EP3354372A1 - Kühlsystem, hüttentechnische anlage und verfahren zum betreiben eines kühlsystems - Google Patents

Kühlsystem, hüttentechnische anlage und verfahren zum betreiben eines kühlsystems Download PDF

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EP3354372A1
EP3354372A1 EP18150589.2A EP18150589A EP3354372A1 EP 3354372 A1 EP3354372 A1 EP 3354372A1 EP 18150589 A EP18150589 A EP 18150589A EP 3354372 A1 EP3354372 A1 EP 3354372A1
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EP
European Patent Office
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pressure
coolant
adjusting
cooling system
refrigerant
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EP18150589.2A
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English (en)
French (fr)
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EP3354372B1 (de
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Ralf Peeters
Georg Nowak
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/12—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ
    • B22D11/124—Accessories for subsequent treating or working cast stock in situ for cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Definitions

  • the invention relates to a cooling system for a metallurgical plant, with which metal products can be acted upon directly with a coolant, comprising at least one delivery means for direct loading of a metal product with the coolant, at least one adjustment means for adjusting the volume flow of the coolant supplied to the delivery means and at least one pressure increasing means Supplying the adjusting means with the coolant.
  • the invention relates to a metallurgical plant for the production of metal products.
  • the invention relates to a method for operating a cooling system of a metallurgical plant, wherein the cooling system with at least one dispensing means for direct loading of a metal product with a coolant, at least one adjusting means for adjusting the dispensing means supplied volume flow of the coolant and at least one pressure increasing means for supplying the adjusting having the coolant.
  • metallurgical plants metal products are produced. In some production steps, it is necessary to cool the metal products, in particular in order to adjust their material properties. For this purpose, a metallurgical plant will be equipped with a cooling system, with the metal products can be acted upon directly with a coolant. In the case of variable procedural, forming and / or metallurgical requirements, such a cooling system usually has to provide different operating parameters, such as a coolant pressure, a coolant volume flow and the like, for a wide variety of metal products via a plurality of cooling zones or coolant control sections.
  • a cooling system usually has several cooling zones, each with one controlled system.
  • a cooling system comprises one or more spray nozzles for direct loading of the metal products with the coolant in order to be able to cool the metal product according to predetermined process parameters.
  • the individual cooling zones are operated at partial load.
  • the individual cooling zones are designed as single, dual or multi-component cooling systems.
  • water is used as the coolant.
  • the coolant volume flow or the coolant pressure is used.
  • water is also supplied as coolant to the metal product via special spray nozzles.
  • additives such as compressed air are supplied to the water at the spray nozzles.
  • Dual or multi-fluid cooling systems enable more efficient cooling and more options for influencing the cooling effect. As a result, smaller amounts of water while maintaining a required spray pattern, ie a uniform application of the coolant to the metal product can be realized.
  • a cooling system Since it comes to the operation of cooling systems to pressure loss changes, for example, by tolerances, contamination or wear of individual components, a cooling system is usually applied to safety surcharges. These safety margins lead to a consumption of additional energy, which is ultimately converted back into the control systems of the cooling zones of pressure energy in kinetic energy or heat energy and thus lost. This reduces the efficiency of the entire system and increases the wear of the controlled systems.
  • EP 2 643 109 B1 relates to a secondary cooling device for cooling a metal strand guided in a strand guiding device of a continuous casting plant.
  • the secondary cooling device comprises a plurality of cooling zones arranged along the strand guiding device; at least one pressure line network through which at least one cooling medium flows; Pointed nozzles for applying the at least one cooling medium from the pressure line network to the metal strand at least within a cooling zone; at least one pressure measuring device for measuring the actual pressure of the at least one cooling medium in the pressure line network; and at least one actuator for adjusting the given within the cooling zone by means of the pressure line network and connected thereto spray nozzles to the metal strand, predetermined cooling capacity.
  • At least one control loop is provided with at least one control valve as regulator and the at least one actuator and designed as a pressure control loop in which a target pressure and the measured by the pressure measuring device actual pressure of the at least one cooling medium in the pressure line network are fed to the control valve for the purpose of pressure control.
  • the control valve is designed as a self-regulating pressure control element.
  • An object of the invention is to provide a more energy efficient cooling system for a metallurgical plant, the use of which is associated with a reduction of operating costs.
  • a cooling system for a metallurgical plant, with which metal products can be acted upon directly by a coolant, comprises at least one delivery means for direct loading of a metal product with the coolant, at least one adjusting means for adjusting a volume flow of the coolant supplied to the delivery means, at least one pressure increasing means for supplying the Adjustment means with the coolant, at least one evaluation means, which is arranged, taking into account a refrigerant pressure between the discharge means and the adjusting means, an operating state of the adjusting means, a refrigerant pressure between the pressure increasing means and the adjusting means and / or a volume flow-pressure characteristic of the dispensing means a coolant pressure setpoint to determine, and at least one arranged between the evaluation means and the pressure increasing means control means for determining a control difference between the Coolant pressure setpoint (P soll ) and the coolant (P is ) and for regulating the refrigerant pressure (p is ) between the pressure increasing means (10) and the Adjustment means to the coolant pressure setpoint
  • the adjustment of the refrigerant pressure between the pressure increasing means and the adjusting means is not made, as conventionally, independently of the setting of the volume flow of the refrigerant supplied to the discharge means.
  • the operation of the cooling system according to the invention can be optimized, in particular with regard to energy consumption.
  • the evaluating means can determine how much the pressure increase of the pressure increasing means relative to Pressure request of the consumer is lowered, and set a corresponding coolant pressure setpoint.
  • the invention thus makes it possible to realize a significant reduction in the energy consumption of the cooling system. As a result, the operating costs of the cooling system according to the invention or a metallurgical system equipped therewith can be reduced.
  • the cooling system according to the invention can be designed as a one-, two- or multi-fuel cooling system.
  • the metallurgical plant may be a casting plant, a process plant or a forming plant or may be formed by a combination of at least two of these plant components.
  • the dispensing means may be formed as a spray nozzle with which a desired spray pattern can be generated.
  • the cooling system according to the invention may also have two or more delivery means, which the coolant via a common Adjusting means or on the individual dispensing means individually assigned adjusting means can be fed.
  • the adjusting means may comprise a control valve, which is designed as a pressure control member. As the operating state of the adjusting means, an opening state of the control valve can then be detected and taken into account in the determination of the coolant pressure setpoint.
  • the adjustment means can also have control electronics, to which, for example, process parameters are supplied from a database in the form of setpoint values. For example, the control electronics can be supplied as setpoint a coolant volume flow set point and this can be compared with a detected coolant volume flow actual value in order to make a control of the coolant flow rate.
  • the cooling system according to the invention may have separate control electronics or at least one common control electronics for two or more control valves per control valve.
  • the cooling system according to the invention may have two or more cooling zones, in particular a plurality of cooling zones, each having at least one delivery means for direct loading of a metal product with the coolant and at least one adjustment means for adjusting a volume flow of the coolant supplied to the delivery means.
  • the pressure increasing means may comprise one or more pumps or compressors. Here, several pumps or compressors can be combined into one group.
  • the cooling system according to the invention may also have two or more pressure increasing means.
  • the evaluation means may comprise at least one evaluation electronics, for example a microcontroller, and at least one electronic information memory, wherein with the evaluation electronics an algorithm can be executed, to which the coolant pressure as input variables between the dispensing means and the adjusting means, the operating state of the adjusting means, the refrigerant pressure between the pressure increasing means and the adjusting means and the flow-pressure characteristic of the dispensing means are fed and outputs the output as the coolant pressure setpoint.
  • the volume flow-pressure characteristic of the dispensing means may be stored.
  • the cooling system according to the invention can also have two or more evaluation means.
  • the control device is connected to the evaluation means and the pressure increasing means to obtain from the evaluation the coolant pressure setpoint and the pressure increasing means or its drive as an actuator of a control loop in response to a control difference between the obtained refrigerant pressure setpoint and the coolant (is) to control pressure.
  • the coolant pressure between the pressure increasing means and the adjusting means can be regulated to the coolant pressure setpoint.
  • the evaluation means is adapted to determine the coolant pressure setpoint, taking into account a maximum opening state of a control valve of the setting means and operating parameter presets on the dispensing means and / or on the control valve. At a maximum opening state of the control valve, this can be supplied with coolant at a lower coolant pressure without operating parameter specifications on the delivery means and / or the control valve are not met.
  • the wide opening of the control valve and the lower coolant pressure reduces the wear of the control valve. As a result, the service life of the control valve is extended, which saves operating costs.
  • wear on the pressure increasing means and the dispensing means can be reduced, which increases their service life and also saves operating costs.
  • An inventive metallurgical plant for producing metal products comprises at least one cooling system according to one of the aforementioned embodiments or any combination of at least two of these embodiments with each other.
  • the metallurgical plant can be designed as a casting plant, process plant or forming plant or formed by at least two of these plant components.
  • the metallurgical plant may have two or more corresponding cooling systems.
  • the cooling system having at least one dispensing means for directing a metal product with a coolant, at least one adjusting means for adjusting a volume flow of the coolant supplied to the dispensing means and at least one pressure increasing means for supplying the adjusting means with the coolant is, taking into account a refrigerant pressure between the discharge means and the adjusting means, an operating state of the adjusting means, a refrigerant pressure between the pressure increasing means and the adjusting means and / or a flow-pressure characteristic of the dispensing means, a coolant pressure setpoint determined and the refrigerant pressure between the Pressure increasing means and the adjusting means regulated to the coolant pressure setpoint.
  • the advantages mentioned above with respect to the cooling system are connected accordingly.
  • the cooling system according to one of the above-mentioned embodiments or any combination of at least two of these embodiments can be used with one another to carry out the method.
  • the coolant pressure setpoint is determined taking into account a maximum opening state of a control valve of the setting and operating parameters on the output means and / or on the control valve.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of an inventive cooling system 1 for a metallurgical plant, with the metal products 2 directly to a coolant 3 are acted upon.
  • the cooling system 1 comprises three delivery means 4 for directly charging a metal product 2 with the coolant 3.
  • Each delivery means 4 is an adjustment means associated with the one of the respective dispensing means 4 supplied volume flow of the coolant 3 is adjustable or regulated.
  • each adjusting means comprises a control valve 5, a control valve 5 associated adjusting means 6, a control valve 5 upstream volume flow sensing means 7 and a control means common control electronics 8.
  • Each volume flow sensing means 7 leads the control electronics 8 the respectivedestoffvolumenstromistwert V istnx with the value 1, 2 or 3 for x too.
  • the electronic control unit 8 are coolant flow setpoints to V supplied from a database.
  • each cooling zone n1, n2 and n3 thus comprises a controlled system of the aforementioned components.
  • the cooling system 1 further comprises a pressure increasing means 10 for supplying the adjusting means to the cooling means 3.
  • the pressure increasing means 10 comprises a pump 11 and a driving this drive 12.
  • the pressure increasing means 10 is a separate regulating device associated with the means of a pressure detection means 13, a refrigerant pressure p detected between the pressure increasing means 10 and the adjusting means and an electronic control unit 14 is supplied.
  • the cooling system 1 comprises an evaluation means 15, which is set up, taking into account coolant pressures p istnx detected by the pressure sensing means 16 between the respective delivery means 4 and the respective adjustment means or control valve 5 of the respective adjustment means, an operating condition of the respective adjustment means in the form of a Percentage value with respect to an opening state of the control valve 5 of the respective setting means, the coolant pressure p is between the pressure increasing means 10 and the adjusting means and / or a volume flow-pressure curve 17 of the respective dispensing means 4 to determine a coolant pressure setpoint p soll .
  • the cooling system 1 comprises the above-described control means for adjusting the refrigerant pressure p is connected to the evaluation means 15 and the pressure increasing means 10, between the pressure increasing means 10 and the adjusting means.
  • the control system comprises pressure sensing means 13 and the control electronics 14.
  • the control means is adapted to control the pressure increasing means 10 in accordance with a control difference between the refrigerant pressure setpoint P set and thedeffenbuchistwert P is for controlling the refrigerant pressure p is arranged between the pressure increasing means 10 and the adjusting means to the coolant pressure setpoint p should .
  • the evaluation means 15 can be set up to determine the coolant pressure setpoint p soll taking into account a maximum opening state of the control valve 5 of the respective setting means and operating parameter presets on the respective dispensing means 4 and / or on the respective control valve 5.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem (1) für eine hüttentechnische Anlage, mit dem Metallprodukte (2) direkt mit einem Kühlmittel (3) beaufschlagbar sind, aufweisend wenigstens ein Abgabemittel (4) zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts (2) mit dem Kühlmittel (3), wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel (4) zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels (3) und wenigstens ein Druckerhöhungsmittel (10) zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel (3). Um die Energieeffizienz des Kühlsystems (1) zu verbessern und Betriebskosten zu reduzieren, umfasst das Kühlsystem (1) wenigstens ein Auswertungsmittel (15), das eingerichtet ist, unter Berücksichtigung eines Kühlmitteldrucks (pistnx) zwischen dem Abgabemittel (4) und dem Einstellmittel, etc einen Kühlmitteldrucksollwert (psoll) zu ermitteln. Weiterhin umfasst das Kühlsystem wenigstens eine mit dem Auswertungsmittel (15) und dem Druckerhöhungsmittel (10) verbundene Regeleinrichtung zum Regeln des Kühlmitteldrucks (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel auf den Kühlmitteldrucksollwert (Psoll) durch geeignetes Ansteuern des Druckerhöhungsmittels.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für eine hüttentechnische Anlage, mit dem Metallprodukte direkt mit einem Kühlmittel beaufschlagbar sind, aufweisend wenigstens ein Abgabemittel zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts mit dem Kühlmittel, wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels und wenigstens ein Druckerhöhungsmittel zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel.
  • Des Weiteren betrifft die Erfindung eine hüttentechnische Anlage zum Herstellen von Metallprodukten.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems einer hüttentechnischen Anlage, wobei das Kühlsystem wenigstens ein Abgabemittel zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts mit einem Kühlmittel, wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels und wenigstens ein Druckerhöhungsmittel zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel aufweist.
  • In hüttentechnischen Anlagen werden Metallprodukte hergestellt. In manchen Herstellungsschritten ist es erforderlich, die Metallprodukte zu kühlen, insbesondere um deren Materialeigenschaften einstellen zu können. Hierzu wird eine hüttentechnische Anlage mit einem Kühlsystem ausgestatte, mit dem Metallprodukte direkt mit einem Kühlmittel beaufschlagbar sind. Üblicherweise muss ein solches Kühlsystem bei variablen verfahrenstechnischen, umformtechnischen und/oder metallurgischen Anforderungen unterschiedliche Betriebsparameter, wie etwa einen Kühlmitteldruck, einen Kühlmittelvolumenstrom und dergleichen, bei unterschiedlichsten Metallprodukten über eine Vielzahl von Kühlzonen bzw. Kühlmittelregelstrecken zur Verfügung stellen.
  • Ein Kühlsystem hat in der Regel mehrere Kühlzonen mit jeweils einer Regelstrecke. Zudem umfasst ein Kühlsystem eine oder mehrere Spritzdüsen zum direkten Beaufschlagen der Metallprodukte mit dem Kühlmittel, um das Metallprodukt entsprechend vorgegebener Prozessparameter kühlen zu können. In der Regel werden die einzelnen Kühlzonen in Teillast betrieben.
  • Je nach produktbezogenen Anforderungen werden die einzelnen Kühlzonen als Ein-, Zwei- oder Mehrstoffkühlsysteme ausgeführt. Bei Einstoffkühlsystemen wird als Kühlmittel Wasser verwendet. Als Maß für das dem Metallprodukt zugeführte Kühlmittel wird der Kühlmittelvolumenstrom oder der Kühlmitteldruck verwendet. Bei Zwei- oder Mehrstoffkühlsystemen wird dem Metallprodukt über spezielle Spritzdüsen ebenfalls Wasser als Kühlmittel zugeführt. Jedoch werden dem Wasser an den Spritzdüsen Zusätze, wie beispielsweise komprimierte Luft, zugeführt. Zwei- oder Mehrstoffkühlsysteme ermöglichen eine effizientere Kühlung und bieten mehr Möglichkeiten zur Beeinflussung der Kühlwirkung. Hierdurch können auch geringere Wassermengen bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung eines erforderlichen Spritzbildes, also einer gleichmäßigen Aufbringung des Kühlmittels auf das Metallprodukt, realisiert werden. Zudem ist es bei einem Zweistoffkühlsystem möglich, die Kühlwirkung nicht nur über die abgegebene Wassermenge, sondern auch über den zugeführten Luftdruck zu regulieren.
  • Herkömmliche Kühlsysteme werden mit konstanten prozesstechnischen Parametern für die Druckluft- und Wasserversorgung betrieben. Die Kühlmitteldruckerzeuger erzeugen einen konstanten Kühlmittelvordruck, der dann durch die Regelstrecken auf den erforderlichen Kühlmittelvordruck für die Spritzdüsen der jeweiligen Kühlzone reduziert wird. Es besteht keine regelungstechnische Beziehung zwischen dem Druckerzeuger und den Betriebsbedingungen an den Spritzdüsen. Daher gibt es herkömmlich keine unmittelbare Rückmeldung oder Anpassung an die unterschiedlichen Anforderungen des Endverbrauchers an den Kühlmittelvolumenstrom bzw. den Kühlmitteldruck. Stattdessen orientiert sich die Druck- bzw. Fluidversorgung herkömmlich an theoretischen Maximalwertvorgaben, die meistens nicht benötigt werden. Diese theoretischen Vorgaben ergeben sich aus Designparametern des Kühlsystems und nicht aus den real erforderlichen Betriebsparametern, und werden einmalig in der Anlagenauslegung festgelegt. Da es über den Betrieb von Kühlsystemen zu Druckverluständerungen, beispielsweise durch Toleranzen, eine Verschmutzung oder einen Verschleiß von Einzelkomponenten, kommt, wird ein Kühlsystem üblicherweise mit Sicherheitszuschlägen beaufschlagt. Diese Sicherheitszuschläge führen zu einem Verbrauch von zusätzlicher Energie, die letztendlich in den Regelstrecken der Kühlzonen wieder von Druckenergie in kinetische Energie bzw. Wärmeenergie umgewandelt wird und somit verloren geht. Damit sinkt der Wirkungsgrad der Gesamtanlage und erhöht sich der Verschleiß der Regelstrecken.
  • EP 2 643 109 B1 betrifft eine Sekundärkühlungsvorrichtung zum Kühlen eines in einer Strangführungseinrichtung einer Stranggießanlage geführten Metallstrangs. Die Sekundärkühlungsvorrichtung umfasst mehrere entlang der Strangführungseinrichtung angeordnete Kühlzonen; mindestens ein von wenigstens einem Kühlmedium durchflossenes Druckleitungsnetz; Spitzdüsen zum Aufbringen des wenigstens einen Kühlmediums aus dem Druckleitungsnetz zumindest innerhalb einer Kühlzone auf den Metallstrang; mindestens eine Druckmesseinrichtung zum Messen des Ist-Drucks des wenigstens einen Kühlmediums in dem Druckleitungsnetz; und mindestens ein Stellglied zum Anpassen der innerhalb der Kühlzone mit Hilfe des Druckleitungsnetzes und mit diesem verbundener Spritzdüsen an den Metallstrang abgegebenen, vorgegebenen Kühlleistung. Mindestens ein Regelkreis ist mit mindestens einem Regelventil als Regler und dem mindestens einen Stellglied vorgesehen und als Druckregelkreis ausgebildet, in welchem ein Solldruck und der von der Druckmesseinrichtung gemessene Ist-Druck des wenigstens einen Kühlmediums in dem Druckleitungsnetz dem Regelventil zum Zwecke der Druckregelung zugeführt sind. Das Regelventil ist als selbstregelndes Druckregelorgan ausgebildet.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein energieeffizienteres Kühlsystem für eine hüttentechnische Anlage bereitzustellen, dessen Einsatz mit einer Reduzierung von Betriebskosten verbunden ist.
  • Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in der nachfolgenden Beschreibung, den abhängigen Patentansprüchen und der Figur wiedergegeben, wobei diese Ausgestaltungen jeweils für sich genommen oder in verschiedener Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander einen weiterbildenden, insbesondere auch bevorzugten oder vorteilhaften, Aspekt der Erfindung darstellen können. Ausgestaltungen des Kühlsystems können dabei Ausgestaltungen des Verfahrens entsprechen, und umgekehrt, selbst wenn im Folgenden hierauf im Einzelfall nicht explizit hingewiesen wird.
  • Ein erfindungsgemäßes Kühlsystem für eine hüttentechnische Anlage, mit dem Metallprodukte direkt mit einem Kühlmittel beaufschlagbar sind, umfasst wenigstens ein Abgabemittel zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts mit dem Kühlmittel, wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels, wenigstens ein Druckerhöhungsmittel zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel, wenigstens ein Auswertungsmittel, das eingerichtet ist, unter Berücksichtigung eines Kühlmitteldrucks zwischen dem Abgabemittel und dem Einstellmittel, eines Betriebszustands des Einstellmittels, eines Kühlmitteldrucks zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel und/oder einer Volumenstrom-Druck-Kennlinie des Abgabemittels einen Kühlmitteldrucksollwert zu ermitteln, und wenigstens eine zwischen dem Auswertungsmittel und dem Druckerhöhungsmittel angeordnete Regeleinrichtung zum Ermitteln einer Regeldifferenz zwischen dem Kühlmitteldrucksollwert (Psoll) und dem Kühlmittel (Pist) und zum Regeln des Kühlmitteldrucks (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel auf den Kühlmitteldrucksollwert (psoll) durch Ansteuern des Druckerhöhungsmittels als Stellglied nach Maßgabe der Regeldifferenz.
  • Erfindungsgemäß wird die Einstellung des Kühlmitteldrucks zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel nicht, wie herkömmlich, unabhängig von der Einstellung des dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels vorgenommen. Hierdurch kann der Betrieb des erfindungsgemäßen Kühlsystems insbesondere hinsichtlich des Energieverbrauchs optimiert werden. Insbesondere kann das Auswertungsmittel unter Berücksichtigung des Kühlmitteldrucks zwischen dem Abgabemittel und dem Einstellmittel, des Betriebszustands des Einstellmittels, des Kühlmitteldrucks zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel und/oder der Volumenstrom-Druck-Kennlinie des Abgabemittels ermitteln, wie stark die Druckerhöhung des Druckerhöhungsmittels im Verhältnis zur Druckanforderung der Verbraucher absenkbar ist, und einen entsprechenden Kühlmitteldrucksollwert festlegen. Da Druckerhöhungsmittel in Form von Pumpengruppen oder Kompressoren für Kühlsysteme zu den stärksten und konstanten Energieverbrauchern in hüttentechnischen Anlagen gehören, lässt sich mit der Erfindung also eine deutliche Reduzierung des Energieverbrauchs des Kühlsystems realisieren. Hierdurch können die Betriebskosten des erfindungsgemäßen Kühlsystems bzw. einer damit ausgestatteten hüttentechnischen Anlage reduziert werden.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann als Ein-, Zwei- oder Mehrstoffkühlsystem ausgebildet sein. Die hüttentechnische Anlage kann eine Gießanlage, eine Prozessanlage oder eine Umformanlage sein oder durch eine Kombination aus wenigstens zwei dieser Anlagenkomponenten gebildet sein.
  • Das Abgabemittel kann als Spritzdüse ausgebildet sein, mit der ein gewünschtes Spritzbild erzeugbar ist. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann auch zwei oder mehrere Abgabemittel aufweisen, denen das Kühlmittel über ein gemeinsames Einstellmittel oder über den einzelnen Abgabemitteln individuell zugeordnete Einstellmittel zuführbar ist.
  • Das Einstellmittel kann ein Regelventil aufweisen, welches als Druckregelorgan ausgebildet ist. Als Betriebszustand des Einstellmittels kann dann ein Öffnungszustand des Regelventils erfasst und bei der Ermittlung des Kühlmitteldrucksollwerts berücksichtigt werden. Das Einstellmittel kann zudem eine Regelelektronik aufweisen, der beispielsweise Prozessparameter aus einer Datenbank in Form von Sollwerten zugeführt werden. Beispielsweise kann der Regelelektronik als Sollwert ein Kühlmittelvolumenstromsollwert zugeführt und dieser mit einem erfassten Kühlmittelvolumenstromistwert verglichen werden, um eine Regelung des Kühlmittelvolumenstroms vornehmen zu können. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann pro Regelventil eine separate Regelelektronik oder wenigstens eine gemeinsame Regelelektronik für zwei oder mehrere Regelventile aufweisen.
  • Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann zwei oder mehrere Kühlzonen, insbesondere eine Vielzahl von Kühlzonen aufweisen, die jeweils wenigstens ein Abgabemittel zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts mit dem Kühlmittel und wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels aufweisen.
  • Das Druckerhöhungsmittel kann eine oder mehrere Pumpen oder Kompressoren aufweisen. Hierbei können mehrere Pumpen bzw. Kompressoren zu einer Gruppe zusammengefasst sein. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann auch zwei oder mehrere Druckerhöhungsmittel aufweisen.
  • Das Auswertungsmittel kann wenigstens eine Auswertungselektronik, beispielsweise einen Mikrocontroller, und wenigstens einen elektronischen Informationsspeicher aufweisen, wobei mit der Auswertungselektronik ein Algorithmus ausführbar sein kann, dem als Eingangsgrößen der Kühlmitteldruck zwischen dem Abgabemittel und dem Einstellmittel, der Betriebszustand des Einstellmittels, der Kühlmitteldruck zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel sowie die Volumenstrom-Druck-Kennlinie des Abgabemittels zuführbar sind und der als Ausgangsgröße den Kühlmitteldrucksollwert ausgibt. In dem elektronischen Informationsspeicher kann die Volumenstrom-Druck-Kennlinie des Abgabemittels gespeichert sein. Das erfindungsgemäße Kühlsystem kann auch zwei oder mehrere Auswertungsmittel aufweisen.
  • Die Regeleinrichtung ist mit dem Auswertungsmittel und dem Druckerhöhungsmittel verbunden, um von dem Auswertungsmittel den Kühlmitteldrucksollwert zu erhalten und das Druckerhöhungsmittel bzw. dessen Antrieb als Stellglied eines Regelkreises in Abhängigkeit einer Regeldifferenz zwischen dem erhaltenen Kühlmitteldrucksollwert und dem Kühlmittel(ist)druck anzusteuern. Hierdurch kann mit der Regeleinrichtung der Kühlmitteldruck zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel auf den Kühlmitteldrucksollwert geregelt werden.
  • Da mit der Erfindung die Auslastung des Druckerhöhungsmittels reduziert werden kann, kann zudem eine Reduzierung der Betriebslautstärke des Kühlsystems erreicht werden. Zudem können Energieverluste durch Sicherheitszuschläge mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem automatisch kompensiert werden. Des Weiteren kann der Einfluss von variablen Druckverlusten, beispielsweise an einem Filter, mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem automatisch kompensiert werden. Ferner können mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem Abweichungen in einer Kennlinie des Druckerhöhungsmittels ausgeglichen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Auswertungsmittel eingerichtet, den Kühlmitteldrucksollwert unter Berücksichtigung eines maximalen Öffnungszustands eines Regelventils des Einstellmittels und Betriebsparametervorgaben am Abgabemittel und/oder am Regelventil zu ermitteln. Bei einem maximalen Öffnungszustand des Regelventils kann dieses mit Kühlmittel unter einem geringeren Kühlmitteldruck versorgt werden, ohne dass Betriebsparametervorgaben am Abgabemittel und/oder am Regelventil nicht eingehalten werden. Durch das weite Öffnen des Regelventils und den geringeren Kühlmitteldruck sinkt der Verschleiß des Regelventils. Hierdurch wird die Standzeit des Regelventils verlängert, was Betriebskosten einspart. Durch die Reduzierung des Kühlmitteldrucks kann zudem ein Verschleiß an dem Druckerhöhungsmittel und dem Abgabemittel verringert werden, was deren Standzeit erhöht und ebenfalls Betriebskosten einspart.
  • Eine erfindungsgemäße hüttentechnische Anlage zum Herstellen von Metallprodukten umfasst wenigstens ein Kühlsystem nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander.
  • Mit der hüttentechnischen Anlage sind die oben mit Bezug auf das Kühlsystem genannten Vorteile entsprechend verbunden. Die hüttentechnische Anlage kann als Gießanlage, Prozessanlage oder Umformanlage ausgebildet oder durch wenigstens zwei dieser Anlagenkomponenten gebildet sein. Die hüttentechnische Anlage kann zwei oder mehrere entsprechende Kühlsysteme aufweisen.
  • Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems einer hüttentechnischen Anlage, wobei das Kühlsystem wenigstens ein Abgabemittel zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts mit einem Kühlmittel, wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels und wenigstens ein Druckerhöhungsmittel zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel aufweist, wird unter Berücksichtigung eines Kühlmitteldrucks zwischen dem Abgabemittel und dem Einstellmittel, eines Betriebszustands des Einstellmittels, eines Kühlmitteldrucks zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel und/oder einer Volumenstrom-Druck-Kennlinie des Abgabemittels ein Kühlmitteldrucksollwert ermittelt und der Kühlmitteldruck zwischen dem Druckerhöhungsmittel und dem Einstellmittel auf den Kühlmitteldrucksollwert geregelt.
  • Mit dem Verfahren sind die oben mit Bezug auf das Kühlsystem genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann das Kühlsystem gemäß einer der oben genannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausgestaltungen miteinander zur Durchführung des Verfahrens eingesetzt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Kühlmitteldrucksollwert unter Berücksichtigung eines maximalen Öffnungszustands eines Regelventils des Einstellmittels und Betriebsparametervorgaben am Abgabemittel und/oder am Regelventil ermittelt. Mit dieser Ausgestaltung sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Kühlsystems genannten Vorteile entsprechend verbunden.
  • Im Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegende Figur anhand einer bevorzugten Ausführungsform beispielhaft erläutert, wobei die nachfolgend erläuterten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in unterschiedlicher Kombination miteinander einen vorteilhaften oder weiterbildenden Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigt:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Kühlsystem.
  • Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Kühlsystem 1 für eine hüttentechnische Anlage, mit dem Metallprodukte 2 direkt mit einem Kühlmittel 3 beaufschlagbar sind.
  • Das Kühlsystem 1 umfasst drei Abgabemittel 4 zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts 2 mit dem Kühlmittel 3. Jedem Abgabemittel 4 ist ein Einstellmittel zugeordnet, mit dem ein dem jeweiligen Abgabemittel 4 zugeführter Volumenstrom des Kühlmittels 3 einstellbar bzw. regelbar ist. Hierzu umfasst jedes Einstellmittel ein Regelventil 5, ein dem Regelventil 5 zugeordnetes Stellmittel 6, ein dem Regelventil 5 vorgeschaltetes Volumenstromerfassungsmittel 7 und eine den Einstellmitteln gemeinsame Regelelektronik 8. Jedes Volumenstromerfassungsmittel 7 führt der Regelelektronik 8 den jeweiligen Kühlmittelvolumenstromistwert Vistnx mit dem Wert 1, 2 oder 3 für x zu. Zudem werden der Regelelektronik 8 Kühlmittelvolumenstromsollwerte Vsoll aus einer Datenbank 9 zugeführt. Hieraus ermittelt die Regelelektronik 8 die Kühlmittelvolumenstromsollwerte Vsollnx und führt diese den Stellmitteln 6 zu. Hierdurch erfolgt eine Kühlmittelvolumenstromregelung. Jede Kühlzone n1, n2 und n3 umfasst somit eine Regelstrecke aus den vorgenannten Komponenten.
  • Das Kühlsystem 1 umfasst zudem ein Druckerhöhungsmittel 10 zum Versorgen der Einstellmittel mit dem Kühlmittel 3. Das Druckerhöhungsmittel 10 umfasst eine Pumpe 11 und einen diese antreibenden Antrieb 12. Dem Druckerhöhungsmittel 10 ist eine eigene Regeleinrichtung zugeordnet, bei der mittels eines Druckerfassungsmittels 13 ein Kühlmitteldruck pist zwischen dem Druckerhöhungsmittel 10 und den Einstellmitteln erfasst und einer Regelelektronik 14 zugeführt wird.
  • Des Weiteren umfasst das Kühlsystem 1 ein Auswertungsmittel 15, das eingerichtet ist, unter Berücksichtigung von über Druckerfassungsmittel 16 erfassten Kühlmitteldrücken pistnx zwischen dem jeweiligen Abgabemittel 4 und dem jeweiligen Einstellmittel bzw. dem Regelventil 5 des jeweiligen Einstellmittels, eines Betriebszustands des jeweiligen Einstellmittels in Form eines Prozentwerts bezüglich eines Öffnungszustands des Regelventils 5 des jeweiligen Einstellmittels, des Kühlmitteldrucks pist zwischen dem Druckerhöhungsmittel 10 und den Einstellmitteln und/oder einer Volumenstrom-Druck-Kennlinie 17 des jeweiligen Abgabemittels 4 einen Kühlmitteldrucksollwert psoll zu ermitteln.
  • Ferner umfasst das Kühlsystem 1 die mit dem Auswertungsmittel 15 und dem Druckerhöhungsmittel 10 verbundene, oben beschriebene Regeleinrichtung zum Einstellen des Kühlmitteldrucks pist zwischen dem Druckerhöhungsmittel 10 und den Einstellmitteln. Die Regeleinrichtung umfasst das Druckerfassungsmittel 13 und die Regelelektronik 14. Die Regeleinrichtung ist eingerichtet, das Druckerhöhungsmittel 10 anzusteuern nach Maßgabe einer Regeldifferenz zwischen dem Kühlmitteldrucksollwert Psoll und dem Kühlmitteldruckistwert Pist zum Regeln des Kühlmitteldrucks pist zwischen dem Druckerhöhungsmittel 10 und den Einstellmitteln auf den Kühlmitteldrucksollwert psoll.
  • Das Auswertungsmittel 15 kann eingerichtet sein, den Kühlmitteldrucksollwert psoll unter Berücksichtigung eines maximalen Öffnungszustands des Regelventils 5 des jeweiligen Einstellmittels und Betriebsparametervorgaben am jeweiligen Abgabemittel 4 und/oder am jeweiligen Regelventil 5 zu ermitteln.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Kühlsystem
    2
    Metallprodukt
    3
    Kühlmittel
    4
    Abgabemittel
    5
    Regelventil
    6
    Stellmittel
    7
    Volumenstromerfassungsmittel
    8
    Regelelektronik
    9
    Datenbank
    10
    Druckerhöhungsmittel
    11
    Pumpe
    12
    Antrieb
    13
    Druckerfassungsmittel
    14
    Regelelektronik
    15
    Auswertungsmittel
    16
    Druckerfassungsmittel
    17
    Volumenstrom-Druck-Kennlinie von 5
    n1
    Kühlzone
    n2
    Kühlzone
    n3
    Kühlzone
    pist
    Kühlmitteldruckistwert zwischen 10 und 5
    pistnx
    Kühlmitteldruckistwert zwischen 5 und 4
    psoll
    Kühlmitteldrucksollwert
    Vistnx
    Kühlmittelvolumenstromistwert zwischen 10 und 5
    Vsoll
    Kühlmittelvolumenstromsollwert aus 9
    Vsollnx
    Kühlmittelvolumenstromsollwert für nx
    Vsolln1
    Kühlmittelvolumenstromsollwert für n1
    Vsolln2
    Kühlmittelvolumenstromsollwert für n2
    Vsolln3
    Kühlmittelvolumenstromsollwert für n3

Claims (5)

  1. Kühlsystem (1) für eine hüttentechnische Anlage, mit dem Metallprodukte (2) direkt mit einem Kühlmittel (3) beaufschlagbar sind, aufweisend
    - wenigstens ein Abgabemittel (4) zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts (2) mit dem Kühlmittel (3),
    - wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel (4) zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels (3), und
    - wenigstens ein Druckerhöhungsmittel (10) zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel (3),
    gekennzeichnet durch
    - wenigstens ein Auswertungsmittel (15), das eingerichtet ist, unter Berücksichtigung eines Kühlmitteldrucks (pistnx) zwischen dem Abgabemittel (4) und dem Einstellmittel, eines Betriebszustands des Einstellmittels, eines Kühlmitteldrucks (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel und/oder einer Volumenstrom-Druck-Kennlinie (17) des Abgabemittels (4) einen Kühlmitteldrucksollwert (psoll) zu ermitteln, und
    - wenigstens eine zwischen dem Auswertungsmittel (15) und dem Druckerhöhungsmittel (10) angeordnete Regeleinrichtung zum Ermitteln einer Regeldifferenz zwischen dem Kühlmitteldrucksollwert (PSoll) und dem Kühlmitteldruck (Pist) und zum Regeln des Kühlmitteldrucks (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel auf den Kühlmitteldrucksollwert (psoll) durch Ansteuern des Druckerhöhungsmittels als Stellglied nach Maßgabe der Regeldifferenz.
  2. Kühlsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswertungsmittel (15) eingerichtet ist, den Kühlmitteldrucksollwert (psoll) unter Berücksichtigung eines maximalen Öffnungszustands eines Regelventils (5) des Einstellmittels und Betriebsparametervorgaben am Abgabemittel (4) und/oder am Regelventil (5) zu ermitteln.
  3. Hüttentechnische Anlage zum Herstellen von Metallprodukten (2), gekennzeichnet durch wenigstens ein Kühlsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems (1) einer hüttentechnischen Anlage, wobei das Kühlsystem (1) wenigstens ein Abgabemittel (4) zum direkten Beaufschlagen eines Metallprodukts (2) mit einem Kühlmittel (3), wenigstens ein Einstellmittel zum Einstellen eines dem Abgabemittel (4) zugeführten Volumenstroms des Kühlmittels (3) und wenigstens ein Druckerhöhungsmittel (10) zum Versorgen des Einstellmittels mit dem Kühlmittel (3) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass unter Berücksichtigung eines Kühlmitteldrucks (pistnx) zwischen dem Abgabemittel (4) und dem Einstellmittel, eines Betriebszustands des Einstellmittels, eines Kühlmitteldrucks (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel und/oder einer Volumenstrom-Druck-Kennlinie (17) des Abgabemittels (4) ein Kühlmitteldrucksollwert (psoll) ermittelt wird,
    - dass der Kühlmitteldruck (pist) zwischen dem Druckerhöhungsmittel (10) und dem Einstellmittel ermittelt wird,
    - dass eine Regeldifferenz zwischen dem Kühlmitteldrucksollwert (Psoll) und dem Kühlmitteldruck (Pist) ermittelt wird; und
    - dass der Kühlmitteldruck (Pist) auf den Kühlmitteldrucksollwert (Psoll) geregelt wird durch Ansteuern des Druckerhöhungsmittels als Stellglied nach Maßgabe der Regeldifferenz.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmitteldrucksollwert (psoll) unter Berücksichtigung eines maximalen Öffnungszustands eines Regelventils (5) des Einstellmittels und Betriebsparametervorgaben am Abgabemittel (4) und/oder am Regelventil (5) ermittelt wird.
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