des Guts oder des Kühlbalkens) verändert werden kann.
Die Verstellmittel können dabei mit einer Steuerung in Verbindung stehen, wobei mindestens ein mit der Steuerung in Verbindung stehender Sensor angeordnet ist, mit dem eine physikalische Eigenschaft des Guts ermittelt werden kann.
Der Schlitz wird bevorzugt durch mindestens zwei Abschnitte des Kühlbalkens begrenzt, wobei die mindestens zwei Abschnitte des Kühlbalkens, gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung des Kühlmediums, einen nichtlinearen Verlauf, vorzugsweise einen S-förmigen Verlauf, aufweisen.
Das vorgeschlagene Konzept bzw. der vorgeschlagene Kühlbalken eignet sich für Grobblechwalzwerke, in Warmbandstraßen und in Wärmebehandlungslinien insbesondere für Stahlwerkstoffe. Gleichermaßen ist allerdings auch eine Anwendung für NE-Metalle möglich. Insbesondere ist auch eine Anwendung in Quetten mit Schlitzdüsen-Kühlbalken zur Kühlwasserbeaufschlagung möglich.
Es wird somit ein Kühlbalken mit einer Schlitzdüse und einer über die Breite veränderbare Düsengeometrie zur Verfügung gestellt. Damit ist es möglich, anhand definierter Vorgaben die Düsengeometrie gezielt zu beeinflussen, und zwar während des Kühlprozesses selber.
Die vorliegende Erfindung stellt also Kühlbalken mit Schlitzdüsen zur Verfügung, wobei die Düsengeometrie und somit der Volumenstrom über der Breite des zu kühlenden Guts im laufenden Betrieb verändert werden kann. Somit kann ein Regelungssystem realisiert werden, welches Vorgaben für eine vorgesehene Aktorik macht.
Bevorzugt besteht die Schlitzdüse des vorgeschlagenen Kühlbalkens aus mindestens zwei Teilen, wobei mindestens ein Teil der Düse beweglich ausgeführt ist. Die Veränderung der Schlitzgeometrie kann beispielsweise über eine Zustellung eines Düsenteils in Richtung auf das andere zu erfolgen. Diese Zustellung kann ungleichmäßig über die Düsenbreite erfolgen. So kann beispielsweise zu den Kanten hin weniger Kühlwasser beaufschlagt werden. Dies hilft zur Beseitigung des oben angesprochenen Nachteils.
Eine weitere Möglichkeit ist es, die Düsenteile mit einer speziellen Kontur, insbesondere mit einer S-förmigen Geometrie, zu versehen und den Düsenspalt dann über eine axiale Verschiebung der Teile gegeneinander zu verändern.
Die Verstellung des Schlitzes kann dabei manuell oder automatisch erfolgen. Für eine automatische Schlitzverstellung und die damit mögliche variable Wasser-Beaufschlagung über die Blechbreite ist eine Aktorik vorgesehen. Diese Aktorik erhält die Anstellwerte bevorzugt von einem Automatisierungssystem (Regelungssystem). Das Automatisierungssystem erhält Informationen über die Blechabmessungen und die Materialgüte (Primärdaten), Soll-Eigenschaften (Härte, Festigkeit etc.) Daten von Prozesssensoren (Materialtemperaturen, Ist-Ebenheiten etc.) vor, in und hinter der Kühleinrichtung und erreichte Ist-Eigenschaften nach dem Prozess. Mit diesen Informationen ist das System in der Lage, Verstellwerte an die Aktorik zu senden. Durch diesen kontinuierlichen Rückfluss der Ist-Eigenschaften ist es möglich, die Werte so zu wählen, dass sich eine homogene Verteilung der Blecheigenschaften insbesondere über der Breite einstellt. Es ist aber auch möglich, gezielt unterschiedliche Eigenschaften über der Blechbreite einzustellen.
Es kann (trotz Filter in den Zuläufen der Kühlbalken) immer wieder vorkommen, dass es zu Verstopfungen bzw. Ablagerungen bei Kühlwasserdüsen kommt. Durch die Verstellung des Düsenspalts der Schlitzdüse kann der Düsenspalt geöffnet werden, wodurch Verunreinigungen beispielsweise in Form von Klumpen oder Plättchen aus dem Schlitz gespült werden können.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht es, die Geometrie eine Schlitzdüse variabel einzustellen bzw. zu verstellen. Diese Verstellung kann im laufenden Betrieb auch während des Kühlens eines Gutes (Blechs) erfolgen. Dadurch ist es möglich, dem Blechkopf bzw. Blechfuß eine unterschiedliche Wasserbeaufschlagung zukommen zu lassen.
Des weiteren kann eine Regelung vorgesehen werden, die abhängig von verschiedenen Prozess- und Vorgabewerten Sollwerte für die Steuerung der Düsengeometrie vorgibt.
Durch diese Maßnahmen können eine bessere Ebenheit und optimierte Materialeigenschaften beim Kühlprozess erreicht werden.
Durch die vorgeschlagene Lösung wird es möglich, das seitlich ablaufende Kühlmedium gezielt so zu steuern, dass eine gewünschte Kühlung über die Breite eines Bandes erfolgt. Somit kann insbesondere eine gleichmäßige Abkühlung über der Bandbreite erreicht werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 schematisch die Seitenansicht eines Kühlbalkens, dargestellt im Schnitt, der ein in Förderrichtung vorbeilaufendes metallisches Gut kühlt,
2a den Schlitz des Kühlbalkens, gesehen in Austrittsrichtung des Kühlmediums, in einer ersten Relativposition zweier Abschnitte des Kühlbalkens und
2b den Schlitz des Kühlbalkens gemäß 2a in einer zweiten, verschobenen Relativposition der Abschnitte des Kühlbalkens.

In 1 ist ein Kühlbalken 2 zu sehen, unter dem in eine Förderrichtung F ein metallisches Gut 1 in Form eines Metallbandes verläuft und über Kühlmedium, welches vom Kühlbalken 2 ausgebracht wird, gekühlt wird. Die horizontale Richtung Q quer zur Förderrichtung F steht senkrecht auf der Zeichenebene in 1.
In an sich bekannter Weise hat der Kühlbalken 2 einen Schlitz 3, der sich über die gesamte Breite des metallischen Guts 2, also in Richtung Q erstreckt und dabei - gemessen in Förderrichtung F - eine Breite B aufweist.
Wie 1 entnommen werden kann, ist die Austrittsrichtung A des Kühlmediums unter einem gewissen Winkel zur Oberfläche des Guts 1 angeordnet, was allerdings nichts am Sachverhalt ändert, dass die Breite B sich über einen gewissen Betrag in Förderrichtung F erstreckt.
Wesentlich ist, dass der Schlitz 3 des Kühlbalkens 2 während des Kühlvorgangs in Bezug auf seine Breite B verändert werden kann, wozu Verstellmittel 8 vorgesehen sind. Diese sind nur schematisch in 1 angedeutet und können beliebiger Art (elektrisch, pneumatisch, hydraulisch) sein.
Durch besagte Verstellmittel können zwei Abschnitte 4 und 5 des Kühlbalkens 2 relativ zueinander bewegt bzw. verstellt werden, d. h. einer der Abschnitte, im Ausführungsbeispiel Abschnitt 5, wird in eine Zustellrichtung Z bewegt, um die Breite B des Schlitzes 3 einzustellen.
In 1 ist angedeutet, dass eine physikalische Größe (es kann sich um die Planheit des Guts 1 oder um dessen Temperatur handeln) mittels eines Sensors 10 erfasst und der gemessene Wert einer Steuerung 9 zugeführt wird. Diese kann aufgrund eines in ihr gespeicherten Algorithmus dann ein Steuersignal an die Verstellmittel 8 geben, mit dem eine bestimmte Breite B eingestellt wird, so dass eine gewünschte Eigenschaft des Guts 1 erreicht werden kann. Es kann also im geschlossenen Regelkreis dafür Sorge getragen werden, dass die Breite B des Schlitzes 3 des Kühlbalkens so eingestellt wird, dass sich eine gewünschte Eigenschaft des Guts 1 ergibt.
Eine spezielle und bevorzugte Ausgestaltung der Abschnitte 4 und 5 des Kühlbalkens 2 geht aus den 2a und 2b hervor.
Gesehen in Austrittsrichtung A des Kühlmediums, die in den 2a und 2b senkrecht auf der Zeichenebene steht, weisen die beiden Abschnitte 4, 5 konkave Teile 6 und konvexe Teile 7 auf, so dass sich der dargestellte S-förmige Verlauf der Begrenzung des Schlitzes 3 ergibt.
Während sich in 2a die beiden Abschnitte 4 und 5 in einer Ausgangslage befinden und der Schlitz 3 hierbei eine weitgehend konstante (wenn auch gebogen verlaufende) Breite B aufweist, sind in 2b die beiden Abschnitte 4 und 5 in Richtung Q relativ zueinander verschoben (der obere Abschnitt 4 wurde in 2 nach rechts und der untere Abschnitt 5 nach links verschoben). Demgemäß hat sich die Form des Schlitzes 3 verändert.
Wie aus 2b ersichtlich, gelangt nun im mittleren Bereich des zu kühlenden Gutes infolge der größeren Breite B des Schlitzes 3 mehr Kühlmedium auf das Gut, während in den beiden Seitenbereichen des Blechs 1 bzw. Endbereichen des Schlitzes 3 eine geringere Breite vorliegt und somit weniger Kühlmedium austritt.
Durch entsprechende Verschiebung der beiden Abschnitte 4 und 5 in Richtung Q kann also die Menge und die Verteilung des austretenden Kühlmediums beeinflusst und somit der Kühlprozess gesteuert bzw. geregelt werden.
Dies erfolgt insbesondere während des Kühlvorgangs aktiv, so dass auf sich verändernde Umstände hinsichtlich des Prozesses durch Einflussnahme auf die Kühlung Einfluss genommen werden kann.
Bezugszeichenliste

1: metallisches Gut
2: Kühlbalken
3: Schlitz des Kühlbalkens
4: Abschnitt des Kühlbalkens
5: Abschnitt des Kühlbalkens
6: konkaver Teil
7: konvexer Teil
8: Verstellmittel
9: Steuerung
10: Sensor
B: Breite des Schlitzes
F: Förderrichtung des Guts / des Kühlbalkens
Z: Zustellrichtung
Q: Richtung quer zur Förderrichtung
A: Austrittsrichtung des Kühlmediums

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 101020196 A [0002]
EP 1420912 B1 [0002]

Claims

Verfahren zum Kühlen eines metallischen Guts (1) durch Ausbringung eines Kühlmediums aus einem Kühlbalken (2) auf das Gut (1), wobei das Kühlmedium durch einen Schlitz (3) des Kühlbalkens (2) ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Kühlvorgangs die Breite (B) des Schlitzes (3) in Förderrichtung (F) des Guts (1) oder des Kühlbalkens (2) verändert wird, um die Kühlleistung des Kühlmediums auf ein gewünschtes oder vorgegebenes Niveau zu steuern oder zu regeln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (3) durch mindestens zwei Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2) begrenzt wird, wobei die mindestens zwei Abschnitte (4, 5) relativ zueinander in eine Zustellrichtung (Z) bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Schlitzes (3) in Richtung quer (Q) zur Förderrichtung (F) und senkrecht zur Austrittsrichtung (A) des Kühlmediums abschnittsweise unterschiedlich verändert wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2), gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung (A) des Kühlmediums, einen nichtlinearen Verlauf aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2), gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung (A) des Kühlmediums, jeweils einen konkaven (6) und einen sich hieran anschließenden konvexen (7) Teil aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2) zur Veränderung der Breite (B) des Schlitzes (3) in eine Richtung senkrecht zur Austrittsrichtung (A) des Kühlmediums und senkrecht zur Förderrichtung (F) verschoben werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Schlitzes (3) so eingestellt wird, dass die Breite in einem Mittenbereich des zu kühlenden Guts (1) größer ist als in den seitlichen Endbereichen des zu kühlenden Guts (1).
Kühlbalken (2) zur Ausbringung eines Kühlmediums auf ein zu kühlendes Gut (1), wobei der Kühlbalken (2) einen Schlitz (3) aufweist, durch das Kühlmedium ausgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische, pneumatische oder hydraulische Verstellmittel (8) vorhanden sind, mit denen die Breite (B) des Schlitzes (3) in Förderrichtung (F) des Guts (1) oder des Kühlbalkens (2) verändert werden kann.
Kühlbalken nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellmittel (8) mit einer Steuerung (9) in Verbindung stehen, wobei mindestens ein mit der Steuerung (9) in Verbindung stehender Sensor (10) angeordnet ist, mit dem eine physikalische Eigenschaft des Guts (1) ermittelt werden kann.
Kühlbalken nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schlitz (3) durch mindestens zwei Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2) begrenzt wird, wobei die mindestens zwei Abschnitte (4, 5) des Kühlbalkens (2), gesehen senkrecht zur Austrittsrichtung (A) des Kühlmediums, einen nichtlinearen Verlauf, vorzugsweise einen S-förmigen Verlauf, aufweisen.