EP2539089A2 - Verfahren zur kühlung eines blechs mittels einer kühlstrecke, kühlstrecke und steuer- und/oder regeleinrichtung für eine kühlstrecke - Google Patents

Verfahren zur kühlung eines blechs mittels einer kühlstrecke, kühlstrecke und steuer- und/oder regeleinrichtung für eine kühlstrecke

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EP2539089A2
EP2539089A2 EP11701838A EP11701838A EP2539089A2 EP 2539089 A2 EP2539089 A2 EP 2539089A2 EP 11701838 A EP11701838 A EP 11701838A EP 11701838 A EP11701838 A EP 11701838A EP 2539089 A2 EP2539089 A2 EP 2539089A2
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EP
European Patent Office
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sheet
cooling
cooling section
coolant
sheet metal
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Klaus Weinzierl
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Siemens Corp
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    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals

Definitions

  • x is a predeterminable factor between 0 and 1, which may depend on the flatness of the sheet entering the cooling section or a temperature, in particular a temperature difference between the sheet metal top and sheet metal bottom, j above : a dissipated heat flow from the top of
  • a calculation of the heat flow to be dissipated or a quantity of coolant required for this purpose can generally be adiabatic on one side, ie the calculation with respect to one side, for example the top side, does not have to take into account the interaction with the other side, for example the underside of the metal sheet.
  • first sheet and two ⁇ tes sheet is advantageously proceeded such that in each case an individual, in particular temporal, course of an energetic state of the sheet descriptive size is determined for the first sheet and the second sheet on ⁇ hand whose a dissipated heat flow for each sheet top and bottom of the sheet is determined.
  • a variable describing the energetic state it is possible, for example, to use a, in particular calculated, actual temperature profile, actual enthalpy curve or a course of another suitable variable.
  • time course of this is preferably given individually for a variety defi ⁇ ned sheet metal sections, so that the greatest possible dynamics is achieved for the cooling and the entire sheet has the desired properties throughout.
  • Sheet arranged coolant delivery device 2 cools a top surface 0 of the sheet metal portion, while arranged below the sheet B coolant delivery device 2 a bottom U of the sheet metal section cools.
  • Cut at a predetermined reference point in front of theharistre ⁇ bridge also be determined by means of sheet metal tracking calculation.
  • This has the advantage that the temperature measuring devices 4, 5 can be omitted in whole or in part before the cooling section 1.
  • z. B. a temperature measurement on the upper side is present, the temperature distribution calculated by a model over the sheet thickness based on the temperature measurement initially adap ⁇ tiert so that measured and calculated temperature on the side of the measurement match. Then the calculated value on the opposite side, where the measurement is missing, can be taken from the model.
  • the coolant quantities for the coolant delivery device can be determined above the metal sheet and below the metal sheet for the respective pair of coolant devices. This takes place in a method step 104. If, for example, a flat sheet enters the cooling section, then the heat flow is set in such a way that the same heat flow is dissipated from the top side of the sheet metal and the underside of the sheet, taking into account the different temperatures of the top side of the sheet metal. This fact, since the temperature of sheet metal top and tin bottom is generally governed differently, a change in the amounts of refrigerant for the arranged above the sheetdeffenabgabeein ⁇ direction and for the underneath of the sheet arranged cooling ⁇ agent release device as compared with the prior art determined quantities of coolant. However, uniform cooling is only possible if the heat flow on the upper side of the sheet metal and the underside of the sheet is the same, which is achieved by a procedure according to one of the embodiments of the method according to the invention.
  • X 0.5 for sheet metal
  • X 0.6 for sheet bent slightly upwards
  • X 0.4 for sheet bent slightly downwards.
  • x means the ratio of the thickness of the lower sheet relative to the total sheet thickness. The division is made virtually at the height of X times the sheet thickness, ge ⁇ measured from the bottom of the sheet to the top.
  • a step 200 the temperature of the sheet ⁇ top sheet and the bottom in front of the cooling section is ermit ⁇ telt. From this and with knowledge of the temperature profile in Di ⁇ ckencardi of the sheet, an average temperature for the upper plate and an average temperature for the lower plate is determined.
  • a local temperature profile for the two plates can be pre ⁇ give. It is also conceivable a preset a time ⁇ union or local Enthalpieverlaufs for the upper and un ⁇ tere sheet so that the sheet reaches a desired end state.
  • Coolant amount per unit time be required for achieving a ge ⁇ wished state of the sheet.
  • a step 300 the temperature of the sheet ⁇ top and / or the temperature of the sheet base is ermit ⁇ telt.
  • This can be done model-based as described above or by means of a measurement.
  • the determination of the coolant delivery can be carried out according to any desired method, preferably according to one of the above-described methods. This is done according to FIG. 4 in a method step 301.
  • Compliance with the limit temperature is checked in a method step 303.
  • a method step 305 the coolant deliveries ascertained in accordance with the above method are set in the cooling section.
  • this method becomes online, i. performed during the cooling of heavy plate, so that in real time the cooling process is optimized and accordingly no waste is generated by falling below the limit temperature.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühlstrecke, eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Kühlstrecke, einen maschinenlesbaren Programmcode, ein Speichermedium und ein Verfahren zur Kühlung eines Blechs mittels einer Kühlstrecke, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzustand des Blechs an einem Referenzpunkt bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für eine erste und eine zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung ermittelt wird, wobei die erste und die zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung relativ zum Blech gegenüberliegend angeordnet sind. Indem die Ermittlung der Kühlmittelabgabe für die erste und zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung (2) anhand eines vorgegebenen abzuführenden Wärmestroms von der der jeweiligen Kühlmitteabgabeeinrichtung (2) zugewandten Blechseite (O, U) erfolgt, wobei für den jeweils abzuführenden Wärmestrom eine Temperatur, insbesondere Oberflächentemperatur (To, Tu), der jeweiligen Blechseite (O, U) berücksichtigt wird, kann die Planheit von hergestelltem Grobblech bei gleichzeitig hohem Durchsatz der Grobblechstraße weiter erhöht werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Kühlung eines Blechs mittels einer Kühlstrecke, Kühlstrecke und Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Kühlstrecke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kühlung eines
Blechs, insbesondere Grobblech, mittels einer Kühlstrecke, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeein- richtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzustand des Blechs an einem Referenzpunkt bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für eine erste und eine zweite Kühlmittelab¬ gabeeinrichtung ermittelt wird, wobei die erste und die zwei¬ te Kühlmittelabgabeeinrichtung relativ zum Blech gegenüberliegend angeordnet sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung eines Blechs mittels einer Kühlstrecke, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl von Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzustand des Blechs wenigstens bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabga¬ be für wenigstens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtung ermittelt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Steuer und/oder Regeleinrichtung für eine Kühlstrecke. Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Walzstra¬ ßen, insbesondere Grobblechwalzstraßen und betrifft insbesondere die Kühlung für Grobblech.
Die Kühlung bzw. der Betrieb der Kühlstrecke beeinflusst maß- geblich die Qualität und die Eigenschaften des hergestellten Blechs. Die Kühlstrecke einer Grobblechstraße dient insbeson¬ dere dazu, die Werkstoffeigenschaften des Blechs in gewünsch¬ ter Weise einzustellen. Bei der Kühlung von Grobblech kann es aufgrund der vergleichsweise hohen Dicke und des damit verbundenen Wärmein¬ halts während des Kühlens zu Unplanheiten kommen, welche durch thermische Verspannungen verursacht sind. Diese thermi- sehen Verspannungen lassen sich durch den Betrieb der Kühlstrecke beeinflussen. Ziel ist es stets ein planes Blech her¬ zustellen, welches die gewünschten mechanischen Eigenschaften aufweist . Grobblech weist in der Regel eine Dicke von 3mm oder mehr auf und erfüllt damit die Definition gemäß EN 10029.
Aus der Europäischen Offenlegungsschrift EP 2070608 AI ist ein Verfahren zum Kühlen von Grobblech bekannt. Hier wird ei- ne Kühlmittelabgabe der Stellglieder oberhalb und unterhalb des Blechs individuell eingestellt, insbesondere derart, dass für die Blechoberseite und die Blechunterseite derselbe Wär¬ meübergangskoeffizient vorliegt. Dies hat den Nachteil, dass trotz der vergleichsweise exakten Ermittlung des Wärmeüber- gangskoeffizienten weiterhin Unplanheiten in der Kühlstrecke entstehen können. Auch könnne hiermit keine Unplanheiten des Blechs behoben werden, welche bereits vor der Kühlstrecke entstanden sind. Aufgabe der Erfindung ist es, beim Herstellen von Grobblech die Planheit von hergestelltem Grobblech weiter zu erhöhen bei gleichzeitig hohem Durchsatz der Grobblechstraße.
Der verfahrensmäßige Teil wird gelöst durch ein Verfahren zur Kühlung eines Blechs mittels einer Kühlstrecke, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzu- stand des Blechs an einem Referenzpunkt, insbesondere spätes¬ tens, bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für eine erste und eine zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung ermittelt wird, wobei die erste und die zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung relativ zum Blech gegenüberliegend angeordnet sind, wobei die Ermittlung der Kühlmittelabgabe für die erste und zweite Kühlmittelabga¬ beeinrichtung anhand eines vorgegebenen abzuführenden Wärme- Stroms von der der jeweiligen Kühlmitteabgabeeinrichtung zugewandten Blechseite erfolgt, wobei für den jeweils abzufüh¬ renden Wärmestrom eine Temperatur, insbesondere Oberflächentemperatur, der jeweiligen Blechseite berücksichtigt wird. Der Erfinder hat erkannt, dass es für eine möglichst gute
Einhaltung der Planheit nicht ausreichend ist, lediglich den Wärmeübergangskoeffizienten jeweils für Oberseite und Unterseite zu berücksichtigen und diesen einander anzugleichen. Vielmehr wird ein möglichst planes Blech bspw. dann erreicht, wenn - bei plan einlaufendem Blech - der Wärmestrom für Oberseite und Unterseite gleich groß ist. Hierzu muss jedoch die Temperatur der Oberseite und der Unterseite explizit berück¬ sichtigt werden, da diese den abführbaren Wärmestrom direkt beeinflusst. Im Stand der Technik wird dies nicht berücksich¬ tigt. Vielmehr wird im Stand der Technik die Gleichheit des Wärmeübergangskoeffizienten für Ober- und Unterseite angestrebt. Bei unterschiedlichen Temperaturen von Blechoberseite und Blechunterseite führt dies jedoch gerade zu einem un- gleichmäßigen Wärmefluss für Ober- und Unterseite, welcher bei einem plan einlaufenden Blech eine Unplanheit bewirken kann. Dies kann durch die vorliegende Erfindung vermieden werden . Die Temperatur der Blechoberseite bzw. Blechunterseite kann mittels einer Messung ermittelt werden, bspw. mittels eines Pyrometers. Alternativ können auch berechnete Ist-Temperatu¬ ren, bspw. bekannt aus einer Blechverfolgungsberechnung, herangezogen werden.
Unter Kühlmittelabgabe wird sowohl die mengenmäßige Abgabe des Kühlmittels pro Zeiteinheit verstanden, als auch die Art und Weise der Abgabe des Kühlmittels, bspw. der Einstellung des Aufbringungswinkels, etc.... Häufig wird lediglich die Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit eingestellt.
Als Kühlmittelabgabeeinrichtungen wird eine Einrichtung ange- sehen, welche zur Abgabe von Kühlmittel auf das Blech ausge¬ bildet ist.
Die Kühlmittelabgabeeinrichtung kann eine einzeln schaltbare Ventilanordnung mit einem oder mehreren Kühlmittelauslässen sein. Alternativ kann dies auch eine Mehrzahl an einzeln schaltbaren Ventil-Auslass-Einrichtungen sein, welche gemeinsam gesteuert bzw. betrieben werden. Erstgenannte Ausführung ist für die Erfindung bevorzugt, da diese eine flexiblere Einstellung bzw. einen flexibleren Betrieb der Kühlstrecke erlaubt.
Vorzugsweise sind alle Kühlmittelabgabeeinrichtungen der Kühlstrecke, sowohl zur Kühlung der Blechunterseite, als auch zur Kühlung der Blechoberseite, als jeweils einzeln schaltba- re Ventilanordnungen mit zugehörigen Kühlmittelauslässen ausgebildet .
Als Endzustand für ein Blech kann eine gewünschte zu errei¬ chende Temperatur angesehen werden oder auch ein gewünschtes Gefüge bzw. eine gewünschte Phasenzusammensetzung des Blechs. Der Endzustand stellt sicher, dass ein gewünschtes Produkt tatsächlich durch die Kühlstrecke der Grobblechwalzstraße be¬ reitgestellt wird. Wird der Endzustand nicht erreicht, so ist das hergestellte Produkt in der Regel minderwertig oder als Schrott zu verwerfen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verhältnis von abzuführendem Wärmestrom von Blechoberseite zu Blechunterseite in Abhängigkeit von einer, insbesondere bei Einlauf in die Kühlstrecke vorliegenden, Planheit des Blechs eingestellt. Hierdurch ist es möglich, mittels der Kühlstre¬ cke bzw. der Kühlung derart auf das Blech einzuwirken, wie es benötigt wird. Insbesondere kann mittels der Kühlstrecke kor- rigierend auf die Planheit des Bleches eingewirkt werden, falls erforderlich. Hierdurch kann die Kühlstrecke zur Einhaltung der Produktqualität betragen, da einerseits bereits unplanes Blech in planes Blech überführt werden kann, ande- rerseits plan in die Kühlstrecke einlaufendes Blech auch wie¬ der plan aus der Kühlstrecke ausläuft. Vorteilhafterweise kann hierzu die Steuer- und/oder Regeleinrichtung für die Kühlstrecke mit einer Planheitsmesseinrichtung vor der Kühlstrecke wirkverbunden werden, so dass die Kühlstrecke ent- sprechend in Abhängigkeit von der erfassten Planheit gesteu¬ ert und/oder geregelt werden kann, insbesondere derart, dass die Unplanheiten eines in die Kühlstrecke einlaufenden unpla¬ nen Blechs verringert werden und plan in die Kühlstrecke ein¬ laufendes Blech erhalten bleibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei einem planen Blech, insbesondere einem plan in die Kühlstrecke einlaufenden Blech, das Verhältnis des von der Oberseite abzuführenden Wärmestroms und des von der Unterseite abzuführenden Wärme- Stroms im Wesentlichen gleich eins. D.h. die abgeführte Wärme pro Zeiteinheit auf der Oberseite ist gleich der abgeführten Wärme pro Zeiteinheit auf der Unterseite. Aufgrund der ggf. unterschiedlichen Temperaturen und der unterschiedlichen Kühlmittelverweildauer auf dem Blech, insbesondere für Blech- Oberseite und Blechunterseite, bedeutet dies, dass für Ober¬ seite und Unterseite unterschiedlich viel Kühlmittel aufge¬ bracht werden muss.
In einer weiteren vorteilhaften Variante der Erfindung wird bei einem unplanen Blech das Verhältnis derart eingestellt, dass die Unplanheit des Blechs nach Durchlaufen der Kühlstre¬ cke relativ zur Unplanheit des Blechs vor Durchlaufen der Kühlstrecke verringert ist. Hierdurch wird nicht nur sicher¬ gestellt, dass ein gewünschtes Produkt mittels der Kühlstre- cke hergestellt wird, sondern es kann auch noch auf die Qua¬ lität des hergestellten Produkts im Hinblick auf Planheit mittels der Kühlstrecke Einfluss genommen werden. Es können insbesondere durch eine entsprechend angepasste Kühlung, d.h. entsprechende Ungleichverteilung des Wärmestroms für Blech¬ oberseite und Blechunterseite, Planheitsfehler des Blechs in der Kühlstrecke noch korrigiert werden, wodurch ggf. auch die Ausbeute der Grobblechstraße steigt.
Besonders vorteilhaft ist es, die Kühlmittelabgabe für die erste und zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung mittels der folgenden Gleichungen zu ermitteln:
Q = X - joben - \ - X) - Junten Und
J ges J oben J unten
wobei
x: ein vorgebbarer Faktor zwischen 0 und 1 ist, wobei dieser von der Planheit des in die Kühlstrecke einlaufenden Blechs oder einer Temperatur, insbesondere einer Temperaturdifferenz zwischen Blechoberseite und Blechunterseite, abhängen kann, joben : ein abzuführender Wärmestrom von der Oberseite des
Blechs ,
Junten '· ^- n abzuführender Wärmestrom von der Unterseite des Blechs, und
j : ein abzuführender und vorzugebender Gesamtwärmestrom.
Der jeweilige Wärmestrom kann über ein empirisches, physika¬ lisches oder empirisch-physikalisches Modell modelliert wer¬ den. Dieses kann der Fachmann bspw. mit Hilfe von in der Vergangenheit gekühlten Blechen ermitteln. Das Modell des Wärme¬ stroms ist in der Regel zumindest eine Funktion der jeweili¬ gen Temperatur der Blechseite, der jeweiligen Temperatur des Kühlmittels, welches zur Kühlung verwendet wird, der Blechge¬ schwindigkeit, sowie der Kühlmittelmenge. Weitere Parameter können auftreten, beispielsweise die Geschwindigkeit, mit der das Kühlmittel auf der Blechoberfläche auftrifft.
Auf Basis des obigen Gleichungssystems kann dann eine Kühl¬ mittelmenge für eine Kühlmittelabgabeeinrichtung ermittelt werden, um einen gewünschten Wärmefluss einzustellen. Vorzugsweise wird für die Ermittlung der Kühlmittelabgabe zu¬ sätzlich oder ersatzweise als Nebenbedingung berücksichtigt, dass während des Durchlaufens der Kühlstrecke die Temperatur der Blechoberseite und/oder die Temperatur der Blechuntersei- te jeweils stets größer oder gleich einer vorgegebenen Grenztemperatur, insbesondere 350 °C. Als Grenztemperatur wird vorzugsweise eine Oberflächentemperatur des Blechs verwendet. Der Betrag der Grenztemperatur wird bspw. derart bestimmt, dass das Kühlwirkungsprinzip für die gesamte Kühlstrecke das gleiche ist. Ändert sich das Kühlwirkungsprinzip für das
Blech, während dieses die Kühlstrecke durchläuft, so wird die Kühlung schwer beherrschbar. Aus diesem Grund wird vorgesehen, die Kühlstrecke derart zu betreiben, dass diese Grenz¬ temperatur vorzugweise weder von der Oberseite des Bleches noch von der Unterseite des Blechs während des Durchlaufens der Kühlstrecke unterschritten wird. Dazu kann man entweder j soweit vermindern, dass die genannte Nebenbedingung be¬ rücksichtigt wird (= zusätzlich) , oder man kann den berechne¬ ten Wärmestrom auf der Seite, die ansonsten zu einer Unter- schreitung führen würde, nachträglich entsprechend vermindern (= ersatzweise), dass die Unterschreitung nicht erfolgt.
Bspw. kann die Grenztemperatur aus einem Temperaturbereich von 420°C bis 300°C ausgewählt werden. In diesem Oberfläche- temperaturbereich des Blechs tritt - abhängig von den jeweiligen Kühlbedingungen in einer Kühlstrecke - insbesondere auf der Oberseite eine Änderung des Kühlmittelverhaltens bei der Kühlung des Blechs auf, womit eine Änderung des Kühlmechanis¬ mus bzw. Kühlwirkungsprinzips einhergeht. Diese Änderung führt zu schwer beherrschbaren Kühlbedingungen, welche dazu führen, dass das Blech unplan aus der Kühlstrecke auslaufen kann. Durch die Festlegung einer Grenztemperatur, welche die Blechoberseite und/oder die Blechunterseite nicht unter¬ schreiten darf, und Berücksichtigung dieser Grenztemperatur bei der Ermittlung der Kühlmittelabgabe, kann sichergestellt werden, dass ein kritisches, für die Kühlung kaum beherrschbares Temperaturregime der Blechoberfläche während des Durch¬ laufens des Blechs durch die Kühlstrecke vermieden wird. Während der Betrieb der oberhalb und unterhalb des Blechs an¬ geordneten Kühlmittelabgabeeinrichtungen in obiger Weise durch Verwendung eines Gleichungssystem gekoppelt wird, kann alternativ eine getrennte Berechnung für oberhalb und unter- halb des Blechs angeordnete Kühlmittelabgabeeinrichtungen erfolgen .
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform wird für wenigstens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtungen die Kühl- mittelabgabe unabhängig von der Kühlmittelabgabe einer ande¬ ren Kühlmittelabgabeeinrichtung, insbesondere einer relativ zum Blech gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtung, ermittelt . Dies ist deshalb möglich, da es bei beidseitiger Wärmeabfuhr in Dickenrichtung des Blechs mindestens einen Punkt gibt, an welchem der Wärmefluss verschwindet bzw. gleich Null ist. Für diese Punkt in Dickenrichtung findet kein Wärmaustausch statt. Das Blech kann an diesem Punkt gedanklich geteilt wer- den, ohne dass sich dadurch das Ergebnis verändert. Daher kann eine Berechnung des abzuführenden Wärmestroms bzw. einer hierfür erforderlichen Kühlmittelmenge generell einseitig adiabatisch erfolgen, d.h. es muss bei der Berechnung bezüglich einer Seite, beispielsweise der Oberseite, nicht die Wechselwirkung mit der anderen Seite, beispielsweise der Unterseite des Blechs, berücksichtigt werden.
Mit Vorteil erfolgt die Ermittlung derart, dass das Blech, insbesondere ohne explizite Berechnung des oben genannten Punktes, im Wesentlichen parallel zur Oberseite oder Unter¬ seite virtuell in ein erstes Blech und ein zweites Blech ge¬ teilt wird, wobei die Kühlmittelabgabe jeweils separat für das erste und das zweite Blech ermittelt wird, wobei bei der jeweiligen Ermittlung ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech unberücksichtigt bleibt.
Mit anderen Worten bedeutet dies, dass für das erste Blech, z.B. das obere, die Kühlmittelmenge ermittelt wird, wobei für die dem zweiten Blech, z.B. dem unteren Blech, zugewandte Grenzfläche des ersten Blechs kein Wärmeaustausch berücksichtigt wird. Ferner wird die Kühlmittelabgabe für das zweite, z.B. das untere, Blech berechnet, wobei für die dem ersten Blech zugewandte Grenzfläche des zweiten Blechs kein Wärme¬ austausch berücksichtigt wird. Der Wärmeaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Blech bleibt also rechentechnisch unberücksichtigt. Dadurch erhält man eine Gleichung mit einer Unbekannten, welche somit lösbar ist.
Der Begriff „virtuell" bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Teilung des Blechs nur aus einer Berechnungssicht er¬ folgt. Es erfolgt daher keine tatsächliche, d.h. physische, Teilung des Blechs.
Für die obige getrennte Berechnung für erstes Blech und zwei¬ tes Blech wird vorteilhaft derart vorgegangen, dass für das erste Blech und das zweite Blech jeweils ein individueller, insbesondere zeitlicher, Verlauf einer einen energetischen Zustand des Blechs beschreibenden Größe ermittelt wird, an¬ hand dessen ein abzuführender Wärmestrom für die jeweilige Blechoberseite und die Blechunterseite ermittelt wird. Als den energetischen Zustand beschreibende Größe kann bspw. ein, insbesondere berechneter, Ist-Temperaturverlauf, Ist-Enthal- pieverlauf oder ein Verlauf einer anderen geeigneten Größe verwendet werden. Bei Verwendung eines zeitlichen Verlaufs wird dieses vorzugsweise individuell für eine Vielzahl defi¬ nierter Blechabschnitte vorgegeben, so dass für die Kühlung eine größtmögliche Dynamik erreicht wird und das gesamte Blech durchgehend die gewünschten Eigenschaften aufweist.
Vorzugsweise wird für die Ermittlung der Kühlmittelabgabe be¬ rücksichtigt, dass während des Durchlaufens der Kühlstrecke die Temperatur der Blechoberseite und/oder die Temperatur der Blechunterseite jeweils stets größer oder gleich einer vorge¬ gebenen Grenztemperatur, insbesondere 350 °C. Als Grenztempe¬ ratur wird vorzugsweise eine Oberflächentemperatur des Blechs verwendet. Der Betrag der Grenztemperatur wird bspw. derart bestimmt, dass das Kühlwirkungsprinzip für die gesamte Kühlstrecke das gleiche ist. Ändert sich das Kühlwirkungsprinzip für das Blech während dieses die Kühlstrecke durchläuft, so wird die Kühlung schwer beherrschbar. Aus diesem Grund wird vorgesehen, die Kühlstrecke derart zu betreiben, dass diese Grenztemperatur vorzugweise weder von der Oberseite des Ble¬ ches noch von der Unterseite des Blechs während des Durchlau¬ fens der Kühlstrecke unterschritten wird. Bei diesem Verfahren wird dazu einfach die vorgegebene Grenzoberflächentempe- ratur als Nebenbedingung bei der Ermittlung des jeweiligen Wärmestroms berücksichtigt.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Kühlung eines Blechs mittels einer Kühlstrecke, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl von Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzu¬ stand des Blechs wenigstens bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für wenigstens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtungen ermittelt wird, wobei bei der Ermittlung der Kühlmittelabgabe für wenigstens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtungen berücksichtigt wird, dass diejenige Blechseite, welche dieser Kühlmit¬ telabgabeeinrichtung zugewandt ist, insbesondere während der Durchführung der Kühlung, stets eine Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen Grenztemperatur aufweist.
Unabhängig von der Art und Weise der Kühlung eines Blechs in einer Kühlstrecke ist es zu vermeiden, in einen Temperaturbe¬ reich des Blechs zugelangen, bei welchem sich der Kühlmechanismus der Kühlstrecke verändert. Der Kühlmechanismus wird in der Regel durch das Verhalten des Kühlmittels auf dem Blech bestimmt, z.B. Ausbildung von Dampfpolstern bei Wasserküh- lung, Art und Weise der Verteilung des Dampfes auf dem Blech usw. Kommt es aufgrund des Temperaturverlaufs der Oberfläche des Blechs zu einer Änderung des Verhaltens des Kühlmittels des Blechs und damit zu einer Änderung des Kühlmechanismus, so führt dies zu einer schlechten Beherrschbarkeit der Küh¬ lung und damit zu einem in der Regel nicht den Kundenwünschen entsprechenden Produkt. Bspw. ist dies insbesondere auf der Oberseite der Fall, wenn abseits des unmittelbaren Einwirkorts bzw. unmittelbar in der Nähe des Kühlmittelstrahls etwa überschüssiges, auf der Oberseite abfließendes Kühlmittel nicht mehr durch eine Dampfschicht von der Blechoberfläche getrennt ist, sondern sich in flüssiger Phase unkontrolliert über das Blech bewegt und dabei allmählich verdampft.
Insbesondere kann es bei Änderung des Kühlmechanismus zu ei¬ nem unplanen Produkt kommen, da der Wärmefluss aufgrund der Änderung des Kühlmechanismus insbesondere auf der Blechober¬ seite schwer berechenbar und schwer voraussagbar ist. Hierdurch kommt es zu entsprechenden Temperaturabweichungen, welche Materialverspannungen bedingen. Diese führen dazu, dass sich das Blech verzieht und unplan wird.
Durch die Berücksichtigung einer Grenztemperatur bei der Ermittlung der Kühlmittelabgabe kann dieses Problem vermieden werden, wodurch die Planheit des Blechs bei gleichzeitig ho- hem Durchsatz verbessert wird.
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Steuer und/oder Regeleinrichtung für eine Kühlstrecke, mit einem maschinenlesbaren Programmcode, welcher Steuerbefehle umfasst, welche die Steuer- und/oder Regeleinrichtung bei deren Ausführung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 veranlassen.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen maschinenlesba¬ ren Programmcode für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung für eine Kühlstrecke, wobei der Programmcode Steuerbefehle aufweist, welche die Regel- und/oder Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 veranlassen . Darüber hinaus erstreckt sich die Erfindung auf ein Speicher medium mit einem darauf gespeicherten maschinenlesbaren Programmcode gemäß Anspruch 12. Als Speichermedium kommen alle Speichermedien in Frage, auf welche der entsprechende Pro¬ grammcode hinterlegbar ist, bspw. können dies CDs, DVDs, Flash-Speichermeiden, wie USB-Sticks, oder Speicherkarten sein .
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch eine Kühlstrecke zur Kühlung von Blech, wobei die Kühlstrecke eine Mehrzahl an
Kühlmittelabgabeeinrichtungen zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtung zu Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei die Kühlstrecke mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 11 wirkverbunden ist, wobei die Kühlmittelabgabeeinrichtungen mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach Anspruch 11 steuerbar und/oder regelbar sind. Hierdurch wird eine Kühlstrecke bereitgestellt, mittels welcher die Planheit des zu kühlenden Blechs verbessert wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus einem Ausfüh- rungsbeispiel , welches anhand der schematischen Zeichnungen nachfolgend genauer erläutert wird. Es zeigen: FIG 1 eine schematische Darstellung einer Kühlstrecke zum
Kühlen von Grobblech mit einer Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen,
FIG 2 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Kühlmittelabgabe für eine Kühlmittelabgabeeinrichtung auf Basis eines Gleichungssystems,
FIG 3 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Kühlmittelabgabe für eine Kühlmittelabgabeeinrichtung auf Basis einer getrennten Ermittlung für Blechoberseite und Blechunterseite
FIG 4 ein Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Kühlmittelabgabe unter Berücksichtigung einer Grenztemperatur. FIG 1 zeigt eine beispielhafte Kühlstrecke 1 zum Kühlen von Grobblech B. Diese ist Teil einer nicht näher gezeigten Grobblechstraße . Die Kühlstrecke 1 umfasst eine Vielzahl an Kühlmittelabgabe¬ einrichtungen 2, welche sowohl oberhalb als auch unterhalb des Blechs B angeordnet sind. Deren Kühlmittelabgabe ist in¬ dividuell einstellbar, wodurch eine möglichst große Flexibi¬ lität und Dynamik der Kühlstrecke 1 ermöglicht wird.
Häufig ist jeder Kühlmittelabgabeeinrichtung 2 der Kühlstrecke 1 eine direkt gegenüberliegende Kühlmittelabgabeeinrich¬ tung 2 zugeordnet. Sind diese direkt gegenüberliegend ange¬ ordneten Kühlmittelabgabeeinrichtungen in Betrieb, so kühlen diese jeweils denselben Blechabschnitt. Die oberhalb des
Blechs angeordnete Kühlmittelabgabeeinrichtung 2 kühlt eine Oberseite 0 des Blechabschnitts, während die unterhalb des Blechs B angeordnete Kühlmittelabgabeeinrichtung 2 eine Unterseite U des Blechabschnitts kühlt.
Ferner ist der Kühlstrecke 1 eine Planheitsmesseinrichtung 3 in Massenflussrichtung vorgeordnet, mittels welcher eine Planheit des in die Kühlstrecke 1 einlaufenden Blechs B er- fasst werden kann.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind der Kühlstrecke 1 ferner zwei Temperaturmesseinrichtungen 4 bzw. 5 vorgeordnet, wovon die oberhalb des Blechs B angeordnete Temperaturmess¬ einrichtung 4 die Temperatur der Blechoberseite O erfasst und die unterhalb des Blechs B angeordnete Temperaturmesseinrich¬ tung 5 die Temperatur der Blechunterseite U. Alternativ kann die Temperatur von Blechoberseite O und/oder von Blechunterseite U vor Einlaufen in die Kühlstrecke 1 mittels eines Mo¬ dells ermittelt werden. Da in der Regel das Blech B berech- nungstechnisch in eine Vielzahl an Blechabschnitten geteilt ist und jeder dieser Blechabschnitte berechnungstechnisch verfolgt wird, kann die Ist-Temperatur der Blechoberseite und/oder der Blechunterseite für einen jeweiligen Blechab- schnitt an einem vorgebbaren Referenzpunkt vor der Kühlstre¬ cke auch mittels der Blechverfolgungsrechung ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Temperaturmesseinrichtungen 4, 5 vor der Kühlstrecke 1 ganz oder teilweise entfallen können. Für den Fall, dass nur eine Temperaturmessung, z. B. eine Temperaturmessung auf der Oberseite, vorhanden ist, wird die von einem Modell berechnete Temperaturverteilung über die Blechdicke anhand der Temperaturmessung zunächst derart adap¬ tiert, dass gemessene und berechnete Temperatur auf der Seite der Messung übereinstimmen. Sodann kann dem Modell der berechnete Wert auf der gegenüberliegenden Seite entnommen werden, auf der die Messung fehlt.
Ferner weist die Kühlstrecke eine Temperaturmesseinrichtung 6 auf, welche in Massenflussrichtung hinter der Kühlstrecke 1 angeordnet ist. Diese nach der Kühlstrecke 1 erfassten Tempe¬ raturwerte können zur Korrektur, z.B. im Rahmen einer Modelladaption, der Berechnung der Kühlmittelabgabe herangezogen werden .
Die Kühlmittelabgabeeinrichtung 2, die Temperaturerfassungseinrichtungen 4, 5 bzw. 6, und die Planheitsmesseinrichtung 3 ist bzw. sind mit einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 wirkverbunden. Mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 wird der Betrieb der Kühlstrecke 1, insbesondere die Kühl¬ mittelabgabe, gesteuert bzw. geregelt. Auf dieser Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 sind daher die entsprechenden Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Kühlmittelabgabe hinterlegt .
Insbesondere weist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 einen maschinenlesbaren Programmcode 12 auf. Dieser umfasst Steuerbefehle, welche die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens veranlassen. Der maschinenlesbare Programmcode 12 wird bspw. mittels eines Speichermediums 11, etwa einer CD, einer DVD, einem Flash-Speichergerät, z.B. einem USB- Stick, oder anderen Datenträgern hinterlegt. Alternativ kann der maschinenlesbare Programmcode 12 der Steuer- und/oder Re¬ geleinrichtung 10 über ein Netzwerk zugeführt werden.
Insbesondere wird der maschinenlesbare Programmcode 12 auf einem Speichermedium hinterlegt, welches Teil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 10 ist.
Nachfolgend werden Verfahren beschrieben, welche mit einer derart konfigurierten Kühlstrecke 1 vorteilhaft ausgeführt werden können.
FIG 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, gemäß dem die Kühlmittelabga¬ be, insbesondere die pro Zeiteinheit abzugebende Kühlmittel¬ menge, für ein Paar direkt gegenüberliegend angeordnete Kühl¬ mittelabgabeeinrichtungen ermittelt wird.
In einem Verfahrensschritt 100 wird die Temperatur To der Blechoberseite und die Temperatur Tu der Blechunterseite er¬ mittelt. Dies kann bspw. mittels einer Messung erfolgen, wie gemäß FIG 1, alternativ können diese Temperaturen aus den mitlaufenden Modellberechungen ermittelt werden.
In einem Verfahrensschritt 101 wird auf Basis des gewünschten Zielzustands des Blechs nach der Kühlstrecke ein Gesamtwärme¬ strom ermittelt, welcher erforderlich ist, das Blech vom seinem bekannten Anfangszustand vor den beiden gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtungen in den gewünschten Endzustand hinter den beiden gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtungen, z.B. auf einen gewünschten Anfangszustand vor den beiden nächsten gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtungen oder die Kühlstopptemperatur, zu überführen. Dadurch, dass die Temperatur der Blechoberseite und der Blechunterseite bekannt ist, kann dies mit erhöhter Genauigkeit erfolgen .
Somit ergibt für jedes Paar von gegenüberliegend angeordneten Kühlmittelabgabeeinrichtungen ein Gesamtwärmestrom, der von diesem Paar abgeführt werden sollte, damit der gewünschte Endzustand des Blechs erreicht wird.
Dieser erforderliche Gesamtwärmestrom ist nun auf die einzel- nen Kühlmittelabgabeeinrichtungspaare zu verteilen, wobei be¬ rücksichtigt wird, dass eine vorgegebene Grenztemperatur der Blechoberseite und der Blechunterseite nicht unterschritten werden darf. Ferner wird berücksichtigt, dass der abführbare Wärmestrom stark temperaturabhängig ist. Ferner wird die Planheit des Blechs vor Einlauf in die Kühlstrecke berück¬ sichtigt .
Dazu wird zunächst in einem Verfahrensschritt 102 beispiels¬ weise abhängig vom Planheitsmesswert des Blechs ein Zahlen- wert x, 0 < x < 1 , ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels einer Tabelle geschehen, die zu einem gegebenen Planheitsmesswert einen passenden Wert für X z. B. X = 0.5 für planes Blech, X = 0.6 für Blech, das leicht nach oben gebogen ist und X = 0.4 für Blech, das leicht nach unten gebogen ist.
Sodann wird im Verfahrensschritt 103 der im Verfahrensschritt 101 ermittelte Gesamtwärmestrom ' ges auf die beiden Kühlmit¬ telabgabeeinrichtungen verteilt. Aus dem im Verfahrensschritt 101 ermittelten Gesamtwärmestrom jges werden zunächst mittels der Gleichung
Q = X - joben - \ - X) - Junten Und
J 'ges J oben unten r die Wärmeströme der Oberseite, j0ben ' unc^ der Unterseite, j unten ' berechnet. Dabei bezeichnet X die im Schritt 102 be¬ rechnete Konstante. Sodann wird mittels des Modells geprüft, ob eine vorgegebene Grenztemperatur der Blechoberseite und der Blechunterseite unterschritten wird. Ist dies nicht der Fall, kann sofort mit dem Schritt 103 mit a = 1 weiterverfah- ren werden. Ist dies der Fall, wird eine Zahl a, 0 < a < 1 , derart berechnet, dass bei Anwendung der Wärmeströme a/oöen anstelle oöen und/oder djunten anstelle junten bei größtmöglichem Wert von a diese Grenztemperatur gerade noch eingehalten wird. Mit diesen Wärmeströmen wird dann mit Schritt 103 wei¬ terverfahren .
Daraus lassen sich dann die Kühlmittelmengen für die Kühlmittelabgabeeinrichtung oberhalb des Blechs und unterhalb des Blechs für das jeweilige Paar an Kühlmitteleinrichtungen ermitteln. Dies erfolgt in einem Verfahrensschritt 104. Läuft bspw. ein planes Blech in die Kühlstrecke ein, so wird unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Temperaturen der Blechoberseite und der Blechunterseite der Wärmestrom derart eingestellt, dass von Blechoberseite und Blechunterseite der gleiche Wärmestrom abgeführt wird. Dies bedingt nämlich, da die Temperatur von Blechoberseite und Blechunterseite in der Regel unterschiedlich ist, eine Änderung der Kühlmittelmengen für die oberhalb des Blechs angeordnete Kühlmittelabgabeein¬ richtung und für die unterhalb des Blechs angeordnete Kühl¬ mittelabgabeeinrichtung verglichen mit den gemäß Stand der Technik ermittelten Kühlmittelmengen. Eine gleichmäßige Kühlung ist jedoch nur dann möglich, wenn der Wärmestrom auf Blechoberseite und Blechunterseite gleich ist, was durch ein Vorgehen gemäße einer der Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht wird.
Ggf. kann auch eine gezielte ungleichmäßige Kühlung von
Blechoberseite und Blechunterseite gewünscht sein, bspw.
dann, wenn das Blech bereits unplan in die Kühlstrecke einläuft. Dies wird mittels der Planheitsmesseinrichtung er- fasst. Das Ergebnis der Planheitsmessung wird so in den wei¬ teren Betrieb der Kühlstrecke einbezogen, wobei die Kühlung derart angepasst wird, dass der Unplanheit des Blechs entge¬ gengewirkt wird. Ein weiterer Grund für eine ungleichmäßige Einstellung des
Wärmestroms für Blechoberseite und Blechunterseite kann auch eine zu große Temperaturdifferenz zwischen Blechoberseite und Blechunterseite sein. Diese kann bei heute bekannten Kühlwei- sen zu Unplanheiten des Blechs in der Kühlstrecke führen. Bspw. kann es bei zu großen Temperaturdifferenzen zwischen Blechoberseite und Blechunterseite nicht mehr möglich sein, das Blech derart zu kühlen, dass die Oberflächentemperatur stets oberhalb einer Grenztemperatur bleibt, aber gleichzei¬ tig eine höhere Wärmeabfuhr erforderlich ist, um ein planes Blech zu erhalten, das den gewünschten Zielzustand auch erreicht. Die gezielte Ungleichverteilung des Wärmeflusses zwi¬ schen Blechoberseite und Blechunterseite ist dazu geeignet, derartige Temperaturdifferenzen zu verringern, und ein planes Blech herzustellen.
Dieses Vorgehen erfolgt für alle jeweils gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtungen in dieser Weise. Ob dies für weitere gegenüberliegend angeordnete Kühlmittelabgabeeinrich¬ tungen erfolgen soll, wird jeweils in einem Verfahrensschritt 105 abgefragt.
Wird bspw. ein Endzustand des Blechs ohne weitere Kühlung er- reicht, so ist keine weitere Abfrage mehr nach einer weiteren Kühlmittelmengenermittlung für in Massenflussrichtung nachfolgende Kühlmittelabgabeeinrichtungen mehr erforderlich. Ein solcher Abfrageschritt kann zwischen Verfahrensschritt 103 und Verfahrensschritt 104 vorteilhaft vorgesehen werden. Dies vermeidet weitere Berechnungszyklen, deren Ergebnis bereits von vornherein feststeht, nämlich, dass die abzugebenden Kühlmittelmenge in diesen Fällen gleich Null ist.
Somit wird also für die erforderlichen Paare an Kühlmittelab- gabeeinrichtungen eine individuell von der jeweiligen Kühlmittelabgabeeinrichtung abzugebende Kühlmittelmenge ermit¬ telt, welche das Erreichen des Zielzustands des Blechs unter Einhaltung entsprechender Randbedingungen sicherstellt. Anschließend erfolgt eine entsprechende Einstellung der Kühl¬ mittelabgabeeinrichtungen der Kühlstrecke auf obige Art und Weise, so dass der gewünschte Endzustand des Blechs erreicht wird . Eine alternative Vorgehensweise für die Ermittlung der Kühl¬ mittelabgabe ist in FIG 3 schematisch dargestellt.
Gemäß FIG 3 wird für die Ermittlung der Kühlmittelabgabe für die Kühlmittelabgabeeinrichtungen oberhalb und unterhalb des Blechs ein Berechnungsverfahren verwendet, welches die Kühlmittelabgabe bzw. -menge getrennt für Blechoberseite und Blechunterseite ermittelt. Hierzu wird das Blech berechnungs¬ technisch in ein oberes und ein unteres Blech geteilt, wobei ein Wärmeaustausch zwischen diesem oberen und unteren Blech unberücksichtigt bleibt.
In einem Verfahrensschritt 200 wird zunächst beispielsweise abhängig vom Planheitsmesswert des Blechs ein Zahlenwert x, 0 < x < 1 , ermittelt. Dies kann beispielsweise mittels einer
Tabelle geschehen, die zu einem gegebenen Planheitsmesswert einen passenden Wert für X z. B. X = 0.5 für planes Blech, X = 0.6 für Blech, das leicht nach oben gebogen ist und X = 0.4 für Blech, das leicht nach unten gebogen ist. Anschließend wird das Blech auf Höhe X in ein oberes Blech und ein unte¬ res Blech virtuell geteilt. Dabei bedeutet x das Verhältnis der Dicke des unteren Blechs relativ zur Gesamtblechdicke. Die Teilung erfolgt virtuell auf Höhe X mal Blechdicke, ge¬ messen ab der Unterseite des Blechs nach oben.
In einem Verfahrensschritt 200 wird die Temperatur der Blech¬ oberseite und der Blechunterseite vor der Kühlstrecke ermit¬ telt. Hieraus und in Kenntnis des Temperaturverlaufs in Di¬ ckenrichtung des Blechs wird eine mittlere Temperatur für das obere Blech und eine mittlere Temperatur für das untere Blech ermittelt .
In einem Verfahrensschritt 201 wird nun für das obere Blech bspw. ein mittlerer Temperaturverlauf über die Zeit für einen bestimmten Blechabschnitt des Blechs vorgegeben, so dass die¬ ser von einer bekannten mittleren Anfangstemperatur vor Kühlbeginn auf eine mittlere gewünschte Endtemperatur überführt wird. Dies geschieht analog für das untere Blech in einem Verfahrensschritt 204. Die vorgegebenen Temperaturverläufe sind für das obere Blech und das untere Blech aufgrund der unterschiedlichen Anfangstemperatur und des unterschiedlichen Kühlmittelverhaltens auf Blechoberseite und Blechunterseite in der Regel unterschiedlich. Jedoch stimmt der zu erreichende Endzustand in der Regel für das obere und das untere Blech überein .
Alternativ zu einem zeitlichen Temperaturverlauf kann auch ein örtlicher Temperaturverlauf für die beiden Bleche vorge¬ geben werden. Denkbar ist ebenfalls eine Vorgabe eines zeit¬ lichen oder örtlichen Enthalpieverlaufs für das obere und un¬ tere Blech, so dass das Blech einen gewünschten Endzustand erreicht .
In einem Verfahrensschritt 202 bzw. 205 wird aus dem jeweils vorgegebenen Verlauf ein jeweiliger Wärmestrom für das obere bzw. untere Blech ermittelt, welcher erforderlich ist, um den gewünschten Verlauf für das obere Blech bzw. das untere Blech einzustellen. Dies geschieht mit den üblichen physikalischen Gleichungen, welche die Temperaturentwicklung und den Wärmeübergang beschreiben.
In einem Verfahrensschritt 203 bzw. 206 wird aus den ermit- telten Wärmeströmen für das obere Blech und das untere Blech jeweils die Kühlmittelabgabe, insbesondere Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit, für die oberhalb des Blechs angeordnete Kühlmittelabgabeeinrichtung und für die unterhalb des Blechs angeordnete Kühlmittelabgabeeinrichtung ermittelt.
In einem Verfahrensschritt 207 erfolgt eine entsprechende Einstellung der Kühlmittelabgabeeinrichtungen der Kühlstrecke auf obige Art und Weise, so dass der gewünschte Endzustand des Blechs erreicht wird.
FIG 4 zeigt ein Ablaufdiagramm, welches bei einer Ermittlung einer Kühlmittelabgabe für eine Kühlmittelabgabeeinrichtung eine Grenztemperatur berücksichtigt. Die Berücksichtigung ei- ner solchen Grenztemperatur ist deswegen sehr vorteilhaft, weil - abhängig vom verwendeten Kühlmittel - die Kühlwirkung maßgeblich vom Kühlmittelverhalten abhängt. Das Verhalten des Kühlmittels kann sich bspw. aufgrund der Temperatur des
Blechs ändern.
Bei der Verwendung von Wasser kann beobachtet werden, dass sich bspw. bei Temperaturen der Blechoberfläche unterhalb von 350 °C, das Verhalten des Kühlwassers ändert. Es kommt zum Leidenfrosteffekt. Dies bedingt, dass insbesondere auf der
Bandoberseite die Kühlwirkung des Wassers und damit die Küh¬ lung des Blechs kaum noch zu beherrschen ist. Auf der Unterseite ist der Effekt nicht so stark, weil dort überschüssiges Kühlmittel von der Oberfläche einfach herunterfallen kann. Andererseits kann eine hohe Kühlleistung, d.h. eine hohe
Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit, für das Erreichen eines ge¬ wünschten Zustands des Blechs erforderlich sein.
Dies führt jedoch dazu, dass deutlich mehr Wärme von der Oberfläche abgeführt wird, als aus dem inneren des Blechs nachströmen kann. Es kommt zu einer starken Abkühlung an der Oberfläche des Blechs in Verbindung mit einem hohen Tempera¬ turgradienten in Dickenrichtung des Blechs. Wird eine kritische Oberflächentemperatur unterschritten, führt dies in der Regel zu einer Unplanheit des Blechs. Häufig ist dieses un¬ plane Blech als Produktionsausschuss anzusehen und nicht wei¬ ter verwertbar. Weiterhin besteht die Gefahr, dass Anlagenteile beschädigt werden. Um dieses zu vermeiden, kann die Kühlmittelabgabe unter Be¬ rücksichtigung einer Grenztemperatur erfolgen, welche während der Kühlung zumindest nicht auf der Blechoberseite, ggf. auch nicht auf der Blechunterseite unterschritten werden darf. In einem Verfahrensschritt 300 wird die Temperatur der Blech¬ oberseite und/oder die Temperatur der Blechunterseite ermit¬ telt. Dies kann wie oben beschrieben modellbasiert erfolgen oder mittels einer Messung. Die Ermittlung der Kühlmittelabgabe kann gemäß einem beliebi- gen Verfahren erfolgen, vorzugsweise gemäß einem der oben ge- schilderten Verfahren. Dies geschieht gemäß FIG 4 in einem Verfahrensschritt 301.
In einem Verfahrensschritt 302 wird eine Oberflächentempera¬ tur vorausberechnet, welche sich einstellt, wenn die gemäß Verfahrensschritt 301 errechnete Menge an Kühlmittel pro Zeiteinheit auf die Oberfläche des Blechs bzw. Blechab- Schnitts aufgebracht wird.
Die Einhaltung der Grenztemperatur wird in einem Verfahrensschritt 303 geprüft.
Unterschreitet die sich durch das Aufbringen des Kühlmittels einstellende Temperatur der Blechoberfläche die Grenztempera¬ tur, so wird die Kühlleistung bspw. auf in Massenflussrich- tung nachfolgende Kühlmittelabgabeeinrichtungen in einem Verfahrensschritt 304 umverteilt oder reduziert.
Anschließend wird erneut eine Kühlmittelabgabe auf Basis der umverteilten oder reduzierten Kühlleistung ermittelt, gemäß Verfahrensschritt 301. Daraus ergibt sich eine neue Oberflä¬ chentemperatur, welche mit der Grenztemperatur verglichen wird. Unterschreitet diese weiterhin, so wird solange Kühl¬ leistung umverteilt oder reduziert, bis die Grenztemperatur eingehalten wird.
Bei der Umverteilung oder Reduktion von Kühlleistung wird vorzugweise die Temperatur des Blechs mitgerechnet, und fest¬ gestellt, wie die Kühlleistung der nachfolgenden Kühlmittelabgabeeinrichtungen einzustellen ist, um bspw. einen gewünschten Wärmestrom abzuführen, die Grenztemperatur einzuhalten und um den gewünschten Endzustand zu erreichen.
Die Umverteilung der Kühlleistung auf nachfolgende Kühlmittelabgabeeinrichtungen bewirkt dabei einerseits die Einhai- tung der Grenztemperatur, andererseits das Erreichen des Zielzustands des Blechs nach Durchlaufen der Kühlung.
Die Prüfung auf Einhaltung der Grenztemperatur kann jeweils sukzessiv, d.h. nach und nach für jede Kühlmittelabgabeeinrichtung gesondert erfolgen, oder für die gesamte Kühlstrecke in Summe berechnet werden.
In einem Verfahrensschritt 305 werden die gemäß obigem Ver- fahren ermittelten Kühlmittelabgaben in der Kühlstrecke eingestellt.
Vorzugsweise wird dieses Verfahren online, d.h. während des Kühlens von Grobblech durchgeführt, so dass in Echtzeit der Kühlprozess optimiert ist und dementsprechend kein Ausschuss durch Unterschreiten der Grenztemperatur erzeugt wird.
Alternativ wird vorzugsweise bereits vor Einlauf des Blechs in die Kühlstrecke eine Kühlmittelabgabe, insbesondere abzu- gebende Kühlmittelmenge pro Zeiteinheit, bereits derart er¬ mittelt, dass die Grenztemperatur bereits hierbei berücksich¬ tigt wird und diese nicht unterschritten wird. Dies ist weni¬ ger zeitintensiv, da keine Regelschleifen erforderlich sind. Die berechnete Kühlmittelabgabe wird dann beim Durchlauf des Blechs durch die Kühlstrecke zeitrichtig zugeschaltet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kühlung eines Blechs (B) mittels einer Kühlstrecke (1), wobei die Kühlstrecke (1) eine Mehrzahl an Kühl- mittelabgabeeinrichtungen (2) zur Kühlung einer Blechoberseite (0) und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) zur Kühlung einer Blechunterseite (U) aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzustand des Blechs (B) an einem Referenzpunkt bei und/oder nach Austritt aus der Kühl- strecke (1) erreicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für eine erste und eine zweite Kühlmittelabgabeeinrichtung (2) ermittelt wird, wobei die erste und die zweite Kühlmittelab¬ gabeeinrichtung (2) relativ zum Blech (B) gegenüberliegend angeordnet sind,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ermitt¬ lung der Kühlmittelabgabe für die erste und zweite Kühlmit¬ telabgabeeinrichtung (2) anhand eines vorgegebenen abzuführenden Wärmestroms von der der jeweiligen Kühlmitteabgabeeinrichtung (2) zugewandten Blechseite (O, U) erfolgt, wobei für den jeweils abzuführenden Wärmestrom eine Temperatur, insbesondere Oberflächentemperatur (To, Tu), der jeweiligen Blechseite (0, U) berücksichtigt wird.
2. Verfahren 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 ein Verhält¬ nis von abzuführendem Wärmestrom von Blechoberseite (0) zu Blechunterseite (U) in Abhängigkeit von einer, insbesondere bei Einlauf in die Kühlstrecke (1) vorliegenden, Planheit des Blechs (B) eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einem planen, insbesondere einem plan in die Kühlstrecke (1) ein¬ laufenden, Blech (B) das Verhältnis im Wesentlich gleich eins ist.
4. Verfahren nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einem unplanen, insbesondere einem unplan in die Kühlstrecke (1) einlaufenden, Blech (B) das Verhältnis derart eingestellt wird, dass die Unplanheit des Blechs nach Durchlaufen der
Kühlstrecke relativ zur Unplanheit des Blechs (B) vor Durch¬ laufen der Kühlstrecke (1) verringert ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ermitt¬ lung der Kühlmittelabgabe die erste und zweite Kühlmittelab¬ gabeeinrichtung (2) anhand der Gleichung:
erfolgt, wobei
x: ein vorgebbarer Faktor zwischen 0 und 1 ist,
joben : ein abzuführender Wärmestrom von der Oberseite des
Blechs ,
Junten '· ein abzuführender Wärmestrom von der Unterseite des Blechs, und
j : ein abzuführender und vorzugebender Gesamtwärmestrom.
6. Verfahren 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 für wenigs¬ tens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) die Kühlmittelabgabe unabhängig von der Kühlmittelabgabe einer anderen Kühlmittelabgabeeinrichtung (2), insbesondere einer relativ zum Blech gegenüberliegenden Kühlmittelabgabeeinrichtung, er- mittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Ermitt¬ lung derart erfolgt, dass das Blech (2) im Wesentlichen pa- rallel zur Oberseite (O) oder Unterseite (U) virtuell in ein erstes Blech und ein zweites Blech geteilt wird, wobei die Kühlmittelabgabe jeweils separat für das erste und das zweite Blech ermittelt wird, wobei bei der jeweiligen Ermittlung ein Wärmeaustausch zwischen dem ersten Blech und dem zweiten Blech unberücksichtigt bleibt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass für das ers¬ te Blech und das zweite Blech jeweils ein individueller zeit¬ licher Verlauf einer einen energetischen Zustand des Blechs (B) beschreibenden Größe ermittelt wird, anhand dessen ein abzuführender Wärmestrom für die jeweilige Blechoberseite (0) und die Blechunterseite (U) ermittelt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Er¬ mittlung der Kühlmittelabgabe berücksichtigt wird, dass wäh- rend des Durchlaufens der Kühlstrecke (1) die Temperatur der Blechoberseite (O) und/oder die Temperatur der Blechuntersei¬ te (U) jeweils stets größer oder gleich einer vorgegebenen Grenztemperatur, insbesondere 350°C, ist.
10. Verfahren zur Kühlung eines Blechs (B) mittels einer
Kühlstrecke (1), wobei die Kühlstrecke (1) eine Mehrzahl von Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) zur Kühlung einer Blechoberseite und eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) zur Kühlung einer Blechunterseite aufweist, wobei mittels der Kühlung ein vorgegebener Zielzustand des Blechs (B) wenigstens bei und/oder nach Austritt aus der Kühlstrecke er¬ reicht wird, wobei eine Kühlmittelabgabe für wenigstens eine der Kühlmittelabgabeeinrichtung (2) ermittelt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei der Er- mittlung der Kühlmittelabgabe für wenigstens eine der Kühl¬ mittelabgabeeinrichtungen (2) berücksichtigt wird, dass diejenige Blechseite (O, U) , welche dieser Kühlmittelabgabeein¬ richtung (2) zugewandt ist, insbesondere während der Durch¬ führung der Kühlung, stets eine Temperatur größer oder gleich einer vorgegebenen Grenztemperatur aufweist.
11. Steuer und/oder Regeleinrichtung (10) für eine Kühlstrecke (1), mit einem maschinenlesbaren Programmcode (12), wel¬ cher Steuerbefehle umfasst, welche die Steuer- und/oder Re¬ geleinrichtung (10) bei deren Ausführung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche veranlas¬ sen .
12. Maschinenlesbarer Programmcode (12) für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung (10) für eine Kühlstrecke (1), wo- bei der Programmcode Steuerbefehle aufweist, welche die Re¬ gel- und/oder Steuereinrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 veranlassen.
13. Speichermedium ( 11) mit einem darauf gespeicherten ma- schinenlesbaren Programmcode gemäß Anspruch 12.
14. Kühlstrecke (1) zur Kühlung von Blech (B) , wobei die Kühlstrecke (1) eine Mehrzahl an Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) zur Kühlung einer Blechoberseite (O) und eine Mehr- zahl an Kühlmittelabgabeeinrichtung (2) zu Kühlung einer
Blechunterseite (U) aufweist, mit einer Steuer- und/oder Re¬ geleinrichtung (10) nach Anspruch 11, wobei die Kühlmittelabgabeeinrichtungen (2) mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung (10) wirkverbunden sind und mit dieser steuerbar
und/oder regelbar sind.
EP11701838.2A 2010-02-26 2011-02-04 Verfahren zur kühlung eines blechs mittels einer kühlstrecke, kühlstrecke und steuer- und/oder regeleinrichtung für eine kühlstrecke Active EP2539089B2 (de)

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