CN104602831B - 用于冷却在铸造设备、轧制设备或其它带生产线中的表面的方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于冷却铸造物、轧制物(1)或轧辊的表面的方法。在该方法中，提供喷嘴，其具有输入部(3)和与待冷却的表面相对的具有输出部(5)。此外，提供冷却流体的优选为单相的体积流(V)，该体积流通过输入部(3)被输送给喷嘴(2)并且通过输出部(5)离开喷嘴(2)。根据本发明，喷嘴输出部(5)以相对于待冷却的表面的可变的距离(d)支承，其中，被输送给喷嘴(2)的输入部(3)的冷却流体的体积流(V)被调整成，使得喷嘴(2)根据伯努利原理吸附在待冷却的表面(1)上。此外，本发明涉及一种执行根据本发明的方法的冷却装置(10)以及一种包括该冷却装置(10)的轧制装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于冷却在铸造设备、轧制设备或其它带生产线中的表面的方法以及装置。在此，优选地将冷却介质施加到铸造物或轧制物、特别是金属带或板或者轧辊的表面上。
背景技术
从现有技术中已知多种用于冷却金属带或轧辊的方法。
文献DE 41 16 019 A1例如涉及一种用于通过在两侧布置的液体喷嘴冷却金属带的装置，所述液体喷嘴构造成全射流喷嘴。通过该喷嘴形成冲击射流，其中，环绕各个冲击射流的冲击点形成喷射流动的区域。在该装置中，射流自由地且没有任何引导或限制的情况下撞到带表面上。在这种装置中不利的是，例如相对高的水消耗以及尽管所进行的努力却难以避免在喷射的流动和待冷却的表面之间形成阻尼层。
文献DE 27 51 013 A1公开了一种冷却装置，在其中，产生包含水滴的喷射射流并且其指向待冷却的金属板。对此所需要的喷嘴构造成文氏管，通过该文氏管输送空气和水的有针对性的混合物。由此得到的多相的冷却介质流导致形成阻尼层，其显著损害了冷却作用。
文献JP 20051 18838 A公开了一种用于通过喷射喷嘴冷却的装置。通过使用喷射喷嘴，产生由液体和气态组成部分组成的射流。由此，同样在待冷却的材料上形成阻尼层，其与有效的冷却相反地作用。
文献JP S57 156 830公开了一种用于冷却轧制的金属带的装置， 其具有喷嘴和从该喷嘴起平行于金属带的待冷却的表面延伸的板形的引导部。从喷嘴流程的冷水在板形的引导部与待冷却的表面之间形成用于冷却金属带的水膜。喷嘴和板形的引导部通过喷淋头固定地装配在高度可调的横向支架上，使得喷嘴与待冷却的表面之间的距离可通过抬升或降低横向支架来调节。
发明内容
本发明的目的是，提供一种更好的用于冷却铸造物、轧制物或轧辊的方法。
优选地，目的在于，克服上述缺点中的至少一个。
特别是，优选地能够减少所需冷却介质的量并且提高冷却的效率、有效性和/或灵活性。
该技术目的通过根据本发明实现。根据本发明的用于冷却铸造物、轧制物(尤其是金属带或板)或轧辊的表面的方法，提供喷嘴，其包括具有第一净横截面或内横截面的输入部和与待冷却的表面相对的具有第二净横截面或内横截面的输出部，第二横截面优选地大于第一横截面。此外，提供冷却流体的优选的单相的体积流，其通过输入部被输送到喷嘴并且通过输出部离开喷嘴。至少喷嘴输出部或喷嘴以相对于待冷却的表面的可变的(或可自由调整的)距离支承。被输送到喷嘴的输入部的冷却流体的体积流此外调整成，使得喷嘴或喷嘴输出部根据伯努利原理(或流体力学逆论)(自动地)吸附(festsaugen)在待冷却的表面上。
通过喷嘴以相对待冷却的表面可变的或可自由调整的距离被支承并且流过喷嘴的冷却流体的体积流被调整成，使得喷嘴根据伯努利原理(英文：Bernoulli's principle)自动地吸附在表面上，实现了表面的有效冷却。根据所述原理，在冷却流体(例如水、空气或水和油构成的乳化液)从喷嘴输出部中流出时，产生相对于喷嘴的环境更低的压力(负压)，这导致，喷嘴吸附在待冷却的表面上或者换句话说自主地减小在输出部与表面之间的距离。这例如可通过以 下方式引起，即，提高从输出部流出的流体的流动速度，由此根据伯努利原理降低从喷嘴流出的液体的压力。通过在待冷却的表面和喷嘴输出部之间的流动的区域中的这种压力下降，实现这样的状态，即，在其中喷嘴由于相对于在喷嘴的环境中的压力的压力差吸附在待冷却的表面上。然而，喷嘴不与待冷却的表面碰触，因为体积流(持续地)通过喷嘴的输入部被输送或再次输送。由此，在体积流优选恒定时确保了在喷嘴输出部和待冷却的表面之间基本上不变的距离。该距离可自动调节或者换句话说，该距离自动调整。
喷嘴以相对于表面的距离可变的或可动的支承优选地可在0.1mm至5mm之间的、更优选地在0.5mm至2mm之间的范围中。
本发明的其它优点包括在待冷却的表面和喷嘴之间高的热传递系数以及相对于已知的系统提高的效率。此外，通过更高的效率减小了在冷却带时在带行进方向上冷却装置的长度。特别是，冷却介质可直接被施加在所需的部位上，从而一方面有目的地冷却待冷却的表面的各个单独区域并且另一方面避免了用于冷却的冷却介质损失。在表面上漫游的冷却介质通过喷嘴与实际的冷却区间隔绝。由此，喷嘴的冷却功率在很大程度上与漫游的冷却介质无关。如果多个喷嘴分布在轧辊宽度或带宽度上，通过切断在一些区域中的喷嘴，轧辊或带的部分区域可更弱地被冷却或者保持完全不被冷却。
根据所述方法的一个优选的实施方式，输出部的距离(仅仅)可在基本上垂直于待冷却的表面的方向上变化。这意味着，该距离不限制为固定的大小。距离可通过体积流调整。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴至少部分地通过引导部滑动地支承。这种引导部例如可包括滑动轴承，其中，喷嘴以滑动的方式可移动地支承在轴承的套中。可以仅仅实现在垂直于待冷却的表面的方向上的运动的方式进行支承。这保证了尽可能在没有力的情况下自动地调整在喷嘴输出部和待冷却的表面之间的距离。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴弹性地被支承和/或 附加地以设有减震装置的方式被支承。优选地，喷嘴在垂直于表面的方向上被预紧。可行的是，待冷却的表面由一个或多个喷嘴负责。在这种情况中，喷嘴的预紧的支承是特别有利的，因为一方面待冷却的表面和由此例如轧制物或铸造物可被涉及，然而另一方面实现自动地调整在待冷却的表面和带之间的距离。这种喷嘴不仅可布置在金属带或板的上侧上而且也可布置在其底侧上。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴可特别地通过摆动装置基本上平行于待冷却的表面摆动。通过这种类型的特征，能克服表面的不均匀的冷却。特别是，可利用有限数量的喷嘴覆盖更大的表面。该摆动优选地具有至少一个垂直于带行进方向或平行于轧辊的轴向方向的分量。优选地，在此在平行于待冷却的表面的平面中进行摆动。在具有多个喷嘴的布置中，其也可在不同的方向上且以不同的频率摆动。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴在输入部和输出部之间具有引导区域，在该引导区域中，冷却介质基本上在垂直于待冷却的表面的方向上被引导并且侧向地被该引导区域包围。换句话说，体积流基本上垂直于其横截面被输送到输出部。由此，特别是在使用冷却液时可避免可能导致形成空气泡的不期望的涡流。因为可通过避免形成空气泡显著改善在冷却液和待冷却的表面之间的热传递。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴的输出部的横截面在向待冷却的表面的方向上增大。通过输出部向待冷却的表面的方向变大的或扩大的形状，冷却介质流的一部分可被转向水平的方向。这种形状可进一步强化吸附效应。优选地，所述扩大连续地和/或例如是漏斗形地或者向外地弯曲。
根据所述方法的一个优选的实施方式，第二横截面在平行于待冷却的表面的平面中构造成基本上旋转对称。换句话说，横截面基本上构造成圆形。通过这种类型的构造方案，可实现用冷却介质均匀地供给。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴在平行于待冷却的表面的平面中构造成非旋转对称的。其优选地构造成长形的、特别是椭圆形的。通过这种特征，例如能克服在冷却面运动时不对称的冷却区间。
根据所述方法的另一优选的实施方式，体积流的调整包括调整其流动速度和/或其压力。这种压力或体积流的精确的数值与喷嘴的当前几何结构和尺寸相关。
根据所述方法的另一优选的实施方式，在输出部和待冷却的表面之间的可变的距离通过限制元件(与所提供的体积流无关地)保持大于0.1mm且优选地大于0.5mm。通过这种限制元件或通过这种止挡部，例如甚至在没有体积流的情况下也可避免喷嘴与待冷却的表面碰触。
根据所述方法的另一优选的实施方式，多个喷嘴格栅式地布置在与待冷却的表面相对的平面中。通过喷嘴的这种格栅式的布置方案可以覆盖待冷却的表面的很大的区域。换句话说，多个喷嘴并排地与待冷却的表面相对地布置。换句话说，多个喷嘴、例如多于四个喷嘴可布置在一行中。在冷却轧辊的情况中，优选地可在平行于轧辊轴的方向上布置多个喷嘴。通常也可设置多个这种行。在冷却轧制物或铸造物、例如金属带的情况中，这种行可横向于带行进方向延伸。此外，可在带行进方向上先后相继地布置多个行。同样可行的是，多个行相对于彼此横向于带行进方向错开，从而在带行进方向上观察，在带行进方向上邻近的行中的喷嘴位于一行的两个邻近喷嘴的间隙中。同样可行的是，各个喷嘴或喷嘴行在相同或不同方向上平行于冷却表面摆动，以获得尽可能均匀的冷却效果。
根据所述方法的另一优选的实施方式，喷嘴的输出部与轧辊的表面相对地或者与金属带的表面相对地特别是布置在轧制机组的两个轧制机座之间。特别是在这种定位中，根据本发明的方法是特别有利的。
此外，本发明涉及一种用于冷却金属带、板或轧辊的表面的、 用于执行根据上述实施形式中的一个所述的方法的冷却装置。在此，该装置包括至少一个喷嘴，其包括用于引导体积流的具有第一横截面的输入部和用于引导体积流的具有大于第一横截面的第二横截面的与待冷却的表面相对的输出部，并且其中，冷却装置此外构造成，喷嘴的输出部垂直于待冷却的表面的距离可在0.1mm至10mm之间、优选在0.5mm至5mm之间或0.5mm至2mm之间变化或自由调整。特别是，喷嘴通过引导部可以滑动的方式被引导。
此外，本发明涉及一种用于轧制轧制物的轧制装置，其包括所述冷却装置。该轧制装置包括至少一个具有待冷却的轧制表面的轧辊，用于冷却轧制表面的喷嘴输出部指向该轧辊表面。备选地或附加地，轧制装置包括至少两个用于轧制金属带的轧制机座，其中，根据本发明的冷却装置布置在两个轧制机座之间以冷却位于两个轧制机座之间的金属带的表面。
此外，优选地使用喷嘴，以在待冷却的物体(特别是轧制物)中局部地、也就是说在喷嘴的位置上引起有针对性的接合过程(Gefügeprozesse)。
以上描述的实施方式的所有特征可相互组合或者彼此替换。
附图说明
下面简要描述实施例的附图。从对实施例的详细描述中得到细节。其中：
图1示出了根据本发明的喷嘴的实施例的示意性横截面；
图2示出了根据本发明的冷却装置的实施例的示意性横截面；以及
图3示出了冷却装置的另一根据本发明的实施例的部分透明的示意性俯视图。
具体实施方式
图1示出了可用于根据本发明的方法的喷嘴2的实施例的示意 性横截面。所示出的喷嘴2包括输入部3以及与物体或带1的待冷却的表面相对地布置的输出部5。在输入部3和输出部5之间，喷嘴2优选地具有用于将被引入输入部3的体积流V引向输出部5的引导区域9。体积流V优选垂直于待冷却的表面地被输送到输出部5。输入部3优选地具有比输出部5更小的净直径或横截面E。换句话说，输出部5具有比输入区域3和/或引导区域9更大的净直径或横截面A。喷嘴2或其输出部5向着待冷却的表面的方向上扩大并且优选地在引导区域9中通过引导元件7可移动地被支承、或者相对于待冷却的带1的表面被支承，使得在待冷却的带1和喷嘴2的输出部5之间的距离d可变。在此，喷嘴2优选地在引导部7中滑动。该运动优选地在垂直于待冷却的表面的方向S上进行。喷嘴2通过引导部7特别是防止倾覆力矩地被固定。优选地，喷嘴输出部5从方向S或在方向S上被冷却液的体积流V流入。作为流体，通常可考虑液体、特别是水或油水混合物。备选地，通过气体、例如空气或惰性气体的冷却也是可行的。然而优选地，通常使用液体作为冷却介质，因为由此可实现比在气体情况中更高的热传递系数。然而优选地，应仅仅使用单相的冷却流体。如果相应地调整体积流V，喷嘴2可吸附在待冷却的表面上。这如以上已经根据伯努利原理或换句话说根据流体力学逆论那样进行。可通过匹配被输送给喷嘴2的体积流V的压力或速度进行调整。
伯努利原理对于本领域技术人员来说是已知的。例如，在轿车驶过卡车时同样出现相应的效应，其中，两个车辆位于相同的高度上，轿车相对于卡车被吸入。在经过卡车之后，轿车横向于其行驶方向再次运动回来。通过在两个车辆之间变窄的且加速的空气流导致在经过期间引起的吸力。根据伯努利原理，变窄的加速的空气流相对于在车辆的其它环境中的空气压力引起在两个车辆之间的负压。然而，该解释应仅仅用于说明并且不应理解成限制性的。
当从输出部5离开的体积流V在输出部5和待冷却的表面1之间达到足够高的相对速度时，根据本发明或所描述的实施例出现吸 附效应，从而在输出部5和待冷却的表面1之间流动的体积流V之内的压力下降到包围喷嘴2的压力之下。该压力可对应于环境压力。如果体积流V在调节了吸附效应时保持恒定，根据伯努利原理存在自动获得的力平衡。如果此时改变在待冷却的表面和喷嘴输出部5之间的距离d，喷嘴在力平衡中自动地再次建立该距离。例如，这种距离变化可通过不均匀的待冷却表面引起或者例如通过金属带1的变形的轧制表面或不精确引导引起。同样，轧辊的冷却可以用于不均匀的轧辊表面。
总地来说，喷嘴2或根据本发明的方法可用于带上侧，但也可用于带底侧。
图2示出了用于冷却金属带1的冷却装置10的实施例的示意性横截面。为了简化，使用与在图1中相同的附图标记用于相同或相似的元件。在图2中示出的装置10具有多个喷嘴2，其共同地通过冷却流体容器14供给。冷却装置10分别布置在带上侧上和带底侧上以用于冷却金属带1。多个单独喷嘴2在带行进方向B上布置在先后相继的行中。优选地，每个行都横向于带行进方向B延伸。这些行可垂直于带行进方向B错开，从而在带行进方向B上观察，与通过行中的一个覆盖相比，带1的宽度的更大部分通过喷嘴2覆盖。与在图1中示出的相似地，喷嘴2分配通过其输入部3被供给体积流V。在此，容器14可相应地处于压力下，以将冷却流体压入喷嘴2的输入部3中。喷嘴2垂直于待冷却的表面通过引导元件7(例如滑动轴承)以滑动的方式被引导，从而在喷嘴输出部5和待冷却的表面之间的距离d是可变的。尽管如此，例如可机械地限制距离d。为了防止与待冷却的表面碰触，装置10、特别是喷嘴2和/或引导元件3优选地具有止挡部11，其限制喷嘴2在向着待冷却的表面的方向上的运动。附加地，喷嘴2可以通过弹性的器件和/或弹簧元件13基本上在垂直于待冷却的表面的方向上被预紧。
此外，通常可行的是，冷却装置10包括一个或多个摆动装置(未示出)，其构造成使每个单独喷嘴2平行于待冷却的表面摆动或者 装置10的所有喷嘴2可以共同摆动。优选地，整个容器14连同装配在其上的喷嘴2的摆动也可行。
图3示出了冷却装置10'的实施例的部分透明的俯视图。该装置10'基本上相应于根据图2的装置，然而设置六个在带行进方向B上先后相继地布置的喷嘴行。根据图2的装置具有仅仅四个这种行。喷嘴2通过流体容器14'被供给冷却流体。该流体以体积流V的形式分别从喷嘴2的输出部5流出，从而可实现在带1和冷却流体或体积流V之间的热传递。如在图3中示出的那样，体积流V优选并且通常地在基本上平行于待冷却的表面的方向上离开喷嘴的输出部5。如果喷嘴输出部5具有所示出的旋转对称的或圆形的形状，则离开输出部的体积流V基本上同心地从喷嘴2运动出来。
通常，根据本发明的喷嘴2可具有不同的形状，例如缝状的或圆形的形状。在缝状的构造方案中，喷嘴2至少在待冷却的表面的宽度的一部分上延伸，例如在轧辊或金属带的宽度上延伸。
然而通常，喷嘴2或喷嘴输出部5的横截面同样与由于待冷却的表面的运动出现的不对称的作用区域相匹配。
此外，喷嘴输出部的净直径优选在0.5cm至10cm之间或者特别优选在1cm至5cm之间。
在利用气体，例如空气或惰性气体冷却的情况中，在喷嘴2的输出部5和待冷却的表面之间的距离例如位于0.1mm至5mm之间或优选在0.1mm和3mm之间。
在利用液体，例如水、水混合物或乳状液冷却的情况中，在喷嘴2的输出部5和待冷却的表面之间的距离例如在0.5mm至5mm之间或优选在1mm至5mm之间或甚至在1mm至2mm之间。
比以上所述更小的距离通常不是有利的，因为在这种情况中可能存在在待冷却的表面和喷嘴2之间的碰触提高的风险。这种类型的碰触可导致喷嘴2和或待冷却的表面的损坏。
如果相对于待冷却的表面布置多个喷嘴，所述喷嘴优选地相对于彼此具有相应于输出部5的净直径的0.5倍至5倍或优选1倍至2 倍的距离。
以上描述的实施例主要用于更好地理解本发明并且不应理解成限制性的。从权利要求中得到本专利申请的保护范围。
所描述的实施例的特征可相互组合或彼此替换。
此外，本领域技术人员可将以上描述的特征与现有对象或现有要求相匹配。
附图标记列表
1 轧制物、铸造物、金属带或板
2 喷嘴
3 输入部
5 输出部
7 引导元件
9 引导区域
10 冷却装置
10' 冷却装置
11 限制元件
13 预紧元件/弹簧元件/阻尼元件
14 流体容器
14' 流体容器
A 输出部的横截面
B 带行进方向
E 输入部的横截面
S 垂直于待冷却的表面的方向
V 冷却介质的体积流
V' 从喷嘴的输出部离开的体积流
d 喷嘴相对于待冷却的表面的距离
Claims (19)
1.一种用于冷却铸造物、轧制物或轧辊的表面的方法，其包括以下步骤：
提供喷嘴(2)，其具有输入部(3)和与待冷却的表面相对的输出部(5)，
提供冷却流体的为单相的体积流(V)，该体积流通过所述输入部(3)被输送给所述喷嘴(2)并且通过所述输出部(5)离开所述喷嘴(2)，
其特征在于，
至少所述喷嘴的输出部(5)以相对于待冷却的表面的可变的距离(d)被支承，并且
被输送给所述喷嘴(2)的输入部(3)的冷却流体的体积流(V)被调整成，使得所述喷嘴(2)根据伯努利原理吸附在所述待冷却的表面(1)上。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述输出部(5)与所述待冷却的表面的距离(d)在基本上垂直于所述待冷却的表面的方向(S)上是可变的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷嘴(2)至少部分地在引导部(7)中滑动地支承。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷嘴(2)基本上垂直于所述待冷却的表面预紧地支承。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述输出部(5)的横截面(A)在平行于待冷却的表面的平面中构造成基本上旋转对称，或者为了克服运动的待冷却的表面的影响构造成长形的。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述输出部(5)的横截面(A)在平行于待冷却的表面的平面中构造成基本上椭圆形的。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷嘴基本上平行于所述待冷却的表面(1)摆动地运动。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，多个喷嘴(2)或所述喷嘴(2)的多个行基本上平行于所述待冷却的表面(1)摆动地运动，并且相邻的喷嘴(2)或喷嘴行的摆动至少部分地顺时针或逆时针地进行。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷嘴(2)在所述输入部(3)和所述输出部(5)之间具有引导区域(9)，在所述引导区域(9)中，冷却介质基本上在垂直于所述待冷却的表面(1)的方向(S)上从所述输入部(3)被引导到所述输出部(5)并且侧向地被所述引导区域包围。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述输出部(5)的横截面(A)向下游连续地扩大。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述体积流的调整包括调整所述体积流的流动速度和/或所述体积流的压力。
12.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述输出部(5)和所述待冷却的表面(1)之间的可变的距离(d)通过限制元件(11)与所提供的体积流(B)无关地保持大于0.1mm。
13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述输出部(5)和所述待冷却的表面(1)之间的可变的距离(d)通过限制元件(11)与所提供的体积流(B)无关地保持大于0.5mm。
14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述被输送的体积流(V)由冷却液形成。
15.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述喷嘴(2)的输出部(5)与轧辊的表面相对地或者与金属带的表面相对地布置在轧制机组的两个轧制机座之间。
16.根据权利要求1或2所述的方法，其中，多个喷嘴(2)格栅式地布置在与待冷却的表面(1)相对的平面中或者多个喷嘴(2)分别布置在多个并排的且与所述待冷却的表面相对的行中。
17.一种用于冷却铸造物、轧制物或轧辊的表面的并且用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法的冷却装置(10)，该冷却装置包括：
至少一个喷嘴(2)，其包括具有第一净横截面(E)的输入部(3)和具有大于所述第一净横截面(E)的第二净横截面(A)的与待冷却的表面(1)相对的输出部(5)，并且其中，所述冷却装置(10)此外构造成，在所述喷嘴(2)的所述输出部(5)和所述待冷却的表面之间的垂直于待冷却的表面的距离(d)能够在0.1mm至5mm之间可变地运动。
18.根据权利要求17所述的冷却装置(10)，其中，所述冷却装置(10)构造成，在所述喷嘴(2)的所述输出部(5)和所述待冷却的表面之间的垂直于待冷却的表面的距离(d)能够在0.5mm至2mm之间可变地运动。
19.一种用于轧制轧制物的轧制装置，该轧制装置包括根据权利要求17或18所述的冷却装置(10)，
其中，所述轧制装置包括至少一个具有待冷却的轧制表面的轧辊，用于冷却的喷嘴(2)的输出部(5)指向所述轧辊表面；
或者，其中，所述轧制装置包括至少两个并排的用于轧制金属带的轧制机座，其中，所述冷却装置(10)布置在两个轧制机座之间以用于冷却位于所述两个轧制机座之间的金属带的表面。
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