CN111386159A - 用于钢质板材的具有可变的降温速率的冷却梁和冷却工艺 - Google Patents

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Abstract

具有可变的降温速率的冷却装置(28)，其用于处理金属材料，尤其用于在厚板轧机、热轧带材生产线或热处理线中借助于喷射喷嘴冷却部使钢质板材(22)降温。·1.1冷却装置包括：至少两个冷却梁(16、16a、17、17a)，它们横向于板材(22)的板材行进方向(21)并且居中地在两个辊道辊子(12、13、14)之间分别布置在下侧以及上侧；和喷射喷嘴冷却部，所述喷射喷嘴冷却部相应配备有多个全射流喷嘴和多个实心锥喷嘴，其中，全射流喷嘴与实心锥喷嘴(20)对称地布置。·2.一种用于运行根据本发明的冷却装置的方法。

Description

用于钢质板材的具有可变的降温速率的冷却梁和冷却工艺
技术领域
本发明涉及在厚板轧机、热轧带材生产线或热处理线中的、具有可变的降温速率的冷却装置，其用于处理金属材料。本发明还涉及通过这种冷却装置进行的冷却工艺。
背景技术
轧制板材的最终质量在很大程度上由第一步的变形步骤和相应的冷却来决定。已经在板材的生产的起始阶段中存在的缺陷仅能非常困难地或完全无法在后续的生产线中予以消除，并且因此会对最终产品的质量产生严重的负面影响。
例如，在钢的厚板轧制的情况下，轧制物经过的温度-变形过程对轧制物的在轧制过程结束时存在的机械特性有重大影响。这意味着，轧制中间产品或最终产品的机械特性取决于在什么样的温度下对轧制物在相应的轧制道次中进行轧制。
在轧制物的所谓的热力轧制的情况下，轧制过程如此进行，即，轧制物仅在确定的允许的温度窗中进行轧制。这意味着，轧制道次和有针对性的冷却阶段必须交替进行。
钢部件在热处理线中的淬火和紧接着的回火也是惯常的做法。由此实现可有针对性地调节材料的硬度和韧度的期望的组合。该技术原理上还用在板材设备中生产高强度的钢质板材中，如例如在EP 1 764423 A1中公开的那样。在此，在加热板坯并且在多个可逆道次中在厚板机架上将其粗轧成最终厚度后，使板材以很高的速度降温到例如室温，即，进行淬火过程。紧接着进行回火工艺，即，将带材再次加热到例如600℃，接着进行重新降温。因此可灵活地小批量地制成具有不同特性的板材。
此外，期望可在热轧带材生产线或厚板轧机中设定轧制物的高的和低的冷却速率。为此，例如由EP 2 415 536、EP 2 047 921或JP 5 123737已知冷却装置，在其中，高的冷却速率可通过喷嘴喷水冷却实现，并且低的冷却速率可通过鼓风机吹动空气冷却(强制对流)实现。
在传统的喷嘴冷却部中将水射流柱状地被引导到待冷却的轧制物上。这种方式的冷却局部实现了非常好的降温值。然而已经表明，在冷却射流旁边直接相邻的区域可能没有或没有充分冷却。通常，这种水冷却在冷却喷嘴的水流量很大时效果良好。然而，在水量相对较少的情况下没有足够充分地流过喷嘴。轧制物的降温不均匀，不可避免地产生内部应力，其结果导致在材料中的不平整度，这又负面影响最终产品的质量。空气冷却仅可用于在中等的材料厚度下以冷却速率最高约为1K/s进行冷却。对于裂纹敏感型钢，要求冷却速率为1至2K/s。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用于冷却装置的机构，通过它可实现最低的和非常高的冷却速率，并且可横向于带材行进方向产生最大的降温均匀性。另一目的在于给出一种用于运行根据本发明的机构的方法。
该目的基于权利要求1和权利要求8的前序部分结合特征部分的特征来实现。本发明的有利的设计方案为从属权利要求的对象。
根据本发明的教导，为了在顾及到横向于板材行进方向的最大的降温均匀性的情况下实现低的以及非常高的降温速率，提出，冷却装置包括：至少两个冷却梁，其分别横向于板材行进方向并且居中地在两个辊道辊子之间布置在下侧以及上侧；和喷射喷嘴冷却部，为它相应分配有多个全射流喷嘴(Vollstrahldüse)和多个实心锥喷嘴(Vollkegeldüse)，其中，全射流喷嘴与实心锥喷嘴对称地布置。
因此可有利地将两个冷却系统组合成在冷却梁中的结构单元。因此可使单根冷却梁非常紧凑并且节省空间。为已经存在的轧制设备加装板材冷却部可容易地进行，因为根据本发明冷却部可安装在两个辊道之间，而无需因此对辊道进行大量的调整工作。通过将全射流喷嘴和实心锥喷嘴对称布置在各冷却梁中，可同样对称地在两个辊道辊子之间实现为各喷射喷嘴加载冷却介质。
在这一点上应注意的是，喷嘴类型不必仅限于全射流喷嘴或实心锥喷嘴。还可考虑其他的喷射喷嘴类型或加载方式，例如空心锥喷嘴、扁平射流喷嘴、U型管等等，它们还可组合地安装到冷却梁中。
按照根据本发明的冷却装置的有利的实施方式，全射流喷嘴可如此加载冷却介质，使得由此待轧制的板材可以5K/s至150K/s、优选地以50K/s的高的降温速率降温。还规定，可如此为实心锥喷嘴加载冷却介质，使得由此待轧制的板材可以低于1K/s至19K/s的低的降温速率降温。
还可在冷却梁内基于需求并且无级地在借助于全射流喷嘴的高的降温速率和借助于实心锥喷嘴的低的降温速率之间进行切换，使得可由此出现降温速率的无缝重叠。
这具有的优点是，待轧制的板材的特性还可通过冷却部非常精确地来设定。对于切换，可实现非常短的反应时间，使得在轧制时已经可基于需求通过受控的冷却部设定或预设客户期望的材料特性。
为了还可更精确地并且尽可能灵敏地调整降温速率，规定，在冷却梁中，实心锥喷嘴以及全射流喷嘴可同时或错时地并且彼此独立地加载冷却剂和运行。
如果为冷却梁中的每个喷射喷嘴单独地并且在线地进行调节冷却剂量和冷却剂冲击压力，这是有利的。
还可规定，待轧制的板材的降温通过用冷却剂的喷射冷却来实现，其中，降温速率和/或相应所需的最终温度通过液体量和/或相应接通的全射流喷嘴和圆锥式喷嘴(喷射喷嘴)的数量来调节。
根据该方法，使待轧制的板材根据期望的品质以对此设定的降温速率借助于冷却介质降温，冷却介质在两个冷却梁中被导引，冷却梁分别布置在板材的下侧以及上侧并且横向于板材行进方向并且居中地布置在至少两个辊道辊子之间，并且在此将冷却介质通过为冷却梁分配的多个全射流喷嘴和实心锥喷嘴喷射到待冷却的板材上，其中，全射流喷嘴与实心锥喷嘴对称地布置在冷却梁中。
此外，在冷却梁中基于需求并且无级地在借助于全射流喷嘴的高的降温速率和借助于实心锥喷嘴的低的降温速率之间进行切换，以便因此出现降温速率的无缝重叠。为此为冷却梁中的每个喷射喷嘴(全射流喷嘴和实心锥喷嘴)单独在线地调节冷却剂量和冷却剂冲击压力。为此，为了调节降温速率，测量至少一个调节参数，其中，调节参数可为轧制的板材的最终温度。
过程传感器提供关于板材温度和实际平整度的信息；在冷却装置前后收集这些信息，并且比较实际值与理论值。模型计算机由这些值信息根据带材的期望的材料品质在线地算出降温所需的冷却方式、冷却期限和所需的冷却剂量。
得到的调节参数(由过程传感器获得/确定)还可与关于尺寸和材料品质的信息和/或与待轧制的板材的理论特性(例如硬度和强度)组合。
附图说明
下面借助示例性的实施方式参考附图进一步阐述本发明。其中：
图1以示意性的截面图示示出了根据本发明的冷却装置的侧视图，其中，冷却装置布置在轧制线的两个辊道之间；
图2以截面图示出了形成冷却装置的冷却梁的示意性的侧视图；
图3示出了冷却装置的图解图示，其应用作执行根据本发明的方法的基础；
图4示出了在计算机辅助的冷却模型和图3中的根据本发明的冷却装置之间的相互作用的图解详细视图。
具体实施方式
如在图1中示出的那样，机构10主要包括两个相对而置的、布置在两个辊道辊子12、13、14之间的冷却梁16、16a与17、17a。冷却梁16、16a与17、17a以非常紧凑的结构方式来实施。为此，原则上两个冷却系统16和17以及17a和17a组成冷却单元18和18a。
设置成，冷却单元18、18a可彼此联网并且同步运行。在此，冷却梁16、16a分配给板材上侧，并且冷却梁17、17a分配给板材下侧。
图2示出了根据图1的下冷却梁17的放大图示，其中，冷却梁16、16a和17a以相同的方式构建。
如图1和图2进一步示出的那样，紧凑的结构方式所基于的是，将至少两种喷嘴类型、在此全射流喷嘴19和实心锥喷嘴20以特别的方式布置和集成在冷却梁16、16a与17、17a中。安装了优选地具有用于高的降温速率的全射流喷嘴19、19a的喷嘴冷却部和优选地具有用于低的降温速率(温和的降温)的实心锥喷嘴20的喷嘴冷却部，通过它们可将冷却介质29有针对性地输出到板材22上。
在此，实心锥喷嘴20居中地布置在冷却梁16、16a与17、17a中，并且全射流喷嘴19、19a与之间隔开地并且平行地在实心锥喷嘴20旁边布置在冷却梁16、16a与17、17a中。优选地，喷嘴冷却部在冷却梁16、16a与17、17a中横向于板材行进方向20来布置，并且布置在待轧制的板材22的整个宽度上。
图3是用于通过图2的根据本发明的冷却系统16、16a与17、17a控制板材冷却的图解图示。原则上，为了调节冷却，可将前期信息(例如板材原始数据23、理论板材特性24和实际板材特性25)提供给冷却模型26。基础数据用于控制冷却装置28。冷却模型26通过由传感器27、27a探测的值来进行调节。在此，可对板材22在冷却之前的实际特性与在板材22的冷却之后的理论特性进行比较。如果没有到达到理论特性，将该信息传送给冷却模型，并且相应地再调整冷却装置，如在图4中示出的那样。
由此保证安全可靠的过程。冷却装置可最大程度地灵活使用。通过模型计算机的自动控制将操作人员的手动干预降低到最小。
在此，冷却模型26永久并且几乎在线地与冷却装置28相互作用。因此，对于机器的每个部段可使用冷却模型。在此还持久地比较并且必要时再调整体积流和实际数据。
因此可横向和纵向于带材进行方向实现最大的降温均匀性，其中，可实现从最低值至非常高的值的冷却速率。
通过该调节思想例如可使厚板轧机、热轧带材生产线或热处理线以最大的柔性运行。这意味着可在任何时刻且在机器的整个长度上自由设定期望的冷却速率。控制冷却模型26的模型计算机(未示出)自主决定，对于需实现的材料特性来说，哪种冷却应用(冷却速率)是所需的并且是最经济的。
附图标记列表
10 机构
12 辊道辊子
13 辊道辊子
14 辊道辊子
16、16a 上冷却梁
17、17a 下冷却梁
18，18a 冷却梁对
19、19a 全射流喷嘴
20 实心锥喷嘴
21 板材行进方向
22 板材
23 板材原始数据
24 理论板材特性
25 实际板材特性
26 冷却模型
27、27a 传感器
28 冷却装置
29 冷却介质

Claims (14)

1.一种具有可变的降温速率的冷却装置(28)，所述冷却装置用于处理钢质材料，尤其用于在厚板轧机、热轧带材生产线或热处理线中借助于喷射喷嘴冷却部使钢质板材(22)降温，其特征在于，所述冷却装置包括：至少两个冷却梁(16、17、16a、17a)，它们分别横向于所述板材(22)的板材行进方向(21)不仅布置在下侧而且布置在上侧并且居中地布置在两个辊道辊子(12、13、14)之间；和喷射喷嘴冷却部，所述喷射喷嘴冷却部相应配备有多个全射流喷嘴(19、19a)和多个实心锥喷嘴(20)，其中，所述全射流喷嘴(19、19a)与所述实心锥喷嘴(20)对称地布置。
2.根据权利要求1所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，能为所述全射流喷嘴(19、19a)加载冷却介质(29)，由此使得待轧制的板材(22)能以5K/s至150K/s、优选地50K/s的较高的降温速率降温。
3.根据权利要求1所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，能为所述实心锥喷嘴(20)加载冷却介质(29)，由此使得待轧制的带材(22)能以低于1K/s至19K/s的较低的降温速率降温。
4.根据权利要求1至3中任一项或多项所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，不仅能组合全射流喷嘴和实心锥喷嘴，而且能将任何类型的已知的喷嘴或加载方式、例如扁平射流喷嘴、空心锥喷嘴和U型管安装到冷却梁(16、17、16a、17a)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，在冷却梁(16、16a、17、17a)中能基于需求且无级地在借助于全射流喷嘴(19、19a)的较高的降温速率和借助于实心锥喷嘴(20)的较低的降温速率之间进行切换，从而由此能出现降温速率的无缝重叠。
6.根据权利要求5所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，在所述冷却梁(16、16a、17、17a)中，所述实心锥喷嘴(20)以及所述全射流喷嘴(19、19a)能同时地或错时地并且彼此独立地被加载冷却剂(29)和运行。
7.根据权利要求6所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，能单独和在线地调节针对所述冷却梁(16、16a，17、17a)中的每个全射流喷嘴(19、19a)和实心锥喷嘴(20)的冷却剂量和冷却剂冲击压力。
8.根据权利要求7所述的具有可变的降温速率的冷却装置，其特征在于，用于待轧制的板材(22)的降温通过用所述冷却剂(29)的喷射冷却实现，其中，降温速率和/或相应所需的最终温度能通过液体量和/或相应接通的全射流喷嘴(19、19a)和实心锥喷嘴(20)(喷射喷嘴)的数量来调节。
9.一种用于运行根据权利要求1至8中任一项所述的冷却装置的方法，其特征在于，借助于冷却介质使待轧制的板材根据期望的品质以对此设定的降温速率降温，该冷却介质在两个冷却梁中导引，所述冷却梁分别布置在所述板材的下侧和上侧并且横向于板材行进方向并且居中地布置在至少两个辊道辊子之间，并且在此通过为冷却梁分配的多个全射流喷嘴和实心锥喷嘴或扁平射流喷嘴和空心锥喷嘴或U型管将冷却介质喷射到待冷却的板材上，其中，在所述冷却梁中所述全射流喷嘴或扁平射流喷嘴与所述实心锥喷嘴或所述空心锥喷嘴或所述U型管对称地布置。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在冷却梁中基于需求并且无级地在借助于全射流喷嘴的高的降温速率和借助于实心锥喷嘴的低的降温速率之间进行切换，或者将所述全射流喷嘴和所述实心锥喷嘴彼此组合，并且由此出现降温速率的无缝重叠。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，单独在线地调节针对所述冷却梁中的每个全射流喷嘴(19、19a)和实心锥喷嘴(20)的冷却剂量和冷却剂冲击压力。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，为了调节降温速率，测量至少一个调节参数，其中，所述调节参数为机械特性例如硬度，或者为微结构参数例如在所述板材中的相分布和晶粒尺寸。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述调节参数还与关于尺寸和材料品质的信息组合，和/或与待轧制的带材的例如硬度和强度的理论特性组合。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，过程传感器收集关于在冷却装置前后的带材温度、实际平整度的信息，并且比较实际值与理论值，使得模型计算机根据带材的期望的材料品质由这些值信息在线地算出用于降温所需的冷却方式、冷却期限和冷却剂量。
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