WO2021209251A1 - Betrieb einer kühleinrichtung mit einem minimalen arbeitsdruck - Google Patents

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WO2021209251A1
WO2021209251A1 PCT/EP2021/058174 EP2021058174W WO2021209251A1 WO 2021209251 A1 WO2021209251 A1 WO 2021209251A1 EP 2021058174 W EP2021058174 W EP 2021058174W WO 2021209251 A1 WO2021209251 A1 WO 2021209251A1
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control
pump arrangement
control device
working pressure
cooling
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PCT/EP2021/058174
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Klaus Weinzierl
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Primetals Technologies Germany Gmbh
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    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/02—Devices for surface or other treatment of work, specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills for lubricating, cooling, or cleaning
    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0209—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants
    • B21B45/0215—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D11/00—Process control or regulation for heat treatments
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    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/56—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering characterised by the quenching agents
    • C21D1/60—Aqueous agents

Definitions

  • the present invention is based on a Melverfah ren for a cooling device for cooling a hot rolling stock made of metal,
  • cooling device has a collecting line into which a liquid coolant is fed via a pump arrangement and from which a plurality of branch lines to application devices branch off,
  • the pump arrangement has a number of pumps, a control valve is arranged in each of the branch lines and the coolant is applied to the rolling stock by means of at least some of the application devices,
  • the control device controls the pump arrangement according to a final control state and the control valves according to control values.
  • the present invention is further based on a computer program which comprises machine code, which can be processed by a control device of a cooling device for cooling a hot rolling stock made of metal, the processing of the machine code by the control device causing the control device to control the cooling device according to one of these operating procedures.
  • the present invention is also based on a control device of a cooling device for cooling a hot rolling stock made of metal, the control device having a such a computer program is programmed so that the control device operates the cooling device according to such an operating method.
  • the present invention is also based on a cooling device for cooling a hot rolled stock made of metal,
  • the cooling device has a collecting line, a pump arrangement and a plurality of application devices,
  • the application devices are connected to the collecting line via a respective branch line,
  • the pump arrangement has a number of pumps by means of which the liquid coolant is fed into the collecting line
  • a control valve is arranged in each of the branch lines,
  • cooling device has such a control device which operates the cooling device according to such an operating method.
  • a cooling device for cooling a hot rolled stock made of metal in which a liquid coolant is fed into a collecting line via a pump arrangement, from which branch lines lead to application devices, by means of which the coolant is applied to the rolling stock.
  • Control valves are arranged in the branch lines.
  • the control device uses its known setpoint currents to be fed to the application devices to determine a control state for the pump arrangement and control values for the control valves and controls the pump arrangement and the control valves. responsive to.
  • the collecting line is either under high pressure or under low pressure.
  • the higher pressure of the coolant is only generated when it is actually needed.
  • the need for high pressure is considered to be given if, at low pressure, the opening position of at least one valve would exceed a certain opening position specified as a limit value.
  • WO 2014/124867 A1 also discloses a cooling device for cooling a hot rolled stock made of metal, in which a pump arrangement feeds a liquid coolant into a collecting line, from which branch lines lead to application devices, by means of which the coolant is applied to the rolling stock .
  • Control valves are arranged in the branch lines.
  • a control device of thedeein direction are known target currents that are to be fed to the Aufbringeinrich lines.
  • the control device determines corresponding control values of the control valves and controls them in this way.
  • WO 2014/124868 A1 also discloses a cooling device for cooling a hot rolled stock made of metal, in which a liquid coolant is fed into a collecting line via a pump arrangement, from which branch lines lead to application devices by means of which the coolant is applied to the rolling stock .
  • Control valves are arranged in the branch lines.
  • a control device of the cooling device uses setpoint currents to be fed to the application devices to determine a total current and, on the basis of the total current, a control state of the pump configuration.
  • the working pressure in the collecting line can be set between a minimum value and a maximum value.
  • the control valves can be set between fully closed and fully open positions. To set the individual target currents, the control device varies both the opening positions of the valves and the line pressure that the pump generates in the manifold.
  • a cooling device for cooling a hot rolled stock made of metal in which a liquid coolant is fed into a collecting line via a pump arrangement, from which branch lines lead to application devices, by means of which the coolant is applied to the rolling stock .
  • Control valves are arranged in the branch lines.
  • a control device determines a control state for the pump arrangement as a function of the setpoint currents that are to be supplied to the application devices. In addition to the total amount of water to be carried, the control device takes into account a change in the amount of water and a line resistance. If the opening positions of the control valves fall below minimum distances from a minimum possible open position and a maximum possible open position, the control state of the Pum pe and thus also the working pressure are adapted.
  • a cooling device for ku len a hot rolling stock made of metal is known, in which a liquid coolant is applied to the rolling stock by means of several application devices.
  • the application devices who are each fed by their own pump. Valves between the respective pump and the respective application device are continuously kept ge in a fully open state. The setting of the pumped amounts of coolant takes place exclusively through appropriate time-variable control of the pumps.
  • control valves are fed via pumps.
  • a typical arrangement is a supply of several control valves via a collecting line, the Sam mel Arthur being supplied with coolant by a pump arrangement will.
  • the pump arrangement can have one pump or also several pumps.
  • the coolant is applied to the rolling stock by means of the application devices (these are often designed as spray bars).
  • additional applicators may be present that do not apply the coolant to the rolling stock, but instead deliver the coolant in some other way. This can be useful, for example, to equalize the amount of coolant that is conveyed overall.
  • the object of the present invention is to create possibilites by means of which a conventional cooling device - that is, a cooling device in which the metering of the coolant applied to the rolling stock takes place via the control of control valves - can be operated in an improved manner.
  • an operating method of the type mentioned at the beginning is designed in that the control device for determining the final control state of the pump arrangement and the control values of the control valves
  • a respective individual working pressure is determined that must prevail in the collecting line so that the respective target current flows in the respective branch line
  • a preliminary control state of the pump arrangement he averages, so that the collecting line by means of the pump arrangement a total flow of coolant is supplied, which corresponds to the sum of the target currents, and at the same time in the collecting line there is a preliminary working pressure that is at least as great as the greatest of the individual working pressures,
  • the final control state of the pump arrangement is determined using the preliminary control state of the pump arrangement in such a way that the total flow of coolant is fed to the collecting line by means of the pump arrangement and at the same time there is a final working pressure in the collecting line, and
  • the activation values of the control valves are determined using the final working pressure in such a way that the respective target current flows in the respective branch line.
  • the limit modulations of the control valves are the maximum modulations of the control valves.
  • the limit modulations of the control valves are slightly below this, i.e. are only in the vicinity of the maximum modulations of the control valves.
  • the limit modulations of the control valves al so correspond to a high percentage of the maximum modulations of the control valves, for example 80%, 90% or 95%.
  • the limit modulations can also have other values. In particular, a value of 80% should not be undercut.
  • the figures also relate to the coolant flows, i.e. the effect resulting from the activation of the respective control valve.
  • control device takes into account secondary conditions related to the Pum pen arrangement within the scope of the determination of the preliminary control state. This can ensure that the pump arrangement is always operated in a permissible operating range.
  • the control device can, for example, check whether it can determine a permissible control state of the pump arrangement in which the pump arrangement on the one hand promotes the required total flow and on the other causes the largest of the individual working pressures determined in the collecting line. If this is the case, this working pressure or a value derived directly from this working pressure can be used as the final working pressure. If this is not the case, the control device can gradually increase the working pressure, starting from the preliminary working pressure, until a permissible control state of the pump arrangement is found.
  • the control device preferably takes into account secondary conditions related to the control valves in the course of determining the preliminary control state.
  • the control device can, for example, determine the associated control values of the control valves for a permissible control state of the pump arrangement which, on the one hand, promotes the required total flow and, on the other hand, causes a working pressure in the collecting line that is at least as large as the largest of the individual working pressures check whether and, if so, to what extent undesirable conditions occur. If this is the case, either the undesired states can be accepted or the control state can be adapted to the pump configuration. Which measure is taken can be decided depending on the situation of the individual case.
  • the control device preferably also takes into account at least one previous final control state of the pump arrangement and / or at least one preliminary control state of the pump arrangement expected in the future.
  • the control device can be a mo- Carry out a dell-predictive determination of the preliminary control state.
  • the control device can also, for example, set an optimization problem into which, on the one hand, the minimization of the preliminary working pressure according to the invention is included and, on the other hand, further facts are included. Examples of such circumstances are a change in the preliminary or the final working pressure and a change in the control status of the pump arrangement.
  • the object is also achieved by a computer program with the features of claim 6.
  • the processing of the computer program has the effect that the control device operates the cooling device according to an operating method according to the invention.
  • control device having the features of claim 7.
  • the control device is programmed with a computer program according to the invention, so that the control device operates the cooling device according to an operating method according to the invention.
  • a cooling device for cooling hot rolled metal with the features of claim 8.
  • a cooling device of the type mentioned at the outset has a control device according to the invention which operates the cooling device according to an operating method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a characteristic curve of a control valve
  • a rolling line has at least one rolling stand 1. Only a single roll stand 1 is shown in FIG. 1. In many cases, however, there are several roll stands 1 arranged one behind the other, so that the rolling line is designed as a rolling train.
  • a hot rolling stock 2 is rolled, i.e. its cross-section is reduced.
  • the rolling stock 2 can consist of steel or aluminum, for example. But it can also consist of another metal, for example brass or copper.
  • the rolling stock 2 can be a flat rolling stock, for example a strip or a heavy plate. However, it can also have a different shape, for example, it can be in the form of a rod or a profile or a tube.
  • the rolling line also has a cooling device 3.
  • the cooling device 3 is arranged downstream of the roll stand 1 as shown in FIG. However, this is not absolutely necessary.
  • the cooling device 3 could also be arranged upstream of the Walzge stand 1, for example in the form of a so-called intermediate stand cooling between the finishing stands egg ner multi-stand finishing train or be arranged in the form of a pre-strip cooling between the first finishing stand of a multi-stand finishing train and a roughing stand. Other arrangements are also possible.
  • the cooling device 3 has a collecting line 4.
  • a liquid coolant 6 is fed into the collecting line 4 via a pump arrangement 5.
  • the pump pen arrangement 5 be connected on the input side with a Re reservoir 7 for this purpose.
  • other configurations are also possible, for example a direct supply of the pump arrangement 5 via a water distribution network.
  • the Pum pen arrangement 5 can have a plurality of pumps 8 as shown in FIG.
  • the pumps 8 are connected in parallel to one another in the configuration shown in FIG.
  • the pumps 8 could, however, also be arranged in series one behind the other. Combinations of this procedure are also possible, for example three lines in which two pumps 8 are arranged in series one behind the other. It is also possible that only a single pump 8 is present.
  • the coolant 6 is mostly water or consists at least essentially (98% and more) of water.
  • branch lines 9a to 9d go to application devices 10a to 10d.
  • the application devices 10a to 10d are therefore connected to the collecting line 4 via the branch lines 9a to 9d.
  • the coolant 6 is applied to the rolling stock 2 by means of the application devices 10a to 10d.
  • the application devices 10a to 10d can be designed, for example, as so-called cooling bars or spray bars.
  • the application devices 10a to 10d are arranged above the rolling stock 2 as shown in FIG. 1 and consequently apply the coolant 6 to the rolling stock 2 from above. However, this is not absolutely necessary.
  • the bringing devices 10a to 10d could also be arranged below the rolling stock 2 or be arranged elsewhere. It is also possible for the application devices 10a to 10d to apply the coolant 6 to the rolling stock 2 from different sides. It is also possible that not all application devices 10a to 10d apply the coolant 6 to the rolling stock 2, but rather at least one - if, then usually one or two - of the application devices 10a to 10d does not apply the coolant 6 to the rolling stock 2. Corresponding Corresponding configurations and the reasons for this are explained, for example, in the aforementioned WO 2019/115145 A1.
  • FIG. 10 a total of four application devices 10a to 10d are shown in FIG.
  • the present invention is explained in connection with this number of application devices 10a to 10d.
  • the number of application devices 10a to 10d could, however, also be larger or smaller. It just has to be greater than 1.
  • At least two application devices 10a to 10d are present, which are connected to the collecting line 4 via two branch lines 9a to 9d, where a control valve 11a to 11d is arranged in each of the branch lines 9a to 9d.
  • Control valves 11a to 11d are arranged in the branch lines 9a to 9d.
  • the control valves 11a to 11d can be designed as ball valves, for example. Regardless of their specific design, the control valves 11a to 11d can, however, be adjusted continuously.
  • the term “continuously adjust” is explained below with reference to the illustration in FIG. 2 for the control valve 11a. Analogous statements apply to the other control valves 11b to 11d.
  • the control valve 11a is activated with an activation value Aa.
  • the activation value Aa lies between a minimal activation value Amin and a maximum activation value Amax.
  • the control value Aa can be varied continuously or at least in several stages.
  • the control value Aa can therefore - possibly within the scope of a setting accuracy - assume several possible values between the minimum control value Amin and the maximum control value Amax.
  • the minimum control value Amin and the maximum control value Amax can be 0 ° and 90 ° and the control value Aa can be set in steps of 0.1 ° or 0.2 ° between these two extreme values Amin, Amax .
  • a corresponding reference coolant flow KR flows through the control valve 11a and thus through the corresponding branch line 9a. Due to the possibility of continuously adjusting the control valve 11a, the reference coolant flow KR also runs through a corresponding value continuum between a minimum value KRmin (mostly 0) and a maximum value KRmax (which is of course greater than the minimum value KRmin).
  • the reference coolant flow KR divided by the maximum value KRmax corresponds to a modulation ka of the control valve 11a.
  • the modulation ka has a maximum value of 1 and usually a minimum value of 0.
  • the functional relationship of the reference coolant flow KR (or hereby equivalent to the modulation ka) as a function of the control value Aa corresponds to a characteristic curve for the control valve 11a.
  • the characteristic curve is often non-linear.
  • the actual coolant flow Ka - i.e. the amount of coolant 6 actually flowing through the control valve 11a - can easily be determined for a given control value Aa, provided that the working pressure pA present on the input side of the control valve 11a is known.
  • the value that results from the characteristic curve itself only needs to be scaled with the square root of the quotient of working pressure pA and reference pressure pR.
  • the working pressure pA and the reference pressure pR may have to be corrected by an offset.
  • the coolant flow Ka zu results is the density of the coolant 6, g the acceleration due to gravity, ha is the height of the valve outlet (or the applicator device 10a) relative to a reference level that is uniform for the applicator devices 10a to 10d.
  • hA can - depending on the arrangement of the valve outlet relative to the reference level - be greater or less than 0.
  • the reference level can be selected as required. It can, for example, correspond to the level of a roller table by means of which the rolling stock 2 is conveyed through the cooling device 3.
  • the associated activation value Aa results directly from the characteristic curve after the modulation ka has been determined.
  • the cooling device 3 also has a control device 12 which controls and operates the cooling device 3.
  • the control device 12 is generally designed as a software-programmable device. This is indicated in FIG. 1 by the fact that the symbol “mR” for microprocessor is drawn within the control device 12.
  • the control device 12 is programmed with a computer program 13.
  • the computer program 13 comprises machine code 14 which can be processed by the control device 12. Due to the programming with the computer program 13 or the processing of the machine code 14, the control device 12 operates the cooling device 3 according to an operating method which is explained in more detail below in connection with FIG.
  • the control device 12 setpoint currents Ka * to Kd * are known.
  • the target currents Ka * to Kd * indicate - for example in liters per second - the amounts of coolant 6 that are to be supplied to the respective application device 10a to 10d and delivered by the respective application device 10a to 10d, in particular applied to the rolling stock 2 should.
  • the target currents Ka * to Kd * of the control device 12 can be specified externally or can be determined independently by the control device 12 on the basis of other conditions. Appropriate procedures are generally known to those skilled in the art.
  • the control device 12 determines an individual working pressure pAa for a limit modulation value kLim of the control valve 11a.
  • the limit modulation value kLim is specified for the control device 12.
  • the limit modulation value kLim can be the maximum modulation of the control valve 11a. In many cases, however, it is of some advantage if, as shown in FIG. 2, it is a value that is close to but below the maximum modulation of the control valve 11a.
  • the limit modulation value kLim should be at least 80%, preferably at least 90%, particularly preferably at least 95%. As a rule, however, a value of 98% should not be exceeded.
  • the limit modulation kLim thus corresponds to a high percentage of the maximum modulation of the control valve 11a. For the sake of good order, it should be made clear that the limit modulation value kLim relates to the control ka of the control valve 11a, not to the control Aa of the control valve 11a.
  • the control device 12 determines the individual working pressure pAa in such a way that the desired setpoint current Ka * flows in the branch line 9a at the working pressure pAa and the limit modulation kLim of the control valve 11a.
  • the control device 12 determines the working pressure pAa, for example, according to the equation
  • the control device 12 determines, in a completely analogous manner, individual working pressures pAb to pAd for the other control valves 11b to 11d.
  • the limit modulation kLim, the maximum reference coolant flow KRmax and the reference pressure pR of the other control valves 11b to lld can have the same values as the limit modulation kLim, the maximum reference coolant flow KRmax and the reference pressure pR of the control valve 11a. Alternatively, it can be about other values, which may also be within the others
  • Control valves 11b to lld can vary from control valve 11b to lld to control valve 11b to lld. In any case, however, the control device 12 determines the individual working pressures pAb to pAd of the other control valves 11b to lld independently of one another and also independently of the individual working pressure pAa of the control valve 11a.
  • the control device 12 determines a control state Z of the pump arrangement 5.
  • the control state Z is determined in such a way that the pump arrangement 5 - provided it is operated in accordance with the control state Z - delivers a total current K which is the sum of the setpoint currents Ka * until Kd * corresponds. Due to the conveyance of the total flow K, the collecting line 4 is also supplied with the total flow K of coolant 6 by means of the pump arrangement 5.
  • the control state Z is determined in such a way that there is a working pressure pAv in the collecting line 4 which is at least as great as the greatest of the individual working pressures pAa to pAd. However, both the control state Z and the working pressure pAv are only provisional.
  • the control state Z includes at least for each pump 8 of the pump arrangement 5, the neces sary speed n.
  • control of the pump arrangement 5 can be changed continuously or at least in several stages. It is not only possible to switch between two or three fixed, discrete control states Z, but the possible control states Z form a continuum or a quasi-continuum.
  • one of the pumps 8 can be operated between a minimum speed nmin of 100 revolutions / min and a maximum speed nmax of 800 revolutions / min
  • the speed n can also be set to intermediate values between 100 revolutions / min and 800 revolutions / min can be set, for example in the case of a stepless setting 150 revolutions / min, 227 revolutions / min or 593 revolutions / min and in the case of a stepless setting to at least 10 different levels of for example 100, 150, 200, 250 etc. up to 800 revolutions / min.
  • the numerical values mentioned are of course only to be understood as examples.
  • control device 12 only takes into account the pressure to be statically generated by the pump arrangement 5 in the context of step S4. It is therefore possible that the control device 12 assumes in the context of step S4 that the pressure generated on the output side of the pump arrangement 8 corresponds to the pressure on the input side of the control valves 11a to 11d. However, it is also possible for the control device 12 to take additional facts into account. An example of such a situation are temporal changes in the setpoint flows Ka * to Kd * and associated temporal changes in the total flow K and the associated accelerations of water volumes.
  • the control device 12 can, for example, to determine de ren speed n, access a family of characteristics in which, as shown in FIG. 4, the speed of the pump 8 is stored n the pump 8 is neces sary to bring about a certain pressure increase dr at a certain total flow K.
  • the required pressure increase dr pS ⁇ pAv can thus be determined without further ado.
  • the suction pressure pS can Control device 12 be known on the basis of a measurement or otherwise.
  • control state determined for the greatest of the individual working pressures pAa to pAd will itself be a permissible control state of the pump arrangement 5. In this case, this control state can be adopted directly as the preliminary control state Z. Other possibilities and configurations will be discussed later.
  • step S5 the control device 12 then determines a control state Z 'of the pump arrangement 5.
  • the control state Z' is - in contrast to the control state Z - final.
  • the control device 12 determines the final control state Z 'of the pump arrangement 5 using the preliminary control state Z of the pump arrangement 5.
  • the determination of step S5 is such that the total flow K of coolant 6 is fed to the collecting line 4 by means of the pump arrangement 5.
  • the control device 12 directly and immediately takes over the provisional control state Z as the final control state Z '.
  • the control device 12 therefore determines the control values Aa to Ad of the control valves 11a to 11d in a step S6 using the final working pressure pAe. The determination takes place in such a way that the respective nominal current Ka * to Kd * flows in the respective branch line 9a to 9d.
  • step S6 the control device 12 assumes that the final working pressure pAe prevails in the collecting line 4. For example, the control ka zu thus results for the control valve 11a
  • a step S7 the control device 12 controls the pump assembly 5 and the control valves 11a to 11d.
  • the control of the pump arrangement 5 takes place in accordance with the final control state Z '.
  • the control of the control valves 11a to 11d takes place in accordance with the control values Aa to Ad.
  • step S7 the operating method according to the invention is carried out.
  • the control device 12 goes back to step S1 after the execution of step S7.
  • the control device 12 executes the sequence of steps S1 to S7 iteratively over and over again.
  • the execution takes place with a fixed cycle time.
  • the fixed cycle time is usually between 0.1 s and 1.0 s, mostly between 0.2 s and 0.5 s, for example around 0.3 s.
  • a possible configuration of step S4 from FIG. 3 is explained below in conjunction with FIG Subdivided steps Sil to S14.
  • step Sil the control device 12 determines the operating state of the pump arrangement 5, which is required to promote the total flow K and at the same time to effect the required pressure increase dr from the suction pressure pS to the largest of the individual working pressures pAa to pAd determined.
  • the control device 12 can determine the corresponding speed n of the pump 8 with only one pump 8.
  • step S12 the control device 12 checks whether the provisional state Z determined is permissible, for example the determined speed n is in the permissible speed range of the pump 8, that is to say the operating point of the pump 8 is within the unshaded area in FIG.
  • the test thus implies the test for compliance with a secondary condition related to the pump arrangement 5.
  • the speed n lies in the permissible speed range of the pump 8.
  • an operating point API of the pump 8 can be determined by the total flow K and the largest of the individual working pressures pAa to pAd, which is within the permissible speed range of the pump 8. If the speed n is in the permissible speed range of the pump 8, the control device 12 goes to step S13. In step S13, the control device 12 does not take any further measures. The speed n determined can be used directly.
  • the speed n is not in the permissible speed range of the pump 8.
  • an operating point AP2 or an operating point AP3 of the pump 8 can be determined.
  • the pump 8 can easily generate the highest of the determined individual working pressures pAa to pAd. Due to the permissible speed range of the pump 8, however, there is inevitably a volume flow conveyed by the pump 8 which is greater than the required total flow K. In the case of the working point AP3, it is the other way round.
  • the pump 8 can generate the required total current K without further ado. Due to the permissible speed range of the pump 8, there is inevitably a pressure increase dr caused by the pump 8, which is greater than the minimum required.
  • step S14 the control device 12 modifies the preliminary control state Z.
  • the control device 12 can determine an opening state for a short-circuit valve 15 (see FIG. 6), for example.
  • the short-circuit valve 15 is connected in parallel to the pump 8 as shown in FIG. It can be seen as part of the pump arrangement 5 or as a control valve for a further application device.
  • the control device 12 determines the opening state if necessary in such a way that enough coolant 6 is returned directly or indirectly to the reservoir 7 via the short-circuit valve 15 that the remaining volume flow, which is the result of the collecting line 4, corresponds to the desired total flow K.
  • the control device 12 can, for example, modify the provisional control state Z in such a way that only the pump 8 is actuated (and consequently the short-circuit valve 15, if present, remains closed), with the provisional control state Z, however, with the desired one Total current K a provisional working pressure pAv is generated, which is greater than the largest of the individual working pressures pAa to pAd.
  • the preliminary working pressure pAv is preferably set to the minimum of the possible and permissible values.
  • step S4 from FIG. 3 is subdivided into steps S21 to S24 within the framework of the embodiment according to FIG.
  • the procedure of FIG. 7 can be combined with the procedure of FIG. 5 as required, or it can be implemented independently of it.
  • step S21 can be omitted and steps S22 to S24 are carried out after step S13 or S14.
  • step S21 the control device 12 determines - analogously to step Sil of FIG. 5 - the speed n of the pump 8, which is required to promote the total flow K and at the same time the required pressure increase dr from the suction pressure pS to the highest of the individual working pressures determined to effect pAa to pAd.
  • step S22 the control device 12 checks whether the actuations of the control valves 11a to 11d are permissible at the provisional working pressure pAv thus obtained.
  • the control device 12 can, for example, check whether the adjustment speeds with which the control values Aa to Ad of the control valves 11a to 11b are changed adhere to predetermined limits. The test thus implies the test for compliance with secondary conditions related to the control valves.
  • control device 12 goes to step S23.
  • step S23 the control device 12 does not take any further measures.
  • the speed n determined can be used directly.
  • step S24 the control device 12 - depending on the situation of the individual case
  • an increase in the preliminary working pressure pAv can under certain circumstances prevent the predetermined limits from being exceeded, or at least only to a lesser extent, due to the corresponding changes in the actuation of the control valves 11a to 11d.
  • step S41 the control device 12 takes into account
  • At least one further control state In addition to the provisional control state Z currently determined in step S4, at least one further control state. For example, it can be the immediately preceding final control status Z 'or several previous final control status Z'. For example, abrupt changes in the final control state Z 'can be avoided by low-pass filtering or similar measures.
  • the target currents Ka * to Kd * are model-predictively forecasted within a forecast horizon of several cycle times - for example five, eight or ten cycle times - and thus also determined preliminary control states Z of the pump arrangement 5 expected in the future for the forecast horizon can be.
  • the provisional control states Z of the pump arrangement 5 expected in the future can also be included in the determination of the current final control state Z ′.
  • a final working pressure pAe results which is smaller (although usually only slightly smaller) than the greatest of the individual working pressures pAa to pAd of steps S2 and S3.
  • the present invention has been explained above in connection with embodiments in which the pump arrangement 5 has only a single pump 8.
  • the pump arrangement 5 has a plurality of pumps 8 without further res.
  • the pumps 8 must be controlled in such a way that all pumps 8 are either completely blocked so that they can be treated as if they were not present or generate the same preliminary working pressure pAv and the same final working pressure pAe .
  • the distribution of the total flow K to the individual pumps 8 there is a degree of freedom. To resolve this degree of freedom, it is possible, for example, to distribute the total current K uniformly or proportionally to the capacity of the pumps 8 over the pumps 8. Alternatively, it is possible to always operate only the minimum possible number of pumps 8 actively.
  • the collecting line 4 is fed as possible with a single pump 8.
  • the next pump 8 is only switched on when the previously operated pump 8 is no longer able to deliver the required total flow K at the required preliminary working pressure pAv or the required final working pressure pAe.
  • the next pump 8 is switched on only when the previously operated pumps 8 are no longer able to deliver the required total current K at the required to promote preliminary working pressure pAv or the required final working pressure pAe.
  • the present invention was further explained above with respect to a single cooling device 3. It is, however, easily possible that further cooling devices 3 are present.
  • the further cooling devices 3 can be controlled by the control device 12 or by another control device as required.
  • the cooling devices 3 can be operated independently of one another.
  • the present invention has many advantages. In particular, there is very little energy consumption. In comparison to an operation of the cooling device 3 with a constant final working pressure pAe, savings of at least 25% and sometimes well over 80% result. Even compared to procedures in which the final working pressure pAe is individually adjusted for each rolling stock 2 and is only maintained constant while the respective rolling stock 2 is being cooled, there is still a significant energy saving. Theoretically it is conceivable that the reduction in the final working pressure pAe leads to such a great deterioration in the efficiency of the pump arrangement 5 that the energy consumption increases. In practice, however, this does not happen. Furthermore, both the mechanics of the control valves 11a to 11d and the mechanics of the pump arrangement 5 are spared.
  • control valves 11a to 11d are operated as open as possible. It is also advantageous for the pump assembly 5 if it is operated at the lowest possible speed. For the cooling of the rolling stock 2 as such, however, there are no adverse effects.

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Abstract

Betrieb einer Kühleinrichtung mit einem minimalen Arbeitsdruck In eine Sammelleitung (4) wird über eine Pumpenanordnung (5) ein flüssiges Kühlmittel (6) eingespeist. Stichleitungen (9a bis 9d), in denen Regelventile (11a bis 11d) angeordnet sind, gehen von der Sammelleitung (4) zu Aufbringeinrichtungen (10a bis 10d) ab. Mittels der Aufbringeinrichtungen (10a bis 10d) wird das Kühlmittel (6) auf ein heißes Walzgut (2) aus Metall aufgebracht und so das Walzgut (2) gekühlt. Eine Steuereinrichtung (12) der Kühleinrichtung (3) ermittelt anhand von Sollströmen (Ka* bis Kd*) der Aufbringeinrichtungen (10a bis 10d) für Grenzaussteuerwerte der Regelventile (11a bis 11d) individuelle Arbeitsdrücke, die in der Sammelleitung (4) herrschen müssen, damit in den Stichleitungen (9a bis 9d) die Sollströme (Ka* bis Kd*) fließen. Sie ermittelt sodann einen vorläufigen Ansteuerzustand der Pumpenanordnung (5), so dass der Sammelleitung (4) die Summe der Sollströme (Ka* bis Kd*) zugeführt wird und gleichzeitig in der Sammelleitung (4) ein vorläufiger Arbeitsdruck herrscht, der mindestens dem größten individuellen Arbeitsdruck entspricht. Unter Verwertung des vorläufigen Ansteuerzustands ermittelt sie einen endgültigen Ansteuerzustand (Z') der Pumpenanordnung (5) derart, dass der Sammelleitung (4) der Gesamtstrom (K) zugeführt wird und gleichzeitig in der Sammelleitung (4) ein endgültiger Arbeitsdruck (pAe) herrscht. Sodann ermittelt sie unter Verwendung des endgültigen Arbeitsdrucks (pAe) Ansteuerwerte (Aa bis Ad) der Regelventile (11a bis 11d), so dass in den Stichleitungen (9a bis 9d) die Sollströme (Ka* bis Kd*) fließen. Sie steuert die Pumpenanordnung (5) und die Regelventile (11a bis 11d) entsprechend an.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Betrieb einer Kühleinrichtung mit einem minimalen Arbeits druck
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah ren für eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall,
- wobei die Kühleinrichtung eine Sammelleitung aufweist, in die über eine Pumpenanordnung ein flüssiges Kühlmittel ein gespeist wird und von der eine Mehrzahl an Stichleitungen zu Aufbringeinrichtungen abgeht,
- wobei die Pumpenanordnung eine Anzahl an Pumpen aufweist, in den Stichleitungen jeweils ein Regelventil angeordnet ist und mittels zumindest eines Teils der Aufbringeinrich tungen das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird,
- wobei einer Steuereinrichtung der Kühleinrichtung Sollströ me bekannt werden, die den Aufbringeinrichtungen zugeführt werden sollen,
- wobei die Steuereinrichtung die Pumpenanordnung entspre chend einem endgültigen Ansteuerzustand und die Regelventi le entsprechend Ansteuerwerten ansteuert.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Compu terprogramm, das Maschinencode umfasst, der von einer Steuer einrichtung einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung gemäß einem derar tigen Betriebsverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu ereinrichtung einer Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall, wobei die Steuereinrichtung mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist, so dass die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Küh leinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall,
- wobei die Kühleinrichtung eine Sammelleitung, eine Pumpena nordnung und eine Mehrzahl an Aufbringeinrichtungen auf weist,
- wobei mittels zumindest eines Teils der Aufbringeinrichtun gen ein flüssiges Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird,
- wobei die Aufbringeinrichtungen über eine jeweilige Stich leitung mit der Sammelleitung verbunden sind,
- wobei die Pumpenanordnung eine Anzahl an Pumpen aufweist, mittels derer das flüssige Kühlmittel in die Sammelleitung eingespeist wird,
- wobei in den Stichleitungen jeweils ein Regelventil ange ordnet ist,
- wobei die Kühleinrichtung eine derartige Steuereinrichtung aufweist, welche die Kühleinrichtung gemäß einem derartigen Betriebsverfahren betreibt.
Stand der Technik
Die obengenannten Gegenstände sind allgemein bekannt.
So ist beispielsweise aus der WO 2013/143925 Al eine Küh leinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall be kannt, bei der über eine Pumpenanordnung ein flüssiges Kühl mittel in eine Sammelleitung eingespeist wird, von der Stich leitungen zu Aufbringeinrichtungen abgehen, mittels derer das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird. In den Stichlei tungen sind Regelventile angeordnet. Die Steuereinrichtung ermittelt anhand ihr bekannter Sollströme, die den Aufbrin geinrichtungen zugeführt werden sollen, einen Ansteuerzustand für die Pumpenanordnung und Ansteuerwerte für die Regelventi le und steuert die Pumpenanordnung und die Regelventile ent- sprechend an. Bei der WO 2013/143 925 Al steht die Sammellei tung entweder unter Hochdruck oder unter Niederdruck. Der hö here Druck des Kühlmittels wird nur dann erzeugt, wenn dieser tatsächlich benötigt wird. Der Bedarf für den Hochdruck wird als gegeben erachtet, wenn bei Niederdruck die Öffnungsstel lung mindestens eines Ventils eine bestimmte, als Grenzwert vorgegebene Öffnungsstellung überschreiten würde.
Aus der WO 2014/124867 Al ist ebenfalls eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall bekannt, bei der über eine Pumpenanordnung ein flüssiges Kühlmittel in eine Sammelleitung eingespeist wird, von der Stichleitungen zu Aufbringeinrichtungen abgehen, mittels derer das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird. In den Stichleitungen sind Regelventile angeordnet. Einer Steuereinrichtung der Kühlein richtung werden Sollströme bekannt, die den Aufbringeinrich tungen zugeführt werden sollen. Die Steuereinrichtung ermit telt entsprechende Ansteuerwerte der Regelventile und steuert diese auch so an. Über eine - gegebenenfalls variable - An steuerung der Pumpe finden sich in der WO 2014/124867 Al keine Ausführungen.
Aus der WO 2014/124868 Al ist ebenfalls eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall bekannt, bei der über eine Pumpenanordnung ein flüssiges Kühlmittel in eine Sammelleitung eingespeist wird, von der Stichleitungen zu Aufbringeinrichtungen abgehen, mittels derer das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird. In den Stichleitungen sind Regelventile angeordnet. Eine Steuereinrichtung der Kühlein richtung ermittelt anhand von Sollströmen, die den Aufbrin geinrichtungen zugeführt werden sollen, einen Gesamtstrom und anhand des Gesamtstroms einen Ansteuerzustand der Pumpenano rdnung. Der Arbeitsdruck in der Sammelleitung kann zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert eingestellt werden. Die Regelventile können zwischen vollständig geschlossenen und vollständig geöffneten Stellungen eingestellt werden. Zur Einstellung der einzelnen Sollströme variiert die Steuerein richtung sowohl die Öffnungsstellungen der Ventile als auch den Leitungsdruck, den die Pumpe in der Sammelleitung gene riert.
Aus der WO 2019/115145 Al ist ebenfalls eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts aus Metall bekannt, bei der über eine Pumpenanordnung ein flüssiges Kühlmittel in eine Sammelleitung eingespeist wird, von der Stichleitungen zu Aufbringeinrichtungen abgehen, mittels derer das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird. In den Stichleitungen sind Regelventile angeordnet. Eine Steuereinrichtung ermittelt in Abhängigkeit von den Sollströmen, die den Aufbringeinrichtun gen zugeführt werden sollen, einen Ansteuerzustand für die Pumpenanordnung. Die Steuereinrichtung berücksichtigt zusätz lich zu der insgesamt zu führenden Wassermenge eine Änderung der Wassermenge und einen Leitungswiderstand. Unterschreiten die Öffnungsstellungen der Regelventile Mindestabstände zu einer minimal möglichen Öffnungsstellung und einer maximal möglichen Öffnungsstellung, wird der Ansteuerzustand der Pum pe und damit auch der Arbeitsdruck angepasst.
Aus der WO 2020/020868 Al ist eine Kühleinrichtung zum Küh len eines heißen Walzguts aus Metall bekannt, bei der mittels mehrerer Aufbringeinrichtungen ein flüssiges Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht wird. Die Aufbringeinrichtungen wer den jeweils über eine eigene Pumpe gespeist. Ventile zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung werden kontinuierlich in einem völlig geöffneten Zustand ge halten. Die Einstellung der geförderten Mengen an Kühlmittel erfolgt ausschließlich durch entsprechende zeitvariable An steuerung der Pumpen.
Zusammenfassung der Erfindung insbesondere bei Intensivkühlungen, manchmal aber auch bei Laminarkühlungen, werden die Regelventile über Pumpen ge speist. Eine typische Anordnung ist dabei eine Versorgung mehrerer Regelventile über eine Sammelleitung, wobei die Sam melleitung von einer Pumpenanordnung mit Kühlmittel versorgt wird. Die Pumpenanordnung kann eine Pumpe oder auch mehrere Pumpen aufweisen.
Mittels der Aufbringeinrichtungen (diese sind oftmals als Spritzbalken ausgebildet) wird das Kühlmittel auf das Walzgut aufgebracht. In manchen Fällen können zusätzliche Aufbrin geinrichtungen vorhanden sein, die das Kühlmittel nicht auf das Walzgut aufbringen, sondern anderweitig das Kühlmittel abgeben. Dies kann beispielsweise zur Vergleichmäßigung der Menge an Kühlmittel, die insgesamt gefördert wird, sinnvoll sein.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer eine konventionelle Kühleinrichtung - also eine Kühleinrichtung, bei welcher die Dosierung des auf das Walzgut aufgebracht Kühlmittels über die Ansteuerung von Regelventilen erfolgt - auf verbesserte Art und Weise betrieben werden kann.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung zum Ermitteln des endgültigen Ansteuerzustands der Pumpenan ordnung und der Ansteuerwerte der Regelventile
- für die Regelventile für einen jeweiligen Grenzaussteuer wert des jeweiligen Regelventils einen jeweiligen individu ellen Arbeitsdruck ermittelt, der in der Sammelleitung herrschen muss, damit in der jeweiligen Stichleitung der jeweilige Sollstrom fließt,
- einen vorläufigen Ansteuerzustand der Pumpenanordnung er mittelt, so dass der Sammelleitung mittels der Pumpenanord nung ein Gesamtstrom an Kühlmittel zugeführt wird, der der Summe der Sollströme entspricht, und gleichzeitig in der Sammelleitung ein vorläufiger Arbeitsdruck herrscht, der mindestens so groß wie der größte der individuellen Ar beitsdrücke ist,
- den endgültigen Ansteuerzustand der Pumpenanordnung unter Verwertung des vorläufigen Ansteuerzustands der Pumpenano rdnung derart ermittelt, dass der Sammelleitung mittels der Pumpenanordnung der Gesamtstrom an Kühlmittel zugeführt wird und gleichzeitig in der Sammelleitung ein endgültiger Arbeitsdruck herrscht, und
- die Ansteuerwerte der Regelventile unter Verwendung des endgültigen Arbeitsdrucks derart ermittelt, dass in der je weiligen Stichleitung der jeweilige Sollstrom fließt.
Dadurch wird erreicht, dass die Pumpenanordnung der Kühlein richtung mit einem möglichst niedrigen endgültigen Arbeits druck und damit einem möglichst geringen Energieaufwand be trieben wird und dennoch jederzeit das Walzgut entsprechend den geforderten Sollströmen gekühlt wird.
Es ist möglich, dass die Grenzaussteuerungen der Regelventile die Maximalaussteuerungen der Regelventile sind. Um eine ge wisse Regelreserve zu erhalten, kann es jedoch von Vorteil sein, wenn die Grenzaussteuerungen der Regelventile geringfü gig darunter liegen, also lediglich in der Nähe der Maximal aussteuerungen der Regelventile liegen. Im letztgenannten Fall entsprechen die Grenzaussteuerungen der Regelventile al so einem hohen Prozentsatz der Maximalaussteuerungen der Re gelventile, beispielsweise 80 %, 90 % oder 95 %. Natürlich können die Grenzaussteuerungen auch andere Werte aufweisen. Insbesondere ein Wert von 80 % sollte aber nicht unterschrit ten werden. Die Zahlenangaben beziehen sich weiterhin auf die Kühlmittelströme, also die sich durch die Ansteuerung des je weiligen Regelventils ergebende Wirkung. Sie beziehen sich hingegen nicht auf die Stellgrößen, mit denen die Regelventi le angesteuert werden. Die Grenzaussteuerungen können nach Bedarf individuell für das jeweilige Regelventil vorgegeben sein oder einheitlich für alle Regelventile vorgegeben sein. Auch eine gruppenweise Vorgabe ist möglich. Vorzugsweise berücksichtigt die Steuereinrichtung im Rahmen der Ermittlung des vorläufigen Ansteuerzustands auf die Pum penanordnung bezogene Nebenbedingungen. Dadurch kann gewähr leistet werden, dass die Pumpenanordnung stets in einem zu lässigen Betriebsbereich betrieben wird. Die Steuereinrich tung kann beispielsweise prüfen, ob sie einen zulässigen An steuerzustand der Pumpenanordnung ermitteln kann, bei dem die Pumpenanordnung zum einen den geforderten Gesamtstrom fördert und zum anderen in der Sammelleitung den größten der ermit telten individuellen Arbeitsdrücke bewirkt. Wenn dies der Fall ist, kann dieser Arbeitsdruck oder ein direkt aus diesem Arbeitsdruck abgeleiteter Wert als endgültiger Arbeitsdruck verwendet werden. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die Steuereinrichtung den Arbeitsdruck, ausgehend vom vorläufigen Arbeitsdruck schrittweise erhöhen, bis ein zulässiger Ansteu erzustand der Pumpenanordnung aufgefunden wird.
Vorzugsweise berücksichtigt die Steuereinrichtung im Rahmen der Ermittlung des vorläufigen Ansteuerzustands auf die Re gelventile bezogene Nebenbedingungen. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise für einen zulässigen Ansteuerzustand der Pumpenanordnung, der zum einen den geforderten Gesamtstrom fördert und zum anderen in der Sammelleitung einen Arbeits druck bewirkt, der mindestens so groß ist wie der größte der individuellen Arbeitsdrücke ist, die zugehörigen Ansteuerwer te der Regelventile ermitteln und prüfen, ob und gegebenen falls in welchem Umfang unerwünschte Zustände auftreten. Ist dies der Fall, können entweder die unerwünschten Zustände in Kauf genommen werden oder der Ansteuerzustand der Pumpenano rdnung angepasst werden. Welche Maßnahme ergriffen wird, kann je nach Lage des Einzelfalls entschieden werden.
Vorzugsweise berücksichtigt die Steuereinrichtung im Rahmen der Ermittlung des endgültigen Ansteuerzustands der Pumpenan ordnung zusätzlich mindestens einen vorherigen endgültigen Ansteuerzustand der Pumpenanordnung und/oder mindestens einen zukünftig erwarteten vorläufigen Ansteuerzustand der Pumpena nordnung. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung eine mo- dellprädiktive Ermittlung des vorläufigen Ansteuerzustands vornehmen. Auch kann die Steuereinrichtung beispielsweise ein Optimierungsproblem ansetzen, in das zum einen die erfin dungsgemäße Minimierung des vorläufigen Arbeitsdruckes ein geht und zum anderen weitere Sachverhalte eingehen. Beispiele derartiger Sachverhalte sind eine Änderung des vorläufigen oder des endgültigen Arbeitsdruckes und eine Änderung des An steuerzustands der Pumpenanordnung.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Computerprogramms, dass die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebs verfahren betreibt.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Computerpro gramm programmiert, so dass die Steuereinrichtung die Küh leinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt .
Die Aufgabe wird durch eine Kühleinrichtung zum Kühlen von heißem Walzgut aus Metall mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Erfindungsgemäß weist eine Kühleinrichtung der ein gangs genannten Art eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung auf, welche die Kühleinrichtung gemäß einem erfindungsgemäßen Betriebsverfahren betreibt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: FIG 1 eine Walzlinie mit einer Kühleinrichtung,
FIG 2 eine Kennlinie eines Regelventils,
FIG 3 ein Ablaufdiagramm,
FIG 4 eine Kennlinie einer Pumpe,
FIG 5 ein Ablaufdiagramm,
FIG 6 eine Pumpenanordnung,
FIG 7 ein Ablaufdiagramm und
FIG 8 ein Ablaufdiagramm.
Beschreibung der Ausführungsformen
Gemäß FIG 1 weist eine Walzlinie mindestens ein Walzgerüst 1 auf. Dargestellt ist in FIG 1 nur ein einziges Walzgerüst 1. In vielen Fällen sind aber mehrere hintereinander angeordnete Walzgerüste 1 vorhanden, so dass die Walzlinie als Walzstraße ausgebildet ist. In der Walzlinie wird ein heißes Walzgut 2 gewalzt, d.h. in seinem Querschnitt reduziert. Das Walzgut 2 kann beispielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen. Es kann aber auch aus einem anderen Metall bestehen, beispiels weise Messing oder Kupfer. Das Walzgut 2 kann ein flaches Walzgut sein, beispielsweise ein Band oder ein Grobblech. Es kann aber auch eine andere Form aufweisen, beispielsweise stabförmig oder als Profil oder als Rohr ausgebildet sein.
Die Walzlinie weist weiterhin eine Kühleinrichtung 3 auf. Die Kühleinrichtung 3 ist entsprechend der Darstellung in FIG 1 dem Walzgerüst 1 nachgeordnet. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. Die Kühleinrichtung 3 könnte ebenso dem Walzge rüst 1 vorgeordnet sein, beispielsweise in Form einer soge nannten Zwischengerüstkühlung zwischen den Fertiggerüsten ei ner mehrgerüstigen Fertigstraße angeordnet sein oder in Form einer Vorbandkühlung zwischen dem ersten Fertiggerüst einer mehrgerüstigen Fertigstraße und einem Vorgerüst angeordnet sein. Auch andere Anordnungen sind möglich.
Die Kühleinrichtung 3 weist eine Sammelleitung 4 auf. In die Sammelleitung 4 wird über eine Pumpenanordnung 5 ein flüssi ges Kühlmittel 6 eingespeist. Beispielsweise kann die Pum- penanordnung 5 zu diesem Zweck eingangsseitig mit einem Re servoir 7 verbunden sein. Es sind aber auch andere Ausgestal tungen möglich, beispielsweise eine direkte Versorgung der Pumpenanordnung 5 über ein Wasserverteilungsnetz. Die Pum penanordnung 5 kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 mehrere Pumpen 8 aufweisen. Die Pumpen 8 sind in der Ausge staltung gemäß FIG 1 einander parallel geschaltet. Die Pumpen 8 könnten aber auch in Serie hintereinander angeordnet sein. Auch Kombinationen dieser Vorgehensweise sind möglich, bei spielsweise drei Stränge, in denen je zwei Pumpen 8 in Serie hintereinander angeordnet sind. Es ist auch möglich, dass nur eine einzige Pumpe 8 vorhanden ist. Das Kühlmittel 6 ist meist Wasser oder besteht zumindest im wesentlichen (98 % und mehr) aus Wasser.
Von der Sammelleitung 4 gehen Stichleitungen 9a bis 9d zu Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd ab. Die Aufbringeinrichtun gen 10a bis lOd sind also über die Stichleitungen 9a bis 9d mit der Sammelleitung 4 verbunden. Mittels der Aufbringein richtungen 10a bis lOd wird das Kühlmittel 6 auf das Walzgut 2 aufgebracht. Die Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd können beispielsweise als sogenannte Kühlbalken oder Spritzbalken ausgebildet sein.
Die Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd sind entsprechend der Darstellung in FIG 1 oberhalb des Walzguts 2 angeordnet und bringen demzufolge das Kühlmittel 6 von oben auf das Walzgut 2 auf. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die Auf bringeinrichtungen 10a bis lOd könnten ebenso unterhalb des Walzguts 2 angeordnet sein oder an anderer Stelle angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd das Kühlmittel 6 von verschiedenen Seiten auf das Walzgut 2 aufbringen. Auch ist es möglich, dass nicht alle Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd das Kühlmittel 6 auf das Walzgut 2 aufbringen, sondern mindestens eine - wenn, dann meist eine oder zwei - der Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd das Kühlmittel 6 nicht auf das Walzgut 2 aufbringt. Entspre- chende Ausgestaltungen und die Gründe hierfür sind beispiels weise in der bereits genannten WO 2019/115145 Al erläutert.
Weiterhin sind in FIG 1 insgesamt vier Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd dargestellt. In Verbindung mit dieser Anzahl an Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd wird die vorliegende Erfin dung erläutert. Die Anzahl an Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd könnte aber auch größer oder kleiner sein. Sie muss le diglich größer als 1 sein. Minimal sind also zwei Aufbrin geinrichtungen 10a bis lOd vorhanden, die über zwei Stichlei tungen 9a bis 9d mit der Sammelleitung 4 verbunden sind, wo bei in jeder der Stichleitungen 9a bis 9d je ein Regelventil 11a bis lld angeordnet ist.
In den Stichleitungen 9a bis 9d sind Regelventile 11a bis lld angeordnet. Die Regelventile 11a bis lld können beispielswei se als Kugelventile ausgebildet sein. Unabhängig von ihrer konkreten Ausgestaltung können die Regelventile 11a bis lld jedoch kontinuierlich verstellt werden. Der Begriff „kontinu ierlich verstellen" wird nachstehend anhand der Darstellung in FIG 2 für das Regelventil 11a erläutert. Für die anderen Regelventile 11b bis lld gelten analoge Ausführungen.
Gemäß FIG 2 wird das Regelventil 11a mit einem Ansteuerwert Aa angesteuert. Der Ansteuerwert Aa liegt zwischen einem mi nimalen Ansteuerwert Amin und einem maximalen Ansteuerwert Amax. Der Ansteuerwert Aa kann kontinuierlich oder zumindest in mehreren Stufen variiert werden. Der Ansteuerwert Aa kann also - gegebenenfalls im Rahmen einer Einstellgenauigkeit - mehrere mögliche Werte zwischen dem minimalen Ansteuerwert Amin und dem maximalen Ansteuerwert Amax annehmen. Beispiels weise bei einem Kugelventil können der minimale Ansteuerwert Amin und der maximale Ansteuerwert Amax bei 0° und 90° liegen und kann der Ansteuerwert Aa in Schritten von beispielsweise 0,1° oder 0,2° zwischen diesen beiden extremen Werten Amin, Amax eingestellt werden. Bei einem Referenzdruck pR, der eingangsseitig des Regelven tils 11a ansteht, strömt je nach Ansteuerwert Aa ein entspre chender Referenzkühlmittelstrom KR durch das Regelventil 11a und damit durch die entsprechende Stichleitung 9a. Aufgrund der Möglichkeit zum kontinuierlichen Verstellen des Regelven tils 11a durchläuft auch der Referenzkühlmittelstrom KR ein entsprechendes Wertekontinuum zwischen einem Minimalwert KRmin (meist 0) und einem Maximalwert KRmax (der selbstver ständlich größer als der Minimalwert KRmin ist). Der Refe renzkühlmittelstrom KR dividiert durch den Maximalwert KRmax entspricht einer Aussteuerung ka des Regelventils 11a. Die Aussteuerung ka weist maximal den Wert 1 und üblicherweise minimal den Wert 0 auf.
Der funktionale Zusammenhang des Referenzkühlmittelstroms KR (oder hiermit äquivalent der Aussteuerung ka) als Funktion des Ansteuerwertes Aa entspricht einer Kennlinie für das Re gelventil 11a. Die Kennlinie ist entsprechend der Darstellung in FIG 2 oftmals nichtlinear. Üblicherweise besteht jedoch ein streng monotoner Zusammenhang zwischen dem Ansteuerwert Aa einerseits und dem Referenzkühlmittelstrom KR bzw. der Aussteuerung ka. Wie Fachleuten weiterhin bekannt ist, kann bei gegebenem Ansteuerwert Aa der tatsächliche Kühlmittel strom Ka - also die Menge an tatsächlich das Regelventil 11a durchströmendem Kühlmittel 6 - ohne weiteres ermittelt wer den, sofern der eingangsseitig des Regelventils 11a anstehen de Arbeitsdruck pA bekannt ist. Insbesondere muss der Wert, der sich anhand der Kennlinie selbst ergibt, lediglich mit der Wurzel des Quotienten von Arbeitsdruck pA und Referenz druck pR skaliert werden. Der Arbeitsdruck pA und der Refe renzdruck pR müssen gegebenenfalls noch um einen Offset kor rigiert werden. Bei gegebener Aussteuerung ka und bekanntem maximalem Referenzkühlmittelstrom KRmax und bekanntem Ar beitsdruck pA ergibt sich somit der Kühlmittelstrom Ka zu
Figure imgf000014_0001
p ist die Dichte des Kühlmittels 6, g die Erdbeschleunigung, ha ist die Höhe des Ventilauslasses (bzw. der Aufbringein richtung 10a) relativ zu einem für die Aufbringeinrichtungen 10a bis lOd einheitlichen Referenzniveau. hA kann - je nach Anordnung des Ventilauslasses relativ zu dem Referenzniveau größer oder kleiner als 0 sein. Das Referenzniveau kann nach Bedarf gewählt werden. Es kann beispielsweise mit dem Niveau eines Rollgangs übereinstimmen, mittels dessen das Walzgut 2 durch die Kühleinrichtung 3 gefördert wird. Der zugehörige Ansteuerwert Aa ergibt sich nach Ermittlung der Aussteuerung ka direkt aus der Kennlinie.
Die Kühleinrichtung 3 weist weiterhin eine Steuereinrichtung 12 auf, welche die Kühleinrichtung 3 steuert und betreibt.
Die Steuereinrichtung 12 ist in der Regel als softwarepro grammierbare Einrichtung ausgebildet. Dies ist in FIG 1 dadurch angedeutet, dass innerhalb der Steuereinrichtung 12 das Symbol ,,mR" für Mikroprozessor eingezeichnet ist. Die Steuereinrichtung 12 ist mit einem Computerprogramm 13 pro grammiert. Das Computerprogramm 13 umfasst Maschinencode 14, der von der Steuereinrichtung 12 abarbeitbar ist. Aufgrund der Programmierung mit dem Computerprogramm 13 bzw. der Abar beitung des Maschinencodes 14 betreibt die Steuereinrichtung 12 die Kühleinrichtung 3 gemäß einem Betriebsverfahren, das nachstehend in Verbindung mit FIG 3 näher erläutert wird.
In einem Schritt S1 werden der Steuereinrichtung 12 Sollströ me Ka* bis Kd* bekannt. Die Sollströme Ka* bis Kd* geben - beispielsweise in Liter pro Sekunde - die Mengen an Kühlmit tel 6 an, die der jeweiligen Aufbringeinrichtung 10a bis lOd zugeführt und von der jeweiligen Aufbringeinrichtung 10a bis lOd abgegeben werden sollen, insbesondere auf das Walzgut 2 aufgebracht werden sollen. Beispielsweise können die Soll ströme Ka* bis Kd* der Steuereinrichtung 12 von außen vorge geben werden oder von der Steuereinrichtung 12 anhand anderer Gegebenheiten eigenständig ermittelt werden. Entsprechende Vorgehensweisen sind Fachleuten allgemein bekannt. In einem Schritt S2 ermittelt die Steuereinrichtung 12 für einen Grenzaussteuerwert kLim des Regelventils 11a einen in dividuellen Arbeitsdruck pAa. Der Grenzaussteuerwert kLim ist der Steuereinrichtung 12 vorgegeben. Es kann sich bei dem Grenzaussteuerwert kLim um die Maximalaussteuerung des Regel ventils 11a handeln. In vielen Fällen ist es jedoch von Vor teil, wenn es sich entsprechend der Darstellung in FIG 2 um einen Wert handelt, der zwar in der Nähe, aber unterhalb der Maximalaussteuerung des Regelventils 11a liegt. In diesem Fall sollte der Grenzaussteuerwert kLim bei mindestens 80 % liegen, vorzugsweise bei mindestens 90 % besonders bevorzugt bei mindestens 95 %. Ein Wert von 98 % sollte jedoch in der Regel nicht überschritten werden. Die Grenzaussteuerung kLim entspricht also einem hohen Prozentsatz der Maximalaussteue rung des Regelventils 11a. Der guten Ordnung halber sei klar gestellt, dass der Grenzaussteuerwert kLim sich auf die Aus steuerung ka des Regelventils 11a bezieht, nicht auf die An steuerung Aa des Regelventils 11a.
Die Steuereinrichtung 12 ermittelt den individuellen Arbeits druck pAa derart, dass bei dem Arbeitsdruck pAa und der Grenzaussteuerung kLim des Regelventils 11a in der Stichlei tungen 9a der gewünschte Sollstrom Ka* fließt. Die Steuerein richtung 12 ermittelt den Arbeitsdruck pAa beispielsweise ge mäß der Gleichung
Figure imgf000016_0001
In einem Schritt S3 ermittelt die Steuereinrichtung 12 auf völlig analoge Weise für die anderen Regelventile 11b bis lld individuelle Arbeitsdrücke pAb bis pAd. Die Grenzaussteuerun gen kLim, der maximale Referenzkühlmittelstrom KRmax und der Referenzdruck pR der anderen Regelventile 11b bis lld können dieselben Werte aufweisen wie die Grenzaussteuerung kLim, der maximale Referenzkühlmittelstrom KRmax und der Referenzdruck pR des Regelventils 11a. Alternativ kann es sich um andere Werte handeln, die gegebenenfalls auch innerhalb der anderen Regelventile 11b bis lld von Regelventil 11b bis lld zu Re gelventil 11b bis lld variieren können. In jedem Fall aber ermittelt die Steuereinrichtung 12 die individuellen Arbeits drücke pAb bis pAd der anderen Regelventile 11b bis lld unab hängig voneinander und auch unabhängig vom individuellen Ar beitsdruck pAa des Regelventils 11a.
In einem Schritt S4 ermittelt die Steuereinrichtung 12 sodann einen Ansteuerzustand Z der Pumpenanordnung 5. Der Ansteuer zustand Z ist derart bestimmt, dass die Pumpenanordnung 5 - sofern sie gemäß dem Ansteuerzustand Z betrieben wird - einen Gesamtstrom K fördert, der der Summe der Sollströme Ka* bis Kd* entspricht. Aufgrund der Förderung des Gesamtstroms K wird der Sammelleitung 4 mittels der Pumpenanordnung 5 auch der Gesamtstrom K an Kühlmittel 6 zugeführt. Gleichzeitig ist der Ansteuerzustand Z derart bestimmt, dass in der Sammellei tung 4 ein Arbeitsdruck pAv herrscht, der mindestens so groß wie der größte der individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd ist. Sowohl der Ansteuerzustand Z als auch der Arbeitsdruck pAv sind jedoch nur vorläufig. Der Ansteuerzustand Z umfasst zumindest für jede Pumpe 8 der Pumpenanordnung 5 die erfor derliche Drehzahl n.
Von Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, dass die Ansteue rung der Pumpenanordnung 5 kontinuierlich oder zumindest in mehreren Stufen veränderbar ist. Es ist also nicht nur ein Umschalten zwischen zwei oder drei festen, diskreten Ansteu erzuständen Z möglich, sondern die möglichen Ansteuerzustände Z bilden ein Kontinuum oder ein Quasi-Kontinuum. Wenn - rein beispielhaft - eine der Pumpen 8 zwischen einer minimalen Drehzahl nmin von 100 Umdrehungen/min und einer maximalen Drehzahl nmax von 800 Umdrehungen/min betreibbar ist, kann die Drehzahl n auch auf Zwischenwerte zwischen 100 Umdrehun gen/min und 800 Umdrehungen/min eingestellt werden, bei spielsweise im Falle einer stufenlosen Einsteilbarkeit 150 Umdrehungen/min, 227 Umdrehungen/min oder 593 Umdrehungen/min und im Falle einer Einsteilbarkeit in Stufen auf mindestens 10 verschiedene Stufen von beispielsweise 100, 150, 200, 250 usw. bis zu 800 Umdrehungen/min. Die genannten Zahlenwerte sind natürlich nur beispielhaft zu verstehen.
Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 12 im Rahmen des Schrittes S4 nur den von der Pumpenanordnung 5 statisch zu generierenden Druck berücksichtigt. Es ist also möglich, dass die Steuereinrichtung 12 im Rahmen des Schrittes S4 annimmt, dass der ausgangsseitig der Pumpenanordnung 8 generierte Druck mit dem Druck eingangsseitig der Regelventile 11a bis lld übereinstimmt. Es ist jedoch ebenso möglich, dass die Steuereinrichtung 12 zusätzliche Sachverhalte berücksichtigt. Ein Beispiel eines derartigen Sachverhalts sind zeitliche Än derungen der Sollströme Ka* bis Kd* und damit verbundene zeitliche Änderungen des Gesamtstroms K und hiermit verbunde ne Beschleunigungen von Wassermengen. Ein weiteres Beispiel eines derartigen Sachverhalts ist ein Strömungswiderstand zwischen der Pumpenanordnung 5 und der Sammelleitung 4 oder in der Sammelleitung 4, aufgrund dessen der eingangsseitig der Regelventile 11a bis lld generierte Druck stets kleiner als der von der Pumpenanordnung 8 generierte Druck ist. Für beide Sachverhalte finden sich entsprechende Möglichkeiten zur Berücksichtigung in der bereits genannten WO 2019/115145 Al. Ein etwaiger Höhenunterschied zwischen der Pumpenanord nung 8 einerseits und der Sammelleitung 4 bzw. dem Referenz niveau der Sammelleitung 4 andererseits kann weiterhin durch einen konstanten Offset berücksichtigt werden.
Im einfachsten Fall, in dem nur eine einzige Pumpe 8 vorhan den ist, kann die Steuereinrichtung 12 zur Ermittlung von de ren Drehzahl n beispielsweise auf ein Kennlinienfeld zugrei fen, in dem entsprechend der Darstellung in FIG 4 für die Pumpe 8 hinterlegt ist, welche Drehzahl n der Pumpe 8 erfor derlich ist, um bei einem bestimmten Gesamtstrom K eine be stimmte Druckerhöhung dr zu bewirken. In Verbindung mit einem eingangsseitig der Pumpenanordnung 5 herrschenden Saugdruck pS kann somit ohne weiteres die erforderliche Druckerhöhung dr = pS - pAv ermittelt werden. Der Saugdruck pS kann der Steuereinrichtung 12 aufgrund einer Messung oder anderweitig bekannt sein.
In vielen Fällen wird der für den größten der individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd ermittelte Ansteuerzustand bereits selbst ein zulässiger Ansteuerzustand der Pumpenanordnung 5 sein. In diesem Fall kann dieser Ansteuerzustand direkt als vorläufiger Ansteuerzustand Z übernommen werden. Auf andere Möglichkeiten und Ausgestaltungen wird später noch eingegan gen.
In einem Schritt S5 ermittelt die Steuereinrichtung 12 sodann einen Ansteuerzustand Z’ der Pumpenanordnung 5. Der Ansteuer zustand Z' ist - im Gegensatz zum Ansteuerzustand Z - endgül tig. Die Steuereinrichtung 12 ermittelt den endgültigen An steuerzustand Z' der Pumpenanordnung 5 unter Verwertung des vorläufigen Ansteuerzustands Z der Pumpenanordnung 5. Die Er mittlung des Schrittes S5 ist derart, dass der Sammelleitung 4 mittels der Pumpenanordnung 5 der Gesamtstrom K an Kühlmit tel 6 zugeführt wird. Gleichzeitig herrscht - eine Ansteue rung der Pumpenanordnung 5 entsprechend des endgültigen An steuerzustand Z' vorausgesetzt - in der Sammelleitung 4 ein endgültiger Arbeitsdruck pAe. Im einfachsten Fall übernimmt die Steuereinrichtung 12 direkt und unmittelbar den vorläufi gen Ansteuerzustand Z als endgültigen Ansteuerzustand Z'.
Auch ist es möglich, den vorläufigen Arbeitsdruck pAv um ei nen geringen additiven Offset zu erhöhen oder mit einem Fak tor geringfügig größer als 1 zu multiplizieren und dadurch den endgültigen Arbeitsdruck pAe zu ermitteln. Diese Vorge hensweisen sind in ihrer Wirkung ähnlich zu einer Verwendung von Grenzaussteuerwerten kLim geringfügig unterhalb von 1.
Auf andere Möglichkeiten und Ausgestaltungen zur Ermittlung des endgültigen Arbeitsdrucks pAe wird später noch eingegan gen.
Der endgültige Ansteuerzustand Z' bewirkt, sofern mittels der Pumpenanordnung 8 der gewünschte Gesamtstrom K in die Sammel leitung 4 gefördert wird, in der Sammelleitung 4 den endgül- tigen Arbeitsdruck pAe. Die Steuereinrichtung 12 ermittelt daher in einem Schritt S6 unter Verwertung des endgültigen Arbeitsdrucks pAe die Ansteuerwerte Aa bis Ad der Regelventi le 11a bis lld. Die Ermittlung erfolgt derart, dass in der jeweiligen Stichleitung 9a bis 9d der jeweilige Sollstrom Ka* bis Kd* fließt.
Im Rahmen der Ermittlung des Schrittes S6 setzt die Steuer einrichtung 12 voraus, dass in der Sammelleitung 4 der end gültige Arbeitsdruck pAe herrscht. Beispielsweise für das Re gelventil 11a ergibt sich somit die Aussteuerung ka zu
Figure imgf000020_0001
Für die anderen Regelventile 11b bis 11b gelten analoge Sach verhalte. Anhand der nunmehr bekannten Aussteuerungen ka bis kd der Regelventile 11a bis lld können somit unter Verwertung der zugehörigen Kennlinien die erforderlichen Ansteuerwerte Aa bis Ad der Regelventile 11a bis lld ermittelt werden.
In einem Schritt S7 steuert die Steuereinrichtung 12 die Pum penanordnung 5 und die Regelventile 11a bis lld an. Die An steuerung der Pumpenanordnung 5 erfolgt entsprechend des end gültigen Ansteuerzustands Z'. Die Ansteuerung der Regelventi le 11a bis lld erfolgt entsprechend der Ansteuerwerte Aa bis Ad.
Mit der Ausführung des Schrittes S7 ist das erfindungsgemäße Betriebsverfahren ausgeführt. In aller Regel geht die Steuer einrichtung 12 jedoch nach der Ausführung des Schrittes S7 wieder zum Schritt S1 zurück. Die Steuereinrichtung 12 führt die Abfolge der Schritte S1 bis S7 wird also iterativ immer wieder aus. In der Regel erfolgt die Ausführung mit einer festen Zykluszeit. Die feste Zykluszeit liegt in der Regel zwischen 0,1 s und 1,0 s, meist zwischen 0,2 s und 0,5 s, beispielsweise bei ca. 0,3 s. Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 5 eine mögliche Ausge staltung des Schrittes S4 von FIG 3 erläutert, also eine mög liche Art und Weise der Ermittlung des vorläufigen Ansteuer zustands Z. Der Schritt S4 von FIG 3 ist im Rahmen der Ausge staltung gemäß FIG 5 in Schritte Sil bis S14 unterteilt.
Im Schritt Sil ermittelt die Steuereinrichtung 12 den Be triebszustand der Pumpenanordnung 5, der erforderlich ist, um den Gesamtstrom K zu fördern und gleichzeitig die erforderli che Druckerhöhung dr vom Saugdruck pS auf den größten der er mittelten individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd zu bewir ken. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 12 bei nur ei ner Pumpe 8 die entsprechende Drehzahl n der Pumpe 8 ermit teln.
Im Schritt S12 prüft die Steuereinrichtung 12, ob der ermit telte vorläufige Zustand Z zulässig ist, beispielsweise die ermittelte Drehzahl n im zulässigen Drehzahlbereich der Pumpe 8 liegt, der Arbeitspunkt der Pumpe 8 also innerhalb des in FIG 4 unschraffierten Bereichs liegt. Die Prüfung impliziert also die Prüfung auf Einhalten einer auf die Pumpenanordnung 5 bezogenen Nebenbedingung.
Es ist möglich (und sogar der Regelfall), dass die Drehzahl n im zulässigen Drehzahlbereich der Pumpe 8 liegt. Beispiels weise kann durch den Gesamtstrom K und den größten der indi viduellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd ein Arbeitspunkt API der Pumpe 8 bestimmt sein, der innerhalb des zulässigen Drehzahl bereichs der Pumpe 8 liegt. Sofern die Drehzahl n im zulässi gen Drehzahlbereich der Pumpe 8 liegt, geht die Steuerein richtung 12 zum Schritt S13 über. Im Schritt S13 ergreift die Steuereinrichtung 12 keine weitergehenden Maßnahmen. Die er mittelte Drehzahl n kann direkt verwendet werden.
Es ist jedoch ebenso möglich (wenn auch nur selten), dass die Drehzahl n nicht im zulässigen Drehzahlbereich der Pumpe 8 liegt. Beispielsweise kann durch den Gesamtstrom K und den größten der ermittelten individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd ein Arbeitspunkt AP2 oder ein Arbeitspunkt AP3 der Pumpe 8 bestimmt sein. Im Falle des Arbeitspunkts AP2 kann die Pum pe 8 zwar ohne weiteres den größten der ermittelten individu ellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd generieren. Aufgrund des zu lässigen Drehzahlbereichs der Pumpe 8 ergibt sich jedoch zwangsweise ein von der Pumpe 8 geförderter Volumenstrom, der größer als der geforderte Gesamtstrom K ist. Im Falle des Ar beitspunkts AP3 ist es umgekehrt. Die Pumpe 8 kann zwar ohne weiteres den geforderten Gesamtstrom K generieren. Aufgrund des zulässigen Drehzahlbereichs der Pumpe 8 ergibt sich je doch zwangsweise eine von der Pumpe 8 bewirkte Druckerhöhung dr, die größer als minimal erforderlich ist.
Sofern die Drehzahl n nicht im zulässigen Drehzahlbereich der Pumpe 8 liegt, geht die Steuereinrichtung 12 zum Schritt S14 über. Im Schritt S14 modifiziert die Steuereinrichtung 12 den vorläufigen Ansteuerzustand Z.
Im Falle des Arbeitspunkts AP2 kann die Steuereinrichtung 12 beispielsweise für ein Kurzschlussventil 15 (siehe FIG 6) ei nen Öffnungszustand ermitteln. Das Kurzschlussventil 15 ist entsprechend der Darstellung in FIG 6 der Pumpe 8 parallel geschaltet. Es kann als Bestandteil der Pumpenanordnung 5 oder als Regelventil für eine weitere Aufbringeinrichtung an gesehen werden. Die Steuereinrichtung 12 bestimmt den Öff nungszustand gegebenenfalls derart, dass über das Kurz schlussventil 15 direkt oder indirekt so viel Kühlmittel 6 zum Reservoir 7 zurückgeführt wird, dass der verbleibende, im Ergebnis der Sammelleitung 4 zugeführte Volumenstrom dem ge wünschten Gesamtstrom K entspricht.
Im Falle des Arbeitspunkts AP3 kann die Steuereinrichtung 12 beispielsweise den vorläufigen Ansteuerzustand Z dahingehend modifizieren, dass zwar nur die Pumpe 8 angesteuert wird (und demzufolge das Kurzschlussventil 15, sofern vorhanden, ge schlossen bleibt), bei dem vorläufigen Ansteuerzustand Z je doch bei dem gewünschten Gesamtstrom K ein vorläufiger Ar beitsdruck pAv generiert wird, der größer als der größte der individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd ist. Vorzugsweise wird der vorläufige Arbeitsdruck pAv in diesem Fall auf das Minimum der möglichen und zulässigen Werte gesetzt.
Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 7 eine weitere mögli che Ausgestaltung des Schrittes S4 von FIG 3 erläutert. Der Schritt S4 von FIG 3 ist im Rahmen der Ausgestaltung gemäß FIG 7 in Schritte S21 bis S24 unterteilt. Die Vorgehensweise von FIG 7 kann nach Bedarf mit der Vorgehensweise von FIG 5 kombiniert werden oder unabhängig von ihr realisiert werden. Im Falle einer Kombination kann der Schritt S21 entfallen und werden die Schritte S22 bis S24 nach dem Schritt S13 bzw. S14 ausgeführt .
Im Schritt S21 ermittelt die Steuereinrichtung 12 - analog zum Schritt Sil von FIG 5 - die Drehzahl n der Pumpe 8, die erforderlich ist, um den Gesamtstrom K zu fördern und gleich zeitig die erforderliche Druckerhöhung dr vom Saugdruck pS auf den größten der ermittelten individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd zu bewirken.
Im Schritt S22 prüft die Steuereinrichtung 12, ob bei dem sich so ergebenden vorläufigen Arbeitsdruck pAv die Ansteue rungen der Regelventile 11a bis lld zulässig sind. Die Steu ereinrichtung 12 kann beispielsweise prüfen, ob Verstellge schwindigkeiten, mit denen die Ansteuerwerte Aa bis Ad der Regelventile 11a bis 11b geändert werden, vorbestimmte Gren zen einhalten. Die Prüfung impliziert also die Prüfung auf Einhalten von auf die Regelventile bezogene Nebenbedingungen.
Es ist möglich (und sogar der Regelfall), dass die Nebenbe dingungen erfüllt sind. In diesem Fall geht die Steuerein richtung 12 zum Schritt S23 über. Im Schritt S23 ergreift die Steuereinrichtung 12 keine weitergehenden Maßnahmen. Die er mittelte Drehzahl n kann direkt verwendet werden.
Es ist jedoch ebenso möglich (wenn auch nur selten), dass die Nebenbedingungen nicht erfüllt sind, beispielsweise zu hohe Verstellgeschwindigkeiten auftreten. In diesem Fall geht die Steuereinrichtung 12 zum Schritt S24 über. Im Schritt S24 kann die Steuereinrichtung 12 - je nach Lage des Einzelfalls
- entweder die Überschreitung der vorbestimmten Grenzen in Kauf nehmen oder den vorläufigen Ansteuerzustand Z der Pum penanordnung 5 anpassen. Insbesondere kann unter Umständen durch eine Erhöhung des vorläufigen Arbeitsdruckes pAv be wirkt werden, dass aufgrund der hiermit korrespondierenden Änderungen der Ansteuerungen der Regelventile 11a bis lld die vorbestimmten Grenzen nicht mehr oder zumindest nur noch in geringerem Umfang überschritten werden.
Nachfolgend wird in Verbindung mit FIG 8 eine mögliche Ausge staltung des Schrittes S5 von FIG 3 erläutert, also eine mög liche Art und Weise der Ermittlung des endgültigen Ansteuer zustands Z unter Verwertung des vorläufigen Ansteuerzustands Z der Pumpenanordnung 5. Der Schritt S5 von FIG 3 ist im Rah men der Ausgestaltung gemäß FIG 8 durch einen Schritt S41 er setzt. Im Schritt S41 berücksichtigt die Steuereinrichtung 12
- zusätzlich zum aktuell im Schritt S4 ermittelten vorläufi gen Ansteuerzustand Z mindestens einen weiteren Ansteuerzu stand. Beispielsweise kann es sich um den unmittelbar vorhe rigen endgültigen Ansteuerzustand Z’ oder um mehrere vorher gehende endgültige Ansteuerzustand Z' handeln. Beispielsweise können durch eine Tiefpassfilterung oder ähnliche Maßnahmen abrupte Änderungen des endgültigen Ansteuerzustands Z' ver mieden werden.
Ebenso ist es möglich, dass die Sollströme Ka* bis Kd* mo- dellprädiktiv innerhalb eines Prognosehorizonts von mehreren Zykluszeiten - beispielsweise fünf, acht oder zehn Zykluszei ten - prognostiziert werden und so auch für den Prognosehori zont zukünftig erwartete vorläufige Ansteuerzustände Z der Pumpenanordnung 5 ermittelt werden können. In diesem Fall können in die Ermittlung des aktuellen endgültigen Ansteuer zustands Z' zusätzlich auch die zukünftig erwarteten vorläu figen Ansteuerzustände Z der Pumpenanordnung 5 eingehen. Im Rahmen der Ausgestaltung gemäß FIG 8 ist es möglich, dass sich ein endgültiger Arbeitsdruck pAe ergibt, der kleiner (wenn auch in der Regel nur geringfügig kleiner) als der größte der individuellen Arbeitsdrücke pAa bis pAd der Schritte S2 und S3 ist. Insbesondere im Rahmen der Ausgestal tung gemäß FIG 8 ist es daher von Vorteil, wenn die Grenzaus steuerwerte kLim der Regelventile 11a bis lld kleiner als de ren maximal mögliche Aussteuerungen sind und/oder vor der Be rücksichtigung weiterer Ansteuerzustände zunächst die Additi on eines kleinen Offsets auf den vorläufigen Arbeitsdruck pAv oder eine Skalierung des vorläufigen Arbeitsdrucks pAv mit einem Faktor geringfügig größer als 1 erfolgt.
Die vorliegende Erfindung wurde obenstehend in Verbindung mit Ausgestaltungen erläutert, bei denen die Pumpenanordnung 5 nur eine einzige Pumpe 8 aufweist. Es sind jedoch ohne weite res auch Ausgestaltungen möglich, bei denen die Pumpenanord nung 5 mehrere Pumpen 8 aufweist. In diesem Fall müssen die Pumpen 8 derart angesteuert werden, dass alle Pumpen 8 entwe der völlig gesperrt sind, so dass sie so behandelt werden können, als wenn sie nicht vorhanden wären, oder den gleichen vorläufigen Arbeitsdruck pAv und den gleichen endgültigen Ar beitsdruck pAe generieren. Bezüglich der Aufteilung des Ge samtstroms K auf die einzelnen Pumpen 8 besteht jedoch ein Freiheitsgrad. Zur Auflösung dieses Freiheitsgrades ist es beispielsweise möglich, den Gesamtstrom K gleichmäßig oder proportional zur Kapazität der Pumpen 8 auf die Pumpen 8 zu verteilen. Alternativ ist es möglich, immer nur die minimal mögliche Anzahl an Pumpen 8 aktiv zu betreiben. In diesem Fall erfolgt die Speisung der Sammelleitung 4 nach Möglich keit mit einer einzigen Pumpe 8. Die nächste Pumpe 8 wird erst dann zugeschaltet, wenn die zuvor betriebene Pumpe 8 nicht mehr in der Lage ist, den geforderten Gesamtstrom K bei dem geforderten vorläufigen Arbeitsdruck pAv oder dem gefor derten endgültigen Arbeitsdruck pAe zu fördern. In analoger Weise wird die jeweils nächste Pumpe 8 erst dann zugeschal tet, wenn die zuvor betriebenen Pumpen 8 nicht mehr in der Lage sind, den geforderten Gesamtstrom K bei dem geforderten vorläufigen Arbeitsdruck pAv oder dem geforderten endgültigen Arbeitsdruck pAe zu fördern.
Die vorliegende Erfindung wurde obenstehend weiterhin bezüg lich einer einzigen Kühleinrichtung 3 erläutert. Es ist je doch ohne weiteres möglich, dass weitere Kühleinrichtungen 3 vorhanden sind. Die weiteren Kühleinrichtungen 3 können in diesem Fall nach Bedarf von der Steuereinrichtung 12 oder von einer anderen Steuereinrichtung gesteuert werden. Im Falle einer Steuerung durch die Steuereinrichtung 12 können die Kühleinrichtungen 3 unabhängig voneinander betrieben werden.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbeson dere ergibt sich ein sehr geringer Energieverbrauch. Im Ver gleich zu einem Betrieb der Kühleinrichtung 3 mit einem kon stanten endgültigen Arbeitsdruck pAe ergeben sich Einsparun gen von mindestens 25 % und manchmal von weit über 80 %. So gar gegenüber Vorgehensweisen, bei denen der endgültige Ar beitsdruck pAe bei jedem Walzgut 2 individuell angepasst wird und nur während der Kühlung des jeweiligen Walzguts 2 kon stant beibehalten wird, ergibt sich immer noch eine deutliche Energieeinsparung. Theoretisch ist zwar denkbar, dass die Ab senkung des endgültigen Arbeitsdrucks pAe zu einer so großen Verschlechterung des Wirkungsgrades der Pumpenanordnung 5 führt, dass der Energieverbrauch ansteigt. In der Praxis kommt dies aber nicht vor. Weiterhin werden sowohl die Mecha nik der Regelventile 11a bis lld als auch die Mechanik der Pumpenanordnung 5 geschont. Denn in der Regel ist es für die Regelventile 11a bis lld von Vorteil, wenn sie möglichst weit geöffnet betrieben werden. Ebenso ist es für die Pumpenanord nung 5 von Vorteil, wenn sie mit möglichst kleiner Drehzahl betrieben wird. Für die Kühlung des Walzguts 2 als solche er geben sich hingegen keine nachteiligen Auswirkungen.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab- geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver lassen.
Bezugszeichenliste
1 Walzgerüst
2 Walzgut
3 Kühleinrichtung
4 Sammelleitung
5 Pumpenanordnung
6 Kühlmittel
7 Reservoir
8 Pumpen
9a bis 9d Stichleitungen 10a bis lOd Aufbringeinrichtungen 11a bis lld Regelventile 12 Steuereinrichtung
13 Computerprogramm
14 Maschinencode
15 KurzSchlussventil
Aa bis Ad Ansteuerwerte
Amax maximaler Ansteuerwert
Amin minimaler Ansteuerwert
API bis AP3 Arbeitspunkte K Gesamtstrom ka bis kd Aussteuerungen Ka bis Kd Kühlmitteiströme Ka* bis Kd* Sollströme kLim Grenzaussteuerwert KR Referenzkühlmitteiström
KRmax maximaler Referenzkühlmitteiström
KRmin minimaler Referenzkühlmitteiström n Drehzahl nmax maximale Drehzahl nmin minimale Drehzahl pA, pAv, pAe Arbeitsdrücke pAa bis pAd individuelle Arbeitsdrücke pR Referenzdruck pS Saugdruck
S1 bis S41 Schritte Z, Z Ansteuerzustande dr Druckerhöhung

Claims

Ansprüche
1. Betriebsverfahren für eine Kühleinrichtung (3) zum Kühlen eines heißen Walzguts (2) aus Metall,
- wobei die Kühleinrichtung (3) eine Sammelleitung (4) auf weist, in die über eine Pumpenanordnung (5) ein flüssiges Kühlmittel (6) eingespeist wird und von der eine Mehrzahl an Stichleitungen (9a bis 9d) zu Aufbringeinrichtungen (10a bis lOd) abgeht,
- wobei die Pumpenanordnung (5) eine Anzahl an Pumpen (8) aufweist, in den Stichleitungen (9a bis 9d) jeweils ein Re gelventil (11a bis lld) angeordnet ist und mittels zumin dest eines Teils der Aufbringeinrichtungen (10a bis lOd) das Kühlmittel (6) auf das Walzgut (2) aufgebracht wird,
- wobei einer Steuereinrichtung (12) der Kühleinrichtung (3) Sollströme (Ka* bis Kd*) bekannt werden, die den Aufbrin geinrichtungen (10a bis lOd) zugeführt werden sollen,
- wobei die Steuereinrichtung (12) die Pumpenanordnung (5) entsprechend einem endgültigen Ansteuerzustand (Z') und die Regelventile (11a bis lld) entsprechend Ansteuerwerten (Aa bis Ad) ansteuert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (12) zum Ermitteln des endgültigen Ansteuerzustands (Z') der Pumpenanordnung (5) und der Ansteu erwerte (Aa bis Ad) der Regelventile (11a bis lld)
- für die Regelventile (11a bis lld) für einen jeweiligen Grenzaussteuerwert (kLim) des jeweiligen Regelventils (11a bis lld) einen jeweiligen individuellen Arbeitsdruck (pAa bis pAd) ermittelt, der in der Sammelleitung (4) herrschen muss, damit in der jeweiligen Stichleitung (9a bis 9d) der jeweilige Sollstrom (Ka* bis Kd*) fließt,
- einen vorläufigen Ansteuerzustand (Z) der Pumpenanordnung (5) ermittelt, so dass der Sammelleitung (4) mittels der Pumpenanordnung (5) ein Gesamtstrom (K) an Kühlmittel (6) zugeführt wird, der der Summe der Sollströme (Ka* bis Kd*) entspricht, und gleichzeitig in der Sammelleitung (4) ein vorläufiger Arbeitsdruck (pAv) herrscht, der mindestens so groß wie der größte der individuellen Arbeitsdrücke (pAa bis pAd) ist,
- den endgültigen Ansteuerzustand (Z') der Pumpenanordnung (5) unter Verwertung des vorläufigen Ansteuerzustands (Z) der Pumpenanordnung (5) derart ermittelt, dass der Sammel leitung (4) mittels der Pumpenanordnung (5) der Gesamtstrom (K) an Kühlmittel (6) zugeführt wird und gleichzeitig in der Sammelleitung (4) ein endgültiger Arbeitsdruck (pAe) herrscht, und
- die Ansteuerwerte (Aa bis Ad) der Regelventile (11a bis lld) unter Verwendung des endgültigen Arbeitsdrucks (pAe) derart ermittelt, dass in der jeweiligen Stichleitung (9a bis 9d) der jeweilige Sollstrom (Ka* bis Kd*) fließt.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grenzaussteuerwerte (kLim) der Regelventile (11a bis lld) die Maximalaussteuerungen der Regelventile (11a bis lld) sind oder in der Nähe der Maximalaussteuerungen der Regelven tile (11a bis lld) liegen.
3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (12) im Rahmen der Ermittlung des vorläufigen Ansteuerzustands (Z) auf die Pumpenanordnung (5) bezogene Nebenbedingungen berücksichtigt.
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (12) im Rahmen der Ermittlung des vorläufigen Ansteuerzustands (Z) auf die Regelventile (11a bis lld) bezogene Nebenbedingungen berücksichtigt.
5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinrichtung (12) im Rahmen der Ermittlung des endgültigen Ansteuerzustands (Z') der Pumpenanordnung (5) zu sätzlich mindestens einen vorherigen endgültigen Ansteuerzu- stand (Z') der Pumpenanordnung (5) und/oder mindestens einen zukünftig erwarteten vorläufigen Ansteuerzustand (Z) der Pum penanordnung (5) berücksichtigt.
6. Computerprogramm, das Maschinencode (14) umfasst, der von einer Steuereinrichtung (12) einer Kühleinrichtung (3) zum Kühlen eines heißen Walzguts (2) aus Metall abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes (14) durch die Steu ereinrichtung (12) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (12) die Kühleinrichtung (3) gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche betreibt.
7. Steuereinrichtung einer Kühleinrichtung (3) zum Kühlen ei nes heißen Walzguts (2) aus Metall, wobei die Steuereinrich tung mit einem Computerprogramm (13) nach Anspruch 6 program miert ist, so dass die Steuereinrichtung die Kühleinrichtung (3) gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 betreibt.
8. Kühleinrichtung zum Kühlen eines heißen Walzguts (2) aus Metall,
- wobei die Kühleinrichtung eine Sammelleitung (4), eine Pum penanordnung (5) und eine Mehrzahl an Aufbringeinrichtungen (10a bis lOd) aufweist,
- wobei mittels zumindest eines Teils der Aufbringeinrichtun gen (10a bis lOd) ein flüssiges Kühlmittel (6) auf das Walzgut (2) aufgebracht wird,
- wobei die Aufbringeinrichtungen (10a bis lOd) über eine je weilige Stichleitung (9a bis 9d) mit der Sammelleitung (4) verbunden sind,
- wobei die Pumpenanordnung (5) eine Anzahl an Pumpen (8) aufweist, mittels derer das flüssige Kühlmittel (6) in die Sammelleitung (4) eingespeist wird,
- wobei in den Stichleitungen (9a bis 9d) jeweils ein Regel ventil (11a bis lld) angeordnet ist,
- wobei die Kühleinrichtung eine Steuereinrichtung (12) nach Anspruch 7 aufweist, welche die Kühleinrichtung gemäß einem Betriebsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 be treibt.
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