Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur dynamischen Versorgung einer Kühleinrichtung zum Kühlen von Metallband oder sonstigem Walzgut mit Kühlmittel gerichtet. Die Kühleinrichtung kann insbesondere einen oder mehrere Spritzbalken umfassen.

Stand der Technik

Aus dem Stand der Technik ist bereits eine Vielzahl von Systemen zur Bereitstellung von Kühlwasser aus einem Hochtank für Laminar- oder Druckkühlungen in Warmwalzstraßen bekannt. Zur Kühlung von heißem Walzgut werden beachtliche Mengen Kühlwasser benötigt, um je nach Anforderung an das gefertigte Produkt das Band hinreichend definiert und schnell abzukühlen. Die zum Erreichen einer bestimmten Kühlrate benötigten Wassermengen bewegen sich häufig in der Größenordnung von mehreren hundert oder gar tausend Kubikmetern pro Stunde. Diese außerordentlich großen Wassermengen werden zum Beispiel über durch Ventile drosselbare Leitungssysteme von einem Hochtank zu den Spritzbalken geleitet.

Ein solches System gemäß dem Stand der Technik ist exemplarisch in der Figur 1 dargestellt. Das in dem Hochtank 4 gespeicherte Wasser wird über Leitungen 2 einem zentralen Verteiler 6 zugeführt. Von diesem gemeinsamen Verteiler 6 wird das Wasser über weitere Leitungen den einzelnen Spritzbalken 1 zugeführt. Diese bekannte Anordnung bringt allerdings einige Nachteile mit sich. Für moderne Metalllegierungen oder Stähle müssen große Kühlraten ebenfalls möglichst exakt einstellbar bzw. regelbar sein. Dies wird allerdings durch die sehr großen verwendeten Wassermengen erschwert. Insbesondere können Ein- und Ausschaltvorgänge durch bestehende Konzepte, welche meistens Regelventile umfassen nicht befriedigend schnell durchgeführt werden, wodurch ein Einschaltvorgang der Kühlung oftmals mehr als 10 Sekunden benötigt um die gewünschte Kühlrate zu erreichen. Da sich jedoch das Walzgut in vielen Fällen mit mehreren Metern pro Sekunde durch die Anlage bewegt, wird eine große Bandlänge nicht mit der gewünschten Kühlrate gekühlt, woraus Qualitätseinbußen dieses Bandabschnitts resultieren.

Ein weiterer Nachteil besteht in den hohen Kräften, welche bei Schaltvorgängen der Kühlung auf die Leitungssysteme bzw. die Kühlanlagen wirken. Insbesondere besteht bei schnellen Schaltvorgängen der Kühl Wasserversorgung die Gefahr, dass starke Druckstöße das Kühlsystem beschädigen. Solche Druckspitzen können sogar zum Ausfall der Kühlanlage und somit der gesamten Walzstraße führen.

Angesichts des geschilderten Stands der Technik besteht die technische Aufgabe der Erfindung darin, eine verbesserte Kühlmittelversorgung bereitzustellen, welche insbesondere Druckstöße bei Einschaltvorgängen vermeidet oder zumindest deutlich verringert. Ferner kann die technische Aufgabe darin bestehen, schneller als bisher eine gewünschte Kühlrate zu erreichen, um ein gewalztes Band möglichst optimal mit Kühlmittel zu versorgen.

Offenbarung der Erfindung

Die gestellte technische Aufgabe wird durch die Merkmale des Verfahrens zur dynamischen Versorgung einer Kühleinrichtung, insbesondere von mindestens einem Spritzbalken, zur Kühlung von Metallband oder sonstigem Walzgut mit Kühlmittel gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Verfahren umfasst dabei zumindest die Schritte des Bereitstellens eines vorbeschleunigten bzw. fließenden Kühlmittelstroms, wobei der Kühlmittelstrom die Kühleinrichtung umgeht und in einen Rücklauf geführt wird, sowie des Überwachens der Anwesenheit und/oder der Temperatur eines zu kühlenden Metallbandes oder sonstigen Walzgutes. Erfindungsgemäß wird der vorbeschleunigte Kühlmittelstrom zu der Kühleinrichtung in Abhängigkeit der Anwesenheit und/oder der Temperatur des Metallbandes oder dem sonstigen Walzgut umgeleitet bzw. umgelenkt, wobei der Kühlmittelstrom anstatt die Kühleinrichtung zu umgehen und in einen Rücklauf geführt zu werden, der Kühleinrichtung zur Kühlung des Metallbands oder dem sonstigen Walzgut vorbeschleunigt zugeführt wird.

Durch die Vorbeschleunigung des Kühlmittels und das Umleiten bzw. Umlenken dieses vorbeschleunigten Kühlmittelstroms können auf die Anlagenbauteile wirkende Druckstöße vermieden bzw. erheblich verringert werden. Ferner verbessert sich die Reaktionszeit der Kühlung deutlich. Der Umlenkvorgang kann wesentlich schneller als der Vorgang des Beschleunigens einer entfernten, stehenden Wassermenge erfolgen. Zudem kann schneller und präziser eine gewünschte Kühlrate erreicht bzw. eingestellt werden. Im Allgemeinen wird somit die Einstellbarkeit der eingesetzten Volumenströme verbessert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, weichen der Druckverlust des vorbeschleunigten Kühlmittelstroms bei Umgehung der Kühleinrichtung und der Druckverlust bei Zuführung des vorbeschleunigten Kühlmittelstroms zu der Kühleinrichtung weniger als 50%, vorzugsweise weniger als 20% oder sogar weniger als 10% voneinander ab. Vorzugsweise sind beide Werte im Wesentlichen gleich. Somit werden durch das Umlenken des Kühlmittelstroms Druckstöße des Kühlmittelstroms bei Umlenken des Kühlmittelstroms zur Zuführung von diesem zu der Kühleinrichtung vermieden. Mit anderen Worten ist der Strömungswiderstand für die Kühlmittelströmung bei Umgehung oder Leitung zu der Kühleinrichtung im Wesentlichen gleich oder unterscheidet sich weniger als oben angegeben.

Der Umlenkvorgang findet vorzugsweise in weniger als 5 s oder sogar in weniger als 1 ,5 s statt. Gerade bei solch relativ kurzen Umschaltzeiten ist das erfindungsgemäße Verfahren von besonderem Vorteil.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Umlenkung des Kühlmittelstroms weniger als 5 m, vorzugsweise weniger als 1 m stromaufwärts der Kühleinrichtung (1 ) (sodass der Weg des Kühlmittelstroms zwischen dem Ort der Umlenkung (5) und den Auslässen (7) der Kühleinrichtung (1 ) zur Kühlung des Bandes möglichst gering gehalten wird).

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform beträgt der umzulenkende Volumenstrom des Kühlmittels bzw. Kühlmittelstroms mehr als 150 m ³ /h und vorzugsweise mehr als 400 m ³ /h. Gerade angesichts solch großer Volumenströme ist die vorliegende Erfindung besonders vorteilhaft.

Ferner ist die Erfindung ebenfalls auf eine Vorrichtung zur Kühlung eines Metallbands, vorzugsweise zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche gerichtet. Die Vorrichtung umfasst zunächst eine Kühleinrichtung zur Kühlung von Metallband oder sonstigen Walzgut, welche mindestens einen Spritzbalken mit Kühlmittelauslässen zur Abgabe des Kühlmittels auf das Metallband umfasst. Ferner umfasst die Vorrichtung Leitungsmittel zur Leitung eines Kühlmittelstroms von einer Kühlmittelquelle zu dem Spritzbalken, sowie Umgehungsmittel zum Leiten des Kühlmittelstroms aus den Leitungsmitteln in einen Rücklauf. Schaltbare Umleitungsmittel der Vorrichtung sind zum schaltbaren Leiten des Kühlmittelstroms durch die Leitungsmittel zu dem Spritzbalken oder zum Umleiten des Kühlmittelstroms von den Leitungsmitteln in die Umgehungsmittel ausgebildet. Die Vorteile der Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen jenen des bereits beschriebenen Verfahrens.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Vorrichtung mindestens ein Ventil zum Einstellen eines Volumenstroms des durch die Leitungsmittel (fließenden) Kühlmittelstroms umfassen, wobei die Umleitungsmittel stromabwärts des Regelventils angeordnet sind.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die schaltbaren Umleitungsmittel jeweils mindestens eine schaltbare Klappe zum Leiten des Kühlmittelstroms zu den Spritzbalken oder in die Umgehungsmittel umfassen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfassen die Leitungsmittel ferner eine Pumpe zum Erhöhen des von der Quelle bereitgestellten Volumenstroms. Mittels solch einer Pumpe kann ein noch stärker vorbeschleunigter Volumenstrom bereitgestellt werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe mittels eines Bypasses durch den Kühlmittelstrom umgehbar. Durch eine solche Anordnung ist eine Kühlung mit dem ohne jegliche Pumpe zur Verfügung stehenden Kühlmitteldruck möglich. Der Wasserdruck kann zum Beispiel durch einen Hochbehälter zur Verfügung gestellt werden.

Insgesamt wird somit die Bereitstellung von sehr kleinen Volumenströmen (z. B. Laminarbetrieb) und ebenso von sehr großen Volumenströmen (Druckbetrieb mittels Pumpe) ermöglicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere Spritzbalken, vorzugsweise maximal zehn Spritzbalken, zu einer ersten Kühlgruppe zusammengefasst, wobei der ersten Kühlgruppe über erste Leitungsmittel Kühlmittel zuführbar ist und zu jeweils höchstens drei der Spritzbalken der ersten Kühlgruppe schaltbare Umleitungsmittel zum Leiten des Kühlmittelstroms aus den ersten Leitungsmitteln in einen Rücklauf vorgesehen sind, sodass der Kühlmittelstrom der höchstens drei Spritzbalken der ersten Kühlgruppe getrennt von den restlichen Spritzbalken der ersten Kühlgruppe in die Umgehungsmittel bzw. in den Rücklauf umleitbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind mehrere weitere Spritzbalken, vorzugsweise maximal zehn weitere Spritzbalken, zu einer zweiten Kühlgruppe zusammengefasst, wobei der zweiten Kühlgruppe über zweite Leitungsmittel Kühlmittel zuführbar ist und zu jeweils höchstens drei der Spritzbalken der zweiten Kühlgruppe schaltbare Umleitungsmittel zum Leiten des Kühlmittelstroms aus den zweiten Leitungsmitteln in einen Rücklauf vorgesehen sind, sodass der Kühlmittelstrom der höchstens drei Spritzbalken der zweiten Kühlgruppe getrennt von den restlichen Spritzbalken der zweiten Kühlgruppe in die Umgehungsmittel bzw. in den Rücklauf umleitbar ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die erste und die zweite Kühlgruppe getrennt voneinander durch die Quelle mit Kühlmittel speis- bzw. versorgbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Volumenstrom zu jeder einzelnen Kühlgruppe separat durch eine Pumpe erhöhbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mehrere Spritzbalken wobei jedem Spritzbalken separat von den weiteren Spritzbalken ein schaltbares Umleitungsmittel zugeordnet ist, sodass jedem Spritzbalken entweder der vorbeschleunigte Kühlmittelstrom über die Leitungsmittel zuführbar ist oder über das dem Spritzbalken zugeordnete Umleitungsmittel der Kühlmittelstrom den Umgehungsmitteln zuführbar ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist zumindest einer der Spritzbalken durch eine Abstützeinrichtung getragen und das schaltbare Umleitungsmittel an dieser Abstützeinrichtung montiert. Alternativ oder zusätzlich ist das schaltbare Umleitungsmittel weniger als 5 m, vorzugsweise weniger als 3 m, stromaufwärts des Spritzbalkens angeordnet.

Sämtliche Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. Es zeigen:

(Stand der Technik) eine Vorrichtung zur Versorgung mehrerer

Spritzbalken mit Kühlmittel;

Figur 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Kühlung von Metallband oder sonstigem Walzgut; und

Figur 3 eine schematische Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen

Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Kühlung von Metallband oder sonstigem Walzgut.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele Der besseren Verständlichkeit halber wird zunächst Bezug auf den in der Figur 1 offenbarten Stand der Technik genommen. Abgebildet ist ein Hochtank 4, welcher als Speicher für Kühlmittel dient. Über Leitungen ist das Kühlmittel in der Regel einem Verteiler 6 bzw. einem Verteilerrohr 6 zuführbar. Von diesem Verteiler 6 kann das Kühlmittel einer Vielzahl von Spritzbalken 1 zugeführt werden. Dabei umfassen die Spritzbalken 1 zum Beaufschlagen eines Metallbands mit dem Kühlmittel jeweils eine Vielzahl von Auslässen 7. Wie dargestellt, können zwischen dem Verteiler 6 und dem jeweiligen Spritzbalken 1 ein Messgeber 15 (zum Beispiel für Kühlmitteldruck oder -volumenstrom), ein Regelventil 9 oder ein Absperrhahn 8 angeordnet sein. Durch diese Elemente lässt sich der zu dem jeweiligen Spritzbalken 1 geleitete Kühlmittelstrom überwachen und einstellen.

Die Figur 2 zeigt ein Schema eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels. Kühlmittel wird ähnlich wie im Stand der Technik gemäß der Figur 1 durch einen Speicher 4 bereitgestellt. Im Gegensatz zu der Anordnung gemäß Figur 1 umfasst das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel der Figur 2 jedoch bevorzugt keinen Verteiler 6. Vielmehr wird jedem Spritzbalken 1 separat über eine Leitung 2 Kühlmittel von dem Speicher 4 zugeführt. Der zur Verfügung gestellte Kühlmittelstrom kann durch eine Pumpe 1 1 , 1 1 ' bzw. Booster-Pumpe 1 1 , 1 1 ' erhöht werden. Zusätzlich kann diese Pumpe 1 1 , 1 1 ' für den Kühlmittelstrom zum Beispiel durch einen Bypass 13 umgehbar sein. Dieser Bypass 13 kann schaltbar ausgebildet sein, sodass der Kühlmittelstrom entweder durch die Pumpe 1 1 , 1 1 ' gefördert wird oder die Pumpe 1 1 , 1 1 ' umgeht und lediglich durch den (statischen) Druck des Speichers 4 durch das Leitungssystem 2 geleitet wird. Der Volumenstrom kann ferner durch einen Messgeber 15 überwacht werden und/oder durch ein Regelventil 9 einstellbar sein. Die konkrete Regulierung des Volumenstroms ist allerdings nicht Kern der Erfindung und kann zum Beispiel durch bereits bekannte regelungstechnische Maßnahmen erfolgen. Entscheidend ist, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung über schaltbare Umlenkmittel 5 verfügt, welche einen vorbeschleunigten Kühlmittelstrom von dem Spritzbalken 1 weg umleiten können. So kann ein fließender bzw. vorbeschleunigter Volumenstrom zum Beispiel zunächst in einen Ab- oder Überlauf 3 geführt werden. Solch ein Kühlmittelstrom kann zum Beispiel nachfolgend dem Speicher 4 zurückgeführt werden. Eine weitere Aufbereitung des Kühlmittels entfällt, da das Kühlmittel bei Umleitung durch die Mittel 5 nicht verschmutzt wird. Die Umlenkmittel 5 können im Allgemeinen zwei schaltbare Absperrventile bzw. - hähne oder -klappen umfassen, sodass ein Volumenstrom entweder dem Spritzbalken 1 oder dem Rücklauf 3 zugeführt wird. Es ist allerdings ebenfalls eine Anordnung mit lediglich einer schaltbaren Klappe möglich. Durch die beschriebene Anordnung kann ein bereits vorbeschleunigter Kühlmittelstrom bereitgestellt werden, welcher durch die Umlenkmittel 5 bei Bedarf dem Spritzbalken 1 zuführbar ist. Die Mittel 5 können zum Beispiel mittels eines Sensors geschaltet werden, welcher die Anwesenheit bzw. den Ein- oder Auslauf eine Bands registriert. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperatur des Bandes mit einem Temperatursensor überwacht werden. In Abhängigkeit der Temperatur als Regelgröße können somit bevorzugt die Umlenkmittel 5 (Stellglied) geschaltet bzw. eingestellt werden, um den Zufluss des Kühlmittels (Stellgröße) über die Spritzbalken 1 und deren Auslässe 7 auf das Band einzustellen.

Die Figur 3 offenbart ein Schema einer Kühlvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Im Gegensatz zu der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung sind mehrere Spritzbalken 1 zu einer ersten Kühlgruppe 10 zusammengefasst und weitere Spritzbalken 1 ' zu einer zweiten Kühlgruppe 10' zusammengefasst. Innerhalb jeder der Gruppen 10, 10' ist jedem einzelnen Spritzbalken 1 , 1 ' (stromaufwärts) eine Umlenkvorrichtung 50', 50 zugeordnet. Das heißt, jedem Spritzbalken 1 , 1 ' ist ein durch ein zugeordnetes Umlenkmittel 50, 50' vorbeschleunigter Volumenstrom zuführbar. Bevorzugt befinden sich die Umlenkmittel 50, 50' jeweils möglichst nahe am zu versorgenden Spritzbalken 1 , 1 ', um die Zeit welcher der Volumenstrom für die Strecke zwischen dem Ort der Umlenkung durch die Mittel 5 und dem Spritzbalken benötigt gering zu halten, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. die Regelbarkeit des Systems deutlich verbessert wird. Die Umlenkmittel 5, 50, 50' können im Allgemeinen zum Beispiel elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch geschaltet werden.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen vor allem dem besseren Verständnis der Erfindung und sollten nicht einschränkend verstanden werden. Der Schutzumfang der vorliegenden Patentanmeldung ergibt sich aus den Patentansprüchen.

Die Merkmale der beschriebenen Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.

Ferner können die beschriebenen Merkmale durch den Fachmann an vorhandene Gegebenheiten oder vorliegende Anforderungen angepasst werden.

Bezugszeichenliste

1 Spritzbalken

V Spritzbalken

2 Leitungsmittel

3 Umgehungsmittel / Rücklauf

4 Quelle / Hochtank

5 schaltbare Umlenkmittel / Schaltarmatur

6 Verteilerrohr

7 Kühlmittelauslässe aus Spritzbalken

8 Absperrhahn

9 Regelarmatur

10 erste Kühlgruppe

10' zweite Kühlgruppe

1 1 Pumpe / Booster-Pumpe

1 1 ' zweite Pumpe

13 Bypass

15 Messgeber

20 erste Leitungsmittel

20' zweite Leitungsmittel

50 erste schaltbare Umlenkmittel

50' zweite schaltbare Umlenkmittel