WO2020157087A1 - Verfahren zum abkühlen von bewegtem metallischen material sowie vorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens - Google Patents

Verfahren zum abkühlen von bewegtem metallischen material sowie vorrichtung zur durchführung eines solchen verfahrens Download PDF

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cooling
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PCT/EP2020/052081
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Tobias Mertens
Günter VALDER
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Otto Junker Gmbh
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    • F27D9/00Cooling of furnaces or of charges therein

Definitions

  • the invention relates to a method for cooling moving metal material, wherein the moving material has at least one upper and lower nozzle field, each with a plurality of arranged in the nozzle fields
  • High-pressure nozzles through which a fluid flows are cooled and a device for carrying out such a method.
  • Moving metallic material should be understood to mean any metallic goods coming from an upstream annealing furnace, such as metal strips or else preliminary products such as plates, bars or the like.
  • DE 10 2016 101 160 B4 already discloses a device for floating guidance and simultaneous cooling of web-like material, and a method for operating such a device.
  • the device known from DE 10 2016 101 160 B4 in addition to support nozzles through which a pressurized gas flows, water nozzles for cooling the web-like material are arranged in the nozzle field.
  • the invention finds particular application in the process step of cooling during the thermal treatment of endless metal strips such as
  • the belt In belt floatation furnaces, the belt is placed on an air cushion during heating due to the belt surface being sensitive to high temperatures
  • the tape After heating the tape and the desired thermal treatment by holding at a specific temperature, the tape is cooled. This cooling process generates thermally induced stresses, which in turn result in deformation of the material to be cooled. Deformation of the material, especially its good surface, is undesirable
  • Backwater Water accumulation on the web-shaped material, also called backwater.
  • the cooling water applied to the top of the material can only drain off over the belt edges. Different backwater levels can be observed on the top of the sheet material. The backwater level increases with increasing
  • the backwater has an insulating effect, which comes into play between the moving metallic material and the spray jet of the high-pressure nozzle. Due to the varying backwater heights, the insulation effect of the backwater on the surface of the material is different. The resulting inhomogeneous cooling intensity across the direction of flow increases the thermally induced voltages, which in turn leads to undesirable ones
  • the present invention is based on the object of designing and developing the above-mentioned method and a corresponding device for cooling moving metallic material in such a way that the deformation of the surface of the moving metallic material is reduced.
  • High-pressure nozzles in each nozzle field can be controlled separately to achieve minimum good deformation.
  • a nozzle pressure of the individual high-pressure nozzles enables
  • the invention is not limited to cooling by means of water. Rather, other fluids can also be used. For the sake of simplicity, only cooling by means of water is referred to below, the cooling also being able to be carried out using other fluids.
  • the nozzle admission pressure of a high-pressure nozzle considered here the density of water in the emerging cooling water is influenced. The higher the nozzle inlet pressure, the greater the density of water. This density of water in turn has an influence on the
  • Heat transfer coefficient which is the heat transfer, i.e. affects the cooling process and therefore also the thermally induced voltages.
  • the material to be cooled cools at a higher one
  • the nozzle admission pressure of the individual high pressure nozzles can be set separately.
  • High pressure nozzles can trigger the different strong insulation effects Varying backwater heights transverse to the flow direction can be compensated.
  • Temperature homogeneity of the material to be cooled can be achieved in the transverse direction. This enables almost deformation-free cooling.
  • the high-pressure nozzles are made of a single or multi-fluid such as water or a water-air mixture
  • the fluid flows through.
  • the fluid flows through the in a pressure range of 0 to 10 bar
  • distance sensors arranged at the beginning and / or at the end of each nozzle array measure the smoothness of the surface of the material at the top and / or at the bottom.
  • line lasers which use the
  • a processing unit evaluates those generated by the distance sensors
  • Measured values over time so that a three-dimensional image of the surface is created.
  • This image can be used to assess the surface quality of the material at the beginning and / or at the end of each nozzle array from above and / or below.
  • the three-dimensional image accordingly represents the actual surface unevenness of the material.
  • the aim is to obtain an image that shows no deformation of the material. This corresponds to a three-dimensional image that shows no outliers perpendicular to the surface of the material. In this case, the measured one
  • a control system uses the three-dimensional image of the surface generated by the processing unit mentioned or the measured value of the actual surface unevenness as a control variable.
  • Control system always compares the value of the actual surface unevenness with that Command variable of the control loop.
  • the guide size is in the present
  • the method is to reduce the deformation of the surface of the moving material as much as possible. Accordingly, the target surface unevenness has the value zero.
  • the control deviation arises, which represents the input variable for the controller. Based on the control deviation, the controller determines the optimal value for the nozzle admission pressure of each individual high-pressure nozzle in the nozzle field.
  • Nozzle pre-pressure represents the manipulated variable of the
  • the control system takes into account a minimum nozzle pressure that should not be undercut. This is a function of the minimum cooling rate.
  • the control system transfers the optimal nozzle pressure determined for the individual high-pressure nozzles in the nozzle field to a control unit.
  • This control unit sets the specifications of the control system specified for each high-pressure nozzle
  • Nozzle pre-pressure in the individual high pressure nozzles Nozzle pre-pressure in the individual high pressure nozzles.
  • Pressure control valves with an electric servomotor or pneumatic valve drives can be used as the control unit.
  • pressure sensors connected downstream of the control units check whether the requirements of the control system have been correctly implemented. Shows the comparison of the values measured by the pressure sensors and the specifications of the control system deviations can be readjusted.
  • each high-pressure nozzle has a device for separate modification of the nozzle admission pressure. In this way it is possible to set individual nozzle pressures per high pressure nozzle in the respective nozzle field.
  • slot nozzles are arranged above and below the material to be cooled at the beginning and at the end of the nozzle array. These direct the cooling water flowing off in a certain direction. This prevents the water from flowing behind the nozzle field and uncontrolled cooling. The slot nozzles also ensure that no cooling water flows back into the furnace.
  • the high-pressure nozzles have
  • Each nozzle field has separate lines for the water supply. These lines are each equipped with at least one pressure control valve. Each pressure control valve in turn has a control unit in the form of an electric servomotor or a pneumatic valve drive. In a preferred embodiment, the lines are equipped with a pressure sensor in addition to the control unit.
  • distance sensors are arranged above and / or below the material to be cooled at the beginning and / or at the end of each nozzle array.
  • line lasers are provided as distance sensors at the beginning and / or at the end of each nozzle array above and / or below the moving material.
  • Microprocessor unit for processing the measured values of the distance sensors and for regulating the high pressure nozzles.
  • the microprocessor unit is with the Control units of the pressure control valves connected. In this way it is possible to regulate the nozzle admission pressures.
  • the high-pressure nozzles are arranged nested. This makes it possible to achieve a homogeneous density of water.
  • the high-pressure nozzles can also be arranged slightly inclined in the transport direction of the moving material. This improves the cooling effect.
  • the height of the upper nozzle field can also be made vertically adjustable in relation to the lower nozzle field. In this way, products of different strengths can be optimally cooled.
  • the invention is based on a merely preferred
  • Fig. 1 shows a device for performing an inventive
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a device for floating
  • FIG. 3 is an enlarged view of part of the device of FIG. 2, 4 shows two opposite nozzle boxes of the device from FIG. 2 in vertical section along the direction of passage through six upper and six lower high-pressure nozzles, FIG. 5 shows two opposite nozzle boxes of the device from FIG. 2 in FIG.
  • Fig. 6 shows another embodiment of a device of
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device for carrying out the method according to the invention for cooling material B in the exemplary embodiment, in particular metal strips, in a schematic illustration.
  • This schematic representation only shows those components which are of particular importance for the method according to the invention. Accordingly, for the sake of a better overview, for example, none
  • An essential element of this device according to the invention are an upper nozzle field 1 and a lower nozzle field 2, between which the web-like material B is guided and cooled in the direction of the arrow (not shown).
  • Both the upper nozzle field 1 and the lower nozzle field 2 consist of a large number of individual high-pressure nozzles 3.
  • a line laser 4 and 5 are arranged, which measure the flatness of the surface of the sheet material B.
  • the line lasers 4 and 5 are connected to a microprocessor unit 6 which combines the measured values of the line lasers 4 and 5 over time
  • the microprocessor unit 6 uses the information about the flatness of the surface of the web-like material B in order to calculate the optimal nozzle pre-pressure of each individual high-pressure nozzle 3.
  • the microprocessor unit 6 is in turn connected to the individual nozzle pressure valves 7, so that the microprocessor unit 6 fulfills the requirements for the
  • each high pressure nozzle 3 is connected to a separate water pipe 8, which in turn with a
  • Nozzle pressure valve 7 is equipped This enables the nozzle pre-pressure depending
  • High pressure nozzle 3 can be adjusted individually.
  • the individual water pipes 8 are supplied with water via a central water pipe 9.
  • a pressure sensor 10 is arranged between the high-pressure nozzles 3 and the nozzle pressure valves 7 and is also connected to the microprocessor unit 6.
  • Fig. 2 shows a device for floating guidance and cooling
  • sheet material B in particular metal strips including one
  • the device can also extend further backward if longer treatment distances are required to cool the strip.
  • FIG. 2 For better clarity, individual components that are necessary for regulating the nozzle admission pressure are not shown in FIG. 2.
  • the web-like material B is guided between the upper and lower nozzle fields 1 and 2 in the direction of the arrow (not shown).
  • the individual high-pressure nozzles 3 spray water from above and below onto the good surface of the web-like material B, see above that it cools down. It can be seen that the high-pressure nozzles 3 on one
  • common frames 12 and 13 are arranged.
  • Water is supplied to the individual high-pressure nozzles 3 via separate lines 8.
  • the water pipes 8 open into a water supply box 11. Inside the water supply box 11 is the central one
  • Water pipe 9 arranged to supply the individual pipes 8 with water.
  • Pressure sensors 10 also housed in the water supply box 11. For better clarity, however, these components are not shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 an upper and lower nozzle box 15 and 16 and the line laser 4 and 5 are shown in side view.
  • the web-like material B is guided through the device from left to right in the direction of the arrow (not shown).
  • the upper nozzle field 1 is part of the upper nozzle box 15 and the lower nozzle field 2 is part of the lower nozzle box 16.
  • Fig. 3 shows four slot nozzles 17, 18, 19, 20, which ensure a controlled lateral drainage of the cooling water. Flows through the slot nozzle 17
  • the slot nozzle 18 causes the same to happen from below when it enters the nozzle boxes 15 and 16.
  • the nozzle fields 1, 2 can be limited in the transport direction. In particular, this prevents water from flowing back into the furnace. Also, the water cannot flow behind the nozzle field 1, 2 and there is no uncontrolled after-cooling in this way.
  • the line lasers 4, 5, which measure the material surface of the web-like material B, and the frames 12, 13, on which the high-pressure nozzles 3 are carried, are shown in FIG. 3.
  • FIG. 4 shows two opposite nozzle boxes 15 and 16 of the device from FIG. 2 in vertical section along the direction of passage.
  • the web-shaped material B is guided from left to right in the direction of the arrow (not shown) between the upper nozzle box 15 and the lower nozzle box 16.
  • a pressurized gas flows from below through the slit nozzles 18 and 20. From above, a pressurized gas flows through the slit nozzles 17 and 19. To cool the web-like material B, water is injected from above through the nozzle array 1 and from below through the high-pressure nozzle array 2 web-shaped material B applied. 4 also shows the line laser 4 in front and the line laser 5 behind the nozzle boxes 15, 16 for measuring the goodness of the surface of the web-like material B.
  • FIG. 5 shows the two opposite nozzle boxes 15 and 16 of the device from FIG. 2 in vertical section transverse to the direction of flow. It can be seen from the illustration that the high-pressure nozzles 3 are arranged in a nested manner in the exemplary embodiment shown and in this respect preferred.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an apparatus according to the invention for carrying out the cooling process.
  • the illustration in FIG. 6 essentially corresponds to the structure of FIG. 1.
  • more massive metallic materials B ′ such as plates, bars or profiles, are cooled in this device.
  • the material B ' is supported by driven rollers R instead of an aerodynamic levitation system.
  • the high-pressure nozzles 3 are arranged slightly inclined in the transport direction of the moving material B '.
  • the height of the at least one upper nozzle field 1 can be made vertically adjustable in relation to the lower nozzle field 2 or to the transport rollers R. In this way, the upper nozzle field can also be optimally adjusted to the height of the material to be cooled.

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material (B, B')» aus Metall, wobei das bewegte Material (B, B') mit wenigstens einem oberen und unteren Düsenfeld (1, 2) mit je einer Vielzahl von in den Düsenfeldern (1, 2) angeordneten Hochdruckdüsen (3), durch die ein Fluid fließt, gekühlt wird. Um zu erreichen, dass die Verformung der Oberfläche des bewegten metallischen Materials (B, B') reduziert wird, wird vorgeschlagen, dass die einzelnen Hochdruckdüsen (3) in jedem Düsenfeld (1, 2) zum Erreichen einer minimalen Gutverformung separat angesteuert werden. Hinsichtlich der Vorrichtung weist dazu jede Hochdruckdüse (3) eine Einrichtung zur separaten Modifikation des Düsenvordrucks auf.

Description

Verfahren zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material sowie Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material, wobei das bewegte Material mit wenigstens einem oberen und unteren Düsenfeld mit je einer Vielzahl von in den Düsenfeldern angeordneten
Hochdruckdüsen, durch die ein Fluid fließt, gekühlt wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Unter .bewegtem metallischen Material' sollen beliebige aus einem vorgeschalteten Glühofen kommende metallische Güter verstanden werden wie beispielsweise Metallbänder oder aber auch Vorprodukte wie Platten, Barren oder dergleichen.
Es sind bereits Vorrichtungen zum schwebenden Führen von Metallbändern in vielerlei Ausführungen aus dem Stand der Technik bekannt, wobei das Metallband von einer Vielzahl von Tragdüsen von unten mittels eines Gases getragen und geführt wird. Sie werden meist in Zusammenhang mit Öfen zur thermischen Behandlung des bahnförmigen Materials eingesetzt, man spricht dann auch von sog.
Bandschwebeöfen. Im einfachsten Fall wird als Gas zum Tragen Luft verwendet. Eine derartige Vorrichtung zum schwebenden Führen von bahnförmigem Material ist beispielsweise aus der EP 1 699 721 Bl bekannt.
Aus der DE 10 2016 101 160 B4 ist bereits eine Vorrichtung zum schwebenden Führen und gleichzeitigem Abkühlen von bahnförmigem Material, und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Vorrichtung bekannt. In der aus der DE 10 2016 101 160 B4 bekannten Vorrichtung sind neben Tragdüsen, durch die ein druckbeaufschlagtes Gas strömt, Wasserdüsen zur Kühlung des bahnförmigen Materials im Düsenfeld angeordnet. Die Erfindung findet insbesondere Anwendung im Prozessschritt des Kühlens während der thermischen Behandlung von endlosen Metallbändern wie
beispielsweise Aluminiumbändern. Sie lässt sich jedoch auch für das Abkühlen von Platten, Barren oder Metallprofilen einsetzen.
Bei Bandschwebeöfen wird aufgrund der bei hohen Temperaturen empfindlichen Bandoberfläche das Band während des Aufheizens auf einem Luftpolster
berührungslos getragen. Nach dem Aufheizen des Bandes und der gewünschten thermischen Behandlung durch Halten bei einer spezifischen Temperatur wird das Band abgekühlt. Dieser Abkühlvorgang erzeugt thermisch induzierte Spannungen, die wiederum in Verformungen des abzukühlenden Materials resultieren. Verformungen des Materials insbesondere dessen Gutoberfläche sind unerwünscht
Bei bekannten Vorrichtungen bzw. Verfahren zum schwebenden Führen und gleichzeitigem Abkühlen von bahnförmigem Material, insbesondere von
Metallbändern, entstehen durch das Aufbringen von Kühlwasser
Wasseransammlungen auf dem bahnförmigen Material, auch Stauwasser genannt. Das auf der Gutoberseite aufgebrachte Kühlwasser kann nur über die Bandränder abfließen. Auf der Gutoberseite des bahnförmigen Materials können unterschiedliche Stauwasserhöhen beobachtet werden. Die Stauwasserhöhe nimmt mit zunehmendem
Abstand zum Bandrand zu. Die gleiche Problematik besteht bei Verfahren bzw.
Vorrichtungen zum Abkühlen von Platten oder Barren.
Das Stauwasser besitzt eine isolierende Wirkung, die zwischen dem bewegtem metallischen Material und dem Sprühstrahl der Hochdruckdüse zum Tragen kommt Durch die variierenden Stauwasserhöhen ist die Isolationswirkung des Stauwassers auf der Gutoberfläche unterschiedlich stark ausgebildet. Durch die hierdurch entstehende inhomogene Kühlintensität quer zur Durchlaufrichtung steigen die thermisch induzierten Spannungen an, die wiederum zu unerwünschten
Verformungen des Materials führen. Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, das eingangs genannte und zuvor näher beschriebene Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material so auszugestalten und weiterzubilden, dass die Verformung der Oberfläche des bewegten metallischen Materials reduziert wird.
Diese Aufgabe wird verfahrensmäßig dadurch gelöst, dass die einzelnen
Hochdruckdüsen in jedem Düsenfeld zum Erreichen einer minimalen Gutverformung separat angesteuert werden. Die gezielte und individuelle Einstellung der
Düsenvordrücke der einzelnen Hochdruckdüsen ermöglicht eine
Temperaturhomogenität der Oberfläche des zu kühlenden Guts, welche eine
Voraussetzung für ein verformungsfreies Abkühlen darstellt.
Es versteht sich von selbst, dass sich die Erfindung nicht auf die Kühlung mittels Wasser beschränkt. Vielmehr können ebenfalls andere Fluide eingesetzt werden. Einfachheitshalber wird nachfolgend nur auf die Kühlung mittels Wasser Bezug genommen, wobei die Kühlung ebenfalls mit Hilfe anderer Fluide durchgeführt werden kann. Durch Variation des Düsenvordrucks einer hier betrachteten Hochdruckdüse wird die Wasserbeaufschlagungsdichte des austretenden Kühlwassers beeinflusst. Je höher der Düsenvordruck eingestellt ist, desto größer ist die Wasserbeaufschlagungsdichte. Diese Wasserbeaufschlagungsdichte besitzt wiederum einen Einfluss auf den
Wärmeübergangskoeffizient, welcher den Wärmeübergang, d.h. den Abkühlvorgang und mithin auch die thermisch induzierten Spannungen, beeinflusst.
Dementsprechend kühlt das zu kühlende Material bei einer höheren
Wasserbeaufschlagungsdichte schneller ab.
Nach einer weiteren Lehre der Erfindung ist der Düsenvordruck der einzelnen Hochdruckdüsen separat einstellbar. Durch Modifikation des Düsenvordrucks der
Hochdruckdüsen kann die unterschiedliche starke Isolationswirkung, ausgelöst durch variierende Stauwasserhöhen quer zur Durchlaufrichtung, ausgeglichen werden. Bei Nutzung der beschriebenen physikalischen Wirkkette kann eine
Temperaturhomogenität des zu kühlenden Materials in Querrichtung erreicht werden. Dies ermöglicht ein nahezu verformungsfreies Abkühlen.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung werden die Hochdruckdüsen von einem Ein- oder Mehrstofffluid wie Wasser oder ein Wasser-Luft-Gemisch
durchströmt. Das Fluid fließt dabei in einem Druckbereich von 0 bis 10 bar durch die
Hochdruckdüsen.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung messen am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds angeordnete Abstandssensoren die Gutebenheit der Oberfläche des Materials oben und/oder unten. Als Abstandssensoren können in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Linienlaser zum Einsatz kommen, die die
Gutebenheit der Oberfläche des Materials über die gesamte Breite des zu kühlenden Guts messen.
Eine Verarbeitungseinheit wertet die von den Abstandssensoren generierten
Messwerte über der Zeit aus, so dass ein dreidimensionales Bild der Oberfläche entsteht. Anhand dieses Bildes kann von oben und/oder unten die Oberflächengüte des Materials am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds bewertet werden. Das dreidimensionale Bild stellt dementsprechend die Ist-Oberflächenunebenheit des Materials dar. Ziel ist es, ein Bild zu erhalten, das keine Verformungen des Materials zeigt. Dies entspricht einem dreidimensionalen Bild, das senkrecht zur Oberfläche des Materials keine Ausreißer zeigt. In diesem Fall erreicht die gemessene
Oberflächenunebenheit den Wert Null.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung nutzt ein Regelsystem das durch die erwähnte Verarbeitungseinheit generierte dreidimensionale Bild der Oberfläche bzw. den gemessenen Wert der Ist-Oberflächenunebenheit als Regelgröße. Das
Regelsystem vergleicht stets den Wert der Ist-Oberflächenunebenheit mit der Führungsgröße des Regelkreises. Die Führungsgröße ist in der vorliegenden
Anwendung die Soll-Oberflächenunebenheit. Ziel eines erfindungsgemäßen
Verfahrens ist es, die Verformung der Oberfläche des bewegten Materials möglichst stark zu reduzieren. Dementsprechend trägt die Soll-Oberflächenunebenheit den Wert Null.
Durch Vergleich der Werte der Ist-Oberflächenunebenheit und der Soll- Oberflächenunebenheit entsteht die Regelabweichung, die die Eingangsgröße für den Regler darstellt. Auf Basis der Regelabweichung ermittelt der Regler den optimalen Wert für den Düsenvordruck jeder einzelnen Hochdruckdüse im Düsenfeld. Der
Düsenvordruck stellt in dem betrachteten Anwendungsfall die Stellgröße der
Regelstrecke dar.
Auf die Regelstrecke selbst können weitere Störgrößen wie beispielsweise die Raum- oder Wassertemperatur einwirken. Durch die permanente Messung der Ist- Oberflächenunebenheit und Justierung des Düsenvordrucks kann etwaigen
Störgrößen entgegengewirkt werden.
Das Regelsystem berücksichtigt bei Ermittlung des optimalen Düsenvordrucks einen nicht zu unterschreitenden Mindestdüsenvordruck. Dieser ist eine Funktion der Mindestabkühlrate.
Das Regelsystem transferiert den ermittelten optimalen Düsenvordruck für die einzelnen Hochdruckdüsen im Düsenfeld an eine Steuereinheit. Diese Steuereinheit setzt die je Hochdruckdüse spezifizierten Vorgaben des Regelsystems hinsichtlich
Düsenvordruck in den einzelnen Hochdruckdüsen um. Als Steuereinheit können Druckregelventile mit elektrischem Stellmotor oder pneumatische Ventilantriebe zum Einsatz kommen. In einer bevorzugten Ausführungsform prüfen den Steuereinheiten nachgeschaltete Drucksensoren, ob die Vorgaben des Regelsystems korrekt umgesetzt wurden. Zeigt der Abgleich der durch die Drucksensoren gemessenen Werte und der Vorgaben des Regelsystem Abweichungen, kann nachjustiert werden.
Die Aufgabe der Lösung erfolgt für eine Vorrichtung mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 15 dadurch, dass jede Hochdruckdüse eine Einrichtung zur separaten Modifikation des Düsenvordrucks aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, individuelle Düsenvordrücke je Hochdruckdüse im jeweiligen Düsenfeld einzustellen.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind am Anfang und am Ende des Düsenfelds Schlitzdüsen oberhalb und unterhalb des zu kühlenden Materials angeordnet. Diese lenken das abfließende Kühlwasser kontrolliert in eine bestimmte Richtung. Hierdurch wird vermieden, dass das Wasser hinter das Düsenfeld abfließt und eine unkontrollierte Nachkühlung stattfindet. Darüber hinaus wird durch die Schlitzdüsen auch sichergestellt, dass kein Kühlwasser in den Ofen zurückfließt.
Nach einer bevorzugten Lehre der Erfindung weisen die Hochdruckdüsen im
Düsenfeld jeweils separate Leitungen für die Wasserzufuhr auf. Diese Leitungen sind mit jeweils mindestens einem Druckregelventil ausgestattet. Jedes Druckregelventil weist wiederum eine Steuereinheit in Form eines elektrischen Stellmotors oder eines pneumatischen Ventilantriebs auf. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Leitungen zusätzlich zur Steuereinheit mit einem Drucksensor ausgestattet.
Eine weitere Lehre der Erfindung sieht vor, dass am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds Abstandssensoren oberhalb und/unterhalb des zu kühlenden Materials angeordnet sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind als Abstandssensoren am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds Linienlaser oberhalb und/oder unterhalb des bewegten Materials vorgesehen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine
Mikroprozessoreinheit zur Verarbeitung der Messwerte der Abstandssensoren und zur Regelung der Hochdruckdüsen vor. Die Mikroprozessoreinheit ist mit den Steuereinheiten der Druckregelventile verbunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Regelung der Düsenvordrücke vorzunehmen.
Gemäß einer weiteren Lehre der Erfindung sind die Hochdruckdüsen verschachtelt angeordnet. Dadurch ist es möglich, eine homogene Wasserbeaufschlagungsdichte zu realisieren. Die Hochdruckdüsen können in weiter Ausgestaltung der Erfindung auch in Transportrichtung des bewegten Materials leicht geneigt angeordnet sein. Dadurch wird die Kühlwirkung verbessert. Auch kann das obere Düsenfeld in seiner Höhe zum unteren Düsenfeld vertikal verstellbar ausgeführt sein. So können unterschiedlich starke Produkte optimal abgekühlt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer lediglich bevorzugte
Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens im Vertikalschnitt längs zur Durchlaufrichtung, teilweise freigelegt, in schematischer Darstellung,
Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum schwebenden
Führen und Kühlen von bahnförmigem Material inkl. eines
erfindungsgemäßen Wasserzufuhrkastens, teilweise freigelegt, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung eines Teils der Vorrichtung aus Fig. 2, Fig. 4 zwei gegenüberliegende Düsenkästen der Vorrichtung aus Fig. 2 im Vertikalschnitt längs zur Durchlaufrichtung durch sechs obere und sechs untere Hochdruckdüsen, Fig. 5 zwei gegenüberliegende Düsenkästen der Vorrichtung aus Fig. 2 im
Vertikalschnitt quer zur Durchlaufrichtung und
Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung des
erfindungsgemäßen Verfahrens im Vertikalschnitt längs zur
Durchlaufrichtung, in schematischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abkühlen von im Ausführungsbeispiel bahnförmigem Material B, insbesondere von Metallbändern, in schematischer Darstellung. In dieser schematischen Darstellung sind lediglich jene Komponenten dargestellt, die für das erfindungsgemäße Verfahren von besonderer Bedeutung sind. Dementsprechend sind einer besseren Übersicht wegen beispielsweise keine
Tragdüsen dargestellt.
Wesentliches Element dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind ein oberes Düsenfeld 1 und ein unteres Düsenfeld 2, zwischen denen das bahnförmige Material B in Richtung des nicht näher bezeichneten Pfeils geführt und gekühlt wird. Sowohl das obere Düsenfeld 1 als auch das untere Düsenfeld 2 bestehen aus einer Vielzahl einzelner Hochdruckdüsen 3.
Am Anfang und am Ende des oberen Düsenfelds 1 sind jeweils ein Linienlaser 4 bzw. 5 angeordnet, die die Gutebenheit der Oberfläche des bahnförmigen Materials B messen. Die Linienlaser 4 und 5 sind mit einer Mikroprozessoreinheit 6 verbunden, welche die Messwerte der Linienlaser 4 und 5 über die Zeit zu einem
dreidimensionalen Bild auswertet. Die Mikroprozessoreinheit 6 nutzt dabei die Information über die Gutebenheit der Oberfläche des bahnförmigen Materials B, um den optimalen Düsenvordruck jeder einzelnen Hochdruckdüse 3 zu berechnen. Die Mikroprozessoreinheit 6 ist wiederum mit den einzelnen Düsendruckventilen 7 verbunden, so dass die Mikroprozessoreinheit 6 die Vorgaben für die
hochdruckdüsenindividuellen Düsenvordrücke an die einzelnen Düsendruckventile 7 übermitteln kann. Aus Fig. 1 erkennt man, dass jede Hochdruckdüse 3 an eine separate Wasserleitung 8 angeschlossen ist, die wiederum mit einem
Düsendruckventil 7 ausgestattet ist Dies ermöglicht, dass der Düsenvorduck je
Hochdruckdüse 3 individuell eingestellt werden kann. Die einzelnen Wasserleitungen 8 werden über eine zentrale Wasserleitung 9 mit Wasser versorgt.
Zwischen den Hochdruckdüsen 3 und den Düsendruckventilen 7 ist ein Drucksensor 10 angeordnet, der ebenfalls in Verbindung zur Mikroprozessoreinheit 6 steht. Die
Drucksensoren 10 prüfen, ob die Vorgaben der Mikroprozessoreinheit 6 hinsichtlich Düsenvordruck korrekt durch die Druckregelventile 7 eingestellt wurden. Ist dies nicht der Fall, können die Druckregelventile 7 nachjustieren. Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum schwebenden Führen und Kühlen von
bahnförmigem Material B, insbesondere Metallbändern inklusive eines
erfindungsgemäßen Wasserzufuhrkastens 11. Es ist klar, dass die gezeigte
Vorrichtung sich je nach Verwendungszweck auch weiter nach hinten erstrecken kann, wenn längere Behandlungsstrecken zur Kühlung des Bandes erforderlich sind.
Zur besseren Übersichtlichkeit sind in Fig. 2 einzelne Komponenten, die zur Regelung des Düsenvordrucks notwendig sind, nicht dargestellt. Das bahnförmige Material B wird zwischen dem oberen und unteren Düsenfeld 1 bzw. 2 schwebend in Richtung des nicht näher bezeichneten Pfeils geführt Die einzelnen Hochdruckdüsen 3 sprühen von oben und unten Wasser auf die Gutoberfläche des bahnförmigen Materials B, so dass dieses abkühlt. Man erkennt, dass die Hochdruckdüsen 3 auf einem
gemeinsamen Rahmen 12 bzw. 13 angeordnet sind.
Außerhalb des Gehäuses 14 und oberhalb des bahnförmigen Materials B sind
Linienlaser 4 bzw. 5 angeordnet. In Fig. 2 ist lediglich der hinter dem
Hochdruckdüsenfeld 1 bzw. 2 angeordnete Linienlaser 5 gezeigt.
Den einzelnen Hochdruckdüsen 3 wird über separate Leitungen 8 Wasser zugeführt. In einer bevorzugten Ausführungsform münden die Wasserleitungen 8 in einen Wasserzufuhrkasten 11. Innerhalb des Wasserzufuhrkastens 11 ist die zentrale
Wasserleitung 9 zur Versorgung der einzelnen Leitungen 8 mit Wasser angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Druckregelventile 7 und die
Drucksensoren 10 ebenfalls in dem Wasserzufuhrkasten 11 untergebracht. Zur besseren Übersichtlichkeit sind diese Bauteile jedoch nicht in Fig. 2 dargestellt.
In Fig. 3 sind ein oberer und unterer Düsenkasten 15 bzw. 16 sowie die Linienlaser 4 und 5 in Seitenansicht dargestellt. Das bahnförmige Material B wird von links nach rechts in Richtung des nicht näher bezeichneten Pfeils durch die Vorrichtung geführt. Das obere Düsenfeld 1 ist Teil des oberen Düsenkastens 15 und das untere Düsenfeld 2 Teil des unteren Düsenkastens 16.
Fig. 3 zeigt vier Schlitzdüsen 17, 18, 19, 20, die ein kontrolliertes seitliches Abfließen des Kühlwassers sicherstellen. Durch die Schlitzdüse 17 strömt ein
druckbeaufschlagtes Gas von oben auf das bahnförmige Material B bei Eintritt in die Düsenkästen 15 bzw. 16. Durch die Schlitzdüse 18 passiert selbiges von unten bei Eintritt in die Düsenkästen 15 bzw. 16. Darüber hinaus sind zwei Schlitzdüsen 19, 20 am Ende der Düsenkästen 15, 16 angeordnet, durch die ebenfalls ein
druckbeaufschlagtes Gas strömt. Auf diese Weise können die Düsenfelder 1, 2 in Transportrichtung begrenzt werden. Insbesondere wird so ein Zurückfließen von Wasser in den Ofen vermieden. Auch kann das Wasser nicht hinter das Düsenfeld 1, 2 abfließen und es kommt auf diese Weise nicht zu einer unkontrollierten Nachkühlung. Des Weiteren sind die Linienlaser 4, 5, die die Gutoberfläche des bahnförmigen Materials B messen, sowie die Rahmen 12, 13, auf denen die Hochdruckdüsen 3 getragen werden, in Fig. 3 dargestellt.
Fig. 4 zeigt zwei gegenüberliegende Düsenkästen 15 bzw. 16 der Vorrichtung aus Fig. 2 im Vertikalschnitt längs zur Durchlaufrichtung. Das bahnförmige Material B wird von links nach rechts in Richtung des nicht näher bezeichneten Pfeils zwischen dem oberen Düsenkasten 15 und dem unteren Düsenkasten 16 geführt.
Von unten strömt ein druckbeaufschlagtes Gas durch die Schlitzdüsen 18 und 20. Von oben strömt ein druckbeaufschlagtes Gas durch die Schlitzdüsen 17 bzw. 19. Zur Kühlung des bahnförmigen Materials B wird Wasser von oben durch das Düsenfeld 1 und von unten durch das Hochdruckdüsenfeld 2 auf das bahnförmige Material B aufgetragen. Ferner erkennt man in Fig. 4 den Linienlaser 4 vor und den Linienlaser 5 hinter den Düsenkästen 15, 16 zur Messung der Gutebenheit der Oberfläche das bahnförmigen Materials B.
In Fig. 5 sind die zwei gegenüberliegende Düsenkästen 15 und 16 der Vorrichtung aus Fig. 2 im Vertikalschnitt quer zur Durchlaufrichtung dargestellt. Aus der Darstellung kann man entnehmen, dass die Hochdruckdüsen 3 im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel verschachtelt angeordnet sind.
Schließlich zeigt Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Abkühlen. Die Darstellung in Fig. 6 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau von Fig. 1. An Stelle eines Metallbandes werden bei dieser Vorrichtung massivere metallische Materialien B', wie Platten, Barren oder auch Profile abgekühlt. Hierbei wird das Material B' an Stelle von einem aerodynamischen Schwebesystem durch angetriebene Rollen R gestützt. Aus Fig. 6 geht ferner hervor, dass die Hochdruckdüsen 3 in Transportrichtung des bewegten Materials B' leicht geneigt angeordnet sind. Nicht dargestellt ist, jedoch von der vorliegenden Erfindung umfasst, dass das wenigstens eine obere Düsenfeld 1 in seiner Höhe zum unteren Düsenfeld 2 bzw. zu den Transportrollen R vertikal verstellbar ausgeführt sein kann. Auf diese Weise lässt sich auch das obere Düsenfeld optimal auf die Höhe des zu kühlenden Materials einstellen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material (B, B'),
wobei das bewegte Material (B, B') mit wenigstens einem oberen und unteren Düsenfeld (1, 2) mit je einer Vielzahl von in den Düsenfeldern (1, 2)
angeordneten Hochdruckdüsen (3), durch die ein Fluid fließt, gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, dass
die einzelnen Hochdruckdüsen (3) in jedem Düsenfeld (1, 2) zum Erreichen einer minimalen Gutverformung separat angesteuert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Düsenvordruck der einzelnen Hochdruckdüsen (3) separat einstellbar ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckdüsen (3) von einem Ein- oder Mehrstofffluid wie Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch durchströmt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckdüsen (3) in einem Druckbereich von 0 bis 10 bar durchströmt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
Schlitzdüsen (17, 18, 19, 20), durch die ein druckbeaufschlagtes Gas strömt, das zur Kühlung eingesetzte und abfließende Fluid kontrolliert lenken so dass jedes Düsenfeld (1, 2) in seiner Ausdehnung im Transportrichtung des bewegten Materials (B, B') definiert begrenzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds (1, 2) Abstandssensoren (4, 5) die Gutebenheit der Oberfläche des bewegten Materials (B, B') oben und/oder unten messen.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds (1, 2) als Abstandssensoren Linienlaser (4, 5) die Gutebenheit der Oberfläche des bewegten Materials (B, B') oben und/oder unten über die gesamte Breite des bewegten Materials (B, B') messen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messwerte der Abstandssensoren (4, 5) von einer Mikroprozessoreinheit (6) über der Zeit zu einem dreidimensionalen Bild der Oberfläche ausgewertet werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Regelsystem die durch die Abstandssensoren (4, 5) ermittelten Messwerte in einer Mikroprozessoreinheit (6) verarbeitet und den optimalen Düsenvordruck für die einzelnen Hochdruckdüsen (3) mit dem Ziel der Minimierung der Gutverformung des bewegten Materials (B, B') ermittelt.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, dass das Regelsystem einen nicht zu unterschreitenden von der Mindestabkühlrate abhängenden Mindestdüsenvordruck bei der Regelung der Hochdruckdüsen (3) berücksichtigt.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Regelsystem den ermittelten optimalen Düsenvordruck für die einzelnen Hochdruckdüsen (3) an eine Steuereinheit transferiert.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuereinheit die je Hochdruckdüse (3) spezifizierten Vorgaben des
Regelsystems hinsichtlich Düsenvordruck in Druckregelventilen (7), die den einzelnen Hochdruckdüsen (3) vorgeschaltet sind, umsetzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Drucksensor (10) die je Hochdruckdüse (3) spezifizierten Vorgaben des Regelsystems und die tatsächlich durch die Steuereinheiten der
Druckregelventile (7) umgesetzten Düsenvordrücke miteinander abgleicht.
14. Verfahren nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
bei Abweichungen zwischen den je Hochdruckdüse (3) spezifizierten Vorgaben des Regelsystems und den tatsächlich durch die Druckregelventile (7) umgesetzten Düsenvordrücke die Steuereinheiten der Druckregelventile (7) nachjustieren.
15. Vorrichtung zum Abkühlen von bewegtem metallischen Material (B, B'), mit wenigstens einem oberen und einem unteren, jeweils eine Vielzahl von
Hochdruckdüsen (3) aufweisenden Düsenfeld (1, 2), wobei das bewegte Material (B, B') mittels eines Fluides, welches durch die Hochdruckdüsen (3) austritt, an seinen Oberflächen gekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Hochdruckdüse (3) eine Einrichtung zur separaten Modifikation des Düsenvordrucks aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Anfang und am Ende des Düsenfeld (1, 2) Schlitzdüsen (17, 18, 19, 20) oberhalb und unterhalb des zu kühlenden Materials (B, B') angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckdüsen (3) im Düsenfeld (1, 2) eine separate Leitung (8) für die Fluidzufuhr aufweisen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Leitung (8) für die Fluidzufuhr der einzelnen Hochdruckdüsen (3) im Düsenfeld (1, 2) ein Druckregelventil (7) aufweist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
jedes Druckregelventil (7) mit einer Steuereinheit in Form eines elektrischen Stellmotors oder eines pneumatischen Ventilantriebs ausgestattet ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, dass
jede Leitung (8) für die Fluidzufuhr der einzelnen Hochdruckdüsen (3) im Düsenfeld (1, 2) einen einem Druckregelventil (7) nachgeschalteten Drucksensor (10) aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds (1, 2) Abstandssensoren oberhalb und/oder unterhalb des bewegten Materials (B, B') angeordnet sind.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21,
dadurch gekennzeichnet, dass
als Abstandssensoren am Anfang und/oder am Ende jedes Düsenfelds (17, 18) Linienlaser (4, 5) oberhalb und/oder unterhalb des bewegten Materials (B, B') angeordnet sind.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Mikroprozessoreinheit (6) zur Verarbeitung der Messwerte der
Abstandssensoren (4, 5) und zur Regelung der Hochdruckdüsen (3) vorgesehen ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 23,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckdüsen (3) verschachtelt angeordnet sind.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hochdruckdüsen (3) in Transportrichtung des bewegten Materials (B, B') leicht geneigt angeordnet sind.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 25,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine obere Düsenfeld (1) in seiner Höhe zum unteren Düsenfeld (2) vertikal verstellbar ausgeführt ist.
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