CN112041098A - 用于冷却金属物料的冷却装置以及用于制造和运行冷却装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷却金属物料的冷却装置(100)以及用于运行和制造冷却装置的方法。冷却装置具有至少一个冷却梁(110)，该冷却梁具有多个冷却剂加载元件(112)，以为金属物料加载冷却剂，其中，每个冷却剂加载元件(112)具有排出开口，排出开口具有横截面(112’)，以用于排出冷却剂。为了可使这种已知的冷却装置还更精确地与在待冷却的金属物料的宽度上的不同的温度分布相匹配，根据本发明提出，冷却剂加载元件(112)的排出开口的横截面(112’)沿冷却梁(110)的宽度方向y的密度按照金属物料在进入到冷却梁(110)下方之前在其宽度上的温度T(y)的分布的斜率的数值进行分配或确定大小。

Description

用于冷却金属物料的冷却装置以及用于制造和运行冷却装置 的方法

技术领域

本发明涉及一种用于冷却金属物料、尤其在轧制金属物料之后冷却金属物料的冷却装置。本发明还涉及一种用于运行冷却装置的方法以及用于制造或选择用于这种冷却装置的冷却梁的方法。

背景技术

在现有技术中原则上已知这种冷却装置以及用于制造和运行冷却梁的方法。

因此，WO2016/189903A1公开了二元解决方案，在其中，金属物料在边缘区域中的过冷却通过在金属物料的边缘处设置宽度掩体并结合冷却剂收集容器来补偿。

欧洲专利EP 2 155 411 B1同样公开了用于减少尤其在金属物料的边缘处的不均匀的温度分布的解决方案。在此，同样设置掩体，以覆盖边缘，其中，然而掩体可在宽度方向上移动或调节，并且还允许一定量的冷却剂通过而到达待冷却的物料的边缘。

欧洲专利EP 2 986 400 B1公开具有多个腔室的冷却梁，可为腔室单独加载冷却剂。因此，可在喷嘴梁的宽度上调节冷却剂的不同的压力或体积流。尤其可使冷却剂在冷却梁的宽度上的压力或体积流分布与在冷却装置的进口中在金属物料的宽度上的温度实际走向相匹配。因此，在喷射喷嘴沿宽度方向以恒定的密度分布在冷却梁处时，尤其可在冷却梁的宽度上出现线性的冷却剂体积流。这对于在宽度上的线性的温度分布会很好。

然而，在待冷却的金属物料或冷却梁的宽度上的温度分布的实际走向通常不是纯线性地伸延，而是经常递减或递增地伸延。在这种情况下，在EP 2 986 400 B1中公开的冷却剂在冷却梁的各宽度区段中的线性分布对于在补偿预定的温度曲线时期望的更大的精度而言是不利的。这尤其可有时导致金属物料的边缘的不期望的过冷却。

发明内容

基于现有技术，本发明的目的在于改进已知的冷却装置以及已知的用于冷却装置的制造和运行的方法，使得由冷却装置产生的对金属物料的冷却效果可更好地与实际的进口温度分布匹配。

在装置技术方面，该目的通过权利要求1的对象来实现。因此，根据本发明的冷却装置的特征在于，冷却剂加载元件的排出开口的横截面沿冷却梁的宽度方向的密度按照金属物料在进入到冷却梁下方之前在其宽度上的温度分布的斜率的数值进行分配和确定大小。

在本说明中，措辞“横截面的密度”意指在冷却梁的每单位面积上冷却剂加载元件的排出开口的横截面的和。简言之，密度表示用于冷却剂的出口面积与在冷却梁处的面积单元之比。替代在冷却剂加载元件处的排出开口的横截面，措辞“横截面”还可表示在待冷却的物料上的喷射斑的横截面。

通过请求保护的使横截面的密度按照或根据金属物料在其宽度上的温度分布的斜率的数值来分布，即使在为金属物料加载恒定的冷却剂体积流或冷却剂压力时，也可使冷却功率更加精确得多地与在金属物料中的实际的温度情况匹配。尤其还可非常精确地补偿或冷却递增或递减的温度走向。如果温度例如朝金属物料的边缘下降，则斜率朝边缘渐增地变大，并且因此可减小冷却剂加载元件的排出开口的横截面的密度。反之适用的是：如果温度例如朝边缘上升，此时需要进行更强的冷却，这通过以下方式实现，即，增大在相应的宽度区域中的加载元件的冷却剂出口面积。

根据第一实施例规定，冷却剂加载元件的排出开口的横截面的密度由在两个相邻的冷却剂加载元件之间的投影到冷却梁的宽度方向上的间距来表示，或可由在两个相邻的冷却剂加载元件之间的投影到冷却梁的宽度方向上的间距来表示。具体提出，如果金属物料的温度朝冷却梁的边缘下降，增大在冷却梁的宽度方向上与冷却梁的边缘的投影间距。由于温度的下降，此时在宽度区域中需要更少的冷却功率，这通过以下方式来实现：增大在各个尤其相邻的喷嘴之间的投影间距。这与减小冷却剂加载元件的排出开口的横截面的密度意思相同。

对于本发明的基本理解，重要的是要理解，尽管要求保护的在排出开口的横截面的密度和斜率的数值之间有关联性，但如果斜率的数值为零，即，如果温度分布在宽度方向上恒定，横截面的密度绝不为零。典型地，此时，排出开口的横截面沿宽度方向在相应的宽度区段上的密度同样恒定，但典型地不等于零，更精确地说大于零。

如上文已经提及的那样，本发明提供的优点是，即使在冷却梁的宽度上为待冷却的物料加载恒定体积流或恒定压力的冷却剂时，冷却功率与实际的温度走向的所述精确匹配也仅可通过要求保护的冷却剂加载元件以其相应的横截面的相应密度分布来实现。这与以下情况并不矛盾：除了要求保护的排出开口的横截面的密度分布之外，附加地还可不同地调节在各宽度区域中的冷却剂的体积流或压力，以便冷却剂和冷却功率在宽度方向上的分布与真实的温度分布匹配。

为此目的，冷却梁可优选地构造成具有多个单独的冷却腔室，为它们相应不同地加载冷却剂。这典型地通过为各腔室分配的阀实现，阀由控制装置相应单独地操控。

本发明的其他有利的设计方案为从属权利要求的对象。

本发明的上述目的还通过根据权利要求5的用于运行请求保护的冷却装置的方法来实现，其中，供给冷却剂加载元件的冷却剂的压力或体积流对于冷却梁的所有冷却剂加载元件调节成相同。

本发明的上述目的还通过根据权利要求7的用于制造或选择用于根据上述权利要求任一项所述的冷却装置的冷却梁的方法来实现。请求保护的冷却梁的选择涉及到的情况是，用户库存中有多个不同的冷却梁，并且用户必须针对确定的应用情况相应选择合适的冷却梁。

请求保护的方法的优点对应于上文参考确请求保护的冷却装置提到的优点。

附图说明

本发明附有三幅附图，其中，

图1示出了根据第一实施例的根据本发明的冷却装置100与冷却剂加载元件的排出开口的横截面的密度分布；

图2示出了根据第二实施例的根据本发明的具有冷却梁的冷却装置与横截面的密度的分布；并且

图3示出了根据第三实施例的具有冷却梁的冷却装置与排出开口的横截面的密度的分布。

具体实施方式

下面借助提到的附图以实施例的形式详细说明本发明。在所有的附图中，相同的技术元件设有相同的附图标记。

图1在中间示出了根据本发明的冷却装置100，以用于冷却金属物料200，如在图1的下部的子图中示出的那样。冷却装置100包括至少一个冷却梁110，其具有多个冷却剂加载元件112。在此可涉及具有用于冷却剂的相应的排出开口的喷射喷嘴、切口或U型管。在图1中示出的在冷却梁110内的点或小圆相应代表冷却剂加载元件112。围绕冷却剂加载元件112的同心圆象征性地表示冷却剂加载元件112的排出开口的相应的横截面112’。冷却梁110借助于泵140加载冷却剂，冷却剂凭借泵140从贮存箱130泵送到冷却梁中。冷却剂的泵送通过阀150实现，阀优选地和泵140一样由控制装置160单独控制。在图1中示出的实施例中，冷却梁形成用于冷却剂的仅仅一个腔室；因此，为所有冷却剂加载元件112在冷却梁的整个宽度上加载相同压力或相同体积流的冷却剂。

在图1中，冷却剂加载元件112以沿宽度方向平行的排的形式布置在冷却梁110的下侧。根据一实施例可以是这样；然而，这种排布置不是强制性的。替代地，冷却剂加载元件112还可任意分布地布置在冷却梁的下侧。同样不要求冷却剂加载元件112必须布置成多个平行的排；例如，冷却剂加载元件还可沿宽度方向并排布置在仅仅一个排中。例如，还可将冷却剂加载元件112中的各冷却剂加载元件诸如沿y方向错位地布置。在本发明中，重要的仅仅是沿冷却梁110的宽度方向y的横截面密度分布。在图1中用a表示在沿宽度方向相邻的两个冷却剂加载元件或其相应的横截面之间的间距。

对于在图1中示出的第一实施例，冷却剂加载元件112的排出开口的横截面112’的沿冷却梁110的宽度方向y的密度相同分布。根据本发明，该相同分布是由于金属物料在其宽度y上的在图1中在冷却梁110上方显示的相同分布的温度引起。在此，温度示例性地为T₀，并且在金属物料的整个宽度上恒定，即，温度分布的斜率δ在此为零。在这种情况下，在冷却梁的整个宽度上要求相同的冷却功率，然而，该冷却功率不为零，更确切地说必须大于零。这通过冷却剂加载元件的排出开口的横截面的所述相同分布来实现。结果，这意味着，通过冷却剂加载产生的在待冷却的金属物料上的冷却剂轨迹优选地没有轴向间距地彼此紧贴，如在图1的下图中示出的那样。

通常适用的是，在冷却梁110处的冷却剂加载元件112的排出开口的横截面112’可都一样大，但不必一样大。因此，例如可将相应具有柱状冷却剂射流的喷射喷嘴设置为冷却剂加载元件112，其中，冷却剂加载元件112的排出开口的横截面112彼此接触，如在图1中以图1的详图示出的那样。在恒定的温度分布和横截面的恒定的密度分布的情况下，推荐使用具有相应相同横截面的喷射喷嘴；此时，横截面的半径r1和r2的大小确定成一样大。然而，原则上还可选择不同大小的横截面，尤其横截面此时具有不同大小的半径r1和r2。

根据本发明的冷却梁相应单独地根据金属物料在进入到冷却装置之前的预定的温度分布来制造或选择。不同的温度分布要求冷却剂加载元件的排出开口的横截面的不同的密度分布。对于制造，可执行根据本发明的以下步骤：

首先，必须确定待冷却的金属物料在进入到冷却梁下方之前在其宽度上的温度分布。然后，关于温度上升、保持恒定或下降的宽度区段Δy，可评估确定的温度分布。通过评估或确定温度分布的斜率来进行评估。在本发明中，将温度分布理解为在温度和金属物料或冷却梁的宽度方向之间的函数关系，其中，该函数关系可通过在宽度方向上内插各温度测量值来确定。

对于本发明来说，斜率的符号并不重要；因此，应相应确定沿宽度方向在各位置或点处的斜率的数值。然后，可为根据本发明的冷却梁沿宽度方向配备冷却剂加载元件，使得在冷却梁的宽度方向上，冷却剂加载元件的排出开口的横截面的密度、即冷却剂排出面的密度按照金属物料在进入到冷却梁下方之前在其宽度上的温度分布的斜率的数值来分配和确定大小。在温度朝金属物料的边缘上升时，同样可使排出开口的横截面的密度增大，因为此时在边缘区域中需要更多的冷却功率。反之，在温度朝金属物料的边缘下降时，需要更少的冷却功率；因此，此时在此将横截面的密度确定为小于在金属物料或冷却梁的中间区域中的横截面的密度就足够。

图2示出了本发明的第二实施例。第二实施例与在图1中示出的第一实施例的不同之处是，冷却剂加载元件112的排出开口的横截面112’在冷却梁110的宽度方向上的密度朝冷却梁或金属物料的边缘降低。因此，在该实施例中，金属物料的边缘比起中间区域更少程度地冷却。这归因于在图2的上部的子图中示出的温度分布，从中可看出，温度分布朝边缘下降。在此用δ表示温度分布的切线的斜率。

在第二实施例中，在冷却梁的边缘区域中的横截面的减小的密度由此实现：在通过冷却剂加载产生的在待冷却的金属物料上的冷却剂轨迹114之间的间距朝边缘变大。间距a、a1、a2、a3尤其可大于零，即，冷却剂轨迹不必直接相邻和彼此紧贴，而是彼此间隔开。

由于温度朝金属带材200的边缘渐增的下降，间距a、a1、a2、a3同样朝边缘渐增地变大。

图3示出了本发明的第三实施例，其中，冷却剂加载元件112的排出开口的横截面112’的密度在冷却梁110的宽度方向y上增加。简单来说，这意味着，在边缘区域中布置更多冷却剂加载元件或具有更大冷却剂排出面的冷却剂加载元件。由此由各冷却剂加载元件或其在待冷却的金属物料200上的冷却剂射流引起的冷却剂轨迹114可朝边缘渐增地重叠，如在图3的下部子图中示出的那样。因此，间距a、a1、a2、a3朝边缘逐渐变小。冷却剂加载元件或其横截面的所述密度分布归因于在图3的上部图示中示出的温度分布。在第三实施例中，相对于金属物料的中间区域，温度朝金属物料的边缘上升。在此，温度分布的斜率同样又用附图标记δ来表示。

附图标记列表

100 冷却装置

110 冷却梁

112 冷却剂加载元件

112’ 冷却剂加载元件的排出开口的横截面

114 冷却剂轨迹

130 用于冷却剂的贮存箱

140 泵

150 阀

160 控制装置

200 待冷却的金属物料

a、a1、a2、a3 间距

r1、r2 冷却剂加载元件的排出开口的横截面的半径

T 温度

x 金属物料的质量流方向或运输方向

y 冷却梁和金属物料的宽度方向

δ 温度分布的切线的斜率

Claims (7)

1.一种用于冷却金属物料(200)的冷却装置(100)，其具有：

至少一个冷却梁(110)，其具有多个冷却剂加载元件(112)，该冷却剂加载元件用于为所述金属物料加载冷却剂，其中，每个冷却剂加载元件具有用于排出所述冷却剂的排出开口，该排出开口具有横截面(112’)；

其特征在于，所述冷却剂加载元件(112)的排出开口的横截面(112’)在所述冷却梁(110)的宽度方向(y)上的密度按照所述金属物料(200)在进入到所述冷却梁(110)下方之前在其宽度(y)上的温度分布的斜率(δ)的数值来分配和确定大小；并且如果所述温度在宽度方向上上升，所述横截面的密度按照在该宽度方向上的温度分布增加；反之下降。

2.根据权利要求1所述的冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却剂加载元件的排出开口的横截面(112’)的密度由在两个相邻的冷却剂加载元件之间的在所述冷却梁(110)的宽度方向y上的投影间距a来表示；并且

如果所述金属物料(200)的温度朝所述冷却梁(110)的边缘下降，在两个相邻的冷却剂加载元件之间的沿所述冷却梁的宽度方向y的投影间距a朝所述冷却梁的边缘变大；或者

如果所述金属物料(200)的温度朝所述冷却梁(110)的边缘上升，在两个相邻的冷却剂加载元件(112)之间的沿所述冷却梁(110)的宽度方向y的投影间距a朝所述冷却梁的边缘变小。

3.根据权利要求2所述的冷却装置(100)，其特征在于，所述冷却剂加载元件(112)相应为喷射喷嘴，其具有圆形的横截面和柱状的喷射流；

第一喷射喷嘴具有半径为r1的横截面，并且与所述第一喷射喷嘴相邻的第二喷射喷嘴具有半径为r2的横截面；并且

在温度分布的斜率的数值为零的宽度区域中，适用于在所述第一喷射喷嘴和所述第二喷射喷嘴之间的在所述冷却梁的宽度方向上的投影间距a的是：a＝r1+r2。

4.根据上述权利要求中任一项所述的冷却装置(100)，其特征在于，设有

用于所述冷却剂的贮存箱(130)；

泵(140)，以将所述冷却剂经由至少一个阀(150)泵送到所述冷却梁或所述冷却梁的各腔室中；和

控制装置(160)，以用于考虑到在所述冷却梁或其腔室中的冷却剂的期望的压力或体积流来单独操控所述阀(150)。

5.一种用于运行根据上述权利要求中任一项所述的冷却装置(100)的方法，其特征在于，针对所述冷却梁(110)的所有冷却剂加载元件(112)，将供给所述冷却剂加载元件的冷却剂的压力或体积流调节成相同。

6.一种用于运行根据权利要求4所述的冷却装置(100)的方法，其特征在于，在冷却梁(110)内构造有多个腔室，为它们相应分配不同的冷却剂加载元件(112)；

设置有所述阀和用于操控所述阀的控制装置，以单独调节在每个腔室以及为其分配的冷却剂加载元件(112)中的冷却剂的压力或体积流。

7.一种制造或选择用于根据权利要求1至4中任一项所述的冷却装置(100)的冷却梁(110)的方法；具有以下步骤：

确定待冷却的金属物料(200)在进入到所述冷却梁(110)下方之前在其宽度y上的温度分布T(y)；

通过评估温度分布的斜率来评估关于所述物料(200)的宽度区段Δy的温度分布T(y)，在该宽度区段中，温度上升、保持恒定或下降；

确定斜率的数值；并且

制造或选择用于所述冷却装置(100)的冷却梁(110)，在该冷却梁中，所述冷却剂加载元件的排出开口的横截面(112’)在所述冷却梁(110)的宽度方向y上的密度按照所述金属物料在进入到所述冷却梁(110)下方之前在其宽度上的温度分布的斜率的数值来分配和确定大小。

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