CN108431250A - 用于冷却金属带的连续冷却设备和方法 - Google Patents

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CN108431250A CN201780005207.XA CN201780005207A CN108431250A CN 108431250 A CN108431250 A CN 108431250A CN 201780005207 A CN201780005207 A CN 201780005207A CN 108431250 A CN108431250 A CN 108431250A
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Abstract

本发明涉及一种连续冷却设备(3)，其用于冷却金属带(1)，尤其是由铝或铝合金制成的金属带，所述连续冷却设备包括至少一个带浮动冷却器(4)，所述带浮动冷却器具有多个沿带运行方向(B)分布的上喷嘴(5)和多个沿带运行方向(B)分布的下喷嘴(6)，其中，金属带(1)能够悬浮地在上喷嘴(5)和下喷嘴(6)之间运输并且在此不仅带上侧而且带下侧能够用冷却空气加载，并且包括多个水冷却单元(7)，利用所述水冷却单元，金属带(1)能够用冷却水加载。所述设备的特征在于，水冷却单元(7)集成到带浮动冷却器(4)中。

Description

用于冷却金属带的连续冷却设备和方法
技术领域
本发明涉及一种连续冷却设备，其用于冷却金属带、尤其是由轻金属制成的金属带、例如铝带，所述连续冷却设备包括至少一个(第一)带浮动冷却器，所述带浮动冷却器具有多个沿带运行方向分布的上(空气)喷嘴和多个沿带运行方向分布的下(空气)喷嘴，其中，金属带可以悬浮地(并且因此非接触式地)在上喷嘴和下喷嘴之间运输，并且在此不仅带上侧而且带下侧可以被冷却空气加载，并且所述连续冷却设备包括多个水冷却单元，利用所述水冷却单元，金属带可以被冷却水加载。带运行方向对应于炉纵向方向。所述炉纵向方向(基本上)水平地取向。
背景技术
金属带在本发明的范围中优选指的是由轻金属或轻金属合金、特别优选由铝或铝合金制成的金属带。金属带在制造过程中通常经受热处理，以用于冶金的目的。因此例如常见的是，使由铝合金制成的金属带在冷轧之后经受热处理，以便优化带特性或材料特性、尤其是强度和可变形性/塑形。因此在铝合金中例如通常的是，通过沉淀硬化和固溶退火实现强度提高。为此，金属带(例如铝带)通过炉、例如带浮动炉。在铝合金的固溶退火过程中的温度根据合金类型通常处于400℃和600℃之间的温度范围中。合金元素均匀地在铝基体中溶解，从而产生均一的混合晶。本发明因此特别优选地涉及由可沉淀硬化的铝合金制成的带的处理，尤其是用于汽车应用，也就是说用于制造汽车金属板。
紧接着这样的热处理需要冷却，所述冷却也称为“淬火”，因为合金元素的均匀分布应该近似“冻结”。
在此原则上已知，借助到通常的带浮动冷却器中的空气进行冷却。然而因为利用空气的冷却速度通常不足够用于充分快速的冷却/淬火，实践中优选使用水进行冷却(“水淬火”)。以这种方式能够实现显著更高的冷却速度。背景是如下考虑，即，在时间-温度曲线中在淬火时必须“绕开”临界的温度范围。在该背景下，在实践中至今从如下事实出发，即，在淬火的意义中冷却应该尽可能快速地进行。
然而在快速的冷却中有问题的是如下事实：在冷却的过程中出现带的收缩并且因此出现扭曲。这在实践中至今通常被考虑，因为本来通常的是，将金属带在热处理和冷却之后定向、例如以拉伸弯曲定向的方式定向。
因此，DE 100 46 273 C2例如涉及在热处理之后陡然冷却的过程中的冷却收缩的问题。在此为了减少带的变形应该沿带运行方向在陡然冷却之后将带以类似圆弧的横截面形状强制引导。
在DE 31 29 254 C1中说明了一种用于冷却金属带的装置，所述装置具有相对于表面倾斜设置的缝隙式喷嘴，所述缝隙式喷嘴将气体/液体混合物的射流朝表面定向。
EP 0 343 103 B1同样说明了一种用于通过将雾状的气体/液体混合物喷涂到带的表面上来冷却金属带的方法。
以类似的方式在EP 0 695 590 B1中说明了用于冷却热轧板亦或铝或铝合金带的方法，其中，除了水喷嘴还应该设置空气喷嘴，所述空气喷嘴强制水射流进行周期性的擦拭运动。
由EP 1 485 509已知一种用于陡然冷却由金属制成的带或板的方法，其中，主要将带或板的下表面通过水射流加载。
在由EP 0 949 348 A1说明的方法中提出使用在液体形式中具有最大-150℃沸点的以气体或混合气形式的冷却介质，例如使用液氮。所述带或型材可以紧接着冷却液态气体之后在后续阶段中被水或空气进一步冷却。
最后结合挤压型材的处理已知，在冷却设备中交替地一方面设置空气喷嘴并且另一方面设置水加载喷嘴(参考EP 0 942 792 B1和EP 0541 630 B1)。在连续通过过程中金属带并且尤其是铝带的处理由于这样的考虑而不受影响。
发明内容
本发明的技术问题是，提供一种连续冷却设备，利用该连续冷却设备在简单构造的金属带、并且尤其是由铝合金制成的带中以优化的方式进行冷却并且因此能够实现卓越的带特性。
为了解决该任务，本发明在开头所述类型的同类连续冷却设备中教导，将水冷却单元集成到带浮动冷却器中。
本发明在此从如下认识出发，即，虽然原则上适宜的是，尽可能快速地冷却金属带、例如铝带，以便最优地“冻结”通过热处理实现的特性。然而在此必须同时避免过快的冷却，以便减少通过带的收缩引起的扭曲。即使这样的扭曲在随后的定向过程中原则上能够除去，本发明仍认识到，为了实现最优的带特性，扭曲必须尽可能小地保持，以便在下游的定向过程中尽可能最小化对带的影响。在该背景下在本发明的范围中实现如下的冷却，该冷却不是尽可能快速地进行，而是仅如所需那么快并且同时尽可能慢，以便固定热处理的结果并且尤其是减少沉淀错误的形成。按照本发明，为此避免了在实践中经常观察到的强烈递减的冷却曲线(时间-温度图)并且实现了渐近式的亦或线性的冷却曲线。这在装置技术上如下实现，即，组合的水-空气冷却这样实现：将水冷却单元集成到带浮动冷却器中。这样的设备能够在装置技术上非常简单地实现，因为首先可以采用带浮动冷却器的基本构造。将同样可以非常简单地构造的水冷却单元集成到这样的原则上已知的带浮动冷却器中。以此实现“软淬火”，其中，此外能实现非常良好的可调节性并且因此实现与相应的过程且尤其是也与对不同带的处理的良好的适配可行性。
在此，在结构上原则上可以采用已知结构型式的带浮动炉或带浮动冷却器。这样的带浮动炉或带浮动冷却器具有多个上喷嘴，所述上喷嘴沿带运行方向间隔开距离地设置，从而在上喷嘴之间分别形成中间区域。以相同的方式设置多个下喷嘴，所述下喷嘴沿带运行方向彼此间隔开距离地设置，从而也在下喷嘴之间形成多个中间区域。按照本发明，现在能够将多个水冷却单元集成到带浮动冷却器中，其方式为：将水冷却单元设置在所述下中间区域和/或上中间区域中。因此多个水冷却单元集成到带浮动冷却器中，其中，在多个位于各个沿带运行方向直接相继且因此相邻设置的下喷嘴(或备选地也可以是上喷嘴)之间的中间区域中分别设置至少一个水冷却单元。
按照本发明因此实现非常紧凑的结构方式，因为水冷却单元能够这样集成到带浮动冷却器中，使得在喷嘴之间本来存在的中间区域被最优地利用。此外可以以这种方式避免过快地冷却金属带，因为冷却借助冷却水近似逐步地进行并且分别与通过冷却空气的冷却叠加。在此存在最优的调节可能性。
同时确保没有问题的带引导，因为带浮动冷却器的多个喷嘴不仅用于借助冷却空气进行冷却，而且也用于没有问题的带引导。
在此，利用空气的加载原则上不仅从上面而且从下面进行，如在带浮动冷却器或带浮动炉中原则上常见的那样。然而水冷却在本发明的优选的实施形式中仅“从下面”进行，也就是说水冷却单元为了仅对带下侧加载而仅设置在下喷嘴的区域中并且因此设置在带下方的下中间区域中。该设计具有优点，即，确保水的没有问题的流出并且可以避免在带上侧上形成一滩水。然而原则上备选地也处于本发明的范围中的是，备选或补充地用水对上侧加载，从而备选或补充地也可以在上中间区域中设置水冷却单元。
如已经提到的那样，可以在带浮动冷却器的设计中在空气喷嘴方面采用原则上已知的结构。因此例如规定，上喷嘴沿带运行方向与下喷嘴错开地设置，从而金属带正弦形或波浪形地悬浮。在该情况中，水冷却单元于是在侧视图中设置到炉上、例如与对置的空气喷嘴对齐地设置。因此，只要水冷却单元在带下方设置在下空气喷嘴之间，则水冷却单元在侧视图中与对置的(上)喷嘴对齐地设置。具有正弦形的带引导的这样的设计具有如下优点：带被最优地引导并且支撑。上空气喷嘴和下空气喷嘴错开的布置结构并且因此上喷嘴相对于水冷却单元对齐的布置结构此外具有优点，即，通过空气加载阻止：从下面输送的水通过带边缘到达带的表面上。
然而备选地同样处于本发明的范围中的是，上喷嘴在侧视图中分别成对对齐地相叠设置，从而带非正弦形地悬浮。在这样的实施形式中可选地可以有利的是，除了对齐的上喷嘴在所述上喷嘴之间设置另外的空气喷嘴，所述另外的空气喷嘴然后又与下空气喷嘴错开并且因此对齐于水冷却单元地设置。因此在原则上正弦形的带引导的情况下通过水冷却单元上方的附加的空气加载又阻止：水从下面通过带边缘到达带表面上。
水冷却单元本身可以以原则上已知的方式构造和设计。所述水冷却单元可以分别具有一个或多个沿带运行方向相继设置并且横向于带运行方向沿带宽度延伸的水喷嘴或水喷嘴排。
即使在本发明的前景中带浮动冷却器内的水喷嘴和空气喷嘴的组合是处于前景中的，这样可选地此外处于本发明的范围中的是，预先将至少一个水冷却设备配设给带浮动冷却器。因此存在如下可行性方案：金属带在经受热处理之后并且例如从带浮动炉排出之后首先通过常规的水冷却单元并且因此通过常规的水淬火装置并且这时才进入带有集成的水冷却单元的按照本发明的带浮动冷却器。以这种方式，该设施可以总体上非常可变地运行。因此存在如下可行性方案：以常规的方式将金属带在热处理之后非常快速地借助水冷却来冷却。然而备选地，也可以切断可选地设置的水冷却，从而使用利用组合的水-空气冷却的按照本发明的“软淬火”。
本发明还涉及一种用于在所述类型的连续冷却设备中冷却金属带、尤其是铝带的方法。在此，金属带在拉应力下沿(基本上水平的)带运行方向通过带浮动冷却器，所述带运行方向对应于炉纵向方向。在此确保在连续通过过程中连续的处理。金属带悬浮地并且因此非接触式地在上喷嘴和下喷嘴之间运输，并且在此不仅带上侧而且带下侧被冷却空气加载。此外金属带被冷却水加载。按照本发明规定，将金属带在带浮动冷却器内利用多个在带浮动冷却器中集成的水冷却单元被冷却水加载。
在优选的进一步构成方案中规定，金属带在带浮动冷却器内利用水冷却单元加载，所述水冷却单元设置在多个位于每两个沿带运行方向直接相继(并且因此相邻)设置的上喷嘴或下喷嘴之间的中间区域中。按照本发明能够调节出最优的冷却速度，利用所述冷却速度更确切地说是相对快速地冷却，以便“冻结”带的通过热处理实现的特性。另一方面避免过于快速的冷却，以便将在冷却时在带收缩的过程中可能产生的扭曲保持在界限中。优选地本发明提出，金属带在两个相邻的下喷嘴或上喷嘴之间利用在相应的中间区域中设置的水冷却单元以最大100K、例如最大75K、优选最大50K的温差冷却。
本发明的主题也是一种用于对金属带、尤其是铝带进行热处理的设施，所述设施包括至少一个处理装置、例如处理炉、尤其是带浮动炉并且包括至少一个所述类型的连续冷却设备。按照本发明的连续冷却设备例如沿工作方向并且因此沿带运行方向设置于用于热处理的处理炉下游。按照本发明的连续冷却设备因此也结合带浮动炉并且因此在用于热处理的设施内处于保护中。在此适宜的是，另外的带浮动冷却器设置于一方面利用空气冷却并且另一方面利用水冷却工作的所述连续冷却设备下游，然而所述另外的带浮动冷却器优选没有水冷却并且因此以常规的方式构成。与连续冷却设备连接的处理装置可以如说明的那样是用于加热带的处理炉。然而本发明也包括连续冷却设备与其他处理装置的组合。因此按照本发明的连续冷却设备例如也可以设置于(热)轧机或(热)辊子架亦或其他的处理站下游，金属带在被加热的状态中通过所述处理站或金属带在所述处理站中被加热。
最后，本发明还涉及一种用于在所述类型的设施中对金属带进行热处理的方法。所述方法的特征在于，金属带首先在处理炉中加热并且随后在连续冷却设备中并且必要时在另外的带浮动冷却器中冷却。在方法方面也存在如下可行性方案：金属带不是通过处理炉，而是通过另外的处理装置、例如轧机/辊子架或类似物。
附图说明
接着借助仅示出实施例的附图进一步解释本发明。图中示出：
图1为带有按照本发明的连续冷却设备的用于对铝带进行热处理的按照本发明的设施；
图2为图1的在连续冷却设备的区域中的局部；
图3为按照本发明的连续冷却设备的一种变换的实施形式；
图4为按照图3的主题的一种变换的实施形式。
具体实施方式
在附图中示出用于对金属带1进行热处理的设施，所述金属带优选构成为铝带。所述设施具有处理炉2，所述处理炉构成为带浮动炉并且金属带在该处理炉中经受热处理。在此例如可以涉及固溶退火或类似处理方式。
此外，所述设施具有连续冷却设备3，所述连续冷却设备沿带运行方向B设置于带浮动炉2下游。按照本发明的连续冷却设备3具有带浮动冷却器4，所述带浮动冷却器具有多个沿带运行方向分布的上喷嘴5和多个沿带运行方向分布的下喷嘴6，其中，金属带1悬浮地并且因此非接触式地在上喷嘴5和下喷嘴6之间运输。在此不仅带上侧而且带下侧被冷却空气加载。此外连续冷却设备3具有多个水冷却单元7，利用所述水冷却单元用冷却水加载金属带1。
按照本发明，这些水冷却单元7集成到带浮动冷却器4中。在此，在带浮动冷却器4内在各个上喷嘴5和各个下喷嘴6之间形成上中间区域5a和下中间区域6a，其中可看出，这些中间区域5a、6a设置在每两个沿带运行方向B直接相继并且因此相邻设置的上喷嘴5或下喷嘴6之间。在示出的实施例中，现在在多个下中间区域6a中并且优选在带浮动冷却器4内形成的全部中间区域6a中分别设置一个水冷却单元7。所述水冷却单元7分别具有一个或多个沿带运行方向B相继设置并且横向于带运行方向B沿带宽度延伸的水喷嘴或水喷嘴排8。
带浮动冷却器在该实施例中具有分别包括多个集成的上喷嘴5的多个上喷嘴盒9和分别包括多个集成的下喷嘴6的多个下喷嘴盒10。按照本发明设置的水冷却单元因此设置在下喷嘴盒10的区域中，并且更确切地说是设置在每个喷嘴盒的各个下喷嘴之间并且也设置在两个相继设置的下喷嘴盒10之间。
在此存在如下可行性方案：上喷嘴盒9和/或下喷嘴盒10可调节高度地悬挂，从而通过一个或两个喷嘴盒的高度调节能够调节上喷嘴5和下喷嘴6之间的距离并且因此能够调节垂直距离。为此可以设置未进一步示出的执行器或类似物。
图1和2在此示出按照本发明的连续冷却设备3的第一实施形式，其中，上喷嘴5沿带运行方向B与下喷嘴6错开地设置，从而金属带1正弦形或波浪形地悬浮。在该实施例中，水冷却单元7因此在侧视图中对齐地设置在对置的上喷嘴5下方。
与此相对，图3示出按照本发明的连续冷却设备的一种变换的实施形式，其中，一方面上喷嘴5并且另一方面下喷嘴6在侧视图中分别成对对齐地相叠设置，从而带非正弦形或波浪形地悬浮。然而在该实施形式中在中间区域中也设置对于本发明重要的水冷却单元7，所述水冷却单元因此同样集成到带浮动冷却器4中。
图4示出按照本发明的连续冷却设备的一种备选的实施形式。从按照图3的包括错开设置的上喷嘴5和下喷嘴6的实施形式出发，附加地将另外的上喷嘴5'设置所述上喷嘴5之间。附加的空气喷嘴5'因此对齐地设置在水冷却单元7上方。因此，按照图4的实施形式近似构成按照图2和3的实施形式的组合。通过对齐地设置在水冷却单元7上方的空气喷嘴5'阻止了：可能的、施加到带下侧上的水通过带边缘到达带的上侧上。
附加的(上)喷嘴5'可以在相应的(上)喷嘴盒9上与之连接或同样集成到所述喷嘴盒中。但备选地也可以设置单独构成的附加的喷嘴5'。
利用按照本发明的带浮动冷却器4，之前在带浮动炉2中经受热处理的金属带1能够以最优的方式冷却。冷却速度可以通过组合的空气和水冷却充分快速地调节，以便冻结在热处理的过程中实现的冶金特性。然而在此可以避免过快的冷却速度，从而在带的冷却过程中的扭曲保持在允许的界限中。在此特别有利的是如下事实，即，存在最优的可变的调节可能性，从而冷却过程可以最优地调节到相应期望的特性上。
在此总体上以非常简单构造的机构工作，因为空气喷嘴构成为常规的空气喷嘴并且水冷却单元具有常规的水射流喷嘴，从而弃用在现有技术中使用的“组合的”水/空气或雾喷嘴。
此外在图1中可看出，用于对铝带进行热处理的设施附加地具有一个另外的带浮动冷却器11，所述一个另外的带浮动冷却器以常规的方式在没有水冷却的情况下工作并且所述一个另外的带浮动冷却器沿带运行方向B设置于带浮动冷却器3下游。按照根据本发明的组合的水和空气冷却，因此进行借助常规的带浮动冷却器11的进一步冷却。
此外在图2中可看出，设置于炉2下游的连续冷却设备此外可以具有附加的水冷却设备12，所述水冷却设备在进入侧设置于带浮动冷却器2上游。因此，在设备方面在入口上提供所谓的“硬淬火”，从而可选地在需要时也可以以常规的非常快速的水冷却工作。因此，所示出的设施的优点在于高的灵活性和可变性。
即使附图示出如下实施形式：按照本发明的连续冷却设备3设置于带浮动炉2并且因此调温装置下游，但本发明也包括如下实施形式：连续冷却设备3设置于另一处理装置下游，带在被加热的状态中通过所述另一种处理装置或者带在所述另一处理装置中被加热。在任何情况下带在被加热的状态中从带处理装置排出并且进入连续冷却设备3中。

Claims (15)

1.用于冷却金属带(1)、尤其是由铝或铝合金制成的金属带的连续冷却设备(3)，
所述连续冷却设备包括至少一个带浮动冷却器(4)，所述带浮动冷却器具有多个沿带运行方向(B)分布的上喷嘴(5)和多个沿带运行方向(B)分布的下喷嘴(6)，其中，金属带(1)能够悬浮地在上喷嘴(5)和下喷嘴(6)之间运输，并且在此不仅带上侧而且带下侧能够被冷却空气加载，
并且所述连续冷却设备包括多个水冷却单元(7)，利用所述水冷却单元，金属带(1)能够被冷却水加载，其特征在于，
所述水冷却单元(7)集成到所述带浮动冷却器(4)中。
2.按照权利要求1所述的设备，其特征在于，在多个位于每两个沿带运行方向(B)直接相继设置的下喷嘴(6)或上喷嘴(5)之间的中间区域(6a)中分别设置至少一个水冷却单元(7)。
3.按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述水冷却单元(7)为了仅对带下侧加载而仅设置在带下方的下喷嘴(6)之间。
4.按照权利要求1至3之一所述的设备，其中，带浮动冷却器(4)具有分别包括多个连接的或集成的上喷嘴(5)的一个或多个上喷嘴盒(9)以及分别包括多个连接的或集成的下喷嘴(6)的一个或多个下喷嘴盒(10)，其特征在于，在下喷嘴盒(10)的区域中或在上喷嘴盒(9)的区域中和/或在两个相继设置的喷嘴盒(9、10)的喷嘴之间设置水冷却单元(7)。
5.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述上喷嘴(5)沿带运行方向(B)与下喷嘴(6)错开地设置，从而金属带正弦形或波浪形地悬浮。
6.按照权利要求1至4之一所述的设备，其特征在于，所述上喷嘴(5)和下喷嘴(6)在侧视图中分别成对对齐地相叠设置。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于，除了对齐的上喷嘴(5)，在各上喷嘴之间设置另外的空气喷嘴(5')，所述另外的空气喷嘴与下空气喷嘴(6)错开地且与水冷却单元(7)对齐地设置。
8.按照权利要求1至7之一所述的设备，其特征在于，所述水冷却单元(7)分别具有一个或多个沿带运行方向(B)相继设置的且横向于带运行方向(B)沿带宽度延伸的水喷嘴或水喷嘴排(8)。
9.按照权利要求1至8之一所述的设备，其特征在于，至少一个能够可选地装入的水冷却设备(12)设置于带浮动冷却器(4)上游。
10.用于在按照权利要求1至9之一所述的连续冷却设备(3)中冷却金属带(1)、尤其是由铝或铝合金制成的金属带的方法，
其中，金属带(1)在拉应力下沿基本上水平的带运行方向(B)通过带浮动冷却器(4)，
其中，金属带(1)悬浮地在上喷嘴(5)和下喷嘴(6)之间运输，并且在此不仅带上侧而且带下侧被冷却空气加载，
并且其中，金属带(1)此外用冷却水加载，其特征在于，
金属带(1)在带浮动冷却器(4)内利用多个集成到带浮动冷却器(4)中的水冷却单元(7)被冷却水加载。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，金属带(1)在带浮动冷却器(4)内利用水冷却单元(7)加载，所述水冷却单元设置在多个位于每两个沿带运行方向直接相继设置的上喷嘴(5)或下喷嘴(6)之间的中间区域中。
12.按照权利要求10或11所述的方法，其特征在于，金属带(1)在两个相邻的下喷嘴(6)或上喷嘴(5)之间利用在相应的中间区域中设置的水冷却单元以最大100K、例如最大75K、优选最大50K的温差冷却。
13.用于对金属带(1)、尤其是由铝或铝合金制成的金属带进行热处理的设施，
所述设施包括至少一个处理装置、例如处理炉(2)、轧机/辊子架或类似物，金属带在所述处理装置中被加热或所述金属带被加热地通过所述处理装置，
并且所述设施包括至少一个设置于处理装置(2)下游的按照权利要求1至9之一所述的连续冷却设备(3)。
14.按照权利要求13所述的设施，其特征在于，没有水冷却的另外的带浮动冷却器(11)设置于连续冷却设备(3)的下游。
15.用于在按照权利要求12或13所述的设施中对金属带、尤其是由铝或铝合金制成的金属带进行热处理的方法，其特征在于，首先将金属带(1)通过处理装置，例如在处理炉(2)中加热，并且随后将所述金属带在连续冷却设备(3)中并且必要时在另外的带浮动冷却器(11)中冷却。
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