Kühlung eines Metallbandes mit positionsgeregelter Ventileinrichtung

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 Ventileinrich- tung aufweist,

- wobei eine Steuereinrichtung die Ventileinrichtung einstellt.

Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Computerpro- gramm, 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 Steuer- einrichtung 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 Kühl ^¬ mittel 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 Metallban- des mittels eines flüssigen Kühlmittels, wobei die Steuerein ^¬ richtung als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausge ^¬ bildet ist und mit einem derartigen Computerprogramm programmiert ist. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Kühlein ^¬ richtung zum Kühlen eines Metallbandes mittels eines flüssi ^¬ gen 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 Kühlmit- telfluss einstellbar ist, mit dem das Metallband von der Beaufschlagungseinrichtung pro Zeiteinheit beaufschlagt wird,

- wobei in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung eine vor- dere 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 AI bekannt. Bei der DE 10 2007 046 279 AI ist die Ventileinrichtung als Schaltventil ausgebildet, das binär zwischen den Zuständen völlig offen und völlig geschlossen geschaltet wird. Die Ventilcharakteristik umfasst eine Ein ^¬ schaltverzögerung, eine Ausschaltverzögerung und einen mitt- leren Kühlmittelmengenstrom.

Power Cooling - das heißt das intensive Kühlen von Metallband - ist eine neuartige Kühlungsmethode zum Kühlen eines Metall ^¬ bandes beim Warmwalzen oder unmittelbar danach. Sie dient da- zu, die Mikrostruktur und damit die mechanischen Eigenschaf ^¬ ten des Endprodukts gezielt einzustellen. Insbesondere soge ^¬ nannte AHSS (= advanced high strength steels) erfordern immer mehr Kühlungsintensität und Kühlungsflexibilität. Diese An ^¬ forderungen werden durch Power Cooling erfüllt.

Im Rahmen von Power Cooling ist es erforderlich, den Kühlmit- telfluss, d.h. die Menge an Kühlmittel, mit der das Metall ^¬ band 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 mit ^¬ tels der Ventileinrichtung geregelt wird. Diese Vorgehenswei ^¬ se 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, Mög- lichkeiten zu schaffen, mittels derer auf einfache und kos ^¬ tengünstige Weise eine flexible und zuverlässige Kühlung des Metallbandes erreicht werden kann.

Die Aufgabe wird durch ein Betriebsverfahren mit den Merkma- len des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Betriebsverfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 Erfindungsgemäß wird ein Betriebsverfahren der eingangs ge ^¬ nannten 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 Zu- Standes des Kühlmittels und einer Ventilcharakteristik der

Ventileinrichtung einen mit dem Sollwert für den Kühlmit- telfluss korrespondierenden Sollwert für eine Öffnungsstel ^¬ lung der Ventileinrichtung ermittelt,

- dass die Ventilcharakteristik, bezogen auf einen Referenz- zustand, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist, eine Kennlinie des Kühlmittelflus ^¬ ses als Funktion der Öffnungsstellung der Ventileinrichtung beschreibt und

- dass die Steuereinrichtung die Öffnungsstellung der Ventil- einrichtung 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 Kühl ^¬ mittels (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 Zustandserfassungs- einrichtung 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 hin- teren Zustands des Kühlmittels und der Öffnungsstellung der

Ventileinrichtung nachführt.

Dadurch kann eine Selbstkalibrierung der Steuereinrichtung auf die tatsächliche - unter Umständen sogar dynamisch vari- ierende - Kennlinie der Ventileinrichtung realisiert werden.

Der hintere Zustand des Kühlmittels kann - analog zum vorde ^¬ ren Zustand des Kühlmittels - nach Bedarf bestimmt sein. Vor ^¬ zugsweise umfasst der hintere Zustand des Kühlmittels (zumin- dest) 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 Ausgestaltun ^¬ gen des Computerprogramms sind Gegenstand der abhängigen An- sprüche 7 bis 9.

Erfindungsgemäß wird ein Computerprogramm der eingangs ge ^¬ nannten Art dadurch ausgestaltet,

- dass die Steuereinrichtung einen mit dem Sollwert für den Kühlmittelfluss korrespondierenden Sollwert für eine Öff ^¬ nungsstellung 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 Referenz- zustand, den das Kühlmittel in der Zuleitung vor der Ventileinrichtung aufweist, eine Kennlinie des Kühlmittelflus ^¬ ses 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. Zwi ^¬ schen 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 ge ^¬ steuert. Die Steuereinrichtung 6 kann mehrere Teileinheiten umfassen, die jeweils einen Teil der Behandlungslinie steu ^¬ ern. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kommt es darauf an, dass die Steuereinrichtung 6 zumindest eine der Kühleinrich- tungen 4 steuert. Nachfolgend wird daher in Verbindung mit den FIG 2 und 3 nur noch - stellvertretend für alle Kühlein ^¬ richtungen 4 - auf eine der Kühleinrichtungen 4 eingegangen.

Die Steuereinrichtung 6 ist, wie durch das Kürzel ,,μθ" ange- deutet, als softwareprogrammierbare Steuereinrichtung ausge ^¬ bildet. 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 be- wirkt 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 ande ^¬ re 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 angeord- net. 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 durchgezo- genen Linie in FIG 3 stufenlos zwischen 0 und einem Maximal- fluss einstellbar sind. Alternativ ist es möglich, dass die Öffnungsstellung s und damit auch der Kühlmittelfluss F ent ^¬ sprechend 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 (= 2 ³ -l) , 15 (= 2 ⁴ -l) oder allgemein bei 2 ⁿ -l (n = 5, 6, ...) liegen. In jedem Fall kann der Kühlmittelfluss F mittels der Ventilein ^¬ richtung 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 vor- zugsweise zumindest einen Referenzdruck, mit dem das Kühlmit ^¬ tel 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 Ventilcharakte ^¬ ristik C zusätzlich weitere Parameter der Ventileinrichtung 13 umfassen. Beispiele derartiger Parameter sind Verzöge- rungszeiten, die beim Verändern der Öffnungsstellung s auftreten können (Sprungantwort) . Dies ist im Rahmen der vorlie ^¬ genden 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 Kühl ^¬ mittel 5 in der Zuleitung 10 vor der Ventileinrichtung 13 tatsächlich aufweist. Der vordere Zustand ZV umfasst vorzugs- weise 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 zuge ^¬ führt. 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 vorgegebe- nen Sollwert F* für den Kühlmittelfluss F. Die Steuereinrich ^¬ tung 6 stellt die Öffnungsstellung s der Ventileinrichtung 13 entsprechend dem ermittelten Sollwert s* ein. Die Steuerein- richtung 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 Zustandserfassungseinrich- tung 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 hinte ^¬ ren 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 vorzugs- weise parametrisiert . Beispielsweise können Stützstellen vor ^¬ gegeben sein, für welche der zugehörige Kühlmittelfluss F de ^¬ finiert 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 Zu- leitungsdruck 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. Insbeson ^¬ dere kann auf einfache und kostengünstige Weise der Kühlmit- telfluss 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 einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .

Bezugs zeichenliste

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