EP3774101A1 - Kühleinrichtung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

Kühleinrichtung und verfahren zu deren betrieb

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EP3774101A1
EP3774101A1 EP19716140.9A EP19716140A EP3774101A1 EP 3774101 A1 EP3774101 A1 EP 3774101A1 EP 19716140 A EP19716140 A EP 19716140A EP 3774101 A1 EP3774101 A1 EP 3774101A1
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EP
European Patent Office
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cooling
group
cooling device
metallic material
iii
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EP19716140.9A
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August Sprock
Christoph Hassel
Ulrich Cramer
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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    • C21D2221/00Treating localised areas of an article

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 and a method for its operation.
  • Such cooling devices with a plurality of parallel cooling bars for applying a coolant to a metallic material are well known in the art, such.
  • the said European patent discloses a cooling device with a plurality of cooling bars, which extend in the transport direction or longitudinal direction of the metallic material to be cooled. At the same time, however, a plurality of these cooling bars are arranged in the width direction of the metallic material. Each cooling bar can be acted upon individually with a volume flow of a coolant. In this way, different distributions of the volume flow of coolant over the width of the metallic material to be cooled can be realized.
  • the published patent application DE 198 54 675 A1 discloses a cooling device with a plurality of cooling bars, which each extend transversely to the longitudinal direction of the metallic material to be cooled and are arranged in parallel. Each chilled beam carries distributed over its length, ie distributed over the width of the metallic material, a plurality of admission tubes or nozzles, which in turn can be individually controlled with respect to the applied coolant volume flow. In this way, a very individual distribution of the coolant volume flow over the metallic material to be cooled can likewise be realized.
  • European patent EP 2 986 400 B1 discloses a cooling device with all the features of the preamble of claim 1.
  • the cooling device disclosed therein comprises at least one cooling beam for applying a coolant to a metallic material, each cooling beam having at least one left, a middle and a right loading area aut Vietnamese.
  • the loading regions are adjacent in pairs in the longitudinal direction of the cooling beam and formed differently in their surface and / or contour. Specifically, in the patent all three areas are triangular shaped.
  • Each Beaufschlagungs Scheme own pumps and valves are assigned to control or adjusting the coolant flow rate in the individual Beauftschungs Symposiumen.
  • the known cooling devices allow a limited adjustment of the distribution of the coolant volume flow over the width of the rolling stock; however, the setting options for the distributions are limited. Thus, with these limited adjustment options, it is not always possible to adequately respond to strips or sheets with different widths and to apply a specific coolant quantity distribution over the bandwidth in accordance with the bandwidth.
  • With the same amount of coolant distribution in the chilled beams within a group of chilled beams very narrow metallic goods are hardly masked, while the masking of wide metallic goods is far too deep.
  • a similarity of loading areas in the cooling bars of a group in combination with a row-shaped arrangement of outlet openings for the coolant in the cooling beam inevitably leads to a step-shaped coolant loading over the width of the rolling stock. As a result, there is a risk of strip-like cooling of the metallic material.
  • the invention has the object of developing a known cooling device, a known method for their operation and a known rolling arrangement with such a cooling device to the effect that the Options for adjusting certain distributions of the coolant over the width of the metallic material can be improved.
  • the cooling device is characterized in that the first loading area of the first cooling bar is formed differently in its contour and / or area than the first loading area of the adjacent second cooling bar in the same group.
  • area means area
  • group in the present description means a plurality of cooling bars arranged in parallel, the number of cooling bars per group being determined by the ultimately desired or predetermined distribution of the coolant over the rolling stock. The more members or chilled beams one Assigned group, the finer or more precise can be realized a desired coolant distribution.
  • adjacent pairs means that of the at least three provided admission areas per cooling beam, not all three admission areas are adjacent to one another at the same time.
  • the loading regions are typically arranged one behind the other in the longitudinal direction of each of the cooling bars, so that typically only two, that is to say a pair of loading areas, are always adjacent
  • left, center and right refer to the representation of the loading areas in the figures. In a real arbitrary arrangement of the chilled beams in the room, these terms are suitable to change.
  • first and second chilled bars are merely for physical distinction of the chilled beams; they do not denote the order or ranking of the chilled beams within the group.
  • the second cooling bar are arranged and designed so that they both spray despite their diversity substantially a same or common first width portion of the goods with coolant.
  • the first loading area of the first cooling bar and the first loading area of the second cooling bar are the same or similar in the sense of the present description.
  • boundary between two adjacent application areas of a cooling bar is marked in each case by a borderline.
  • the boundary line must by no means run straight, but can also be curved or stepped between individual admission tubes or nozzles of the respective
  • Cooling device the different configuration between the same Beauftschungs Schemee at two adjacent chilled beam of the same group can be achieved in that the boundary line in the two to be compared cooling bars either at different angles a relative to the longitudinal axis of the respective chilled beam inclined and / or that the boundary lines along the longitudinal axis the cooling bars are positioned differently in the x-direction, ie are shifted in the x-direction relative to each other. Both alternatives actually increase the possibility of setting a desired distribution of the coolant over the width of the metallic material.
  • the above object of the invention is further achieved by a rolling mill with at least one roll stand for rolling the metallic material and with a roll stand typically downstream cooling device according to the present invention.
  • a first group of cooling bars according to the invention may be arranged for applying the coolant to the upper side of the metallic material and at least one second group of cooling bars may be provided for applying the coolant to the underside of the metallic material.
  • the above-mentioned object of the invention is also achieved by a method for operating the cooling device according to the invention.
  • the pressure or the volume flow of the coolant in the individual areas of action of at least one cooling bar within the group is respectively set as a function of at least one of the following parameters of the rolling stock: width of the metallic material, temperature distribution of the rolling stock to be cooled over its width and / or its chemical composition. Said parameters can be measured or calculated at the input or output of the cooling device, whichever is called a pilot control or a control.
  • FIG. 1 shows a cooling device according to the invention with a group of example five cooling beams, wherein the loading areas of the
  • Cooling bar are formed in the form of a first pattern or a first embodiment
  • Figure 2 shows a second pattern or embodiment of the arrangement of
  • Figure 3 shows a third pattern or embodiment of the arrangement of
  • Figure 4 shows an example of the distribution of the volume flow of the coolant over the width of the metallic material according to the present invention.
  • FIG. 5 variants of the distribution according to FIG. 4 by variation of the
  • FIG. 1 shows a cooling device 100 for cooling a metallic material 200, in particular a metal strip.
  • the coolant is pumped by means of pumps 160 and valves 130 from a tank into the cooling bars 110.
  • Each chilled beam 110-n is divided in its longitudinal direction into at least a left, a middle and a right loading area I, II, III with respective loading tubes or nozzles 150.
  • Each admission area I, II, III of a cooling bar is assigned its own valve 130, so that the individual areas can be acted upon individually with a pressure or volume flow of the coolant.
  • all left admission areas I are connected by way of example to the same valve 130-1 and are connected in parallel.
  • all right-hand application areas III are connected to a third valve 130-111.
  • each valve area can also be assigned to each admission area of each cooling bar.
  • each valve area can also be assigned to each admission area of each cooling bar.
  • all sub cases are conceivable, in which case the individual identical admission areas are only partially connected in parallel.
  • the loading regions I, II, III of the cooling bars 110-1... -5 each differ in the size of their surface, that is to say with respect to their surface area.
  • the area of the trapezoidal middle loading area II from the chilled beam 110-1 to the chilled beam 110-5 becomes larger and larger, while at the same time the areas of the left and right loading areas I, III are successively smaller and smaller. This is due to the fact that the entire spray area of each individual cooling bar always remains the same even when the boundary lines 140 are displaced. Furthermore, it can be seen that in the case of the cooling bars 110-1..., All loading areas are always trapezoidal, while in the fifth cooling bars 110-5, the two outer loading areas I and III are each triangular in shape and only the central cooling area II is trapezoidal is trained.
  • Each of the chilled beams has at least one, but typically a plurality of admission tubes or nozzles 150 in each admission area, and these admission tubes or nozzles can also be formed only in the form of simple openings in the chilled beam.
  • the cooling bars 110-n extend with their longitudinal axis transversely to the transport direction T of
  • the individual cooling bars 110 of a group G may, in principle, at least partially also have a different number of loading areas.
  • a group G of cooling bars 110-n is defined by a desired distribution of the coolant 300 over the width of the metallic material 200.
  • the desired distribution function results from superimposing the individual distribution functions of the individual cooling bars within the group G.
  • the more cooling bars with differently formed application areas I, II, III are combined in a group the more accurately a desired overall distribution function for the coolant can be realized.
  • a technically preferred fine parabolic loading of the metallic material 200 with coolant 300 can then be realized.
  • Figure 2 shows a second embodiment of the design of the Beauftschungs Schemee, which differ in each case in their surface area and in its contour of the cooling beam to the cooling beam.
  • the two outer, ie the left and the right loading area I, III are each triangular in shape and the central area each formed trapezoidal.
  • the different design in area and contour is realized in the second embodiment, characterized in that the boundary lines 140 are inclined from chilled beam to chilled beam respectively different from the longitudinal direction of the chilled beam.
  • the inclination angles a1... A5 become larger and larger from the first cooling beam 110-1 to the last cooling beam 110-5 of the group G.
  • the trapezoidal middle loading areas are always increased, while the respective outer loading areas I and III are proportionally reduced.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the configuration of the admission areas I, II and III in the case of a group G of five cooling bars. In the third example, the diversity of the individual
  • FIG. 4 shows, by way of example, a distribution function of the average volume flow of the coolant 300 over the width of the metallic material 200.
  • the distribution function shown is an example of this, as with the combination of a plurality of cooling bars 110-1
  • FIG. 5 initially shows the same distribution function as in FIG. 4, see FIG. 5 the mean function. Furthermore, FIG. 5 shows a function which is more curved or weakened in comparison to the mean function in the edge regions; This is achieved by reducing the amount of water in the peripheral zones. Finally, a differently modified distribution function can be recognized above the function of FIG. 4; This is realized by a corresponding increase in the amount of water in the peripheral zones. It is particularly advantageous if not all identical edge zones within a group are connected in parallel with regard to the coolant admission, ie are acted upon with the same volume flow or the same pressure for the coolant, but if these adjustment parameters by individually provided for the individual Beaufschlagungs Symposium Editions, etc.
  • Figure 5 shows the possibilities of using different Beauftschungs Schemee in the chilled beam of a group with simultaneous variation of the amounts of coolant or the pressure of the coolant in the individual Beauftschungs Schemeen a group.
  • the cooling device 100 is typically connected downstream of the last stand of a rolling mill. At least one first group G of cooling bars 110 is arranged in the cooling device for applying the coolant to the upper side of the metallic material and / or at least one second group is arranged for applying the coolant to the underside of the metallic material.
  • the pressure or the volume flow of the coolant 300 in the individual admission areas I, II and III of at least one cooling bar 110 within the group G can each be set as a function of at least one of the following parameters: the width of the metallic material, the temperature distribution of the metal to be cooled Good about its width or depending on the chemical composition or the material or the material properties of the metallic material. These mentioned parameters can be measured and / or calculated either at the input and / or at the output of the cooling device. If it is detected at the entrance of the cooling device, it is called a feedforward control; if the detection of the parameters takes place at the outlet of the cooling device, then it may be a regulation.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere Metallbandes und ein Verfahren zum Betrieb der Kühleinrichtung. Derartige Kühleinrichtungen mit einer Mehrzahl von gruppenweise parallel angeordneten Kühlbalken (110-n) zum Aufbringen eines Kühlmittels (300) auf das metallische Gut (200) sind im Stand der Technik bekannt. Bekannt ist auch, dass die einzelnen Kühlbalken in ihrer Längsrichtung beispielsweise mindestens zwei unterschiedliche Beaufschlagungsbereiche I, II aufweisen, die über eine Steuereinrichtung (120) mit Ventilen (130) individuell ansteuerbar sind. Um eine gewünschte Verteilungsfunktion des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes möglichst genau einstellen zu können, sieht die erfindungsgemäße Kühleinrichtung vor, das gleichartige Beaufschlagungsbereiche bei mindestens zwei Kühlbalken (110-1, 110-2) innerhalb einer Gruppe G bezüglich ihrer Kontur und/oder bezüglich ihres Flächeninhaltes jeweils anders ausgebildet

Description

Kühleinrichtung und Verfahren zu deren Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere eines Metallbandes sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.
Derartige Kühleinrichtungen mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein metallisches Gut sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so z. B. aus der europäischen Patentschrift EP 0 081 132 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 54 675 A1.
So offenbart die besagte europäische Patentschrift eine Kühlvorrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlbalken, welche sich in Transportrichtung bzw. Längsrichtung des zu kühlenden metallischen Gutes erstrecken. Gleichzeitig sind jedoch eine Mehrzahl dieser Kühlbalken in Breitenrichtung des metallischen Gutes angeordnet. Jeder Kühlbalken ist individuell mit einem Volumenstrom eines Kühlmittels beaufschlagbar. Auf diese Weise sind unterschiedliche Verteilungen des Volumenstroms an Kühlmittel über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes realisierbar.
Die Offenlegungsschrift DE 198 54 675 A1 offenbart eine Kühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlbalken, welche sich jeweils quer zur Längsrichtung des zu kühlenden metallischen Gutes erstrecken und parallel angeordnet sind. Jeder Kühlbalken trägt über seine Länge verteilt, d. h. über die Breite des metallischen Gutes verteilt, eine Mehrzahl von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen, welche jeweils wiederum individuell bezüglich des aufzubringenden Kühlmittel- Volumenstromes angesteuert werden können. Auf diese Weise lässt sich gleichfalls eine sehr individuelle Verteilung des Kühlmittel-Volumenstromes über dem zu kühlenden metallische Gut realisieren. Schließlich offenbart die europäische Patentschrift EP 2 986 400 B1 eine Kühleinrichtung mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Konkret weist die dort offenbarte Kühleinrichtung mindestens einen Kühlbalken auf zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein metallisches Gut, wobei jeder Kühlbalken in seiner Längsrichtung mindestens einen linken, einen mittleren und einen rechten Beaufschlagungsbereich autweist. Die Beaufschlagungsbereiche sind in Längsrichtung des Kühlbalken paarweise benachbart und in ihrer Fläche und / oder Kontur unterschiedlich ausgebildet. Konkret sind in der Patentschrift alle drei Bereiche dreiecksförmig ausgebildet. Jedem Beaufschlagungsbereich sind eigene Pumpen und Ventile zugeordnet zum Steuern bzw. Einstellen des Kühlmittel-Volumenstromes in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen.
Die bekannten Kühleinrichtungen ermöglichen zwar eine begrenzte Einstellung der Verteilung des Kühlmittel-Volumenstromes über der Breite des Walzgutes; jedoch sind die Einstellmöglichkeiten für die Verteilungen begrenzt. So ist es mit diesen begrenzten Einstellmöglichkeiten nicht immer möglich, adäquat auf Bänder bzw. Bleche mit verschiedener Breite zu reagieren und entsprechend der Bandbreite eine bestimmte Kühlmittel-Mengenverteilung über der Bandbreite aufzubringen. Bei einer gleichen Kühlmittel-Mengenverteilung bei den Kühlbalken innerhalb einer Gruppe von Kühlbalken werden sehr schmale metallische Güter kaum maskiert, während die Maskierung breiter metallischer Güter viel zu tief erfolgt. Weiterhin führt eine Gleichartigkeit von Beaufschlagungsbereichen bei den Kühlbalken einer Gruppe in Kombination mit einer reihenförmigen Anordnung von Auslassöffnungen für das Kühlmittel in dem Kühlbalken zwangsläufig zu einer stufenförmigen Kühlmittelbeaufschlagung über der Breite des Walzgutes. Hierdurch besteht die Gefahr einer streifenförmigen Abkühlung des metallischen Gutes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung, ein bekanntes Verfahren zu deren Betrieb sowie eine bekannte Walzanordnung mit einer derartigen Kühleinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Möglichkeiten zur Einstellung bestimmter Verteilungen des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes verbessert werden.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demnach ist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der erste Beaufschlagungsbereich des benachbarten zweiten Kühlbalkens in derselben Gruppe.
Durch die beanspruchte unterschiedliche Ausgestaltung gleicher Beaufschlagungsbereiche bei benachbarten Kühlbalken innerhalb einer Gruppe kann vorzugsweise in Kombination mit der zusätzlich beanspruchten individuellen Möglichkeit zur Einstellung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels in jedem Beaufschlagungsbereich eine nahezu beliebige Verteilung des Kühlmittels über der Breite des Walzgutes realisiert werden. Durch die Zuordnung mehrerer paralleler Kühlbalken mit individuellen Beaufschlagungsbereichen und vorzugsweise zusätzlich individueller Kühlmittelbeaufschlagung pro Beaufschlagungsbereich zu einer Gruppe, lassen sich insbesondere technisch bevorzugte parabolische Verteilungen des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes realisieren. Individueller Druck bzw. Volumenstrom in jedem Beaufschlagungsbereich schließt gleichen Druck bzw. Volumenstrom in verschiedenen Beaufschlagungsbereichen nicht aus.
Der Begriff„Fläche“ meint Flächeninhalt.
Der Begriff „Gruppe“ meint in der vorliegenden Beschreibung eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken, wobei die Anzahl der Kühlbalken pro Gruppe durch die letztendlich gewünschte bzw. vorbestimmte Verteilung des Kühlmittels über dem Walzgut bestimmt wird. Je mehr Mitglieder bzw. Kühlbalken einer Gruppe zugeordnet werden, desto feiner bzw. präziser kann eine gewünschte Kühlmittelverteilung realisiert werden.
Der Begriff „paarweise benachbart“ meint, dass von den mindestens drei vorgesehenen Beaufschlagungsbereichen pro Kühlbalken nicht alle drei Beaufschlagungsbereiche gleichzeitig untereinander benachbart sind. Die Beaufschlagungsbereiche sind typischerweise bei jedem der Kühlbalken in Längsrichtung hintereinander angeordnet, so dass typischerweise immer nur jeweils zwei, also ein Paar von Beaufschlagungsbereichen benachbart sind
Die Begriffe „links, mittig und rechts“ beziehen sich auf die Darstellung der Beaufschlagungsbereiche in den Figuren. Bei einer realen beliebigen Anordnung der Kühlbalken im Raum sind diese Bezeichnungen geeignet zu ändern. Die Begriffe„erster“ und „zweiter“ Kühlbalken dienen lediglich zur körperlichen Unterscheidung der Kühlbalken; sie bezeichnen nicht die Reihenfolge oder Rangordnung der Kühlbalken innerhalb der Gruppe.
Der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens und der erste
Beaufschlagungsbereich des zweiten Kühlbalkens sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie beide trotz ihrer Unterschiedlichkeit im Wesentlichen einen gleichen bzw. gemeinsamen ersten Breitenabschnitt des Gutes mit Kühlmittel besprühen. In diesem Sinne sind der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens und der erste Beaufschlagungsbereich des zweiten Kühlbalkens gleich oder gleichartig im Sinne der vorliegenden Beschreibung.
Analog gilt diese Aussage auch für alle weiteren Beaufschlagungsbereiche und alle weiteren Breitenabschnitte. Der erste und weitere Breitenabschnitte sind voneinander zu unterscheiden. Von dem Begriff„gleiche Beaufschlagungsbereiche“ sind Mischkombinationen von Beaufschlagungsbereichen, welche bei verschiedenen Kühlbalken jeweils andere Breitenbereiche des Gutes besprühen, zum Beispiel erster und dritter, oder zweiter und dritter Beaufschlagungsbereich bei verschiedenen Kühlbalken, ausgeschlossen.
Die Grenze zwischen zwei benachbarten Beaufschlagungsbereichen eines Kühlbalkens wird jeweils durch eine Grenzlinie markiert. Die Grenzlinie muss keineswegs gradlinig verlaufen, sondern kann auch gekrümmt oder stufenförmig zwischen einzelnen Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen des jeweiligen
Kühlbalkens verlaufen. Wenn in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt ist, dass die Grenzlinie mit einem Winkel a gegenüber der Längsachse des jeweiligen Kühlbalkens geneigt ist, dann wird eine reale oder virtuelle grade Grenzlinie vorausgesetzt. Wenn die Grenzlinie tatsächlich nicht grade, sondern stufenförmig oder wellenförmig ausgebildet ist, wird für die Definition des Winkels a eine virtuelle grade Grenzlinie durch die tatsächlich ungerade Grenzlinie vorausgesetzt. Die virtuelle grade Grenzlinie dient dann als Repräsentanz bzw. Mittellinie durch die tatsächlich ungerade Grenzlinie. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Kühleinrichtung kann die unterschiedliche Ausgestaltung zwischen den gleichen Beaufschlagungsbereichen bei zwei benachbarten Kühlbalken derselben Gruppe dadurch erreicht werden, dass die Grenzlinie bei den beiden zu vergleichenden Kühlbalken entweder mit unterschiedlichen Winkeln a gegenüber der Längsachse der jeweiligen Kühlbalken geneigt sind und / oder dass die Grenzlinien entlang der Längsachse der Kühlbalken in x-Richtung unterschiedlich positioniert sind, d. h. in x-Richtung relativ zueinander verschoben sind. Beide Alternativen bewirken tatsächlich eine Erweiterung der Möglichkeit zur Einstellung einer gewünschten Verteilung des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes. Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Walzanlage mit mindestens einem Walzgerüst zum Walzen des metallischen Gutes und mit einer dem Walzgerüst typischerweise nachgeschalteten Kühleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst. Dabei kann eine erste erfindungsgemäße Gruppe von Kühlbalken angeordnet sein zum Beaufschlagen der Oberseite des metallischen Gutes mit dem Kühlmittel und es kann mindestens eine zweite Gruppe von Kühlbalken vorgesehen sein zum Beaufschlagen der Unterseite des metallischen Gutes mit dem Kühlmittel. Schließlich wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung auch durch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung gelöst. Gemäß diesem Verfahren wird der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen mindestens eines Kühlbalkens innerhalb der Gruppe jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter des Walzgutes eingestellt: Breite des metallischen Gutes, Temperaturverteilung des zu kühlenden Walzgutes über seiner Breite und / oder dessen chemische Zusammensetzung. Die besagten Parameter können am Eingang oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen oder berechnet werden, je nach dem spricht man von einer Vorsteuerung oder von einer Regelung.
Die Vorteile der beanspruchten Walzanlage und des beanspruchten Verfahrens entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Kühleinrichtung genannten Vorteilen. Schließlich ist es auch möglich, die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels über die Länge der einzelnen Kühlbalken während des Durchlaufs des metallischen Gutes durch die Kühleinrichtung in Abhängigkeit der Parameter individuell zu verändern. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Beschreibung sind fünf Figuren beigefügt, wobei
Figur 1 eine Kühleinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Gruppe von beispielhaft fünf Kühlbalken, wobei die Beaufschlagungsbereiche der
Kühlbalken in Form eines ersten Musters bzw. eines ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet sind;
Figur 2 ein zweites Muster bzw. Ausführungsbeispiel für die Anordnung der
Beaufschlagungsbereiche innerhalb der Gruppe;
Figur 3 ein drittes Muster bzw. Ausführungsbeispiel für die Anordnung der
Beaufschlagungsbereiche innerhalb der Gruppe; Figur 4 ein Beispiel für die Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Figur 5 Varianten der Verteilung gemäß Figur 4 durch Variation des
Volumenstromes des Kühlmittels in den Randbereichen des metallischen Gutes zeigt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Ausführungsbeispielen sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt eine Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200, insbesondere eines Metallbandes. Die Kühleinrichtung besteht aus einer Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken 110-n mit n = hier beispielhaft N = 5 zum Aufbringen eines Kühlmittels 300 auf das metallische Gut 200. Das Kühlmittel wird mit Hilfe von Pumpen 160 und Ventilen 130 aus einem Tank in die Kühlbalken 110 gepumpt. Jeder Kühlbalken 110-n ist in seiner Längsrichtung in mindestens einen linken, einen mittleren und einen rechten Beaufschlagungsbereich I, II, III mit jeweiligen Beaufschlagungsröhrchen oder - düsen 150 unterteilt. Dabei sind jeweils zwei Beaufschlagungsbereiche benachbart, weshalb die Beschreibung auch von paarweise benachbart spricht. Jedem Beaufschlagungsbereich I, II, III eines Kühlbalkens ist ein eigenes Ventil 130 zugeordnet, so dass die einzelnen Bereiche individuell mit einem Druck oder Volumenstrom des Kühlmittels beaufschlagt werden können. In Figur 1 sind alle linken Beaufschlagungsbereiche I beispielhaft an dasselbe Ventil 130-1 angeschlossen und insofern parallel geschaltet. Gleichermaßen sind alle mittleren Beaufschlagungsbereiche II der Kühlbalken 110-n mit N = 1 - 5 an dasselbe Ventil 130-11 angeschlossen und somit ebenfalls parallel geschaltet. Analog sind alle rechten Beaufschlagungsbereiche III an ein drittes Ventil 130-111 geschaltet.
In einer detaillierteren Variante sind die jeweils gleichartigen Beaufschlagungsbereiche I, II, III bezüglich der Kühlmittelversorgung nicht jeweils parallel geschaltet, sondern alternativ kann auch jedem Beaufschlagungsbereich jedes Kühlbalkens ein eigenes Ventil zugeordnet sein. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, wo die Gruppe G fünf Kühlbalken 110-1 ... -5 mit jeweils drei Beaufschlagungsbereichen aufweist, wären dann beispielsweise 3*5 = 15 Regelventile für diese Gruppe vorzusehen. Grundsätzlich sind auch alle Unterfälle denkbar, wobei dann die einzelnen gleichartigen Beaufschlagungsbereiche jeweils nur teilweise parallel geschaltet sind.
Auf diese Weise sind insbesondere die Drücke oder die Volumenströme des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II, III zumindest gruppenweise, hier für die eine gezeichnete Gruppe G individuell einstellbar. Alle Ventile 130 und alle Pumpen 160 sind an eine Steuereinrichtung 120 angeschlossen und werden von dieser Steuereinrichtung individuell angesteuert.
Bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Beaufschlagungsbereiche I, II, III der Kühlbalken 110-1 ... -5 jeweils in der Größe ihrer Fläche, also bezüglich ihres Flächeninhaltes. Konkret ist zu erkennen, dass die Grenzlinien 140-n mit n = 1 ... -5 bei den einzelnen Kühlbalken in Längsrichtung der Kühlbalken jeweils unterschiedlich positioniert sind. Die Steigungen aller Grenzlinien 140 in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwar alle gleich, deshalb sind auch die Winkel a1 und a2 überall gleich, allerdings sind die Ansatzpunkte xn, xn‘ mit x = 1 ... 5, hier beispielhaft bei allen Kühlbalken 110-1 ....-5 der Gruppe G jeweils unterschiedlich. Konkret wird dadurch die Fläche des trapezförmigen mittleren Beaufschlagungsbereiches II von dem Kühlbalken 110-1 zu dem Kühlbalken 110-5 immer größer, während gleichzeitig die Flächen der linken und rechten Beaufschlagungsbereiche I, III sukzessive immer kleiner werden. Dies liegt darin begründet, dass die gesamte Spritzfläche jedes einzelnen Kühlbalkens auch bei einer Verschiebung der Grenzlinien 140 stets gleich bleibt. Weiterhin ist zu erkennen, dass bei den Kühlbalken 110-1.... -4 sämtliche Beaufschlagungsbereiche stets trapezförmig ausgebildet sind, während bei dem fünften Kühlbalken 110-5 die beiden äußeren Beaufschlagungsbereiche I und III jeweils dreiecksförmig sind und nur der mittlere Kühlbereich II trapezförmig ausgebildet ist.
Jeder der Kühlbalken weist in jedem Beaufschlagungsbereich mindestens eine, typischerweise jedoch eine Mehrzahl von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen 150 auf, wobei diese Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen auch nur in Form von einfachen Öffnungen in dem Kühlbalken ausgebildet sein können. Die Kühlbalken 110-n erstrecken sich mit ihrer Längsachse quer zur Transportrichtung T des
Walzgutes 200. Anders als in Figur 1 gezeigt, können die einzelnen Kühlbalken 110 einer Gruppe G grundsätzlich zumindest teilweise auch eine unterschiedliche Anzahl von Beaufschlagungsbereichen aufweisen.
Eine Gruppe G von Kühlbalken 110-n definiert sich über eine gewünschte Verteilung des Kühlmittels 300 über der Breite des metallischen Gutes 200. Die gewünschte Verteilungsfunktion ergibt sich durch Überlagerung der einzelnen Verteilungsfunktionen der einzelnen Kühlbalken innerhalb der Gruppe G. Je mehr Kühlbalken mit unterschiedlich ausgebildeten Beaufschlagungsbereichen I, II, III in einer Gruppe zusammengeschlossen sind, desto genauer kann eine gewünschte Gesamtverteilungsfunktion für das Kühlmittel realisiert werden. Insbesondere lässt sich dann eine technisch bevorzugte feine parabolische Beaufschlagung des metallischen Gutes 200 mit Kühlmittel 300 realisieren.
Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Gestaltung der Beaufschlagungsbereiche, die sich jeweils in ihrem Flächeninhalt und in ihrer Kontur von Kühlbalken zu Kühlbalken unterscheiden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden äußeren, d. h. der linke und der rechte Beaufschlagungsbereich I, III jeweils dreiecksförmig und der mittlere Bereich jeweils trapezförmig ausgebildet. Die unterschiedliche Ausbildung in Fläche und Kontur wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die Grenzlinien 140 von Kühlbalken zu Kühlbalken jeweils unterschiedlich gegenüber der Längsrichtung der Kühlbalken geneigt sind. Die Neigungswinkel a1 ...-a5 werden von dem ersten Kühlbalken 110-1 bis hin zu dem letzten Kühlbalken 110-5 der Gruppe G immer größer. Dadurch werden die trapezförmigen mittleren Beaufschlagungsbereiche stets vergrößert, während die jeweiligen äußeren Beaufschlagungsbereiche I und III proportional verkleinert werden. Bei dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel beginnen die Grenzlinien 140 jeweils in der linken unteren Ecke und in der rechten unteren Ecke. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen Beaufschlagungsbereiche bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich durch eine Änderung des Winkels a der Grenzlinien gegenüber der Längsachse der Kühlbalken, jedoch ohne dass die Grenzlinien 140 entlang der x-Achse unterschiedlich positioniert wären. Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung der Beaufschlagungsbereiche I, II und III bei einer Gruppe G von fünf Kühlbalken. Bei dem dritten Beispiel wird die Unterschiedlichkeit der einzelnen
Beaufschlagungsbereiche von Kühlbalken zu Kühlbalken dadurch realisiert, dass sowohl die Neigungswinkel a1 ...-a5 gegenüber der Längsachse der Kühlbalken wie auch die Positionen x1...-x5 der Grenzlinien entlang der x-Achse bzw. der Längsachse der Kühlbalken von Kühlbalken 110-1 bis hin zu Kühlbalken 110-5 jeweils variiert werden.
Figur 4 zeigt beispielhaft eine Verteilungsfunktion des durchschnittlichen Volumenstroms des Kühlmittels 300 über der Breite des metallischen Gutes 200. Die dargestellte Verteilungsfunktion ist ein Beispiel dafür, wie mit der Kombination einer Mehrzahl von Kühlbalken 110-1 ...-5 mit jeweils unterschiedlichen
Beaufschlagungsbereichen I, II, III innerhalb einer Gruppe G, wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, insbesondere eine stetige parabolische Verteilung über der Breite des metallischen Gutes realisierbar ist. Die Betonung liegt hier auf dem Wort „stetig“. D. h., dass die Übergänge zwischen einzelnen Geradenabschnitten der Verteilungsfunktion keine Sprünge aufweisen, sondern stattdessen relativ glatt verlaufen. Die Übergänge können umso glatter gestaltet werden, je mehr Kühlbalken in der Gruppe sind und je mehr sich die Beaufschlagungsbereiche innerhalb einer Gruppe überlagern. Abweichend von der in Figur 4 gezeigten symmetrischen Verteilung ist auch eine asymmetrische Einstellung der linken und rechten Seite möglich.
Figur 5 zeigt zunächst dieselbe Verteilungsfunktion wie in Figur 4, siehe in Figur 5 die mittlere Funktion. Weiterhin zeigt Figur 5 eine gegenüber der mittleren Funktion in den Randbereichen stärker gekrümmte bzw. abgeschwächte Funktion; diese wird durch eine Reduzierung der Wassermengen in den Randzonen realisiert. Schließlich ist oberhalb der Funktion aus Figur 4 eine anders abgewandelte Verteilungsfunktion zu erkennen; diese wird durch eine entsprechende Erhöhung der Wassermengen in den Randzonen realisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei nicht alle gleichartigen Randzonen innerhalb einer Gruppe bezüglich der Kühlmittelbeaufschlagung parallel geschaltet sind, d. h. mit dem gleichen Volumenstrom oder dem gleichen Druck für das Kühlmittel beaufschlagt werden, sondern wenn diese Einstellparameter durch individuell für die einzelnen Beaufschlagungsbereiche vorgesehene Regelventile pro Kühlbalken einstellbar sind.
Insgesamt zeigt Figur 5 die Möglichkeiten, bei Nutzung unterschiedlicher Beaufschlagungsbereiche in den Kühlbalken einer Gruppe bei gleichzeitiger Variation der Kühlmittelmengen bzw. des Druckes des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen einer Gruppe.
Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 ist typischerweise dem letzten Walzgerüst einer Walzanlage nachgeschaltet. In der Kühleinrichtung ist mindestens eine erste Gruppe G von Kühlbalken 1 10 angeordnet zum Aufbringen des Kühlmittels auf die Oberseite des metallischen Gutes und/oder es ist mindestens eine zweite Gruppe angeordnet zum Aufbringen des Kühlmittels auf die Unterseite des metallischen Gutes.
Der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels 300 in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II und III mindestens eines Kühlbalkens 110 innerhalb der Gruppe G kann jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter eingestellt werden: Der Breite des metallischen Gutes, der Temperaturverteilung des zu kühlenden metallischen Gutes über seine Breite oder in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung bzw. des Materials oder der Materialeigenschaften des metallischen Gutes. Diese genannten Parameter können entweder am Eingang und/oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen und/oder berechnet werden. Erfolgt ihre Erfassung am Eingang der Kühleinrichtung, so spricht man von einer Vorsteuerung; erfolgt die Erfassung der Parameter am Ausgang der Kühleinrichtung, so kann es sich um eine Regelung handeln.
Während die beispielhaft in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Gestaltung der einzelnen Beaufschlagungsbereiche I, II und III bei jeder erfindungsgemäßen Kühleinrichtung jeweils fest vorgegeben ist, kann die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels 300 über der Länge des Kühlbalkens 100 bzw. in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II und III während des Durchlaufs des metallischen Gutes 200 durch die Kühleinrichtung 100 in Abhängigkeit der oben genannten Parameter geändert werden.
Bezugszeichenliste
100 Kühleinrichtung
110-n Kühlbalken
110-1 erster Kühlbalken
110-2 zweiter Kühlbalken
120 Steuereinrichtung
130 Ventile
140 Grenzlinie zwischen zwei benachbarten Kühlbalken eines
Kühlbalkens
150 Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen
200 metallisches Gut, insbesondere Walzgut
300 Kühlmittel G Gruppe
T Transportrichtung des Walzgutes
X Längsrichtung
I linker Beaufschlagungsbereich
mittlerer Beaufschlagungsbereich
rechter Beaufschlagungsbereich
a Winkel

Claims

Patentansprüche:
1. Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes (200),
insbesondere eines Metallbandes, aufweisend:
mindestens eine Gruppe (G) mit mindestens einem ersten und einem parallel angeordneten zweiten Kühlbalken (100-n) zum Aufbringen eines Kühlmittels (300) auf das metallische Gut (200),
wobei jeder Kühlbalken (110) mindestens einen ersten und einen zweiten Beaufschlagungsbereich (I, II) mit Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen (150) aufweist, welche in Längsrichtung (X) des Kühlbalkens hintereinander angeordnet sind; und
eine Steuereinrichtung (120) mit Ventilen (130) zum individuellen Einstellen des Druckes und/oder des Volumenstroms des Kühlmittels (300) in jedem der Beaufschlagungsbereiche (I, II, III);
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Beaufschlagungsbereich (I) des ersten Kühlbalkens (110-1 ) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der erste Beaufschlagungsbereich (I) des benachbarten zweiten Kühlbalkens (110-2) in derselben Gruppe (G).
2. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Grenzlinie (140-1 ) zwischen dem ersten und zweiten
Beaufschlagungsbereich (l-ll; ll-lll) des ersten Kühlbalkens (110-1 ) und die Grenzlinie (140-2) zwischen dem ersten und zweiten
Beaufschlagungsbereichen des zweiten Kühlbalkens mit unterschiedlichen Winkeln a gegenüber der Längsachse des jeweiligen Kühlbalkens geneigt sind; und/oder
dass die Grenzlinie (140-1 ) zwischen dem ersten und zweiten
Beaufschlagungsbereich (l-ll) des ersten Kühlbalkens (110-1 ) und die Grenzlinie (140-2) zwischen dem ersten und zweiten Beaufschlagungsbereich (l-ll) des zweiten Kühlbalkens (110-2) entlang der Längsachse (x) der Kühlbalken unterschiedlich positioniert (x1 , x2...) sind.
3. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass für den Winkel a gilt: -90°<a<90°; vorzugsweise -70°<a< 70° oder weiter vorzugsweise -30<a<+30°.
4. Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass jeder Kühlbalken neben dem ersten, beispielsweise linken
Beaufschlagungsbereich (I), und dem zweiten, beispielsweise mittleren Beaufschlagungsbereich (II) auch einen dritten, beispielsweise rechten Beaufschlagungsbereich (III) aufweist; und
dass der linke Beaufschlagungsbereich (I) des ersten Kühlbalkens (110-1 ) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der linke Beaufschlagungsbereich (I) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der Gruppe (G), und/oder
dass der mittlere Beaufschlagungsbereich (II) des ersten Kühlbalkens (110- 1 ) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der mittlere
Beaufschlagungsbereich (II) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der Gruppe (G), und/oder
dass der rechte Beaufschlagungsbereich (III) des ersten Kühlbalkens (110- 1 ) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der rechte Beaufschlagungsbereich (III) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der
Gruppe (G).
5. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der linke und der rechte Beaufschlagungsbereich (I, III) jeweils dreiecksförmig und der mittlere Beaufschlagungsbereich (II) trapezförmig ausgebildet sind.
6. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass der linke, der mittlere und der rechte Beaufschlagungsbereich jeweils trapezförmig ausgebildet sind.
7. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest einer der Kühlbalken der Gruppe mindestens zwei parallele
Reihen von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen (150) aufweist, wobei die Grenzlinie (140) zwischen den Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen verläuft.
8. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlbalken (110) einer Gruppe (G) quer zu ihrer Längsrichtung (X) jeweils unmittelbar benachbart sind. 9. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest zwei Kühlbalken (110) der Gruppe (G) eine gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl von Beaufschlagungsbereichen (I, II, III) aufweisen.
10. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die gleichen Beaufschlagungsbereiche (l-l, ll-ll, lll-lll) bei dem ersten und dem parallelen zweiten Kühlbalken (110-1 , 110-2) der Gruppe (G) an ein und dasselbe Ventil angeschlossen sind.
11.Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die linken und rechten Beaufschlagungsbereiche (I, II) bei dem ersten und dem parallelen zweiten Kühlbalken der Gruppe an ein und dasselbe Ventil (131 ) angeschlossen sind.
12. Walzanlage mit
mindestens einem Walzgerüst zum Walzen eines metallischen Gutes (200); und
einer dem Walzgerüst typischerweise nachgeschalteten Kühleinrichtung
(100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
wobei mindestens eine erste Gruppe (G) von Kühlbalken (110) angeordnet ist zum Spritzen des Kühlmittels (300) auf die Oberseite des metallischen Gutes (200) und mindestens eine zweite Gruppe von Kühlbalken
angeordnet ist zum Spritzen des Kühlmittels auf die Unterseite des metallischen Gutes.
13. Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung (100) nach einem der
Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels (300) in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen (I, II, III) mindestens eines
Kühlbalkens (110) innerhalb der Gruppe (G) jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter eingestellt wird: Breite des metallischen Gutes, Temperaturverteilung des zu kühlenden metallischen
Gutes über seiner Breite, chemische Zusammensetzung des metallischen Gutes.
14. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Zusammensetzung des metallischen Gutes chemisch analysiert wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Parameter am Eingang und/oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen und/oder berechnet werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels
(300) über der Länge der Kühlbalken (110) während des Durchlaufs des metallischen Gutes (200) durch die Kühleinrichtung (100) in Abhängigkeit der Parameter verändert wird.
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