CN118139702A - 用于快速基材冷却的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于金属加工系统(100)的冷却系统(104)和方法。冷却系统(104)包括冷却集管(114)、排放系统(118)、温度传感器(128)和控制器(130)。冷却集管(114)选择性地将冷却剂分配到金属基材(110)上，并且排放系统(118)从金属基材(110)移除受热的冷却剂。温度传感器(128)位于冷却集管(114)的下游并且检测金属基材(110)跨金属基材的宽度的温度分布。控制器(130)通信地耦合至冷却集管(114)和温度传感器(128)，并且控制器(130)至少基于检测的温度分布来控制冷却集管(114)。

Description

用于快速基材冷却的系统和方法

相关申请的参考

本申请要求2021年10月27日提交并且标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR RAPIDSUBSTRATE COOLING”的美国临时专利申请第63/263,092号的权益，所述美国临时申请的内容在此通过引用整体并入。

技术领域

本申请总体上涉及金属加工，并且更具体地，涉及用于在金属加工期间快速冷却金属基材的系统和方法。

背景技术

在金属加工期间，通过使金属基材穿过一对工作辊，可以使用轧制来减小金属基材(诸如铝、铝合金或各种其他金属的原料片材或条带)的厚度。根据最终金属产品的所需性质，金属基材可以被热轧、冷轧和/或温轧。热轧一般是指金属温度高于金属再结晶温度的轧制过程。冷轧一般是指金属温度低于金属再结晶温度的轧制过程。温轧一般是指金属温度低于再结晶温度但高于冷轧期间的温度的轧制过程。

退出轧机的最后工作台的金属基材的线速度通常受到金属基材退出轧机时的温度的限制，因为出口温度影响金属基材的材料性质和/或金属基材的卷材方面(诸如平整度)。以较高速度或压下量操作轧机可能导致来自轧机的工作辊的冷却无法移除足够的变形能以维持金属产品低于临界软化温度的情况，并且金属基材高于临界软化温度可能容易受到基材质量问题(诸如水渍、流挂或不平整)的影响。因此，轧机通常以降低的速度运行，但这种降低的速度限制了轧机的能力。

发明内容

由本专利覆盖的实施方案由以下权利要求而非本发明内容限定。本发明内容是对各种实施方案的高度概括，并且介绍了在以下具体实施方式部分中将进一步描述的一些概念。本发明内容并不意图标识所要求保护的主题的关键特征或本质特征，也不意图单独用于确定所要求保护的主题的范围。本主题应当通过参考本专利的整个说明书的适当部分、任何或所有附图和每项权利要求进行理解。

根据某些实施方案，用于金属加工系统的冷却系统包括冷却集管、排放系统、温度传感器和控制器。冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到金属基材上，并且排放系统包括被配置为移除由冷却集管分配的冷却剂的移除装置。温度传感器可以位于冷却集管的下游，并且温度传感器被配置为检测金属基材跨金属基材的宽度的温度分布。控制器通信地耦合至冷却集管和温度传感器，并且控制器被配置为至少基于检测的温度分布来控制冷却集管。

根据各种实施方案，冷轧机包括出口工作台和出口工作台下游的冷却系统。冷却系统包括冷却集管，所述冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到退出出口工作台的金属基材上。

根据一些实施方案，冷轧机包括出口工作台和出口工作台下游的冷却系统。冷却系统包括冷却集管，所述冷却集管包括多个喷嘴。多个喷嘴中的每个喷嘴被配置为选择性地将冷却剂分配到退出出口工作台的金属基材上。冷却系统还包括控制器，所述控制器与冷却集管通信地耦合并且被配置为单独地控制多个喷嘴中的每个喷嘴。

本文中描述的各种实施方式可以包括附加的系统、方法、特征以及优点，它们不一定能够在本文明确地公开，但对于本领域的普通技术人员而言在审阅以下具体实施方式和附图之后将是显而易见的。意图所有此类系统、方法、特征和优点包括在本公开内并且受到随附权利要求的保护。

附图说明

本说明书参考以下附图，其中在不同附图中使用相同附图标记意图示出相同或类似的部件。

图1是根据实施方案的具有冷却系统的金属加工系统的示意图。

图2是根据实施方案的具有冷却系统的金属加工系统的示意图。

图3是根据实施方案的具有冷却系统的金属加工系统的透视图。

图4示出了图3的金属加工系统和冷却系统，为了清楚起见省略了金属基材。

图5示出了根据实施方案的具有冷却系统的金属加工系统。

图6示出了图5的金属加工系统的一部分。

图7示出了根据一个实施方案的冷却特征。

图8示出了根据一个实施方案的冷却特征。

图9示出了根据一个实施方案的冷却特征。

具体实施方式

此处具体描述了本公开的实施方案的主题以满足法定要求，但是这种描述不一定意图限制权利要求的范围。所要求保护的主题可以以其他方式体现，可以包括不同的元件或步骤，并且可以与其他现有或将来的技术结合使用。本描述不应被解释为暗示各种步骤或元件当中或之间的任何特定次序或布置，除非明确描述各个步骤的次序或元件的布置。诸如“向上”、“向下”、“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“前部”和“后部”等的方向参考意图指代在提及部件和方向的一个(或多个)图中示出和描述的取向。

本文描述的是用于在金属加工期间冷却诸如铝或铝合金的金属基材的冷却系统和方法。金属加工系统可以包括但不限于热轧机、冷轧机和温轧机。因此，虽然以下描述涉及冷轧机，但本文描述的实施方案不限于此类金属加工系统并且可以根据需要用于各种其他类型的金属加工系统。此外，实施方案不限于在铝或铝合金上使用，而是可以与任何期望的金属一起使用，包括但不限于，例如，基材可以包括钢、钢基材料、镁、镁基材料、铜、铜基材料或任何其他合适的金属。

在一些方面，用于金属加工系统(诸如冷轧)的冷却系统位于轧机的最后(或出口)工作台的下游。在各个方面，冷却系统位于轧机的最后工作台和金属加工系统的复卷机之间，并且可以用于在复卷机处卷绕之前控制金属基材的出口温度。

冷却系统可以包括冷却集管、排放系统、一个或多个温度传感器以及控制器。冷却集管可以包括一个或多个喷嘴，并且一个或多个喷嘴中的每一者可以被独立地控制，使得可以选择性地控制冷却剂跨金属基材的宽度的冷却分布。冷却集管可以选择性地将冷却剂作为超细雾或微粉化液滴分配到金属基材上。在某些示例中，为了最大化来自冷却剂的冷却的持续时间和/或量，冷却集管可以靠近轧机的最后工作台定位。在各个方面，冷却集管可以靠近最后工作台定位以最大化允许的冷却剂蒸发时间。另外，将冷却集管靠近辊放置可减少由于高速表面产生的层流气流(例如，因为层流气流需要时间加速)而导致冷却效率降低的机会。

排放系统包括一个或多个移除装置，所述一个或多个移除装置在冷却剂已从冷却集管分配之后移除冷却剂并从金属基材移除至少一些热量。在某些方面，一个或多个移除装置定位在冷却集管下游的预定距离处。预定距离可以可选地对应于以预定线速度下冷却的持续时间。可选地，预定线速度可以是最大线速度，但是在其他示例中不需要如此。在一些非限制性示例中，最大线速度可以是约1800m/min，但是根据需要并且如下面详细讨论的，其可以是其他线速度。另外或替代地，预定距离可以可选地对应于以从冷却集管分配冷却剂的预定速率下的冷却剂的冷却或热传递的量。在其他示例中，一个或多个移除装置可根据需要相对于冷却集管定位。

一个或多个温度传感器可定位在冷却集管的下游和/或可选地定位在冷却集管的上游。每个温度传感器可以检测金属基材跨金属基材的宽度的温度分布。控制器可通信地耦合至一个或多个温度传感器和冷却集管。在各种示例中，控制器可基于来自一个或多个温度传感器的检测的温度分布来控制冷却集管，使得冷却集管提供期望的冷却分布。可选地，冷却分布可以是预定线速度下的冷却量，使得金属基材的出口温度处于或低于金属基材的临界软化温度和/或金属基材的期望卷绕温度。在一些情况下，预定线速度可以是1800m/min，但是在其他示例中不需要如此。临界软化温度是金属基材开始过热并且变得容易受到诸如不平坦、水渍等表面问题影响的温度。在各种示例中，临界软化温度可以取决于金属基材的材料成分和/或金属基材的规格。

图1示出了根据各种实施方案的金属加工系统100的示例，所述金属加工系统包括轧机103的至少一个工作台102以及冷却系统104。在图1的示例中，轧机103是冷轧机，但是在其他示例中，轧机103可以根据需要是温轧机和/或热轧机。虽然示出了单个工作台102，但是应当理解，在其他示例中，轧机103可以包括多个工作台102，诸如两个工作台102、三个工作台102、四个工作台102或任何其他期望数量的工作台102。工作台102包括一对竖直对齐的工作辊108A-B。在图1的示例中，工作台102还包括支撑工作辊108A-B的支撑辊106A-B。在其他示例中，工作台102还可以包括中间辊。辊缝105限定在工作辊108A-B之间，并且诸如铝或铝合金片材的金属基材110沿加工方向(由箭头107表示)沿着轧制线穿过辊缝105。在各种示例中，工作台102是轧机103的最后工作台或出口工作台，并且退出工作台102的金属基材110在用复卷机将其卷绕为卷材112之前被传递到冷却系统104。图1示出了金属基材110以上卷绕配置被卷绕成卷材112，但是应当理解，在其他示例中，金属基材110可以以下卷绕配置进行卷绕(参见图2)。

冷却系统104包括冷却集管114、排放系统118、温度传感器128和控制器130。在各种示例中，并且如图1所示，冷却系统104可以位于出口工作台102和形成金属基材110的卷材112的复卷机之间。

在金属基材110已经退出工作台102之后，冷却集管114可以选择性地将冷却剂116分配到金属基材的表面上。冷却剂116可以是用于从金属基材110移除热量的各种合适的材料。作为一个非限制性示例，冷却剂116可以是水或冷却气体，但是可以利用其他合适的冷却剂。在一个非限制性示例中，冷却集管114可以是雾化喷射集管，但是可以使用各种其他合适类型的集管。在各种示例中，为了最大化允许的冷却剂蒸发时间，冷却集管114可定位在轧机103的工作台102的下游并靠近工作台。在各种示例中，冷却集管114定位在金属基材110的轧制线的一侧上。在图1的示例中，冷却集管114定位在金属基材110的轧制线上方，但是在其他示例中，冷却集管114可定位在金属基材110的轧制线下方。在各种示例中，冷却集管114定位在金属基材110的轧制线的与卷材112相对的一侧上。例如，在图1所示的上卷绕配置中，冷却集管114定位在金属基材110的轧制线上方，而在下卷绕配置中，冷却集管114可定位在金属基材110的轧制线下方(参见图2)。在各种示例中，将冷却集管114定位在轧制线的一侧上(并且可选地在与卷材112相对的一侧上)可以使用于加热和从金属基材110移除冷却剂的时间量最大化。在其他示例中，喷射集管可以定位在金属基材的两侧上。

冷却集管114可以可选地包括一个或多个喷嘴，所述一个或多个喷嘴共同跨金属基材110的宽度(或宽度的一部分)延伸。喷嘴被配置为将冷却剂分配为微粉化液滴或超细雾，并且可以是用于将冷却剂分配为微粉化液滴或超细雾的各种合适类型的喷嘴。不受任何理论的束缚，据信微粉化液滴增加了冷却剂的传热效率(并且因此增加了冷却速率)，在金属基材110上提供了更均匀的冷却剂分布，并且减少了当温度高于冷却剂沸点的材料浸没或与冷却剂接触时可能发生的莱顿弗罗斯特效应。在其他实例中，微粉化液滴可以在小于约1800m/min的线速度下提供改进的热传递。

在一些实施方案中，并且如以下示例中所讨论的，金属加工系统100可以使用各种其他技术或方法来分配冷却剂以克服莱顿弗罗斯特效应。在此类实施方案中，金属加工系统100和/或冷却系统104包括一个或多个冷却特征，所述一个或多个冷却特征修改(例如，增加或降低)冷却剂的莱顿弗罗斯特点以最小化或防止在这些温度下和/或在将金属基材从第一温度冷却至低于第一温度的第二温度时的莱顿弗罗斯特效应。在一些非限制性示例中，冷却特征可以将莱顿弗罗斯特点修改为高达约500℃，但是在其他实施方案中，可以根据需要将其控制到其他温度。这样的冷却特征可以包括但不限于控制冷却剂液滴尺寸、提供冷却剂和/或金属基材的电荷、和/或提供金属基材的预定表面几何形状。在某些方面，冷却特征可以修改莱顿弗罗斯特点以减少和/或防止在金属基材处于前述温度和/或从第一温度冷却到低于第一温度的第二温度时蒸气层的形成。

在一些实施方案中，可以控制冷却特征中的一个或多个以增加冷却剂的莱顿弗罗斯特点。在这样的实施方案中，增加的莱顿弗罗斯特点可以允许液体冷却剂通过在较高温度下的核态沸腾来快速冷却金属基材并且减少其中发生不利的相变的时间窗口。增加的莱顿弗罗斯特点还可以允许使用更少体积的液体来淬火以实现期望的冷却速率。在各种实施方案中，可以在金属加工期间选择性地控制冷却特征，使得提高淬火效率，同时减少获得期望的金属基材温度所需的冷却剂的总体积。在一些方面，与传统冷却系统相比，具有冷却特征的冷却系统104可以促进金属基材的快速冷却。冷却特征可以通过控制分配在金属基材上的冷却剂的量来最小化和/或防止诸如不平坦、水渍等的金属基材问题。此外，此类方法可以通过确保液体冷却剂经历核态沸腾而不是悬浮在金属基材表面上的蒸气层上方来减轻莱顿弗罗斯特效应对冷却的破坏性影响。

在一个非限制性示例中，金属加工系统100可以形成具有减小尺寸的冷却剂液滴，诸如从约400μm至500μm，诸如约300μm，诸如小于或等于100μm。金属加工系统100可根据需要使用各种技术或系统形成具有减小尺寸的液滴，包括但不限于将冷却剂与空气混合、超声技术、通过小物理孔提供冷却剂、使用旋转盘、使用振动、其各种组合、或根据需要的其他技术或系统。图7示出了具有微粉化液滴701的金属基材110的示例，所述微粉化液滴能够到达金属基材110的表面而不悬浮在蒸气层上方。在一些情况下，由于微粉化液滴701的体积和表面轮廓减小，无法形成能够承载较大体积水的蒸气层，并且微粉化液滴701能够冷却金属基材110的表面。

在另一个非限制性示例中，金属加工系统100在施加冷却剂时可以使用非中性电荷。在这样的示例中，金属加工系统100可以在使用冷却系统304将冷却剂施加到金属基材110之前在金属基材110的表面上感应出电荷，并且施加到金属基材110的冷却剂可以具有与金属基材110表面上的电荷相反的电荷。图8示出了当冷却特征包括冷却剂801的非中性电荷803时的金属基材110和金属基材110的表面的相反非中性电荷805的示例。在一个非限制性实施方案中，可以通过在施加到金属基材110之前使冷却剂通过静电感应装置来在冷却剂801中感应出非中性电荷803。替代地，冷却剂801可以是天然存在的极性流体，其中整个冷却剂801中存在净电荷。可通过静电感应装置、施加电场或其中电荷可保持存在于金属基材110的表面边界处的任何其他方法或方法的组合而在金属基材110中感应出非中性电荷805。在一些情况下，电荷805可以在将金属基材110接收到冷却系统104中之前被感应出来，或者可以在冷却时施加。在图8中，冷却剂801的电荷803是负的并且金属基材110的表面的电荷805是正的，但是存在电荷分布相反的实施方案。在这些实施方案中，在冷却剂电荷803和金属基材电荷805之间形成的吸引力修改冷却剂801的莱顿弗罗斯特点，从而改变所捕获的蒸气层形成的温度。

在又一个非限制性示例中，金属加工系统100可以使用金属基材110的表面几何形状来修改冷却剂的莱顿弗罗斯特点。在这样的示例中，可以在将冷却剂施加到金属基材110之前使用各种技术修改金属基材110的表面几何形状(例如，粗糙度、表面轮廓、平坦度分布等)。图9示出了当冷却特征包括金属基材110上的表面纹理907时金属基材110的示例。在该实施方案中，表面纹理907提供金属基材110的粗糙度轮廓，所述粗糙度轮廓可使其有助于破坏当金属基材110在冷却剂901的莱顿弗罗斯特点之上并且没有表面修改时可能形成的蒸气层。金属基材110的表面可以在冷却之前的任何点使用各种手段或技术来修改，包括但不限于纹理辊、施加磨损或不受本公开限制的其他手段。这些修改可以发生在冷却系统104上游的点处。在这些示例中，有助于减轻莱顿弗罗斯特效应的改变的表面性质或几何形状包括但不限于粗糙度、微谷的分布和/或其他改变表面积的修改。在某些实施方案中，修改表面几何形状可以通过为冷却剂901产生更大量的表面积来与金属基材110界接来减轻莱顿弗罗斯特效应的影响。在一些情况下，表面轮廓允许向下的表面张力克服向上的蒸气层的一些影响，从而导致所需的核态沸腾，并因此快速冷却。

前面的示例是出于说明性目的而提供的，并且不应被视为限制，因为在其他实施方案中可以根据需要使用其他技术。此外，冷却系统104不一定需要使用任何前述技术来将冷却剂分配到金属基材110上。

如下文详细讨论的，冷却集管114的每个喷嘴可以由控制器130独立地控制以提供期望的冷却分布。

返回参考图1和图2，排放系统118定位在冷却集管114的下游。在一些可选的示例中，排放系统118距冷却集管114下游预定距离，所述预定距离对应于预定线速度下的期望冷却速率和/或冷却持续时间。在其他示例中，排放系统118可根据需要定位在相对于冷却集管114的各种距离处。

排放系统118包括定位在金属基材110的轧制线下方的移除装置120。在一些情况下，移除装置120与冷却集管114位于轧制线的同一侧上，但是在其他示例中不需要如此。在图1的示例中，移除装置120和冷却集管114定位在轧制线的相对侧上。移除装置120可以是各种合适的装置，其可以选择性地产生吸力或真空力(由箭头124表示)，所述吸力或真空力在冷却剂已被金属基材110加热之后聚集或以其他方式收集冷却剂。在一个非限制性示例中，移除装置120可以是真空吸嘴和/或真空系统。在某些实施方案中，移除装置120可以是至少3500CFM真空，诸如4000CFM真空，但是在其他实施方案中，流过真空系统的空气可以根据需要是其他速率。在一些非限制性示例中，真空还可以有助于金属基材110的冷却。在其他情况下，可以利用其他合适的移除装置120。在一个非限制性示例中，冷却剂是水，并且移除装置120被配置为以蒸汽的形式移除受热的冷却剂。移除装置120的尺寸可被设计为跨金属基材110的宽度(或宽度的一部分)延伸，使得受热的冷却剂可以跨金属基材110的宽度(或宽度的一部分)被移除。

排放系统118可选地包括移除装置122。在各种情况下，移除装置122可以位于金属基材110的轧制线上方。在各个方面，移除装置122靠近顶表面以移除可能位于金属上的任何残余冷却剂。可选地，可以在底侧设置一个或多个边缘移除装置(诸如鼓风机或其他合适的装置)以防止任何顶表面冷却剂包覆在金属边缘周围并弄湿底侧。与移除装置120相比，移除装置122可以是任何合适的装置，其可以选择性地在冷却剂上产生指导力或引导力(由箭头126表示)，所述指导力或引导力至少引导冷却剂离开金属基材110并且可选地朝向移除装置120。在一个非限制性示例中，移除装置122是空气增流器或鼓风机，但是可以利用其他合适的移除装置。在一些情况下，移除装置122可以与移除装置竖直对齐，但是在其他示例中不需要如此。

如图1所示，温度传感器128可以位于冷却集管114的下游。温度传感器128适于在加工期间检测金属基材110跨金属基材110的宽度的温度分布。温度传感器128可以根据需要定位在金属基材110的轧制线的任一侧上。如果使用多于一个温度传感器128，则其可以定位在金属基材110的轧制线的同一侧上或相对侧上。

控制器130通信地耦合至温度传感器128并从温度传感器128接收检测的金属基材110的温度分布。控制器130还通信地耦合至冷却集管114。在各种示例中，控制器130可以基于检测的温度分布来控制冷却集管114和/或使得冷却集管114根据冷却分布来分配冷却剂。在一些情况下，控制器130可通过将来自温度传感器128的检测的温度分布与预定温度分布进行比较来确定冷却分布。可选地，预定温度分布可以是金属基材110的临界软化温度和/或金属基材的期望卷绕温度，但是在其他示例中不需要如此。在各种示例中，冷却分布可对应于冷却剂以预定线速度提供的冷却速率或冷却量。在各个方面，预定线速度是与典型线速度相比增加的线速度。在一些非限制性示例中，典型的线速度可以小于或等于约1550m/min，并且增加的线速度可以是大于约1550m/min的线速度，诸如约1800m/min。在其他示例中，预定线速度可以小于约1800m/min或大于约1800m/min。在各个方面，可以通过单独地控制来自一个或多个喷嘴的冷却剂的喷射模式、跨金属基材110的宽度分配的冷却剂的喷射模式、来自一个或多个喷嘴的冷却剂的流率、从一个或多个喷嘴分配冷却剂的持续时间、激活或打开一个或多个喷嘴中的多少个喷嘴、或根据需要的其他合适的特性或控制中的一者或多者来控制冷却分布。因此，控制冷却集管114使得冷却剂根据冷却分布进行分配可以包括控制冷却集管114的喷嘴中的一个或多个中的空气压力、控制冷却集管114的一个或多个喷嘴的冷却剂(或水)压力、控制来自冷却集管114的一个或多个喷嘴的冷却剂的流率、控制分配冷却剂的持续时间、单独地控制一个或多个喷嘴的喷射模式、控制跨金属基材110的宽度的喷射模式、控制一个或多个喷嘴中的多少个喷嘴被激活或打开、或各种其他合适的控制中的一者或多者。在一个非限制性示例中，冷却集管114可被控制为使得冷却剂的流率为至少50升/分钟，诸如55升/分钟，但是在其他示例中，流率可根据需要进行调节。在一些可选的示例中，冷却集管可用于基于来自成型辊的平坦度输入来校正紧边问题。

图2示出了根据各种实施方案的具有轧机103和冷却系统204的金属加工系统200。与金属加工系统100相比，金属基材110以下卷绕配置卷绕。

冷却系统204基本上类似于冷却系统104，除了冷却系统204包括位于金属基材110的轧制线下方并且在轧制线的与移除装置120同一侧上的冷却集管114之外。与冷却系统104相比，冷却系统204还包括温度传感器232，所述温度传感器基本上类似于温度传感器128但位于冷却集管114的上游。在各种情况下，控制器130可以通信地耦合至温度传感器232并且可以至少部分地基于来自温度传感器232的检测的温度分布来控制冷却集管114。作为一个非限制性示例，温度传感器232可以在金属基材110退出工作台102之后且在用冷却系统204冷却之前检测跨金属基材的宽度的温度分布。在该示例中，控制器130可将来自温度传感器232的检测的温度分布与来自温度传感器128的检测的温度分布进行比较，以确定来自冷却集管114的冷却剂提供的实际冷却速率。在一些情况下，控制器130可以基于实际冷却速率和期望冷却速率之间的差异来控制冷却集管114(例如，使得金属基材具有期望的温度分布)。

图3和图4示出了根据各种实施方案的具有轧机303和冷却系统304的金属加工系统300。轧机303基本上类似于轧机103并且包括具有工作辊308A-B和中间辊306A-B的至少一个工作台302。如图3最佳所示，工作台302包括冷却剂容纳箱340，所述冷却剂容纳箱可收集可被引导到中间辊306A-B上的任何冷却剂，以限制或防止冷却剂接触金属基材310。与金属加工系统200类似，由金属加工系统300加工的金属基材310以下卷绕配置卷绕以形成金属基材310的卷材312。

冷却系统304基本上类似于冷却系统204并且包括冷却集管314、具有移除装置320和移除装置322的排放系统318、以及位于冷却集管314下游的温度传感器328。如三角形334所表示的，温度传感器328可以检测金属基材310跨金属基材310的宽度的温度分布。尽管未在图3和图4中示出，但冷却系统304还包括与冷却集管314和温度传感器328通信地耦合的控制器。与冷却系统204相比，冷却系统304不包括冷却集管314上游的温度传感器。

如图4最佳所示，冷却集管314可以包括多个喷嘴336，并且冷却集管314的尺寸被设计成跨金属基材310的宽度延伸。喷嘴336的数量、类型和布置不应被认为是限制性的。在各个方面，冷却系统304的控制器可以独立地控制每个喷嘴336，使得冷却集管314提供期望的冷却分布。在其他示例中，冷却系统304的控制器可以结合另一喷嘴336来控制至少一个喷嘴336。

参考图3和图4，排放系统318的移除装置320是真空吸嘴，并且排放系统318的移除装置322是鼓风机。如图4最佳所示，移除装置322的尺寸被设计成跨金属基材310的宽度延伸。

在一些可选的示例中，冷却系统304包括与排放系统318和冷却集管314流体连通的再循环系统338。在这些示例中，由排放系统318收集的冷却剂可以被处理或以其他方式准备用于由再循环系统338进行后续冷却，并且再循环系统338可以将处理过的冷却剂再循环回到冷却集管314。

图5和图6示出了根据各种实施方案的具有轧机303和冷却系统504的金属加工系统500。冷却系统504基本上类似于冷却系统304并且包括冷却集管514、具有移除装置520的排放系统518、以及位于冷却集管514下游的温度传感器328。类似于冷却系统304，冷却系统504可以包括与冷却集管514和温度传感器328通信地耦合的控制器。

类似于冷却集管314，冷却集管514可以包括多个喷嘴536，并且冷却集管514的尺寸被设计成跨金属基材310的宽度延伸。喷嘴536的数量、类型和布置不应被认为是限制性的。在一些方面，喷嘴536与喷嘴336相比可以是不同的样式和/或类型，但是在其他实施方案中其不需要如此。类似于冷却系统304，冷却系统504的控制器可以根据需要控制喷嘴536，包括彼此独立地控制，或者可以联合地控制喷嘴。

与冷却系统304相比，冷却集管514和移除装置520之间的距离被减小和/或最小化。与移除装置320类似，移除装置520是真空吸嘴，所述真空吸嘴可选地可以跨金属基材310的宽度延伸。与移除装置320相比(其中装置320的开口直接面向上)，移除装置520包括接收部分521，所述接收部分在金属基材310的行进方向上伸长并且可选地靠近冷却集管514以增加冷却剂的收集，所述冷却剂可以是蒸汽的形式。在某些方面，冷却系统504可以避免和/或最小化金属基材310的边缘处的冷却，以最小化或减少在金属基材310中产生紧边的可能性，所述紧边可能导致条形断裂。

还提供了一种利用冷却系统来控制金属基材的温度的方法。虽然将参考冷却系统104，但是应当理解，以下描述适用于本文描述的任何冷却系统，以及本公开的精神内的其他冷却系统。

在各种示例中，控制金属基材110的温度的方法包括在冷却系统204处接收金属基材110并且金属基材110以预定线速度移动。在一些可选的示例中，预定线速度可以是约1800m/min，但是在其他示例中不需要如此。所述方法可以包括检测金属基材110跨金属基材110的宽度的温度分布。在各种示例中，所述方法可以包括将检测的温度分布与预定或期望的温度分布进行比较。在各种示例中，预定或期望的温度分布是小于或等于金属基材110的临界软化温度和/或金属基材的期望卷绕温度的温度分布，但是在其他示例中不需要如此。

在某些方面，所述方法可以包括基于检测的温度分布与预定或期望的温度分布之间的差异来确定冷却集管114的冷却分布。所述方法可以包括控制冷却集管114，使得冷却集管114根据冷却分布提供冷却剂，并且使得冷却剂冷却金属基材110以在预定线速度下具有预定或期望的温度分布。在一些情况下，控制冷却集管114可以包括单独地控制来自一个或多个喷嘴的冷却剂的喷射模式、跨金属基材110的宽度分配的冷却剂的喷射模式、来自一个或多个喷嘴的冷却剂的流率、从一个或多个喷嘴分配冷却剂的持续时间、打开一个或多个喷嘴中的多少个喷嘴、或根据需要的其他合适的特性或控制中的一者或多者。

下文提供了根据本文描述的概念的示例性实施方案的集合，包括被明确列举为提供对各种示例实施方案的附加描述的“例示”的至少一些实施方案。这些例示并不意味着是相互排斥的、穷尽的或限制的；并且本公开不限于这些示例性例示，而是涵盖在所提出的权利要求及其等效形式的范围内的所有可能的修改和变化。

例示1.一种用于金属加工系统的冷却系统，所述冷却系统包括：冷却集管，所述冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到金属基材上；位于所述冷却集管下游的排放系统，其中所述排放系统包括移除装置，所述移除装置被配置为移除由所述冷却集管分配的冷却剂；位于所述冷却集管下游的温度传感器，其中所述温度传感器被配置为检测所述金属基材跨所述金属基材的宽度的温度分布；以及控制器，所述控制器通信地耦合至所述冷却集管和所述温度传感器，其中所述控制器被配置为至少基于检测的温度分布来控制所述冷却集管。

例示1a.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管是雾化喷射集管。

例示2.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，并且其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线的相对侧上。

例示3.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，并且其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线的同一侧上。

例示4.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线下方。

例示5.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述排放系统的所述移除装置被配置为产生真空力。

例示6.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述排放系统的所述移除装置是第一移除装置，并且其中所述排放系统还包括位于所述冷却集管下游的第二移除装置。

例示7.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述第一移除装置是真空装置，并且其中所述第二移除装置是鼓风机。

例示8.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管、所述第一移除装置和所述第二移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，其中所述冷却集管和所述第一移除装置位于所述轧制线的第一侧上，并且其中所述第二移除装置位于所述轧制线的与所述第一侧相对的第二侧上。

例示9.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述第一移除装置位于所述轧制线下方，并且其中所述第二移除装置位于所述轧制线上方。

例示10.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述第二移除装置与所述第一移除装置竖直对齐。

例示11.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却集管包括多个喷嘴，并且其中所述多个喷嘴中的每个喷嘴由所述控制器独立地控制。

例示12.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述温度传感器是第一温度传感器，并且其中所述冷却系统还包括位于所述冷却集管上游的第二温度传感器。

例示13.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其还包括平坦度传感器，所述平坦度传感器被配置为检测所述金属基材跨所述金属基材的宽度的平坦度分布，其中所述控制器通信地耦合至所述平坦度传感器并且被配置为至少基于检测的平坦度分布来控制所述冷却集管。

例示14.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述控制器还被配置为：确定金属基材的期望的出口温度分布；从所述温度传感器接收所述检测的温度分布；基于所述期望的出口温度分布和所述检测的温度分布来确定所述冷却剂在预定线速度下的冷却分布；以及控制所述冷却集管，使得所述冷却集管根据所述冷却分布分配所述冷却剂。

例示15.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述期望的出口温度分布是所述金属基材的卷绕温度。

例示16.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中控制所述冷却集管包括控制跨所述金属基材的所述宽度的喷射模式或来自所述冷却集管的所述冷却剂的流率中的至少一者。

例示17.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述期望的出口温度分布是预定的。

例示18.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述控制器被配置为至少部分地基于所述金属基材的材料成分来确定所述期望的出口温度分布。

例示19.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述预定线速度是约1800m/min。

例示20.一种金属加工系统，其包括：轧机的出口工作台；以及根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统，其中所述冷却系统位于所述出口工作台的下游。

例示21.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的金属加工系统，其中所述冷却集管靠近所述出口工作台定位。

例示22.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的金属加工系统，其中所述排放系统位于所述冷却集管下游预定距离，并且其中所述预定距离基于所述金属基材在所述金属基材退出所述出口工作台的预定线速度下的期望冷却速率。

例示23.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的金属加工系统，其中所述控制器还被配置为：在卷绕之前确定金属基材的期望的出口温度分布；从所述温度传感器接收所述检测的温度分布；基于所述期望的出口温度分布和所述检测的温度分布来确定所述冷却剂在预定线速度下的冷却分布；以及控制所述冷却集管，使得所述冷却集管根据所述冷却分布来分配所述冷却剂。

例示24.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的金属加工系统，其中所述预定线速度是约1800m/min。

例示25.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的金属加工系统，其中所述轧机是冷轧机。

例示26.一种使用根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷却系统来冷却金属基材的方法，所述方法包括：从所述温度传感器接收所述检测的温度分布；基于卷绕之前所述金属基材的期望的出口温度分布和所述检测的温度分布来确定所述冷却剂在预定线速度下的冷却分布；以及控制所述冷却集管，使得所述冷却集管根据所述冷却分布来分配所述冷却剂。

例示27.一种冷轧机，其包括：出口工作台；以及位于所述出口工作台下游的冷却系统，所述冷却系统包括冷却集管，所述冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到退出所述出口工作台的金属基材上。

例示28.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷轧机，其还包括重绕卷绕机，其中所述冷却系统位于所述出口工作台和所述重绕卷绕机之间。

例示29.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷轧机，其还包括位于所述冷却集管下游的排放系统，其中所述排放系统包括被配置为移除由所述冷却集管分配的冷却剂的移除装置。

例示30.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷轧机，其还包括：位于所述冷却集管下游的温度传感器，其中所述温度传感器被配置为检测所述金属基材跨所述金属基材的宽度的温度分布；以及控制器，所述控制器通信地耦合至所述冷却集管和所述温度传感器，其中所述控制器被配置为至少基于检测的温度分布来控制所述冷却集管。

例示31.一种冷轧机，其包括：出口工作台；以及位于所述出口工作台下游的冷却系统，所述冷却系统包括：冷却集管，所述冷却集管包括多个喷嘴，所述多个喷嘴中的每个喷嘴被配置为选择性地将冷却剂分配到退出所述出口工作台的金属基材上；以及控制器，所述控制器与所述冷却集管通信地耦合并被配置为单独地控制所述多个喷嘴中的每个喷嘴。

例示32.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的冷轧机，其还包括：温度传感器，所述温度传感器被配置为检测跨所述金属基材的宽度的温度分布，其中所述控制器与所述温度传感器通信地耦合并被配置为基于来自所述温度传感器的检测的温度分布来控制所述多个喷嘴中的每个喷嘴。

例示33.一种利用冷却系统来冷却金属基材的方法，所述方法包括：接收处于第一温度的金属基材，通过引导冷却剂穿过至少一个喷嘴来将所述冷却剂施加到所述金属基材的表面，所述至少一个喷嘴被配置为将所述冷却剂引导为微粉化液滴；以及当所述冷却剂被引导通过所述至少一个喷嘴时控制所述冷却剂的液滴尺寸以修改所述冷却剂的莱顿弗罗斯特点。

例示34.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述金属基材包括铝合金。

例示35.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述第一温度为590℃。

例示36.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述至少一个喷嘴是至少一个锥形喷嘴。

例示37.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述冷却剂包括水。

例示38.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中接收处于所述第一温度的所述金属基材包括从一件金属加工设备接收所述金属基材。

例示38.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中该件金属加工设备包括轧机的工作台，并且其中所述轧机包括热轧机、冷轧机或温轧机中的至少一者。

例示39.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中：所述金属基材的所述表面是上表面；所述至少一个喷嘴包括至少两个喷嘴；所述至少两个喷嘴中的第一喷嘴定位在通过所述淬火系统的所述金属基材的轧制线上方；所述至少两个喷嘴中的第二喷嘴定位在所述金属基材的所述轧制线下方；并且施加所述冷却剂包括利用所述第一喷嘴将所述冷却剂引导到所述金属基材的所述上表面上和利用所述第二喷嘴将冷却剂引导到所述金属基材的下表面上。

例示40.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述冷却特征包括通过所述至少一个喷嘴的冷却剂的流率，并且其中冷却剂的所述流率包括55l/min。

例示41.根据任何先前或随后例示或例示的组合所述的方法，其中所述冷却剂选自由水、油、空气、带电溶液和/或其他合适的液体冷却剂组成的组。

例示41.该方法水、油、空气、带电溶液和/或其他合适的液体冷却剂，其中施加所述冷却剂包括施加所述冷却剂使得所述金属基材的温度以至少100℃/s并且可选地至少500℃/s的速率降低。

例示42.该方法100℃/s，其中所述至少一个喷嘴包括至少一个可移动喷嘴。

例示43.该方法100℃/s，其还包括将所述至少一个可移动喷嘴移动至处于所述第一温度的所述金属基材的第二表面。

例示44.一种利用淬火系统对金属基材进行淬火的方法，所述方法包括：接收处于第一温度的金属基材；在所述金属基材的表面上感应出非中性电荷；以及通过引导冷却剂穿过至少一个喷嘴来将所述冷却剂施加到所述金属基材的所述表面，其中所述冷却剂包括与所述金属基材的所述表面上感应的所述电荷互补的电荷以修改所述冷却剂的莱顿弗罗斯特点。

例示45.一种利用淬火系统对金属基材进行淬火的方法，所述方法包括：接收处于第一温度的金属基材；修改所述金属基材的表面使得所述表面的几何形状修改冷却剂的莱顿弗罗斯特点；以及通过将所述冷却剂引导穿过至少一个喷嘴朝向所述金属基材的所述修改的表面来将所述冷却剂施加至所述金属基材的表面。

上述各方面仅仅是实施方式的可能的示例，这仅仅是为了清楚地理解本公开的原理而阐述的。在实质上不脱离本公开的精神和原理的情况下，可对上述实施方案做出许多改变和修改。所有此类修改和改变都意图在此包括在本公开的范围内，并且关于元件或步骤的各个方面或组合的所有可能的权利要求都意图受到本公开的支持。此外，尽管本文中以及在随附权利要求中采用了特定术语，但这些特定术语仅在一般和描述意义上使用，并不用于限制所描述实施方案也不用于限制随附权利要求的目的。

Claims (20)

1.一种用于金属加工系统的冷却系统，所述冷却系统包括：

冷却集管，所述冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到金属基材上；

位于所述冷却集管下游的排放系统，其中所述排放系统包括移除装置，所述移除装置被配置为移除由所述冷却集管分配的冷却剂；

位于所述冷却集管下游的温度传感器，其中所述温度传感器被配置为检测所述金属基材跨所述金属基材的宽度的温度分布；以及

控制器，所述控制器通信地耦合至所述冷却集管和所述温度传感器，其中所述控制器被配置为至少基于检测的温度分布来控制所述冷却集管。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却集管是雾化喷射集管。

3.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，并且其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线的同一侧上。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线下方。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述排放系统的所述移除装置是第一移除装置，并且其中所述排放系统还包括位于所述冷却集管下游的第二移除装置。

6.根据权利要求5所述的冷却系统，其中所述第一移除装置是真空装置，并且其中所述第二移除装置是鼓风机。

7.根据权利要求5所述的冷却系统，其中所述冷却集管、所述第一移除装置和所述第二移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，其中所述冷却集管和所述第一移除装置位于所述轧制线的第一侧上，并且其中所述第二移除装置位于所述轧制线的与所述第一侧相对的第二侧上。

8.根据权利要求7所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述第一移除装置位于所述轧制线下方，并且其中所述第二移除装置位于所述轧制线上方。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却集管包括多个喷嘴，并且其中所述多个喷嘴中的每个喷嘴由所述控制器独立地控制。

10.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述温度传感器是第一温度传感器，并且其中所述冷却系统还包括位于所述冷却集管上游的第二温度传感器。

11.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述控制器还被配置为：

确定金属基材的期望的出口温度分布；

从所述温度传感器接收所述检测的温度分布；

基于所述期望的出口温度分布和所述检测的温度分布来确定所述冷却剂在预定线速度下的冷却分布；以及

控制所述冷却集管，使得所述冷却集管根据所述冷却分布来分配所述冷却剂。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中控制所述冷却集管包括控制跨所述金属基材的所述宽度的喷射模式或来自所述冷却集管的所述冷却剂的流率中的至少一者。

13.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置相对于穿过所述冷却系统的金属基材的轧制线定位，并且其中所述冷却集管和所述排放系统的所述移除装置位于所述轧制线的相对侧上。

14.一种金属加工系统，其包括：

轧机的出口工作台，其中所述轧机是冷轧机；以及

根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述冷却系统位于所述出口工作台的下游。

15.根据权利要求14所述的金属加工系统，其中所述控制器还被配置为：

在卷绕之前确定金属基材的期望的出口温度分布；

从所述温度传感器接收所述检测的温度分布；

基于所述期望的出口温度分布和所述检测的温度分布来确定所述冷却剂在预定线速度下的冷却分布；以及

控制所述冷却集管，使得所述冷却集管根据所述冷却分布来分配所述冷却剂。

16.一种冷轧机，其包括：

出口工作台；以及

位于所述出口工作台下游的冷却系统，所述冷却系统包括冷却集管，所述冷却集管被配置为选择性地将冷却剂分配到退出所述出口工作台的金属基材上。

17.根据权利要求16所述的冷轧机，其还包括：

重绕卷绕机，其中所述冷却系统位于所述出口工作台与所述重绕卷绕机之间；以及

位于所述冷却集管下游的排放系统，其中所述排放系统包括移除装置，所述移除装置被配置为移除由所述冷却集管分配的冷却剂。

18.根据权利要求16所述的冷轧机，其还包括：

位于所述冷却集管下游的温度传感器，其中所述温度传感器被配置为检测所述金属基材跨所述金属基材的宽度的温度分布；以及

控制器，所述控制器通信地耦合至所述冷却集管和所述温度传感器，其中所述控制器被配置为至少基于检测的温度分布来控制所述冷却集管。

19.一种冷轧机，其包括：

出口工作台；以及

位于所述出口工作台下游的冷却系统，所述冷却系统包括：

冷却集管，所述冷却集管包括多个喷嘴，所述多个喷嘴中的每个喷嘴被配置为选择性地将冷却剂分配到退出所述出口工作台的金属基材上；以及

控制器，所述控制器与所述冷却集管通信地耦合并被配置为单独地控制所述多个喷嘴中的每个喷嘴。

20.根据权利要求19所述的冷轧机，其还包括：

温度传感器，所述温度传感器被配置为检测跨所述金属基材的宽度的温度分布，

其中所述控制器与所述温度传感器通信地耦合并被配置为基于来自所述温度传感器的检测的温度分布来控制所述多个喷嘴中的每个喷嘴。