JP6947926B2 - 金属質の材料を冷却するための方法、および、冷却ビーム - Google Patents

Description

本発明は、材料の上への冷却ビームからの冷却媒体の散布により、金属質の前記材料を冷却するための方法に関し、その際、この冷却媒体が、前記冷却ビームのスリットを通って散布され、
その際、前記冷却媒体の冷却能力を所望されたまたは予め与えられたレベルに制御または調節するために、冷却工程の間じゅう、前記スリットの幅が、前記材料または前記冷却ビームの搬送方向において変化され、
その際、前記スリットの前記幅が、前記搬送方向に対して横向きであり且つ前記冷却媒体の流出方向に対して垂直である方向に、部分的に異なって変化される。
更に、本発明は、冷却されるべき材料の上に、冷却媒体を散布するための冷却ビームに関する。

冒頭に記載された様式の冷却ビームは、特許文献３内において開示されている。類似の解決策を、特許文献４が示している。類似の冷却ビーム、並びに、このような冷却ビームによる金属質の材料を冷却するための方法は、例えば、特許文献１から公知である。
圧力のもとにある冷却媒体（通常は水）は、その際、冷却ビームを通って導かれ、且つ、スリット（ノズルスリット）を通ってこの冷却ビームから流出し、従って、冷却されるべき材料の上に到達する。その際、冷却ビームにねじで固く締め付けられ得る直線形状の構造部材によって、所望されたスリット幅が調節される。このスリット幅は、その場合に、但し、継続的なプロセスの間じゅう、固定している。冷却能力における変化は、その場合に、わずかに冷却媒体の圧力の変化だけによって可能である。
類似の解決策を、特許文献２が示している。更に別の解決策を、特許文献５が示している。

金属薄板の冷却において、通常は、水が、金属薄板表面の上に負荷される。長い金属薄板において、冷却水は、ただ金属薄板エッジ部だけを介して流出可能である。このことは、金属薄板幅にわたっての均等な負荷において、金属薄板表面の上での冷却水の容積流量が、金属薄板縁部へと増大することを誘起する。
このことは、不均等な冷却作用もしくは冷却状態を誘起する。更に、温度プロフィルにおける、プロセスに条件付けられた不均一性の状態になる可能性がある。これら両方のことは、不均等な、機械的な特性、および、非平坦度を誘起する。

公知の解決索において、ノズル幾何学的形状は、確かに調節可能であるが、この調節が、しかしながら、継続的な作動内において変化され得ない。これに伴って、変化するプロセスパラメータに対して応動され得ない。

従って、公知の解決索において、プロセスの間じゅう、冷却能力を周知の程度を越えて変化させることの如何なる可能性も存在しないことは欠点である。このことは、特に、同様に、金属質の材料（もしくは、その冷却ビームが冷却されるべき材料に対して相対的に移動される場合には、該冷却ビーム）の搬送方向に対して横向きの方向における、冷却媒体の容積流の調節についても、一見して言えることである。

中国特許出願公開第１０１０２０１９６ Ａ号明細書 ヨーロッパ特許第１ ４２０ ９１２ Ｂ１号明細書 実開昭５９−１７１７６１ Ｕ号明細書 特開平０３−２８５７０９ Ａ号公報 国際出願公開第２０１４／０２３７５３ Ａ１号パンフレット

従って、本発明の根底をなす課題は、それによって、冷却能力の最適な調節を、所望されたもしくは必要とされる縁部条件に対して許容すること、が可能となる冒頭に記載された様式の方法並びに冷却ビームを提供することであり、その際、上述された調節が、迅速に、且つ、プロセスの間じゅう、可能であるべきである。冷却は、それ故に改善されるべきである。

本発明のこの課題の解決策は、本方法に従い、
前記スリットが、前記冷却ビームの少なくとも２つの部材によって区画され、
その際、前記冷却ビームの両方の前記部材が、前記冷却媒体の前記流出方向に対して垂直方向に見て、それぞれに、１つの凹状の部分と、これに引き続いての１つの凸状の部分とを有しており、および、
その際、−ノズル間隙の調節の目的で−前記冷却ビームの少なくとも２つの前記部材が、前記スリットの前記幅の変化のために、前記冷却媒体の前記流出方向に対して垂直におよび前記搬送方向に対して垂直に立っている方向（即ち前記搬送方向に対して横向きの方向）に移動される。

スリットの幅は、その際、この幅が、冷却されるべき材料の中間領域内において、冷却されるべき材料の側方の端部領域内におけるよりも大きいように調節され得る。

冷却されるべき材料の上に冷却媒体を散布するための提案された冷却ビームは、電気式、空気圧式、または、液圧式の調節手段を備えており、これら調節手段によって、スリットの幅が、（材料または冷却ビームの）搬送方向において変化され得、
その際、本発明に従い、
前記スリットが、前記冷却ビームの少なくとも２つの部材によって区画され、前記冷却ビームの少なくとも２つのこれら部材が、前記冷却媒体の流出方向に対して垂直方向に見て、Ｓ字形の輪郭（Ｓ字形の経過）を有しており、
前記冷却ビームの少なくとも２つの前記部材が、前記スリットの前記幅の変化のために、前記冷却媒体の前記流出方向に対して垂直におよび前記搬送方向に対して垂直に立っている方向に、互いに相対的に移動可能である、
ことが提案されている。

これら調節手段は、その場合に、制御装置と接続されており、その際、この制御装置と接続されている少なくとも１つのセンサーが配設されており、前記センサーによって、材料の物理的な特性が検出され得る。

提案されたコンセプトもしくは提案された冷却ビームは、特に鋼材料のための熱間ストリップ圧延ラインおよび熱処理ライン内における、金属厚板圧延機のために適している。同様に、無論のこと、非鉄金属（ＮＥ−Ｍｅｔａｌｌ）のための使用も可能である。特に同様に、冷却水負荷のための、スリットノズル−冷却ビームを有するクェット（Ｑｕｅｔｔｅｎ）内における使用も可能である。

これに伴って、１つのスリットノズル、および、幅にわたって変化可能なノズル幾何学的形状を有する１つの冷却ビームが提供される。従って、所定の基準値に基づいて、ノズル幾何学的形状を合目的に調整することは可能であり、且つ、しかも冷却プロセスの間じゅうでさえも、可能である。

本願発明は、従って、スリットノズルを有する冷却ビームを提供し、その際、ノズル幾何学的形状、および、これに伴って、容積流量が、冷却されるべき材料の幅にわたって、継続的な作動内において変化され得る。これに伴って、設けられたアクチュエータのために基準値を与える調節システムは、実現され得る。

有利には、提案された冷却ビームのスリットノズルは、少なくとも２つの部材から成り、その際、このノズルの少なくとも１つの部材が、移動可能に構成されている。スリット幾何学的形状の変化は、例えば、他方のノズル部材に向かっての方向における、一方のノズル部材の送りを介して行われ得る。この送りは、不均等にノズル幅にわたって行われ得る。従って、例えば、エッジ部に向かって少ない冷却水が負荷され得る。このことは、上述された欠点の除去のために有益である。

更に別の可能性は、特別の輪郭、特にＳ字形の幾何学的形状を有するノズル部材を装備すること、および、ノズル間隙を、その場合に、これら部材の軸線方向の相対しての移動を介して変化することである。

スリットの調節は、その際、手動的または自動的に行われ得る。自動的なスリット調節のため、および、これに伴って可能な、金属薄板幅にわたっての可変の水負荷のために、１つのアクチュエータが設けられている。このアクチュエータは、有利には自動化システム（調節システム）から、位置調節値を与えられる。
この自動化システムは、金属薄板寸法、および、材料の質（一次データ）、目標特性（硬度、強度、等）、冷却装置の手前、内、および、後ろにおける、プロセスセンサーからのデータ（材料温度、実際の平坦度、等）、および、プロセスの後の計算された実際の特性に関する情報を与えられる。
これらの情報によって、このシステムは、調節値をアクチュエータに送信するすることが可能な状態にある。実際の特性の連続的なこの還流（Ｒｕｅｃｋｆｌｕｓｓ）によって、これら値を、金属薄板特性の均一な分配が特に幅にわたって調節されるように、選択することは可能である。しかしながら同様に、合目的に相違する特性を金属薄板幅にわたって調節することも可能である。

依然として（冷却ビームの供給部（Ｚｕｌａｅｕｆｅｎ）内におけるフィルターにもかかわらず）、冷却水ノズルにおいて目詰まりもしくは堆積の状態になることは生じる。スリットノズルのノズル間隙の調節によって、このノズル間隙は開放され得、このことによって、例えば塊または板小片の様式の汚染が、スリットから洗浄され得る。

提案された解決策は、スリットノズルの幾何学的形状を可変に調整（ｅｉｎｚｕｓｔｅｌｌｅｎ）するもしくは調節（ｚｕ ｖｅｒｓｔｅｌｌｅｎ）することを可能にする。この調節は、継続的な作動内において、同様に１つの材料（金属薄板）の冷却の間じゅう行われ得る。このことによって、金属薄板頭部もしくは金属薄板末端部において、異なる水負荷を与えることは可能である。

更に、制御装置が設けられており、この制御装置が、異なるプロセス値および基準値に依存して、ノズル幾何学的形状の制御のための目標値を予め与える。

この構成によって、冷却プロセスの際のより良好な平坦度、および、最適な材料特性は達成され得る。

提案された解決策によって、側方に流出する冷却媒体を、合目的に、所望された冷却が１つのストリップの幅にわたって行われるように、制御することは可能となる。これに伴って、特に、均等な冷却は、ストリップ幅にわたって達成され得る。

図内において、本発明の１つの実施例が図示されている。

搬送方向において通り過ぎる金属質の材料を冷却する冷却ビームの、断面図において図示された、概略的な側面図である。 冷却ビームの２つの部材の、第１の相対的位置における、冷却媒体の流出方向に見た、冷却ビームのスリットの図である。 冷却ビームの部材の、移動された第２の相対的位置における、図２ａに従う冷却ビームのスリットの図である。

図１内において冷却ビーム２が見て取れ、この冷却ビームの下側で、搬送方向Ｆに、金属ストリップの様式における金属質の材料１が進行し、且つ、この冷却ビーム２から散布される冷却媒体を介して冷却される。搬送方向Ｆに対して横向きの水平方向Ｑは、図１内における図示平面上で垂直に立っている。

自体公知の方法において、冷却ビーム２はスリット３を有しており、このスリットが、金属質の材料１の全幅にわたって、即ち、方向Ｑにおいて延在し、且つ、その際、−搬送方向Ｆにおいて測定されて−幅Ｂを有している。

図１から見て取れるように、冷却媒体の流出方向Ａは、材料１の表面に対してある程度の角度のもとで配設されており、このことは、但し、何ひとつ、幅Ｂが搬送方向Ｆにある程度の分量にわたって延在することの事情において変化させない。

冷却ビーム２のスリット３が、冷却工程の間じゅう、このスリットの幅Ｂに関して変化され得ることは、重要であり、そのために、調節手段８が設けられている。これら調節手段は、ただ概略的にだけ、図１内において示唆されており、且つ、適宜の様式（電気式、空気圧式、液圧式）が可能である。

上述された調節手段によって、冷却ビーム２の２つの部材４および５は、互いに相対的に移動もしくは調節され得、即ち、スリット３の幅Ｂを調節するために、これら部材の内の１つの部材、この実施例において部材５が、送り方向Ｚに移動される。

図１内において、材料１の平坦度またはこの材料の温度である、物理的な大きさが、センサー１０を用いて検出され、且つ、測定された値が制御装置９に供給されることは、示唆されている。この制御装置は、この制御装置内において記憶されたアルゴリズムに基づいて、次いで、制御信号を調節手段８に与え、この制御信号によって、所定の幅Ｂが調節され、従って、材料１の所望された特性が達成され得る。
閉ループ制御回路内において、冷却ビームのスリット３の幅Ｂが、材料１の所望された特性が与えられるように調節されることの結果はもたらされ得る。

冷却ビーム２の部材４および５の、特別のおよび有利な構成は、図２ａおよび２ｂから明瞭である。

図２ａおよび２ｂ内において図示平面上で垂直に立っている、冷却媒体の流出方向Ａに見て、両方の部材４、５は、凹状の部分６と凸状の部分７とを有しており、従って、スリット３の区画の、図示されたＳ字形の輪郭（Ｓ字形の形状の経過）が与えられる。

図２ａ内において、両方の部材４および５が、初期位置内において位置し、且つ、スリット３がその際、（仮に湾曲されて経過しているとしても）ほぼ一定の幅Ｂを有しているのに対して、図２ｂ内において、両方の部材４および５は、方向Ｑに、互いに相対的に移動されている（上側の部材４が、図２ｂ内において右側に、および、下側の部材５が左側に移動される）。上記のことに応じて、スリット３の形状は変化した。

図２ｂから見て取れるように、ここで、冷却されるべき材料の中間の領域内において、スリット３のより大きな幅Ｂの結果として、より多くの冷却媒体が材料の上に到達し、それに対して、金属薄板１の両方の側方領域内もしくはスリット３の端部領域内において、より少ない幅が存在し、且つ、これに伴って、より少ない冷却媒体が流出する。

方向Ｑにおける両方の部材４および５の相応する移動により、従って、流出する冷却媒体の量および分配が調整され得、且つ、これに伴って、冷却プロセスが制御もしくは調節され得る。

このことは、特に、冷却工程の間じゅう、積極的に行われ、従って、プロセスに関する変化する諸事情に対して、冷却に対する影響力の行使によって、影響を及ぼされ得る。

１ 金属質の材料１
２ 冷却ビーム
３ 冷却ビームのスリット
４ 冷却ビームの部材
５ 冷却ビームの部材
６ 凹状の部分
７ 凸状の部分
８ 調節手段
９ 制御装置
１０ センサー
Ｂ スリットの幅
Ｆ 材料／冷却ビームの搬送方向
Ｚ 送り方向
Ｑ 搬送方向に対して横向きの方向
Ａ 冷却媒体の流出方向

Claims (4)

1. 材料（１）の上への冷却ビーム（２）からの冷却媒体の散布により、金属質の前記材料（１）を冷却するための方法であって、この冷却媒体が、前記冷却ビーム（２）のスリット（３）を通って散布され、
   前記冷却媒体の冷却能力を所望されたまたは予め与えられたレベルに制御または調節するために、冷却工程の間じゅう、前記スリット（３）の幅（Ｂ）が、前記材料（１）または前記冷却ビーム（２）の搬送方向（Ｆ）において変化され、
   前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）が、前記搬送方向（Ｆ）に対して横向き（Ｑ）であり且つ前記冷却媒体の流出方向（Ａ）に対して垂直である方向に、部分的に異なって変化される、
   様式の前記方法において、
   前記スリット（３）が、前記冷却ビーム（２）の少なくとも２つの部材（４、５）によって区画され、
   前記冷却ビーム（２）の両方の前記部材（４、５）が、前記冷却媒体の前記流出方向（Ａ）に対して垂直方向に見て、それぞれに、１つの凹状の部分（６）と、これに引き続いての１つの凸状の部分（７）とを有しており、および、
   前記冷却ビーム（２）の少なくとも２つの前記部材（４、５）が、前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）の変化のために、前記冷却媒体の前記流出方向（Ａ）に対して垂直におよび前記搬送方向（Ｆ）に対して垂直に立っている方向に移動される、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）は、
   この幅が、冷却されるべき前記材料（１）の中間領域内において、冷却されるべき前記材料（１）の側方の端部領域内におけるよりも大きいように調節される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 冷却されるべき材料（１）の上に、冷却媒体を散布するための冷却ビーム（２）であって、この冷却ビーム（２）がスリット（３）を有し、このスリットを通って、前記冷却媒体が散布され、
   前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）が、第１の方向（Ｆ）に延在し、この第１の方向が、前記冷却ビーム（２）によって冷却されるべき前記材料（１）の搬送方向に相応し、
   電気式、空気圧式、または、液圧式の調節手段（８）が設けられており、これら調節手段によって、前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）が、前記第１の方向（Ｆ）において変化され得る、
   様式の上記冷却ビームにおいて、
   前記スリット（３）が、前記冷却ビーム（２）の少なくとも２つの部材（４、５）によって区画され、前記冷却ビーム（２）の少なくとも２つのこれら部材（４、５）が、前記冷却媒体の流出方向（Ａ）に対して垂直方向に見て、Ｓ字形の輪郭を有しており、
   前記冷却ビーム（２）の少なくとも２つの前記部材（４、５）が、前記スリット（３）の前記幅（Ｂ）の変化のために、前記冷却媒体の前記流出方向（Ａ）に対して垂直におよび前記搬送方向（Ｆ）に対して垂直に立っている方向に、互いに相対的に移動可能である、ことを特徴とする冷却ビーム。
4. 前記調節手段（８）は、制御装置（９）と接続されており、
   この制御装置（９）と接続されている少なくとも１つのセンサー（１０）が配設されており、前記センサー（１０）によって、前記材料（１）の物理的な特性が検出され得る、
   ことを特徴とする請求項３に記載の冷却ビーム。

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