CN113546971A - 用于冷却长材产品的设备及使用所述设备冷却长材产品的方法 - Google Patents

Abstract

本申请案涉及用于冷却长材产品的设备及使用所述设备冷却长材产品的方法。提供一种用于冷却长材产品的设备(100)，所述设备(100)具有用于供应冷却剂的冷却剂供应线(42)及多个冷却装置(70)，每一冷却装置(70)经由可个别地调整的控制阀(90)连接到所述冷却剂供应线(42)，其冷却剂递送在每一情况中取决于所述相应控制阀(90)的打开程度，使得所述冷却剂递送沿着行进方向的分配可通过个别地设置所述控制阀(90)的所述打开程度来灵活地调整。

Description

用于冷却长材产品的设备及使用所述设备冷却长材产品的 方法

技术领域

本发明涉及用于冷却长材产品的设备、用于冷却长材产品的方法及及冷却装置。

背景技术

当辊轧热金属棒、线及管时使用所谓的冷却区段。这些冷却区段用于通过热辊轧产品的冷却以特定方式影响金属的微结构。在辊轧机中，此类冷却区段经安置在辊轧机组的个别辊轧机架之前或之后的各个位置处且通常由水箱及后续均衡区段组成。水箱用于冷却长材产品。由于冷却是通过冷却辊轧产品的表面实现的，所以均衡区段通常被安置在水箱之后，其中降低的表面温度与产品内部的温度均衡。

出于本公开的目的，长材产品是通过辊轧、拉拔或锻造生产的在其长度上具有等截面的半成品金属产品，其不是板材产品，这是因为其长度比其厚度/高度及宽度大得多。特定来说，此包含棒、线、管及板形。

出于本公开的目的，将处理线或辊轧线理解为长材产品能够沿着其在处理设备中行进的基本上笔直路径或路径区段。

在其通过冷却区段的途中，长材产品穿过不同冷却及均衡区段。在未提供均衡区段的情况下过度冷却表面会导致表面(可以说是)“冻结”，而材料的内部维持在高温下，此可导致最终产品的微结构不足。

最终产品的微结构因此特别受冷却方式影响。这意味着，首先，所述均衡区段必须提供在每一冷却装置之后，且其次，多个冷却装置可能需要具备安置在它们之间的均衡区段。这进一步意味着长材产品在冷却区段中的冷却在其穿过设备必须受到精细控制以便实现所期望的冷却过程。所需的冷却取决于对最终产品的要求而有所不同。

由于这个原因，冷却区段经配备有多个冷却装置，其中每一者经供应有冷却剂，冷却装置将冷却剂递送到穿过其的长材产品的表面以便使其冷却。

举例来说，文献EP 2 274 113 B1公开了一种用于借助于多个冷却装置可控地冷却热辊轧板或带状金属的设备。然而，EP 2 274 113 B1一方面未公开以可控方式冷却长材产品的任何可能性。另一方面，现有技术中未公开个别地控制沿着辊轧产品的行进方向的个别区域的冷却状态的可能性。

然而，个别区域的冷却状态的此控制或调节可能是必要的，例如以便通过可控及/或经调节冷却方式以所期望方式影响微结构。

此外，在长材产品的情况中，尤其合意的是，特定来说在长材产品的整个范围内提供均匀冷却状态。本申请案的发明者已认识到，沿着其范围的不均匀冷却会导致不同微结构，此在现有技术中未展示。

为了获得最优冷却结果，重要的是，冷却区段适用于将冷却的长材产品：在冷却区段中，通常存在一个接一个地同轴安置的多个环形冷却装置，例如冷却喷嘴及一或多个水剥离喷嘴，热辊轧材在中心穿过所述环形冷却装置。如此多的水通过环形间隙被注入到这些冷却喷嘴中使得冷却管完全填满。水体积通常是大约50m³/h。至关重要的是，辊轧材尽可能在中心被导引穿过冷却管以便在辊轧材的整个圆周上获得均匀冷却结果。

也很重要的是，辊轧材与冷却管之间的填充有冷却剂的环形间隙不大于或小于特定大小。由于这个原因，必须使用具有不同内径的多个冷却装置，其中每一者适合于不同辊轧材横截面。举例来说，需要三个不同冷却管直径来覆盖具有范围从20mm到100mm的直径的辊轧材的质量可接受的产品谱系。

已发现，提供各自适合于特定辊轧材横截面的多个冷却区段是权宜之计，多个冷却区段可以此方式互换使得在产品改变的情况下冷却装置可在处理线上被快速安装及移除。由于产品改变一天可发生好几次，所以此转换过程的速度对辊轧机组的效率来说具有决定性的重要性，这是由于辊轧机组此时必须停机。

由于不同的产品要求，在长材产品的热辊轧机组中，并非始终应用线内热处理的整个产品程序。举例来说，可能的情况是，仅需要提供于冷却区段的冷却装置的一部分来冷却长材产品。

此外，可能必要的是，针对不同长材产品直径设置不同冷却剂流率以将长材产品的直径及热容量考虑在内。此需要相当精细地调整由冷却装置递送的冷却剂体积。然而，此类阀的可调整性取决于阀的操作点。举例来说，使用一个DN200阀在小体积范围内控制体积流量将比使用多个DN65阀不稳定得多。

现有技术中的另一问题是长材产品跨其直径的不均匀冷却。冷却剂通常通过喷嘴间隙施加到长材产品以便使其冷却。然而，这具有以下效果：在冷却水冲击长材产品的点处，强冷却发生，这可导致在此冲击点处形成硬化结构，而在沿着长材产品的范围的其它点处，发生较少冷却，使得沿着长材产品的范围的冷却状态不均匀。在本申请案的发明者看来，此不均匀性导致不合意的微结构条件且因此导致最终产品的不合意的材料性质。

发明内容

在这样的背景下，本发明的目标是提供一种用于冷却长材产品的设备，其能够尽可能灵活地设置热辊轧长材产品中的微结构。

此目标通过根据技术方案1所述的设备及根据技术方案8所述的方法来解决。本发明的有利实施例从从属技术方案得出。

根据本发明的第一方面，提供一种用于沿着行进方向冷却长材产品的设备。所述设备具有用于供应冷却剂的冷却剂供应线及多个冷却装置，每一冷却装置经由可个别地调整的控制阀连接到所述冷却剂供应线，其冷却剂递送在每一情况中取决于相应控制阀的打开程度，使得所述冷却剂递送沿着行进方向的分配可通过个别地设置所述控制阀的所述打开程度来灵活地调整。

所述冷却剂优选地是水。

冷却装置用于将冷却剂施加到待冷却的长材产品。由于冷却装置中的每一者经由可个别地调整的控制阀连接到冷却剂供应线，所以由每一此经连接冷却装置进行的到长材产品的冷却剂递送可通过调整相应控制阀的打开程度来进行调整。

术语“冷却剂递送”在此上下文中意味着冷却剂流率，即，每时间单位的冷却剂体积。

在此上下文中，控制阀表示在围绕其操作点的范围内能够通过改变其打开程度来调整穿过阀的冷却剂体积的阀。

在此上下文中，“冷却剂递送的分配”表示，针对由冷却剂供应线供应的给定冷却剂递送，分配到个别冷却装置的经递送冷却剂递送的比例是由相应控制阀的个别设置确定。

当冷却装置沿着长形产品的行进方向安置时，适用于长材产品的所需微结构的冷却方式因此可通过控制或调节长材产品的不同区域或冷却设备的不同区域中的控制阀来设置。

提供多个可调整或可控阀允许比使用单个中央阀将可能的冷却状态调整更精细的冷却状态调整。尽管在常规设备中冷却装置的冷却剂递送由单个阀集中控制，但通过在个别冷却装置上提供多个控制阀，冷却状态可被精确地调整：例如通过多个冷却装置控制冷却区段上的总冷却剂递送的中央控制阀必须针对在足以向所有冷却装置供应最大冷却剂流量及最小冷却剂流量两者的体积流量范围内的操作范围设计。然而，此大操作范围意味着冷却剂速率的精细调整在从最小冷却剂流量到最大冷却剂流量的整个体积范围内是不可能的。相比之下，提供各自仅影响供应到单个冷却装置的冷却剂的速率的多个控制阀具有以下优点：个别控制阀中的每一者具有经供应的冷却剂的量可在其内更准确地调整的更窄操作范围。换句话来说，与使用具有更宽操作范围的中央阀相比，通过具有各自具有更窄操作范围的多个个别控制阀可实现对沿着行进方向的冷却状态的更好控制。

优选地，至少一个控制阀且优选地多个控制阀的打开程度可连续地进行调整。

连续可调整性在此上下文中表示在一般的制造及控制公差内的任何种类的连续调整。

特定来说，此意味着控制阀是除了完全关闭的设置及完全打开的设置之外还具有其中改变控制阀的打开程度会致使所得流率连续发生变化的至少一个范围的阀。

优选地，从冷却装置的总冷却剂递送等于从冷却剂供应线供应的总冷却剂。

此意味着由冷却剂供应线供应的总冷却剂量在冷却装置之中划分。一方面，此具有以下效果：总冷却剂流量到个别冷却剂装置的分配通过设置冷却剂装置的控制阀的打开程度进行调整。另一方面，此具有以下效果：冷却设备的总冷却容量可通过调整冷却剂供应线中的总冷却剂流量来定义，到个别区域的精确分配由冷却装置上的控制阀确定。

冷却剂供应线优选地具有关闭阀以允许或防止以定义冷却剂速率通过冷却剂供应线将冷却剂供应到冷却装置。

关闭阀意味着特定来说“打开-关闭阀”，即，精确地具有以下两种设置的阀，即借以允许经定义流率穿过阀的打开设置及借以完全防止体积流量的关闭设置。

特定来说，术语“关闭阀”在本文中用于区分其与术语“控制阀”：尽管通过十分慢地打开阀，关闭阀也允许流率穿过(此既不对应于上文描述的经定义流率也不对应于关闭状态中的零流量)，但所属领域的技术人员应明白，在本公开的意义上，此类阀也不是控制阀，这是因为未定义完全打开与完全关闭之间的中间状态。

所述设备优选地进一步包括用于测量所述冷却剂供应线中的所述冷却剂的压力的测量装置及/或用于测量控制阀与所述相应冷却装置之间的所述冷却剂的压力的测量装置及/或用于测量运输中(即，在设备中)的长材产品的温度的测量装置。

通过借助于控制阀上游及/或下游的此类测量装置测量冷却剂压力，尤其是在控制阀的特性曲线及/或控制阀的打开程度是已知的情况下，可得出关于由控制阀设置的冷却剂递送的结论，其可用于调节、控制或设置冷却状态。

由温度测量装置测量的工件的温度，特定来说，在将受冷却装置的冷却影响的某一点处的温度，可用作用于设置供应到冷却装置的冷却剂量的基础。

冷却装置优选地一个接一个地安置在行进方向上以便沿着行进方向一次冷却长材产品的一个区域。

通过一个接一个地布置多个冷却装置，工件可例如被第一冷却装置冷却到第一表面温度，接着，在均衡区段中使其表面温度与核心温度均衡，接着，被第二冷却装置冷却到第二表面温度，以此类推。通过此一个接一个地布置多个冷却装置，可实现强散热，而无需使长材产品的表面被个别冷却装置冷却到出现非所要微结构的程度。

设备优选地进一步包括用于确定运输中(即，设备中)的长材产品的位置的测量装置。

通过确定长材产品的位置，如果长材产品的尺寸是已知的，那么冷却方式可适用于工件。此外，通过确定所述位置，可能例如关闭其中当前不存在待冷却的长材产品的那些控制装置，借此帮助使设备更节能且对环境更友好。

根据本发明的另一方面，提供一种用于使用上文所描述的设备冷却长材产品的方法，此方法包括以下步骤：

-指定长材产品在沿着行进方向的某一位置处的温度；

-测量所述长材产品在沿着行进方向的某一位置处的温度；及

-基于所述指定温度与所述测量温度之间的比较设置冷却装置的冷却剂递送速率，以便设置所述长材产品的区域中的冷却状态。

沿着行进方向的在其处指定及测量温度的两个位置优选地是同一位置。然而，这不是必须的。举例来说，通过了解材料特性，从在第一位置处测量的温度，有可能推断出另一位置处的温度。

冷却状态可为例如每时间单位施加到长材产品的区域的冷却剂量。然而，冷却状态还可以另一方式定义，例如基于长材产品的经定义的散热量或基于标准化到长材产品的面积或体积的冷却剂数量或散热量。

在其处测量温度的位置可在长形产品的行进方向上既可安置在冷却装置之前也可安置在冷却装置之后。在冷却装置之前进行测量的情况下，方法可被解译为控制方法，而在冷却装置之后进行测量的情况下，所述方法可被解译为调节(反馈控制)方法，特定位置处的指定温度与测量温度之间的差异被解译为控制环路的控制偏差，在控制偏差的基础上，调整由与冷却装置相关联的控制阀进行的冷却剂递送，冷却剂递送的调整优选地涉及相应控制阀的打开程度的调整。

冷却剂递送优选地使用控制阀的特性曲线进行调整。虽然精确地了解特性曲线对根据上述方法进行调节或控制不是绝对必要的，但了解控制阀的特性曲线允许更精确地调整打开程度。然而，如果控制阀的精确特性曲线不是已知的，那么经估计特性曲线或经估计响应行为也可用于调整控制阀。

冷却剂递送优选地使用在冷却剂线中测量的压力及/或在控制阀与冷却装置之间测量的压力进行调整。

使用这些参数中的一个参数增加了冷却状态设置的准确度，尤其是在控制阀的特性曲线是已知的情况下。

所述冷却剂递送速率优选地使用所述冷却装置之前的所述长材产品的温度及/或所述冷却装置之后的所述长材产品的温度进行调整。

如上文解释，此调整允许冷却剂递送被控制或调节。特定来说，当既使用冷却装置之前的温度又使用冷却装置之后的温度时，冷却剂递送可被特别精确地设施，这是由于可基于跨冷却装置的温度差得出关于冷却装置的冷却容量的结论。

冷却剂递送优选地实时进行调整。此允许对从所期望冷却状态的偏离作出迅速且及时的反应。

冷却剂递送优选地由控制或调节装置进行调整，特定来说，由电子控制或调节装置进行调整。电子控制或调节装置可例如由处理测量数据且基于此经处理数据与先前存储于计算机中的数据一起调整控制阀的计算机提供。

冷却剂递送优选地基于长材产品沿着行进方向的特定位置进行调整。

如上文解释，冷却剂递送的位置相依调整一方面实现根据长材产品的尺寸及对最终产品的要求更精确地调整冷却状态，且另一方面，在冷却装置的区域中不存在长材产品的情况下节省了冷却剂。

根据图式的以下描述及全部技术方案，本发明的另外优点及另外发展是显而易见的。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的冷却设备的示意性线路图。

具体实施方式

图1示意性地说明根据本发明的一个实施例的冷却设备的线路图。

根据本发明的一个实施例的用于冷却长材产品的设备100包括多个冷却装置70。冷却装置可例如一个接一个地沿着长材产品穿过设备的行进方向(即，图1中所展示的X方向)安置。然而，本发明不限于此配置。举例来说，冷却装置70还可经安置在若干独立处理线上以便冷却不同长材产品。

在图1中展示的用于冷却长材产品的设备100中，长材产品的行进方向由设备100定义。所述设备具有用于供应冷却剂的冷却剂供应线42及多个冷却装置70，每一冷却装置经由可个别地调整的控制阀90连接到冷却剂线42，其中每一者的冷却剂递送速率取决于相应控制阀90的打开程度，使得所述冷却剂速率可通过调整控制阀90的打开程度沿着行进方向灵活地分配。

冷却装置70经由控制阀90各自连接到冷却剂线42。每一控制阀90经配置以在其控制范围内连续控制从冷却剂线42递送到冷却装置70的冷却剂速率。

在展示的实施例中，三个冷却装置70一个接一个地安置在行进方向上。然而，本发明不限于此：首先，冷却装置70的数目是可改变的。举例来说，已证明具有七个冷却装置70的实施例是成功的。其次，并非由一个冷却剂供应线42供应的所有冷却装置70都需要被安置在同一处理线上；而是，还有可能的是，冷却剂供应线42通过将冷却装置70安置在长材产品的多个不同处理线上来将冷却剂供应到多个处理线，在此情况中，由冷却剂供应线42供应到不同处理线的冷却剂通过调整控制阀90的打开程度来分配。

可通过关闭阀102允许及防止到冷却剂供应线42的冷却剂供应。关闭阀102可例如是允许或防止冷却剂的体积流量的球阀或另一阀。

冷却剂供应线42中冷却剂的压力可由压力测量装置104测量。

压力测量装置106可测量在每一控制阀90之后的冷却剂的相应压力。在此上下文中，“在每一控制阀90之后”意味着在冷却剂的流量方向上位于控制阀90下游的位置。在图1中展示的实施例中，此位置是在控制阀90与相应冷却装置70之间。然而，同时，压力测量装置106的布置的其它配置也是可能的；例如，压力测量装置106可经安置于冷却装置70内。

每一压力测量装置106因此可测量将由冷却装置70朝向长材产品递送的冷却剂的压力。压力测量装置104可测量在冷却剂供应线42中，即，在每一控制阀90之前普遍存在的压力。通过计算由压力测量装置104测量的压力与由压力测量装置106中的一者测量的压力之间的差异，有可能确定跨相应控制阀90的压力下降。由压力测量装置106测量的压力与由冷却装置70递送的冷却剂速率相关，使得此可从压力差确定。

通过个别地调整每一个别控制阀90的打开程度，冷却剂速率到个别冷却装置70的分配可因此针对通过冷却剂供应线42的给定冷却剂速率设置。因此，沿着行进方向穿过设备100的长材产品可在设备100的不同区域中以不同冷却剂速率冷却。举例来说，长材产品可在沿行进方向的第一冷却装置70中按由所述第一冷却装置70递送的低冷却剂速率被较弱地冷却，及接着，在沿行进方向的后一冷却装置70中按由所述冷却装置70递送的较高冷却剂速率被更强地冷却。由于长材产品沿着行进方向移动，所以冷却速率可随着时间的推移通过关于穿过的长材产品对设备100中的冷却剂速率进行局部精细调整来进行调整。虽然此调整原则上也可基于操作参数进行估计，但优选地是提供一种装置，其用于测量或确定穿过设备的长材产品的位置以便借此确定长材产品的位置，借以可更精细地调整长材产品随着时间的推移的温度变化。

随着时间的推移的温度变化的特定设置取决于对最终产品的要求。

符号说明

42 冷却剂供应线

70 冷却装置

90 控制阀

100 设备

102 关闭阀

104 压力测量装置

106 压力测量装置。

Claims (15)

1.一种用于沿着行进方向冷却长材产品的设备(100)，所述设备(100)包括：

-冷却剂供应线(42)，其用于供应冷却剂，及

-多个冷却装置(70)，其各自经由可个别地调整的控制阀(90)连接到所述冷却剂供应线(42)，其冷却剂递送在每一情况中取决于所述相应控制阀(90)的打开程度，

使得所述冷却剂递送沿着所述行进方向的分配可通过个别地设置所述控制阀(90)的所述打开程度来灵活地调整。

2.根据权利要求1所述的设备(100)，其中所述冷却剂供应线(42)包括关闭阀(102)，其用以打开或关闭所述冷却剂供应线(42)到所述冷却装置(70)的冷却剂。

3.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中至少一个控制阀(90)，且优选地多个控制阀(90)，特别优选地所有控制阀(90)的所述打开程度可连续地进行调整。

4.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中从所述冷却剂供应线(42)供应的所述冷却剂完全由所述冷却装置(70)递送。

5.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中所述设备(100)进一步包括用于测量所述冷却剂供应线(42)中的所述冷却剂的压力的测量装置(104)及/或用于测量所述控制阀(90)中的一者与所述相应冷却装置(70)之间的所述冷却剂的压力的测量装置(106)及/或用于测量所述设备(100)中的所述长材产品中的一者的温度的测量装置。

6.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中多个冷却装置(70)一个接一个地经安置在所述行进方向上以便各自冷却沿着所述行进方向的所述长材产品的区域。

7.根据权利要求1或2所述的设备(100)，其中所述设备(100)进一步包括用于确定所述设备(100)中的长材产品的位置的测量装置。

8.一种用于使用根据前述权利要求中任一权利要求所述的设备(100)冷却长材产品的方法，其包括以下步骤：

-指定长材产品在沿着所述行进方向的某一位置处的温度；

-测量所述长材产品在沿着所述行进方向的某一位置处的温度；及

-基于所述指定温度与所述测量温度之间的比较设置冷却装置(70)的冷却剂递送，以便设置所述长材产品的区域中的冷却状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其中调整所述冷却剂递送涉及调整控制阀(90)中的一或多者的打开程度。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送使用所述控制阀(90)的特性曲线进行调整。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送使用在所述冷却剂供应线(42)中测量的压力及/或在所述控制阀(90)中的一者与由其控制的所述冷却装置(70)之间测量的压力进行调整。

12.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送使用所述冷却装置(70)之前的所述长材产品的温度及/或所述冷却装置(70)之后的所述长材产品的温度进行调整。

13.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送实时地进行调整。

14.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送由控制装置，特定来说由电子控制装置进行调整。

15.根据权利要求8或9所述的方法，其中所述冷却剂递送使用所述长材产品沿着所述行进方向的特定位置进行调整。

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