WO2020212003A1 - Kreislauf zum kühlen einer mehrzahl von kühlstellen - Google Patents

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WO2020212003A1
WO2020212003A1 PCT/EP2020/055258 EP2020055258W WO2020212003A1 WO 2020212003 A1 WO2020212003 A1 WO 2020212003A1 EP 2020055258 W EP2020055258 W EP 2020055258W WO 2020212003 A1 WO2020212003 A1 WO 2020212003A1
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WO
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cooling
volume flow
cooling line
line branch
circuit
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PCT/EP2020/055258
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Inventor
Ralf Peeters
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Sms Group Gmbh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25DREFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D17/00Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces
    • F25D17/02Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating liquids, e.g. brine

Definitions

  • the invention relates to a closed circuit for cooling a plurality of cooling points in the form of components of a machine, in particular in metallurgical casting, processing and forming systems.
  • the known closed cooling circuits provided for this purpose typically initially have a first cooling line branch with a pressure generator, typically a pump for providing a pressure for a cooling medium which circulates in the cooling circuit.
  • the cooling circuit further comprises a plurality of further cooling line branches connected in parallel to the first cooling line branch in a fluid-conducting manner.
  • a valve for the cooling medium is typically installed in each of these cooling line branches.
  • the valves are manually adjustable pressure reducing valves. These are traditionally set manually iteratively for each individual cooling section or for each individual cooling line branch.
  • volume flow control valves also known as volume flow limiting valves
  • volume flow control valves are known in the prior art; see for example the manual “Automatic control valves” from Mankenberg GmbH, Spengler No 99, 23556 Lübeck, Germany
  • the present invention is based on the object of developing a known closed cooling circuit for cooling a plurality of cooling points in such a way that the cooling capacity at the individual cooling points is stabilized and can be better validated even in the event of malfunctions;
  • the cooling capacity at the individual cooling points should be largely independent of the characteristic curve of the individual cooling points and the pressure of the cooling medium.
  • the present invention aims to reduce the commissioning and maintenance costs for the cooling circuit. This object is achieved by the subject matter of claim 1.
  • the closed cooling circuit according to the invention is characterized in that an individual volume flow control is provided in at least the two cooling line branches with the valves to regulate the volume flow of the cooling medium in the respective cooling line branch with the aid of the valve as an actuator to a given cooling line branch-specific volume flow target value.
  • This volume flow control which is provided individually for each branch of the refrigeration point, stabilizes the cooling performance, regardless of the pressure conditions of the cooling medium in the cooling circuit and regardless of changes in the refrigeration points to be cooled or Machine components.
  • the stabilization of the cooling performance achieved in this way advantageously reduces the commissioning time and the maintenance effort. Furthermore, it leads to an extension of the service life of the machine components to be cooled and to a reduction in operating costs.
  • the volume flow control with the valve is designed in the form of an automatic volume flow control valve which has the volume flow control integrated in itself. This means that this automatic volume flow control valve has all the components otherwise necessary for a fully constructed control circuit, i.e. H. a measuring device, a setpoint / actual value comparator, a control device and an actuating device combined.
  • such an automatic volume flow control valve is designed to regulate the volume flow of the cooling medium through the automatic volume flow control valve to a predetermined cooling line-specific volume flow setpoint based on a pressure change of the cooling medium that it detects itself at its outlet. Due to the automatic operation of this volume flow control valve, all manual iterative settings of cooling line branch-specific valves that are still necessary in the prior art are dispensed with.
  • the description is accompanied by a single figure which shows the closed cooling circuit according to the present invention. The invention is described again in detail below with reference to this figure.
  • the figure shows the closed cooling circuit 100 for cooling a plurality of cooling points K1... -N, where N means a natural number.
  • the cooling points are typically machines or components of machines, in particular to components of a metallurgical machine, such as a casting system for casting a cast strand made of steel, a forming system, further in particular a rolling system for forming the cast strand into a metal strip or a strip treatment system for the process-related treatment of the cast strand or the metal strip.
  • a component of a metallurgical machine is the segment in the casting plant.
  • the strand guide segment of a casting plant is typically an upper frame and a subframe, each of which carries a plurality of strand guide rollers and is mechanically coupled to one another at a distance from one another to create a roller gap for guiding the cast strand after it has left the (casting) mold of the casting plant.
  • This pressure generator 110 serves to provide a pressure for a cooling medium, for example water, which circulates in the cooling circuit 100.
  • a heat exchanger 120 is located in the first branch of the cooling line, which is used to recool the cooling medium heated by the cooling of the cooling points.
  • a valve 130-1 ... -N for the cooling medium is installed in at least two of these cooling line branches.
  • a particularly simple embodiment for implementing this volume flow control specific to the cooling line branch consists in that this volume flow control is designed in each branch in the form of an automatic volume flow control valve 130-1 ... -N. This automatic volume flow control valve then completely replaces a volume flow control circuit otherwise required for each individual cooling line branch
  • a separate volume flow measuring device 140-1... N for detecting the branch-specific volume flow can be provided in at least individual cooling line branches, in particular if such a measuring device is not already integrated in the volume flow control valve.
  • the claimed closed cooling circuit according to the present invention stabilizes the temperature at the individual cooling points at a desired temperature setpoint, because the temperature is proportional to the volume flow setpoint now stabilized by the control. By keeping the temperature constant, the service life of the ones to be cooled are extended
  • Machine components such as those that can arise through the exchange of such machine components, for example in the event of maintenance, are also automatically compensated for by the volume flow control that is claimed, which is specific to the cooling line branch and is therefore specific to machine components.
  • the cooling line branch or cooling point-specific volume flow control or temperature control enables a simple adaptation of cooling capacities of individual cooling points without influencing the cooling capacities of other cooling points in the parallel adjacent cooling branches.
  • Each cooling point to be cooled is individually assigned a cooling line branch.
  • N natural integer n 0 cooling line branch
  • n 1 ... -N cooling line branch

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Abstract

Geschlossener Kühlkreislauf weist einen ersten Kühlleitungszwei n=0 mit einem Druckerzeuger (110), beispielsweise einer Pumpe auf zum Bereitstellen eines Drucks für ein Kühlmedium in dem Kühlkreislauf. Parallel zu dem ersten Kühlleitungszweig sind eine Mehrzahl von weiteren Kühlleitungszweigen geschaltet zum Kühlen einer Mehrzahl von Kühlstellen K1...-Ν, wobei zumindest in zweien dieser Kühlleitungszweige jeweils ein Ventil für das Kühlmedium vorgesehen ist. Um den Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand zu reduzieren und um die Auswirkungen von Druckschwankungen oder Leckagen in einzelnen Kühlleitungszweigen auf andere Kühlleitungszweige in dem Kühlkreislauf zu minimieren, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass in jedem einzelnen Kühlleitungszweig eine eigene individuelle Volumenstromregelung zum Regeln des zweigspezifischen Volumenstroms vorgesehen wird.

Description

Kreislauf zum Kühlen einer Mehrzahl von Kühlstellen
Die Erfindung betrifft einen geschlossenen Kreislauf zum Kühlen einer Mehrzahl von Kühlstellen in Form von Komponenten einer Maschine, insbesondere in hüttentechnischen Gieß-, Prozess- und Umformanlagen.
Im Stand der Technik ist es bekannt, dass die Kühlung für insbesondere derartige Maschinen bei variablen verfahrenstechnischen, umformtechnischen und metallurgischen Anforderungen unterschiedliche Betriebsparameter wie Druck, Volumenstrom, Temperatur etc., bei der Herstellung von unterschiedlichsten hüttentechnischen Produkten über eine Vielzahl von Kühlstellen zur Verfügung stellen muss.
Die für diesen Zweck vorgesehenen bekannten geschlossenen Kühlkreisläufe weisen typischerweise zunächst einen ersten Kühlleitungszweig auf mit einem Druckerzeuger, typischerweise einer Pumpe zum Bereitstellen eines Druckes für ein Kühlmedium, welches in dem Kühlkreislauf zirkuliert. Neben dem ersten Kühlleitungszweig umfasst der Kühlkreislauf weiterhin eine Mehrzahl von jeweils zu dem ersten Kühlleitungszweig fluidleitend parallel geschalteten weiteren Kühlleitungszweigen. In diesen Kühlleitungszweigen ist typischerweise jeweils ein Ventil für das Kühlmedium eingebaut. Traditionell handelt es sich bei den Ventilen um manuell verstellbare Druckreduzierventile. Diese werden traditionell iterativ für jede einzelne Kühlstrecke bzw. für jeden einzelnen Kühlleitungszweig individuell manuell eingestellt.
Diese bekannten geschlossenen Kühlkreisläufe weisen den Nachteil auf, dass Störungen, wie Druckschwankungen und Leckagen in dem Kühlkreislauf nicht nur auf einzelne Kühlzweige begrenzt bleiben, sondern sich auf den gesamten Kühlkreislauf und insbesondere auch auf andere Zweige auswirken. Gleiches gilt für Defekte bei den zu kühlenden Kühlstellen bzw. Anlagenkomponenten oder wenn diese beispielsweise im Rahmen einer Reparatur ausgetauscht werden müssen. Auch bei derartigen Störungen bleibt die Kühlleistung für die einzelnen Kühlstellen nicht stabil.
Darüber hinaus sind im Stand der Technik grundsätzlich sogenannte Volumenstrom-Regelventile, auch Volumenstrom-Begrenzungsventile genannt, bekannt; siehe dazu beispielsweise das Handbuch„Selbsttätige Regelarmaturen“ der Mankenberg GmbH, Spenglerstraße 99, 23556 Lübeck, Deutschland
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bekannten geschlossenen Kühlkreislauf zum Kühlen einer Mehrzahl von Kühlstellen dahingehend weiterzubilden, dass die Kühlleistung an den einzelnen Kühlstellen auch im Fall von Störungen stabilisiert und besser validierbar wird; insbesondere soll die Kühlleistung an den einzelnen Kühlstellen weitgehend unabhängig von der Kennlinie der einzelnen Kühlstellen und dem Druck des Kühlmediums werden. Weiterhin zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, den Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand für den Kühlkreislauf zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Demnach ist der erfindungsgemäße geschlossene Kühlkreislauf dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest den beiden Kühlleitungszweigen mit den Ventilen jeweils eine individuell Volumenstromregelung vorgesehen ist zum Regeln des Volumenstromes des Kühlmediums in dem jeweiligen Kühlleitungszweig mit Hilfe des Ventils als Stellglied auf einen vorgegebenen Kühlleitungszweig spezifischen Volumenstrom-Sollwert.
Durch diese für jeden Kühlstellenzweig individuell vorgesehene Volumenstromregelung wird die Kühlleistung stabilisiert und zwar unabhängig von den Druckverhältnissen des Kühlmediums in dem Kühlkreislauf und unabhängig von Veränderungen in den zu kühlenden Kühlstellen bzw. Maschinenkomponenten. Die so erreichte Stabilisierung der Kühlleistung bewirkt vorteilhafterweise eine Reduktion der Inbetriebnahmezeit und des Wartungsaufwandes. Weiterhin führt sie zu einer Verlängerung der Lebenszeit der zu kühlenden Maschinenkomponenten und zu einer Reduktion der Betriebskosten.
Die einem Kühlleitungszweig zugeordneten und von diesem zu kühlenden Kühlstellen sind mit dem Kühlleitungszweig wärmeleitend verbunden, vorzugsweise direkt oder über einen Wärmetauscher. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ist die Volumenstromregelung mit dem Ventil in Form eines selbsttätigen Volumenstrom-Regelventils ausgebildet, welches die Volumenstromregelung in sich integriert hat. Dies bedeutet, dass dieses selbsttätige Volumenstrom-Regelventil alle ansonsten für einen vollständig aufgebauten Regelkreis notwendigen Komponenten, d. h. eine Messeinrichtung, einen Soll-/lst-Wert-Vergleicher, eine Regeleinrichtung und eine Stelleinrichtung in sich vereinigt. Konkret ist ein solches selbsttätiges Volumenstrom-Regelventil ausgebildet, aufgrund einer von ihm selber detektierten Druckänderung des Kühlmediums an seinem Ausgang den Volumenstrom des Kühlmediums durch das selbsttätige Volumenstrom-Regelventil hindurch auf einen vorgegebenen kühlleitungsspezifischen Volumenstrom-Sollwert einzuregeln. Aufgrund des selbsttätigen Betriebs dieses Volumenstrom-Regelventils entfallen damit alle im Stand der Technik noch immer notwendigen manuellen iterativen Einstellungen von kühlleitungszweigspezifischen Ventilen. Der Beschreibung ist eine einzige Figur beigefügt, welche den geschlossenen Kühlkreislauf gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf diese Figur nochmals detailliert beschrieben.
Die Figur zeigt den geschlossenen Kühlkreislauf 100 zum Kühlen einer Mehrzahl von Kühlstellen K1 ... -N, wobei N eine natürliche Zahl meint. Bei den Kühlstellen handelt es sich typischerweise um Maschinen oder Komponenten von Maschinen, insbesondere um Komponenten einer hüttentechnischen Maschine, wie beispielsweise einer Gießanlage zum Gießen eines Gießstrangs aus Stahl, eine Umformanlage, weiter insbesondere einer Walzanlage zum Umformen des Gießstrangs zu einem Metallband oder um eine Bandbehandlungsanlage zum prozesstechnischen Behandeln des Gießstrangs oder des Metallbandes. Ein weiteres Beispiel für eine Komponente einer hüttentechnischen Maschine ist das Segment in der Gießanlage. Bei dem Strangführungssegment einer Gießanlage handelt es sich typischerweise um einen Oberrahmen und einen Unternahmen, die jeweils eine Mehrzahl von Strangführungsrollen tragen und beabstandet gegenüberliegend mechanisch miteinander gekoppelt sind zum Aufspannen eines Rollenspaltes zum Führen des Gießstrangs nach Verlassen der (Gieß-)Kokille der Gießanlage.
Der geschlossene Kühlkreislauf 100 umfasst gemäß der Figur einen ersten Kühlleitungszweig n=0 mit einem Druckerzeuger 110, bei dem es sich beispielsweise um eine Pumpe handeln kann. Dieser Druckerzeuger 110 dient zum Bereitstellen eines Drucks für ein Kühlmedium, beispielsweise Wasser, welches in dem Kühlkreislauf 100 zirkuliert. Ebenso befindet sich in dem ersten Kühlleitungszweig ein Wärmetauscher 120, welcher der Rückkühlung des durch die Kühlung der Kühlstellen erwärmten Kühlmediums dient. Neben dem ersten Kühlleitungszweig umfasst der hier zu betrachtende geschlossene Kühlkreislauf weiterhin eine Mehrzahl von jeweils zu dem ersten Kühlleitungszweig n=0 fluidleitend parallel geschalteten weiteren Kühlleitungszweigen n=1 ... -N. Jedem dieser weiteren Kühlleitungszweigen n=1 -N ist vorzugsweise eine zu kühlende Kühlstelle K1 -N zugeordnet, die mit ihrem Kühlleitungszweig wärmeleitend verbunden ist. In zumindest zweien dieser Kühlleitungszweige ist jeweils ein Ventil 130-1 ... -N für das Kühlmedium eingebaut.
Erfindungsgemäß ist in zumindest zweien der Kühlleitungszweige n=1 ... -N jeweils eine individuelle Volumenstromregelung vorgesehen zum Regeln des Volumenstroms des Kühlmediums in dem jeweiligen Kühlleitungszweig n mit Hilfe des Ventils als Stellglied auf einen vorgegebenen Kühlleitungszweig spezifischen Volumenstrom-Sollwert.
Eine besonders einfache Ausgestaltung zur Realisierung dieser kühlleitungszweigspezifischen Volumenstromregelung besteht darin, dass diese Volumenstromregelung in jedem Zweig in Form eines selbsttätigen Volumenstrom-Regelventils 130-1 ... -N ausgebildet wird. Dieses selbsttätige Volumenstrom-Regelventil ersetzt dann vollständig einen ansonsten für jeden einzelnen Kühlleitungszweig notwendigen Volumenstrom-Regelkreis
Optional kann in zumindest einzelnen Kühlleitungszweigen eine separate Volumenstrom-Messeinrichtung 140-1 ... N zum Erfassen des zweigspezifischen Volumenstroms vorgesehen sein, insbesondere, wenn eine solche Messeinrichtung nicht bereits in dem Volumenstrom-Regelventil integriert ist.
Der beanspruchte geschlossene Kühlkreislauf gemäß der vorliegenden Erfindung stabilisiert die Temperatur an den einzelnen Kühlstellen auf einen gewünschten Temperatur-Sollwert, weil die Temperatur proportional zu dem nunmehr durch die Regelung stabilisierten Volumenstrom-Sollwert ist. Mit dem Konstanthalten der Temperatur verlängern sich die Standzeiten der zu kühlenden
Maschinenkomponenten (Kühlstellen) und es werden Schäden und Verschleiß an den besagten Kühlstellen reduziert. Darüber hinaus bietet diese individuelle Volumenstromregelung in jedem einzelnen Kühlleitungszweig den Vorteil, dass Leckagen in dem Kühlkreislauf automatisch kompensiert werden. Abgleichungen bzw. Abweichungen in den Kennlinien bei den zu kühlenden
Maschinenkomponenten, wie sie durch den Austausch von solchen Maschinenkomponenten beispielsweise im Wartungsfalle entstehen können, werden durch die beanspruchte kühlleitungszweigspezifische und damit maschinenkomponentenspezifische Volumenstromregelung ebenfalls automatisch ausgeglichen. Schließlich ermöglicht die kühlleitungszweig- bzw. kühlstellenspezifische Volumenstromregelung bzw. Temperaturregelung eine einfache Anpassung von Kühlleistungen einzelner Kühlstellen ohne Beeinflussung von Kühlleistungen anderer Kühlstellen in den parallelen Nachbarkühlzweigen. Jeder zu kühlenden Kühlstelle ist jeweils individuell ein Kühlleitungszweig zugeordnet.
Bezugszeichenliste
100 Kühlkreislauf
110 Druckerzeuger
120 Wärmetauscher
130-1 ... -N Ventil
140-1 ... N Volumenstrom-Messeinrichtung
K1 ... -N Kühlstellen
N natürliche ganze Zahl n=0 Kühlleitungszweig
n=1 ... -N Kühlleitungszweig

Claims

Patentansprüche:
1 . Geschlossener Kühlkreislauf (100) zum Kühlen einer Mehrzahl von
Kühlstellen (K1 ... -N), aufweisend:
einen ersten Kühlleitungszweig (n=0) mit einem Druckerzeuger (1 10) zum Bereitstellen eines Drucks für ein Kühlmedium, welches in dem
Kühlkreislauf (100) zirkuliert; und
eine Mehrzahl von jeweils zu dem ersten Kühlleitungszweig (n=0) fluidleitend parallel geschalteten weiteren Kühlleitungszweigen (n=1 ... - N) zum Kühlen der Kühlstellen (K1 -N), wobei in zumindest zweien dieser Kühlleitungszweige jeweils ein Ventil (130-1 ... -N) für das Kühlmedium eingebaut ist;
dadurch gekennzeichnet,
dass in zumindest den beiden Kühlleitungszweigen (n) mit den Ventilen jeweils eine individuelle Volumenstromregelung vorgesehen ist zum Regeln des Volumenstroms des Kühlmediums in dem jeweiligen Kühlleitungszweig (n) mit Hilfe des Ventils als Stellglied auf einen vorgegebenen
kühlleitungszweigspezifischen Volumenstromsollwert.
2. Kühlkreislauf (100) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Volumenstromregelung mit dem Ventil (130-1 ... -N) ausgebildet ist in Form eines selbsttägigen Volumenstromregelventils.
3. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Kühlstellen (K1 ... -N) um zu kühlende Komponenten einer Maschine handelt, insbesondere einer hüttentechnischen Maschine, wie beispielsweise einer Gießanlage zum Gießen eines Gießstrangs aus Stahl, einer Umformanlage, weiter insbesondere Walzanlage, zum Umformen des Gießstrangs zu einem Metallband oder um einer
Behandlungsanlage zum prozesstechnischen Behandeln des Gießstrangs oder des Metallbandes.
4. Kühlkreislauf (100) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass es sich bei den Komponenten beispielsweise um die Segmente in der Gießanlage handelt.
5. Kühlkreislauf (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
gekennzeichnet durch
einen Wärmetauscher (120) in dem ersten Kühlleitungszweig (n=0) zum Rückkühlen des durch die Kühlung der Kühlstellen erwärmten
Kühlmediums.
PCT/EP2020/055258 2019-04-18 2020-02-28 Kreislauf zum kühlen einer mehrzahl von kühlstellen WO2020212003A1 (de)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11320755A (ja) * 1998-05-11 1999-11-24 Sumitomo Heavy Ind Ltd フィルムラミネート装置
US6418748B1 (en) * 2001-03-22 2002-07-16 Emmpak Foods, Inc. Machinery cooling system

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