CN1874857A - 对板坯和板材用水在冷却槽里进行冷却或淬火的方法和装置 - Google Patents

Abstract

在一种用于对于板坯和板材(2)用水在一个冷却槽(1，14)内进行冷却或淬火的方法中，所述由一个翻转机构(18)事先就垂直立起的板坯和板材(2)在竖立位置中沉降进入到该冷却槽内，并临时进行调整，用冷却水来喷射板坯和板材(2)。为此冷却槽(1)在沉降的板坯/板材(2)两侧具有对准于它们宽边表面布置的喷嘴机构(10；11a，11b)，该机构连接到一个冷却水回路上，该回路具有用来将注水量从最大的上方水位(13b)降低至低的下方水位(13a)的机构。

Description

对板坯和板材用水在冷却槽里 进行冷却或淬火的方法和装置

本发明涉及对板坯和板材用水在一个冷却槽里进行冷却或淬火的一种方法和一种装置，由一个翻转机构事先垂直立起的板坯和板材在竖立位置时沉降到该冷却槽内并临时进行调整。

为了对板坯进行冷却，由DE 25 48 154 A就已知有一种冷却装置，这种装置包括一个用于容纳冷却水的冷却槽和一个在冷却槽里的格层状调整机架，该调整机架用于借助于一个在冷却槽上或沿着该冷却槽可移动的起重车对板坯进行竖立的调整。该起重车用适合的抓取机构抓住竖立位置中的板坯，将板坯放入调整机架里并在其冷却之后又取出来。为了将由一个输入辊道推入的板坯在侧立位置上直立在窄的侧面上，在冷却槽的前端处设有一个翻转机构。两个相互独立的翻转机构此外位于输入辊道和输出辊道的部位里，用于使板坯竖立起来和放下。

这样所可以达到的冷却速度诚然在对板材和板坯进行淬火时(硬化和调质)导致淬火过程持续时间较长。此外由于在板材表面或板坯表面上不均匀的冷却速度就不能够避免所用的材料成波浪形和不平。因此一般紧接着所述淬火必须进行附加的矫直过程。

本发明的任务是提出一种开头所述类型的方法和装置，用它们就可以避免上述的缺点并使淬火质量得到改善。

该项任务用一种方法按照本发明如下来解决：用冷却水对板坯和板材进行喷射。因此不再用冷却槽的静止水来淬火，而是通过用冷却水的有针对性的喷射来达到在水中稳定大小的流动，那就可以达到比用通常的冷却工序时更高的和更均匀的冷却速度。不仅使波状性和不平度明显地达到最小，而且所述通过流动所支持的冷却还导致所使用的板材和板坯的组织和材料性能得到改善。

本发明的一种优选实施方案规定，将板坯和板材完全浸入到装满水的冷却槽里，并在冷却槽的水池里附加地用水喷射。此时就可以实现一种漩涡淬火或漩涡冷却。

另一种可选的实施方案则规定：降低冷却槽内的水位并将板坯和板材放入冷却槽内使它们的下棱边到水位间隔间距，并用冷却水进行喷射。同一种设备因此就可以根据例如材料质量来改变冷却工序，并以同一种冷却设备而没有其它的或附加的机构就进行所述冷却工序，或者作为喷嘴运行或者以漩涡运行，还考虑到不同的新鲜水需要和冷却物体温度以及水温，分别根据开始温度和结束温度，这些温度同样也可以是变化的。

此处所述冷却系统可以最好基于一种物理数学冷却模型。

加速冷却时的基本问题是，准确地描述在轧件之内的温度场随时间的变化曲线。借助于数学模型的计算是用于对工序过程的计划、控制和优化的适合的辅助工具。

物理-数学模型用取决于温度的材料特性值的边界条件和热传导系数描述了板材的不稳定的时间-温度特性，热传导系数则取决于板坯/板材的局部表面温度。借助于有限元方法和傅立叶热导方程(Waeme-leitungsgleichung)以及将板坯/板材分解成单个薄层，那就可以计算在冷却物厚度上的温度分布。

以下计算可以用冷却模型来进行：

—在给定的水流量时计算冷却速度；

—在规定冷却速度下计算所需的水量；

—冷却持续时间。

材料特性参数则对应于每种所要冷却的物料的合金成分或材料特性等级来求出。利用这些与温度有关的材料特性参数就可以进行相应的计算。

可以由一个外部工作位置以脱机模式进行冷却计算。其结果可以被存储在一个PLS系统(过程控制系统)里。经过问询将这些数据提供给冷却系统的过程计算机。原则上所有的计算都在冷却模型的过程计算机上进行，其中以下的数据被转送给自动化系统：

—材料特征和合金成分、

—板厚、

—冷却开始温度、

—冷却结束温度、

—冷却速度或最大水流量。

因此可以计算对于板坯/板材所需的水量或冷却速度和对应的冷却曲线。利用冷却模型也可以脱机进行模拟计算。此时可以例如对不同水量时的不同冷却速度相互进行比较，以优化冷却过程。这种脱机计算可以由上面所述的对话来推动。因此可以将具有最重要参数和运行结果的协议交还给PLS-系统。也可以将对于材料的参数和系数以及边界条件包括到例如温度模型里。

本发明的另外的设计方案规定了：冷却水射束的水压和/或流量以及喷射机构(Bestrahlungsmittel)至板坯和板材表面的距离可以进行调节。

对于属于这种类型的、用来对板坯和板材进行冷却或淬火的装置来说，冷却槽按照本发明在降下的板坯/板材的两侧具有对准于其宽边表面布置的喷嘴机构，该机构连接于一个冷却水回路，该回路具有用于使注水量从一个最大的上方水位降低至低的下水位的机构。因此例如喷嘴梁的中心地提供冷却水的喷嘴就可以将附加的冷却水直接在事件发生地点处在调整了板坯或板材之后喷射到它们上面。这里在整个表面上喷嘴间距保持不变；该距离可以根据要求轮廓而位于10mm至500mm之间。为了在喷嘴梁和垂直设定的板材或板坯之间保持一个在降下之后同样的间距，可以借助于一种液压操纵的压紧机构相应地使板材或板坯对准。

本发明的一种优选实施方案规定：冷却槽设计有移动轨道用于装有一个板坯或板材的可升降的滑座。该滑座的装拆可以很快地进行。在冷却槽里对板坯或板材进行淬火的保持时间为大于30分钟。

按照本发明的建议，所述滑座连接到一个绳索驱动机构。该绳索驱动机构最好具有通过固定于滑座上的绳索滚筒进行导向的绳索，其中绳索滚筒在机械上与一个频率调节的三相交流电动机相耦联。垂直的降下和升起可以用绳索驱动机构以最短的时间间隔来进行；用于将板坯/板材完全浸入的时间间隔为小于10秒。

如果滑座通过在移动轨道上的滚子/轮子来引导的话，那么就有利地使滑座有良好的移动能力。

其它的特征和细节可以参见权利要求书和以下对于本发明的在很简化的附图中所示实施例所进行的说明。附图所示为：

图1：在一个具有两个相互并排布置的冷却槽的冷却设备中作为细节的一个通过冷却槽的横截面，该冷却槽具有配属于它的翻转机构以及用于调整板坯/板材的升降机构；

图2：按图1的两个冷却槽，表示了用于对板坯/板材进行淬火的冷却水回路；

图3：作为图1的细节概略表示了在那里右边的容纳调整好的冷却物料的槽的横截面；

图4：以很简化的原理图表示一个在冷却设备里按图1所要进行的冷却过程；

图5：以很简化的原理图表示一个在冷却设备里按图2所要进行的不同的冷却过程。

图1所示的冷却设备20包括一个冷却槽1和一个与此相邻的泵配液槽(pumpenvorlagebecken)14。这两个槽1和14通过流动连接机构、即一个下方的和一个上方的溢流孔15a或15b相互连接起来。例如在奥氏体化之后，将炽热的板坯/板材2平躺在一个从一个加热炉里出来的炉底车16上通过一个移动平台17定位地输送给冷却设备20。借助于一个液压操纵的翻转机构18将热的板坯/板材2从炉底车16上取走，并在竖立位置上对准地转送给一个可以在冷却槽1里升降的滑座3。

配属于前方的右侧的冷却-或淬火槽1的翻转机构18具有一个可旋转支承的轴19，在该轴上支承有取料臂21，该取料臂位于水平位置上用来接受板坯/板材2，并可以连同位于上面的板坯/板材2由炉底车16进行转送。取料臂21由液压油缸22从水平位置旋转或摆动90°至转送位置中，在该位置中板坯/板材2为竖立状态。在竖立过程中板坯/板材2在底边上由棘爪23支承住，该棘爪可以由液压缸24加载。通过一个未示出的位置传感器来检测位置，其中已输入的板坯/板材2的竖立则在人工释放后以自动顺序进行。为了接受板坯/板材2，将滑座3稍抬起，这样就使板坯/板材2与棘爪23脱开，因此就可以使棘爪转动离开。

然后将滑座3很快降下，用来冷却板坯/板材2。在完全冷却之后，如以前用来调整所描述的那样，以反过来的方式以自动模式将板坯/板材2取出。冷却了的板坯/板材2则或者又放在炉底车16上，或者可以用高架起重机运走，为此在高架起重机运走时必须使移动平台17侧面移动。

图3表示了一个以上述方式竖立起来的并放入到滑座3里的板坯2。为了使滑座3连同板坯2升降进入到冷却槽1里，滑座3连在一个绳索驱动机构4上，该机构通过固定于滑座3上的绳索滚筒5导向，并具有之前在导向轮6上运动的绳索7。一种未示出的频率调节的、具有变速箱的三相交流电动机机械耦联地通过联节轴作用于绳索滚筒5。滑座3用滚轮或轮子8导向地在设置于冷却槽1里的移动轨道9上移动。连同板坯2完全降低至冷却槽1里的滑座3和板坯2的位置见图3中的虚线所示。

以前所述的调整好的板坯/板材2在冷却槽1里在移动轨道9之间配有使喷嘴10对准于板坯/板材2的各自宽边表面而布置的喷嘴梁11a，11b(参见图4和5)。这些喷嘴梁连接于一个冷却水回路12，如由图2详细可见的那样。

冷却水回路12可以实现变化的冷却或冷却方法，并确保给淬火槽1里的喷嘴梁11a，11b供水以冷却板坯/板材2，既以一种纯喷嘴运行的方式又按照一种漩涡运行的方式。例如可以区分为三种情况：

—喷嘴运行，用于直至15t的HV-钢；

—漩涡运行，用于直至15t的HV钢和直至10t的优质钢；

—水槽，用于直至10t的HV钢和优质钢。

在喷嘴运行时通过喷嘴梁11a，11b用冷却水喷射板坯/板材2。这里最大的低水位13a在淬火槽1里(同样如在相邻的泵配液槽14中)在冷却过程时位于板坯/板材2的下棱边以下。

冷却水由泵25a，25b从泵配液槽14里抽出，并经过过滤器26输送至喷嘴梁11a，11b。用于泵25a，25b的转速调节就可以根据板的大小和厚度限定地供给冷却水。

过滤器26的作用是挡住大于喷嘴孔的轧屑颗粒，并因此避免堵塞。在每个冷却过程之后用自身介质对其冲洗。将冲洗水引至一个烧结槽27并在冷却工序之后支持水平面的降低。轧屑的主要成份沉积在冷却槽1的底部上，因此槽底面时时受到清洗。

从板坯/板材2上流出的水被收集在水槽1里，并从那里经过溢流孔15a流入泵配液槽14里。

在这种于图5中很简略表示的、通过对板坯/板材2的淬火而实现的冷却过程中，在喷嘴运行时通过来自喷嘴梁11a，11b的喷嘴10的喷射水来进行，而在冷却时一个附件和排水接头28(参见图2)一直关闭着。由于在喷嘴运行时储水量低，因此在一个冷却过程中就可以达到许可的水温上限。因而在所述工序之后一部分加热了的水就用一个泵29泵出至烧结槽27里。然后将新鲜水从一个直接冷却进口30输入，直至又达到了开始温度。

降低量和新鲜水量取决于最后工序的结束温度并取决于下一个冷却工序的起始温度。降低量/新鲜水量超过在泵配液槽14中的水位。当冷却的要求很高时，可以附加地通一个旁路31使水槽1的液位降低(见图2)。

又是以很简略的方式用图4表示了另一种冷却过程。在如同以前用于喷嘴运行时那样，在同样的冷却设备或同样的冷却槽1中这里可以通过漩涡运行实现淬火过程，这就是说用稳定的强有力的流动来进行(同样也如在图3中用冷却槽1中的波浪线所表示的那样)。

在漩涡运行时将板坯/板材2浸入到装有高水位13b的水槽1里并同时用来自冷却梁11a，11b的水加载。水通过喷嘴10被强制用于循环一从一种自由对流变成一种强制对流，该强制对流比一种简单的淬火池可以实现从板坯/从板材至水的更好的热传递。

过滤器26和泵25a，25b或者泵29的作用如同在喷嘴运行时同样也是新鲜水控制机构。但是由于在漩涡运行时较大的储水量就可以有较高的冷却起始温度，或者说在低的冷却起始温度时就可以实施多个冷却过程，直至达到许可的水温上限为止。

根据材料质量和所要求的性能(组织结构)，因此可以不用附加的成套设备就在同样的冷却设备20上变换冷却过程，对此存储了一个冷却模型。整个冷却过程按照一个物理数学的冷却模型通过一个上置计算机来进行，该计算机允许进行水温、水压、流量和从喷嘴梁的喷嘴至板坯/板材表面的间距的调节。除了一种漩涡运行或喷嘴运行之外，在同一个冷却设备20上也可以有选择地通过浸入运行而在没有喷嘴喷射的情况下来进行冷却。

Claims (12)

1.用水在一个冷却槽(1，14)里对板坯和板材(2)进行冷却或淬火的方法，所述由一个翻转机构(18)事先直立起来的板坯和板材在竖立位置上下降到该冷却槽中并临时进行调整，其特征在于，用冷却水喷射所述板坯和板材(2)。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述板坯和板材(2)完全浸入到一个装有水的冷却槽(1)中，并在该冷却槽(1)的水池里附加地用冷却水进行喷射。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于，使冷却槽(1，14)里的水位降低，并将板坯和板材(2)以其下棱边到水位(13a)间隔距离地装入到冷却槽(1)里，并用冷却水进行喷射。

4.按权利要求1至3中之一所述的方法，其特征在于，冷却系统是以一种物理数学模型为基础的。

5.按权利要求1至4中之一所述的方法，其特征在于，对冷却水射束的水压和/或流量进行调节。

6.按权利要求1至5中之一所述的方法，其特征在于，喷射机构(10；11a，11b)至板坯和板材(2)表面的距离可以进行调节。

7.用于使用水在一个冷却槽(1，14)内对板坯和板材(2)进行冷却或淬火用的装置，所述由一个翻转机构(18)事先直立起来的板坯和板材(2)在竖立位置中降低进入到该冷却槽里，并临时进行调整，该装置尤其用来实施按权利要求1所述的方法，其特征在于，冷却槽(1)在降下的板坯/板材(2)的两侧具有对准于板坯宽边表面设置的喷嘴机构(10；11a，11b)，该喷嘴机构连接于一个冷却水回路(12)，该回路具有用来将注水量从一个最大的上方水位(13b)降低至一个低的下方水位(13a)的机构(25a，25b或29)。

8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，冷却槽(1)与泵配液槽(14)处于流动连接。

9.按权利要求7或8所述的装置，其特征在于，冷却槽(1)设有移动轨道(9)，用于一个接受一个板坯或板材(2)的、可升降的滑座(3)。

10.按权利要求9所述的装置，其特征在于，滑座(3)连接于一个绳索驱动机构(4)上。

11.按权利要求10所述的装置，其特征在于，绳索驱动机构(4)具有通过固定于滑座(3)上的绳索滚筒(5)导向的绳索(7)，而且该绳索滚筒(5)机械地与一个频率调节的三相交流电动机相耦联。

12.按权利要求9至11中之一所述的装置，其特征在于，滑座(3)通过在移动轨道(9)上的滚轮/轮子(8)来引导。

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