WO2018219880A1 - VORRICHTUNG ZUM KÜHLEN VON HEIßEN, PLANEN GEGENSTÄNDEN - Google Patents

VORRICHTUNG ZUM KÜHLEN VON HEIßEN, PLANEN GEGENSTÄNDEN Download PDF

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WO2018219880A1
WO2018219880A1 PCT/EP2018/063963 EP2018063963W WO2018219880A1 WO 2018219880 A1 WO2018219880 A1 WO 2018219880A1 EP 2018063963 W EP2018063963 W EP 2018063963W WO 2018219880 A1 WO2018219880 A1 WO 2018219880A1
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PCT/EP2018/063963
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Richard Geirhofer
Leopold Stegfellner
Jens CHRISTOFFEL
Stefan DR. LEUDERS
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Voestalpine Additive Manufacturing Center Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to an apparatus and a method for cooling hot, planar objects, such as steel blanks and / or steel strips after passing through a heat treatment.
  • the invention relates to a cooling system for endless belts.
  • a billet weighing several tons which corresponds to a section of a strand of continuously cast steel, is heated in an oven to a high rolling temperature and then first rolled in a so-called reversing Vorgerüst to a steel strip, the thickness of Slab is significantly reduced and thereby at the same time the slab significantly increases in length.
  • a pre-rolled steel strip passes through a so-called hot strip mill, in which a so-called heavy plate is rolled out of the pre-rolled slab. This plate then has a length of several hundred meters and is wound up at the end of the rolling process to a so-called coil, so a cylindrical steel collar.
  • This steel collar is either fed to the further processing or produced from this hot strip or plate cold strip or sheet, for which this plate is fed to a cold rolling mill and in this again significantly reduced in thickness and thus elongated very strong.
  • the strip On the cold rolling line, the strip is reduced in thickness in several stages until it has a final thickness of, for example, 0.6 to 1.2 mm. This too At the end of the process, cold strip or thin sheet is usually wound up into a steel bundle or coil.
  • heat is often applied to the belt.
  • One such process is, for example, hot dip galvanizing or fire aluminizing. These processes are so-called continuous processes in which not single coils are passed through and then another coil is fed into the system, but the end of a coil is welded to the beginning of the next coil, so that the new coil with or from the quasi old coil is pulled through the plant.
  • hot dip galvanizing systems it is important that no interruptions occur, otherwise a steel strip would have to be re-threaded, which is an immense effort.
  • a heat treatment follows, whereby such a heat treatment can take place in several stages and also at different temperatures, depending on what the result of the heat treatment is supposed to be.
  • Such endless, hot tapes are usually also subjected to cooling and in particular a defined cooling, because even on the cooling effect on the structure or the surface can be taken.
  • a cooling device in particular for steel belts, the device comprising a chamber containing a pressurized gas, there being a plurality of fins forming tubes, each fin having at least one gas outlet which directed to the steel strip and so a gas can lead to the steel strip.
  • the fins are designed as cooling blades and act on both sides of a steel strip, which is to be prevented by tension rollers from fluttering during processing.
  • the known cooling devices in the prior art for endless belts are on the one hand designed for a high throughput, but have the disadvantage that a really defined cooling is not possible.
  • the object of the invention is to provide a system for cooling of flat objects, which allows a more effective and accurate cooling.
  • the object of the invention is to provide a device for cooling of plan objects, which allows a more effective and accurate cooling.
  • the object is achieved with a device having the features of claim 1.
  • Advantageous developments are characterized in the dependent claims.
  • the object is achieved with a cooling system having the features of claim 5.
  • the cooling device is a cooling block with nozzle bores, through which a first cooling fluid can preferably escape a cooling gas, wherein outlet openings for the first cooling fluid are present and for generating a defined flow on the surface and inlet or suction, wherein the openings within than otherwise hollow cooling block are arranged so that they can be flowed around by a second cooling fluid, preferably a cooling liquid, so that the outflowing first cooling fluid can be cooled.
  • a second cooling fluid preferably a cooling liquid
  • the cooling media or cooling fluids used are air gases, mixed gases but also water or other fluids. If only one of these fluids is mentioned below, this is representative of all these fluids mentioned.
  • the cooling of the cooling medium also causes a cooling of the cooling device itself, thereby inhomogeneities in the temperature control due to the radiation energy is suppressed by a heated cooling device and a targeted, homogeneous tempering is possible.
  • the device is produced in the so-called additive manufacturing process, suitable processes being, for example, selective laser sintering or selective laser melting, and in particular heat-resistant steel alloys or a ceramic being considered as material, which are processed here in powder form.
  • suitable processes being, for example, selective laser sintering or selective laser melting, and in particular heat-resistant steel alloys or a ceramic being considered as material, which are processed here in powder form.
  • the additive manufacturing offers the advantage that otherwise this device would only be produced by cast steel, but due to the closed, by cooling fluid Oberlossenen cavity an at least two-part mold would have to be made.
  • the assembly of the castings leads to leaks problems, since intermediate layers would be necessary, which are unnecessary in the present process, because the component is constructed homogeneously.
  • the geometry of the nozzles can be configured as desired and a very contoured creation of the nozzles is made possible, which can increase the efficiency of the cooling again.
  • the device has a flat surface, which preferably corresponds at least to the width of a passing steel strip.
  • the device is dimensioned so that a board to be cooled is at least covered.
  • this surface is not formed metallic shiny or reflective, but has a dark, especially black coating.
  • the component is formed with a black layer, whereby this black layer can also be formed from a ceramic.
  • the layer may also be formed by diffusing or depositing a ceramic layer into the surface in conventional PVD processes, in particular, for example, a silicon carbide layer which is inherently black.
  • possible methods such as black chrome are possible.
  • all PVD methods are suitable and all layers are suitable which produce the least possible reflective, matt, dark to black surface.
  • hard coatings can also protect against damage.
  • the distance of the cooling device to a sheet to be cooled is very small and is only 5 to 50 mm, to ensure that a maximum good cooling effect and a maximum good impact of the gas jets is achieved.
  • the nozzles are in particular designed so that a turbulent flow results.
  • the distance between the cooling device and the object to be cooled should preferably be about 4 to 8 times the hydraulic diameter of the outlet nozzles. In particular, this diameter may be between 0.5 and 5 mm, more preferably between 1 and 3 mm.
  • the first and second cooling fluids may have different temperatures, depending on the object to be cooled and the desired target temperature. Ie.
  • the cooling fluid can also be several hundred degrees Celsius hot.
  • the emissivity ⁇ of the surface should be greater than 0.8, preferably greater than 0.9, in particular as close as possible to 1.
  • the surface to be cooled or even the device itself can be moved by means of robots or linear drives in the X or Y plane relative to each other, with any specification of the movement ungstrajektorien and speeds of the surfaces to be cooled is possible. In this case, the oscillation around a rest position in the X and Y plane is preferred.
  • the oscillation of the cooling device relative to the metallic object to be cooled is preferably carried out in the frequency range from 2 to 5 Hz, more preferably 3 Hz. Similarly, a one- or two-sided cooling is readily possible.
  • the columnar nozzle channels can have a cylindrical or other cross-section, wherein the cross section of the nozzle can also be adapted to desired cross-currents and oval, flat wing-like, polygonal or similar.
  • the length of the nozzles may be between 8 to 12 times the hydraulic diameter of the nozzles, preferably 10 times the hydraulic diameter.
  • the geometry of the nozzle openings or the outflow openings of the nozzles ranges from simple round geometries to complex geometrically defined designs.
  • the nozzles or rows of nozzles are arranged offset to one another, so that the nozzle body are arranged offset from one another so that the nozzles form a staggered or other pattern. This is especially true for bilateral cooling and for the arrangement of the nozzle or nozzle rows of the top to those of the bottom.
  • the suction nozzles arranged around the outlet nozzle may preferably be arranged in a rectangular or hexagonal form, this arrangement offering an advantage with regard to the flow pattern on the body to be cooled, especially in the case of cooling on both sides.
  • a metallic object can be cooled very reliably over its entire area or partially in sections, with high reliability and speed.
  • Figure 1 the device of the invention as a cooling block, wherein the cooling block is not closed upwards in an isometric view;
  • Figure 2 is a plan view of the working surface of the cooling block
  • FIG. 3 shows a side view of the cooling block showing the connection openings for cooling gas to be supplied and discharged
  • Figure 4 is a horizontal section through the cooling block along the line A-A according to Figure 3 showing the arrangement of the nozzles for the cooling gas which are surrounded by a cooling medium, wherein the arrows indicate the flow direction of the cooling medium.
  • Figure 5 a diagonal section along the line B-B of Figure 4 showing a
  • the inventive device 1 has a box-like cooling block 2, wherein the cooling block 2 has a flat bottom 3, a parallel thereto extending flat top 4 and side walls 5, which are each arranged parallel to each other and has side walls 6, which are also arranged parallel to each other ,
  • the walls 5 and 6 define a cavity 7, wherein in the cavity 7 columnar, in particular cylindrical nozzle body 8 and 9 are arranged, the cylindrical nozzle body with the flat surface 3 complete and thus form the surface 3 emerging openings or nozzles, wherein the cylindrical body 8, 9 open into supply bores 10 and discharge bores 11, which extend from a wall 6 forth in the box, wherein the box forms a thickened top 4, so that approximately in relation to the Extension over the height only half of the box is hollow.
  • the nozzle bodies may in particular advantageously be connected to webs 12, 13, wherein the webs 12, 13 form a labyrinth within the hollow area of the box (FIG. 4) and this labyrinth forms a flow path 13 for a cooling fluid flowing around the nozzle bodies 8, 9.
  • a supply port 14 is provided, as well as a discharge port 15.
  • the discharge port of the cylindrical nozzles in the flat surface 3 and the nozzles 8, 9 are preferably arranged so that they are arranged in successive rows, wherein rows of Inlet openings 9 and inlet nozzles 9 and rows of outlet nozzles 8 are arranged offset to one another, so that always an outlet nozzle 8 is surrounded by 4 inlet nozzles 9 at equal intervals.
  • the inlet nozzles 9 are arranged so that in the edge regions adjacent to the walls 5, 6, these inlet nozzles are arranged to limit a transverse flow beyond the walls 5, 6 addition.
  • the box here preferably has the width of a steel strip or is dimensioned so that a plurality of boxes can take the width of a steel strip, so that it can be cooled over its entire surface laterally. If only parts of the belt are to be cooled, it is of course also possible to cool only parts of the belt 16 (FIG. 5).
  • the cooling box is arranged very close to the steel strip 16, so that optimum cooling and flow distribution is possible.
  • the boxes themselves have roles with which they are arranged so movable on the steel strip that these cycles are mitged to damage the Steel bands and / or the surface 3 to prevent.
  • the two-sided arrangement can also reduce any influences of flutter and thus avoid damage.
  • the boxes 2 can also be installed in appropriate devices that can always comply with the steel strip 16 an equal distance.
  • the surface 3 is made dark to ensure the best possible cooling and formed in particular black.
  • the surface is black-chromed or corresponding layers are applied, in particular by PVD methods.
  • a variety of material compositions is possible, in particular silicon carbide.
  • a sheet steel plate or steel strip is brought to its desired target temperature very accurately and with high reliability and speed over its entire area or partially.
  • Another advantage is that the following units such as valves can be less subject to temperature and therefore the process can be used in a resource-saving manner for the entire cooling system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem für Endlosbänder, wobei zumindest eine Vorrichtung vorhanden ist, wobei die Vorrichtung einen Kühlblock (2) umfasst, wobei der Kühlblock quaderförmig ausgebildet ist und eine Fläche (3) besitzt, aus der Austritts- und Eintrittsdüsen münden, wobei die Austritts- und Eintrittsdüsen in Reihen angeordnet sind, wobei die Austritts- und Eintrittsdüsen im Block mit entsprechenden Zufuhrwegen (10) und Abfuhrwegen (11) verbunden sind, sodass aus den Austrittsöffnungen (8) austretendes Gas durch die Eintrittsöffnungen (9) wieder in den Block hinein gelangen und insbesondere hinein gesaugt werden kann, wobei im Block fluchtend mit den Öffnungen (8, 9) säulenartige Düsenkörper (8,9) ausgebildet sind, wobei die Düsenkörper in einem Hohlraum (7) des Blocks (2) angeordnet sind und der Hohlraum mit einer Zufuhröffnung (14) und einer Abfuhröffnung (15) derart ausgebildet ist, dass die zylindrischen Körper von einem Kühlmedium umflossen werden können.

Description

Vorrichtung zum Kühlen von heißen, planen Gegenständen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen von heißen, planen Gegenständen, wie zum Beispiel Stahlplatinen und/oder Stahlbändern nach dem Durchlauf durch eine Wärmebehandlung.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Kühlsystem für Endlosbänder.
Bei der Herstellung von metallischen Blechen ist es üblich, diese Bleche dadurch zu erzeu- gen, dass eine sogenannte Branne in mehreren Stufen zu einem dünnen Band ausgewalzt wird. Dies soll näher anhand der Herstellung von Stahlblech erläutert werden.
Zur Erzeugung von Stahlblech wird eine mehrere Tonnen wiegende Bramme, die einem Abschnitt eines Stranges des im Strangguss vergossenen Stahls entspricht, in einem Ofen auf eine hohe Walztemperatur erhitzt und anschließend zunächst in einem sogenannten reversie- renden Vorgerüst zu einem Stahlband ausgewalzt, wobei die Dicke der Bramme deutlich reduziert wird und dadurch gleichzeitig die Bramme erheblich an Länge gewinnt. Anschließend durchläuft ein solches vorgewalztes Stahlband eine sogenannte Warmbandstraße, in der aus der vorgewalzten Bramme ein sogenanntes Grobblech gewalzt wird. Dieses Grobblech hat dann eine Länge von mehreren hundert Metern und wird am Ende des Walzprozesses zu einem sogenannten Coil, also einem zylindrischen Stahlbund aufgehaspelt.
Dieser Stahlbund wird entweder der Weiterverarbeitung zugeführt oder aus diesem Warmband bzw. Grobblech Kaltband bzw. Feinblech erzeugt, wozu dieses Grobblech einer Kalt- Walzstraße zugeführt wird und in dieser erneut in der Dicke erheblich reduziert und dadurch sehr stark gelängt wird. Auf der Kaltwalzstraße wird das Band in mehreren Stufen in der Dicke reduziert, bis es eine Enddicke besitzt von beispielsweise 0,6 bis 1,2 mm. Auch dieses Kaltband oder Feinblech wird am Ende des Prozesses üblicherweise zu einem Stahlbund bzw. Coil aufgehaspelt.
Es schließen sich dann Prozesse an, bei denen sehr häufig auch mit Wärme auf das Band eingewirkt wird. Ein solcher Prozess ist beispielsweise das Feuerverzinken oder Feueraluminieren. Diese Prozesse sind sogenannte kontinuierliche Prozesse, bei denen nicht einzelne Coils durchgeschleust werden und anschließend ein weiteres Coil neu in die Anlage eingespeist wird, sondern das Ende eines Coils wird mit dem Anfang des nächsten Coils verschweißt, so dass das neue Coil quasi mit oder von dem alten Coil durch die Anlage gezogen wird. Insbesondere bei Feuerverzinkungsanlagen ist es wichtig, dass keine Unterbrechungen entstehen, da sonst ein Stahlband neu eingefädelt werden müsste, was ein immenser Aufwand ist. Nach dem Feuerverzinken folgt eine Wärmebehandlung, wobei eine derartige Wärmebehandlung in mehreren Stufen und auch mit unterschiedlichen Temperaturen stattfinden kann, je nachdem was das Ergebnis der Wärmebehandlung sein soll.
Um Spannungen aus Stahlblechen bzw. Stahlbändern zu entfernen und über eine Wärmebehandlung auf das Gefüge Einfluss zu nehmen, ist auch das sogenannte Kontiglühen bekannt, bei dem das Stahlband eine Wärmebehandlungsstufe durchläuft, wobei hier die gleichen mechanischen Voraussetzungen gelten wie für das Feuerverzinken, nämlich dass nicht jedes Coil neu eingefädelt wird, sondern die Coils aneinander verscheißt werden und am Ende des Prozesses an der Schweißstelle wieder getrennt werden.
Bei all diesen kontinuierlichen Verfahren spricht man von endlosen Prozessen, weil durch das Aneinanderschweißen der Bänder keine Unterbrechung stattfindet, es sei denn, es finden Betriebsunterbrechungen statt oder die Anlage wird gestört.
Derartige endlose, heiße Bänder werden üblicherweise auch einer Kühlung unterzogen und insbesondere einer definierten Kühlung, denn auch über die Kühlung kann Einfluss auf das Gefüge oder die Oberfläche genommen werden.
Um ein solches endloses, heißes Stahlband zu kühlen, sind unterschiedliche Kühlmethoden aus dem Stand der Technik bekannt.
Aus der US 2011/0018178 AI ist ein Verfahren bekannt, mit dem auf die Temperatur eines sich bewegenden Bandes Einfluss genommen wird, dadurch, dass ein Gas oder eine Gas- Wasser-Mischung auf das Band aufgesprüht wird, wobei eine Mehrzahl von Gas oder Gas- Wasser-Strahlen auf die Oberfläche des Bandes gerichtet sind und so angeordnet sind, dass die Auftreffbereiche der Strahlen nach Art eines zweidimensionalen Netzwerks von beiden Seiten auf das Stahlband aufgestrahlt werden. Hierbei sollen die Auftreffstellen der Strahlen von einer Kühleinrichtung der Oberseite zu einer Kühleinrichtung der Unterseite so versetzt sein, dass die Auftreffbereiche sich unterscheiden. Aus der DE 698 33 424 T2 ist ein Wärmebehandlungsverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Erwärmen/Abkühlen oder Trocknen eines Stahlbandes durch Blasen eines Gasstrahls auf das Stahlband bekannt, wobei dieser Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Düsen, die säulenartig an einer Einrichtung angeordnet sind, auf das Stahlband, insbesondere von beiden Seiten, eingewirkt wird.
Aus der US 5,871,686 ist eine Kühlvorrichtung bekannt, insbesondere für Stahlbänder, wobei die Vorrichtung eine Kammer umfasst, die ein unter Druck gesetztes Gas enthält, wobei eine Mehrzahl von Flossen vorhanden sind, welche Röhren bilden, wobei jede Flosse zumindest einen Gasauslass besitzt, der zu dem Stahlband gerichtet ist und so ein Gas auf das Stahl- band führen kann. Insbesondere sind die Finnen als Kühlschwerte ausgebildet und wirken beidseitig auf ein Stahlband ein, welches durch Spannrollen daran gehindert werden soll, bei der Bearbeitung zu flattern.
Die bekannten Kühleinrichtungen im Stand der Technik für Endlosbänder sind zwar einerseits für einen großen Durchsatz ausgelegt, haben aber den Nachteil, dass eine wirklich definierte Kühlung nicht möglich ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zum Kühlen von planen Gegenständen zu schaffen, welche eine effektivere und genauere Kühlung ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Kühlen von planen Gegenständen zu schaffen, welche eine effektivere und genauere Kühlung ermöglicht.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein System zum Kühlen von planen Gegenständen zu schaffen, welches eine effektivere und genauere Kühlung, insbesondere von beiden Seiten des Gegenstandes, ermöglicht. Die Aufgabe wird mit einem Kühlsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Es ist darüber hinaus eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen der Kühlvorrichtung zu schaffen mit der die Kühlvorrichtung in einem Stück und ohne Dichtigkeits- oder Passungsproblemen hergestellt werden kann.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Die erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ist ein Kühlblock mit Düsenbohrungen, durch die ein erstes Kühlfluid vorzugsweise ein Kühlgas austreten kann, wobei Austrittsöffnungen für das erste Kühlfluid vorhanden sind und zur Erzeugung einer definierten Strömung an der Oberfläche auch Eintritts- bzw. Absaugöffnungen, wobei die Öffnungen innerhalb als ansonsten hohl ausgebildeten Kühlblocks so angeordnet sind, dass sie von einem zweiten Kühlfluid vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit umströmt werden können, so dass das ausströmende erste Kühlfluid gekühlt werden kann.
Die verwendeten Kühlmedien bzw. Kühlfluide sind Luftgase, Mischgase aber auch Wasser oder andere Fluide. Wenn nachfolgend nur eines dieser Fluide erwähnt wird, steht dies stellvertretend für alle diese genannten Fluide.
Die Kühlung des Kühlmediums bewirkt auch eine Kühlung der Kühlvorrichtung selbst, dadurch werden Inhomogenitäten bei der Temperierung aufgrund der Strahlungsenergie seitens einer aufgeheizten Kühlvorrichtung unterdrückt und ein gezieltes, homogenes Temperieren ist möglich.
Vorteilhafterweise wird die Vorrichtung im sogenannten Additive Manufacturing-Verfahren hergestellt, wobei geeignete Verfahren, beispielsweise das Selective Laser Sintering oder Selective Laser Melting sind, und als Werkstoff insbesondere warmfeste Stahllegierungen oder einer Keramik infrage kommen, die hier in Pulverform verarbeitet werden. Das Additive Manufacturing bietet hierbei den Vorteil, dass in anderer Weise diese Vorrichtung nur durch Stahlguss zu erzeugen wäre, wobei jedoch aufgrund des geschlossenen, durch Kühlfluid durchflossenen Hohlraums eine mindestens zweiteilige Gussform hergestellt werden müsste. Das Zusammensetzen der Gussteile führt hierbei jedoch zu Dichtigkeitsproblemen, da Zwischenschichten notwendig wären, die im vorliegenden Verfahren unnötig sind, weil das Bauteil homogen aufgebaut ist.
Des Weiteren ist von Vorteil, dass die Geometrie der Düsen beliebig ausgestaltet werden kann und eine sehr konturnahe Erstellung der Düsen ermöglicht wird, welche die Effizienz der Kühlung nochmals steigern kann. Zu den zu kühlenden Objekten besitzt die Vorrichtung eine ebene Fläche, die vorzugsweise zumindest der Breite eines vorbeilaufenden Stahlbandes entspricht. In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung so bemessen, dass eine zu kühlende Platine zumindest abgedeckt wird. Vorzugsweise ist diese Fläche nicht metallisch glänzend oder reflektierend ausgebildet, sondern besitzt eine dunkle, insbesondere schwarze Beschichtung. Ins- besondere ist das Bauteil nach dem Endbearbeiten der ebenen metallischen Fläche mit einer schwarzen Schicht ausgebildet, wobei diese schwarze Schicht auch aus einer Keramik ausgebildet sein kann. Insbesondere kann aber die Schicht auch dadurch ausgebildet sein, dass in herkömmlichen PVD-Verfahren eine keramische Schicht in die Oberfläche eindiffundiert oder aufgebracht ist, insbesondere zum Beispiel eine Siliziumkarbidschicht, die von sich aus schwarz ist. Darüber hinaus sind auch mögliche Verfahren, wie Schwarzverchromen möglich. Grundsätzlich sind alle PVD-Verfahren geeignet und alle Schichten geeignet, die eine möglichst wenig reflektierende, matte, dunkle bis schwarze Fläche erzeugen. Zudem können derartige Hartschichten auch vor Beschädigungen schützen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist der Abstand der Kühlvorrichtung zu einem zu kühlenden Blech sehr gering und beträgt lediglich 5 bis 50 mm, um sicherzustellen, dass eine maximale gute Kühlwirkung und eine maximale gute Auftreffwirkung der Gasstrahlen erzielt wird. Hierbei sind die Düsen insbesondere so ausgebildet, dass sich eine turbulente Strömung ergibt. Der Abstand zwischen Kühlvorrichtung und zu kühlendem Gegenstand soll be- vorzugt etwa 4- bis 8-mal der hydraulische Durchmesser der Austrittsdüsen sein. Insbesondere kann dieser Durchmesser zwischen 0,5 und 5 mm sein, besonders bevorzugt zwischen 1 und 3 mm.
Die ersten und zweiten Kühlfluide können verschiedene Temperaturen aufweisen, abhängig vom zu kühlenden Objekt und der gewünschten Zieltemperatur. D. h. das Kühlfluid kann auch mehrere hundert Grad Celsius heiß sein. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Düsen und insbesondere der Absaug- bzw. Abzugsdüsen wird eine breite Querströmung auf dem Blech verhindert und eine Homogenität der Kühlung über die gesamte Breite des Bandes von ±10 Kelvin erzielt. Der Emissionsgrad ε der Oberfläche soll größer 0,8 bevorzugt größer 0,9 insbesondere möglichst nahe 1 sein.
Die zu kühlende Oberfläche oder auch die Vorrichtung selbst kann mittels Roboter oder Linearantrieben in der X- oder Y-Ebene relativ zueinander bewegt werden, wobei eine beliebige Vorgabe der Beweg ungstrajektorien und Geschwindigkeiten der zu kühlenden Oberflächen möglich ist. Bevorzugt ist hierbei die Oszillation um eine Ruhelage in der X- und Y-Ebene.
Die Osziallation der Kühlvorrichtung relativ zum zu kühlenden metallischen Gegenstand (oder umgekehrt) wird bevorzugt im Frequenzbereich von 2 bis 5 Hz besonders bevorzugt 3 Hz durchgeführt. Ebenso ist eine ein- oder beidseitige Kühlung ohne weiteres möglich.
Die säulenartigen Düsenkanäle können dabei einen zylindrischen oder sonstigen Querschnitt besitzen, wobei der Querschnitt der Düsen auch an gewünschte Querströmungen angepasst und oval, flach tragflächenartig, mehreckig oder ähnlich ausgebildet sein kann.
Die Länge der Düsen kann zwischen 8- bis 12-mal der hydraulische Durchmesser der Düsen sein, bevorzugt 10-mal der hydraulische Durchmesser.
Die Geometrie der Düsenöffnungen bzw. der Ausströmöffnungen der Düsen reicht von einfa- chen runden Geometrien bis hin zu komplexen geometrisch definierten Ausführungen.
Vorzugsweise sind die Düsen oder Düsenreihen versetzt zueinander angeordnet, so dass auch die Düsenkörper so versetzt zueinander angeordnet sind, dass die Düsen ein versetztes oder sonstiges Muster bilden. Dies gilt insbesondere bei beidseitiger Kühlung auch für die Anordnung der Düsen oder Düsenreihen der Oberseite zu denen der Unterseite.
Des Weiteren können bevorzugt die Absaugdüsen um die Austrittsdüse angeordnet in einer rechteckigen oder sechseckigen Form angeordnet sein, diese Anordnung bietet speziell bei beidseitiger Kühlung einen Vorteil hinsichtlich des Strömungsbildes am zu kühlenden Körper. Bei dem System ist von Vorteil, dass durch die Rückkühlung des ersten Kühlfluids, nachdem es wieder angesaugt wird, durch das zweite Kühlfluid, die Teile (Ventile, Leitungen), die das erste Fluid führen, weniger Temperatur belastet werden. Bei der Erfindung ist zudem von Vorteil, dass ein metallischer Gegenstand über ihren gesamten Bereich oder teilbereichsweise sehr exakt und mit hoher Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit sehr zuverlässig gekühlt werden kann.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen dabei:
Figur 1 : die erfindungsgemäße Vorrichtung als Kühlblock, wobei der Kühlblock nach oben nicht geschlossen ist in isometrischer Darstellung;
Figur 2: eine Draufsicht auf die Arbeitsfläche des Kühlblocks;
Figur 3: eine Seitenansicht auf den Kühlblock zeigend die Anschlussöffnungen für zu- und abzuführendes Kühlgas;
Figur 4: einen Horizontalschnitt durch den Kühlblock entlang der Linie A-A gemäß Figur 3 zeigend die Anordnung der Düsen für das kühlende Gas die von einem Kühlmedium umgeben sind, wobei die Pfeile die Flussrichtung des Kühlmediums angeben;
Figur 5: einen Diagonalschnitt entsprechend der Linie B-B nach Figur 4 zeigend einen
Querschnitt durch den Kühlblock und ein zu kühlendes Blechband, wobei die Pfeile den Gasaustritt aus den Kühldüsen und den Gaseintritt in die Eintrittsöffnungen zeigen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 besitzt einen kastenartigen Kühlblock 2, wobei der Kühlblock 2 eine ebene Unterseite 3, eine parallel hierzu verlaufende ebene Oberseite 4 so- wie Seitenwandungen 5, die jeweils parallel zueinander verlaufend angeordnet sind und Seitenwandungen 6 besitzt, die ebenfalls parallel zueinander angeordnet sind.
Die Wandungen 5 und 6 begrenzen einen Hohlraum 7, wobei in dem Hohlraum 7 säulenartige insbesondere zylindrische Düsenkörper 8 und 9 angeordnet sind, wobei die zylindrischen Düsenkörper mit der ebenen Fläche 3 abschließen und somit aus der Fläche 3 austretende Öffnungen bzw. Düsen bilden, wobei die zylindrischen Körper 8, 9 in Zuführbohrungen 10 bzw. Abführbohrungen 11 münden, die von einer Wandung 6 her sich in den Kasten erstrecken, wobei der Kasten eine verdickte Oberseite 4 ausbildet, so dass in etwa bezüglich der Erstreckung über die Höhe nur die Hälfte des Kastens hohl ausgebildet ist. Die Düsenkörper können insbesondere vorteilhafterweise mit Stegen 12, 13 verbunden sein, wobei die Stege 12, 13 innerhalb des hohlen Bereichs des Kastens ein Labyrinth ausbilden (Figur 4) und dieses Labyrinth einen Strömungsweg 13 für ein die Düsenkörper 8, 9 umströmendes Kühlfluid bildet.
Um das Kühlfluid zu zuführen ist eine Zuführöffnung 14 vorgesehen, ebenso wie eine Abführöffnung 15. Die Austrittsöffnung der zylindrischen Düsen in der ebenen Fläche 3 bzw. die Düsen 8, 9 sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie in aufeinanderfolgenden Reihen angeordnet sind, wobei Reihen von Einlassöffnungen 9 bzw. Einlassdüsen 9 und Reihen von Auslassdüsen 8 versetzt zueinander angeordnet sind, sodass immer eine Auslassdüse 8 von 4 Einlassdüsen 9 in gleichen Abständen umgeben ist.
Vorzugsweise sind die Einlassdüsen 9 so angeordnet, dass in den Randbereichen benachbart zu den Wandungen 5, 6 diese Einlassdüsen angeordnet sind, um eine Querströmung über die Wandungen 5, 6 hinaus zu begrenzen. Der Kasten besitzt hierbei vorzugsweise die Breite eines Stahlbandes oder ist so dimensioniert, dass eine Mehrzahl von Kästen die Breite eines Stahlbandes einnehmen kann, sodass dieses vollflächig breit seitlich gekühlt werden kann. Sollen nur Teile des Bandes gekühlt werden, ist es selbstverständlich möglich, auch nur Teile des Bandes 16 (Figur 5) zu kühlen. Vorzugsweise wird der Kühlkasten sehr dicht zu dem Stahlband 16 angeordnet, sodass eine optimale Kühlung und Strömungsverteilung möglich ist.
Da derartige Stahlbänder beim Transport im Transportweg auch Bewegungen quer zum Transportweg machen können und insbesondere flattern, ist es vorteilhaft, wenn die Kästen selbst über Rollen verfügen, mit denen sie so beweglich auf dem Stahlband angeordnet sind, dass diese Schlingungen mitgemacht werden, um Beschädigungen des Stahlbands und/oder der Fläche 3 zu verhindern. Alternativ oder zusätzlich zu der oben genannten Maßnahme kann auch die beidseitige Anordnung allfällige Einflüsse des Flatterns reduzieren und so Beschädigungen vermieden werden.
Die Kästen 2 können auch in entsprechenden Vorrichtungen eingebaut sein, die zum Stahlband 16 immer einen gleichen Abstand einhalten können. Vorzugsweise ist die Fläche 3 zur Sicherstellung einer bestmöglichen Kühlung dunkel ausgebildet und insbesondere schwarz ausgebildet.
Dies ist beispielsweise dadurch möglich, dass die Fläche schwarz verchromt ist oder entspre- chende Schichten, insbesondere durch PVD-Verfahren aufgebracht sind. Für derartige Schichten ist eine Vielzahl von Werkstoffzusammensetzungen möglich, insbesondere Siliziumkarbid.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine sehr homogene Kühlung von heißen metallischen Gegenständen oder eine sehr homogene Erwärmung von kalten metallischen Gegenständen möglich ist, welche kostengünstig ist und eine hohe Variabilität hinsichtlich der Zieltemperatur und möglicher Durchlaufzeiten besitzt.
Bei der Erfindung ist zudem von Vorteil, dass eine Stahlblechplatine oder Stahlband über ihren gesamten Bereich oder teilbereichsweise sehr exakt und mit hoher Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit auf ihre gewünschte Zieltemperatur gebracht wird.
Bei der Erfindung ist weiteres von Vorteil, dass die nachfolgenden Aggregate wie zb Ventile weniger temperaturbelastet werden können und daher das Verfahren ressourcenschonender für das gesamte Kühlsystem angewendet werden kann.
Selbstverständlich ist es auch denkbar, beide Fluide so zu temperieren, dass mit dem System eine Aufheizung vorgenommen werden kann.

Claims

Patentansprüche
Kühlvorrichtung für metallische Gegenstände, wobei zumindest eine Vorrichtung vorhanden ist, wobei die Vorrichtung einen Kühlblock (2) umfasst, wobei der Kühlblock eine Fläche (3) besitzt, aus der Austritts- und Eintrittsdüsen münden, wobei die Austritts- und Eintrittsdüsen in Reihen angeordnet sind, wobei die Austritts- und Eintrittsdüsen im Block mit entsprechenden Zufuhrwegen (10) und Abfuhrwegen (11) verbunden sind, sodass aus den Austrittsöffnungen (8) austretendes Fluid bevorzugt Gas durch die Eintrittsöffnungen (9) wieder in den Block hinein gelangen und insbesondere hinein gesaugt werden kann, wobei im Block mit den Öffnungen (8, 9) säulenartige Düsenkörper (8, 9) ausgebildet sind, wobei die Düsenkörper in einem Hohlraum (7) des Blocks (2) angeordnet sind und der Hohlraum mit einer Zufuhröffnung (14) und einer Abfuhröffnung (15) derart ausgebildet ist, dass die säulenartigen Körper von einem Kühlmedium, insbesondere einer Kühlflüssigkeit umströmt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass eine einen zu kühlenden metallischen Gegenstand zuweisende Oberfläche (3) des Kühlblocks (2) eine Emissivi- tät von ε>0,8 vorzugweise ε>0,9 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (3) aus SiC besteht oder mit SiC beschichtet ist, insbesondere im PVD Verfahren.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungen der säulenartigen Düsen in der ebenen Fläche (3) bzw. die Düsen (8, 9) derart angeordnet sind, dass sie in aufeinander folgenden Reihen angeordnet sind, wobei Reihen von Einlassöffnungen (9) bzw. Einlassdüsen (9) und Reihen von Auslassdüsen (8) versetzt zueinander angeordnet sind, sodass immer eine Auslassdüse (8) von vier Einlassdüsen (9) in gleichen Abständen umgeben ist.
System zum Kühlen von metallischen Gegenständen, insbesondere zum beidseitigen Kühlen von metallischen Gegenständen mit einer Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Mehrzahl von Kühlkörpern insbesondere beidseitig eines zu kühlenden Objekts, insbesondere eines Stahlblechs (16) angeord- net sind, wobei die Absaugdüsen rechteckig oder sechseckig angeordnet sind und die Düsen der gegenüberliegenden Kühlkörper versetzt zueinander angeordnet sind.
Kühlsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Fläche (3) zum zu kühlenden Objekt (16) konstant und insbesondere 5 bis 50 mm beträgt.
Kühlsystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand insbesondere 4- bis 8-malal des hydraulischen Durchmessers der Öffnungen des Düsenkörpers beträgt.
Verwendung eines Kühlsystems nach einem der Ansprüche 5 bis 7 oder einer Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Kühlen von metallischen Gegenständen insbesondere Stahlblechen, insbesondere von Stahlblechen, die als Stahlbänder eine kontinuierliche Wärmebehandlung durchlaufen.
Verfahren zum Herstellen eines Kühlkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung uns insbesondere der Kühlblock einstückig in Additive Manufacturing-Verfahren und insbesondere durch Selective Laser Melting hergestellt wird.
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