EP3599037A1 - Kühlstrecke mit einstellung der kühlmittelströme durch pumpen - Google Patents

Kühlstrecke mit einstellung der kühlmittelströme durch pumpen Download PDF

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EP3599037A1
EP3599037A1 EP18185526.3A EP18185526A EP3599037A1 EP 3599037 A1 EP3599037 A1 EP 3599037A1 EP 18185526 A EP18185526 A EP 18185526A EP 3599037 A1 EP3599037 A1 EP 3599037A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pump
coolant
cooling section
rolling stock
control device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP18185526.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Weinzierl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Germany GmbH filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Priority to EP18185526.3A priority Critical patent/EP3599037A1/de
Priority to CN201980049320.7A priority patent/CN112469516B/zh
Priority to PCT/EP2019/069763 priority patent/WO2020020868A1/de
Priority to US17/261,080 priority patent/US11167332B2/en
Priority to EP19740415.5A priority patent/EP3826780B1/de
Publication of EP3599037A1 publication Critical patent/EP3599037A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • a metal rolling stock is cooled in the cooling section of a rolling mill after rolling.
  • the rolling stock can be made of steel or aluminum, for example. If required, it can be a flat rolling stock (strip or heavy plate), a rod-shaped rolling stock or a profile.
  • Exact temperature control in the cooling section is customary in order to set the desired material properties and to keep it constant with lower scatter.
  • a plurality of spray bars are installed along the cooling section, by means of which a liquid coolant, usually water, is applied to the rolling stock to cool the hot rolling stock from above and below.
  • the amount of water flowing through the respective spray bar should be adjustable as quickly and precisely as possible.
  • switching valves or control valves can only be controlled in a binary manner. So they are either fully open or completely closed.
  • Control valves can be continuously adjusted so that the amount of water supplied in the respective spray bar can also be continuously adjusted.
  • control valves In the case of control valves, the valves can be designed as control flaps or as ball valves.
  • Control valves are relatively simple and inexpensive. However, they can only be operated with relatively small pressure differences, usually a maximum of 1 bar. Otherwise, cavitations occur which damage the control valve very quickly.
  • Control flaps are therefore particularly unsuitable for intensive cooling. But they are also often disadvantageous in a laminar cooling section. In particular, they often show a switching hysteresis. The switching hysteresis causes that with the same control the set flap angle is different, depending on whether the control flap is adjusted from a further open or from a further closed position to the new position to be assumed.
  • Ball valves do not have a flap, but a pierced ball that is rotated in a tube.
  • Ball valves can be operated with higher pressure differences up to approx. 3 bar. A hysteresis does not occur in them or is negligibly small. Ball valves are expensive, however.
  • the coolant is permanently supplied to the spray bars.
  • a controllable deflection plate is available. Depending on the position of the deflection plate, the coolant is either fed to the rolling stock or flows off to the side without contributing to cooling the rolling stock. With this arrangement, fast switching operations without pressure surges are possible. However, it is not possible to continuously adjust the amount of water. Furthermore, the full coolant flow must be continuously promoted.
  • valves and also the baffle plates require appropriate actuators. Pneumatically driven servomotors are common. Position control is also required for control valves. This continuously compares the actual position of the respective control valve with its nominal position and adjusts the actual position until there is sufficient agreement with the nominal position.
  • the coolant can, for example, be taken from a high-level tank or transported from a pump station further away via a larger pipeline. Combinations of these procedures are also possible.
  • intensive cooling the water is often first taken from an elevated tank. Then the pressure via booster pumps increased to a variable extent and thus made available with correspondingly variable pressure for intensive cooling.
  • booster pumps There are usually several booster pumps, but they are all connected in parallel, ie they all draw the coolant from the same reservoir on the inlet side and feed it to a common collection point on the outlet side.
  • the intensive cooling is provided with several spray bars, which - starting from the booster pumps or the common collection point - the coolant is fed individually via a respective supply line.
  • Ball valves are arranged in the supply lines and are controlled to set the amount of coolant supplied to the respective spray bar.
  • a descaling device in which a pump is driven by a variable-speed drive.
  • the drive When the drive is actuated, an operating state of the descaling area and a degree of filling of a high-pressure accumulator are taken into account.
  • a cooling water source which comprises a coil cooled with water.
  • the cooling water is fed to the coil via a pump that can be switched on and off and has a mechanism for controlling the quantity of coolant.
  • the liquid is recirculated.
  • the temperature of the cast metal strand is recorded and fed to a control device. Depending on this, the control device controls the cooling water source.
  • a method in which a metal strip is cooled with a liquid cooling medium as part of a heat treatment of the metal strip in a cooling device.
  • the metal band runs vertically from bottom to top.
  • the cooling medium is pentane or a mixture of pentane and hexane.
  • the metal strip is in an atmosphere of protective gas during the application of the cooling medium.
  • an amount of coolant is determined which is to be guided by a pump to the application devices of the cooling device. The pump is controlled according to the result.
  • a casting process is known in which the cast strand is passed through a cooling chamber in which the cast strand is cooled with a liquid cooling medium.
  • the liquid cooling medium is a metal or a molten salt.
  • the liquid cooling medium is removed from a reservoir by means of a circulating pump, fed to the cooling chamber and then again from the cooling chamber Reservoir fed.
  • the amount of liquid is regulated as a function of the temperatures at which the liquid cooling medium is supplied to the cooling chamber or discharged from the cooling chamber, and as a function of the pressure on the inlet side of the cooling chamber.
  • a casting process is known in which the cast strand is formed by means of a two-roll casting machine.
  • the inside of the rolls are cooled with a liquid cooling medium.
  • the liquid cooling medium is a metal or a molten salt.
  • the liquid cooling medium is removed from a reservoir by means of a circulating pump, fed to the rollers and then returned to the reservoir from the cooling chamber.
  • the object of the present invention is to create possibilities by means of which a cooling section with superior operating properties can be implemented in a simple and reliable manner.
  • an operating method of the type mentioned at the outset is configured in that a control device the cooling section dynamically determines a respective target control state for the respective pump and controls the respective pump accordingly, depending on a respective target flow of the coolant to be applied to the hot rolling stock by the respective application device, so that the respective actual pump conveyed by the respective pump Electricity is approximated as closely as possible to the respective nominal current at all times.
  • the respective pump - more precisely: the drive for the respective pump - is therefore a variable-speed drive. For example, it can be converter-controlled. As part of the dynamic control, only the respective pump is controlled, but not any valve arranged in the respective supply line.
  • Control or regulation can take place as required.
  • the respective actual flow of the liquid coolant is recorded on the input or output side of the respective pump and supplied to the control device.
  • the rolling stock is a flat rolling stock, for example a strip or a heavy plate.
  • the liquid coolant is applied to the rolling stock from both sides by means of the respective application device.
  • the liquid coolant it is possible for the liquid coolant to be applied to the rolling stock only from one side, in particular from above or from below, by means of the respective application device.
  • two application devices are required, which are controlled separately and, in principle, are also operated independently of one another.
  • the operating method according to the invention is thus carried out twice, so to speak.
  • the control of both Pumping can, however, be carried out uniformly by one and the same control device.
  • the control device can, if necessary, also take into account mutual dependencies in the cooling.
  • the respective application device prefferably has a plurality of spray nozzles which are arranged one behind the other, as seen in the transport direction of the rolling stock.
  • groups of spray nozzles can be formed within a single spray bar and are supplied with coolant uniformly via the respective supply line and the respective supply line and the respective pump.
  • Groups of spray nozzles can also be formed which overlap several spray bars and are supplied with coolant uniformly via the respective supply line and the respective pump. This configuration can be particularly advantageous in that fewer pumps are required than if each spray bar were supplied with coolant via its own supply line and its own pump.
  • the respective application device has a plurality of spray nozzles which, as seen transversely to the transport direction of the rolling stock, are arranged next to one another.
  • This can be particularly useful for flat rolling stock (strip or heavy plate).
  • the respective application device can extend over the full width of the rolling stock or only over part of the width.
  • several application devices are arranged side by side, each of which is supplied with coolant via its own supply line and its own pump, the pumps being controlled independently of one another.
  • shut-off device no shut-off device is arranged between the respective pump and the respective application device.
  • a shut-off device it is possible for a shut-off device to be arranged between the respective pump and the respective application device.
  • the Shut-off device either kept permanently fully open during the transport of the rolling stock through the cooling section, or actuated both opening and closing only when a speed of the respective pump is below a minimum speed.
  • the respective minimum speed is so low that only a very slight actual current is delivered.
  • the shut-off device can only be actuated manually in order to be able to take the respective application device out of operation, for example for maintenance purposes.
  • the respective pump it is also possible for the respective pump to have a respective return line arranged in parallel.
  • the return line has a smaller cross section than the respective supply line.
  • pumps can be used in which a certain minimum flow of coolant must always be maintained due to the design.
  • the minimum flow is considerably smaller than the maximum possible flow of coolant. If in such a case an amount of coolant is to be applied to the rolling stock that is smaller than the respective minimum flow, it is only necessary to open a valve arranged in the return line accordingly (bypass operation).
  • the respective pump is operated as a generator or is operated with an inverted direction of rotation whenever the respective target current falls below a respective lower limit value. This means that even very small actual currents can be realized. Furthermore, this can prevent an excessively large actual current from flowing through a pump that is not self-locking in the event of a small target current.
  • a check valve or a check valve is arranged in the respective supply line between the respective pump and the respective application device. Thereby can prevent the respective pump from running dry and being damaged as a result.
  • an inlet-side pressure of the liquid coolant is detected in front of the respective pump and the control device takes the detected inlet-side pressure into account when determining the respective target activation state of the respective pump. This enables a more precise determination of the respective target activation state for the respective pump.
  • the control device preferably determines the respective target current as a function of a respective thermodynamic energy state of the rolling stock existing immediately before the respective application device is reached. This enables a particularly precise temperature control to be implemented.
  • the thermodynamic energy state of the rolling stock can be known to the control device, for example on the basis of a previous measurement. Alternatively, it is possible for a model-based calculation of the respective thermodynamic energy state to be carried out on the basis of a known thermodynamic energy state.
  • the operating method according to the invention is preferably designed such that the control device uses the thermodynamic energy state to determine the respective thermodynamic energy state of the rolling stock of the rolling stock in front of the immediately preceding application device with additional consideration of the target current of the coolant or the actual current of the coolant, which is applied or is to be applied to the hot rolling stock by means of the immediately preceding application device.
  • the thermodynamic energy states can therefore be calculated sequentially one after the other.
  • a cooling section of the type mentioned at the outset is designed in such a way that the control device is designed such that it dynamically determines a respective target control state for the respective pump as a function of a respective target flow of coolant to be applied to the hot rolling stock by means of the respective application device and controls the respective pump accordingly, so that the respective actual current conveyed by the respective pump is brought as close as possible to the respective target current at any time.
  • the advantageous configurations of the cooling section correspond essentially to those of the operating method.
  • the advantages achieved in this way also correspond to the corresponding configurations of the operating method.
  • a hot rolled metal 1 is to be cooled in a cooling section 2.
  • the cooling section 2 is according to FIG. 1 downstream of a rolling mill. Is shown in FIG. 1 only one roll stand 3 of the rolling mill, namely the last roll stand 3 of the rolling mill. As a rule, however, the rolling train has a plurality of roll stands 3, through which the hot rolling stock 1 passes sequentially one after the other. In the case of the design according to FIG. 1 the hot rolling stock 1 enters the cooling section 2 immediately after rolling in the last rolling stand 3 of the rolling train. A time interval between the rolling in the last roll stand 3 of the rolling mill and the entry into the cooling section 2 is in the range of a few seconds.
  • the cooling section 2 could be as shown in FIG FIG 2 be upstream of the rolling mill. Is shown in FIG 2 also only a single stand 4 of the rolling mill, namely the first stand 4 of the rolling mill. in the In case of the design according to FIG 2 the hot rolling stock 1 is rolled immediately after it leaves the cooling section 2 in the first roll stand 4 of the rolling train. A time interval between cooling in the cooling section 2 and rolling in the first roll stand 4 of the rolling mill is in the range of a few minutes. But it can also be only a few seconds.
  • the cooling section 2 could be as shown in FIG FIG 3 be arranged within the rolling mill.
  • two roll stands 5 of the rolling mill In this case, cooling takes place in the cooling section 2 between the rolling in the two roll stands 5 of the rolling train.
  • a time interval between cooling in the cooling section 2 and rolling in the two successive roll stands 5 of the rolling mill is in the range of a few seconds.
  • the cooling section 2 is arranged between two successive rolling stands 5 of the rolling mill. But it could also extend over a larger area, so that the cooling section 2 by at least one in FIG 3 further roll stand, not shown, is divided into a corresponding number of sections.
  • the rolling stock 1 is made of metal.
  • the rolling stock 1 can consist of steel or aluminum. Other metals are also possible.
  • the temperature of the rolling stock 1 in front of the cooling section 2 is generally between 750 ° C and 1,200 ° C. Cooling to a lower temperature takes place in the cooling section 2. In individual cases it is possible that the lower temperature is only slightly below the temperature in front of the cooling section 2.
  • the rolling stock 1 is generally cooled to a significantly lower temperature, for example to a temperature between 200 ° C. and 700 ° C.
  • the hot rolling stock 1 is fed to the cooling section 2 in a horizontal transport direction x.
  • the hot rolling stock 1 changes its transport direction x within the cooling section 2 Not. It is therefore also transported horizontally within the cooling section 2.
  • the rolling stock 1 can either maintain or change its transport direction. If the hot rolling stock 1 is a strip, it can, for example, be deflected diagonally downwards in order to feed it to a reel. If the hot rolling stock 1 is a heavy plate, it usually maintains the transport direction x.
  • a roller table that may be required for the transport of the hot rolling stock 1 is not shown in the FIG.
  • the cooling section 2 has a number of application devices 6.
  • a coolant 7 is applied to the rolling stock 1 by means of the application devices 6.
  • the coolant 7 is water. If necessary, additives can be added to the water to a small extent (maximum 1 percent to 2%). In any case, however, the coolant 7 is a liquid, water-based coolant.
  • a single application device 6 is present at a minimum. In many cases, however, there are several application devices 6.
  • the application devices can be shown in FIG. 1 be arranged one behind the other. In this case, the application devices 6 apply their respective proportion of the coolant 7 to the rolling stock 1 sequentially one after the other.
  • the term “sequentially one after the other” refers to a specific section of the rolling stock 1, since this sequentially passes through areas in which the individual application devices each apply their respective proportion of the coolant 7 to the corresponding section of the rolling stock 1.
  • the number of application devices 6 is often in the two-digit range, sometimes even in the upper two-digit range.
  • a sequential arrangement one behind the other is usually realized in particular if the cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill. However, it can also exist in other case designs.
  • the application devices 6 are connected to a reservoir 9 of the coolant 7 via a respective supply line 8.
  • the reservoir 9 is uniform for all application devices 6.
  • several reservoirs 9 that are independent of one another could also be present.
  • a respective pump 10 is arranged in each supply line 8.
  • the pumps 10 can be arranged at any desired locations within the supply lines 8. In practice, however, it is advantageous if the pumps 10 are arranged as close as possible to the reservoir 9.
  • the application device 6 is supplied with an actual flow F of the coolant 7 via the supply line 8 and the pump 10 from the reservoir 9.
  • the actual current F is applied to the hot rolling stock 1 by means of the respective application device 6.
  • a distance of the application device 6 - for example from spray nozzles - from the rolling stock 1 is generally between 20 cm and 200 cm.
  • a control device 11 of the cooling section 2 knows a corresponding target current F * which is to be applied to the hot rolling stock 1 by means of the application device 6.
  • the target current F * is generally not constant over time, but variable, that is, a function of time t.
  • the control device 11 dynamically determines a target control state S * for the pump 10 as a function of the target current F * of the coolant 7. It controls the pump 10 accordingly.
  • the pump 10 thereby acts on the coolant 7 on the outlet side of the pump 10 with an outlet-side pressure pA.
  • the output pressure pA varies according to the target control state S *. However, it is below 10 bar in every operating state. In most cases it is even a maximum of 6 bar. In any operating state, however, the actual current F delivered by the pump 10 is approximated as much as possible at all times to the desired current F *.
  • the target control state S * can also be determined easily. This will be explained below using a simple example.
  • the pump 10 is arranged in the immediate vicinity of the reservoir 9.
  • the supply line 8 has a length 1 and a cross section A.
  • the pressure on the input side of the pump 10 is referred to below as pE.
  • the pressure in the application device 6 is denoted by p0.
  • FN is a nominal current that flows out of the application device 6 when the coolant 7 in the application device has a nominal pressure pN.
  • the nominal current FN and the nominal pressure pN are determined and determined by the design of the application device 6. They can be determined, for example, by measuring the flow once, which arises at a pressure - which is in principle arbitrarily defined.
  • the actual current F is given without further ado. For example, it can be measured.
  • the desired time derivative of the actual current F results directly from the difference between the target current F * and the actual current F. If necessary, the time derivative of the actual current F can be limited in order to increase the pressure pA on the outlet side within permissible limits hold.
  • n f pA - pE .
  • control device 11 has the actual current F available at any time, either by measurement or by calculation according to equation (6). This is necessary in order to be able to mathematically update a thermodynamic energy state H of the rolling stock 1. This will be discussed in more detail later.
  • the dead time of the application device 6 only occurs as a rule the very short time that the coolant 7 needs to hit the rolling stock 1, calculated from the point at which it exits the application device 6.
  • Control or regulation can take place as required.
  • the actual current F is detected on the input or output side of the pump 10 and fed to the control device 11. If no such detection takes place, the actual current F is controlled.
  • the pump 10 - In order to be able to control the pump 10 accordingly, the pump 10 - more precisely: its drive 12 - must be able to be operated at a variable speed.
  • the drive 12 of the pump 10 can be converter-controlled for this purpose.
  • Such controls are generally known to experts and therefore do not need to be explained in more detail.
  • the pump 10 can preferably be operated in a control range between 0 and a maximum speed.
  • a seal of the pump 10 should also be designed for low speeds. However, this is easily possible.
  • Corresponding pumps 10 are known to those skilled in the art.
  • the pump 10 is accordingly dynamically actuated and the actual current F is brought as close as possible to the target current F *.
  • no valve arranged in the supply line 8 is actuated. Such a valve - should it be present - remains permanently fully open.
  • shut-off device 13 is arranged between the pump 10 and the application device 6.
  • the shut-off device 13 is in FIG 4 only drawn in with a dashed line, because it may be present but does not have to be present. If the shut-off device 13 is present, the shut-off device 13 can be driven in two different ways.
  • the shut-off device 13 is kept permanently completely open during the transport of the rolling stock 1 through the cooling section 2. This is in FIG 5 This shows that the rolling stock 1 enters the cooling section 2 at a time t1. However, the shut-off device 13 is opened at a time t2 before the time t1. In an analogous manner, the rolling stock 1 runs out of the cooling section 2 at a time t3. Only after time t3 is the shut-off device 13 closed again at a time t4. The shut-off device 13 remains permanently fully open between the times t2 and t4.
  • the shut-off device 13 is actuated only when a speed of the pump 10 is below a minimum speed nmin. This is discussed below in conjunction with FIG 6 explained in more detail.
  • the speed of the pump 10 can vary between 0 and a nominal speed nmax. If and as long as the speed n remains below a minimum speed nmin, the shut-off device 13 can be actuated. This applies both to opening and closing the shut-off device 13. If and as soon as the speed n reaches or exceeds the minimum speed nmin, the shut-off device 13 remains open. In this case, in particular, the shut-off device 13 must first be opened at a very low speed n. The application device then operates 6, during which only the pump 10 is controlled accordingly to set the actual current F. Only when the speed n falls below the minimum speed nmin can the shut-off device 13 be actuated again.
  • the pump 10 must always deliver a minimum current when it is operated.
  • the minimum current can be greater than the target current F *.
  • FIG 7 it is as shown in FIG 7 possible to arrange a return line 14 in parallel with the pump 10.
  • the return line 14, however, has a smaller cross section than the supply line 8.
  • the return line 14 only has to be designed to be able to convey the minimum current.
  • the supply line 8, however, must be designed to be able to promote the maximum current Fmax.
  • shut-off device 13 If in the case of the configuration according to FIG 7 If an amount of coolant 7 that is smaller than the minimum current is to be applied to the rolling stock 1, it is only necessary to open a valve 15 arranged in the return line 14 accordingly (bypass operation). Furthermore, the shut-off device 13 must be present in this case. In this case, the shut-off device 13 and the valve 15 must be designed as control valves. In this case, too, the shut-off device 13 is only closed (completely or partially) when the actual current F is below the minimum current Fmin. The situation that the target current F * assumes values below the minimum current occurs very rarely in practice. As a rule - if the actual current F is above the minimum current Fmin - the shut-off device 13 can thus be fully opened and the bypass valve 15 can remain completely closed.
  • the target current F * can vary. With larger values, a speed n of the pump 10 is at significant values, so that the pump 10 actively pumps (pumps) the coolant 7. The pump 10 thereby consumes energy E. However, if the target current F * becomes smaller, it can happen that the pump 10 continues to rotate in the same direction of rotation as with larger values, but the pump 10 is operated as a generator. So it gives off energy E. For example, the energy E can be fed back into a supply network via the drive 12 of the pump 10. It is even possible that the pump 10 is operated with the direction of rotation inverted (“speed n ⁇ 0”). In this case, the pump 10 continues to consume energy because it is actively trying to return coolant 7.
  • a check valve 16 or a check valve is arranged between the pump 10 and the application device 6.
  • the check valve 16 or the check valve can work purely passively.
  • the check valve 16 or the check valve can, for example, be acted upon by a slight spring force, so that they are preloaded towards the closed position, but open at a very low pressure.
  • the check valve 16 or the check valve need not be actively controlled by the control device 11.
  • the check valve 16 or the check valve in particular prevent the supply line 8 between the pump 10 and the application device 6 from running empty when the direction of rotation is inverted.
  • the pump 10 can be switched off as soon as the shut-off device 13 is closed, ie blocking further flow of the coolant 7. Since the shut-off device 13 does not have to brake the flow of the coolant 7, but only closes when the flow of the coolant 7 has already stopped or at least essentially stopped, a comparatively simple embodiment is sufficient the shut-off device 13. Furthermore, the shut-off device 13 can have a low dynamic, since dynamic settings are made by the pump 10. Furthermore, such a check valve 16 or such a check valve is also required if an application device 6 arranged above the rolling stock 1 is fed via the pump 10. Otherwise, the coolant 7 would flow backwards through the pump 10 into the reservoir 9 at speed 0. This could empty a buffer area of the application device 6. The buffer area would then only have to be filled again when the pump 10 is switched on again. This would increase the effective response time of the application device 6, which - of course - is not desirable.
  • the pump 10 can have conventional paddle wheels.
  • the pump 10 can be designed such that when the pump 10 is at a standstill, the coolant 7 cannot simply flow through. In this case, the pump 10 must be designed in such a way that it at least largely seals when it is at a standstill.
  • the pump 10 can be designed such that it can also be operated in reverse. In the latter case in particular, it is sensible to actuate the shut-off device 13 after reducing the actual current F to 0.
  • the coolant 7 has a pre-pressure
  • the pump 10 it is possible for the pump 10 to be controlled purely.
  • the inlet pressure pE of the liquid coolant 7 is detected and fed to the control device 11.
  • the control device 11 takes into account the detected pressure pE on the input side when determining the desired activation state of the pump 10.
  • one is equivalent to a pressure version Detection of the water level in the reservoir 9.
  • it is also as in FIG 4 shown, also possible to additionally detect the outlet pressure pA behind the pump 10 and to supply it to the control device 11.
  • the control device 11 also takes into account the detected output pressure pA when determining the target activation state of the pump 10.
  • the control device 11 is preferably aware of the thermodynamic energy state H of the rolling stock 1 immediately before the application device 6 is reached.
  • the thermodynamic energy state H can in particular be the enthalpy or the temperature of a respective section of the rolling stock 1.
  • the control device 11 determines according to the illustration in FIG FIG 10 first, depending on the thermodynamic energy state H, the target current F * and then on the basis of the target current F * the associated target control state S *.
  • the control device 11 it is possible for the control device 11 to be given a local or temporal target profile of the thermodynamic energy state H, which is to be maintained as far as possible.
  • the control device 11 can therefore determine which thermodynamic energy state H is to be present immediately behind the application device 6. By comparing it with the actual thermodynamic energy state H immediately before the application device 6, the control device 11 can therefore determine the amount of coolant 7 that has to be applied to the corresponding section of the rolling stock 1, so that the actual thermodynamic energy state H immediately behind the application device 6 corresponds to the desired target state corresponds as well as possible. The required amount of coolant 7 then defines the desired current F * in connection with the time which the corresponding section of the rolling stock 1 needs to pass through the application device 6.
  • thermodynamic energy state H of the corresponding section of the rolling stock 1 varies from application device 6 to application device 6. In particular, it is changed by each of the application devices 6.
  • the thermodynamic energy state H of the control device 11 can be predetermined as such for the application device 6, which first applies its share of coolant 7 to the rolling stock 1.
  • a temperature measuring station 17 can be arranged on the input side of the cooling section 2, by means of which the temperature T is recorded for the individual sections of the rolling stock 1. The detected temperature T is then assigned to the respective section.
  • thermodynamic energy state H of the rolling stock 1 (or the corresponding section of the rolling stock 1) must be updated.
  • the control device 11 takes into account in particular the thermodynamic energy state H immediately before the immediately preceding application device 6 and the amount of coolant 7 which the immediately preceding application device 6 applies to the rolling stock 1.
  • the control device 11 can alternatively take into account the target current F * or the actual current F of the immediately preceding application device 6. It therefore determines the thermodynamic energy state H of the rolling stock 1 sequentially in succession for the application devices 6. If necessary, the control device can 11 use a heat conduction equation and a phase transformation equation in this context and solve iteratively.
  • the rolling stock 1 is a flat rolling stock, for example a strip or a heavy plate.
  • the liquid coolant it is possible for the liquid coolant to be applied to the rolling stock 1 from both sides by means of each individual application device.
  • This procedure is often taken in the case of a cooling section 2 which is arranged upstream of the rolling train or arranged in the rolling train. But it can also be taken if the cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill.
  • the liquid coolant 7 is generally applied to the rolling stock 1 from one side only, in particular from above or from below, by means of each individual application device. It is of course also possible in this case to apply coolant 7 to both sides of the flat rolling stock. In this case, however, this is done by different application devices 6, each of which is assigned its own pump 10, the pump 10 being controlled independently of the pumps 10 of the other application devices 6.
  • the application devices 6 each have only a single spray nozzle 18.
  • the application devices 6 each have a plurality of spray nozzles 18.
  • the spray nozzles 18 can, as shown in FIG FIG 11 seen in the transport direction x of the rolling stock 1 can be arranged one behind the other.
  • the spray nozzles 18 can, for example, be arranged one behind the other within a single spray bar 19.
  • a plurality of spray bars 19 arranged one behind the other in the transport direction x can also be combined to form one (1) application device 6. This applies regardless of whether the respective spray bar 19 as such has a plurality of spray nozzles 18 arranged one behind the other or not. It is crucial in any case that each application device 6 in each case Via its own supply line 8, its own pump 10 is individually supplied with coolant 7, the pump 10 being individually controlled to set the respective actual current F.
  • the application devices 6 can, as shown in FIG FIG 12 furthermore often have a plurality of spray nozzles 18 which, as seen transversely to the transport direction x of the rolling stock 1, are arranged next to one another.
  • a configuration can be particularly useful in the case of flat rolled stock 1, that is to say in the case of a strip or a heavy plate.
  • the application devices 6 can extend over the full width of the rolling stock 1.
  • several application devices 6 are arranged side by side, each of which is supplied with coolant 7 via its own supply line 8 and its own pump 10, the pumps 10 being controlled independently of one another.
  • the present invention has many advantages, some of which are listed below.
  • the actual flow F of the respective application device 6 can also be set correspondingly quickly.
  • the drives 12 for the pumps 10 can be controlled very precisely. A usual accuracy of the speed n is in the range of 0.1%.
  • the actual current F for the respective application device 6 can also be set with the same or a similar accuracy. Taking into account the Response behavior of the drives 12 should in all probability be able to track the actual flow F with 1% accuracy in less than 0.5 s, possibly even in 0.2 s to 0.3 s.
  • the coolant 7 is made available to the pumps 10 without pressure on the inlet side, particularly fast control times can be achieved.
  • the distance of the reservoir 9 from one of the application devices 6 and thus the length of the associated supply line 8 is a quite common length of 10 m.
  • Flow velocities in the supply line 8 at maximum flow are normally around 3 m / s. If such a quantity of liquid is accelerated with a pressure of 2 bar, the result is an acceleration of 20 m / s 2 . With such an acceleration, the amount of liquid can be accelerated from 0 to maximum flow with a time constant of 150 ms.
  • the pumps 10 are coupled on the input side.
  • the acceleration of the effective liquid column in this common pipeline must also be taken into account. This can have effects in particular if many of the pumps 10 are to be started up or shut down at the same time. In practice, however, this condition rarely occurs, so that the problems that arise can be tolerated. In addition, that can Problem can be avoided by a suitable predictive control of the pumps 10.
  • the cooling section 2 can be operated with a low energy consumption.
  • some of the application devices 6 can be designed as customary underside intensive cooling bars with a spray height of 20 m, which apply the coolant 7 to the rolling stock 1 from below.
  • the corresponding application device 6 can be operated with a pump 10 with a nominal output of 25 kW given an assumed amount of coolant 7 of 360 m 3 / h.
  • 360 m 3 / h corresponds to 0.1 m 3 / s.
  • 20 m spray height corresponds to an operating pressure of 2 bar, i.e. 200 kPa.
  • intensive cooling of the prior art uses around twice the pressure. Similar figures result for intensive cooling on the top.
  • the energy saving becomes even greater if the respective application device 6 is operated with a smaller amount of water.
  • the reduction in the amount of water is achieved by closing a valve.
  • the pressure (4 bar) is maintained, the pump 10 often continues to run at the full delivery rate.
  • the speed n of the pump 10 is simply reduced.
  • half the amount of water only a spray height of 5 m occurs. So only half of the amount has to be pumped with a quarter of the spraying height. This means that only 1/8 of the full power is required, i.e. just over 3 kW. In contrast, around 25 kW still have to be used in the intensive cooling of the prior art.
  • the wear on pumps 10 and drives 12 is low. Typical downtimes for pump bearings are 100,000 hours and more. This enables the pumps 10 to be operated continuously for over 11 years without the need for maintenance.
  • the cooling section 2 according to the invention is therefore very fail-safe and requires almost no maintenance with regard to the pumps 10 and the drives 12.
  • Another advantage that results is a very flexible operation of the cooling section 2.
  • one and the same application devices 6 can be used and operated as intensive cooling or as laminar cooling as required.
  • the usable control range is usually between 5% and 100% of the maximum coolant that can be pumped.
  • the costs for the cooling section 2 according to the invention are of the same order of magnitude as the costs for a conventional intensive cooling.
  • 16 upper and lower spray bars 19 each a total of 32 relatively small pumps 10 and the associated drives 12 of 25 kW each with a total electrical output of 800 kW are required.

Abstract

Eine Kühlstrecke (2) ist innerhalb einer Walzstraße angeordnet oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet. Mittels der Kühlstrecke (2) wird ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt. Aufbringeinrichtungen (6) der Kühlstrecke (2) wird über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) und eine jeweilige Pumpe (10) ein jeweiliger Ist-Strom (F) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt. Der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) wird mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht. Das heiße Walzgut (1) wird innerhalb der Kühlstrecke (2) während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer horizontalen Transportrichtung (x) transportiert. Eine Steuereinrichtung (11) der Kühlstrecke (2) ermittelt in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) und steuert die jeweilige Pumpe (10) entsprechend an, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte jeweilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.

Description

    Gebiet der Technik
  • Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
    • wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen der Kühlstrecke über eine jeweilige Versorgungsleitung und eine jeweilige Pumpe ein jeweiliger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird,
    • wobei der jeweilige Ist-Strom des Kühlmittels mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebracht wird,
    • wobei das heiße Walzgut innerhalb der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transportrichtung transportiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
    • wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen aufweist, über die über eine jeweilige Versorgungsleitung der Kühlstrecke und eine jeweilige Pumpe der Kühlstrecke ein jeweiliger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird,
    • wobei der jeweilige Ist-Strom des Kühlmittels mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebracht wird,
    • wobei das heiße Walzgut in der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transportrichtung transportiert wird.
  • In der Kühlstrecke eines Walzwerks wird ein metallisches Walzgut nach dem Walzen abgekühlt. Das Walzgut kann beispielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen. Es kann sich nach Bedarf um ein flaches Walzgut (Band oder Grobblech), um ein stabförmiges Walzgut oder um ein Profil handeln. Üblich ist eine exakte Temperaturführung in der Kühlstrecke, um gewünschte Materialeigenschaften einzustellen und mit niedrigerer Streuung konstant zu halten. Insbesondere bei einer der Walzstraße nachgeordneten Kühlstrecke sind zu diesem Zweck entlang der Kühlstrecke mehrere Spritzbalken verbaut, mittels derer zur Kühlung des heißen Walzguts von oben und von unten ein flüssiges Kühlmittel, meist Wasser, auf das Walzgut aufgebracht wird. Die durch den jeweiligen Spritzbalken fließende Wassermenge soll möglichst schnell und möglichst präzise einstellbar sein.
    • Stand der Technik
  • Zur Einstellung der den Spritzbalken zugeführten Wassermengen ist es beispielsweise bekannt, in den Versorgungsleitungen Schaltventile oder Regelventile anzuordnen. Schaltventile können nur rein binär angesteuert werden. Sind also entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Regelventile können kontinuierlich verstellt werden, so dass auch die im jeweiligen Spritzbalken zugeführte Wassermenge kontinuierlich eingestellt werden kann.
  • Im Falle von Regelventilen können die Ventile als Regelklappen oder als Kugelventile ausgebildet sein. Regelklappen sind relativ einfach und kostengünstig. Sie können aber nur mit relativ geringen Druckdifferenzen von meist maximal 1 bar betrieben werden. Anderenfalls treten Kavitationen auf, welche die Regelklappe sehr schnell schädigen. Regelklappen sind daher insbesondere für eine Intensivkühlung nicht geeignet. Aber auch in einer Laminarkühlstrecke sind sie oftmals von Nachteil. Insbesondere zeigen sie häufig eine Schalthysterese. Die Schalthysterese bewirkt, dass bei gleicher Ansteuerung der eingestellte Klappenwinkel unterschiedlich groß ist, je nachdem, ob die Regelklappe ausgehend von einer weiter geöffneten oder von einer weiter geschlossenen Stellung in die neue anzunehmende Stellung verstellt wird. Kugelventile weisen keine Klappe auf, sondern eine durchbohrte Kugel, die in einem Rohr gedreht wird. Je nach Drehstellung der Kugel wird dem Kühlmittel ein größerer oder ein kleinerer Querschnitt für den Durchfluss zur Verfügung gestellt. Kugelventile können mit höheren Druckdifferenzen bis ca. 3 bar betrieben werden. Eine Hysterese tritt bei ihnen nicht auf oder ist vernachlässigbar klein. Kugelventile sind jedoch teuer.
  • Bei einer anderen Lösung wird den Spritzbalken permanent das Kühlmittel zugeführt. Es ist jedoch eine ansteuerbare Umlenkplatte vorhanden. Je nach Stellung der Umlenkplatte wird das Kühlmittel entweder dem Walzgut zugeführt oder fließt seitlich ab, ohne zur Kühlung des Walzguts beizutragen. Bei dieser Anordnung sind schnelle Schaltvorgänge ohne Druckstöße möglich. Eine kontinuierliche Einstellung der Wassermenge ist jedoch nicht möglich. Weiterhin muss permanent der volle Kühlmittelstrom gefördert werden.
  • Alle Arten von Ventilen und auch die Umlenkplatten benötigen entsprechende Aktoren. Üblich sind pneumatisch angetriebene Stellmotoren. Für Regelventile wird zusätzlich eine Positionsregelung benötigt. Diese vergleicht kontinuierlich die Iststellung des jeweiligen Regelventils mit dessen Sollstellung und regelt die Iststellung nach, bis sich eine hinreichende Übereinstimmung mit der Sollstellung ergibt.
  • Allen Anordnungen ist weiterhin gemeinsam, dass eine externe Versorgung mit Kühlmittel vorhanden sein muss. Das Kühlmittel kann beispielsweise einem Hochtank entnommen werden oder über eine größere Rohrleitung von einer weiter entfernten Pumpenstation antransportiert werden. Auch Kombinationen dieser Vorgehensweisen sind möglich. Beispielsweise wird bei einer sogenannten Intensivkühlung das Wasser oftmals zunächst einem Hochtank entnommen. Sodann wird der Druck über Boosterpumpen in variablem Umfang erhöht und dadurch mit entsprechend variablem Druck der Intensivkühlung zur Verfügung gestellt. Meist sind mehrere Boosterpumpen vorhanden, die jedoch alle parallel geschaltet sind, d.h. dass sie die Kühlflüssigkeit alle eingangsseitig aus dem gleichen Reservoir beziehen und ausgangsseitig einem gemeinsamen Sammelpunkt zuführen. Die Intensivkühlung ist mit mehreren Spritzbalken versehen, denen - ausgehend von den Boosterpumpen bzw. dem gemeinsamen Sammelpunkt - das Kühlmittel individuell über eine jeweilige Versorgungsleitung zugeführt wird. In den Versorgungsleitungen sind Kugelventile angeordnet, die zur Einstellung der dem jeweiligen Spritzbalken zugeführten Menge an Kühlmittel angesteuert werden.
  • Im Stand der Technik treten verschiedene Nachteile auf.
    • Bei Schaltventilen gibt es Druckschläge beim Abschalten. Daher können Schaltventile nicht beliebig schnell abgeschaltet werden. Übliche Schaltzeiten liegen oberhalb von 1 Sekunde, manchmal bei bis zu 2 Sekunden.
    • Mit Regelklappen und Kugelventilen werden ähnliche Regelzeiten erreicht. Weiterhin ist für jedes Regelventil eine Positionsregelung erforderlich. Die erreichbare Genauigkeit liegt bei ca. 1 % bis 2 %.
    • Auch bei Regelventilen gibt es Druckschläge beim Abschalten. Daher können auch Regelventile nicht beliebig schnell geschlossen werden. Übliche Schaltzeiten liegen im Bereich von ca. 1 Sekunde.
    • Bei allen Ventilen treten Strömungsverluste auf, die zu einem erhöhten Verschleiß und auch zu einem erhöhten Energieverbrauch führen.
    • Die pneumatischen Stellantriebe sind anfällig für Defekte. Sie leiden insbesondere bei häufigen Stellvorgängen. Weiterhin benötigen sie zusätzliche Energie für die Steuerluft, die darüber hinaus gereinigt und getrocknet werden muss und beispielsweise von einem eigenen Kompressor zur Verfügung gestellt werden muss.
  • Aus der WO 2010/040 614 A2 ist eine Entzunderungseinrichtung bekannt, bei der eine Pumpe über einen drehzahlvariablen Antrieb angetrieben wird. Bei der Ansteuerung des Antriebs werden ein Betriebszustand des Entzunderungsbereichs und ein Füllgrad eines Hochdruck-Speichers berücksichtigt.
  • Aus der US 2008/0 035 298 A1 ist ein Gießprozess bekannt, bei dem unter anderem eine Kühlwasserquelle verwendet wird, die eine mit Wasser gekühlte Spule umfasst. Das Kühlwasser wird der Spule über eine Pumpe zugeführt, die eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann und über einen Mechanismus zur Steuerung der Kühlmittelmenge verfügt. Es erfolgt ein Umwälzen (recirculating) der Flüssigkeit. Die Temperatur des gegossenen Metallstrangs wird erfasst und einer Steuereinrichtung zugeführt. Die Steuereinrichtung steuert in Abhängigkeit hiervon die Kühlwasserquelle.
  • Aus der US 2010/0 218 516 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Metallband im Rahmen einer Wärmebehandlung des Metallbands in einer Kühleinrichtung mit einem flüssigen Kühlmedium gekühlt wird. Das Metallband verläuft vertikal von unten nach oben. Das Kühlmedium ist Pentan oder eine Mischung aus Pentan und Hexan. Das Metallband befindet sich während des Aufbringens des Kühlmediums in einer Atmosphäre aus Schutzgas. In Abhängigkeit von der Temperatur des Metallbandes eingangsseitig und ausgangsseitig der Kühleinrichtung und der Geschwindigkeit des Metallbandes wird eine Kühlmittelmenge bestimmt, die von einer Pumpe zu den Aufbringeinrichtungen der Kühleinrichtung geführt werden soll. Entsprechend dem Ergebnis wird die Pumpe angesteuert.
  • Aus der US 2007/0 074 846 A1 ist ein Gießprozess bekannt, bei dem der gegossene Strang durch eine Kühlkammer geführt wird, in welcher der gegossene Strang mit einem flüssigen Kühlmedium gekühlt wird. Das flüssige Kühlmedium ist ein Metall oder ein geschmolzenes Salz. Das flüssige Kühlmedium wird mittels einer Umwälzpumpe aus einem Reservoir entnommen, der Kühlkammer zugeführt und sodann von der Kühlkammer aus wieder dem Reservoir zugeführt. Die Flüssigkeitsmenge wird in Abhängigkeit von den Temperaturen, mit denen das flüssige Kühlmedium der Kühlkammer zugeführt bzw. aus der Kühlkammer abgeführt wird, und in Abhängigkeit von dem Druck eingangsseitig der Kühlkammer geregelt.
  • Aus der US 2009/0 314 460 A1 ist ein Gießprozess bekannt, bei dem der gegossene Strang mittels einer Zweirollen-Gießmaschine gebildet wird. Die Rollen werden innen mit einem flüssigen Kühlmedium gekühlt. Das flüssige Kühlmedium ist ein Metall oder ein geschmolzenes Salz. Das flüssige Kühlmedium wird mittels einer Umwälzpumpe aus einem Reservoir entnommen, den Rollen zugeführt und sodann von der Kühlkammer aus wieder dem Reservoir zugeführt.
  • Aus der US 2012/0 298 224 A1 ist im Rahmen eines Walzwerks mit nachgeordneter Kühlstrecke der vorausschauende Betrieb einer Pumpe bekannt. Diese Pumpe speist jedoch nicht direkt Aufbringeinrichtungen, mittels derer das Kühlmedium auf das heiße Walzgut aufgebracht wird, sondern fördert das Kühlmedium nur in ein Reservoir, damit dieses stets in hinreichendem Umfang gefüllt ist. Die Aufbringung des Kühlmittels auf das Walzgut selbst ist nicht näher erläutert.
    • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zuverlässige Weise eine Kühlstrecke mit überlegenen Betriebseigenschaften realisiert wird.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass eine Steuereinrichtung der Kühlstrecke in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom des Kühlmittels dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand für die jeweilige Pumpe ermittelt und die jeweilige Pumpe entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe geförderte jeweilige Ist-Strom dem jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
  • Die jeweilige Pumpe - genauer: der Antrieb für die jeweilige Pumpe - ist also ein drehzahlvariabler Antrieb. Er kann beispielsweise umrichtergesteuert sein. Im Rahmen der dynamischen Ansteuerung wird ausschließlich die jeweilige Pumpe angesteuert, nicht aber ein etwaiges in der jeweiligen Versorgungsleitung angeordnetes Ventil.
  • Es kann nach Bedarf eine Steuerung oder eine Regelung erfolgen. Im Falle einer Regelung wird eingangsseitig oder ausgangsseitig der jeweiligen Pumpe der jeweilige Ist-Strom des flüssigen Kühlmittels erfasst und der Steuereinrichtung zugeführt.
  • In vielen Fällen ist das Walzgut ein flaches Walzgut, beispielsweise ein Band oder ein Grobblech. In diesem Fall ist es möglich, dass wird das flüssige Kühlmittel mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung von beiden Seiten auf das Walzgut aufgebracht wird. Alternativ ist es möglich, dass wird das flüssige Kühlmittel mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung nur von einer Seite, insbesondere von oben oder von unten, auf das Walzgut aufgebracht wird. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall auch eine Aufbringung des Kühlmittels auf die andere Seite des flachen Walzguts möglich, so dass das flache Walzgut beispielsweise gleichzeitig von oben und von unten gekühlt wird. In diesem Fall sind aber zwei Aufbringeinrichtungen erforderlich, die separat angesteuert werden und prinzipiell auch voneinander unabhängig betrieben werden. Das erfindungsgemäße Betriebsverfahren wird in diesem Fall also sozusagen doppelt ausgeführt. Die Steuerung beider Pumpen kann jedoch einheitlich durch ein und dieselbe Steuereinrichtung erfolgen. Die Steuereinrichtung kann in diesem Fall, soweit erforderlich, auch gegenseitige Abhängigkeiten bei der Kühlung berücksichtigen.
  • Es ist möglich, dass die jeweilige Aufbringeinrichtung mehrere Spritzdüsen aufweist, die in Transportrichtung des Walzguts gesehen hintereinander angeordnet sind. Beispielsweise können innerhalb eines einzelnen Spritzbalkens Gruppen von Spritzdüsen gebildet werden, die über die jeweilige Versorgungsleitung und die jeweilige Versorgungsleitung und die jeweilige Pumpe einheitlich mit Kühlmittel versorgt werden. Auch können Gruppen von Spritzdüsen gebildet werden, die mehrere Spritzbalken übergreifen und über die jeweilige Versorgungsleitung und die jeweilige Pumpe einheitlich mit Kühlmittel versorgt werden. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dadurch von Vorteil sein, dass weniger Pumpen benötigt werden, als wenn jeder Spritzbalken über eine eigene Versorgungsleitung und eine eigene Pumpe mit Kühlmittel versorgt würde.
  • In vielen Fällen weist die jeweilige Aufbringeinrichtung mehrere Spritzdüsen auf, die quer zur Transportrichtung des Walzguts gesehen nebeneinander angeordnet sind. Das kann insbesondere bei einem flachen Walzgut (Band oder Grobblech) sinnvoll sein. Die jeweilige Aufbringeinrichtung kann sich in diesem Fall über die volle Breite des Walzguts oder nur über einen Teil der Breite erstrecken. Im letztgenannten Fall sind nebeneinander mehrere Aufbringeinrichtungen angeordnet, die über jeweils eine eigene Versorgungsleitung und eine eigene Pumpe mit Kühlmittel versorgt werden, wobei die Pumpen unabhängig voneinander angesteuert werden.
  • Es ist möglich, dass zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung keine Absperreinrichtung angeordnet ist. Alternativ ist es möglich, dass zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung eine Absperreinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall wird die Absperreinrichtung jedoch entweder während des Transports des Walzguts durch die Kühlstrecke permanent vollständig geöffnet gehalten oder sowohl öffnend als auch schließend ausschließlich dann betätigt, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe unterhalb einer Minimaldrehzahl liegt. Die jeweilige Minimaldrehzahl ist in diesem Fall so klein, dass nur ein ganz geringfügiger Ist-Strom gefördert wird. Es ist auch möglich, dass die Absperreinrichtung nur manuell betätigbar ist, um die jeweilige Aufbringeinrichtung beispielsweise zu Wartungszwecken außer Betrieb nehmen zu können.
  • Es ist weiterhin möglich, dass der jeweiligen Pumpe eine jeweilige Rückleitung parallel geordnet ist. In diesem Fall weist die Rückleitung einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Versorgungsleitung auf. Dadurch können Pumpen verwendet werden, bei denen konstruktionsbedingt immer ein gewisser Mindeststrom an Kühlmittel aufrechterhalten werden muss. Der Mindeststrom ist aber erheblich kleiner als der jeweils maximal mögliche Strom an Kühlmittel. Wenn in einem derartigen Fall auf das Walzgut eine Menge an Kühlmittel aufgebracht werden soll, der kleiner als der jeweilige Mindeststrom ist, ist es lediglich erforderlich, ein in der Rückleitung angeordnetes Ventil entsprechend zu öffnen (Bypass-Betrieb).
  • Es ist weiterhin möglich, dass die jeweilige Pumpe immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom einen jeweiligen unteren Grenzwert unterschreitet, generatorisch betrieben wird oder mit invertierter Drehrichtung betrieben wird. Dadurch können auch sehr kleine Ist-Ströme realisiert werden. Weiterhin kann dadurch verhindert werden, dass bei einem kleinen Soll-Strom durch eine nicht selbst sperrende Pumpe ein zu großer Ist-Strom fließt.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der jeweiligen Versorgungsleitung zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung ein Rückschlagventil oder eine Rückschlagklappe angeordnet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die jeweilige Pumpe trocken läuft und dadurch beschädigt wird.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor der jeweiligen Pumpe ein eingangsseitiger Druck des flüssigen Kühlmittels erfasst wird und die Steuereinrichtung den erfassten eingangsseitigen Druck bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands der jeweiligen Pumpe berücksichtigt. Dadurch kann eine genauere Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands für die jeweilige Pumpe erfolgen.
  • Es ist möglich, dass hinter der jeweiligen Pumpe ein ausgangsseitiger Druck des flüssigen Kühlmittels erfasst wird und dass die Steuereinrichtung den erfassten ausgangsseitigen Druck bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands der jeweiligen Pumpe berücksichtigt. Dies führt zu einer noch genaueren Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands.
  • Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung den jeweiligen Soll-Strom in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Erreichen der jeweiligen Aufbringeinrichtung bestehenden jeweiligen thermodynamischen Energiezustand des Walzguts. Dadurch kann eine besonders genaue Temperaturführung realisiert werden. Der thermodynamische Energiezustand des Walzguts kann der Steuereinrichtung beispielsweise aufgrund einer vorherigen Messung bekannt sein. Alternativ ist es möglich, dass ausgehend von einem bekannten thermodynamischen Energiezustand eine modellgestützte Berechnung des jeweiligen thermodynamischen Energiezustands erfolgt.
  • Bei einer Kühlstrecke sind oftmals viele Aufbringeinrichtungen sequenziell hintereinander angeordnet. Die zugehörigen Ist-Ströme des Kühlmittels werden dadurch mittels der Aufbringeinrichtungen sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut aufgebracht. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren vorzugsweise dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung den jeweiligen thermodynamischen Energiezustand des Walzguts anhand des thermodynamischen Energiezustands des Walzguts vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung unter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms des Kühlmittels oder des Ist-Stroms des Kühlmittels ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebracht wird bzw. aufgebracht werden soll. Die Berechnung der thermodynamischen Energiezustände kann also sequenziell nacheinander erfolgen.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Kühlstrecke mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlstrecke sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 11 bis 18.
  • Erfindungsgemäß wird eine Kühlstrecke der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom des Kühlmittels dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand für die jeweilige Pumpe ermittelt und die jeweilige Pumpe entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe geförderte jeweilige Ist-Strom dem jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
  • Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Kühlstrecke korrespondieren im wesentlichen mit denen des Betriebsverfahrens. Auch die hierdurch erzielten Vorteile korrespondieren mit den jeweils korrespondierenden Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    eine einer Walzstraße nachgeordnete Kühlstrecke,
    FIG 2
    eine einer Walzstraße vorgeordnete Kühlstrecke
    FIG 3
    eine innerhalb einer Walzstraße angeordnete Kühlstrecke,
    FIG 4
    eine einzelne Aufbringeinrichtung,
    FIG 5
    ein Zeitdiagramm,
    FIG 6
    ein Diagramm,
    FIG 7
    einen Abschnitt einer Versorgungsleitung mit einer Pumpe
    FIG 8
    ein Diagramm,
    FIG 9
    einen Abschnitt einer Versorgungsleitung mit einer Pumpe,
    FIG 10
    die Funktionsweise einer Steuereinrichtung,
    FIG 11
    Spritzbalken und Spritzdüsen und
    FIG 12
    Spritzbalken und Spritzdüsen.
    Beschreibung der Ausführungsformen
  • Gemäß FIG 1 soll ein heißes Walzgut 1 aus Metall in einer Kühlstrecke 2 gekühlt werden. Die Kühlstrecke 2 ist gemäß FIG 1 einer Walzstraße nachgeordnet. Dargestellt ist in FIG 1 nur ein Walzgerüst 3 der Walzstraße, nämlich das letzte Walzgerüst 3 der Walzstraße. In der Regel weist die Walzstraße jedoch mehrere Walzgerüste 3 auf, die von dem heißen Walzgut 1 sequenziell nacheinander durchlaufen werden. Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 1 tritt das heiße Walzgut 1 unmittelbar nach dem Walzen im letzten Walzgerüst 3 der Walzstraße in die Kühlstrecke 2 ein. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Walzen im letzten Walzgerüst 3 der Walzstraße und dem Eintreten in die Kühlstrecke 2 liegt im Bereich weniger Sekunden.
  • Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstellung in FIG 2 der Walzstraße vorgeordnet sein. Dargestellt ist in FIG 2 ebenfalls nur ein einziges Walzgerüst 4 der Walzstraße, nämlich das erste Walzgerüst 4 der Walzstraße. Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 2 wird das heiße Walzgut 1 unmittelbar nach dem Auslaufen aus der Kühlstrecke 2 im ersten Walzgerüst 4 der Walzstraße gewalzt. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Kühlen in der Kühlstrecke 2 und dem Walzen im ersten Walzgerüst 4 der Walzstraße liegt im Bereich weniger Minuten. Er kann aber auch nur wenige Sekunden betragen.
  • Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstellung in FIG 3 innerhalb der Walzstraße angeordnet sein. Dargestellt sind in FIG 3 zwei Walzgerüste 5 der Walzstraße. In diesem Fall erfolgt das Kühlen in der Kühlstrecke 2 zwischen dem Walzen in den beiden Walzgerüsten 5 der Walzstraße. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Kühlen in der Kühlstrecke 2 und dem Walzen in den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüsten 5 der Walzstraße liegt im Bereich weniger Sekunden. Gemäß der Darstellung in FIG 3 ist die Kühlstrecke 2 zwischen zwei aufeinander folgenden Walzgerüsten 5 der Walzstraße angeordnet. Sie könnte sich aber auch über einen größeren Bereich erstrecken, so dass die Kühlstrecke 2 durch mindestens ein in FIG 3 nicht dargestelltes weiteres Walzgerüst in eine entsprechende Anzahl von Abschnitten unterteilt wird.
  • Das Walzgut 1 besteht aus Metall. Beispielsweise kann das Walzgut 1 aus Stahl oder Aluminium bestehen. Auch andere Metalle sind möglich. Im Falle von Stahl liegt eine Temperatur des Walzguts 1 vor der Kühlstrecke 2 in der Regel zwischen 750 °C und 1.200 °C. In der Kühlstrecke 2 erfolgt eine Kühlung auf eine niedrigere Temperatur. Es ist im Einzelfall möglich, dass die niedrigere Temperatur nur geringfügig unterhalb der Temperatur vor der Kühlstrecke 2 liegt. Insbesondere in dem Fall, dass die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist, wird das Walzgut 1 jedoch in der Regel auf eine deutlich niedrigere Temperatur gekühlt, beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C.
  • Das heiße Walzgut 1 wird der Kühlstrecke 2 in einer horizontalen Transportrichtung x zugeführt. Innerhalb der Kühlstrecke 2 ändert das heiße Walzgut 1 seine Transportrichtung x nicht. Es wird also auch innerhalb der Kühlstrecke 2 horizontal transportiert. Nach dem Verlassen der Kühlstrecke 2 kann das Walzgut 1 seine Transportrichtung entweder beibehalten oder ändern. Falls das heiße Walzgut 1 ein Band ist, kann es beispielsweise schräg nach unten umgelenkt werden, um es einem Haspel zuzuführen. Falls das heiße Walzgut 1 ein Grobblech ist, behält es die Transportrichtung x meist bei. Ein für den Transport des heißen Walzguts 1 gegebenenfalls erforderlicher Rollgang ist in den FIG nicht mit dargestellt.
  • Die Kühlstrecke 2 weist eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen 6 auf. Mittels der Aufbringeinrichtungen 6 wird ein Kühlmittel 7 auf das Walzgut 1 aufgebracht. Bei dem Kühlmittel 7 handelt es sich um Wasser. Gegebenenfalls können dem Wasser in geringem Umfang (maximal 1 Prozent bis 2 %) Zusätze beigefügt sein. In jedem Fall handelt es sich bei dem Kühlmittel 7 jedoch um ein flüssiges, auf Wasser basierendes Kühlmittel.
  • Minimal ist eine einzige Aufbringeinrichtung 6 vorhanden. In vielen Fällen- sind jedoch mehrere Aufbringeinrichtungen 6 vorhanden. Beispielsweise können die Aufbringeinrichtungen entsprechend der Darstellung in FIG 1 hintereinander angeordnet sein. In diesem Fall bringen die Aufbringeinrichtungen 6 ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmittel 7 sequenziell nacheinander auf das Walzgut 1 auf. Der Begriff "sequenziell nacheinander" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf einen bestimmten Abschnitt des Walzguts 1, da dieser sequenziell nacheinander Bereiche durchläuft, in denen die einzelnen Aufbringeinrichtungen ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmittel 7 jeweils auf den entsprechenden Abschnitt des Walzguts 1 aufbringen. Die Anzahl an Aufbringeinrichtungen 6 liegt oftmals im zweistelligen, manchmal sogar im oberen zweistelligen Bereich. Eine sequenzielle Anordnung hintereinander ist in der Regel insbesondere dann realisiert, wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist. Sie kann aber auch bei anderen Fallgestaltungen gegeben sein.
  • Die Aufbringeinrichtungen 6 sind über eine jeweilige Versorgungsleitung 8 mit einem Reservoir 9 des Kühlmittels 7 verbunden. Das Reservoir 9 ist im vorliegenden Fall einheitlich für alle Aufbringeinrichtungen 6. Es könnten aber auch mehrere voneinander unabhängige Reservoire 9 vorhanden sein. In jeder Versorgungsleitung 8 ist eine jeweilige Pumpe 10 angeordnet. Die Pumpen 10 können prinzipiell an beliebigen Stellen innerhalb der Versorgungsleitungen 8 angeordnet sein. In der Praxis ist es jedoch von Vorteil, wenn die Pumpen 10 möglichst nahe am Reservoir 9 angeordnet sind.
  • Nachfolgend wird - stellvertretend für alle Aufbringeinrichtungen 6 - in Verbindung mit FIG 4 der Betrieb einer der Aufbringeinrichtungen 6 näher erläutert. Die anderen Aufbringeinrichtungen 6 werden auf prinzipiell gleiche Art und Weise betrieben. Für jede Aufbringeinrichtung 6 kann die jeweilige Betriebsweise jedoch individuell bestimmt werden. Es ist also zwar möglich, aber nicht erforderlich, die Aufbringeinrichtungen 6 gleichartig zu betreiben.
  • Der Aufbringeinrichtung 6 wird über die Versorgungsleitung 8 und die Pumpe 10 aus dem Reservoir 9 ein Ist-Strom F des Kühlmittels 7 zugeführt. Der Ist-Strom F wird mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung 6 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht. Ein Abstand der Aufbringeinrichtung 6 - beispielsweise von Spritzdüsen - vom Walzgut 1 liegt in der Regel zwischen 20 cm und 200 cm.
  • Einer Steuereinrichtung 11 der Kühlstrecke 2 ist ein korrespondierender Soll-Strom F* bekannt, der mittels der Aufbringeinrichtung 6 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht werden soll. Der Soll-Strom F* ist in der Regel zeitlich nicht konstant, sondern variabel, also eine Funktion der Zeit t. Die Steuereinrichtung 11 ermittelt in Abhängigkeit von dem Soll-Strom F* des Kühlmittels 7 dynamisch einen Soll-Ansteuerzustand S* für die Pumpe 10. Sie steuert die Pumpe 10 entsprechend an. Die Pumpe 10 beaufschlagt dadurch das Kühlmittel 7 ausgangsseitig der Pumpe 10 mit einem ausgangsseitigen Druck pA. Der ausgangsseitige Druck pA variiert entsprechend dem Soll-Ansteuerzustand S*. Er liegt aber in jedem Betriebszustand unter 10 bar. Meist liegt er sogar bei maximal 6 bar. In jedem Betriebszustand wird jedoch der von der Pumpe 10 geförderte Ist-Strom F dem Soll-Strom F* jederzeit so weit wie möglich angenähert.
  • Der Soll-Ansteuerzustand S* ist auch ohne weiteres ermittelbar. Dies soll nachstehend anhand eines einfachen Beispiels erläutert werden.
  • Man nehme an, die Pumpe 10 sei in unmittelbarer Nähe des Reservoirs 9 angeordnet. Die Versorgungsleitung 8 weise eine Länge 1 und einen Querschnitt A auf. Mit pE wird nachfolgend der Druck eingangsseitig der Pumpe 10 bezeichnet. Mit p0 sei der Druck in der Aufbringeinrichtung 6 bezeichnet.
  • Dann gilt zunächst die Beziehung F = FN ⋅ p 0 pN
    Figure imgb0001
  • FN ist ein Nennstrom, der aus der Aufbringeinrichtung 6 aus strömt, wenn das Kühlmittel 7 in der Aufbringeinrichtung einen Nenndruck pN aufweist. Der Nennstrom FN und der Nenndruck pN sind durch die Bauart der Aufbringeinrichtung 6 festgelegt und bestimmt. Sie können beispielsweise durch einmalige Messung des Flusses bestimmt werden, der sich bei einem - prinzipiell beliebig festgelegten - Druck ergibt.
  • Weiterhin gilt für den Ist-Strom F die Beziehung F ˙ = A ρ ⋅ l pA − p 0 − l ⋅ r ⋅ F 2
    Figure imgb0002
     mit ρ = Dichte des Kühlmittels 7 und r = Widerstandsbeiwert für den Strömungswiderstand des Kühlmittels 7 in der Versorgungsleitung 8.
  • Wenn man nun Gleichung (1) nach dem Druck p0 auflöst und in Gleichung (2) einsetzt, ergibt sich die nachstehende Gleichung (3): F ˙ = A ρ ⋅ l ⋅ pA − pN FN 2 ⋅ F 2 − l ⋅ r ⋅ F 2
    Figure imgb0003
  • Gleichung (3) wird nunmehr nach pA aufgelöst: pA = pN FN 2 + l ⋅ r ⋅ F 2 + ρl A ⋅ F ˙
    Figure imgb0004
  • Der Ist-Strom F ist ohne weiteres gegeben. Beispielsweise kann er gemessen werden. Die gewünschte zeitliche Ableitung des Ist-Stromes F ergibt sich direkt aus der Differenz des Soll-Stromes F* und des Ist-Stromes F. Gegebenenfalls kann die zeitliche Ableitung des Ist-Stromes F begrenzt werden, um den ausgangsseitigen Druck pA innerhalb zulässiger Grenzen zu halten.
  • Somit ist der erforderliche ausgangsseitige Druck pA ohne weiteres ermittelbar. Mit dem gewünschten ausgangsseitigen Druck pA und dem eingangsseitigen Druck pE kann jedoch gemäß der in der Regel ohne weiteres bekannten Kennlinie f der Pumpe 10 die zugehörige Drehzahl n ermittelt werden: n = f pA − pE , F
    Figure imgb0005
  • Weiterhin kann der Ist-Strom F, sofern er nicht messtechnisch erfasst wird, ohne weiteres anhand der Beziehung F = ∫ o t F ˙ t dt
    Figure imgb0006
     ermittelt werden.
  • Weiterhin steht der Steuereinrichtung 11 - entweder durch messtechnische Erfassung oder durch rechnerische Ermittlung gemäß Gleichung (6) - jederzeit der Ist-Strom F zur Verfügung. Dies ist erforderlich, um einen thermodynamischen Energiezustand H des Walzguts 1 rechnerisch fortschreiben zu können. Hierauf wird später noch näher eingegangen werden. Als Totzeit der Aufbringeinrichtung 6 tritt lediglich noch die in der Regel sehr kleine Zeit auf, die das Kühlmittel 7 benötigt, um - gerechnet ab dem Austreten aus der Aufbringeinrichtung 6 - auf das Walzgut 1 aufzutreffen.
  • Es kann nach Bedarf eine Steuerung oder eine Regelung erfolgen. Im Falle einer Regelung wird eingangsseitig oder ausgangsseitig der Pumpe 10 der Ist-Strom F erfasst und der Steuereinrichtung 11 zugeführt. Wenn keine derartige Erfassung erfolgt, erfolgt eine Steuerung des Ist-Stroms F.
  • Um die Pumpe 10 entsprechend ansteuern zu können, muss die Pumpe 10 - genauer: deren Antrieb 12 - mit variabler Drehzahl betrieben werden können. Beispielsweise kann der Antrieb 12 der Pumpe 10 zu diesem Zweck umrichtergesteuert sein. Derartige Steuerungen sind Fachleuten allgemein bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Die Pumpe 10 ist vorzugsweise in einem Regelbereich zwischen 0 und einer Maximaldrehzahl betreibbar. Eine Abdichtung der Pumpe 10 sollte auch für niedrige Drehzahlen ausgelegt sein. Dies ist jedoch ohne weiteres möglich. Entsprechende Pumpen 10 sind Fachleuten bekannt.
  • Zum Anpassen des Ist-Stroms F an den Soll-Strom F* wird also die Pumpe 10 entsprechend dynamisch angesteuert und dadurch der Ist-Strom F dem Soll-Strom F* so weit wie möglich angenähert. Hingegen wird - im Gegensatz zum Stand der Technik - kein in der Versorgungsleitung 8 angeordnetes Ventil angesteuert. Ein derartiges Ventil - sollte es vorhanden sein - bleibt vielmehr permanent vollständig geöffnet.
  • Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es also möglich, dass zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 keine Absperreinrichtung angeordnet ist. Alternativ ist es entsprechend der Darstellung in FIG 4 möglich, dass zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 eine derartige Absperreinrichtung 13 angeordnet ist. Die Absperreinrichtung 13 ist in FIG 4 nur gestrichelt eingezeichnet, weil sie zwar vorhanden sein kann, aber nicht vorhanden sein muss. Wenn die Absperreinrichtung 13 vorhanden ist, kann die Absperreinrichtung 13 auf zwei verschiedene Arten trieben werden.
  • Zum einen ist es möglich, dass die Absperreinrichtung 13 während des Transports des Walzguts 1 durch die Kühlstrecke 2 permanent vollständig geöffnet gehalten wird. Dies ist in FIG 5 dadurch verdeutlicht, dass das Walzgut 1 zu einem Zeitpunkt t1 in die Kühlstrecke 2 einläuft. Bereits vor dem Zeitpunkt t1 wird jedoch zu einem Zeitpunkt t2 die Absperreinrichtung 13 geöffnet. In analoger Weise läuft das Walzgut 1 zu einem Zeitpunkt t3 aus der Kühlstrecke 2 aus. Erst nach dem Zeitpunkt t3 wird die Absperreinrichtung 13 zu einem Zeitpunkt t4 wieder geschlossen. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 bleibt die Absperreinrichtung 13 permanent vollständig geöffnet.
  • Zum anderen ist es möglich, dass die Absperreinrichtung 13 ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der Pumpe 10 unterhalb einer Minimaldrehzahl nmin liegt. Dies wird nachstehend in Verbindung mit FIG 6 näher erläutert. Gemäß FIG 6 kann die Drehzahl der Pumpe 10 zwischen 0 und einer Nenndrehzahl nmax variieren. Wenn und solange die Drehzahl n unterhalb einer Minimaldrehzahl nmin bleibt, kann die Absperreinrichtung 13 betätigt werden. Dies gilt sowohl für ein Öffnen als auch für ein Schließen der Absperreinrichtung 13. Wenn und sobald die Drehzahl n jedoch die Minimaldrehzahl nmin erreicht oder überschreitet, bleibt die Absperreinrichtung 13 geöffnet. Insbesondere muss in diesem Fall daher zunächst bei einer sehr kleinen Drehzahl n die Absperreinrichtung 13 geöffnet werden. Danach erfolgt der Betrieb der Aufbringeinrichtung 6, während dessen zum Einstellen des Ist-Stromes F ausschließlich die Pumpe 10 entsprechend angesteuert wird. Erst wenn die Drehzahl n die Minimaldrehzahl nmin wieder unterschreitet, kann und darf die Absperreinrichtung 13 wieder betätigt werden.
  • Je nach Art der Pumpe 10 muss die Pumpe 10, wenn sie betrieben wird, stets einen Mindeststrom fördern. Der Mindeststrom kann größer als der Soll-Strom F* sein. Um auch diesen Fall mit abdecken zu können, ist es entsprechend der Darstellung in FIG 7 möglich, der Pumpe 10 eine Rückleitung 14 parallel zu ordnen. Die Rückleitung 14 weist jedoch einen kleineren Querschnitt als die Versorgungsleitung 8 auf. Denn insbesondere muss die Rückleitung 14 lediglich dafür ausgelegt sein, den Mindeststrom fördern zu können. Die Versorgungsleitung 8 muss hingegen dafür ausgelegt sein, den Maximalstrom Fmax fördern zu können. Durch die Ausgestaltung gemäß FIG 7 wird ermöglicht, als Pumpe 10 eine Pumpe zu verwenden, bei der konstruktionsbedingt immer ein gewisser Mindeststrom an Kühlmittel 7 aufrechterhalten werden muss. Der Mindeststrom ist aber erheblich kleiner als der maximal mögliche Strom an Kühlmittel 7. Wenn im Fall der Ausgestaltung gemäß FIG 7 auf das Walzgut 1 eine Menge an Kühlmittel 7 aufgebracht werden soll, die kleiner als der Mindeststrom ist, ist es lediglich erforderlich, ein in der Rückleitung 14 angeordnetes Ventil 15 entsprechend zu öffnen (Bypass-Betrieb). Weiterhin muss in diesem Fall die Absperreinrichtung 13 vorhanden sein. Die Absperreinrichtung 13 und das Ventil 15 müssen in diesem Fall als Regelventile ausgebildet sein. Auch in diesem Fall wird die Absperreinrichtung 13 jedoch nur dann (vollständig oder teilweise) geschlossen, wenn der Ist-Strom F unter dem Minimalstrom Fmin liegt. Die Situation, dass der Soll-Strom F* Werte unterhalb des Mindeststroms annimmt, tritt in der Praxis nur sehr selten auf. Im Regelfall - wenn also der Ist-Strom F oberhalb des Minimalstroms Fmin liegt - kann die Absperreinrichtung 13 also vollständig geöffnet und das Bypassventil 15 vollständig geschlossen bleiben.
  • Gemäß FIG 8 kann der Soll-Strom F* variieren. Bei größeren Werten liegt eine Drehzahl n der Pumpe 10 bei nennenswerten Werten, so dass die Pumpe 10 das Kühlmittel 7 aktiv fördert (pumpt). Die Pumpe 10 verbraucht dadurch Energie E. Wenn der Soll-Strom F* jedoch kleiner wird, kann es geschehen, dass die Pumpe 10 zwar weiterhin in der gleichen Drehrichtung rotiert wie bei größeren Werten, die Pumpe 10 jedoch generatorisch betrieben wird. Sie gibt also Energie E ab. Beispielsweise kann die Energie E über den Antrieb 12 der Pumpe 10 in ein Versorgungsnetz zurück gespeist werden. Es ist sogar möglich, dass die Pumpe 10 mit invertierten Drehrichtung betrieben wird ("Drehzahl n < 0"). In diesem Fall verbraucht die Pumpe 10 weiterhin Energie, da sie aktiv versucht, Kühlmittel 7 zurückzufördern.
  • Wenn die Pumpe 10 in manchen Betriebszuständen mit invertierten Drehrichtung betrieben wird, ist vorzugsweise entsprechend der Darstellung in FIG 9 zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 ein Rückschlagventil 16 oder eine Rückschlagklappe angeordnet. Das Rückschlagventil 16 bzw. die Rückschlagklappe können rein passiv arbeiten. Das Rückschlagventil 16 bzw. die Rückschlagklappe können beispielsweise mit einer leichten Federkraft beaufschlagt sein, so dass sie zwar auf die geschlossene Stellung zu vorbelastet sind, aber bereits bei einem sehr kleinen Druck öffnen. Das Rückschlagventil 16 bzw. die Rückschlagklappe müssen von der Steuereinrichtung 11 nicht aktiv angesteuert werden. Das Rückschlagventil 16 bzw. die Rückschlagklappe verhindern insbesondere, dass die Versorgungsleitung 8 zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 bei invertierter Drehrichtung leer läuft. In diesem Fall kann nach einem etwaigen Schließen der Absperreinrichtung 13 die Pumpe 10 abgeschaltet werden, sobald die Absperreinrichtung 13 geschlossen ist, also weiteren Fluss des Kühlmittels 7 blockiert. Da die Absperreinrichtung 13 den Fluss des Kühlmittels 7 aber nicht abbremsen muss, sondern lediglich dann schließt, wenn der Fluss des Kühlmittels 7 bereits gestoppt oder zumindest im wesentlichen gestoppt ist, genügt eine vergleichsweise einfache Ausführungsform der Absperreinrichtung 13. Weiterhin kann die Absperreinrichtung 13 eine geringe Dynamik aufweisen, da dynamische Einstellungen durch die Pumpe 10 erfolgen. Weiterhin ist ein derartiges Rückschlagventil 16 oder eine derartige Rückschlagklappe auch dann erforderlich, wenn über die Pumpe 10 eine oberhalb des Walzguts 1 angeordnete Aufbringeinrichtung 6 gespeist wird. Denn anderenfalls würde das Kühlmittel 7 bei Drehzahl 0 rückwärts durch die Pumpe 10 in das Reservoir 9 zurückfließen. Dadurch könnte sich ein Pufferbereich der Aufbringeinrichtung 6 leeren. Der Pufferbereich müsste dann erst wieder gefüllt werden, wenn die Pumpe 10 wieder eingeschaltet wird. Dies würde die effektive Reaktionszeit der Aufbringeinrichtung 6 erhöhen, was - selbstverständlich - nicht erwünscht ist.
  • Wenn das Kühlmittel 7 eingangsseitig der Pumpe 10 drucklos zur Verfügung gestellt wird, kann die Pumpe 10 übliche Schaufelräder aufweisen. Hat das Kühlmittel 7 hingegen einen Vordruck, beispielsweise 1 bar, kann die Pumpe 10 derart ausgelegt sein, dass im Stillstand der Pumpe 10 das Kühlmittel 7 nicht einfach durchfließen kann. Die Pumpe 10 muss in diesem Fall derart ausgelegt sein, dass sie bei Stillstand zumindest weitgehend abdichtet. Alternativ kann die Pumpe 10 derart ausgelegt sein, dass sie auch rückwärts betreibbar ist. Insbesondere im letztgenannten Fall ist nach dem Reduzieren des Ist-Stromes F auf 0 das Betätigen der Absperreinrichtung 13 sinnvoll. Insbesondere in Fällen, in denen das Kühlmittel 7 einen Vordruck aufweist, sind die obenstehend in Verbindung mit FIG 9 erläuterten Betriebsweisen sinnvoll.
  • Es ist, wie bereits erwähnt, möglich, dass eine reine Steuerung der Pumpe 10 erfolgt. Vorzugsweise wird jedoch entsprechend der Darstellung in FIG 4 vor der Pumpe 10 der eingangsseitige Druck pE des flüssigen Kühlmittels 7 erfasst und der Steuereinrichtung 11 zugeführt. In diesem Fall berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 den erfassten eingangsseitigen Druck pE bei der Ermittlung des Soll-Ansteuerzustands der Pumpe 10. Gleichwertig mit einer Druckfassung ist in vielen Fällen eine Erfassung des Wasserniveaus im Reservoir 9. Gegebenenfalls ist es, wie ebenfalls in FIG 4 dargestellt, weiterhin möglich, zusätzlich auch hinter der Pumpe 10 den ausgangsseitigen Druck pA zu erfassen und der Steuereinrichtung 11 zuzuführen. In diesem Fall berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 zusätzlich auch den erfassten ausgangsseitigen Druck pA bei der Ermittlung des Soll-Ansteuerzustands der Pumpe 10.
  • Es ist möglich, dass der Soll-Strom F* der Steuereinrichtung 11 direkt und unmittelbar vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung 11 jedoch der thermodynamische Energiezustand H des Walzguts 1 unmittelbar vor Erreichen der Aufbringeinrichtung 6 bekannt. Bei dem thermodynamischen Energiezustand H kann es sich insbesondere um die Enthalpie oder die Temperatur eines jeweiligen Abschnitts des Walzguts 1 handeln. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 11 entsprechend der Darstellung in FIG 10 zunächst in Abhängigkeit von dem thermodynamischen Energiezustand H den Soll-Strom F* und sodann anhand des Soll-Stroms F* den zugehörigen Soll-Ansteuerzustand S*. Insbesondere ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 11 ein örtlicher oder zeitlicher Soll-Verlauf des thermodynamischen Energiezustands H vorgegeben wird, der nach Möglichkeit eingehalten werden soll. Die Steuereinrichtung 11 kann daher ermitteln, welcher thermodynamische Energiezustand H unmittelbar hinter der Aufbringeinrichtung 6 vorliegen soll. Durch Vergleich mit dem tatsächlichen thermodynamischen Energiezustand H unmittelbar vor der Aufbringeinrichtung 6 kann die Steuereinrichtung 11 daher ermitteln, welche Menge an Kühlmittel 7 auf den entsprechenden Abschnitt des Walzguts 1 aufgebracht werden muss, damit der tatsächliche thermodynamische Energiezustand H unmittelbar hinter der Aufbringeinrichtung 6 dem gewünschten Sollzustand möglichst gut entspricht. Die erforderliche Menge an Kühlmittel 7 definiert dann in Verbindung mit der Zeit, welche der entsprechende Abschnitt des Walzguts 1 zum Durchlaufen der Aufbringeinrichtung 6 benötigt, den Soll-Strom F*.
  • Die gesamten, obenstehend in Verbindung mit einer der Aufbringeinrichtungen 6 und deren zugehörigen Komponenten erläuterten Vorgehensweisen können in völlig analoger Art und Weise auch für die anderen Aufbringeinrichtungen 6 ausgeführt werden. Die genannte Vorgehensweise wird weiterhin, wie bereits erwähnt, jeweils für einen Abschnitt des Walzguts 1 durchgeführt.
  • Der thermodynamische Energiezustand H des entsprechenden Abschnitts des Walzguts 1 variiert von Aufbringeinrichtung 6 zu Aufbringeinrichtung 6. Insbesondere wird er durch jede der Aufbringeinrichtungen 6 geändert. Für die Aufbringeinrichtung 6, welche ihren Anteil an Kühlmittel 7 zuerst auf das Walzgut 1 aufbringt, kann der thermodynamische Energiezustand H der Steuereinrichtung 11 als solcher vorgegeben sein. Beispielsweise kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 eingangsseitig der Kühlstrecke 2 ein Temperaturmessplatz 17 angeordnet sein, mittels dessen für die einzelnen Abschnitte des Walzguts 1 jeweils die Temperatur T erfasst wird. Die erfasste Temperatur T wird dann dem jeweiligen Abschnitt zugeordnet.
  • Für jeden Abschnitt wird während seines Durchlaufs durch die Kühlstrecke 2 eine Wegverfolgung implementiert. Für jede weitere Aufbringeinrichtung 6, die ihren Anteil an Kühlmittel 7 später aufbringt, muss jedoch der entsprechende thermodynamische Energiezustand H des Walzguts 1 (bzw. des entsprechenden Abschnitts des Walzguts 1) fortgeschrieben werden. Hierbei berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 insbesondere den thermodynamischen Energiezustand H unmittelbar vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung 6 und die Menge an Kühlmittel 7, welche die unmittelbar vorhergehende Aufbringeinrichtung 6 auf das Walzgut 1 aufbringt. Bezüglich der Menge an Kühlmittel 7 kann die Steuereinrichtung 11 alternativ den Soll-Strom F* oder den Ist-Strom F der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung 6 berücksichtigen. Sie ermittelt also sequenziell nacheinander für die Aufbringeinrichtungen 6 jeweils den thermodynamischen Energiezustand H des Walzguts 1. Soweit erforderlich, kann die Steuereinrichtung 11 in diesem Zusammenhang eine Wärmeleitungsgleichung und eine Phasenumwandlungsgleichung ansetzen und iterativ lösen.
  • In vielen Fällen ist das Walzgut 1 ein flaches Walzgut, beispielsweise ein Band oder ein Grobblech. In diesem Fall ist es möglich, dass das flüssige Kühlmittel mittels jeder einzelnen Aufbringeinrichtung von beiden Seiten auf das Walzgut 1 aufgebracht wird. Diese Vorgehensweise wird oftmals bei einer Kühlstrecke 2 ergriffen, die der Walzstraße vorgeordnet oder in der Walzstraße angeordnet ist. Sie kann aber auch ergriffen werden, wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist. Insbesondere wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist, wird das flüssige Kühlmittel 7 jedoch in der Regel mittels jeder einzelnen Aufbringeinrichtung nur von einer Seite auf das Walzgut 1 aufgebracht, insbesondere von oben oder von unten. Selbstverständlich ist es auch in diesem Fall möglich, auf beide Seiten des flachen Walzguts Kühlmittel 7 aufzubringen. In diesem Fall erfolgt dies jedoch durch voneinander verschiedene Aufbringeinrichtungen 6, denen jeweils eine eigene Pumpe 10 zugeordnet ist, wobei die Pumpe 10 unabhängig von den Pumpen 10 der anderen Aufbringeinrichtungen 6 angesteuert wird.
  • Im Extremfall ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 6 jeweils nur eine einzige Spritzdüse 18 aufweisen. In der Regel weisen die Aufbringeinrichtungen 6 jedoch jeweils mehrere Spritzdüsen 18 auf. Die Spritzdüsen 18 können entsprechend der Darstellung in FIG 11 in Transportrichtung x des Walzguts 1 gesehen hintereinander angeordnet sein. Die Spritzdüsen 18 können beispielsweise innerhalb eines einzelnen Spritzbalkens 19 hintereinander angeordnet sein. Es können auch mehrere in Transportrichtung x hintereinander angeordnete Spritzbalken 19 zu einer (1) Aufbringeinrichtung 6 zusammengefasst sein. Dies gilt unabhängig davon, ob der jeweilige Spritzbalken 19 als solcher mehrere hintereinander angeordnete Spritzdüsen 18 aufweist oder nicht. Entscheidend ist in jedem Fall, dass jede Aufbringeinrichtung 6 jeweils über ihre eigene Versorgungsleitung 8 ihre eigene Pumpe 10 individuell mit Kühlmittel 7 versorgt wird, wobei die Pumpe 10 zur Einstellung des jeweiligen Ist-Stroms F individuell angesteuert wird.
  • Die Aufbringeinrichtungen 6 können entsprechend der Darstellung in FIG 12 weiterhin oftmals mehrere Spritzdüsen 18 aufweisen, die quer zur Transportrichtung x des Walzguts 1 gesehen nebeneinander angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere bei einem flachen Walzgut 1 sinnvoll sein, also bei einem Band oder einem Grobblech. Die Aufbringeinrichtungen 6 können sich in diesem Fall über die volle Breite des Walzguts 1 erstrecken. Alternativ ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 6 sich nur über einen Teil der Breite erstrecken. Dies ist rein beispielhaft im linken Teil von FIG 12 für einen Spritzbalken 19 dargestellt, der - rein beispielhaft - in seiner Breite in drei Aufbringeinrichtungen 6 aufgeteilt ist. In diesem Fall sind also nebeneinander mehrere Aufbringeinrichtungen 6 angeordnet, die über jeweils eine eigene Versorgungsleitung 8 und eine eigene Pumpe 10 mit Kühlmittel 7 versorgt werden, wobei die Pumpen 10 unabhängig voneinander angesteuert werden.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf, von denen nachstehend einige aufgeführt sind.
  • Da die Zufuhr an Kühlmittel 7 nicht gesperrt wird, gibt es keine Druckschläge, wenn die Menge an Kühlmittel 7 abrupt reduziert wird. Ein Abschalten ist im Bereich von wenigen Zehntelsekunden (oftmals unter 0,2 s, manchmal sogar unter 0,1 s) möglich. Gleiches gilt bei einem Hochfahren der geförderten Menge an Kühlmittel 7. Entsprechend schnell lässt sich auch der Ist-Fluss F der jeweiligen Aufbringeinrichtung 6 einstellen. Die Antriebe 12 für die Pumpen 10 können sehr genau gesteuert werden. Eine übliche Genauigkeit der Drehzahl n liegt im Bereich von 0,1 %. Mit der gleichen oder einer ähnlichen Genauigkeit lässt sich auch der Ist-Strom F für die jeweilige Aufbringeinrichtung 6 einstellen. Unter Berücksichtigung des Ansprechverhaltens der Antriebe 12 dürfte aller Wahrscheinlichkeit nach ein Nachführen des Ist-Flusses F mit 1 % Genauigkeit in weniger als 0,5 s erreicht werden können, möglicherweise sogar in 0,2 s bis 0,3 s.
  • Wird das Kühlmittel 7 den Pumpen 10 eingangsseitig drucklos zur Verfügung gestellt, lassen sich besonders schnelle Regelzeiten erreichen. Hierzu ein Zahlenbeispiel: Man nehme an, die Entfernung des Reservoirs 9 von einer der Aufbringeinrichtungen 6 und damit die Länge der zugehörigen Versorgungsleitung 8 liege bei einer durchaus üblichen Länge von 10 m. Strömungsgeschwindigkeiten in der Versorgungsleitung 8 bei maximalem Durchfluss liegen normalerweise bei ca. 3 m/s. Wird eine derartige Flüssigkeitsmenge mit 2 bar Druck beschleunigt, ergibt sich eine Beschleunigung von 20 m/s2. Mit einer derartigen Beschleunigung kann man die Flüssigkeitsmenge mit einer Zeitkonstante von 150 ms von 0 auf maximalen Durchfluss beschleunigen. Reduziert man die Druckerhöhung durch die Pumpe 10 schlagartig auf 0, baut sich die Flüssigkeitsmenge mit einer Zeitkonstante von 150 ms wieder auf Null ab, da die Aufbringeinrichtung 6 dem Durchfluss anfangs 2 bar Gegendruck entgegensetzt. Auf diese Weise ergeben sich extrem schnelle Einstellzeiten, wie sie im Stand der Technik auch nicht annähernd erreichbar sind. Noch schneller ist die Regelung, wenn die Pumpe 10 nicht nur die Druckerhöhung auf Null reduziert, sondern die Flüssigkeitsmenge sogar aktiv bremst.
  • Wenn das Kühlmittel 7 den Pumpen 10 - mit oder ohne Vordruck - eingangsseitig über eine gemeinsame Rohrleitung zugeführt wird, sind die Pumpen 10 eingangsseitig gekoppelt. In diesem Fall muss auch die Beschleunigung der effektiven Flüssigkeitssäule in dieser gemeinsamen Rohrleitung berücksichtigt werden. Dies kann insbesondere dann Auswirkungen haben, wenn viele der Pumpen 10 gleichzeitig hochgefahren oder gleichzeitig heruntergefahren werden sollen. In der Praxis kommt dieser Zustand jedoch nur selten vor, so dass die hierbei auftretende Problematik tolerierbar ist. Darüber hinaus kann das Problem durch eine geeignete vorausschauende Ansteuerung der Pumpen 10 vermieden werden.
  • Die erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 ist mit einem niedrigen Energieverbrauch betreibbar. Beispielsweise können einige der Aufbringeinrichtungen 6 als übliche unterseitige Intensivkühlbalken mit einer Spritzhöhe von 20 m ausgebildet sein, die das Kühlmittel 7 von unten auf das Walzgut 1 aufbringen. In diesem Fall kann man die entsprechende Aufbringeinrichtung 6 bei einer angenommenen Menge an Kühlmittel 7 von 360 m3/h mit einer Pumpe 10 mit einer Nennleistung von 25 kW betreiben. Denn 360 m3/h entsprechen 0,1 m3/s. 20 m Spritzhöhe entsprechen einem Betriebsdruck von 2 bar, also 200 kPa. Die mechanische Leistung zum Fördern eines derartigen Ist-Flusses F ergibt sich somit zu 0,1 m3/s x 200 kPa = 20 kW. Selbst bei einem Wirkungsgrad von nur 80 % sind somit 25 kW Pumpenleistung völlig ausreichend. Bei einer Intensivkühlung des Standes der Technik wird hingegen mit rund dem doppelten Druck gearbeitet. Ähnliche Zahlen ergeben sich für eine oberseitige Intensivkühlung.
  • Die Energieeinsparung wird noch sehr viel größer, wenn die jeweilige Aufbringeinrichtung 6 mit einer geringeren Wassermenge betrieben wird. Denn bei einer herkömmlichen Intensivkühlung wird die Reduktion der Wassermenge durch Schließen eines Ventils erreicht. Der Druck (4 bar) wird aufrechterhalten, die Pumpe 10 läuft oftmals mit der vollen Fördermenge weiter. Bei der erfindungsgemäßen Kühlstrecke 2 hingegen reduziert man einfach die Drehzahl n der Pumpe 10. Hierbei tritt bei der halben Wassermenge nur noch eine Spritzhöhe von 5 m auf. Es muss also nur noch die halbe Menge mit einem Viertel der Spritzhöhe gefördert werden. Damit wird nur noch 1/8 der vollen Leistung benötigt, also etwas über 3 kW. Bei der Intensivkühlung des Standes der Technik müssen hingegen noch rund 25 kW aufgewendet werden.
  • Der Verschleiß an Pumpen 10 und Antrieben 12 ist gering. Typische Standzeiten für Pumpenlager sind 100.000 Stunden und mehr. Damit können die Pumpen 10 über 11 Jahre lang durchgehend betrieben werden, ohne dass eine Wartung erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 ist also sehr ausfallsicher und benötigt bezüglich der Pumpen 10 und der Antriebe 12 nahezu keine Wartung.
  • Ein weiterer Vorteil, der sich ergibt, besteht in einem sehr flexiblen Betrieb der Kühlstrecke 2. Insbesondere können ein und dieselben Aufbringeinrichtungen 6 verwendet werden und nach Bedarf als Intensivkühlung oder als Laminarkühlung betrieben werden. Der nutzbare Regelbereich liegt meist zwischen 5 % und 100 % der maximal förderbaren Kühlmittelmenge.
  • Die Ausstattung der Kühlstrecke 2 mit der erforderlichen Anzahl von Pumpen 10 und zugehörigen Antrieben 12 einschließlich der ebenfalls zugehörigen Antriebsregelungen erfordert zwar eine gewisse Investition. Diese einmalige Investition kompensiert sich jedoch relativ schnell durch die geringeren Betriebskosten und die erhöhte Anlagenverfügbarkeit. Darüber hinaus relativieren sich die Kosten, wenn man berücksichtigt, dass auch für eine konventionelle Kühlstrecke bei Verwendung von hochwertigen Kugelventilen erhebliche Kosten anfallen. Hierzu eine Abschätzung: Bei einer Kühlstrecke mit 100 oberen Spritzbalken 19 und 100 unteren Spritzbalken 19, die jeweils individuell mit einem jeweiligen Kugelventil geregelt werden, fallen für die Kugelventile Kosten in Höhe von ca. 700.000 € an. Für den gleichen Betrag könnte man auch eine erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 bauen, bei der 100 obere Spritzbalken über 50 Pumpen 10 versorgt werden und 100 untere Spritzbalken über 50 untere Pumpen versorgt werden. Trotz der geringeren Anzahl an individuell ansteuerbaren Spritzbalken 19 ergibt sich dennoch eine überlegene Kühlung, weil die Spritzbalken 19 mit erheblich höherer Dynamik angesteuert werden können.
  • Bei einer Intensivkühlung bewegen sich die Kosten für die erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 in derselben Größenordnung wie die Kosten für eine konventionelle Intensivkühlung. Bei beispielsweise je 16 oberen und unteren Spritzbalken 19 sind insgesamt 32 relativ kleine Pumpen 10 und die zugehörigen Antriebe 12 zu je 25 kW mit einer elektrischen Gesamtleistung von 800 kW erforderlich. Demgegenüber steht eine Investition bei einer konventionellen Kühlstrecke in 32 Kugelventile, 32 pneumatische Stellmotoren, 5 Boosterpumpen zu je 400 kW (eine Pumpe ist Reserve) und 5 entsprechend groß dimensionierte Frequenzumrichter.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Walzgut
    2
    Kühlstrecke
    3 bis 5
    Walzgerüste
    6
    Aufbringeinrichtungen
    7
    Kühlmittel
    8
    Versorgungsleitungen
    9
    Reservoir
    10
    Pumpen
    11
    Steuereinrichtung
    12
    Antriebe
    13
    Absperreinrichtung
    14
    Rückleitung
    15
    Ventil
    16
    Rückschlagventil
    17
    Temperaturmessplatz
    18
    Spritzdüsen
    19
    Spritzbalken
    E
    Energie
    F
    Ist-Strom
    F*
    Soll-Strom
    Fmax
    Maximalstrom
    Fmin
    Minimalstrom
    H
    thermodynamischer Energiezustand
    n
    Drehzahl
    nmin
    Minimaldrehzahl
    nmax
    Maximaldrehzahl
    p0
    Druck in der Aufbringeinrichtung
    pA
    ausgangsseitiger Druck
    pE
    eingangsseitiger Druck
    S*
    Ansteuerzustand
    t
    Zeit
    t1 bis t4
    Zeitpunkte
    x
    Transportrichtung

Claims (18)

  1. Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke (2), die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt wird,
    - wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) der Kühlstrecke (2) über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) und eine jeweilige Pumpe (10) ein jeweiliger Ist-Strom (F) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt wird,
    - wobei der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
    - wobei das heiße Walzgut (1) innerhalb der Kühlstrecke (2) während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer horizontalen Transportrichtung (x) transportiert wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Steuereinrichtung (11) der Kühlstrecke (2) in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) ermittelt und die jeweilige Pumpe (10) entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte jeweilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6)
    - entweder keine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist
    - oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) während des Transports des Walzguts (1) durch die Kühlstrecke (2) jedoch permanent vollständig geöffnet gehalten wird
    - oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) jedoch sowohl öffnend als auch schließend ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe (10) unterhalb einer Minimaldrehzahl liegt.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der jeweiligen Pumpe (6) eine Rückleitung (14) parallel geordnet ist und dass die Rückleitung (14) einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Versorgungsleitung (8) aufweist.
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die jeweilige Pumpe (10) immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom (F*) einen jeweiligen unteren Grenzwert unterschreitet, generatorisch betrieben wird oder mit invertierter Drehrichtung betrieben wird.
  5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der jeweiligen Versorgungsleitung (8) zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) ein Rückschlagventil (16) oder eine Rückschlagklappe angeordnet ist.
  6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor der jeweiligen Pumpe (10) ein eingangsseitiger Druck (pE) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten eingangsseitigen Druck (pE) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
  7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass hinter der jeweiligen Pumpe (10) ein ausgangsseitiger Druck (pA) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten ausgangsseitigen Druck (pA) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
  8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen Soll-Strom (F*) in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Erreichen der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) bestehenden jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) ermittelt.
  9. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Ist-Ströme (F) des Kühlmittels (7) mittels der Aufbringeinrichtungen (6) sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht werden und
    - dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) anhand des thermodynamischen Energiezustands (H) des Walzguts (1) vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) unter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms (F*) des Kühlmittels (7) oder des Ist-Stroms (F) des Kühlmittels (7) ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird bzw. aufgebracht werden soll.
  10. Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt wird,
    - wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) aufweist, über die über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) der Kühlstrecke und eine jeweilige Pumpe (10) der Kühlstrecke ein jeweiliger Ist-Strom (F) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt wird,
    - wobei der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
    - wobei das heiße Walzgut (1) in der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer horizontalen Transportrichtung (x) transportiert wird,
    - wobei die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung (11) aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) ermittelt und die jeweilige Pumpe (10) entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte jeweilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
  11. Kühlstrecke nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6)
    - entweder keine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist
    - oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) während des Transports des Walzguts (1) durch die Kühlstrecke (2) von der Steuereinrichtung (11) jedoch permanent vollständig geöffnet gehalten wird
    - oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) von der Steuereinrichtung (11) jedoch sowohl öffnend als auch schließend ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe (10) unterhalb einer Minimaldrehzahl liegt.
  12. Kühlstrecke nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der jeweiligen Pumpe (6) eine Rückleitung (14) parallel geordnet ist und dass die Rückleitung (14) einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Versorgungsleitung (8) aufweist.
  13. Kühlstrecke nach Anspruch 10, 11 oder 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die jeweilige Pumpe (10) immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom (F*) einen jeweiligen unteren Grenzwert unterschreitet, von der Steuereinrichtung (11) derart angesteuert wird, dass sie generatorisch betrieben wird oder mit invertierter Drehrichtung betrieben wird.
  14. Kühlstrecke nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass in der jeweiligen Versorgungsleitung (8) zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) ein Rückschlagventil (16) oder eine Rückschlagklappe angeordnet ist.
  15. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass vor der jeweiligen Pumpe (10) ein eingangsseitiger Druck (pE) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten eingangsseitigen Druck (pE) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
  16. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass hinter der jeweiligen Pumpe (10) ein ausgangsseitiger Druck (pA) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten ausgangsseitigen Druck (pA) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
  17. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen Soll-Strom (F*) in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Erreichen der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) bestehenden jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) ermittelt.
  18. Kühlstrecke nach Anspruch 17,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Ist-Ströme (F) des Kühlmittels (7) mittels der Aufbringeinrichtungen (6) sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht werden und
    - dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) anhand des thermodynamischen Energiezustands (H) des Walzguts (1) vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) unter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms (F*) des Kühlmittels (7) oder des Ist-Stroms (F) des Kühlmittels (7) ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird bzw. aufgebracht werden soll.
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