EP3774099A1 - Kühleinrichtung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Kühleinrichtung und verfahren zu deren betrieb

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EP3774099A1
EP3774099A1 EP19716139.1A EP19716139A EP3774099A1 EP 3774099 A1 EP3774099 A1 EP 3774099A1 EP 19716139 A EP19716139 A EP 19716139A EP 3774099 A1 EP3774099 A1 EP 3774099A1
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EP
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cooling
cooling device
coolant
metallic material
spray
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SMS Group GmbH
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    • 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
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    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
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    • B21B38/00—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product
    • B21B38/006—Methods or devices for measuring, detecting or monitoring specially adapted for metal-rolling mills, e.g. position detection, inspection of the product for measuring temperature

Definitions

  • Cooling device and method for its operation
  • the invention relates to a cooling device for cooling a metallic material, in particular a metal strip.
  • the invention also relates to a method for operating a corresponding cooling device.
  • Cooling devices of this type are well known in the art, for example from European patents EP 2 155 411 B1 and EP 2 986 400 B1.
  • the European Patent EP 2 155 411 B1 discloses a cooling device for influencing the temperature distribution over the width of a metallic material, in particular a rolling stock.
  • the cooling device has nozzles for applying a coolant to the metallic material, wherein the nozzles are arranged distributed over the width. At least one of the nozzles is adjustable in position with respect to the width of the metallic material. This makes it possible to influence uneven temperature distributions over the width of the metal strip to a limited extent. A subdivision of the cooling bar in individual spray areas is not known from this patent.
  • the cooling device disclosed therein has at least one cooling beam which extends transversely to the transport direction of the metallic material when passing through the cooling device.
  • the at least one cooling bar has - in its longitudinal direction, ie viewed transversely to the transport direction of the metallic material - two outer and one disposed between the two outer spray areas central injection area.
  • a cooling medium be, which is then applied via the respective injection area associated spray nozzles on the metallic material to be cooled.
  • the invention has the object of developing a known cooling device and a known method for their operation to the effect that the admission of the metallic material is improved with coolant.
  • At least one partition wall is provided for dividing the interior of the cooling beam in at least two chambers, each of the spray areas is assigned to another of the chambers.
  • the partition wall is formed at least approximately according to the course of the temperature distribution in a predetermined width portion of the metallic material before entry into the cooling device, and the partition wall is disposed in the chilled beam over this width portion.
  • the claimed subdivision of the interior of the cooling bar in a plurality of chambers by means of partitions and in particular the claimed special shape of the partitions according to the course of the temperature distribution over the width of the material to be cooled advantageously allows a particularly effective and targeted cooling of the goods.
  • the cooling can be adapted particularly well to the actual cooling requirement over the width of the goods.
  • such constant, degressive or progressive cooling strategies over the width of the material to be cooled can be realized.
  • the invention provides at least one - also controllable by the control device - control for variably positioning the partitions within the cooling beam, in particular for moving the partitions in the longitudinal direction of the cooling beam, and thus for changing the chambers and the spray areas each of a cooling bar.
  • the starting point of a degressive drop or a positive increase in the volume flow of the coolant along the longitudinal extent of the cooling beam can be variably determined and adapted to suit cooling requirements in each case.
  • the starting point can be adjusted based on the width of the material to be cooled symmetrically on both sides or alternatively also asymmetrically only on one side of the material to be cooled, depending on the temperature profile of the incoming into the cooling metallic material.
  • At least one of the spray areas has a plurality of spray nozzles which are distributed over the area of the spray area, preferably arranged running parallel rows in the longitudinal direction of the cooling beam, this offers the advantage that over the width of the material to be cooled also curved or curved distributions the coolant delivery are possible, which are relatively smooth, d. H. have no too strong jumps or points of discontinuity in the transition between individual sections of the distribution.
  • the arrangement and / or the number of spray nozzles in the spray areas may be advantageous to choose the arrangement and / or the number of spray nozzles in the spray areas symmetrical or asymmetrical, depending on the temperature profile of the incoming material in the cooling device, wherein the temperature profile in each case modify suitably is.
  • at least three chambers are formed in a chilled beam, ie a left, a middle and a right spray area, because the Edge regions of the material to be cooled usually require less cooling than the central region of the material to be cooled.
  • the cooling device may have a plurality of cooling bars arranged in parallel, which are each arranged above or below the material to be cooled.
  • Such a group-wise summary of several chilled beams offers the advantage that the distribution of the coolant over the width of the goods even smoother, d. H. Can be realized without cracks or pronounced kinks in the flow of the coolant
  • the control device can be designed either in the form of a precontrol or in the form of a control device. In both cases, it serves to realize a pre-calculated target distribution of the coolant over the width of the metallic material.
  • the volume flow or the pressure of the coolant can be used by suitably adjusting the valves and / or the actuators can be used to position the partition walls to generate the desired desired distribution of the coolant over the material to be cooled.
  • the desired distributions of the volume flow or the pressure of the coolant over the width of the material to be cooled are preferably calculated using a cooling model. This applies both to the design of the control device in the form of precontrol as well as for their training in the form of a control device.
  • Figure 1 shows the cooling device according to the invention with a first
  • Embodiment for the shaping of the partitions shows the cooling device according to the invention with a second
  • FIG. 3 shows an example of the cooling model according to the invention
  • Figure 5 shows a chilled beam with variable positioning of the partitions and the effect of the displacement of the partition walls on the distribution of the volume flow of the coolant over the width of the metallic material
  • FIG. 1 shows the cooling device 100 according to the invention for cooling a metallic material 200.
  • the metallic material 200 passes through the cooling device 100 in the material flow direction x or in the transport direction T of the material.
  • each of the spray areas I, II, III has a plurality of spray nozzles distributed in the X and Y directions.
  • the spray nozzles 130 are each arranged running in parallel regions in the longitudinal direction L of the cooling beam 110.
  • the interior of the cooling bar 110 is divided according to the invention by means of partitions 140 into a plurality of chambers.
  • the partitions may be arranged stationary or displaceable within the cooling beam.
  • Each of these chambers is assigned to one of the spray areas I, II, III.
  • valves 120 can be seen for individually setting the pressure or the volume flow of the coolant in each of the spray areas I, II, III.
  • the coolant 300 is fed individually from a coolant tank by means of a pump 160 through the valves 120 into the individual spray areas I, II, III.
  • a control device 150 is provided for individually activating the pump 160 and the valves 120.
  • FIG. 1 shows the temperature distribution of the product, typically measured with the aid of a temperature-determining device, across its width before entry into the cooling device or upstream of the cooling beam 110.
  • the partitions are in a width section DU1, DU2 corresponding to the temperature profile formed the same width section DU1, DU2.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment for dividing the cooling bar 110 into individual chambers and injection areas, here five injection areas I, II, III, IV and V. Accordingly, five valves 120 are provided for individually feeding the coolant 300 into the individual chambers or injection chambers Spray areas.
  • the arrangement or the number of spray nozzles 130 is asymmetrical relative to the center M of the metallic material. This can be seen in particular in that in the right half of the central injection area III more spray nozzles 130 are arranged, as in its left part.
  • the partition walls 140 each extend between the spray nozzles 130.
  • the partitions are step-shaped; Alternatively, however, they may also be straight or curved, in particular parabolic.
  • the partitions are shaped exactly according to the temperature distribution in a corresponding width section. In practice, an approximation of the shape of the partitions to the temperature distribution is often sufficient, for example, by the step or stair function or by a straight line.
  • the number of chambers or spray areas per chilled beam is basically arbitrary. The more chambers or injection areas are realized, the more accurate a desired distribution for the coolant over the width of the goods can be set.
  • control device may be designed in the form of a precontrol for suitably setting the valves 120 and / or the actuators 144 for positioning the partitions with respect to target values, in particular a calculated or predetermined target distribution for the coolant 300 over the metallic material ,
  • control device 150 may also be designed in the form of a control device for regulating an actual distribution of the volume flow of the coolant to a predetermined desired distribution of the coolant over the metallic material by variable control of the valves 120 and / or the positioning elements 144 for the positioning of the Partitions 140. In this case, then represent the valve 120 and / or the actuators 144, the actuators of the control loop.
  • a cooling model as shown by way of example in FIG. 3, is recommended.
  • the cooling model is a computer program which calculates different setpoint values, in particular the desired values, on the basis of the primary data mentioned in FIG.
  • FIG. 4 shows a selection of different temperature profiles over the width of the material to be cooled prior to entry into the cooling device 100 according to the invention qualitative representation of exemplary sensible cooling strategies.
  • the dashed curve in each case designates the temperature profile of the metallic material before entry into the cooling device.
  • the solid line shown above is in each case characteristic of the inventive distribution of the coolant within the cooling device for the treatment of the incoming temperature profile.
  • the edges are less strongly heated in the incoming metallic material, and accordingly the coolant volume flow at the edges must also be less pronounced than in the middle.
  • the middle figure in Figure 4 shows the example that the edges are more heated than the center. Accordingly, the coolant flow at the edges must be reinforced in order to realize a uniform cooling profile over the entire width of the goods.
  • the shows bottom figure in Figure 4 shows an asymmetric temperature and coolant.
  • the coolant distribution required for this purpose in the left-hand edge region must also be virtually constant or unchanged with respect to the middle region of the material to be cooled, while the output of the coolant volume flow at the right-hand edge must be significantly reduced.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of the present invention, in which the partitions 140 can be moved in the longitudinal direction of the cooling beam 110.
  • a method of the partition walls 140 causes a shift of the starting time for the Beginning of a degressive course of the coolant distribution.
  • the right and left dividing walls 140 are respectively moved outward (see dashed line); This has the consequence that even the start times for the declining balance of the coolant volume flow are shifted to the right and left outwards, ie towards the edges of the metallic material.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes sowie ein Verfahren zu deren Betrieb. Die Kühleinrichtung 100 weist mindestens einen Kühlbalken (110) mit einer Mehrzahl N von paarweise benachbarten Spritzbereichen I, II, III auf, welche ihrerseits jeweils mindestens eine Spritzdüse (130) aufweisen zum Sprühen eines Kühlmittels auf das metallische Gut. Ventile sind vorgesehen zum individuellen Einstellen des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels (300) in jedem der Spritzbereiche. Die Ventile (120) sowie eine Pumpe für das Kühlmittel werden mit Hilfe einer Steuereinrichtung (150) individuell angesteuert. Um die Beaufschlagung des metallischen Gutes mit Kühlmittel zu verbessern, sieht die Erfindung vor, dass bei dem mindestens einen Kühlbalken der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mindestens eine Trennwand vorgesehen ist zum Unterteilen des Innenraums des Kühlbalkens in mindestens zwei Kammern, wobei jeder der Spritzbereiche einer anderen der Kammern zugeordnet ist. Die Trennwand ist zumindest näherungsweise entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Breitenabschnitt des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung geformt und die Trennwand ist in dem Kühlbalken über diesem Breitenabschnitt angeordnet.

Description

Kühleinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere eines Metallbandes. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Kühleinrichtung.
Kühleinrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so beispielsweise aus den europäischen Patentschriften EP 2 155 411 B1 und EP 2 986 400 B1.
Die europäische Patentschrift EP 2 155 411 B1 offenbart eine Kühleinrichtung zur Beeinflussung der Temperaturverteilung über der Breite eines metallischen Gutes, insbesondere eines Walzgutes. Die Kühlvorrichtung weist Düsen auf zur Aufbringung eines Kühlmittels auf das metallische Gut, wobei die Düsen über die Breite verteilt angeordnet sind. Zumindest eine der Düsen ist in ihrer Position bezüglich der Breite des metallischen Gutes einstellbar. Damit ist eine Beeinflussung von ungleichförmigen Temperaturverteilungen über der Breite des Metallbandes in beschränktem Maße möglich. Eine Unterteilung des Kühlbalkens in einzelne Spritzbereiche ist aus dieser Patentschrift nicht bekannt.
Die Unterteilung eines Kühlbalkens in einzelne Spritzbereiche ist jedoch beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 2 986 400 B1 bekannt. Konkret weist die dort offenbarte Kühleinrichtung mindestens einen Kühlbalken auf, der sich quer zur Transportrichtung des metallischen Gutes beim Durchlaufen der Kühleinrichtung erstreckt. Der mindestens eine Kühlbalken weist - in seiner Längsrichtung, d. h. quer zur Transportrichtung des metallischen Gutes gesehen - zwei äußere und einen zwischen den beiden äußeren Spritzbereichen angeordneten mittleren Spritzbereich auf. In jeden der Spritzbereiche kann über eigens zugordnete individuell ansteuerbare Ventile ein Kühlmedium eingespeist werden, welches dann über die dem jeweiligen Spritzbereich zugeordneten Spritzdüsen auf das zu kühlende metallische Gut aufgebracht wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung sowie ein bekanntes Verfahren zu deren Betrieb dahingehend weiterzubilden, dass die Beaufschlagung des metallischen Gutes mit Kühlmittel verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach ist bei dem mindestens einen Kühlbalken der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mindestens eine Trennwand vorgesehen ist zum Unterteilen des Innenraums des Kühlbalkens in mindestens zwei Kammern, wobei jeder der Spritzbereiche einer anderen der Kammern zugeordnet ist. Die Trennwand ist zumindest näherungsweise entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Breitenabschnitt des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung geformt und die Trennwand ist in dem Kühlbalken über diesem Breitenabschnitt angeordnet.
Die beanspruchte Unterteilung des Innenraums des Kühlbalkens in eine Mehrzahl von Kammern mit Hilfe von Trennwänden sowie insbesondere die beanspruchte spezielle Formgebung der Trennwände entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung über der Breite des zu kühlenden Gutes ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders effektive und gezielte Kühlung des Gutes. Insbesondere durch die beanspruchte Formgebung der Trennwände, vorzugsweise in Verbindung mit einer unterschiedlichen Einspeisung von Kühlmittel in die durch die Trennwand separierten Kammern, kann die Kühlung besonders gut an den tatsächlichen Kühlbedarf über der Breite des Gutes angepasst werden. Vorteilhafterweise können so konstante, degressive oder progressive Kühlstrategien über der Breite des zu kühlenden Gutes realisiert werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung mindestens ein - ebenfalls von der Steuereinrichtung ansteuerbares - Steuerelement vor zum variablen Positionieren der Trennwände innerhalb des Kühlbalkens, insbesondere zum Verfahren der Trennwände in Längsrichtung des Kühlbalkens, und damit zum Verändern der Kammern und der Spritzbereiche jeweils eines Kühlbalkens.
Durch diese beanspruchte Verfahrbarkeit der Trennelemente kann insbesondere der Startpunkt eines degressiven Abfalls bzw. eines positiven Anstieges des Volumenstroms des Kühlmittels entlang der Längserstreckung des Kühlbalkens variabel festgelegt und geeignet an Kühlerfordernisse im Einzelfall angepasst werden. Der Startpunkt kann bezogen auf die Breite des zu kühlenden Gutes symmetrisch auf beiden Seiten oder alternativ auch asymmetrisch nur auf einer Seite des zu kühlenden Gutes verstellt werden, je nach Temperaturprofil des in die Kühleinrichtung einlaufenden metallischen Gutes.
Wenn zumindest einer der Spritzbereiche eine Mehrzahl von Spritzdüsen aufweist, die über die Fläche des Spritzbereiches verteilt, vorzugsweise in parallelen Reihen in Längsrichtung des Kühlbalkens verlaufend angeordnet sind, bietet das den Vorteil, dass über der Breite des zu kühlenden Gutes auch bogenförmige bzw. gekrümmte Verteilungen der Kühlmittel-Ausbringung möglich sind, die relativ glatt verlaufen, d. h. keine allzu starken Sprünge bzw. Unstetigkeitsstellen im Übergang zwischen einzelnen Teilabschnitten der Verteilung aufweisen.
Bezogen auf die Mitte des zu kühlenden metallischen Gutes kann es vorteilhaft sein, die Anordnung und/oder die Anzahl der Spritzdüsen in den Spritzbereichen symmetrisch oder asymmetrisch zu wählen, je nach Temperaturprofil des in die Kühleinrichtung einlaufenden Gutes, wobei das Temperaturprofil jeweils in geeigneter Weise abzuändern ist. Vorteilhafterweise sind bei einem Kühlbalken mindestens drei Kammern ausgebildet, d. h. ein linker, ein mittlerer und ein rechter Spritzbereich, weil die Randbereiche des zu kühlenden Gutes in der Regel eine weniger starke Kühlung benötigen als der mittlere Bereich des zu kühlenden Gutes.
Die Kühleinrichtung kann eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken aufweisen, die jeweils oberhalb oder unterhalb des zu kühlenden Gutes angeordnet sind. Eine solche gruppenweise Zusammenfassung mehrerer Kühlbalken bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Kühlmittels über der Breite des Gutes noch glatter, d. h. ohne Sprünge oder stark ausgeprägte Knicke im Volumenstrom des Kühlmittels realisiert werden kann
Die Steuereinrichtung kann entweder in Form einer Vorsteuerung oder in Form einer Regeleinrichtung ausgebildet sein. In beiden Fällen dient sie dazu, eine vorberechnete Soll-Verteilung des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes zu realisieren. In beiden Fällen kann der Volumenstrom oder der Druck des Kühlmittels durch geeignetes Einstellen der Ventile und/oder können die Stellglieder zum Positionieren der Trennwände verwendet werden zum Generieren der jeweils gewünschten Soll-Verteilung des Kühlmittels über dem zu kühlenden Gut. Die Soll-Verteilungen des Volumenstromes oder des Druckes des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden Gutes werden vorzugsweise mit einem Kühlmodell berechnet. Dies gilt sowohl für die Ausbildung der Steuereinrichtung in Form einer Vorsteuerung wie auch für deren Ausbildung in Form einer Regeleinrichtung.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 15. Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben in Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.
Das Verfahren der Trennwände kann außerhalb oder während eines laufenden Kühlbetriebs erfolgen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu deren Betrieb sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Beschreibung sind insgesamt 5 Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem ersten
Ausführungsbeispiel für die Formgebung der Trennwände; Figur 2 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem zweiten
Ausführungsbeispiel für die Formgebung und Anordnung der Trennwände;
Figur 3 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Kühlmodell
Figur 4 verschiedene Beispiele für die Realisierung des
Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden Gutes in Abhängigkeit der Temperaturverteilung des in die Kühleinrichtung einlaufenden Gutes; und
Figur 5 einen Kühlbalken mit variabler Positionierung der Trennwände und die Auswirkung der Verschiebung der Trennwände auf die Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes
zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200. Das metallische Gut 200 durchläuft die Kühleinrichtung 100 in Materialflussrichtung x bzw. in Transportrichtung T des Gutes. Die Kühleinrichtung 100 umfasst gemäß Figur 1 beispielhaft einen Kühlbalken 110 mit einer Mehrzahl, hier beispielhaft N = 3, von paarweise benachbarten Spritzbereichen I, II, III. Diese Spritzbereiche weisen Ihrerseits jeweils mindestens eine Spritzdüse 130 auf zum Sprühen eines Kühlmittels auf das metallische Gut 200. In Figur 1 weist jeder der Spritzbereiche I, II, III eine Mehrzahl von Spritzdüsen auf, die in X- und Y-Richtung verteilt angeordnet sind. Beispielhaft und bevorzugt sind die Spritzdüsen 130 jeweils in parallelen Reichen in Längsrichtung L des Kühlbalkens 110 verlaufend angeordnet. Der Innenraum des Kühlbalkens 110 ist erfindungsgemäß mit Hilfe von Trennwänden 140 in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt. Die Trennwände können ortsfest oder verschiebbar innerhalb des Kühlbalkens angeordnet sein. Jeder dieser Kammern ist jeweils einer der Spritzbereiche I, II, III zugeordnet.
Weiterhin sind in Figur 1 beispielhaft drei Ventile 120 zu erkennen zum individuellen Einstellen des Druckes oder des Volumenstroms des Kühlmittels in jedem der Spritzbereiche I, II, III. Das Kühlmittel 300 wird aus einem Kühlmitteltank mit Hilfe einer Pumpe 160 durch die Ventile 120 in die einzelnen Spritzbereich I, II, III individuell eingespeist. Schließlich ist eine Steuereinrichtung 150 vorgesehen zum individuellen Ansteuern der Pumpe 160 sowie der Ventile 120.
In Figur 1 sind beispielhaft zwei Trennwände 140 vorgesehen zum Unterteilen des Kühlbalkens 110 in drei Kammern bzw. drei Spritzbereiche I, II, III. Bezogen auf die Mitte M des metallischen Gutes sind die drei Bereiche symmetrisch ausgebildet; dies bedeutet, dass das insbesondere dem mittleren Spritzbereich II rechts und links der Mitte jeweils eine gleiche Anzahl von Spritzdüsen zugeteilt ist. Weiterhin zeigt Figur 1 die typischerweise mit Hilfe einer Temperatur- Ermittlungseinrichtung gemessene Temperaturverteilung des Gutes über dessen Breite vor Einlauf in die Kühleinrichtung bzw. vor Einlauf unter den Kühlbalken 110. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Trennwände in einem Breitenabschnitt DU1 , DU2 entsprechend dem Temperaturverlauf über demselben Breitenabschnitt DU1 , DU2 geformt.
Figur 2 zeigt im Unterschied dazu ein zweites Ausführungsbeispiel zur Aufteilung des Kühlbalkens 110 in einzelne Kammern und Spritzbereiche, hier fünf Spritzbereiche I, II, III, IV und V. Dementsprechend sind fünf Ventile 120 vorgesehen zum individuellen Einspeisen des Kühlmittels 300 in die einzelnen Kammern bzw. Spritzbereiche. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist das bei dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel die Anordnung bzw. die Anzahl der Spritzdüsen 130 bezogen auf die Mitte M des metallischen Gutes unsymmetrisch. Zu erkennen ist dies insbesondere daran, dass in der rechten Hälfte des mittleren Spritzbereiches III mehr Spritzdüsen 130 angeordnet sind, als in seinem linken Teil.
Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen verlaufen die Trennwände 140 jeweils zwischen den Spritzdüsen 130. In beiden
Ausführungsbeispielen sind die Trennwände stufenförmig ausgebildet; alternativ können sie jedoch auch gerade verlaufend oder bogenförmig, insbesondere parabelförmig ausgebildet sein. Wie gesagt: Idealerweise sind die Trennwände exakt entsprechend der Temperaturverteilung in einem entsprechenden Breitenabschnitt geformt. In der Praxis genügt oftmals eine Annäherung der Form der Trennwände an die Temperaturverteilung, beispielsweise durch die Stufen- bzw. Treppenfunktion oder durch eine Gerade. Die Anzahl der Kammern bzw. Spritzbereiche pro Kühlbalken ist grundsätzlich beliebig. Je mehr Kammern bzw. Spritzbereiche realisiert werden, desto genauer kann eine gewünschte Verteilung für das Kühlmittel über der Breite des Gutes eingestellt werden. Gemäß einer Variante kann die Steuereinrichtung in Form einer Vorsteuerung ausgebildet sein zum geeigneten Einstellen der Ventile 120 und/oder der Stellglieder 144 zum Positionieren der Trennwände im Hinblick auf Sollwerte, insbesondere eine berechnete bzw. vorbestimmte Soll-Verteilung für das Kühlmittel 300 über dem metallischen Gut.
Alternativ kann die Steuereinrichtung 150 auch in Form einer Regeleinrichtung ausgebildet sein zum Regeln einer Ist-Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels auf eine vorgegebene Soll-Verteilung des Kühlmittels über dem metallischen Gut durch variable Ansteuerung der Ventile 120 und/oder der Stellelemente 144 für die Positionierung der Trennwände 140. Dabei repräsentieren dann die Ventil 120 und/oder die Stellelemente 144 die Stellglieder des Regelkreises. Zur Berechnung der Verteilung des Kühlmittels über dem metallischen Gut, insbesondere über dessen Breite als Sollwerte für die Vorsteuerung oder die Regeleinrichtung empfiehlt sich die Verwendung eines Kühlmodells, wie beispielhaft in Figur 3 gezeigt. Bei dem Kühlmodell handelt es sich um ein Computerprogramm, welches auf Basis von den in Figur 3 genannten Primärdaten, den in einer Datenbank des Kühlmodells vorhandenen Daten sowie auf Basis von Messungen, wie in Figur 3 jeweils beispielhaft genannt, verschiedene Sollwerte berechnet, insbesondere die Soll-Verteilung des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes. Alle in Figur 3 genannten einzelnen Daten bzw. Parameter oder Sollwerte verstehen sich als lediglich beispielhaft. Dies bedeutet, dass für die Berechnung bestimmter Sollwerte nicht zwingend notwendig immer alle auf der Eingangsseite des Kühlmodels beispielhaft genannten Eingangsgrößen verwendet müssen. Figur 4 zeigt eine Auswahl verschiedener Temperaturprofile über der Breite des zu kühlenden Gutes vor Einlauf in die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 mit qualitativer Darstellung beispielhafter sinnvoller Kühlstrategien. Der gestrichelte Kurvenverlauf bezeichnet jeweils das Temperaturprofil des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung. Die darüber dargestellte durchgezogene Linie ist jeweils charakteristisch für die erfindungsgemäße Verteilung des Kühlmittels innerhalb der Kühleinrichtung zur Behandlung des einlaufenden Temperaturprofils.
So ist beispielhaft in der oberen Abbildung von Figur 4 zu erkennen, dass bei dem einlaufenden metallisches Gut die Ränder im Vergleich zur Mitte weniger stark erwärmt sind, dementsprechend muss auch der Kühlmittelvolumenstrom an den Rändern nur weniger stark ausgeprägt sein als in der Mitte. Umgekehrt zeigt die mittlere Abbildung in Figur 4 das Beispiel, dass die Ränder stärker erwärmt sind als die Mitte. Dementsprechend muss der Kühlmittelstrom an den Rändern verstärkt werden, um ein gleichmäßiges Kühlprofil über der gesamten Breite des Gutes zu realisieren. Während die obere und mittlere Abbildung in Figur 4 eine symmetrische Verteilung des Kühlmittels erfordern, was einhergeht mit einer symmetrischen Aufteilung der Spritzbereiche über der länge des Kühlbalkens und einer symmetrischen Anordnung der Spritzdüsen und vorzugsweise auch einer symmetrischen Anordnung der Spritzdüsen innerhalb der Spritzbereiche, so zeigt die untere Abbildung in Figur 4 einen asymmetrischen Temperatur- und Kühlmittelverlauf. Konkret ist zu erkennen, dass die Temperatur am linken Randbereich keinen Unterschied zur Mitte des Gutes aufweist, während im rechten Randbereich die Temperatur deutlich abgefallen ist. Dementsprechend muss auch die dafür erforderliche Kühlmittelverteilung im linken Randbereich nahezu konstant bzw. unverändert sein gegenüber dem Mittenbereich des zu kühlenden Gutes, während die Ausbringung des Kühlmittelvolumenstromes am rechten Rand deutlich verringert werden muss.
Figur 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Trennwände 140 in Längsrichtung des Kühlbalkens 110 verfahrbar sind. Wie in der unteren Abbildung von Figur 5 erkennbar ist, bewirkt ein Verfahren der Trennwände 140 eine Verschiebung des Startzeitpunktes für den Beginn eines degressiven Verlaufes der Kühlmittelverteilung. Konkret werden die rechte und die linke Trennwand 140 bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils nach außen verfahren (siehe gestrichelte Linie); dies hat die Konsequenz, dass auch die Startzeitpunkte für den degressiven Abfall des Kühlmittel-Volumenstromes jeweils rechts und links nach außen, d. h. zu den Rändern des metallischen Gutes hin verschoben werden.
Bezugszeichenliste
100 Kühleinrichtung
110 Kühlbalken
120 Ventile
130 Spritzdüsen
140 Trennwände
144 Stellelemente zum Positionieren der Trennwände 150 Steuereinrichtung
160 Pumpe
200 metallisches Gut
300 Kühlmittel
400 Kühlmodell
Spritzbereiche
L, x Längsrichtung des Kühlbalkens
M Mitte des metallischen Gutes
n, N Anzahl von Spritzbereichen
T, Y Transportrichtung des metallischen Gutes Temp Temperatur (-Verteilung)
DU1 , DU2 Breitenabschnitte

Claims

Patentansprüche:
1. Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes (200),
aufweisend:
mindestens einen Kühlbalken (110) mit einer Mehrzahl N von paarweise benachbarten Spritzbereichen I, II, III, welche ihrerseits jeweils mindestens eine Spritzdüse (130) aufweisen zum Sprühen eines Kühlmittels auf das metallische Gut;
Ventile (120) zum individuellen Einstellen des Druckes oder des
Volumenstroms des Kühlmittels (300) in jedem der Spritzbereiche (I, II, III); eine Steuereinrichtung (150) zum individuellen Ansteuern der Ventile (120); und
eine Temperaturermittlungseinrichtung zum Ermitteln der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf des metallischen Gutes in die Kühleinrichtung;
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine Trennwand (140) vorgesehen ist zum Unterteilen des Innenraums des Kühlbalkens (110) in mindestens zwei Kammern, wobei jeder der Spritzbereiche (I, II, III) einer anderen der Kammern zugeordnet ist;
dass die Trennwand zumindest näherungsweise entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Breitenabschnitt des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung geformt ist; und dass die Trennwand in dem Kühlbalken über diesem Breitenabschnitt angeordnet ist.
2. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein - ebenfalls von der Steuereinrichtung (150)
ansteuerbares - Stellelement (144) vorgesehen ist zum variablen
Positionieren der Trennwand (140) innerhalb des Kühlbalkens (110), insbesondere zum Verfahren der Trennwand (140) in Längsrichtung (L) des Kühlbalkens, und damit zum Verändern der Kammern und der
Spritzbereiche (I, II, III) eines Kühlbalkens (110).
3. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einer der Spritzbereiche (I, II, III) eine Mehrzahl von
Spritzdüsen (130) aufweist, die in x- und y-Richtung verteilt, vorzugsweise in parallelen Reihen in Längsrichtung (L) des Kühlbalkens (110) verlaufend angeordnet sind.
4. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Anordnung und/oder Anzahl der Spritzdüsen (130) in den
Spritzbereichen des Kühlbalkens bezogen auf die Mitte (M) des metallischen Gutes in Breitenrichtung symmetrisch oder asymmetrisch ist.
5. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwände (140) zwischen den Spritzdüsen (130) verlaufen.
6. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwände (140) geradlinig, stufenförmig oder gebogen, insbesondere parabelförmig ausgebildet sind.
7. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die ganzzahlige Mehrzahl N von Kammern innerhalb des
Kühlbalkens gilt: N>3.
8. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei N=3 ein linker, ein mittlerer und ein rechter Spritzbereich (I, II, III) gegeben ist, welche jeweils trapezförmig ausgebildet sind.
9. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeweils eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken zu einer Gruppe zusammengefasst ist.
10. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (150) in Form einer Vorsteuerung ausgebildet ist zum geeigneten Einstellen der Ventile (120) und/oder der Stellglieder (144) zum Positionieren der Trennwände (140) im Hinblick auf Sollwerte, insbesondere eine berechnete Soll-Verteilung für das Kühlmittel (300) über dem metallischen Gut (200).
11. Kühleinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuereinrichtung (150) in Form einer Regeleinrichtung ausgebildet ist zum Regeln einer Ist-Verteilung des Volumenstroms oder des Druckes des Kühlmittels (300) auf eine vorgegebene Soll-Verteilung des
Volumenstromes oder des Druckes des Kühlmittels über dem metallischen Gut (200) durch geeignete variable Ansteuerung der Ventile (120) und/oder der Stellelemente (144) für die Positionierung der Trennwände (140), wobei die Ventile und/oder die Stellelemente die Stellglieder des Regelkreises repräsentieren. 12. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 10 oder 11 ,
gekennzeichnet durch ein Kühlmodell (400) zum Berechnen der Soll-Verteilung, insbesondere des Volumenstromes oder des Druckes, des Kühlmittels über dem metallischen Gut (200), insbesondere über dessen Breite, für die Vorsteuerung oder die Regeleinrichtung.
13. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Kühlmodell (400) weiterhin ausgebildet ist, die Soll-Verteilung des Kühlmittels über dem metallischen Gut (200) in Abhängigkeit folgender dem Kühlmodell zugeführter Messgrößen zu berechnen:
- der Temperatur oder des Temperaturverlaufes des Gutes (200), vorzugsweise in dessen Längen- und Breitenrichtung am Eingang und/oder am Ausgang der Kühleinrichtung, insbesondere vor- und/oder hinter dem Kühlbalken; und/oder
- der Ist-Eigenschaft des Gutes (200), z.B. der Härte, der Zähigkeit, des
Restaustenit-Gehaltes, am Ausgang der Kühleinrichtung; und/oder
- der Temperatur des Kühlmittels beim Aufsprühen auf das metallische Gut (200). 14. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anzahl der Spritzbereiche (I, II, III) mit individueller
Kühlmitteleinspeisung und/oder die Anzahl der Spritzdüsen (130) pro Flächeneinheit eines Spritzbereiches in Abhängigkeit einer gewünschten Kühlmittel-Beaufschlagungsdichte gewählt ist.
15. Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung (100) nach einem der
vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
die Trennwände (140) zwischen zwei benachbarten Stellbereichen (I, II, III) vorzugsweise in Längsrichtung (L) des Kühlbalkens (110) geeignet verfahren werden zum Anpassen der Position der Trennwände an den Verlauf der Temperaturverteilung des metallischen Gutes über dessen Breite vor Einlauf in die Kühleinrichtung oder zum Einstellen einer gewünschten Soll-Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels (300) über der Breite des metallischen Gutes (200).
16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Trennwände (140) beiderseits der Mitte (M) des Kühlbalkens (110) symmetrisch oder asymmetrisch in Bezug auf die Mitte (M) des Kühlbalkens
(110) verfahren werden.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren der Trennwände - insbesondere im Rahmen der
Vorsteuerung oder der Regelung der Position der Trennwände - auch während des laufenden Kühlbetriebs erfolgen kann.
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