CN114641354B - 用于冷却金属带的分配器管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分配器管(400)，该分配器管(400)用于冷却金属产品或类似产品，特别是钢带，该分配器管(400)包括沿着所述分配器管(400)的纵向延伸部的多个出口开口(406)，冷却流体能够通过这些出口开口(406)喷出；所述管的入口(402)和封闭件(404)，该入口(402)和封闭件(404)在所述管的端部处；连接件，该连接件用于连接冷却流体源并且为所述分配器管(400)馈送所述流体。至少在入口侧(402)上存在所述管的直径变化的区域，该区域从具有较小直径的区段开始变化，在流动方向上随后是具有较大直径的区段。在所述多个出口开口(406)的上游，在流动截面的区域中存在孔板(414)。还描述了对应的热轧设备和所述分配器管的用途。

Description

用于冷却金属带的分配器管

技术领域

本发明涉及一种分配器管，该分配器管用于冷却金属产品或类似产品，特别是离开热轧设备的钢带，该分配器管包括：

a)沿着分配器管的纵向延伸部的多个出口开口，冷却流体能够通过这些出口开口喷出；

b)位于所述分配器管一端处的、用于所述冷却流体的入口和位于另一端处的所述分配器管的封闭件，以及

c)用于连接冷却流体源并且给所述分配器管馈送所述流体的连接件；其中至少在所述分配器管的入口侧上，存在所述管的直径的变化区域，该区域从具有较小直径的区段开始变化，在流动方向上随后是具有较大直径的区段。

背景技术

在热轧结束时，有必要对离开热轧设备的金属带进行冷却。带在顶面和底面两者上都被冷却。特别地是，分配器管用于下部冷却，其设置有通常布置成一排的多个喷嘴。只有在长度和宽度上均匀的带冷却才能确保带具有优异的几何和机械质量。现有技术提供了范围广泛的分配器管，这些分配器管适于获得或多或少均匀的金属带冷却。US2018/0369887中描述的发明的发明人提出基于从金属带的平面度计接收到的数据来调整由冷却管提供的冷却。韩国专利KR100797247B使用阀组件在冷却期间改变冷却射流的压力。在国际专利申请WO2018/192968A1中，提出的解决方案是使用隔膜或板条沿着管的纵向延伸部减小喷嘴管段的面积。喷嘴的受控关闭涉及一个复杂的建议。在日本(JP61162223A)研发了一种双层管，在该双层管中，两个管都有孔，并且通过在一个管中同轴旋转另一个管来调整出口开口的尺寸。在GB2 529 072A中描述了另一种复杂的分配器管，该分配器管被呈现为具有双腔室，其中分流板布置在所述腔室内。从文献KR101431033B中已知另一种旋转管。JPS63 5810A和CN 109 092 911B示出了冷却集管，其中孔口沿管的纵向延伸部定位。

通常，现有技术的分配器管在入口区域具有减小的直径。典型的布局包括一个直径与位于带附近的另一个直径之间的过渡区域。然而，这种过渡可能是危险的，并且导致不利的流量分布。为了克服这个问题，已经提出了若干种解决方案，特别是针对分配器管入口侧，这些解决方案包括在具有较小直径的区段和具有较大直径的区段之间制备出锐角边缘，在一个区段和另一个区段之间制备出渐扩部，或插入第二管，即双层管，其表现出总压力的偏差很小，因此确保更好的均匀性。

在成本和效率方面，迄今为止公开的解决方案还不能完全令人满意，尤其是由于管内的流量和压力分布的不均匀性。此外，这种类型的解决方案希望尽可能少的零件，以降低冷却系统的生产成本。

发明内容

本发明的目的是克服上述缺点并且提出一种替代性的分配器管，该分配器管在结构上简单且便宜，同时在流体动力学方面优化效率特征，特别是在管内的均匀的流量和压力方面，从而关于在金属带的冷却期间到达带的冷却流体的量、温度、速度和压力方面，获得对金属带的均匀冷却。

该目的通过如开头描述的分配器管来实现，该分配器管的特征在于，在所述多个出口开口上游，在流动截面(flow section)的区域中设置孔板。有利地是，孔板延伸遍及分配器管的整个截面。

在本发明的优选实施例中，孔板位于具有较大直径的区段中。

与已经获得出口开口之间的改进的流动分布并且因此获得带的更均匀冷却的双层管解决方案相比，其中出口开口优选以喷嘴的形式构造，根据本发明的解决方案使用适用于各种不同的设备的更简单、更便宜且非常高效的设计来进行优化。在实验研究以及流动模拟(计算流体动力学(CFD)类型的研究)中，在小直径和大直径之间的过渡区附近安装的孔板显示出非常令人满意的流动分布曲线。

优选地是，孔板位于距最近的出口开口至少10cm的距离处。这种布局进一步改进了流体流动的均匀性。

在本发明的优选实施例中，孔板是设置有多个孔的板。该板优选地是具有分配器管截面的形状，通常为圆形，但是也可以想到其它形状。有利地是，孔的直径在5mm到10mm的范围内。孔的直径足以避免阻塞主歧管显然是很重要的。使用孔的三角形间距已经获得了优异的结果。有利地是，一个孔与最接近该孔的孔之间的间距被选择在7.5mm和15mm之间。术语间距是指两个相邻孔的中心之间的距离。

优选地是，自由表面，即各个冷却流体通道孔的表面的总和(即，上述总和对应于孔的数量乘以单个孔的表面)相对于在较大直径的区域中的分配器管的内表面在30％到40％的范围内。

在本发明的有利实施例中，管和孔板由相同材料制成。例如，在大多数应用中，符合ASME规范B31.3的孔板厚度≤3mm是足够的，在任何情况下，更厚的孔板也是合适的。例如，具有7个孔的5mm厚的孔板显示出良好的结果。孔板的直径随管直径而明显变化。

优选地是，离开分配器管的所述开口被布置在直线上。在本发明的一些实施例中，所述开口设置有小管，这些小管有利地是引导来自主歧管的冷却流体最初以基本垂直于分配器管的纵向延伸部的角度流出。然而，也可以想到相对于管成角度的开口，即小于90°的角度。

它们在具有更大压降Δp的开口(即喷嘴)的流动均匀性方面是有利的。增加和集中喷嘴处的压降导致喷嘴之间的流量变化较小，但需要在进入到歧管中的入口处施加更大的压力。

每个管的开口的数量可以取决于带的宽度而变化。对于大约1.5m到2m的管长度，有利的数字在22到32之间；也已成功使用具有更高数量的开口的设计。到达喷嘴入口的流量和总压力的均匀性被应用作为辨识所检查的歧管中的最佳设计的标准。

本发明的另一方面涉及一种优选用于扁平产品的热轧设备，该热轧设备在冷却区中包括用于输送待冷却的产品的辊子输送机，其中至少一个根据本发明的分配器管放置在所述辊子之间。采用这种布置，带在其底部被冷却。

根据本发明的工艺在本发明的另一方面中提供用于向分配器管馈送、特别是在根据本发明的设备中，其中冷却液从沿着管布置的所述多个开口离开，以喷射到新轧制出来的金属产品上，以从底部冷却所述金属产品。

在本发明的最后方面中，包括根据本发明的分配器管或设备的用途，用以冷却具有从2000到75的宽度/厚度比的带。上述两种带有长度单位(通常表示为mm)的尺寸的比率是无量纲的。

针对本发明的一个方面描述的特征可以经过必要修改后转移到本发明的其它方面。

所描述的本发明的实施例达到了本发明的预设目的。由于本发明的孔板，所提出的分配器管实现了与双层管类似的性能，其中双层管迄今为止一直被认为是在冷却均匀性方面的最佳解决方案，而所提出的分配器管是以不太复杂且更经济的方式实现的。孔板使下游的流动均匀，从而产生足够的、但不会过度的压降。

上述目的和优点将在描述本发明的优选实施例示例时进一步强调，以作为示例而非限制的方式考虑。

作为示例而非限制，参考附图，对分配器管、热轧设备、金属带的冷却工艺以及使用分配器管用于特定尺寸的带的优选实施例示例进行了描述。

在实践中，只要与具体用途相适应且未另行规定，所采用的材料以及尺寸、数量和形状可以根据需要而有所不同。此外，所有细节都可以用其它技术上等同的元件代替。

附图说明

图1在a)、b)和c)部分中示出了现有技术的分配器管，在d)部分中示出了根据本发明的分配器管。

图2以两个图表示出了图1中描绘的各种类型的分配器管的流量分布的比较。

图3示出了图1中不同类型分配器管的流量分布的比较。

图4示出了图1中不同类型分配器管的静压力分布的比较。

具体实施方式

在图3和图4中，用a)、b)、c)和d)指示的管对应于图1中用相关字母a)、b)、c)和d)限定的相关管。

图1在a)、b)和c)部分中示出了现有技术的分配器管100、200、300，而在d)部分中示出了根据本发明的分配器管400。所示的每个管分别具有入口102、202、302、402和封闭件104、204、304、404。沿着每个分配器管100、200、300、400的纵向延伸部，沿着直线设置有多个喷嘴106、206、306、406。在管的入口侧上，在从较小直径到较大直径的过渡区域中提供了不同的解决方案。现有技术提供锐角边缘108、渐扩部210或形成延伸整个主歧管的双层管312，由此流体首先行进通过内管312，然后沿着外管300和内管312之间的空间向内上升，然后离开喷嘴306。另一方面，根据本发明的解决方案提供的是将孔板414插入到分配器管中的具有较大直径的区域中。

图2以两个图表示出了图1中描绘的各种类型的分配器管的流量分布的比较。x轴表示沿分配器管的喷嘴的数量，y轴表示相对于平均体积流量而言以百分比表示的所涉及喷嘴上的体积流量(100％表示总歧管流量除以喷嘴总数)。图2a)的曲线a、b和c分别指示对于第一类歧管，对于现有技术变型a)到c)来说沿着管的总流量的趋势，而曲线d涉及根据本发明的孔板解决方案的体积流量的相对趋势。图中的流量通过最小二乘法衰减。渐扩部和孔板管的曲线类似，其中根据本发明的管略有优势，并且提供比锐角边缘管和双层管更好的体积流量分布。在图2b)中，对于另一种类型的歧管，双层管(曲线c)和根据本发明的分配器管(曲线d)之间存在相对比较，孔板解决方案是类似的并且比双层管略好。双层管对于最初几个喷嘴更均匀，而孔板管对于最后几个喷嘴更均匀。在这种情况下，关于压降方面的好处并不是那么重要，而是更简单的设计和更好的流量分布使孔板解决方案是优选的。图2a)和图2b)所示的c型歧管的不同曲线是由不同的线末端条件造成的。在图2a)的情况下，较小管中的速度较低，从而导致流动停止并且在到达较大管的盲端之前返回。在图2b)的情况下，较小管中的速度较高，从而汇聚在撞击该较宽管的盲端的流中。可以假设，小管中的速度越高，则封闭管的末端附近的流量分布越差，并且反之亦然，速度越低，则歧管中的总分布越好(尤其是封闭管的末端附近)。锐角边缘管的喷嘴中存在压力不均匀，而在其它管中，喷嘴中的压力非常均匀。

图3示出了图1的不同类型的分配器管中的流量分布的比较，其几何形状对应于图2a)的几何形状。根据本发明的管内的流量分布与锐角边缘管的管内流量分布类似，并且与渐扩部类似，而双层管的管内流量分布不同，其迫使大部分冷却液直线通过内管。流速随灰度变化：特别是高速是最淡的。在锐角边缘管和渐扩管的情况下，速度从第一个喷嘴到最后一个喷嘴减小，而在双层管中，速度在管之间的空间中比在内管中低，但沿着内管的长度方向相对均匀。在锐角边缘的情况下，在边缘附近产生再循环区，从而导致在最初几个喷嘴的区域中非常不利的流动分布。在孔板管中，整个管的速度相当均匀。

图4示出了图1的不同类型的分配器管中的静态压力分布之间的比较，这些分配器管具有相同几何形状，这是图2a)的结果的基础。较深的颜色对应于较高的压力。在锐角边缘管的情况下，管内的压力在最初几个喷嘴之后增加，以对其余喷嘴保持相当恒定。在渐扩管的情况下，压力相对于上述的管而言较低并且以从管的开始到末端按区域划分的方式下降。在双层管的情况下，内管内的压力略有下降，并且在内管和外管之间的区域中压力较低，但均匀。最后，在孔板管中，压力在孔板后立即显著下降，以在最初几个喷嘴后稳定在稳定的值上。

与渐扩管相比，孔板管的重要优点是：所提出的解决方案相对独立于主分配器的输入速度。在高输入速度下，渐扩管可能导致不利的分配，特别是在主分配器的初始区域中。孔板管相对于双层管的优势也来自于计算得到的入口压力和压力损失的比较，如下表1所示。

表1

*参考值。

在经济性方面比较双层管和孔板管解决方案，孔板管是有利的。对于参考图2b)的歧管来说，(与双层管相比)使用孔板产生超过2000公斤的ASTM A312 TP304钢的估计节省。假设这些管的指示性价格为5欧元/公斤，则使用孔板将导致节省超过10,000.00欧元的材料。

本发明已经实现了提出一种具有均匀流量分布、更简单的设计、经济利益和足够、但不过度的压降的分配器管的目的。

在实施期间，可以实施本文未描述的本发明的目的、即本发明的分配器管、热轧设备和冷却工艺的进一步的实施例修改或变型。如果此类修改或此类变型应落入所附权利要求书的范围内，则它们均应视为受本专利保护。

Claims (14)

1.一种用于冷却离开热轧机的金属产品的分配器管(400)，所述分配器管(400)包括：

(a)多个出口开口(406)，所述多个出口开口(406)沿着所述分配器管(400)的纵向延伸部，冷却流体能够通过所述多个出口开口(406)喷出；

(b)所述分配器管的入口(402)和封闭件(404)，其中所述入口(402)位于所述分配器管(400)的一端处，以用于所述冷却流体，所述封闭件(404)位于另一端处，

(c)连接件，所述连接件用于连接冷却流体源并且给所述分配器管(400)馈送所述冷却流体；

其中，至少在所述分配器管(400)的入口侧(402)上存在所述分配器管的直径变化的区域，所述区域从具有较小直径的区段开始变化，在流动方向上随后是具有较大直径的区段，

其特征在于，在所述多个出口开口(406)的上游，在流动截面的区域中存在孔板(414)，其中所述孔板(414)是具有多个孔的板。

2.根据权利要求1所述的分配器管(400)，其特征在于，所述板为圆形的。

3.根据权利要求2所述的分配器管(400)，其特征在于，所述孔的直径在5mm至10mm的范围内。

4.根据权利要求2或3所述的分配器管(400)，其特征在于，所述孔以三角形间距布置。

5.根据权利要求4所述的分配器管(400)，其特征在于，相邻孔之间的间距在7.5mm和15mm之间。

6.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，自由表面为所述冷却流体通过的各个孔的表面的总和，所述自由表面与所述分配器管的在所述较大直径的区段中的内表面相比在30％到40％的范围内。

7.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，所述出口开口(406)布置在直线上。

8.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，所述孔板位于所述具有较大直径的区段中。

9.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，对于1.5m到2m的管长度，出口开口(406)的数量在22到32之间。

10.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，所述孔板位于距最近的出口开口至少10cm的距离处。

11.根据前述权利要求1-3中的任一项所述的分配器管(400)，其特征在于，所述金属产品是钢带。

12.一种热轧设备，所述热轧设备在冷却区中包括用于输送待冷却的产品的辊子输送机，其中至少一个根据前述权利要求中的任一项所述的分配器管(400)放置在辊子之间。

13.根据权利要求1至11中的任一项所述的分配器管(400)的用途，用于冷却具有2000至75范围内的宽度与厚度比的钢带。

14.根据权利要求12所述的热轧设备的用途，用于冷却具有2000至75范围内的宽度与厚度比的钢带。