JP2021519696A - 冷却装置及びこの冷却装置を作動するための方法 - Google Patents

冷却装置及びこの冷却装置を作動するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、金属製品を冷却するための冷却装置１００及びこの冷却装置の作動方法に関する。この冷却装置１００は、金属材料上に冷却剤を噴射するために、それぞれ少なくとも一つの噴射ノズル１３０を有する、二つ一組で隣接した噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを複数でＮ個持つ少なくとも一つの冷却ビーム１１０を有する。各々の噴射領域内に冷却剤３００の体積流を又は圧力を個別に調整するために、バルブ（１２０）が設けられている。バルブ１２０及び冷却剤の為のポンプは、制御装置１５０によって個別に制御される。金属材料への冷却剤の作用を改善するために、本発明による冷却装置の少なくとも一つの冷却ビームにおいて、冷却ビーム（１１０）の内部を少なくとも二つのチャンバに分割するための少なくとも一つの隔壁（１４０）が設けられており、それぞれの噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）が異なるチャンバの一つに割り当てられていることを企図する。隔壁は、冷却装置に進入する前における、金属材料のあらかじめ決定されている幅の部分の温度分布の推移に、少なくともほぼ応じて形成されており、及び隔壁が、幅の部分上の冷却ビームに配置されている。

Description

本発明は、金属材料を、特に金属ストリップを冷却するための冷却装置に関する。さらに、本発明は対応する冷却装置を作動するための方法に関する。
この種の冷却装置は、先行技術において、例えば、欧州特許第２１５５４１１号明細書及び欧州特許第２９８６４００号明細書から周知である。
欧州特許第２１５５４１１号明細書は、金属材料、特に圧延材料の幅にわたり温度分布の影響に対する冷却装置が開示されている。冷却装置は、金属材料に冷却剤を塗布するためのノズルを有する。その際、このノズルは、幅にわたって分布して配置されている。少なくとも一つのノズルは、金属材料の幅に関して、そのノズルの位置に調整可能である。これに関して、金属ストリップの幅にわたるの不均一な温度分布の影響は、限られた範囲で起こり得る。冷却ビーム（独語：Ｋｕｅｈｌｂａｌｋｅｎｓ）を個々の噴射領域に分割することは、この欧州特許第２１５５４１１号明細書からは知られていない。
しかし、冷却ビームを個々の噴射領域に細分化することは、例えば、欧州特許第２９８６４００号明細書から周知である。具体的には、開示された冷却装置が、冷却装置を通過する際の金属材料の搬送方向に対して横に延びる少なくとも一つの冷却ビームを有する。少なくとも一つの冷却ビームは、その長手方向に、即ち金属材料の搬送方向に対して横に見て、二つの外側の噴射領域及びこの二つの噴射領域の間に配置されている一つの中央の噴射領域を有する。各々の噴射領域には、特に個別に割り当てられている個別に制御可能なバルブを介して、冷却剤を供給することができる。その後、この冷却媒体は、各々噴射領域に割り当てられている噴射ノズルを介して、冷却されるべき金属材料に適応される。
欧州特許第２１５５４１１号明細書 欧州特許第２９８６４００号明細書
本発明は、金属材料への冷却剤の作用が改善されるように、公知の冷却装置及びその冷却装置の作動の為の公知の方法をさらに改良することを課題とする。
この課題は、請求項１の主旨によって解決される。それゆえ、本発明による冷却装置の少なくとも一つの冷却ビームの場合には、冷却ビームの内部を少なくとも二つのチャンバに分割するための少なくとも一つの隔壁が設けられており、それぞれの噴射領域が異なるチャンバの一つに割り当てられている。隔壁は、冷却装置に進入する前に、金属材料のあらかじめ決定されている幅の部分の温度分布の推移に、少なくともほぼ応じて形成されており、及び隔壁が、幅の部分上に冷却ビームに配置されている。
本願の請求項に記載の、隔壁による冷却ビーム内部の複数のチャンバへの分割、及び特に本願の請求項に記載の、冷却されるべき材料の幅にわたる温度分布の推移に対応する隔壁の特別な形状は、有利に、材料の特に効率的なかつ適切な冷却を可能とする。特に、本願の請求項に記載の隔壁の形状により、好ましくは隔壁によって分離するチャンバ内への異なる冷却剤の供給と関連し、冷却を、材料の幅にわたる実際の冷却要求に特に良く適合することができる。そのように、有利には、冷却されるべき材料の幅にわたる、一定の、漸減する又は漸進的な冷却ストラテジーを実現することができる。
第一の実施例によれば、本発明は、冷却ビーム内の隔壁を可変に位置決めするために、特に冷却ビームの長手方向に隔壁を移動するために、したがってそれぞれの冷却ビームのチャンバ及び噴射領域を変更するために、少なくとも一つの（同様の制御装置を制御可能な）制御要素を設ける。
特に、本願の請求項に記載の仕切り要素のこの可動性により、冷却ビームの長手方向に沿った冷却剤の体積流の減少又は増加の開始点を可変的に決定することができ、及び個々の場合で冷却要件に適合することができる。冷却装置に進入する金属材料の温度プロフィルに応じて、冷却されるべき材料の幅に関して、両側で対称的に、又は代替的に、冷却されるべき材料の片側のみの非対称的でも、開始時点の位置を調整することができる。
少なくとも一つの噴射領域が、噴射領域の面上で分布して配置されている、好ましくは平行な列に、冷却ビームの長手方向に並んで配置されている、複数個に噴射ノズルを有する際には、冷却するべき材料の幅にわたって、冷却剤塗布が、円弧状又は曲線状の分布も可能であるという利点を提供する。この冷却剤塗布は、相対的になめらかに延びる、即ち、個々の分布のセクションの間の移行領域にはあまり大きな変化若しくは不安定不均一な箇所がない。
冷却されるべき金属材料の中央に関して、冷却装置に進入する材料の温度プロフィルに応じて、噴射領域における噴射ノズルの配置及び又は数を対称的又は非対称的に選択することが有利である。その際、温度プロフィルはそれぞれ適切な方法で修正される。
有利には、一つの冷却ビームの場合に、少なくとも三つのチャンバが形成されている、即ち、左、中央及び右の噴射領域が形成されている。なぜなら、冷却されるべき材料の端部領域は、通常、冷却されるべき材料の中央領域ほど強い冷却は不要であるからである。
冷却装置は、平行に配置されている冷却ビームを複数個有し得る。これらの冷却ビームは、それぞれ、冷却されるべき材料の上に又は下に配置されている。いくつかの冷却ビームのこのようなグループ毎の組み合わせは、材料の幅にわたる冷却剤の分布が、より滑らかに、即ち、冷却剤の体積流に変化又は顕著な屈曲がないように、実現することができるという利点を提供する。
制御装置は、予制御の形態で形成され得るか、調節装置の形態で形成され得る。いずれの場合も、金属材料の幅にわたって、冷却剤のあらかじめ計算された目標分布を実現するために使用される。いずれの場合も、冷却されるべき材料の上で冷却剤のそれぞれ所望の目標分布を生成するために、バルブの適切な設定による冷却剤の体積流又は圧力、及び／又は隔壁を位置決めするためのアクチュエータを使用することができる。好ましくは、冷却されるべき材料の幅にわたる冷却剤の圧力又は体積流の目標分布が、冷却モデルで計算される。これは、予制御の形態での制御装置の設計の場合と、調整装置の形態でのその設計の場合の両方の場合で適用する。
さらに、本発明の上述の課題は、請求項１５に記載の本発明の方法によって解決される。この方法の利点は、本願の請求項に記載の装置に関し、上述した利点と対応する。
隔壁の移動は、冷却作動中に、又は冷却作動が行われていない時に行われ得る。
本発明による冷却装置の及びその作動のための本発明による方法のさらなる有利な構成は、従属請求項の主旨である。
この明細書は、合計５つの図が添付されている。
隔壁の形成のための本発明による冷却装置を第１の実施形態で示す。 隔壁の形成及び配置のための本発明による冷却装置を第２の実施形態で示す。 本発明による冷却モデルの一例を示す。 冷却装置に進入する材料の温度分布に応じて、冷却される材料の幅にわたる冷却剤の体積流のための様々な実施例を示す。 隔壁を可変に位置調整する冷却ビーム及び金属材料の幅にわたる冷却剤の体積分布に対する隔壁の移動の影響を示す。
以下では、本発明は上述の図面を参照し、実施例の形態で詳細に説明される。全ての図において、同一の技術的要素には同一の参照記号が付されている。
図１は、金属材料２００を冷却するための本発明による冷却装置１００を示す。金属材料２００は、材料流方向ｘで、又は材料の搬送方向Ｔで冷却装置１００を通過する。例えば図１によれば、冷却装置１００は、二つ一組で隣接する噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを複数（ここでは例えばＮ＝３）有する冷却ビーム１１０を含む。これらの噴射領域は、金属材料２００上に冷却剤を噴射するための、それぞれ少なくとも一つの噴射ノズル１３０を有する。図１には、それぞれの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩが、Ｘ方向及びＹ方向に分布して配置されている噴射ノズルを複数個有する。一例として、そして好ましくは、噴射ノズル１３０はそれぞれ、平行な列に、冷却ビーム１１０の長手方向Ｌに並んで配置されている。本発明によれば、冷却ビーム１１０の内部は、隔壁１４０によってチャンバを複数個に分割されている。隔壁は、冷却ビーム内に固定して又は可動に配置され得る。これらのチャンバの各々は、それぞれに噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの一つに割り当てられている。
更に、図１には、一例として、各々の噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ内に冷却剤の体積流を又は圧力を個別に調整するための三つのバルブ１２０を見て取ることができる。冷却剤３００は、ポンプ１６０によって冷却剤タンクからバルブ１２０を通って個々の噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに個別に供給される。最後に、ポンプ１６０を、及びバルブ１２０を個別に制御するための制御装置１５０が、設けられている。
一例として、図１には、冷却ビーム１１０を三つのチャンバに、又は三つの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに分割するための二つの隔壁１４０が設けられている。金属材料の中央Ｍに関して、三つの領域は対象的に形成されている。これは、特に、中央の噴射領域ＩＩに、噴射ノズルをそれぞれ同じ数で中央の左右に割り当てられていることを意味する。
更に、図１は、冷却装置へ進入する前、又は冷却ビーム１１０の下に進入する前の、材料の幅にわたる、典型的には温度決定装置によって測定される材料の温度分布を示す。本発明に従い、幅の部分ΔＹ１，ΔＹ２の隔壁は、同じ幅の部分ΔＹ１，ΔＹ２にわたる温度推移に対応して形成されている。
これとは異なり、図２は、個々のチャンバ及び噴射領域（ここでは５つの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ及びＶ）に、冷却ビーム１１０を分割するための第二の実施例を示す。従って、個々のチャンバ又は噴射領域に冷却剤３００を個別に供給するための五つのバルブ１２０が設けられている。図１による第一の実施例とは異なり、図２に示されている第二の実施例の場合には、噴射ノズル１３０の配置又は数は、金属材料の中央Ｍに関して非対称である。これは、特に、より多くの噴射ノズル１３０が、その左部分よりも中央の噴射領域ＩＩＩの右半分に配置されていることを見取ることができる。
図１及び図２に示されている実施例の場合には、隔壁１４０が、それぞれ噴射ノズル１３０の間を伸びる。二つの実施例では、隔壁は階段状に形成されている。しかしながら、代替的には、その隔壁は、まっすぐに伸びても、又は曲線形状でも、特に放物線形状でも形成され得る。前記したように、理想的には、隔壁が、対応する幅の部分での温度分布に応じて正確に形成されている。実際には、例えば、階段関数によって、又はステップ関数によって、又は直線によって、温度分布へ隔壁の形状を近似するのは十分である。冷却ビームごとのチャンバ又は噴射領域の数は、基本的に任意である。多くのチャンバ又は噴射領域が実現されればされるほど、材料の幅にわたる冷却剤のための所望の分布を、正確に調整することができる。
一つの変形例によると、目標値に関して、特に、金属材料上で冷却剤３００の、計算されている又はあらかじめ決定されている目標分布に関して、バルブ１２０及び／又は隔壁を位置決めするためのアクチュエータ１４４を適切に設定するために、予調整装置の形態で制御装置が形成され得る。
代替的に、制御装置１５０は、バルブ１２０の及び／又は隔壁１４０の位置調整用の調節要素１４４の可変の制御によって、金属材料上の所定の目標分布になるように、冷却剤の体積流の実際分布を制御するために、調整装置の形態でも形成され得る。更にその上、バルブ１２０及び／又は調節要素１４４は、制御回路のアクチュエータを表す。
金属材料上の、特に金属材料の幅にわたる冷却剤の分布を予制御装置の為の又は制御装置の為の目標値として計算するために、例えば図３に示されているような、冷却モデルの使用が望ましい。
この冷却モデルの場合には、図３で言及されている、図３でそれぞれ例として言及した、一次データに基づいて、冷却モデルのデータベースにあるデータに基づいて、及び測定に基づいていくつかの測定値を、特に、冷却されるべき金属材料の幅にわたる冷却剤の実際分布を計算する、コンピュータプログラムである。図３に記載された個々のデータ又はパラメータ又は目標値の全ては、単に例示的である。つまり、特定の目標値の計算のために、冷却モデルの入力側で例として言及されている入力変数のすべてを常に使用することは必ずしも必要ではないということである。
図４は、例示的な有用な冷却ストラテジーを定性的に表すことで、本発明による冷却装置１００に進入する前に冷却されるべき材料の幅にわたって異なる温度プロファイルの例を示す。破線の曲線推移は、冷却装置に進入する前の金属材料のそれぞれの温度プロファイルを示す。その破線の上に記載されている実線は、進入する温度プロファイルを処理するための冷却装置内の冷却剤の本発明による分布に対するそれぞれの特徴である。
このように、例えば、進入する金属材料の場合、中央と比較して端部が弱く加熱されていることが、図４の上側の図で見取ることができる。それに応じて、冷却剤体積流も、中央よりも端部の方が少なくしていい。逆に、図４の中央の図は、端部が中央よりも強く加熱されている例を示す。従って、材料の全幅にわたって均一な冷却プロフィルを実現するために、端部における冷却剤流を増加させなければならない。図４の上部の及び中央の図は、冷却剤の対称的な分布を要求する、即ち冷却ビームの長さにわたった噴射領域の対照的な分割、及び噴射ノズルの対象的な配置、及び好ましくは、噴射領域内の噴射ノズルの対称的な配置をも伴うのに対して、図４下部の図は、非対称的な温度推移及び冷却剤の推移を示す。具体的には、左の端部領域の温度は、材料の中央に対して差異がないが、右の端部領域では、温度が明らかに低下していることが見て取れる。それに応じて、左の端部領域でのそのために必要な冷却剤分布も、冷却されるべき金属材料の中央領域と比べて、ほぼ一定であるか、又は変化しないものでなければならないが、右側端部での冷却剤体積流の流出は、明らかに低減されなければならない。
最後に、図５は、隔壁１４０を冷却ビーム１１０の長手方向に移動可能である本発明の実施例を示す。図５の下側の図で分かるように、隔壁１４０移動は、冷却剤分布の減圧推移の開始に対する開始時点の推移を引き起こす。具体的には、左右の隔壁１４０は、図５に示されている実施例の場合に、それぞれ外側へ移動する（破線参照）。この結果、冷却剤体積流の減少する開始時間時点は、それぞれの左右の外側へ、即ち金属材料の端部へと移動される。
１００ 冷却装置
１１０ 冷却ビーム
１２０ バルブ
１３０ 噴射ノズル
１４０ 隔壁
１４４ 隔壁を位置決めするための調節要素
１５０ 制御装置
１６０ ポンプ
２００ 金属材料
３００ 冷却剤
４００ 冷却モデル
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ 噴射領域
Ｌ，ｘ 冷却ビームの長手方向
Ｍ 金属材料の中央
ｎ，Ｎ 噴射領域の数
Ｔ，Ｙ 金属材料の搬送方向
Ｔｅｍｐ 温度（−分布）
ΔＹ１，ΔＹ２ 幅の部分
本発明は、金属材料を、特に金属ストリップを冷却するための冷却装置に関する。さらに、本発明は対応する冷却装置を作動するための方法に関する。
この種の冷却装置は、先行技術において、例えば、欧州特許第２１５５４１１号明細書及び欧州特許第２９８６４００号明細書から周知である。
欧州特許第２１５５４１１号明細書は、金属材料、特に圧延材料の幅にわたり温度分布の影響に対する冷却装置が開示されている。冷却装置は、金属材料に冷却剤を塗布するためのノズルを有する。その際、このノズルは、幅にわたって分布して配置されている。少なくとも一つのノズルは、金属材料の幅に関して、そのノズルの位置に調整可能である。これに関して、金属ストリップの幅にわたるの不均一な温度分布の影響は、限られた範囲で起こり得る。冷却ビーム（独語：Ｋｕｅｈｌｂａｌｋｅｎｓ）を個々の噴射領域に分割することは、この欧州特許第２１５５４１１号明細書からは知られていない。
しかし、冷却ビームを個々の噴射領域に細分化することは、例えば、欧州特許第２９８６４００号明細書から周知である。具体的には、開示された冷却装置が、冷却装置を通過する際の金属材料の搬送方向に対して横に延びる少なくとも一つの冷却ビームを有する。少なくとも一つの冷却ビームは、その長手方向に、即ち金属材料の搬送方向に対して横に見て、二つの外側の噴射領域及びこの二つの噴射領域の間に配置されている一つの中央の噴射領域を有する。各々の噴射領域には、特に個別に割り当てられている個別に制御可能なバルブを介して、冷却剤を供給することができる。その後、この冷却媒体は、各々噴射領域に割り当てられている噴射ノズルを介して、冷却されるべき金属材料に適応される。
特開昭５９−０４１４２６号公報は、請求項１の前提部の特徴を開示している。
欧州特許第２１５５４１１号明細書 欧州特許第２９８６４００号明細書 特開昭５９−０４１４２６号公報
本発明は、金属材料への冷却剤の塗布が改善されることと、冷却ビームの長手方向に沿った冷却剤の体積流の減少又はプラスの増加の開始点が、可変に決定可能であることを、公知の冷却装置及びその作動の為の公知の方法でさらに構成することを課題とする。
この課題は、請求項１の主旨によって解決される。それゆえ、本発明による冷却装置の少なくとも一つの冷却ビームの場合には、冷却ビームの内部を少なくとも二つのチャンバに分割するための少なくとも一つの隔壁が設けられており、それぞれの噴射領域が異なるチャンバの一つに割り当てられている。隔壁は、冷却装置に進入する前に、金属材料のあらかじめ決定されている幅の部分の温度分布の推移に、少なくともほぼ応じて形成されており、及び隔壁が、幅の部分上に冷却ビームに配置されている。更に、冷却装置は、冷却ビーム内の隔壁を可変に位置決めするために、特に冷却ビームの長手方向に隔壁を移動するために、したがってそれぞれの冷却ビームのチャンバ及びスプレー領域を変更するために、少なくとも一つの（同様の制御装置を制御可能な）制御要素を含む。
本願の請求項に記載の、隔壁による冷却ビーム内部の複数のチャンバへの分割、及び特に本願の請求項に記載の、冷却されるべき材料の幅にわたる温度分布の推移に対応する隔壁の特別な形状は、有利に、材料の特に効率的なかつ適切な冷却を可能とする。特に、本願の請求項に記載の隔壁の形状により、好ましくは隔壁によって分離するチャンバ内への異なる冷却剤の供給と関連し、冷却を、材料の幅にわたる実際の冷却要求に特に良く適合することができる。そのように、有利には、冷却されるべき材料の幅にわたる、一定の、漸減する又は漸進的な冷却ストラテジーを実現することができる。
特に、本願の請求項に記載の仕切り要素のこの可動性により、冷却ビームの長手方向に沿った冷却剤の体積流の減少又は増加の開始点を可変的に決定することができ、及び個々の場合で冷却要件に適合することができる。冷却装置に進入する金属材料の温度プロフィルに応じて、冷却されるべき材料の幅に関して、両側で対称的に、又は代替的に、冷却されるべき材料の片側のみの非対称的でも、開始時点の位置を調整することができる。
第一の実施例によると、少なくとも一つの噴射領域が、噴射領域の面上で分布して配置されている、好ましくは平行な列に、冷却ビームの長手方向に並んで配置されている、複数個に噴射ノズルを有する際には、冷却するべき材料の幅にわたって、冷却剤塗布が、円弧状又は曲線状の分布も可能であるという利点を提供する。この冷却剤塗布は、相対的になめらかに延びる、即ち、個々の分布のセクションの間の移行領域にはあまり大きな変化若しくは不安定不均一な箇所がない。
冷却されるべき金属材料の中央に関して、冷却装置に進入する材料の温度プロフィルに応じて、噴射領域における噴射ノズルの配置及び又は数を対称的又は非対称的に選択することが有利である。その際、温度プロフィルはそれぞれ適切な方法で修正される。
有利には、一つの冷却ビームの場合に、少なくとも三つのチャンバが形成されている、即ち、左、中央及び右の噴射領域が形成されている。なぜなら、冷却されるべき材料の端部領域は、通常、冷却されるべき材料の中央領域ほど強い冷却は不要であるからである。
冷却装置は、平行に配置されている冷却ビームを複数個有し得る。これらの冷却ビームは、それぞれ、冷却されるべき材料の上に又は下に配置されている。いくつかの冷却ビームのこのようなグループ毎の組み合わせは、材料の幅にわたる冷却剤の分布が、より滑らかに、即ち、冷却剤の体積流に変化又は顕著な屈曲がないように、実現することができるという利点を提供する。
制御装置は、予制御の形態で形成され得るか、調節装置の形態で形成され得る。いずれの場合も、金属材料の幅にわたって、冷却剤のあらかじめ計算された目標分布を実現するために使用される。いずれの場合も、冷却されるべき材料の上で冷却剤のそれぞれ所望の目標分布を生成するために、バルブの適切な設定による冷却剤の体積流又は圧力、及び／又は隔壁を位置決めするためのアクチュエータを使用することができる。好ましくは、冷却されるべき材料の幅にわたる冷却剤の圧力又は体積流の目標分布が、冷却モデルで計算される。これは、予制御の形態での制御装置の設計の場合と、調整装置の形態でのその設計の場合の両方の場合で適用する。
さらに、本発明の上述の課題は、請求項１５に記載の本発明の方法によって解決される。この方法の利点は、本願の請求項に記載の装置に関し、上述した利点と対応する。
隔壁の移動は、冷却作動中に、又は冷却作動が行われていない時に行われ得る。
本発明による冷却装置の及びその作動のための本発明による方法のさらなる有利な構成は、従属請求項の主旨である。
この明細書は、合計５つの図が添付されている。
隔壁の形成のための本発明による冷却装置を第１の実施形態で示す。 隔壁の形成及び配置のための本発明による冷却装置を第２の実施形態で示す。 本発明による冷却モデルの一例を示す。 冷却装置に進入する材料の温度分布に応じて、冷却される材料の幅にわたる冷却剤の体積流のための様々な実施例を示す。 隔壁を可変に位置調整する冷却ビーム及び金属材料の幅にわたる冷却剤の体積分布に対する隔壁の移動の影響を示す。
以下では、本発明は上述の図面を参照し、実施例の形態で詳細に説明される。全ての図において、同一の技術的要素には同一の参照記号が付されている。
図１は、金属材料２００を冷却するための本発明による冷却装置１００を示す。金属材料２００は、材料流方向ｘで、又は材料の搬送方向Ｔで冷却装置１００を通過する。例えば図１によれば、冷却装置１００は、二つ一組で隣接する噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを複数（ここでは例えばＮ＝３）有する冷却ビーム１１０を含む。これらの噴射領域は、金属材料２００上に冷却剤を噴射するための、それぞれ少なくとも一つの噴射ノズル１３０を有する。図１には、それぞれの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩが、Ｘ方向及びＹ方向に分布して配置されている噴射ノズルを複数個有する。一例として、そして好ましくは、噴射ノズル１３０はそれぞれ、平行な列に、冷却ビーム１１０の長手方向Ｌに並んで配置されている。本発明によれば、冷却ビーム１１０の内部は、隔壁１４０によってチャンバを複数個に分割されている。隔壁は、冷却ビーム内に固定して又は可動に配置され得る。これらのチャンバの各々は、それぞれに噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩの一つに割り当てられている。
更に、図１には、一例として、各々の噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ内に冷却剤の体積流を又は圧力を個別に調整するための三つのバルブ１２０を見て取ることができる。冷却剤３００は、ポンプ１６０によって冷却剤タンクからバルブ１２０を通って個々の噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに個別に供給される。最後に、ポンプ１６０を、及びバルブ１２０を個別に制御するための制御装置１５０が、設けられている。
一例として、図１には、冷却ビーム１１０を三つのチャンバに、又は三つの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩに分割するための二つの隔壁１４０が設けられている。金属材料の中央Ｍに関して、三つの領域は対象的に形成されている。これは、特に、中央の噴射領域ＩＩに、噴射ノズルをそれぞれ同じ数で中央の左右に割り当てられていることを意味する。
更に、図１は、冷却装置へ進入する前、又は冷却ビーム１１０の下に進入する前の、材料の幅にわたる、典型的には温度決定装置によって測定される材料の温度分布を示す。本発明に従い、幅の部分ΔＹ１，ΔＹ２の隔壁は、同じ幅の部分ΔＹ１，ΔＹ２にわたる温度推移に対応して形成されている。
これとは異なり、図２は、個々のチャンバ及び噴射領域（ここでは５つの噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ及びＶ）に、冷却ビーム１１０を分割するための第二の実施例を示す。従って、個々のチャンバ又は噴射領域に冷却剤３００を個別に供給するための五つのバルブ１２０が設けられている。図１による第一の実施例とは異なり、図２に示されている第二の実施例の場合には、噴射ノズル１３０の配置又は数は、金属材料の中央Ｍに関して非対称である。これは、特に、より多くの噴射ノズル１３０が、その左部分よりも中央の噴射領域ＩＩＩの右半分に配置されていることを見取ることができる。
図１及び図２に示されている実施例の場合には、隔壁１４０が、それぞれ噴射ノズル１３０の間を伸びる。二つの実施例では、隔壁は階段状に形成されている。しかしながら、代替的には、その隔壁は、まっすぐに伸びても、又は曲線形状でも、特に放物線形状でも形成され得る。前記したように、理想的には、隔壁が、対応する幅の部分での温度分布に応じて正確に形成されている。実際には、例えば、階段関数によって、又はステップ関数によって、又は直線によって、温度分布へ隔壁の形状を近似するのは十分である。冷却ビームごとのチャンバ又は噴射領域の数は、基本的に任意である。多くのチャンバ又は噴射領域が実現されればされるほど、材料の幅にわたる冷却剤のための所望の分布を、正確に調整することができる。
一つの変形例によると、目標値に関して、特に、金属材料上で冷却剤３００の、計算されている又はあらかじめ決定されている目標分布に関して、バルブ１２０及び／又は隔壁を位置決めするためのアクチュエータ１４４を適切に設定するために、予調整装置の形態で制御装置が形成され得る。
代替的に、制御装置１５０は、バルブ１２０の及び／又は隔壁１４０の位置調整用の調節要素１４４の可変の制御によって、金属材料上の所定の目標分布になるように、冷却剤の体積流の実際分布を制御するために、調整装置の形態でも形成され得る。更にその上、バルブ１２０及び／又は調節要素１４４は、制御回路のアクチュエータを表す。
金属材料上の、特に金属材料の幅にわたる冷却剤の分布を予制御装置の為の又は制御装置の為の目標値として計算するために、例えば図３に示されているような、冷却モデルの使用が望ましい。
この冷却モデルの場合には、図３で言及されている、図３でそれぞれ例として言及した、一次データに基づいて、冷却モデルのデータベースにあるデータに基づいて、及び測定に基づいていくつかの測定値を、特に、冷却されるべき金属材料の幅にわたる冷却剤の実際分布を計算する、コンピュータプログラムである。図３に記載された個々のデータ又はパラメータ又は目標値の全ては、単に例示的である。つまり、特定の目標値の計算のために、冷却モデルの入力側で例として言及されている入力変数のすべてを常に使用することは必ずしも必要ではないということである。
図４は、例示的な有用な冷却ストラテジーを定性的に表すことで、本発明による冷却装置１００に進入する前に冷却されるべき材料の幅にわたって異なる温度プロファイルの例を示す。破線の曲線推移は、冷却装置に進入する前の金属材料のそれぞれの温度プロファイルを示す。その破線の上に記載されている実線は、進入する温度プロファイルを処理するための冷却装置内の冷却剤の本発明による分布に対するそれぞれの特徴である。
このように、例えば、進入する金属材料の場合、中央と比較して端部が弱く加熱されていることが、図４の上側の図で見取ることができる。それに応じて、冷却剤体積流も、中央よりも端部の方が少なくしていい。逆に、図４の中央の図は、端部が中央よりも強く加熱されている例を示す。従って、材料の全幅にわたって均一な冷却プロフィルを実現するために、端部における冷却剤流を増加させなければならない。図４の上部の及び中央の図は、冷却剤の対称的な分布を要求する、即ち冷却ビームの長さにわたった噴射領域の対照的な分割、及び噴射ノズルの対象的な配置、及び好ましくは、噴射領域内の噴射ノズルの対称的な配置をも伴うのに対して、図４下部の図は、非対称的な温度推移及び冷却剤の推移を示す。具体的には、左の端部領域の温度は、材料の中央に対して差異がないが、右の端部領域では、温度が明らかに低下していることが見て取れる。それに応じて、左の端部領域でのそのために必要な冷却剤分布も、冷却されるべき金属材料の中央領域と比べて、ほぼ一定であるか、又は変化しないものでなければならないが、右側端部での冷却剤体積流の流出は、明らかに低減されなければならない。
最後に、図５は、隔壁１４０を冷却ビーム１１０の長手方向に移動可能である本発明の実施例を示す。図５の下側の図で分かるように、隔壁１４０移動は、冷却剤分布の減圧推移の開始に対する開始時点の推移を引き起こす。具体的には、左右の隔壁１４０は、図５に示されている実施例の場合に、それぞれ外側へ移動する（破線参照）。この結果、冷却剤体積流の減少する開始時間時点は、それぞれの左右の外側へ、即ち金属材料の端部へと移動される。
１００ 冷却装置
１１０ 冷却ビーム
１２０ バルブ
１３０ 噴射ノズル
１４０ 隔壁
１４４ 隔壁を位置決めするための調節要素
１５０ 制御装置
１６０ ポンプ
２００ 金属材料
３００ 冷却剤
４００ 冷却モデル
Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ 噴射領域
Ｌ，ｘ 冷却ビームの長手方向
Ｍ 金属材料の中央
ｎ，Ｎ 噴射領域の数
Ｔ，Ｙ 金属材料の搬送方向
Ｔｅｍｐ 温度（−分布）
ΔＹ１，ΔＹ２ 幅の部分

Claims (17)

  1. 金属材料（２００）を冷却するための冷却装置（１００）であって、この冷却装置（１００）が、
    金属材料上に冷却剤を噴射するために、それぞれ少なくとも一つの噴射ノズル（１３０）を有する、二つ一組で隣接した噴射領域Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩを複数でＮ個持つ少なくとも一つの冷却ビーム（１１０）；
    各々の噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）内における冷却剤（３００）の体積流を又は圧力を個別に調整するためのバルブ（１２０）；
    バルブ（１２０）を個別に制御するための制御装置（１５０）；及び
    冷却装置に金属材料が進入する前の、金属材料の幅にわたる金属材料の温度分布を決定するための温度決定装置；
    を有する当該冷却装置（１００）において、
    冷却ビーム（１１０）の内部を少なくとも二つのチャンバに分割するための少なくとも一つの隔壁（１４０）が設けられ、それぞれの噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）が異なるチャンバの一つに割り当てられていること、
    隔壁は、金属材料のあらかじめ決定されている幅の部分の、冷却装置に進入する前の、温度分布の推移に、少なくともほぼ応じて形成されていること、及び
    隔壁が、この幅の部分上に冷却ビームに配置されていることを特徴とする冷却装置（１００）。
  2. 冷却ビーム（１１０）内部の隔壁（１４０）を可変に位置決めするために、特に、冷却ビームの長手方向（Ｌ）に隔壁（１４０）を移動するために、したがって、冷却ビーム（１１０）のチャンバを及び噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）を変更するために、同様の制御装置（１５０）によって制御可能な、少なくとも一つの調節要素（１４４）が設けられていること、を特徴とする請求項１に記載の冷却装置（１００）。
  3. 少なくとも一つの噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）は、ｘ方向に及びｙ方向に分布して、好ましくは平行な列に、冷却ビーム（１１０）の長手方向（Ｌ）に並んで配置されている、複数個の噴射ノズル（１３０）を有すること、を特徴とする請求項１又は２のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  4. 冷却ビームの噴射領域における噴射ノズル（１３０）の配置及び／又は数は、金属材料の中央（Ｍ）に関して、幅方向で対称又は非対称であること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  5. 隔壁（１４０）は噴射ノズル（１３０）の間を伸びること、を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  6. 隔壁（１４０）は、直線状に、階段形状に又は曲線に、特に放物線形状に形成されていること、を特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  7. 冷却ビーム内のチャンバの整数の数Ｎは、Ｎ≧３であること、を特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  8. Ｎ＝３の場合には、それぞれが台形に形成されている、左、中央及び右の噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）があること、を特徴とする請求項７に記載の冷却装置（１００）。
  9. それぞれ複数個の平行に配置されている冷却ビームが、グループにまとめられていること、を特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載されている冷却装置（１００）。
  10. 制御装置（１５０）は、目標値に関して、特に、金属材料（２００）上の冷却剤（３００）の、計算する目標分布に関して、バルブ（１２０）及び／又は隔壁（１４０）を位置決めするためのアクチュエータ（１４４）を適切に設定するために、予調整装置の形態で形成されていること、を特徴とした請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  11. 制御装置（１５０）は、バルブ（１２０）の及び／又は隔壁（１４０）の位置調整の為の調節要素（１４４）の適切で可変な制御を介して、冷却剤（３００）の圧力又は体積流の実際分布を金属材料上の冷却剤の圧力又は体積流の所定の目標分布に制御するために、制御装置の形態で形成されており、バルブ及び／又は調節要素が制御回路のアクチュエータを表すこと、を特徴とした請求項１〜９のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  12. 予調整装置又は制御装置のための、金属材料（２００）上の、特に金属材料の幅にわたる、冷却剤の目標分布、特に体積流又は圧力の目標分布を計算するための冷却モデル（４００）を備えること、を特徴とする請求項１０又は１１に記載の冷却装置（１００）。
  13. 冷却モデル（４００）は、冷却モデルに供給される測定値に依存して、以下を、即ち、
    −好ましくは冷却装置の入口の及び／又は出口に、特に冷却ビームの前方の及び／又は後方における、材料（２００）の長手方向の並びに幅方向の、材料（２００）の温度又は温度推移；及び／又は
    −冷却装置の出口での材料（２００）の実際の性質、例えば、硬度、靭性、残留オーステナイト含有量；及び／又は
    −金属材料（２００）上で噴射される際の冷却剤の温度、
    に依存して、金属材料（２００）上の冷却剤の目標分布を計算するように形成されていること、を特徴とする請求項１２に記載の冷却装置（１００）。
  14. 個別の冷却剤供給を伴う噴射領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）の数及び／又は噴射領域の単位面積当たりの噴射ノズル（１３０）の数は、所望の冷却剤作用密度に依存して選択されていること、を特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）。
  15. ２つの隣接した調整領域（Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ）の間の隔壁（１４０）は、冷却装置に進入する前の金属材料の幅にわたる金属材料の温度分布の推移に隔壁の位置を適合するために、又は金属材料（２００）の幅にわたる冷却剤（３００）の体積流若しくは圧力を所望の目標分布を設定するために、好ましくは冷却ビーム（１１０）の長手方向（Ｌ）に沿って適切に移動されること、を特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の冷却装置（１００）を作動するための方法。
  16. 冷却ビーム（１１０）の中央（Ｍ）の両側の隔壁（１４０）は、冷却ビーム（１１０）の中央（Ｍ）に関して対象に又は非対称に移動されること、を特徴とする請求項１５に記載の方法。
  17. 特に、予調整の際又は隔壁の位置調整の際で、隔壁の移動が、冷却作動中にも行われ得ること、を特徴とする請求項１５又は１６に記載の方法。
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