CN115605294A - 用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置 - Google Patents

Abstract

一种用于连续铸造金属产品(P)的机器(10)中的二次冷却装置(12)，其中，每个金属产品(P)被铸造、容纳并沿着运动轴线(X)被引导。所述二次冷却装置(12)包括多个冷却组件(G)，所述多个冷却组件(G)沿着连续铸造机器(10)一个接一个地顺序设置。每个组件(G)包括多个冷却单元(17)，每个冷却单元(17)设置有沿着运动轴线(X)设置的一个或多个喷嘴(18)。每个组件(G)的冷却单元(17)彼此相邻以覆盖至少等于可在连续铸造机器(10)中铸造的金属产品(P)的最大宽度的宽度。

Description

用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置

技术领域

本发明涉及一种用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置。

特别地，二次冷却装置在模具的出口处并且沿着位于其下游的辊路径作用在金属产品上。仅作为示例，铸造金属产品可以是大方坯，坯料，板坯或其它已知类型。

背景技术

众所周知，在连续铸造过程中，金属产品从液态到部分固态，在铸件本身下游的预定位置达到完全固态。在这些步骤中，金属产品的表层(在其内包含液态金属芯)逐渐变厚，直到其完全固化。

最初，通过与初级冷却装置进行热交换来控制从铸造金属产品中除去热量。初级冷却装置包括与模具(结晶器)的容纳壁相关联或集成的多个冷却通道。

然后，在结晶器的下游提供二次冷却装置，该二次冷却装置包括多个喷嘴，这些喷嘴散布有用于支撑和引导金属产品的辊，以及用于将一种或多种冷却流体供给到上述喷嘴的回路。

在二次冷却装置中介入的热交换机构是辐射仪和对流仪。

辐射仪是在不同温度下的两个表面之间发生热交换机构，例如在金属产品的表面和用于支撑和引导金属产品的辊的表面之间。

在这些类型的应用中以强制方式发生的对流仪是通过在待冷却的金属产品上输送一种或多种冷却流体(可能也是其混合物)来确定的。

喷嘴通常设置在支撑辊和导辊之间，以便将一种或多种冷却流体直接引导到金属产品上。为此目的，喷嘴可以设置成彼此间隔开，以覆盖(可能重叠)铸造金属产品的整个横向尺寸。此外，喷嘴可以输送具有不同形状的冷却流体的喷射流，这取决于待冷却的金属产品的类型。

通常，在连续铸造机中，喷嘴可以是仅使用水的类型，或者是使用水和空气的类型。

在仅输送水的喷嘴的情况下，水通过单个孔传送，或与其它孔配合传送，并喷射到铸造产品上。为了调节冷却，在这种情况下，改变喷嘴的水流速，从而实现确定的对流热交换效果。在专利文献WO2017/042059A1,WO2018/224304A1和US2019/0054520A1中描述了仅输送水的喷嘴的一些实例以及相应的控制方法。

在输送水和空气的喷嘴的情况下，空气的添加具有扩大喷嘴的调节范围的功能，允许在较宽的范围内调节水的流速。这种类型的喷嘴的一个缺点是涉及压缩空气的高消耗及用于其生产的相应能量成本，以及需要专用的管理部件来控制空气。

通常，喷嘴被分组成冷却单元，以便例如限定铸造产品的均匀冷却区域，并且同时简化用于供给喷嘴的回路的构造，这也可能由于所使用的冷却流体的数量和类型而变得非常复杂。

用于供给喷嘴的回路包括用于泵送冷却流体的装置，用于调节流量的一个或多个组件，以及管道系统；所述组件包括伺服阀，流量计和压力传感器，所述管道系统，也称为“互连管道”，将泵送装置和一个或多个调节组件流体连接到冷却单元。

通常相对于金属产品的中心轴线对称设置的冷却单元可以被分组成环状，也称为“回路”，并且由相应的流量调节组件控制，以便限定均匀的冷却区域。

通常，如果在铸造机器内存在“n”个冷却区域，则管道系统具有相等数量的管道，如果喷嘴输送水和空气，则管道系统可以加倍。此外，相应的流量调节组件与每个冷却区域相关联。

显然，由于管道系统的延伸，这种解决方案实现起来非常复杂，并且体积也非常庞大。此外，管理也是非常困难的，并且，由于部件的数量多，需要频繁的维护干预。

在其它已知的解决方案中，管道系统包括一个用于输送低压制冷剂流体的管道和另一个用于输送高压制冷剂流体的管道。两个管道都供给位于冷却单元上的阀块，并且构造成允许从低压到高压的通道，反之亦然。

尽管该解决方案允许仅使用两个进料管来管理大量的冷却区域，但它不允许控制由各个喷嘴或由各个冷却单元输送的流体的流速。

因此，需要改进用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置，以能够克服现有技术的至少一个缺点。

本发明的一个目的是提供一种用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置，其中可以以简单的方式实现冷却水的可变输送，并且具有不笨重且易于管理的装置。

本发明的另一个目的是提供一种二次冷却装置，其中用于供给冷却流体的管道系统具有有限的延伸范围。

本发明的另一个目的是提供一种二次冷却装置，其中流量调节组件是简单的并且包括有限数量的部件。

本发明的另一个目的是提供一种二次冷却装置，其需要有限的维护干预。

申请人已经设计，测试和实施了本发明以克服现有技术的缺点并获得这些和其它目的和优点。

发明内容

本发明在独立权利要求中阐述和表征。从属权利要求描述了本发明的其它特征或主要发明思想的变型。

根据上述目的，一种用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置，其中每个金属产品被铸造、容纳并沿着运动轴线被引导，该二次冷却装置包括多个冷却组件，这些冷却组件沿着连续铸造机器一个接一个地顺序设置。

如上所述的每个组件包括多个冷却单元，每个冷却单元设置有沿着运动轴线设置的一个或多个喷嘴。

每个组件的冷却单元彼此相邻地设置，以覆盖至少等于可以在连续铸造机器中铸造的金属产品的最大宽度的宽度。

根据本发明的一个方面，每个冷却单元的每个喷嘴包括两个或更多个孔，用于将制冷剂流体输送到待冷却的金属产品上。此外，一个喷嘴的一个孔与不同于同一喷嘴的其他孔的流体供给管线相关联。

同一冷却单元的不同喷嘴的同源孔与同一供给管线相关联。

该解决方案允许简单地通过启动连接到不同冷却单元和不同冷却组件的同源喷嘴的供给管线中的一个和/或其他几个来区分和调节在铸造产品的各个区域中，特别是在其宽度上的冷却流体的流速，以便使冷却动作适应于铸造产品的有效宽度和出现的瞬时需要。例如，可以容易地区分铸造产品的中心区域相对于其横向区域的冷却强度。

此外，该解决方案允许使用减少数量的用于供给流体的主导管，可以通过单个阀组件供给，例如设置单个供给流速的主伺服阀，然后通过选择性地开启/关闭各个冷却单元/组件的相应喷嘴来管理冷却流体到铸造产品上的输送流速的变化。

附图说明

本发明的这些和其它方面，特征和优点将从以下参照附图作为非限制性实例给出的一些实施例的描述中变得显而易见，其中：

图1示意性地示出了金属产品的连接铸造机器，其包括根据本文所述实施例的二次冷却装置；

图2示意性地示出了设置有八个冷却单元的冷却组件；

图3示意性地示出了根据本文所述实施例的二次冷却装置的可能结构；

图4示意性地示出了根据本文所述实施例的二次冷却装置的另一种可能的结构；

图5示意性地示出了喷嘴，其中输送孔是可见的；

图5a-5d示出了图5的输送孔的可能的变型；以及

图6是示出图2的冷却组件的工作模式的流速-压力曲线图，该冷却组件例如设有如图5b或图5c中的喷嘴。

为了便于理解，在可能的情况下，使用相同的附图标记来标识附图中相同的公共元件。应当理解，一个实施例的元件和特征可以方便地结合到其它实施例中，而无需进一步阐明。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各种实施例，在附图中示出了本发明的一个或多个示例。每个实施例都是为了说明本发明而提供的，不应被理解为对本发明的限制。例如，所示或所述的一个或多个特征，即使它们是一个实施例的一部分，也可以在其它实施例上改变或采用，或与其它实施例相结合，以产生其它实施例。应当理解，本发明应当包括所有这种可能的修改和变型。

在描述这些实施例之前，我们还必须阐明的是，本说明书的应用不限于如以下使用附图的描述中所描述的部件的构造和布置的细节。本说明书可以提供其它实施例，并且可以以各种其它方式获得或执行。我们还必须阐明这里使用的措辞和术语仅仅是为了描述的目的，而不能被认为是限制性的。

参照图1描述的实施例涉及一种用于连续铸造金属产品的机器，整体上用附图标记10表示。机器10被构造成连续铸造金属产品P，例如以大方坯，坯料或板坯的形式，或本领域已知的其它形式。

在铸造过程中，金属产品P首先通过初级冷却装置11冷却，然后通过二次冷却装置12冷却。

机器10包括浇注盘26和模具或结晶器14，所述浇注盘26能够接收盛装在钢水包13中的液态金属，所述液态金属通过模具或结晶器14。

初级冷却装置11直接与结晶器14相关联，而二次冷却装置12设置在结晶器14的下游。

二次冷却装置12包括辊道15，所述辊道15被构造成在结晶器14的出口处引导和容纳金属产品P，并例如通过辐射仪和传导仪从金属产品P中除去热量。

辊道15能够沿着运动轴线X支撑和移动铸造金属产品P，所述运动轴线X可以是弯曲的、直的或部分弯曲的和部分直的。

辊道15可以包括多个辊16，这些辊可以彼此适当地间隔设置，并且旋转轴线彼此平行且与运动轴线X正交。辊16构造成沿着铸造线将金属产品P引导到提取区域。

为此目的，位于金属产品P上方的辊16的旋转轴线可以位于与相对于位于金属产品P下方的辊16的旋转轴线所在的设置平面平行且间隔开的设置平面上。这样，辊16限定了一通路和牵引通道，铸造金属产品在所述通路和牵引通道内前进。

在可能的实施例中，辊16也可以相对于产品P横向设置，以便也沿着侧面引导产品P。

在该特定情况下，二次冷却装置12包括多个冷却组件G，这些冷却组件G沿着连续铸造机器10彼此顺序地设置。

特别参考图2-4中，每个冷却组件G可以包括多个冷却单元17，每个冷却单元17设置有沿着运动轴线X设置的一个或多个喷嘴18。

冷却单元17彼此相邻以覆盖一宽度，所述宽度至少等于可铸造到机器10中的金属产品P的最大宽度。

每个冷却单元17能够将至少一种制冷剂流体L的确定流速输送到金属产品P的特定区域上。冷却单元17可以与辊道15相关联，以与辊道15协作在输送中冷却金属产品P。

根据一些实施例，冷却单元17可以沿着垂直段并且也可以沿着弯曲段设置，并且可能在铸造线的水平段上设置，并且可以作用在金属产品P的底部和顶部上作用。可选地，冷却单元17也可以相对于金属产品P横向地作用。

冷却单元17可以根据所需的冷却曲线为金属产品P的上表面和下表面确定相同的冷却形态，或者它们可以确定不同的和独立的冷却形态。

根据一些实施例，每个冷却单元17的上述喷嘴18中的每一个包括两个或更多个孔19，以用于将制冷剂流体L输送到待冷却的金属产品P上，如图2-5所示。

特别地，一个喷嘴18的一个孔19与一个供给管线24相关联，区别于同一喷嘴18的其他孔19，如图5所示。此外，特别参考图2-3，同一冷却单元17的不同喷嘴18的同源孔19连接到相同的供给管线24。

此外，不同组件G的冷却单元17的同源孔19可以连接到相同的供给管线24。

在本说明书中和下文中，用术语“同源”来指孔19，意味着一个喷嘴18的一个孔19根据几何类比(例如根据位置)对应于另一冷却单元17和/或不同的冷却组件G的另一喷嘴18的一个孔19。

根据一些实施例，每个冷却单元17的喷嘴18，优选为两个至七个，可以沿着冷却单元17的展开的纵向轴线Y设置，如图2所示。

冷却单元17的喷嘴18可以优选地沿其纵向轴线Y对准，或者可以相对于纵向轴线Y交替地设置在一侧和另一侧上以限定棋盘构造，或者根据其它可能的构造。

冷却单元17被设置成使得喷嘴18作为整体以合适的方式沿运动轴线X的方向以及沿横向于运动轴线X的方向分布，以便保证金属产品P的任何区域的冷却。

根据一些实施例，通过打开或关闭与喷嘴18相关联的一个或多个供给管线24，同一喷嘴18的孔19彼此独立地供给。供给管线24可以构造成具有可变长度的管道，并且具有任何截面，每个截面直接或通过另一个分支与喷嘴18的孔口19连通。供给管线24还可以具有支撑喷嘴18的结构功能。

同一喷嘴18的孔19可具有相同面积的出口截面，如图5a-5c所示；或具有不同面积的出口截面，如图5d所示。每个孔19的出口截面的形状决定了制冷剂流体L的喷射流的形状，例如是叶片形状或锥形，或被认为适于冷却金属产品P的其它形状。

参考图2-4，二次冷却装置12还包括用于供给冷却单元17的供给回路21。供给回路21包括多个阀组件22，其中每个阀组件22与相应的冷却单元17相关联。每个阀组件22包括至少一个阀22a，用于同一冷却单元17的不同喷嘴18的每个同源孔19。

供给回路21连接到至少一个主供给导管25，主供给导管25被构造成将用于泵送制冷剂流体L的装置23流体连接到阀组件22。具体地说，每个主供给导管25包括单个截流装置30，其被构造成控制和可能地调节在至少一个主供给导管25中流向冷却单元17的制冷剂流体L的流速。

这里和下文中，通过“主供给导管25”，意味着一个或多个管道在一侧连接到泵送装置23而另一侧连接到阀组件22，阀组件22然后连接到单独的供给管线24。

每个阀22a通过相应的供给管线24连接到相应的冷却单元17的喷嘴18的同源孔19，并且可能连接到不同的冷却组件G的不同的冷却单元17。

根据一些实施例，为了将供给管线24的长度减小到最小，阀组件22可以直接附接到适当的冷却单元17，例如在头部位置。

每个阀22a可以是开/关型的，以允许或阻塞制冷剂流体L朝向孔19的通路。

根据一些实施例，阀组件22可以有利地被液压地或电动地致动，以便将电气部件保持在安全区域中，远离可能的与制冷剂流体L的相互作用。

在一种可能的构造中，其中喷嘴18的孔19都具有不同的出口截面，每个冷却单元17具有启动2ⁿ个可能的冷却模式的可能性，其中数字“2”表示两种运行可能性(开/关),“n”是每个喷嘴18包括的孔19的数量。另一方面，如果孔19都具有相同的出口截面，则可能的冷却模式是n+1。在这些值中包括可能的中间构造。

确定的冷却组件G的冷却单元17可以彼此独立地启动，因为它们中的每一个都由相应的阀组件22控制。

根据一些实施例，确定的冷却组件G的冷却单元17可以有利地相对于金属产品P的对称中心轴线对称地启动，以便限定对称和独立的冷却区域。

在图2所示的示意性示例中，限定了四个冷却区域A,B,C,D，它们相对于金属产品P的对称中心轴线对称，在这种情况下，该对称中心轴线对应于运动轴线X。考虑到存在单个截流装置30来控制流速，所有喷嘴18在相同的压力下工作。但是通过选择性地启动一定数量的孔19，可以在运输中的金属产品P的宽度和/或长度上获得不同的流速，并因此获得具有不同冷却效率的区域。例如，可以实现以下构造：

-区域A完全关闭(金属产品P比湿区域窄)，

-区域B提供低冷却流速(边缘)，仅开启区域B中存在的每个喷嘴18的第一孔19a和/或第二孔19b，

-区域C和D提供高冷却流速，因为它们位于金属产品P的中心；在这些区域中，所有三个孔口19a,19b,19c都是开启的。

图6中所示的曲线图示出了喷嘴18的压力/流速关系，例如在图5b或图5c中。这三条曲线是指一个，两个或三个功能孔19的构造。在该示例中，已经确定了两个冷却区(FR区域B和FR区域C和D)，但是理论上可以限定与该冷却组件G中的冷却单元17一样多的冷却区域。

根据一些实施例，每个冷却组件G通过其自身的主供给导管25以自主方式供给，所示主供给导管25将泵送装置23连接到冷却组件G，如图3所示。

根据其它实施例，两个或多个冷却组件G由同一的主供给导管25供给，所述主供给导管25通过相应的供给管线24将泵送装置23连接到冷却组件G，如图4所示。这种构造允许将主供给导管25的数量减少到最小，并因此允许简化二次冷却装置12的构造。

根据一些实施例，每个主供给导管25的截流装置30可以是例如伺服阀31。此外，还可以提供流量计和压力传感器的存在。

用于控制在主供给导管25中通过的制冷剂流体L的流速的单个伺服阀31的存在允许该特定冷却组件G的冷却单元17的所有喷嘴18以相同的压力输送制冷剂流体L。然而，如上所述，通过打开阀22a选择性地启动一定数量的孔19，可以使同一喷嘴18的输送部分化，从而获得具有不同冷却效率的不同流速。

根据一些实施例，二次冷却装置12可以包括控制和命令单元20，在所述控制和命令单元20中实现数学模型，所述数学模型被配置成以瞬时方式(punctual manner)估计金属产品P的表面温度。改变制冷剂流体L的流速，使得由数学模型估计的温度对应于期望的温度。

二次冷却装置12可以包括表面温度检测器，其能够允许验证金属产品P上的瞬时温度。

根据可能的实施例，表面温度检测器可以允许对制冷剂流体L的流速进行反馈控制。在这种情况下，表面温度检测器可以检测金属产品P的特定区域的温度，并向控制和命令单元20发送相应的操作信号，以便执行反馈控制，从而限定冷却单元17必须输送的制冷剂流体L的流速值。

控制和命令单元20可以被配置成接收一个或多个过程操作参数。所述过程操作参数可以选自包括如下的组：金属产品P的体积流速，在金属产品P上逐个区域检测的温度，金属产品P(或钢级)的化学组成，产品的形式，或被认为是特性的其它工艺参数。

控制和命令单元20还被构造成处理并向用于泵送制冷剂流体L的装置23发送操作命令信号，并且还将操作命令信号发送向至截流装置30以及阀组件22的阀22a，从而获得所需的冷却曲线。

根据一些实施例，制冷剂流体L可以是水，可能被处理。然而，不排除使用包括至少第一液体制冷剂流体(例如水)和至少第二气体形式制冷剂流体(例如空气)的制冷剂混合物。完全明显的是，制冷剂流体或混合物的使用可以确定对调节这些流体的泵送的系统的修改。

显然，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可以对迄今所述的用于连续铸造金属产品的机器中的二次冷却装置进行部件的修改和/或添加。

还清楚的是，尽管本发明已经参考一些具体的实施例进行了描述，但是本领域技术人员当然能够在用于连续铸造金属产品的机器中获得许多其它等效形式的二次冷却装置，其具有权利要求中所述的特征，因此所有这些都在其所限定的保护范围内。

在权利要求书中，括号中的引用的唯一目的是便于阅读，不能被认为是对在具体权利要求中要求保护的领域的限制因素。

Claims (10)

1.一种用于连续铸造金属产品(P)的机器(10)中的二次冷却装置(12)，其中，每个金属产品(P)被铸造、容纳并沿着运动轴线(X)被引导，所述二次冷却装置(12)包括：

-多个冷却组件(G)，所述多个冷却组件(G)沿着连续铸造机器(10)一个接一个地顺序设置，

-其中所述组件(G)中的每个包括多个冷却单元(17)，每个冷却单元(17)设置有沿着运动轴线(X)设置的一个或多个喷嘴(18),

-其中每个组件(G)的所述冷却单元(17)彼此相邻以覆盖至少等于可在连续铸造机器(10)中铸造的金属产品(P)的最大宽度的宽度，

其特征在于，

-每个冷却单元(17)的每个所述喷嘴(18)包括两个或更多个孔(19)，用于将制冷剂流体(L)输送到待冷却的金属产品(P)上，

-喷嘴(18)的一个孔(19)与用于供给制冷剂流体的管线(24)相关联，其不同于同一喷嘴(18)的其他孔，

-同一冷却单元(17)的不同的喷嘴(18)的同源孔(19)与同一供给管线(24)相关联；

并且其中，所述二次冷却装置(12)还包括用于供给所述冷却单元(17)的供给回路(21)，并且具有多个阀组件(22)，其中每个阀组件(22)与相应的冷却单元(17)相关联，所述供给回路(21)连接到至少一个主供给导管(25)，所述主供给导管(25)被构造成将泵送装置(23)流体连接到所述阀组件(22)；其中，所述至少一个主供给导管(25)包括单个截流装置(30)，所述截流装置(30)构造成控制在所述至少一个主供给导管(25)中朝向所述冷却单元(17)流动的制冷剂流体(L)的流速。

2.如权利要求1所述的二次冷却装置，其特征在于，不同的冷却单元(17)和不同的冷却组件(G)的不同喷嘴(18)的同源孔(19)与同一供给管线(24)相关联。

3.如权利要求1或2所述的二次冷却装置，其特征在于，每个阀组件(22)包括至少一个阀(22a)，用于同一冷却单元(17)的不同的喷嘴的每个所述同源孔(19)。

4.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，每个冷却组件(G)通过其自身的导管(25)自主地供给，所述导管(25)将所述泵送装置(23)连接到所述冷却组件(G)。

5.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述冷却组件(G)中的两个或更多个由将所述泵送装置(23)连接到所述冷却组件(G)的同一的主供给导管(25)供给。

6.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述截流装置(30)包括伺服阀(31)，所述伺服阀(31)构造成保证制冷剂流体(L)以相同的压力流向连接到与所述伺服阀(31)相关联的主供给导管(25)的冷却单元(17)。

7.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，每个喷嘴(18)可以根据包括在n+1和2ⁿ之间的多个冷却模式来启动，其中n是所述喷嘴(18)的孔(19)的数量。

8.如前述权利要求3至7中任一项所述的装置，其特征在于，每个阀(22a)是开/关型的。

9.如上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，确定的冷却组件(G)的冷却单元(17)可以彼此独立地启动。

10.如前述任一项权利要求所述的装置，其特征在于，确定的冷却组件(G)的冷却单元(17)可相对于所述金属产品(P)的对称中心轴线对称地启动，以便限定对称且独立的冷却区域。

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