CN114207156A - 用于冷却钢带的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于平坦的金属制品的冷却操作的冷却装置，所述冷却装置位于基本上竖向的路径中，所述冷却装置包括：‑罐，该罐填充有限定了冷却剂表面的冷却剂浴，‑所述罐包括至少两个开口，一个开口在上表面上并且一个开口在底表面上，其中，所述平坦的金属制品可以穿过所述至少两个开口，‑底表面上的所述开口配备有密封装置，‑两系列喷射装置，所述两系列喷射装置基本上水平地定向在两个相对的罐侧，‑所述喷射装置浸没到所述冷却剂浴中，‑每系列喷射装置具有被定义为最接近冷却剂表面的喷射装置的最上面的喷射装置，‑两侧的至少最上面的喷射装置与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

Description

用于冷却钢带的装置

本发明涉及用于冷却金属带的装置。特别地，本发明旨在改善退火工艺的快速冷却。

在金属带的制造期间，金属带经受多次热处理，特别是在冷轧之后退火。通过退火工艺，金属制品在大致包括700℃与850℃之间的温度下迅速加热并且在最高温度下保持约一分钟。然后，金属制品经受冷却处理，在冷却处理时，金属制品以受控的冷却速率被冷却。最终，发生过渡老化和最终冷却。

在钢带的情况下，由于热处理，会发生几种现象、比如重结晶和碳化物沉淀。所有这些处理都允许获得期望的结构，从而改善条带的抵抗性和可成形性。

对于特定的钢、比如(TRIP)相变诱导塑性钢、多相钢、高比强钢，退火通常包括两种冷却，第一慢速冷却以及然后第二快速冷却。

如在图1中所图示的，这两种冷却可以在装置1中完成，该装置将在包含冷却剂3的罐2中的冷却和在包含冷却剂的连续冷却装置4中的较快冷却结合。箭头表示平坦金属制品移动方向。如在图2中所图示的，US 7645 417B2公开了一种冷却装置，该冷却装置包括罐5，在罐中，两系列(6和6’)浸没管7竖向堆叠在条带8的两侧。所述管将冷却剂以基本上水平的湍流射流的形式喷射到条带上。即使实现了高于1000℃的高冷却速率，该装置也不令人满意，因为在条带宽度方向上冷却不均匀，从而导致了平坦度缺陷。因此，需要提高现有金属平坦制品的制品平坦度。因此，需要改进冷却装置4。

此外，密封装置9通常将罐2和冷却装置4隔开，以限制冷却剂3对冷却装置4的影响。此外，冷却装置4中的冷却剂温度通常低于罐2的冷却剂温度。从一个空间到另一空间的任何泄漏都会产生温度梯度，从而对冷却均匀性产生负面影响。EP 1 300 478 B1广泛描述了密封装置9及其优点。

本发明的目的是解决上述问题。

该目的通过提供一种根据权利要求1所述的设备来实现。该设备还可以包括权利要求2至9的任何特性。该目的也通过提供根据权利要求10至13所述的方法来实现。

本发明的其他特性和优点将从本发明的以下详细描述中变得明显。

为了说明本发明，将描述非限制性示例的各种实施方式，特别地参照以下附图：

图1示出了包括罐2和冷却装置4的装置1的实施方式。

图2示出了如在现有技术中公开的冷却装置4的实施方式。

图3示出了本发明的冷却装置10的实施方式。

图4示出了本发明的冷却装置10的第二实施方式。

图5示出了本发明实施方式的冷却装置的冷却剂浴表面11和冷却剂流12。

图6示出了喷射装置13之间的间隙对冷却装置的冷却剂浴表面11’和冷却剂流12’的影响。

图7示出了如现有技术中公开的实施方式的冷却剂浴表面11”和冷却剂流12’。

图8示出了如现有技术中公开的实施方式的冷却剂浴表面4”的模拟。

图9示出了所要求的保护的装置的两种其他可能的使用。

图10示出了本发明的管14的两个实施方式。

图2至图7并未示出冷却装置的所有元件而是示出了允许理解本发明及本发明与已知的现有技术的差异的主要元件。例如，未表示允许冷却剂流动到喷射装置中的系统。

如在图3中所图示的，本发明涉及一种用于平坦的金属制品S的冷却操作的冷却装置10，所述冷却装置沿基本上竖向的、上升的或下降的路径定位，该冷却装置包括：

-罐15，该罐填充有限定了冷却剂表面11的冷却剂浴17，

-所述罐包括至少两个开口，一个开口在上表面16上并且一个开口在底表面16’上，所述平坦的金属制品S可以穿过所述至少两个开口，从而形成路径，

-底表面16’上的所述开口配备有密封装置9，

-至少包括孔口13E两系列(18和18’)喷射装置13浸没到所述冷却剂浴中且在所述路径的两侧面向彼此，

-所述喷射装置13浸没到所述冷却剂浴17中，

-一系列中的任意两个竖向连续的喷射装置被间隙19分开，

-每系列(18和18’)喷射装置13具有被定义为最接近冷却剂表面11的喷射装置的最上面的喷射装置(20和20’)，

-两侧的至少最上面的喷射装置(20和20’)与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

在以下说明书中，平坦的金属制品S将被称为条带。然而，所述平坦的金属制品不限于条带。

在如图3和图4中所图示的，快速冷却装置10用于冷却和/或淬火平坦的金属制品、比如钢带。密封装置未在图4中表示。

冷却装置沿平坦的金属制品的基本上竖向的、上升的或下降的路径定位。这意味着当平坦的金属制品穿过冷却装置时，平坦的金属制品的移动方向是如由箭头D所表示的基本上竖向的。

冷却装置包括罐15，罐容纳限定了冷却剂表面11的冷却剂浴17。罐的主要作用是容纳产生冷却剂浴的冷却剂。冷却剂优选地是液体并且可以是水。罐的次要作用是将冷却剂浴与外部隔开，从而允许控制冷却剂参数、比如冷却剂的温度和所喷射的冷却剂流量。

此外，所述罐包括至少两个开口，一个开口在罐的上侧16并且一个开口在罐的底侧16’，所述平坦的金属制品S可以穿过所述至少两个开口，从而形成路径。这些开口的作用是使平坦的金属制品穿过冷却装置10。这些开口还应防止任何外部液体进入到冷却剂浴17中。条带穿过的所述开口应基本上竖向对齐，使得条带可以具有基本上竖向的路径。通过所述平坦的金属制品形成的路径是基本上竖向的。

此外，罐优选地包括至少两个侧向开口(21和21’)，以允许冷却剂排出。

底侧的开口配备有密封装置9，以改进冷却剂浴与外部的隔开。如在图3中所图示的，密封装置可以包括一对双辊(22和22’)，所述一对双辊压靠条带S并且相对于条带对称地定位。此外，可以以可控的压力和/或温度在辊之间注入流体。

如在图3和图4中所图示的，至少包括孔口13E的两系列(18和18’)喷射装置13面向彼此。换句话说，所述两系列(18和18’)喷射装置位于所述平坦的金属制品的竖向路径的两侧。优选地，所述两系列喷射装置定位在两个相对罐侧。每系列喷射装置由基本上竖向地对齐并定位成沿条带的宽度方向W均匀地冷却条带的若干喷射装置13组成。喷射的冷却剂应沿着条带宽度分布，以在条带宽度方向上实现均匀的冷却。

冷却剂通过所述喷射装置13中的孔口13E喷射。除了其他可能性之外，所述孔口13为：狭缝、孔或一系列孔。所述喷射装置的孔口13E完全浸没到冷却剂浴中。与未浸没的孔口相比，这样的浸没允许抑制或至少降低靠近条带的冷却剂浴中的气泡或蒸汽的形成(和存在)。优选地，所述喷射装置完全浸没到所述冷却剂中。

间隙19将一系列(18和18’)中的两个竖向连续的喷射装置(例如13A和13B)分开。如在图5中所图示的，这样的间隙允许通过改善与条带接触的冷却剂的更新以及喷射的冷却剂与条带之间的热交换来改善喷涂的冷却剂的冷却效率。如果喷射装置之间没有间隙，则冷却剂只能通过沿着条带的竖向流动12’来排出，因此降低冷却效率，如在图6中所图示的。相反地，这样的间隙允许冷却剂垂直于条带表面排放。此外，没有间隙也会促使浴液表面11’处产生波动。

被包含在罐15中的每系列中的最接近冷却剂浴表面11的喷射装置被称为最上面的喷射装置(20和20’)。如在图3、图4和图5中所图示的，一系列中的至少最上面的喷射装置相对于水平面向下倾斜包括在20°与40°之间的角度。与如在US 7 645 417 B2中所公开的并且在图7中所图示的水平喷射装置相比，最上面的喷射装置的这种倾斜允许抑制或至少大大减少由最上面的喷射装置产生的波动，在图7中，浴液表面11”不是平坦的而是表现出波动。因此，增加了宽度方向上的冷却均匀性。

图8是下述冷却装置的冷却剂浴表面11”的模拟：该冷却装置具有基本上水平定向的一系列喷射装置；即，使冷却剂基本上水平喷涂，其中，条带向上移动。该情况与专利US 7645 417 B2中的情况相对应。可以观察到的是，在靠近条带的冷却剂浴表面上产生了波动。因此，沿着条带宽度的冷却是不均匀的并且降低了条带质量。

这样的所要求的保护的冷却装置10的使用并不限于如在图1中所图示的定位在的条带出口处的仅一个冷却装置。相反地，该所要求的保护的冷却装置10可以定位在罐2的条带入口处，如在图9A中所图示的。此外，两个所要求的保护的冷却装置可以安装在罐2的条带的入口和出口处，如在图9B中所图示的。一个或若干个所要求的保护的冷却装置的这样的定位允许在除了包含水的罐以外使用时执行各种冷却循环。例如，如果冷却装置10中的冷却剂温度低于罐2中的冷却剂温度，则以下三个热循环是可能的：

1)慢速冷却、然后快速冷却(图1)，

2)快速冷却、然后慢速冷却(图10A)，

3)快速冷却、然后慢速冷却、再然后快速冷却(图10B)，

其中，快速冷却在所要求的保护的冷却装置中发生，并且慢速冷却是在包含沸水的罐中进行的。

在现有技术中，似乎没有解决方案允许避免导致沿着条带宽度的非均匀冷却的波动的形成。相反地，使用根据本发明的设备，改善了沿着条带宽度的冷却均匀性。

有利地，两系列(18和18’)具有与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度的相同数量的喷射装置(13)。为了获得沿条带宽度的均匀性，每个系列的倾斜的喷射装置应面向彼此。

有利地，两系列(18和18’)中的两个最上面的喷射装置与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。一系列中的与两个浸没的喷射装置对应的两个最上面的喷射装置(20和20A或20’和20’A)更靠近表面，如在图4中所图示的。这种布置允许进一步提高沿带钢宽度的冷却均匀性。

有利地，两系列(18和18’)中的三个最上面的喷射装置与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

有利地，两系列(18和18’)中的四个最上面的喷射装置与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

有利地，位于距冷却剂表面达50cm深度的所有喷射装置与水平面相比都向下倾斜20°至40°的角度。这种布置允许进一步增加沿条带宽度的冷却均匀性，因为气泡的形成进一步减少。优选地，位于距离冷却剂表面达1米或2米或3米深度的所有喷射装置与水平面相比均向下倾斜20°至40°的角度。

有利地，所述系列的喷射装置包括10个至40个装置。这样数量的装置允许确保冷却装置的足够的冷却能力。更有利地，每个喷射装置可以在每平方米的条带上喷涂至少250m³.h^-1的冷却剂。

有利地，所述喷射装置是管14。优选地，如在图10中所图示的，所述管是中空的矩形长方体。冷却剂通过在管的两个侧向面23上的开口进入所述管，所述两个侧向面优先地是管的最小面。冷却剂通过前部面24离开所述管，前部面朝向条带定向。优先地，前部面配备有至少具有孔口比如成排的圆孔的板，如在图9A中所图示的，和/或配备有至少具有狭缝的板，如在图9B中所图示的。

有利地，所述喷射装置的孔口13E与所述路径的距离在30mm与200mm之间。路径是指由平坦的金属制品形成的路径。一方面，如果喷射装置的孔口与条带之间的距离小于30mm，则移动的条带可能会接触到冷却装置，从而可能导致划伤或损坏条带表面。另一方面，如果距离大于200mm，则冷却性能会降低。

有利地，冷却装置不包括在所述两个开口之间的辊、比如约束辊。

本发明还涉及一种冷却方法，其中，基本上竖向地、上升地或下降地移动的平坦的金属制品在如前面所描述装置中冷却，所述系列的喷射装置对平坦的制品的每个表面喷出冷却剂的流量在每小时250m³与2500m³之间。该范围内的冷却剂流量足以获得用以实现期望的制品性能所期望的冷却速度。

优选地，所述系列的喷射装置喷出冷却剂的速度在0.25m.s^-1与20m.s^-1之间。这样的速度允许喷出的冷却剂到达条带表面并且在喷射装置之间的间隙中被水平反射，从而改善冷却剂的更新并且因此改善冷却的均匀性。

优选地，所述系列的喷射装置喷出冷却剂的温度在10℃与100℃之间。

优选地，所述冷却装置允许以至少200℃.s^-1冷却所述平坦的金属制品。更优选地，所述冷却装置允许以至少500℃.s^-1冷却所述平坦的金属制品。更优选地，所述冷却装置允许以至少1000℃.s^-1冷却所述平坦的金属制品。

上面已经针对目前被认为是实用的和优选的实施方式对本发明进行了描述。然而，应当理解的是，本发明不限于说明书中所公开的实施方式，并且可以在不背离本发明的主旨或精神的范围内进行适当的修改，本发明的主旨或精神可以从所附权利要求书和整个说明书中解读。

Claims (13)

1.一种用于平坦的金属制品(S)的冷却操作的冷却装置(10)，所述冷却装置沿基本上竖向的、上升的或下降的路径定位，所述冷却装置包括：

-罐(15)，所述罐填充有限定了冷却剂表面(11)的冷却剂浴(17)，

-所述罐包括至少两个开口，一个开口在上表面(16)上并且一个开口在底表面(16’)上，所述平坦的金属制品(S)能够穿过所述至少两个开口，从而形成路径，

-所述底表面(16’)上的所述开口配备有密封装置(9)，

-两系列(18和18’)喷射装置(13)，所述两系列喷射装置至少包括浸没到所述冷却剂浴中的孔口(13E)且在所述路径的两侧面向彼此，

-所述喷射装置(13)至少部分浸没到所述冷却剂浴(17)中，

-一系列中的任意两个竖向连续的喷射装置被间隙(19)分开，

-每系列(18和18’)喷射装置(13)具有被定义为最接近所述冷却剂表面(11)的喷射装置的最上面的喷射装置(20和20’)，

-两侧的至少所述最上面的喷射装置(20和20’)与水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

2.根据权利要求1或2所述的冷却装置，其中，两系列(18和18’)具有与所述水平面相比向下倾斜20°至40°的角度的相同数量的所述喷射装置(13)。

3.根据权利要求1或2中的任一项所述的冷却装置，其中，所述两系列(18和18’)中的两个最上面的喷射装置与所述水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

4.根据权利要求1或2中的任一项所述的冷却装置，其中，所述两系列(18和18’)中的三个最上面的喷射装置与所述水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

5.根据权利要求1或2中的任一项所述的冷却装置，其中，所述两系列(18和18’)中的四个最上面的喷射装置与所述水平面相比向下倾斜20°至40°的角度。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的冷却装置，其中，位于距所述冷却剂表面达50cm深度处的所有喷射装置与所述水平面相比都向下倾斜20°至40°的角度。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的冷却装置，其中，所述系列的喷射装置包括10个至40个喷射装置。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的冷却装置，其中，所述喷射装置是管(14)。

9.根据权利要求1至8中的任一项所述的冷却装置，其中，所述平坦的金属制品穿过所述冷却装置形成路径，所述喷射装置的孔口与所述路径的距离在30mm与200mm之间。

10.一种冷却方法，其中，基本上竖向地、上升地或下降地移动的平坦的金属制品在如在权利要求1至10中所述的装置中被冷却，其中，所述系列的喷射装置对平坦的制品的每个表面喷出冷却剂的流量在每小时250m³与2500m³之间。

11.根据权利要求10或11所述的冷却方法，其中，所述系列的喷射装置喷出冷却剂的速度在0.25m.s^-1与20m.s^-1之间。

12.根据权利要求10至12中的任一项所述的冷却方法，其中，所述系列的喷射装置喷出冷却剂的温度在10℃与100℃之间。

13.根据权利要求10至12中的任一项所述的冷却方法，其中，所述冷却装置允许以至少200℃.s^-1冷却所述平坦的金属制品。

Images