CN111971130B

CN111971130B - 冷却装置和使该冷却装置运行的方法

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Publication number: CN111971130B
Application number: CN201980025452.6A
Authority: CN
Inventors: F·G·洛德曼; F·维尔纳
Original assignee: SMS Group GmbH
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2019-04-04
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2039-04-04
Also published as: JP7032564B2; JP2021519696A; WO2019197254A1; CN111971130A; EP3774099A1; EP3774099B1; DE102018205684A1; US20210316348A1; US11980923B2

Abstract

本发明涉及一种用于冷却金属物料的冷却装置(100)以及用于使该冷却装置运行的方法。冷却装置(100)具有至少一个冷却梁(110)，该冷却梁具有数量为N的多个成对相邻的喷射区域I、II、III，喷射区域本身分别具有至少一个喷射喷嘴(130)，以用于将冷却介质喷出到金属物料上。设置有阀，以用于单独调节在喷射区域中的每个喷射区域中的冷却介质(300)的压力或体积流量。用于冷却剂的阀(120)以及泵借助于控制装置(150)单独操控。为了改善为金属物料加载冷却剂，本发明规定，在根据本发明的冷却装置的至少一个冷却梁中设置有至少一个间壁，以用于将冷却梁的内部空间划分成至少两个腔室，其中，喷射区域中的每个喷射区域被分配给腔室中的不同腔室。间壁至少近似地根据在进入到冷却装置中之前、在金属物料的预定的宽度区段中的温度分布的走向来成形，并且间壁在该宽度区段上布置在冷却梁中。

Description

冷却装置和使该冷却装置运行的方法

技术领域

本发明涉及一种用于冷却金属物料、尤其金属带材的冷却装置。本发明还涉及一种用于运行相应的冷却装置的方法。

背景技术

这种类型的冷却装置在现有技术中是充分已知的，例如从欧洲专利文献EP2155411B1和EP2986400B1中得知。

欧洲专利文献EP2155411B1公开了一种冷却装置，其用于影响在金属物料、尤其轧制物料的宽度上的温度分布。该冷却装置具有喷嘴，以将冷却介质施加到金属物料上，其中，喷嘴在宽度上分布布置。喷嘴中的至少一个喷嘴在其位置方面可相对于金属物料的宽度进行调节。因此，可以有限的程度影响在金属带材的宽度上的不均匀的温度分布。该专利文献尚未公开将冷却梁划分成各喷射区域。

然而，例如由欧洲专利文献EP2986400B1已知将冷却梁划分成各喷射区域。具体而言，在此公开的冷却装置具有至少一个冷却梁，其横向于金属物料在通过冷却装置时的运输方向延伸。至少一个冷却梁沿其纵向方向、即横向于金属物料的运输方向来看具有两个外侧的喷射区域和布置在两个外侧的喷射区域之间的中间的喷射区域。在喷射区域中的每个喷射区域中，可通过特地分配的可单独操控的阀输送冷却介质，该冷却介质然后通过为相应的喷射区域分配的喷射喷嘴施加到要冷却的金属物料上。

日本专利申请JP S59 041426A公开了权利要求1的前序部分的特征。

发明内容

本发明的目的在于，以如下方式改进已知的冷却装置以及已知的用于使该冷却装置运行的已知方法，即，改善为金属物料加载冷却剂并且能可变地确定冷却介质的体积流沿着冷却梁的纵向延伸的递减下降或正向上升的起点。

该目的通过权利要求1的对象实现。

因此，在根据本发明的冷却装置的至少一个冷却梁中设置有至少一个间壁，以将冷却梁的内部空间划分成至少两个腔室，其中，喷射区域中的每个喷射区域被分配给腔室中的不同腔室。间壁至少近似根据在进入到冷却装置之前在金属物料的预定的宽度区段中的温度分布的走向来成形，并且间壁在冷却梁中布置在宽度区段上。冷却装置还包括至少一个同样可由控制装置操控的控制元件，以用于间壁在冷却梁内的可变定位，尤其用于间壁沿冷却梁的纵向方向移动，并且因此用于改变各冷却梁的腔室和喷射区域。

请求保护的借助于间壁将冷却梁的内部空间划分成多个腔室以及尤其请求保护的根据在待冷却的物料的宽度上的温度分布的走向专门地成型间壁能够有利地实现对物料的特别高效且有针对性的冷却。尤其通过请求保护的间壁的造型、优选地结合冷却剂不同地供给到通过间壁分开的腔室中，可使冷却特别好地与在物料的宽度上的实际冷却需求相匹配。因此，有利地可实现在待冷却的物料的宽度上的恒定的、递减的或递增的冷却策略。

通过请求保护的分离元件的可移动性，尤其能可变地确定冷却介质的体积流量沿着冷却梁的纵向延伸的递减下降或正向上升的起点，并且在个别情况下使之合适地与冷却要求相匹配。根据进入到冷却装置中的金属物料的温度曲线，可参考待冷却的物料的宽度在两侧对称地调整起点，或者替代地还非对称地仅仅在待冷却的物料的一侧调整起点。

根据第一实施例如果喷射区域中的至少一个喷射区域具有多个喷射喷嘴，它们分布在喷射区域的面上，优选地沿冷却梁的纵向方向伸延地布置成多个平行的排，这提供的优点是，在待冷却的物料的宽度上还可实现冷却剂引出的弧形或弯曲的分布，该分布相对平滑地伸延，即，在分布的各子区段之间的过渡中没有过大的跳跃或不连续部位。

参考待冷却的金属物料的中部，可为有利的是，根据进入到冷却装置中的物料的温度曲线，在喷射区域中的喷射喷嘴的布置和/或数量对称或非对称地选择，其中，温度曲线可相应合适地改动。

有利地，在冷却梁中形成至少三个腔室，即，左边的、中间的和右边的喷射区域，因为待冷却的物料的边缘区域通常比待冷却的物料的中间区域需要更少程度的冷却。

冷却装置可具有多个平行布置的冷却梁，它们分别布置在待冷却的物料的上方或下方。多个冷却梁的这种成组的组合提供的优点是，冷却介质在物料的宽度上的分布还可更平滑地实现，即，在冷却介质的体积流量中没有跳跃或明显突出的弯折。

控制装置可以先导控制部或调节装置的形式来构造。在这两种情况下，控制装置用于实现冷却介质在金属物料的宽度上的预先计算的理论分布。在这两种情况下，冷却介质的体积流量或压力可通过合适地调节阀和/或可使用用于定位间壁的调节环节，以在待冷却的物料上产生冷却介质的相应期望的理论分布。冷却介质的体积流量和压力在待冷却的物料的宽度上的理论分布优选地通过冷却模型算出。这既适用于呈先导控制形式的控制装置的设计，又适用于呈调节装置形式的控制装置的设计。

本发明的上述目的还通过根据权利要求15所述的根据本发明的方法实现。方法的优点对应于上文参考请求保护的装置提到的优点。

可在没有进行的冷却运行时或在进行的冷却运行期间使间壁移动。

根据本发明的冷却装置和根据本发明的用于冷却装置的运行的方法的其他有利的设计方案为从属权利要求的对象。

附图说明

说明书总计附有5幅附图，其中，

图1示出了根据本发明的具有用于间壁的造型的第一实施例的冷却装置；

图2示出了根据本发明的具有用于间壁的造型和布置的第二实施例的冷却装置；

图3示出了根据本发明的冷却模型的示例；

图4示出了根据进入到冷却装置中的物料的温度分布在待冷却的物料的宽度上实现冷却介质的体积流量的不同的示例；并且

图5示出了具有间壁的可变的定位的冷却梁和间壁的移动对冷却介质的体积流量在金属物料的宽度上的分布的影响。

具体实施方式

下面参考提到的附图以实施例的形式详细说明本发明。在所有的附图中，相同的技术元件用相同的附图标记来表示。

图1示出了根据本发明的冷却装置100，其用于冷却金属物料200。金属物料200沿物料的材料流方向x或运输方向T通过冷却装置100。根据图1，冷却装置100示例性地包括冷却梁110，其具有多个、在此示例性地N＝3个成对相邻的喷射区域I、II、III。喷射区域本身相应具有至少一个喷射喷嘴130，以将冷却介质喷出到金属物料200上。在图1中，喷射区域I、II、III中的每个喷射区域具有多个喷射喷嘴，喷射喷嘴沿X和Y方向分布布置。示例性地并且优选地，喷射喷嘴130分别沿冷却梁110的纵向方向L伸延地布置在平行区中。根据本发明，冷却梁110的内部空间借助于间壁140分成多个腔室。间壁可位置固定地或可移动地布置在冷却梁内。将腔室中的每个腔室相应分配给喷射区域I、II、III中的一个喷射区域。

此外，在图1中示例性地可看见三个阀120，以用于单独调节在喷射区域I、II、III中的每个喷射区域中的冷却介质的压力或体积流量。冷却剂300从冷却剂箱借助于泵160通过阀120单独输送到各喷射区域I、II、III中。最后，设置有控制装置150，以单独操控泵160以及阀120。

在图1中示例性地设置有两个间壁140，以将冷却梁110划分成三个腔室或三个喷射区域I、II、III。参考金属物料的中部M，三个区域对称地构造；这意味着，尤其将相同数量的喷射喷嘴相应分配给中部左右的中间的喷射区域II。

此外，图1示出了物料在其宽度上在进入到冷却装置中之前或在进入冷却梁110下方之前典型地借助于温度确定装置测得的温度分布。根据本发明，在宽度区段ΔY₁、ΔY₂中的间壁根据在相同的宽度区段ΔY₁、ΔY₂中的温度走向来成形。

图2示出了与之不同的第二实施例，以将冷却梁110分成各腔室和喷射区域，在此分成五个喷射区域I、II、III、IV和V。与此相应地，设置有五个阀120，以将冷却介质300单独输送到各腔室或喷射区域中。不同于根据图1的第一实施例，对于在图2中示出的第二实施例中，喷射喷嘴130的布置和数量相对于金属物料的中部M不对称。这尤其可从以下情况看出：在中间喷射区域III的右半部中比在其左边部分中布置有更多的喷射喷嘴130。

对于在图1和图2中示出的实施例，间壁140相应在喷射喷嘴130之间伸延。在这两个实施例中，间壁阶梯状地来构造；然而，替代地，间壁还可笔直伸延地或弧形地、尤其抛物线式地来构造。如所述的那样：理想地，间壁精确地根据在相应的宽度区段中的温度分布来成形。在实践中，通常间壁的形状接近温度分布就足够了，例如通过梯级或阶梯函数或通过直线。每个冷却梁的腔室或喷射区域的数量原则上是任意的。实现的腔室或喷射区域越多，冷却剂在物料的宽度上的期望的分布可调节得越精确。

根据一种变体，控制装置可以先导控制的形式来构造，以针对理论值、尤其用于冷却剂300在金属物料上的算出或预定的理论分布合适地调节用于定位间壁的阀120和/或调节元件144。

替代地，控制装置150还可以调节装置的形式来构造，以通过可变地操控用于间壁140的定位的阀120和/或调节元件144将冷却介质的体积流量的实际分布调节到冷却介质在金属物料上的预定的理论分布。在此，阀120和/或调节元件144则代表调节回路的调节环节。

为了为先导控制部或调节装置算出冷却介质在金属物料上、尤其在其宽度上的作为理论值的分布，推荐应用冷却模型，如示例性地在图3中示出的那样。

冷却模型为计算机程序，其基于在图3中提到的主要数据、存在于冷却模型的数据库中的数据以及基于如在图3中相应示例性地提到的那样的测量结果算出各种理论值，尤其冷却介质在待冷却的金属物料的宽度上的理论分布。所有在图3中提到的各个数据或参数或理论值仅仅理解成示意性的。这意味着，对于确定理论值的计算，并非绝对必须总是使用在冷却模型的输入侧示例性地提到的所有输入参量。

图4通过示例性的有意义的冷却策略的定性图示示出了在待冷却的物料的宽度上在进入到根据本发明的冷却装置100之前的各种温度曲线的选择。虚线的曲线走向相应表示金属物料在进入到冷却装置之前的温度曲线。上面所示的实线相应表征冷却介质在冷却装置内的根据本发明的分布，以处理进入的温度变化曲线。

因此，示例性地，在图4的上部图示中可看出，在金属物料进入时，边缘相比于中部加热程度更小，与此相应地，冷却剂体积流量同样仅须在边缘处显现得比在中部中明显更少。反之，在图4中的中间图示示出了这样的示例：边缘比中部更多受热。与此相应地，必须增大在边缘处的冷却介质流，以便在物料的整个宽度上实现均匀的冷却变化曲线。在图4中的上部和中部图示要求冷却介质的对称的分布，这伴随着喷射区域在冷却梁的长度上的对称的划分、和喷射喷嘴的对称的布置、以及同样优选地喷射喷嘴在喷射区域中的对称的布置，而在图4中的下部图示示出了非对称的温度和冷却剂走向。具体可看出的是，在左边缘区域处的温度与物料的中部没有不同，而在右边缘区域中温度明显下降。与此相应地，同样必须使在待冷却的物料的左边缘区域中的为此所需的冷却剂分布相对于中间区域几乎恒定或不变，而必须明显减少在右边缘处的冷却剂体积流量的施加。

最后，图5示出了本发明的一实施例，在其中间壁140可沿冷却梁110的纵向方向移动。如可在图5的下部图示中看出的那样，间壁140的移动引起开始冷却剂分布的递减走向的开始时刻的移动。具体而言，对于在图5中示出的实施例，左右间壁140分别向外移动(参见虚线)；这具有的结果是，冷却剂体积流量的递减减少的开始时刻同样相应向右和向左地向外移动，即，朝金属物料的边缘移动。

附图标记列表

100 冷却装置

110 冷却梁

120 阀

130 喷射喷嘴

140 间壁

144用于定位间壁的调节元件

150 控制装置

160 泵

200 金属物料

300 冷却剂

400 冷却模型

I、II、III 喷射区域

L、x 冷却梁的纵向方向

M 金属物料的中部

n、N 喷射区域的数量

T、Y 金属物料的运输方向

Temp 温度(分布)

ΔY₁、ΔY₂ 宽度区段

Claims

1.一种用于冷却金属物料（200）的冷却装置（100），其具有：

至少一个冷却梁（110），所述至少一个冷却梁具有数量为N的多个成对相邻的喷射区域（I、II、III），该喷射区域本身分别具有至少一个喷射喷嘴（130），该喷射喷嘴用于将冷却介质喷出到金属物料上；

阀（120），所述阀用于单独地调节在所述喷射区域（I、II、III）中的每个喷射区域中的冷却介质（300）的压力或体积流量；

控制装置（150），所述控制装置用于单独地操控所述阀（120）；和

温度确定装置，所述温度确定装置用于确定在所述金属物料进入到所述冷却装置中之前所述金属物料在其宽度上的温度分布；

其中，设置有至少一个间壁（140），以将所述冷却梁（110）的内部空间划分成至少两个腔室，其中，所述喷射区域（I、II、III）中的每个喷射区域被分配给所述腔室中的不同腔室；以及

所述间壁至少近似地根据在进入到所述冷却装置中之前在所述金属物料的预定的宽度区段中的温度分布的走向来成形；并且所述间壁在所述宽度区段上布置在所述冷却梁中，其特征在于，设有至少一个同样能由所述控制装置（150）操控的调节元件（144），以便用于所述间壁（140）在所述冷却梁（110）中的可变的定位，并且因此用于改变所述冷却梁（110）的腔室和喷射区域（I、II、III）。

2.根据权利要求1所述的冷却装置（100），其特征在于，所述调节元件用于所述间壁（140）沿所述冷却梁的纵向方向（L）的移动。

3.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述喷射区域（I、II、III）中的至少一个喷射区域具有多个喷射喷嘴（130），所述喷射喷嘴沿x和y方向分布。

4.根据权利要求3所述的冷却装置（100），其特征在于，所述喷射喷嘴沿所述冷却梁（110）的纵向方向（L）伸延地布置成平行的排。

5.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述喷射喷嘴（130）在所述冷却梁的喷射区域中的布置和/或数量关于所述金属物料的中部（M）在宽度方向上对称或不对称。

6.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述间壁（140）在所述喷射喷嘴（130）之间伸延。

7.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述间壁（140）笔直地、阶梯形或弯曲地构造。

8.根据权利要求7所述的冷却装置（100），其特征在于，所述间壁（140）抛物线形地构造。

9.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，在所述冷却梁内的为整数N的多个腔室适用的是：N≥3。

10.根据权利要求9所述的冷却装置（100），其特征在于，在N=3的情况下，得到左边的、中间的和右边的喷射区域（I、II、III），它们相应梯形地构造。

11.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，相应多个平行布置的冷却梁组合成组。

12.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述控制装置（150）以先导控制部的形式构造成合适地调节所述阀（120）和/或所述调节元件（144），以便针对理论值定位。

13.根据权利要求12所述的冷却装置（100），其特征在于，所述控制装置（150）以先导控制部的形式构造成合适地调节所述阀（120）和/或所述调节元件（144），以便针对所述冷却介质（300）在所述金属物料（200）上的算出的理论分布对所述间壁（140）定位。

14.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，所述控制装置（150）以调节装置的形式构造成：通过对用于所述间壁（140）的定位的阀（120）和/或调节元件（144）的合适的可变的操控将所述冷却介质（300）的体积流量或压力的实际分布调节到所述冷却介质在所述金属物料（200）上的体积流量或压力的预定的理论分布，其中，所述阀和/或所述调节元件代表调节回路的调节环节。

15.根据权利要求12所述的冷却装置（100），其特征在于，设有冷却模型（400），其用于为所述先导控制部或所述调节装置算出所述冷却介质在所述金属物料（200）上的理论分布。

16.根据权利要求15所述的冷却装置（100），其特征在于，所述冷却模型用于为所述先导控制部或所述调节装置算出所述冷却介质在所述金属物料（200）的宽度上的理论分布。

17.根据权利要求15所述的冷却装置（100），其特征在于，所述冷却模型用于为所述先导控制部或所述调节装置算出所述冷却介质在所述金属物料（200）上的体积流量或压力的理论分布。

18.根据权利要求15所述的冷却装置（100），其特征在于，所述冷却模型用于为所述先导控制部或所述调节装置算出所述冷却介质在所述金属物料（200）的宽度上的体积流量或压力的理论分布。

19.根据权利要求15所述的冷却装置（100），其特征在于，所述冷却模型（400）还构造成根据输送给所述冷却模型的以下测量变量算出所述冷却介质在所述金属物料（200）上的理论分布：

-所述物料（200）的温度或温度走向；和/或

-所述物料（200）在所述冷却装置的出口处的实际特性，其中，所述实际特性是硬度、韧性、残余奥氏体含量；和/或

-所述冷却介质在喷溅到所述金属物料（200）上时的温度。

20.根据权利要求19所述的冷却装置（100），其特征在于，所述测量变量包括所述物料（200）沿其长度和宽度方向在冷却装置的入口和/或出口处在所述冷却梁之前和/或之后的温度或温度走向。

21.根据权利要求19所述的冷却装置（100），其特征在于，所述测量变量包括所述物料（200）在所述冷却梁之前和/或之后的温度或温度走向。

22.根据权利要求19所述的冷却装置（100），其特征在于，所述测量变量包括所述物料（200）沿其长度和宽度方向在冷却装置的入口和/或出口处的温度或温度走向。

23.根据权利要求1或2所述的冷却装置（100），其特征在于，根据期望的冷却介质加载密度选择具有单独的冷却介质供应的喷射区域（I、II、III）的数量和/或喷射区域的每单位面积的所述喷射喷嘴（130）的数量。

24.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的冷却装置（100）的方法，其特征在于，使所述间壁（140）在相邻的两个喷射区域（I、II、III）之间合适地移动，以便使所述间壁的位置与所述金属物料在其宽度上在进入到所述冷却装置中之前的温度分布的走向相匹配，或者以便调节所述冷却介质（300）在所述金属物料（200）的宽度上的压力或体积流量的期望的理论分布。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，使所述间壁（140）在相邻的两个喷射区域（I、II、III）之间沿所述冷却梁（110）的纵向方向（L）合适地移动。

26.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，使在所述冷却梁（110）的中部（M）的两侧的间壁（140）关于所述冷却梁（110）的中部（M）对称或非对称地移动。

27.根据权利要求24或25所述的方法，其特征在于，还可在进行的冷却运行期间使所述间壁移动。

28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，在先导控制或调节所述间壁的位置的情况下，还可在进行的冷却运行期间使所述间壁移动。