EP3826780A1 - Kühlstrecke mit einstellung der kühlmittelströme durch pumpen - Google Patents

Kühlstrecke mit einstellung der kühlmittelströme durch pumpen

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EP3826780A1
EP3826780A1 EP19740415.5A EP19740415A EP3826780A1 EP 3826780 A1 EP3826780 A1 EP 3826780A1 EP 19740415 A EP19740415 A EP 19740415A EP 3826780 A1 EP3826780 A1 EP 3826780A1
Authority
EP
European Patent Office
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pump
coolant
cooling section
rolling stock
control device
Prior art date
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Application number
EP19740415.5A
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English (en)
French (fr)
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EP3826780B1 (de
Inventor
Klaus Weinzierl
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Primetals Technologies Germany GmbH
Original Assignee
Primetals Technologies Germany GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Primetals Technologies Germany GmbH filed Critical Primetals Technologies Germany GmbH
Publication of EP3826780A1 publication Critical patent/EP3826780A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3826780B1 publication Critical patent/EP3826780B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/74—Temperature control, e.g. by cooling or heating the rolls or the product
    • B21B37/76—Cooling control on the run-out table
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B45/00—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
    • 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
    • B21B45/0218—Cooling devices, e.g. using gaseous coolants using liquid coolants, e.g. for sections, for tubes for strips, sheets, or plates

Definitions

  • the cooling section 2 could be arranged upstream of the rolling mill in accordance with the illustration in FIG. FIG. 2 also shows only a single roll stand 4 of the rolling train, namely the first roll stand 4 of the rolling train.
  • the rolling train - as in the design from FIG. 1 - has a plurality of rolling stands 3 which the hot rolling stock 1 passes through sequentially in succession.
  • the hot rolling stock 1 is rolled in the first roll stand 4 of the rolling mill immediately after it leaves the cooling section 2.
  • a temporary rather the distance between the cooling in the cooling section 2 and the rolling in the first roll stand 4 of the rolling train is in the range of a few minutes. However, it can only take a few seconds.
  • the cooling section 2 could be arranged according to the presen- tation in FIG 3 within the rolling mill.
  • two roll stands 5 of the rolling mill In this case, the rolling of the rolling stock 1 - more precisely: a section of the rolling stock 1 - takes place in the cooling section 2 between the rolling in the two roll stands 5 of the rolling train.
  • a time interval between cooling in the cooling section 2 and rolling in the two successive Walzgerüs th 5 of the rolling mill is in the range of a few seconds.
  • the cooling section 2 is net angeord between two successive roll stands 5 of the rolling mill. However, it could also extend over a larger area, so that the cooling section 2 is subdivided into a corresponding number of sections by at least one further roll stand (not shown in FIG. 3).
  • the rolling stock 1 is made of metal.
  • the rolling stock 1 can consist of steel or aluminum. Other metals are also possible.
  • the temperature of the rolling stock 1 in front of the cooling section 2 is generally between 750 ° C and 1,200 ° C.
  • cooling takes place to a lower temperature. It is possible in individual cases that the lower temperature is only slightly below the temperature in front of the cooling section 2.
  • the rolling stock 1 is usually cooled to a significantly lower temperature, for example to a temperature between 200 ° C and 700 ° C.
  • the target control state S * can also be determined easily. This will be explained below using a simple example.
  • Equation (3) is now solved for pA:
  • the actual current F is given without further ado. For example, it can be measured.
  • the desired time derivative of the actual current F results directly from the difference between the target current F * and the actual current F. If necessary, the time derivative of the actual current F can be limited in order to increase the pressure pA on the outlet side within permissible limits hold .
  • the actual current F provided that it is not recorded by measurement, can be easily determined using the relationship can be determined, where F0 is a suitably chosen constant.
  • the control device 11 has the actual current F available at all times, either by measurement or by calculation according to equation (6). This is necessary in order to be able to mathematically update a thermodynamic energy state H of the rolling stock 1. This will be discussed in more detail later. As the dead time of the application device 6, only the generally very small time that the coolant 7 requires occurs, in order to hit the rolling stock 1, as calculated from the exit from the application device 6.
  • the pump 10 - In order to be able to control the pump 10 accordingly, the pump 10 - more precisely: its drive 12 - must be able to be operated at a variable speed.
  • the drive 12 of the pump 10 can be converter-controlled for this purpose.
  • Such controls are generally known to experts and therefore need not be explained in more detail.
  • the pump 10 is preferably operated in a control range between 0 and a maximum speed. A seal of the pump 10 should also be designed for low speeds. However, this is possible without further.
  • Corresponding pumps 10 are known to experts.
  • the shut-off device 13 is kept permanently completely open during the transport of the rolling stock 1 through the cooling section 2. This is illustrated in FIG. 5 by the fact that the rolling stock 1 enters the cooling section 2 at a time t 1. However, the shut-off device 13 is opened at a time t 2 before the time t 1. In an analogous manner, the rolling stock 1 runs out of the cooling section 2 at a time t3. Only after time t3 is the shut-off device 13 closed again at a time t4. The shut-off device 13 remains permanently fully open between the times t2 and t4.
  • the shut-off device 13 is actuated only when a speed of the pump 10 is below a minimum speed nmin. This is explained in more detail below in connection with FIG. 6.
  • the speed of the pump 10 can vary between 0 and a nominal speed nmax. If and as long as the speed n remains below a minimum speed nmin, the locking device 13 can be actuated. This applies both to opening and closing of the shut-off device 13. If and as soon as the speed n reaches or exceeds the minimum speed nmin, the shut-off device 13 remains open. In this case, in particular, the shut-off device 13 must first be opened at a very low speed n. Then the operation of the Bring device 6, during which only the pump 10 is appropriately actuated for setting the actual current F. Only when the speed n falls below the minimum speed nmin can the shut-off device 13 be actuated again.
  • the target current F * can vary. With larger values, a speed n of the pump 10 is at significant values, so that the pump 10 actively pumps (pumps) the coolant 7. The pump 10 thereby consumes energy E. However, if the target current F * becomes smaller, it can happen that the pump 10 continues to rotate in the same direction of rotation as for larger values, but the pump 10 is operated generatively. So it gives off energy E. For example, the energy E can be fed back into a supply network via the drive 12 of the pump 10. It is even possible for the pump 10 to be operated with the direction of rotation inverted (“rotational speed n ⁇ 0”). In this case, the pump 10 continues to consume energy because it is actively trying to return coolant 7.
  • the pump 10 can be switched off after the shut-off device 13 has been closed, as soon as the shut-off device 13 is closed, ie further flow of the coolant 7 is blocked.
  • the shut-off device 13 does not have to slow down the flow of the coolant 7, but only closes when the flow of the coolant 7 is already stopped or at least substantially stopped, a comparatively simple embodiment of the shut-off device 13 is sufficient.
  • the shut-off device 13 can have a low dynamic range, since dynamic settings by the pump 10 respectively.
  • such a check valve 16 or such a return flap is also required if an application device 6 arranged above the rolling stock 1 is fed via the pump 10. Otherwise, the coolant 7 would flow backwards through the pump 10 into the reservoir 9 at speed 0. This could empty a buffer area of the transfer device 6. The buffer area would then only have to be filled again when the pump 10 is switched on again. This would increase the effective response time of Aufbringein device 6, which - of course - is not what he wants.
  • thermodynamic energy state H of the corresponding section of the rolling stock 1 varies from application device 6 to application device 6. In particular, it is changed by each of the application devices 6.
  • the thermodynamic energy state H of the control device 11 can be predetermined as such for the application device 6, which first applies its share of coolant 7 to the rolling stock 1.
  • the cooling section 2 may have a temperature measuring station 17 on its input side, by means of which the temperature T is recorded for the individual sections of the rolling stock 1. The detected temperature T is then assigned to the respective section.
  • the application devices 6 each have only a single spray nozzle 18. As a rule, however, the application devices 6 each have a plurality of spray nozzles 18.
  • the spray nozzles 18 can accordingly be arranged one behind the other as shown in FIG 11 in the transport direction x of the rolling stock 1.
  • the present invention has many advantages, some of which are listed below.
  • the cooling section 2 can be operated with a low energy consumption.
  • some of the application devices 6 can be designed as customary underside intensive cooling beams with a spraying height of 20 m, which apply the coolant 7 to the rolling stock 1 from below.
  • 360 m 3 / h corresponds to 0.1 m 3 / s.
  • 20 m spray height corresponds to an operating pressure of 2 bar, i.e. 200 kPa.
  • intensive cooling of the state of the art works with around twice the pressure. Similar figures result for intensive cooling on the top.
  • the reduction in the amount of water is achieved by closing a valve.
  • the pressure (4 bar) is maintained, the pump 10 often continues to run at full flow.
  • the speed n of the pump 10 is simply reduced.
  • only a spray height of 5 m occurs. So only half of the amount has to be pumped with a quarter of the spraying height. This means that only 1/8 of the full power is required, i.e. just over 3 kW. In contrast, around 25 kW still have to be used in the intensive cooling of the prior art.
  • the wear on pumps 10 and drives 12 is low. Typical downtimes for pump bearings are 100,000 hours and more. This means that the pumps 10 can be operated continuously for over 11 years without maintenance.
  • the cooling section 2 according to the invention is therefore very reliable and requires almost no maintenance with regard to the pumps 10 and the drives 12.
  • the equipment of the cooling section 2 with the required number of pumps 10 and associated drives 12 including the associated drive controls also requires a certain investment. However, this one-time investment is compensated for relatively quickly by the lower operating costs and the increased system availability. In addition, the costs are relativized if one takes into account that considerable costs are also incurred for a conventional cooling section when using high-quality ball valves.
  • the ball valves cost around € 700,000.
  • 100 upper spray bars are supplied with 50 pumps 10 and 100 lower spray bars are supplied with 50 lower pumps.
  • the costs for the cooling section 2 according to the invention are of the same order of magnitude as the cost of conventional intensive cooling.
  • 16 upper and lower spray bars 19 a total of 32 relatively small pumps 10 and the associated drives 12 to 25 kW each with a total electrical output of 800 kW are required.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metal Rolling (AREA)
  • Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
  • Heat Treatment Of Strip Materials And Filament Materials (AREA)

Abstract

Eine Kühlstrecke (2) ist innerhalb einer Walzstraße angeordnet oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet. Mittels der Kühlstrecke (2) wird ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt. Aufbringeinrichtungen (6) der Kühlstrecke (2) wird über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) und eine jeweilige Pumpe (10) ein jeweiliger Ist-Strom (F) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt. Der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) wird mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht. Das heiße Walzgut (1) wird innerhalb der Kühlstrecke (2) während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer horizontalen Transportrichtung (x) transportiert. Eine Steuereinrichtung (11) der Kühlstrecke (2) ermittelt in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) und steuert die jeweilige Pumpe (10) entsprechend an, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte jeweilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Kühlstrecke mit Einstellung der Kühlmittelströme durch Pumpen
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfah ren für eine Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße an geordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
- wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen der Kühlstre cke über eine jeweilige Versorgungsleitung und eine jewei lige Pumpe ein jeweiliger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird,
- wobei der jeweilige Ist-Strom des Kühlmittels mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufge bracht wird,
- wobei das heiße Walzgut innerhalb der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transportrichtung transportiert wird.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Kühl strecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen aufweist, denen über eine jeweilige Versorgungsleitung der Kühlstrecke und eine jeweilige Pumpe der Kühlstrecke ein jeweiliger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basieren den Kühlmittels zugeführt wird,
- wobei der jeweilige Ist-Strom des Kühlmittels mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufge bracht wird,
- wobei das heiße Walzgut in der Kühlstrecke während des Auf bringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transport richtung transportiert wird. In der Kühlstrecke eines Walzwerks wird ein metallisches Walzgut nach dem Walzen abgekühlt. Das Walzgut kann bei spielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen. Es kann sich nach Bedarf um ein flaches Walzgut (Band oder Grobblech) , um ein stabförmiges Walzgut oder um ein Profil handeln. Üblich ist eine exakte Temperaturführung in der Kühlstrecke, um ge wünschte Materialeigenschaften einzustellen und mit niedrige rer Streuung konstant zu halten. Insbesondere bei einer der Walzstraße nachgeordneten Kühlstrecke sind zu diesem Zweck entlang der Kühlstrecke mehrere Spritzbalken verbaut, mittels derer zur Kühlung des heißen Walzguts von oben und von unten ein flüssiges Kühlmittel, meist Wasser, auf das Walzgut auf gebracht wird. Die durch den jeweiligen Spritzbalken fließen de Wassermenge soll möglichst schnell und möglichst präzise einstellbar sein.
Stand der Technik
Zur Einstellung der den Spritzbalken zugeführten Wassermengen ist es beispielsweise bekannt, in den Versorgungsleitungen Schaltventile oder Regelventile anzuordnen. Schaltventile können nur rein binär angesteuert werden. Sie sind also ent weder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Re gelventile können kontinuierlich verstellt werden, so dass auch die dem jeweiligen Spritzbalken zugeführte Wassermenge kontinuierlich eingestellt werden kann.
Im Falle von Regelventilen können die Ventile als Regelklap pen oder als Kugelventile ausgebildet sein. Regelklappen sind relativ einfach und kostengünstig. Sie können aber nur mit relativ geringen Druckdifferenzen von meist maximal 1 bar be trieben werden. Anderenfalls treten Kavitationen auf, welche die Regelklappe sehr schnell schädigen. Regelklappen sind da her insbesondere für eine Intensivkühlung nicht geeignet. A- ber auch in einer Laminarkühlstrecke sind sie oftmals von Nachteil. Insbesondere zeigen sie häufig eine Schalthystere se. Die Schalthysterese bewirkt, dass bei gleicher Ansteue- rung der eingestellte Klappenwinkel unterschiedlich groß ist, je nachdem, ob die Regelklappe ausgehend von einer weiter ge öffneten oder von einer weiter geschlossenen Stellung in die neu anzunehmende Stellung verstellt wird. Kugelventile weisen keine Klappe auf, sondern eine durchbohrte Kugel, die in ei nem Rohr gedreht wird. Je nach Drehstellung der Kugel wird dem Kühlmittel ein größerer oder ein kleinerer Querschnitt für den Durchfluss zur Verfügung gestellt. Kugelventile kön nen mit höheren Druckdifferenzen bis ca. 3 bar betrieben wer den. Eine Hysterese tritt bei ihnen nicht auf oder ist ver nachlässigbar klein. Kugelventile sind jedoch teuer.
Bei einer anderen Lösung wird den Spritzbalken permanent das Kühlmittel zugeführt. Es ist jedoch eine ansteuerbare Umlenk platte vorhanden. Je nach Stellung der Umlenkplatte wird das Kühlmittel entweder dem Walzgut zugeführt oder fließt seit lich ab, ohne zur Kühlung des Walzguts beizutragen. Bei die ser Anordnung sind schnelle Schaltvorgänge ohne Druckstöße möglich. Eine kontinuierliche Einstellung der Wassermenge ist jedoch nicht möglich. Weiterhin muss permanent der volle Kühlmittelstrom gefördert werden.
Alle Arten von Ventilen und auch die Umlenkplatten benötigen entsprechende Aktoren. Üblich sind pneumatisch angetriebene Stellmotoren. Für Regelventile wird zusätzlich eine Positi onsregelung benötigt. Diese vergleicht kontinuierlich die Iststellung des jeweiligen Regelventils mit dessen Sollstel lung und regelt die Iststellung nach, bis sich eine hinrei chende Übereinstimmung mit der Sollstellung ergibt.
Allen Anordnungen ist weiterhin gemeinsam, dass eine externe Versorgung mit Kühlmittel vorhanden sein muss. Das Kühlmittel kann beispielsweise einem Hochtank entnommen werden oder über eine größere Rohrleitung von einer weiter entfernten Pumpen station antransportiert werden. Auch Kombinationen dieser Vorgehensweisen sind möglich. Beispielsweise wird bei einer sogenannten Intensivkühlung das Wasser oftmals zunächst einem Hochtank entnommen. Sodann wird der Druck über Boosterpumpen in variablem Umfang erhöht und dadurch mit entsprechend vari ablem Druck der Intensivkühlung zur Verfügung gestellt. Meist sind mehrere Boosterpumpen vorhanden, die jedoch alle paral lel geschaltet sind, d.h. dass sie die Kühlflüssigkeit alle eingangsseitig aus dem gleichen Reservoir beziehen und aus gangsseitig einem gemeinsamen Sammelpunkt zuführen. Die In tensivkühlung ist mit mehreren Spritzbalken versehen, denen - ausgehend von den Boosterpumpen bzw. dem gemeinsamen Sammel punkt - das Kühlmittel individuell über eine jeweilige Ver sorgungsleitung zugeführt wird. In den Versorgungsleitungen sind Kugelventile angeordnet, die zur Einstellung der dem je weiligen Spritzbalken zugeführten Menge an Kühlmittel ange steuert werden.
Im Stand der Technik treten verschiedene Nachteile auf.
- Bei Schaltventilen gibt es Druckschläge beim Abschalten. Daher können Schaltventile nicht beliebig schnell abge schaltet werden. Übliche Schaltzeiten liegen oberhalb von 1 Sekunde, manchmal bei bis zu 2 Sekunden.
- Mit Regelklappen und Kugelventilen werden ähnliche Regel zeiten erreicht. Weiterhin ist für jedes Regelventil eine Positionsregelung erforderlich. Die erreichbare Genauigkeit liegt bei ca. 1 % bis 2 %.
- Auch bei Regelventilen gibt es Druckschläge beim Abschal ten. Daher können auch Regelventile nicht beliebig schnell geschlossen werden. Übliche Schaltzeiten liegen im Bereich von ca. 1 Sekunde.
- Bei allen Ventilen treten Strömungsverluste auf, die zu ei nem erhöhten Verschleiß und auch zu einem erhöhten Energie verbrauch führen.
- Die pneumatischen Stellantriebe sind anfällig für Defekte. Sie leiden insbesondere bei häufigen Stellvorgängen. Wei terhin benötigen sie zusätzliche Energie für die Steuer luft, die darüber hinaus gereinigt und getrocknet werden muss und beispielsweise von einem eigenen Kompressor zur Verfügung gestellt werden muss. Aus der WO 2010/040 614 A2 ist eine Entzunderungseinrichtung bekannt, bei der eine Pumpe über einen drehzahlvariablen An trieb angetrieben wird. Bei der Ansteuerung des Antriebs wer den ein Betriebszustand des Entzunderungsbereichs und ein Füllgrad eines Hochdruck-Speichers berücksichtigt.
Aus der US 2008/0 035 298 Al ist ein Gießprozess bekannt, bei dem unter anderem eine Kühlwasserquelle verwendet wird, die eine mit Wasser gekühlte Spule umfasst. Das Kühlwasser wird der Spule über eine Pumpe zugeführt, die eingeschaltet und ausgeschaltet werden kann und über einen Mechanismus zur Steuerung der Kühlmittelmenge verfügt. Es erfolgt ein Umwäl zen (recirculating) der Flüssigkeit. Die Temperatur des ge gossenen Metallstrangs wird erfasst und einer Steuereinrich tung zugeführt. Die Steuereinrichtung steuert in Abhängigkeit hiervon die Kühlwasserquelle.
Aus der US 2010/0 218 516 Al ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Metallband im Rahmen einer Wärmebehandlung des Me tallbands in einer Kühleinrichtung mit einem flüssigen Kühl medium gekühlt wird. Das Metallband verläuft vertikal von un ten nach oben. Das Kühlmedium ist Pentan oder eine Mischung aus Pentan und Hexan. Das Metallband befindet sich während des Aufbringens des Kühlmediums in einer Atmosphäre aus Schutzgas. In Abhängigkeit von der Temperatur des Metallban des eingangsseitig und ausgangsseitig der Kühleinrichtung und der Geschwindigkeit des Metallbandes wird eine Kühlmittelmen ge bestimmt, die von einer Pumpe zu den Aufbringeinrichtungen der Kühleinrichtung geführt werden soll. Entsprechend dem Er gebnis wird die Pumpe angesteuert.
Aus der US 2007/0 074 846 Al ist ein Gießprozess bekannt, bei dem der gegossene Strang durch eine Kühlkammer geführt wird, in welcher der gegossene Strang mit einem flüssigen Kühlmedi um gekühlt wird. Das flüssige Kühlmedium ist ein Metall oder ein geschmolzenes Salz . Das flüssige Kühlmedium wird mittels einer Umwälzpumpe aus einem Reservoir entnommen, der Kühlkam mer zugeführt und sodann von der Kühlkammer aus wieder dem Reservoir zugeführt. Die Flüssigkeitsmenge wird in Abhängig keit von den Temperaturen, mit denen das flüssige Kühlmedium der Kühlkammer zugeführt bzw. aus der Kühlkammer abgeführt wird, und in Abhängigkeit von dem Druck eingangsseitig der Kühlkammer geregelt.
Aus der US 2009/0 314 460 Al ist ein Gießprozess bekannt, bei dem der gegossene Strang mittels einer Zweirollen-Gießmaschi- ne gebildet wird. Die Rollen werden innen mit einem flüssigen Kühlmedium gekühlt. Das flüssige Kühlmedium ist ein Metall oder ein geschmolzenes Salz . Das flüssige Kühlmedium wird mittels einer Umwälzpumpe aus einem Reservoir entnommen, den Rollen zugeführt und sodann von der Kühlkammer aus wieder dem Reservoir zugeführt.
Aus der US 2012/0 298 224 Al ist im Rahmen eines Walzwerks mit nachgeordneter Kühlstrecke der vorausschauende Betrieb einer Pumpe bekannt. Diese Pumpe speist jedoch nicht direkt Aufbringeinrichtungen, mittels derer das Kühlmedium auf das heiße Walzgut aufgebracht wird, sondern fördert das Kühlmedi um nur in ein Reservoir, damit dieses stets in hinreichendem Umfang gefüllt ist. Die Aufbringung des Kühlmittels auf das Walzgut selbst ist nicht näher erläutert.
Aus der EP 2 898 963 Al ist eine Kühlstrecke bekannt, die ei ner Walzstraße nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird. Bei dieser Kühlstrecke ist eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen vorhanden, denen über eine jeweilige Versorgungsleitung ein jeweiliger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird. Der jeweilige Ist-Strom des Kühlmittels wird mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut auf gebracht. Das heiße Walzgut wird innerhalb der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transportrichtung transportiert.
Aus der EP 2 767 353 Al ist ebenfalls eine Kühlstrecke be kannt, die einer Walzstraße nachgeordnet ist und mittels de- rer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird. Bei dieser Kühlstrecke ist eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen vorhan den, denen über eine jeweilige Versorgungsleitung ein jewei liger Ist-Strom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühl mittels zugeführt wird. Der jeweilige Ist-Strom des Kühlmit tels wird mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebracht. Das heiße Walzgut wird innerhalb der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels in einer horizontalen Transportrichtung transportiert. In den Versorgungsleitungen sind Ventile angeordnet, deren Öffnungs stellungen von einer Steuereinrichtung der Kühlstrecke dyna misch eingestellt werden. Eine den Versorgungsleitungen vor geordnete gemeinsame Pumpe wird von der Steuereinrichtung entsprechend eines mittels der Aufbringeinrichtung in ihrer Gesamtheit auf das Walzgut aufzubringenden Gesamtflusses ein gestellt .
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zuver lässige Weise eine Kühlstrecke mit überlegenen Betriebseigen schaften realisiert wird.
Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet, dass eine Steuereinrichtung der Kühlstrecke in Abhängigkeit von einem mittels der jewei ligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufzubringen den jeweiligen Soll-Strom des Kühlmittels dynamisch einen je weiligen Soll-Ansteuerzustand für die jeweilige Pumpe ermit telt und die jeweilige Pumpe entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe geförderte jeweilige Ist-Strom dem jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich ange nähert wird.
Die jeweilige Pumpe - genauer: der Antrieb für die jeweilige Pumpe - ist also ein drehzahlvariabler Antrieb. Er kann bei spielsweise umrichtergesteuert sein. Im Rahmen der dynami schen Ansteuerung wird ausschließlich die jeweilige Pumpe an gesteuert, nicht aber ein etwaiges in der jeweiligen Versor gungsleitung angeordnetes Ventil.
Es kann nach Bedarf eine Steuerung oder eine Regelung erfol gen. Im Falle einer Regelung wird eingangsseitig oder aus gangsseitig der jeweiligen Pumpe der jeweilige Ist-Strom des flüssigen Kühlmittels erfasst und der Steuereinrichtung zuge führt .
In vielen Fällen ist das Walzgut ein flaches Walzgut, bei spielsweise ein Band oder ein Grobblech. In diesem Fall ist es möglich, dass das flüssige Kühlmittel mittels der jeweili gen Aufbringeinrichtung von beiden Seiten auf das Walzgut aufgebracht wird. Alternativ ist es möglich, dass das flüssi ge Kühlmittel mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung nur von einer Seite, insbesondere von oben oder von unten, auf das Walzgut aufgebracht wird. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall auch eine Aufbringung des Kühlmittels auf die an dere Seite des flachen Walzguts möglich, so dass das flache Walzgut beispielsweise gleichzeitig von oben und von unten gekühlt wird. In diesem Fall sind aber zwei Aufbringeinrich tungen erforderlich, die separat angesteuert werden und prin zipiell auch voneinander unabhängig betrieben werden. Das er findungsgemäße Betriebsverfahren wird in diesem Fall also so zusagen doppelt ausgeführt. Die Steuerung beider Pumpen kann jedoch einheitlich durch ein und dieselbe Steuereinrichtung erfolgen. Die Steuereinrichtung kann in diesem Fall, soweit erforderlich, auch gegenseitige Abhängigkeiten bei der Küh lung berücksichtigen. Es ist möglich, dass die jeweilige Aufbringeinrichtung mehre re Spritzdüsen aufweist, die in Transportrichtung des Walz guts gesehen hintereinander angeordnet sind. Beispielsweise können innerhalb eines einzelnen Spritzbalkens Gruppen von Spritzdüsen gebildet werden, die über die jeweilige Versor gungsleitung und die jeweilige Versorgungsleitung und die je weilige Pumpe einheitlich mit Kühlmittel versorgt werden.
Auch können Gruppen von Spritzdüsen gebildet werden, die meh rere Spritzbalken übergreifen und über die jeweilige Versor gungsleitung und die jeweilige Pumpe einheitlich mit Kühlmit tel versorgt werden. Diese Ausgestaltung kann insbesondere dadurch von Vorteil sein, dass weniger Pumpen benötigt wer den, als wenn jeder Spritzbalken über eine eigene Versor gungsleitung und eine eigene Pumpe mit Kühlmittel versorgt würde .
In vielen Fällen weist die jeweilige Aufbringeinrichtung meh rere Spritzdüsen auf, die quer zur Transportrichtung des Walzguts gesehen nebeneinander angeordnet sind. Das kann ins besondere bei einem flachen Walzgut (Band oder Grobblech) sinnvoll sein. Die jeweilige Aufbringeinrichtung kann sich in diesem Fall über die volle Breite des Walzguts oder nur über einen Teil der Breite erstrecken. Im letztgenannten Fall sind nebeneinander mehrere Aufbringeinrichtungen angeordnet, die über jeweils eine eigene Versorgungsleitung und eine eigene Pumpe mit Kühlmittel versorgt werden, wobei die Pumpen unab hängig voneinander angesteuert werden.
Es ist möglich, dass zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung keine Absperreinrichtung ange ordnet ist. Alternativ ist es möglich, dass zwischen der je weiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung eine Absperreinrichtung angeordnet ist. In diesem Fall wird die Absperreinrichtung jedoch entweder während des Transports des Walzguts durch die Kühlstrecke permanent vollständig geöffnet gehalten oder sowohl öffnend als auch schließend ausschließ lich dann betätigt, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe unterhalb einer Minimaldrehzahl liegt. Die jeweilige Minimal- drehzahl ist in diesem Fall so klein, dass nur ein ganz ge ringfügiger Ist-Strom gefördert wird. Es ist auch möglich, dass die Absperreinrichtung nur manuell betätigbar ist, um die jeweilige Aufbringeinrichtung beispielsweise zu Wartungs zwecken außer Betrieb nehmen zu können.
Es ist weiterhin möglich, dass der jeweiligen Pumpe eine je weilige Rückleitung parallel geordnet ist. In diesem Fall weist die Rückleitung einen kleineren Querschnitt als die je weilige Versorgungsleitung auf. Dadurch können Pumpen verwen det werden, bei denen konstruktionsbedingt immer ein gewisser Mindeststrom an Kühlmittel aufrechterhalten werden muss. Der Mindeststrom ist aber erheblich kleiner als der jeweils maxi mal mögliche Strom an Kühlmittel. Wenn in einem derartigen Fall auf das Walzgut eine Menge an Kühlmittel aufgebracht werden soll, der kleiner als der jeweilige Mindeststrom ist, ist es lediglich erforderlich, ein in der Rückleitung ange ordnetes Ventil entsprechend zu öffnen (Bypass-Betrieb) .
Es ist weiterhin möglich, dass die jeweilige Pumpe immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom einen jeweiligen unteren Grenzwert unterschreitet, generatorisch betrieben wird oder mit invertierter Drehrichtung betrieben wird. Dadurch können auch sehr kleine Ist-Ströme realisiert werden. Weiterhin kann dadurch verhindert werden, dass bei einem kleinen Soll-Strom durch eine nicht selbst sperrende Pumpe ein zu großer Ist- Strom fließt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in der jeweiligen Versorgungsleitung zwischen der jeweiligen Pumpe und der jeweiligen Aufbringeinrichtung ein Rückschlag ventil oder eine Rückschlagklappe angeordnet ist. Dadurch kann verhindert werden, dass die jeweilige Pumpe trocken läuft und dadurch beschädigt wird.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass vor der jeweiligen Pumpe ein eingangsseitiger Druck des flüssigen Kühlmittels erfasst wird und die Steuereinrichtung den erfassten eingangsseitigen Druck bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands der jeweiligen Pumpe berücksichtigt. Dadurch kann eine genau ere Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands für die jeweilige Pumpe erfolgen.
Es ist möglich, dass hinter der jeweiligen Pumpe ein aus gangsseitiger Druck des flüssigen Kühlmittels erfasst wird und dass die Steuereinrichtung den erfassten ausgangsseitigen Druck bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands der jeweiligen Pumpe berücksichtigt. Dies führt zu einer noch genaueren Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands.
Vorzugsweise ermittelt die Steuereinrichtung den jeweiligen Soll-Strom in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Errei chen der jeweiligen Aufbringeinrichtung bestehenden jeweili gen thermodynamischen Energiezustand des Walzguts. Dadurch kann eine besonders genaue Temperaturführung realisiert wer den. Der thermodynamische Energiezustand des Walzguts kann der Steuereinrichtung beispielsweise aufgrund einer vorheri gen Messung bekannt sein. Alternativ ist es möglich, dass ausgehend von einem bekannten thermodynamischen Energiezu stand eine modellgestützte Berechnung des jeweiligen thermo dynamischen Energiezustands erfolgt.
Bei einer Kühlstrecke sind oftmals viele Aufbringeinrichtun gen sequenziell hintereinander angeordnet. Die zugehörigen Ist-Ströme des Kühlmittels werden dadurch mittels der Auf bringeinrichtungen sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut aufgebracht. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Betriebsverfahren vorzugsweise dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung den jeweiligen thermodynamischen Energiezu stand des Walzguts anhand des thermodynamischen Energiezu stands des Walzguts vor der unmittelbar vorhergehenden Auf bringeinrichtung unter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms des Kühlmittels oder des Ist-Stroms des Kühlmit tels ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebracht werden soll bzw. aufgebracht wird. Die Berechnung der thermodynami- sehen Energiezustände kann also sequenziell nacheinander er folgen .
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Kühlstrecke mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen der Kühlstrecke sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 11 bis 18.
Erfindungsgemäß wird eine Kühlstrecke der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet, dass die Steuereinrichtung derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut auf zubringenden jeweiligen Soll-Strom des Kühlmittels dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand für die jeweilige Pumpe ermittelt und die jeweilige Pumpe entsprechend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe geförderte jeweilige Ist- Strom dem jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Kühlstrecke korrespon dieren im wesentlichen mit denen des Betriebsverfahrens. Auch die hierdurch erzielten Vorteile korrespondieren mit den je weils korrespondierenden Ausgestaltungen des Betriebsverfah rens .
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
FIG 1 eine einer Walzstraße nachgeordnete Kühlstrecke,
FIG 2 eine einer Walzstraße vorgeordnete Kühlstrecke,
FIG 3 eine innerhalb einer Walzstraße angeordnete Kühl strecke, FIG 4 eine einzelne Aufbringeinrichtung,
FIG 5 ein Zeitdiagramm,
FIG 6 ein Diagramm,
FIG 7 einen Abschnitt einer Versorgungsleitung mit einer
Pumpe,
FIG 8 ein Diagramm,
FIG 9 einen Abschnitt einer Versorgungsleitung mit einer
Pumpe,
FIG 10 die Funktionsweise einer Steuereinrichtung,
FIG 11 Spritzbalken und Spritzdüsen und
FIG 12 Spritzbalken und Spritzdüsen.
Beschreibung der Ausführungsformen
Gemäß FIG 1 soll ein heißes Walzgut 1 aus Metall in einer Kühlstrecke 2 gekühlt werden. Die Kühlstrecke 2 ist gemäß FIG 1 einer Walzstraße nachgeordnet. Dargestellt ist in FIG 1 nur ein Walzgerüst 3 der Walzstraße, nämlich das letzte Walzge rüst 3 der Walzstraße. In der Regel weist die Walzstraße je doch mehrere Walzgerüste 3 auf, die von dem heißen Walzgut 1 sequenziell nacheinander durchlaufen werden. Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 1 tritt das heiße Walzgut 1 unmittel bar nach dem Durchlaufen des letzten Walzgerüsts 3 der Walz straße in die Kühlstrecke 2 ein. Ein zeitlicher Abstand zwi schen dem Walzen im letzten Walzgerüst 3 der Walzstraße und dem Eintreten in die Kühlstrecke 2 liegt im Bereich weniger Sekunden .
Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstel lung in FIG 2 der Walzstraße vorgeordnet sein. Dargestellt ist in FIG 2 ebenfalls nur ein einziges Walzgerüst 4 der Walzstraße, nämlich das erste Walzgerüst 4 der Walzstraße. Oftmals weist die Walzstraße jedoch - ebenso wie bei der Aus gestaltung gemäß FIG 1 - mehrere Walzgerüste 3 auf, die von dem heißen Walzgut 1 sequenziell nacheinander durchlaufen werden. Im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 2 wird das heiße Walzgut 1 unmittelbar nach dem Auslaufen aus der Kühlstrecke 2 im ersten Walzgerüst 4 der Walzstraße gewalzt. Ein zeitli- eher Abstand zwischen dem Kühlen in der Kühlstrecke 2 und dem Walzen im ersten Walzgerüst 4 der Walzstraße liegt im Bereich weniger Minuten. Er kann aber auch nur wenige Sekunden betra gen .
Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstel lung in FIG 3 innerhalb der Walzstraße angeordnet sein. Dar gestellt sind in FIG 3 zwei Walzgerüste 5 der Walzstraße. In diesem Fall erfolgt das Kühlen des Walzguts 1 - genauer: ei nes Abschnitts des Walzguts 1 - in der Kühlstrecke 2 zwischen dem Walzen in den beiden Walzgerüsten 5 der Walzstraße. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Kühlen in der Kühlstrecke 2 und dem Walzen in den beiden aufeinanderfolgenden Walzgerüs ten 5 der Walzstraße liegt im Bereich weniger Sekunden. Gemäß der Darstellung in FIG 3 ist die Kühlstrecke 2 zwischen zwei aufeinander folgenden Walzgerüsten 5 der Walzstraße angeord net. Sie könnte sich aber auch über einen größeren Bereich erstrecken, so dass die Kühlstrecke 2 durch mindestens ein in FIG 3 nicht dargestelltes weiteres Walzgerüst in eine ent sprechende Anzahl von Abschnitten unterteilt wird.
Das Walzgut 1 besteht aus Metall. Beispielsweise kann das Walzgut 1 aus Stahl oder Aluminium bestehen. Auch andere Me talle sind möglich. Im Falle von Stahl liegt eine Temperatur des Walzguts 1 vor der Kühlstrecke 2 in der Regel zwischen 750 °C und 1.200 °C. In der Kühlstrecke 2 erfolgt eine Küh lung auf eine niedrigere Temperatur. Es ist im Einzelfall möglich, dass die niedrigere Temperatur nur geringfügig un terhalb der Temperatur vor der Kühlstrecke 2 liegt. Insbeson dere in dem Fall, dass die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nach geordnet ist, wird das Walzgut 1 jedoch in der Regel auf eine deutlich niedrigere Temperatur gekühlt, beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 200 °C und 700 °C.
Das heiße Walzgut 1 wird der Kühlstrecke 2 in einer horizon talen Transportrichtung x zugeführt. Innerhalb der Kühlstre cke 2 ändert das heiße Walzgut 1 seine Transportrichtung x nicht. Es wird also auch innerhalb der Kühlstrecke 2 horizon- tal transportiert. Nach dem Verlassen der Kühlstrecke 2 kann das Walzgut 1 seine Transportrichtung entweder beibehalten oder ändern. Falls das heiße Walzgut 1 ein Band ist, kann es beispielsweise schräg nach unten umgelenkt werden, um es ei nem Haspel zuzuführen. Falls das heiße Walzgut 1 ein Grob blech ist, behält es die Transportrichtung x meist bei. Ein für den Transport des heißen Walzguts 1 gegebenenfalls erfor derlicher Rollgang ist in den FIG nicht mit dargestellt.
Die Kühlstrecke 2 weist eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen 6 auf. Mittels der Aufbringeinrichtungen 6 wird ein Kühlmit tel 7 auf das Walzgut 1 aufgebracht. Bei dem Kühlmittel 7 handelt es sich um Wasser. Gegebenenfalls können dem Wasser in geringem Umfang (maximal 1 % bis 2 %) Zusätze beigefügt sein. In jedem Fall handelt es sich bei dem Kühlmittel 7 je doch um ein flüssiges, auf Wasser basierendes Kühlmittel.
Minimal ist eine einzige Aufbringeinrichtung 6 vorhanden. In vielen Fällen- sind jedoch mehrere Aufbringeinrichtungen 6 vorhanden. Beispielsweise können die Aufbringeinrichtungen entsprechend der Darstellung in FIG 1 hintereinander angeord net sein. In diesem Fall bringen die Aufbringeinrichtungen 6 ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmittel 7 sequenziell nach einander auf das Walzgut 1 auf. Der Begriff „sequenziell nacheinander" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf einen bestimmten Abschnitt des Walzguts 1, da dieser sequenziell nacheinander Bereiche durchläuft, in denen die einzelnen Auf bringeinrichtungen 6 ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmit tel 7 jeweils auf den entsprechenden Abschnitt des Walzguts 1 aufbringen. Die Anzahl an Aufbringeinrichtungen 6 liegt oft mals im zweistelligen, manchmal sogar im oberen zweistelligen Bereich. Eine sequenzielle Anordnung hintereinander ist in der Regel insbesondere dann realisiert, wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist. Sie kann aber auch bei an deren Fallgestaltungen gegeben sein.
Die Aufbringeinrichtungen 6 sind über eine jeweilige Versor gungsleitung 8 mit einem Reservoir 9 des Kühlmittels 7 ver- bunden . Das Reservoir 9 ist im vorliegenden Fall einheitlich für alle Aufbringeinrichtungen 6. Es könnten aber auch mehre re voneinander unabhängige Reservoire 9 vorhanden sein. In jeder Versorgungsleitung 8 ist eine jeweilige Pumpe 10 ange ordnet. Die Pumpen 10 können prinzipiell an beliebigen Stel len innerhalb der Versorgungsleitungen 8 angeordnet sein. In der Praxis ist es jedoch von Vorteil, wenn die Pumpen 10 mög lichst nahe am Reservoir 9 angeordnet sind.
Nachfolgend wird - stellvertretend für alle Aufbringeinrich tungen 6 - in Verbindung mit FIG 4 der Betrieb einer der Auf bringeinrichtungen 6 näher erläutert. Die anderen Aufbring einrichtungen 6 werden auf prinzipiell gleiche Art und Weise betrieben. Für jede Aufbringeinrichtung 6 kann die jeweilige Betriebsweise jedoch individuell bestimmt werden. Es ist also zwar möglich, aber nicht erforderlich, die Aufbringeinrich tungen 6 gleichartig zu betreiben.
Der Aufbringeinrichtung 6 wird über die Versorgungsleitung 8 und die Pumpe 10 aus dem Reservoir 9 ein Ist-Strom F des Kühlmittels 7 zugeführt. Der Ist-Strom F wird mittels der je weiligen Aufbringeinrichtung 6 auf das heiße Walzgut 1 aufge bracht. Ein Abstand der Aufbringeinrichtung 6 - beispielswei se von Spritzdüsen - vom Walzgut 1 liegt in der Regel zwi schen 20 cm und 200 cm.
Einer Steuereinrichtung 11 der Kühlstrecke 2 ist ein korres pondierender Soll-Strom F* bekannt, der mittels der Aufbring einrichtung 6 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht werden soll. Der Soll-Strom F* ist in der Regel zeitlich nicht kon stant, sondern variabel, also eine Funktion der Zeit t. Die Steuereinrichtung 11 ermittelt in Abhängigkeit von dem Soll- Strom F* des Kühlmittels 7 dynamisch einen Soll-Ansteuerzu- stand S* für die Pumpe 10. Sie steuert die Pumpe 10 entspre chend an. Die Pumpe 10 beaufschlagt dadurch das Kühlmittel 7 ausgangsseitig der Pumpe 10 mit einem ausgangsseitigen Druck pA. Der ausgangsseitige Druck pA variiert entsprechend dem Soll-Ansteuerzustand S*. Er liegt aber in jedem Betriebszu- stand unter 10 bar. Meist liegt er sogar bei maximal 6 bar.
In jedem Betriebszustand wird jedoch der von der Pumpe 10 ge förderte Ist-Strom F dem Soll-Strom F* jederzeit so weit wie möglich angenähert.
Der Soll-Ansteuerzustand S* ist auch ohne weiteres ermittel bar. Dies soll nachstehend anhand eines einfachen Beispiels erläutert werden .
Man nehme an, die Pumpe 10 sei in unmittelbarer Nähe des Re servoirs 9 angeordnet. Die Versorgungsleitung 8 weise eine Länge 1 und einen Querschnitt A auf. Mit pE wird nachfolgend der Druck eingangsseitig der Pumpe 10 bezeichnet. Mit pO sei der Druck in der Aufbringeinrichtung 6 bezeichnet.
Dann gilt zunächst die Beziehung
FN ist ein Nennstrom, der aus der Aufbringeinrichtung 6 aus strömt, wenn das Kühlmittel 7 in der Aufbringeinrichtung ei nen Nenndruck pN aufweist. Der Nennstrom FN und der Nenndruck pN sind durch die Bauart der Aufbringeinrichtung 6 festgelegt und bestimmt. Sie können beispielsweise durch einmalige Mes sung des Flusses bestimmt werden, der sich bei einem - prin zipiell beliebig festgelegten - Druck ergibt.
Weiterhin gilt für den Ist-Strom F die Beziehung mit p = Dichte des Kühlmittels 7 und r = Widerstandsbeiwert für den Strömungswiderstand des Kühlmittels 7 in der Versor gungsleitung 8. Wenn man nun Gleichung (1) nach dem Druck pO auflöst und in Gleichung (2) einsetzt, ergibt sich die nachstehende Glei chung (3) :
Gleichung (3) wird nunmehr nach pA aufgelöst:
Der Ist-Strom F ist ohne weiteres gegeben. Beispielsweise kann er gemessen werden. Die gewünschte zeitliche Ableitung des Ist-Stromes F ergibt sich direkt aus der Differenz des Soll-Stromes F* und des Ist-Stromes F. Gegebenenfalls kann die zeitliche Ableitung des Ist-Stromes F begrenzt werden, um den ausgangsseitigen Druck pA innerhalb zulässiger Grenzen zu halten .
Somit ist der erforderliche ausgangsseitige Druck pA ohne weiteres ermittelbar. Mit dem gewünschten ausgangsseitigen Druck pA und dem eingangsseitigen Druck pE kann jedoch gemäß der in der Regel ohne weiteres bekannten Kennlinie f der Pum pe 10 die zugehörige Drehzahl n ermittelt werden: n f(pA - pE, F) (5)
Weiterhin kann der Ist-Strom F, sofern er nicht messtechnisch erfasst wird, ohne weiteres anhand der Beziehung ermittelt werden, wobei F0 eine geeignet gewählte Konstante ist . Weiterhin steht der Steuereinrichtung 11 - entweder durch messtechnische Erfassung oder durch rechnerische Ermittlung gemäß Gleichung (6) - jederzeit der Ist-Strom F zur Verfü gung. Dies ist erforderlich, um einen thermodynamischen Ener giezustand H des Walzguts 1 rechnerisch fortschreiben zu kön nen. Hierauf wird später noch näher eingegangen werden. Als Totzeit der Aufbringeinrichtung 6 tritt lediglich noch die in der Regel sehr kleine Zeit auf, die das Kühlmittel 7 benö tigt, um - gerechnet ab dem Austreten aus der Aufbringein richtung 6 - auf das Walzgut 1 aufzutreffen.
Es kann nach Bedarf eine Steuerung oder eine Regelung erfol gen. Im Falle einer Regelung wird eingangsseitig oder aus gangsseitig der Pumpe 10 der Ist-Strom F erfasst und der Steuereinrichtung 11 zugeführt. Wenn keine derartige Erfas sung erfolgt, erfolgt eine Steuerung des Ist-Stroms F.
Um die Pumpe 10 entsprechend ansteuern zu können, muss die Pumpe 10 - genauer: deren Antrieb 12 - mit variabler Drehzahl betrieben werden können. Beispielsweise kann der Antrieb 12 der Pumpe 10 zu diesem Zweck umrichtergesteuert sein. Derar tige Steuerungen sind Fachleuten allgemein bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Die Pumpe 10 ist vorzugs weise in einem Regelbereich zwischen 0 und einer Maximaldreh zahl betreibbar. Eine Abdichtung der Pumpe 10 sollte auch für niedrige Drehzahlen ausgelegt sein. Dies ist jedoch ohne wei teres möglich. Entsprechende Pumpen 10 sind Fachleuten be kannt .
Zum Anpassen des Ist-Stroms F an den Soll-Strom F* wird also die Pumpe 10 entsprechend dynamisch angesteuert und dadurch der Ist-Strom F dem Soll-Strom F* so weit wie möglich angenä hert. Hingegen wird - im Gegensatz zum Stand der Technik - kein in der Versorgungsleitung 8 angeordnetes Ventil ange steuert. Ein derartiges Ventil - sollte es vorhanden sein - bleibt vielmehr permanent vollständig geöffnet. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens ist es al so möglich, dass zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringein richtung 6 keine Absperreinrichtung angeordnet ist. Alterna tiv ist es entsprechend der Darstellung in FIG 4 möglich, dass zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 eine derartige Absperreinrichtung 13 angeordnet ist. Die Absperr einrichtung 13 ist in FIG 4 nur gestrichelt eingezeichnet, weil sie zwar vorhanden sein kann, aber nicht vorhanden sein muss. Wenn die Absperreinrichtung 13 vorhanden ist, kann die Absperreinrichtung 13 auf zwei verschiedene Arten betrieben werden .
Zum einen ist es möglich, dass die Absperreinrichtung 13 wäh rend des Transports des Walzguts 1 durch die Kühlstrecke 2 permanent vollständig geöffnet gehalten wird. Dies ist in FIG 5 dadurch verdeutlicht, dass das Walzgut 1 zu einem Zeitpunkt tl in die Kühlstrecke 2 einläuft. Bereits vor dem Zeitpunkt tl wird jedoch zu einem Zeitpunkt t2 die Absperreinrichtung 13 geöffnet. In analoger Weise läuft das Walzgut 1 zu einem Zeitpunkt t3 aus der Kühlstrecke 2 aus. Erst nach dem Zeit punkt t3 wird die Absperreinrichtung 13 zu einem Zeitpunkt t4 wieder geschlossen. Zwischen den Zeitpunkten t2 und t4 bleibt die Absperreinrichtung 13 permanent vollständig geöffnet.
Zum anderen ist es möglich, dass die Absperreinrichtung 13 ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der Pumpe 10 unterhalb einer Minimaldrehzahl nmin liegt. Dies wird nachstehend in Verbindung mit FIG 6 näher erläutert. Ge mäß FIG 6 kann die Drehzahl der Pumpe 10 zwischen 0 und einer Nenndrehzahl nmax variieren. Wenn und solange die Drehzahl n unterhalb einer Minimaldrehzahl nmin bleibt, kann die Ab sperreinrichtung 13 betätigt werden. Dies gilt sowohl für ein Öffnen als auch für ein Schließen der Absperreinrichtung 13. Wenn und sobald die Drehzahl n jedoch die Minimaldrehzahl nmin erreicht oder überschreitet, bleibt die Absperreinrich tung 13 geöffnet. Insbesondere muss in diesem Fall daher zu nächst bei einer sehr kleinen Drehzahl n die Absperreinrich tung 13 geöffnet werden. Danach erfolgt der Betrieb der Auf- bringeinrichtung 6, während dessen zum Einstellen des Ist- Stromes F ausschließlich die Pumpe 10 entsprechend angesteu ert wird. Erst wenn die Drehzahl n die Minimaldrehzahl nmin wieder unterschreitet, kann und darf die Absperreinrichtung 13 wieder betätigt werden.
Je nach Art der Pumpe 10 muss die Pumpe 10, wenn sie betrie ben wird, stets einen Mindeststrom fördern. Der Mindeststrom kann größer als der Soll-Strom F* sein. Um auch diesen Fall mit abdecken zu können, ist es entsprechend der Darstellung in FIG 7 möglich, der Pumpe 10 eine Rückleitung 14 parallel zu ordnen. Die Rückleitung 14 weist jedoch einen kleineren Querschnitt als die Versorgungsleitung 8 auf. Denn insbeson dere muss die Rückleitung 14 lediglich dafür ausgelegt sein, den Mindeststrom fördern zu können. Die Versorgungsleitung 8 muss hingegen dafür ausgelegt sein, einen Maximalstrom för dern zu können, wobei der Maximalstrom größer - in der Regel erheblich größer - als der Mindeststrom ist. Durch die Aus gestaltung gemäß FIG 7 wird ermöglicht, als Pumpe 10 eine Pumpe zu verwenden, bei der konstruktionsbedingt immer ein gewisser Mindeststrom an Kühlmittel 7 aufrechterhalten werden muss. Der Mindeststrom ist aber erheblich kleiner als der ma ximal mögliche Strom an Kühlmittel 7. Wenn im Fall der Aus gestaltung gemäß FIG 7 auf das Walzgut 1 eine Menge an Kühl mittel 7 aufgebracht werden soll, die kleiner als der Min deststrom ist, ist es lediglich erforderlich, ein in der Rückleitung 14 angeordnetes Ventil 15 entsprechend zu öffnen (Bypass-Betrieb) . Weiterhin muss in diesem Fall die Absperr einrichtung 13 vorhanden sein. Die Absperreinrichtung 13 und das Ventil 15 müssen in diesem Fall als Regelventile ausge bildet sein. Auch in diesem Fall wird die Absperreinrichtung 13 jedoch nur dann (vollständig oder teilweise) geschlossen, wenn der Ist-Strom F unter dem Minimalstrom liegt. Die Situa tion, dass der Soll-Strom F* Werte unterhalb des Mindest stroms annimmt, tritt in der Praxis nur sehr selten auf. Im Regelfall - wenn also der Ist-Strom F oberhalb des Minimal stroms liegt - kann die Absperreinrichtung 13 also vollstän- dig geöffnet und das Bypassventil 15 vollständig geschlossen bleiben .
Gemäß FIG 8 kann der Soll-Strom F* variieren. Bei größeren Werten liegt eine Drehzahl n der Pumpe 10 bei nennenswerten Werten, so dass die Pumpe 10 das Kühlmittel 7 aktiv fördert (pumpt) . Die Pumpe 10 verbraucht dadurch Energie E. Wenn der Soll-Strom F* jedoch kleiner wird, kann es geschehen, dass die Pumpe 10 zwar weiterhin in der gleichen Drehrichtung ro tiert wie bei größeren Werten, die Pumpe 10 jedoch generato risch betrieben wird. Sie gibt also Energie E ab. Beispiels weise kann die Energie E über den Antrieb 12 der Pumpe 10 in ein Versorgungsnetz zurück gespeist werden. Es ist sogar mög lich, dass die Pumpe 10 mit invertierten Drehrichtung betrie ben wird („Drehzahl n < 0") . In diesem Fall verbraucht die Pumpe 10 weiterhin Energie, da sie aktiv versucht, Kühlmittel 7 zurückzufördern.
Wenn die Pumpe 10 in manchen Betriebszuständen mit invertier ten Drehrichtung betrieben wird, ist vorzugsweise entspre chend der Darstellung in FIG 9 zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 ein Rückschlagventil 16 oder eine Rück schlagklappe angeordnet. Das Rückschlagventil 16 bzw. die Rückschlagklappe können rein passiv arbeiten. Das Rückschlag ventil 16 bzw. die Rückschlagklappe können beispielsweise mit einer leichten Federkraft beaufschlagt sein, so dass sie zwar auf die geschlossene Stellung zu vorbelastet sind, aber be reits bei einem sehr kleinen Druck öffnen. Das Rückschlagven til 16 bzw. die Rückschlagklappe müssen von der Steuerein richtung 11 nicht aktiv angesteuert werden. Das Rückschlag ventil 16 bzw. die Rückschlagklappe verhindern insbesondere, dass die Versorgungsleitung 8 zwischen der Pumpe 10 und der Aufbringeinrichtung 6 bei invertierter Drehrichtung leer läuft. In diesem Fall kann nach einem etwaigen Schließen der Absperreinrichtung 13 die Pumpe 10 abgeschaltet werden, so bald die Absperreinrichtung 13 geschlossen ist, also weiteren Fluss des Kühlmittels 7 blockiert. Da die Absperreinrichtung 13 den Fluss des Kühlmittels 7 aber nicht abbremsen muss, sondern lediglich dann schließt, wenn der Fluss des Kühlmit tels 7 bereits gestoppt oder zumindest im wesentlichen ge stoppt ist, genügt eine vergleichsweise einfache Ausführungs form der Absperreinrichtung 13. Weiterhin kann die Absperr einrichtung 13 eine geringe Dynamik aufweisen, da dynamische Einstellungen durch die Pumpe 10 erfolgen. Weiterhin ist ein derartiges Rückschlagventil 16 oder eine derartige Rück schlagklappe auch dann erforderlich, wenn über die Pumpe 10 eine oberhalb des Walzguts 1 angeordnete Aufbringeinrichtung 6 gespeist wird. Denn anderenfalls würde das Kühlmittel 7 bei Drehzahl 0 rückwärts durch die Pumpe 10 in das Reservoir 9 zurückfließen. Dadurch könnte sich ein Pufferbereich der Auf bringeinrichtung 6 leeren. Der Pufferbereich müsste dann erst wieder gefüllt werden, wenn die Pumpe 10 wieder eingeschaltet wird. Dies würde die effektive Reaktionszeit der Aufbringein richtung 6 erhöhen, was - selbstverständlich - nicht er wünscht ist.
Wenn das Kühlmittel 7 eingangsseitig der Pumpe 10 drucklos zur Verfügung gestellt wird, kann die Pumpe 10 übliche Schau felräder aufweisen. Hat das Kühlmittel 7 hingegen einen Vor druck, beispielsweise 1 bar, kann die Pumpe 10 derart ausge legt sein, dass im Stillstand der Pumpe 10 das Kühlmittel 7 nicht einfach durchfließen kann. Die Pumpe 10 muss in diesem Fall derart ausgelegt sein, dass sie bei Stillstand zumindest weitgehend abdichtet. Alternativ kann die Pumpe 10 derart ausgelegt sein, dass sie auch rückwärts betreibbar ist. Ins besondere im letztgenannten Fall ist nach dem Reduzieren des Ist-Stromes F auf 0 das Betätigen der Absperreinrichtung 13 sinnvoll. Insbesondere in Fällen, in denen das Kühlmittel 7 einen Vordruck aufweist, sind die obenstehend in Verbindung mit FIG 9 erläuterten Betriebsweisen sinnvoll.
Es ist, wie bereits erwähnt, möglich, dass eine reine Steue rung der Pumpe 10 erfolgt. Vorzugsweise wird jedoch entspre chend der Darstellung in FIG 4 vor der Pumpe 10 der eingangs seitige Druck pE des flüssigen Kühlmittels 7 erfasst und der Steuereinrichtung 11 zugeführt. In diesem Fall berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 den erfassten eingangsseitigen Druck pE bei der Ermittlung des Soll-Ansteuerzustands der Pumpe 10. Gleichwertig mit einer Druckfassung ist in vielen Fällen eine Erfassung des Wasserniveaus im Reservoir 9. Gegebenenfalls ist es, wie ebenfalls in FIG 4 dargestellt, weiterhin mög lich, zusätzlich auch hinter der Pumpe 10 den ausgangsseiti gen Druck pA zu erfassen und der Steuereinrichtung 11 zuzu führen. In diesem Fall berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 zusätzlich auch den erfassten ausgangsseitigen Druck pA bei der Ermittlung des Soll-Ansteuerzustands der Pumpe 10.
Es ist möglich, dass der Soll-Strom F* der Steuereinrichtung 11 direkt und unmittelbar vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung 11 jedoch der thermodynamische Energie zustand H des Walzguts 1 unmittelbar vor Erreichen der Auf bringeinrichtung 6 bekannt. Bei dem thermodynamischen Ener giezustand H kann es sich insbesondere um die Enthalpie oder die Temperatur eines jeweiligen Abschnitts des Walzguts 1 handeln. In diesem Fall ermittelt die Steuereinrichtung 11 entsprechend der Darstellung in FIG 10 zunächst in Abhängig keit von dem thermodynamischen Energiezustand H den Soll- Strom F* und sodann anhand des Soll-Stroms F* den zugehörigen Soll-Ansteuerzustand S*. Insbesondere ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 11 ein örtlicher oder zeitlicher Soll- Verlauf des thermodynamischen Energiezustands H vorgegeben wird, der nach Möglichkeit eingehalten werden soll. Die Steu ereinrichtung 11 kann daher ermitteln, welcher thermodynami sche Energiezustand H unmittelbar hinter der Aufbringeinrich tung 6 vorliegen soll. Durch Vergleich mit dem tatsächlichen thermodynamischen Energiezustand H unmittelbar vor der Auf bringeinrichtung 6 kann die Steuereinrichtung 11 daher ermit teln, welche Menge an Kühlmittel 7 auf den entsprechenden Ab schnitt des Walzguts 1 aufgebracht werden muss, damit der tatsächliche thermodynamische Energiezustand H unmittelbar hinter der Aufbringeinrichtung 6 dem gewünschten Sollzustand möglichst gut entspricht. Die erforderliche Menge an Kühlmit tel 7 definiert dann in Verbindung mit der Zeit, welche der entsprechende Abschnitt des Walzguts 1 zum Durchlaufen der Aufbringeinrichtung 6 benötigt, den Soll-Strom F* .
Die gesamten, obenstehend in Verbindung mit einer der Auf bringeinrichtungen 6 und deren zugehörigen Komponenten erläu terten Vorgehensweisen können in völlig analoger Art und Wei se auch für die anderen Aufbringeinrichtungen 6 ausgeführt werden. Die genannte Vorgehensweise wird weiterhin, wie be reits erwähnt, jeweils für einen Abschnitt des Walzguts 1 durchgeführt .
Der thermodynamische Energiezustand H des entsprechenden Ab schnitts des Walzguts 1 variiert von Aufbringeinrichtung 6 zu Aufbringeinrichtung 6. Insbesondere wird er durch jede der Aufbringeinrichtungen 6 geändert. Für die Aufbringeinrichtung 6, welche ihren Anteil an Kühlmittel 7 zuerst auf das Walzgut 1 aufbringt, kann der thermodynamische Energiezustand H der Steuereinrichtung 11 als solcher vorgegeben sein. Beispiels weise kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 eingangssei tig der Kühlstrecke 2 ein Temperaturmessplatz 17 angeordnet sein, mittels dessen für die einzelnen Abschnitte des Walz guts 1 jeweils die Temperatur T erfasst wird. Die erfasste Temperatur T wird dann dem jeweiligen Abschnitt zugeordnet.
Für jeden Abschnitt wird während seines Durchlaufs durch die Kühlstrecke 2 eine Wegverfolgung implementiert. Für jede wei tere Aufbringeinrichtung 6, die ihren Anteil an Kühlmittel 7 später aufbringt, muss jedoch der entsprechende thermodynami sche Energiezustand H des Walzguts 1 (bzw. des entsprechenden Abschnitts des Walzguts 1) fortgeschrieben werden. Hierbei berücksichtigt die Steuereinrichtung 11 insbesondere den thermodynamischen Energiezustand H unmittelbar vor der unmit telbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung 6 und die Menge an Kühlmittel 7, welche die unmittelbar vorhergehende Aufbring einrichtung 6 auf das Walzgut 1 aufbringt. Bezüglich der Men ge an Kühlmittel 7 kann die Steuereinrichtung 11 alternativ den Soll-Strom F* oder den Ist-Strom F der unmittelbar vor hergehenden Aufbringeinrichtung 6 berücksichtigen. Sie ermit- telt also sequenziell nacheinander für die Aufbringeinrich tungen 6 jeweils den thermodynamischen Energiezustand H des Walzguts 1. Soweit erforderlich, kann die Steuereinrichtung 11 in diesem Zusammenhang eine Wärmeleitungsgleichung und ei ne Phasenumwandlungsgleichung ansetzen und iterativ lösen.
In vielen Fällen ist das Walzgut 1 ein flaches Walzgut, bei spielsweise ein Band oder ein Grobblech. In diesem Fall ist es möglich, dass das flüssige Kühlmittel 7 mittels jeder ein zelnen Aufbringeinrichtung 6 von beiden Seiten auf das Walz gut 1 aufgebracht wird. Diese Vorgehensweise wird oftmals bei einer Kühlstrecke 2 ergriffen, die der Walzstraße vorgeordnet oder in der Walzstraße angeordnet ist. Sie kann aber auch er griffen werden, wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachge ordnet ist. Insbesondere wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstra ße nachgeordnet ist, wird das flüssige Kühlmittel 7 jedoch in der Regel mittels jeder einzelnen Aufbringeinrichtung 6 nur von einer Seite auf das Walzgut 1 aufgebracht, insbesondere von oben oder von unten. Selbstverständlich ist es auch in diesem Fall möglich, auf beide Seiten des flachen Walzguts 1 Kühlmittel 7 aufzubringen. In diesem Fall erfolgt dies jedoch durch voneinander verschiedene Aufbringeinrichtungen 6, denen jeweils eine eigene Pumpe 10 zugeordnet ist, wobei die Pumpe 10 unabhängig von den Pumpen 10 der anderen Aufbringeinrich tungen 6 angesteuert wird.
Im Extremfall ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 6 jeweils nur eine einzige Spritzdüse 18 aufweisen. In der Regel weisen die Aufbringeinrichtungen 6 jedoch jeweils meh rere Spritzdüsen 18 auf. Die Spritzdüsen 18 können entspre chend der Darstellung in FIG 11 in Transportrichtung x des Walzguts 1 gesehen hintereinander angeordnet sein. Die
Spritzdüsen 18 können beispielsweise innerhalb eines einzel nen Spritzbalkens 19 hintereinander angeordnet sein. Es kön nen auch mehrere in Transportrichtung x hintereinander ange ordnete Spritzbalken 19 zu einer (1) Aufbringeinrichtung 6 zusammengefasst sein. Dies gilt unabhängig davon, ob der je weilige Spritzbalken 19 als solcher mehrere hintereinander angeordnete Spritzdüsen 18 aufweist oder nicht. Entscheidend ist in jedem Fall, dass jede Aufbringeinrichtung 6 jeweils über ihre eigene Versorgungsleitung 8 ihre eigene Pumpe 10 individuell mit Kühlmittel 7 versorgt wird, wobei die Pumpe 10 zur Einstellung des jeweiligen Ist-Stroms F individuell angesteuert wird.
Die Aufbringeinrichtungen 6 können entsprechend der Darstel lung in FIG 12 weiterhin oftmals mehrere Spritzdüsen 18 auf weisen, die quer zur Transportrichtung x des Walzguts 1 gese hen nebeneinander angeordnet sind. Eine derartige Ausgestal tung kann insbesondere bei einem flachen Walzgut 1 sinnvoll sein, also bei einem Band oder einem Grobblech. Die Aufbring einrichtungen 6 können sich in diesem Fall über die volle Breite des Walzguts 1 erstrecken. Alternativ ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 6 sich nur über einen Teil der Breite erstrecken. Dies ist rein beispielhaft im linken Teil von FIG 12 für einen Spritzbalken 19 dargestellt, der - rein beispielhaft - in seiner Breite in drei Aufbringeinrichtungen 6 aufgeteilt ist. In diesem Fall sind also nebeneinander meh rere Aufbringeinrichtungen 6 angeordnet, die über jeweils ei ne eigene Versorgungsleitung 8 und eine eigene Pumpe 10 mit Kühlmittel 7 versorgt werden, wobei die Pumpen 10 unabhängig voneinander angesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf, von denen nachstehend einige aufgeführt sind.
Da die Zufuhr an Kühlmittel 7 nicht gesperrt wird, gibt es keine Druckschläge, wenn die Menge an Kühlmittel 7 abrupt re duziert wird. Ein Abschalten ist im Bereich von wenigen Zehn telsekunden (oftmals unter 0,2 s, manchmal sogar unter 0,1 s) möglich. Gleiches gilt bei einem Hochfahren der geförderten Menge an Kühlmittel 7. Entsprechend schnell lässt sich auch der Ist-Fluss F der jeweiligen Aufbringeinrichtung 6 einstel len. Die Antriebe 12 für die Pumpen 10 können sehr genau ge steuert werden. Eine übliche Genauigkeit der Drehzahl n liegt im Bereich von 0,1 %. Mit der gleichen oder einer ähnlichen Genauigkeit lässt sich auch der Ist-Strom F für die jeweilige Aufbringeinrichtung 6 einstellen. Unter Berücksichtigung des Ansprechverhaltens der Antriebe 12 dürfte aller Wahrschein lichkeit nach ein Nachführen des Ist-Flusses F mit 1 % Genau igkeit in weniger als 0,5 s erreicht werden können, mögli cherweise sogar in 0,2 s bis 0,3 s.
Wird das Kühlmittel 7 den Pumpen 10 eingangsseitig drucklos zur Verfügung gestellt, lassen sich besonders schnelle Regel zeiten erreichen. Hierzu ein Zahlenbeispiel: Man nehme an, die Entfernung des Reservoirs 9 von einer der Aufbringein richtungen 6 und damit die Länge der zugehörigen Versorgungs leitung 8 liege bei einer durchaus üblichen Länge von 10 m. Strömungsgeschwindigkeiten in der Versorgungsleitung 8 bei maximalem Durchfluss liegen normalerweise bei ca. 3 m/s. Wird eine derartige Flüssigkeitsmenge mit 2 bar Druck beschleu nigt, ergibt sich eine Beschleunigung von 20 m/s2. Mit einer derartigen Beschleunigung kann man die Flüssigkeitsmenge mit einer Zeitkonstante von 150 ms von 0 auf maximalen Durchfluss beschleunigen. Reduziert man die Druckerhöhung durch die Pum pe 10 schlagartig auf 0, baut sich die Flüssigkeitsmenge mit einer Zeitkonstante von 150 ms wieder auf Null ab, da die Aufbringeinrichtung 6 dem Durchfluss anfangs 2 bar Gegendruck entgegensetzt. Auf diese Weise ergeben sich extrem schnelle Einstellzeiten, wie sie im Stand der Technik auch nicht annä hernd erreichbar sind. Noch schneller ist die Regelung, wenn die Pumpe 10 nicht nur die Druckerhöhung auf Null reduziert, sondern die Flüssigkeitsmenge sogar aktiv bremst.
Wenn das Kühlmittel 7 den Pumpen 10 - mit oder ohne Vordruck - eingangsseitig über eine gemeinsame Rohrleitung zugeführt wird, sind die Pumpen 10 eingangsseitig gekoppelt. In diesem Fall muss auch die Beschleunigung der effektiven Flüssig keitssäule in dieser gemeinsamen Rohrleitung berücksichtigt werden. Dies kann insbesondere dann Auswirkungen haben, wenn viele der Pumpen 10 gleichzeitig hochgefahren oder gleichzei tig heruntergefahren werden sollen. In der Praxis kommt die ser Zustand jedoch nur selten vor, so dass die hierbei auf- tretende Problematik tolerierbar ist. Darüber hinaus kann das Problem durch eine geeignete vorausschauende Ansteuerung der Pumpen 10 vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 ist mit einem niedrigen Energieverbrauch betreibbar. Beispielsweise können einige der Aufbringeinrichtungen 6 als übliche unterseitige Intensiv kühlbalken mit einer Spritzhöhe von 20 m ausgebildet sein, die das Kühlmittel 7 von unten auf das Walzgut 1 aufbringen. In diesem Fall kann man die entsprechende Aufbringeinrichtung 6 bei einer angenommenen Menge an Kühlmittel 7 von 360 m3/h mit einer Pumpe 10 mit einer Nennleistung von 25 kW betrei ben. Denn 360 m3/h entsprechen 0,1 m3/s. 20 m Spritzhöhe ent sprechen einem Betriebsdruck von 2 bar, also 200 kPa . Die me chanische Leistung zum Fördern eines derartigen Ist-Flusses F ergibt sich somit zu 0,1 m3/s x 200 kPa = 20 kW. Selbst bei einem Wirkungsgrad von nur 80 % sind somit 25 kW Pumpenleis tung völlig ausreichend. Bei einer Intensivkühlung des Stan des der Technik wird hingegen mit rund dem doppelten Druck gearbeitet. Ähnliche Zahlen ergeben sich für eine oberseitige Intensivkühlung .
Die Energieeinsparung wird noch sehr viel größer, wenn die jeweilige Aufbringeinrichtung 6 mit einer geringeren Wasser menge betrieben wird. Denn bei einer herkömmlichen Intensiv kühlung wird die Reduktion der Wassermenge durch Schließen eines Ventils erreicht. Der Druck (4 bar) wird aufrechterhal ten, die Pumpe 10 läuft oftmals mit der vollen Fördermenge weiter. Bei der erfindungsgemäßen Kühlstrecke 2 hingegen re duziert man einfach die Drehzahl n der Pumpe 10. Hierbei tritt bei der halben Wassermenge nur noch eine Spritzhöhe von 5 m auf. Es muss also nur noch die halbe Menge mit einem Viertel der Spritzhöhe gefördert werden. Damit wird nur noch 1/8 der vollen Leistung benötigt, also etwas über 3 kW. Bei der Intensivkühlung des Standes der Technik müssen hingegen noch rund 25 kW aufgewendet werden. Der Verschleiß an Pumpen 10 und Antrieben 12 ist gering. Ty pische Standzeiten für Pumpenlager sind 100.000 Stunden und mehr. Damit können die Pumpen 10 über 11 Jahre lang durchge hend betrieben werden, ohne dass eine Wartung erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Kühlstrecke 2 ist also sehr aus fallsicher und benötigt bezüglich der Pumpen 10 und der An triebe 12 nahezu keine Wartung.
Ein weiterer Vorteil, der sich ergibt, besteht in einem sehr flexiblen Betrieb der Kühlstrecke 2. Insbesondere können ein und dieselben Aufbringeinrichtungen 6 verwendet werden und nach Bedarf als Intensivkühlung oder als Laminarkühlung be trieben werden. Der nutzbare Regelbereich liegt meist zwi schen 5 % und 100 % der maximal förderbaren Kühlmittelmenge.
Die Ausstattung der Kühlstrecke 2 mit der erforderlichen An zahl von Pumpen 10 und zugehörigen Antrieben 12 einschließ lich der ebenfalls zugehörigen Antriebsregelungen erfordert zwar eine gewisse Investition. Diese einmalige Investition kompensiert sich jedoch relativ schnell durch die geringeren Betriebskosten und die erhöhte Anlagenverfügbarkeit. Darüber hinaus relativieren sich die Kosten, wenn man berücksichtigt, dass auch für eine konventionelle Kühlstrecke bei Verwendung von hochwertigen Kugelventilen erhebliche Kosten anfallen. Hierzu eine Abschätzung: Bei einer Kühlstrecke mit 100 oberen Spritzbalken 19 und 100 unteren Spritzbalken 19, die jeweils individuell mit einem jeweiligen Kugelventil geregelt werden, fallen für die Kugelventile Kosten in Höhe von ca. 700.000 € an. Für den gleichen Betrag könnte man auch eine erfindungs gemäße Kühlstrecke 2 bauen, bei der 100 obere Spritzbalken über 50 Pumpen 10 versorgt werden und 100 untere Spritzbalken über 50 untere Pumpen versorgt werden. Trotz der geringeren Anzahl an individuell ansteuerbaren Spritzbalken 19 ergibt sich dennoch eine überlegene Kühlung, weil die Spritzbalken 19 mit erheblich höherer Dynamik angesteuert werden können.
Bei einer Intensivkühlung bewegen sich die Kosten für die er findungsgemäße Kühlstrecke 2 in derselben Größenordnung wie die Kosten für eine konventionelle Intensivkühlung. Bei bei spielsweise je 16 oberen und unteren Spritzbalken 19 sind insgesamt 32 relativ kleine Pumpen 10 und die zugehörigen An triebe 12 zu je 25 kW mit einer elektrischen Gesamtleistung von 800 kW erforderlich. Demgegenüber steht eine Investition bei einer konventionellen Kühlstrecke in 32 Kugelventile, 32 pneumatische Stellmotoren, 5 Boosterpumpen zu je 400 kW (eine Pumpe ist Reserve) und 5 entsprechend groß dimensionierte Frequenzumrichter .
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge schränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus ab- geleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu ver lassen .
Bezugszeichenliste
1 Walzgut
2 Kühlstrecke
3 bis 5 Walzgerüste
6 Aufbringeinrichtungen
7 Kühlmittel
8 Versorgungsleitungen
9 Reservoir
10 Pumpen
11 Steuereinrichtung
12 Antriebe
13 Absperreinrichtung
14 Rückleitung
15 Ventil
16 Rückschlagventil
17 Temperaturmessplatz
18 Spritzdüsen
19 Spritzbalken
E Energie
F Ist-Strom
p* Soll-Strom
Fmax Maximalström
Fmin Minimalstrom
H thermodynamischer Energiezustand n Drehzahl
nmin Minimaldrehzahl
nmax Maximaldrehzahl
pO Druck in der Aufbringeinrichtung pA ausgangsseitiger Druck
pE eingangsseitiger Druck
S* Ansteuerzustand
t Zeit
tl bis t4 Zeitpunkte
x Transportrichtung

Claims

Ansprüche
1. Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke (2), die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt wird,
- wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) der Kühl strecke (2) über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) und eine jeweilige Pumpe (10) ein jeweiliger Ist-Strom (F) ei nes flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zuge führt wird,
- wobei der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) mit tels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
- wobei das heiße Walzgut (1) innerhalb der Kühlstrecke (2) während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer hori zontalen Transportrichtung (x) transportiert wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass eine Steuereinrichtung (11) der Kühlstrecke (2) in Ab hängigkeit von einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrich tung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweili gen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) ermittelt und die jeweilige Pumpe (10) entsprechend ansteu ert, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte je weilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jeder zeit so weit wie möglich angenähert wird.
2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6)
- entweder keine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist
- oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) während des Transports des Walzguts (1) durch die Kühlstrecke (2) jedoch permanent vollständig geöffnet gehalten wird - oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) jedoch sowohl öffnend als auch schließend ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe (10) unterhalb einer Minimal drehzahl liegt.
3. Betriebsverfahren 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 der jeweiligen Pumpe (6) eine Rückleitung (14) parallel geordnet ist und dass die Rückleitung (14) einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Versorgungsleitung (8) auf weist .
4. Betriebsverfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die jeweilige Pumpe (10) immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom (F*) einen jeweiligen unteren Grenzwert unter schreitet, generatorisch betrieben wird oder mit invertierter Drehrichtung betrieben wird.
5. Betriebsverfahren nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in der jeweiligen Versorgungsleitung (8) zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) ein Rückschlagventil (16) oder eine Rückschlagklappe an geordnet ist.
6. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass vor der jeweiligen Pumpe (10) ein eingangsseitiger Druck (pE) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten eingangsseitigen Druck (pE) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
7. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass hinter der jeweiligen Pumpe (10) ein ausgangsseitiger Druck (pA) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten ausgangsseiti gen Druck (pA) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-An- steuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
8. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen Soll-Strom (F*) in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Erreichen der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) bestehenden jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) ermit telt .
9. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die Ist-Ströme (F) des Kühlmittels (7) mittels der Aufbringeinrichtungen (6) sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht werden und
- dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen thermodyna mischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) anhand des thermodynamischen Energiezustands (H) des Walzguts (1) vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) un ter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms (F*) des Kühlmittels (7) oder des Ist-Stroms (F) des Kühlmittels (7) ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Auf bringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird bzw. aufgebracht werden soll.
10. Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mit tels derer ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) aufweist, denen über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) der Kühlstrecke und eine jeweilige Pumpe (10) der Kühl strecke ein jeweiliger Ist-Strom (F) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt wird, - wobei der jeweilige Ist-Strom (F) des Kühlmittels (7) mit tels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
- wobei das heiße Walzgut (1) in der Kühlstrecke während des Aufbringens des Kühlmittels (7) in einer horizontalen
Transportrichtung (x) transportiert wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung (11) aufweist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (11) derart ausgebildet ist, dass sie in Abhängigkeit von einem mittels der jeweiligen Auf bringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringen den jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (S*) für die jeweilige Pumpe (10) ermittelt und die jeweilige Pumpe (10) entspre- chend ansteuert, so dass der von der jeweiligen Pumpe (10) geförderte jeweilige Ist-Strom (F) dem jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
11. Kühlstrecke nach Anspruch 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6)
- entweder keine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist
- oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) während des Transports des Walzguts
(I) durch die Kühlstrecke (2) von der Steuereinrichtung
(II) jedoch permanent vollständig geöffnet gehalten wird
- oder zwar eine Absperreinrichtung (13) angeordnet ist, die Absperreinrichtung (13) von der Steuereinrichtung (11) je- doch sowohl öffnend als auch schließend ausschließlich dann betätigt wird, wenn eine Drehzahl der jeweiligen Pumpe (10) unterhalb einer Minimaldrehzahl liegt.
12. Kühlstrecke nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der jeweiligen Pumpe (6) eine Rückleitung (14) parallel geordnet ist und dass die Rückleitung (14) einen kleineren Querschnitt als die jeweilige Versorgungsleitung (8) auf weist .
13. Kühlstrecke nach Anspruch 10, 11 oder 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die jeweilige Pumpe (10) immer dann, wenn der jeweilige Soll-Strom (F*) einen jeweiligen unteren Grenzwert unter schreitet, von der Steuereinrichtung (11) derart angesteuert wird, dass sie generatorisch betrieben wird oder mit inver tierter Drehrichtung betrieben wird.
14. Kühlstrecke nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass in der jeweiligen Versorgungsleitung (8) zwischen der jeweiligen Pumpe (10) und der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) ein Rückschlagventil (16) oder eine Rückschlagklappe an geordnet ist.
15. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass vor der jeweiligen Pumpe (10) ein eingangsseitiger Druck (pE) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten eingangsseitigen Druck (pE) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
16. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass hinter der jeweiligen Pumpe (10) ein ausgangsseitiger Druck (pA) des flüssigen Kühlmittels (7) erfasst wird und dass die Steuereinrichtung (11) den erfassten ausgangsseiti gen Druck (pA) bei der Ermittlung des jeweiligen Soll-An steuerzustands (S*) der jeweiligen Pumpe (10) berücksichtigt.
17. Kühlstrecke nach einem der Ansprüche 10 bis 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen Soll-Strom (F*) in Abhängigkeit von einem unmittelbar vor Erreichen der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) bestehenden jeweiligen thermodynamischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) ermit telt .
18. Kühlstrecke nach Anspruch 17,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die Ist-Ströme (F) des Kühlmittels (7) mittels der Aufbringeinrichtungen (6) sequenziell nacheinander auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht werden und
- dass die Steuereinrichtung (11) den jeweiligen thermodyna mischen Energiezustand (H) des Walzguts (1) anhand des thermodynamischen Energiezustands (H) des Walzguts (1) vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung (6) un ter zusätzlicher Berücksichtigung des Soll-Stroms (F*) des Kühlmittels (7) oder des Ist-Stroms (F) des Kühlmittels (7) ermittelt, der mittels der unmittelbar vorhergehenden Auf bringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird bzw. aufgebracht werden soll.
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