WO2020052854A1 - Aufbringeinrichtungen von kühlstrecken mit zweitem anschluss - Google Patents

Aufbringeinrichtungen von kühlstrecken mit zweitem anschluss Download PDF

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WO2020052854A1
WO2020052854A1 PCT/EP2019/070427 EP2019070427W WO2020052854A1 WO 2020052854 A1 WO2020052854 A1 WO 2020052854A1 EP 2019070427 W EP2019070427 W EP 2019070427W WO 2020052854 A1 WO2020052854 A1 WO 2020052854A1
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WO
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control
cooling section
control device
cooling
buffer area
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/070427
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English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Weinzierl
Original Assignee
Primetals Technologies Germany Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Primetals Technologies Germany Gmbh filed Critical Primetals Technologies Germany Gmbh
Priority to US17/274,212 priority Critical patent/US11779976B2/en
Priority to CN201980059890.4A priority patent/CN112654441B/zh
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    • 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
    • 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
    • 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 present invention is based on an operating method for a cooling section which is arranged within a rolling train or is arranged upstream or downstream of the rolling train and by means of which a hot rolled metal product is cooled,
  • a control device of the cooling section dynamically determines a respective target control state for a respective control valve arranged in a respective supply line and controls the respective control valve accordingly
  • the respective supply line feeds the respective base flow to a respective buffer area of the respective application device, from which a respective cooling flow of the coolant is applied to the hot rolling stock by means of the respective application device.
  • the present invention is further based on a control device for a cooling section, which within a
  • Rolling mill is arranged or the rolling mill is upstream or downstream and by means of which a hot metal rolling stock is cooled
  • the control device for a number of application devices of the cooling section dynamically determines a respective target control state for a respective control valve arranged in a respective supply line and controls the respective control valve accordingly, so that a respective buffer area of the respective application device in accordance with the control of the respective control valve is supplied by the control device via the respective supply line to a respective base stream of a liquid, water-based coolant.
  • the present invention is further based on a computer program comprising machine code which can be processed by a software programmable control device for a cooling section, the processing of the machine code by the control device having the control device in accordance with the procedure just explained, the respective target control state determined for the respective control valve and controls the respective control valve accordingly.
  • the present invention is also based on a cooling section
  • the cooling section is arranged within a rolling mill or is upstream or downstream of the rolling mill,
  • a hot rolled metal product is cooled by means of the cooling section
  • the cooling section has a number of application devices which are connected via a respective supply line to a source of a liquid, water-based coolant,
  • a respective control valve is arranged in the respective supply line
  • the application devices have a respective buffer area that is connected to the respective supply line, so that the respective supply line supplies the respective buffer area of the respective application device with a respective base flow of the coolant and, starting from the respective buffer area by means of the respective application device, a respective cooling flow of the Coolant is applied to the hot rolling stock,
  • the cooling section has a control device which controls the respective control valve.
  • a metal rolling stock is cooled in the cooling section of a rolling mill after rolling.
  • the rolling stock can be made of steel or aluminum, for example. If required, it can be a flat rolling stock (strip or heavy plate), a rod-shaped rolling stock or a profile.
  • Exact temperature control in the cooling section is customary in order to set the desired material properties and to keep them constant with lower scatter.
  • a plurality of spray bars are installed along the cooling section, by means of which a liquid coolant, usually water, is applied to the rolling stock to cool the hot rolling stock from above and / or below.
  • the amount of water flowing through the respective spray bar should be adjustable as quickly and precisely as possible.
  • switching valves or control valves can only be controlled in a binary manner. So they are either fully open or completely closed.
  • Control valves can be continuously adjusted so that the amount of water supplied in the respective spray bar can also be continuously adjusted.
  • control valves In the case of control valves, the valves can be designed as control flaps or as ball valves. Control valves are relatively simple and inexpensive. However, they can only be operated with relatively small pressure differences, usually a maximum of 1 bar. Otherwise, cavitations occur which damage the control valve very quickly. Control flaps are therefore particularly unsuitable for intensive cooling.
  • the switching hysteresis means that with the same control the The set flap angle is different, depending on whether the control flap is to be adjusted to the new position from a further open or from a further closed position.
  • Ball valves do not have a flap, but a pierced ball that is rotated in a tube. Depending on the rotational position of the ball, the coolant is provided with a larger or a smaller cross section for the flow. Ball valves can be operated with higher pressure differences up to approx. 3 bar. A hysteresis does not occur in them or is negligibly small. Ball valves are expensive, however.
  • the coolant is permanently supplied to the spray bars.
  • there is a controllable order steering plate Depending on the position of the deflection plate, the coolant is either fed to the rolling stock or flows off to the side without contributing to cooling the rolling stock. With this arrangement, fast switching operations without pressure surges are possible. However, it is not possible to continuously adjust the amount of water. Furthermore, the full coolant flow must be continuously promoted.
  • valves and also the baffle plates require appropriate actuators. Pneumatically driven servomotors are common. Position control is also required for control valves. This continuously compares the actual position of the respective control valve with its nominal position and adjusts the actual position until there is sufficient agreement with the nominal position.
  • the coolant can, for example, be removed from a high-level tank or transported from a pump station further away via a larger pipeline. Combinations of these procedures are also possible.
  • intensive cooling the water is often first taken from an elevated tank. Then the pressure is boosted by booster pumps variable scope increased and thereby made available with correspondingly variable pressure of intensive cooling.
  • the intensive cooling is provided with several spray bars, which - starting from the booster pumps - the coolant is individually supplied via a respective supply line. Ball valves are arranged in the supply lines and are controlled to set the amount of coolant supplied to the respective spray bar.
  • control flaps and ball valves Similar control times are achieved with control flaps and ball valves. Furthermore, position control is required for each control valve. The accuracy that can be achieved is approx. 1% to 2%.
  • the object of the present invention is to provide possi bilities by means of which a cooling section with superior operating properties is realized in a simple and reliable manner.
  • the object is achieved by an operating method with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the operating method are the subject of dependent claims 2 to
  • an operating method of the type mentioned at the outset is designed
  • control device additionally dynamically determines a respective further target control state for a respective active device and controls the respective active device accordingly
  • the respective active device supplies a respective additional flow of a further medium to the respective buffer area in accordance with the control of the respective active device by the control device via a respective further supply line
  • control device adjusts the respective additional flow by the corresponding actuation of the respective active device such that the respective cooling flow is approximated as far as possible at any time to a respective target current to be applied to the hot rolling stock by means of the respective application device.
  • the respective active device can be operated with a considerably higher dynamic than a control valve if configured accordingly. It is therefore possible to use control valves in the supply lines to the application devices, as in the prior art, and to control them accordingly. Despite the relatively long delays in tracking the adjustment of the control valves However, due to the higher dynamics of the active devices, the cooling flows can still be set with a relatively short delay time and thus with high dynamics.
  • this can, for example, briefly increase or decrease the pressure in the buffer area of the respective application device. At an increased pressure, more coolant briefly flows out of the respective buffer area than the respective one
  • Cooling flow off, as the respective buffer area is supplied as the respective base flow. The reverse is true when the pressure is reduced. On average, however, the cooling flow and the base flow correspond to each other.
  • the respective active device is designed as a pair of air valves, one of which is connected to a pressure reservoir and the environment.
  • this configuration which is possible in principle, is not preferred. Rather, it is preferred that the respective active device is a device actively promoting the further medium.
  • the further medium can in particular be air or water.
  • the device actively promoting the further medium is a blower, an air pump or a turbine.
  • the device actively promoting the further medium is a pump.
  • the further medium can be removed from a respective storage device.
  • the other medium can be air or water.
  • the further medium in the respective storage device is not under a particular pressure. This is particularly possible if the other medium is water and there is an air cushion in the upper area of the respective storage device, which has an opening communicates with the environment so that air flows into the respective storage device as required
  • the further medium can be under a particular pressure in the respective storage device.
  • the adjustment range that has to be managed by the active device can be kept small.
  • the respective pressure is preferably in the respective
  • Storage device set via a respective control line connected to the respective storage device. This makes it possible to set the pressure in the respective storage device in each static operating state of the respective application device in such a way that the respective active device has to consume as little energy as possible for the highly dynamic setting of the respective cooling flow. In particular, it is possible that the respective pressure in the respective storage device as a function of the
  • Target current or a prevailing pressure prevailing in the respective buffer area it is even possible to set each static operating state of the respective application device without the respective active device having to consume energy in order to maintain this state.
  • control device with the features of claim 8.
  • Advantageous refinements of the control device are the subject of dependent claims 9 to 11.
  • a control device of the type mentioned at the outset is designed
  • control device additionally dynamically determines a respective further target control state for a respective active device and controls the respective active device accordingly, so that the respective active device corresponds to the control of the respective one active device by the control device supplies the respective buffer area with a respective additional flow of a further medium via a respective further supply line,
  • That a respective cooling flow of the coolant starting from the respective buffer area and applied to the hot rolling stock by means of the respective application device depends both on the respective base flow flowing through the respective control valve and on the respective additional flow flowing through the respective active device
  • control device sets the respective additional flow to positive and negative values in such a way that the respective cooling flow is approximated as far as possible at any time to a respective desired flow to be applied to the hot rolling stock by means of the respective application device.
  • the control device preferably sets the respective pressure in the respective storage device via a respective control line connected to the respective storage device. This makes it possible to reduce the energy consumption of the respective active device in each static operating state of the respective application device. This is particularly true when the control device tracks the pressure in the respective storage device as a function of the desired current or a pressure prevailing in the respective buffer area. In this case, the energy consumption can ideally be reduced to 0.
  • the control device is preferably designed as a software-programmable device that is programmed with a computer program that includes machine code that can be processed by the control device.
  • the processing of the machine code by the control device results in the corresponding determination of the respective target activation state for the respective control valve and the respective further one Target activation state for the respective active device and the corresponding activation of the respective control valve and the respective active device.
  • the processing of the computer program by a software programmable control device of the type mentioned at the outset causes the control device to determine the respective target control state for the respective control valve and the respective further target control state for the respective active device and the respective control valve in accordance with the procedure according to the invention and controls the respective active device accordingly.
  • a cooling section of the type mentioned at the outset is designed
  • That the cooling section has a control device according to one of claims 8 to 11, which not only controls the respective control valve, but also also the respective active device.
  • FIG. 5 shows a modification of the application device of FIG. 4
  • FIG. 6 shows a further application device.
  • a hot rolled metal 1 is to be cooled in a cooling section 2.
  • the cooling section 2 is arranged downstream of a rolling mill. 1 shows only one roll stand 3 of the rolling train, namely the last roll stand 3 of the rolling train. As a rule, however, the rolling train has a plurality of roll stands 3, through which the hot rolling stock 1 passes sequentially one after the other.
  • the hot rolling stock 1 enters the cooling section 2 immediately after the rolling in the last roll stand 3 of the rolling train.
  • a time interval between the rolling in the last roll stand 3 of the rolling mill and the entry into the cooling section 2 is generally in the range of a few seconds.
  • the cooling section 2 could be arranged upstream of the rolling train, as shown 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 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 time interval between the cooling in the cooling section 2 and the rolling in the first roll stand 4 of the rolling mill is often in the range of a few minutes. But it can also be only a few seconds.
  • the cooling section 2 could be arranged as shown in FIG 3 within the rolling mill.
  • 3 shows two roll stands 5 of the rolling mill. In this case, cooling 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 roll stands 5 of the rolling mill is in the range of a few seconds.
  • the cooling section 2 is arranged between two successive rolling 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 to a lower temperature takes place in the cooling section 2. In individual cases it is possible that the lower temperature is only slightly below the temperature in front of the cooling section 2. Especially in the event that the
  • Cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill, however, the rolling stock 1 is generally cooled to a significantly lower temperature, for example to a temperature between 200 ° C. and 700 ° C.
  • the hot rolling stock 1 is fed to the cooling section 2 in a horizontal transport direction x.
  • the hot rolling stock 1 does not change its transport direction x. It is therefore also trans ported horizontally within the cooling section 2.
  • the rolling stock 1 can either maintain or change its transport direction. If the hot rolling stock 1 is a strip, it can, for example, be deflected diagonally downwards in order to feed it to a reel.
  • the hot rolling stock 1 reverses its transport direction x (reverses), passes through the cooling section 2 again and is then rolled again. This is possible both with heavy plate and with a pre-slab.
  • the cooling section 2 has a number of application devices 6.
  • a coolant 7 is applied to the rolling stock 1 by means of the application devices 6. According to the illustration in FIGS. 1 to 3, the coolant 7 is applied to the rolling stock 1 from above. However, both alternatively and additionally, it could also be applied from below and / or from the side.
  • the coolant 7 is water. If necessary, additives can be added to the water to a small extent (maximum 1 percent to 2%). In any case, however, the coolant 7 is a liquid, water-based coolant.
  • the application devices 6 can be designed, for example, as conventional spray bars.
  • a single application device 6 is present at a minimum. In many cases, however, there are several application devices 6.
  • the application devices 6 can be arranged one behind the other as shown in FIG. In this case, the application devices 6 apply their respective proportion of the coolant 7 to the rolling stock 1 sequentially one after the other.
  • the term “sequentially one after the other” refers to a specific section of the rolling stock 1, since this sequentially passes through areas in which the individual application devices 6 each have their respective share in the coolant 7 apply the corresponding section of the rolling stock 1.
  • the number of application devices 6 is often in the two-digit range, sometimes even in the upper two-digit range, in rare cases also in the three-digit range.
  • a sequential arrangement one behind the other is usually realized in particular if the cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill. However, it can also exist in other case designs.
  • the application devices 6 are connected via a respective supply line 8 to a reservoir 9 of the coolant 7 (or another source of the coolant 7).
  • the reservoir 9 is in the present case uniform for all Aufbringein devices 6. However, several independent reservoirs 9 could also be present.
  • a respective control valve 10 is arranged in each supply line 8. The control valves
  • control valves 10 can in principle be arranged anywhere in the supply lines 8. In practice, however, it is advantageous if the control valves 10 are arranged as close as possible to the application devices 6. As far as necessary, one or more pumps 11 can be arranged upstream of the control valves 10. The operation of the pump 11 or pumps
  • the application device 6 is supplied with a base flow F1 of the coolant 7 via the supply line 8 and the control valve 10 from the reservoir 9.
  • the base current Fl has the unit m 3 / s on.
  • the supply line 8 is connected to a buffer area 12 of the application device 6.
  • the base current F1 is first fed to the buffer area 12 of the application device 6.
  • the application device 6 can be designed accordingly as shown in FIG. 4 as a spray bar which has a certain storage volume, the storage volume being filled to a variable extent with the coolant 7 and with air for the rest.
  • a cooling flow F is applied to the hot rolling stock 1 by means of the application device 6.
  • a distance of the application device 6 - for example from spray nozzles - from the rolling stock 1 is generally between 20 cm and 200 cm.
  • the cooling section 2 is controlled by a control device 13.
  • the control device 13 is designed as a software programmable control device.
  • the control device 13 is programmed with a computer program 14.
  • the computer program 14 comprises machine code 15, which can be processed directly by the control device 13.
  • the processing of the machine code 15 by the control device 13 causes the control device 13 to carry out an operating method for the cooling section 2, as will be explained in more detail below.
  • the control device 13 dynamically determines a target control state S1 * for the control valve 10. It controls the control valve 10 accordingly. By controlling the control valve 10 according to the determined target control state Sl *, the control device 13 sets the base current Fl, which is supplied via the supply line 8 and the control valve 10 to the application device 6.
  • the control device 13 of the cooling section 2 knows a target current F * which is to be applied to the hot rolling stock 1 by means of the application device 6.
  • the target current F * is usually not constant over time, but variable, that is, a function of time. It is possible for the control device 13 to set the target activation state S1 * for the control valve 10 in dependency on the target current F * of the coolant 7 is determined. In this case, the control device 13 can determine the activation state S1 *, for example, in such a way that the base current Fl through the control valve 10 flows in every operating state
  • Target current F * is approximated as far as possible at any time. Then the operation of the control valve 10 corresponds to the operation of the prior art. However, other approaches are also possible. This will be discussed later.
  • an active device 16 is assigned to the buffer area 12.
  • the active device 16 is connected to the buffer area 12 via a further supply line 17.
  • the term “active device” means that the control device 13 controls the active device 16 in accordance with a target control state S2 * and that the active device 16 reacts accordingly.
  • the control device 13 also dynamically determines and controls the further target control state S2 * the active device 16 accordingly, the target drive state S2 * for the active device 16 is referred to below as a further target drive state S2 * for differentiation from the target drive state S1 * for the control valve 10.
  • Corresponding to the control of the active device 16 by the control device 13 thus feeds the active device 16 to the buffer area 12 via the additional supply line 17, an additional flow F2 of a further medium 18.
  • the additional flow F2 has the unit m 3 / s - analogous to the base flow base flow Fl - it can be positive or negative It is therefore alternatively possible for the further medium 18 to be in the buffer area 12 supply or withdraw it from the buffer area 12. Whether the additional current F2 is positive or negative depends on the further target control state S2 *. Regardless of the specific value of the additional flow F2 and also regardless of the type of further medium 18, the cooling flow F depends not only on the base flow Fl flowing through the control valve 10, but also on the additional flow F2 flowing through the active device 16.
  • the present invention is based on the principle that the control device 13 sets the additional flow F2 by appropriately controlling the active device 16 in such a way that the cooling flow F is approximated to the desired flow F * at all times as far as possible.
  • the control device 13 In order to be able to determine the further target activation state S2 *, the control device 13 must know various values. On the one hand, this is the target current F *.
  • the target current F * can, for example, be predefined for the control device 13 or determined by the control device 13 on the basis of other data - for example the temperature or the enthalpy of a specific section of the rolling stock 1 in connection with a desired temporal course of the temperature or the enthalpy. If, as in the case of the embodiment according to FIG. 4, the further medium 18 is air, the control device 13 must know a nominal current FO and an associated nominal pressure pO.
  • the nominal current FO is the amount of coolant 7 that is applied per unit of time from the buffer area 12 to the hot rolling stock 1 when the nominal pressure pO prevails in the buffer area 12.
  • the values FO, pO can be determined in advance, for example, by a single measurement.
  • the control device 13 thus controls the active device 16 in such a way that it produces the pressure p in the buffer area 12.
  • the active device 16 is preferably a device actively promoting the further medium 18, for example a turbine.
  • the turbine is driven by an electric drive.
  • the drive can be controlled by a rectifier.
  • Such controls are generally known to experts and therefore do not need to be explained in more detail.
  • An electric drive can typically be accelerated from 0 to maximum speed with a time constant of 0.1 s and, conversely, also decelerated from maximum speed to 0 with a time constant of 0.1 seconds.
  • the active device 16 can thus be controlled with high dynamics. Driving through the full control range (for example from 0 to maximum speed) can typically take place in a time window of less than 0.2 s. Often only 0.1 s or less is required.
  • the cooling flow F can thus be adapted with this short time constant, although the control valve 10 has only a relatively low dynamic range, for example a time constant of 1.5 s. During this period, the base current F1 thus deviates from the desired current F *. In the cooling flow F, however, this time delay is not noticeable because the pressure p in the buffer area 12 can be adjusted in a highly dynamic manner as required.
  • the additional current F2 can be positive or negative. If it is positive, the turbine pumps air into the buffer area 12, so that the pressure p in the buffer area 12 is increased. If it is negative, the turbine sucks air out of the buffer area 12, so that the pressure p in the buffer area 12 is reduced.
  • the cooling flow F does not depend directly on the base flow Fl, but on the pressure p in the buffer area 12. It only has to be ensured that there is any coolant 7 in the buffer area 12 that can be applied to the hot rolling stock 1.
  • the base current Fl does not have to follow the set current F * directly. It only has to be set in such a way that the buffer area 12 neither becomes empty nor overflows. For this it is, as already mentioned, possible to determine the target drive state Sl * as in the prior art also as a function of the target current F *. Alternatively, it is possible, for example, to determine a fill level of the storage area 12 and to regulate it to a specific desired value.
  • the setpoint can be constant or vary as needed.
  • the fill level can be measured directly or indirectly, for example. An indirect measurement is possible, for example, via pressure load cells, by means of which the weight of the application device 6 is recorded.
  • the fill level can also be determined on the basis of the base flow Fl and the cooling flow F using a model.
  • the difference between the base flow Fl and the cooling flow F corresponds to the change in the fill level at all times. By integrating this difference over time, the instantaneous fill level can thus be determined at any time, starting from a known initial fill level.
  • the base flow Fl can be measured for example, the cooling flow F can be determined on the basis of the readily measurable pressure p.
  • control device 13 can, for example, proceed as follows:
  • the buffer area 12 has a total volume V.
  • the buffer area 12 is partially filled with the coolant 7, otherwise with air.
  • VI below denotes the volume taken up by the coolant 7, and V2 the air volume.
  • the pressure p prevails in the air volume V2.
  • the same pressure p also prevails in the coolant 7.
  • the base current Fl flows into the buffer area 12.
  • the base current Fl can be determined from the relationship be determined.
  • FR is a reference flow of the coolant 7, which flows when the control valve 10 is fully open, when the pressure difference between the input side of the control valve 10 and the buffer area 12 is equal to the nominal pressure pO.
  • the value FR can be determined in advance, for example, by a single measurement, pl is the pressure on the inlet side of the control valve 10.
  • f (x) is the relative flow rate of the control valve 10 as a function of the valve position x of the control valve 10.
  • the control device 13 also knows the characteristic curve K of the turbine.
  • the characteristic curve K relates the speed n of the turbine, the pressure difference dr on the inlet and outlet sides of the turbine and the amount of air delivered per unit of time, ie the time derivative of the amount of air M, with each other. If two of the three variables speed n of the turbine - pressure difference dr - temporal derivation of the air quantity M are specified, the third variable is determined on the basis of the characteristic curve K.
  • the characteristic curve K can be determined, for example, by measurement or on the basis of a data sheet from the manufacturer of the turbine. A function can therefore be specified by means of which the associated rotational speed n of the turbine can be determined given the pressure difference dr and the time derivative of the air quantity M.
  • the required pressure difference dr results directly from the desired current F *. With the time derivation of the air quantity M, the additional flow F2 is also determined.
  • the speed n of the turbine is determined by the following relationship:
  • This equation depends exclusively on the pressure p in the buffer area 12, the position x of the control valve 10, the instantaneous air quantity M and the time derivative of the pressure p in the buffer area 12.
  • the other sizes are just constant parameters.
  • the air quantity M is a state variable that can easily be determined by an observer. All that needs to be done is to solve equation (7) with a suitable initial value. Observers are well known in the art. By way of example only, reference is made to the specialist book "System Theory - An Introduction" by R. Unbehauen, Volume 1, Springer Verlag Berlin, Heidelberg.
  • the other variable sizes are easily measurable or - in the case of the time derivative of the pressure p - based on the measured pressure p can be easily derived.
  • the setting of the speed of the turbine is possible with an accuracy of 1% or better with a time constant of 0.2 s or better.
  • the volume VI of the coolant 7 in the buffer area 12 remains within the permissible limits. However, this can easily be achieved. Only the position x of the control valve 10 has to be continuously adjusted accordingly, so that the volume VI strives against a predetermined target value.
  • Corresponding regulators are generally known.
  • the controller can be designed, for example, as a P controller, as a PI controller or as a status controller, all with or without pilot control. Implementation as a two-point controller is also possible.
  • the active device 16 simply takes the air from the environment or releases it to the environment.
  • FIG. 5 it is possible for the active device 16 to take the air from a storage device 19 and to discharge it into the storage device 19.
  • the configuration of FIG. 5 corresponds to the configuration of FIG. 4.
  • the embodiment of FIG. 5 has the advantage over the embodiment of FIG. 4 that the air in the storage device 19 can be under a pressure p '.
  • the pressure p ' is preferably selected such that it lies between 0 and a maximum pressure, the maximum pressure being the pressure at which the application device 6 operates at maximum. If the storage device 19 is dimensioned large enough, it is possible that the pressure p 'is approximately constant.
  • the pressure p ' should be approximately half the maximum pressure. If the storage device 19 is dimensioned smaller, the pressure p 'in the storage device 19 decreases in accordance with the amount of air withdrawn and increases again in accordance with the amount of air supplied. This can be an advantage since an increase in pressure in the storage device 19 counteracts an excessive reduction in the air volume V2 in the buffer area 12 and vice versa.
  • control device 13 it is possible for the control device 13 to set the pressure p ′ via a control line 20, which is connected to the storage device 19.
  • the control device 13 can in particular track the pressure p 'as a function of the desired flow F * or the pressure p.
  • the control device 13 can control valves 21, 22 with corresponding control signals S3 *, S4 *, so that - depending on the control of the valves 21, 22 - the storage device 19 is supplied with compressed air as required or air from the storage device 19 into the environment is left.
  • FIG. 5 offers various advantages over the configuration of FIG. Firstly, the turbine is always operated in a clean air environment. On the other hand, the Energy consumption of the turbine can be reduced by adjusting the pressure p 'as required. This can be particularly useful if the cooling flow F and thus the required pressure p in the buffer area 12 remains constant for a long time or at least remains essentially constant.
  • the coolant 7 of the application device 6 must be removed relatively far down, since - of course - the air volume V2 in the upper region and the volume VI of coolant 7 in the lower region the buffer area 12 is located. However, this is easily possible.
  • FIGS. 4 and 5 The configuration of FIGS. 4 and 5 is particularly useful for a laminar cooling section. In principle, however, it can also be implemented with intensive cooling.
  • the configuration of FIG. 6 corresponds over long distances to that of FIG. 5.
  • the active device 16 is preferably a device that actively promotes the further medium 18.
  • the further medium 18 is not air but water (or generally the coolant 7).
  • the active device 16 is therefore a pump.
  • the pump is driven by an electric drive, similar to the turbine in FIGS. 4 and 5.
  • the drive can be controlled by an inverter.
  • An electric drive can typically be accelerated from 0 to maximum speed with a time constant of 0.1 s and, conversely, can also be decelerated from the maximum speed to 0 with a time constant of 0.1 seconds.
  • cooling flow F results directly as the sum of the base flow Fl and the additional flow F2, where the latter can be positive or negative depending on the control of the pump.
  • the further medium in the storage device 19 is preferably also under pressure p '.
  • the control device 13 preferably sets the pressure p ′ via a control line 20 connected to the storage device 19. Compressed air is preferably supplied to the storage device 19 via the control line 20 or air is discharged from the storage device 19.
  • the control device 13 can track the pressure p 'as a function of the pressure p, as in the embodiment according to FIG. 5.
  • the control device 13 can determine the desired control state S2 * for the pump, for example, as follows:
  • the pressure p that is required for the cooling flow F to be equal to the desired flow F * can be determined.
  • FIG. 6 is particularly useful in the case of intensive cooling. In principle, however, it can also be implemented with a laminar cooling section.
  • the control device 11 is preferably aware of the thermodynamic energy state H of the rolling stock 1 immediately before the application device 6 is reached.
  • the thermo- Dynamic energy state H can be, in particular, the enthalpy or the temperature of a respective section of the rolling stock 1.
  • the control device 13 first determines the target current F * as a function of the thermodynamic energy state H and then, based on the target current F *, at least the associated target control state S2 *, possibly also the associated target control state S1 *.
  • control device 13 it is possible for the control device 13 to be given a local or temporal target profile of the thermodynamic energy state H, which is to be maintained if possible.
  • the control device 13 can therefore determine which thermodynamic energy state H is to be immediately behind the application device 6.
  • the control device 13 can therefore determine the amount of coolant 7 to be applied to the corresponding section of the rolling stock 1, so that the actual thermodynamic energy state H immediately behind the application device 6 corresponds to the desired target state as well as possible.
  • the required amount of coolant 7 then defines the desired current F * in connection with the time it takes for the corresponding section of the rolling stock 1 to pass through the application device 6.
  • 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 13 can be predetermined as such for the application device 6, which first applies its portion of coolant 7 to the rolling stock 1.
  • a temperature measuring station 23 can be arranged on the input side of the cooling section 2, by means of which the temperature or generally the energy state H is recorded for the individual sections of the rolling stock 1.
  • the detected energy state H is then assigned to the respective section.
  • a path tracking is implemented for each section as it passes through the cooling section 2.
  • the control device 13 takes into account in particular the ther dynamic energy state H immediately before the immediately preceding application device 6 and the amount of coolant 7 which the immediately preceding application device 6 applies to the rolling stock 1.
  • the control device 13 can alternatively take into account the target flow F * or the cooling flow F of the immediately preceding application device 6. It therefore determines the thermodynamic energy state H of the rolling stock 1 sequentially in succession for the application devices 6. If necessary, the control device 13 can apply a heat conduction equation and a phase transformation equation in this context and solve iteratively.
  • the rolling stock 1 is a flat rolling stock, for example a strip or a heavy plate.
  • the liquid coolant 7 is applied to the rolling stock 1 from both sides by means of each individual application device 6. This procedure is often taken in the case of a cooling section 2 which is arranged upstream of the rolling train or arranged in the rolling train. But it can also be taken if the cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill. In particular, if the cooling section 2 is arranged downstream of the rolling mill, the liquid coolant 7 is generally applied to the rolling stock 1 from one side only, in particular from above or from below, by means of each individual application device 6. It is of course also possible in this case to apply coolant 7 to both sides of the flat rolling stock 1.
  • the application devices 6 each have only a single spray nozzle.
  • the application devices 6 each have a plurality of spray nozzles.
  • the spray nozzles can be arranged one behind the other as seen in the transport direction x of the rolling stock 1.
  • the spray nozzles can, for example, be arranged one behind the other within a single spray bar.
  • a plurality of spray bars arranged one behind the other in the transport direction x can also be combined to form one (1) application device 6. This applies regardless of whether the respective spray bar as such has a plurality of spray nozzles arranged one behind the other or not.
  • the application devices 6 can furthermore have a plurality of spray nozzles which are arranged next to one another as seen transversely to the transport direction x of the rolling stock 1.
  • a configuration can be particularly useful in the case of flat rolled stock 1, that is to say in the case of a strip or a heavy plate.
  • the application devices 6 can extend over the full width of the rolling stock 1.
  • a plurality of application devices 6 are arranged next to one another, each of which is supplied with coolant 7 via its own supply line 8 and its own control valve 10.
  • the present invention has many advantages.
  • highly dynamic adjustment of the cooling flows F is possible.
  • the dead time of the application devices 6 is only the generally very short times that the coolant 7 requires, in order to hit the rolling stock 1, calculated from the point at which the respective application device 6 emerges.
  • the cooling flow F can be switched off in the range of a few tenths of a second (often less than 0.2 s, sometimes even less than 0.1 s). The same applies when the cooling flow F is started up.
  • the drives for the active devices 16 can be controlled very precisely.
  • a usual accuracy of the speed n is in the range of 0.1%.
  • the cooling flow F for the respective application device 6 can also be set with the same or a similar accuracy.
  • the cooling flow F can be tracked with 1% accuracy in less than 0.5 s, possibly even in 0.2 s to 0.3 s.
  • the wear on turbines, pumps and drives is low. Typical downtimes for pump bearings are, for example, 100,000 hours and more. Similar values apply to the bearings of turbines.
  • pressure surges are avoided since the respective cooling flow F is reduced very quickly, but not the respective base flow Fl. Therefore, cost-effective control flaps can be used with a laminar cooling section.
  • pre-strip cooling it is even possible to specifically cool the so-called rail points in the pre-strip differently than the rest of the pre-strip. In the prior art, this is not possible due to the lack of a corresponding dynamic. But even with normal cooling sections, there are shorter delays and thus more precise temperature control of the rolling stock 1.
  • the "air version” typically requires a turbine with an output of approximately 2 kW each.
  • the "water version” (FIG 6) used. The power required for the pump is typically around 25 kW.

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Abstract

Eine Kühlstrecke (2) ist innerhalb einer Walzstraße angeordnet oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet. In ihr wird ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt. Eine Steuereinrichtung (13) der Kühlstrecke (2) ermittelt dynamisch Soll-Ansteuerzustände (S1*) für in Versorgungsleitungen (8) angeordnete Regelventile (10) und steuert die Regelventile (10) entsprechend an. Aufbringeinrichtungen (6) der Kühlstrecke (2) werden über die Versorgungsleitungen (8) entsprechend der Ansteuerung Basisströme (F1) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt. Die Versorgungsleitungen (8) führen die Basisströme (F1) Pufferbereichen (12) der Aufbringeinrichtungen (6) zu. Von dort ausgehend werden Kühlströme (F) des Kühlmittels (7) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht. Die Steuereinrichtung (13) ermittelt zusätzlich dynamisch Soll-Ansteuerzustände (S2*) für aktive Einrichtungen (16) und ansteuert die aktiven Einrichtungen (16) entsprechend an. Die aktiven Einrichtungen (16) führen den Pufferbereichen (12) entsprechend der Ansteuerung über weitere Versorgungsleitungen (17) Zusatzströme (F2) eines weiteren Mediums (18) zu. Die Kühlströme (F) hängen sowohl von den Basisströmen (F1) als auch von den Zusatzströmen (F2) ab. Die Zusatzströme (F2) sind je nach Ansteuerzustand (S2*) der aktiven Einrichtungen (16) positiv oder negativ. Die Steuereinrichtung (13) stellt die Zusatzströme (F2) durch die entsprechende Ansteuerung der aktiven Einrichtungen (16) derart ein, dass die Kühlströme (F) Soll-Strömen (F*) des Kühlmittels (7) jederzeit so weit wie möglich angenähert werden.

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
Aufbringeinrichtungen von Kühlstrecken mit zweitem Anschluss
Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Betriebsverfahren für eine Kühlstrecke, die innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist und mittels derer ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
- wobei eine Steuereinrichtung der Kühlstrecke dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand für ein in einer jeweiligen Versorgungsleitung angeordnetes jeweiliges Regelventil er mittelt und das jeweilige Regelventil entsprechend ansteuert,
- wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen der Kühlstrecke über die jeweilige Versorgungsleitung entsprechend der An steuerung des jeweiligen Regelventils durch die Steuerein richtung ein jeweiliger Basisstrom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird,
- wobei die jeweilige Versorgungsleitung den jeweiligen Ba sisstrom einem jeweiligen Pufferbereich der jeweiligen Aufbringeinrichtung zuführt, von dem ausgehend mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung ein jeweiliger Kühlstrom des Kühlmittels auf das heiße Walzgut aufgebracht wird.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Steu ereinrichtung für eine Kühlstrecke, 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 Steuereinrichtung für eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen der Kühlstrecke dynamisch einen jewei ligen Soll-Ansteuerzustand für ein in einer jeweiligen Ver sorgungsleitung angeordnetes jeweiliges Regelventil ermittelt und das jeweilige Regelventil entsprechend ansteuert, so dass einem jeweiligen Pufferbereich der jeweiligen Aufbringein richtung entsprechend der Ansteuerung des jeweiligen Regel- ventils durch die Steuereinrichtung über die jeweilige Ver sorgungsleitung ein jeweiliger Basisstrom eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels zugeführt wird.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einem Com puterprogramm, das Maschinencode umfasst, der von einer softwareprogrammierbaren Steuereinrichtung für eine Kühlstrecke abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung entsprechend der soeben erläuterten Vorgehensweise den je weiligen Soll-Ansteuerzustand für das jeweilige Regelventil ermittelt und das jeweilige Regelventil entsprechend ansteuert.
Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer Kühl strecke,
- wobei die Kühlstrecke innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist,
- wobei mittels der Kühlstrecke ein heißes Walzgut aus Metall gekühlt wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen aufweist, die über eine jeweilige Versorgungsleitung mit einer Quelle für ein flüssiges, auf Wasser basierendes Kühlmittel verbunden sind,
- wobei in der jeweiligen Versorgungsleitung ein jeweiliges Regelventil angeordnet ist,
- wobei die Aufbringeinrichtungen einen jeweiligen Pufferbe reich aufweisen, der mit der jeweiligen Versorgungsleitung verbunden ist, so dass die jeweilige Versorgungsleitung dem jeweiligen Pufferbereich der jeweiligen Aufbringeinrichtung einen jeweiligen Basisstrom des Kühlmittels zuführt und ausgehend von dem jeweiligen Pufferbereich mittels der je weiligen Aufbringeinrichtung ein jeweiliger Kühlstrom des Kühlmittels auf das heiße Walzgut aufgebracht wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung aufweist, welche das jeweilige Regelventil steuert.
Stand der Technik Die oben genannten Gegenstände sind Fachleuten allgemein be kannt .
In der Kühlstrecke eines Walzwerks wird ein metallisches Walzgut nach dem Walzen abgekühlt. Das Walzgut kann beispielsweise 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 gewünschte Materi aleigenschaften einzustellen und mit niedrigerer 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/oder von unten ein flüssiges Kühlmittel, meist Wasser, auf das Walzgut aufgebracht wird. Die durch den jeweiligen Spritzbalken fließende Was sermenge soll möglichst schnell und möglichst präzise ein stellbar sein.
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. Sind also entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Regelventile können hingegen kontinuierlich verstellt werden, so dass auch die im jeweiligen Spritzbalken zugeführte Wassermenge kontinu ierlich eingestellt werden kann.
Im Falle von Regelventilen können die Ventile als Regelklappen oder als Kugelventile ausgebildet sein. Regelklappen sind relativ einfach und kostengünstig. Sie können aber nur mit relativ geringen Druckdifferenzen von meist maximal 1 bar betrieben werden. Anderenfalls treten Kavitationen auf, welche die Regelklappe sehr schnell schädigen. Regelklappen sind daher insbesondere für eine Intensivkühlung nicht geeignet.
Aber auch in einer laminaren Kühlstrecke sind sie oftmals von Nachteil. Insbesondere zeigen sie häufig eine Schalthysterese. Die Schalthysterese bewirkt, dass bei gleicher Ansteuerung der eingestellte Klappenwinkel unterschiedlich groß ist, je nachdem, ob die Regelklappe ausgehend von einer weiter geöffneten oder von einer weiter geschlossenen Stellung auf die neu anzunehmende Stellung zu verstellt wird. Kugelventile weisen keine Klappe auf, sondern eine durchbohrte Kugel, die in einem Rohr gedreht wird. Je nach Drehstellung der Kugel wird dem Kühlmittel ein größerer oder ein kleinerer Querschnitt für den Durchfluss zur Verfügung gestellt. Kugelventile können mit höheren Druckdifferenzen bis ca. 3 bar betrieben werden. Eine Hysterese tritt bei ihnen nicht auf oder ist vernachlässigbar klein. Kugelventile sind jedoch teuer .
Bei einer anderen Lösung wird den Spritzbalken permanent das Kühlmittel zugeführt. Es ist jedoch eine ansteuerbare Um lenkplatte vorhanden. Je nach Stellung der Umlenkplatte wird das Kühlmittel entweder dem Walzgut zugeführt oder fließt seitlich ab, ohne zur Kühlung des Walzguts beizutragen. Bei dieser Anordnung sind schnelle Schaltvorgänge ohne Druckstöße möglich. Eine kontinuierliche Einstellung der Wassermenge ist jedoch nicht möglich. Weiterhin muss permanent der volle Kühlmit telstrom 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 Sollstellung und regelt die Iststellung nach, bis sich eine hinreichende 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 variablem Druck der Intensivkühlung zur Verfügung gestellt. Die Inten sivkühlung ist mit mehreren Spritzbalken versehen, denen - ausgehend von den Boosterpumpen - das Kühlmittel individuell über eine jeweilige Versorgungsleitung zugeführt wird. In den Versorgungsleitungen sind Kugelventile angeordnet, die zur Einstellung der dem jeweiligen Spritzbalken zugeführten Menge an Kühlmittel angesteuert werden.
Im Stand der Technik treten verschiedene Nachteile auf.
- Bei Schaltventilen gibt es Druckschläge beim Abschalten . Daher können Schaltventile nicht beliebig schnell abgeschaltet werden. Übliche Schaltzeiten liegen oberhalb von 1 Sekunde, manchmal bei bis zu 2 Sekunden.
- Mit Regelklappen und Kugelventilen werden ähnliche Regelzeiten erreicht. Weiterhin ist für jedes Regelventil eine Positi onsregelung erforderlich. Die erreichbare Genauigkeit liegt bei ca. 1 % bis 2 %.
- Auch bei Regelventilen gibt es Druckschläge beim Abschalten. Daher können auch Regelventile nicht beliebig schnell ge schlossen werden. Übliche Schaltzeiten liegen im Bereich von ca. 1 Sekunde.
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 Auf- bringeinrichtungen, mittels derer das Kühlmedium auf das heiße Walzgut aufgebracht wird, sondern fördert das Kühlmedium nur in ein Reservoir, damit dieses stets in hinreichendem Umfang gefüllt ist. Die Aufbringung des Kühlmittels auf das Walzgut selbst ist nicht näher erläutert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Mög lichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und zu verlässige Weise eine Kühlstrecke mit überlegenen Betriebs eigenschaften realisiert wird. Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Be triebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
7.
Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass die Steuereinrichtung zusätzlich dynamisch einen je weiligen weiteren Soll-Ansteuerzustand für eine jeweilige aktive Einrichtung ermittelt und die jeweilige aktive Ein richtung entsprechend ansteuert,
- dass die jeweilige aktive Einrichtung dem jeweiligen Puf ferbereich entsprechend der Ansteuerung der jeweiligen aktiven Einrichtung durch die Steuereinrichtung über eine jeweilige weitere Versorgungsleitung einen jeweiligen Zusatzstrom eines weiteren Mediums zuführt,
- dass der jeweilige Kühlstrom sowohl von dem das jeweilige Regelventil durchströmenden jeweiligen Basisstrom als auch von dem über die jeweilige aktive Einrichtung strömenden je weiligen Zusatzstrom abhängt,
- dass der jeweilige Zusatzstrom je nach dem jeweiligen weiteren Ansteuerzustand der jeweiligen aktiven Einrichtung positiv oder negativ ist und
- dass die Steuereinrichtung den jeweiligen Zusatzstrom durch die entsprechende Ansteuerung der jeweiligen aktiven Ein richtung derart einstellt, dass der jeweilige Kühlstrom einem mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
Die jeweilige aktive Einrichtung kann bei entsprechender Ausgestaltung mit einer erheblich höheren Dynamik betrieben werden als ein Regelventil. Es ist daher möglich, in den Versorgungsleitungen zu den Aufbringeinrichtungen - wie im Stand der Technik auch - Regelventile zu verwenden und diese ent sprechend anzusteuern. Trotz der relativ großen Verzöge rungszeiten beim Nachführen der Einstellung der Regelventile können aufgrund der höheren Dynamik der aktiven Einrichtungen aber dennoch die Kühlströme mit einer relativ kleinen Verzö gerungszeit und damit mit hoher Dynamik eingestellt werden.
Damit kann - je nach Ansteuerzustand der jeweiligen aktiven Einrichtung - beispielsweise der Druck im Pufferbereich der jeweiligen Aufbringeinrichtung kurzzeitig erhöht oder abgesenkt werden. Bei einem erhöhten Druck strömt aus dem jeweiligen Pufferbereich kurzzeitig mehr Kühlmittel als jeweiliger
Kühlstrom aus, als dem jeweiligen Pufferbereich als jeweiliger Basisstrom zugeführt wird. Bei einem abgesenkten Druck ist es umgekehrt. Im zeitlichen Mittel korrespondieren der Kühlstrom und der Basisstrom jedoch miteinander.
Im einfachsten Fall ist die jeweilige aktive Einrichtung als Paar von Luftventilen ausgebildet, von denen je eines mit einem Druckreservoir und der Umgebung verbunden ist. Diese prinzipiell mögliche Ausgestaltung ist jedoch nicht bevorzugt. Bevorzugt ist vielmehr, dass die jeweilige aktive Einrichtung eine das weitere Medium aktiv fördernde Einrichtung ist.
Das weitere Medium kann insbesondere Luft oder Wasser sein. Im Falle von Luft ist die das weitere Medium aktiv fördernde Einrichtung ein Gebläse, eine Luftpumpe oder eine Turbine. Im Falle von Wasser ist die das weitere Medium aktiv fördernde Einrichtung eine Pumpe.
Im Falle von Luft ist es möglich, diese direkt aus der Umgebung zu beziehen und - im Falle eines negativen Zusatzstroms - direkt an die Umgebung abzugeben. Alternativ kann das weitere Medium einer jeweiligen Speichereinrichtung entnommen werden. In diesem Fall kann das weitere Medium Luft oder Wasser sein.
Es ist möglich, dass das weitere Medium in der jeweiligen Speichereinrichtung nicht unter einem jeweiligen Druck steht. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn das weitere Medium Wasser ist und sich im oberen Bereich der jeweiligen Spei chereinrichtung ein Luftpolster befindet, das über eine Öffnung mit der Umgebung in Verbindung steht, so dass nach Bedarf Luft in die jeweilige Speichereinrichtung einströmen
oder aus der jeweiligen Speichereinrichtung ausströmen kann. Alternativ ist es möglich, dass das weitere Medium in der jeweiligen Speichereinrichtung unter einem jeweiligen Druck steht. Dadurch kann insbesondere der Stellbereich, der von der aktiven Einrichtung bewältigt werden muss, klein gehalten werden .
Vorzugsweise wird der jeweilige Druck in der jeweiligen
Speichereinrichtung über eine mit der jeweiligen Speicher einrichtung verbundene jeweilige Steuerleitung eingestellt. Dadurch ist es möglich, in jedem statischen Betriebszustand der jeweiligen Aufbringeinrichtung den Druck in der jeweiligen Speichereinrichtung derart einzustellen, dass die jeweilige aktive Einrichtung zur hochdynamischen Einstellung des je weiligen Kühlstroms möglichst wenig Energie verbrauchen muss. Insbesondere ist es möglich, dass der jeweilige Druck in der jeweiligen Speichereinrichtung in Abhängigkeit von dem
Soll-Strom oder einem in dem jeweiligen Pufferbereich herr schenden jeweiligen Druck nachgeführt wird. In diesem Fall ist es sogar möglich, jeden statischen Betriebszustand der je weiligen Aufbringeinrichtung einzustellen, ohne dass die je weilige aktive Einrichtung zur Einhaltung dieses Zustands Energie verbrauchen muss.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Steuereinrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 9 bis 11.
Erfindungsgemäß wird eine Steuereinrichtung der eingangs ge nannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass die Steuereinrichtung zusätzlich dynamisch einen je weiligen weiteren Soll-Ansteuerzustand für eine jeweilige aktive Einrichtung ermittelt und die jeweilige aktive Ein richtung entsprechend ansteuert, so dass die jeweilige aktive Einrichtung entsprechend der Ansteuerung der jeweiligen aktiven Einrichtung durch die Steuereinrichtung dem jeweiligen Pufferbereich über eine jeweilige weitere Versorgungsleitung einen jeweiligen Zusatzstrom eines weiteren Mediums zuführt,
- dass ein von dem jeweiligen Pufferbereich ausgehender und mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufgebrachter jeweiliger Kühlstrom des Kühlmittels sowohl von dem das jeweilige Regelventil durchströmenden jeweiligen Basisstrom als auch von dem über die jeweilige aktive Einrichtung strömenden jeweiligen Zusatzstrom abhängt und
- dass die Steuereinrichtung den jeweiligen Zusatzstrom derart auf positive und negative Werte einstellt, dass der jeweilige Kühlström einem mittels der j eweiligen Aufbringeinrichtung auf das heiße Walzgut aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
Falls das weitere Medium einer jeweiligen Speichereinrichtung entnommen wird und in der jeweiligen Speichereinrichtung unter einem jeweiligen Druck steht, stellt die Steuereinrichtung vorzugsweise den jeweiligen Druck in der jeweiligen Spei chereinrichtung über eine mit der jeweiligen Speichereinrichtung verbundene jeweilige Steuerleitung ein. Dadurch ist es möglich, in jedem statischen Betriebszustand der jeweiligen Aufbrin geinrichtung den Energieverbrauch der jeweiligen aktiven Einrichtung zu reduzieren. Ganz besonders gilt dies, wenn die Steuereinrichtung den Druck in der jeweiligen Speicherein richtung in Abhängigkeit von dem Soll-Strom oder einem in dem jeweiligen Pufferbereich herrschenden Druck nachführt. In diesem Fall kann der Energieverbrauch im Idealfall sogar auf 0 reduziert werden .
Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung als softwareprogram mierbare Einrichtung ausgebildet, die mit einem Computerprogramm programmiert ist, das Maschinencode umfasst, der von der Steuereinrichtung abarbeitbar ist. In diesem Fall bewirkt die Abarbeitung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung die entsprechende Ermittlung des jeweiligen Soll-Ansteuerzustands für das jeweilige Regelventil und des jeweiligen weiteren Soll-Ansteuerzustands für die jeweilige aktive Einrichtung sowie die entsprechende Ansteuerung des jeweiligen Regelventils und der jeweiligen aktiven Einrichtung.
Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Erfindungsgemäß bewirkt die Abarbeitung des Computerprogramms durch eine softwarepro grammierbare Steuereinrichtung der eingangs genannten Art, dass die Steuereinrichtung entsprechend der erfindungsgemäßen Vorgehensweise den jeweiligen Soll-Ansteuerzustand für das jeweilige Regelventil und den jeweiligen weiteren Soll-An steuerzustand für die jeweilige aktive Einrichtung ermittelt und das jeweilige Regelventil und die jeweilige aktive Einrichtung entsprechend ansteuert.
Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Kühlstrecke mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kühlstrecke sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 14 bis 17.
Erfindungsgemäß wird eine Kühlstrecke der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
- dass dem jeweiligen Pufferbereich eine jeweilige aktive
Einrichtung zugeordnet ist, mittels derer dem Pufferbereich über eine weitere Versorgungsleitung ein Zusatzstrom eines weiteren Mediums zuführbar ist, so dass der jeweilige Kühlstrom sowohl von dem das jeweilige Regelventil durchströmenden Basisstrom als auch von dem über die jeweilige aktive Ein richtung strömenden jeweiligen Zusatzstrom abhängt, und
- dass die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11 aufweist, welche nicht nur das jeweilige Regelventil, sondern zusätzlich auch die jeweilige aktive Einrichtung steuert.
Dadurch können die gleichen Vorteile wie für das Betriebs verfahren erreicht werden. Die vorteilhaften Ausgestaltungen der Kühlstrecke und auch die dadurch bewirkten Vorteile sind bereits Gegenstand der kor respondierenden Ansprüche auf das Betriebsverfahren. Es wird daher auf die entsprechenden Ausführungen verwiesen.
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 Ausführungsbeispiele, 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 eine Modifikation der Aufbringeinrichtung von FIG 4 und
FIG 6 eine weitere Aufbringeinrichtung.
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 Walzgerüst 3 der Walzstraße. In der Regel weist die Walzstraße jedoch 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 unmittelbar nach dem Walzen im letzten Walzgerüst 3 der Walzstraße in die Kühlstrecke 2 ein. Ein zeitlicher Abstand zwischen dem Walzen im letzten Walzgerüst 3 der Walzstraße und dem Eintreten in die Kühlstrecke 2 liegt in der Regel im Bereich weniger Sekunden. Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstellung 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. 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 zeitlicher Abstand zwischen dem Kühlen in der Kühlstrecke 2 und dem Walzen im ersten Walzgerüst 4 der Walzstraße liegt oftmals im Bereich weniger Minuten. Er kann aber auch nur wenige Sekunden betragen.
Alternativ könnte die Kühlstrecke 2 entsprechend der Darstellung in FIG 3 innerhalb der Walzstraße angeordnet sein. Dargestellt sind in FIG 3 zwei Walzgerüste 5 der Walzstraße. In diesem Fall erfolgt das Kühlen 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 Walzgerüsten 5 der Walzstraße liegt im Bereich weniger Sekunden. Gemäß der Darstellung in FIG 3 ist die Kühlstrecke 2 zwischen zwei aufeinander folgenden Walz gerüsten 5 der Walzstraße angeordnet. 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 entsprechende Anzahl von Abschnitten un terteilt wird.
Das Walzgut 1 besteht aus Metall. Beispielsweise kann das Walzgut 1 aus Stahl oder Aluminium bestehen. Auch andere Metalle 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 Kühlung auf eine niedrigere Temperatur. Es ist im Einzelfall möglich, dass die niedrigere Temperatur nur geringfügig unterhalb der Temperatur vor der Kühlstrecke 2 liegt. Insbesondere in dem Fall, dass die
Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet 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 horizontalen Transportrichtung x zugeführt. Beim Durchlaufen der Kühlstrecke 2 ändert das heiße Walzgut 1 seine Transportrichtung x nicht. Es wird also auch innerhalb der Kühlstrecke 2 horizontal trans portiert. 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 einem Haspel zuzu führen. Weiterhin ist es möglich, dass das heiße Walzgut 1 seine Transportrichtung x umkehrt (reversiert) , nochmals die Kühl strecke 2 durchläuft und sodann nochmals gewalzt wird. Dies ist sowohl bei Grobblech als auch bei einer Vorbramme möglich.
Die Kühlstrecke 2 weist eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen 6 auf. Mittels der Aufbringeinrichtungen 6 wird ein Kühlmittel 7 auf das Walzgut 1 aufgebracht. Entsprechend der Darstellung in den FIG 1 bis 3 wird das Kühlmittel 7 von oben auf das Walzgut 1 aufgebracht. Es könnte jedoch - und zwar sowohl alternativ als auch zusätzlich - ebenso auch eine Aufbringung von unten und/oder von der Seite erfolgen. Bei dem Kühlmittel 7 handelt es sich um Wasser. Gegebenenfalls können dem Wasser in geringem Umfang (maximal 1 Prozent bis 2 %) Zusätze beigefügt sein. In jedem Fall handelt es sich bei dem Kühlmittel 7 jedoch um ein flüssiges, auf Wasser basierendes Kühlmittel. Die Aufbringeinrichtungen 6 können beispielsweise als übliche Spritzbalken ausgebildet sein.
Minimal ist eine einzige Aufbringeinrichtung 6 vorhanden. In vielen Fällen sind jedoch mehrere Aufbringeinrichtungen 6 vorhanden. Beispielsweise können die Aufbringeinrichtungen 6 entsprechend der Darstellung in FIG 1 hintereinander angeordnet sein. In diesem Fall bringen die Aufbringeinrichtungen 6 ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmittel 7 sequenziell nacheinander auf das Walzgut 1 auf. Der Begriff „sequenziell nacheinander" bezieht sich in diesem Zusammenhang auf einen bestimmten Ab schnitt des Walzguts 1, da dieser sequenziell nacheinander Bereiche durchläuft, in denen die einzelnen Aufbringeinrich tungen 6 ihren jeweiligen Anteil an dem Kühlmittel 7 jeweils auf den entsprechenden Abschnitt des Walzguts 1 aufbringen. Die Anzahl an Aufbringeinrichtungen 6 liegt oftmals im zweistel ligen, manchmal sogar im oberen zweistelligen Bereich, in seltenen Fällen auch im dreistelligen 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 anderen Fallgestaltungen gegeben sein .
Die Aufbringeinrichtungen 6 sind über eine jeweilige Versor gungsleitung 8 mit einem Reservoir 9 des Kühlmittels 7 (oder einer anderen Quelle für das Kühlmittel 7) verbunden. Das Reservoir 9 ist im vorliegenden Fall einheitlich für alle Aufbringein richtungen 6. Es könnten aber auch mehrere voneinander unab hängige Reservoire 9 vorhanden sein. In jeder Versorgungsleitung 8 ist ein jeweiliges Regelventil 10 angeordnet. Die Regelventile
10 können prinzipiell an beliebigen Stellen innerhalb der Versorgungsleitungen 8 angeordnet sein. In der Praxis ist es jedoch von Vorteil, wenn die Regelventile 10 möglichst nahe an den Aufbringeinrichtungen 6 angeordnet sind. Soweit erfor derlich, können den Regelventilen 10 eine oder mehrere Pumpen 11 vorgeordnet sein. Die Betriebsweise der Pumpe 11 bzw. der Pumpen
11 ist nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Nachfolgend wird - stellvertretend für alle Aufbringeinrich tungen 6 - in Verbindung mit FIG 4 der Betrieb einer der Aufbringeinrichtungen 6 näher erläutert. Die anderen Auf bringeinrichtungen 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 Aufbringeinrichtungen 6 gleichartig zu betreiben. Auch ist es möglich, dass einige der Aufbringeinrichtungen 6 auf eine andere als die erfindungsgemäße Art und Weise betrieben werden.
Der Aufbringeinrichtung 6 wird über die Versorgungsleitung 8 und das Regelventil 10 aus dem Reservoir 9 ein Basisstrom Fl des Kühlmittels 7 zugeführt. Der Basisstrom Fl weist die Einheit m3/s auf. Die Versorgungsleitung 8 ist mit einem Pufferbereich 12 der Aufbringeinrichtung 6 verbunden. Dadurch wird Basisstrom Fl zunächst dem Pufferbereich 12 der Aufbringeinrichtung 6 zu geführt. Beispielsweise kann die Aufbringeinrichtung 6 ent sprechend der Darstellung in FIG 4 als Spritzbalken ausgebildet sein, der ein gewisses Speichervolumen aufweist, wobei das Speichervolumen in variablem Umfang mit dem Kühlmittel 7 und im übrigen mit Luft gefüllt ist. Ausgehend von dem Pufferbereich 12 wird mittels der Aufbringeinrichtung 6 ein Kühlstrom F auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht. Ein Abstand der Aufbringeinrichtung 6 - beispielsweise von Spritzdüsen - vom Walzgut 1 liegt in der Regel zwischen 20 cm und 200 cm.
Die Kühlstrecke 2 wird von einer Steuereinrichtung 13 gesteuert. In der Regel ist die Steuereinrichtung 13 als softwarepro grammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. In diesem Fall ist die Steuereinrichtung 13 mit einem Computerprogramm 14 pro grammiert. Das Computerprogramm 14 umfasst Maschinencode 15, der von der Steuereinrichtung 13 unmittelbar abarbeitbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 15 durch die Steuereinrichtung 13 bewirkt in diesem Fall, dass die Steuereinrichtung 13 ein Betriebsverfahren für die Kühlstrecke 2 ausführt, wie es nachstehend näher erläutert wird.
Die Steuereinrichtung 13 ermittelt dynamisch einen Soll-An- steuerzustand Sl* für das Regelventil 10. Sie steuert das Regelventil 10 entsprechend an. Durch das Ansteuern des Re gelventils 10 entsprechend dem ermittelten Soll-Ansteuerzustand Sl* stellt die Regeleinrichtung 13 den Basisstrom Fl ein, der über die Versorgungsleitung 8 und das Regelventil 10 der Aufbrin geinrichtung 6 zugeführt wird.
Der Steuereinrichtung 13 der Kühlstrecke 2 ist ein Soll-Strom F* bekannt, der mittels der Aufbringeinrichtung 6 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht werden soll. Der Soll-Strom F* ist in der Regel zeitlich nicht konstant, sondern variabel, also eine Funktion der Zeit. Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung 13 den Soll-Ansteuerzustand Sl* für das Regelventil 10 in Ab- hängigkeit von dem Soll-Strom F* des Kühlmittels 7 ermittelt. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 13 den Ansteuerzustand Sl* beispielsweise derart ermitteln, dass in jedem Betriebszustand der das Regelventil 10 durchströmende Basisstrom Fl dem
Soll-Strom F* jederzeit so weit wie möglich angenähert wird. Dann entspricht der Betrieb des Regelventils 10 der Betriebsweise des Standes der Technik. Es sind aber auch andere Vorgehensweisen möglich. Hierauf wird später noch eingegangen werden.
Zusätzlich ist dem Pufferbereich 12 eine aktive Einrichtung 16 zugeordnet. Die aktive Einrichtung 16 ist über eine weitere Versorgungsleitung 17 mit dem Pufferbereich 12 verbunden. Der Begriff „aktive Einrichtung" bedeutet, dass die Steuerein richtung 13 die aktive Einrichtung 16 entsprechend einem Soll-Ansteuerzustand S2* ansteuert und dass die aktive Ein richtung 16 entsprechend reagiert. Die Steuereinrichtung 13 ermittelt dynamisch auch den weiteren Soll-Ansteuerzustand S2* und steuert die aktive Einrichtung 16 entsprechend an. Der Soll-Ansteuerzustand S2* für die aktive Einrichtung 16 wird nachfolgend zur Unterscheidung von dem Soll-Ansteuerzustand Sl* für das Regelventil 10 als weiterer Soll-Ansteuerzustand S2* bezeichnet. Entsprechend der Ansteuerung der aktiven Einrichtung 16 durch die Steuereinrichtung 13 führt die aktive Einrichtung 16 dem Pufferbereich 12 über die weitere Versorgungsleitung 17 dadurch einen Zusatzstrom F2 eines weiteren Mediums 18 zu. Der Zusatzstrom F2 weist - analog zum Basisstrom Basisstrom Fl - die Einheit m3/s auf. Er kann positiv oder negativ sein. Es ist also alternativ möglich, das weitere Medium 18 dem Pufferbereich 12 zuzuführen oder es aus dem Pufferbereich 12 abzuziehen. Ob der Zusatzstrom F2 positiv oder negativ ist, ist vom weiteren Soll-Ansteuerzustand S2* abhängig. Unabhängig vom jeweils konkreten Wert des Zusatzstromes F2 und auch unabhängig von der Art des weiteren Mediums 18 hängt dadurch jedoch der Kühlstrom F nicht nur von dem das Regelventil 10 durchströmenden Basisstrom Fl ab, sondern zusätzlich auch von dem über die aktive Einrichtung 16 strömenden Zusatzstrom F2. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass die Steuereinrichtung 13 durch die entsprechende Ansteuerung der aktiven Einrichtung 16 den Zusatzstrom F2 derart einstellt, dass der Kühlstrom F dem Soll-Strom F* jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
Um den weiteren Soll-Ansteuerzustand S2* ermitteln zu können, müssen der Steuereinrichtung 13 verschiedene Werte bekannt sein. Zum einen ist dies der Soll-Strom F* . Der Soll-Strom F* kann der Steuereinrichtung 13 beispielsweise vorgegeben werden oder von der Steuereinrichtung 13 anhand anderer Daten - beispielsweise der Temperatur oder der Enthalpie eines bestimmten Abschnitts des Walzguts 1 in Verbindung mit einem gewünschten zeitlichen Verlauf der Temperatur oder der Enthalpie - ermittelt werden. Wenn, wie im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 4 der Fall, das weitere Medium 18 Luft ist, müssen der Steuereinrichtung 13 ein Nennstrom FO und ein zugehöriger Nenndruck pO bekannt sein. Der Nennstrom FO ist die Menge an Kühlmittel 7, die pro Zeiteinheit aus dem Pufferbereich 12 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht wird, wenn im Pufferbereich 12 der Nenndruck pO herrscht. Die Werte FO, pO können beispielsweise durch eine einmalige Messung vorab er mittelt werden.
Wenn in einem derartigen Fall beispielsweise eine schnelle Erhöhung des Soll-Stroms F* erfolgt, so kann anhand der Beziehung p *2
P pO (1)
FO2 der zugehörige erforderliche Druck p ermittelt werden, der im Pufferbereich 12 herrschen muss. Der Nennstrom FO ist die Menge an Kühlmittel 7, die pro Zeiteinheit aus dem Pufferbereich 12 auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht wird, wenn im Pufferbereich 12 der Nenndruck pO herrscht. Die Steuereinrichtung 13 steuert die aktive Einrichtung 16 somit derart an, dass sie im Pufferbereich 12 den Druck p hervorruft. Die aktive Einrichtung 16 ist vorzugsweise eine das weitere Medium 18 aktiv fördernde Einrichtung, beispielsweise eine Turbine. Die Turbine wird in diesem Fall von einem elektrischen Antrieb angetrieben. Beispielsweise kann der Antrieb um richtergesteuert sein. Derartige Steuerungen sind Fachleuten allgemein bekannt und müssen daher nicht näher erläutert werden. Ein elektrischer Antrieb kann typischerweise mit einer Zeit konstante von 0,1 s von 0 auf Maximaldrehzahl beschleunigt und umgekehrt auch mit einer Zeitkonstante von 0,1 Sekunden von der Maximaldrehzahl auf 0 verzögert werden.
Die aktive Einrichtung 16 kann somit mit hoher Dynamik ange steuert werden. Ein Durchfahren des vollen Stellbereichs (beispielsweise von 0 bis Maximaldrehzahl) kann typischerweise in einem Zeitfenster von weniger als 0,2 s erfolgen. Oftmals werden sogar nur 0,1 s oder weniger benötigt. Damit kann mit dieser kurzen Zeitkonstante der Kühlstrom F angepasst werden, obwohl das Regelventil 10 nur eine relativ geringe Dynamik aufweist, beispielsweise eine Zeitkonstante von 1,5 s. Während dieses Zeitraums weicht somit zwar der Basisstrom Fl von dem gewünschten Soll-Strom F* ab. Beim Kühlstrom F macht sich diese Zeitverzögerung jedoch nicht bemerkbar, weil mittels der Turbine nach Bedarf in hochdynamischer Art und Weise der Druck p im Pufferbereich 12 eingestellt werden kann.
Der Zusatzstrom F2 kann positiv oder negativ sein. Ist er positiv, pumpt die Turbine Luft in den Pufferbereich 12 hinein, so dass der Druck p im Pufferbereich 12 erhöht wird. Ist er negativ, saugt die Turbine Luft aus dem Pufferbereich 12 ab, so dass der Druck p im Pufferbereich 12 verringert wird. Der Kühlstrom F hängt jedoch nicht direkt vom Basisstrom Fl ab, sondern vom Druck p im Pufferbereich 12. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass sich im Pufferbereich 12 überhaupt Kühlmittel 7 befindet, das auf das heiße Walzgut 1 aufgebracht werden kann.
Der Basisstrom Fl muss nicht direkt dem Soll-Strom F* folgen. Er muss lediglich derart eingestellt werden, dass der Pufferbereich 12 weder leer wird noch überläuft. Hierfür ist es, wie bereits erwähnt, möglich, den Soll-Ansteuerzustand Sl* so wie im Stand der Technik auch in Abhängigkeit von dem Soll-Strom F* zu ermitteln. Alternativ ist es möglich, beispielsweise einen Füllstand des Speicherbereichs 12 zu ermitteln und auf einen bestimmten Sollwert zu regeln. Der Sollwert kann nach Bedarf konstant sein oder variieren. Der Füllstand kann in diesem Fall beispielsweise direkt oder indirekt gemessen werden. Eine indirekte Messung ist beispielsweise über Druckmessdosen möglich, mittels derer das Gewicht der Aufbringeinrichtung 6 erfasst wird. Der Füllstand kann auch modellgestützt anhand des Basisstroms Fl und des Kühlstroms F ermittelt werden. Die Differenz von Basisstrom Fl und Kühlstrom F entspricht zu jedem Zeitpunkt der Änderung des Füllstands. Durch zeitliche In tegration dieser Differenz kann somit, ausgehend von einem bekannten anfänglichen Füllstand, jederzeit der momentane Füllstand ermittelt werden. Der Basisstrom Fl kann bei spielsweise gemessen werden, der Kühlstrom F anhand des ohne weiteres messbaren Druckes p ermittelt werden.
Zur Ermittlung des Soll-Ansteuerzustands S2* für die aktive Einrichtung 16 kann die Steuereinrichtung 13 beispielsweise wie folgt vorgehen:
Der Pufferbereich 12 habe ein Gesamtvolumen V. Der Pufferbereich 12 sei teilweise mit dem Kühlmittel 7 gefüllt, im übrigen mit Luft. Mit VI wird nachfolgend das vom Kühlmittel 7 eingenommene Volumen bezeichnet, mit V2 das Luftvolumen. Es gilt selbst verständlich die Beziehung
V = VI + V2 (2)
Im Luftvolumen V2 herrsche der Druck p. Derselbe Druck p herrscht auch im Kühlmittel 7. Über das Regelventil 10 und die Ver sorgungsleitung 8 fließt der Basisstrom Fl in den Pufferbereich 12. Der Basisstrom Fl kann anhand der Beziehung
Figure imgf000021_0001
ermittelt werden. FR ist ein Referenzstrom des Kühlmittels 7, der bei vollständig geöffnetem Regelventil 10 fließt, wenn die Druckdifferenz zwischen der Eingangsseite des Regelventils 10 und dem Pufferbereich 12 gleich dem Nenndruck pO ist. Der Wert FR kann beispielsweise durch eine einmalige Messung vorab ermittelt werden, pl ist der Druck eingangsseitig des Regel ventils 10. f (x) ist die relative Durchflussmenge des Regel ventils 10 in Abhängigkeit von der Ventilstellung x des Re gelventils 10. Sie liegt für x = 0 (Regelventil 10 vollständig geschlossen) bei 0 und für x = 1 (Regelventil 10 vollständig geöffnet) bei 1. Zwischen x = 0 und x = 1 ist sie monoton - oftmals streng monoton - steigend. Die Kennlinie f als solche kann vorab bekannt sein. In der Regel wird sie vom Hersteller des Re gelventils 10 einmalig vorab erfasst und kann danach dem Da tenblatt des Regelventils 10 entnommen werden.
Für die Änderung des von dem Kühlmittel 7 eingenommenen Volumens VI gilt
A = F\-F (4)
Für die im Luftvolumen V2 enthaltene Luftmenge M gilt
M = p-V2 (5)
Hierbei wird angenommen, dass die Temperatur der Luft konstant ist. Falls die Temperatur variabel ist, gestaltet sich die Rechnung zwar etwas komplexer, bleibt aber prinzipiell ähnlich.
Durch den Zusatzstrom F2 wird im Pufferbereich 12 eine Änderung der Luftmenge M und damit des Luftvolumens V2 und/oder des Druckes p bewirkt. Es gilt somit
Figure imgf000022_0001
Durch Einsetzen von Gleichung (1) und Gleichung (3) kann somit als resultierende Gleichung für die zeitliche Änderung der Luftmenge M folgende Beziehung ermittelt werden:
Figure imgf000023_0001
Der Steuereinrichtung 13 ist weiterhin die Kennlinie K der Turbine bekannt. Die Kennlinie K setzt die Drehzahl n der Turbine, die Druckdifferenz dr eingangsseitig und ausgangsseitig der Turbine und die pro Zeiteinheit geförderte Luftmenge, also die zeitliche Ableitung der Luftmenge M, miteinander in Bezug. Bei Vorgabe von zwei der drei Größen Drehzahl n der Turbine - Druckdifferenz dr - zeitliche Ableitung der Luftmenge M ist die jeweils dritte Größe anhand der Kennlinie K bestimmt. Die Kennlinie K kann beispielsweise durch Messung oder anhand eines Datenblatts des Herstellers der Turbine ermittelt werden. Es kann also eine Funktion angegeben werden, mittels derer bei gegebener Druckdifferenz dr und gegebener zeitlicher Ableitung der Luftmenge M die zugehörige Drehzahl n der Turbine ermittelt werden kann. Die erforderliche Druckdifferenz dr ergibt sich direkt durch den gewünschten Soll-Strom F* . Mit der zeitlichen Ableitung der Luftmenge M ist auch der Zusatzstrom F2 bestimmt.
Somit ist im Ergebnis die Drehzahl n der Turbine durch folgende Beziehung bestimmt:
Figure imgf000023_0002
Diese Gleichung ist ausschließlich vom Druck p im Pufferbereich 12, der Stellung x des Regelventils 10, der momentanen Luftmenge M und der zeitlichen Ableitung des Druckes p im Pufferbereich 12 abhängig. Die übrigen Größen sind lediglich konstante Parameter. Die Luftmenge M ist eine Zustandsgröße, die leicht mittels eines Beobachters ermittelt werden kann. Dazu muss lediglich die Gleichung (7) mit einem geeigneten Anfangswert gelöst werden. Beobachter sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Rein beispielhaft wird auf das Fachbuch „Systemtheorie - eine Einführung" von R. Unbehauen, Band 1, Springer Verlag Berlin, Heidelberg verwiesen. Die anderen variablen Größen sind leicht messbar bzw. - im Falle der zeitlichen Ableitung des Druckes p - anhand des gemessenen Druckes p ohne weiteres ableitbar.
Der Druck p im Pufferbereich 12 und damit im Ergebnis der Kühlstrom F können daher so schnell eingestellt werden, wie die Drehzahl n der Turbine eingestellt werden kann. Die Einstellung der Drehzahl der Turbine ist jedoch mit einer Genauigkeit von 1 % und besser mit einer Zeitkonstante von 0,2 s und besser möglich.
Es muss lediglich noch beachtet werden, dass das Volumen VI des Kühlmittels 7 im Pufferbereich 12 innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt. Dies ist jedoch ohne weiteres realisierbar. Es muss lediglich die Stellung x des Regelventils 10 ständig entsprechend nachgeführt werden, so dass das Volumen VI gegen einen vorgegebenen Sollwert strebt. Entsprechende Regler sind allgemein bekannt. Der Regler kann - beispielsweise - als P-Regler, als PI-Regler oder als Zustandsregler ausgebildet sein, alle jeweils mit oder ohne Vorsteuerung. Auch eine Im plementierung als Zweipunktregler ist möglich.
Bei der Ausgestaltung gemäß FIG 4 entnimmt die aktive Einrichtung 16 die Luft schlichtweg aus der Umgebung bzw. gibt sie an die Umgebung ab. Alternativ ist es entsprechend der Darstellung in FIG 5 möglich, dass die aktive Einrichtung 16 die Luft aus einer Speichereinrichtung 19 entnimmt und in die Speichereinrichtung 19 abgibt. Im übrigen stimmt die Ausgestaltung von FIG 5 mit der Ausgestaltung von FIG 4 überein. Die Ausgestaltung von FIG 5 weist gegenüber der Ausgestaltung von FIG 4 den Vorteil auf, dass die Luft in der Speichereinrichtung 19 unter einem Druck p' stehen kann. Der Druck p' wird vorzugsweise derart gewählt, dass er zwischen 0 und einem Maximaldruck liegt, wobei der Maximaldruck derjenige Druck ist, bei welchem die Aufbringeinrichtung 6 maximal betrieben. Sofern die Speichereinrichtung 19 groß genug dimensioniert ist, ist es möglich, dass der Druck p' näherungsweise konstant ist. In diesem Fall sollte der Druck p' in etwa bei der Hälfte des Maximaldrucks liegen. Ist die Speichereinrichtung 19 kleiner dimensioniert, verringert sich der Druck p' in der Speicher einrichtung 19 entsprechend der entnommenen Luftmenge und erhöht sich wieder entsprechend der zugeführten Luftmenge. Dies kann durchaus von Vorteil sein, da ein Druckanstieg in der Spei chereinrichtung 19 einer zu starken Verringerung des Luftvo lumens V2 im Pufferbereich 12 entgegenwirkt und umgekehrt.
Alternativ ist es entsprechend der Darstellung in FIG 5 möglich, dass die Steuereinrichtung 13 den Druck p' über eine Steuer leitung 20, die mit der Speichereinrichtung 19 verbunden ist, einstellt. Die Steuereinrichtung 13 kann in diesem Fall ins besondere den Druck p' in Abhängigkeit von dem Soll-Strom F* oder dem Druck p nachführen. Beispielsweise kann die Steuerein richtung 13 Ventile 21, 22 mit entsprechenden Steuersignalen S3*, S4* ansteuern, so dass - je nach Ansteuerung der Ventile 21, 22 - der Speichereinrichtung 19 nach Bedarf Druckluft zugeführt wird oder Luft aus der Speichereinrichtung 19 in die Umgebung ab gelassen wird.
Aufgrund des Druckes p' ändert sich die Ansteuerung der Turbine, da es beim vorderen Argument der Kennlinie K auf die Druck differenz dr ankommt. Im übrigen bleibt die Herleitung der erforderlichen Drehzahl n der Turbine unverändert. Es ist also lediglich erforderlich, die Drehzahl n der Turbine anhand folgender Beziehung zu ermitteln:
Figure imgf000025_0001
Die Ausgestaltung von FIG 5 bietet gegenüber der Ausgestaltung von FIG 4 verschiedene Vorteile. Zum einen wird die Turbine immer in einer sauberen Luftumgebung betrieben. Zum anderen kann der Energieverbrauch der Turbine reduziert werden, indem man den Druck p' nach Bedarf einstellt. Dies kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn der Kühlstrom F und damit der erforderliche Druck p im Pufferbereich 12 für längere Zeit konstant bleibt oder zumindest im Wesentlichen konstant bleibt.
Sowohl bei der Ausgestaltung gemäß FIG 4 als auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG 5 muss das Kühlmittel 7 der Aufbrin geinrichtung 6 relativ weit unten entnommen werden, da sich - selbstverständlich - das Luftvolumen V2 im oberen Bereich und das Volumen VI an Kühlmittel 7 im unteren Bereich des Pufferbereichs 12 befindet. Dies ist jedoch ohne weiteres möglich.
Die Ausgestaltung der FIG 4 und 5 ist insbesondere bei einer Laminarkühlstrecke sinnvoll. Prinzipiell ist sie aber auch bei einer Intensivkühlung realisierbar.
Die Ausgestaltung von FIG 6 korrespondiert über weite Strecken mit der von FIG 5. Auch bei der Ausgestaltung von FIG 6 ist die aktive Einrichtung 16 vorzugsweise eine das weitere Medium 18 aktiv fördernde Einrichtung. Bei der Ausgestaltung von FIG 6 ist das weitere Medium 18 jedoch nicht Luft, sondern Wasser (bzw. allgemein das Kühlmittel 7) . Die aktive Einrichtung 16 ist daher eine Pumpe. Die Pumpe wird - analog zur Turbine der FIG 4 und 5 - von einem elektrischen Antrieb angetrieben. Beispielsweise kann der Antrieb umrichtergesteuert sein. Ein elektrischer Antrieb kann typischerweise mit einer Zeitkonstante von 0,1 s von 0 auf Maximaldrehzahl beschleunigt und umgekehrt auch mit einer Zeitkonstante von 0,1 Sekunden von der Maximaldrehzahl auf 0 verzögert werden. Dadurch kann mittels der Pumpe - je nach Drehzahl und Drehrichtung - nach Bedarf in hochdynamischer Art und Weise zusätzlich zu dem über die Versorgungsleitung 8 zugeführten Basisstrom Fl dem Pufferbereich 12 zusätzliches Wasser zugeführt werden oder ein Teil des über die Versor gungsleitung 8 zugeführten Basisstromes Fl dem Pufferbereich 12 entnommen werden. Der Kühlstrom F ergibt sich in diesem Fall direkt als Summe von Basisstrom Fl und Zusatzstrom F2, wobei letzterer je nach Ansteuerung der Pumpe positiv oder negativ sein kann .
Vorzugsweise steht auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG 6 das weitere Medium in der Speichereinrichtung 19 unter Druck p' . Weiterhin stellt vorzugsweise auch bei der Ausgestaltung gemäß FIG 6 die Steuereinrichtung 13 den Druck p' über eine mit der Speichereinrichtung 19 verbundene Steuerleitung 20 ein. Über die Steuerleitung 20 wird der Speichereinrichtung 19 vorzugsweise Druckluft zugeführt oder Luft aus der Speichereinrichtung 19 abgelassen. Die Steuereinrichtung 13 kann den Druck p' ebenso wie bei der Ausgestaltung gemäß FIG 5 in Abhängigkeit von dem Druck p nachführen.
Den Soll-Ansteuerzustand S2* für die Pumpe kann die Steuer einrichtung 13 beispielsweise wie folgt ermitteln:
Wie zuvor kann gemäß Gleichung (1) der Druck p ermittelt werden, der erforderlich ist, damit der Kühlstrom F gleich dem Soll-Strom F* ist. Der Basisstrom Fl gehorcht ebenfalls weiterhin Gleichung (3) . Da im Falle der Ausgestaltung gemäß FIG 6 der Pufferbereich 12 jedoch stets vollständig mit Kühlmittel 7 bzw. Wasser (= weiteres Medium 18) gefüllt ist, gilt jederzeit, dass die Summe von Basisstrom Fl und Zusatzstrom F2 gleich dem Kühlstrom F ist. Um den Kühlstrom F auf den Soll-Strom F* einzustellen, muss daher jederzeit die Beziehung
F2 = F * -Fl (10) eingehalten werden.
Analog zu den obigen Ausführungen zur Kennlinie K der Turbine existiert eine ähnliche Kennlinie K für die Pumpe. Es wird lediglich die zeitliche Änderung der Luftmenge durch den ge förderten Volumenstrom ersetzt, also den Zusatzstrom F2. Mit dem bekannten Druck p im Pufferbereich 12, dem Druck p' im Spei cherbereich 19 und dem erforderlichen Zusatzstrom F2 kann daher sofort gemäß der Beziehung
Figure imgf000028_0001
die erforderliche Drehzahl n der Pumpe ermittelt werden.
Analog zu den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 muss darauf geachtet werden, dass der Basisstrom Fl im zeitlichen Mittel mit dem Kühlstrom F korrespondiert. Die Vorgehensweise kann analog zu den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 realisiert sein.
Die Ausgestaltung von FIG 6 ist insbesondere bei einer In tensivkühlung sinnvoll. Prinzipiell ist sie aber auch bei einer Laminarkühlstrecke realisierbar.
Sowohl bei den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 als auch bei der Ausgestaltung von FIG 6 ist es sinnvoll, die Stellung x des Regelventils 10 tatsächlich zu messen. Dies ist ohne weiteres möglich. Auch ist es sinnvoll und einfach realisierbar, den Druck p im Pufferbereich 12 zu messen. Für den Druck p' in der Speichereinrichtung 19 ist eine Messung möglich, aber nicht erforderlich. Bei den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 ist es weiterhin sinnvoll, auch die Menge an Kühlmittel 7 im Puf ferbereich 12 zu messen. Außer den bereits erwähnten Mög lichkeiten kann man auch direkt den Füllstand messen, bei spielsweise mit einem Schwimmer, einem Ultraschallgeber oder einem kapazitiven Sensor. Auf analoge Weise kann im Falle der Ausgestaltung von FIG 6 die Wassermenge im Speicherbereich 19 gemessen werden. Die geförderten Ströme - also der Basisstrom Fl, der Zusatzstrom F2 und der Kühlstrom F - werden in der Regel nicht gemessen, auch wenn dies natürlich prinzipiell möglich ist.
Sowohl bei den Ausgestaltungen der FIG 4 und 5 als auch bei der Ausgestaltung von FIG 6 ist es möglich, dass der Soll-Strom F* der Steuereinrichtung 13 direkt und unmittelbar vorgegeben wird. Vorzugsweise ist der Steuereinrichtung 11 jedoch der thermo dynamische Energiezustand H des Walzguts 1 unmittelbar vor Erreichen der Aufbringeinrichtung 6 bekannt. Bei dem thermo- dynamischen Energiezustand H kann es sich insbesondere um die Enthalpie oder die Temperatur eines jeweiligen Abschnitts des Walzguts 1 handeln. In diesem Fall ermittelt die Steuerein richtung 13 zunächst in Abhängigkeit von dem thermodynamischen Energiezustand H den Soll-Strom F* und sodann anhand des Soll-Stroms F* zumindest den zugehörigen Soll-Ansteuerzustand S2*, gegebenenfalls auch den zugehörigen Soll-Ansteuerzustand Sl*. Insbesondere ist es möglich, dass der Steuereinrichtung 13 ein örtlicher oder zeitlicher Soll-Verlauf des thermodynamischen Energiezustands H vorgegeben wird, der nach Möglichkeit ein gehalten werden soll. Die Steuereinrichtung 13 kann daher ermitteln, welcher thermodynamische Energiezustand H unmit telbar hinter der Aufbringeinrichtung 6 vorliegen soll. Durch Vergleich mit dem tatsächlichen thermodynamischen Energiezu stand H unmittelbar vor der Aufbringeinrichtung 6 kann die Steuereinrichtung 13 daher ermitteln, welche Menge an Kühlmittel 7 auf den entsprechenden Abschnitt des Walzguts 1 aufgebracht werden muss, damit der tatsächliche thermodynamische Ener giezustand H unmittelbar hinter der Aufbringeinrichtung 6 dem gewünschten Sollzustand möglichst gut entspricht. Die erfor derliche Menge an Kühlmittel 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* .
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 13 als solcher vorgegeben sein. Beispielsweise kann entsprechend der Darstellung in FIG 1 eingangsseitig der Kühlstrecke 2 ein Temperaturmessplatz 23 angeordnet sein, mittels dessen für die einzelnen Abschnitte des Walzguts 1 jeweils die Temperatur bzw. allgemein der Energiezustand H erfasst wird. Der erfasste Energiezustand H wird dann dem jeweiligen Abschnitt zugeordnet. Für jeden Abschnitt wird während seines Durchlaufs durch die Kühlstrecke 2 eine Wegverfolgung implementiert. Für jede weitere Aufbringeinrichtung 6, die ihren Anteil an Kühlmittel 7 später aufbringt, muss jedoch der entsprechende thermodynamische Energiezustand H des Walzguts 1 (bzw. des entsprechenden Ab schnitts des Walzguts 1) fortgeschrieben werden. Hierbei be rücksichtigt die Steuereinrichtung 13 insbesondere den ther modynamischen Energiezustand H unmittelbar vor der unmittelbar vorhergehenden Aufbringeinrichtung 6 und die Menge an Kühlmittel 7, welche die unmittelbar vorhergehende Aufbringeinrichtung 6 auf das Walzgut 1 aufbringt. Bezüglich der Menge an Kühlmittel 7 kann die Steuereinrichtung 13 alternativ den Soll-Strom F* oder den Kühlstrom F der unmittelbar vorhergehenden Aufbringein richtung 6 berücksichtigen. Sie ermittelt also sequenziell nacheinander für die Aufbringeinrichtungen 6 jeweils den thermodynamischen Energiezustand H des Walzguts 1. Soweit erforderlich, kann die Steuereinrichtung 13 in diesem Zusam menhang eine Wärmeleitungsgleichung und eine Phasenumwand lungsgleichung 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 einzelnen Aufbringeinrichtung 6 von beiden Seiten auf das Walzgut 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 ergriffen werden, wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße nachgeordnet ist. Insbesondere wenn die Kühlstrecke 2 der Walzstraße 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. Im Extremfall ist es möglich, dass die Aufbringeinrichtungen 6 jeweils nur eine einzige Spritzdüse aufweisen. In der Regel weisen die Aufbringeinrichtungen 6 jedoch jeweils mehrere Spritzdüsen auf. Die Spritzdüsen können in Transportrichtung x des Walzguts 1 gesehen hintereinander angeordnet sein. Die Spritzdüsen können beispielsweise innerhalb eines einzelnen Spritzbalkens hintereinander angeordnet sein. Es können auch mehrere in Transportrichtung x hintereinander angeordnete Spritzbalken zu einer (1) Aufbringeinrichtung 6 zusammengefasst sein. Dies gilt unabhängig davon, ob der jeweilige Spritzbalken als solcher mehrere hintereinander angeordnete Spritzdüsen aufweist oder nicht.
Die Aufbringeinrichtungen 6 können weiterhin alternativ oder zusätzlich zu einer Anordnung von Spritzdüsen hintereinander mehrere Spritzdüsen aufweisen, die quer zur Transportrichtung x des Walzguts 1 gesehen nebeneinander angeordnet sind. Eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere bei einem flachen Walzgut 1 sinnvoll sein, also bei einem Band oder einem Grobblech. Die Aufbringeinrichtungen 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. In diesem Fall sind also neben einander mehrere Aufbringeinrichtungen 6 angeordnet, die über jeweils eine eigene Versorgungsleitung 8 und eine eigenes Regelventil 10 mit Kühlmittel 7 versorgt werden.
Die gesamten, obenstehend in Verbindung mit einer der Auf bringeinrichtungen 6 und deren zugehörigen Komponenten er läuterten Vorgehensweisen können in völlig analoger Art und Weise auch für die anderen Aufbringeinrichtungen 6 ausgeführt werden. Die genannte Vorgehensweise wird weiterhin, wie bereits erwähnt, jeweils für einen Abschnitt des Walzguts 1 durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere ist eine hochdynamische Einstellung der Kühlströme F möglich. Als Totzeit der Aufbringeinrichtungen 6 treten lediglich noch die in der Regel sehr kleinen Zeiten auf, die das Kühlmittel 7 benötigt, um - gerechnet ab dem Austreten aus der jeweiligen Aufbrin geinrichtung 6 - auf das Walzgut 1 aufzutreffen. Ein Abschalten des Kühlstroms F ist im Bereich von wenigen Zehntelsekunden (oftmals unter 0,2 s, manchmal sogar unter 0,1 s) möglich. Gleiches gilt bei einem Hochfahren des Kühlstroms F. Die Antriebe für die aktiven Einrichtungen 16 können sehr genau gesteuert werden. Eine übliche Genauigkeit der Drehzahl n liegt im Bereich von 0,1 %. Mit der gleichen oder einer ähnlichen Genauigkeit lässt sich auch der Kühlstrom F für die jeweilige Aufbringeinrichtung 6 einstellen. Unter Berücksichtigung des Ansprechverhaltens der Antriebe 12 dürfte aller Wahrscheinlichkeit nach ein Nachführen des Kühlstroms F mit 1 % Genauigkeit in weniger als 0,5 s erreicht werden können, möglicherweise sogar in 0,2 s bis 0,3 s. Der Verschleiß an Turbinen, Pumpen und Antrieben ist gering . Typische Standzeiten für Pumpenlager liegen beispielsweise bei 100.000 Stunden und mehr. Ähnliche Werte gelten für die Lager von Turbinen. Weiterhin werden Druckschläge vermieden, da zwar der jeweilige Kühlstrom F sehr schnell reduziert wird, nicht aber der jeweilige Basisstrom Fl. Deshalb können bei einer Laminar kühlstrecke kostengünstige Regelklappen eingesetzt werden. Insbesondere bei einer Vorbandkühlung ist es weiterhin sogar möglich, die sogenannten Schienenstellen im Vorband gezielt anders zu kühlen als das übrige Vorband. Dies ist im Stand der Technik mangels entsprechender Dynamik nicht möglich. Aber auch bei normalen Kühlstrecken ergeben sich geringere Verzöge rungszeiten und damit eine genauere Temperaturführung des Walzguts 1.
Wird eine Laminarkühlstrecke mit erfindungsgemäßen Aufbrin geinrichtungen 6 versehen, so ist bei der „Luftversion" (FIG 4 und 5) typischerweise eine Turbine mit einer Leistung von jeweils etwa 2 kW erforderlich. Bei einer Intensivkühlung oder einer Vorbandkühlung wird vorzugsweise die „Wasserversion" (FIG 6) eingesetzt. Die benötigte Leistung für die Pumpe liegt typi scherweise bei etwa 25 kW.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausfüh rungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Varianten können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Be zugs zeichenliste
1 Walzgut
2 Kühlstrecke
3 bis 5 Walzgerüste
6 Aufbringeinrichtungen 7 Kühlmittel
8, 17 Versorgungsleitungen
9 Reservoir
10 Regelventile
11 Pumpe
12 Pufferbereich
13 Steuereinrichtung
14 Computerprogramm
15 Maschinencode
16 aktive Einrichtung 18 weiteres Medium
19 Speichereinrichtung
20 Steuerleitung
21, 22 Ventile
23 Temperaturmessplatz
F Kühlstrom
Fl Basisstrom
F2 Zusatzstrom
p* Soll-Strom
p, p' Drücke
Sl*, S2 * Soll -AnSteuerzustände S3* , S4 * Steuersignale
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 eine Steuereinrichtung (13) der Kühlstrecke (2) dy namisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (Sl*) für ein in einer jeweiligen Versorgungsleitung (8) angeordnetes je weiliges Regelventil (10) ermittelt und das jeweilige Re gelventil (10) entsprechend ansteuert,
- wobei einer Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) der Kühl strecke (2) über die jeweilige Versorgungsleitung (8) ent sprechend der Ansteuerung des jeweiligen Regelventils (10) durch die Steuereinrichtung (13) ein jeweiliger Basisstrom (Fl) eines flüssigen, auf Wasser basierenden Kühlmittels (7) zugeführt wird,
- wobei die jeweilige Versorgungsleitung (8) den jeweiligen Basisstrom (Fl) einem jeweiligen Pufferbereich (12) der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) zuführt, von dem ausgehend mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) ein jeweiliger Kühlstrom (F) des Kühlmittels (7) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die Steuereinrichtung (13) zusätzlich dynamisch einen jeweiligen weiteren Soll-Ansteuerzustand (S2*) für eine jeweilige aktive Einrichtung (16) ermittelt und die jeweilige aktive Einrichtung (16) entsprechend ansteuert,
- dass die jeweilige aktive Einrichtung (16) dem jeweiligen Pufferbereich (12) entsprechend der Ansteuerung der j eweiligen aktiven Einrichtung (16) durch die Steuereinrichtung (13) über eine jeweilige weitere Versorgungsleitung (17) einen je weiligen Zusatzstrom (F2) eines weiteren Mediums (18) zuführt,
- dass der jeweilige Kühlstrom (F) sowohl von dem das jeweilige Regelventil (10) durchströmenden jeweiligen Basisstrom (Fl) als auch von dem über die jeweilige aktive Einrichtung (16) strömenden jeweiligen Zusatzstrom (F2) abhängt, - dass der jeweilige Zusatzstrom (F2) je nach dem jeweiligen weiteren Ansteuerzustand (S2*) der jeweiligen aktiven Ein richtung (16) positiv oder negativ ist und
- dass die Steuereinrichtung (13) den jeweiligen Zusatzstrom (F2) durch die entsprechende Ansteuerung der jeweiligen aktiven Einrichtung (16) derart einstellt, dass der jeweilige Kühlstrom (F) einem mittels der j eweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) des Kühlmittels (7) jederzeit 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 die jeweilige aktive Einrichtung (16) eine das weitere Medium (18) aktiv fördernde Einrichtung ist.
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 das weitere Medium (18) Luft oder Wasser ist.
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 das weitere Medium (18) einer jeweiligen Speicherein richtung (19) entnommen 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 das weitere Medium (18) in der jeweiligen Speicherein richtung (19) unter einem jeweiligen Druck (r' ) steht.
6. Betriebsverfahren nach Anspruch 5,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass der jeweilige Druck (r' ) in der jeweiligen Speicherein richtung (19) über eine mit der jeweiligen Speichereinrichtung (19) verbundene jeweilige Steuerleitung (20) eingestellt wird.
7. Betriebsverfahren nach Anspruch 5 oder 6,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der jeweilige Druck (r' ) in der jeweiligen Speicherein richtung (19) in Abhängigkeit von dem Soll-Strom (F*) oder einem in dem jeweiligen Pufferbereich (12) herrschenden jeweiligen Druck (p) nachgeführt wird.
8. Steuereinrichtung 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 die Steuereinrichtung für eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) der Kühlstrecke (2) dynamisch einen jeweiligen Soll-Ansteuerzustand (Sl*) für ein in einer jeweiligen Versorgungsleitung (8) angeordnetes jeweiliges Regelventil (10) ermittelt und das jeweilige Regelventil (10) entsprechend ansteuert, so dass einem jeweiligen Pufferbereich (12) der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) entsprechend der Ansteuerung des jeweiligen Regelventils (10) durch die Steu ereinrichtung (13) über die j eweilige Versorgungsleitung (8) ein jeweiliger Basisstrom (Fl) eines flüssigen, auf Wasser ba sierenden Kühlmittels (7) zugeführt wird,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass die Steuereinrichtung zusätzlich dynamisch einen je weiligen weiteren Soll-Ansteuerzustand (S2*) für eine je weilige aktive Einrichtung (16) ermittelt und die jeweilige aktive Einrichtung (16) entsprechend ansteuert, so dass die j eweilige aktive Einrichtung (16) entsprechend der Ansteuerung der jeweiligen aktiven Einrichtung (16) durch die Steuer einrichtung (13) dem jeweiligen Pufferbereich (12) über eine jeweilige weitere Versorgungsleitung (17) einen jeweiligen Zusatzstrom (F2) eines weiteren Mediums (18) zuführt,
- dass ein von dem jeweiligen Pufferbereich (12) ausgehender und mittels der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufgebrachter jeweiliger Kühlstrom (F) des Kühlmittels (7) sowohl von dem das jeweilige Regelventil (10) durchströmenden jeweiligen Basisstrom (Fl) als auch von dem über die jeweilige aktive Einrichtung (16) strömenden je weiligen Zusatzstrom (F2) abhängt und
- dass die Steuereinrichtung den jeweiligen Zusatzstrom (F2) derart auf positive und negative Werte einstellt, dass der jeweilige Kühlstrom (F) einem mittels der jeweiligen Auf bringeinrichtung (6) auf das heiße Walzgut (1) aufzubringenden jeweiligen Soll-Strom (F*) jederzeit so weit wie möglich angenähert wird.
9. Steuereinrichtung nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das weitere Medium (18) einer jeweiligen Speicherein richtung (19) entnommen wird, dass das weitere Medium (18) in der j eweiligen Speichereinrichtung (19) unter einem j eweiligen Druck (r' ) steht und dass die Steuereinrichtung den jeweiligen Druck (r' ) in der jeweiligen Speichereinrichtung (19) über eine mit der jeweiligen Speichereinrichtung (19) verbundene jeweilige Steuerleitung (20) einstellt.
10. Steuereinrichtung nach Anspruch 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung den Druck (r' ) in der jeweiligen Speichereinrichtung (19) in Abhängigkeit von dem Soll-Strom (F*) oder einem in dem jeweiligen Pufferbereich (12) herrschenden Druck (p) nachführt.
11. Steuereinrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die Steuereinrichtung als softwareprogrammierbare Ein richtung ausgebildet ist, die mit einem Computerprogramm (14) programmiert ist, das Maschinencode (15) umfasst, der von der Steuereinrichtung abarbeitbar ist, und dass die Abarbeitung des Maschinencodes (15) durch die Steuereinrichtung die entspre chende Ermittlung des j eweiligen Soll-Ansteuerzustands (Sl*) für das jeweilige Regelventil (10) und des jeweiligen weiteren Soll-Ansteuerzustands (S2*) für die j eweilige aktive Einrichtung (16) sowie die entsprechende Ansteuerung des jeweiligen Re gelventils (10) und der jeweiligen aktiven Einrichtung (16) bewirkt .
12. Computerprogramm, das Maschinencode (15) umfasst, der von einer softwareprogrammierbaren Steuereinrichtung (13) für eine Kühlstrecke abarbeitbar ist, wobei die Abarbeitung des Ma schinencodes (15) durch die Steuereinrichtung (13) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (13) entsprechend Anspruch 8 den je weiligen Soll-Ansteuerzustand (Sl*) für das jeweilige Regel ventil (10) und den jeweiligen weiteren Soll-Ansteuerzustand (S2*) für die jeweilige aktive Einrichtung (16) ermittelt und das jeweilige Regelventil (10) und die jeweilige aktive Einrichtung (16) entsprechend ansteuert.
13. Kühlstrecke,
- wobei die Kühlstrecke innerhalb einer Walzstraße angeordnet ist oder der Walzstraße vor- oder nachgeordnet ist,
- wobei mittels der Kühlstrecke ein heißes Walzgut (1) aus Metall gekühlt wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Anzahl von Aufbringeinrichtungen (6) aufweist, die über eine jeweilige Versorgungsleitung (8) mit einer Quelle (9) für ein flüssiges, auf Wasser basierendes Kühlmittel (7) verbunden sind,
- wobei in der jeweiligen Versorgungsleitung (8) ein jeweiliges Regelventil (10) angeordnet ist,
- wobei die Aufbringeinrichtungen (6) einen jeweiligen Puf ferbereich (12) aufweisen, der mit der jeweiligen Versor gungsleitung (8) verbunden ist, so dass die jeweilige Ver sorgungsleitung (8) dem jeweiligen Pufferbereich (12) der jeweiligen Aufbringeinrichtung (6) einen jeweiligen Ba sisstrom (Fl) des Kühlmittels (7) zuführt und ausgehend von dem jeweiligen Pufferbereich (12) mittels der jeweiligen Auf bringeinrichtung (6) ein jeweiliger Kühlstrom (F) des
Kühlmittels (7) auf das heiße Walzgut (1) aufgebracht wird,
- wobei die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung (13) aufweist, welche das jeweilige Regelventil (10) steuert,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
- dass dem jeweiligen Pufferbereich (12) eine jeweilige aktive Einrichtung (16) zugeordnet ist, mittels derer dem Puffer bereich (12) über eine weitere Versorgungsleitung (17) ein Zusatzstrom (F2) eines weiteren Mediums (18) zuführbar ist, so dass der jeweilige Kühlstrom (F) sowohl von dem das jeweilige Regelventil (10) durchströmenden Basisstrom (Fl) als auch von dem über die jeweilige aktive Einrichtung (16) strömenden jeweiligen Zusatzstrom (F2) abhängt, und
- dass die Kühlstrecke eine Steuereinrichtung (13) nach einem der Ansprüche 8 bis 11 aufweist, welche nicht nur das jeweilige Regelventil, sondern zusätzlich auch die jeweilige aktive Einrichtung (16) steuert.
14. Kühlstrecke nach Anspruch 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass die jeweilige aktive Einrichtung (16) eine das weitere
Medium aktiv fördernde Einrichtung ist.
15. Kühlstrecke nach Anspruch 14,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das weitere Medium (18) Luft oder Wasser ist.
16. Kühlstrecke nach Anspruch 13, 14 oder 15,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das weitere Medium (18) einer jeweiligen Speicherein richtung (19) entnommen wird.
17. Kühlstrecke nach Anspruch 16,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
dass das weitere Medium (18) in der jeweiligen Speicherein richtung (19) unter einem jeweiligen Druck (r' ) steht.
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