DE3423612A1 - Method for temperature control of a molten metal bath - Google Patents
Method for temperature control of a molten metal bathInfo
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- G05D23/00—Control of temperature
- G05D23/19—Control of temperature characterised by the use of electric means
- G05D23/1919—Control of temperature characterised by the use of electric means characterised by the type of controller
Abstract
Description
Dipl.-Inß. /'aii'T
DipL-Phys. ijr.Pöier SaigonDipl.-Inß. / 'aii'T
Diploma Phys. ijr.Pöier Saigon
4Düsselcorf
Mulvanystraßr; 24Düsselcorf
Mulvanystraßr; 2
Telefon 632727Telephone 632727
Die metallurgische Industrie umfasst zahlreiche Teilprozesse, bei denen man die Temperatur einer Metallschmelze in genau festgelegten Grenzen halten will. Im allgemeinen lässt sich die Temperatur leicht regeln, indem die der Metallschmelze zugeftihrte Wärmeleistung geregelt wird. Falls der Prozess jedoch von exothermer Natur ist, d.h. dem schmelz flüssigen Metall mehr Wärme zugeführt wird als was es durch Verluste abgibt, will die Temperatur der Schmelze übermässig ansteigen, wobei die Temperatur der Schmelze durch Kühlung in Grenzen gehalten werden soll.The metallurgical industry includes numerous sub-processes in which one can precisely measure the temperature of a metal melt wants to keep set limits. In general, the temperature can be easily regulated by controlling the molten metal supplied heat output is regulated. However, if the process is exothermic in nature, i.e. the molten liquid Metal is supplied with more heat than what it gives off through losses, if the temperature of the melt wants to rise excessively, whereby the temperature of the melt should be kept within limits by cooling.
Typische Beispiele für den letztgenannten Fall sind einige Schmelztauchverfahren für Stahlbleche, wie etwa das im US-Patent 4,361,448 dargestellte Verfahren zum Überziehen von Stahl mit einem Zn-Al-Gemisch, wobei das heisse Stahlband dem Uberzugsschmelzbad in einer Temperatur zugeführt wird, die über der Überzugstemperatur liegt. Um ein optimales Uberzugsergebnis zu erreichen, wird die Temperatur des Schmelzbades dabei möglichst genau eingegrenzt, wobei die mit dem Stahlband ins Schmelzbad eintretende überflüssige Wärme durch indirekte Kühlung der Schmelze beseitigt werden soll.Typical examples of the latter case are some hot-dip processes for steel sheets such as that in the US patent 4,361,448 illustrated method for coating steel with a Zn-Al mixture, the hot steel strip the Coating molten bath is supplied at a temperature which is above the coating temperature. For an optimal coating result To achieve this, the temperature of the weld pool is limited as precisely as possible, with the steel strip Superfluous heat entering the weld pool is to be eliminated by indirect cooling of the melt.
Falls man dabei in der Nähe des Erstarrungspunktes operiert, wird die Temperaturregelung des Wärmetauschers problematisch. Eine unzulässig hohe Oberflächentemperatur ruft Korrosion hervor, und eine zu niedrige Oberflächentemperatur führt zur Erstarrung der Schmelze auf der Heizfläche. Noch schwieriger wird die Situation, falls sich die Kühlleistung des Prozesses den Belastungsänderungen entsprechend regeln lassen soll, ohne dass sich die Oberflächentemperaturen merklich verändern.If one operates in the vicinity of the solidification point, the temperature control of the heat exchanger becomes problematic. An impermissibly high surface temperature causes corrosion, and a too low surface temperature leads to Solidification of the melt on the heating surface. The situation becomes even more difficult if the cooling capacity of the process changes should be able to regulate the changes in load accordingly without the surface temperatures changing noticeably.
In einer solchen Situation, angenommen dass die Temperatur der Schmelze im Temperaturbereich 350 bis 600 C gehalten werden soll, kann als Wärmeübertragungsmittel Wasser, Thermofluid-In such a situation, assume that the temperature of the melt can be kept in the temperature range 350 to 600 C. can be used as a heat transfer medium, water, thermal fluid
Flüssigkeit, Salzschmelze oder Gas eingesetzt werden. Die Anwendung von Wasser wird ausser Sicherheitsaspekten durch die Anforderungen an die Oberflächentemperatur beschränkt, die einen hohen Druck und eine hohe Temperatur voraussetzen, wodurch die Anlage gross und teuer wird. Der Einsatz von Thermofluid ist im betreffenden Temperaturbereich mit Verschmutzungsproblemen verbunden. Die Anwendung von Salzschmelze führt ebenfalls zu einer komplizierten Anlage-Lösung, weil die Schmelze beim An- und Abfahren aus dem Kühlsystem entleert werden muss. Gas, z.B. Luft unter Normaldruck, ist nicht anwendbar wegen des schlechten Wärmeübergangs-Koeffizienten, infolge dessen die Anlage umfangreich wird, und der Leistungsbedarf für die Gaszirkulation gross ist. Liquid, molten salt or gas can be used. In addition to safety aspects, the use of water is ensured by the Surface temperature requirements are limited which imply high pressure and high temperature, whereby the plant becomes large and expensive. The use of thermal fluid is associated with pollution problems in the relevant temperature range. The application of molten salt leads also a complicated system solution, because the melt is emptied from the cooling system during start-up and shutdown must become. Gas, e.g. air under normal pressure, cannot be used because of the poor heat transfer coefficient, as a result of which the system becomes extensive and the power requirement for gas circulation is great.
Dem erfindungsgemässen Verfahren liegt die Tatsache zugrunde, dass die Kühlung mit Druckgas vorgenommen wird. Dabei lässt sich der gasseitige Grenzschichtwiderstand des Wärmetauschers über Regelung des Gasdruckes regeln, wodurch die Regelung der Oberflächentemperaturen der Heizflächen der Kühlanlage im gewünschten Bereich ermöglicht wird, indem der Wärmeübergangs-Koeffizient des Druckgases geregelt wird. Gegenüber den übrigen Alternativen werden dabei folgende Vorteile erzielt:The method according to the invention is based on the fact that the cooling is carried out with compressed gas. The gas-side boundary layer resistance of the heat exchanger can be determined regulate by regulating the gas pressure, whereby the regulation of the surface temperatures of the heating surfaces of the cooling system in the desired range is made possible by regulating the heat transfer coefficient of the compressed gas. Compared to the other alternatives, the following advantages are achieved:
- Konstruktion und Regelung der Anlage werden erheblich vereinfacht - The construction and control of the system are considerably simplified
- durch Druckbeaufschlagung des Gases wird die Grosse des in
der Schmelze angeordneten Wärmetauschers erheblich reduziert- By pressurizing the gas, the size of the in
the melt arranged heat exchanger significantly reduced
- der Wärmetauscher lässt sich dabei direkt im Schmelzbad einbauen; ein getrennter Wärmetauscher mit Gehäuse samt Rohrleitungen für den Schmelze-Kreislauf wird entbehrlich- The heat exchanger can be installed directly in the weld pool; a separate heat exchanger with housing and piping for the melt cycle is not required
- der Bedarf an Gebläse-Leistung für die Zirkulation des Kühlgases wird merklich verringert.- the need for fan power for the circulation of the cooling gas is noticeably reduced.
- weil der Wärmetauscher direkt in der Schmelze eingebaut
werden kann, kann die Zirkulation mühelos mit einer Tauchpumpe oder einem Propeller-Rührwerk bewerkstelligt werden,- because the heat exchanger is installed directly in the melt
the circulation can be easily accomplished with a submersible pump or a propeller agitator,
weil keine eigentliche Anforderungen an die Förderhöhe vorliegen because there are no actual requirements for the funding amount
- die Regelung des Kühlprozesses kann einfach über Veränderung von Druck bzw. Massenstrom des Kühlgases realisiert werden- The regulation of the cooling process can be implemented simply by changing the pressure or mass flow of the cooling gas
- die Erstarrung von schmelzflüssigem Metall auf der Oberfläche des Wärmeübertragungsrohres lässt sich durch Regelung der Oberflächentemperatur, Veränderung des Gasdruckes und damit des internen Wärmeübergangs-Koeffizienten verhindern.- the solidification of molten metal on the surface of the heat transfer pipe can be controlled by regulating the surface temperature, changing the gas pressure and thus prevent the internal heat transfer coefficient.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt dabeiIn the following the invention is explained with reference to drawings. It shows
Fig. 1 eine Ausführungsform der Erfindung in shcematischerFig. 1 shows an embodiment of the invention in schematic form
Darstellung,
Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung inDepiction,
Fig. 2 shows a second embodiment of the invention in
schematishcer Darstellung, und
Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in schematischer Darstellung.schematishcer representation, and
3 shows a third embodiment of the invention in a schematic representation.
Die Fig. 1 stellt einen Feuerverzxnkungsprozess dar, in dem der Bandstahl 1 aus dem Wärmebehandlungsofen mit einer Temperatur von ca. 7500C in einen Verzinkungsbehälter 2 eintritt, wci die Temperatur der Schmelze 3 möglichst zwischen 410 und 440 \ gehalten wird. Die vom Bandstahl mitgeführte Wärme wird aus der Schmelze über einen, im Schmelzbad angeordneten Wärmetauscher 4 abgeführt. Als Wärmeübertragungsmittel dient ein Druckgas, z.B. Druckluft, deren Druck bevorzugt 3 bis 30 bar beträgt. Ein Gebläse 5 speist durch ein Rohr 6 das Gas zum Wärmetauscher 4. Das aus dem Wärmetauscher hinaustretende Gas wird über ein Rohr 7 zu einem zweiten Wärmetauscher 8 geleitet, wo er mit Wasser abgekühlt wird. Das den Wärmetauscher 8 verlarsende Gas wird dem Gebläse 5 mit Konstant-Drehzahl durch ein Fohr 9 zurückgeführt. Der Gasstrom lässt sich mittels Ventil 10 drosseln. Ein Verdichter oder Gebläse 11 speist den Kühlkreislauf, der sich aus Gebläse 5, Wärmetauschern 4 und 8 sowie den Rohren 6, 7 und 9 zusammensetzt, über ein Rohr 12Fig. 1 illustrates a Feuerverzxnkungsprozess in which the steel strip 1 enters from the heat treatment furnace having a temperature of about 750 0 C in a Verzinkungsbehälter 2, wci the temperature of the melt 3 is held 410-440 \ possible. The heat carried along by the steel strip is removed from the melt via a heat exchanger 4 arranged in the melt pool. A pressurized gas, for example compressed air, the pressure of which is preferably 3 to 30 bar, is used as the heat transfer medium. A fan 5 feeds the gas to the heat exchanger 4 through a pipe 6. The gas emerging from the heat exchanger is passed through a pipe 7 to a second heat exchanger 8, where it is cooled with water. The gas releasing the heat exchanger 8 is returned to the fan 5 at constant speed through a feed 9. The gas flow can be throttled by means of valve 10. A compressor or fan 11 feeds the cooling circuit, which is composed of fan 5, heat exchangers 4 and 8, and pipes 6, 7 and 9, via a pipe 12
mit zusätzlichem Gas. Dem Kühlkreislauf kann Gas durch ein Regelventil 13 entnommen werden.with additional gas. Gas can be taken from the cooling circuit through a control valve 13.
Die Temperatur der Schmelze wird mit einem Fühler 14 gemessen. Stellt der Fühler fest, dass die Temperatur unzulässig angestiegen ist, steuert ein Temperaturregler 15 das Regelventil 13 so, dass es die Gasentnahme aus dem System reduziert, wodurch der Druck erhöht wird und infolge dessen der interne Wärmeübergangs-Koeffizient des Wärmetauschers 4 ansteigt. Die Regelung der Kühlung erfolgt also hier über Veränderung des Gasdruckes.The temperature of the melt is measured with a sensor 14. If the sensor detects that the temperature has risen in an impermissible manner is, a temperature controller 15 controls the control valve 13 so that it reduces the gas withdrawal from the system, whereby the pressure is increased and as a result the internal heat transfer coefficient of the heat exchanger 4 increases. the The cooling is regulated here by changing the gas pressure.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Kühlsystem wird das Gebläse 5 über einen mit dem Fühler 14 verbundenen Temperaturregler so gesteuert, dass bei Bedarf seine Drehzahl und dadurch der Massenstrom im Kühlkreislauf aus Gebläse 5, Wärmetauschern 4 und 8 sowie Rohren 6, 7 und 9 verändert werden. Durch eine Veränderung des Massenstroms wird die Kühlleistung des Wärmetauschers 4 verändert. Der Druck des Kühlgases wird mit einem Druckregler 16 und einem an das Druckluftnetz angeschlossenen Steuerventil 17 konstantgehalten.In the cooling system shown in FIG. 2, the fan 5 is controlled via a temperature controller connected to the sensor 14 controlled that, if necessary, its speed and thereby the mass flow in the cooling circuit from fan 5, heat exchangers 4 and 8 as well as tubes 6, 7 and 9 can be changed. A change in the mass flow increases the cooling capacity of the heat exchanger 4 changed. The pressure of the cooling gas is connected to a pressure regulator 16 and a compressed air network Control valve 17 kept constant.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Kühlsystem steuert ein Temperaturregler 15 das Kühlwasser-Regelventil 18 des Gas kühlenden Wärmetauschers 8 so aus, das sich die Kühlleistung des Wärmetauschers bei Bedarf verändert. Der Druck im Kühlkreislauf 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sowie die Drehzahl des Gebläses 5 werden dagegen konstant gehalten.In the cooling system shown in Fig. 3, a temperature controller 15 controls the cooling water regulating valve 18 of the gas cooling heat exchanger 8 so that the cooling capacity of the heat exchanger changes if necessary. The pressure in the cooling circuit 4, 5, 6, 7, 8 and 9 and the speed of the fan 5, however, are kept constant.
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