Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Computerprogramm zum Betreiben einer Produktionsanlage zum Produzieren eines Metallproduktes, wobei die Produktionsanlage neben einer Kühlstrecke als Aggregat weitere, der Kühlstrecke vorgeschaltete Aggregate zum Produzieren des Metallproduktes umfasst. Bei der Produktionsanlage kann es sich beispielsweise um eine konventionelle Walzanlage, insbesondere eine Warmbandstraße, eine Gießwalzanlage oder eine Steckel-Anlage handeln, jeweils zur Herstellung des Metallproduktes in Form von Warmband. Alternativ kann es sich bei der Produktionsanlage beispielsweise um eine Blechwalzstrasse oder eine Steckel-Blech-Anlage handeln zur Herstellung des Metallproduktes in Form von Blech.

Stand der Technik

Derartige Produktionsanlagen mit einer Kühlstrecke zum Kühlen des zu produzierenden Metallproduktes sowie Verfahren zu deren Betrieb sind im Stand der Technik grundsätzlich bekannt. So betreffen die chinesische Anmeldung CN 104971947 A, die chinesische Gebrauchsmusteranmeldung CN 20468735 U sowie die japanischen Patentanmeldungen JP H04361821 , JP H0857525 und JP S 5524933 jeweils alle die Wasserwirtschaft zur Versorgung einer Kühlstrecke mit der erforderlichen Kühlmittelmenge. Die chinesische Patentanmeldung CN 104971947 A basiert auf Frequenz-geregelten Pumpen, die Wasser in einen Hochtank liefern. Die Wassermenge wird statisch für ein Band mit einem Wasserverbrauch Q und einer Pausenzeit t berechnet.

Die in diesen Schriften zum Stand der Technik beschriebenen Regelungen betreffen das Kühlmittel für die Kühlstrecke und haben allesamt den Nachteil, dass sie keine Vorausberechnung des Kühlmittelbedarfes der Kühlstrecke für zukünftig zu walzende Bänder machen. Dieser Kühlmittelbedarf wird bei der Kühlmittelversorgung für die Kühlstrecke auch nicht mit einplant bzw. berücksichtigt. Eine reine Regelung der Wasserwirtschaft auf den Füllstand eines Tanks kann aufgrund der Trägheit der Pumpen, die dem Tank Kühlmittel zuführen, ein kurzfristiges Absenken des Tanklevels nicht verhindern. Weiterhin reicht ein statischer Wasserverbrauchswert für das Metallprodukt nicht aus, da aufgrund von instationären Prozessbedingungen unterschiedliche Mengen an Kühlmittel beim Durchlauf des Metallproduktes durch die Produktionsanlage verbraucht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bekanntes Verfahren und Computerprogramm zum Betreiben einer Produktionsanlage mit einer Kühlstrecke zum Produzieren eines Metallproduktes dahingehend weiterzubilden, dass keine unnötige Menge an Kühlmittel in den Kühlmittelkreislauf gefördert wird, wobei gleichzeitig sichergestellt wird, dass immer die notwendige Menge an Kühlmittel zum Kühlen des Metallproduktes zur Verfügung steht.

Diese Aufgabe wird durch das in dem Patentanspruch 1 beanspruchte Verfahren gelöst.

Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die von den einzelnen aggregatspezifischen Prozessmodellen vorausberechneten Temperaturführungen für den jeweils betrachteten Abschnitt des Metallproduktes von einem übergeordneten Temperaturmodell zu einem Temperaturpfad über der Länge der betrachteten Aggregate zusammengeführt werden und dass der Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke für den zukünftigen Durchlauf des jeweils betrachteten Abschnitts des Metallproduktes von einem Kühlmittelbedarfsmodell auf Basis des zusammengefügten Temperaturpfades vorausberechnet wird.

Der Kernaspekt des beanspruchten Verfahrens liegt in der Verwendung des übergeordneten Temperaturmodells und des Kühlmittelbedarfsmodells, mit dem der zukünftige Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke simuliert bzw. vorausberechnet wird. Mit der Berücksichtigung dieses zukünftigen Kühlmittelbedarfes kann die Wasserversorgung einer Kühlstrecke so realisiert werden, dass ihre Leistungsfähigkeit durch die Wasserwirtschaft nicht eingeschränkt wird, jedoch der Ressourcenverbrauch, d.h. ihr Energie- und Kühlmittelverbrauch bzw. ihre Kosten und ihre CC>2-Produktion, minimiert werden können. Dies gelingt deshalb, weil unter Berücksichtigung des zukünftigen Kühlmittelbedarfes nur so viel Kühlmittel bereitgestellt wird, wie für eine Erledigung von Kühlaufgaben erforderlich ist, und dass aber darüber hinaus keine unnötigen Kühlmittelmengen in die Kühlkreisläufe der Kühlstrecke gefördert werden. Die überschüssigen Kühlmittelmengen müssten ansonsten über Überläufe in den Hochtanks oder Standrohren nutzlos in den Rücklauf entlassen werden. Auf diese Weise wird der besagte Ressourcen-Verbrauch minimiert. Durch die verringerte Menge an umlaufendem Wasser entstehen weniger Verdunstungsverluste. In der Folge sind weniger Zusatzwasser und geringere Mengen an Wasserbehandlungschemikalien erforderlich. Durch die verringerte Umlaufmenge kann die Auslegung der Wasseraufbereitungsanlage verringert werden.

Das erfindungsgemäße Temperaturmodell und das erfindungsgemäße Kühlmittelbedarfsmodell sind vorzugsweise Bestandteil der übergeordneten Prozesssteuerung, die den Betrieb der einzelnen Aggregate der Produktionsanlage aggregat-übergreifend koordiniert. Dieses beanspruchte übergreifende Betriebskonzept bietet den Vorteil, dass die übergeordnete Prozesssteuerung bereits weiß, wie viel Kühlmittel in einer gewissen Zeit in Zukunft verbraucht werden wird.

Definitionen

Der Begriff „vorgeschaltet“ meint „stromaufwärts“ bezogen auf die Durchlaufrichtung des Metallproduktes durch die Produktionsanlage. Analog meint der Begriff „nachgeschaltet“ „stromabwärts“.

Der Begriff „Metallprodukt“ meint beispielsweise ein Band oder ein Blech aus Metall.

Bei dem Kühlmittel handelt es sich beispielsweise um Wasser, evtl, mit chemischen Zusätzen für bestimmte im Einzelfall gewünschte Funktionen/Zwecke. Die Begriffe Wasser und Kühlmittel werden synonym verwendet. Ein Hochtank und ein Standrohr sind beides Druckausgleicher. Der Hochtank ist gleichzeitig ein Speicher für das Kühlmittel. Das Standrohr hat keine nennenswerte Speicherkapazität. Beide Druckausgleicher dienen dazu, das Kühlmittel für die Kühlstrecke mit einem vorbestimmten Druck, der insbesondere jeweils über den Pegel des Kühlmittels in dem Druckausgleicher einstellbar ist, bereit zu stellen.

Ende der Definitionen

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel ermitteln die aggregat-spezifischen Prozessmodelle die Temperaturführung für den jeweiligen Abschnitt des Metallproduktes zusammen mit dessen Geschwindigkeitsverlauf durch das Aggregat. Die zusätzliche Berücksichtigung des Geschwindigkeitsverlaufes bietet die Möglichkeit einer genaueren Ermittlung des Kühlmittelbedarfes, denn die Temperaturführung des jeweiligen Abschnitts des Metallproduktes hängt davon ab, wie lange das Metallprodukt für den Durchlauf durch das jeweilige Aggregat benötigt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel werden bei der Ermittlung bzw. Vorausberechnung des Kühlmittelbedarfes auch die Temperaturführung sowie optional auch der Geschwindigkeitsverlauf von der Kühlstrecke in Durchlaufrichtung nachgeschalteten Aggregaten berücksichtigt. Die Temperaturführung sowie optional auch der Geschwindigkeitsverlauf der nachgeschalteten Aggregate werden von für diese Aggregate jeweils spezifischen Prozessmodellen vorausberechnet.

Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn der Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke für zukünftige Durchläufe nicht nur für einen Abschnitt des Metallproduktes, sondern für eine Mehrzahl von Abschnitten des Metallproduktes oder für eine Mehrzahl von Metallprodukten bzw. -bändern von dem Kühlmittelbedarfsmodell (13) auf Basis der zusammengefügten Temperaturpfade vorausberechnet wird. Dies gilt zum Beispiel für die Metallprodukte, die während einer Produktionsschicht oder während einer Produktionskampagne produziert werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das erfindungsgemäße Verfahren folgende Schritte auf:

- erster Verfahrensschritt: Vorausberechnen des zukünftigen Kühlmittelbedarfs der Kühlstrecke für einen Durchlauf des produzierten Metallproduktes mit Hilfe des erfindungsgemäßen Temperaturmodells und Kühlmittelbedarfsmodells;

- zweiter Verfahrensschritt: Ermitteln der notwendigen (Gesamt-) Fördermenge an Kühlmittel, die mit Hilfe mindestens einer Pumpe unter Beachtung einer evtl. Pufferkapazität in einen Druckausgleicher, beispielsweise einen Hochtank oder ein Standrohr, gepumpt werden muss, um sicherzustellen, dass der Kühlstrecke stets genug, aber eben auch nicht überflüssig viel Kühlmittel zugeführt werden kann;

- dritter Verfahrensschritt: Berechnung der Aufteilung der zuvor ermittelten Gesamt- Fördermenge an Kühlmittel auf die zur Verfügung stehenden Pumpen; und optional

- vierter Verfahrensschritt: Überwachung des Pegels des Kühlmittels in dem Druckausgleicher, optional Konstanthalten des Pegels mit Hilfe einer Füllstandsregelung.

Zur Verfeinerung bzw. Präzisierung der Berechnung der Aufteilung der (Gesamt-)Fördermenge an Kühlmittel auf die Pumpen kann neben der Fördermenge an Kühlmittel, optional zusätzlich auch deren zeitlicher Verlauf in Verfahrensschritt zwei ermittelt und in Verfahrensschritt drei mitberücksichtigt werden. Optional kann zwischen dem zweiten und dritten Verfahrensschritt die Verkettung der Einzelberechnungen einzelner Produkte in einer Produktionskampagne erfolgen, wodurch die zeitlichen Bedarfsschwankungen der Einzelprodukte erkennbar werden.

Die Verkettung erfolgt über verschiedene Methoden und berücksichtigt, dass bei einer Produktionssequenz mehrere Produkte sich zeitgleich in der Anlage befinden können und die einzelnen Aggregate sequentiell durchlaufen. Bei mehreren gleichartigen Produkten wird die Fördermenge an Kühlmittel über einen längeren Produktionszeitraum gemittelt bereitgestellt, bis die Anzahl gleichartiger Produkte hergestellt wurde.

Bei Produktionskampagnen, die sich aus einer Anzahl verschiedener Produkte zusammensetzen, muss bei einer Verkettung die Fördermenge so über den Produktionszeitraum variiert werden, dass sie dem jeweils notwendigen Bedarf des aktuellen Produktes der Produktionskampagne entspricht. Dabei können Pufferkapazitäten, soweit vorhanden, ausgenutzt werden.

Darüber hinaus ist eine langfristige Verkettung, z.B. zur Produktionsplanung möglich, bei der verschiedene Produktionskampagnen einheitlicher und/oder verschiedener Produkte sequenziell durchlaufen werden. Bei der langfristigen Verkettung können Speicherkapazitäten, Fördermengen und dergleichen so abgeglichen werden, dass keine Unterversorgung vorliegt. Bei der langfristigen Verkettung wird somit eine Art vorrausschauende Kühlmittelbedarfsplanung erstellt, die sich an dem zu erwartenden Verbrauch orientiert.

Sollte es im Ergebnis dieser Verkettung zu angezeigten Engpässen kommen, so können diese durch Umplanung der Produktionskampagnen oder der Änderung der Herstellungsparameter der Produkte vermieden werden.

Bei einem Standrohr ist keine Pufferkapazität für das Kühlmittel vorhanden und deshalb ist dort auch kein Absinken des Pegels des Kühlmittels in dem Standrohr erlaubt. Die (Gesamt-) Fördermenge an Kühlmittel, die dem Standrohr zugeführt werden muss, wird deshalb auf den zuvor ermittelten Kühlmittelbedarf festgelegt.

Sollte andererseits ein Absinken des Pegels des Kühlmittels in dem Hochtank bis zu einem zulässigen Minimalpegel erlaubt sein, so kann dem Hochtank, zumindest für ein begrenztes Zeitintervall, über die Pumpe eine Menge an Kühlmittel pro Zeiteinheit zugeführt werden, die kleiner ist als der voraus berechnete Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke. Dies geht jedoch nur so lange, bis der Pegel des Kühlmittels in dem Hochtank bis auf einen zulässigen Minimalpegel abgesunken ist. Die besagte kleinere Menge an Kühlmittel wird in dem zweiten Verfahrensschritt ermittelt. Danach muss dieser Minimalpegel durch eine Zufuhr von Kühlmittel in Höhe des vorausberechneten durchschnittlichen Kühlmittelbedarfs zumindest gehalten werden. Gerade bei der Verkettung ist die Berücksichtigung der soweit vorhandenen Speicherkapazitäten besonders relevant.

Wenn nur Ein-/Aus-Pumpen verwendet werden, dann werden gemäß dem dritten Verfahrensschritt nur so viele dieser Ein-/Aus-Pumpen eingeschaltet, dass die Summe ihrer individuellen Fördermengen pro Zeiteinheit dem vorausberechneten Kühlmittelbedarf entspricht oder diesen nur so wenig wie möglich übersteigt. Wenn der Kühlmittelbedarf nicht genau mit der Stufung einstellbar ist, muss eine gewisse überschüssige Fördermenge in Kauf genommen werden in dem Maße, wie die letzte Stufe den Kühlmittelmittelbedarf übersteigt.

Wenn alternativ nur Pumpen in Form von frequenz- bzw. drehzahlgeregelten Pumpen verwendet werden, so werden gemäß dem dritten Verfahrensschritt alle Pumpen jeweils auf eine solche gleiche Fördermenge pro Zeiteinheit eingestellt, dass die Summe der jeweils gleichen Fördermengen aller aktivierten Pumpen dem vorausberechneten Kühlbedarf entspricht. Dieser Betrieb mit gleichen Fördermengen bietet den Vorteil, dass typischerweise die Pumpen nicht an ihrer Leistungsgrenze arbeiten müssen und weiterhin den Vorteil, dass ein eventueller Verschleiß in allen Pumpen gleichermaßen auftritt. Ein ungleicher Verschleiß in den Pumpen wird auf diese Weise vermieden.

Wenn sowohl Ein-/Aus-Pumpen wie auch drehzahl-geregelten Pumpen verwendet werden, so werden diese gemäß dem dritten Verfahrensschritt grundsätzlich wie zuvor beschrieben, betrieben. Die Kombination aus beiden Pumpentypen wird dann so betrieben, dass zum einen die Summe der individuellen Fördermengen der Pumpen dem vorausberechneten Kühlmittelbedarf entspricht oder diesen nur möglichst wenig übersteigt und das die Summe der individuellen Energiebedarfe der Pumpen in Kombination minimal ist.

Durch die Aufteilung der (Gesamt-) Fördermenge an Kühlmittel auf die zur Verfügung stehenden Pumpen wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Pumpen und andere Komponenten der Wasserwirtschaft nur dann in Betrieb sind, wenn sie gebraucht werden. Im Vergleich zu einem Betrieb rund um die Uhr werden dadurch viele Betriebsstunden eingespart und die Lebensdauer der Komponenten verlängert.

Zusätzlich zu der in den Verfahrensschritten eins bis drei beschriebenen Vorsteuerung der Pumpenfördermenge für das Kühlmittel auf Basis des erfindungsgemäß berechneten Kühlmittelbedarfes der Kühlstrecke sieht der vierte Verfahrensschritt schließlich optional eine Füllstandsregelung in dem Druckausgleicher auf ein vorgegebene Tankniveau vor. Durch die zusätzliche Realisierung der Füllstandsregelung kann vorzugsweise schnell und effektiv auf Abweichungen des Ist-Zustandes von einem Soll-Zustand reagiert werden. Aufgrund von zu langen Regelzeiten ist dabei aber nur eine Sicherheitsfunktion der Pegelüberwachung angeraten.

Weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens betreffen die Art der Produktionsanlage, in der das Metallprodukt produziert wird und in der die Kühlstrecke zum Kühlen des Metallproduktes betrieben wird. Je nach Art der Produktionsanlage können der Kühlstrecke unterschiedliche Aggregate in Durchlaufrichtung des Metallproduktes vorgeschaltet oder nachgeschaltet sein. Bei den Produktionsanlagen kann es sich beispielsweise um eine Walzanlage, eine Gießwalzanlage, eine Steckeiwalzanlage, eine (Grob-) Blechanlage oder eine Steckel-/Blechwalzanlage handeln.

Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn zumindest einem der Kühlbalken, vorzugsweise allen Kühlbalken in der Kühlstrecke jeweils ein durchflussgesteuertes oder durchflussgeregeltes Ventil vorgeschaltet ist. Diese Ventile können dafür sorgen, dass gewisse Schwankungen im Pegel des Kühlmittels in dem Standrohr oder Hochtank kompensiert werden können, wodurch vorteilhafterweise eine weitere Homogenisierung der Druckverhältnisse unmittelbar am Kühlbalken erreicht werden kann. Schließlich wird die oben genannte Aufgabe der Erfindung auch durch ein Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 16 gelöst. Die Vorteile dieser Lösung entsprechen den oben mit Bezug auf das genannte Verfahren genannten Vorteilen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen An-sprüche.

Der Beschreibung sind insgesamt drei Figuren beigefügt, wobei

Figur 1 ein Beispiel für eine Produktionsanlage für das Produzieren eines Metallproduktes mit einem übergeordneten Temperaturmodell und einem Kühlmittelbedarfsmodell;

Figur 2 die Wasserwirtschaft bzw. die Pumpengruppen einer solchen zur Bereitstellung von einem Kühlmittel für die Kühlstrecke;

Figur 3 das erfindungsgemäße Verfahren in typischer Schrittabfolge 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 eine Produktionsanlage 100 zur Produktion eines Metallproduktes 20. Bei der Produktionsanlage handelt es sich hier beispielhaft um eine Gießwalzanlage. Bei dieser Gießwalzanlage sind der Kühlstrecke 9 zumindest einzelne der in Figur 1 gezeigten Aggregate entgegen der Durchlaufrichtung D vorgeschaltet. Gemäß Figur 1 beginnt der Produktionsprozess mit dem Aggregat Kokille 0. Die Kokille dient zum Gießen einer flüssigen Metallschmelze zu einem Gießstrang. Der Gießstrang wird nachfolgend in dem Aggregat 1 Strangführung in die Horizontale umgelenkt und dort sekundär gekühlt. Das nachfolgende Aggregat 2 Trenneinrichtung dient zum Zerteilen des Gießstrangs in einzelne Brammen. Die Brammen durchlaufen sodann das Aggregat 3, d.h. einen Ofen, bevor sie in dem Aggregat 4, den sogenannten Vorgerüsten, zu Vorbändern vorgewalzt werden. Die so entstehenden Vorbänder können in dem Aggregat 5 Transferbarkühlung gekühlt werden, bevor sie bei einem weiteren Durchlauf in Durchlaufrichtung D in einem Aggregat Ofen 6 auf geeignete Walztemperaturen vorgewärmt werden. Sollte das Aggregat Ofen 6 für eine ausreichende Anhebung der Temperatur der Vorbänder auf die Walztemperaturen nicht ausgelegt sein, so kann dem Aggregat Ofen 6 ein weiteres Aggregat 7 in Form einer induktiven Heizung nachgeschaltet sein.

Ein Aggregat Fertigwalzstraße 8 hinter der induktiven Heizung 7 dient zum Fertigwalzen der Vorbänder zu dem erfindungsgemäßen Metallprodukt 20. Nach dem Auslaufen des Produktes aus dem Aggregat Fertigwalzstraße 8 wird das Metallprodukt 20 in dem Aggregat Kühlstrecke 9 auf eine vorbestimmte Temperatur herunter gekühlt, bevor es als Metallband in dem der Kühlstrecke 9 nachgeschalteten Aggregat Trenneinrichtung 10 auf vorbestimmte Coillängen zugeschnitten und nachfolgend in dem Aggregat Haspeleinrichtung 11 zu einem Coil aufgewickelt wird.

Zumindest einzelne der Aggregate 0 bis 11 der Produktionsanlage werden von Basis Level 2 aggregat-spezifischen Prozessmodellen 0‘ bis 9‘ abgebildet und gesteuert. D.h. es gibt beispielsweise ein Kühlstreckenmodell 9‘ für die Kühlstrecke 9, ein Stichplanmodell 8‘ für die Fertigwalzstraße 8, ein Stichplanmodell 4‘ für die Vorstraße 4 sowie Modelle 6‘ zur Ofensteuerung. Ebenfalls vorhanden sein können Prozessmodelle 5‘, 7‘ für die Transferbarkühlung 5, d.h. die Brammenkühlung 5 oder für die induktive Heizung 7. Der Begriff Modell wird hier synonym für ein aggregatspezifisches Prozessmodell verwendet. Die Basis Level 2 Prozessmodelle 0‘ bis 1 T betrachten jeweils nur ihr zugehöriges Aggregat 0 bis 11 , sofern sie denn überhaupt vorhanden sind. Die aggregat-spezifischen Prozessmodelle 0‘ bis 1 T dienen auch dazu, jeweils die Temperaturführung von zumindest einem Abschnitt des Metallproduktes 20 bei einem zünftigen Durchlauf durch das jeweilige Aggregat 0 bis 11 vorauszuberechnen. Dabei wird der Betrieb der einzelnen Aggregate 0 - 11 aggregat-übergreifend von einer übergeordneten Prozesssteuerung 14 koordiniert. Die vorliegende Erfindung sieht vor, dass zwischen die übergeordnete Prozesssteuerung 14 und die aggregat-spezifischen Prozessmodelle 0‘ bis 11 ‘ ein übergeordnetes Temperaturmodell 12 eingeführt wird, welches ausgebildet ist, die von den aggregat-spezifischen Prozessmodellen vorausberechneten Temperaturführungen der einzelnen Aggregate für den jeweils betrachteten Abschnitt des Metallproduktes zu einem Temperaturpfad über der Länge der betrachteten Aggregate 0 bis 11 zusammen zu fügen. Darüber hinaus sieht das erfindungsgemäße Verfahren ein Kühlmittelbedarfsmodell vor, welches den von dem Temperaturmodell 12 generierten Temperaturpfad empfängt und auf Basis dessen ausgebildet ist, den Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke 9 für den zukünftigen Durchlauf des jeweils betrachteten Abschnitts des Metallproduktes 20 vorauszuberechnen. Das Ergebnis, der besagte Kühlmittelbedarf, wird sodann an die Wasserwirtschaft übermittelt, um die notwendigen (Förder-)Mengen an Kühlmittel für die Kühlstrecke zeitgenau bereitzustellen.

Vorzugsweise ermitteln die aggregat-spezifischen Prozessmodelle die Temperarturführung für den jeweiligen Abschnitt des Metallproduktes zusammen mit dessen Geschwindigkeitsverlauf durch das jeweilige Aggregat. Das übergeordnete Temperaturmodell übermittelt dann den daraus zusammengesetzten Temperaturpfad für den jeweiligen Abschnitt des Metallproduktes 20 zusammen mit dem zugehörigen Geschwindigkeitsverlauf des Metallproduktes durch die beteiligten Aggregate an das Kühlmittelbedarfsmodell. Der Geschwindigkeitsverlauf wird analog zu dem Temperaturpfad aus den einzelnen Geschwindigkeitsverläufen des Metallproduktes durch die einzelnen Aggregate zusammengesetzt. Durch die parallele Betrachtung von Temperaturpfad und Geschwindigkeitsverlauf ist es möglich, bereits frühzeitig die Kühlmittelbedarfe für die einzelnen Abschnitte des Metallproduktes vorauszuberechnen, da diese mit Hilfe der aggregat-spezifischen Prozessmodelle Stück für Stück bis zur Kühlstrecke berechnet werden können. Bei Prozessänderungen werden die Berechnungen des Temperaturmodells aktualisiert, so dass zu jedem Zeitpunkt die Kühlmittelbedarfe von jedem Abschnitt des Metallproduktes 20 im Einflussbereich des Temperaturmodells bekannt sind. Das Temperaturmodell 12 sowie optional auch das Kühlmittelbedarfsmodell 13 können - abweichend von der Darstellung in Figur 1 - in die übergeordnete Prozesssteuerung 14 integriert sein.

Wie bereits erwähnt, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur die Aggregate 0 bis 8 berücksichtigt werden, die der Kühlstrecke 9 entgegen der Durchlaufrichtung D des Metallproduktes vorgeschaltet sind, sondern auch die Aggregate 10,11 , die der Kühlstrecke 9 in Durchlaufrichtung D des Metallproduktes nachgeschaltet sind. Auch diese werden vorzugsweise jeweils von einem aggregatspezifischen Prozessmodell repräsentiert und die von den zugehörigen aggregatspezifischen Prozessmodellen vorausberechneten Temperaturführungen können - optional auch zusammen mit den Geschwindigkeitsverläufen - ebenfalls bei der Vorausberechnung des Kühlmittelbedarfes von dem Kühlmittelbedarfsmodell 13 mitberücksichtigt werden.

Wird die Transferbarkühlung 5 mit der Kühlstrecke 9 gleichgesetzt, so kann in gleicher Weise auch eine Berechnung des Kühlmittelbedarfs des Transferbars erfolgen. Dies kann ergänzend oder alternativ erfolgen und somit weiter zur Reduktion der eingesetzten gesamten Kühlwassermenge beitragen

Anzumerken ist, dass die Produktionsanlage stets produktbezogene Daten erzeugt und diese für die Kühlmittelaufbereitung auf zeitliche Abläufe transformiert werden. Dies geschieht, indem die Daten einzelner Temperaturmodell-Berechnungen für mehrere Metallprodukte hintereinander gereiht werden, um gezielt prädiktive Informationen für die Anforderungen an z. B. Pumpenstationen zu kumulieren. Das bedeutet, dass die Daten inklusive der zeitlichen Abhängigkeit von kompletten Produktionskampagnen, Walzschichten etc. zur Verfügung stehen und zur Automation von z.B. Pumpstationen oder anderen Einheiten der Kühlmittelaufbereitung vorausschauend verwendet werden können.

Figur 2 veranschaulicht den Teil einer Wasserwirtschaft zur Bereitstellung des Kühlmittels für die Kühlstrecke 9. Die Wasserwirtschaft umfasst zum einen den besagten Druckausgleicher für das Kühlmittel beispielsweise in Form des Standrohres 23 oder des Hochtranks 23‘. Dem Druckausgleicher ist vorzugsweise eine Füllstandsregelung 26 zugeordnet, die den Pegel des Kühlmittels in dem Druckausgleicher beobachtet und im Falle eines Absinkens eine Pumpe 21 aktiviert zum Zuführen von Kühlmittel in das Standrohr 23 bzw. den Hochtank 23‘. Dieser Druckausgleicher dient zum Bereitstellen der in jedem Zeitpunkt individuell erforderlichen (Förder-)Menge an Kühlmittel für die Kühlstrecke 9 mit einem vorbestimmten Druck. Dieser Druck kann entweder über die Höhe des Pegels des Kühlmittels in dem Druckausgleicher 23,23‘, optional auch mit einer oder mehreren Pumpen 91 eingestellt werden. In der Kühlstrecke 9 wird das Kühlmittel auf die einzelnen Kühlbalken 9a - 9e aufgeteilt. Die Kühlbalken sind in der Regel jeweils mit einer Vielzahl von Auslässen bzw. Spritzdüsen ausgestattet zum Aufspritzen des Kühlmittels auf das Metallprodukt. Mindestens einem der Kühlbalken ist vorzugsweise ein durchflussgesteuertes oder durchflussgeregeltes Ventil 9g vorgeschaltet. Wie einleitend bereits erwähnt, können diese Ventile dafür sorgen, Schwankungen im Pegel des Kühlmittels im Standrohr oder im Hochtank zu kompensieren, wodurch vorteilhafterweise eine weitere Homogenisierung der Druckverhältnisse unmittelbar an dem Kühlbalken erreicht werden kann.

Bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel existieren fünf Pumpen 21 , die jeweils eine Kapazität von 2000 m ³ /h haben. Das heißt, die Gesamtkapazität beträgt somit 10000 m ³ /h. Nach Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich für die nächsten zu produzierenden Metallprodukte beispielhaft ein gesamter Kühlmittelbedarf von 5000 m ³ /h. Unter der Annahme, dass es sich bei allen fünf Pumpen 21 jeweils um Ein-/Aus-Pumpen handelt, kann das integrierte Temperaturmodell gemäß der vorliegenden Erfindung festlegen, dass nur drei der Pumpen ä jeweils 2000 m ³ /h benutzt werden müssen; damit würde genügend Wasser vorhanden sein. Der berechnete Kühlmittelbedarf von 5000 m ³ /h wäre damit um 1000 m ³ /h übererfüllt. Diese 1000 m ³ /h Überkapazität muss in Kauf genommen werden, weil die Pumpen 21 hier lediglich als Ein-/Aus-Pumpen ausgebildet sind. Vorteilhafterweise müssen aufgrund der erfindungsgemäßen Kühlmittelbedarfsrechnung nicht alle vorhandenen fünf Pumpen 21 aktiviert werden. Die beiden nicht aktivierten Pumpen können im Stand-by-Modus verbleiben. Dadurch benötigt die Produktionsanlage insgesamt entsprechend weniger Strom, produziert respektive weniger CO2 und auch der Wartungsbedarf reduziert sich aufgrund des geringeren Verschleißes.

Unterstellt man - alternativ zu dem im letzten Absatz beschriebenen Ausführungsbeispiel - dass die fünf Pumpen 21 jeweils drehzahl-geregelte Pumpen sind, so empfiehlt sich folgender anderer Betrieb der Pumpen. Die 5 Pumpen würden jetzt nicht mit ihrer Maximalkapazität von jeweils 2000 m ³ /h, sondern nur mit einer Fördermenge von 1000 m ³ /h arbeiten. Damit würde insgesamt genügend Kühlmittel bereitgestellt werden, nämlich genau der vorausberechnete Kühlmittelbedarf, aber eben auch nicht zu viel.

Sind teilweise Ein-/Aus-Pumpen und teilweise drehzahl-geregelte Pumpen im Einsatz, so kann festgelegt werden, ob zunächst die eine Art oder die andere Art der Pumpen heruntergefahren bzw. ausgeschaltet wird. Dies kann entweder über einen Konfigurationsparameter oder die Bedienperson der Produktionsanlage oder ein Extra-Programm durchgeführt werden.

Bei Verwendung des Hochtanks 23‘ als Speicher für das Kühlmittel ist es möglich, wenn der Hochtank über eine größere Pufferkapazität verfügt, während des Betriebs der Produktionsanlage ein Absinken des Pegels des Kühlmittels bis zu einem definierten bzw. konfigurierbaren Minimalpegel, von z.B. 80%, zu gestatten.

Beispiel: Der vorausberechnete Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke beträgt z.B. 10000 m ³ /h, mit denen das Metallprodukt gekühlt werden muss. Hat der Hochtank eine Pufferkapazität von 100 m ³ und das Metallprodukt eine Produktionszeit von 2 min, so dürfen während dieser 2 min 20 m ³ aus dem Tank abgelassen werden; das entspricht einem Volumenstrom von 600 m ³ /h. Dies bedeutet, dass die mindestens eine Pumpe 21 auf eine Pumpenfördermenge von nur 9400 m ³ /h eingestellt sein muss, um den Tank während der 2 min über dem Minimalpegel von 80% zu halten. Wenn kein weiteres Absinken des Pegels im Hochtank toleriert wird, bzw. wenn statt des Hochtanks ein Standrohr verwendet wird, so ist die notwendige Pumpenfördermenge, d.h. die Menge an Kühlmittel pro Zeiteinheit, die dem Hochtank bzw. dem Standrohr zugeführt werden muss, gleich dem vorausberechneten Kühlmittelbedarf in der Kühlstrecke anzusetzen.

Figur 3 veranschaulicht das erfindungsgemäße Verfahren in Kurzform rein schematisch. Demnach wird in einem ersten Verfahrensschritt der zukünftige Kühlmittelbedarf der Kühlstrecke für einen Durchlauf des produzierten Metallproduktes 20 mit Hilfe des erfindungsgemäßen Temperaturmodells und des Kühlmittelbedarfsmodells vorausberechnet.

In einem zweiten Schritt erfolgt sodann die Berechnung der notwendigen Fördermenge an Kühlmittel in den Druckausgleicher, d.h. den Hochtank 23‘ oder das Standrohr 23, durch die mindestens eine Pumpe 21 unter Beachtung einer evtl. Puffermenge für das Kühlmittel in dem Druckausgleicher. In jedem Fall ist sicherzustellen, dass der Kühlstrecke stets genug, aber eben auch nicht zu viel Kühlmittel zugeführt wird. Normalerweise entspricht die notwendige Fördermenge dem vorausberechneten Kühlmittelbedarf, der aus dem Druckausgleicher für die Kühlstrecke abgeführt wird. Das gilt insbesondere dann, wenn in dem Hochtank 23‘ bzw. dem Standrohr 23 keine oder nur geringe Schwankungen des Pegels des Kühlmittels erlaubt sind. Bei der Berechnung der notwendigen Pumpenfördermenge ist aber auch eine eventuelle Pufferkapazität an Kühlmittel in dem Hochtank bzw. Standrohr mit zu berücksichtigen, die ein temporäres Absinken des Pegels des Kühlmittels in dem Druckausgleicher bis auf einen definierten Minimalpegel zulässt. Dann darf die notwendige Fördermenge für die mindestens eine Pumpe 21 zumindest temporär auch unter den vorausberechneten Kühlmittelbedarf fallen, wie oben beschrieben.

In einem dritten Verfahrensschritt erfolgt die Aufteilung der notwendigen Gesamt- Fördermenge an Kühlmittel auf die zur Verfügung stehenden Pumpen 21 , wobei die Aufteilung davon abhängt, ob es sich bei den Pumpen 21 um reine Ein-/Aus-Pumpen oder um drehzahl-geregelte Pumpen handelt. Die Aufteilung erfolgt dann so, wie oben im Rahmen der Beschreibung der Fig. 2 beispielhaft erläutert. In einem vierten Schritt kann sodann der Pegel des Kühlmittels in dem Hochtank oder Standrohr überwacht und notfalls mit Hilfe der entsprechenden Füllstandesregelung konstant gehalten werden. Die Verfahrensschritte 1 bis 4 können dann zyklisch immer wieder wiederholt werden.

Grundsätzlich ist den Vorausberechnungen in der Praxis immer eine Sicherheitsbeaufschlagung von ca. 5% der Kühlmittelmenge anzuraten, um stets eine leichte betriebsstabilisierende Überströmung von Standrohr bzw. Hochbehälter zu gewährleisten.

Bezugszeichenliste

100 Produktionsanlage

0 Aggregat Kokille

1 Aggregat Strangführung

2 Aggregat Trenneinrichtung

3 Aggregat Ofen

4 Aggregat Vorgerüst

5 Aggregat Transferbarkühlung

6 Aggregat Ofen zwischen Vorgerüst und Fertigwalzstraße

7 Aggregat induktive Heizung vor Fertigwalzstraße

8 Aggregat Fertigwalzstraße bzw. Fertigwalzgerüst

9 Aggregat Kühlstrecke

9a - 9e Kühlbalken

9g Durchfluss-geregeltes Ventil

10 Nachgeschaltetes Aggregat T renneinrichtung

11 Nachgeschaltetes Aggregat Haspeleinrichtung

12 Übergeordnetes Temperaturmodell

13 Kühlmittelbedarfsmodell

14 Übergeordnete Prozessteuerung

20 Metallprodukt

21 Pumpe zum Zuführen von Kühlmittel in den Hochtank oder das Standrohr

23 Standrohr, Druckausgleicher

23‘ Hochtank, Druckausgleicher, Speicher

26 Füllstandsregelung

91 Pumpe

D Durchlaufrichtung