EP3774100A1 - Kühleinrichtung zum kühlen eines metallischen gutes sowie verfahren zu deren herstellung und betrieb - Google Patents

Kühleinrichtung zum kühlen eines metallischen gutes sowie verfahren zu deren herstellung und betrieb

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EP3774100A1
EP3774100A1 EP19715872.8A EP19715872A EP3774100A1 EP 3774100 A1 EP3774100 A1 EP 3774100A1 EP 19715872 A EP19715872 A EP 19715872A EP 3774100 A1 EP3774100 A1 EP 3774100A1
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cooling
coolant
cross
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metallic material
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Definitions

  • Cooling device for cooling a metallic material and method for its production and operation
  • the invention relates to a cooling device for cooling a metallic material, in particular after a rolling of the metallic material. Moreover, the invention relates to a method for operating this cooling device and to a method for producing or selecting a cooling beam for such a cooling device.
  • WO 2016/189903 A1 discloses a binary approach in which overcooling of the metallic material in the edge region is compensated by the provision of width masking at the edges of the metallic material in conjunction with coolant collecting containers.
  • European patent EP 2 155 411 B1 also discloses a solution for reducing a non-uniform temperature distribution, in particular at the edges of a metallic material. Again, masks are provided for covering the edges, but these masks are displaced or adjustable in the width direction and also allow a certain amount of coolant to the edges of the goods to be cooled.
  • European patent specification EP 2 986 400 B1 discloses a cooling beam with a plurality of chambers, which can be charged individually with the coolant.
  • different pressures or volume flows for the coolant can be adjusted over the width of the nozzle bar.
  • the pressure or volume flow distribution of the coolant over the width of the Cooling beam can be adapted to the actual course of the temperature over the width of the metallic material in the inlet of a cooling device.
  • the invention has the object, a known cooling device and known methods for their production and operation in such a way that the cooling effect generated by the cooling device can be better adapted to the metallic material to a real inlet temperature distribution.
  • the cooling device according to the invention is characterized in that the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of thedeffenbeaufschlagungsetti is distributed and dimensioned in the width direction of the cooling beam in accordance with the amount of slope of the distribution of the temperature of the metallic material over its width before the inlet under the chilled beam.
  • density of the cross-sectional areas in the context of the present description means the sum of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant charging elements per unit area of the cooling beam. In simple terms, this density refers to the ratio of exit area for the coolant to area unit on the chilled beam.
  • cross-sectional area may also mean the cross-sectional area of a spray spot on the material to be cooled. Due to the claimed distribution of the density of the cross-sectional areas in accordance with or according to the amount of the slope of the distribution of the temperature of the metallic material over its width, it is possible, the cooling performance - even when exposed to the metallic material with a constant coolant volume flow or coolant pressure - very adapt much more closely to the actual temperature conditions in the metallic material. In particular, progressive or degressive temperature curves can be compensated or cooled very accurately.
  • the slope becomes progressively greater toward the edges and, accordingly, the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant-applying elements is to be reduced.
  • the temperature increases towards the edges, for example, then it requires more cooling, which is achieved by increasing the coolant outlet area of the loading elements in the corresponding width ranges.
  • the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of thedeffenbeetzschlagungs- elements is represented or can be represented by the projected in the width direction of the cooling beam distance between two adjacentdeffenbeetzhausungs instituten.
  • this Projected distance in the width direction of the cooling bar is increased toward an edge of the cooling bar, when the temperature of the metallic material drops to this edge of the cooling bar out. Due to the drop in temperature then less cooling power is required in these width ranges, which is achieved in that the projected distance between individual, in particular adjacent nozzles is increased. This is equivalent to a reduction in the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of thedeffenbeetzschungs institute.
  • the density of the cross-sectional areas of the exit openings need not be zero if the amount of the slope is zero, ie if the temperature distribution is constant in the width direction.
  • the density of the cross-sectional areas of the exit openings in the width direction is also constant over the corresponding width section, but typically not equal to zero, more precisely greater than zero.
  • the invention offers the advantage that, even when the material to be cooled is subjected to a constant volume flow or a constant pressure of the coolant over the width of the cooling beam, the exact adaptation of the cooling power to the actual temperature profile is already solely due to the corresponding claimed density distribution of thedeffenbeaufschlagungsetti can be achieved with their respective cross-sectional areas.
  • the volume flow or the pressure of the coolant in individual width ranges can also be set differently in order to adapt the distribution of the coolant and the cooling capacity in the width direction to the real temperature distribution.
  • the cooling beam may preferably be formed with a plurality of individual cooling chambers, which are subjected to different amounts of coolant. This is typically done via the individual chambers associated valves, which are controlled by a control device according to individually.
  • the above object of the invention is further achieved by a method for producing or selecting a cooling bar for a cooling device according to one of the preceding claims.
  • the claimed selection of a cooling bar relates to the case where the user has a plurality of different cooling bars in stock and he has to select a suitable cooling bar for each particular application.
  • Figure 1 shows the cooling device 100 according to the invention with a density distribution of the cross-sectional areas of the outlet openings of the ku hl medium beauf- schlagungsiata according to a first embodiment
  • 2 shows the cooling device according to the invention with a cooling beam with a distribution of the density of the cross-sectional areas according to a second embodiment
  • Figure 3 shows the cooling device with a chilled beam with a distribution of
  • Density of the cross-sectional areas of the outlet openings shows.
  • FIG. 1 shows in the middle the cooling device 100 according to the invention for cooling a metallic material 200, as shown in the lower part of FIG.
  • the cooling device 100 comprises at least one cooling beam 110 with a plurality of coolant-charging elements 112. These may be spray nozzles, slots or U-tubes with corresponding outlet openings for the coolant.
  • the points or small circles within the cooling bar 110 shown in FIG. 1 represent the coolant elements 112.
  • the concentric circles around the coolant charging elements 112 symbolize the respective cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of the coolant application elements 112 is supplied with the aid of a pump 140 with coolant, which is pumped by means of the pump 140 from a tank 130 in the chilled beam.
  • the pumping of the coolant via a valve 150, which, preferably as well as the pump 140 is controlled by a control device 160 individually.
  • the cooling beam in the embodiment shown in Figure 1 forms only one chamber for the coolant from; Accordingly, alldeffenbeetzungs institute 112 are applied over the entire width of the cooling beam with the same pressure or the same volume flow of coolant.
  • Thedeffenbeetzungsetti 112 are arranged in Figure 1 on the underside of the cooling beam 110 in the form of parallel rows in the width direction. In one embodiment, this may be so; However, this series arrangement is by no means mandatory.
  • thedestoffbeaufschungs institute 112 may be arranged distributed anywhere on the underside of the cooling beam. It is also not necessary that thedestoffbeetzungs institute 112 must be arranged in several parallel rows; For example, thedeffenbeetzschungs institute can also in only one row in
  • Width direction can be arranged side by side. Also, for example, individual of thehariffenschbeetzungs institute 112 z. B. arranged offset in the y direction. For the purposes of the invention, it is only the distribution of the density of the cross-sectional areas in the width direction y of the cooling beam 110 that is important.
  • the distance between two coolant supply elements spaced apart in the width direction or their corresponding cross-sectional areas is designated by a in FIG.
  • the density of the cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of the coolant charging elements 112 in the width direction y of the cooling beam 110 is distributed uniformly.
  • This uniform distribution is according to the invention conditioned by the uniformly distributed temperature of the metallic material shown over the cooling bar 110 in FIG. 1 over its width y.
  • the temperature here is for example T 0 and is constant over the entire width of the metallic material, ie the slope d of the T distribution is zero here.
  • an equal cooling capacity is required over the entire width of the cooling beam, but this must be equal to zero, more precisely greater than zero.
  • This is by the said Uniform distribution of the cross-sectional areas of the outlet openings of thedeffenschetzschungsetti realized.
  • this means that the coolant traces produced by the application of coolant preferably lie close to one another on the metal good to be cooled, without an axial spacing, as shown in the lower illustration of FIG.
  • the cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of thedeffenbeetzschungs institute 112 on the chilled beam 110 can be all the same size, but need not.
  • spray nozzles each having a cylindrical coolant jet can be provided as the coolant-applying elements 112, the cross-sectional areas 112 of the outlet openings of the coolant-applying elements 112 touching one another, as shown in FIG. 1 in a detail figure of FIG.
  • the use of spray nozzles, each with the same cross-sectional areas recommended; their radii r1 and r2 would then be the same size.
  • spray nozzles each with the same cross-sectional areas recommended; their radii r1 and r2 would then be the same size.
  • the cooling bar according to the invention is in each case manufactured or selected individually with regard to a predetermined temperature distribution of the metallic material prior to entry into the cooling device. Different temperature distributions require different density distributions of the cross-sectional areas of the outlet openings of the cooling medium impingement elements.
  • the following steps according to the invention are to be carried out:
  • the temperature distribution of the metallic material to be cooled must be determined over its width before entry under the chilled beam. This determined temperature distribution is then Ay with regard to width sections evaluate, in which the temperature rises, remains constant or falls. This evaluation is carried out by evaluating or determining the slope of the temperature distribution.
  • the temperature distribution is understood to be a functional relationship between the temperature and the width direction of the metallic material or the cooling beam, it being possible to determine this functional relationship by interpolation of individual temperature measured values in the width direction.
  • the sign of the slope is not important; Therefore, the amounts of the gradients at individual locations or points in the width direction are to be determined in each case.
  • the cooling beam according to the invention is then to be provided with coolant-charging elements in the width direction such that the density of the cross-sectional areas of the outlet openings, ie. H. the density of the coolant exit surfaces of thedeffenbeaufschlagungs institute in the width direction of the cooling beam in accordance with the amount of the slope of the distribution of the temperature of the metallic material over its width before the inlet distributed and dimensioned under the chilled beam.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the invention. It differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the density of the cross-sectional areas 112 'of the discharge openings of the coolant charging members 112 in the width direction of the cooling beam 110 decreases toward the edges of the cooling beam and the metallic material, respectively. Accordingly, in this embodiment, the edges of the metallic good less strongly cooled than its central area. This is due to the temperature distribution shown in the upper part of Figure 2, where it can be seen that the temperature distribution drops towards the edges. The slopes of the tangents to the temperature distribution are denoted by d.
  • the reduced density of the cross-sectional areas in the edge regions of the cooling beam is realized in the second embodiment in that the distances between the coolant traces 114 produced by the coolant application become larger towards the edges on the metallic good to be cooled.
  • these distances a, a1, a2, a3 can be greater than zero, d. H. the coolant traces need not be immediately adjacent and close to each other, but spaced from each other.
  • Figure 3 shows a third embodiment of the invention, wherein the density of the cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of thedeffenbeetzschlagungs institute 112 in the width direction y of the cooling beam 110 increases.
  • the coolant traces 114 caused by the individual coolant application elements or their coolant jets on the metallic good 200 to be cooled can increasingly overlap towards the edges, as shown in the lower partial image of FIG.
  • the distances a, a1, a2, a3 therefore become increasingly smaller towards the edges.
  • This said density distribution of the coolant supply elements or their cross-sectional areas is due to the temperature distribution shown in the upper illustration of FIG.
  • the temperature increases with respect to the center region of the metallic material towards its edges.
  • the slope of the temperature distribution is again denoted by the reference numeral d.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes sowie Verfahren zum Betreiben und Herstellen der Kühleinrichtung. Die Kühlreinrichtung weist mindestens einen Kühlbalken (110) mit einer Mehrzahl von Kühlmittelbeaufschlagungselementen (112) auf zum Beaufschlagen des metallischen Gutes mit einem Kühlmittel, wobei jedes Kühlmittelbeaufschlagungselement (112) eine Austrittsöffnung mit einer Querschnittsfläche (112') aufweist zum Austreten des Kühlmittels. Um derartige bekannte Kühleinrichtungen noch präziser auf unterschiedliche Temperaturverteilungen über der Breite zu kühlenden metallischen Gutes anpassen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Dichte der Querschnittsflächen (112') der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente (112) in Breitenrichtung y des Kühlbalkens (110) nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur T(y) des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken (110) zu verteilen bzw. zu bemessen.

Description

Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes sowie Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere nach einem Walzen des metallischen Gutes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben dieser Kühleinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen oder Auswahlen eines Kühlbalkens für eine derartige Kühleinrichtung.
Derartige Kühleinrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung und zum Betrieb von Kühlbalken sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So offenbart die WO 2016/189903 A1 einen binären Lösungsansatz, bei dem eine Überkühlung des metallischen Gutes im Kantenbereich ausgeglichen wird durch das Vorsehen von Breitenmaskierungen an den Rändern des metallischen Gutes in Verbindung mit Kühlmittelauffangbehältern. Das europäische Patent EP 2 155 411 B1 offenbart ebenfalls einen Lösungsansatz zur Verringerung einer ungleichförmigen Temperaturverteilung insbesondere an den Rändern eines metallischen Gutes. Auch hier sind Masken für die zur Abdeckung der Ränder vorgesehen, wobei diese Masken jedoch in Breitenrichtung verschiebbar bzw. einstellbar sind und auch eine gewisse Menge an Kühlmittel auf die Ränder des zu kühlenden Gutes durchlassen.
Die europäische Patentschrift EP 2 986 400 B1 offenbart einen Kühlbalken mit mehreren Kammern, welche individuell mit dem Kühlmittel beaufschlagt werden können. So lassen sich über der Breite des Düsenbalkens unterschiedliche Drücke oder Volumenströme für das Kühlmittel einstellen. Insbesondere kann die Druck- oder Volumenstromverteilung des Kühlmittels über der Breite des Kühlbalkens an den tatsächlichen Verlauf der Temperatur über der Breite des metallischen Gutes im Einlauf einer Kühleinrichtung angepasst werden. Bei einer konstanten Dichteverteilung der Spritzdüsen an dem Kühlbalken in Breitenrichtung lassen sich so insbesondere lineare Kühlmittelvolumenströme über der Breite des Kühlbalkens einstellen. Dies mag für lineare Temperaturverteilungen über der Breite gut sein.
Die tatsächlichen Verläufe der Temperaturverteilung über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens verlaufen jedoch in der Regel nicht rein linear, sondern oftmals vielmehr degressiv oder progressiv. In diesen Fällen ist die in der EP‘ 400 B1 offenbarte lineare Verteilung des Kühlmittels in einzelnen Breitenabschnitten des Kühlbalkens im Hinblick auf eine gewünschte größere Genauigkeit bei der Kompensation von vorgegebenen Temperaturprofilen nicht zielführend. Insbesondere kann dies mitunter zu einer unerwünschten Überkühlung der Ränder des metallischen Gutes führen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung sowie bekannte Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb dahingehend weiterzubilden, dass die von der Kühleinrichtung erzeugte Kühlwirkung auf das metallische Gut besser an eine reale Einlauf-Temperaturverteilung angepasst werden kann.
Diese Aufgabe wird vorrichtungstechnisch durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente in Breitenrichtung des Kühlbalkens nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken verteilt und bemessen ist. Der Begriff „Dichte der Querschnittsflächen“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Beschreibung die Summe der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente pro Flächeneinheit des Kühlbalkens. Vereinfacht ausgedrückt bezeichnet diese Dichte das Verhältnis von Austrittsfläche für das Kühlmittel zu Flächeneinheit an dem Kühlbalken. Alternativ zu der Querschnittsfläche der Austrittsöffnung an dem Kü hl mittel be- aufschlagungselement kann der Begriff „Querschnittsfläche“ auch die Querschnittsfläche eines Sprühflecks auf dem zu kühlenden Gut bedeuten. Durch die beanspruchte Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen nach Maßgabe bzw. entsprechend dem Betrag der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite ist es möglich, die Kühlleistung - auch bei Beaufschlagung des metallischen Gutes mit einem konstanten Kühlmittel-Volumenstroms oder Kühlmitteldruck - sehr viel genauer an die tatsächlichen Temperaturverhältnisse in dem metallischen Gut anzupassen. Insbesondere können auch progressive oder degressive Temperaturverläufe sehr genau kompensiert bzw. gekühlt werden. Wenn die Temperatur beispielsweise zu den Rändern des metallischen Gutes hin abfällt, wird die Steigung zu den Rändern hin zunehmend größer und dementsprechend ist die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschla- gungselemente zu verringern. Umgekehrt gilt: Wenn die Temperatur zu den Rändern hin beispielsweise ansteigt, dann bedarf es einer stärkeren Kühlung, was dadurch erreicht wird, dass die Kühlmittelaustrittsfläche der Beaufschlagungselemente in den entsprechenden Breitenbereichen vergrößert wird.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird festgestellt, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungs- elemente repräsentiert wird bzw. repräsentiert werden kann durch den auf die Breitenrichtung des Kühlbalkens projizierten Abstand zwischen zwei benachbarten Kühlmittelbeaufschlagungselementen. Konkret wird vorgeschlagen, dass dieser projizierte Abstand in Breitenrichtung des Kühlbalkens zu einem Rand des Kühlbalkens hin vergrößert wird, wenn die Temperatur des metallischen Gutes zu diesem Rand des Kühlbalkens hin abfällt. Aufgrund des Abfallens der Temperatur ist dann in diesen Breitenbereichen weniger Kühlleistung erforderlich, was dadurch erreicht wird, dass der projizierte Abstand zwischen einzelnen, insbesondere benachbarten Düsen vergrößert wird. Dies ist gleichbedeutend mit einer Verringerung der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente. Zum Grundverständnis der vorliegenden Erfindung ist es wichtig, zu verstehen, dass trotz der beanspruchten Abhängigkeit zwischen der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen und dem Betrag der Steigung die Dichte der Querschnittsflächen keineswegs null werden muss, wenn der Betrag der Steigung null ist, d. h. wenn die Temperaturverteilung in Breitenrichtung konstant ist. Typischerweise ist dann auch die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen in Breitenrichtung über dem entsprechenden Breitenabschnitt konstant, aber typischerweise ungleich null, genauer gesagt größer null.
Wie bereits oben erwähnt, bietet die Erfindung den Vorteil, dass auch bei einer Beaufschlagung des zu kühlenden Gutes mit einem konstanten Volumenstrom bzw. einem konstanten Druck des Kühlmittels über der Breite des Kühlbalkens die besagte genaue Anpassung der Kühlleistung an den tatsächlichen Temperaturverlauf bereits alleine durch die entsprechende beanspruchte Dichteverteilung der Kühlmittelbeaufschlagungselemente mit ihren jeweiligen Querschnittsflächen erreicht werden kann. Dem steht nicht entgegen, dass neben der beanspruchten Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen auch zusätzlich der Volumenstrom oder der Druck des Kühlmittels in einzelnen Breitenbereichen unterschiedlich eingestellt werden kann, um die Verteilung des Kühlmittels und der Kühlleistung in Breitenrichtung an die reale Temperaturverteilung anzupassen. Der Kühlbalken kann zu diesem Zweck vorzugsweise mit mehreren einzelnen Kühlkammern ausgebildet sein, die entsprechend unterschiedlich mit Kühlmittel beaufschlagt werden. Dies erfolgt typischerweise über den einzelnen Kammern zugeordnete Ventile, die von einer Steuereinrichtung entsprechend individuell angesteuert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben der beanspruchten Kühleinrichtung nach Anspruch 5, wobei der Druck oder Volumenstrom des Kühlmittels, mit welchem die Kühlmittelbeaufschlagungselemente versorgt werden, für alle Kühlmittelbeaufschlagungselemente des Kühlbalkens gleich eingestellt wird.
Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zum Herstellen oder Auswahlen eines Kühlbalkens für eine Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche gemäß Anspruch 7 gelöst. Die beanspruchte Auswahl eines Kühlbalkens betrifft den Fall, dass der Anwender eine Mehrzahl von unterschiedlichen Kühlbalken auf Lager liegen hat und er für einen bestimmten Anwendungsfall jeweils einen geeigneten Kühlbalken auswählen muss.
Die Vorteile der beanspruchten Verfahren entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Kühleinrichtung genannten Vorteilen.
Der Erfindung sind drei Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 mit einer Dichteverteilung der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kü hl mittel beauf- schlagungselemente gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; Figur 2 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem Kühlbalken mit einer Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
Figur 3 die Kühleinrichtung mit einem Kühlbalken mit einer Verteilung der
Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt in der Mitte die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200, wie es in dem unteren Teilbild von Figur 1 gezeigt ist. Die Kühleinrichtung 100 umfasst mindestens einen Kühlbalken 110 mit einer Mehrzahl von Kühlmittelbeaufschlagungselementen 112. Dabei kann es sich um Spritzdüsen, Schlitze oder U-Rohre mit entsprechenden Austrittsöffnungen für das Kühlmittel handeln. Die in Figur 1 gezeigten Punkte bzw. kleinen Kreise innerhalb des Kühlbalkens 110 repräsentieren jeweils die Kü hl mittel beauf- schlagungselemente 112. Die konzentrischen Kreise um die Kühlmittelbeaufschla- gungselemente 112 herum symbolisieren die jeweiligen Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112. Der Kühlbalken 110 wird mit Hilfe einer Pumpe 140 mit Kühlmittel beaufschlagt, welches mit Hilfe der Pumpe 140 aus einem Tank 130 in den Kühlbalken gepumpt wird. Das Pumpen des Kühlmittels erfolgt über ein Ventil 150, welches, vorzugsweise genauso wie die Pumpe 140 von einer Steuereinrichtung 160 individuell eingesteuert wird. Der Kühlbalken, bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel bildet lediglich eine Kammer für das Kühlmittel aus; dementsprechend werden alle Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 über der gesamten Breite des Kühlbalkens mit demselben Druck oder demselben Volumenstrom an Kühlmittel beaufschlagt. Die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 sind in Figur 1 an der Unterseite des Kühlbalkens 110 in Form von parallelen Reihen in Breitenrichtung angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann dies so sein; diese Reihenanordnung ist jedoch keineswegs zwingend. Alternativ können die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 auch beliebig an der Unterseite des Kühlbalkens verteilt angeordnet sein. Es ist auch nicht erforderlich, dass die Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in mehreren parallelen Reihen angeordnet sein müssen; beispielsweise können die Kühlmittelbeaufschlagungselemente auch in lediglich einer Reihe in
Breitenrichtung nebeneinander angeordnet sein. Auch können beispielsweise einzelne der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 z. B. in y-Richtung versetzt angeordnet sein. Im Sinne der Erfindung kommt es lediglich auf die Verteilung der Dichte der Querschnittsflächen in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 an. Der Abstand zwischen zwei in Breitenrichtung beabstandeten Kühlmittelbeaufschlagungselementen bzw. deren entsprechenden Querschnittsflächen ist in Figur 1 mit a bezeichnet.
Bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel ist die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschla- gungselemente 112 in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 gleichverteilt. Diese Gleichverteilung ist erfindungsgemäß bedingt durch die in Figur 1 über dem Kühlbalken 110 gezeigte gleichverteilte Temperatur des metallischen Gutes über seiner Breite y. Die Temperatur beträgt hier beispielhaft T0 und ist über der gesamten Breite des metallischen Gutes konstant, d. h. die Steigung d der T- Verteilung ist hier Null. In diesem Fall ist über der gesamten Breite des Kühlbalkens eine gleiche Kühlleistung erforderlich, die jedoch ungleich null, genauer gesagt größer null sein muss. Dies wird durch die besagte Gleichverteilung der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente realisiert. In der Konsequenz bedeutet dies, dass die durch die Kühlmittelbeaufschlagung erzeugten Kühlmittelspuren auf dem zu kühlenden metallischen Gut vorzugsweise ohne axialen Abstand dicht aneinander liegen, wie dies in der unteren Abbildung von Figur 1 gezeigt ist.
Generell gilt, dass die Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 an dem Kühlbalken 110 alle gleich groß sein können, aber nicht müssen. So können als Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 beispielsweise Spritzdüsen mit jeweils zylinderförmigem Kühlmittelstrahl vorgesehen sein, wobei die Querschnittsflächen 112 der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 einander berühren, wie dies in Figur 1 in einer Detailfigur von Figur 1 gezeigt ist. Bei der konstanten Temperaturverteilung und konstanten Dichteverteilung der Querschnittsflächen empfiehlt sich die Verwendung von Spritzdüsen mit jeweils gleichen Querschnittsflächen; deren Radien r1 und r2 wären dann gleich groß bemessen. Grundsätzlich besteht jedoch auch die Möglichkeit, die
Querschnittsflächen unterschiedlich groß zu wählen, insbesondere mit dann unterschiedlich großen Radien r1 und r2.
Der erfindungsgemäße Kühlbalken wird jeweils individuell im Hinblick auf eine vorgegebene Temperaturverteilung des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung hergestellt oder ausgewählt. Unterschiedliche Temperaturverteilungen erfordern unterschiedliche Dichteverteilungen der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen der Kü hl mittel beauf- schlagungselemente. Für die Fierstellung sind erfindungsgemäße folgende Schritte durchzuführen:
Zunächst muss die Temperatur-Verteilung des zu kühlenden metallischen Gutes über dessen Breite vor Einlauf unter den Kühlbalken ermittelt werden. Diese ermittelte Temperatur-Verteilung ist dann im Hinblick auf Breitenabschnitte Ay auszuwerten, in welchen die Temperatur ansteigt, konstant bleibt oder abfällt. Diese Auswertung erfolgt durch Auswerten bzw. Ermitteln der Steigung der Temperaturverteilung. Im Sinne der Erfindung wird die Temperaturverteilung als ein funktionaler Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Breitenrichtung des metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens verstanden, wobei dieser funktionale Zusammenhang durch Interpolation von einzelnen Temperaturmesswerten in Breitenrichtung ermittelt werden kann.
Für die vorliegende Erfindung ist das Vorzeichen der Steigung nicht von Bedeutung; deswegen sind jeweils die Beträge der Steigungen an einzelnen Orten bzw. Punkten in Breitenrichtung zu ermitteln. Der erfindungsgemäße Kühlbalken ist dann derart mit Kühlmittelbeaufschlagungselementen in Breitenrichtung auszustatten, dass die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen, d. h. die Dichte der Kühlmittelaustrittsflächen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente in Breitenrichtung des Kühlbalkens nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken verteilt und bemessen ist. Bei einem Anstieg der Temperatur zu den Rändern des metallischen Gutes hin ist auch die Dichte der Querschnittsflächen der Austrittsöffnungen zu vergrößern, weil dann in den Randbereichen mehr Kühlleistung erforderlich ist. Umgekehrt ist bei einem Abfall der Temperatur zu den Rändern des metallischen Gutes hin weniger Kühlleistung erforderlich; deshalb genügt es dort die Dichte der Querschnittsflächen dann geringer zu bemessen als in dem Mittenbereich des metallischen Gutes bzw. des Kühlbalkens.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es unterscheidet sich von dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel darin, dass die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in Breitenrichtung des Kühlbalkens 110 zu den Rändern des Kühlbalkens bzw. des metallischen Gutes hin abnimmt. Dementsprechend werden in diesem Ausführungsbeispiel die Ränder des metallischen Gutes weniger stark gekühlt als dessen Mittenbereich. Dies ist der in dem oberen Teilbild von Figur 2 gezeigten Temperaturverteilung geschuldet, wo erkennbar ist, dass die Temperaturverteilung zu den Rändern hin abfällt. Die Steigungen der Tangenten an die Temperaturverteilung sind dort mit d bezeichnet.
Die verringerte Dichte der Querschnittsflächen in den Randbereichen des Kühlbalkens wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die Abstände zwischen den durch die Kühlmittelbeaufschlagung erzeugten Kühlmittelspuren 114 auf dem zu kühlenden metallischen Gut zu den Rändern hin größer werden. Insbesondere können diese Abstände a, a1 , a2, a3 größer null sein, d. h. die Kühlmittelspuren müssen nicht unmittelbar benachbart sein und dicht aneinander, sondern beabstandet zueinander liegen.
Aufgrund des zunehmenden Abfalls der Temperatur zu den Rändern des Metallbandes 200 hin, werden auch die Abstände a, a1 , a2, a3 zu den Rändern hin zunehmend größer.
Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Dichte der Querschnittsflächen 112‘ der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente 112 in Breitenrichtung y des Kühlbalkens 110 zunimmt. Vereinfacht bedeutet dies, dass in den Randbereichen mehr Kühlmittelbeaufschlagungselemente bzw. Kühlmittelbeaufschlagungselementen mit größeren Kühlmittelaustrittsflächen angeordnet sind. Dadurch können die von den einzelnen Kühlmittelbeaufschlagungselementen bzw. deren Kühlmittelstrahlen auf dem zu kühlenden metallischen Gut 200 verursachten Kühlmittelspuren 114 zu den Rändern hin zunehmend überlappen, wie dies in dem unteren Teilbild von Figur 3 dargestellt ist. Die Abstände a, a1 , a2, a3 werden deshalb zu den Rändern hin zunehmend kleiner. Diese besagte Dichteverteilung der Kü hl mittel be- aufschlagungselemente bzw. deren Querschnittsflächen ist der in der oberen Abbildung von Figur 3 gezeigten Temperaturverteilung geschuldet. Bei diesem dritten Ausführungsbeispiel steigt die Temperatur gegenüber dem Mittenbereich des metallischen Gutes zu dessen Rändern hin an. Die Steigung der Temperaturverteilung ist auch hier wieder mit dem Bezugszeichen d gekennzeichnet.
Bezugszeichenliste
100 Kühleinrichtung
1 10 Kühlbalken
1 12 Kühlmittelbeaufschlagungselement
1 12 Querschnittsfläche der Austrittsöffnung des Kü hl mittel be- aufschlagungselementes
1 14 Kühlmittelspuren
130 Tank für Kühlmittel
140 Pumpe
150 Ventil
160 Steuereinrichtung
200 zu kühlendes metallisches Gut a, a1 , a2, a3 Abstand
r1 , r2 Radius der Querschnittsfläche der Austrittsöffnungen der Kühlmittel- beaufschlagungselemente
T Temperatur
x Massenflussrichtung bzw. Transportrichtung des metallischen Gutes y Breitenrichtung des Kühlbalkens und des metallischen Gutes d Steigung der Tangente an die Temperaturverteilung

Claims

Patentansprüche:
1. Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes (200),
aufweisend:
mindestens einen Kühlbalken (110) mit einer Mehrzahl von
Kühlmittelbeaufschlagungselementen (112) zum Beaufschlagen des metallischen Gutes mit einem Kühlmittel, wobei jedes
Kühlmittelbeaufschlagungselement eine Austrittsöffnung mit einer
Querschnittsfläche (112‘) aufweist zum Austreten des Kühlmittels;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichte der Querschnittsflächen (112‘) der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente (112) in Breitenrichtung (y) des
Kühlbalkens (110) nach Maßgabe des Betrags der Steigung (ö) der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes (200) über dessen Breite (y) vor dem Einlauf unter den Kühlbalken (110) verteilt und bemessen ist; und
dass die Dichte der Querschnittsflächen nach Maßgabe der Temperatur-
Verteilung in einer Breitenrichtung zunimmt, wenn die Temperatur in dieser Breitenrichtung ansteigt; oder umgekehrt.
2. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichte der Querschnittsflächen (112‘) der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente repräsentiert ist durch den auf die Breitenrichtung y des Kühlbalkens (110) projizierten Abstand a zwischen zwei benachbarten Kühlmittelbeaufschlagungselementen; und
dass der projizierte Abstand a zwischen zwei benachbarten
Kühlmittelbeaufschlagungselementen in Breitenrichtung y des Kühlbalkens zu einem Rand des Kühlbalkens hin größer wird, wenn die Temperatur des metallischen Gutes (200) zu diesem Rand des Kühlbalkens (100) hin abfällt; oder
dass der projizierte Abstand a zwischen zwei benachbarten
Kühlmittelbeaufschlagungselementen (112) in Breitenrichtung y des Kühlbalkens (110) zu einem Rand des Kühlbalkens hin kleiner wird, wenn die Temperatur des metallischen Gutes (200) zu diesem Rand des
Kühlbalkens (100) hin ansteigt.
3. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Kühlmittelbeaufschlagungselementen (112) jeweils um Spritzdüsen mit kreisförmiger Querschnittsfläche und zylinderförmigem Spritzstrahl handelt;
dass eine erste Spritzdüse eine Querschnittsfläche mit dem Radius r1 und eine zweite zu der ersten benachbarte Spritzdüse eine Querschnittsfläche mit dem Radius r2 aufweist; und
dass - in denjenigen Breitenbereichen in welchen der Betrag der Steigung der Temperatur-Verteilung Null ist - für den auf die Breitenrichtung des Kühlbalkens projizierten Abstand a zwischen der ersten und der zweiten Spritzdüse gilt: a=r1 +r2.
4. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche
gekennzeichnet durch
einen Tank (130) für das Kühlmittel;
eine Pumpe (140) zum Pumpen des Kühlmittels über mindestens ein Ventil (150) in den Kühlbalken oder in einzelne Kammern des Kühlbalkens; und eine Steuereinrichtung (160) zum individuellen Ansteuern des Ventils (150) im Hinblick auf einen gewünschten Druck oder Volumenstrom des
Kühlmittels in dem Kühlbalken oder dessen Kammern.
5. Verfahren zum Betreiben der Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels mit welchem die Kühlmittelbeaufschlagungselemente versorgt werden, für alle
Kühlmittelbeaufschlagungselemente (112) des Kühlbalkens (110) gleich eingestellt wird.
6. Verfahren zum Betreiben der Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass innerhalb des Kühlbalkens (110) eine Mehrzahl von Kammern ausgebildet sind, denen jeweils andere Kühlmittelbeaufschlagungselemente (112) zugeordnet sind;
dass die Ventile und eine Steuereinrichtung zum Ansteuern der Ventile vorgesehen sind zum individuellen Einstellen des Druckes oder des
Volumenstromes des Kühlmittels in jeder der Kammern mit ihren
zugeordneten Kühlmittelbeaufschlagungselementen (112).
7. Verfahren zum Herstellen oder Auswahlen eines Kühlbalkens (110) für eine Kühleinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4; aufweisend folgende Schritte:
Ermitteln der Temperatur-Verteilung T(y) des zu kühlenden metallischen Gutes (200) über dessen Breite y vor dem Einlauf unter den Kühlbalken (110);
Auswerten der Temperatur-Verteilung T(y) im Hinblick auf Breitenabschnitte Ay des Gutes (200), in welchen die Temperatur ansteigt, konstant bleibt oder abfällt durch Auswerten der Steigung der Temperaturverteilung;
Ermitteln der Beträge der Steigungen; und
Herstellen oder Auswählen eines solchen Kühlbalkens (110) für die
Kühleinrichtung (100) bei welchem die Dichte der Querschnittsflächen (112‘) der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente in Breitenrichtung y des Kühlbalkens (110) nach Maßgabe des Betrags der Steigung der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite vor dem Einlauf unter den Kühlbalken (110) verteilt und bemessen ist.
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