Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung zum Kühlen eines metallischen Gutes, insbesondere eines Metallbandes. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben einer entsprechenden Kühleinrichtung.

Kühleinrichtungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt, so beispielsweise aus den europäischen Patentschriften EP 2 155 411 B1 und EP 2 986 400 B1.

Die europäische Patentschrift EP 2 155 411 B1 offenbart eine Kühleinrichtung zur Beeinflussung der Temperaturverteilung über der Breite eines metallischen Gutes, insbesondere eines Walzgutes. Die Kühlvorrichtung weist Düsen auf zur Aufbringung eines Kühlmittels auf das metallische Gut, wobei die Düsen über die Breite verteilt angeordnet sind. Zumindest eine der Düsen ist in ihrer Position bezüglich der Breite des metallischen Gutes einstellbar. Damit ist eine Beeinflussung von ungleichförmigen Temperaturverteilungen über der Breite des Metallbandes in beschränktem Maße möglich. Eine Unterteilung des Kühlbalkens in einzelne Spritzbereiche ist aus dieser Patentschrift nicht bekannt.

Die Unterteilung eines Kühlbalkens in einzelne Spritzbereiche ist jedoch beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 2 986 400 B1 bekannt. Konkret weist die dort offenbarte Kühleinrichtung mindestens einen Kühlbalken auf, der sich quer zur Transportrichtung des metallischen Gutes beim Durchlaufen der Kühleinrichtung erstreckt. Der mindestens eine Kühlbalken weist - in seiner Längsrichtung, d. h. quer zur Transportrichtung des metallischen Gutes gesehen - zwei äußere und einen zwischen den beiden äußeren Spritzbereichen angeordneten mittleren Spritzbereich auf. In jeden der Spritzbereiche kann über eigens zugordnete individuell ansteuerbare Ventile ein Kühlmedium eingespeist werden, welches dann über die dem jeweiligen Spritzbereich zugeordneten Spritzdüsen auf das zu kühlende metallische Gut aufgebracht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bekannte Kühleinrichtung sowie ein bekanntes Verfahren zu deren Betrieb dahingehend weiterzubilden, dass die Beaufschlagung des metallischen Gutes mit Kühlmittel verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Demnach ist bei dem mindestens einen Kühlbalken der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung mindestens eine Trennwand vorgesehen ist zum Unterteilen des Innenraums des Kühlbalkens in mindestens zwei Kammern, wobei jeder der Spritzbereiche einer anderen der Kammern zugeordnet ist. Die Trennwand ist zumindest näherungsweise entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung in einem vorbestimmten Breitenabschnitt des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung geformt und die Trennwand ist in dem Kühlbalken über diesem Breitenabschnitt angeordnet.

Die beanspruchte Unterteilung des Innenraums des Kühlbalkens in eine Mehrzahl von Kammern mit Hilfe von Trennwänden sowie insbesondere die beanspruchte spezielle Formgebung der Trennwände entsprechend dem Verlauf der Temperaturverteilung über der Breite des zu kühlenden Gutes ermöglicht vorteilhafterweise eine besonders effektive und gezielte Kühlung des Gutes. Insbesondere durch die beanspruchte Formgebung der Trennwände, vorzugsweise in Verbindung mit einer unterschiedlichen Einspeisung von Kühlmittel in die durch die Trennwand separierten Kammern, kann die Kühlung besonders gut an den tatsächlichen Kühlbedarf über der Breite des Gutes angepasst werden. Vorteilhafterweise können so konstante, degressive oder progressive Kühlstrategien über der Breite des zu kühlenden Gutes realisiert werden. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung mindestens ein - ebenfalls von der Steuereinrichtung ansteuerbares - Steuerelement vor zum variablen Positionieren der Trennwände innerhalb des Kühlbalkens, insbesondere zum Verfahren der Trennwände in Längsrichtung des Kühlbalkens, und damit zum Verändern der Kammern und der Spritzbereiche jeweils eines Kühlbalkens.

Durch diese beanspruchte Verfahrbarkeit der Trennelemente kann insbesondere der Startpunkt eines degressiven Abfalls bzw. eines positiven Anstieges des Volumenstroms des Kühlmittels entlang der Längserstreckung des Kühlbalkens variabel festgelegt und geeignet an Kühlerfordernisse im Einzelfall angepasst werden. Der Startpunkt kann bezogen auf die Breite des zu kühlenden Gutes symmetrisch auf beiden Seiten oder alternativ auch asymmetrisch nur auf einer Seite des zu kühlenden Gutes verstellt werden, je nach Temperaturprofil des in die Kühleinrichtung einlaufenden metallischen Gutes.

Wenn zumindest einer der Spritzbereiche eine Mehrzahl von Spritzdüsen aufweist, die über die Fläche des Spritzbereiches verteilt, vorzugsweise in parallelen Reihen in Längsrichtung des Kühlbalkens verlaufend angeordnet sind, bietet das den Vorteil, dass über der Breite des zu kühlenden Gutes auch bogenförmige bzw. gekrümmte Verteilungen der Kühlmittel-Ausbringung möglich sind, die relativ glatt verlaufen, d. h. keine allzu starken Sprünge bzw. Unstetigkeitsstellen im Übergang zwischen einzelnen Teilabschnitten der Verteilung aufweisen.

Bezogen auf die Mitte des zu kühlenden metallischen Gutes kann es vorteilhaft sein, die Anordnung und/oder die Anzahl der Spritzdüsen in den Spritzbereichen symmetrisch oder asymmetrisch zu wählen, je nach Temperaturprofil des in die Kühleinrichtung einlaufenden Gutes, wobei das Temperaturprofil jeweils in geeigneter Weise abzuändern ist. Vorteilhafterweise sind bei einem Kühlbalken mindestens drei Kammern ausgebildet, d. h. ein linker, ein mittlerer und ein rechter Spritzbereich, weil die Randbereiche des zu kühlenden Gutes in der Regel eine weniger starke Kühlung benötigen als der mittlere Bereich des zu kühlenden Gutes.

Die Kühleinrichtung kann eine Mehrzahl von parallel angeordneten Kühlbalken aufweisen, die jeweils oberhalb oder unterhalb des zu kühlenden Gutes angeordnet sind. Eine solche gruppenweise Zusammenfassung mehrerer Kühlbalken bietet den Vorteil, dass die Verteilung des Kühlmittels über der Breite des Gutes noch glatter, d. h. ohne Sprünge oder stark ausgeprägte Knicke im Volumenstrom des Kühlmittels realisiert werden kann

Die Steuereinrichtung kann entweder in Form einer Vorsteuerung oder in Form einer Regeleinrichtung ausgebildet sein. In beiden Fällen dient sie dazu, eine vorberechnete Soll-Verteilung des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes zu realisieren. In beiden Fällen kann der Volumenstrom oder der Druck des Kühlmittels durch geeignetes Einstellen der Ventile und/oder können die Stellglieder zum Positionieren der Trennwände verwendet werden zum Generieren der jeweils gewünschten Soll-Verteilung des Kühlmittels über dem zu kühlenden Gut. Die Soll-Verteilungen des Volumenstromes oder des Druckes des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden Gutes werden vorzugsweise mit einem Kühlmodell berechnet. Dies gilt sowohl für die Ausbildung der Steuereinrichtung in Form einer Vorsteuerung wie auch für deren Ausbildung in Form einer Regeleinrichtung.

Die oben genannte Aufgabe der Erfindung wird weiterhin gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verfahren nach Anspruch 15. Die Vorteile dieses Verfahrens entsprechen den oben in Bezug auf die beanspruchte Vorrichtung genannten Vorteilen.

Das Verfahren der Trennwände kann außerhalb oder während eines laufenden Kühlbetriebs erfolgen. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zu deren Betrieb sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Der Beschreibung sind insgesamt 5 Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem ersten

Ausführungsbeispiel für die Formgebung der Trennwände; Figur 2 die erfindungsgemäße Kühleinrichtung mit einem zweiten

Ausführungsbeispiel für die Formgebung und Anordnung der Trennwände;

Figur 3 ein Beispiel für das erfindungsgemäße Kühlmodell

Figur 4 verschiedene Beispiele für die Realisierung des

Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden Gutes in Abhängigkeit der Temperaturverteilung des in die Kühleinrichtung einlaufenden Gutes; und

Figur 5 einen Kühlbalken mit variabler Positionierung der Trennwände und die Auswirkung der Verschiebung der Trennwände auf die Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels über der Breite des metallischen Gutes

zeigt.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die genannten Figuren in Form von Ausführungsbeispielen detailliert beschrieben. In allen Figuren sind gleiche technische Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 zum Kühlen eines metallischen Gutes 200. Das metallische Gut 200 durchläuft die Kühleinrichtung 100 in Materialflussrichtung x bzw. in Transportrichtung T des Gutes. Die Kühleinrichtung 100 umfasst gemäß Figur 1 beispielhaft einen Kühlbalken 110 mit einer Mehrzahl, hier beispielhaft N = 3, von paarweise benachbarten Spritzbereichen I, II, III. Diese Spritzbereiche weisen Ihrerseits jeweils mindestens eine Spritzdüse 130 auf zum Sprühen eines Kühlmittels auf das metallische Gut 200. In Figur 1 weist jeder der Spritzbereiche I, II, III eine Mehrzahl von Spritzdüsen auf, die in X- und Y-Richtung verteilt angeordnet sind. Beispielhaft und bevorzugt sind die Spritzdüsen 130 jeweils in parallelen Reichen in Längsrichtung L des Kühlbalkens 110 verlaufend angeordnet. Der Innenraum des Kühlbalkens 110 ist erfindungsgemäß mit Hilfe von Trennwänden 140 in eine Mehrzahl von Kammern unterteilt. Die Trennwände können ortsfest oder verschiebbar innerhalb des Kühlbalkens angeordnet sein. Jeder dieser Kammern ist jeweils einer der Spritzbereiche I, II, III zugeordnet.

Weiterhin sind in Figur 1 beispielhaft drei Ventile 120 zu erkennen zum individuellen Einstellen des Druckes oder des Volumenstroms des Kühlmittels in jedem der Spritzbereiche I, II, III. Das Kühlmittel 300 wird aus einem Kühlmitteltank mit Hilfe einer Pumpe 160 durch die Ventile 120 in die einzelnen Spritzbereich I, II, III individuell eingespeist. Schließlich ist eine Steuereinrichtung 150 vorgesehen zum individuellen Ansteuern der Pumpe 160 sowie der Ventile 120.

In Figur 1 sind beispielhaft zwei Trennwände 140 vorgesehen zum Unterteilen des Kühlbalkens 110 in drei Kammern bzw. drei Spritzbereiche I, II, III. Bezogen auf die Mitte M des metallischen Gutes sind die drei Bereiche symmetrisch ausgebildet; dies bedeutet, dass das insbesondere dem mittleren Spritzbereich II rechts und links der Mitte jeweils eine gleiche Anzahl von Spritzdüsen zugeteilt ist. Weiterhin zeigt Figur 1 die typischerweise mit Hilfe einer Temperatur- Ermittlungseinrichtung gemessene Temperaturverteilung des Gutes über dessen Breite vor Einlauf in die Kühleinrichtung bzw. vor Einlauf unter den Kühlbalken 110. Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die Trennwände in einem Breitenabschnitt DU1 , DU2 entsprechend dem Temperaturverlauf über demselben Breitenabschnitt DU1 , DU2 geformt.

Figur 2 zeigt im Unterschied dazu ein zweites Ausführungsbeispiel zur Aufteilung des Kühlbalkens 110 in einzelne Kammern und Spritzbereiche, hier fünf Spritzbereiche I, II, III, IV und V. Dementsprechend sind fünf Ventile 120 vorgesehen zum individuellen Einspeisen des Kühlmittels 300 in die einzelnen Kammern bzw. Spritzbereiche. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist das bei dem in Figur 2 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel die Anordnung bzw. die Anzahl der Spritzdüsen 130 bezogen auf die Mitte M des metallischen Gutes unsymmetrisch. Zu erkennen ist dies insbesondere daran, dass in der rechten Hälfte des mittleren Spritzbereiches III mehr Spritzdüsen 130 angeordnet sind, als in seinem linken Teil.

Bei den in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispielen verlaufen die Trennwände 140 jeweils zwischen den Spritzdüsen 130. In beiden

Ausführungsbeispielen sind die Trennwände stufenförmig ausgebildet; alternativ können sie jedoch auch gerade verlaufend oder bogenförmig, insbesondere parabelförmig ausgebildet sein. Wie gesagt: Idealerweise sind die Trennwände exakt entsprechend der Temperaturverteilung in einem entsprechenden Breitenabschnitt geformt. In der Praxis genügt oftmals eine Annäherung der Form der Trennwände an die Temperaturverteilung, beispielsweise durch die Stufen- bzw. Treppenfunktion oder durch eine Gerade. Die Anzahl der Kammern bzw. Spritzbereiche pro Kühlbalken ist grundsätzlich beliebig. Je mehr Kammern bzw. Spritzbereiche realisiert werden, desto genauer kann eine gewünschte Verteilung für das Kühlmittel über der Breite des Gutes eingestellt werden. Gemäß einer Variante kann die Steuereinrichtung in Form einer Vorsteuerung ausgebildet sein zum geeigneten Einstellen der Ventile 120 und/oder der Stellglieder 144 zum Positionieren der Trennwände im Hinblick auf Sollwerte, insbesondere eine berechnete bzw. vorbestimmte Soll-Verteilung für das Kühlmittel 300 über dem metallischen Gut.

Alternativ kann die Steuereinrichtung 150 auch in Form einer Regeleinrichtung ausgebildet sein zum Regeln einer Ist-Verteilung des Volumenstromes des Kühlmittels auf eine vorgegebene Soll-Verteilung des Kühlmittels über dem metallischen Gut durch variable Ansteuerung der Ventile 120 und/oder der Stellelemente 144 für die Positionierung der Trennwände 140. Dabei repräsentieren dann die Ventil 120 und/oder die Stellelemente 144 die Stellglieder des Regelkreises. Zur Berechnung der Verteilung des Kühlmittels über dem metallischen Gut, insbesondere über dessen Breite als Sollwerte für die Vorsteuerung oder die Regeleinrichtung empfiehlt sich die Verwendung eines Kühlmodells, wie beispielhaft in Figur 3 gezeigt. Bei dem Kühlmodell handelt es sich um ein Computerprogramm, welches auf Basis von den in Figur 3 genannten Primärdaten, den in einer Datenbank des Kühlmodells vorhandenen Daten sowie auf Basis von Messungen, wie in Figur 3 jeweils beispielhaft genannt, verschiedene Sollwerte berechnet, insbesondere die Soll-Verteilung des Kühlmittels über der Breite des zu kühlenden metallischen Gutes. Alle in Figur 3 genannten einzelnen Daten bzw. Parameter oder Sollwerte verstehen sich als lediglich beispielhaft. Dies bedeutet, dass für die Berechnung bestimmter Sollwerte nicht zwingend notwendig immer alle auf der Eingangsseite des Kühlmodels beispielhaft genannten Eingangsgrößen verwendet müssen. Figur 4 zeigt eine Auswahl verschiedener Temperaturprofile über der Breite des zu kühlenden Gutes vor Einlauf in die erfindungsgemäße Kühleinrichtung 100 mit qualitativer Darstellung beispielhafter sinnvoller Kühlstrategien. Der gestrichelte Kurvenverlauf bezeichnet jeweils das Temperaturprofil des metallischen Gutes vor Einlauf in die Kühleinrichtung. Die darüber dargestellte durchgezogene Linie ist jeweils charakteristisch für die erfindungsgemäße Verteilung des Kühlmittels innerhalb der Kühleinrichtung zur Behandlung des einlaufenden Temperaturprofils.

So ist beispielhaft in der oberen Abbildung von Figur 4 zu erkennen, dass bei dem einlaufenden metallisches Gut die Ränder im Vergleich zur Mitte weniger stark erwärmt sind, dementsprechend muss auch der Kühlmittelvolumenstrom an den Rändern nur weniger stark ausgeprägt sein als in der Mitte. Umgekehrt zeigt die mittlere Abbildung in Figur 4 das Beispiel, dass die Ränder stärker erwärmt sind als die Mitte. Dementsprechend muss der Kühlmittelstrom an den Rändern verstärkt werden, um ein gleichmäßiges Kühlprofil über der gesamten Breite des Gutes zu realisieren. Während die obere und mittlere Abbildung in Figur 4 eine symmetrische Verteilung des Kühlmittels erfordern, was einhergeht mit einer symmetrischen Aufteilung der Spritzbereiche über der länge des Kühlbalkens und einer symmetrischen Anordnung der Spritzdüsen und vorzugsweise auch einer symmetrischen Anordnung der Spritzdüsen innerhalb der Spritzbereiche, so zeigt die untere Abbildung in Figur 4 einen asymmetrischen Temperatur- und Kühlmittelverlauf. Konkret ist zu erkennen, dass die Temperatur am linken Randbereich keinen Unterschied zur Mitte des Gutes aufweist, während im rechten Randbereich die Temperatur deutlich abgefallen ist. Dementsprechend muss auch die dafür erforderliche Kühlmittelverteilung im linken Randbereich nahezu konstant bzw. unverändert sein gegenüber dem Mittenbereich des zu kühlenden Gutes, während die Ausbringung des Kühlmittelvolumenstromes am rechten Rand deutlich verringert werden muss.

Figur 5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei welchem die Trennwände 140 in Längsrichtung des Kühlbalkens 110 verfahrbar sind. Wie in der unteren Abbildung von Figur 5 erkennbar ist, bewirkt ein Verfahren der Trennwände 140 eine Verschiebung des Startzeitpunktes für den Beginn eines degressiven Verlaufes der Kühlmittelverteilung. Konkret werden die rechte und die linke Trennwand 140 bei dem in Figur 5 gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils nach außen verfahren (siehe gestrichelte Linie); dies hat die Konsequenz, dass auch die Startzeitpunkte für den degressiven Abfall des Kühlmittel-Volumenstromes jeweils rechts und links nach außen, d. h. zu den Rändern des metallischen Gutes hin verschoben werden.

Bezugszeichenliste

100 Kühleinrichtung

110 Kühlbalken

120 Ventile

130 Spritzdüsen

140 Trennwände

144 Stellelemente zum Positionieren der Trennwände 150 Steuereinrichtung

160 Pumpe

200 metallisches Gut

300 Kühlmittel

400 Kühlmodell

Spritzbereiche

L, x Längsrichtung des Kühlbalkens

M Mitte des metallischen Gutes

n, N Anzahl von Spritzbereichen

T, Y Transportrichtung des metallischen Gutes Temp Temperatur (-Verteilung)

DU1 , DU2 Breitenabschnitte