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EP2767352A1 - Kühlung eines Metallbandes mit positionsgeregelter Ventileinrichtung - Google Patents

Kühlung eines Metallbandes mit positionsgeregelter Ventileinrichtung Download PDF

Info

Publication number
EP2767352A1
EP2767352A1 EP13155151.7A EP13155151A EP2767352A1 EP 2767352 A1 EP2767352 A1 EP 2767352A1 EP 13155151 A EP13155151 A EP 13155151A EP 2767352 A1 EP2767352 A1 EP 2767352A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
coolant
valve
supply line
valve device
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13155151.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jian Dr. Chen
Sieglinde Ehgartner
Reinhard Dr. Karl
Erich Opitz
Florian Pöschl
Alois Seilinger
Thomas Trickl
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Primetals Technologies Austria GmbH
Original Assignee
Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria filed Critical Siemens VAI Metals Technologies GmbH Austria
Priority to EP13155151.7A priority Critical patent/EP2767352A1/de
Priority to EP14705729.3A priority patent/EP2956251B1/de
Priority to US14/768,076 priority patent/US10722929B2/en
Priority to CN201480009061.2A priority patent/CN105026064B/zh
Priority to PCT/EP2014/052385 priority patent/WO2014124867A1/de
Priority to PL14705729T priority patent/PL2956251T3/pl
Publication of EP2767352A1 publication Critical patent/EP2767352A1/de
Priority to US16/893,020 priority patent/US11084076B2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/667—Quenching devices for spray quenching

Definitions

  • the present invention further relates to a control device for a cooling device for cooling a metal strip by means of a liquid coolant, wherein the control device is designed as a software programmable control device and is programmed with such a computer program.
  • valve device is designed as a switching valve, the binary Switched between the states completely open and completely closed.
  • the valve characteristic includes a switch-on delay, a switch-off delay and an average coolant flow rate.
  • Power cooling - that is, the intensive cooling of metal strip - is a novel cooling method for cooling a metal strip during hot rolling or immediately thereafter. It serves to specifically adjust the microstructure and thus the mechanical properties of the end product.
  • so-called AHSS advanced high strength steels
  • Cooling requires that the coolant flow, i. the amount of coolant that is applied to the metal strip per unit time, accurate, reproducible and dynamically adjust.
  • this is done by arranging a flow meter in the supply line to the loading device and controlling the flow rate by means of the valve device.
  • this approach has several disadvantages.
  • an overshoot often occurs in practice when setting a new setpoint.
  • Even a calming phase until the new set point is kept stable is often relatively long.
  • flow meters are relatively expensive.
  • the object of the present invention is to provide ways by which a flexible and reliable cooling of the metal strip can be achieved in a simple and cost-effective manner.
  • the front state of the coolant may be determined as needed.
  • the forward state of the coolant may include its temperature and / or its chemical composition.
  • the front state of the coolant (at least) comprises a front supply line pressure, which is applied to the coolant in the supply line in front of the valve device.
  • the rear condition of the coolant may be determined as needed, similar to the front condition of the coolant.
  • the rearward state of the coolant preferably comprises (at least) a rear supply line pressure, which is applied to the coolant in the supply line between the valve device and the loading device or in the loading device.
  • the present invention is also applicable in principle to normal cooling devices in which a front supply line pressure, which the coolant has in the supply line in front of the valve device, is relatively low.
  • a front supply line pressure which the coolant has in the supply line in front of the valve device, is relatively low.
  • the front feed pressure is between 1.5 bar and 5.0 bar, in particular between 2.0 bar and 3.0 bar.
  • control device with the features of claim 10.
  • control device is programmed with a computer program according to the invention.
  • control device is designed or programmed according to the invention.
  • a treatment line for a metal strip 1 has at least one rolling stand 2-usually several rolling stands 2 in tandem-and a reeling device 3.
  • the metal strip 1 is rolled. Then, the metal strip 1 is reeled by means of the reeling device 3.
  • Cooling devices 4 may be arranged between the rolling stands 2 and / or between the last rolling stand 2 and the reeling device 3. By means of the cooling devices 4, the metal strip 1 is cooled with a liquid coolant 5.
  • the liquid coolant 5 is usually water or at least contains water as its main component.
  • the treatment line is controlled by a control device 6.
  • the control device 6 may comprise a plurality of subunits, each controlling a part of the treatment line. In the context of the present invention, it is important that the control device 6 controls at least one of the cooling devices 4. The following is therefore in connection with the FIGS. 2 and 3 only - representative of all cooling devices 4 - on one of the cooling devices 4 received.
  • the control device 6 is, as indicated by the abbreviation " ⁇ C", designed as a software programmable control device. It is programmed with a computer program 7.
  • the computer program 7 includes machine code 8, which is directly executable by the control device 6.
  • the processing of the machine code 8 by the control device 6 causes the internal functionality of the control device 6, which will be explained in more detail below in conjunction with the overall operation of the cooling device considered.
  • the cooling device 4 has an application device 9.
  • the application device 9 may be formed, for example, as an upper spray bar, by means of which the coolant 5 is applied to the metal strip 1 from above.
  • the impingement device 9 may be formed, for example, as a lower spray bar, by means of which the coolant 5 is applied from below onto the metal strip 1.
  • Other embodiments are possible.
  • the coolant 5 is supplied to the loading device 9 via a supply line 10 from a reservoir 11.
  • a pump 12 is arranged in the supply line 10.
  • the coolant 5 is acted upon by a pressure pV, hereinafter referred to as the front supply pressure pV.
  • a valve device 13 is further arranged in the supply line 10. The valve device 13 is arranged between the pump 12 and the loading device 9.
  • the valve device 13 is designed as a servo valve. By appropriately adjusting the valve device 13 to a respective opening position s is therefore - see FIG. 3 - A coolant flow F is adjustable, with which the metal strip 1 is acted upon by the loading device 9 per unit time. It is possible that the opening position s and thus also the coolant flow F corresponding to the solid line in FIG. 3 infinitely adjustable between 0 and a maximum flow. Alternatively, it is possible that the opening position s and thus also the coolant flow F corresponding to the small points in FIG. 3 are adjustable in several stages. The number of stages in this case is at least three.
  • the coolant flow F may be through the valve means 13 can be set to several values other than 0.
  • the characteristic K is based on a reference state ZR, that is, the characteristic K only applies when the coolant 5 in the supply line 10 in front of the valve device 13 has the reference state ZR.
  • the reference state ZR preferably comprises at least one reference pressure with which the coolant 5 is applied in the supply line 10 in front of the valve device 13.
  • the characteristic curve K represents the relevant part of a valve characteristic C of the valve device 13.
  • the valve characteristic C may additionally comprise further parameters of the valve device 13. Examples of such parameters are delay times that can occur when changing the opening position s (step response). However, this is of minor importance in the context of the present invention.
  • a front state detection device 14 is arranged in front of the valve device 13.
  • a front state ZV of the coolant 5 is detected, which actually has the coolant 5 in the supply line 10 in front of the valve device 13.
  • the front state ZV preferably comprises at least the front supply line pressure pV, with which the coolant 5 in the supply line 10 in front of the valve device 13 is (actually) acted upon.
  • the control device 6 are according to FIG. 2 a setpoint value F * for the coolant flow F and the front state ZV supplied. Furthermore, the control device 6, the valve characteristic C of the valve device 13 is known. The control device 6 is therefore able, on the basis of the desired value F * for the coolant flow F, the front state ZV of the coolant 5 and the valve characteristic C of the valve device 13 - in particular the characteristic K - a set value s * for the open position s of the valve device thirteenth to investigate.
  • the determined setpoint value s * for the open position s of the valve device 13 corresponds to the predetermined setpoint value F * for the coolant flow F.
  • the control device 6 adjusts the open position s of the valve device 13 in accordance with the determined setpoint value s *.
  • the control device 6 may alternatively control or regulate the valve device 13.
  • a rear state detection device 15 is arranged in the supply line 10 between the valve device 13 and the loading device 9.
  • a rear state detection device 15 By means of the rear state detection device 15, a rearward state ZH of the coolant 5 is detected, which the coolant 5 has in the supply line 10 between the valve device 13 and the loading device 9.
  • the rear state detection device 15 may be arranged in the loading device 9 itself. In this case, a rear state ZH of the coolant 5, which the coolant 5 has in the admission device 9 itself, is detected by means of the rear state detection device 15.
  • the rear state ZH is also supplied to the control device 6.
  • the control device 6 is thereby able to track the characteristic curve K of the valve device 13 on the basis of the front state ZV of the coolant 5, the rear state ZH of the coolant 5 and the open position s of the valve device 13.
  • the rear state ZH can in particular - analogous to the front state ZV - include a rear supply line pressure pH, with which the coolant 5 is applied in the supply line 10 between the valve device 13 and the loading device 9 or in the loading device 9 itself.
  • the characteristic K is preferably parameterized.
  • support points may be predetermined for which the associated coolant flow F is defined. Interpolation takes place between the interpolation points in this case. If, for an opening position s of the valve device 13, which lies between two support points, a deviation of the rear state ZH from an expected rear state, for example, the coolant flows F defined for the two support points can be weighted by the two support points in accordance with the distances of the opening position s be tracked. The weighting in this case is the stronger, the smaller the distance the opening position s of the respective support point is.
  • the front supply pressure pV, the coolant 5 has in the supply line 10 in front of the valve device 13, is relatively low, for example, at about 0.2 bar to 0.3 bar.
  • the front supply pressure pV is between 1.5 bar and 5.0 bar. In particular, it can be between 2.0 bar and 3.0 bar.
  • the present invention has many advantages.
  • the coolant flow F can be set accurately and reproducibly in a simple and cost-effective manner, wherein overshoot can be avoided.

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Abstract

Ein Metallband (1) wird zum Kühlen mittels einer Beaufschlagungseinrichtung (9) mit einem flüssigen Kühlmittel (5) beaufschlagt. Das Kühlmittel (5) wird der Beaufschlagungseinrichtung (9) über eine Zuleitung (10) zugeführt. In der Zuleitung (10) ist eine Ventileinrichtung (13) angeordnet. Durch Einstellen der Ventileinrichtung (13) auf eine jeweilige Öffnungsstellung (s) ist stufenlos oder in mehreren Stufen ein Kühlmittelfluss (F) einstellbar, mit dem das Metallband (1) von der Beaufschlagungseinrichtung (9) pro Zeiteinheit beaufschlagt wird. In der Zuleitung (10) ist vor der Ventileinrichtung (13) eine vordere Zustandserfassungseinrichtung (14) angeordnet, mittels derer ein vorderer Zustand (ZV) des Kühlmittels (5) erfasst wird, den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist. Eine Steuereinrichtung (6) ermittelt anhand eines Sollwertes (F*) für den Kühlmittelfluss (F*), des vorderen Zustandes (ZV) des Kühlmittels (5) und einer Ventilcharakteristik (C) der Ventileinrichtung (13) einen mit dem Sollwert (F*) für den Kühlmittelfluss (F) korrespondierenden Sollwert (s*) für eine Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13). Die Ventilcharakteristik (C) beschreibt, bezogen auf einen Referenzzustand (ZR), den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist, eine Kennlinie (K) des Kühlmittelflusses (F) als Funktion der Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13). Die Steuereinrichtung (6) stellt die Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) entsprechend dem ermittelten Sollwert (s*) ein.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Betriebsverfahren für eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines Metallbandes mittels eines flüssigen Kühlmittels,
    • wobei die Kühleinrichtung eine Beaufschlagungseinrichtung aufweist, mittels derer das Metallband mit dem Kühlmittel beaufschlagt wird,
    • wobei das Kühlmittel der Beaufschlagungseinrichtung über eine Zuleitung zugeführt wird,
    • wobei in der Zuleitung eine Ventileinrichtung angeordnet ist,
    • wobei in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung eine vordere Zustandserfassungseinrichtung angeordnet ist, mittels derer ein vorderer Zustand des Kühlmittels erfasst wird, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist,
    • wobei eine Steuereinrichtung die Ventileinrichtung einstellt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm, das Maschinencode umfasst, der von einer Steuereinrichtung für eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines Metallbandes mittels eines flüssigen Kühlmittels unmittelbar ausführbar ist,
    • wobei die Ausführung des Maschinencodes durch die Steuereinrichtung bewirkt, dass die Steuereinrichtung
      • -- anhand eines Sollwertes für einen Kühlmittelfluss des flüssigen Kühlmittels, mit dem das Metallband mittels einer Beaufschlagungseinrichtung pro Zeiteinheit beaufschlagt werden soll,
      • -- eines vorderen Zustandes des Kühlmittels, den das Kühlmittel in einer Zuleitung für das flüssige Kühlmittel vor einer in der Zuleitung angeordneten Ventileinrichtung aufweist, und
      • -- einer Ventilcharakteristik der Ventileinrichtung eine Sollansteuerung der Ventileinrichtung ermittelt und die Ventileinrichtung entsprechend ansteuert,
    • wobei das flüssige Kühlmittel der Beaufschlagungseinrichtung mittels der Zuleitung zugeführt wird.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung für eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines Metallbandes mittels eines flüssigen Kühlmittels, wobei die Steuereinrichtung als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet ist und mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines Metallbandes mittels eines flüssigen Kühlmittels,
    • wobei die Kühleinrichtung eine Beaufschlagungseinrichtung aufweist, mittels derer das Metallband mit dem Kühlmittel beaufschlagt wird,
    • wobei das Kühlmittel der Beaufschlagungseinrichtung über eine Zuleitung zugeführt wird,
    • wobei in der Zuleitung eine Ventileinrichtung angeordnet ist,
    • wobei durch Einstellen der Ventileinrichtung ein Kühlmittelfluss einstellbar ist, mit dem das Metallband von der Beaufschlagungseinrichtung pro Zeiteinheit beaufschlagt wird,
    • wobei in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung eine vordere Zustandserfassungseinrichtung angeordnet ist, mittels derer ein vorderer Zustand des Kühlmittels erfasst wird, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist,
    • wobei die Kühleinrichtung eine derartige Steuereinrichtung aufweist.
  • Die oben genannten Gegenstände sind beispielsweise aus der DE 10 2007 046 279 A1 bekannt. Bei der DE 10 2007 046 279 A1 ist die Ventileinrichtung als Schaltventil ausgebildet, das binär zwischen den Zuständen völlig offen und völlig geschlossen geschaltet wird. Die Ventilcharakteristik umfasst eine Einschaltverzögerung, eine Ausschaltverzögerung und einen mittleren Kühlmittelmengenstrom.
  • Power Cooling - das heißt das intensive Kühlen von Metallband - ist eine neuartige Kühlungsmethode zum Kühlen eines Metallbandes beim Warmwalzen oder unmittelbar danach. Sie dient dazu, die Mikrostruktur und damit die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts gezielt einzustellen. Insbesondere sogenannte AHSS (= advanced high strength steels) erfordern immer mehr Kühlungsintensität und Kühlungsflexibilität. Diese Anforderungen werden durch Power Cooling erfüllt.
  • Im Rahmen von Power Cooling ist es erforderlich, den Kühlmittelfluss, d.h. die Menge an Kühlmittel, mit der das Metallband pro Zeiteinheit beaufschlagt wird, genau, reproduzierbar und dynamisch einzustellen. Im Stand der Technik erfolgt dies dadurch, dass in der Zuleitung zur Beaufschlagungseinrichtung ein Durchflussmesser angeordnet wird und der Durchfluss mittels der Ventileinrichtung geregelt wird. Diese Vorgehensweise weist jedoch mehrere Nachteile auf. Insbesondere tritt in der Praxis beim Einstellen eines neuen Sollwertes oftmals ein Überschwingen auf. Auch eine Beruhigungsphase, bis der neue Sollwert stabil gehalten wird, ist oft relativ lang. Weiterhin sind Durchflussmesser relativ teuer.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und kostengünstige Weise eine flexible und zuverlässige Kühlung des Metallbandes erreicht werden kann.
  • Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 5.
  • Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
    • dass durch Einstellen der Ventileinrichtung auf eine jeweilige Öffnungsstellung stufenlos oder in mehreren Stufen ein Kühlmittelfluss einstellbar ist, mit dem das Metallband von der Beaufschlagungseinrichtung pro Zeiteinheit beaufschlagt wird,
    • dass eine Steuereinrichtung der Kühleinrichtung anhand eines Sollwertes für den Kühlmittelfluss, des vorderen Zustandes des Kühlmittels und einer Ventilcharakteristik der Ventileinrichtung einen mit dem Sollwert für den Kühlmittelfluss korrespondierenden Sollwert für eine Öffnungsstellung der Ventileinrichtung ermittelt,
    • dass die Ventilcharakteristik, bezogen auf einen Referenzzustand, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist, eine Kennlinie des Kühlmittelflusses als Funktion der Öffnungsstellung der Ventileinrichtung beschreibt und
    • dass die Steuereinrichtung die Öffnungsstellung der Ventileinrichtung entsprechend dem ermittelten Sollwert einstellt.
  • Der vordere Zustand des Kühlmittels kann nach Bedarf bestimmt sein. Beispielsweise kann der vordere Zustand des Kühlmittels dessen Temperatur und/oder dessen chemische Zusammensetzung umfassen. Vorzugsweise umfasst der vordere Zustand des Kühlmittels (zumindest) einen vorderen Zuleitungsdruck, mit dem das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung beaufschlagt ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Betriebsverfahrens ist vorgesehen,
    • dass in der Zuleitung zwischen der Ventileinrichtung und der Beaufschlagungseinrichtung oder in der Beaufschlagungseinrichtung eine hintere Zustandserfassungseinrichtung angeordnet ist, mittels derer ein hinterer Zustand des Kühlmittels erfasst wird, den das Kühlmittel in der Zuleitung zwischen der Ventileinrichtung und der Beaufschlagungseinrichtung oder in der Beaufschlagungseinrichtung aufweist, und
    • dass die Steuereinrichtung die Kennlinie der Ventileinrichtung anhand des vorderen Zustands des Kühlmittels, des hinteren Zustands des Kühlmittels und der Öffnungsstellung der Ventileinrichtung nachführt.
  • Dadurch kann eine Selbstkalibrierung der Steuereinrichtung auf die tatsächliche - unter Umständen sogar dynamisch variierende - Kennlinie der Ventileinrichtung realisiert werden.
  • Der hintere Zustand des Kühlmittels kann - analog zum vorderen Zustand des Kühlmittels - nach Bedarf bestimmt sein. Vorzugsweise umfasst der hintere Zustand des Kühlmittels (zumindest) einen hinteren Zuleitungsdruck, mit dem das Kühlmittel in der Zuleitung zwischen der Ventileinrichtung und der Beaufschlagungseinrichtung oder in der Beaufschlagungseinrichtung beaufschlagt ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist prinzipiell auch bei normalen Kühleinrichtungen anwendbar, bei denen ein vorderer Zuleitungsdruck, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist, relativ niedrig ist. Vorzugsweise jedoch liegt der vordere Zuleitungsdruck zwischen 1,5 bar und 5,0 bar, insbesondere zwischen 2,0 bar und 3,0 bar.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Computerprogramms sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 7 bis 9.
  • Erfindungsgemäß wird ein Computerprogramm der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,
    • dass die Steuereinrichtung einen mit dem Sollwert für den Kühlmittelfluss korrespondierenden Sollwert für eine Öffnungsstellung der Ventileinrichtung ermittelt und die Öffnungsstellung der Ventileinrichtung entsprechend dem ermittelten Sollwert einstellt,
    • dass durch Einstellen der Ventileinrichtung auf eine jeweilige Öffnungsstellung stufenlos oder in mehreren Stufen der Kühlmittelfluss einstellbar ist und
    • dass die Ventilcharakteristik, bezogen auf einen Referenzzustand, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist, eine Kennlinie des Kühlmittelflusses als Funktion der Öffnungsstellung der Ventileinrichtung beschreibt.
  • Die vorteilhaften Ausgestaltungen des Computerprogramms korrespondieren im wesentlichen mit denen des Betriebsverfahrens. Es wird daher zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Steuereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Computerprogramm programmiert ist.
  • Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Kühleinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung erfindungsgemäß ausgebildet bzw. programmiert.
  • Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung:
    • FIG 1
    eine Behandlungslinie für ein Metallband,
    FIG 2
    eine Kühleinrichtung und
    FIG 3
    eine Ventilcharakteristik.
  • Gemäß FIG 1 weist eine Behandlungslinie für ein Metallband 1 mindestens ein Walzgerüst 2 - meist mehrere Walzgerüste 2 in Tandemanordnung - und eine Haspeleinrichtung 3 auf. In den Walzgerüsten 2 wird das Metallband 1 gewalzt. Sodann wird das Metallband 1 mittels der Haspeleinrichtung 3 gehaspelt. Zwischen den Walzgerüsten 2 und/oder zwischen dem letzten Walzgerüst 2 und der Haspeleinrichtung 3 können Kühleinrichtungen 4 angeordnet sein. Mittels der Kühleinrichtungen 4 wird das Metallband 1 mit einem flüssigen Kühlmittel 5 gekühlt. Das flüssige Kühlmittel 5 ist in der Regel Wasser oder enthält zumindest als Hauptbestandteil Wasser.
  • Die Behandlungslinie wird von einer Steuereinrichtung 6 gesteuert. Die Steuereinrichtung 6 kann mehrere Teileinheiten umfassen, die jeweils einen Teil der Behandlungslinie steuern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es darauf an, dass die Steuereinrichtung 6 zumindest eine der Kühleinrichtungen 4 steuert. Nachfolgend wird daher in Verbindung mit den FIG 2 und 3 nur noch - stellvertretend für alle Kühleinrichtungen 4 - auf eine der Kühleinrichtungen 4 eingegangen.
  • Die Steuereinrichtung 6 ist, wie durch das Kürzel "µC" angedeutet, als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet. Sie ist mit einem Computerprogramm 7 programmiert. Das Computerprogramm 7 umfasst Maschinencode 8, der von der Steuereinrichtung 6 unmittelbar ausführbar ist. Die Abarbeitung des Maschinencodes 8 durch die Steuereinrichtung 6 bewirkt die innere Funktionalität der Steuereinrichtung 6, die nachfolgend in Verbindung mit der Gesamtfunktionsweise der betrachteten Kühleinrichtung 4 näher erläutert wird.
  • Gemäß FIG 2 weist die Kühleinrichtung 4 eine Beaufschlagungseinrichtung 9 auf. Mittels der Beaufschlagungseinrichtung 9 wird das Metallband 1 mit dem Kühlmittel 5 beaufschlagt. Die Beaufschlagungseinrichtung 9 kann beispielsweise als oberer Spritzbalken ausgebildet sein, mittels dessen das Kühlmittel 5 von oben auf das Metallband 1 aufgebracht wird. Alternativ kann die Beaufschlagungseinrichtung 9 beispielsweise als unterer Spritzbalken ausgebildet sein, mittels dessen das Kühlmittel 5 von unten auf das Metallband 1 aufgebracht wird. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.
  • Das Kühlmittel 5 wird der Beaufschlagungseinrichtung 9 über eine Zuleitung 10 aus einem Reservoir 11 zugeführt. In der Zuleitung 10 ist eine Pumpe 12 angeordnet. Mittels der Pumpe 12 wird das Kühlmittel 5 mit einem Druck pV beaufschlagt, nachfolgend vorderer Zuleitungsdruck pV genannt. In der Zuleitung 10 ist weiterhin eine Ventileinrichtung 13 angeordnet. Die Ventileinrichtung 13 ist zwischen der Pumpe 12 und der Beaufschlagungseinrichtung 9 angeordnet.
  • Die Ventileinrichtung 13 ist als Servoventil ausgebildet. Durch entsprechendes Einstellen der Ventileinrichtung 13 auf eine jeweilige Öffnungsstellung s ist daher - siehe FIG 3 - ein Kühlmittelfluss F einstellbar ist, mit dem das Metallband 1 von der Beaufschlagungseinrichtung 9 pro Zeiteinheit beaufschlagt wird. Es ist möglich, dass die Öffnungsstellung s und damit auch der Kühlmittelfluss F entsprechend der durchgezogenen Linie in FIG 3 stufenlos zwischen 0 und einem Maximalfluss einstellbar sind. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnungsstellung s und damit auch der Kühlmittelfluss F entsprechend den kleinen Punkten in FIG 3 in mehreren Stufen einstellbar sind. Die Anzahl an Stufen beträgt in diesem Fall mindestens drei. Beispielsweise kann sie bei 7 (= 23-1), 15 (= 24- 1 oder allgemein bei 2n-1 (n = 5, 6, ...) liegen. In jedem Fall kann der Kühlmittelfluss F mittels der Ventileinrichtung 13 auf mehrere von 0 verschiedene Werte eingestellt werden.
  • Die in FIG 3 dargestellte - als solche rein beispielhafte - Abhängigkeit des Kühlmittelflusses F von der Öffnungsstellung s entspricht einer Kennlinie K des Kühlmittelflusses F als Funktion der Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13. Die Kennlinie K ist auf einen Referenzzustand ZR bezogen, das heißt dass die Kennlinie K nur dann gilt, wenn das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 den Referenzzustand ZR aufweist. Der Referenzzustand ZR umfasst vorzugsweise zumindest einen Referenzdruck, mit dem das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 beaufschlagt ist.
  • Die Kennlinie K stellt im Rahmen der vorliegenden Erfindung den relevanten Teil einer Ventilcharakteristik C der Ventileinrichtung 13 dar. Gegebenenfalls kann die Ventilcharakteristik C zusätzlich weitere Parameter der Ventileinrichtung 13 umfassen. Beispiele derartiger Parameter sind Verzögerungszeiten, die beim Verändern der Öffnungsstellung s auftreten können (Sprungantwort). Dies ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch von untergeordneter Bedeutung.
  • In der Zuleitung 10 ist vor der Ventileinrichtung 13 eine vordere Zustandserfassungseinrichtung 14 angeordnet. Mittels der vorderen Zustandserfassungseinrichtung 14 wird ein vorderer Zustand ZV des Kühlmittels 5 erfasst wird, den das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 tatsächlich aufweist. Der vordere Zustand ZV umfasst vorzugsweise zumindest den vorderen Zuleitungsdruck pV, mit dem das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 (tatsächlich) beaufschlagt ist.
  • Der Steuereinrichtung 6 werden gemäß FIG 2 ein Sollwert F* für den Kühlmittelfluss F und der vordere Zustand ZV zugeführt. Weiterhin ist der Steuereinrichtung 6 die Ventilcharakteristik C der Ventileinrichtung 13 bekannt. Die Steuereinrichtung 6 ist daher in der Lage, anhand des Sollwertes F* für den Kühlmittelfluss F, des vorderen Zustandes ZV des Kühlmittels 5 und der Ventilcharakteristik C der Ventileinrichtung 13 - insbesondere der Kennlinie K - einen Sollwert s* für die Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13 zu ermitteln. Der ermittelte Sollwert s* für die Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13 korrespondiert mit dem vorgegebenen Sollwert F* für den Kühlmittelfluss F. Die Steuereinrichtung 6 stellt die Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13 entsprechend dem ermittelten Sollwert s* ein. Die Steuereinrichtung 6 kann die Ventileinrichtung 13 alternativ gesteuert oder geregelt einstellen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist gemäß FIG 2 in der Zuleitung 10 zwischen der Ventileinrichtung 13 und der Beaufschlagungseinrichtung 9 eine hintere Zustandserfassungseinrichtung 15 angeordnet. Mittels der hinteren Zustandserfassungseinrichtung 15 wird ein hinterer Zustand ZH des Kühlmittels 5 erfasst, den das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 zwischen der Ventileinrichtung 13 und der Beaufschlagungseinrichtung 9 aufweist. Alternativ kann die hintere Zustandserfassungseinrichtung 15 in der Beaufschlagungseinrichtung 9 selbst angeordnet sein. In diesem Fall wird mittels der hinteren Zustandserfassungseinrichtung 15 ein hinterer Zustand ZH des Kühlmittels 5 erfasst, den das Kühlmittel 5 in der Beaufschlagungseinrichtung 9 selbst aufweist. Der hintere Zustand ZH wird ebenfalls der Steuereinrichtung 6 zugeführt. Die Steuereinrichtung 6 ist dadurch in der Lage, die Kennlinie K der Ventileinrichtung 13 anhand des vorderen Zustands ZV des Kühlmittels 5, des hinteren Zustands ZH des Kühlmittels 5 und der Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13 nachzuführen. Der hintere Zustand ZH kann insbesondere - analog zum vorderen Zustand ZV - einen hinteren Zuleitungsdruck pH umfassen, mit dem das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 zwischen der Ventileinrichtung 13 und der Beaufschlagungseinrichtung 9 oder in der Beaufschlagungseinrichtung 9 selbst beaufschlagt ist.
  • Zum Nachführen der Kennlinie K ist die Kennlinie K vorzugsweise parametrisiert. Beispielsweise können Stützstellen vorgegeben sein, für welche der zugehörige Kühlmittelfluss F definiert vorgegeben wird. Zwischen den Stützstellen erfolgt in diesem Fall eine Interpolation. Ergibt sich für eine Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13, die zwischen zwei Stützstellen liegt, eine Abweichung des hinteren Zustands ZH von einem erwarteten hinteren Zustand, so können beispielsweise die für die beiden Stützstellen definierten Kühlmittelflüsse F entsprechend den Abständen der Öffnungsstellung s von den beiden Stützstellen gewichtet nachgeführt werden. Die Wichtung ist in diesem Fall umso stärker, je geringer der Abstand der Öffnungsstellung s von der jeweiligen Stützstelle ist.
  • Es ist möglich, dass der vordere Zuleitungsdruck pV, den das Kühlmittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 aufweist, relativ niedrig ist, beispielsweise bei ca. 0,2 bar bis 0,3 bar liegt. Vorzugsweise jedoch liegt der vordere Zuleitungsdruck pV zwischen 1,5 bar und 5,0 bar. Insbesondere kann er zwischen 2,0 bar und 3,0 bar liegen.
  • Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann auf einfache und kostengünstige Weise der Kühlmittelfluss F genau und reproduzierbar eingestellt werden, wobei ein Überschwingen vermieden werden kann.
  • Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
    • Bezugszeichenliste
    • 1
    Metallband
    2
    Walzgerüste
    3
    Haspeleinrichtung
    4
    Kühleinrichtungen
    5
    Kühlmittel
    6
    Steuereinrichtung
    7
    Computerprogramm
    8
    Maschinencode
    9
    Beaufschlagungseinrichtung
    10
    Zuleitung
    11
    Reservoir
    12
    Pumpe
    13
    Ventileinrichtung
    14
    vordere Zustandserfassungseinrichtung
    15
    hintere Zustandserfassungseinrichtung
    C
    Ventilcharakteristik
    F
    Kühlmittelfluss
    F*
    Sollwert für den Kühlmittelfluss
    K
    Kennlinie
    pH
    hinterer Zuleitungsdruck
    pV
    vorderer Zuleitungsdruck
    s
    Öffnungsstellung
    s*
    Sollwert für die Öffnungsstellung
    ZH
    hinterer Zustand
    ZR
    Referenzzustand
    ZV
    vorderer Zustand

Claims (11)

  1. Betriebsverfahren für eine Kühleinrichtung (4) zum Kühlen eines Metallbandes (1) mittels eines flüssigen Kühlmittels (5),
    - wobei die Kühleinrichtung (4) eine Beaufschlagungseinrichtung (9) aufweist, mittels derer das Metallband (1) mit dem Kühlmittel (5) beaufschlagt wird,
    - wobei das Kühlmittel (5) der Beaufschlagungseinrichtung (9) über eine Zuleitung (10) zugeführt wird,
    - wobei in der Zuleitung (10) eine Ventileinrichtung (13) angeordnet ist,
    - wobei durch Einstellen der Ventileinrichtung (13) auf eine jeweilige Öffnungsstellung (s) stufenlos oder in mehreren Stufen ein Kühlmittelfluss (F) einstellbar ist, mit dem das Metallband (1) von der Beaufschlagungseinrichtung (9) pro Zeiteinheit beaufschlagt wird,
    - wobei in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) eine vordere Zustandserfassungseinrichtung (14) angeordnet ist, mittels derer ein vorderer Zustand (ZV) des Kühlmittels (5) erfasst wird, den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist,
    - wobei eine Steuereinrichtung (6) der Kühleinrichtung (4) anhand eines Sollwertes (F*) für den Kühlmittelfluss (F*), des vorderen Zustandes (ZV) des Kühlmittels (5) und einer Ventilcharakteristik (C) der Ventileinrichtung (13) einen mit dem Sollwert (F*) für den Kühlmittelfluss (F) korrespondierenden Sollwert (s*) für eine Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) ermittelt,
    - wobei die Ventilcharakteristik (C), bezogen auf einen Referenzzustand (ZR), den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist, eine Kennlinie (K) des Kühlmittelflusses (F) als Funktion der Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) beschreibt,
    - wobei die Steuereinrichtung (6) die Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) entsprechend dem ermittelten Sollwert (s*) einstellt.
  2. Betriebsverfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der vordere Zustand (ZV) des Kühlmittels (5) einen vorderen Zuleitungsdruck (pV) umfasst, mit dem das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) beaufschlagt ist.
  3. Betriebsverfahren nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass in der Zuleitung (10) zwischen der Ventileinrichtung (13) und der Beaufschlagungseinrichtung (9) oder in der Beaufschlagungseinrichtung (9) eine hintere Zustandserfassungseinrichtung (15) angeordnet ist, mittels derer ein hinterer Zustand (ZH) des Kühlmittels (5) erfasst wird, den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) zwischen der Ventileinrichtung (13) und der Beaufschlagungseinrichtung (9) oder in der Beaufschlagungseinrichtung (9) aufweist, und
    - dass die Steuereinrichtung (6) die Kennlinie (K) der Ventileinrichtung (13) anhand des vorderen Zustands (ZV) des Kühlmittels (5), des hinteren Zustands (ZH) des Kühlmittels (5) und der Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) nachführt.
  4. Betriebsverfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der hintere Zustand (ZH) des Kühlmittels (5) einen hinteren Zuleitungsdruck (pH) umfasst, mit dem das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) zwischen der Ventileinrichtung (13) und der Beaufschlagungseinrichtung (9) oder in der Beaufschlagungseinrichtung (9) beaufschlagt ist.
  5. Betriebsverfahren nach einem der obigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass ein vorderer Zuleitungsdruck (pV), den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist, zwischen 1,5 bar und 5,0 bar liegt, insbesondere zwischen 2,0 bar und 3,0 bar.
  6. Computerprogramm, das Maschinencode (8) umfasst, der von einer Steuereinrichtung (6) für eine Kühleinrichtung (4) zum Kühlen eines Metallbandes (1) mittels eines flüssigen Kühlmittels (5) unmittelbar ausführbar ist,
    - wobei die Ausführung des Maschinencodes (8) durch die Steuereinrichtung (6) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (6)
    -- anhand eines Sollwertes (F*) für einen Kühlmittelfluss (F) des flüssigen Kühlmittels (5), mit dem das Metallband (1) mittels einer Beaufschlagungseinrichtung (9) pro Zeiteinheit beaufschlagt werden soll,
    -- eines vorderen Zustandes (ZV) des Kühlmittels (5), den das Kühlmittel (5) in einer Zuleitung (10) für das flüssige Kühlmittel (5) vor einer in der Zuleitung (10) angeordneten Ventileinrichtung (13) aufweist, und
    -- einer Ventilcharakteristik (C) der Ventileinrichtung (13)
    einen mit dem Sollwert (F*) für den Kühlmittelfluss (F) korrespondierenden Sollwert (s*) für eine Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) ermittelt und die Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) entsprechend dem ermittelten Sollwert (s*) einstellt,
    - wobei das flüssige Kühlmittel (5) der Beaufschlagungseinrichtung (9) mittels der Zuleitung (10) zugeführt wird,
    - wobei durch Einstellen der Ventileinrichtung (13) auf eine jeweilige Öffnungsstellung (s) stufenlos oder in mehreren Stufen der Kühlmittelfluss (F) einstellbar ist und
    - wobei die Ventilcharakteristik (C), bezogen auf einen Referenzzustand (ZR), den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist, eine Kennlinie (K) des Kühlmittelflusses (F) als Funktion der Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) beschreibt.
  7. Computerprogramm nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der vordere Zustand (ZV) des Kühlmittels (5) einen vorderen Zuleitungsdruck (pV) umfasst, mit dem das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) beaufschlagt ist.
  8. Computerprogramm nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Ausführung des Maschinencodes (8) durch die Steuereinrichtung (6) bewirkt, dass die Steuereinrichtung (6) die Kennlinie (K) der Ventileinrichtung (13) anhand des vorderen Zustands (ZV) des Kühlmittels (5), eines hinteren Zustands (ZH) des Kühlmittels (5), den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) zwischen der Ventileinrichtung (13) und der Beaufschlagungseinrichtung (9) oder in der Beaufschlagungseinrichtung (9) aufweist, und der Öffnungsstellung (s) der Ventileinrichtung (13) nachführt.
  9. Computerprogramm nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der hintere Zustand (ZH) des Kühlmittels (5) einen hinteren Zuleitungsdruck (pH) umfasst, mit dem das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) zwischen der Ventileinrichtung (13) und der Beaufschlagungseinrichtung (9) oder in der Beaufschlagungseinrichtung (9) beaufschlagt ist.
  10. Steuereinrichtung für eine Kühleinrichtung (4) zum Kühlen eines Metallbandes (1) mittels eines flüssigen Kühlmittels (5), wobei die Steuereinrichtung als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausgebildet ist und mit einem Computerprogramm (7) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 programmiert ist.
  11. Kühleinrichtung zum Kühlen eines Metallbandes (1) mittels eines flüssigen Kühlmittels (5),
    - wobei die Kühleinrichtung eine Beaufschlagungseinrichtung (9) aufweist, mittels derer das Metallband (1) mit dem Kühlmittel (5) beaufschlagt wird,
    - wobei das Kühlmittel (5) der Beaufschlagungseinrichtung (9) über eine Zuleitung (10) zugeführt wird,
    - wobei in der Zuleitung (10) eine Ventileinrichtung (13) angeordnet ist,
    - wobei durch Einstellen der Ventileinrichtung (13) auf eine jeweilige Öffnungsstellung (s) stufenlos oder in mehreren Stufen ein Kühlmittelfluss (F) einstellbar ist, mit dem das Metallband (1) von der Beaufschlagungseinrichtung (9) pro Zeiteinheit beaufschlagt wird,
    - wobei in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) eine vordere Zustandserfassungseinrichtung (14) angeordnet ist, mittels derer ein vorderer Zustand (ZV) des Kühlmittels (5) erfasst wird, den das Kühlmittel (5) in der Zuleitung (10) vor der Ventileinrichtung (13) aufweist,
    - wobei die Kühleinrichtung eine Steuereinrichtung (6) nach Anspruch 10 aufweist.
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