EP3774101B1 - Kühleinrichtung und verfahren zu deren betrieb - Google Patents

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EP3774101B1
EP3774101B1 EP19716140.9A EP19716140A EP3774101B1 EP 3774101 B1 EP3774101 B1 EP 3774101B1 EP 19716140 A EP19716140 A EP 19716140A EP 3774101 B1 EP3774101 B1 EP 3774101B1
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EP
European Patent Office
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cooling
group
application
cooling device
bar
Prior art date
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EP19716140.9A
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English (en)
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August Sprock
Christoph Hassel
Ulrich Cramer
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SMS Group GmbH
Original Assignee
SMS Group GmbH
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Publication date
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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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    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D1/62—Quenching devices
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    • C21D2221/00—Treating localised areas of an article

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for cooling a metallic item, in particular a metal strip, and a method for its operation.
  • Such cooling devices with a plurality of cooling bars arranged in parallel for applying a coolant to a metallic material are well known in the prior art; B. from the European patent specification EP 0 081 132 and the German Offenlegungsschrift DE 198 54 675 A1 .
  • Said European patent specification discloses a cooling device with a plurality of cooling bars which extend in the transport direction or longitudinal direction of the metallic material to be cooled. At the same time, however, a plurality of these cooling bars are arranged in the width direction of the metallic material. A volume flow of a coolant can be applied to each cooling beam individually. In this way, different distributions of the volume flow of coolant over the width of the metallic item to be cooled can be realized.
  • the disclosure document DE 198 54 675 A1 discloses a cooling device with a plurality of cooling bars which each extend transversely to the longitudinal direction of the metallic material to be cooled and are arranged in parallel.
  • Each cooling beam carries, distributed over its length, ie distributed over the width of the metallic material, a plurality of application tubes or nozzles, which in turn can be individually controlled with regard to the coolant volume flow to be applied. In this way, a very individual distribution of the coolant volume flow over the metallic item to be cooled can also be achieved.
  • the European patent specification discloses EP 2 986 400 B1 a cooling device with all the features of the preamble of claim 1.
  • the cooling device disclosed there has at least one cooling beam for applying a coolant to a metallic item, each cooling beam having at least one left, one middle and one right exposure area in its longitudinal direction.
  • the impingement areas are adjacent in pairs in the longitudinal direction of the cooling beam and are designed differently in terms of their area and / or contour. Specifically, all three areas are triangular in the patent.
  • Each application area is assigned its own pumps and valves for controlling or setting the coolant volume flow in the individual application areas.
  • the known cooling devices allow a limited adjustment of the distribution of the coolant volume flow over the width of the rolling stock; however, the setting options for the distributions are limited. With these limited setting options, it is not always possible to react adequately to strips or sheets of different widths and to apply a certain amount of coolant over the strip width according to the strip width. With the same amount of coolant distribution in the cooling bars within a group of cooling bars, very narrow metallic goods are hardly masked, while wide metallic goods are masked much too deeply. Furthermore, the similarity of areas of application in the cooling beams of a group in combination with a row-like arrangement of outlet openings for the coolant in the cooling beam inevitably leads to a stepped application of coolant across the width of the rolling stock. This creates the risk of strip-shaped cooling of the metallic material.
  • the invention is based on the object of developing a known cooling device, a known method for its operation and a known roller arrangement with such a cooling device in such a way that the Possibilities for setting certain distributions of the coolant across the width of the metallic material are improved.
  • the cooling device according to the invention is characterized in that the first impingement area of the first cooling beam is designed differently in its contour and / or surface than the first impingement area of the adjacent second cooling beam in the same group.
  • area means area
  • group means a plurality of cooling bars arranged in parallel, the number of cooling bars per group being determined by the ultimately desired or predetermined distribution of the coolant over the rolling stock. The more members or chilled beams one Group, the finer or more precisely a desired coolant distribution can be realized.
  • adjacent in pairs means that, of the at least three provided areas of application per cooling beam, not all three areas of application are adjacent to one another at the same time.
  • the impingement areas are typically arranged one behind the other in the longitudinal direction of each of the cooling beams, so that typically only two, that is to say a pair, of impingement areas are always adjacent.
  • left, center and right relate to the representation of the areas of application in the figures. With any real arrangement of the chilled beams in the room, these designations are to be changed appropriately.
  • first and second chilled beams are only used to physically differentiate the chilled beams; they do not indicate the order or ranking of the chilled beams within the group.
  • the first impingement area of the first cooling bar and the first impingement area of the second cooling bar are arranged and designed in such a way that, despite their differences, they both essentially spray an identical or common first width section of the item with coolant.
  • the first area of application of the first cooling bar and the first area of application of the second cooling bar are identical or similar in the sense of the present description.
  • short exposure areas excludes mixed combinations of exposure areas which spray different width areas of the goods with different cooling bars, for example first and third, or second and third exposure areas for different cooling bars.
  • the boundary between two adjacent areas of application of a cooling beam is marked in each case by a boundary line.
  • the boundary line does not have to run in a straight line, but can also run in a curved or step-shaped manner between individual application tubes or nozzles of the respective cooling bar. If it is mentioned in the following description that the boundary line is inclined at an angle ⁇ with respect to the longitudinal axis of the respective cooling bar, then a real or virtual straight boundary line is assumed. If the boundary line is actually not straight, but rather step-shaped or undulating, a virtual straight boundary line through the actually odd boundary line is assumed for the definition of the angle ⁇ . The virtual straight boundary line then serves as a representation or center line through the actually odd boundary line.
  • the different configuration between the same impact areas in two adjacent cooling beams of the same group can be achieved in that the boundary line in the two cooling beams to be compared are either inclined at different angles ⁇ with respect to the longitudinal axis of the respective cooling beams and / or that the boundary lines along the longitudinal axis of the cooling beams are positioned differently in the x-direction, that is, they are displaced relative to one another in the x-direction. Both alternatives actually bring about an expansion of the possibility of setting a desired distribution of the coolant over the width of the metallic material.
  • the above-mentioned object of the invention is also achieved by a rolling plant with at least one roll stand for rolling the metallic material and with a cooling device according to the present invention typically connected downstream of the roll stand.
  • a first group of cooling bars according to the invention can be arranged to apply the coolant to the upper side of the metallic good and at least a second group of cooling bars can be provided to apply the coolant to the underside of the metallic good.
  • the above-mentioned object of the invention is also achieved by a method for operating the cooling device according to the invention.
  • the pressure or the volume flow of the coolant in the individual areas of application of at least one cooling beam within the group is set depending on at least one of the following parameters of the rolled material: width of the metallic material, temperature distribution of the rolled material to be cooled over its width and / or its chemical composition. Said parameters can be measured or calculated at the input or output of the cooling device, depending on which one speaks of a precontrol or regulation.
  • FIG. 1 shows a cooling device 100 for cooling a metallic item 200, in particular a metal strip.
  • Each cooling beam 110-n is subdivided in its longitudinal direction into at least one left, one middle and one right application area I, II, III with respective application tubes or nozzles 150. In each case, two areas of application are adjacent, which is why the description also speaks of adjacent pairs.
  • Each exposure area I, II, III of a cooling bar is assigned its own valve 130, so that the individual areas can be individually subjected to a pressure or volume flow of the coolant.
  • all left exposure areas I are, for example, connected to the same valve 130-I and, in this respect, connected in parallel.
  • impingement areas I, II, III of the same type are not connected in parallel with respect to the coolant supply, but instead, as an alternative, each impingement area of each cooling bar can also be assigned its own valve.
  • the pressures or the volume flows of the coolant in the individual application areas I, II, III can be set individually at least in groups, here for the one group G shown.
  • All valves 130 and all pumps 160 are connected to a control device 120 and are controlled individually by this control device.
  • the impingement areas I, II, III of the cooling beams 110-1 ... -5 differ in the size of their area, that is, in terms of their surface area.
  • this increases the area of the trapezoidal central impingement area II from the cooling beam 110-1 to the cooling beam 110-5, while at the same time the areas of the left and right impingement areas I, III are successively smaller.
  • the reason for this is that the entire spray area of each individual cooling bar always remains the same even if the boundary lines 140 are shifted.
  • Each of the cooling bars has at least one, but typically a plurality of charging tubes or nozzles 150 in each exposure area, wherein these exposure tubes or nozzles can also be designed only in the form of simple openings in the cooling bar.
  • the cooling beams 110-n extend with their longitudinal axis transversely to the transport direction T of the rolling stock 200.
  • the individual cooling beams 110 of a group G can in principle at least partially also have a different number of impingement areas.
  • a group G of chilled beams 110-n is defined by a desired distribution of the coolant 300 over the width of the metallic material 200.
  • the desired distribution function results from the superimposition of the individual distribution functions of the individual chilled beams within group G.
  • the more chilled beams with differently designed impact areas I, II, III are combined in a group the more precisely a desired overall distribution function for the coolant can be realized.
  • a technically preferred fine parabolic loading of the metallic material 200 with coolant 300 can then be implemented.
  • Figure 2 shows a second exemplary embodiment for the design of the impingement areas, each of which differs in its surface area and in its contour from chilled beam to chilled beam.
  • the two outer, that is to say the left and right, impingement areas I, III are each triangular and the middle area is each trapezoidal.
  • the different design in area and contour is realized in the second exemplary embodiment in that the boundary lines 140 from cooling beam to cooling beam are each inclined differently with respect to the longitudinal direction of the cooling beam.
  • the angles of inclination ⁇ 1 ...- ⁇ 5 are increasing from the first chilled beam 110-1 to the last chilled beam 110-5 of group G.
  • the trapezoidal central impact areas are always enlarged, while the respective outer impact areas I and III are proportionally reduced.
  • the boundary lines 140 each start in the lower left corner and in the lower right corner. This means that the different areas of application in the second Embodiment only by changing the angle ⁇ of the boundary lines with respect to the longitudinal axis of the cooling beams, but without the boundary lines 140 being positioned differently along the x-axis.
  • the Figure 3 shows a third exemplary embodiment for the design of the areas of impact I, II and III in a group G of five cooling beams.
  • the difference in the individual areas of application from chilled beams to chilled beams is realized in that both the angle of inclination ⁇ 1 ...- ⁇ 5 with respect to the longitudinal axis of the chilled beam and the positions x1 ...- x5 of the boundary lines along the x-axis or respectively
  • the longitudinal axis of the chilled beams can be varied from chilled beams 110-1 to chilled beams 110-5.
  • Figure 4 shows an example of a distribution function of the average volume flow of the coolant 300 over the width of the metallic material 200.
  • the distribution function shown is an example of how with the combination of a plurality of cooling beams 110-1 ...- 5, each with different exposure areas I, II, III within a group G, as in the Figures 1 to 3 shown, in particular a steady parabolic distribution over the width of the metallic good can be realized.
  • the emphasis here is on the word "steady”. This means that the transitions between individual straight line sections of the distribution function do not have any jumps, but instead run relatively smoothly.
  • the transitions can be made smoother, the more chilled beams there are in the group and the more the impact areas within a group overlap. Deviating from the in Figure 4 symmetrical distribution shown, an asymmetrical setting of the left and right side is also possible.
  • Figure 5 shows the same distribution function as in Figure 4 , see in Figure 5 the middle function. Furthermore shows Figure 5 a function that is more curved or weakened in the edge areas compared to the central function; this is achieved by reducing the amount of water in the peripheral zones. Finally, above the function is off Figure 4 to recognize a differently modified distribution function; this is achieved by increasing the amount of water in the peripheral zones accordingly. It is particularly advantageous if all similar edge zones within a group are not connected in parallel with regard to the coolant admission, i.e. are admitted to the same volume flow or the same pressure for the coolant, but rather if these setting parameters are provided by control valves per chilled beam that are provided individually for the individual admission areas are adjustable.
  • the cooling device 100 is typically connected downstream of the last roll stand of a rolling mill.
  • at least one first group G of cooling bars 110 is arranged for applying the coolant to the top of the metallic good and / or at least one second group is arranged for applying the coolant to the underside of the metallic good.
  • the pressure or the volume flow of the coolant 300 in the individual application areas I, II and III of at least one cooling bar 110 within group G can each be set as a function of at least one of the following parameters: the width of the metallic material, the temperature distribution of the metallic to be cooled Good over its width or depending on the chemical composition or the material or the material properties of the metallic good.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere eines Metallbandes sowie ein Verfahren zu deren Betrieb.
  • Derartige Kühleinrichtungen mit einer Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein metallisches Gut sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so z. B. aus der europäischen Patentschrift EP 0 081 132 und der deutschen Offenlegungsschrift DE 198 54 675 A1 .
  • So offenbart die besagte europäische Patentschrift eine Kühlvorrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlbalken, welche sich in Transportrichtung bzw. Längsrichtung des zu kühlenden metallischen Gutes erstrecken. Gleichzeitig sind jedoch eine Mehrzahl dieser Kühlbalken in Breitenrichtung des metallischen Gutes angeordnet. Jeder Kühlbalken ist individuell mit einem Volumenstrom eines Kühlmittels beaufschlagbar. Auf diese Weise sind unterschiedliche Verteilungen des Volumenstroms an Kühlmittel über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes realisierbar.
  • Die Offenlegungsschrift DE 198 54 675 A1 offenbart eine Kühleinrichtung mit einer Mehrzahl von Kühlbalken, welche sich jeweils quer zur Längsrichtung des zu kühlenden metallischen Gutes erstrecken und parallel angeordnet sind. Jeder Kühlbalken trägt über seine Länge verteilt, d. h. über die Breite des metallischen Gutes verteilt, eine Mehrzahl von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen, welche jeweils wiederum individuell bezüglich des aufzubringenden Kühlmittel-Volumenstromes angesteuert werden können. Auf diese Weise lässt sich gleichfalls eine sehr individuelle Verteilung des Kühlmittel-Volumenstromes über dem zu kühlenden metallische Gut realisieren.
  • Schließlich offenbart die europäische Patentschrift EP 2 986 400 B1 eine Kühleinrichtung mit allen Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1. Konkret weist die dort offenbarte Kühleinrichtung mindestens einen Kühlbalken auf zum Aufbringen eines Kühlmittels auf ein metallisches Gut, wobei jeder Kühlbalken in seiner Längsrichtung mindestens einen linken, einen mittleren und einen rechten Beaufschlagungsbereich aufweist. Die Beaufschlagungsbereiche sind in Längsrichtung des Kühlbalken paarweise benachbart und in ihrer Fläche und / oder Kontur unterschiedlich ausgebildet. Konkret sind in der Patentschrift alle drei Bereiche dreiecksförmig ausgebildet. Jedem Beaufschlagungsbereich sind eigene Pumpen und Ventile zugeordnet zum Steuern bzw. Einstellen des Kühlmittel-Volumenstromes in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen.
  • Die bekannten Kühleinrichtungen ermöglichen zwar eine begrenzte Einstellung der Verteilung des Kühlmittel-Volumenstromes über der Breite des Walzgutes; jedoch sind die Einstellmöglichkeiten für die Verteilungen begrenzt. So ist es mit diesen begrenzten Einstellmöglichkeiten nicht immer möglich, adäquat auf Bänder bzw. Bleche mit verschiedener Breite zu reagieren und entsprechend der Bandbreite eine bestimmte Kühlmittel-Mengenverteilung über der Bandbreite aufzubringen. Bei einer gleichen Kühlmittel-Mengenverteilung bei den Kühlbalken innerhalb einer Gruppe von Kühlbalken werden sehr schmale metallische Güter kaum maskiert, während die Maskierung breiter metallischer Güter viel zu tief erfolgt. Weiterhin führt eine Gleichartigkeit von Beaufschlagungsbereichen bei den Kühlbalken einer Gruppe in Kombination mit einer reihenförmigen Anordnung von Auslassöffnungen für das Kühlmittel in dem Kühlbalken zwangsläufig zu einer stufenförmigen Kühlmittelbeaufschlagung über der Breite des Walzgutes. Hierdurch besteht die Gefahr einer streifenförmigen Abkühlung des metallischen Gutes.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung, ein bekanntes Verfahren zu deren Betrieb sowie eine bekannte Walzanordnung mit einer derartigen Kühleinrichtung dahingehend weiterzubilden, dass die Möglichkeiten zur Einstellung bestimmter Verteilungen des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes verbessert werden.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Demnach ist die erfindungsgemäße Kühleinrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der erste Beaufschlagungsbereich des benachbarten zweiten Kühlbalkens in derselben Gruppe.
  • Durch die beanspruchte unterschiedliche Ausgestaltung gleicher Beaufschlagungsbereiche bei benachbarten Kühlbalken innerhalb einer Gruppe kann vorzugsweise in Kombination mit der zusätzlich beanspruchten individuellen Möglichkeit zur Einstellung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels in jedem Beaufschlagungsbereich eine nahezu beliebige Verteilung des Kühlmittels über der Breite des Walzgutes realisiert werden. Durch die Zuordnung mehrerer paralleler Kühlbalken mit individuellen Beaufschlagungsbereichen und vorzugsweise zusätzlich individueller Kühlmittelbeaufschlagung pro Beaufschlagungsbereich zu einer Gruppe, lassen sich insbesondere technisch bevorzugte parabolische Verteilungen des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes realisieren. Individueller Druck bzw. Volumenstrom in jedem Beaufschlagungsbereich schließt gleichen Druck bzw. Volumenstrom in verschiedenen Beaufschlagungsbereichen nicht aus.
  • Der Begriff "Fläche" meint Flächeninhalt.
  • Der Begriff "Gruppe" meint in der vorliegenden Beschreibung eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken, wobei die Anzahl der Kühlbalken pro Gruppe durch die letztendlich gewünschte bzw. vorbestimmte Verteilung des Kühlmittels über dem Walzgut bestimmt wird. Je mehr Mitglieder bzw. Kühlbalken einer Gruppe zugeordnet werden, desto feiner bzw. präziser kann eine gewünschte Kühlmittelverteilung realisiert werden.
  • Der Begriff "paarweise benachbart" meint, dass von den mindestens drei vorgesehenen Beaufschlagungsbereichen pro Kühlbalken nicht alle drei Beaufschlagungsbereiche gleichzeitig untereinander benachbart sind. Die Beaufschlagungsbereiche sind typischerweise bei jedem der Kühlbalken in Längsrichtung hintereinander angeordnet, so dass typischerweise immer nur jeweils zwei, also ein Paar von Beaufschlagungsbereichen benachbart sind.
  • Die Begriffe "links, mittig und rechts" beziehen sich auf die Darstellung der Beaufschlagungsbereiche in den Figuren. Bei einer realen beliebigen Anordnung der Kühlbalken im Raum sind diese Bezeichnungen geeignet zu ändern.
  • Die Begriffe "erster" und "zweiter" Kühlbalken dienen lediglich zur körperlichen Unterscheidung der Kühlbalken; sie bezeichnen nicht die Reihenfolge oder Rangordnung der Kühlbalken innerhalb der Gruppe.
  • Der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens und der erste Beaufschlagungsbereich des zweiten Kühlbalkens sind derart angeordnet und ausgebildet, dass sie beide trotz ihrer Unterschiedlichkeit im Wesentlichen einen gleichen bzw. gemeinsamen ersten Breitenabschnitt des Gutes mit Kühlmittel besprühen. In diesem Sinne sind der erste Beaufschlagungsbereich des ersten Kühlbalkens und der erste Beaufschlagungsbereich des zweiten Kühlbalkens gleich oder gleichartig im Sinne der vorliegenden Beschreibung.
  • Analog gilt diese Aussage auch für alle weiteren Beaufschlagungsbereiche und alle weiteren Breitenabschnitte. Der erste und weitere Breitenabschnitte sind voneinander zu unterscheiden.
  • Von dem Begriff "gleiche Beaufschlagungsbereiche" sind Mischkombinationen von Beaufschlagungsbereichen, welche bei verschiedenen Kühlbalken jeweils andere Breitenbereiche des Gutes besprühen, zum Beispiel erster und dritter, oder zweiter und dritter Beaufschlagungsbereich bei verschiedenen Kühlbalken, ausgeschlossen.
  • Die Grenze zwischen zwei benachbarten Beaufschlagungsbereichen eines Kühlbalkens wird jeweils durch eine Grenzlinie markiert. Die Grenzlinie muss keineswegs gradlinig verlaufen, sondern kann auch gekrümmt oder stufenförmig zwischen einzelnen Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen des jeweiligen Kühlbalkens verlaufen. Wenn in der nachfolgenden Beschreibung erwähnt ist, dass die Grenzlinie mit einem Winkel α gegenüber der Längsachse des jeweiligen Kühlbalkens geneigt ist, dann wird eine reale oder virtuelle grade Grenzlinie vorausgesetzt. Wenn die Grenzlinie tatsächlich nicht grade, sondern stufenförmig oder wellenförmig ausgebildet ist, wird für die Definition des Winkels α eine virtuelle grade Grenzlinie durch die tatsächlich ungerade Grenzlinie vorausgesetzt. Die virtuelle grade Grenzlinie dient dann als Repräsentanz bzw. Mittellinie durch die tatsächlich ungerade Grenzlinie.
  • Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung kann die unterschiedliche Ausgestaltung zwischen den gleichen Beaufschlagungsbereichen bei zwei benachbarten Kühlbalken derselben Gruppe dadurch erreicht werden, dass die Grenzlinie bei den beiden zu vergleichenden Kühlbalken entweder mit unterschiedlichen Winkeln α gegenüber der Längsachse der jeweiligen Kühlbalken geneigt sind und / oder dass die Grenzlinien entlang der Längsachse der Kühlbalken in x-Richtung unterschiedlich positioniert sind, d. h. in x-Richtung relativ zueinander verschoben sind. Beide Alternativen bewirken tatsächlich eine Erweiterung der Möglichkeit zur Einstellung einer gewünschten Verteilung des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes.
  • Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch eine Walzanlage mit mindestens einem Walzgerüst zum Walzen des metallischen Gutes und mit einer dem Walzgerüst typischerweise nachgeschalteten Kühleinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst. Dabei kann eine erste erfindungsgemäße Gruppe von Kühlbalken angeordnet sein zum Beaufschlagen der Oberseite des metallischen Gutes mit dem Kühlmittel und es kann mindestens eine zweite Gruppe von Kühlbalken vorgesehen sein zum Beaufschlagen der Unterseite des metallischen Gutes mit dem Kühlmittel.
  • Schließlich wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung auch durch ein Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung gelöst. Gemäß diesem Verfahren wird der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen mindestens eines Kühlbalkens innerhalb der Gruppe jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter des Walzgutes eingestellt: Breite des metallischen Gutes, Temperaturverteilung des zu kühlenden Walzgutes über seiner Breite und / oder dessen chemische Zusammensetzung. Die besagten Parameter können am Eingang oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen oder berechnet werden, je nach dem spricht man von einer Vorsteuerung oder von einer Regelung.
  • Die Vorteile der beanspruchten Walzanlage und des beanspruchten Verfahrens entsprechen den oben mit Bezug auf die beanspruchte Kühleinrichtung genannten Vorteilen.
  • Schließlich ist es auch möglich, die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels über die Länge der einzelnen Kühlbalken während des Durchlaufs des metallischen Gutes durch die Kühleinrichtung in Abhängigkeit der Parameter individuell zu verändern.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtungen und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Der Beschreibung sind fünf Figuren beigefügt, wobei
    • Figur 1
    eine Kühleinrichtung gemäß der Erfindung mit einer Gruppe von beispielhaft fünf Kühlbalken, wobei die Beaufschlagungsbereiche der Kühlbalken in Form eines ersten Musters bzw. eines ersten Ausführungsbeispiels ausgebildet sind;
    Figur 2
    ein zweites Muster bzw. Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Beaufschlagungsbereiche innerhalb der Gruppe;
    Figur 3
    ein drittes Muster bzw. Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Beaufschlagungsbereiche innerhalb der Gruppe;
    Figur 4
    ein Beispiel für die Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
    Figur 5
    Varianten der Verteilung gemäß Figur 4 durch Variation des Volumenstromes des Kühlmittels in den Randbereichen des metallischen Gutes zeigt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Ausführungsbeispielen sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Figur 1 zeigt eine Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200, insbesondere eines Metallbandes. Die Kühleinrichtung besteht aus einer Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken 110-n mit n = 1...N, hier beispielhaft N = 5 zum Aufbringen eines Kühlmittels 300 auf das metallische Gut 200. Das Kühlmittel wird mit Hilfe von Pumpen 160 und Ventilen 130 aus einem Tank in die Kühlbalken 110 gepumpt. Jeder Kühlbalken 110-n ist in seiner Längsrichtung in mindestens einen linken, einen mittleren und einen rechten Beaufschlagungsbereich I, II, III mit jeweiligen Beaufschlagungsröhrchen oder - düsen 150 unterteilt. Dabei sind jeweils zwei Beaufschlagungsbereiche benachbart, weshalb die Beschreibung auch von paarweise benachbart spricht. Jedem Beaufschlagungsbereich I, II, III eines Kühlbalkens ist ein eigenes Ventil 130 zugeordnet, so dass die einzelnen Bereiche individuell mit einem Druck oder Volumenstrom des Kühlmittels beaufschlagt werden können. In Figur 1 sind alle linken Beaufschlagungsbereiche I beispielhaft an dasselbe Ventil 130-I angeschlossen und insofern parallel geschaltet. Gleichermaßen sind alle mittleren Beaufschlagungsbereiche II der Kühlbalken 110-n mit N = 1 - 5 an dasselbe Ventil 130-II angeschlossen und somit ebenfalls parallel geschaltet. Analog sind alle rechten Beaufschlagungsbereiche III an ein drittes Ventil 130-III geschaltet.
  • In einer detaillierteren Variante sind die jeweils gleichartigen Beaufschlagungsbereiche I, II, III bezüglich der Kühlmittelversorgung nicht jeweils parallel geschaltet, sondern alternativ kann auch jedem Beaufschlagungsbereich jedes Kühlbalkens ein eigenes Ventil zugeordnet sein. Bei dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel, wo die Gruppe G fünf Kühlbalken 110-1...-5 mit jeweils drei Beaufschlagungsbereichen aufweist, wären dann beispielsweise 3*5 = 15 Regelventile für diese Gruppe vorzusehen. Grundsätzlich sind auch alle Unterfälle denkbar, wobei dann die einzelnen gleichartigen Beaufschlagungsbereiche jeweils nur teilweise parallel geschaltet sind.
  • Auf diese Weise sind insbesondere die Drücke oder die Volumenströme des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II, III zumindest gruppenweise, hier für die eine gezeichnete Gruppe G individuell einstellbar.
  • Alle Ventile 130 und alle Pumpen 160 sind an eine Steuereinrichtung 120 angeschlossen und werden von dieser Steuereinrichtung individuell angesteuert.
  • Bei dem in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel unterscheiden sich die Beaufschlagungsbereiche I, II, III der Kühlbalken 110-1... -5 jeweils in der Größe ihrer Fläche, also bezüglich ihres Flächeninhaltes. Konkret ist zu erkennen, dass die Grenzlinien 140-n mit n = 1... -5 bei den einzelnen Kühlbalken in Längsrichtung der Kühlbalken jeweils unterschiedlich positioniert sind. Die Steigungen aller Grenzlinien 140 in dem in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwar alle gleich, deshalb sind auch die Winkel α1 und α2 überall gleich, allerdings sind die Ansatzpunkte xn, xn' mit x = 1 ... 5, hier beispielhaft bei allen Kühlbalken 110-1 ....-5 der Gruppe G jeweils unterschiedlich. Konkret wird dadurch die Fläche des trapezförmigen mittleren Beaufschlagungsbereiches II von dem Kühlbalken 110-1 zu dem Kühlbalken 110-5 immer größer, während gleichzeitig die Flächen der linken und rechten Beaufschlagungsbereiche I, III sukzessive immer kleiner werden. Dies liegt darin begründet, dass die gesamte Spritzfläche jedes einzelnen Kühlbalkens auch bei einer Verschiebung der Grenzlinien 140 stets gleich bleibt.
  • Weiterhin ist zu erkennen, dass bei den Kühlbalken 110-1....-4 sämtliche Beaufschlagungsbereiche stets trapezförmig ausgebildet sind, während bei dem fünften Kühlbalken 110-5 die beiden äußeren Beaufschlagungsbereiche I und III jeweils dreiecksförmig sind und nur der mittlere Kühlbereich II trapezförmig ausgebildet ist.
  • Jeder der Kühlbalken weist in jedem Beaufschlagungsbereich mindestens eine, typischerweise jedoch eine Mehrzahl von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen 150 auf, wobei diese Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen auch nur in Form von einfachen Öffnungen in dem Kühlbalken ausgebildet sein können. Die Kühlbalken 110-n erstrecken sich mit ihrer Längsachse quer zur Transportrichtung T des Walzgutes 200.
  • Anders als in Figur 1 gezeigt, können die einzelnen Kühlbalken 110 einer Gruppe G grundsätzlich zumindest teilweise auch eine unterschiedliche Anzahl von Beaufschlagungsbereichen aufweisen.
  • Eine Gruppe G von Kühlbalken 110-n definiert sich über eine gewünschte Verteilung des Kühlmittels 300 über der Breite des metallischen Gutes 200. Die gewünschte Verteilungsfunktion ergibt sich durch Überlagerung der einzelnen Verteilungsfunktionen der einzelnen Kühlbalken innerhalb der Gruppe G. Je mehr Kühlbalken mit unterschiedlich ausgebildeten Beaufschlagungsbereichen I, II, III in einer Gruppe zusammengeschlossen sind, desto genauer kann eine gewünschte Gesamtverteilungsfunktion für das Kühlmittel realisiert werden. Insbesondere lässt sich dann eine technisch bevorzugte feine parabolische Beaufschlagung des metallischen Gutes 200 mit Kühlmittel 300 realisieren.
  • Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Gestaltung der Beaufschlagungsbereiche, die sich jeweils in ihrem Flächeninhalt und in ihrer Kontur von Kühlbalken zu Kühlbalken unterscheiden. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die beiden äußeren, d. h. der linke und der rechte Beaufschlagungsbereich I, III jeweils dreiecksförmig und der mittlere Bereich jeweils trapezförmig ausgebildet. Die unterschiedliche Ausbildung in Fläche und Kontur wird bei dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch realisiert, dass die Grenzlinien 140 von Kühlbalken zu Kühlbalken jeweils unterschiedlich gegenüber der Längsrichtung der Kühlbalken geneigt sind. Die Neigungswinkel α1...-α5 werden von dem ersten Kühlbalken 110-1 bis hin zu dem letzten Kühlbalken 110-5 der Gruppe G immer größer. Dadurch werden die trapezförmigen mittleren Beaufschlagungsbereiche stets vergrößert, während die jeweiligen äußeren Beaufschlagungsbereiche I und III proportional verkleinert werden. Bei dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel beginnen die Grenzlinien 140 jeweils in der linken unteren Ecke und in der rechten unteren Ecke. Dies bedeutet, dass die unterschiedlichen Beaufschlagungsbereiche bei dem zweiten Ausführungsbeispiel lediglich durch eine Änderung des Winkels α der Grenzlinien gegenüber der Längsachse der Kühlbalken, jedoch ohne dass die Grenzlinien 140 entlang der x-Achse unterschiedlich positioniert wären.
  • Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel für die Ausgestaltung der Beaufschlagungsbereiche I, II und III bei einer Gruppe G von fünf Kühlbalken. Bei dem dritten Beispiel wird die Unterschiedlichkeit der einzelnen Beaufschlagungsbereiche von Kühlbalken zu Kühlbalken dadurch realisiert, dass sowohl die Neigungswinkel α1...-α5 gegenüber der Längsachse der Kühlbalken wie auch die Positionen x1...-x5 der Grenzlinien entlang der x-Achse bzw. der Längsachse der Kühlbalken von Kühlbalken 110-1 bis hin zu Kühlbalken 110-5 jeweils variiert werden.
  • Figur 4 zeigt beispielhaft eine Verteilungsfunktion des durchschnittlichen Volumenstroms des Kühlmittels 300 über der Breite des metallischen Gutes 200. Die dargestellte Verteilungsfunktion ist ein Beispiel dafür, wie mit der Kombination einer Mehrzahl von Kühlbalken 110-1 ...-5 mit jeweils unterschiedlichen Beaufschlagungsbereichen I, II, III innerhalb einer Gruppe G, wie in den Figuren 1 bis 3 dargestellt, insbesondere eine stetige parabolische Verteilung über der Breite des metallischen Gutes realisierbar ist. Die Betonung liegt hier auf dem Wort "stetig". D. h., dass die Übergänge zwischen einzelnen Geradenabschnitten der Verteilungsfunktion keine Sprünge aufweisen, sondern stattdessen relativ glatt verlaufen. Die Übergänge können umso glatter gestaltet werden, je mehr Kühlbalken in der Gruppe sind und je mehr sich die Beaufschlagungsbereiche innerhalb einer Gruppe überlagern. Abweichend von der in Figur 4 gezeigten symmetrischen Verteilung ist auch eine asymmetrische Einstellung der linken und rechten Seite möglich.
  • Figur 5 zeigt zunächst dieselbe Verteilungsfunktion wie in Figur 4, siehe in Figur 5 die mittlere Funktion. Weiterhin zeigt Figur 5 eine gegenüber der mittleren Funktion in den Randbereichen stärker gekrümmte bzw. abgeschwächte Funktion; diese wird durch eine Reduzierung der Wassermengen in den Randzonen realisiert. Schließlich ist oberhalb der Funktion aus Figur 4 eine anders abgewandelte Verteilungsfunktion zu erkennen; diese wird durch eine entsprechende Erhöhung der Wassermengen in den Randzonen realisiert. Besonders vorteilhaft ist es, wenn dabei nicht alle gleichartigen Randzonen innerhalb einer Gruppe bezüglich der Kühlmittelbeaufschlagung parallel geschaltet sind, d. h. mit dem gleichen Volumenstrom oder dem gleichen Druck für das Kühlmittel beaufschlagt werden, sondern wenn diese Einstellparameter durch individuell für die einzelnen Beaufschlagungsbereiche vorgesehene Regelventile pro Kühlbalken einstellbar sind.
  • Insgesamt zeigt Figur 5 die Möglichkeiten, bei Nutzung unterschiedlicher Beaufschlagungsbereiche in den Kühlbalken einer Gruppe bei gleichzeitiger Variation der Kühlmittelmengen bzw. des Druckes des Kühlmittels in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen einer Gruppe.
  • Die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 ist typischerweise dem letzten Walzgerüst einer Walzanlage nachgeschaltet. In der Kühleinrichtung ist mindestens eine erste Gruppe G von Kühlbalken 110 angeordnet zum Aufbringen des Kühlmittels auf die Oberseite des metallischen Gutes und/oder es ist mindestens eine zweite Gruppe angeordnet zum Aufbringen des Kühlmittels auf die Unterseite des metallischen Gutes.
  • Der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels 300 in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II und III mindestens eines Kühlbalkens 110 innerhalb der Gruppe G kann jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter eingestellt werden: Der Breite des metallischen Gutes, der Temperaturverteilung des zu kühlenden metallischen Gutes über seine Breite oder in Abhängigkeit der chemischen Zusammensetzung bzw. des Materials oder der Materialeigenschaften des metallischen Gutes.
  • Diese genannten Parameter können entweder am Eingang und/oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen und/oder berechnet werden. Erfolgt ihre Erfassung am Eingang der Kühleinrichtung, so spricht man von einer Vorsteuerung; erfolgt die Erfassung der Parameter am Ausgang der Kühleinrichtung, so kann es sich um eine Regelung handeln.
  • Während die beispielhaft in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Gestaltung der einzelnen Beaufschlagungsbereiche I, II und III bei jeder erfindungsgemäßen Kühleinrichtung jeweils fest vorgegeben ist, kann die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels 300 über der Länge des Kühlbalkens 100 bzw. in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen I, II und III während des Durchlaufs des metallischen Gutes 200 durch die Kühleinrichtung 100 in Abhängigkeit der oben genannten Parameter geändert werden.
    • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kühleinrichtung
    110-n
    Kühlbalken
    110-1
    erster Kühlbalken
    110-2
    zweiter Kühlbalken
    120
    Steuereinrichtung
    130
    Ventile
    140
    Grenzlinie zwischen zwei benachbarten Kühlbalken eines Kühlbalkens
    150
    Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen
    200
    metallisches Gut, insbesondere Walzgut
    300
    Kühlmittel
    G
    Gruppe
    T
    Transportrichtung des Walzgutes
    X
    Längsrichtung
    I
    linker Beaufschlagungsbereich
    II
    mittlerer Beaufschlagungsbereich
    III
    rechter Beaufschlagungsbereich
    α
    Winkel

Claims (16)

  1. Kühleinrichtung (100) zum Kühlen eines metallischen Gutes (200), insbesondere eines Metallbandes, aufweisend:
    mindestens eine Gruppe (G) mit mindestens einem ersten und einem parallel angeordneten zweiten Kühlbalken (100-n) zum Aufbringen eines Kühlmittels (300) auf das metallische Gut (200),
    wobei jeder Kühlbalken (110) mindestens einen ersten und einen zweiten Beaufschlagungsbereich (I, II) mit Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen (150) aufweist, welche in Längsrichtung (X) des Kühlbalkens hintereinander angeordnet sind; und
    eine Steuereinrichtung (120) mit Ventilen (130) zum individuellen Einstellen des Druckes und/oder des Volumenstroms des Kühlmittels (300) in jedem der Beaufschlagungsbereiche (I, II, III);
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der erste Beaufschlagungsbereich (I) des ersten Kühlbalkens (110-1) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der erste Beaufschlagungsbereich (I) des benachbarten zweiten Kühlbalkens (110-2) in derselben Gruppe (G).
  2. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Grenzlinie (140-1) zwischen dem ersten und zweiten Beaufschlagungsbereich (I-II; II-III) des ersten Kühlbalkens (110-1) und die Grenzlinie (140-2) zwischen dem ersten und zweiten Beaufschlagungsbereichen des zweiten Kühlbalkens mit unterschiedlichen Winkeln α gegenüber der Längsachse des jeweiligen Kühlbalkens geneigt sind; und/oder
    dass die Grenzlinie (140-1) zwischen dem ersten und zweiten Beaufschlagungsbereich (I-II) des ersten Kühlbalkens (110-1) und die Grenzlinie (140-2) zwischen dem ersten und zweiten Beaufschlagungsbereich (I-II) des zweiten Kühlbalkens (110-2) entlang der Längsachse (x) der Kühlbalken unterschiedlich positioniert (x1, x2...) sind.
  3. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass für den Winkel α gilt: -90°≤α≤90°; vorzugsweise -70°≤α≤ 70° oder weiter vorzugsweise -30≤α≤+30°.
  4. Kühleinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass jeder Kühlbalken neben dem ersten, beispielsweise linken Beaufschlagungsbereich (I), und dem zweiten, beispielsweise mittleren Beaufschlagungsbereich (II) auch einen dritten, beispielsweise rechten Beaufschlagungsbereich (III) aufweist; und
    dass der linke Beaufschlagungsbereich (I) des ersten Kühlbalkens (110-1) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der linke Beaufschlagungsbereich (I) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der Gruppe (G), und/oder
    dass der mittlere Beaufschlagungsbereich (II) des ersten Kühlbalkens (110-1) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der mittlere Beaufschlagungsbereich (II) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der Gruppe (G), und/oder
    dass der rechte Beaufschlagungsbereich (III) des ersten Kühlbalkens (110-1) in seiner Kontur und/oder Fläche anders ausgebildet ist als der rechte Beaufschlagungsbereich (III) des zweiten Kühlbalkens (110-2) in der Gruppe (G).
  5. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der linke und der rechte Beaufschlagungsbereich (I, III) jeweils dreiecksförmig und der mittlere Beaufschlagungsbereich (II) trapezförmig ausgebildet sind.
  6. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der linke, der mittlere und der rechte Beaufschlagungsbereich jeweils trapezförmig ausgebildet sind.
  7. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest einer der Kühlbalken der Gruppe mindestens zwei parallele Reihen von Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen (150) aufweist, wobei die Grenzlinie (140) zwischen den Beaufschlagungsröhrchen oder -düsen verläuft.
  8. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Kühlbalken (110) einer Gruppe (G) quer zu ihrer Längsrichtung (X) jeweils unmittelbar benachbart sind.
  9. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest zwei Kühlbalken (110) der Gruppe (G) eine gleiche oder eine unterschiedliche Anzahl von Beaufschlagungsbereichen (I, II, III) aufweisen.
  10. Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die gleichen Beaufschlagungsbereiche (I-I, II-II, III-III) bei dem ersten und dem parallelen zweiten Kühlbalken (110-1, 110-2) der Gruppe (G) an ein und dasselbe Ventil angeschlossen sind.
  11. Kühleinrichtung (100) nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die linken und rechten Beaufschlagungsbereiche (I, II) bei dem ersten und dem parallelen zweiten Kühlbalken der Gruppe an ein und dasselbe Ventil (131) angeschlossen sind.
  12. Walzanlage mit
    mindestens einem Walzgerüst zum Walzen eines metallischen Gutes (200); und
    einer dem Walzgerüst typischerweise nachgeschalteten Kühleinrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
    wobei mindestens eine erste Gruppe (G) von Kühlbalken (110) angeordnet ist zum Spritzen des Kühlmittels (300) auf die Oberseite des metallischen Gutes (200) und mindestens eine zweite Gruppe von Kühlbalken angeordnet ist zum Spritzen des Kühlmittels auf die Unterseite des metallischen Gutes.
  13. Verfahren zum Betreiben einer Kühleinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Druck oder der Volumenstrom des Kühlmittels (300) in den einzelnen Beaufschlagungsbereichen (I, II, III) mindestens eines Kühlbalkens (110) innerhalb der Gruppe (G) jeweils in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter eingestellt wird: Breite des metallischen Gutes, Temperaturverteilung des zu kühlenden metallischen Gutes über seiner Breite, chemische Zusammensetzung des metallischen Gutes.
  14. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Zusammensetzung des metallischen Gutes chemisch analysiert wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Parameter am Eingang und/oder am Ausgang der Kühleinrichtung gemessen und/oder berechnet werden.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Verteilung des Druckes oder des Volumenstromes des Kühlmittels (300) über der Länge der Kühlbalken (110) während des Durchlaufs des metallischen Gutes (200) durch die Kühleinrichtung (100) in Abhängigkeit der Parameter verändert wird.
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