EP3774100B1 - Kühleinrichtung zum kühlen eines metallischen gutes sowie verfahren zu deren herstellung und betrieb - Google Patents

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EP3774100B1
EP3774100B1 EP19715872.8A EP19715872A EP3774100B1 EP 3774100 B1 EP3774100 B1 EP 3774100B1 EP 19715872 A EP19715872 A EP 19715872A EP 3774100 B1 EP3774100 B1 EP 3774100B1
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EP
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cooling
coolant
cooling bar
application elements
temperature
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EP19715872.8A
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Frederik Grosse Lordemann
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SMS Group GmbH
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Publication date
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    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to the use of a cooling device for cooling a metal product, in particular after the metal product has been rolled.
  • the invention relates to a method for producing or selecting a chilled beam for such a cooling device.
  • the European patent EP 2 155 411 B1 also discloses an approach to reducing a non-uniform temperature distribution, particularly at the edges of a metallic good. Masks are also provided here to cover the edges, but these masks can be moved or adjusted in the width direction and also allow a certain amount of coolant to pass onto the edges of the goods to be cooled.
  • the European patent specification EP 2 986 400 B1 discloses a chilled beam with multiple chambers, which can be individually charged with the coolant. In this way, different pressures or volume flows for the coolant can be set across the width of the nozzle bar. In particular, the pressure or volumetric flow distribution of the coolant across the width of the chilled beam can be adapted to the actual course of the temperature across the width of the metal goods in the inlet of a cooling device. With a constant density distribution of the spray nozzles on the chilled beam in the width direction, linear coolant volume flows can be set across the width of the chilled beam. This may be good for linear temperature distributions across the width.
  • the actual course of the temperature distribution over the width of the metal goods to be cooled or the chilled beam does not usually run in a purely linear manner, but rather often degressively or progressively.
  • the linear distribution of the coolant in individual width sections of the chilled beam disclosed in EP' 400 B1 is not expedient with regard to a desired greater accuracy in the compensation of predetermined temperature profiles. In particular, this can sometimes lead to undesired overcooling of the edges of the metal goods.
  • the invention is based on the object of developing a known use of a cooling device and a known method for its production such that the cooling effect generated by the cooling device on the metallic material can be better adapted to a real inlet temperature distribution.
  • the term "density of the cross-sectional areas” means the sum of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant application elements per unit area of the chilled beam. To put it simply, this density describes the ratio of the outlet surface for the coolant to the unit area on the chilled beam.
  • the term "cross-sectional area” can also mean the cross-sectional area of a spray spot on the item to be cooled.
  • the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant application elements is represented or can be represented by the distance between two adjacent coolant application elements projected onto the width direction of the chilled beam.
  • this projected distance in the width direction of the chilled beam is increased toward an edge of the chilled beam when the temperature of the metallic good drops toward that edge of the chilled beam. Because of the drop in temperature, less cooling capacity is then required in these latitude regions, which is achieved by increasing the projected distance between individual nozzles, in particular adjacent nozzles. This is equivalent to a reduction in the density of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant application elements.
  • the density of the cross-sectional areas of the outlet openings need by no means become zero when the magnitude of the slope is zero, i. H. when the temperature distribution in the width direction is constant.
  • the density of the cross-sectional areas of the outlet openings is then also constant in the width direction over the corresponding width section, but typically not equal to zero, more precisely greater than zero.
  • the invention offers the advantage that even if the goods to be cooled are subjected to a constant volume flow or a constant pressure of the coolant across the width of the chilled beam, the said precise adjustment of the cooling capacity to the actual temperature profile is already possible solely through the corresponding claimed density distribution of the coolant application elements can be achieved with their respective cross-sectional areas.
  • the volume flow or the pressure of the coolant can also be set differently in individual width areas in order to adapt the distribution of the coolant and the cooling capacity in the width direction to the real temperature distribution.
  • the chilled beam can preferably be designed with a plurality of individual cooling chambers, which are charged with coolant in correspondingly different ways. This typically takes place via valves assigned to the individual chambers, which are correspondingly individually controlled by a control device.
  • the above object of the invention is further achieved by a method for manufacturing or selecting a cooling beam for a cooling device according to one of the preceding claims according to claim 4.
  • the claimed selection of a chilled beam relates to the case where the user has a number of different chilled beams in stock and he has to select a suitable chilled beam for a specific application.
  • FIG 1 shows in the middle the cooling device 100 according to the invention for cooling a metal material 200, as shown in the lower part of FIG figure 1 is shown.
  • the cooling device 100 comprises at least one cooling beam 110 with a plurality of coolant application elements 112. These can be spray nozzles, slots or U-tubes with corresponding outlet openings for the coolant.
  • the points or small circles shown within the cooling beam 110 each represent the coolant application elements 112.
  • the concentric circles around the coolant application elements 112 symbolize the respective cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of the coolant application elements 112.
  • the cooling beam 110 is applied with coolant using a pump 140 , which is pumped by the pump 140 from a tank 130 into the chilled beam.
  • the coolant is pumped via a valve 150 which, preferably in the same way as the pump 140, is controlled individually by a control device 160.
  • the coolant application elements 112 are in figure 1 arranged on the underside of the chilled beam 110 in the form of parallel rows in the width direction. According to one embodiment, this may be so; however, this series arrangement is by no means mandatory. Alternatively, the coolant application elements 112 can also be distributed as desired on the underside of the cooling beam. It is also not necessary for the coolant application elements 112 to be arranged in several parallel rows; for example, the coolant application elements can also be arranged next to one another in just one row in the width direction. Also, for example, some of the coolant application elements 112 z. B. offset in the y-direction. For the purposes of the invention, all that matters is the distribution of the density of the cross-sectional areas in the width direction y of the chilled beam 110 . The distance between two coolant application elements spaced apart in the width direction or their corresponding cross-sectional areas is in figure 1 marked with a.
  • the density of the cross-sectional areas 112 ′ of the outlet openings of the coolant application elements 112 is uniformly distributed in the width direction y of the cooling beam 110 .
  • this uniform distribution is due to the figure 1 Uniformly distributed temperature of the metallic material shown above the chilled beam 110 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 ⁇ of the T distribution is zero here.
  • the same cooling capacity is required over the entire width of the chilled beam, but it must be non-zero, more precisely greater than zero.
  • This is said by the Realized uniform distribution of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant application elements.
  • this means that the traces of coolant produced by the coolant application on the metallic material to be cooled are preferably close to one another without an axial distance, as is shown in the lower figure of figure 1 is shown.
  • the cross-sectional areas 112′ of the outlet openings of the coolant application elements 112 on the cooling beam 110 can all be of the same size, but do not have to be.
  • spray nozzles each with a cylindrical coolant jet
  • the use of spray nozzles with the same cross-sectional areas is recommended; their radii r1 and r2 would then be equal.
  • the chilled beam according to the invention is manufactured or selected individually with regard to a predetermined temperature distribution of the metal material before it enters the cooling device. Different temperature distributions require different density distributions of the cross-sectional areas of the outlet openings of the coolant application elements.
  • the following steps according to the invention are to be carried out for the production: First of all, the temperature distribution of the metallic goods to be cooled must be determined across its width before it enters under the chilled beam. This determined temperature distribution is then ⁇ y with regard to latitude sections to evaluate in which the temperature increases, remains constant or decreases. This evaluation is carried out by evaluating or determining the slope of the temperature distribution.
  • the temperature distribution is understood as a functional relationship between the temperature and the width direction of the metallic item or the chilled beam, with this functional relationship being able to be determined by interpolating individual temperature measurement 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 direction of width must be determined in each case.
  • the chilled beam according to the invention is then to be equipped with coolant application elements in the width direction in such a way that the density of the cross-sectional areas of the outlet openings, i. H. the density of the coolant outlet surfaces of the coolant application elements in the width direction of the chilled beam is distributed and dimensioned in accordance with the amount of the slope of the distribution of the temperature of the metallic material over its width before the inlet under the chilled beam. If the temperature rises towards the edges of the metallic material, the density of the cross-sectional areas of the outlet openings must also be increased because more cooling capacity is then required in the edge regions. Conversely, if the temperature drops towards the edges of the metallic material, less cooling capacity is required; it is therefore sufficient there to dimension the density of the cross-sectional areas to be lower than in the central area of the metallic good or the chilled beam.
  • figure 2 shows a second embodiment of the invention. It differs from the one in figure 1 shown first embodiment is that the density of the cross-sectional areas 112 'of the outlet openings of the coolant application elements 112 decreases in the width direction of the chilled beam 110 to the edges of the chilled beam or the metal goods. Accordingly, in this embodiment, the edges of the metallic good less cooled than its central area. This is the one in the upper part of figure 2 due to the temperature distribution shown, where it can be seen that the temperature distribution drops towards the edges.
  • the gradients of the tangents to the temperature distribution are denoted there by ⁇ .
  • the reduced density of the cross-sectional areas in the edge regions of the chilled beam is realized in that the distances between the traces of coolant 114 generated by the coolant application on the metallic material to be cooled become larger towards the edges.
  • these distances a, a1, a2, a3 can be greater than zero, i. H. the traces of coolant do not have to be immediately adjacent and close to one another, but rather spaced apart from one another.
  • figure 3 12 shows a third exemplary embodiment of the invention, in which the density of the cross-sectional areas 112′ of the outlet openings of the coolant application elements 112 increases in the width direction y of the cooling beam 110.
  • the traces of coolant 114 caused by the individual coolant application elements or their coolant jets on the metallic item 200 to be cooled can increasingly overlap towards the edges, as is shown in the lower part of FIG figure 3 is shown.
  • the distances a, a1, a2, a3 therefore become increasingly smaller towards the edges.
  • This said density distribution of the coolant application elements or their cross-sectional areas is the one shown in the top figure of figure 3 due to the temperature distribution shown.
  • the temperature increases with respect to the central area of the metallic good towards its edges.
  • the slope of the temperature distribution is again identified here by the reference symbol ⁇ .

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Description

  • Die Erfindung betrifft die Verwendung einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere nach einem Walzen des metallischen Gutes. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen oder Auswählen eines Kühlbalkens für eine derartige Kühleinrichtung.
  • Derartige Verwendungen von Kühleinrichtungen sowie Verfahren zur Herstellung 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.
  • Die WO 2015/113832 A1 die den nächstkommenden Stand der Technik für den Gegenstand von Anspruch 1 darstellt, offenbart eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, aufweisend:
    • mindestens einen Kühlbalken mit einer Mehrzahl von Kühlmittelbeaufschlagungselementen zum Beaufschlagen des metallischen Gutes mit einem Kühlmittel, wobei jedes Kühlmittelbeaufschlagungselement eine Austrittsöffnung mit einer Querschnittsfläche aufweist zum Austreten des Kühlmittels;
    • wobei 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. Die Dichte der Querschnittsflächen ist konstant entsprechend der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes über dessen Breite.
  • Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Verwendung einer Kühleinrichtung sowie ein bekanntes Verfahren zu deren Herstellung 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 bezüglich der Verwendung durch den Patentanspruch 1 gelöst.
  • 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 Kühlmittelbe-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 durch ein Verfahren zum Herstellen oder Auswählen eines Kühlbalkens für eine Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche gemäß Anspruch 4 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 Kühlmittelbeauf-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 Kühlmittelbeaufschlagungselemente 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 δ 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 Kühlmittelbeaufschlagungselemente. Für die Herstellung 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 Δy 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 δ 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 Kühlmittelbe-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 δ gekennzeichnet.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kühleinrichtung
    110
    Kühlbalken
    112
    Kühlmittelbeaufschlagungselement
    112'
    Querschnittsfläche der Austrittsöffnung des Kühlmittelbe-aufschlagungselementes
    114
    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
    δ
    Steigung der Tangente an die Temperaturverteilung

Claims (4)

  1. Verwendung einer 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;
    wobei die Dichte der Querschnittsflächen (112') der Austrittsöffnungen der Kühlmittelbeaufschlagungselemente (112) in Breitenrichtung (y) des Kühlbalkens (110) nach Maßgabe des Betrags der Steigung (δ) der Verteilung der Temperatur des metallischen Gutes (200) über dessen Breite (y) vor dem Einlauf unter den Kühlbalken (110) verteilt und bemessen ist und zunimmt,
    wenn die Temperatur in dieser Breitenrichtung ansteigt oder umgekehrt; wobei 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 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 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.
  2. Verwendung der Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 1,
    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.
  3. Verwendung der 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.
  4. Verfahren zum Herstellen oder Auswählen eines Kühlbalkens (110) für die Verwendung einer Kühleinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; 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 Δy 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;
    wobei 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 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 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.
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